CN102473518A

CN102473518A - 导体操纵工具和施加电绝缘材料的方法

Info

Publication number: CN102473518A
Application number: CN2010800324000A
Authority: CN
Inventors: R·维尔图伊斯; M·施奈德; N·詹特; R·菲亚斯科; B·韦伯
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: CN102473518B; PL2454744T3; US20120222292A1; EP2454744B1; EP2454744A1; BR112012001067A2; WO2011006845A1

Abstract

一种导体操纵工具具有板形工具主体(10)。工具主体(10)包括导体接纳开口(20)，该导体接纳开口(20)用于在其中接纳导体部分以及用于保持接纳在其中的导体部分。此外，板形工具主体的边缘作为大致在y-z平面内延伸的锥形刀刃(12)被成形为凸的。锥形刀刃(12)指向远离导体接纳开口(20)的方向且形成该工具主体(10)的外周边部分，以用于在缠绕绝缘材料期间分开绝缘材料的一部分。

Description

导体操纵工具和施加电绝缘材料的方法

技术领域

本发明的方面大体上涉及将电绝缘材料施加到诸如电线圈的电气装置的至少一部分上的方法，并且涉及导体操纵工具。

背景技术

通常，许多电气装置需要以这样的方式被绝缘，使得只有几个限定的导体可从外部接近。例如，变压器线圈需要被绝缘，但其也需要具有允许从外部连接在线圈内的特定位置的多个连接器。

用于对电气装置绝缘的合适的绝缘材料可以是例如由玻璃纤维和树脂制成的复合材料。绝缘材料通常通过使线圈旋转而缠绕在线圈上。连接器由导线的端部或中间部分提供。连接器需要穿过绝缘材料。这通常通过在缠绕绝缘材料期间(即典型地在旋转线圈期间)手动引导这些导线端部或中间部分穿过浸渍的玻璃纤维来实现。

一种施加绝缘复合材料的技术是湿法细丝缠绕，在该技术的过程中树脂仍然是液体。玻璃纤维以及从而绝缘层可被铜线的一部分穿透。然后，将该铜线部分连接到称为片的铜连接板。该技术需要足够稳定且因而较厚的导线，否则导线不能穿透玻璃纤维。

另一种技术是干法细丝缠绕。其中，使用例如B阶段(B-stagcd)预浸料作为绝缘材料。在干法缠绕期间，纤维束之间没有空间，并且树脂是固体。因此，在这种情况下，即使中等厚度的导线也不能散开玻璃纤维。

利用该方法，如果导线太细或如果在施加期间绝缘材料太致密，则导线不能可靠地散开玻璃纤维。在这种情况下，导线可能弯曲并被玻璃纤维束包埋，如图6中所示。这里，代替穿透绝缘材料7，导线3被所施加的绝缘材料压至一侧，且随后用另一个绝缘材料7覆盖。

在DE 3836139中，公开了一种用于将导体连续缠绕到线圈主体上的T形操纵工具。该工具设置在线圈主体上，并且导体的一端在缠绕导线之前固定到线圈主体。具有弯曲和锥形刀片的工具的侧翼用于将导线引导到侧翼的相应侧上，以便允许连续缠绕。在缠绕导体之后，必须通过折断侧翼来移除操纵工具。

US 3979615公开了一种导体夹持工具，该工具由铁片组成，铁片为弯曲的正方形状，用于将马达的线圈绕组的端部夹持到连接器的引入线。具有V形导线接纳槽的铁片的一端被夹持，该接纳槽带有位于插入的引线之间的锥形刀刃。以这种方式，线圈绕组端部可电连接到引入线。

因此，存在对于将电绝缘材料施加到电气装置上的更可靠的方式的需要。

发明内容

鉴于上述情况，提供了一种根据权利要求1所述的制造电线圈的方法、一种根据权利要求3所述的制造变压器的方法、以及一种根据独立权利要求4所述的具有工具主体的导体操纵工具。其它方面、特征和优点通过从属权利要求、附图和说明书显而易见。

根据本发明的第一方面，导体操纵工具具有弯曲板形工具主体。这里，板形意味着工具主体限定了平面，使得在正交于该平面的方向上的工具主体的厚度小于工具主体在该平面内的任何方向上的最大延伸。工具主体包括导体接纳开口，该导体接纳开口用于在其中接纳导体部分以及用于保持接纳在其中的导体部分。此外，板形工具主体的边缘是凸形的且被成形为大致在y-z平面内延伸的锥形刀刃，即这些方向由刀刃在其中延伸的平面限定。通常，x、y和z方向互相正交。锥形刀刃指向远离导体接纳开口的方向，并且形成工具主体的外周边部分，用于在把绝缘材料缠绕到电线圈期间将施加的绝缘材料的一部分分开。在实施例中，导体接纳开口为导线接纳狭缝。

根据本发明的第二方面，提供了一种制造电线圈的方法，其中电线圈包括从电气装置部分突出的导体部分。该方法包括：

将导线缠绕到原线圈；

提供作为电连接器的至少一个导体部分；

将电连接器插入具有板形工具主体的导体操纵工具的导体接纳段，使得导体操纵工具的锥形刀刃指向远离导体部分的方向；

将电绝缘材料的带缠绕到原线圈的至少一部分上；

由刀刃将带的带部分分开。

在实施例中，该方法还包括在将带部分分开之后从导体部分移除导体操纵工具。在实施例中，电气装置为电线圈，并且通过将电绝缘材料缠绕在线圈周围来施加电绝缘材料。突出导体部分可以是导线或连接片。

在实施例中，电绝缘材料的带是具有单向纤维的带，例如预浸料带。在实施例中，带利用大致在刀刃的方向上延伸的纤维缠绕，使得带被刀刃大致沿纤维的方向分开。在这种情况下，可以不切割很大量的纤维而进行散开，从而增加绝缘层的稳定性。在实施例中，导体操纵工具是在本文的任何其它部分中描述的工具。

在施加绝缘材料期间，本文所述的导体操纵工具和方法提高了导线在施加绝缘层期间的稳定性，并且尤其可以防止导线端部被绝缘材料变形。该优点对于具有达到大约6mm或至少达到4mm的直径的细导线尤其重要，因为这些导线的稳定性特别低。(这里，直径应表示在垂直于纵向导线延伸的截面平面内的最大截面延伸。因此，例如对于具有方形截面的导线，直径为对角线长度。同样，狭缝直径被限定为狭缝的最大截面延伸，其中狭缝在工具主体的包络面内)。该工具和方法也可适用于除线状之外的导体和外部接头，例如铝片或铜片。

另一个优点由刀刃获得，该刀刃允许在随机的带位置处可靠地散开绝缘材料(例如预浸料带)。从而，导线在其穿过预浸料堆叠期间的位移或弯曲减小。

另一个优点是由于锥形的刀刃，沉积在导体(例如连接片)的顶部(外端)上的绝缘材料的量减少。在没有导体操纵工具的情况下，绝缘材料中的一些将保留在片的顶部，因为片的顶部表面是平坦的，并且具有有时达到6mm、或甚至更多的厚度。相比之下，根据本发明的方面，由于锋利的刀刃，几乎所有绝缘材料都可以沿工具主体滑动，而不是沉积在片的顶部上。

附图说明

通过参照附图将更好地理解本发明的另外的方面，在附图中：

图1a至1c分别从y、x和z方向在相应的侧视图中示出了导体操纵工具的第一实施例；

图2a至2c示出了将绝缘材料施加到电气装置的步骤；

图3a至3c分别从y、x和z方向在相应的侧视图中示出了导体操纵工具的第二实施例；

图4a和4b从y方向在侧剖视图中示出了导体操纵工具的第三实施例；

图5从y方向在侧剖视图中示出了导体接纳开口的细节；以及

图6示出了在此前的施加绝缘材料的方法中可能出现的困难。

具体实施方式

第一实施例：

参照图1a至1c，将描述导体操纵工具的第一实施例。在图1a至1c中，在从y方向(图1a)、从x方向(图1b)和从z方向(图1c)的相应侧视图中示出了导体操纵工具。另外，在各个图中标出了相应的方向x、y和z。这些方向相对于彼此正交。

导体操纵工具具有工具主体10、导体接纳开口20(形成为具有两个开口端22、24的狭缝26)和在平面内延伸的锥形刀刃12。上述方向x、y和z限定为使得刀刃12延伸所处于的平面为y-z平面。

工具主体10

工具主体10被成形为板，其在一个方向(x方向)上的延伸小于其在其它方向(y方向和z方向)上的延伸。板具有半圆形形状。锥形刀刃12布置在工具主体10的半圆形弯曲侧，下面对其进行更详细的描述。与刀刃12相对，存在工具主体10的基部侧。

图1a至1c示出了与工具主体10相关的一些一般的方面。除了保持锥形刀刃所需的材料之外，工具主体10的厚度(在x方向上的延伸)由待插入的导线的直径确定。一个一般的方面是，在x方向上的延伸小于在其它正交方向y和z中任一个上的延伸的一半，更优选地小于其三分之一或五分之一，或甚至十分之一。另一个一般的方面是，工具主体10具有在x-y平面中的截面，该截面具有至少3∶1、或至少5∶1、或者甚至至少10∶1的y∶x纵横比。这里，y∶x纵横比被限定为在y方向上的截面的最大延伸除以在x方向上的截面的最大延伸。

通常，工具主体在z方向上的高度是导体接纳开口20的宽度的至少两倍或五倍。例如，z方向上的高度仅为导体接纳开口20宽度的两倍的工具主体可被构造为类似于图1a至1c中所示的工具主体10，但导体接纳开口20被布置成靠近基部，以使得内部支撑部14呈现非常小的高度，并且钝角刀刃12也具有超过45°的刀片角度，从而呈现非常小的高度。就绝对数而言，这样的实施例的高度可以小至2mm(对于具有比如1mm的宽度的导体接纳开口20)。对于其它实施例(例如，图1a至1c中所示的实施例)，高度可通常为至少5mm、或至少2cm、或甚至至少5cm。此外，工具主体在z方向上的高度通常不超过(nomore than)20cm、或甚至不超过10cm。

工具主体10可由例如塑料、金属、陶瓷等的任何材料制成，并且尤其可由诸如塑料的绝缘材料制成。此外，工具主体10为刚性的，使得其在导体接纳开口20和刀刃12之间限定了基本上固定的空间关系。在一些实施例中，工具主体至少具有包括诸如PTFE的非粘性材料的表面。此外，优选的是，工具主体由单个零件一体地制成。

导体接纳开口20

导体接纳开口20成形为用于在其中接纳导体部分。在图1a至1c的实施例中，导体接纳开口20形成为导线接纳狭缝，以用于在其中接纳导线侧面，并且用于保持接纳在其中的导线部分。狭缝26在y-z平面内延伸，或者更准确地在平行于y-z平面的平面内延伸(这里，术语平行平面也可指y-z平面，因为y-z平面平行于自身)。狭缝26向一侧敞开，使得导线可从该侧插入狭缝26内。

导线接纳狭缝26具有第一开口端22和第二开口端24，用于在这两端22和24之间的狭缝26中接纳中间导线段。这些开口端位于与刀刃12相对的工具主体10的基部侧处。

一个一般的方面是，导体接纳开口20(这里为狭缝26)的尺寸应设置为使得工具主体10在x方向上的最大延伸小于配合在导体接纳开口20中的圆形导线的最大导线直径的四倍、或甚至小于其两倍、或甚至小于其1.5倍(如可从例如图1c中看到的，最大导线直径大致对应于导体接纳开口的两端22和24在x方向上的横向尺寸)。另一个一般的方面是，导体接纳开口20的尺寸应设置为使得工具主体10在x方向上的最大延伸小于导体接纳开口20在x方向上的最大延伸的四倍。

就绝对值而言，导线接纳狭缝26通常具有大于1mm的截面直径(在正交于狭缝延伸的平面内)。此外，导线接纳狭缝通常具有小于8mm的截面直径。

刀刃12

锥形刀刃12大致在y-z平面(实际上锥形刀刃限定了y-z平面)内延伸，并且指向远离导体接纳开口20的方向。这意味着在y-z平面内，刀刃切削侧背向导体接纳开口20在y-z平面上的凸起(如见图1b)。

锥形刀刃具有在图1a中可见的刀片角度。这里，刀片角度被限定为刀刃在垂直于刀刃的截面平面内的角度。如果刀刃足够稳定，则刀刃越锋利，越容易散开。甚至89°的角也将可行。通常，锥形刀刃具有小于30°、或甚至小于20°的刀片角度。

在工具主体10的平行于y-z平面，即平行于图1b的观察平面的横截面中，锥形刀刃12形成工具主体10的外周部分，该部分为凸形(参见图1b)。此外，导体接纳开口20包括形成工具主体10的中间部分的狭缝26。此外，具有平行于y-z平面的平坦表面的内部平坦支撑部14形成工具主体10的内部部分。在图1b中，所有这些部分具有半圆形形状。然而，它们可以备选地具有任何其它形状，例如，任何弯曲的形状。

作为此处示出的一般的方面，刀刃在y-z平面内弯曲。例如，在图1b中，刀刃显示为半圆。在备选实施例中，其它圆形节段，或进一步更一般地说弯曲的形状，也是可行的。

从图1b可看到，刀刃和导体接纳开口20的狭缝26两者都具有半圆形形状。一个一般的方面是，刀刃沿着导体接纳开口20的狭缝26延伸，而不论其形状如何。

基部：

工具主体10具有在板的与刀刃12相对的一侧处形成的基部。基部侧适于在操作期间接触电气装置部分。因此，导体接纳开口20的开口端22和24位于基部侧处。作为更一般的方面，导体接纳开口20延伸至工具主体10的基部侧。此外，开口端22和24在基部侧处以大致直角的角度终止。这允许导线部分平行于彼此插入端部22和24中。其它位置(例如具有不同角度)也是可行的。位置取决于设备且取决于导体。

在图1b的实施例中，基部侧是直的且平行于y方向延伸。备选地，基部侧可具有适合电气装置部分的形状的形状，例如，以与线圈部分的弯曲表面匹配的圆形节段的形状向内弯曲。此外，在备选实施例中，基部侧可至少部分地为锥形，从而可使得例如由工具主体10分开的预浸料纤维非常接近连接器3。

方法：

接下来，将参照图2a至2c描述把绝缘材料施加到电气装置的方法步骤。

这里，为了举例说明，电气装置为变压器线圈1。通常，线圈具有导电线(如铜)的绕组。变压器线圈1包括从变压器线圈1的线圈部分突出的连接器3(此处为线圈导线的端部或中间部分)。

在图2a中所示的步骤之前，连接器3已被插入工具主体10的导体接纳段内。这里，工具主体10为图1a至1c中所示和以上描述的工具主体。连接器3被插入工具主体10的狭缝26内，使得导体操纵工具的锥形刀刃12指向远离连接器3的方向(也见图1b)。

如图2a至2c中所示，绝缘材料被以绝缘带5的形式施加到线圈部分上，该绝缘带5通过在心轴上旋转线圈而缠绕到线圈上。这里，带5为单向预浸料带，其具有沿着带的方向延伸的纤维，例如玻璃纤维，并且具有预固化的固体树脂。优选地，绝缘材料带或织物具有在约5mm和约600mm之间的宽度。

备选地或附加地，可提供其它绝缘材料。例如，也可使用具有束状形状的预浸料(预浸料束)或浸渍的织造织物。绝缘材料可包括干燥细丝(干法细丝缠绕)，但在一些情况下也包括湿细丝(湿法细丝缠绕)。

在施加绝缘材料期间，将绝缘材料的一部分(此处为预浸料带5的一部分)用工具主体10的刀刃可靠地分开。

图2a示出了在带5被分开之前的情况。接着，如图2b中所示，带5被分开并沿着纤维的方向散开，使得纤维沿着工具主体10的侧面滑动(带5的一部分在工具主体10的各侧上)。

然后，如图2c所示，由于预浸料带5的张力，且更重要的是由于在工具主体10的x方向上有利的小横向延伸，在已经滑动经过工具主体10之后，来自各侧的纤维随后彼此靠近。优选的是，带5完全滑动经过工具主体10。然后，带5能够紧密地包封连接器3(图2c)。因此，在由预浸料带5最终形成的最终绝缘层中，玻璃纤维仍然处于张力下，且几乎不存在邻近连接器3在x方向(侧面)上产生的富含树脂区，并且邻近连接器3在y方向上(纤维方向中的长度方向)仅有很少的富含树脂区。

第二实施例：

图3a至3c分别从y、x和z方向在相应的侧视图中示出了导体操纵工具的第二实施例。图3a和3c对应于图1a至1c，并且相同或类似的元件用相同的参考标号表示。在下文中，将只描述相对于第一实施例(图1a至1c)的不同之处。

在图3a至3c的第二实施例中，导体接纳开口20形成为具有一个开口端29的槽28(而不是如参见图1b的第一实施例中的狭缝26)。

导体接纳开口或槽28与线圈连接片的形状形式匹配(form-fit)，以用于在其中接纳线圈连接片。这里，“形式匹配”是指槽28的尺寸设置为使得片的主要部分可被插入其中，并且槽28适合片的轮廓，使得插入部分由槽28的形状保持在该槽中。如图3a至3c中可看到的，槽28由两个大致平行于z-y平面的实心侧面封闭(图3a中槽28的左右侧)，从而当从开口端29插入连接片时，连接片被侧面稳固地保持。

优选地，槽28与具有尺寸xx的线圈连接片的形状形式匹配。更一般地说，该槽优选地具有在30mm和100mm之间的z方向上的高度、在20mm和50mm之间的y方向上的宽度、以及在3mm和10mm之间的x方向上的深度。

在图3b中，工具主体10、以及尤其是刀刃12在y-z平面内的形状显示为半圆形。然而，虽然该形状是有利的，但也可使用其它形状。例如，作为一个一般的方面，刀片在y-z平面内的形状可适合导体接纳开口20的轮廓(即此处适合槽28的轮廓)，或者具有任何其它形状。

除了以上描述之外，第一实施例(图1a至1c)的描述也适用于第二实施例(图3a至3c)。

第三实施例：

根据图4a、4b和5中所示的另一个一般的方面，导体操纵工具还可包括导体固定装置，该装置适于和导体接纳开口协作，以固定接纳在导体接纳开口中的导体。导体固定装置可以是例如封盖、覆盖件或弹性元件。

图4a和4b从y方向在侧剖视图中示出了具有这样的导体固定装置的导体操纵工具的第三实施例。第三实施例类似于第一实施例，并且相同或类似的元件用相同的参考标号表示。

与在第一实施例中类似，导体接纳开口形成为具有开口侧的狭缝26。此外，其具有适于关闭狭缝26的开口侧的作为导体固定装置的覆盖件30。这里，为了关闭开口侧，覆盖件30具有滑动导轨32，以允许覆盖件沿着工具主体10的表面在打开位置(其中狭缝26的侧面打开，在图4a中示出)和关闭位置(其中狭缝26的侧面关闭，在图4b中示出)之间滑动。滑动导轨32可以是例如固定在覆盖件30处且在工具主体10处接合在凹槽中的轨道，该轨道允许在z方向上滑动，但固定其它方向。

覆盖件30具有双重优点。首先，当覆盖件30如在图4b中那样关闭时，它充当导体固定装置，因为它与狭缝26协作以固定接纳在狭缝26中的导体。其次，它允许在关闭时有平滑的外表面，以便例如有利于绝缘材料滑动经过工具主体10。为此，覆盖件30可包括诸如PTFE的防粘表面。

代替滑动导轨32，可提供将覆盖件30紧固到工具主体10的任何其它紧固装置，例如铰链连接、锁、卡扣式连接等。

图5从y方向在侧剖视图中示出了导体接纳开口的细节。这里，导体接纳开口是如在实施例1中的导线接纳狭缝26。此外，在导线接纳狭缝26内提供了作为导体固定装置的两个弹性元件27。这两个弹性元件可以是例如橡胶元件，例如沿着狭缝26或沿着狭缝26的一部分延伸的橡胶管。通常，可能发现只有一个弹性元件或多个弹性元件适用于固定导体。

在不脱离专利权利要求限定的范围的情况下，可按照以上未描述的其它方式对导体操纵工具进行修改。例如，导体接纳开口可以是第一导体接纳开口，即，例如导线接纳狭缝；并且工具还可包括第二导体接纳开口，例如，与线圈连接片的形状形式匹配的槽，以用于在其中接纳线圈连接片。利用这种设计，提供了两个导体接纳开口，第一开口是例如相对于图1a-1c描述的狭缝26，而第二开口是例如相对于图3a至3c描述的槽28。因此，获得了适用于多种不同导体的多用途工具。

另外，不需要沿着工具主体10的整个上边缘提供刀片。另外，工具的基部表面(即适于接触电气装置的表面)不需要是平坦的，而是可以适合电气装置的形状。例如，在电气装置为导线线圈的情况中，基部表面可以是向内弯曲的，例如以便适合导线线圈的线圈曲率。

Claims

1.一种制造电线圈(1)的方法，所述电线圈(1)包括导体部分(3)，所述方法包括下列步骤：

将导线缠绕到原线圈(1)；

提供从所述原线圈(1)突出的至少一个所述导体部分(3)，所述导体部分(3)是电连接器；

将所述电连接器(3)插入具有弯曲板形工具主体(10)的导体操纵工具的导体接纳段(20)，使得所述工具主体(10)的锥形刀刃(12)指向远离所述导体部分(3)的方向；

将电绝缘材料(5)的带缠绕到所述原线圈(1)的至少一部分上；

用所述刀刃(12)将所述带的带部分分开；以及

在分开之后，从所述导体部分(3)移除所述导体操纵工具。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电绝缘材料的带是具有单向纤维的带，并且其中所述带在所述纤维大致在所述刀刃的方向上延伸的情况下施加到所述电气装置，以使得所述带大致沿着所述纤维的所述方向被分开。

3.一种制造变压器的方法，所述方法包括：

根据权利要求1所述来制造第一电线圈；

根据权利要求1所述来制造第二电线圈；

提供变压器壳体；以及

将所述第一电线圈和所述第二电线圈设置在所述变压器壳体中，使得所述第一电线圈和所述第二电线圈电感耦合。

4.一种具有弯曲板形工具主体(10)的导体操纵工具，

所述工具主体(10)包括导体接纳开口(20)，所述导体接纳开口(20)用于在其中接纳导体部分(3)以及用于保持接纳在其中的所述导体部分，并且其中所述板形工具主体(10)的边缘被成形为大致在y-z平面内延伸的锥形刀刃(12)且指向远离所述导体接纳开口(20)的方向，并且所述锥形刀刃(12)形成所述工具主体(10)的凸形外周部分，用于在缠绕绝缘材料期间分开所述绝缘材料的一部分。

5.根据权利要求4所述的导体操纵工具，其特征在于，所述导体接纳开口(20)大致在平行于所述y-z平面的平面内延伸。

6.根据权利要求4至5中的任一项所述的导体操纵工具，其特征在于，所述工具主体(10)具有在x-y平面内的截面，所述截面具有至少2∶1、在一些实施例中至少3∶1的y∶x纵横比。

7.根据权利要求4至6中的任一项所述的导体操纵工具，其特征在于，所述工具主体由单个零件一体地制成。

8.根据权利要求4至7中的任一项所述的导体操纵工具，其特征在于，所述刀刃形成为圆形节段，特别是在y-z平面内弯曲的半圆形节段。

9.根据权利要求4至8中的任一项所述的导体操纵工具，其特征在于，所述导体接纳开口形成为用于在其中接纳导线侧面的导线接纳狭缝。

10.根据权利要求9所述的导体操纵工具，其特征在于，所述导线接纳狭缝具有第一开口端(22)和第二开口端(24)，以用于在两者之间接纳中间导线段，所述第一开口端(22)和所述第二开口端(24)位于与所述刀刃(12)相对的所述工具主体(20)的基部侧处。

11.根据权利要求9至10中的任一项所述的导体操纵工具，其特征在于，所述导线接纳狭缝具有小于6mm的截面直径。

12.根据权利要求4至11中的任一项所述的导体操纵工具，其特征在于，还包括导体固定装置，所述导体固定装置用于与所述导体接纳开口协作以固定接纳在所述导体接纳开口中的所述导体。

13.根据权利要求4至12中的任一项所述的导体操纵工具，其特征在于，所述导体接纳开口与线圈连接片的形状形式匹配，以用于在其中接纳所述线圈连接片。

14.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述导体操纵工具是根据权利要求4至13中的任一项所述的导体操纵工具。