CN1138205A - 变压器线圈及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种变压器线圈，由将把导体卷绕成筒状的线圈在筒形的半径上层叠多层形成，具有第1绝缘层和第2绝缘层。第2绝缘层形成的厚度比第1绝缘层的厚度厚。制造变压器线圈的方法具有形成绝缘包覆导体的绝缘包覆层的步骤，和重叠形成上述绝缘包覆层的线圈与外周绝缘层卷绕成筒形的步骤。在导体周围设置绝缘层，使在导体的线圈的层叠方向的表面上形成的绝缘层厚度比在上述筒形的轴方向的表面上形成的绝缘层厚度厚。

Description

变压器线圈及其制造方法

本发明涉及干式变压器和其制造方法，特别涉及干式变压器的绕线线圈的改进技术。

图17是已有技术的绕线线圈的断面图。如图所示，干式变压器的线圈为了提高绝缘性和耐湿、耐尘性，进一步通过层间绝缘纸6将已在表面覆盖有绝缘层2构成的导体1顺序卷绕构成叠层线圈，既使线卷间相互隔离，又保护线圈表面。在日本的实用新设计公开公报的实开昭60-121620号公报上展示了卷绕成的线圈。

在日本的实用新设计公开公报的实开昭59-143020号上公开的是在导体上包覆多孔性的绝缘物质。

在图17所示的已有技术中，在制作干式变压器绕线线圈的过程中，由于插入层间绝缘纸6的作业和伴随着浸渍树脂的作业需要长时间，因此存在生产率低下的问题。

再有，在上述实开昭59-143020号公报上公开的发明中，由于绝缘层是多孔性的，因此若树脂浸渍不充分，则有产生气泡(Pinhole)使绝缘强度下降的可能。

本发明的目的就是提供在干式变压器的绕线线圈制作中，可使作业性优异，生产率提高的有效的而且高品质的干式变压器绕线技术。

为了实现上述目的，在本发明中，通过在用导电材料形成的导体(以下只称导体)的绝缘包覆层的外侧设置相当于层间绝缘纸的外周绝缘层，废止层间绝缘纸，另外，由于此外周绝缘层用预浸树脂绝缘材料形成，因而在绝缘了的导体绕线后进行热处理，就可以使单股导线间及线圈表面固定。即，本发明是将导体卷绕成筒状形成的线圈在该筒形的半径方向上形成多层的变压器线圈，具有在导体的上述筒形的轴方向的表面上形成的第1绝缘层，和在上述导体的上述线圈的叠层方向的表面上形成的第2绝缘层，上述第2绝缘层的厚度比上述第1绝缘层的厚度还厚。再有，制造变压器线圈的方法具有在上述导体的外周上形成绝缘包覆导体的绝缘包覆层的步骤，和把形成了上述绝缘包覆层的线圈和外周绝缘层重叠起来卷绕成筒状的步骤，且使在上述导体的上述线圈的叠层方向的表面上形成的绝缘层厚度比在上述导体的上述筒形的轴方向的表面上形成的绝缘层的厚度厚。

本发明的干式变压器绕线线圈可以省略插入层间绝缘纸操作和浸渍树脂的操作，在提高生产率的同时，可以降低用于生产的能量消耗和材料的使用量。预浸树脂绝缘材料例如是象环氧树脂那样的可自身热粘的树脂材料，由于加热而熔化一次其后硬化，因而在绕线后，不需要注入树脂就可以形成绝缘层和保持绕线线圈的机械强度。在本发明中，使用在具有圆形断面或矩形断面的导体的表面形成有第1绝缘层及第2绝缘层的单股线，由于第2绝缘层包含预浸树脂绝缘材料，所以预浸树脂绝缘材料经热处理就可以固定单股线之间和线圈表面，因而可以得到绝缘性、耐湿性、耐尘性良好的干式变压器线圈。图16是展示用本发明的单股线制作成的干式变压器的外观的斜视图。

图1是展示有关本发明的干式变压器线圈的实施例1的导线束断面图。

图2是展示使用了图1所示的实施例1的单股线的绕线线圈的断面图。

图3是展示本发明的干式变压器线圈的实施例2的单股线断面图。

图4是展示本发明的干式变压器线圈的实施例3的单股线断面图。

图5是展示本发明的干式变压器线圈的实施例4的单股线断面图。

图6是展示本发明的干式变压器线圈的实施例5的单股线断面图。

图7是使用了本发明的干式变压器线圈的实施例6的单股线的线圈的断面图。

图8是在先有的技术中的线圈构造的层间电位分布图。

图9是不使用层间纸的构成的层间电位分布图。

图10是在线圈的层间有空隙情况下的模式图。

图11是展示图7所示的实施例6的导体单股线的制造装置的实施例的图。

图12是展示制造图5所示的实施例3的线圈构造的绕线装置的实施例的图。

图13是展示制造图6所示的实施例5的线圈构造的绕线装置的实施例的图。

图14是展示制造图7所示的线圈的绕线装置。

图15是展示由本发明的单股线形成的线圈的一例的图。

图16是展示用本发明的单股线制成的干式变压器的外观图的斜视图。

图17是先有技术的绕线线圈的断面图。

实施例1

以下，用图1、图2说明本发明的实施例1。

图1是有关本发明的干式变压器线圈的实施例1的导线束断面图，图2是展示使用了实施例1的单股线的绕线线圈的断面的图。导体1的外周用薄的绝缘包覆层2包覆形成单股线成为在其外周形成单股线外周绝缘层3的构造。此外周绝缘层3的材料最好使用预浸树脂绝缘材料或无孔性绝缘材料。在图2中，当图示部分的电位差保持ΔV1＞ΔV2≈ΔV3的关系的情况下，在图1中如果设外周绝缘层3的积层方向的厚度为α1、α2，设线圈的卷绕方向的厚度为β1、β2，则象有形成(α1≈α2)＞(β1≈β2)的关系那样的外周绝缘层3。但是，在其它的实施例中也有α₁＞α₂≈β₁≈β₂或α₂＞α₁≈β₁≈2的情况。

在变压器中，通常，在叠层方向相邻的导体间的电位差比在线圈的卷绕方向相邻的导体间的电位差更高。因而，为了高效率地使用绝缘材料，尽可能地减小变压器的体积，需要使绝缘层的厚度在叠层方向比线圈卷绕方向更厚。

实施例2

图3是展示本发明的干式变压器线圈的实施例3的单股线的断面图，实施例2是使用断面为圆形的单股线的例子。与实施例1相同，通过将线圈叠层方向的外周绝缘层3形成为具有与先有的层间绝缘纸6(图17)的厚度相当的厚度，就可以代替层间绝缘纸6保持所要求的绝缘性能，从而废止层间绝缘纸6成为可能。外周绝缘层3的材料最好是无孔性绝缘薄膜。

实施例3和实施例4

图4是本发明的干式变压器线圈的实施例3的单股线断面图，图5同样地是展示实施例4的单股线断面图。与图1及图3同样地为了在外周绝缘层3的叠层方向和幅宽方向上形成尺寸差，在包覆有绝缘包覆层2的导体1的叠层方向的两面上固定绝缘加固件7。作为绝缘加固件7的材料，PA(聚酰胺)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PI(聚酰亚胺)、PEI(聚醚亚胺)、PPS(对聚苯硫)、PET(二甲酯)、预浸树脂绝缘材料等是适合的，最好是电容率低的绝缘物质。如图5的实施例4所示，即使只在叠层方向的一面固定绝缘加固件7，也能满足层间绝缘性能。

实施例5

如图6所示也可以直接在导体1上固定绝缘加固件7，在其外侧形成单股线绝缘包覆层2。此时，作为绝缘包覆材料7，如果使用预浸树脂绝缘材料，则在卷绕导体1后只进行热处理，就可以固定相互单股线和线圈表面。预浸树脂材料7的树脂浸入到包覆层2中硬化。

作为绝缘包覆层2的材料，如果使用如PEN或PET那样的无孔性的致密的绝缘薄膜，则由于无孔性而使绝缘强度变得很高。但是，在那种情况下，作为绝缘包覆材料7不能使用预浸树脂材料。在那种情况下，预先在半硬化状态下涂布热硬化性树脂于PEN或PET的薄膜的表面作为绝缘包覆层的材料。接着，用绝缘包覆层2的薄膜在绝缘包覆材料7和导线1上缠绕。

实施例6

图7是使用本发明的干式变压器绕线的实施例6的单股线的线圈的断面图。为了增加线圈积层方向的绝缘厚度，预先使用具有突起8a的带有突起的单股线绝缘包覆层8包覆在导体1上。在绕线作业时，在每绕一层时由短时间硬化型的添9，填充相邻的突起8a和突起8a之间，从而确保绝缘性。此实施例也可以期待不使用层间纸、不使用树脂注入型的效果。绝缘包覆层8是无孔性绝缘材料。

图8是在图17的先有技术的绕线构造中的层间电位分布图，图9是在不用层间纸的构造中的层间电位分布图。是展示全都进行电场强度的分析并确认有无电场集中的结果的图。但是，单股线绝缘包覆层2及层间绝缘纸6使用聚酰胺无纺织物，在图8所示的先有的绕线构造中，设导体包覆层2为0.05mm×2张，层间绝缘低6为0.13×3张，另外，在不使用层间绝缘纸的情况下，将导体包覆层2设为0.05mm×5张计算。图8是设层间的电位差为100％，每7.7％描绘等电位曲线，在图9中是每10％描绘等电位曲线。若与图8相比可知，图9没有电场特别集中的地方，即使不使用层间低也没有大的问题。

下面对应于绝缘物的材质确定具体的包覆膜厚度。一般来说，线圈的导体间的绝缘厚度由材质的绝缘耐压等的特性决定。而另一方面设线圈层间的空隙为0是困难的。因此，容易产生由空隙引起的局部放电现象。若产生局部放电则绝缘材料有因电晕放电而品质下降直至绝缘破坏的危险。因此，对于线圈层间即积层方向的绝缘厚度，就必须做成不产生局部放电那样的厚度。

在实际制造变压器线圈的情况下，在如图2那样相邻的导体的绝缘层间不可能设有间隙(空隙)。在实际的成品线圈中，由导线的粗细的变化和绕线方法的疏密等，在相邻的绝缘层间存在空隙是很普通的。

在此空隙中的放电现象，在同一层内的线圈间因电位差小不发生，而在层间的线圈间发生。使层间电位差逐渐增大，空隙的分担电压若超过此空隙的放电电压，则开始局部放电。这作为固体电介质和空隙的复合电介质，可以从空隙的分担电压和此空隙的放电电压的关系求出。

图10是在线圈的层间部分具有空隙的情况下的模式图。在图10中，当在电极间施加了电压Vo时，上述空隙的分担电压Va及电介质的分担电压Vs分别用(1)式和(2)式表示。 $\mathrm{Va}=\frac{\mathrm{\ϵs}\·\mathrm{da}}{\mathrm{\ϵa}\·\mathrm{ds}+\mathrm{\ϵs}\·\mathrm{da}}\×\mathrm{Vo}---\left(1\right)$ $\mathrm{Vs}=\frac{\mathrm{\ϵa}\·\mathrm{ds}}{\mathrm{\ϵa}\·\mathrm{ds}+\mathrm{\ϵs}\·\mathrm{da}}\×\mathrm{Vo}---\left(2\right)$

其中，Vo：电极间电压       da：空隙长

Va：空隙的分担电压         ds：电介质的厚度

Vs：电介质的分担电压

ε_a：空隙的电容率

ε_s：电介质的电容率

若线圈层间产生高电位，则由于与层间的包覆材料的电容率相比空隙的电容率小，进而由于空气的绝缘破坏电压与电介质的破坏电压相比低，因而若层间电压逐步上升，则首先破坏空隙部分的绝缘。因而，局部放电开始电压作为空隙分担的电压，由(1)式求得。若设空气的电容率ε_a＝1，则电极间电压Vo可用(3)式表示。 $\mathrm{Vo}=\mathrm{Va}(1+\frac{\mathrm{ds}}{\mathrm{\ϵs}}\·\frac{1}{\mathrm{da}})--\left(3\right)$

在此，设层间的电晕开始电压Vo为额定电压Vo′的1.5倍，使空隙的长度da变化，将在此da的帕邢(Paschen′sCurve)曲线的大气压的放电电压Va代入(3)式若求出电容率ε_s的绝缘物的厚度，则在某空隙长da处绝缘厚度变为最大。将此值设为与层间电压Vo′相对的电容率ε_s的对应层间厚度。以下称为各种绝缘材料的层间厚度。

在层间额定电压为700V的情况下，如果预浸树脂坯是绝缘材料，则t＝0.19mm，如果PET是绝缘材料，则t＝0.13mm，如果PEN是绝缘材料，则t＝0.12mm。在层间电压是300V的情况下，如果预浸树脂坯是绝缘材料，则t＝0.06mm，如果PET是绝缘材料，则t＝0.04mm，如果PEN是绝缘材料，则t＝0.04mm。另一方面，配置在上下相邻的线圈间的绝缘层的厚度由各种材料的绝缘破坏电压求得。实际上由于在上下线圈间只产生极小的电位，所以绝缘厚度考虑制造方法及成本，选择0.01～0.05mm是很合适的。

图11是展示图7所示的绕线线圈用单股导线的制造装置的实施例的图。图11就是利用漆包线的一般的制造方法，在导体上通过涂布→烘烤→涂布的返复操作涂上绝缘(enamel)涂料。涂装部在导体1通过绝缘涂料液体槽后收集多余的涂料使涂层为适当的厚度。特别是粘度高的漆使用金属模13收集。如图7所示，为了在导体1的绝缘包覆面上形成突起8a，在金属模13上形成与突起8a相当的凹部，由拉伸成形就可以实现。

下面，用图12、图13、图14说明前面叙述过的导体1单股线绕线的方法。图12是展示图4及图5所示的单股导线的绕线装置的图。在线圈架17上卷绕导体1之前，混筒状的绝缘加固件7从导体1的叠层方向上下与导体1粘合在一起一同卷绕。在图6的单股单线的情况下，如图13所示，将滚筒状的绝缘加固件7从叠层方向上下与导体1合并在一起后，由单股线绝缘包覆层2将导体1和绝缘加固件7缠绕着裹起来，在线圈架17上卷绕这些导体1的构成物。图14是展示图7所示的绕线线圈的绕线装置的图。在绕线时，每卷绕一层后，用泵19在线圈整个外周上涂布漆9，在突起8a和突起8a间的沟部填充漆9，形成坚固的层间绝缘层。涂布在层间的漆由紫外线照射、红外线照射以及加热处理等的装置18，就可以在短时间硬化。特别是如果使用在绕线作业时不产生故障在短时间内硬化的漆材料，则不设置如图7那样的突起8a也可以使绝缘包覆层厚度一致确保层间绝缘层。进而，如果用自热熔性漆形成单股线绝缘包覆层2，则只用在绕线后进行热处理就可以固定线圈。

在图2展示了以上的由导体单股线和绕线作业形成的绕线线圈的断面的一实施例，但是在第一层绕线结束后，就原样U形回转折返的U形卷绕线圈的端部，是产生层间电压最大的部分。由于此部分的绝缘强度差，因此，如果如图15所示那样，在线圈端面上设置层间绝缘层突起的折叠20的包覆形状，则可以加长导体1间的沿面放电的最短距离，从而可以增加与高电位对应的绝缘强度。这种导体单线也可以由使用在图11中的金属模13那样的专用模的漆涂法形成。层间绝缘层2由无孔绝缘材料制作。

图16是用在上述各实施例中的线圈形成的变压器外观斜视图。本实施例的线圈在绕线结束后不需要树脂等的树脂注塑作业，由于是由线圈间的自热熔接固定，所以在线圈圆周方向上形成线圈条纹。

通过本发明实施，在干式变压器线圈的制作过程中，可以舍弃在以往的线圈的每个叠层中插入的层间绝缘纸，另外，通过将单股导线外周绝缘层设成预浸树脂材料，就可以只进行热处理使单股导线间及线圈表面固定，可以废止树脂浸渍作业，可以谋求提高作业性、降低材料费、能源费。可以得到以低的成本制造干式变压器绕线线圈等的显著效果。

Claims (8)

1.一种变压器线圈，其是将由导体卷绕成筒状构成的线圈在该筒的半径方向上层叠多层形成的变压器线圈，其特征在于：

具有形成在上述导体的上述筒形的轴方向的表面上的第1绝缘层、形成于上述导体的上述线圈的层叠方向的表面上的第2绝缘层，上述第2绝缘层的厚度形成比上述第1绝缘层的厚度厚。

2.权利要求1所述的变压器线圈，其特征在于：

上术第1绝缘层和上述第2绝缘层都包括绝缘包覆上述导体的绝缘包覆层，和形成于该绝缘包覆层外周的外周绝缘层。

3.权利要求1所述的变压器线圈，其特征在于：

无论上述第1绝缘层还是上述第2绝缘层都包括绝缘包覆上述导体的绝缘包覆层，上述第2绝缘层包括形成于该绝缘包覆层的外周的外周绝缘层。

4.权利要求2或3所述的变压器线圈，其特征在于：

上述外周绝缘层用预浸树脂坯(Prepreg)绝缘材料形成，用在前述绝缘包覆层两面涂布了树脂的无孔性聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylennaphthalate)或二甲酯(polyethylenterephthalate)形成。

5.权利要求1所述的变压器线圈，其特征在于：

上述第2绝缘层具有在其表面上向上述层叠方向突起的突起部。

6.权利要求1所述的变压器线圈，其特征在于：

上述第1绝缘层在其表面上形成有折叠。

7.一种制造变压器的方法，其特征在于：

是将由导体卷绕成筒形构成的线圈在上述筒形的半径方向上层叠多层制造变压器线圈的方法，

具有将绝缘包覆上述导体的绝缘包覆层形成在上述导体的外周上的步骤，和重叠形成了上述绝缘包覆层的线圈和外周绝缘层卷绕成筒形的步骤，在上述导体的上述线圈的层叠方向的表面上形成的绝缘层的厚度设置成比在上述导体的上述筒形的轴线方向的表面上形成的绝缘层厚度厚。

8.权利要求7所述的制造变压器线圈的方法，其特征在于：

一边在上述导体的外周形成绝缘包覆上述导体的绝缘包覆层，同时一边在上述绝缘包覆层和上述导体表面间重叠上述外周绝缘层卷绕成筒形。

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