EP2137743A1 - Elektrisches bauteil mit wicklung und anzapfung - Google Patents

Elektrisches bauteil mit wicklung und anzapfung

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Publication number
EP2137743A1
EP2137743A1 EP08758338A EP08758338A EP2137743A1 EP 2137743 A1 EP2137743 A1 EP 2137743A1 EP 08758338 A EP08758338 A EP 08758338A EP 08758338 A EP08758338 A EP 08758338A EP 2137743 A1 EP2137743 A1 EP 2137743A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductor
winding
rotation
electrical component
tap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08758338A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl Zillmann
Dietmar Krefeld
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Technology AG filed Critical ABB Technology AG
Publication of EP2137743A1 publication Critical patent/EP2137743A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01F27/29—Terminals; Tapping arrangements for signal inductances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06—Coil winding
    • H01F41/076—Forming taps or terminals while winding, e.g. by wrapping or soldering the wire onto pins, or by directly forming terminals from the wire
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
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    • Y10T29/53—Means to assemble or disassemble
    • Y10T29/5313—Means to assemble electrical device
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/53—Means to assemble or disassemble
    • Y10T29/5313—Means to assemble electrical device
    • Y10T29/532—Conductor
    • Y10T29/53209—Terminal or connector

Definitions

  • the invention relates to the provision of a tap in a winding of an electrical component.
  • the invention relates to electrical high-voltage transformers or reactors having an improved tapping structure.
  • Electrical components include windings to generate magnetic fields or to convert electromagnetic fields into power.
  • the main applications of such components with windings are transformers that enable voltage and current transformations by means of primary and secondary windings.
  • windings are used in chokes to influence the flow of current as a phase shifter by the construction and dismantling of magnetic fields.
  • the components mentioned serve to influence the flow of electrical power, whereas, for example, electromagnets and electrical machines are used as further examples of components with windings to convert electrical power into mechanical power or force.
  • the invention is used primarily in transformers. These include primary windings which generate an alternating magnetic field in a magnet which induces a voltage in secondary windings. Another field of application of the invention lies in the field of electrical machines in which a magnetic field is generated by means of windings through which current flows, which rotational movement of a rotor causes. In the reverse direction of action, an electric machine can also convert mechanical rotation into electrical power. Further, the winding in a lifting magnet serves to generate a magnetic field that causes a linear movement of a magnetic object.
  • the conductor carrying the electrical current is wound in the form of a coil, for example around a cavity or preferably around a magnetic material formed as a magnetic core to guide the magnetic field ,
  • a winding has the shape of a ring of rectangular cross-section, which is formed by a multi-circumferential and evenly distributed conductor.
  • a tap for example for flexible operation with different operating voltages / currents, for redundancy if a winding section fails, for Assign different functions to different winding sections, or for similar reasons.
  • the winding process based on turning a winding body or a wire guide is interrupted to contact the conductor between the two conductor ends. The topmost turn, that is, the lead closest to the conductor portion that was last wound, is then soldered to a tapping lead and the solder joint is electrically isolated before the winding process continues.
  • the invention is based on the inventive concept, according to which the conductor forming the winding is also used at the tapping point as at least part of the tapping conductor and accordingly bent at the tapping point to the other winding course.
  • the conductor leaves the conductor in a contact portion at which the tap is to take place, the usual existing there rounding direction to form a closed or open loop, and follows the contact portion of the winding course in the predetermined direction of rotation. In this way, the conductor used to form the winding forms within the contact portion a part of the tapping conductor which is led out of the winding.
  • taps can be provided only by special guidance of the conductor during the winding process.
  • the introduction of taps requires only work steps, measures or tools that are already used during winding.
  • the interruption of the winding process is thereby minimal and it is not necessary to use special tools for performing the tapping during winding, for example soldering devices, welding devices, devices for tapping insulation, screwing or drilling devices, devices for attaching clamps or the like.
  • the implementation of the invention requires only a modified actuation of the winding device, which guides the conductor around the winding or around the winding core in order to carry out special radial and / or axial movements by means of which the taps are formed.
  • the course of the conductor in the contact section preferably corresponds to an at least partially closed curve, for example a U, a circular section or an elliptical section.
  • the conductor can also be inside the contact section Sectionally have different shapes, wherein portions of the conductor can be arranged parallel to each other.
  • the point at which the inclination of the conductor begins is preferably only a small distance away from the other end of the contact section, or from the point at which the winding is continued.
  • the loop or tab thus formed preferably has a length that allows the lead out of a portion of the loop or tab out of the winding out.
  • the winding at the one end of the contact portion may be offset by a distance from the winding at the other end of the contact portion, which extends substantially parallel to a longitudinal axis of the winding.
  • the curve has a section with a total curvature of 270 degrees or more.
  • This section is delimited by bends which introduce the curvature into this section or which transform the conductor path from the section which has a total curvature of 270 degrees into a course along the direction of rotation of the winding.
  • the total curvature within the section may also be more than 270 degrees, for example if the conductor within the contact section is in the shape of a large Greek omega.
  • the conductor has a course within the contact section which is perpendicular to the usual conductor course, that is to say is aligned at least in sections perpendicular to the course of the conductor directly in front of the contact section. Outside the contact portion of the conductor is tangent to the direction of rotation of the conductor and perpendicular to the axis formed by the rotation of the conductor. Within the contact portion of the conductor is at least partially radially from this axis to the axis of the electrical component.
  • the conductor extends angled within the contact section or at least in sections perpendicular to the course of the conductor outside the contact section and parallel to the axis which rotates around the conductor outside the contact section. Within the Contact section, the conductor is thus angled to the course of the conductor outside the contact portion and at least partially perpendicular or parallel to an axis of symmetry, that is, an axis which is defined by the circulation of the winding.
  • the conductor or a portion of the conductor within the contact portion either perpendicular to the circumferential surface of the winding or parallel to the longitudinal axis of the winding (that is tangent to the rotating surface) to at least partially form the tapping.
  • the winding of the electrical component according to the invention comprises at least one support element which supports the conductor within the contact portion.
  • the support member of the conductor is guided within the contact portion in a loop shape, for example in a U-shape, wherein the loop projects radially to an axis of symmetry of the winding.
  • the support element may also be provided parallel to an axis of symmetry of the winding, so that in the contact portion of the conductor is perpendicular to the direction of rotation and parallel to a longitudinal axis of the winding and partially protruding from a head or bottom surface of the winding.
  • the use of the support element improves the mechanical stability within the contact section.
  • the support member may be used for forming the conductor course within the contact portion in the course of the winding operation.
  • the winding course is continued at one end of the contact section as provided by the winding course at the other end of the contact section, or in the form and at the location as determined by the course of the winding in front of the contact section is predetermined.
  • the winding course may be offset at one end of the contact portion in the axial direction to the winding method at the other end of the contact cut.
  • one end of the contact section may be provided at a certain height between a top or bottom surface, for example in the middle, while the other end of the contact section is located at the top or bottom. denfiguration the winding is provided.
  • a winding section for example with the thickness of one turn, can be introduced in this winding gap.
  • the electrical component may be a high-performance transformer comprising, for example, three windings forming a three-phase system.
  • the high-performance transformer comprises a high-voltage side and a low-voltage side, each comprising three windings, and each connected in a delta or star connection.
  • the high-performance transformer further comprises an iron core, which serves as a yoke for the magnetic connection of the windings.
  • the electrical component is a high-power transformer with three winding blocks, in each of which a magnetic core is located, wherein the cores are connected to each other via a respective yoke at the top or bottom.
  • a winding block of a transformer comprises an outer high-voltage winding and an inner low-voltage winding concentrically surrounds the respective magnetic core.
  • an annular space for axial cooling channels is provided between the high voltage winding and the low voltage winding.
  • the taps and the leads leading to the taps may be provided, wherein the taps are formed of conductors of the high voltage winding or the low voltage winding or both windings.
  • the electrical component is provided as a choke, which is formed by the winding.
  • the reactor may be formed of a winding with one core or three windings with a core.
  • the electrical component is an electric high-performance magnet or a high-performance electrical machine.
  • the winding is preferably in annular form of rectangular cross section along a plane parallel to the longitudinal axis (longitudinal cross section), whereby the winding can be subdivided into different sections via the tapping structure described above to allow different operating voltages or operating forces ,
  • the winding structure of electrical machines may in principle differ from the winding structure of transformers, chokes or magnets, it is also possible for electrical machines to perform a tap as described above. In this case, instead of the circumferential direction, the winding direction existing at the contact portion occurs if the windings are not formed in the shape of a ring having a rectangular longitudinal cross section.
  • the above-mentioned chokes, transformers, electric magnets or electrical machines are preferably designed for high power of more than 1 kVA, preferably for power greater than 10 kVA and in particular for power greater than 250 kVA.
  • the nominal operating voltage, in the case of transformers the high-voltage side, is at least 230 V, preferably at least 1 kV and in particular at least 10 kV.
  • an electrical component including a tapped winding, wherein the conductor is wound about a rotation axis and added to a tapping by guiding the conductor in a direction inclined to the circulation direction used during the winding of the conductor.
  • a tap can thus be provided as described above by bending the conductor into a loop.
  • the conductor Before and after generating the loop, the conductor is wound around a rotation axis. This is preferably provided by guiding the conductor correspondingly eccentrically about an axis of rotation, that is, periodically between an upper axial end and a lower axial end, the radial distance from the axis increasing steadily.
  • a fixed winding body is used to rotate around it, spaced radially to an axis of rotation, the wire is guided.
  • the wire guide thus performs a rotation radially spaced from a rotational axis, wherein the radial distance increases slowly and continuously to account for the increasing in diameter winding.
  • the wire is periodically reciprocated in the axial direction between an upper and a lower end.
  • the guide of the wire does not rotate, but instead uses a rotating winding body for the corresponding winding, and the wire guide performs only the periodic axial and slow continuous radial movement described above.
  • the guide of the wire performs only the periodic axial movement, wherein the holder of the resulting winding body carries out at least one further of the movements described above in a corresponding manner.
  • the conductor is unwound by means of a fixed guide, wherein a winding device takes over the above-mentioned movement components.
  • the above-mentioned movement components of the leadership of the line or the movement of the winding can be assigned individually and partially or completely.
  • the corresponding winding can only make a rotational movement and a conductor guide can make a periodic axial and continuous radial movement to form the winding, with a device provided between winding and conductor guiding performing the axial and / or radial movements to form a loop extends at least partially radially away from the longitudinal axis of the winding, or at least partially extending parallel to the longitudinal axis.
  • the resulting winding does not perform any rotational movement in order to avoid that the high weight and thus the inertia of the resulting winding control the Winding process and the mechanical stress of the wound wire is not adversely affected.
  • the conductors are guided in a direction that is perpendicular to the local circumferential direction.
  • the conductor is simultaneously guided in a direction which is perpendicular to the direction of rotation, parallel to the direction of rotation, or a linear combination of these directions.
  • the tapping is provided by the conductor is led parallel to the axis of rotation and inclined to the local circumferential direction over a point which marks the boundary of the winding in the axial direction.
  • a boundary is marked for example by a head end, a top surface or a bottom surface of the winding.
  • the tap is provided by extending the conductor in the radial direction over a distance corresponding to the outer surface of the winding after completion. This also achieves that the tap can be connected without changing the winding, for example, to a tapping line.
  • the tap is provided between the two ends of the lead which is formed into the coil.
  • the radially inner end and / or the outer end may be provided as a tap according to the invention.
  • the component comprises two concentric windings, each having a winding end on the winding side, which is adjacent to the other winding, that is, at the point where both windings meet or separated by a cooling channel.
  • these two inner winding ends are also used as tapers.
  • performed by the conductor are inclined to the direction of rotation.
  • the tapping is not formed as a partially closed curve but as a line section extending transversely to the direction of rotation.
  • the conductor extends as a tap perpendicular to the local circumferential direction and parallel to the longitudinal axis of the component.
  • the step of adding a tap comprises the insertion of a support element which is brought into mechanical contact with the conductor.
  • the underlying inventive concept which is to use the conductor forming the winding also for forming a tap, is further realized by means of a winding device which is adapted to expose an electrical component according to the invention.
  • the inventive concept can furthermore be implemented by means of a control device which controls a controllable winding device such that the method according to the invention is carried out.
  • the inventive concept is realized by the software that is set to run in a control device.
  • This software may be provided in the form of a data carrier which interacts with the control device and the winding device such that the method according to the invention is carried out and / or an electrical component according to the invention is produced.
  • the software can thus consist of commands in combination with motion parameters or only motion parameters, for example coordinates, speeds, vector information, acceleration information and / or associated control codes.
  • a conductor preferably a copper or aluminum wire is provided, which is mounted on a roller and is supported by this.
  • the conductor further comprises an outer insulating layer, for example made of plastic, glass fiber fabric, carbon fabric, resins, for example epoxy resins, or a combination thereof.
  • the conductor is insulated with a thermal class H sheath.
  • the electrical component preferably comprises an insulation of winding layers and / or an outer encapsulation of the winding of fiberglass-reinforced epoxy resin molding material of the thermal class F.
  • the electrical component is provided as a high-performance transformer with a high-voltage side and a low-voltage side, wherein the low-voltage side comprises a low-voltage winding, which consists of aluminum or copper strip having a prepreg of the thermal class F as a winding insulation.
  • the high-voltage side and the low-voltage side of one phase may be centered on the same leg angle with the low-side winding inside, and a low-voltage side insulation layer, a cooling channel, and an inner high-voltage side insulation layer from the outer winding is separated by a constant distance, which is assigned to the high-voltage side.
  • the conductor has a cross-sectional area of more than 0.5 mm 2 , for example> 1 mm 2 ,> 2 mm 2 or 5 - 10 mm 2 .
  • the cross-sectional area is preferably between 10 mm 2 and 40 mm 2 , 25 mm 2 - 80 mm 2 or more than 80 mm 2 .
  • the cross-sectional area is determined by the current flow and the expected heat development, depending on the nominal power and the area of application.
  • conductors with a circular cross-section and a conductor diameter of more than 0.75 mm, more than 1 mm, more than 1.5 mm, more than 2 mm or more than 3 mm, used on the overvoltage side.
  • the electrical component preferably comprises self-extinguishing or fire-preventing materials, for example as conductor insulation and / or as insulation interlayer.
  • the conductor within a winding may consist of mechanically and / or electrically connected conductor sections or of a one-piece conductor.
  • the conductor preferably has a constant cross section, wherein the winding cross section is preferably round and in the case of a tape winding a flat chen rectangular cross section has.
  • the conductor may also be square or trapezoidal high power transformer.
  • the winding of the electrical component preferably has a rectangular cross-section along the longitudinal axis.
  • the cross section is circular transverse to the longitudinal axis of the winding.
  • the inside of the winding may have the shape of a rectangular column.
  • the tangential outer surface of the winding is preferably cylindrical.
  • the electrical component can, in addition to the examples described above, be a transformer, throttle, electric machine or electromagnet, also any other induction-based component, for example an induction furnace coil or the like.
  • the electrical component according to the invention or the winding of the component is preferably designed as a discrete element which is physically separate from other circuit elements, components or windings.
  • the direction of rotation refers to the current local vector, that is, the direction along which the conductor extends at the point of interest.
  • the contact section extends along a circular section which extends over an angle of 0.5-5 degrees. The direction of rotation is thus the tangents of the circle at the place where the ladder is viewed.
  • the contact portion extends over a non-negligible angular range, the winding of the conductor continues in the direction at a location, for example, at an end of the contact portion where the tangents extend at that location, rather than along the tangents along the tangent opposite end of the contact section.
  • the course of the conductor means the locus of the centerline of the conductor. In the case of a circular cross section, this is the center of the cross section, in the case of rectangular or band-shaped conductors, this may be the middle or an edge of the conductor.
  • FIG. 1 shows a cross section through a winding of a erfindunber component in a sectional plane in which a longitudinal axis of the component extends.
  • FIG. 2 shows an inventive electrical component with an inner and an outer winding in a sectional plane perpendicular to the longitudinal axis of the electrical component, wherein the inner and the outer winding each having a tap.
  • FIG. 3 shows the profile of a conductor along the contact section in detail.
  • Figure 4 is a perspective view of a winding with two different taps.
  • FIG. 1 is a sectional view through an inventive electrical component in a sectional plane in which the longitudinal axis 2 of the electrical component is located.
  • the outer contour 4 of the winding is substantially rectangular.
  • the winding is formed of individual conductors 6, of which only those are shown which abut or are closest to the circumferential outer surface of the winding.
  • FIG. 1 thus shows a longitudinal section through a columnar winding, for example a cylindrical or cuboid winding. A possible cavity in the interior of the winding, through which the longitudinal axis of the winding passes, is not shown.
  • a support member 10 is used, which is formed of an insulator, such as plastic or ceramic. This support member is not completely circumferential but is provided only in a contact portion and thus covers only a small angle or small part of a circuit.
  • the support member 10 includes a bottom surface 12 for support against radially inward, that is, in the direction of the longitudinal axis, offset conductor turns 14.
  • the support member is open radially outward in the shape of a horizontal U.
  • the support element 10 thus comprises a support base 16, which carries the tap 8.
  • the tap 8 merges at the two ends of the contact portion into a turn associated with 6 deeper layers of turns compared to the conductor turns, that is, the underlying supporting conductor bonds 14.
  • the turn associated with the tap 8 is the turn that directly joins or directly precedes one of the two outer conductor turns of the supporting conductor ties 14.
  • the conductor within the contact section forms a loop which is curved substantially radially outwards, wherein the loop may also include portions having an additional inclination in a direction parallel to the longitudinal axis 2.
  • the tap 8 On the conductor winding 8, by means of which the tap was formed in the contact portion, followed by another turn, which takes the place of this conductor turn or follows this. This results in a homogeneous conductor density outside the support element. More conductor windings are wound until the desired number of conductors or radial thickness of the winding is reached. Due to the distance between the support surface 16 and the bottom surface 12, the tap 8 has a greater radial distance from the longitudinal axis 2 of the component than the conductor turns of the outer turn layer 6.
  • connection conductor for example by means of a solder connection, a screw connection, a clamping connection or the like, wherein preferably parts of the support element are removed.
  • this connection conductor or tapping conductor after complete completion the winding process of at least one of the windings of the device connected.
  • the electrical component has two windings 100, 110, which are arranged coaxially with one another. Between the inner winding 100 and the outer winding 110, a space 120 is provided, wherein the inner winding 100 further encloses an inner space 130. In the interior 130, a transformer leg or a yoke is preferably provided.
  • the space 120 between the inner winding 100 and the outer winding 110 is preferably for cooling and may have air guide grooves (not shown) extending the planes extending in planes parallel to the longitudinal axis of the component to enhance convection.
  • the inner coil 100 has an inner tap 140 that extends into the gap 120.
  • the outer winding 110 includes an outer tap 150.
  • the inner tap 140 is associated with a winding provided between the space 120 and the inner space 130 in the inner winding 100.
  • the tap 150 is associated with a winding located in the outer winding 110 between the space 120 and the outer space. The assignment of the taps to the respective turn is provided by the fact that the conductor portion which forms the tap merges directly into the associated turn.
  • the outer winding 110 has a contact portion 160 in which the tap 150 is disposed.
  • the inner coil 100 has a contact portion 170 in which the inner tap 140 is provided.
  • the contact portion corresponds to only a small part of a total circulation of the winding and thus only a portion of the distance is small compared to the total circumference of the respective winding.
  • the contact portions occupy only a small angle section, for example less than 10 degrees, in particular less than 5 degrees, for example only 3 to 1 degrees or, in particular for large electrical components with high powers only 0.1 - 1 degree, for example 0.2 - 0.5 degrees.
  • the outer winding has a radially inwardly facing conductor loop as a tap which extends into the gap 120.
  • the tap of the outer winding is preferably offset from the tapping of the inner winding by an angle, for example by an angle of more than 10 ° or more than 20 °, or by an angular amount of about 45 °, 60 °, 90 ° or 180 °.
  • FIG. 3 shows a tap in cross-section through a winding of an electrical component according to the invention perpendicular to the longitudinal axis of the winding in detail.
  • FIG. 3 shows a section of an outline of a cylindrical winding 200.
  • the tap 210 corresponds to a conductor turn within a contact portion 220.
  • the tap 210 includes portions 230a, b in which the conductor extends in a direction that is only slightly inclined with respect to the direction of rotation of the conductor outside the contact portion. Further, tap 210 receives kink portions 240a, b which directly adjoin the slightly inclined portions 230a, b and in which the conductor passes through a curve of 70 ° -110 °, for example 85 ° -95 °.
  • the radius of curvature is preferably chosen so that the cross section of the conductor is not substantially reduced and is for example 2 to 4 times or 3 times the conductor diameter.
  • the bend regions 240a, b are adjoined by a radial section 250a, b, in which the conductor protrudes almost perpendicularly from the winding surface.
  • a last connecting part 270 connects, which extends either in a straight line or curved according to the other winding surfaces, and which is preferably used for tapping.
  • the designated by the reference numeral 200 line represents the line course again.
  • the line 200 represents the direction of rotation that a conductor would have at this point, if it were not designed as a tapping but as a turn.
  • the core of the invention can also be defined by the fact that, in the contact section for forming the tap, the conductor leaves this imaginary line 200, which would have a turn there and extend at least sectionally inclined to this line 200.
  • the overlying the contour line 200 Windungs slaughteren are not shown for clarity. Vorzugswei- the overlying winding layers do not extend beyond the connecting part in the radial direction, in order to allow a simple contacting of the tap 210.
  • the conductor may be split and connected by means of a screw, solder or clamp connection to lead wires which are interconnected inside or outside the winding or electrical component.
  • the conductor bond forming the tap is not a partially closed curve but only a turn piece that extends perpendicular to the circumferential direction of adjacent winding sections.
  • the conductor sections extend within the contact section substantially perpendicular to the winding surface or parallel to the winding surface 200, but in any case substantially perpendicular to the direction of rotation of adjacent conductor sections or at an angle of 80 ° - 100 ° or approximately 90 ° inclined to the contour line 200, which represents the winding course that would result if section 220 were not a contact section.
  • FIG. 4 shows a cylindrical winding in outline with two different types of taps.
  • a first tap 320 and a second tap 330 are arranged on the circumferential surface 310 of the winding 300.
  • the taps in FIG. 4 are only shown to the extent that they do not completely correspond to the usual winding course, the conventional winding course (circular tangential around the central axis of the winding) not being shown for reasons of clarity.
  • the first tap 320 and the second tap 330 are each formed of the conductor from which the turns of the coil 300 are formed. However, within a first contact section 340 or within a second contact section 350, this conductor forms the first and second taps 320, 330, respectively. Within the respective contact section 340 or 350, the conductor is inclined to the direction of rotation expected there. In other words, the conductor between the respective ends 344a, b, 345a, b of the respective contact portions 350, 340 leaves the direction of rotation expected there for turns to form a tap in the form of a loop which is inclined to the circulating direction.
  • the conductor for forming the first tap 320 runs perpendicular to the direction of rotation and at least partially perpendicular to the longitudinal axis of the winding.
  • the tap 320 thus projects radially from the winding.
  • the taps 320 and 330 shown in Figure 4 are concealed by the upper layers of the winding in the physical realization of the embodiment shown in Figure 4, but are fully illustrated for purposes of clarity.
  • the second tap 330 also runs perpendicular to the direction of rotation of the conductor to be expected in the contact section 350, but parallel to the longitudinal axis of the winding, in contrast to the first tap 320.
  • the conductor which forms the tap 330 arranged at a height with respect to the longitudinal axis of the winding, which differs from the height of the conductor at the other end 355 b of the contact portion 350.
  • the conductor at the entrance of the contact portion 355a to the exit of the conductor 355b from the contact portion 350 is offset along the direction of the longitudinal axis of the coil.
  • the entry point is offset by a different distance or by a distance of 0 to the exit point.
  • the tap 330 further includes a portion that emerges from a bottom surface 360 of the winding so as to allow easy contacting.
  • this section protrudes from the top surface 370 of the winding.
  • the core or interior of the winding 300 may have a rectangular, square, ellipsoidal or circular cross-section.
  • the tap may generally include conductor portions which are anti-parallel to each other and have a constant distance. This distance can be chosen as small as possible, so that these two conductor sections abut each other directly and are separated from each other only by the respective insulating layers. In a preferred embodiment, the two conductor sections are separated by a Standhalter away from each other, which is in mechanical contact with both conductor sections and thus has a supporting effect.
  • the spacer may be formed in one or more parts. Furthermore, the spacer may be in mechanical contact with the support element, for example support element 10, for example via a positive and / or non-positive connection. In one embodiment, the support element is designed in one piece with the spacer.
  • the spacer and / or the support member may comprise a partially positive recess or a clamp connection which is adapted to make a frictional connection with the connection part 270 of the tap or the conduit.
  • the frictional connection is variable in its connection strength in order to provide a strong fixation for the tap during winding and to provide only a small support after winding when contacting the tap in order to simplify the contacting process. This may be achieved, for example, with a variable spring force of a portion of the support member or spacer, the portion facing the connection portion 270 of the tap.
  • FIGS. 1-4 are not to scale.
  • the dimensions of the taps for example, their width, the width of the contact portion, and the maximum distance of the tap from the expected in the contact portion conductor profile can be chosen freely.
  • the direction of rotation of the conductor denotes the vector, the course of the conductor, for example, thus not only only the sense of circulation, that is, the direction of rotation of the course of the conductor, but also the vectorial course in three-dimensional space.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauteil mit mindestens einer Wicklung, die aus mindestens einem Leiter ausgebildet ist, der sich entlang einer Umlaufrichtung erstreckt. Die Wicklung weist in einem Kontaktabschnitt eine Anzapfung auf, die durch einen Verlauf des Leiters in mindestens eine Richtung gebildet wird, die zur am Kontaktabschnitt bestehenden Umlaufrichtung des Leiters geneigt ist, sowie Verfahren zur Herstellung des elektrischen Bauteils.

Description

Elektrisches Bauteil mit Wicklung und Anzapfung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft das Vorsehen einer Anzapfung in einer Wicklung eines elektrischen Bauteils. Insbesondere betrifft die Erfindung elektrische Hochleitungstransformatoren oder -drosseln mit einer verbesserten Anzapfungsstruktur. Elektrische Bauteile umfassen Wicklungen, um magnetische Felder zu erzeugen, oder um elektromagnetische Felder in Leistung umzuwandeln. Die Haupteinsatzgebiete derartiger Bauteil mit Wicklungen sind Transformatoren, die mittels Primär- und Sekundärwicklungen Spannungs- und Stromumwandlungen ermöglichen. Ferner werden Wicklungen in Drosseln eingesetzt, um durch den Auf- und Abbau von magnetischen Feldern den Stromfluss als Phasenschieber zu beeinflussen. Die genannten Bauteile dienen der Beeinflussung des Flusses elektrischer Leistung, wohingegen beispielsweise Elektromagneten und elektrische Maschinen als weitere Beispiele für Bauteile mit Wicklungen dazu verwendet werden, elektrische Leistung in mechanische Leistung beziehungsweise Kraft umwandeln.
Die Erfindung wird vornehmlich in Transformatoren eingesetzt. Diese umfassen Primärwicklungen, die ein magnetisches Wechselfeld in einem Magnet erzeugen, das in Sekundärwicklungen eine Spannung induziert. Ein weiteres Einsatzgebiet der Erfindung liegt auf dem Bereich der elektrischen Maschinen, in denen mittels Wicklungen, durch die Strom fließt, ein Magnetfeld erzeugt wird, welches eine Drehbewegung eines Rotors hervorruft. In umgekehrter Wirkungsrichtung kann eine elektrische Maschine auch mechanische Rotation in elektrische Leistung umwandeln. Ferner dient die Wicklung in einem Hubmagneten der Zeugung eines magnetischen Feldes, das eine lineare Bewegung eines magnetischen Gegenstands hervorruft.
Stand der Technik
Zur Reduktion der Baugröße und Konzentration des magnetischen Feldes wird der Leiter, der den elektrischen Strom führt, in der Form einer Spule aufgewickelt, beispielsweise um einen Hohlraum herum oder vorzugsweise um einen magnetischen Werkstoff, der als Magnetkern ausgebildet ist, um das magnetische Feld zu führen.
Im Allgemeinen weist eine Wicklung die Form eines Rings mit rechteckigem Querschnitt auf, der durch einen vielfach umlaufenden und gleichmäßig verteilten Leiter gebildet wird. Neben den beiden Endanschlüssen des Leiters ist es in vielen Bereichen zweckmäßig, den Leiter auch an einer Stelle zwischen den Enden mittels einer Anzapfung zu kontaktieren, beispielsweise zum flexiblen Betreiben mit verschiedenen Betriebsspan- nungen/-strömen, als Redundanz, falls ein Wicklungsabschnitt ausfällt, zum Zuweisen von verschiedenen Funktionen zu verschiedenen Wicklungsabschnitten, oder aus ähnlichen Gründen. Um solche Anzapfungen anzubringen, wird der Wicklungsvorgang, der auf dem Drehen eines Wicklungskörpers oder einer Drahtführung basiert, zum Kontaktieren des Leiters zwischen den zwei Leiterenden unterbrochen. Die oberste Windung, das heißt die Leiterstelle, die dem Leiterabschnitt am nächsten ist, der zuletzt gewickelt wurde, wird daraufhin mit einem Anzapfungsleiter verlötet und die Lötstelle wird elektrisch isoliert, bevor der Wicklungsvorgang fortgesetzt wird.
Dieser diskontinuierliche Arbeitsablauf führt zu längeren Pause während des Wicklungsvorgangs und somit zu ineffektiven Ausnutzung der Wickelmaschinen, wodurch sich hohe Herstellungskosten ergeben.
Es ist daher in der Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Mechanismus zur Anzapfung von Wicklungen elektrischer Bauteile vorzusehen, mit dem der Wicklungsvorgang verbessert werden kann. Abriss der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch das elektrische Bauteil nach Anspruch 1, das Verfahren nach Anspruch 8, die Wickelvorrichtung nach Anspruch 14 und die Steuerungseinrichtung nach Anspruch 15.
Die Erfindung beruht auf dem erfinderischen Konzept, demnach der Leiter, der die Wicklung bildet, an der Anzapfstelle auch als zumindest Teil des Anzapfleiters zu verwenden und dementsprechend an der Abzapfstelle geneigt zum sonstigen Wicklungsverlauf zu krümmen. Erfindungsgemäß verlässt der Leiter in einem Kontaktabschnitt, an dem die Anzapfung erfolgen soll, die übliche dort bestehende Umlaufrichtung um eine geschlossene oder offene Schleife zu bilden, und folgt nach dem Kontaktabschnitt dem Wicklungsverlauf in der vorgegebenen Umlaufrichtung. Auf diese Weise bildet der Leiter, der zur Ausbildung der Wicklung verwendet wird, innerhalb des Kontaktabschnitts einen Teil des Anzapfleiters, der aus der Wicklung herausgeführt wird.
Dadurch können Anzapfungen nur durch spezielle Führung des Leiters während des Wicklungsvorgangs vorgesehen werden. Das Einbringen von Anzapfungen erfordert so nur Arbeitsschritte, Maßnahmen oder Werkzeuge, die bereits beim Wickeln verwendet werden. Die Unterbrechung des Wicklungsvorgangs ist dadurch minimal und es ist nicht erforderlich, während des Wickeln spezielle Werkzeuge zum Ausführen der Anzapfung zu verwenden, beispielsweise Lötgeräte, Schweißgeräte, Vorrichtungen zum Isolieren der Anzapfung, Schraub- oder Bohrvorrichtungen, Geräte zum Anbringen von Klemmen oder ähnliches. Die Umsetzung der Erfindung erfordert lediglich eine modifizierte Betätigung der Wickelvorrichtung, die den Leiter um die Wicklung beziehungsweise um den Wicklungskem führt, um spezielle radiale und/oder axiale Bewegungen auszuführen, mittels derer die Anzapfung gebildet werden.
Vorzugsweise entspricht der Verlauf des Leiters in dem Kontaktabschnitt einer zumindest teilweise geschlossenen Kurve, beispielsweise einem U, einem Kreisabschnitt oder einem Ellipsenabschnitt. Der Leiter kann innerhalb des Kontaktabschnitts auch abschnitsweise verschiedene Formen aufweisen, wobei Abschnitte des Leiters parallel zueinander angeordnet sein können.
Die Stelle, an dem die Neigung des Leiters beginnt, das heißt das eine Ende des Kontaktabschnitts, ist vorzugsweise nur um einen geringen Abstand von dem anderen Ende des Kontaktabschnitts, beziehungsweise von der Stelle, an der die Wicklung fortgeführt wird, entfernt. Die so gebildete Schleife oder Lasche weist vorzugsweise eine Länge auf, die das Herausführen eines Teiles der Schleife beziehungsweise Lasche aus der Wicklung heraus erlaubt. Somit steht nach Fertigstellung der Wicklung ein Teil der Schleife zur externen Kontaktierung zur Verfügung. Alternativ kann die Wicklung an dem einen Ende des Kontaktabschnitts um einen Abstand zu der Wicklung an dem anderen Ende des Kontaktabschnitts versetzt sein, der sich im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse der Wicklung erstreckt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kurve einen Abschnitt mit einer Gesamtkrümmung von 270 Grad oder mehr auf. Dieser Abschnitt wird durch Abwinklungs- stellen begrenzt, die die Krümmung in diesen Abschnitt einleiten beziehungsweise die den Leiterverlauf von dem Abschnitt, der eine Gesamtkrümmung von 270 Grad aufweist, in einen Verlauf entlang der Umlaufrichtung der Windung überführen. Die Gesamtkrümmung innerhalb des Abschnitts kann auch mehr als 270 Grad betragen, beispielsweise wenn der Leiter innerhalb des Kontaktabschnitts die Form eines großen griechischen Omegas aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Leiter innerhalb des Kontaktabschnitts einen Verlauf auf, der senkrecht zum üblichen Leiterverlauf ist, das heißt zumindest abschnittsweise senkrecht zum Verlauf des Leiters direkt vor dem Kontaktabschnitt ausgerichtet ist. Außerhalb des Kontaktabschnitts verläuft der Leiter tangential zur Umlaufrichtung des Leiters und senkrecht zu der Achse, die durch das Umlaufen des Leiters gebildet wird. Innerhalb des Kontaktabschnitts steht der Leiter zumindest abschnittsweise radial zu dieser Achse von dem elektrischen Bauteil ab. Alternativ verläuft der Leiter innerhalb des Kontaktabschnitts abgewinkelt beziehungsweise zumindest abschnittsweise senkrecht zum Verlauf des Leiters außerhalb des Kontaktabschnitts und parallel zu der Achse, die der Leiter außerhalb des Kontaktabschnitts umläuft. Innerhalb des Kontaktabschnitts verläuft der Leiter somit angewinkelt zum Verlauf des Leiters außerhalb des Kontaktabschnitts und zumindest abschnittsweise senkrecht oder parallel zu einer Symmetrieachse, das heißt einer Achse, die durch den Umlauf der Wicklung definiert ist.
Im Falle einer säulenförmigen Wicklung, beispielsweise eine zylindrische Wicklung, bei der die Windungen einen Hohlzylinder bilden, verläuft somit der Leiter oder ein Abschnitt des Leiters innerhalb des Kontaktabschnitts entweder senkrecht zur Umlauffläche der Wicklung oder parallel zur Längsachse der Wicklung (das heißt tangential zur Umlauffläche), um die Anzapfung zumindest teilweise auszubilden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst die Wicklung des erfindungsgemäßen elektrischen Bauteils mindestens ein Stützelement, das innerhalb des Kontaktabschnitts den Leiter stützt. Durch das Stützelement wird der Leiter innerhalb des Kontaktabschnitts in einer Schleifenform geführt, beispielsweise in U-Form, wobei die Schleife radial zu einer Symmetrieachse der Wicklung absteht. Alternativ kann das Stützelement auch parallel zu einer Symmetrieachse der Wicklung vorgesehen sein, so dass in dem Kontaktabschnitt der Leiter senkrecht zur Umlaufrichtung und parallel zu einer Längsachse der Wicklung verläuft und teilweise aus einer Kopf- beziehungsweise Bodenfläche der Wicklung hervorsteht. Durch die Verwendung des Stützelements wird die mechanische Stabilität innerhalb des Kontaktabschnitts verbessert. Ferner kann das Stützelement zum Ausformen des Leiterverlaufs innerhalb des Kontaktabschnitts im Zuge des Wickelvorgangs verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung wird der Wicklungsverlauf an einem Ende des Kontaktabschnitts so fortgeführt, wie es durch den Wicklungsverlauf an dem anderen Ende des Kontaktabschnitts vorgesehen ist, beziehungsweise in der Form und an der Stelle, wie es durch den Verlauf der Windung vor dem Kontaktabschnitt vorgegeben ist. Alternativ kann der Wicklungsverlauf an einem Ende des Kontaktabschnitts in axialer Richtung zum Wicklungsverfahren an dem anderen Ende des Kontaktschnitts versetzt sein. Beispielsweise kann ein Ende des Kontaktabschnitts in einer bestimmten Höhe zwischen einer Kopf- oder Bodenfläche vorgesehen sein, beispielsweise in der Mitte, während das andere Ende des Kontaktabschnitts an der Kopf- oder an der Bo- denfläche der Wicklung vorgesehen ist. Dies wird beispielsweise erreicht, indem vor dem Ausbilden der Anzapfung der Leiter in einer ersten axialen Höhe geführt wird, daraufhin bei erreichen des Kontaktabschnitts die Anzapfung durch entsprechende Führung des Leiters ausgebildet wird, und nach dem Ausbilden der Anzapfung die Wicklung in einer zweiten axialen Höhe fortgeführt wird, die sich von der ersten unterscheidet. Zur Ausgleichung der dadurch entstehenden Wicklungslücke kann darauf hin ein Wicklungsabschnitt, beispielsweise mit der Dicke einer Windung, in dieser Wicklungslücke eingeführt werden.
Das elektrische Bauteil kann ein Hochleistungstransformator sein, der beispielsweise drei Wicklungen umfasst, die ein Drehstromsystem bilden. Vorzugsweise umfasst der Hochleistungstransformator eine Oberspannungsseite und eine Unterspannungsseite, die jeweils drei Wicklungen umfassen, und die jeweils in Dreieck- oder Sternschaltung zusammengeschaltet sind. Neben den Wicklungen umfasst der Hochleistungstransformator ferner einen Eisenkern, der als Joch zur magnetischen Verbindung der Wicklungen dient. In einer bevorzugten Ausführung ist das elektrische Bauteil ein Hochleistungstransformator mit drei Wicklungsblöcken, in deren Inneren sich jeweils ein magnetischer Kern befindet, wobei die Kerne über jeweils ein Joch an deren Ober- beziehungsweise Unterseite miteinander verbunden sind. Ein Wicklungsblock eines Transformators umfasst eine äußere Oberspannungs-Wicklung und eine innere Unterspannungs-Wicklung die konzentrisch den jeweiligen Magnetkern umgreift. In einer bevorzugten Ausführung ist zwischen der Oberspannungs-Wicklung und der Unterspannungs-Wicklung ein ringförmiger Raum für axiale Kühlkanäle vorgesehen. In diesen Kühlkanälen können die Anzapfungen und die zu den Anzapfungen führenden Leiter vorgesehen sein, wobei die Anzapfungen aus Leitern der Oberspannungs-Wicklung oder der Unterspannungs-Wicklung oder aus beiden Wicklungen gebildet sind.
In einer weiteren Ausführung ist das elektrische Bauteil als eine Drossel vorgesehen, die von der Wicklung gebildet wird. Die Drossel kann aus einer Wicklung mit einem Kern oder aus drei Wicklungen mit einem Kern ausgebildet sein. Je nach Beschaltung können Wicklungsteile als Drossel geschaltet sein, die parallel oder seriell mit dem Hochleistungstransformator zusammengeschaltet sind. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das elektrische Bauteil ein e- lektrischer Hochleistungsmagnet oder eine elektrische Hochleistungsmaschine. Im Falle des Magneten ist die Wicklung vorzugsweise in Ringform mit rechteckigem Querschnitt entlang einer Ebene, die parallel zur Längsachse verläuft (Längs-Querschnitt), wobei die Wicklung über die oben beschriebene Anzapfungsstruktur in verschiedene Abschnitte unterteilt werden kann, um verschiedene Betriebsspannungen oder Betätigungsstärken zu ermöglichen. Obwohl sich die Wicklungsstruktur von elektrischen Maschinen prinzipiell von der Wicklungsstruktur von Transformatoren, Drosseln oder Magneten unterscheiden kann, ist es auch bei elektrischen Maschinen möglich, eine Anzapfung wie oben beschrieben auszuführen. An die Stelle der Umlaufrichtung tritt in diesem Fall die an dem Kontaktabschnitt bestehende Wicklungsrichtung, falls die Wicklungen nicht in der Form eines Ringes mit rechteckigem Längs-Querschnitt ausgebildet sind.
Die oben genannten Drosseln, Transformatoren, elektrischen Magnete oder elektrische Maschinen sind vorzugsweise für Hochleistungen von mehr als 1 kVA, vorzugsweise für Leistungen größer als 10 kVA und insbesondere für Leistungen größer als 250 kVA vorgesehen. Die Nenn-Betriebsspannung, bei Transformatoren die Oberspannungsseite, beträgt mindestens 230 V, vorzugsweise mindestens 1 kV und insbesondere mindestens 10 kV.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauteils vorgesehen, welches eine Wicklung mit Anzapfung umfasst, wobei der Leiter um eine Drehachse gewickelt wird und einer Anzapfung hinzugefügt wird, indem der Leiter in eine Richtung geführt wird, die geneigt zu der Umlaufrichtung ist, die während des Aufwickeins des Leiters verwendet wird.
Eine Anzapfung kann demnach wie oben beschrieben dadurch vorgesehen werden, dass der Leiter zu einer Schleife gebogen wird. Vor und nach dem Erzeugen der Schleife wird der Leiter um eine Drehachse aufgewickelt. Vorzugsweise wird dies vorgesehen, indem der Leiter entsprechend exzentrisch um eine Drehachse geführt wird, das heißt periodisch zwischen einem oberen Axialende und einem unteren Axialende, wobei der Radialabstand zur Achse stetig zunimmt. In einer Ausführung wird ein feststehender Wicklungskörper verwendet, um den herum, radial zu einer Drehachse beabstandet, der Draht geführt wird. Die Drahtführung führ so eine Drehung radial beabstandet zu einer Drehachse aus, wobei sich der radiale Abstand langsam und kontinuierlich vergrößert, um der im Durchmesser zunehmenden Wicklung Rechnung zu tragen. Gleichzeitig wird der Draht periodisch in axialer Richtung zwischen einem oberen und einem unteren Ende hin- und hergeführt wird.
Alternativ führt die Führung des Drahts keine Drehbewegung aus, sondern es wird ein sich drehender Wicklungskörper für die entsprechende Wicklung verwendet, und die Drahtführung führt lediglich die oben beschriebene periodische axiale und langsame stetig radiale Bewegung durch. In einer weiteren Ausführung führt die Führung des Drahts nur die periodische axiale Bewegung durch, wobei die Halterung des entstehenden Wicklungskörpers zumindest eine weitere der oben beschriebenen Bewegungen in entsprechender Weise ausführt. In einer weiteren Ausführungsform wird der Leiter mittels einer feststehenden Führung ausgewickelt, wobei eine Wicklungsvorrichtung die oben genannten Bewegungskomponenten übernimmt. Prinzipiell können die oben genannten Bewegungskomponenten der Führung der Leitung oder der Bewegung der Wicklung einzeln und teilweise oder vollständig zugeordnet werden. Erfindungsgemäß kann eine Vorrichtung verwendet werden, die zwischen der Leiterführung und der entstehenden Wicklung beziehungsweise deren Halterung zur Führung des Leiters eingefügt wird und die eingerichtet ist, die zur Ausführung der Anzapfung, das heißt die Schleifenbildung notwendigen Bewegungen der Leiterführung und/oder des Wicklungskörpers auszuführen. So kann beispielsweise die entsprechende Wicklung lediglich eine Drehbewegung ausführen und eine Leiterführung eine periodische axiale und stetige Radialbewegung ausführen, um die Wicklung auszubilden, wobei eine zwischen Wicklung und Leiterführung vorgesehene Vorrichtung die axialen und/oder radialen Bewegungen ausführt, um eine Schleife zu formen, die sich zumindest teilweise radial von der Längsachse der Wicklung weg erstreckt, oder die sich zumindest teilweise parallel zur Längsachse erstreckt.
Bei dem Wicklungsvorgang von Hochleistungstransformatoren führt die bereit entstandene Wicklung keine Rotationsbewegung durch, um zu vermeiden, dass das hohe Gewicht und somit die Schwungmasse der entstandenen Wicklung die Steuerung des Wicklungsvorgangs und die mechanische Spannung der aufgewickelten Leitung nicht nachteilig beeinflusst.
In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird zum Ausbilden der Anzapfung der Leiter in einer Richtung geführt, die zum einen senkrecht zur örtlichen Umlaufrichtung ist. Zum anderen wird gleichzeitig der Leiter in eine Richtung geführt, die senkrecht zur Umlaufrichtung, parallel zur Umlaufrichtung, oder eine Linearkombination dieser Richtungen ist.
In einer weiteren Ausführung des Verfahrens wird zum Herstellen einer Wicklung, die in axialer Richtung begrenzt ist, die Anzapfung vorgesehen, indem der Leiter parallel zur Drehachse und geneigt zur örtlichen Umlaufrichtung über eine Stelle hinausgeführt wird, die die Grenze der Wicklung in axialer Richtung markiert. Eine derartige Grenze wird beispielsweise durch ein Kopfende, eine Kopffläche oder eine Bodenfläche der Wicklung markiert. Auf diese Weise kann die Anzapfung kontaktiert werden, ohne die fertig gewickelte Wicklung verändern zu müssen.
In einer weiteren Ausführung wird die Anzapfung vorgesehen, indem der Leiter in radialer Richtung über einen Abstand hinausgeführt wird, der der Außenfläche der Wicklung nach Fertigstellung entspricht. Hierdurch wird ebenfalls erreicht, dass die Anzapfung ohne Änderung der Wicklung beispielsweise an eine Anzapfungsleitung angeschlossen werden kann.
Vorzugsweise ist die Anzapfung zwischen den beiden Enden der Leitung vorgesehen, die zur Wicklung geformt wird. Alternativ kann jedoch auch das in radialer Richtung innen liegende Ende und/oder das außen liegende Ende als erfindungsgemäße Anzapfung vorgesehen werden.
In einer bevorzugten Ausführung umfasst das Bauteil zwei konzentrische Wicklungen, die jeweils ein Wicklungsende an der Wicklungsseite aufweisen, die zu der anderen Wicklung benachbart ist, das heißt an der Stelle, an der beide Wicklungen aufeinander treffen oder über einen Kühlkanal getrennt sich gegenüberliegen. In dieser bevorzugten Ausführung sind diese beiden innen liegenden Wicklungsenden ebenfalls als Anzap- fung ausgeführt, indem deren Leiter zur Umlaufrichtung geneigt ausgebildet sind. In diesem Fall ist die Anzapfung jedoch nicht als teilweise geschlossene Kurve sondern als zur Umlaufrichtung quer verlaufender Leitungsabschnitt ausgebildet. Vorzugsweise verläuft in diesem Fall der Leiter als Anzapfung senkrecht zur örtlichen Umlaufrichtung und parallel zur Längsachse des Bauteils.
Gemäß einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Schritt des Hinzufügens einer Anzapfung das Einfügen eines Stützelements, das in mechanischen Kontakt zu dem Leiter gebracht wird.
Das zugrunde liegende erfinderische Konzept, das darin besteht, den Leiter, welcher die Wicklung bildet, auch zur Ausformung einer Anzapfung zu verwenden, wird ferner mittels einer Wickelvorrichtung realisiert, die eingerichtet ist, ein elektrisches Bauteil gemäß der Erfindung herauszustellen.
Das erfinderische Konzept kann ferner mittels einer Steuerungseinrichtung umgesetzt werden, die eine steuerbare Wickelvorrichtung derart steuert, dass das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird. Insbesondere bei Verwendung von in ihren Bewegungen frei programmierbaren Wickelvorrichtungen wird das erfinderische Konzept durch die Software realisiert, die eingerichtet ist, in einer Steuerungseinrichtung ablaufen zu können. Diese Software kann in Form eines Datenträgers vorgesehen sein, der derart mit der Steuerungseinrichtung und der Wickelvorrichtung zusammenwirkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird und/oder ein erfindungsgemäßes elektrisches Bauteil hergestellt wird. Abhängig von der Steuerungseinrichtung und der Wickelvorrichtung kann die Software somit aus Befehlen in Kombination mit Bewegungsparametern oder nur aus Bewegungsparametern bestehen, beispielsweise Koordinaten, Geschwindigkeiten, Vektorangaben, Beschleunigungsinformation und/oder zugeordnete Steuerkodes.
Als Leiter wird vorzugsweise ein Kupfer- oder Aluminiumdraht vorgesehen, der auf einer Rolle gelagert ist und von dieser gefördert wird. Der Leiter umfasst ferner eine äußere Isolationsschicht, beispielsweise aus Kunststoff, Glasfasergewebe, Karbongewebe, Harze, beispielsweise Epoxydharze, oder eine Kombination hiervon. In einer bevorzug- ten Ausführung ist der Leiter mit einer Ummantelung der thermischen Klasse H isoliert. Das elektrische Bauteil umfasst vorzugsweise eine Isolation von Wicklungslagen und/oder einer äußeren Kapselung der Wicklung aus glasfaserarmierten Epoxydharzformstoff der thermischen Klasse F.
In einer weiteren Ausführung ist das elektrische Bauteil als Hochleistungstransformator mit einer Oberspannungsseite und einer Unterspannungsseite vorgesehen, wobei die Unterspannungsseite eine Unterspannungswicklung umfasst, die aus Aluminium- oder Kupferband besteht, das als Windungsisolation Prepreg der thermischen Klasse F aufweist. In dieser Ausführung kann die Oberspannungsseite und die Unterspannungsseite einer Phase auf dem gleichen Schenkelwinkel zentrischer Weise angeordnet sein, wobei die zur Unterspannungsseite gehörende Wicklung innen vorgesehen ist, und durch eine Unterspannungsseite-Isolationsschicht, einem Kühlkanal und einer inneren Oberspannungsseite-Isolationsschicht von der außen liegenden Wicklung durch einen konstanten Abstand getrennt ist, die der Oberspannungsseite zugeordnet ist. Statt einer Oberspannungs- und/oder Unterspannungswicklung können mehrere Oberspannungs- und/oder Unterspannungswicklung sein. Vorzugsweise hat der Leiter eine Querschnittsfläche von mehr als 0,5 mm2, beispielsweise > 1 mm2, > 2 mm2 oder 5 - 10 mm2. Insbesondere beträgt die Querschnittsfläche vorzugsweise zwischen 10 mm2 und 40 mm2, 25 mm2 - 80 mm2 oder mehr als 80 mm2. Die Querschnittfläche bemisst sich nach dem Stromfluss und der zu erwartenden Wärmeentwicklung, abhängig von der Nennleistung und dem Einsatzgebiet. Bei Leistungstransformatoren werden vorzugsweise Leiter mit kreisförmigem Querschnitt und einem Leiterdurchmesser von mehr als 0,75 mm, mehr als 1 mm, mehr als 1 ,5 mm, mehr als 2 mm oder mehr als 3 mm verwendet auf der O- berspannungsseite verwendet.
Vorzugsweise umfasst das elektrische Bauteil selbstlöschende oder brandhindernde Materialien, beispielsweise als Leiterisolation und/oder als Isolationszwischenlage.
Der Leiter innerhalb einer Wicklung kann aus miteinander mechanisch und/oder elektrisch verbundenen Leiterabschnitten oder aus einem einteilig ausgebildeten Leiter bestehen. Der Leiter weist vorzugsweise einen konstanten Querschnitt auf, wobei der Wicklungsquerschnitt vorzugsweise rund ist und im Falle einer Bandwicklung einen fla- chen rechteckigen Querschnitt aufweist. Alternativ kann der Leiter auch quadratisch oder trapezoid Hochleistungstransformator sein. Die Wicklung des elektrischen Bauteils weist vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt entlang der Längachse auf. Vorzugsweise ist der Querschnitt quer zur Längsachse der Wicklung kreisförmig. Im Falle eines rechteckigen Jochs kann die Innenseite der Wicklung die Form einer rechteckigen Säule aufweisen. Die tangentiale Außenfläche der Wicklung ist vorzugsweise zylindrisch. Das elektrische Bauteil kann neben den oben beschriebenen Beispielen Transformator, Drossel, elektrische Maschine oder Elektromagnet auch jedes anderen induk- tionsbasierte Bauteil sein, beispielsweise eine Induktionsofenspule oder ähnliches.
Das erfindungsgemäße elektrische Bauteil oder die Wicklung des Bauteils ist vorzugsweise als diskretes Element ausgeführt, welches körperlich getrennt von weiteren Schaltungselementen, Bauteilen oder Wicklungen ist.
In dieser Anmeldung bezeichnet die Umlaufrichtung den momentanen örtlichen Vektror, das heißt Richtung, entlang dem sich der Leiter an der betrachteten Stelle erstreckt. Im Falle einer zylindrischen Wicklung erstreckt sich der Kontaktabschnitt entlang eines Kreisabschnitts, der sich über einen Winkel von 0,5 - 5 Grad erstreckt. Die Umlaufrichtung ist somit die Tangentiale des Kreises an dem Ort, an dem der Leiter betrachtet wird. Erstreckt sich der Kontaktabschnitt über einen nicht zu vernachlässigenden Winkelbereich, so wird die Wicklung des Leiters in der Richtung an einem Ort, beispielsweise an einem Ende des Kontaktabschnitts, fortgesetzt, in der sich die Tangentiale an diesem Ort erstreckt, und nicht entlang der Tangentialen entlang des entgegen gesetzten Endes des Kontaktabschnitts.
In dieser Anmeldung bedeutet der Verlauf des Leiters die Ortskurve der Mittellinie des Leiters. Im Falle eines kreisförmigen Querschnitts ist dies der Mittelpunkt des Querschnitts, bei rechteckigen oder bandförmigen Leitern kann dies die Mitte oder eine Kante des Leiters sein.
Kurzbeschreibunq der Zeichnungen
Die Figuren zeigen Ausführungsformen, die gemäß der Erfindung ausgebildet sind. Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Wicklung eines erfindungemäßen Bauteils in einer Schnittebene, in der eine Längsachse des Bauteils verläuft.
Die Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes elektrisches Bauteil mit einer inneren und einer äußeren Wicklung in einer Schnittebene senkrecht zur Längsachse des elektrischen Bauteils, wobei die innere und die äußere Wicklung jeweils eine Anzapfung aufweisen.
Die Figur 3 zeigt den Verlauf eines Leiters entlang des Kontaktabschnitts im Detail.
Die Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Wicklung mit zwei verschiedenen Anzapfungen.
Die Figur 1 ist eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäß elektrisches Bauteil in einer Schnittebene, in der die Längsachse 2 des elektrischen Bauteils liegt. Der äußere Umriss 4 der Wicklung ist im Wesentlichen rechteckig. Die Wicklung ist aus einzelnen Leitern 6 ausgebildet, von denen nur diejenigen dargestellt sind, die an die umlaufende Außenfläche der Wicklung stoßen beziehungsweise dieser am nächsten sind. Die Figur 1 zeigt somit einen Längsschnitt durch eine säulenförmige Wicklung, beispielsweise eine zylinderförmige oder quaderförmige Wicklung. Ein möglicher Hohlraum im Inneren der Wicklung, durch den die Längsachse der Wicklung verläuft, ist nicht dargestellt.
Zum Ausbilden der Anzapfung 8 wird ein Stützelement 10 verwendet, das aus einem Isolator, beispielsweise Kunststoff oder Keramik, ausgebildet ist. Dieses Stützelement ist nicht vollständig umlaufend sondern ist lediglich in einem Kontaktabschnitt vorgesehen und überstreicht somit nur einen geringen Winkel oder geringen Teil eines Umlaufs. Das Stützelement 10 umfasst eine Bodenfläche 12 zum Abstützen gegenüber radial nach innen, das heißt in Richtung Längsachse, versetzten Leiterwindungen 14. Das Stützelement ist radial nach außen in der Form eines liegenden U geöffnet. Das Stützelement 10 umfasst somit einen Stützboden 16, der die Anzapfung 8 trägt. Die Anzapfung 8 geht an den beiden Enden des Kontaktabschnitts in eine Windung über, die im Vergleich zu den Leiterwindungen 6 tieferen Windungsschichten zugeordnet ist, das heißt den darunter liegenden abstützenden Leiterbindungen 14. In einer Ausführung ist die zu der Anzapfung 8 gehörende Windung die Windung, die sich einer der beiden äußeren Leiterwindungen der abstützenden Leiterbindungen 14 direkt anschließt oder dieser direkt vorausgeht.
Bis zu der Fertigstellung der Leiterwindungen 14 ist noch kein Stützelement 10 eingefügt und die äußere tangentiale Umlauffläche der so teilweise fertig gestellten Wicklungen ist eben und weist keine Vertiefung auf. Beispielsweise direkt nach dem Fertigstellen der obersten der Leitwicklungen 14 wird das Stützelement 10 eingesetzt, und die direkt darauf folgenden Windung durchläuft das Stützelement 10 derart, dass es durch den Abstand des Stützbodens 16 zu der Bodenfläche 12 um einen Abstand radial nach außen versetzt ist. Dadurch ergibt sich automatisch die erfindungsgemäße Neigung des Leiters innerhalb des Kontaktabschnitts zur bestehenden örtlichen Umlaufrichtung, wodurch die erfindungsgemäße Anzapfung vorgesehen wird. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführung bildet der Leiter innerhalb des Kontaktschnitts eine Schleife, die im wesentlichen radial nach außen gekrümmt ist, wobei die Schleife auch Abschnitte umfassen kann, die eine zusätzliche Neigung in einer Richtung parallel zur Längsachse 2 aufweisen.
Auf die Leiterwindung 8, mittels der in dem Kontaktabschnitt die Anzapfung gebildet wurde, folgt eine weitere Windung, die an die Stelle dieser Leiterwindung tritt beziehungsweise die auf diese folgt. Dadurch ergibt sich außerhalb des Stützelements eine homogene Leiterdichte. Weitere Leiterwindungen werden aufgewickelt, bis die gewünschte Leiteranzahl beziehungsweise radiale Dicke der Wicklung erreicht ist. Durch den Abstand zwischen der Stützfläche 16 und der Bodenfläche 12 weist die Anzapfung 8 einen größeren radialen Abstand zur Längsachse 2 des Bauteils auf, als die Leiterwindungen der äußeren Windungsschicht 6.
Zur Kontaktierung der Anzapfung wird die Anzapfung mit einem Anschlussleiter verbunden, beispielsweise mittels einer Lötverbindung, einer Schraubverbindung, einer Klemmverbindung oder ähnlichem, wobei vorzugsweise Teile des Stützelements entfernt werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird jedoch erfindungsgemäß dieser Anschlussleiter beziehungsweise Anzapfleiter nach dem vollständigen Abschluss des Wicklungsvorgangs zumindest einer der Wicklungen des Bauelements angeschlossen.
Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein elektrisches Bauteil senkrecht zu dessen Längsachse. Das elektrische Bauteil weist zwei Wicklungen 100, 110 auf, die koaxial zueinander angeordnet sind. Zwischen der inneren Wicklung 100 und der äußeren Wicklung 110 ist ein Raum 120 vorgesehen, wobei die innere Wicklung 100 ferner einen Innenraum 130 umschließt. In dem Innenraum 130 wird vorzugsweise ein Transformatorbein beziehungsweise ein Joch vorgesehen. Der Zwischenraum 120 zwischen der inneren Wicklung 100 und der äußeren Wicklung 110 dient vorzugsweise der Kühlung und kann zur Verbesserung der Konvektion Luftführungsrillen (nicht dargestellt) aufweisen, die sich in Ebenen erstrecken, die parallel zur Längsachse des Bauteils radial verlaufen. Die innere Wicklung 100 weist eine innere Anzapfung 140 auf, die sich in den Zwischenraum 120 erstreckt. In gleicher weise umfasst die äußere Wicklung 110 eine äußere Anzapfung 150. Die innere Anzapfung 140 ist einer Windung zugeordnet, die zwischen dem Zwischenraum 120 und dem Innenraum 130 in der inneren Wicklung 100 vorgesehen ist. In gleicher weise ist die Anzapfung 150 einer Windung zugeordnet, die sich in der äußeren Wicklung 110 zwischen dem Zwischenraum 120 und dem Außenraum befindet. Die Zuordnung der Anzapfungen zu der jeweiligen Windung ist dadurch vorgesehen, dass der Leiterabschnitt, der die Anzapfung bildet, direkt in die zugeordnete Windung übergeht.
Die äußere Wicklung 110 weist einen Kontaktabschnitt 160 auf, in dem die Anzapfung 150 angeordnet ist. In gleicher Weise weist die innere Wicklung 100 einen Kontaktabschnitt 170 auf, in dem die innere Anzapfung 140 vorgesehen ist. Der Kontaktabschnitt entspricht nur einem geringen Teil eines Gesamtumlaufs der Wicklung und somit nur einem Streckenabschnitt der im Vergleich zum Gesamtumfang der jeweiligen Wicklung gering ist. Von der Längsachse der konzentrischen Wicklungen aus betrachtet, nehmen die Kontaktabschnitte nur einen geringen Winkelabschnitt ein, beispielsweise kleiner als 10 Grad, insbesondere kleiner als 5 Grad, beispielsweise lediglich 3 - 1 Grad oder, insbesondere bei großen elektrischen Bauteilen mit hohen Leistungen nur 0,1 - 1 Grad, beispielsweise 0,2 - 0,5 Grad. In einer nicht dargestellten Ausführungsform, die der Fig. 2 ähnelt, weißt die äußere Wicklung eine radial nach innen weisende Leiterschleife als Anzapfung auf, die sich in den Zwischenraum 120 erstreckt. Die Anzapfung der äußeren Wicklung ist vorzugsweise zu der Anzapfung der inneren Wicklung um einen Winkel versetzt, beispielsweise um einen Winkel von mehr als 10° oder von mehr als 20°, oder um einen Winkelbetrag von ca. 45°, 60°, 90° oder 180°.
Die Figur 3 zeigt eine Anzapfung in Querschnitt durch eine Wicklung eines erfindungsgemäßen elektrischen Bauteils senkrecht zur Längsachse der Wicklung im Detail.
In der Figur 3 ist ein Abschnitt eines Umrisses einer zylindrischen Wicklung 200 dargestellt. Die Anzapfung 210 entspricht einer Leiterwindung innerhalb eines Kontaktabschnitts 220. Die Anzapfung 210 umfasst Abschnitte 230a, b, in denen der Leiter in einer Richtung verläuft, die nur leicht geneigt gegenüber der Umlaufrichtung des Leiters außerhalb des Kontaktabschnitts ist. Ferner fasst die Anzapfung 210 Knickbereiche 240a, b, die sich direkt an die leicht geneigten Abschnitte 230a, b anschließen und in denen der Leiter eine Krümmung von 70° - 110°, beispielsweise 85° -95° durchläuft. Der Krümmungsradius wird vorzugsweise so gewählt, dass der Querschnitt des Leiters nicht wesentlich verkleinert wird und beträgt beispielsweise das 2 - 4-fache oder das 3- fache des Leiterdurchmessers. An die Knickbereiche 240a, b schließt sich ein Radialabschnitt 250a, b an, in dem der Leiter nahezu senkrecht von der Wicklungsoberfläche absteht. Über zwei äußere Knickbereiche 260a, b schließt sich ein letzter Verbindungsteil 270 an, der entweder gradlinig oder gemäß der sonstigen Wicklungsoberflächen gekrümmt verläuft, und der vorzugsweise zur Anzapfung verwendet wird.
Die mit dem Bezugszeichen 200 bezeichnete Linie gibt den Leitungsverlauf wieder. Innerhalb des Kontaktabschnitts 220 gibt die Linie 200 die Umlaufrichtung wieder, die ein Leiter an dieser Stelle haben würde, wenn an dieser nicht als Anzapfung sondern als Windung ausgeführt wäre. Die der Kern der Erfindung lässt sich auch dadurch definieren, dass in dem Kontaktabschnitt zur Ausbildung der Anzapfung der Leiter diese gedachte Linie 200 verlässt, die eine dort vorliegende Windung haben würde und zu dieser Linie 200 zumindest abschnittsweise geneigt verläuft. Die über der Konturlinie 200 liegenden Windungsschichten sind zur besseren Darstellung nicht gezeigt. Vorzugswei- se gehen die darüber liegenden Windungsschichten in radialer Richtung nicht über den Verbindungsteil hinaus, um eine einfache Kontaktierung der Anzapfung 210 zu ermöglichen.
Alternativ kann an der Stelle 270 der Leiter aufgetrennt werden und mittels einer Schraub-, einer Löt- oder Klemmverbindung mit Anschlussdrähten verbunden werden, die innerhalb oder außerhalb der Wicklung oder des elektrischen Bauteils miteinander verbunden sind. In diesem Fall ist die Leiterbindung, die die Anzapfung bildet, kein teilweise geschlossene Kurve, sondern lediglich ein Windungsstück, das sich senkrecht zur Umlaufrichtung benachbarter Wicklungsabschnitte erstreckt. In diesem Fall erstrecken sich die Leiterabschnitte innerhalb des Kontaktabschnitts im Wesentlichen senkrecht zur Wicklungsoberfläche oder parallel zur Wicklungsoberfläche 200, jedoch in jedem Fall im wesentlichen senkrecht zur Umlaufrichtung benachbarter Leiterabschnitte beziehungsweise um einen Winkel von 80° - 100° oder ca. 90° geneigt zur Konturlinie 200, die den Windungsverlauf darstellt, der sich ergeben würde, wenn der Abschnitt 220 kein Kontaktabschnitt wäre.
Die Figur 4 zeigt eine zylindrische Wicklung im Umriss mit zwei verschiedenartigen Anzapfungen. Auf der Umlauffläche 310 der Wicklung 300 ist eine erste Anzapfung 320 und eine zweite Anzapfung 330 angeordnet. Wie auch in Figur 3 sind die Anzapfungen in Figur 4 nur soweit dargestellt als dass sie nicht vollständig dem üblichen Wicklungsverlauf entsprechen, wobei der übliche Wicklungsverlauf (kreisförmig tangential um die Mittelachse der Wicklung herum) aus Klarheitsgründen nicht dargestellt ist.
Die erste Anzapfung 320 und die zweite Anzapfung 330 werden jeweils aus dem Leiter gebildet, aus dem die Windungen der Wicklung 300 geformt sind. Innerhalb eines ersten Kontaktabschnitts 340 beziehungsweise innerhalb eines zweiten Kontaktabschnitts 350 bildet dieser Leiter jedoch die erste beziehungsweise zweite Anzapfung 320, 330. Innerhalb des jeweiligen Kontaktabschnitts 340 beziehungsweise 350 ist der Leiter zu der dort zu erwarteten Umlaufrichtung geneigt. Mit anderen Worten verlässt der Leiter zwischen den jeweiligen Enden 344a, b, 345a, b der jeweiligen Kontaktabschnitte 350, 340 die dort für Windungen zu erwartender Umlaufrichtung, um eine Anzapfung in der Form einer Schleife auszubilden, die zu der Umlaufrichtung geneigt ist. An den jeweili- gen Enden 345a, b, 355a, b des jeweiligen Kontraktabschnitts 350, 340 beginnt die Neigung des Leiters zu der am Kontaktabschnitt bestehenden Umlaufrichtung, wodurch der Leiter vom üblichen tangentialen Verlauf abweicht.
Innerhalb des ersten Kontaktabschnitts verläuft der Leiter zur Ausbildung der ersten Anzapfung 320 zum einen senkrecht zur Umlaufrichtung sowie zumindest Abschnittsweise senkrecht zur Längsachse der Wicklung. Die Anzapfung 320 steht somit radial von der Wicklung ab. Die in Figur 4 dargestellten Anzapfungen 320 und 330 sind in der physischen Realisation der in Fig. 4 dargestellten Ausführung durch die oberen Schichten der Wicklung verdeckt, jedoch zum Zwecke der Klarheit vollständig dargestellt.
Die zweite Anzapfung 330 verläuft ebenfalls senkrecht zur im Kontaktabschnitt 350 zu erwartenden Umlaufrichtung des Leiters, jedoch parallel zur Längsachse der Wicklung, im Gegensatz zu der ersten Anzapfung 320. An dem einen Ende 355a des Kontaktabschnitts 350 ist der Leiter, der die Anzapfung 330 bildet, in einer Höhe bezogen auf die Längsachse der Wicklung angeordnet, die sich von der Höhe des Leiters an dem anderen Ende 355b des Kontaktabschnitts 350 unterscheidet. Mit anderen Worten ist der Leiter am Eintritt des Kontaktabschnitts 355a zu dem Austritt des Leiters 355b aus dem Kontaktabschnitt 350 entlang der Richtung der Längsachse der Wicklung versetzt. In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist der Eintrittspunkt um einen anderen Abstand oder um einen Abstand von 0 zu dem Austrittspunkt versetzt. Die Anzapfung 330 weist ferner einen Abschnitt auf, der aus einer Bodenfläche 360 der Wicklung heraustritt, um so einer einfachen Kontaktierung zu ermöglichen.
In einer nicht dargestellten Ausführung ragt dieser Abschnitt aus der Kopffläche 370 der Wicklung heraus. Der Kern oder der Innenraum der Wicklung 300 kann einen rechteckigen, quadratischen, ellipsoiden oder kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Die Anzapfung kann generell Leiterabschnitte umfassen, die anti-parallel zueinander angeordnet sind und einen konstanten Abstand aufweisen. Dieser Abstand kann so gering wie möglich gewählt werden, so dass diese beiden Leiterabschnitte direkt aneinander stoßen und nur durch die jeweiligen Isolationsschichten voneinander getrennt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Leiterabschnitte durch einen Ab- standhalter voneinander entfernt, der mit beiden Leiterabschnitten in mechanischem Kontakt steht und somit einen stützenden Effekt hat. Der Abstandhalter kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Ferner kann der Abstandhalter mit dem Stützelement, beispielsweise Stützelement 10, in mechanischem Kontakt sein, beispielsweise über eine form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung. In einer Ausführung ist das Stützelement einteilig mit dem Abstandhalter ausgeführt. Der Abstandhalter und/oder das Stützelement kann eine teilweise formschlüssige Vertiefung oder eine Klemmverbindung aufweisen, die eingerichtet ist, einen Reibungsschluss mit dem Verbindungsteil 270 der Anzapfung beziehungsweise der Leitung herzustellen. Vorzugsweise ist der Reibungsschluss in seiner Verbindungsstärke veränderlich, um während des Wickeins eine starke Fixierung für die Anzapfung vorzusehen und nach dem Wickeln bei der Kontaktie- rung der Anzapfung nur eine geringe Stütze vorzusehen, um den Kontaktierungsvor- gang zu vereinfachen. Dies kann beispielsweise mit einer veränderlichen Federkraft eines Abschnitts des Stützelements oder Abstandhalters erreicht werden, wobei der Abschnitt dem Verbindungsteil 270 der Anzapfung gegenüberliegt.
Die in Figur 1 - 4 dargestellten Ausführungen sind nicht maßstabgetreu. Insbesondere die Abmessungen der Anzapfungen, beispielsweise deren Breite, die Breite des Kontaktabschnitts, und der Maximalabstand der Anzapfung von dem im Kontaktabschnitt zu erwartenden Leiterverlauf können frei gewählt werden. Die Umlaufrichtung des Leiters bezeichnet den Vektor, der den Verlauf des Leiters, beispielsweise somit nicht nur lediglich den Umlaufsinn, das heißt die Drehrichtung des Verlaufs des Leiters, sondern auch den vektoriellen Verlauf im dreidimensionalen Raum.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisches Bauteil mit mindestens einer Wicklung (300), die aus mindestens einem Leiter (6) ausgebildet ist, der sich entlang einer Umlaufrichtung (200) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (300) in einem Kontaktabschnitt (220) eine Anzapfung (140, 150) aufweist, die durch einen Verlauf des Leiters (6, 8) in mindestens eine Richtung gebildet wird, die zur am Kontaktabschnitt (220) bestehenden Umlaufrichtung (200) des Leiters (6) geneigt ist.
2. Elektrisches Bauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Leiters (6, 8) in dem Kontaktabschnitt (220) einer zumindest teilweise geschlossenen Kurve entspricht.
3. Elektrisches Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurve einen Abschnitt (230 - 270) mit einer Gesamtkrümmung von 270° oder mehr aufweist.
4. Elektrisches Bauteil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Leiters (8) innerhalb des Kontaktabschnitts (220) zumindest abschnittsweise senkrecht zum Verlauf des Leiters (6) direkt vor dem Kontaktabschnitt (220) und zumindest abschnittsweise senkrecht oder parallel zu einer Symmetrieachse (2) der Wicklung (300) ist.
5. Elektrisches Bauteil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauteil ferner mindestens ein Stützelement umfasst, das den Leiter (8) in dem Kontaktabschnitt (220) stützt.
6. Elektrisches Bauteil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Leiters (6) direkt nach dem Kontaktabschnitt (220) gegenüber dem Verlauf des Leiters (6) direkt vor dem Kontaktabschnitt (220) um einen Abstand in einer Richtung versetzt ist, die parallel zu einer Symmetrieachse der Wicklung (300) ist.
7. Elektrisches Bauteil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauteil als Hochleistungsdrossel, als Hochleistungstransformator, als Kombination hiervon, oder als elektrischer Hochleistungsmagnet oder als elektrischer Hochleistungsmaschine ausgebildet ist.
8. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauteils, das eine Wicklung (300) mit Anzapfung (140, 150) umfasst, mit den Schritten:
Vorsehen eines Leiters (6, 8); und
Aufwickeln eines Leiters (6) um eine Drehachse, die einer Symmetrieachse (2) des elektrischen Bauteils entspricht, entlang einer Umlaufrichtung (200), gekennzeichnet durch einen Schritt des Hinzufügens einer Anzapfung (140,
150) durch Führen des Leiters (8) in einer Richtung geneigt zur Umlaufrichtung
(200).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Führen des Leiters (8) in einer Richtung geneigt zur Umlaufrichtung (200) das Führen in einer ersten Richtung (250 a, b) senkrecht zur Umlaufrichtung (200) und senkrecht zur Drehachse (2), in einer zweiten Richtung (330) senkrecht zur Umlaufrichtung (200) und parallel zur Drehachse (2), oder in einer Kombination der ersten und der zweiten Richtung umfasst.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Führen des Leiters (8) in einer Richtung geneigt zur Umlaufrichtung (200) das Führen des Leiters im wesentlichen parallel zur Drehachse über ein Kopfende (370, 360) hinaus umfasst, wobei während dem Schritt des Aufwickeins der Leiter (6) nicht über das Kopfende (370, 360) hinaus geführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Führen des Leiters in einer Richtung geneigt zur Umlaufrichtung (200) das Führen des Leiters (8) im wesentlichen senkrecht zur Drehachse (2) über einen Radialabstand hinaus umfasst, wobei während dem Schritt des Aufwickeins der Leiter (6) nicht über den Radialabstand hinaus geführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt des Hinzufügens einer Anzapfung (140, 150) der Schritt des Aufwickeins ausgeführt wird und nach diesem Schritt des Hinzufügens einer Anzapfung (140, 150) ein weiterer Schritt des Aufwickeins des Leiters (6) um eine Drehachse (2) entlang einer Umlaufrichtung (200) ausgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Hinzufügens einer Anzapfung (140, 150) den Schritt des Hinzufügens eines Stützelements (10) aufweist, der das Herstellen eines mechanischen Kontakts des Stützelements (10) mit dem Leiter (8) sowie mit dem Bauelement umfasst.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauteil als Hochleistungsdrossel, als Hochleistungstransformator, als Kombination hiervon, oder als elektrischer Hochleistungsmagnet oder als elektrische Hochleistungsmaschine ausgebildet ist.
15. Wickelvorrichtung, die eingerichtet ist, ein elektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7 herzustellen.
16. Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Wickelvorrichtung nach Anspruch 15 zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 14.
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