EP1041587B1 - Transformator, Wandler oder Drossel mit Scheibenwicklungen sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauelementes - Google Patents

Transformator, Wandler oder Drossel mit Scheibenwicklungen sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauelementes Download PDF

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EP1041587B1
EP1041587B1 EP00250106A EP00250106A EP1041587B1 EP 1041587 B1 EP1041587 B1 EP 1041587B1 EP 00250106 A EP00250106 A EP 00250106A EP 00250106 A EP00250106 A EP 00250106A EP 1041587 B1 EP1041587 B1 EP 1041587B1
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EP
European Patent Office
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transformer
converter
windings
transducer
disc
Prior art date
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EP00250106A
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English (en)
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Inventor
Josef Bohn
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2847—Sheets; Strips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/322—Insulating of coils, windings, or parts thereof the insulation forming channels for circulation of the fluid

Definitions

  • the invention relates to a transformer, a Converter or a choke for medium to large outputs according to the preamble of the claim.
  • Such inductive Components are known in principle from EP 0 522 475 B1. However, the windings there are only for a great deal designed for lower outputs.
  • EP 0 522 475 B1 discloses an inductive component, in particular a transformer with multiple windings.
  • Each slice winding consists of a relatively thin one flat metal plate, in which a spiral revolving Slot is introduced. Through the slot is the metal plate to a flat winding with several in one level adjacent turns.
  • the individual winding disks insulating layers are stacked on top of each other stacked and via side connections contacted; the internal winding connections can be connected via metal pins that can be inserted later become.
  • the disc windings are insulated over the Intermediate layers due to pressure and temperature baked electrically insulated winding package on all sides. The Heat dissipation occurs exclusively with this inductive component over the surface of the winding package.
  • GB 962 222 which describes a transformer with disc windings according to the preamble of claim 1, are disc windings made of wound known band-shaped material. To separate the in one common level of winding turns lying side by side and to separate these winding turns from one the adjacent disc winding becomes the band-shaped material before making the disk winding with a variety provided by cuffs, which on a while winding the Insulating film inserted between the winding turns rest. Such cuffs can on the Winding turns from a plate-shaped material manufactured disc windings economically sensible not be attached.
  • the object of the invention is a transformer, a Converter or a choke according to the preamble of the claim 1 designed so that he or she for medium until large powers of around 100 to 3000 A can be used; this results in particular in the demand for an effective one Heat dissipation along the entire surface of the used Disc windings.
  • the assembly effort for the transformer, converter or the throttle should be kept as small as possible.
  • the invention solves this problem by the characterizing Features of claim 1.
  • the individual disc windings can be manufactured, also externally manufactured, and then up to Assembly are kept in a warehouse from which they are needed can be accessed.
  • the spacer elements are in the slots or in separate ones Recesses of the disc windings held. she can be so over the surface of the disc windings arrange and keep the windings at a distance, without the air circulation between the disc windings to significantly affect. When holding the spacer elements in the slots they also care at the same time for a separation of the individual turns of the disk windings.
  • the metal plate according to claim 2 of an aluminum or according to claim 3 consist of a copper alloy. Both materials have good electrical conductivity and can easily be used even with thicker sheet metal to edit.
  • the disc winding must be electrically insulated (claim 6) in order to avoid cross currents when touching.
  • the disk windings according to claim 7 at the end contacting eyelets exhibit. It is possible to use the disc windings according to claim 8 to several in series or in parallel to switch without this being any customizable Bracket required. Align by appropriate arrangement of the eyelets both when the disc windings are parallel as well as if they are to be connected in series.
  • the individual disc windings are contacted according to the teaching of claim 9 about screw connections or according to claim 10 via electrically contacting push buttons, as they are known in principle for contacting batteries are; Claim 11 sees the contacting of the turns brazed flanges.
  • the spacer elements to separate the Windings of the individual disk windings at the same time be used to separate adjacent disc windings. This is achieved if the spacer elements according to claim 12 z. B. the shape of pins with end flanges or have a circumferential collar, the Grip the pins between the adjacent turns and the Flanges or the circumferential collar the individual disc windings keep your distance.
  • the pins can advantageously according to claim 13 as screws be carried out in the corresponding threaded holes Screw in windings or in through holes of the windings and plug them in there with nuts are holding.
  • the spacer elements can also into the slots or recesses of two adjacent disc windings intervene and so simultaneously according to claim 14 Separate two disc windings and align them against each other.
  • the disk windings as claimed Align 15 over insulating rods, the insulating rods the windings can be used simultaneously to separate the individual disk windings.
  • insulation washers that can be plugged onto the insulating rods during assembly or leave insulation pipes according to claim 16 keep the individual disc windings at a distance.
  • the insulating rods can according to claim 17 via locking washers permanently in the assembled disc winding block be fixed.
  • the neighboring ones can be used to accommodate the spacer elements Windings of the disk windings according to claim 19 with one another facing recesses. It does it possible, the pins used as spacers relative large volume and therefore easy to handle. In advantageous Ways are the edges of the recesses for the pins to break according to claim 20. Theoretical considerations show that on sharp edges when loading the winding turns high field strengths occur with supply voltages and this leads to increased voltage flashovers at these points can.
  • disc winding shown in the right part of Figure 1 it is a winding, like it on one rectangular core can be put on; their turns 1 to 4 run around a in the form of a rectangular spiral common axis.
  • the winding is coated on all sides electrically isolated.
  • the inner winding 1 and the outer winding 4 are widened at their ends and with Provided means for electrical contacting.
  • This means are formed in the drawing as eyelets 5 and 6, which on a straight line through the longitudinal axis of the disk winding.
  • eyelets 5 and 6 which on a straight line through the longitudinal axis of the disk winding.
  • FIG. 4 are several to build an electrical machine Arrange disc windings 7 to 11 one above the other in alignment and on a common, not shown in the drawing To put on the core.
  • the disc windings are theirs Parallel connection to several with the same winding direction and to connect them in series to several with different Layering the winding sense of their windings, to separate them and to connect them electrically. These connections are shown in the drawing for reasons of clarity not shown.
  • the contact is made via open or closed ends embedded in the turns Eyelets preferably with screw connections. The However, contacts can also be made in an advantageous manner electrically contacting push buttons or soldering become.
  • Each disc winding consists of one or more turns, each disc winding also consisting of several one above the other arranged and at least at their ends electrically connected thinner sheets that may not be formed must be separated from each other.
  • each disc winding is mutually Keep your distance and they are from the neighboring ones Insulate the windings of the windings electrically.
  • This purpose serve spacer elements 15, one of which is exemplary in Figure 2 is shown enlarged.
  • the spacer elements exist preferably from a pin-like structure with a circle or rectangular cross-section, in the intended Insert recesses 16 of adjacent winding windings is. These recesses, one of which is shown in FIG is shown enlarged, are in pairs in neighboring Windings of the disc windings, taking them with their openings face each other.
  • the edges of the Recesses are broken at 17.
  • the spacer elements consist of a heat-resistant electrical insulating material. They stop neighboring turns Distance, whereby, as assumed in Figure 1, not necessarily between each adjacent turn but only between every second turn can be used.
  • the spacer elements have an approximately circumferential one Collar 18 or an end flange provided, the thickness specifies the distance between the disk windings from one another; such a flange can e.g. through the head of a heat-resistant Plastic screw to be formed on the specified Clearances between the windings if necessary one or more washers are to be attached.
  • the screws can be screwed into the corresponding Disc windings screwed in and / or in through holes the disc windings inserted and there by means of the Nuts on the opposite side of the disk windings are held his.
  • the neighboring ones are over the collars or flanges Disc windings are kept electrically insulated at a distance.
  • the thickness of the collar / flanges is preferably in the On the order of about 0.5 to a few mm.
  • the width of the individual turns is preferably of the order of magnitude 10 to 25 mm, the thickness at about 5 to 12 mm: the slot width is between about 0.5 and a few mm.
  • the disc windings can do the individual Penetrate coils; they can also be in the winding slots be used.
  • the turns can be used lugs protruding laterally into the slots, which are set up via perforations, the insulating rods take. This ensures that the insulating rods in adjacent windings each adjacent windings penetrate, causing the separation of the turns is improved within the individual disk windings.
  • the disc windings are in contrast to conventional ones Disc windings not by winding insulated wires or line profiles are formed, but they are made up of levels Cut out metal plates. These metal plates are made made of an electrically highly conductive material, preferably an aluminum or copper alloy into which one of the winding contours following slot of predetermined width introduced is. This slitting of the metal plate is done by sawing, Nibbling, etching, eroding, through a water cutting process, by welding or by laser machining, possibly several metal sheets stacked on top of each other can be edited at the same time.
  • the recesses for the electrical contacting and / or the inclusion of the spacer elements be introduced into the metal plate so that additional operations for the introduction of appropriate Eliminate contours.
  • the electrical insulation of the disc windings is preferably done by using a vortex sintering process, the contact surfaces of the Cover windings during the sintering process or only can be produced subsequently.
  • the recesses also with threads to accommodate spacer elements, the corresponding thread structure on their surface exhibit.
  • the same purpose can also attaching spacers between turns of one Serve disc winding via an adhesive connection.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator, einen Wandler oder eine Drossel für mittlere bis große Leistungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches. Derartige induktive Bauelemente sind prinzipiell aus der EP 0 522 475 B1 bekannt. Allerdings sind die Wicklungen dort nur für sehr viel geringere Leistungen ausgelegt.
Die EP 0 522 475 B1 offenbart ein induktives Bauelement, insbesondere einen Transformator mit mehreren Scheibenwicklungen. Jede Scheibenwicklung besteht aus einer relativ dünnen ebenen Metallplatte, in die ein spiralförmig umlaufender Schlitz eingebracht ist. Durch den Schlitz wird die Metallplatte zu einer planen Wicklung mit mehreren in einer Ebene nebeneinander liegenden Windungen. Die einzelnen Wicklungsscheiben werden unter Zwischenlage isolierender Schichten übereinander gestapelt und über seitlich herausgeführte Anschlüsse kontaktiert; die innenliegenden Wicklungsanschlüsse können über nachträglich einbringbare Metallstifte verbunden werden. Die Scheibenwicklungen werden über die isolierenden Zwischenlagen durch Druck- und Temperatureinwirkung zu einem allseits elektrisch isolierten Wicklungspaket verbacken. Die Wärmeabfuhr bei diesem induktiven Bauelement geschieht ausschließlich über die Oberfläche des Wicklungspaketes.
Aus der GB 962 222, die einen Transformator beschreibt mit Scheibenwicklungen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sind Scheibenwicklungen aus gewickeltem bandförmigem Material bekannt. Zum Separieren der in einer gemeinsamen Ebene nebeneinander liegenden Wicklungswindungen und zum Separieren dieser Wicklungswindungen gegen die einer benachbarten Scheibenwicklung wird das bandförmige Material vor dem Herstellen der Scheibenwicklung mit einer Vielzahl von Manschetten versehen, die auf einer beim Wickeln der Scheibenwicklung eingelegten Isolierfolie zwischen den Wicklungswindungen aufliegen. Solche Manschetten können auf den Wicklungswindungen von aus einem plattenförmigen Material hergestellten Scheibenwicklungen wirtschaftlich sinnvoll nicht angebracht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Transformator, einen Wandler oder eine Drossel nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 so auszugestalten, dass er bzw. sie für mittlere bis große Leistungen von etwa 100 bis 3000A verwendbar ist; hieraus ergibt sich insbesondere die Forderung nach einer effektiven Wärmeabfuhr entlang der gesamten Oberfläche der verwendeten Scheibenwicklungen. Gleichzeitig soll der Montageaufwand für den zu schaffenden Transformator, Wandler oder die Drossel möglichst klein gehalten werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Durch das Ausschneiden von Scheibenwicklungen aus einige mm dicken Metallplatten ergibt sich die Möglichkeit, die Wicklungen auch leistungsstarker induktiver Bauelemente vollautomatisch zu fertigen, ohne daß ihre einzelnen Windungen mühevoll von Hand an eine bestimmte Formgebung angepaßt werden müssen. Die einzelnen Scheibenwicklungen können gefertigt, auch fremdgefertigt, und dann bis zur Montage in einem Lager aufbewahrt werden, aus dem sie bedarfsweise abgerufen werden können. Beim Zusammenbau der Wicklungen ist lediglich darauf zu achten, daß die einzelnen Windungen der Scheibenwicklungen auf Distanz gehalten werden und daß die benachbarten Scheibenwicklungen ebenfalls voneinander beabstandet sind; beides läßt sich durch nahezu punktförmig angreifenden Distanzelemente bewerkstelligen, die beim Zusammenbau des induktiven Bauelementes ohne großen Kraftaufwand in die Scheibenwicklungen bzw. zwischen diese einzupassen sind.
Die Distanzelemente sind dabei in den Schlitzen oder in gesonderten Ausnehmungen der Scheibenwicklungen gehalten. Sie lassen sich so über die Oberfläche der Scheibenwicklungen verteilt anordnen und halten die Scheibenwicklungen auf Abstand, ohne die Luftzirkulation zwischen den Scheibenwicklungen nennenswert zu beeinträchtigen. Bei Halterung der Distanzelemente in den Schlitzen sorgen sie gleichzeitig auch für eine Separierung der einzelnen Windungen der Scheibenwicklungen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Wickelgutes sind in den Unteransprüchen angegeben.
Danach soll die Metallplatte gemäß Anspruch 2 aus einer Aluminium- oder gemäß Anspruch 3 aus einer Kupferlegierung bestehen. Beide Materialien haben gute elektrische Leitfähigkeit und lassen sich problemlos auch bei dickeren Blechstärken bearbeiten.
Je nach dem, wofür die Wickelgüter zu verwenden sind, sollen die Windungen der Scheibenwicklungen in Form einer zylindrischen Spirale (Anspruch 4) oder in Form einer rechteckigen Spirale (Anspruch 5) verlaufen. Durch eine entsprechende Führung des Schlitzes ist es möglich, die Form der Scheibenwicklungen dem jeweiligen Anwendungsfall optimal anzupassen.
Die Scheibenwicklung ist elektrisch isoliert auszuführen (Anspruch 6), um bei etwaigen Berührungen Querströme zu vermeiden.
Für die elektrische Kontaktierung der Scheibenwicklungen sollen die Scheibenwicklungen gemäß Anspruch 7 endseits Kontaktierungsösen aufweisen. Damit ist es möglich, die Scheibenwicklungen gemäß Anspruch 8 zu mehreren in Reihe oder parallel zu schalten, ohne daß es hierzu irgendwelcher einpassbarer Bügel bedarf. Durch zweckmäßige Anordnung der Ösen fluchten diese sowohl dann, wenn die Scheibenwicklungen parallel als auch dann, wenn sie in Reihe geschaltet werden sollen.
Die Kontaktierung der einzelnen Scheibenwicklungen erfolgt nach der Lehre des Anspruches 9 über Schraubverbindungen oder gemäß Anspruch 10 über elektrisch kontaktierende Druckknöpfe, wie sie prinzipiell zur Kontaktierung von Batterien bekannt sind; Anspruch 11 sieht die Kontaktierung der Windungen über hart gelötete Flansche vor.
Als besonders zweckmäßig wird angesehen, wenn die Distanzelemente zur Separierung der Windungen der einzelnen Scheibenwicklungen gleichzeitig auch zum Separieren benachbarter Scheibenwicklungen verwendet werden. Dies wird erreicht, wenn die Distanzelemente gemäß Anspruch 12 z. B. die Form von Stiften mit endseitigen Flanschen oder mittig umlaufenden Kragen aufweisen, wobei die Stifte zwischen die benachbarten Windungen fassen und die Flansche oder die umlaufenden Kragen die einzelnen Scheibenwicklungen auf Abstand halten.
Die Stifte können gemäß Anspruch 13 vorteilhaft als Schrauben ausgeführt sein, die in entsprechende Gewindebohrungen der Scheibenwicklungen einzuschrauben oder in Durchgangslöcher der Scheibenwicklungen einzustecken und dort über Muttern zu halten sind.
Die Distanzelemente können bei geeigneter Ausgestaltung auch in die Schlitze bzw. Ausnehmungen zweier benachbarter Scheibenwicklungen eingreifen und so gemäß Anspruch 14 gleichzeitig zwei Scheibenwicklungen separieren und gegeneinander ausrichten.
Es ist aber auch möglich, die Scheibenwicklungen gemäß Anspruch 15 über Isolierstangen auszurichten, wobei die Isolierstangen gleichzeitig dazu verwendet sein können, die Windungen der einzelnen Scheibenwicklungen zu separieren. Durch während der Montage auf die Isolierstangen aufsteckbare Isolationsscheiben oder Isolationsrohre gemäß Anspruch 16 lassen sich die einzelnen Scheibenwicklungen auf Abstand halten.
Die Isolierstangen können gemäß Anspruch 17 über Sicherungsscheiben im fertig montierten Scheibenwicklungsblock dauerhaft fixiert sein.
Die Isolierstangen können gemäß Anspruch 18 vorteilhaft als Metallstangen oder Metallrohre ausgebildet sein, die nach außen hin elektrisch isoliert sind oder in isolierende Buchsen in den Scheibenwicklungen fassen.
Für die Aufnahme der Distanzelemente können die benachbarten Windungen der Scheibenwicklungen gemäß Anspruch 19 mit aufeinander weisenden Ausnehmungen versehen sein. Dies macht es möglich, die als Distanzelemente verwendeten Stifte relativ großvolumig und damit gut handhabbar auszuführen. In vorteilhafter Weise sind die Kanten der Ausnehmungen für die Stifte gemäß Anspruch 20 zu brechen. Theoretische Betrachtungen zeigen, daß an scharfen Kanten beim Beaufschlagen der Wicklungswindungen mit Speisespannungen hohe Feldstärken auftreten und dadurch Spannungsüberschläge an diesen Stellen verstärkt auftreten können.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Figur 1
die Draufsicht auf eine Scheibenwicklung, in
Figur 2
die Seitenansicht eines Distanzelementes zum Separieren von Windungen und Wicklungen, in
Figur 3
eine spezielle Ausgestaltung an einer Scheibenwicklung und in
Figur 4
in der Seitenansicht mehrere übereinander geschichteter Scheibenwicklungen.
Bei der im rechten Teil der Figur 1 dargestellten Scheibenwicklung handelt es sich um eine Wicklung, wie sie auf einen rechteckigen Kern aufgesteckt werden kann; ihre Windungen 1 bis 4 verlaufen in Form einer rechteckigen Spirale um eine gemeinsame Achse. Die Wicklung ist allseits durch eine Beschichtung elektrisch isoliert. Die innere Wicklung 1 und die äußere Wicklung 4 sind an ihren Enden verbreitert und mit Mitteln zur elektrischen Kontaktierung versehen. Diese Mittel sind in der Zeichnung als Ösen 5 und 6 ausgebildet, die auf einer Geraden durch die Längsachse der Scheibenwicklung liegen. Wie aus der Darstellung der Figur 4 zu erkennen ist, sind zum Aufbau einer elektrischen Maschine jeweils mehrere Scheibenwicklungen 7 bis 11 fluchtend übereinander anzuordnen und auf einen gemeinsamen, in der Zeichnung nicht dargestellten Kern aufzustecken. Die Scheibenwicklungen sind zu ihrer Parallelschaltung zu mehreren mit gleichem Wicklungssinn und zu ihrer Reihenschaltung zu mehreren mit unterschiedlichem Wicklungssinn ihrer Windungen übereinanderzuschichten, zu separieren und miteinander elektrisch leitend zu verbinden. Diese Verbindungen sind in der Zeichnung aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Kontaktierung erfolgt über endseits in die Windungen eingelassene offene oder geschlossene Ösen vorzugsweise mittels Schraubverbindungen. Die Kontaktierungen können aber auch in vorteilhafter Weise über elektrisch kontaktierende Druckknöpfe oder Verlötungen vorgenommen werden.
Jede Scheibenwicklung besteht aus einer oder mehreren Windungen, wobei jede Scheibenwicklung auch aus mehreren übereinander angeordneten und mindestens an ihren Enden elektrisch verbundenen dünneren Blechen gebildet sein kann, die nicht unbedingt voneinander separiert sein müssen.
Die einzelnen Windungen jeder Scheibenwicklung sind auf gegenseitige Distanz zu halten und sie sind von den benachbarten Scheibenwicklungen elektrisch zu isolieren. Diesem Zwecke dienen Distanzelemente 15, von denen eines beispielhaft in Figur 2 vergrößert dargestellt ist. Die Distanzelemente bestehen vorzugsweise aus einem stiftartigen Gebilde mit kreisoder rechteckförmigem Querschnitt, das in dafür vorgesehene Ausnehmungen 16 benachbarter Scheibenwicklungs-Windungen einzustecken ist. Diese Ausnehmungen, von denen in Figur 3 eine vergrößert dargestellt ist, befinden sich paarweise in benachbarten Windungen der Scheibenwicklungen, wobei sie mit ihren Öffnungen jeweils aufeinanderweisen. Die Kanten der Ausnehmungen sind bei 17 gebrochen.
Die Distanzelemente bestehen aus einem wärmefesten elektrisch isolierenden Werkstoff. Sie halten benachbarte Windungen auf Abstand, wobei sie, wie in Figur 1 angenommen, nicht unbedingt zwischen jede benachbarte Windung sondern nur zwischen jede zweite Windung eingesetzt werden können.
Die Distanzelemente sind mit einem etwa mittig umlaufenden Kragen 18 oder einem endseitigen Flansch versehen, dessen Dicke den Abstand der Scheibenwicklungen voneinander vorgibt; ein solcher Flansch kann z.B. durch den Kopf einer wärmefesten Kunststoffschraube gebildet sein, auf die zur Vorgabe bestimmter Abstände zwischen den Scheibenwicklungen gegebenenfalls eine oder mehrere Unterlegscheiben aufzustecken sind. Die Schrauben können in entsprechende .Gewindelöcher der Scheibenwicklungen eingedreht und/oder in Durchgangslöcher der Scheibenwicklungen eingesteckt und dort mittels von der Gegenseite der Scheibenwicklungen angreifenden Muttern gehalten sein. Über die Kragen bzw. Flansche werden die benachbarten Scheibenwicklungen elektrisch isoliert auf Distanz gehalten. Die Dicke der Kragen/Flansche liegt bevorzugt in der Größenordnung von etwa 0.5 bis einigen mm. Die Breite der einzelnen Windungen liegt bevorzugt in der Größenordnung von 10 bis 25 mm, die Dicke bei etwa 5 bis 12 mm: die Schlitzbreite liegt zwischen etwa 0,5 und einigen mm.
Anstelle einer von der Zahl der jeweils übereinander anzuordnenden Scheibenwicklungen abhängigen Anzahl von stift- oder schraubenförmigen kurzen Distanzelementen ist es auch möglich, die Scheibenwicklungen über eine Anzahl von Isolierstangen mit aufgefädelten Isolierscheiben oder Isolierrohren zu separieren. Die Stangen durchdringen dabei die übereinander angeordneten Scheibenwicklungen, wobei sie deren einzelne Windungen gegeneinander ausrichten; sie sind über endseitige Anschläge zwischen den äußeren Scheibenwicklungen gehalten. Die benachbarten Scheibenwicklungen werden durch auf die Isolierstäbe aufgesteckte scheiben- oder rohrförmige Distanzelemente voneinander getrennt. Die Isolierstäbe können die einzelnen Windungen durchdringen; sie können auch in die Wicklungsschlitze eingesetzt sein. Die Windungen können dabei mit seitlich in die Schlitze vorstehenden Nasen versehen sein, die über Lochungen dazu eingerichtet sind, die Isolierstäbe aufzunehmen. Dadurch wird erreicht, dass die Isolierstäbe in den benachbarten Scheibenwicklungen jeweils benachbarte Windungen durchdringen, wodurch die Separierung der Windungen innerhalb der einzelnen Scheibenwicklungen verbessert wird.
Durch die Verwendung von insgesamt kleinvolumigen Distanzelementen, die auf den einzelnen Scheibenwicklungen nur quasi punktförmig anliegen, ist es möglich, die Scheibenwicklungen zur Wärmeabfuhr optimal zu belüften. Die Wärmeabfuhr geschieht durch Konvektion in Folge von Leitungserwärmung der Scheibenwicklungen oder durch Zuführen von Kühlluft, welche den Freiraum zwischen den Scheibenwicklungen durchströmt.
Die Scheibenwicklungen werden im Gegensatz zu herkömmlichen Scheibenwicklungen nicht durch Aufwickeln isolierter Drähte oder Leitungsprofile gebildet, sondern sie werden aus ebenen Metallplatten ausgeschnitten. Diese Metallplatten bestehen aus einem elektrisch gut leitendem Werkstoff, vorzugsweise einer Aluminium- oder Kupferlegierung, in die ein der Windungskontur folgender Schlitz vorgegebener Breite eingebracht ist. Dieses Schlitzen der Metallplatte erfolgt durch Sägen, Nibbeln, Ätzen, Erodieren, durch einen Wasserschneidevorgang, durch Schweißen oder durch Laserbearbeitung, wobei möglicherweise jeweils mehrere übereinandergeschichtete Metallplatten gleichzeitig bearbeitet werden können. Schon beim Ausschneiden der einzelnen Windungen können die Ausnehmungen für die elektrische Kontaktierung und/oder die Aufnahme der Distanzelemente in die Metallplatte eingebracht werden, so daß sich zusätzliche Arbeitsgänge für das Einbringen entsprechender Konturen erübrigen. Die elektrische Isolierung der Scheibenwicklungen geschieht vorzugsweise durch Anwendnung eines Wirbelsinterverfahrens, wobei die Kontaktierungsflächen der Wicklungen während des Sintervorganges abzudecken oder erst nachträglich hergestellt werden.
Der Aufbau eines Transformators, eines Wandlers oder einer Drossel geschieht in der Weise, daß die einzelnen Scheibenwicklungen unter Einfügen der die Wicklungen und die Windungen separierenden Distanzelemente übereinander gesteckt und elektrisch kontaktiert werden. Für die Kontaktierung sind die dafür in die Windung oder die Windungen eingebrachten Ösen 5 und 6 so anzuordnen, dass die Möglichkeit besteht, durch Wenden der benachbarten Wicklungen um 180° um deren Längsachse bedarfsweise zu einer Reihen- oder Parallelschaltung benachbarter Scheibenwicklungen zu kommen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Wicklungsenden der Scheibenwicklungen mit mehreren Ösen zu versehen und diese Ösen möglicherweise noch mit einem Gewinde zur Aufnahme von Kontaktierungsschrauben zu versehen. Desgleichen ist es möglich, die Ausnehmungen ebenfalls mit Gewinden zur Aufnahme von Distanzelementen auszubilden, die auf ihrer Oberfläche eine entsprechende Gewindestruktur aufweisen. Dies hätte den Vorteil, daß die Distanzelemente in die Windungen eingeschraubt werden können und dann in den einzelnen Scheibenwicklungen lagestabil fixiert wären, was die Montage der elektrischen Maschine erleichtern würde; das hätte aber zur Voraussetzung, daß in die Ausnehmungen in einem zusätzlichen Arbeitsgang Gewinde eingebracht werden müßten. Vorteilhafter ist es, die Distanzelemente mit federnden Rasten oder mit aufspreizbaren Hülsen zu versehen, die beim Einstecken in die Ausnehmungen benachbarter Windungen zusammengedrückt werden und in ihrer Montageposition auseinanderfedern und sich so zwischen den Windungen der einzelnen Scheibenwicklungen fixieren. Dem gleichen Zweck kann auch das Anheften von Distanzelementen zwischen den Windungen einer Scheibenwicklung über ein Klebverbindung dienen.
Sind Scheibenwicklungen auch oder ausschließlich mit innenliegenden Windungsanschlüssen versehen, so werden diese während oder nach dem Zusammenbau der Wicklungspakete kontaktiert, auf jeden Fall vor dem Einbringen der Kernelemente, die die Zugänglichkeit der Wicklungsanschlüsse beeinträchtigen oder versperren würden.

Claims (20)

  1. Transformator, Wandler oder Drossel für mittlere bis große Leistungen mit mehreren elektrisch parallel und/oder in Reihe geschalteten Scheibenwicklungen, die voneinander über wärmefeste elektrisch isolierende Zwischenlagen getrennt sind und von denen jede mindestens eine in mindestens einer gemeinsamen Ebene angeordnete Windung aufweist und
    aus einer sich über die Wicklungsfläche erstreckenden Metallplatte aus elektrisch gut leitendem Werkstoff mit einem der Windungskontur der Wicklung folgenden durchgängigen Schlitz vorgegebener Mindestbreite besteht,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagen aus einer Vielzahl von über die Wicklungsfläche der Scheibenwicklungen verteilt angeordneten Distanzelementen (15) bestehen,
    die in den Schlitzen zwischen den benachbarten Windungen der Scheibenwicklungen oder in gesonderten Ausnehmungen der Scheibenwicklungen gehalten sind und so jeweils benachbarte Scheibenwicklungen über axiale Anschläge sowie die Windungen der einzelnen Scheibenwicklungen in radialer Richtung auf Abstand halten.
  2. Transformator, Wandler oder Drossel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Metallplatte aus einer Aluminiumlegierung mit einer Dicke von einigen mm besteht.
  3. Transformator, Wandler oder Drossel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Metallplatte aus einer Kupferlegierung mit einer Dicke von einigen mm besteht.
  4. Transformator, Wandler oder Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen der Scheibenwicklung in Form einer zylindrischen Spirale verlaufen.
  5. Transformator, Wandler oder Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen (1 bis 4) der Scheibenwicklung in Form einer rechteckigen Spirale verlaufen.
  6. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenwicklung mit einer isolierenden Beschichtung versehen ist.
  7. Transformator, Wandler oder Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenwicklung an ihren beiden Enden jeweils mindestens eine Kontaktierungsöse (5, 6) aufweist.
  8. Transformator, Wandler oder Drossel nach einem der Ansprüche 1 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenwicklungen zu ihrer Parallelschaltung zu mehreren mit gleichem Wicklungssinn ihrer Windungen übereinandergeschichtet und zu ihrer Reihenschaltung zu mehreren mit unterschiedlichem Wicklungssinn ihrer Windungen übereinandergeschichtet und voneinander separiert miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
  9. Transformator, Wandler oder Drossel nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung der Scheibenwicklungen über Schraubverbindungen erfolgt.
  10. Transformator, Wandler oder Drossel nach einem der Ansprüche 1, 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung der Scheibenwicklungen über elektrisch kontaktierende Druckknöpfe erfolgt.
  11. Transformator nach einem der Ansprüche 1, 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung über gebogene Flansche und Hartlöten erfolgt.
  12. Transformator, Wandler oder Drossel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzelemente (15) die Form eines Stiftes mit einseitig endseits angesetztem Flansch oder etwa mittig umlaufendem Kragen (18) aufweisen, wobei die Dicke des Flansches bzw. des Kragens den Abstand der benachbarten Scheibenwicklungen voneinander vorgibt.
  13. Transformator, Wandler oder Drossel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzelemente als Schrauben ausgeführt sind, die in Gewindelöcher der Scheibenwicklungen eingedreht oder in Durchgangslöcher der Scheibenwicklungen eingesteckt und bedarfsweise mittels Muttern dort gehalten sind, wobei Schrauben und Muttern aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff bestehen.
  14. Transformator, Wandler oder Drossel nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzelemente in die Schlitze oder in die gesonderten Ausnehmungen zweier benachbarter Scheibenwicklungen fassen.
  15. Transformator, Wandler oder Drossel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzelemente zur Separierung der Windungen innerhalb der einzelnen Scheibenwicklungen als Isolierstangen ausgebildet sind, welche mindestens mehrere benachbarte Scheibenwicklungen durchdringen.
  16. Transformator, Wandler oder Drossel nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass auf die Isolierstangen zwischen jede der zu separierenden Scheibenwicklungen jeweils mindestens eine elektrisch isolierende Distanzscheibe oder ein elektrisch isolierendes Distanzrohr aufgesteckt ist, die bzw. das die benachbarten Scheibenwicklungen auf Abstand hält.
  17. Transformator, Wandler oder Drossel nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierstangen von rundem Querschnitt sind und endseits über Sicherungsscheiben zwischen den außenliegenden Scheibenwicklungen des von ihnen durchdrungenen Scheibenwicklungsblockes fixiert sind.
  18. Transformator, Wandler oder Drossel nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierstangen aus Metallstäben oder Metallrohren gebildet sind, auf die Isolierschläuche aufgesteckt und/oder die mit elektrisch isolierenden Beschichtungen versehen sind oder die in in die Scheibenwicklungen eingesetzte Buchsen aus elektrisch isolierendem Werkstoff fassen.
  19. Transformator, Wandler oder Drossel nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 12 bis 18,
    dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Windungen (1, 2) der Scheibenwicklungen mit aufeinander weisenden Ausnehmungen (16) zur Aufnahme der Distanzelemente (15) versehen sind.
  20. Transformator, Wandler oder Drossel nach Anspruch 1 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (17) der Ausnehmungen (16) gebrochen sind.
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