CN108369854A - 绕组装置 - Google Patents

Abstract

一种绕组装置(8)，具有多个沿轴向彼此相隔布置的且形成相互间电气地串联连接的绕组段(3a、3b、3c……3n)，所述绕组段分别具有导体(2)，所述导体从各个绕组段(3a、3b、3c……3n)的内端部(5a、5b、5c……5n)卷绕到各个绕组段(3a、3b、3c……3n)的外端部(6a、6b、6c……6n)，并且在此所述绕组段(3a、3b、3c……3n)沿径向扩大，其中，至少一个绕组段(3a、3b、3c……3n)在其外端部(6a、6b、6c……6n)上与沿轴向后续的绕组段(3a、3b、3c……3n)的内端部(5a、5b、5c……5n)电气连接。为了可以廉价地制造这种绕组装置并且使绕组装置的绕组段彼此间以相对较小的间距布置，在此建议，至少一个沿轴向后续的绕组段(3a、3b、3c……3n)设计有阶梯区域(10a、10b、10c……10n)，在所述阶梯区域中所述后续的绕组段的内端部(5a、5b、5c……5n)沿径向布置在所述至少一个绕组段(3a、3b、3c……3n)的外端部(6a、6b、6c……6n)的高度上，所述至少一个绕组段与所述后续的绕组段电气连接。

Description

绕组装置

本发明涉及一种绕组装置，具有多个沿轴向彼此相隔布置的且形成相互间电气地串联连接的绕组段，所述绕组段分别具有导体，所述导体从各个绕组段的内端部卷绕到各个绕组段的外端部，并且在此所述绕组段沿径向扩大，其中，至少一个绕组段在其外端部上与沿轴向后续的绕组段的内端部电气连接。

本发明还涉及一种具有这种绕组装置的变压器和线圈或扼流圈。

前述的绕组装置例如由文献EP 2 251 877 B1已知。这种所示的绕组装置由所谓的盘形绕组串联构成，这些盘形绕组彼此间以一个间距布置。在此，每个盘形绕组的外端部与相应的沿轴向相邻布置的盘形绕组的内端部相连。以这种方式，在制造导体的整个绕组时，针对每个盘形绕组可以始终从内向外在成型的绕组上卷绕。这简化了绕组装置的制造并附带节省了成本。但缺点是，在盘形绕组之间延伸的导体的中间区段不仅需要跨越相邻的盘形绕组的轴向间距，还需要跨越绕组的径向间距。相邻的盘形绕组由此彼此间必须以较大的间距布置，以便提供用于所述中间区段的空间。

此外，由实际应用中已知所谓的外倾绕组(Sturzwicklung)。在外倾绕组中，一个盘形绕组的外端部与沿轴向的后续的盘形绕组的外端部相连，但是其中，外倾绕组从外向内卷绕。然而，卷绕方向的改变在制造中是耗费的且导致更多成本。

本发明所要解决的技术问题是，提供前述类型的绕组装置，这种绕组装置可以廉价地制造并且绕组装置的绕组段彼此间以相对较小的间距布置。

所述技术问题按照本发明解决的方式是，至少一个沿轴向后续的绕组段设计有阶梯区域，在所述阶梯区域中所述沿轴向后续的绕阻断的内端部沿径向布置在所述绕组段的外端部的高度上，所述绕组段与所述沿轴向后续的绕组段电气连接。

按照本发明提供一种绕组装置，其中，绕组段与相应相邻的绕组段的连接通过导体的简单的弯折实现，而导体不必通过更长的行程在相邻的绕组段之间导引。在此，所有绕组段具有相同的卷绕方向。由此，卷绕方向在本发明中不变化。整个绕组装置优选由唯一的卷绕的导体构成。连续的导体卷绕成，使得形成绕组段，这些绕组段沿轴向连续地布置。通过导体以确定的间距螺旋形式地卷起构成绕组段。在绕组段中相互绝缘的导体轨彼此贴靠并且以增大的线圈数沿一个方向、在此称为径向扩大绕组段。通过卷绕形成在周向上封闭的绕组段，所述绕组段限定出区段内部空间的边界。绕组段的区段内部空间沿轴向至少部分平齐，使得绕组段的堆叠定义出内部轮廓，该轮廓以下称为绕组内部空间。

为了使绕组段相互连接的导体或导体段实现尽可能短和紧凑的设计，除了串联电路的第一绕组段以外，每个绕组段均设计有偏心的阶梯区域，在该阶梯区域中绕组段的内部线圈层至绕组内部空间的假想的中轴线的间距比在阶梯区域以外的区域中至所述中轴线的间距更大。所述相对于其它区段变大的间距等于相邻的绕组段的内端部和外端部之间的间距，话句话说也就是等于绕组的厚度。因此，外侧的导体只需要侧向地、也就是沿轴向从各个绕组段的外侧的线圈层导引到相邻的绕组段的内侧的线圈层。在所述的阶梯区域中如此弯折的导体则随之用作所述的相邻的绕组段的内侧的线圈层。通过将内侧的线圈层在阶梯区域中抬升到外侧的线圈层的水平高度，导体段或导体可以在绕组段之间较短地设计，使得绕组段之间的间距同样可以减小。

优选的是，除了串联电路的第一绕组段以外，每个绕组段均设计有阶梯区域。根据本发明的该变型方案，第一绕组段形成绕组装置的所谓的开端，绕组装置通过所述开端例如与变压器或扼流圈的相位接口连接。但是，第一绕组段的外端部随后在阶梯区域中与沿轴向后续的绕组段的内端部相连，使得该内端部就是具有阶梯区域的第一绕组段。这相应地适用于沿轴向后续的绕组段。

根据本发明的优选的设计方案，每个绕组段是盘形设计的盘形绕组。在盘形绕组中，各个线圈层准确相叠地卷绕，使得这些线圈层一定程度上盘形地在共同的层面中或“平面”中延伸。根据有利的改进方案，绕组装置设计得更为紧凑。

优选的是，每个盘形绕组在周向上封闭地设计并且限定出区段内部空间的边界。盘形绕组的区段内部空间在堆叠中叠加，所述堆叠由盘形绕组沿轴向排列获得，从而提供用于变压器铁芯或扼流圈铁芯的臂的空间。

在一个变型方案中，每个盘形绕组在阶梯区域以外形成圆环形的环形区段。这使得在按照本发明的绕组装置的制造过程中可以获得圆柱形的成型制件，绕组段可以在该成型制件上卷起。这减少了制造成本。

根据本发明的优选的设计方案，沿轴向并排布置的盘形绕组限定出圆柱形的内部空间的边界，所述内部空间具有中轴线，其中，每个盘形绕组的第一线圈层在阶梯区域中与中轴线的距离比第一线圈层在环形区段中与中轴线的距离更大。绕组的圆柱形的内部空间能够容纳磁轭的通常的臂，从而不必耗费地适配。

适宜的是，每个盘形绕组的阶梯区域的中心与直接相邻的盘形绕组的阶梯区域的中心相对于所述中轴线彼此界定一个角度α。要使盘形绕组的外侧的线圈层布置在相应后续的盘形绕组的第一线圈层的径向水平或径向高度上，阶梯区域围绕中轴线扭转是必不可少的。

根据与之相关的改进方案，每个盘形绕组均与各自的再下一个盘形绕组平齐地布置。根据该变型方案，整个绕组装置仅在两个位置上构成偏心的隆起。这同样简化了绕组装置的调节以及其随后的操作。

所述角度α有利地等于180度。根据该变型方案，隆起彼此相对地在绕组装置的不同的侧面上。与之不同的是，所述角度α在10至30度的范围内。根据本发明的该变型方案，两个隆起在绕组装置的相同的侧面上，例如在前端布置。以这种方式可以限定用于容纳输入和输出线路的导体空隙的边界。

原则上在本发明中可以使用任何类型的导体。由此，导体例如是拉制的金属线导体或者面状的薄膜导体。

所述导体有利地是带状设计的带状导体。作为带状导体例如可考虑铜或优选铝，其中，所述导体或在此带子形状的带状导体分别被绝缘层至少分段地围绕。所述绝缘层例如可以是绝缘的漆层或者绝缘薄膜。绝缘薄膜在卷绕时位于相继的线圈层之间。

根据与之相关的适宜的设计方案，所述带状导体在阶梯区域中均被两次弯曲。通过两次弯曲，带状导体可以特别简单地沿轴向从相应的绕组段导引至后续的绕组段。

绕组装置优选是变压器或线圈或扼流圈的一部分。

本发明另外的适宜的设计方案和优点参照附图由本发明的实施例的说明获得，其中相同的附图标记示出相同功能的构件。

图1示出根据现有技术的绕组装置，

图2示出按照本发明的绕组装置的实施例，

图3示出按照本发明的绕组装置的实施例的立体图，

图4示出在制造过程中的根据图3的绕组装置，

图5示出按照本发明的绕组装置的另外的实施例的局部视图，

图6示出在制造过程中的根据图5的绕组装置，

图7示出根据图3的绕组装置的示意性俯视图，和

图8示出按照本发明的绕组装置的另外的实施例的示意图。

图1示出根据现有技术的绕组装置1。所述绕组装置1显示导体2的绕组，所述导体例如通过插入绝缘薄膜或者通过绝缘漆与下一个圈层电气绝缘。所述导体2被卷绕，使得这些导体2的圈层在一个层面中螺旋式地相叠地布置。螺旋式相叠布置的导体轨在此称为线圈层。因此，第一线圈层限定线圈内部的边界，该线圈内部在此称为区段内部空间11。相叠布置的线圈层在一个层面中彼此相叠。换句话说，这些线圈层构成盘状的盘形绕组3a、3b、3c……3n，作为绕组段。这些绕组段沿轴向4前后依次布置。在此，所有盘形绕组3a、3b、3c……3n均以间距D相对彼此布置，其中，间距D可以是不同的。盘形绕组3a和3b之间的间距例如可以小于盘形绕组3b和3c之间的间距。每个盘形绕组3a、3b、3c……3n均具有内端部5a、5b、5c和5n以及外端部6a、6b、6c和6n。此外，每个盘形绕组3a、3b、3c……3n均由内向外卷绕，如对于每个盘形绕组3a、3b、3c……3n通过箭头12沿径向示出的。所述卷绕方向还通过弧形箭头7示出。可以看到，所有盘形绕组3a、3b、3c……3n具有相同的卷绕方向7。为了例如盘形绕组3a与盘形绕组3b电气连接，盘形绕组3a的外端部6a与盘形绕组3b的内端部5b相连。为了给盘形绕组3a和3b之间延伸的导体段2提供空间，盘形绕组3a和3b必须以间距D彼此间隔地布置。这相应适用于所有其它的盘形绕组3a、3b、3c和3n。

图2示出按照本发明的绕组装置8的实施例，该绕组装置8与根据图1的绕组装置1相应地设计有绕组段、在此为盘形绕组3a、3b、3c……3n的电气串联电路。如图1，所有盘形绕组3a、3b、3c……3n均具有相同的卷绕方向7，也就是每个盘形绕组3a、3b、3c……3n均从内端部5a、5b、5c……5n向各自的外端部6a、6b、6c……6n卷绕。如图1，盘形绕组3a、3b、3c……3n-1的外端部6a、6b、6c……6n分别与另外的沿轴向直接后续的或紧接的盘形绕组3b、3c、3d的内端部相连，例外是串联电路的最后一个部分绕组3n。在所示的实施例中，该最后一个部分绕组3n通过盘形绕组的外端部6n与在图中未示出的所述变压器的高压接口连接。第一盘形绕组3a的内端部5a与所述变压器的另外的高压接口连接。

如在图2中示意示出的，盘形绕组3b相对于盘形绕组3a沿径向9在从6a至5b的连接区域内抬升到使盘形绕组3b的内端部5b处在与盘形绕组3a的外端部6a相同的“径向”高度上。因此，导体2在本发明中仅需要沿轴向4从盘形绕组3a的“层面”弯曲或弯折，用于转移到相邻的盘形绕组3b的层面。在那里导体形成第一线圈层。另外的线圈层可以通过简单的继续卷绕沿相同的方向卷起。由此在本发明中避免了在绕组段3a、3b、3c……3n之间像图1那样的较长的导体连接。同时，与所谓的外倾卷绕相反的是，对于所有盘形绕组3a、3b、3c……3n的卷绕方向7是相同的。由此，盘形绕组3a、3b、3c……3n可以以相同的间距D彼此间隔地布置，其中，绕组装置8的制造保持廉价的。

图3示出根据图2的绕组装置8的立体图。可以看到，盘形绕组3a、3b、3c沿轴向4依次以较小的间距彼此间隔地布置。在图3所示的视图中，盘形绕组3a面朝观察者。可以看到，每个盘形绕组3a、3b、3c……3n在周向上封闭地设计并因此限定了区段内部空间13的边界。盘形绕组3a、3b、3c……3n的整个堆叠组、即绕组装置8限定出一个内部的中空空间，该中空空间在此称为内部空间14。内部空间14包含大致上这些彼此平齐的区段内部空间13。

内部空间14用于容纳可磁化的材料，所述可磁化的材料设计用于引导具有较低磁阻的磁场。各个盘形绕组3a、3b、3c……3n在俯视图中非圆形地设计并且由此限定出各个非圆形的区段内部空间13。而是每个盘形绕组3a、3b、3c……3n均具有偏心的阶梯区域10a、10b、10c……10n，该阶梯区域与绕组装置8的圆柱形的内部空间14的假想的中轴线的距离比每个盘形绕组3a、3b、3c……3n的在俯视图中形成圆形的剩余区段与所述中轴线的距离更大。还可以看到，阶梯区域10a与盘形绕组3b的阶梯区域10b不是平齐布置的，盘形绕组3b沿轴向紧跟在第一盘形绕组3a后面。反而，阶梯区域10b在周向上相对于阶梯区域10a错位，导致阶梯区域10a和10b的两个中心点彼此相对于绕组装置8的内部空间14的假想的中轴线界定一个角度α。此外可以看到，再下一个盘形绕组3c的阶梯区域10c与第一盘形绕组3a的阶梯区域10a平齐地布置。这相应地适用于阶梯区域10b和10d。因此，每个盘形绕组3a、3b、3c……3n通过它们的阶梯区域10a、10b、10c……10n与相应再下一个盘形绕组3a、3b、3c……3n平齐地布置，其中，直接相邻堆叠的盘形绕组3a、3b、3c……3n的阶梯区域10a、10b、10c……10n相对彼此扭转。因此，在绕组装置8中一共可以看到两个偏心的隆起15、16，这两个隆起由阶梯区域10a、10c、10e……10n-1和阶梯区域10b、10d、10f……10n构成。如果计算盘形绕组3a、3b、3c……3n以整数1开始，则由偶数个盘形绕组3a、3c、3e……3n-1形成隆起15，并且由奇数个盘形绕组3b、3d、3f……3n形成另一个隆起16。

在图3中还可以看到，外侧线圈层的导体2在阶梯区域10b中沿轴向从盘形绕组10a的平面错移地伸出、即弯折，并且由此构成第二盘形绕组3b的内端部5b。内端部5a设置用于连接运行中处于高压的变压器输出线路。而盘形绕组3b的外侧线圈层的导体2在阶梯区域10c中沿轴向朝着盘形绕组3c的方向弯折，使得该导体在那里构成盘形绕组3c的内端部。但这在图3中被盘形绕组3a遮挡。

图4示出在制造过程中的立体图，如盘形绕组3b的导体2在阶梯区域10b中弯折成还待卷绕的下一个盘形绕组3c。此外，可看到第一盘形绕组的阶梯区域3a，通过该阶梯区域第一盘形绕组在背离观察者的侧面上与变压器的壳体相连。

图5示出按照本发明的绕组装置的另外的实施例的局部立体图。卷绕成盘形绕组3a、3b、3c……3n的带状导体2与图3所示的带状导体2相比设计得更宽和更薄，其中，由铝构成的带状导体2被绝缘膜覆盖。尤其可以看到阶梯区域10a、10b、10c……10n，其中，相应再下一个盘形绕组3a、3c、3e与3b、3d、3f相对彼此平齐。相邻的盘形绕组3a和3b的阶梯区域10a和10b相对彼此扭转并且彼此相对于绕组装置8的空心柱形的内部空间14的中轴线形成夹角α，从而通过带状导体2沿轴向弯折使带状导体可以转移到沿轴向后续的盘形绕组的层面中。

图6示出在制造过程中的根据图5的绕组装置。在此可以看到带状导体2在制造时如何被弯曲。在图5和6中示出的导体2设计为柔性的，使得导体2在阶梯区域10中可以被两次弯曲。在第一弯曲位置17处，反向于卷绕方向7向后弯曲。在第二弯曲位置18处，带状导体2再次回弯，使得带状导体重新沿希望的卷绕方向7延伸。在两次弯曲中，导体2沿轴向错位，使得导体2可以形成后续的盘形绕组的第一线圈层。

图7示出按照本发明的绕组装置8的另外的实施例。在该视图中可以特别好地看到，盘形绕组彼此平齐地布置。在图7可以看到，盘形绕组3n和3n-1的阶梯区域10n和10n-1相对于圆柱形的内部空间14的中轴线彼此间相互界定一个角度α。圆柱形的内部空间14通过实线的圆形线示意性地示出。可以看到，内部空间14设计为不完整的圆柱形。而是基于在此20度之间的角度α设计有附加的线路导引空间19，如果在圆柱形的内部空间内例如延伸有底部线圈和铁芯的臂，则该线路导引空间可以用于容纳导体、电线、接头和类似部件。

图8示出按照本发明的绕组装置8的另外的实施例，其与图7所示的实施例的不同点在于，阶梯区域10n和10n-1相对于圆柱形的内部空间14的中轴线相互界定的角度α等于180°。可以看到，在该设计方案中，盘形绕组的内部轮廓共同限定了圆柱形内部空间的边界，使得产生更紧凑的、不带如图7的用于导引电线的附加空间的绕组装置。

Claims (13)

1.一种绕组装置(8)，具有多个沿轴向彼此相隔布置的且形成相互间电气地串联连接的绕组段(3a、3b、3c……3n)，所述绕组段分别具有导体(2)，所述导体从各个绕组段(3a、3b、3c……3n)的内端部(5a、5b、5c……5n)卷绕到各个绕组段(3a、3b、3c……3n)的外端部(6a、6b、6c……6n)，并且在此所述绕组段(3a、3b、3c……3n)沿径向扩大，其中，至少一个绕组段(3a、3b、3c……3n)在其外端部(6a、6b、6c……6n)上与沿轴向后续的绕组段(3a、3b、3c……3n)的内端部(5a、5b、5c……5n)电气连接，其特征在于，至少一个沿轴向后续的绕组段(3a、3b、3c……3n)设计有阶梯区域(10a、10b、10c……10n)，在所述阶梯区域中所述沿轴向后续的绕阻断的内端部(5a、5b、5c……5n)沿径向布置在所述绕组段(3a、3b、3c……3n)的外端部(6a、6b、6c……6n)的高度上，所述绕组段与所述沿轴向后续的绕组段电气连接。

2.按照权利要求1所述的绕组装置(8)，其特征在于，除了串联电路的第一绕组段(3a)以外，每个绕组段(3a、3b、3c……3n)均设计有阶梯区域(10a、10b、10c……10n)。

3.按照权利要求2所述的绕组装置(8)，其特征在于，每个绕组段是盘形设计的盘形绕组(3a、3b、3c……3n)。

4.按照权利要求3所述的绕组装置(8)，其特征在于，每个盘形绕组(3a、3b、3c……3n)在周向上封闭地设计并且限定出区段内部空间(13)的边界。

5.按照权利要求4所述的绕组装置(8)，其特征在于，每个盘形绕组(3a、3b、3c……3n)在阶梯区域(10a……10n)以外形成圆环形的环形区段。

6.按照权利要求5所述的绕组装置(8)，其特征在于，沿轴向堆叠的盘形绕组(3a、3b、3c……3n)限定出圆柱形的内部空间(14)的边界，所述内部空间(14)具有中轴线，其中，每个盘形绕组(3a、3b、3c……3n)的第一线圈层在阶梯区域(10a、10b、10c……10n)中与中轴线的距离比第一线圈层在环形区段中与中轴线的距离更大。

7.按照权利要求6所述的绕组装置(8)，其特征在于，每个盘形绕组(3a、3b、3c……3n)的阶梯区域(10a、10b、10c……10n)的中心和直接相邻的盘形绕组(3a、3b、3c……3n)的阶梯区域(10a、10b、10c……10n)的中心相对于所述中轴线彼此界定一个角度α。

8.按照权利要求7所述的绕组装置(8)，其特征在于，每个盘形绕组(3a、3b、3c……3n)均与各自的再下一个盘形绕组(3a、3b、3c……3n)平齐地布置。

9.按照权利要求8所述的绕组装置(8)，其特征在于，所述角度α在10度至30度之间或者等于180度。

10.按照前述权利要求之一所述的绕组装置(8)，其特征在于，所述导体是带状设计的带状导体(2)。

11.按照权利要求10所述的绕组装置(8)，其特征在于，所述带状导体(2)在每个阶梯区域(10a、10b、10c……10n)中均被两次弯曲。

12.一种变压器，具有按照前述权利要求之一所述的绕组装置(8)。

13.一种线圈，具有按照权利要求1至3之一所述的绕组装置(8)。