RU2632474C2 - Method for manufacturing racetrack winding from current-conducting tape - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: method for manufacturing a racetrack winding from a current-conducting tape consisting in winding a current-conducting tape on a mandrel, wherein during the winding process at constant tension of the current-conducting tape on rectilinear sections, each turn is pressed against the pole core by pressing elements; the tape is directly wound on the pole core without gluing the winding turns together; when using HTSC-2 tape, its junctions and transition from layer to layer are placed on the rectilinear part of the winding.

EFFECT: simpler and cheaper process for manufacturing windings from a current-conducting tape without gluing to ensure a dense winding of the product, a cheaper process.

7 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к электрическим машинам перспективных аэрокосмических электроэнергетических установок с обмотками, работающими при криогенных (сверхнизких) температурах, и предназначено для использования при изготовлении обмоток электрических машин и магнитов из токопроводящей ленты, в частности из высокотемпературной сверхпроводящей ленты второго поколения (ВТСП-2).The invention relates to the electric power industry, and in particular to electric machines of advanced aerospace electric power plants with windings operating at cryogenic (ultra-low) temperatures, and is intended for use in the manufacture of windings of electric machines and magnets from conductive tapes, in particular from high-temperature superconducting tapes of the second generation (HTSC -2).

Известны способы изготовления обмотки из токопроводящей ленты, в частности ВТСП-2 ленты, приведенные в заявке на изобретение №: 2011138457, авторов Чубраева Л.И., Шишлаков В.Ф., Андреев Е.Н., Орлов А.Р., Турубанов М.А. Способ изготовления рейстрековой катушки из ленточного сверхпроводника, опубл. 27 марта 2013; в патенте авторов Wolfgang Nick, Marijn Pieter Oomen. Publication date: 2013-07-04. Patent application number: 20130172196; а также в работах «Degradation of the performance of a YBCO-coated conductor double pancake coil due to epoxy impregnation». T. Takematsu, R. Hua, T. Takao, Y. Yanagisawa, H. Nakagome, D. Uglietti, T. Kiyoshi, M. Takahashi, H. Maeda. articleinfo Physica С journal homepage: www.elsevier.com/locate/physc. Available online 17 June 2010 p 675 и «Manufacturing and test of 2G-HTS coils for rotating machines: Challenges, conductor requirements, realization». Marijn Oomen, Werner Herkert, Dietmar Bayer, Peter Kummeth, Wolfgang Nick, Tabea Arndt. articleinfo Physica С journal homepage: www.elsevier.com/locate/physc. Available online 28 April 2012 p. 112.Known methods for the manufacture of windings from conductive tapes, in particular HTSC-2 tapes, are given in the application for invention No. 2011138457, authors Chubraev LI, Shishlakov V.F., Andreev E.N., Orlov A.R., Turubanov M.A. A method of manufacturing a raster track coil from a tape superconductor, publ. March 27, 2013; in a patent by Wolfgang Nick, Marijn Pieter Oomen. Publication date: 2013-07-04. Patent application number: 20130172196; and also in Degradation of the performance of a YBCO-coated conductor double pancake coil due to epoxy impregnation. T. Takematsu, R. Hua, T. Takao, Y. Yanagisawa, H. Nakagome, D. Uglietti, T. Kiyoshi, M. Takahashi, H. Maeda. articleinfo Physica From journal homepage: www.elsevier.com/locate/physc. Available online 17 June 2010 p 675 and “Manufacturing and test of 2G-HTS coils for rotating machines: Challenges, conductor requirements, implementation”. Marijn Oomen, Werner Herkert, Dietmar Bayer, Peter Kummeth, Wolfgang Nick, Tabea Arndt. articleinfo Physica From journal homepage: www.elsevier.com/locate/physc. Available online 28 April 2012 p. 112.

Общими недостатками приведенных способов являются уменьшение токонесущей способности ВТСП-2 ленты после склейки, необходимость изготовления дополнительной оснастки для пропитки компаундом, усложнение изготовления и невозможность ремонта обмотки.Common disadvantages of the above methods are the reduction of the current-carrying ability of the HTSC-2 tape after gluing, the need to manufacture additional equipment for impregnation with the compound, the complexity of manufacturing and the impossibility of repairing the winding.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату является способ, приведенный в заявке авторов Чубраева Л.И., Шишлаков В.Ф., Андреев Е.Н., Орлов А.Р., Турубанов М.А. Способ изготовления рейстрековой катушки из ленточного сверхпроводника. Заявка на изобретение №: 2011138457, опубл. 27 марта 2013. Он и принят за прототип изобретения, заключающийся в намотке на оправку обмотки из сверхпроводниковой ленты прямоугольного сечения. При этом перед намоткой сверхпроводниковую ленту в области половины ее длины укладывают в пазовой части рейстрековой катушки под углом к нижней плоскости оправки, образуя переход между нижним и верхним слоем рейстрековой катушки, и производят намотку витков сверхпроводниковой ленты в противоположных направлениях, определенных положением концов сверхпроводниковой ленты. По завершении намотки витков сверхпроводниковой ленты катушку пропитывают компаундом. К недостаткам прототипа относится низкая и неконтролируемая плотность намотки на прямолинейных частях рейстрековой обмотки и уменьшение токонесущей способности ВТСП-2 ленты после склейки.The closest analogue to the claimed invention in terms of use, technical nature and technical result achieved is the method described in the application of the authors Chubraev L.I., Shishlakov V.F., Andreev E.N., Orlov A.R., Turubanov M.A. . A method of manufacturing a raster track coil from a tape superconductor. Application for invention No. 2011138457, publ. March 27, 2013. He was taken as a prototype of the invention, which consists in winding on a mandrel a winding of a superconducting ribbon of rectangular cross section. In this case, before winding, the superconducting tape in the region of half its length is laid in the groove of the raster coil at an angle to the lower plane of the mandrel, forming a transition between the lower and upper layer of the raster coil, and the coils of the superconductor tape are wound in opposite directions, determined by the position of the ends of the superconducting tape. Upon completion of the winding of the turns of the superconducting tape, the coil is impregnated with a compound. The disadvantages of the prototype include low and uncontrolled winding density on the rectilinear parts of the raster track winding and a decrease in the current-carrying ability of the HTSC-2 tape after gluing.

Основная задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке более простого и дешевого процесса изготовления обмоток из токопроводящей ленты без склейки с обеспечением при этом плотной намотки изделия, в исключении изгиба мест пайки этой ленты, в создании возможности демонтажа обмотки и использования токопроводящей ленты для повторной намотки в связи с ее высокой стоимостью.The main task to be solved by the claimed invention is directed, is to develop a simpler and cheaper process for manufacturing windings from conductive tape without gluing, while ensuring tight winding of the product, eliminating the bending of the soldering places of this tape, in creating the possibility of dismantling the winding and using conductive tape for re-winding due to its high cost.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что способ изготовления рейстрековой обмотки из токопроводящей ленты, заключающийся в намотке на оправку токопроводящей ленты, реализуется при постоянном натяжении токопроводящей ленты, когда на прямолинейных участках каждый виток прижимают к сердечнику полюса прижимающими элементами. При этом ленту непосредственно наматывают на сердечник полюса без склейки между собой витков обмотки.The solution to this problem is achieved due to the fact that the method of manufacturing a raster track winding from a conductive tape, which consists in winding a mandrel of a conductive tape, is realized with constant tension of the conductive tape, when in each straight section each coil is pressed against the pole core by pressing elements. In this case, the tape is directly wound on the pole core without gluing the windings together.

При намотке на прямолинейной части рейстрековой обмотки образуется неплотная структура, так как радиальная составляющая силы натяжения ленты на прямолинейных участках обмотки очень мала. При намотке также необходимо контролировать геометрические размеры обмотки в сжатом состоянии, чтобы обеспечить заданную конструкцией ширину. Все вышесказанное можно обеспечить поджимом витков в процессе намотки. Кроме того, установлено, что для ВТСП-2 ленты длина переходного участка между слоями должна быть не менее 4-кратной ширины ВТСП-2 ленты для подавления режущего напряжения в переходном участке между слоями, предотвращая тем самым уменьшение токонесущей способности ленты, вызванной такой деформацией (среза).When winding on the rectilinear part of the raistrake winding, a loose structure is formed, since the radial component of the tension of the tape in the rectilinear sections of the winding is very small. When winding, it is also necessary to control the geometric dimensions of the winding in a compressed state in order to ensure the width specified by the design. All of the above can be achieved by tightening the coils during the winding process. In addition, it was found that for the HTSC-2 tape, the length of the transition section between the layers should be at least 4 times the width of the HTSC-2 tape to suppress cutting voltage in the transition section between the layers, thereby preventing a decrease in the current carrying capacity of the tape caused by such deformation ( cut).

На фиг. 1 показана оснастка для изготовления обмоток, содержащая сердечник полюса 1, планку прижимную 2, винты 3.In FIG. 1 shows a tool for manufacturing windings, comprising a core of a pole 1, a clamp bar 2, screws 3.

Технический результат заявляемого способа изготовления обмотки достигается тем, что токопроводящая лента наматывается непосредственно на сердечник полюса электрической машины 1 (фиг. 1) в приспособлении, обеспечивающем поджим каждого витка планками 2 на прямолинейной части обмотки. В начале намотки первого витка лента прижимается к сердечнику планкой 2, чтобы исключить ее смещение. Процесс происходит при постоянном натяжении ленты, обеспечиваемом специальной электромагнитной муфтой. В процессе намотки попеременно прижата планкой 2 то одна, то другая сторона витка и только в момент перехода ленты с одной стороны на другую прижаты обе стороны одновременно.The technical result of the proposed method for manufacturing a winding is achieved by the fact that the conductive tape is wound directly on the pole core of the electric machine 1 (Fig. 1) in a device that provides pressing of each coil with straps 2 on the rectilinear part of the winding. At the beginning of the winding of the first turn, the tape is pressed against the core by strap 2 to prevent its displacement. The process occurs with constant tension of the tape provided by a special electromagnetic clutch. In the process of winding, alternately pressed by the strap 2, then one, then the other side of the coil and only at the moment of transition of the tape from one side to the other, both sides are pressed simultaneously.

Эти же планки фиксируют виток на оправке, если требуется его соединение пайкой со следующим куском ленты. Спаи ВТСП-2 ленты располагают на прямолинейной части обмотки, что позволяет избежать уменьшения токонесущей способности паяного соединения, связанного с его изгибом. Переходной участок между слоями также располагается на прямолинейном участке рейстрековой обмотки, при этом его длина обычно составляет более 4-кратной ширины ВТСП-2 ленты.The same strips fix the coil on the mandrel, if it is necessary to connect it by soldering with the next piece of tape. The junctions of HTSC-2 tapes are placed on the rectilinear part of the winding, which avoids reducing the current carrying capacity of the soldered joint associated with its bending. The transition section between the layers is also located on the rectilinear section of the raster track winding, while its length is usually more than 4 times the width of the HTSC-2 tape.

В процессе изготовления витки обмотки не склеиваются, ее выводные концы закрепляются на обмотке. Способ позволяет избежать уменьшения токонесущей способности обмотки, связанного со склейкой, обеспечить плотную намотку обмотки, упрощает и удешевляет ее изготовление, позволяет в случае необходимости размотать ВТСП-2 ленту и использовать ее для повторной намотки, что актуально, учитывая высокую стоимость этой ленты.In the manufacturing process, the turns of the winding are not glued, its lead ends are fixed to the winding. The method avoids reducing the current carrying capacity of the winding associated with gluing, ensures tight winding of the winding, simplifies and cheapens its manufacture, allows, if necessary, to unwind the HTSC-2 tape and use it for rewinding, which is important, given the high cost of this tape.

По мнению авторов, совокупность существенных признаков рассматриваемого изобретения необходима и достаточна для достижения заявляемого технического результата.According to the authors, the set of essential features of the considered invention is necessary and sufficient to achieve the claimed technical result.

Claims (7)

1. Способ изготовления рейстрековой обмотки из токопроводящей ленты, заключающийся в намотке на оправку обмотки из токопроводящей ленты, отличающийся тем, что в процессе намотки при постоянном натяжении токопроводящей ленты на прямолинейных участках каждый виток прижимают к сердечнику полюса прижимающими элементами.1. A method of manufacturing a raster track winding from a conductive tape, which consists in winding a winding from a conductive tape on a mandrel, characterized in that each winding is pressed against the pole core by constant tensioning the conductive tape on straight sections in straight sections. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ленту наматывают непосредственно на сердечник полюса без склейки между собой витков обмотки.2. The method according to p. 1, characterized in that the tape is wound directly on the pole core without gluing the windings together. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве токопроводящей ленты используется сверхпроводящая лента.3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that a superconducting tape is used as the conductive tape. 4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве токопроводящей ленты используется высокотемпературная сверхпроводящая лента.4. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the high-temperature superconducting tape is used as the conductive tape. 5. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве токопроводящей ленты используется высокотемпературная сверхпроводящая лента второго поколения (ВТСП-2).5. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the second generation high-temperature superconducting tape (HTSC-2) is used as the conductive tape. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что спаи ВТСП-2 ленты и ее переход из слоя в слой располагают на прямолинейной части обмотки.6. The method according to p. 5, characterized in that the junctions of the HTSC-2 tape and its transition from layer to layer are located on the rectilinear part of the winding. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве прижимающих элементов используются съемные планки.7. The method according to p. 1, characterized in that the removable straps are used as the pressing elements.

Images