CN115066733A - 变压器绝缘端环 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及绝缘端环和变压器。绝缘环端环(100)包括环状体(101)，环状体(101)适于布置在围绕芯体(203)螺旋缠绕成一层的两个线圈(202)之间，其中，环状体(101)的周向边缘(1013)呈螺旋形状，并且允许线圈(202)沿着周向边缘(1013)的相应的一个周向边缘同步缠绕，以使相邻的线圈(202)形成为螺旋形状。通过环状体(101)的两个周向边缘(1013)形成为螺旋形状，可以分别沿着周向边缘(1013)同步缠绕共用一个公共芯体(203)的分离式变压器的线圈(202)。以这种方式，缠绕线圈(202)的效率得到显著提高。此外，不再需要隔板。因此，分离线圈绕组的总高度减小，由此变压器的重量和体积减小。
Description
技术领域
本公开的实施例总体上涉及变压器，并且更具体地涉及用于所述变压器的绝缘端环。
背景技术
变压器是一种将电能从一个电路传输到一个或多个电路的无源电气设备。变压器任一线圈中变化的电流产生变化的磁通量，这进而在绕同一芯体缠绕的任何其他线圈上感应出变化的电动势。电能可以在线圈(可能多个)之间进行传输，而两个电路之间没有金属连接。
分离线圈(split-coil)变压器通常由多个分离线圈制造而成，其中高压线圈并联设置。典型地，在分离线圈变压器中，两个或多个线圈在轴向上共用一个公共芯体。在短路的情况下，存在相当大的泄漏场的失真，这产生高的轴向短路力。因此，分离线圈布置需要考虑特殊的短路设计。
另外，为了允许轴向力被均匀施加到共用一个公共芯体的线圈，在传统的分离线圈变压器中，绝缘端环通常布置在两个线圈的每一层的末端处。进一步地，由于采用分离线圈布置，绝缘端环之间还布置有隔板，以提高绝缘性能。也就是说，在共用一个共同芯体的两个线圈之间布置有两个端环和一隔板。因此，线圈必须逐根缠绕，这导致绕线效率降低。此外，隔板增大了芯体的尺寸，并且甚至增大了用于接收绕组的箱体的体积。
发明内容
本公开的实施例提供了绝缘端环和使用该绝缘端环的变压器，以至少部分解决上述和其他潜在的问题。
在第一方面中，提供了一种绝缘端环。所述绝缘端环包括环状体，所述环状体适于布置在围绕芯体螺旋缠绕成一层的两个线圈之间，其中，所述环状体的周向边缘呈螺旋形状，并且允许所述线圈沿着所述周向边缘的相应的一个周向边缘同步缠绕，以使相邻的所述线圈形成为螺旋形状。
通过将环状体的两个周向边缘均设置成螺旋形状，可以分别沿着周向边缘同步缠绕共用一个公共芯体的分离线圈变压器的线圈。以这种方式，缠绕线圈的效率显著提高。此外，不再需要隔板。因此，芯体总高度较小，由此减小了变压器的重量和体积。
在一些实施例中，环状体的第一轴向边缘和第二轴向边缘在周向边缘之间延伸并且彼此相邻以形成环状体的轴向狭缝。利用这种布置，绝缘端环可以容易地被布置在芯体上。
在一些实施例中，第一轴向边缘和第二轴向边缘彼此平行。这种布置使线圈上的压力更加均匀。
在一些实施例中，周向边缘关于径向延伸并穿过第一轴向边缘或第二轴向边缘的中点的平面对称。以这种方式，可以实现线圈的对称布置。
在一些实施例中，第一轴向边缘的长度长于第二轴向边缘的长度，并且每个周向边缘在环状体展开时形成倾斜的直线。这种布置有利于绝缘端环的制造。
在一些实施例中，环状体的径向厚度是均匀的，并且与线圈每一层的厚度基本相同。因此，缠绕在芯体上的每一层都可以更加均匀，以确保绕组的机械强度更稳定。
在一些实施例中，环状体的直径与每层线圈的直径相同。这种布置有利于绝缘端环在每一层上的布置。
在一些实施例中，环状体通过沿着周向边缘切割圆柱形构件来形成。以这种方式，可以容易地制造绝缘端环。
在一些实施例中，环状体通过绕平行于第一轴向边缘或第二轴向边缘中的任一边缘的轴线模制或卷绕片材来制成。
在一些实施例中，环状体是弹性可变形以允许其布置成围绕芯体。这种布置有利于绝缘端环在每一层上的布置。
在第二方面中，提供了一种变压器，期包括如以上第一方面所述的绝缘端环。
应当理解，发明内容并不旨在确认本公开的实施例的关键或必要特征，也不旨在用于限制本公开的范围。通过下面的描述，本公开的其他特征将变得容易理解。
附图说明
通过结合附图对本公开的示例实施例进行更详细的描述，本公开的上述及其他目的、特征和优点将变得更加清晰，其中，在本发明的示例实施例中，相同的附图标记通常代表相同的部件。
图1示出了根据本公开实施例的布置在两个线圈之间的绝缘端环的示意图。
图2示出了根据本公开实施例的绝缘端环的透视图；
图3示出了根据本公开实施例的绝缘端环的侧视图；
图4示出了根据本公开实施例的绝缘端环的俯视图；以及
图5示出了根据本公开实施例的绝缘端环的侧视图。
贯穿所有附图，相同或类似的附图标记用来表示相同或类似的元素。
具体实施方式
现在将参考若干示例实施例来讨论本公开。应当理解的是，讨论这些实施例只是为了使本领域技术人员能够更好地理解并因此实施本公开，而不是教导对主题范围进行任何限制。
如本文所使用的，术语“包括”及其变型应当被理解为开放性术语，表示“包括但不限于”。术语“基于”应被理解为“至少部分基于”。术语“一个实施例”和“一实施例”应被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应被理解为“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可指代不同或相同的对象。下文包括其他明确和隐含的定义。术语的定义贯穿整个说明书是一致的，上下文另有明确说明的除外。
如上所述，通常由多个分离线圈制造而成的分离线圈式变压器广泛用于在低压总线之间分配大块的传输功率，并因此消除能量集中。通常，在分离线圈变压器中，两个或多个线圈在轴向上共用一个公共芯体。例如，在一些传统的方案中，将两个线圈逐层围绕芯体缠绕以形成绕组。“绕组”是指如下部件或元件，其具有芯体和缠绕在其上的线圈组。也就是说，绕组是线圈组缠绕在芯体上的产品。
绕组被用作电路的部件并用于为电机、变压器和发电机提供磁场，并且用于扬声器和麦克风的制造。绕组的形状和尺寸被设计为满足特定目的。基于所缠绕的线圈的类型和几何形状，线圈绕组可以在结构上分为若干组。
螺旋绕组通常用在变压器中。对于分离线圈螺旋绕组，单独的线圈通常逐层螺旋式地围绕公共芯体缠绕，从而在每层中的每个线圈的两个轴向末端上均形成螺旋边缘。为了将每个线圈的螺旋边缘转变为平坦的圆环，在传统的方案中，将绝缘端环布置在每个线圈的螺旋边缘处。也就是说，在传统的方案中，在共用一个公共芯体的两个线圈之间存在两个绝缘环。此外，在每层的两个绝缘环之间还布置有隔板。
由于轴向布置在同一芯体上的线圈之间存在多个部件，分离线圈应当被连续地缠绕以确保同一芯体上的分离线圈的精确定位，从而尽可能最小化施加到线圈的轴向短路力。也就是说，每层中的线圈中的一个先缠绕，并且然后在第一个线圈缠绕完成后再缠绕另一个，以此类推，这造成生产效率低下。尽管如此，在分离线圈之间布置的多个部件导致分离线圈的精确定位更加难以实现。
此外，分离线圈之间的隔板以及两个绝缘端环的存在导致每个芯体的轴向尺度相对大，这需要大体积的箱体以便在箱体中接收分离绕组并包含大量冷却介质。这种布置必然导致变压器的大体积和大重量。
为了至少部分地解决上述和其他潜在的问题，本公开的实施例提供了用于变压器绕组的绝缘端环。图1示出了根据本公开实施例的布置在两个线圈之间的绝缘端环的示意图。
如图所示，根据本公开实施例的绝缘环100通常包括环状体101。环状体101可以布置在两个线圈202之间，这两个线圈202围绕芯体203螺旋式缠绕成层状。如上所述，可以有多层线圈围绕芯体203以形成变压器的绕组。在每一层中，至少两个线圈缠绕以形成螺旋形状。
与传统方案不同，环状体101具有两个周向边缘，这两个周向边缘均为螺旋形状。因此，在每一层线圈中，只需要一个绝缘端环100，而不需要额外的绝缘端环和隔板。由此，每层中的线圈202可以沿着周向边缘1013中的对应的一个同步缠绕，以使线圈202形成为螺旋形状。通过这种方式，变压器的生产效率可以得到显著提高。
此外，在没有隔板的情况下，芯体的总高度可以得到减小，这也使得绕组和用于布置绕组的箱体的体积得到减小。此外，箱体中所需的冷却介质减少，从而减轻了变压器的重量。而且，单独部件，即绝缘端环100，替代每层中线圈之间的多个单独部件，可以增强绕组的机械强度。
在一些实施例中，在周向边缘1013之间延伸的环状体101的第一轴向边缘1011和第二轴向边缘1012彼此相邻以形成轴向狭缝，如图1和图2所示的那样。第一和第二轴向边缘1011、1012可以有利于围绕芯体或围绕先前所缠绕的层的绝缘端环100的布置。
在一些实施例中，环状体101可以是弹性可变形的。以这种方式，在将绝缘端环100装配成围绕芯体或先前缠绕的线圈时，使用者可以使绝缘端环100经由轴向狭缝变形。变形的绝缘端环100也可以有利于将绝缘端环100保持在芯体203上。在一些实施例中，绝缘端环可以由合适的弹性绝缘材料制成。
如图2和图3所示，在一些实施例中，第一和第二轴向边缘1011、1012具有不同的长度。例如，第一轴向边缘1011的长度长于第二轴向边缘1012的长度。以此方式，当环状体101展开成平面时，每个周向边缘1013形成倾斜的直线。也就是说，环状体101在完全展开时呈梯形。
这种布置可有利于绝缘端环的制造。例如，在一些实施例中，可以通过将梯形形状的片材绕其长边或短边缠绕来形成环状体101。环状体101形成环形后，如图4所示，梯形形状的片材的长边和短边分别形成为第一和第二轴向边缘1011、1012。由此，梯形形状的片材的倾斜边缘形成为周向边缘1013。
应当理解，上述由梯形形状的片材卷绕形成环状体101的实施例仅用于说明目的。任何其他合适的手段或方法也是可能的。例如，在一些替代性实施例中，也可以通过沿周向边缘1013切割圆柱形毛坯来形成环状体101。这种方法可以进一步有利于绝缘端环100的制造，并由此提高生产效率。在另外一些替代性实施例中，环状体101也可通过模压等方式来形成。
如图5所示，在一些实施例中，周向边缘1013相对于径向延伸并穿过第一或第二轴向边缘1011、1012的中点的平面对称。应当理解的是，在通过卷绕梯形形状的片材来形成环状体101的情况下，梯形形状的片材为等腰梯形。
回来参考图4，在一些实施例中，环状体101的径向厚度是均匀的并且与线圈202每一层的厚度基本相同。因此，缠绕在芯体上的每一层都可以更均匀，从而保证绕组的机械强度更加稳定。
此外，在一些实施例中，环状体101的直径与线圈202的每一层的直径相同，以有利于围绕芯体或先前所缠绕的线圈布置绝缘端环100。以这种方式，可以确保线圈的精确定位。
由上可见，根据本公开的实施例，通过将环状体101的两个周向边缘1013设置成螺旋形状，共用一个公共芯体203的线圈202可以分别沿周向边缘1013同步缠绕。以这种方式，线圈202的绕线效率显著提高。此外，分离线圈绕组的总高度减小，由此变压器的重量和体积减小。
本公开的实施例还提供了一种变压器，其包括如上所述的绝缘端环100。具有绝缘端环100的情况下，变压器可以被制造得更加紧凑和轻量化。
应当理解，本公开的上述详细实施例仅用于举例说明或解释本公开的原理，并不用于限制本公开。因此，在不偏离本公开的精神和范围的情况下所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开的保护范围中。同时，本公开所附权利要求旨在涵盖落入权利要求的范围和边界或范围和边界的等同物的所有变型和修改。
Claims (11)
1.一种绝缘端环(100)，包括：
环状体(101)，其适于布置在围绕芯体(203)螺旋缠绕成一层的两个线圈(202)之间，其中，所述环状体(101)的周向边缘(1013)呈螺旋形状，并且允许所述线圈(202)沿着所述周向边缘(1013)中的相应一个周向边缘同步缠绕，以使相邻的所述线圈(202)形成为螺旋形状。
2.如权利要求1所述的绝缘端环，其中，所述环状体(101)的第一轴向边缘(1011)和第二轴向边缘(1012)在所述周向边缘(1013)之间延伸并且彼此相邻以形成所述环状体(101)的轴向狭缝。
3.如权利要求2所述的绝缘端环，其中，所述第一轴向边缘(1011)和所述第二轴向边缘(1012)彼此平行。
4.如权利要求2所述的绝缘端环，其中，所述周向边缘(1013)关于径向延伸并穿过所述第一轴向边缘(1011)或所述第二轴向边缘(1012)的中点的平面对称。
5.如权利要求2所述的绝缘端环，其中，所述第一轴向边缘(1011)的长度长于所述第二轴向边缘(1012)的长度，并且
当所述环状体(101)展开时，所述周向边缘(1013)中的每个周向边缘形成倾斜的直线。
6.如权利要求1所述的绝缘端环，其中，所述环状体(101)的径向厚度均匀并且与所述线圈(202)的每层的厚度基本相同。
7.如权利要求1所述的绝缘端环，其中，所述环状体(101)的直径与每层所述线圈(202)的直径相同。
8.如权利要求1所述的绝缘端环，其中，所述环状体(101)通过沿所述周向边缘(1013)切割圆柱形构件来形成。
9.如权利要求1所述的绝缘端环，其中，所述环状体(101)通过绕平行于所述第一轴向边缘(1011)或所述第二轴向边缘(1012)中的任一边缘的轴线模制或卷绕片材来形成。
10.如权利要求1所述的绝缘端环，其中，所述环状体(101)是弹性可变形的以允许被布置成围绕所述芯体(203)。
11.一种变压器，其包括如权利要求1-10中任一项所述的绝缘端环。
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