CN105324823B - 制造线圈装置的方法、端环元件和有端环元件的线圈装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于为线圈装置(1)形成端环(5)的端环元件(10)，其中所述端环元件(10)通过平面条带来形成，所述平面条带沿着纵向方向(L)和宽度方向(W)而延伸，其中所述条带提供了在其沿着所述纵向方向(L)的长度上的恒定的间隔能力；以及在所述宽度方向(W)上比在所述纵向方向(L)上更高的刚度。

Description

制造线圈装置的方法、端环元件和有端环元件的线圈装置

技术领域

本发明涉及制造例如用于高电压/高功率应用的线圈装置的领域。具体地说，本发明涉及一种用于线圈装置的制造工艺，其中绕组在线圈导线卷绕之后是紧凑的。

背景技术

在例如用于高电压/高功率应用的线圈装置的制造中，线圈导线逐层卷绕在圆柱形线圈芯体上。各个层可通过绝缘片/间隔片而分隔开，在绝缘片/间隔片之上盘绕下一层绕组。绕组在轴向方向上成螺旋形，所以各个绕组层的端面相对于整个线圈装置的端面并非平面。

然而，为了能够在以轴向方向将绕组卷绕到线圈芯体上之后将压力应用于线圈绕组上，端面必须形成平的平面，从而可在轴向方向上将压力均匀地应用于绕组上。因此，通常提供端环，其形状设置成与各个绕组的不平的端面相对应，从而形成垂直于轴向方向的平的端面。这容许均匀地应用力以压紧绕组。

在线圈装置用于变压器单元的情况下，端环进一步用于使绕组居中，从而最大限度地减小短路情况下应用于绕组上的力。

传统地，这种端环从具有与必须应用端环的绕组层相同的内径的圆筒上切割而成，并且具有与绕组层的厚度基本相对应的厚度。这种用于端环的制造工艺是非常昂贵的，因为对于各个不同的端环直径都需要相应的圆筒。因此，当将圆筒切割成端环时，大部分圆筒材料是废料。此外，直接切入到圆筒中需要专用且昂贵的工具和设备。

文献CN 201584277-U公开了一种用于变压器线圈的绝缘端环。这种端环具有设置在叠片垫块中的内纸板圆筒以及设置在叠片垫块外部的外纸板圆筒。

文献CN 202102865公开了一种具有绝缘垫块的变压器绝缘环，绝缘垫块设于在内纸圆筒和外纸圆筒之间。绝缘铆钉连接在内纸圆筒和外纸圆筒之间。

文献CN 201549344-U公开了一种变压器绝缘端环装置，其具有位于变压器中的环件的上面部分和下面部分之间并且与线圈相适应的空心的环体套筒。空心的环体的横截面定制为矩形形状。

文献US3657808A公开了一种宽度以梯形方式变化的轴环，其形成了设置在电线圈的各个末端的端环。轴环由多个绝缘层片制成，绝缘层片堆叠起来以形成恒定厚度的分层结构。

文献US 5 717 373 A公开了一种恒定厚度的轴环，其缠绕在圆柱形芯体的顶部和底部。这样，芯体的陡峭边缘被平滑化了，并且线圈可在没有损伤的条件下卷绕到缠绕芯体上。

本发明的一个目的是提供一种端环元件、端环和用于制造这种端环元件的方法，以便用于线圈装置的制造。具体地说，目的是可在较少的废料下制造端环元件。

发明内容

上面的目的通过根据权利要求1和2所述的用于为线圈装置形成端环的端环元件以及根据其它独立权利要求所述的端环、用于制造端环的方法、端环元件组、端环组、线圈装置以及用于制造线圈装置的方法来实现。

在从属的分项权利要求中指出了本发明的优选实施例。

根据第一方面，提供了一种端环元件，其用于为线圈装置形成端环，其中端环元件由沿着纵向方向和宽度方向延伸的平面条带形成，其中条带提供了恒定的全局厚度，以容许在其沿纵向方向的整个长度上具有恒定的间隔，在宽度方向上具有比纵向方向更高的刚度，以及平面条带的形状具有笔直纵向边缘。平面条带沿着纵向方向具有横截面，其具有柔性部分以容许沿着纵向方向弯曲成环，并且在柔性部分之间具有间隔部分，从而提供恒定间隔能力。根据一个备选实施例，平面条带可沿着纵向方向具有横截面，其具有波纹结构，其中波纹结构具有沿着宽度方向延伸的波纹元件，从而提供了沿着宽度方向的刚度，其中波纹元件提供了与恒定的全局厚度相对应的波纹深度。

根据另一方面，提供了一种由上面的端环元件形成的端环，其中端环元件成形为圆形的圆筒，使得笔直的纵向边缘限定了垂直于圆筒轴线的平面。

本发明的一个思想是提供端环，其可由用于制造线圈装置的片材制成。这容许产生较少的废料，并使用更简单的刀具。

用于形成端环的端环元件设计为用于形成/弯曲成圆柱形状。具体地说，端环元件可至少部分地由柔性材料制成。端环元件为厚度提供了间隔能力，该厚度至少部分地与有待应用于线圈装置的制造工艺中的绕组层的厚度相对应。端环元件在纵向方向上的长度基本上适合于相对应的绕组层的内径，所以长度基本上等于或略短于内径。端环元件在纵向方向上具有一个笔直的纵向边缘和相反的笔直的纵向边缘，相反的笔直的纵向边缘的相对于纵向方向可为倾斜的。这两个笔直的纵向边缘在端环元件的相反的末端边缘之间延伸，端环元件在宽度方向上延伸。由端环元件形成的整个形状是梯形的。

通过制造端环元件，使其可柔韧地弯曲成环形形状，使得纵向方向对应于周向方向，从而可形成用于线圈装置的绕组层的端环。端环必须由一种材料制成，并且设有容许端环元件弯曲成环形形状的结构，同时仍然提供用于在制造线圈装置之后执行轴向方向上的压紧所需要的刚度。因此，端环元件需要具有合适的柔性，以便在纵向方向上弯曲成环，同时其需要提供足够的刚度，以便接收宽度方向上(与线圈装置的轴向方向相对应)的压力，尤其足以在形成端环时压紧绕组层的绕组的压紧压力。

由上面的端环元件形成的端环具有可产生平的且强壮的机械接口的优点，从而当在轴向方向应用压力时在绕组的轴向末端处保护绕组层的绕组。此外，端环元件具有在线圈直径方面产生的线圈装置公差可以很容易得到补偿的优点，因为在形成端环的端环元件的纵向末端之间的距离可在广泛的范围内变化，而不会对端环和线圈装置的功能性具有负面效应。在用于变压器中的情况下，不同宽度的端环元件可分别用于高电压初级绕组层和低电压二次绕组层，这容许它们居中，因而在最大限度地减小短路情况下应用于初级绕组和二次绕组上的轴向力。

因为端环元件的厚度必须与绕组层的厚度相对应，所以所需要的柔性可通过借助于提供沿着端环元件的宽度方向延伸的槽而减少厚度来实现。基本上，可以假定端环元件的厚度沿着其纵向方向而变化，提供彼此间隔开的低厚度部分，所以端环元件可沿着线圈装置的周向方向进行弯曲。

可以假定恒定的间隔能力通过恒定的全局厚度来提供，从而容许在其沿纵向方向的整个长度上提供恒定的间隔；

根据一个实施例，条带可具有带笔直纵向边缘的形状。

此外，条带可具有沿着纵向方向的横截面，其具有容许沿着纵向方向弯曲成环的柔性部分，并且在柔性部分之间具有间隔部分，其可在整个条带宽度上延伸，从而提供了沿着宽度方向的刚度。

可以假定条带由片材形成，其设有槽，以形成柔性部分，其中这些槽通过独立的间隔部分和/或通过切入到片材中的槽来形成，各个间隔部分附连成沿着纵向方向有间隔。

此外，条带可具有厚度，其容许沿着纵向方向相当大的弯曲。

可以假定平面条带具有与笔直的纵向边缘相反的另一纵向边缘，使得平面条带具有变化的宽度，其中具体地说，所述另一纵向边缘可为笔直的，并且相对于纵向方向是倾斜的。

根据另一方面，提供了一组上面的端环元件，其中至少两个端环元件具有不同的长度，以用于形成具有不同直径的端环。

根据另一方面，提供了一种用于制造端环的方法，其中上面的端环元件尤其在线圈装置的芯体或另一端环上成形为圆形圆筒，使得笔直的纵向边缘限定了垂直于圆筒轴线的平面。

根据另一方面，提供了一种圆柱形线圈装置，其包括：

-一个或多个圆柱形绕组层；和

-至少一个上面的端环，其中端环至少部分地在轴向方向上抵靠绕组层的端面，并且笔直的纵向边缘与圆柱形线圈装置的端面基本上齐平。

此外，各个绕组层可在一个端面上具有一个端环，或者在两个端面上具有两个端环。

可以假定至少一个绕组层具有线圈，其在一定的螺旋偏差下进行螺旋形地卷绕，其中端环由端环元件形成，端环元件具有与笔直的纵向边缘相反的另一纵向边缘，其中所述另一纵向边缘是笔直的，并从具有第一宽度的端环元件的第一末端延伸至具有第二宽度的端环元件的第二末端，其中在第二宽度和第一宽度之间的差值适合于螺旋偏差。

根据另一方面，提供了一种用于制造线圈装置的方法，其包括如下步骤：

-提供一个或多个圆柱形绕组层；和

-在形成绕组层之后，使上面的端环元件弯曲，以便轴向方向抵靠绕组层的端面，使得笔直的纵向边缘与圆柱形线圈装置的端面基本上齐平。

附图说明

在以下说明书中将结合附图更详细地描述优选实施例，其中：

图1显示了具有绕组层和端环的线圈装置部分的透视图；

图2显示了端环元件的俯视图；

图3显示了端环元件的透视图；

图4显示了由图2和图3的端环元件形成的端环的侧视图；

图5显示了端环元件的末端部分的图示；

图6显示了用于从片材中切割出端环元件的切割方案；

图7显示了不同种类的端环元件的图示；且

图8显示了另一不同种类的端环元件的图示。

具体实施方式

图1显示了线圈装置1的一部分的透视图。线圈装置对于制造单相变压器、用于配电目的的三相变压器、用于牵引、辅助和双层绝缘目的的绝缘变压器、用于功率电子转换器的变压器以及用于感应器、扼流圈和反应器以及用于电动机的线圈装置通常是必须的。

线圈装置1是围绕线圈芯体2建造的。线圈装置1具有绕组层3，其通过一个或多个绕组导线4来形成，在本实施例中螺旋形地卷绕了三个分开的平行绕组导线4，所以绕组导线4是相邻的。绕组导线4可作为单个或成束的若干个绕组导线4进行卷绕，绕组导线4在线圈装置1的轴向方向上彼此相邻。一个或多个相邻的绕组导线4的线束宽度限定了由围绕线圈芯体2的一个绕组层3中的绕组导线4形成的螺旋偏差。

在各个绕组层3的两端，靠近有待制造的线圈装置1的端面，附连了端环5，从而使线圈装置1的端面成为平面。各个端环5通常具有一定的形状，其适合于补偿由绕组层3的轴向末端形成的不规则端面。具体地说，端环5具有变化的轴向宽度，使得朝着线圈装置1的端面定向的边缘与端面齐平，同时相反的边缘抵靠相应的绕组层3的第一绕组的绕组导线4。具体地说，端环补偿了由绕组导线4形成的螺旋偏差。

端环5提供了平的强壮的机械接口，从而在应用压力以压紧绕组导线4时保护绕组层3免于局部力的变化。当线圈装置1设有若干个用于变压器中的绕组层3时，用于高电压绕组层3和低电压绕组层3的不同尺寸的端环5可相对于轴向方向居中，因而最大限度地减小了短路情况下应用于端环上的力。

图2显示了端环元件10的俯视图，其用于形成图1中所示的端环5。端环元件10由片材形成，例如通过诸如切割、冲压等工艺。端环元件10具有纵向方向L和宽度方向W。在纵向方向L上，端环元件10必须提供柔性，使其可以很容易地弯曲成端环5，其两个相反末端(第一纵向末端13和相反的第二纵向末端14)在纵向方向L上彼此紧贴在一起或彼此接近，而没有显著的张力迫使末端13,14远离环形形状。

在宽度方向W上，端环元件10需要提供足够的刚度，以吸收轴向方向上的力，例如在卷绕到线圈芯体2上之后应用于端面上以压紧绕组导线4的压力，而没有显著的变形。

此外，端环元件10具有第一纵向边缘11和第二纵向边缘12，其在两个纵向末端13,14之间是基本笔直的，而端环元件10形成梯形。换句话说，在纵向方向L上，端环元件10具有增加的宽度，即在纵向方向L的第一纵向末端13处的第一宽度W1以及在相反的纵向方向L的第二纵向末端14处更大的第二宽度W2。在第一宽度W1和第二宽度W2之间的差值与沿着轴向方向螺旋形卷绕起来的绕组导线4的螺旋偏差相对应，所以当形成环时，端环元件10的第二纵向边缘12抵靠相应绕组层3中的绕组端环的相对应的边缘，而第一纵向边缘11与线圈装置1的端面是齐平的。

图3显示了端环元件10的一个实施例的透视图，其提供了在纵向方向L上所需要的柔性以及在宽度方向W上所需要的刚度。端环元件10由条带形成，其具有减少厚度的柔性部分21，这通过一个表面上的槽来形成，而相反的表面可为平的。在槽上，端环元件10的材料具有减小的厚度，以便在纵向方向L上提供所需要的柔性。在柔性部分21之间，可提供间隔部分22，例如具有更高厚度(厚度方向D)的间隔部件，其中间隔部分22或间隔部件的厚度基本上与绕组层3的径向厚度相对应，从而提供在绕组层3之间所需要的径向间隔。此外，间隔部分22可提供在宽度(轴向)方向W上所需要的刚度。

柔性部分21和间隔部分22沿着纵向方向L的宽度可在广泛的范围内进行选择。间隔部分(部件)22优选在纵向方向L上宽于柔性部分。例如，间隔部件22可具有为槽21的宽度的1.5至4倍的宽度。

在本实施例中，柔性部分21和间隔部分22形成了阶梯型式。然而还可使用其它型式，其：

1. 提供绕组层3的间隔所需要的厚度；

2. 在宽度方向W上提供吸收轴向力所需要的刚度；和

3. 提供沿着纵向方向L所需要的柔性，从而使端环元件发生环状弯曲。

在阶梯型式的情况下，沿着宽度方向W的边缘可为平滑的或圆形的。

端环元件10可由单片材料制成，其经过切割以形成柔性部分21。在其它实施例中，片材可由第一柔性材料层，例如织物等制成，在此之上通过例如粘合剂附连间隔部件22。

图4显示了形成端环5的端环元件10，而突出的间隔部件22向内定向。

图5显示了端环元件10的末端部分的更详细的视图。可看出纵向方向L上的第一末端13变平了，以具有连续减少的厚度，从而在厚度方向D相反的表面之间形成了角度。这个角度可在30°至75°的范围内。

如图6中所示，端环元件10通过来自例如EPGC308(环氧层片)的标准板30的梯形形状的切片来形成，标准板30设有在一个方向上延伸并通过槽分开的间隔部件22。板30的切割被执行，使得端环元件10的纵向方向L基本垂直于间隔部分(间隔部件)22/板30的柔性部分(槽)21的伸展部分。

图6显示了如何可从这种标准板30切割出若干个具有不同长度的端环元件10的示例。由于各个端环元件10的梯形形状，并且由于对于各个端环元件10需要两个相同的切片用于线圈装置1的绕组层3的相反的侧面，所以当从板30的矩形面积31中切割这两个相同长度的切片时可减少废料。相应的端环元件10的倾斜的第二纵向边缘12可沿着相同的切割线31进行切割。

根据图7中显示的另一实施例，端环元件10的厚度变化还可利用低厚度板17来实现，其中以宽度方向W延伸的间隔部件22附连，例如胶合在低厚度板上。在这个实施例中，低厚度板17的材料可提供高的柔性，而间隔部件22可由与板17相同或不同的材料制成，并且提供所需要的厚度和刚度。间隔部件22可由耐高温且绝缘电阻的复合材料，例如EPGC，EPGM或UPGM制成。

图8显示了端环元件10的另一实施例，并且由其制成的端环5具有波纹结构，其由波纹板30切割而成，波纹板由例如上述耐高温且绝缘电阻的复合材料制成。波纹板30可提供在纵向方向L上具有例如正弦曲线形、三角形或矩形形状并沿着宽度方向W延伸的结构(横截面图中)，从而在宽度方向W上提供吸收力所需要的刚度。波纹板30的片材是相对较薄的，以提供足够的柔性，便于端环元件10沿着纵向方向L弯曲成环形形状。通过波纹结构组成的波纹板30还具有全局厚度，其提供了当卷绕在线圈装置1的绕组层3周围时所需要的间隔。

参考列表

1线圈装置

2线圈芯体

3绕组层

4绕组导线

5端环

10端环元件

11第一纵向边缘

12第二纵向边缘

13第一纵向末端

14第二纵向末端

17低厚度板

21柔性部分

22间隔部分

30板

31切割线。

Claims (21)

1.一种用于为线圈装置(1)形成端环(5)的端环元件(10)，其中所述端环元件(10)通过平面且梯形条带来形成，所述条带沿着纵向方向(L)和宽度方向(W)而延伸，其中所述条带提供了

-在其沿着所述纵向方向(L)的长度上的恒定的间隔能力；

-在所述宽度方向(W)上比在所述纵向方向(L)上更高的刚度；

-并且其中所述条带沿着所述纵向方向(L)具有横截面，其具有容许所述条带沿着所述纵向方向(L)弯曲成环的柔性部分(21)，并且在所述柔性部分(21)之间具有间隔部分(22)，从而提供恒定的间隔能力。

2.一种用于为线圈装置(1)形成端环(5)的端环元件(10)，其中所述端环元件(10)通过平面且梯形条带来形成，所述条带沿着纵向方向(L)和宽度方向(W)而延伸，其中所述条带提供了

-在其沿着所述纵向方向(L)的长度上的恒定的间隔能力；

-在所述宽度方向(W)上比在所述纵向方向(L)上更高的刚度；且

-其中所述条带沿着所述纵向方向(L)具有横截面，其具有波纹结构，其中所述波纹结构具有沿着所述宽度方向(W)而延伸的波纹元件，从而提供了沿着所述宽度方向(W)的刚度，其中所述波纹元件提供了与恒定的全局厚度相对应的波纹深度。

3.根据权利要求1所述的端环元件(10)，其特征在于，所述恒定的间隔能力通过恒定的全局厚度来提供，从而容许在其沿所述纵向方向(L)的整个长度上具有恒定的间隔。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的端环元件(10)，其特征在于，所述条带具有带笔直的纵向边缘(11)的形状。

5.根据权利要求1所述的端环元件(10)，其特征在于，所述间隔部分(22)在所述条带的整个宽度上延伸，从而提供了沿着所述宽度方向(W)的刚度。

6.根据权利要求1或5所述的端环元件(10)，其特征在于，所述条带通过片材来形成，其设有槽以形成所述柔性部分(21)，其中所述柔性部分(21)通过间隔部分(22)和/或通过切入到所述片材中的槽来形成，所述间隔部分各自附连成沿着所述纵向方向(L)具有间隔。

7.根据权利要求2所述的端环元件(10)，其特征在于，所述条带具有厚度，其容许沿着所述纵向方向(L)有相当大的弯曲。

8.根据权利要求1至3中的任一项所述的端环元件(10)，其特征在于，所述条带具有与所述条带的笔直的纵向边缘(11)相反的另一纵向边缘(12)，以便所述条带具有变化的宽度。

9.根据权利要求8所述的端环元件(10)，其特征在于，所述另一纵向边缘(12)是笔直的，并且相对于所述纵向方向(L)是倾斜的。

10.一种由根据权利要求1至9中的任一权利要求所述的端环元件(10)所形成的端环(5)，其特征在于，所述端环元件(10)成形成圆形圆筒，使得所述条带的笔直的纵向边缘(11)限定了垂直于圆筒轴线的平面。

11.一种由根据权利要求1至9中的任一权利要求所述的端环元件(10)所形成的组，其特征在于，所述端环元件(10)中的至少两个具有不同的长度，用于形成具有不同直径的端环(5)。

12.一种由根据权利要求10所述的端环所形成的组，其特征在于，所述端环(5)中的至少两个具有不同的直径。

13.一种用于制造端环(5)的方法，其中根据权利要求1至9中的任一权利要求所述的端环元件(10)形成了圆形圆筒，使得所述条带的笔直的纵向边缘(11)限定了垂直于圆筒轴线的平面。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述端环元件(10)在线圈装置(1)的芯体(2)上或另一端环(5)上形成所述圆形圆筒。

15.一种圆柱形线圈装置(1)，包括：

-一个或多个圆柱形绕组层(3)；和

-至少一个根据权利要求7所述的端环(5)，其中所述端环(5)至少部分地在所述轴向方向上抵靠所述绕组层(3)的端面，并且其中所述条带的笔直的纵向边缘(11)与所述圆柱形线圈装置(1)的端面基本上齐平。

16.根据权利要求15所述的线圈装置(1)，其特征在于，各个绕组层(3)在仅一个端面上具有一个端环(5)，或者在所述绕组层(3)的两个端面中的每个端面上均具有一个端环(5)。

17.根据权利要求15或16所述的线圈装置(1)，其特征在于，至少一个绕组层(3)具有按一定的螺旋偏差进行螺旋形卷绕的绕组，其中所述端环(5)由端环元件(10)来形成，所述端环元件(10)具有与所述笔直的纵向边缘(11)相反的另一纵向边缘(12)，其中所述另一纵向边缘(12)是笔直的，并且从所述端环元件(10)的具有第一宽度的第一末端延伸至所述端环元件(10)的具有第二宽度的第二末端，其中在所述第二宽度和所述第一宽度之间的差值适合于螺旋偏差。

18.根据权利要求15或16所述的线圈装置(1)，其特征在于，所述至少一个端环(5)中的一个与所述绕组层(3)中的至少一个是同轴的。

19.一种用于制造线圈装置(1)的方法，包括如下步骤：

-提供一个或多个圆柱形绕组层(3)；且

-安装根据权利要求1至9中的任一权利要求所述的端环元件(10)，以便在轴向方向上抵靠所述绕组层(3)的端面，使得所述条带的笔直的纵向边缘(11)与所述线圈装置(1)的端面基本齐平。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述端环元件(10)是在卷绕所述绕组层(3)中的相对应的一个之前安装的，所述绕组层(3)中的相对应的一个的面抵靠相应安装的端环元件(10)。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，在已经卷绕了相对应的绕组层(3)之后，安装第二端环，以便在所述轴向方向上抵靠所述绕组层(3)的另一端面，使得所述笔直的纵向边缘(11)与所述圆柱形线圈装置(1)的相应的端面基本齐平。