CN109494057A - 感应器组件 - Google Patents

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Abstract

一种感应器组件，包括线圈，该线圈包括盘旋地缠绕的金属箔。

Description

感应器组件
相关申请
本申请要求2017年9月12日提交的美国临时专利申请No.62/557,289的权益和优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及感应器组件，更具体地，涉及包括感应线圈的感应器组件及用于制造该感应器组件的方法。
背景技术
感应线圈用在AC电力网络中，用于功率因数校正、电压调节、减小di/dt，以及下游设备的保护。
发明内容
根据本发明的实施例，感应器组件包括线圈，该线圈包括盘旋地缠绕的金属箔。
在一些实施例中，线圈具有纵向线圈轴线和径向线圈厚度，金属箔的箔宽度基本上平行于线圈轴线延伸，以及箔宽度大于线圈厚度。
在一些实施例中，金属箔的箔厚度为在约0.5mm至1mm的范围内。
在一些实施例中，线圈包括与用金属箔盘旋地共同缠绕的电绝缘层。
在一些实施例中，电绝缘层的厚度为在约0.05mm至1mm的范围内。
在一些实施例中，箔宽度与箔厚度的比值在约170至500的范围内。
根据一些实施例，金属箔和电绝缘层在其宽度上彼此不结合。
在一些实施例中，线圈具有基本上圆柱形的外轮廓。
根据一些实施例，感应器组件包括环绕并接合线圈的电绝缘环氧树脂。
在一些实施例中，感应器组件还包括第二线圈，该第二线圈包括盘旋地缠绕的第二金属箔，并且环氧树脂环绕并接合第二线圈，并且设置在第一线圈和第二线圈之间。
根据一些实施例，感应器组件包括限定封闭腔室的外壳，其中线圈设置在腔室中。
在一些实施例中，感应器组件包括至少一个安装支架，该安装支架支撑外壳和线圈。
根据一些实施例，感应器组件包括端子汇流条，该端子汇流条电连接到金属箔上，并包括端子以及电绝缘热收缩管，该电绝缘热收缩管环绕端子汇流条的一部分。
在一些实施例中，线圈包括第二金属箔，该第二金属箔与第一金属箔盘旋地共同缠绕，以形成多层导体。
在一些实施例中，线圈包括与第一金属箔和第二金属箔盘旋地共同缠绕的电绝缘层。
根据一些实施例，第一金属箔和第二金属箔以及电绝缘层在它们的宽度上彼此不结合。
根据一些实施例，线圈具有线圈纵向轴线，线圈具有金属箔的最内侧绕组和金属箔的最外侧绕组，感应器组件包括第一端子汇流条，该第一端子汇流条连接到最内侧绕组上并从感应器组件的轴向端部向外突出，以及感应器组件包括第二端子汇流条，该第二端子汇流条连接到最外侧绕组上并从感应器组件的轴向端部向外突出。
根据本发明的实施例，多单元感应器系统包括第一感应器组件和第二感应器组件。第一感应器组件包括第一线圈，第一线圈包括盘旋地缠绕的第一金属箔。第二感应器组件包括第二线圈，第二线圈包括盘旋地缠绕的第二金属箔。第一线圈电连接到第二线圈上。
在一些实施例中，第一线圈具有第一线圈纵向轴线，并且第二线圈具有第二线圈纵向轴线。第一感应组件和第二感应器组件中的每一个均包括：第一端子汇流条和第二端子汇流条，该第一端子汇流条连接到其线圈上，并从感应器组件的轴向端部向外突出；该第二端子汇流条连接到其线圈上，并从感应器组件的轴向端部向外突出。第一感应器组件和第二感应器组件并排定位，第二感应器组件的第一端子汇流条电连接到第一感应器组件的第二端子汇流条上。
根据本发明的实施例，一种用于形成感应器组件的方法包括将金属箔盘旋地缠绕成线圈的形式。
在一些实施例中，该方法包括将电绝缘片和金属箔盘旋地共同缠绕。
根据一些实施例，在共同缠绕电绝缘片和金属箔的步骤期间，金属箔和电绝缘片彼此不结合。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的感应器组件的顶部立体图。
图2是图1的感应器组件沿图1的线2-2截取的剖视图。
图3是图1的感应器组件的立体图，其中为了解释的目的，移除了感应器组件的壳体。
图4是图1的感应器组件的立体图，其中为了解释的目的，移除了感应器组件的壳体和灌封件(potting)。
图5是图1的感应器组件的立体图，其中为了解释的目的，移除了感应器组件的壳体、灌封件和线圈。
图6是形成图1的感应器组件的一部分的线圈组件的立体图。
图7是图6的线圈组件的侧视图。
图8是图6的线圈组件的端视图。
图9是图6的线圈组件的放大的局部剖视图。
图10是形成图6的线圈组件的部分的导体箔和绝缘片的局部立体图，其中为了解释的目的，导体箔和绝缘片被示出为扁平的。
图11是示出包括图1的感应器组件的两相AC电力系统的电气图。
图12是根据本发明的另外实施例的感应器组件的立体图。
图13是图12的感应器组件沿图12的线13-13截取的剖视图。
图14是示出包括图12的感应器组件的电力系统的电气图。
图15是根据本发明的另外实施例的感应器组件的立体图。
图16是图15的感应器组件沿图15的线16-16截取的剖视图。
图17是图15的感应器组件的立体图，其中为了解释的目的，移除了感应器组件的壳体。
图18是图15的感应器组件的立体图，其中为了解释的目的，移除了感应器组件的壳体、灌封件和线圈。
图19是形成图15的感应器组件的一部分的线圈组件的立体图。
图20是图19的线圈组件的分解立体图。
图21是图19的线圈组件的放大的局部端视图。
图22是图19的线圈组件的放大的局部端视图。
图23是图19的线圈组件的侧视图。
图24是包括多个图15的感应器组件的多单元感应器系统的立体图。
图25是包括多个图1的感应器组件的多单元感应器系统的示意图。
图26是图25的多单元感应器系统的示意图。
图27是根据本发明的另外实施例的感应器组件的立体图。
图28是图27的感应器组件沿图27的线28-28截取的剖视图。
图29是包括多个图27的感应器组件的多单元感应器系统的立体图。
图30是根据本发明的另外实施例的线圈组件的立体图。
图31是图30的线圈组件的分解立体图。
图32是图30的线圈组件的侧视图。
图33是图30的线圈组件的放大的局部端视图。
图34是图30的线圈组件的放大的局部端视图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，在该附图中示出了本发明的示例性实施例。在附图中，为了清楚起见，可夸大区域或特征的相对尺寸。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本公开全面和完整，并且向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
应当理解，尽管本文可以使用术语第一、第二等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分应当不受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区分开。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。
为了便于描述，在这里可使用空间相对术语，例如“在下方”、“在下面”、“下部”，“在上方”、“上部”等来描述如图所示的一个元件或特征与另一个或多个元件或特征的关系。应当理解，空间相对术语旨在包含装置在使用或操作时除了图中所示的定向之外的不同定向。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为在其它元件或特征“下面”或“下方”的元件此时将被定向在其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在下面”可包括上面和下面的定向。该装置可以其它的方向定向(旋转90°或在其它方向上)，并且相应地解释本文所使用的空间相对描述。
如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”或“该”旨在也包括复数形式，除非另有明确说明。应当进一步理解，术语“包括(includes)”，“包含(comprises)”，“包括(including)”和/或“包含(comprising)”当在本说明书中使用时是指存在所述特征、整体(integer)、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。应当理解，当一个元件被称为“连接”或“联接”到另一个元件时，它可以直接连接或联接到另一个元件，或者可以存在中间元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关联的所列项目的任意组合和所有组合。
除非另外定义，否则本文所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员之一通常理解的含义相同的含义。应当进一步理解，诸如在常用词典中定义的那些术语应被解释为具有与其在本说明书和相关领域的背景中的含义一致的含义，并且将不在理想化的或者过度正式的意义上来解释，除非在本文明确地这样定义。
典型的感应线圈设计使用导体，该导体使用清漆绝缘并绕线轴旋转。然而，因为负载电流需要导体的显著横截面，所以这种设计通常不能承受线圈的匝之间的显著瞬态过电压，并且尺寸会很大。在那种情况下，因为它具有圆形形状，所以导体的匝之间存在显著的空间损失。如果在线圈上安装绝缘盖以确保它能够承受非常高的瞬态过电压，那么整个线圈组件的尺寸将变得更大。此外，振动可能是一个问题，因为线圈的匝之间存在最小的接触，这允许一些可能的移动。
参考图1至图11，在这里示出了根据本发明的实施例的双线圈感应器组件100。感应器组件100具有纵向轴线L-L。
感应器组件100包括外壳110、一对轴向间隔开的支撑基座120、支撑轴122、电绝缘装配件124、一对衬套126、灌封件128、绝缘套管或绝缘管129、第一线圈组件131和第二线圈组件151。
基座120和轴122是金属(在一些实施例中是铝)。轴122在任一端部处由基座120支撑并附接在基座120上。
装配件124围绕轴122安装。装配件124可以由塑料或聚合物材料形成，例如介电强度在约30kV/mm至40kV/mm的范围内的聚醚砜。
线圈组件131、151(下面更详细地描述)安装在装配件124和轴122上。线圈组件131、151各包括一对端子汇流条140、142、160、162。
外壳110包括一对侧向相对的壳体114和一对轴向相对的端板112，壳体114和端板112紧固在一起以形成外壳110。外壳110限定内腔或腔室118，支撑轴122、装配件124、灌封件128、绝缘管129、第一线圈组件131和第二线圈组件151设置并容纳在该内腔或腔室118内。四个端子开口116限定在外壳110中并与腔室118连通。
外壳部件112、114可以由任意适合的材料形成。在一些实施例中，外壳部件112、114由电绝缘聚合物阻燃材料形成，例如SABIC的Noryl N190X，其介电强度为约19kV/mm。
四个绝缘管129中的每一个均环绕相应的端子汇流条140、142、160、162的长度，该端子汇流条140、142、160、162延伸穿过腔室118，穿过端子开口116，并且超出端子开口116规定的距离。管129可由任意适合的材料形成。在一些实施例中，管129由电绝缘聚合物材料形成。在一些实施例中，管129由电绝缘弹性材料形成。在一些实施例中，管129由电绝缘的可热收缩的聚合物(例如，弹性体)形成，该聚合物已经围绕相应的端子汇流条140、142、160、162热收缩。
灌封件128填充腔室118内的空隙空间，该空隙空间未被其它部件占据。灌封件128可由任意适合的材料形成。灌封件128是电绝缘的。在一些实施例中，灌封件128由具有至少18kV/mm的击穿电压的材料形成。在一些实施例中，灌封件128是环氧树脂或聚氨酯树脂。
每个衬套126均是环形的并且夹在或插在端板112和相邻的基座120之间并且安装在轴122上。衬套126可由任意适合的材料形成。在一些实施例中，衬套由弹性聚合物材料形成。在一些实施例中，衬套126由弹性体形成，并且在一些实施例中，由硅弹性体或橡胶形成。
线圈组件131包括多层线圈130、内端子汇流条140和外端子汇流条142。
线圈130是空心线圈。线圈130具有线圈轴线A-A和轴向相对的端部130A、130B。线圈130包括导电的导体片、条或箔132和电绝缘的绝缘条或片134。箔132和片134围绕轴线A-A螺旋地共同缠绕或卷绕以形成绕组136。绕组136从导体箔132的最内侧绕组136E在内侧通道138中逐渐延伸到线圈130的外径上的导体箔132的最外侧绕组136F。每个绕组136在前面的绕组136上径向叠加、堆叠或围绕前面的绕组136卷绕。
导体箔132具有相对的侧边缘132A，该侧边缘132A沿线圈轴线A-A轴向间隔开并且彼此基本上平行地延伸。导体箔132螺旋地缠绕，使得每个边缘132A基本上保持在从绕组136E到绕组136F的整个线圈130的单个侧向平面E-E(图7)中或附近。也就是说，导体箔132保持与其自身对齐并且盘旋地(spirally)而不是螺旋地(helically)缠绕。
根据一些实施例，线圈130包括从绕组136E到绕组136F的至少10匝或绕组，并且在一些实施例中，包括从约60匝到100匝。应当理解，在附图中，没有具体示出层132、134和线圈130、150的匝，或者在图8中仅部分示出。因此，附图中的层132、134的描绘可能不是关于匝的数量、层的厚度或层之间的间距来按比例绘制的。
导体箔132可由任意适合的导电材料形成。在一些实施例中，导体箔132由金属形成。在一些实施例中，导体箔132由铜或铝形成。
绝缘片134可由任意适合的电绝缘材料形成。在一些实施例中，绝缘片134由聚合物材料形成。在一些实施例中，绝缘片134由聚酯膜形成。在一些实施例中，绝缘片134由具有至少4kV/mm的击穿电压的材料形成，并且在一些实施例中，在约13kV/mm至20kV/mm的范围内。
线圈130通常是管状的。在一些实施例中，线圈130的外轮廓基本上是圆柱形的并且在侧向横截面上基本上是圆形的。
线圈130具有厚度CT(图7)、长度CL(图7；与线圈轴线L-L平行)和外径CD(图8)。厚度CT是在与线圈轴线A-A正交的侧向平面N-N(图7)中从最内侧导体绕组136E到最外侧导体绕组136F的径向距离。
根据一些实施例，线圈130通常为圆柱形，其长度CL大于其外径CD。根据一些实施例，CL/CD比为至少0.2，并且在一些实施例中，在约0.3至1.5的范围内。
图9-图10是平放的导体箔132和绝缘片134(例如，在卷绕成线圈130之前)的局部视图。导体箔132具有厚度MT、长度ML和宽度MW。绝缘片134具有厚度IT、长度IL和宽度IW。
根据一些实施例，导体箔宽度MW大于线圈外径CD。在一些实施例中，MW/CD比为至少0.2，并且在一些实施例中，在约0.4至1.5的范围内。
根据一些实施例，导体箔宽度MW大于线圈厚度CT。在一些实施例中，MW/CT比为至少0.5，并且在一些实施例中，在约2至3的范围内。
根据一些实施例，厚度MT在约0.1mm至2mm的范围内，并且在一些实施例中，在约0.5mm至1mm的范围内。根据一些实施例，长度ML在约1m至40m的范围内。根据一些实施例，宽度MW在约0.5cm至30cm的范围内。
根据一些实施例，厚度IT在约0.05至1mm的范围内。根据一些实施例，长度IL在约1m至40m的范围内。根据一些实施例，宽度IW在约0.5cm至30cm的范围内。
根据一些实施例，MW/MT比为至少2.5，并且在一些实施例中，在约170至500的范围内。
根据一些实施例，IW/IT比为至少2.5，并且在一些实施例中，在约1000至4000的范围内。
根据一些实施例，绝缘片134的边缘部分134G轴向向外延伸超过导体箔132的相邻边缘距离IO(图7)。在一些实施例中，距离IO为至少1mm，并且在一些实施例中，距离IO在约3mm至10mm的范围内。
根据一些实施例，线圈130通过以下方法形成。导体箔132分别形成为离散的带(tape)、条(strip)、片或箔。绝缘片134单独地分别形成为离散的带、条、片或箔。然后将预成形箔132和预成形片134配合、层压或层叠在一起并盘旋地共同缠绕成线圈结构，以形成线圈130。在一些实施例中，层132、134围绕圆柱形心轴共同缠绕，形成或支撑。在一些实施例中，层132、134围绕装配件124共同缠绕。
在一些实施例中，箔132和片134在缠绕成线圈之前沿其长度彼此不结合。也就是说，箔132和片134松散地共同缠绕并且彼此不结合或不层压直到线圈130形成。在一些实施例中，箔132和片134在完成的线圈130中除了在线圈130的端部处通过灌封件128结合之外彼此不结合。因此，在这种情况下，箔132和片134在它们的宽度上彼此不结合。在一些实施例中，箔132和片134紧密地缠绕，使得将导体箔132的绕组之间的空气间隙最小化或消除。
端子汇流条140、142可由任意适合的导电材料形成。在一些实施例中，端子汇流条140、142由金属形成。在一些实施例中，端子汇流条140、142由铜或镀锡铜形成。
内端子汇流条140(图2)包括通过连接器腿140B连接的接触腿140A和端子腿T1。接触腿140A通过螺钉5、螺母6和夹持元件或夹板141(图8)以与导体箔132的最内侧绕组136E机械接触和电接触的形式固定。导体箔绕组136E插在或夹在接触腿140A和夹板141之间。螺钉5穿过绕组136E并由螺母6固定，使得接触腿140A和夹板141压缩地夹紧在接触腿140A和夹板141之间的绕组136E上。端子腿T1通过开口116延伸到外壳110外部。
外端子汇流条142(图2)包括通过连接器腿142B连接的接触腿142A和端子腿T2。接触腿142A通过螺钉5、螺母6和夹板141(图5)以与导体箔132的最外侧绕组136F机械接触和电接触的方式固定。绕组136F通过螺钉5(该螺钉5穿过绕组136F)和螺母6以与上述用于接触腿140A、螺钉5、螺母6和夹板141相同的方式夹紧在接触腿142A和夹板141之间。端子腿T2通过开口116延伸到外壳110外部。
线圈组件151以与线圈组件131相同的方式构造，并且包括多层线圈150、内端子汇流条160和外端子汇流条162，该多层线圈150、内端子汇流条160和外端子汇流条162对应于线圈130、内端子汇流条140和外端子汇流条142。线圈150具有线圈轴线B-B。
内端子汇流条160的端子腿T3通过螺钉5、螺母6和夹板141以与上述用于接触腿140A、螺钉5、螺母6和夹板141的相同的方式与线圈150的导体箔的最内侧绕组156E机械接触和电接触地固定。端子腿T3通过开口116延伸到外壳110外部。
外端子汇流条162的端子腿T4通过螺钉5、螺母6和夹板141以与上述用于接触腿140A、螺钉5、螺母6和夹板141的相同方式与线圈150的导体箔的最外侧绕组156F机械接触和电接触地固定。端子腿T4通过开口116延伸到外壳110外部。
因此，根据一些实施例，线圈130、150使用非常薄(例如，从0.2mm直到1.5mm)并且非常宽(例如，从30mm直到200mm)的金属箔或导体。然后，将这种呈箔形式的导体围绕塑料圆柱体(例如，装配件124)缠绕。在箔的匝之间使用薄的绝缘片，该薄的绝缘片将在线圈的匝之间提供充分的绝缘(例如，从5kV直到20kV)。汇流条连接到导体箔的内侧绕组和外侧绕组上，并从外壳突出。汇流条使用热收缩的电绝缘套管进一步地电绝缘。热收缩套管可防止汇流条和线圈的其余部分之间的闪络。线圈被覆盖在塑料外壳内，然后用环氧树脂灌封，以在线圈的两个轴向端部处的导体箔的匝之间提供电绝缘。此外，灌封件防止湿气渗入线圈内侧，这可能会降低线圈的绝缘性或使所用的绝缘体的绝缘性能老化。此外，灌封件还将使线圈在振动的情况下更稳定，并且还提高了线圈的两个输出之间的绝缘。
根据方法实施例，感应器组件100是用于两相AC电力系统7中的两相线圈，如图11中的图所示。线L1的输入连接到端子T2上，并且线L1的输出连接到端子T1上。线L2的输入连接到端子T3上，并且线L2的输出连接到端子T4上。在一些实施例中，AC电力系统具有约650Vrms的电压L1-L2和约100A的负载电流。断路器可设置在感应器组件100的输入端子T2、T3和电源之间。感应器组件100的输出端子T3、T4可连接至配电板上。
在线路中的浪涌电流(高di/dt)的情况下，绝缘管129将隔离被覆盖的端子汇流条，并从而防止连接到该线路上的线圈与另一线圈的端子汇流条之间的闪络。例如，在图3中可以看出，汇流条140的连接腿140B沿线圈150的长度延伸。当浪涌电流施加到线圈150上时，端子汇流条140上的管129可防止从线圈150到汇流条140的连接腿140B上的闪络。
灌封件128(例如，环氧树脂)覆盖线圈130、150的端部，并从而稳定线圈130、150以及增加在每个线圈130、150内的导体箔(例如，导体箔)的匝之间的电绝缘。灌封件128还提高了两个线圈130、150的相邻端部之间的电绝缘。灌封件128进一步提高了线圈130、150和汇流条140、142、160、162之间的电绝缘。
外侧塑料外壳110可消耗振动并为线圈130、150提供环境保护。外壳110还增加了针对线圈130、150的电绝缘。坚固的安装支架或基座120和支撑轴122能确保感应器组件100能够承受振动。
衬套126可用于容忍感应器组件100中的制造公差，从而减少振动。衬套126还可用于阻尼或吸收施加到感应器组件100上的力(例如，振动)。衬套126还可弹性地并暂时地容忍由线圈130、150的加热引起的感应器组件100的膨胀。
灌封件还可容忍感应器组件100中的制造公差，从而减少振动。
因为螺钉5或其它紧固件和夹板141用于将汇流条140、142、160、162固定到最内侧绕组136E、156E和最外侧绕组136F、156F上，所以不必使用可熔化薄的线圈导体箔的焊接(welding)或软焊(soldering)技术。
图12-图14示出了根据本发明的另外实施例的感应器组件200。感应器组件200与感应器组件100类似地构造，但仅包括单个线圈组件231。线圈组件231包括线圈230和端子汇流条240、242，线圈组件131、线圈230和端子汇流条240、242对应于线圈组件131、线圈130和端子汇流条140、142，并以与用于线圈组件131、线圈130和端子汇流条140、142所描述的相同的方式构造。端子汇流条240、242具有对应于感应器组件100的端子腿T1和T2的端子腿T1和T2。
如图14中示意性地示出的，感应器组件200可串联连接到电力系统9的保护接地(PE)上，其线路之间的电压为650Vrms，并且负载电流为100A。根据相关标准，感应器组件200的额定电流可以为实际线路电流的一半(即，约50A)。感应器组件200的输出T1连接到配电板内侧的PE端子上。
根据本发明的一些实施例，如本文所述的感应器组件具有约100A的特定负载电流额定值，可以在正常低电压(LV)应用(高达1000Vac)下操作，能够维持非常高的瞬态过电压事件，该瞬态过电压事件可能在横跨其端部(在100kV的范围内)产生，能够满足极端振动条件，能够安装在外部环境中，基本上降低故障引发火灾的风险或将故障引发火灾的风险最小化，占地面积和尺寸小(例如，小于43000cm3)，并且重量相对轻(例如，小于25kg)。
图15-24示出了根据本发明的另外实施例的双线圈感应器组件300。感应器组件300与感应器组件100类似地构造，但被配置成使得端子腿T1、T2从感应器组件300的一个轴向端部302A延伸，并且端子腿T3、T4从感应器组件300的相对轴向端部302B延伸。
除了所示出的和所讨论的之外，感应器组件300还包括分别对应于部件110、120、122、124、126、128、129、131和151的外壳组件310、一对轴向间隔开的支撑基座320、支撑轴322、电绝缘装配件324、一对衬套326、灌封件328、绝缘套管或绝缘管329、第一线圈组件331和第二线圈组件351。
外壳组件310包括一对轴向相对的圆柱形杯状壳体314和一对轴向相对的端板312A和312B。每个壳体314限定腔室318以容纳组件331、351中的相应一个和灌封件328。两个端子开口316在每个端板312中限定并与相邻的腔室318连通。电绝缘的分隔衬套315插在壳体314的相邻的内端部之间。分隔衬套315可由如上所述的用于衬套126的材料形成。
除了在其端子汇流条340、342、360、362的构造之外，线圈组件331、351以与线圈组件131、151相同的方式构造。参照图21，端子汇流条340连接到线圈330的最内侧绕组336E上，并具有延伸穿过端板312A中的开口316的端子腿T1。参考图22，端子汇流条342连接到线圈330的最外侧绕组336F上，并具有延伸穿过端板312A中的另一个开口316的端子腿T2。端子汇流条360连接到线圈350的最内侧绕组上，并具有延伸穿过端板312B中的开口316的端子腿T3。端子汇流条362连接到线圈350的最外侧绕组上，并具有延伸穿过端板312B中的另一个开口316的端子腿T4。每个端子腿T1、T2、T3、T4被绝缘管329覆盖，该绝缘管329延伸穿过相应的开口316。每个端子腿T1、T2、T3、T4还可以被绝缘管329内的内绝缘管327覆盖。绝缘管327可以由与所述的用于绝缘管129的材料相同的材料形成。
图19-23更详细地示出了线圈组件331。线圈组件351以与线圈组件331相同的方式构造。如图19至图23所示，线圈330包括箔332、绝缘片334、夹板341和紧固件5、6，该箔332、绝缘片334、夹板341和紧固件5、6分别对应于线圈组件131的部件132、134、141、5和6，并以与线圈组件131的部件132、134、141、5和6相同的方式组装。箔332的最内侧绕组336E的端部通过夹板341A和紧固件5、6以与端子汇流条340电接触的方式机械地固定。汇流条340、夹板341A和绕组336E可以被接收在所示出的装配件324的槽中。箔332的最外侧绕组336F的端部通过夹板341和紧固件5、6以与端子汇流条342电接触的方式机械地固定。
从图16中可以理解，双线圈感应器组件300具有纵向轴线L-L，线圈330具有线圈轴线A-A，并且线圈350具有线圈轴线B-B。线圈轴线A-A、B-B与轴线L-L基本上平行，并且在一些实施例中，与轴线L-L基本上同轴。在一些实施例中，线圈轴线A-A、B-B基本上彼此平行。端子腿T1、T2、T3、T4各自沿轴线L-L的方向从感应器组件300的端部302A、302B轴向延伸或突出。在一些实施例中、端子腿T1、T2、T3、T4各自沿与轴线L-L基本上平行的轴线延伸。
因此，线圈330的输入端子T1和输出端子T2从单元300的同一端部302A延伸。线圈350的输入端子T3和输出端子T4从单元300的同一相对端部302B延伸。因为不存在从一个线圈330、350延伸穿过另一个线圈330、350的端子汇流条，所以这种结构可使线圈330、350能够更好地彼此绝缘。
感应器组件300的端子构造还允许能够组装多单元感应器系统301，例如如图24和图26所示出的。系统301包括以相对紧凑的并排布置的多个(如所示出的，四个)双线圈感应器组件300A-300D(每个如针对组件300所描述的那样构造)。感应器组件300A-300D的感应线圈330通过连接导体7(例如，金属线缆)连接到线路L1上并且彼此串联连接。感应器组件300A-300D的感应线圈350通过连接导体7(例如，金属线缆)连接到线路L2上并且彼此串联连接。
在系统301中，感应器组件300A-300D的纵向轴线L-L彼此非同轴地延伸。也就是说，感应器组件300A-300D的相应的纵向轴线L-L基本上彼此平行地延伸(如所示出的)，但是彼此侧向地移位，或者可以彼此横向地延伸。
系统301的构造避免了感应器组件100A-100D的同轴构造，例如如图25的感应器系统101中所示出的，其中共用中心金属柱122'支撑多个感应器组件100A-100D的每个线圈130、150。在系统101中，系统101的介质耐压(dielectric withstand voltage)可以受到每个端子T1、T2、T3、T4和相邻基座120之间的距离D1的限制。在雷击或其它浪涌事件的情况下，由于高di/dt在线圈端子上的感应电压将导致闪络；结果，电流可以从端子T1-T4闪络到相邻的基座120，并且电流可从基座120通过中心金属柱122’传导到电路的高压HV侧，从而在下游的感应器组件100A-100D的线圈130、150的周围短路。也就是说，因为电路的端部LV、HV之间的电压电势由中心金属柱122’桥接，所以降低了系统101的总介质耐压。
相比之下并且参考图26，在系统301中，由于来自高di/di，从端子T1、T2、T3、T4跨过距离D2到相邻的基座320的所感应的雷电冲击电压，所以来自雷电浪涌或其它浪涌事件的电流可能仍然闪络。然而，为了使电流传导到下一个感应器组件300B-300D，所以电流必须在从第一感应器组件300A的基座320到感应器组件300B的基座320的距离D3上闪络。可以选取相邻的感应器组件300A-300D的基座320之间的距离，以在感应器组件300A-300D之间以及针对整个系统301提供升高的和足够的介质耐压。这样，实现了感应器组件300A-300D之间的大量的电绝缘。结果，整个系统301从LV侧到HV侧的总雷电冲击过电压得以保持。例如，如果每个感应器组件300A-300D的雷电冲击击穿电压是100kV，那么系统301的总雷电冲击击穿电压将是400kV。这可以在每个感应器组件300A-300D中保持导电金属支撑轴322的同时完成。金属支撑轴322可以是理想的，以提供改进的强度、导热性、抗热损坏性(例如熔化)，以及制造中的容易性和灵活性。
分隔衬套315可使线圈组件331、351彼此电绝缘。分隔衬套315可用于容忍感应器组件300中的制造公差，从而减小振动。分隔衬套315还可以用于阻尼或吸收施加到感应器组件300上的力(例如，振动)。分隔衬套315还可弹性地且临时地容忍由线圈330、350的加热引起的感应器组件300的膨胀。
图27-29示出了根据本发明的另外实施例的感应器组件400。感应器组件400与感应器组件300类似地构造，但仅包括单个线圈组件431。对应于线圈组件131、线圈130和端子汇流条140、142，线圈组件431包括线圈430和端子汇流条440、442，并且以与针对线圈组件131、线圈130和端子汇流条140、142所描述的相同方式构造。端子汇流条440、442具有对应于感应器组件300的端子腿T1和T2的端子腿T1和T2。
感应器组件400具有纵向轴线L-L，并且线圈430具有线圈轴线A-A。线圈轴线A-A基本上与轴线L-L平行，并且在一些实施例中，基本上与轴线L-L同轴。端子腿T1、T2各自沿轴线L-L的方向从感应器组件400的端部410A轴向延伸或突出。在一些实施例中，端子腿T1、T2各自沿与轴线L-L基本上平行的轴线延伸。因此，线圈430的输入端子T1和输出端子T2从单元400的相同端部402B延伸，如上面关于感应器组件300所讨论的。
多个感应器组件300可组装成多单元感应器系统401，例如如图29所示。系统401包括以相对紧凑的并排布置的多个(如所示出的，四个)感应器组件400A-400D(每个如针对组件400所描述的那样构造)。感应器组件400A-400D的感应线圈430通过连接导体7(例如，金属线缆)连接到线路L1上并且彼此串联连接。
在系统401中，感应器组件400A-400D的纵向轴线L-L彼此非同轴地延伸。也就是说，感应器组件400A-400D的相应纵向轴线L-L基本上彼此平行地延伸(如所示出的)，但是彼此侧向地移位，或者可以彼此横向地延伸。因此，该构造可以提供上面关于感应器组件300所讨论的优点。
参考图31至图34，其中示出了根据另外实施例的线圈组件531。线圈组件531可用于代替线圈组件131、151、231、331、351、431中的任意一个。除了以下方面，线圈组件531以与线圈组件331相同的方式构造和操作。
线圈组件331包括如下所述的线圈530，该线圈530与线圈330不同。线圈组件531还包括端子汇流条540、542、夹板341和紧固件5、6，分别对应于线圈组件331的部件340、342、341、5和6，并以与线圈组件331的部件340、342、341、5和6相同的方式组装。
线圈530包括对应于箔332和绝缘片334的第一箔532和绝缘片534。线圈530还包括第二导体或箔533。第一箔532和第二箔533共同形成多层电导体537。箔532、533可以由与上述箔132相同的材料和相同的尺寸形成。
第一箔532、第二箔533和绝缘片534围绕线圈轴线A-A盘旋地共同缠绕或卷绕以形成绕组536，第二箔533插在或夹在第一箔532和绝缘片534之间。绕组536从多层导体537的最内侧绕组536E(即，导体箔532、533)逐渐延伸到线圈530的外径上的多层导体537的最外侧绕组536F(即，导体箔532、533)。每个绕组536径向叠加、堆叠在前面的绕组上或围绕前面的绕组536卷绕。箔532、533实际上可以紧密地缠绕以彼此面对面地电接触。
每个导体箔532、533具有相对的侧边缘，该侧边缘沿线圈轴线A-A轴向间隔开并且基本上彼此平行地延伸。导体箔532、533盘旋地缠绕，使得每个侧边缘基本上保持在从绕组536E到绕组536F的整个线圈530中的单个侧向平面(即，对应于图7的平面E-E)中或附近。也就是说，多层导体537和导体箔532、533保持与它们自身对齐并且盘旋地(spirally)而不是螺旋地(helically)缠绕。在一些实施例中，导体箔532、533基本上是共同延伸的。
多层导体的最内侧绕组536E的端部(即，箔532和箔533的端部)通过夹板541A和紧固件5、6以与端子汇流条540电接触的方式机械地固定。如所示出的，汇流条540、夹板541A和绕组536E可被接收在装配件524中的槽中，如所示出的。多层导体的最外侧绕组536F的端部(即，箔532和箔533的端部)通过夹板541和紧固件5、6以与端子汇流条542电接触的方式机械地固定。
与箔132相比，多层导体537具有增加的横截面积，并从而为相同长度的导体提供较小的电阻。结果，线圈530(以及由此装入线圈组件531的感应器组件)可以被额定为更大的电流强度和功率。
例如，对于每条线路L1、L2，两相感应器组件300可以被额定为100A(通过L1和L2的负载电流)。PE感应器组件400可以被额定为50A(即，线路感应器的额定值的一半)。在那种情况下，感应器组件300、400的线圈均使用单个导体箔。
与感应器组件300、400的单个导体箔相比，多层导体537的平行的叠加的导体箔532、533使线圈导体的横截面积加倍。结果，用于每条线路L1、L2的两相感应器组件可以被额定为150A，该两相感应器组件装入线圈组件531中，并且装入线圈组件531的PE感应器组件可以被额定为75A。
在一些实施例中，箔532、箔533和绝缘片534在缠绕成线圈之前彼此沿其长度不结合。也就是说，箔532、533和片534松散地共同缠绕并且彼此不结合或不层压直到形成线圈530之后。在一些实施例中，除了在线圈530的端部处的灌封件528之外，箔532、533和绝缘片534在完成后的线圈130中彼此不结合。在这种情况下，层532、533、534在它们的宽度上彼此不粘合。在一些实施例中，箔532、533和片534紧密地缠绕，使得导体箔532、533的绕组之间的空气间隙最小化或消除。
多层导体537提供用于线圈导体的优于使用单个较厚的箔(例如，两个0.8mm的箔522、533而不是单个1.6mm的箔132)的多个优点，因为单个较厚的箔可能太厚而不能有效地制成线匝(即，在线圈的匝之间不产生间隙等)。与线圈130的直径相比，线圈530的外径可以适度地增加，同时保持相同的线圈长度。另一方面，如果通过使用相同厚度的箔132(例如，0.8mm)增加导体横截面但是使箔132的宽度加倍，那么线圈占地面积的长度方面将基本上是两倍，这可能需要感应器组件具有不期望的占地面积。
上述是对本发明的说明，而不应解释为对其进行限制。尽管已经描述了本发明的一些示例性实施例，但是本领域技术人员将容易理解，在实质上不脱离本发明的教导和优点的情况下，可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改旨在包括在权利要求中限定的本发明的范围内。本发明由以下权利要求限定，权利要求的等同物包括在其中。

Claims (22)

1.一种感应器组件，包括：
线圈，所述线圈包括盘旋地缠绕的金属箔。
2.根据权利要求1所述的感应器组件，其中：
线圈具有纵向线圈轴线和径向线圈厚度；
金属箔的箔宽度基本上平行于线圈轴线延伸；并且
箔宽度大于线圈厚度。
3.根据权利要求2所述的感应器组件，其中，金属箔的箔厚度在约0.5mm至1mm的范围内。
4.根据权利要求2所述的感应器组件，其中，箔宽度与箔厚度的比值在约170至500的范围内。
5.根据权利要求1所述的感应器组件，其中，线圈包括与金属箔盘旋地共同缠绕的电绝缘层。
6.根据权利要求5所述的感应器组件，其中，电绝缘层的厚度在约0.05mm至1mm的范围内。
7.根据权利要求5所述的感应器组件，其中，金属箔和电绝缘层在它们的宽度上彼此不结合。
8.根据权利要求1所述的感应器组件，其中，线圈具有基本上圆柱形的外轮廓。
9.根据权利要求1所述的感应器组件，包括环绕并接合线圈的电绝缘环氧树脂。
10.根据权利要求1所述的感应器组件，其中：
感应器组件还包括第二线圈，所述第二线圈包括盘旋地缠绕的第二金属箔；并且
环氧树脂环绕并接合第二线圈，并设置在第一线圈和第二线圈之间。
11.根据权利要求1所述的感应器组件，包括限定封闭腔室的外壳，其中，线圈设置在腔室中。
12.根据权利要求11所述的感应器组件，包括至少一个安装支架，所述安装支架支撑外壳和线圈。
13.根据权利要求1所述的感应器组件，包括：
端子汇流条，所述端子汇流条电连接到金属箔上，并包括端子；以及
电绝缘热收缩管，所述电绝缘热收缩管环绕端子汇流条的一部分。
14.根据权利要求1所述的感应器组件，其中，线圈包括第二金属箔，所述第二金属箔与第一金属箔盘旋地共同缠绕，以形成多层导体。
15.根据权利要求14所述的感应器组件，其中，线圈包括与第一金属箔和第二金属箔盘旋地共同缠绕的电绝缘层。
16.根据权利要求15所述的感应器组件，其中，第一金属箔和第二金属箔以及电绝缘层在它们的宽度上彼此不结合。
17.根据权利要求1所述的感应器组件，其中：
线圈具有线圈纵向轴线；
线圈具有金属箔的最内侧绕组和金属箔的最外侧绕组；
感应器组件包括第一端子汇流条，所述第一端子汇流条连接到最内侧绕组上并从感应器组件的轴向端部向外突出；并且
感应器组件包括第二端子汇流条，所述第二端子汇流条连接到最外侧绕组上并从感应器组件的轴向端部向外突出。
18.一种多单元感应器系统，包括：
第一感应器组件，所述第一感应器组件包括第一线圈，所述第一线圈包括盘旋地缠绕的第一金属箔；以及
第二感应器组件，所述第二感应器组件包括第二线圈，所述第二线圈包括盘旋地缠绕的第二金属箔；
其中，第一线圈电连接到第二线圈上。
19.根据权利要求18所述的多单元感应器系统，其中：
第一线圈具有第一线圈纵向轴线；
第二线圈具有第二线圈纵向轴线；
第一感应器组件和第二感应器组件中的每一个感应器组件均包括：
第一端子汇流条，所述第一端子汇流条连接到所述感应器组件的线圈上，并从所述感应器组件的轴向端部向外突出；以及
第二端子汇流条，所述第二端子汇流条连接到所述感应器组件的线圈上，并从所述感应器组件的轴向端部向外突出；
其中，第一感应器组件和第二感应器组件并排定位，并且第二感应器组件的第一端子汇流条电连接到第一感应器组件的第二端子汇流条上。
20.一种用于形成感应器组件的方法，所述方法包括：
将金属箔盘旋地缠绕成线圈的形式。
21.根据权利要求20所述的方法，包括将电绝缘片与金属箔盘旋地共同缠绕。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，在共同缠绕电绝缘片和金属箔的步骤中，金属箔和电绝缘片彼此不结合。
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