DE102011080827A1 - Winding and method for producing a winding with a cooling channel - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Wicklung (1) sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Wicklung (1) für ein elektrisches Bauteil. Dabei werden zwischen zwei Lagen (32) eines um eine Längsachse aufgewickelten band- oder drahtförmigen Leitermaterials (30) parallel zur Längsachse (13) verlaufende Rohre (40) eingebracht und die Wicklung (1) mit einem Kunstharz (20) vergossen. Die eingelegten Rohre (40) bilden so Kühlkanäle aus. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens zwei parallel nebeneinander verlaufende, einen Kühlkanal (10, 11, 12) bildenden, Rohre (40) vor dem Einwickeln miteinander beweglich verbunden werden. Die einzuwickelnden Kühlkanäle (10, 11, 12) passen sich so dem jeweiligen Radius der umgebenden Lagen (32) optimal an.The invention relates to a winding (1) and to a method for producing a winding (1) for an electrical component. In this case, between two layers (32) of a wound around a longitudinal axis band or wire-shaped conductor material (30) parallel to the longitudinal axis (13) extending tubes (40) introduced and the winding (1) with a resin (20). The inserted tubes (40) thus form cooling channels. According to the invention, it is provided that at least two tubes (40), which run parallel to one another and form a cooling channel (10, 11, 12), are movably connected to each other prior to wrapping. The cooling channels (10, 11, 12) to be wrapped thus optimally adapt to the respective radius of the surrounding layers (32).
Description
Die Erfindung betrifft eine Wicklung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 und ein Verfahren zur Herstellung einer Wicklung für ein elektrisches Bauteil, insbesondere einen Transformator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a winding according to the preamble of patent claim 8 and a method for producing a winding for an electrical component, in particular a transformer according to the preamble of patent claim 1.
Wicklungen werden häufig als Transformatorspulen eingesetzt. Dazu wird eine leitende Folie aus beispielsweise Kupfer oder Aluminium abwechselnd mit einer isolierenden Folie oder ein isolierter Draht mit einem elektrisch leitenden Kern auf einen meist kreisrunden Wickelkörper oder eine Wickelschablone in Lagen aufgewickelt. Nach dem Aufwickeln wird diese Wicklung in eine Form gefasst und dann beispielsweise in einem Vakuumofen zunächst evakuiert und dann mit einem Kunstharz, beispielsweise einem Epoxydharz, vergossen. In einem herkömmlichen und im Stand der Technik bekannten Aushärteprozess wird das Gießharz verfestigt. Eine so hergestellte Wicklung ist gut gegen Umwelteinflüsse wie Staub oder Feuchtigkeit geschützt. Allerdings ist das Gießharz ein relativ schlechter Wärmeleiter. Um eine gute Wärmeabfuhr auch aus dem Inneren der vergossenen Wicklung zu gewährleisten, können Kühlkanäle dienen. Windings are often used as transformer coils. For this purpose, a conductive foil of, for example, copper or aluminum is alternately wound with an insulating film or an insulated wire with an electrically conductive core on a generally circular winding body or a winding template in layers. After winding this winding is taken in a mold and then evacuated, for example in a vacuum oven first and then with a synthetic resin, such as an epoxy resin, cast. In a conventional curing process known in the art, the casting resin is solidified. A winding produced in this way is well protected against environmental influences such as dust or moisture. However, the casting resin is a relatively poor conductor of heat. In order to ensure a good heat dissipation also from the inside of the molded winding, cooling channels can serve.
Aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt einerseits die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer mit Kühlkanälen versehenen Wicklung anzugeben, das besonders einfach und kostengünstig auszuführen ist. Andererseits liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Wicklung für ein elektrisches Bauteil anzugeben, deren Lagen eine möglichst geringe Abweichung von der gewünschten Form zeigen. On the one hand, the present invention is based on the object of specifying a method for producing a winding provided with cooling channels, which is particularly simple and inexpensive to implement. On the other hand, the invention has for its object to provide a winding for an electrical component whose layers show the smallest possible deviation from the desired shape.
Die Aufgabe wird mit den Mitteln der Erfindung gemäß Patentanspruch 8 gelöst. Der verfahrensbezogene Aufgabenteil wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. The object is achieved with the means of the invention according to claim 8. The procedural task part is achieved by a method according to claim 1.
Dabei sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Wicklung vor, bei dem ein band- oder drahtförmiges Leitermaterial um eine Längsachse in mehreren Lagen aufgewickelt wird und zwischen zwei Lagen parallel zur Längsachse verlaufende Rohre mit eingewickelt werden. Das aufgewickelte Leitermaterial und die eingewickelten Rohre werden mit einem Kunstharz vergossen und das Kunstharz ausgehärtet. Weiterhin ist vorgesehen, dass wenigstens zwei parallel nebeneinander verlaufende, einen Kühlkanal bildende, Rohre vor dem Einwickeln miteinander beweglich verbunden werden. The invention provides a method for producing a winding in which a band or wire-shaped conductor material is wound around a longitudinal axis in a plurality of layers and between two layers parallel to the longitudinal axis extending tubes are wrapped. The wound conductor material and the wrapped tubes are potted with a synthetic resin and cured the resin. It is further provided that at least two parallel adjacent, forming a cooling channel, pipes are connected to each other before wrapping movable.
Ein solcher Kühlkanal ist leicht herstellbar, indem zwei oder mehrere einfache Rohre beispielsweise mit Bändern miteinander verbunden werden. Ein solcher Kühlkanal kann beim Aufwickeln der Wicklung einfach zwischen die einzelnen Lagen eingelegt und mit aufgewickelt werden. Durch die zueinander beweglichen Rohre schmiegt sich dieser Kühlkanal gut an die unterschiedlichen, von Innen nach Außen größer werdenden Wickelradien an. Dadurch wird eine möglichst geringe Abweichung der Wicklung von der gewünschten Form erreicht. Außerdem können an Stellen mit höherem Kühlungsbedarf leicht mehrere Rohre miteinander verbunden werden und so ein größeres Volumen für Kühlmittel bereitstellen. Die Kühlkanäle können als aufgewickelte Matte vieler miteinander verbundener Rohre bereitgestellt werden und jeweils die passende Anzahl an miteinander verbundenen Rohren abgelängt und in die Wicklung eingewickelt werden. Die Kühlkanäle können auch vorkonfektioniert als zwei, drei, vier oder mehr miteinander verbundenen Rohren bereitgestellt werden und müssen dann nur noch beim Aufwickeln der Wicklung zwischen die Lagen eingelegt werden. Such a cooling channel is easy to produce by connecting two or more simple tubes, for example, with ribbons together. Such a cooling channel can be easily inserted between the individual layers during winding of the winding and wound up with. Due to the mutually movable tubes, this cooling channel nestles well on the different, from inside to outside becoming larger winding radii. As a result, the smallest possible deviation of the winding from the desired shape is achieved. In addition, multiple pipes can easily be connected together in locations with higher cooling requirements, thus providing a larger volume of coolant. The cooling channels may be provided as a coiled mat of many interconnected tubes and each cut to the appropriate number of interconnected tubes and wrapped in the winding. The cooling channels can also be prepared as pre-assembled as two, three, four or more interconnected pipes and then only have to be inserted when winding the winding between the layers.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die Rohre relativ zueinander bezüglich einer Verschiebung in Längsrichtung fixiert. Dadurch ist gewährleistet, dass die Enden der Rohre einen gleichmäßigen Abstand zur Stirnseite der Wicklung haben und sich nicht gegeneinander in Längsrichtung verschieben können, was das Einwickeln in die einzelnen Lagen erheblich vereinfacht. In a further advantageous embodiment, the tubes are fixed relative to one another with respect to a displacement in the longitudinal direction. This ensures that the ends of the tubes have a uniform distance from the end face of the winding and can not move against each other in the longitudinal direction, which greatly simplifies the wrapping in the individual layers.
Es kann zudem vorteilhaft sein, dass jeweils benachbarte Rohre in Bezug auf ihren radialen Abstand fixiert werden. Dadurch ist ein gleichmäßiger Abstand der Rohre gegeben und damit eine gleichmäßige Verteilung der Kühlwirkung, was sich vorteilhaft auf die Wärmeverteilung in der Wicklung auswirkt. It may also be advantageous that each adjacent tubes are fixed in relation to their radial distance. As a result, a uniform spacing of the tubes is given and thus a uniform distribution of the cooling effect, which has an advantageous effect on the heat distribution in the winding.
Vorteilhaft können die jeweils benachbarten Rohre durch wenigstens ein separates Verbindungselement miteinander verbunden werden. Ein Verbindungselement verbindet so immer genau zwei benachbarte Rohre. Dadurch ist eine besonders hohe Flexibilität der Verbindung gewährleistet. Advantageously, the respective adjacent tubes can be connected to each other by at least one separate connection element. A connecting element thus always connects exactly two adjacent tubes. This ensures a particularly high flexibility of the connection.
Besonders vorteilhaft kann als Verbindungselement ein die Rohre zumindest teilweise umschlingendes Band verwendet werden. Das Band kann dabei an beiden Rohren befestigt sein. Dadurch werden die Rohre gleichzeitig in Längsrichtung gegeneinander fixiert. Diese Verbindung ist besonders einfach herzustellen und ist besonders flexibel. Particularly advantageous can be used as a connecting element, the tubes at least partially wrap around band. The band can be attached to both tubes. As a result, the tubes are simultaneously fixed in the longitudinal direction against each other. This connection is particularly easy to manufacture and is particularly flexible.
Vorteilhaft kann außerdem sein, dass die Rohre aus einem elektrisch isolierenden, mechanisch stabilen Material hergestellt werden. Mechanisch stabil bedeutet insbesondere, dass die Rohre so stabil sind, dass sie beim Vergießen nicht durch den statischen Druck der Vergussmasse kollabieren. Dadurch ist die elektrische Isolation zwischen den Lagen der Wicklung gewährleistet, und ein Zusammendrücken und damit eine Durchmesserverkleinerung der Rohre beim Einwickeln wird vermieden. It can also be advantageous that the tubes are made of an electrically insulating, mechanically stable material. Mechanically stable means, in particular, that the tubes are so stable that they do not collapse during casting due to the static pressure of the casting compound. As a result, the electrical insulation between the layers of the winding is ensured, and compression and thus a diameter reduction of the tubes during wrapping is avoided.
Es kann auch vorteilhaft sein, dass die Verbindungselemente aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus einem faserverstärkten, insbesondere einem glasfaserverstärkten Kunststoff, bestehen. Durch diese Ausgestaltung wird vorteilhaft die Isolation zwischen den Lagen der Wicklung gewährleistet und eine hohe mechanische Stabilität der Verbindung erreicht. It can also be advantageous for the connecting elements to consist of an electrically insulating material, for example of a fiber-reinforced plastic, in particular a glass-fiber-reinforced plastic. This configuration advantageously ensures the insulation between the layers of the winding and achieves a high mechanical stability of the connection.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Wicklung mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff, insbesondere einem Kunstharz, vergossen wird. Häufig wird hierfür ein Epoxydharz verwendet. Dadurch ist die Wicklung besonders gut vor Umwelteinflüssen geschützt. Die Rohre werden mit umgossen. Die Rohre der Kühlkanäle können vor dem Verguss an ihren Enden so verschlossen werden, dass kein Kunstharz in die Rohre eindringen kann, Dieser Verschluss wird nach dem Verguss entfernt, so dass die Rohre durchgehende Öffnungen in dem isolierenden Kunststoff bereitstellen. It is particularly advantageous if the winding is encapsulated with an electrically insulating plastic, in particular a synthetic resin. Often an epoxy resin is used for this purpose. As a result, the winding is particularly well protected against environmental influences. The pipes are encapsulated with. The tubes of the cooling channels can be sealed at their ends before casting so that no synthetic resin can penetrate into the tubes. This closure is removed after the casting, so that the tubes provide through openings in the insulating plastic.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Rohre aus einem zu dem elektrisch isolierenden Kunststoff elektrisch und thermisch kompatiblen Material bestehen. A particularly advantageous embodiment consists in that the tubes consist of a material that is electrically and thermally compatible with the electrically insulating plastic.
Elektrisch kompatibel meint hier insbesondere dass die dielektrischen Eigenschaften, insbesondere die Dielektrizitätskonstante von isolierendem Kunststoff und Rohren ähnliche Werte aufweisen. Thermisch kompatibel meint, dass insbesondere die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien von isolierendem Kunststoff und Rohren so nahe beieinander liegen, dass Temperaturänderungen nicht zu Rissen zwischen diesen Materialien führen. In this case, electrically compatible means in particular that the dielectric properties, in particular the dielectric constant of insulating plastic and tubes have similar values. Thermally compatible means that in particular the thermal expansion coefficients of the materials of insulating plastic and pipes are so close to each other that temperature changes do not lead to cracks between these materials.
Der vorrichtungsbezogene Aufgabenteil wird gelöst durch eine Wicklung nach Patentanspruch 8. Demnach weist eine Wicklung für ein elektrisches Bauteil, insbesondere einen Transformator, wenigstens ein in mehreren Lagen um eine Längsachse aufgewickeltes band- oder drahtförmiges Leitermaterial mit wenigstens einem parallel zur Längsachse zwischen zwei dieser Lagen verlaufenden Kühlkanal auf. Erfindungsgemäß weist der wenigstens eine Kühlkanal mehrere parallel verlaufende, aneinander grenzende Rohre auf, die sich dem jeweiligen radialen Verlauf der aufeinander folgenden Lagen anschmiegen. Dadurch wird eine möglichst geringe Abweichung der einzelnen Lagen von der gewünschten Form erreicht. The device-related task part is achieved by a winding according to claim 8. Accordingly, a winding for an electrical component, in particular a transformer, at least one wound in several layers about a longitudinal axis band or wire-shaped conductor material having at least one parallel to the longitudinal axis between two of these layers Cooling channel on. According to the invention, the at least one cooling channel has a plurality of parallel, adjoining tubes which conform to the respective radial course of the successive layers. As a result, the smallest possible deviation of the individual layers from the desired shape is achieved.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: In the following the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Showing:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
In der
Die erste der Lagen
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Wicklung winding
- 1010
- Kühlkanal aus zwei Rohren Cooling channel of two pipes
- 1111
- Kühlkanal aus drei Rohren Cooling channel of three pipes
- 1212
- Kühlkanal aus vier Rohren Cooling channel of four pipes
- 1313
- Längsachse longitudinal axis
- 2020
- Gießharz Cast resin
- 3030
- Leitermaterial conductors
- 3131
- Isolierfolie insulation
- 3232
- Lage location
- 4040
- Rohr pipe
- 41, 4241, 42
- Verbindungselemente fasteners
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 60209574 T2 [0003] DE 60209574 T2 [0003]
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