DE3043299C2 - Wicklungsanordnung für elektrische Spulen - Google Patents

Wicklungsanordnung für elektrische Spulen

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DE3043299C2
DE3043299C2 DE3043299A DE3043299A DE3043299C2 DE 3043299 C2 DE3043299 C2 DE 3043299C2 DE 3043299 A DE3043299 A DE 3043299A DE 3043299 A DE3043299 A DE 3043299A DE 3043299 C2 DE3043299 C2 DE 3043299C2
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2871Pancake coils
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01F27/34Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/343Preventing or reducing surge voltages; oscillations

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Description

Die Erfindung geht aus von einer Wicklungsanordnung für elektrische Spulen, die jeweils in Scheibenspulen angeordnete Wicklungen aufweisen, welche spiralenförmig, parallel zueinander und in radialer Richtung abwechselnd aufeinanderfolgend gewickelt sind, wobei die Wicklungen unterschiedlicher Scheibenspulen auch unterschiedlichen Leitern (a, b, c) zugeordnet sind und jeweils zwei übereinander angeordnete Scheibenspulen zu einer Doppelscheibenspule zusammengefaßt sind, so daß bei der Stoßspannungsverteilung Reihenkapazitäten innerhalb der Scheibenspulen und Parallelkapazitäten zwischen den Scheiben- bzw. Doppelscheibenspulen wirksam werden.
Derartige Wicklungsanordnungen für Scheibenspulen wurden bereits durch die DE-OS 16 38 596 offenbart, bei der vier Leiter auf einem Spulenkörper untergebracht sind. Um durch Stoßspannungen auftretende Potentialunterschiede innerhalb jeder der Scheibenspulen zu kompensieren, werden Dämpfungswiderstände innerhalb bzw. außerhalb der Scheibenspulen zwischen einzelne Leiter der Wicklungen geschaltet. Diese Widerstände nehmen erheblichen Platz in Anspruch, so daß der Füllfaktor der entsprechenden Spulen negativ beeinflußt wird. Weiterhin werden die Spulen durch das Wickeln von vier getrennten Leitern auf einem Spulenkörper verhältnismäßig teuer.
Außerdem können dadurch, daß vier Leiter auf jedem Spulenkörper gewickelt werden nur verhältnismäßig wenige Windungen eines jeden Leiter·- auf dem Spulenkörper untergebracht werden, so daß man um eins bestimmte Anzahl von Windungen für eine bestimmte Spule zu erreichen, viele der Scheibenspulen zusammenschalten muß.
Durch die DE-PS 9 75 856 sind Doppelscheibenspulen bekanntgeworden, bei denen jede Scheibenspule zwei Leiter aufweist, die derart zusammengeschaltet sind, daß nur der Anschluß eines Leiters ermöglicht wird (siehe Tig. 1). Soll wie bei der DE-OS 16 38 596 der Anschluß von drei Leitern ermöglicht werden, so müßten sechs Leiter auf einer Scheibenspule gewickelt werden, wodurch nur wenige Windungen von jedem Leiter auf einer Scheibenspule untergebracht werden könnte. Weiterhin werden sehr viele Verbindungsleiter zwischen den einzelnen Scheibenspulen benötigt.
wodurch die Herstellung solcher Spulen sehr teuer wird (siehe F i g. 2).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aus Doppelscheibenspulen zusammengesetzte elektrische > Spjle zu schaffen, die bei einfacher und kostengünstiger Herstellung zur Vermeidung von Potentialdifferenz innerhalb der Scheibenspule große Reihenkapazitäten, dagegen aber zwischen den Scheibenspulen kleine Parallelkapazitäten aufweisen.
κι Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die einfache und kostengünstige Herstellung wird dadurch gewährleistet, daß obwohl der Anschluß von drei Leitern vorgesehen ist, nur zwei Leiter auf jede Scheibenspule aufgebracht werden, die durch eine besonders günstige Schaltung der Scheibenspulen untereinander nur wenige Verbindungsstellen benötigen. Die großen Reihenkapazitäten werden bei dem Gegenstand der Erfindung dadurch erreicht, daß in jeder Scheibenspule die Windungen eines Leiters nur durch die Windungen des zweiten Leiters voneinander getrennt sind. Da die Leiter verhältnismäßig kleine Querschnitte aufweisen, sind die Zwischenräume zwischen den Windungen eines Leiters verhältnismäßig klein, wodurch große Kapazitäten erreicht werden können. Dagegen werden die kleinen Kapazitäten zwischen den Scheiben- bzw. Doppelscheibenspulen durch die verhältnismäßig großen Abstände der Spulen zueinander erreicht.
Zweckmäßige Verknüpfungen der Leiter der Scheibenspulen untereinander werden durch die Kennzeichnungsmerkmale der Ansprüche 2 bis 6 erreicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
F i g. 1 eine teilweise im Schnitt wiedergegebene Wicklungsanordnung für elektrische Spulen nach der DE-PS 9 75 856,
Fig. 2 eine entsprechend nach Fig. 1 angewandte Wicklungsanordnung für drei Anschlußleiter,
Fig. 3 und 4 teilweise im Schnitt dargestellte Ansichten der Wicklungsanordnung für elektrische Spulen von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Fig.3 zeigt einen Teil der Spule 101ß, die auf den Spulenhalter 102 aufgesetzt isi. Die Spule 101ß besteht
aus einzelnen Scheibenspulen IA, \B,\C,\D,2A 3D,
auf die jeweils zwei Leiter, z. B. bei der Scheibenspule \A die Leiter a, b, bei der Scheibenspule 1B die Leiter a, cusw. parallel gewickelt sind.
Auf die Scheibenspule \A sind die Leiter a und b von der Innenseite der Scheibenspule zu ihrer Außenseite gewickelt. Die äußere Windung a 9 des Leiters a der Scheibenspule \A ist einstückig mit der äußeren Windung a 10 des Leiters a der Scheibenspule \B
verbunden, wobei der Übergang 11a Verwendung findet. Über den Übergang 12a ist die äußere Windung Z>9des Leiters £> der Scheibenspule \A mit der äußeren Windung b 10 des Leiters b der Scheibenspule IC einstückig verbunden. An der Außenseite der Scheiben-
bo spule Iß wird auf der Innenseite der Windung a 10 ein neuer Lsiter c (Windung el) eingeführt. An der Außenseite der Scheibenspule IC wird ein neuer Leiter c^Windung c 19) auf der Außenseite der Windung b 10 eingefügt. Die Windungen der Scheibenspulen IS und lCwerden dadurch hergestellt, daß die beiden Leiter a, c und b, c jeweils von außen nach innen parallel zueinander gewickelt werden. An den Innenseiten der Scheibenspulen Iß und lCwerden diese beiden Leiter
über die inneren Übergänge 13a und 14a mit den beiden Leitern der Scheibenspulen ID und 2D einstückig verbunden. Die Wicklungen der beiden Scheibenspulen ID und 2 A werden dadurch hergestellt, daß die beiden Leiter a, c und b, c jeweils von der Innenseite zur Außenseite der Scheibenspulen parallel zueinander gewickelt werden. Die an der Außenseite der Scheibenspule ID befindliche Windung cl8 wird mit der Windung c 19 an der Außenseite der Scheibenspule IC an der mit X gekennzeichneten Stelle mittels einer Brücke elektrisch verbunden. Die der Außenseite der Scheibenspule XD zugeordnete äußere Windung a 27 des Leiters a ist über einen äußeren Übergang 15a mit der Windung a 28 des Leiters a an der Außenseite der Scheibenspule 2ß einstückig verbunden. Die zur Scheibenspule 2A gehörende Windung 6 27 ist über einen äußeren Übergang 16a mit der äußeren Windung £>28 der Scheibenspule IB einstückig verbunden, wohingegen die zur Scheibenspule 2A gehörende Windung c36 mit der zur Scheibenspule 2C gehörende Windung c37 über den äußeren Übergang 17a einstückig verbunden ist. Die Übergänge 16a und 17a, die von der Scheibenspule 2A aus zu den Scheibenspulen 2ß und 2C führen, sind den Übergängen von der Scheibenspule \A zu den Scheibenspulen Iß und IC ähnlich, bei denen die äußeren Übergänge 11a und 12a Anwendung finden. An der Außenseite der Scheibenspule 2C ist außerhalb der Windung c37 ein neuer Leiter a (Wicklung a 46) hinzugefügt.
Die Windungen der beiden Scheibenspulen 2ßund 2C jo werden dadurch hergestellt, daß die Leiter a, b und a, c jeweils von außen nach innen parallel zueinander gewickelt werden. Der übrige Teil der Spule 101B wird dadurch hergestellt, daß die Leiter in der zuvor beschriebenen Weise weiter auf die Scheibenspulen gewickelt werden.
Durch den obenerwähnten Aufbau erhält man eine Spule 101 ß, bei der die drei Leiter a, b. c parallel zueinander gewickelt sind. Nach F i g. 3 ist für die Windungen der drei Leiter in der Spule 101B die nachstehend angeführte Reihenfolge gegeben: a I bis a 72, b 1 bis b 72 sowie c 1 bis c 72.
Um eine Scheibenspule für die mit F i g. 3 dargestellte Spule 101B herstellen zu können, werden nur zwei elektrische Leiter parallel zueinander gewickelt. Für die Herstellung einer Spule mit zwölf Scheibenspulen sind nur drei Brücken an den Stellen X erforderlich.
Die Spulen 101B nach der Fig.3 und die bereits bekannte Spule 101Λ nach F i g. 2 besitzen die gleiche Anzahl von Scheibenspulen, Leitern und Windungen. Vergleicht man die Spule !01B mit der verschachtelten Spule 101Λ, so stellt man fest, daß für die Spule 101 ß erheblich weniger Brücken erforderlich sind als für die verschachtelte Spule 1OM und daß die Anzahl der zueinander parallel gewickelten Leiter pro Scheibenspule auf ein Drittel gegenüber der Spule 101/4 verringert worden ist Dem entsprechend kann die Spule ΙΟΙθ gegenüber der Spule 1OM leichter und schneller hergestellt werden.
Die Reihenkapazität der Spule 101B kann durch die ί>ο Berechnung der statischen elektrischen Energie, welche zwischen den Leitern der Spule gespeichert wird, bestimmt werden, wobei die statische elektrische Energie E je Scheibenspule im allgemeinen mit der Gleichung (1) bestimmt werden kann. *>5
wobei
E für die statische elektrische Energie,
C für die äquivalente Kapazität je Scheibenspule,
V für die Spannung je Scheibenspule (V = ne),
C, für die Kapazität zwischen den elektrischen
Leitern,
V, für die Spannung zwischen den elektrischen Leitern
und
e für den Spannungsabfall je Windung stehen.
Jeder der drei Leiter a, b und c ist in acht der zwölf Scheibenspulen M bis 3D vorhanden. So ergibt sich die durchschnittliche Anzahl von Windungen η für die Spule 101 ß aus der Gleichung:
π
wobei
8/i2 m
j m
π für die durchschnittliche Windungsanzahl für die
Spule 101 und
m für die Windungsanzahl pro Leiter und pro Scheibenspule steht.
Die Summe der in Formel (1) angegebenen Spannungen V1 kann mit Hilfe folgender Überlegungen ermittelt werden:
In den Scheibenspulen Iß, IC, 2Cund 3ß sind m Stellen gegeben, an denen V1 = me ist, und die Anzahl der Stellen, an denen V, = (m + 1) e ist, beträgt (m — 1). In den Scheibenspulen ID, 2/4, 34 und 3D gibt es /η-Stellen, an denen V, = meist und (m — 1)Stellen, bei denen V, = (m— l)e ist. In den Scheibenspulen M, 2ß, 2D und 3Cgibt es (m — 1) Stellen, bei den V, = e ist. So kann die gesamte statische elektrische Energie E, für die zwölf Scheibenspulen M bis 3D mit der nachstehend gegebenen Gleichung berechnet werden:
- C,(mefm+ |c,{(m+l)f)!(m-
+ 4 Ty C,(me)2m+ y C,{(m l)e)2(m-l)1
+ 4TyCy(TW-
AC,(mef{m-\)
(2)
Die statische elektrische Energie £je Scheibenspule kann somit anhand der nachstehend angeführten uieichung bestimmt werden:
E = ^- E1 = j C,(me)2Qm-I)
(3)
Die äquivalente Kapazität je Scheibenspule C kann unter Verwendung von Gleichung (1) und Gleichung (3) anhand der nachstehend angeführten Gleichung berechnet werden:
(D
= y(3n-l)C,
(4)
Nachstehend soll die Reihenkapazität für die verschachtelte Spule 1OM (siehe Fig. 2) mit drei zueinander parallelen elektrischen Leitern berechnet werden. In jedem Abschnitt macht die Anzahl der Stellen, an denen V1 = ne ist, V2 π aus, wohingegen für die Stellen, an denen V, = (n — l)e ist, die Anzahl η V2 — 1 ausmacht. Im Falle der Spule 1014 ist π also gleich 6. Aus diesem Grunde kann die statische elektrische Energie E je Abschnitt auch mit der nachstehend angeführten Gleichung berechnet werden:
)2 4 + 4
E = -i- C,(ne)2 γ « + y
05 -τ- C,(ne)'(3n-2)
(H
(5)
15
Die äquivalente Kapazität C je Scheibenspule kann somit unter Verwendung der Gleichung (1) und (5) anhand der nachstehend angeführten Gleichung bestimmt werden:
C= (3/1-2) C,
(6)
Beim Vergleich der Gleichung (4) und (6) erkennt man,-daß die Reihenkapazität der erfindungsgemäßen Spule lOlfl l'/2mal größer als die Reihenkapazität der
25
bereits bekannten verschachtelten Spule 1014 ist, obwohl beide Spulen die gleiche Anzahl an Scheibenspulen, Windungen und Leitern aufweisen.
In der mit F i g. 3 wiedergegebenen Spule erfolgen die Uberkreuzungen der Leiter zwischen den äußeren Enden zweier Scheibenspulen. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht nur auf dieses Merkmal, sondern die in F i g. 4 gezeigte erfindungsgemäße Spule 101C offenbart eine Spule ähnlich der nach F i g. 3, bei der jeweils die Überkreuzungen zwischen den inneren Enden zweier Scheibenspulen durchgeführt werden, und nicht zwischen den äußeren Enden. Bei der Spule 101C wird die gleiche Wirkung erzielt, wie dies bei der Spule 101B nach F i g. 3 der Fall ist. Auch die Spule 101C kann leicht und schnell hergestellt werden, besitzt eine große Reihenkapazität und ein hervorragendes Verhalten gegenüber Stoßspannungen.
Was die Ausführungsbeispiele der Erfindung betrifft, so sind in F i g. 3 und 4 die Scheibenspulen XA bis 3D so dargestellt, als hätten sie eine ganz bestimmte Reihenfolge. Es kann aber bspw. die Anordnung der einzelnen Scheibenspulen paarweise vertauscht werden, so kann die Scheibenspule Iß mit der Scheibenspule IC vertauscht werden und die Scheibenspule ID mit der Scheibenspule 2A in ähnlicher Weise ist dann auch ein Vertauschen anderer Scheibenspulen möglich.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Wicklungsanordnung für elektrische Spulen, die jeweils in Scheibenspulen angeordnete Wicklungen aufweisen, welche spiralförmig, parallel zueinander und in radialer Richtung abwechselnd aufeinanderfolgend gewickelt sind, wobei die Wicklungen unterschiedlicher Scheibenspulen auch unterschiedlichen Leitern (a, b, c) zugeordnet sind und jeweils zwei übereinander angeordnete Scheibenspulen zu einer Doppelscheibenspule zusammengefaßt sind, so daß bei der Stoßspannungsverteilung Reihenkapazitäten innerhalb der Scheibenspule und Parallelkapazitäten zwischen den Scheiben- bzw. Doppelscheibenspulen wirksam werden, dadurch gekenn- zeichnet,
— daß die erste Scheibenspule (\A)den Leitern (a, b), die zweite Scheibenspule (lßjden Lettern (a, c/und die dritte Scheibenspule(iC)den Leitern (b, cj zugeordnet sind,
— daß jeweils die beiden Leiter am inneren Ende der Scheibenspule (B, Iß, 2B, 3B) mit den entsprechenden Leitern an den inneren Enden der übernächsten Scheibenspulen (D; ID, 2D, 3Z?jverbunden sind,
— daß jeweils die beiden Leiter an den inneren Enden der Scheibenspulen (C; IC, 2C) mit den entsprechenden Leitern an den inneren Enden der übernächsten Scheibenspulen (A; 2A, 3A) jo verbunden sind, während die beiden Leiter am inneren Ende der Scheibenspule (3C) als Ausgänge der elektrischen Spulen (101B, iOiC) dienen,
— daß jeweils ein Leiter am äußeren Ende der Scheibenspulen (D; ID, 2D, 3D; mit dem entsprechenden Leiter an den äußeren Enden der vorhergehenden Scheibenspulen (C; 1C, 2C, 3C; verbunden ist, während der jeweilige zweite Leiter am äußeren Ende der Scheibenspulen (D; -to ID, 2D; mit dem entsprechenden äußeren Leiter der übernächsten Scheibenspulen (B; 2ß, 3ß; verbunden ist und der zweite Leiter am äußeren Ende der Scheibenspule (3D; als Ausgang der elektrischen Spulen (101 B, iOiC) dient, und
— daß jeweils einer der beiden Leiter am äußeren Ende der Scheibenspulen (A; \A, 2A, 3A) mit einem der jeweils zweiten Leiter an den äußeren Enden der nachfolgenden Scheibenspulen (B; Iß, 2ß, 3B) verbunden ist, während der jeweilige zweite Leiter an den äußeren Enden der Scheibenspulen (A; IA, 2A, 3A) mit den zweiten Leitern an den äußeren Enden der übernächsten Scheibenspulen (C; IC, 2C, 3Q verbunden ist.
2. Wicklungsanordnung für elektrische Spulen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindungen der Leiter an den inneren Enden der Scheibenspulen (B) mit den Leitern an den inneren Enden der übernächsten Scheibenspulen (D), und die Verbindungen der Leiter an den inneren Enden der Scheibenspulen (C) mit den Leitern an den inneren Enden der übernächsten Scheibenspulen (A) jeweils über innere Verbindungsstellen hergestellt sind,
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— daß die Verbindungen zwischen den jeweiligen ersten Leitern an den äußeren Enden der Scheibenspulen (D) mit den entsprechenden ersten Lettern an den äußeren Enden der vorhergehenden Scheibenspulen (C), und die Verbindungen zwischen den zweiten Lsitern an den äußeren Enden der Scheibenspulen (D) mit den ersten Leitern an den äußeren Enden der übernächsten Scheibenspulen (B) jeweils über äußere Verbindungsstellen erfolgt sind, und
— daß die Verbindungen der ersten Leiter an den äußeren Enden der Scheibenspulen (A) mit den ersten Leitern an den äußeren Enden der nachfolgenden Scheiben (B), sowie die Verbindungen der zweiten Leiter an den äußeren Enden der Scheibenspulen (A) mit den zweiten Leitern an den äußeren Enden der übernächsten Scheibenspulen (C) über äußere Verbindungsstellen erfolgt sind.
3. Wicklungsanordnung für elektrische Spulen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen der beiden Leiter an den inneren Enden der Scheibenspulen (B) mit den beiden Leitern an den inneren Enden der übernächsten Scheibenspulen (D), sowie die Verbindungen der beiden Leiter an den inneren Enden der Scheibenspulen (C) mit den beiden Leitern an den inneren Enden der übernächsten Scheibenspulen (A) ohne Kreuzung der verbindenden Leiter erfolgt sind.
4. Wicklungsanordnung für elektrische Spulen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen der beiden Leiter an den inneren Enden der Scheibenspulen (B) mit den beiden Leitern an den inneren Enden der übernächsten Scheibenspulen (D), sowie die Verbindungen der beiden Leiter an den inneren Enden der Scheibenspulen (C) mit den beiden Leitern an den inneren Enden der übernächsten Scheibenspulen (A) mit Überkreuzung der verbindenden Leitern erfolgt sind.
5. Wicklungsanordnung für elektrische Spulen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
— daß die in radialer Richtung inneren Leiter an den äußeren Enden der Scheibenspulen (D) mit den in radialer Richtung äußeren Leitern an den äußeren Enden der vorhergehenden Scheibenspulen (C) verbunden sind,
daß die in radialer Richtung äußeren Leiter an den äußeren Enden der Scheibenspulen (D) mit den in radialer Richtung inneren Leitern an den äußeren Enden der übernächsten Scheibenspulen (B) verbunden sind, und
— daß die in radialer Richtung inneren Leiter an den äußeren Enden der Scheibenspulen (A) mit den in radialer Richtung äußeren Leitern an den äußeren Enden der nachfolgenden Scheibenspulen (B), und die in radialer Richtung äußeren Leiter an den äußeren Enden der Scheibenspule (A) mn den in radialer Richtung inneren Leitern an den äußeren Enden der übernächsten Scheibenspulen (C) verbunden sind.
6. Wicklungsanordnung für elektrische Spulen nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die in radialer Richtung inneren Leiter an den äußeren Enden der Scheibenspulen (D) mit den in radialer Richtung inneren Leitern an den äußeren Enden der vorhergehenden Scheibenspulen (C), und die in radialer Richtung äußeren Leiter an den äußeren Enden der Scheibenspulen (D) mit den in radialer Richtung äußeren Leitern an den äußeren Enden der übernächsten Scheibenspulen (B) verbunden sind, und
daß die in radialer Richtung inneren Leiter an den äußeren Enden der Scheibenspulen (A) mit den in radialer Richtung inneren Leiter an den äußeren Enden der nachfolgenden Scheibenspulen (B), sowie die in radialer Richtung äußeren Leiter an den äußeren Enden der Scheibenspulen (A) mit den in radialer Richtung äußeren Leitern an den äußeren Enden der übernächsten Scheibenspulen (C) verbunden sind.
DE3043299A 1979-11-19 1980-11-17 Wicklungsanordnung für elektrische Spulen Expired DE3043299C2 (de)

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DE3043299A1 DE3043299A1 (de) 1981-06-04
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