WO2008116594A1 - Abstandhalter für wicklungen - Google Patents

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WO2008116594A1
WO2008116594A1 PCT/EP2008/002239 EP2008002239W WO2008116594A1 WO 2008116594 A1 WO2008116594 A1 WO 2008116594A1 EP 2008002239 W EP2008002239 W EP 2008002239W WO 2008116594 A1 WO2008116594 A1 WO 2008116594A1
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WO
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spacer
winding
support elements
spacer according
layer
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/002239
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Schutzeichel
Christian GRÜTTNER
Benjamin Weber
Original Assignee
Abb Technology Ag
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Filing date
Publication date
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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
    • H01F27/32—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
    • 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
    • H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures

Definitions

  • windings are used for the realization of electromagnetic components. Due to the ohmic resistance of the windings heat is generated, which must be specifically dissipated, especially in high-performance components. Therefore, between windings of a winding block, a space is introduced through which cooling air or cooling oil can flow to perform the heat of a heat sink generated in the winding.
  • the invention relates to a spacer with which such a space can be formed and is particularly suitable for transformer windings.
  • High-performance transformers consist essentially of a magnetic core and three winding blocks, each block being associated with one phase of a three-phase system and the core magnetically connecting the winding blocks.
  • Each winding block of this transformer comprises a high-voltage winding and a low-voltage winding, which are cylindrical and arranged coaxially with each other.
  • the cooling effect achieved thereby is unsatisfactory, especially with high waste heat and high outside temperatures. It is therefore an object of the invention to provide an improved cooling structure.
  • a spacer provided for windings which is used for the spatial separation and stabilization of winding parts
  • support elements are arranged, which are divided several times in the longitudinal direction of the winding.
  • a continuous volume is limited between the two surfaces of the spacer, which serve as an outer support surface, through which a cooling fluid, such as air or oil, can flow.
  • a cooling fluid such as air or oil
  • the support members can be freely arranged, so that the support effect is distributed more evenly around the circumference and thus the support elements are used more effectively.
  • the spacer is formed of two plates, each of the plates forming one of the first and second surfaces used to support the windings.
  • the spacer according to the invention is also suitable for other winding structures, reference will be made in the following mainly to windings which have the shape of a column and are designed as cylinders or hollow cylinders.
  • the cylinder may in this case be a circular cylinder or have a different cross section, for example an elliptical, rectangular or substantially square cross section.
  • the spacer or the first and second surface which serves as an outer support surface, extends generally in the direction of rotation of the winding. a local section with a certain distance to the longitudinal axis development.
  • the spacer may be formed of a cylinder, which is manufactured as a cylinder previously, and a plate, wherein the cylinder is provided inside or outside.
  • the spacer comprises a first layer and a second layer, each forming one of the first and second surfaces provided to support the windings, the layers having a rigid cylindrical shape corresponding to the outer surface of an inner winding section Inner surface of an outer winding portion substantially correspond.
  • the winding is formed by winding a conductor, starting in the middle of the winding. If a certain radial distance is then achieved, the rigid spacer according to the invention can be inserted, which thus adjoins an inner winding section. Thereafter, the winding on the second surface of the spacer, that is, the outer surface of the spacer, with the outer winding section or another winding of the same winding block of the winding is continued, thus directly to the outer surface, that is, to the second surface of the spacer, appends.
  • one of the respective first and second surfaces is formed by a respective one of the first and second layers, the layers comprising bendable plates.
  • the plates are preferably flexible in the later direction of rotation of the winding sections around the surfaces of the windings correspond to. If, for example, circular-cylindrical inner and outer winding sections are used, between which the spacer according to the invention is to be introduced, a flexibility of the plates in the radial direction with a radius of curvature which corresponds to the curvature of the outer surface of the inner winding section is sufficient. This can be achieved by using flexible materials.
  • flexible portions such as hinge pieces may be used between higher strength portions so that the spacer in the coil has a polygonal cross section.
  • the spacer can be made wound in a flat surface or wound to its maximum radius of curvature.
  • the first surface or the second surface may be provided for supporting the inner winding section or for supporting the outer winding section, wherein this assignment does not occur until the spacer is inserted into the winding.
  • the first and second surfaces are formed using bendable plates. These outer edges extend circumferentially after completion of the conductor winding and can form an upper and lower edge.
  • the support elements are in this case distributed in a direction from a lower edge to an upper edge and interrupted by the volume which is enclosed by the plates.
  • an outer edge of the first and second surfaces respectively, lies in a top surface of the coil when inserted into the coil and the second lies in the bottom surface of the coil, with the plates extending continuously from one outer edge to the other.
  • the spacer has a width, which is formed by the distance between two outer edges of the same surface, which corresponds to only a part of the height of the conductor winding. If the spacer is designed as a rigid tube, then, for example, several layers stacked one above the other are axially adjacent to one another In the same way, in the embodiment of the spacer in at least partially bendable plates of the spacer may have a width which corresponds to only a portion of the total height of the winding.
  • the spacer is in the form of a band which is so flexible that it can be wound up, in which case the spacer is inserted into the winding during winding by being spirally wound onto the winding like a conductor strip or conductor spiral arrangement of the spacer abuts a turn of the spacer directly or at a small distance to the subsequent turn of the spacer.
  • flexible layers form the first and second surface of the spacer, wherein the height of the winding corresponds to an integer multiple of the width of the layers.
  • a plurality of cylindrically arranged double-layer tapes are used, which are stacked on each other and are strung together so that they correspond in their sum to the longitudinal dimension of the winding.
  • the individual spacer elements then form a series of flexible, abutting sub-cylinders whose outer edges are perpendicular to the longitudinal axis of the winding.
  • the first and second surfaces are each formed continuously.
  • the first and second surfaces may be comprised of multiple sections that abut one another circumferentially and / or along the longitudinal axis of the windings.
  • the support elements between the surfaces in the circumferential direction and along the longitudinal axis of the winding between the first and second surface are evenly distributed, so that any support member is arranged at the same distance to all adjacent to this support elements.
  • the support element is connected by means of adhesion, positive engagement and / or material bond directly to the elements, such as rigid pipes or flexible plates or rigid or flexible layers, which are the first or form second surface.
  • the elements such as rigid pipes or flexible plates or rigid or flexible layers, which are the first or form second surface.
  • connection examples of possible types of connection are wedge, KJemm or screw.
  • Further examples are snap connections, riveting, pinning or soldering, welding, gluing or vulcanization.
  • wedge, screw, rivet or solder joints is to ensure that the first surface is electrically isolated from the second surface.
  • only electrically insulating materials are used.
  • metal elements it must be ensured that they are not radially continuous and that minimum clearances are provided in the radial direction, avoiding breakdowns.
  • each support member extends at the location where it is connected to the first and second surfaces, respectively, perpendicular to the first and second surfaces at that location.
  • support elements having the same length, cross-sectional shape and / or same cross-sectional areas are used. If the first surface has a different curvature than the second surface when the spacer is provided in the winding, different lengths may also be used to illustrate the curvature or curvature difference. This is the case, for example, when the first surface is adjacent to an inner winding whose shape has square components, for example thin windings around a rectangular core, and when the outer winding adjacent to the second surface should have a circular shape.
  • the support elements may have an elliptical, circular, rectangular or square cross-section. In this way, they can be made using a long rod which is separated at evenly spaced locations, for example by snowing. The cross-sectional shape of the long rod then corresponds to the cross section of the support element.
  • the spacer is made by means of two plates or coaxial tubes, between which the support elements are provided.
  • the first and second surfaces used for support are then referenced by the outer surface of the tubes. Hung formed as plates that faces away from the support members which are fixed between d ⁇ en tubes or plates.
  • the inner surfaces of the tubes or plates facing the support elements, together with the circumferential surface of the support elements, define the volume which, according to the invention, is continuous and permits unimpeded fluid flow in directions inclined to the outer edges of the plates.
  • an insulating material is used for the production of the spacer, in particular the support elements and / or the layers, that is tubes or plates, for example plastic, ceramic, Kunststoffharzgetränktes fiber fabric, Pertinax or a combination and / or material mixture thereof.
  • the material of the support members and / or the layers forming the first or second surface has an elasticity that exerts an appropriate force on the winding portions when the spacer is inserted in the winding.
  • the support elements may be made of plastic, resin impregnated glass fiber fabric or rubber at least in sections, so that each E lement comprises at least a portion having a spring action.
  • the flexible layers can be formed from an insulating mat, for example from a plastic mat.
  • an electrical component which comprises two winding sections that are physically separated by a spacer according to the invention.
  • the heat generated between the winding sections can be removed in an improved manner, in particular by convection currents which run inclined to the longitudinal axis of the winding sections.
  • the electrical component can be, for example, an electrical transformer having a power of 100 kVA to 100,000 kVA, 200 kVA to 50000 kVA or 250 kVA to 4000 kVA and formed of three winding blocks, each associated with a phase of a three-phase system. Each of these three winding blocks includes an inner winding section associated with the low voltage side and an outer winding section associated with the high voltage side.
  • the undervoltage side is designed for an operating voltage of 230 V, 380 V or 1 kV see, while the high-voltage side for voltages of at least 1 kV, for example, at least 10 kV or at least 2OkV is provided.
  • the operating voltage of the low voltage side is greater than 1 kV and that of the high voltage side is less than 1 kV.
  • the spacer according to the invention is provided coaxially to the longitudinal axis of each winding block and arranged in full between the inner winding section and the outer winding section.
  • the spacer serves to de de stability of the winding block and the mechanical connection between the high voltage side and the low voltage side.
  • the spacer forms a volume through which cooling fluid can flow in order to dissipate the heat generated in the high-voltage side and low-voltage side. For this reason, it is preferable to use a material having a high heat conductivity for forming the first and second surfaces.
  • temperature sensors and / or sensors for measuring the electric or magnetic field can be provided and fixed.
  • conductors may pass through the first and / or second surfaces to allow contacting or tapping of the winding sections.
  • These plated-through holes are preferably provided with a small cross-section, for example less than 5 cm 2 or less than 1 cm 2 , which does not substantially interrupt the first or second surface and thus does not substantially impair the mechanical stability at the contact point.
  • the spacer is provided between the inside of the winding block and the core, which is surrounded by the winding block.
  • the materials used to represent the spacer are at least partially self-extinguishing and release no gases in case of fire.
  • FIG. 1 shows a spacer according to the invention in a perspective view
  • FIG. 3 shows a cross section through a spacer according to the invention in one
  • FIG. 4 shows a cross section through a flexible spacer in a plane perpendicular to the first or second surface.
  • Fig. 1 shows a spacer according to the invention in a perspective view.
  • the spacer comprises a first surface (10) and a second surface (20).
  • the spacer has a circular cylindrical shape, so that the first surface (10) forms the inner surface which serves to support an inner winding portion (not shown), whereas the second surface (20) of the spacer is provided for supporting an outer winding portion.
  • the first surface has an upper outer edge (12a) and a lower outer edge (12b).
  • the second surface (20) has an upper outer edge (22a) and a lower outer edge (22b).
  • the outer edges are circular closed and parallel to each other.
  • a volume (30) is provided, which is provided for continuous cooling fluid flows.
  • Support members (40a-g) formed as single, radially extending members.
  • the support elements do not form a continuous surface between an upper outer edge (12a), (22a) and a lower outer edge (12b), (22b) but are interrupted several times by the volume (30). Due to this, convection currents along the circumference of the spacer are possible.
  • Fig. 1 only the first and second surfaces are shown, but not the body forming these surfaces.
  • the thin lines represent contours.
  • two layers are used which are cylindrical and coaxial with each other, the radially outer surface of the outer layer forming the second surface and the radially inner surface of the inner layer forming the first surface.
  • the radially outwardly facing surface of the inner layer and the radially inward facing surface of the outer layer form boundary planes of the interlayer volume.
  • the surfaces of the layers adjoining the internal volume are used for direct attachment of the support elements, so that in each case one of the two top surfaces of a cylindrical support element abuts directly against the volume-bordering surfaces of the layers and is secured thereto.
  • the immediate attachment may alternatively be an attachment by means of resilient, insulating and / or rigid elements.
  • the layers may be either rigid tubes or flexible plates, wherein the Fig. 1 represents the already curved state of the spacer holder, which may extend flat in the case of flexible or flexible layers or may be spirally wound for storage, before this in the conductor winding is introduced.
  • Fig. 2 shows a perspective view of a portion of a flexible flexible sheet spacer.
  • the spacer in Fig. 2 extends along a plane and can be made so easily, wherein the layers which form the first and second surface, respectively, for introducing the spacer into a conductor winding or between two Winding sections must be bent, for example by winding on the existing winding section.
  • first and second surfaces are shown in FIG. 2, which are formed by respective first and second layers, which in turn are not shown. Rather, only some of the contours or layers are shown.
  • the first and second surfaces are, for example, the inner surface of flexible layers adjacent to the intermediate support elements.
  • the spacer of Fig. 2 extends in a band shape and has two upper outer edges (112a), (122a) and two lower outer edges (112b), (122b). These outer edges define the first and second surfaces, which in turn bound the volume (130) therebetween, preferably in the radial direction.
  • the support members (140a-e) separating the first surface from the second are cylinders whose longitudinal axis is perpendicular to the first and second surfaces in a direction R. Each support member is spaced from the adjacent support member in a direction that has a component parallel to the path of the outer edges.
  • the volume (130) extends around each support member so that a fluid flow S passing through the volume (130) can lead in either direction. The fluid flows are substantially parallel to the first and second surfaces.
  • the spacer shown in FIG. 2 as a band is flexible in the direction perpendicular to the outer edges, that is, in the radial direction and perpendicular to the first and second surfaces, and thus may be formed as a self-contained body with one end of the band the other end of the band adjoins.
  • Fig. 3 shows a cross section of a spacer according to the invention is shown, which extends along a plane perpendicular to the longitudinal axis of the spacer.
  • the spacer shown in Fig. 3 is cylindrical and has a first layer (114) and a second layer (224).
  • the layers form coaxial cylinders, with the first side layer (214) forming an inner cylinder and the second layer (224) forming an outer cylinder.
  • the inwardly facing surface of the first layer (214) forms the first surface for supporting an inner winding portion (not shown), and the radially outward facing surface of the layer (224) forms the second surface for supporting an outer winding portion (not shown).
  • this volume support members (240) are mounted which support the inner layer (214) opposite the outer layer (224) and further allow convection flows through the volume in any direction of rotation.
  • heat that passes through the first layer (210) from the interior space (270) of the spacer into the volume (230) can be dissipated.
  • heat which enters the volume (230) from the outside space (280), for example from a surrounding winding can be dissipated.
  • the spacer of FIG. 3 may be formed by layers (214, 224) extending along a plane, which are then bent in a circular shape. The respective ends of the layers (224, 214) abut a pad (216, 226) and are preferably bonded together at that location.
  • the connection may include a frictional connection, positive connection or material connection, in particular screws, clamps, rivets, pinning, soldering, welding, gluing or connecting by means of a snap connection.
  • the support elements (240) are preferably distributed uniformly around the circumference or are uniformly spaced from each other in a direction parallel to the outer edges.
  • the layers (214, 224) without a contact point are already formed in one piece, for example by means of a seamless tube formation method.
  • the layers are in a direction perpendicular to the first or second surface flexible or at least partially flexible in order to perform a self-contained curvature can.
  • the layers are flexible only in a radial direction, that is to say towards the central axis and can not be bent outward.
  • FIG. 4 shows a cross section through a spacer according to the invention, which is formed from flexible layers.
  • the spacer shown in Fig. 4 extends along a plane and is bent before or during insertion in a conductor winding.
  • the spacer comprises a first surface (310) and a second surface (320). Between the layers (314, 324) support elements are arranged with the same distance from each other, which have the same cross-section and the same length. The support elements are fixedly connected to the first layer (314) and the second layer (324) and thus provide the constant distance between the first surface (310) and the second surface (320) or between the first and second layers (314, 324 ) for sure. Preferably, the support elements are glued to the layers. Between the support elements and the first and second layers (314, 324), a volume (330) is defined, through which a fluid flow can be conducted for cooling purposes. The first and second surfaces (310, 320) are provided for supporting an inner winding and an outer winding, respectively.
  • an inner winding or an inner winding section is first wound around a core or a holder. Then, for example, the spacer shown in Fig. 4 is wound around the inner winding portion, so that this orbits the inner winding exactly once. If the spacer is so wrapped around an inner winding, which has, for example, a cylindrical or circular cylindrical shape, the end faces (318a, 328a) of the layers (314, 324) near the opposite end faces (318b, 328b) of the layers arranged or at least partly directly to each other.
  • a tab may be provided which extends along a surface of the layers (314, 324) and which at least partially overlaps a portion of the layers at the opposite end, when the spacer is bent around the inner winding portion.
  • These blanks can be used for attachment.
  • further fasteners may be attached to the face ends (318, 328) or to one or two ends of one or both of the layers to secure the spacer surrounding an inner winding section.
  • the fastening elements are provided to act on the spacer with a certain tensile stress, for example by spring action of fasteners or the layer, so as to achieve a frictional force between the first or second surface and the respective winding sections.
  • the second surface has a larger circumference due to the distance between the second and first surfaces when the spacer is wound around an inner coil.
  • the layers (314, 324) may have different lengths such that the surface (310) has a length substantially equal to the circumference of the inner winding or slightly smaller than the circumference of the inner winding, and the second surface (320 ) has a length corresponding to the length of the outer winding.
  • the spacer shown in Fig. 4 comprises two flexible layers (314, 324) and has a portion (350) which has less flexibility than another portion (360).
  • the section (360) fewer or no support elements are provided, so that only the flexibility of the layers (314, 324) for the flexibility of the spacer plays a role.
  • the spacer in the section (350), the spacer has little, little or no flexibility, with some support elements provided in this section. Since the overall flexibility in section (350) is also determined by the support elements, which have a significantly higher stability or spring action due to their thickness, the flexibility of the section (250) is less than the flexibility in section (360). If the spacer is placed around a cylindrical inner winding, then the portion (350) has a larger radius of curvature than the portion (360), resulting in a polygon-like, but substantially round course of the spacer.
  • a free space may be provided in the volume (330), although tissue sections and / or flow guide elements may also be inserted in sections or completely. can be brought, which allow a fluid flow and at least partially gefphren.
  • the first surface is at the same distance from the second surface at each location.
  • the distance varies but is greater than a minimum distance and / or less than a maximum distance at any point.
  • the periodic arrangement of the support elements along the circumference may result in periodic variations in the distance between the first and second surfaces.
  • the support elements can also be distributed periodically along the longitudinal axis of the spacer, that is, in a direction perpendicular to the course of the outer edges or in the axial direction.
  • the spacer may be formed in the shape of a cooling channel cylinder, wherein the cooling channels are formed by or provided in the volume between the first and the second surface.
  • the outer edge of the first surface may be parallel to each other, wherein the outer edges of the second surface are preferably parallel to each other.
  • the two outer edges of the first surface preferably have the same radial distance to a longitudinal axis of the spacer and are offset from each other in the axial direction. In the same way, the two outer edges of the second surface are offset from each other in the axial direction and arranged with the same radius to the longitudinal axis of the spacer or the conductor winding.
  • an outer edge of the first surface extends in the axial height as an outer edge of the second surface, wherein the exits of the second surface have a greater radial distance to the longitudinal axis of the spacer than the opposite outer edge of the first surface.
  • the outer edges preferably form a largely or completely closed curve, for example a circular curve, an ellipse or another geometric shape with at least one axis of symmetry.
  • the second surface may abut a circumferential insulating layer which prevents the spacer from bending due to the spring force of flexible layers forming the first and second surfaces of the spacer.
  • a circumferential insulating layer can be used in combination with other fasteners.
  • the spacer comprises two semi-cylindrical parts of equal size which complement each other to form a cylindrical tube when assembled together.
  • Each part preferably covers half the circumference of the spacer.
  • the parts can be made of rigid or only slightly flexible layers, whose radial spring action is used for attachment to an inner winding section by the parts can be clamped around the inner winding with radial clamping force.
  • fasteners can be used which mechanically connect the two parts together, for example the above-mentioned elements for fixing flexible layers.
  • the support elements may be formed as a solid cylinder or as a hollow cylinder with a wall thickness that is adapted to the distribution of the support elements on the first and second surface and provides the required stability.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
  • Insulating Of Coils (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abstandhalter für Leiterwicklungen, wobei der Abstandhalter eine erste Oberfläche (10) und eine zweite Oberfläche (20), die beabstandet zu der ersten Oberfläche (10) vorgesehen ist, und die erste und die zweite Oberfläche (10, 20) jeweils mindestens zwei Aussenkanten (12a, 12b; 22a, 22b) aufweisen, ein Volumen (30), das sich zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche (10, 20) erstreckt und das für Fluidströmungen (S) durchgängig ist, sowie Stützelemente (40a-e) umfasst, die zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche (10, 20) angeordnet sind und diese kraftübertragend miteinander verbinden. Die Stützelemente (40 a-e) sind zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche (20) und zwischen den Aussenkanten (12a, 12b; 22a, 22b) angeordnet und das Volumen (30) trennt die Stützelemente (40a-e) in jeder von einer (112b, 122b) zu der gegenüberliegenden Aussenkante (112a, 122a) führenden Richtung (S) mehrfach voneinander.

Description

Abstandhalter für Wicklungen
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
In zahlreichen elektrischen Bauteilen werden Wicklungen zur Realisierung von elektromagnetischen Bauteilen verwendet. Durch den ohmschen Widerstand der Wicklungen entsteht Wärme, die insbesondere bei Hochleistungsbauteilen gezielt abgeführt werden muss. Daher wird zwischen Wicklungen eines Wicklungsblocks ein Raum eingeführt, durch den Kühlluft oder Kühlöl fließen kann, um die in der Wicklung entstehende Wärme einer Wärmesenke durchzuführen.
Die Erfindung betrifft einen Abstandhalter, mit dem ein solcher Raum ausgebildet werden kann und ist insbesondere für Transformatorenwicklungen geeignet.
Stand der Technik
Es sind Hochleistungstransformatoren bekannt, die im Wesentlichen aus einem magnetischen Kern und drei Wicklungsblöcken bestehen, wobei jeder Block einer Phase eines Drehstromsystems zugeordnet ist und der Kern die Wicklungsblöcke magnetisch verbindet. Jeder Wicklungsblock dieses Transformators umfasst eine Oberspannungswicklung und eine Unterspannungswicklung, die zylindrisch ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet sind. In dem zylindrischen Raum zwischen der Oberspannungswicklung und der Unterspannungswicklung sind axial entlang der gesamten Wicklung verlaufenden Leisten vorgesehen, die eine Länge aufweisen, die der Gesamthöhe des Wicklungsblocks entspricht. Die dadurch erreichte Kühlungswirkung ist jedoch besonders bei hoher Abwärme und b,ohen Außentemperaturen nicht zufrieden stellend. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Kühlstruktur vorzusehen.
Abriss der Erfindung
Erfindungsgemäß werden in einem für Wicklungen vorgesehenen Abstandhalter, der zum räumlichen Trennen und Stabilisieren von Wicklungsteilen verwendet wird, Stützelemente angeordnet, die in Längsrichtung der Wicklung mehrfach unterteilt sind. Dadurch wird zwischen den zwei Oberflächen des Abstandhalters, die als äußere Stützfläche dienen, ein durchgängiges Volumen begrenzt, durch das ein Kühlfluid, beispielsweise Luft oder Öl, fließen kann. Die Kühlungsströmung kann so nicht nur senkrecht zur Längsachse der Wicklung fließen, sondern kann auch in einer Richtung fließen, die quer zur Längsachse verläuft, und eine Richtungskomponente entlang der Umlaufrichtung der Wicklung enthält.
Ferner kann so gegenüber dem Stand der Technik hinsichtlich der Stützelemente Material gespart werden, ohne die Stabilität zu verringern. Dadurch wird gleichzeitig eine Gewichtsverringerung erreicht. Zudem können die Stützelemente frei angeordnet werden, so dass die Stützwirkung gleichmäßiger um den Umfang verteilt wird und somit die Stützelemente effektiver verwendet werden.
Erfindungsgemäß wird der Abstandshalter aus zwei Platten gebildet, wobei jede der Platten eine der ersten und zweiten Oberfläche ausbildet, die zur Stützung der Wicklungen verwendet werden. Obwohl sich der erfindungsgemäße Abstandhalter auch für andere Wicklungsstrukturen eignet, wird im Folgenden vor allem auf Wicklungen Bezug genommen, die die Form einer Säule haben und als Zylinder beziehungsweise Hohlzy- linder ausgebildet sind. Der Zylinder kann hierbei ein Kreiszylinder sein oder einen anderen Querschnitt aufweisen, beispielsweise einen elliptischen, rechteckigen oder im Wesentlichen quadratischen Querschnitt. In Kombination mit einer solchen Wicklungsstruktur verläuft der Abstandhalter beziehungsweise die erste und zweite Oberfläche, die als äußere Stützfläche dient, im Allgemeinen in Umlaufrichtung der Wicklung bezie- hungsweise eines lokalen Abschnitts mit einem bestimmten Abstand zur Längsachse Ver wicklung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Abstandshalter aus einem Zylinder, der als Zylinder vorher hergestellt ist, und einer Platte gebildet sein, wobei der Zylinder innen oder außen vorgesehen ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Abstandhalter eine erste Schicht und eine zweite Schicht, die jeweils eine der ersten und zweiten Oberflächen bilden, die zur Stützung der Wicklungen vorgesehen sind, wobei die Schichten eine starre zylindrische Form aufweisen, die der Außenfläche eines inneren Wicklungsabschnitts beziehungsweise der Innenfläche eines äußeren Wicklungsabschnittes im Wesentlichen entsprechen.
Bei der Herstellung eines elektrischen Bauteils mit einer Wicklung, die einen erfindungsgemäßen Abstandhalter aufweist, wird so, beginnend in der Mitte der Wicklung, die Wicklung durch Aufwickeln eines Leiters gebildet. Wird dann ein bestimmter Radialabstand erreicht, kann der erfindungsgemäße starre Abstandhalter eingefügt werden, der sich so an einen inneren Wicklungsabschnitt anschließt. Daraufhin wird die Wicklung an der zweiten Oberfläche des Abstandhalters, das heißt der Außenfläche des Abstandhalters, mit dem äußeren Wicklungsabschnitt beziehungsweise einer weiteren Wicklung des selben Wicklungsblocks der Wicklung fortgeführt, die sich somit direkt an die Außenfläche, das heißt an die zweite Oberfläche des Abstandhalters, anfügt. Durch die starre Form des Abstandhalters wird eine hohe Festigkeit erreicht, jedoch zu Lasten einer geringeren Flexibilität hinsichtlich der Anordnung im Wicklungsblock, die sich durch die vorgegebene Geometrie der inneren und äußeren Wicklungsabschnitte ergibt. Durch die starre Form der ersten und zweiten Schicht sind jedoch weniger Stützelemente erforderlich, um die gleiche Stützwirkung zu erhalten.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird eine der jeweils ersten und zweiten Oberfläche durch jeweils eine der ersten und zweiten Schichten gebildet, wobei die Schichten biegbare Platten umfassen. Die Platten sind vorzugsweise in der späteren Umlaufrichtung der Wicklungsabschnitte biegsam, um den Oberflächen der Wicklungen zu entsprechen. Werden beispielsweise kreiszylindrische innere und äußere Wick- k-ingsabschnitte verwendet, zwischen denen der erfindungsgemäße Abstandhalter einzubringen ist, so genügt eine Biegsamkeit der Platten in radialer Richtung mit einem Krümmungsradius, der der Krümmung der Außenfläche des inneren Wicklungsabschnitts entspricht. Dies kann erreicht werden, indem biegsame Materialien verwendet werden.
Alternativ oder in Kombination hierzu können flexible beziehungsweise biegsame Abschnitte, beispielsweise Scharnierstücke, zwischen Abschnitten mit höherer Festigkeit verwendet werden, so dass der Abstandhalter in der Wicklung einen polygonalen Querschnitt aufweist. In einer Ausführungsform, in der biegbare Platten oder Schichten verwendet werden, kann der Abstandhalter in einer ebenen Fläche oder gemäß seinem maximalen Krümmungsradius aufgewickelt hergestellt werden. Bei derartigen Abstandhaltern kann die erste Oberfläche beziehungsweise die zweite Oberfläche zur Stützung des inneren Wicklungsabschnitts oder zur Stützung des äußeren Wicklungsabschnitts vorgesehen werden, wobei sich diese Zuordnung erst bei dem Einfügen des Abstandhalters in die Wicklung ergibt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden unter Verwendung von biegbaren Platten die erste und die zweite Oberfläche ausgebildet, die jeweils zwei Außenkanten aufweisen. Diese Außenkanten verlaufen nach Fertigstellung der Leiterwicklung umfänglich und können einen obere und untere Kante ausbilden. Erfindungsgemäß sind die Stützelemente hierbei in einer Richtung von einer unteren Kante zu einer oberen Kante verteilt und von dem Volumen unterbrochen, das von den Platten eingeschlossen wird. In einer Ausführungsform liegt eine Außenkante der ersten beziehungsweise der zweiten Oberfläche in einer Kopffläche der Wicklung, wenn sie in die Wicklung eingebracht wurde und die zweite liegt in der Bodenfläche der Wicklung, wobei sich die Platten durchgängig von der einen Außenkante zu der anderen erstrecken.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Abstandhalter eine Breite auf, die durch den Abstand zweier Außenkanten der gleichen Oberfläche gebildet wird, die nur einem Teil der Höhe der Leiterwicklung entspricht. Ist der Abstandhalter als starres Rohr ausgebildet, so sind beispielsweise mehrere übereinander geschichtete axial aneinander stoßende Röhren notwendig, deren Gesamthöhe der Höhe, das heißt der Längsaus- (Jehnung der Leiterwicklung entspricht. In gleicher weise kann bei der Ausführung des Abstandhalters in zumindest abschnittsweise biegbaren Platten der Abstandhalter eine Breite aufweisen, die nur einem Teil der Gesamthöhe der Wicklung entspricht. Beispielsweise hat der Abstandhalter die Form eines Bands, das so biegsam ist, dass es aufgewickelt werden kann. In diesem Fall wird der Abstandhalter beim Wickeln in die Wicklung eingebracht, indem dieser wie ein Leiterband oder Leiter spiralförmig auf die Wicklung aufgewickelt wird. Bei einer solchen spiralförmigen Anordnung des Abstandhalters stößt eine Windung des Abstandhalters direkt oder mit geringem Abstand an die darauf folgende Windung des Abstandhalters an.
In einer weiteren Ausführungsform bilden biegsame Schichten die erste und zweite O- berfläche des Abstandhalters, wobei die Höhe der Wicklung einem ganzzahligen Vielfachen der Breite der Schichten entspricht. Vorzugsweise werden mehrere zylindrisch angeordnete Doppelschichtbänder verwendet, die aufeinandergestapelt sind und derart aneinandergereiht sind, dass sie in ihrer Summe der Längsabmessung der Wicklung entsprechen. Die einzelnen Abstandhalterelemente bilden dann eine Reihe flexibler, aneinanderstoßender Teilzylinder, deren Außenkanten senkrecht zur Längsachse der Wicklung verlaufen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste und zweite Oberfläche jeweils durchgängig ausgebildet. Alternativ können die erste und zweite Oberfläche aus mehreren Abschnitten bestehen, die umfänglich und/oder entlang der Längsachse der Wicklungen aneinanderstoßen.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Stützelemente zwischen den Oberflächen in umfänglicher Richtung und entlang der Längsachse der Wicklung zwischen der ersten und zweiten Oberfläche gleichmäßig verteilt, so dass ein beliebiges Stützelement mit dem gleichen Abstand zu allen zu diesem benachbarten Stützelementen angeordnet ist.
Das Stützelement wird mittels Kraftschluss, Formschluss und/oder Stoffschluss direkt mit den Elementen, beispielsweise starren Rohren oder biegsamen Platten beziehungsweise starre oder flexible Schichten verbunden, die die erste beziehungsweise zweite Oberfläche ausbilden. Beispiele für mögliche Verbindungsarten sind Keil-, KJemm- oder Schraubverbindungen. Weitere Beispiele sind Schnappverbindungen, Nieten, Verstiften beziehungsweise Löten, Schweißen, Kleben oder Vulkanisieren. Insbesondere bei der Verwendung von Keil-, Schraub-, Niet- oder Lötverbindungen ist darauf zu achten, dass die erste Oberfläche elektrisch von der zweiten Oberfläche isoliert ist. Vorzugsweise werden ausschließlich elektrisch isolierende Materialien verwendet. Bei der Verwendung von Metallelementen ist darauf zu achten, dass diese nicht radial durchgängig sind und dass Mindestabstände in radialer Richtung vorgesehen werden, die Durchschläge vermeiden.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich jedes Stützelement an dem Ort, an dem es mit der ersten beziehungsweise zweite Oberfläche verbunden ist, senkrecht zu der ersten beziehungsweise zweiten Oberfläche an diesem Ort.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden Stützelemente mit der gleichen Länge, Querschnittsform und/oder gleichen Querschnittsflächen verwendet. Falls die erste O- berfläche eine andere Krümmungsform aufweist als die zweite Oberfläche, wenn der Abstandhalter in der Wicklung vorgesehen ist, können auch verschiedene Längen zum Darstellen der Krümmung beziehungsweise des Krümmungsunterschiedes verwendet werden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die erste Oberfläche an eine Innenwicklung angrenzt, deren Form quadratische Komponenten hat, beispielsweise bei dünnen Wicklungen um einen rechteckigen Kern, und wenn die äußere Wicklung, die an die zweite Oberfläche angrenzt, eine kreisförmige Form aufweisen soll.
Die Stützelemente können einen elliptischen, kreisförmigen, rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen. Auf diese Weise können diese unter Verwendung eines langen Stabs hergestellt werden, der an gleichmäßig beabstandeten Stellen getrennt beziehungsweise unterbrochen wird, beispielsweise durch Schneien. Die Querschnittsform des langen Stabs entspricht dann dem Querschnitt des Stützelements.
Vorzugsweise wird der Abstandhalter mittels zweier Platten oder koaxialer Rohre hergestellt, zwischen denen die Stützelemente vorgesehen sind. Die zur Stützung verwendete erste und zweite Oberfläche wird dann durch die Außenfläche der Rohre bezie- hungsweise Platten gebildet, die von den Stützelementen wegweist, welche zwischen d^en Rohren beziehungsweise Platten befestigt sind. Die Innenflächen der Rohre beziehungsweise Platten, welche zu den Stützelementen hingewandt sind, definieren zusammen mit der Umlauffläche der Stützelemente das Volumen, welches erfindungsgemäß durchgängig ist und ungehinderte Fluidströmungen in Richtungen erlaubt, die zu den Außenkanten der Platten geneigt sind.
Vorzugsweise wird zur Herstellung des Abstandhalters, insbesondere der Stützelemente und/oder der Schichten, das heißt Rohre beziehungsweise Platten ein isolierender Werkstoff verwendet, beispielsweise Kunststoff, Keramik, kunstharzgetränktes Fasergewebe, Pertinax oder eine Kombination und/oder Materialmischung hiervon. Vorzugsweise weist das Material der Stützelemente und/oder der Schichten, die die erste oder zweite Oberfläche bilden, eine Elastizität auf, die eine geeignete Kraft auf die Wicklungsabschnitte ausübt, wenn der Abstandhalter in der Wicklung eingesetzt ist. Beispielsweise können die Stützelemente aus Kunststoff, kunstharzgetränktem Glasfasergewebe oder Kautschuk zumindest abschnittsweise hergestellt sein, so dass jedes E- lement zumindest einen Abschnitt umfasst, der eine Federwirkung aufweist. Ferner können die flexiblen Schichten aus einer isolierenden Matte ausgebildet sein, beispielsweise aus einer Kunststoffmatte.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein elektrisches Bauteil vorgesehen, das zwei Wicklungsabschnitte umfasst, die körperlich durch einen erfindungsgemäßen Abstandhalter getrennt sind. Dadurch kann die zwischen den Wicklungsabschnitten entstehende Wärme verbessert abgeführt werden, insbesondere durch Konvektionsströmungen, die geneigt zur Längsachse der Wicklungsabschnitte verlaufen.
Das elektrische Bauteil kann beispielsweise ein elektrischer Transformator sein, der eine Leistung von 100 kVA bis 100000 kVA, 200 kVA bis 50000 kVA oder 250 kVA bis 4000 kVA aufweist und aus drei Wicklungsblöcken gebildet ist, die jeweils einer Phase eines Drehstromsystems zugeordnet sind. Jeder dieser drei Wicklungsblöcke umfasst einen inneren Wicklungsabschnitt, der der Unterspannungsseite zugeordnet ist, und einen äußeren Wicklungsabschnitt, der der Oberspannungsseite zugeordnet ist. Die Unterspannungsseite ist für eine Betriebsspannung von 230 V, 380 V oder 1 kV vorge- sehen, während die Oberspannungsseite für Spannungen von mindestens 1 kV, beispielsweise mindestens 10 kV oder mindestens 2OkV vorgesehen ist. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, dass die Betriebsspannung der Unterspannungsseite größer als 1 kV und die der Oberspannungsseite kleiner als 1 kV ist.
Der erfindungsgemäße Abstandhalter ist koaxial zu der Längsachse jedes Wicklungsblocks vorgesehen und zwischen dem inneren Wicklungsabschnitt und dem äußeren Wicklungsabschnitt vollumfänglich angeordnet. Der Abstandhalter dient zum Einen de Stabilität des Wicklungsblocks und der mechanischen Verbindung zwischen der Oberspannungsseite und der Unterspannungsseite. Zum Anderen bildet der Abstandhalter ein Volumen aus, durch das Kühlfluid strömen kann, um die in der Oberspannungsseite und Unterspannungsseite entstehende Wärme abführen zu können. Aus diesem Grund wird vorzugsweise zum Ausbilden der ersten und zweiten Oberfläche ein Material verwendet, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
In dem Zwischenraum, den der Abstandhalter ausbildet, können Temperatursensoren und/oder Sensoren zur Messung des elektrischen oder magnetischen Feldes vorgesehen und befestigt sein. Zudem können Leiter durch die erste und/oder zweite Oberfläche hindurch treten, um ein Kontaktieren oder Anzapfen der Wicklungsabschnitte zu ermöglichen. Diese Durchkontaktierungen werden vorzugsweise mit einem kleinen Querschnitt, beispielsweise kleiner als 5 cm2 oder kleiner als 1 cm2, vorgesehen der die erste beziehungsweise zweite Oberfläche nicht wesentlich unterbricht und so die mechanische Stabilität an der Kontaktstelle nicht wesentlich beeinträchtigt.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Abstandhalter zwischen der Innenseite des Wicklungsblocks und dem Kern vorgesehen, der von dem Wicklungsblock umgeben ist.
Vorzugsweise sind die zur Darstellung des Abstandhalters verwendeten Materialien zumindest teilweise selbstlöschend und setzen bei Brand keine Gase frei.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen. Kurzbeschreibung der Figuren
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung, vorteilhafte Weiterbildungen und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Abstandhalter in perspektivischer Ansicht,
Fig. 2 eine Abschnitt eines biegsamen Abstandhalters,
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Abstandhalter in einer
Ebene senkrecht zur Längsachse des Abstand halters und
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine biegsamen Abstandhalter in einer Ebene senkrecht zur ersten beziehungsweise zweiten Oberfläche.
Beschreibung der Figuren
Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Abstandhalter in perspektivischer Ansicht. Der Abstandhalter umfasst eine erste Oberfläche (10) und eine zweite Oberfläche (20). Der Abstandhalter weist eine kreiszylindrische Form auf, so dass die erste Oberfläche (10) die Innenfläche bildet, welche zur Stützung eines inneren Wicklungsabschnittes (nicht dargestellt) dient, wohingegen die zweite Oberfläche (20) des Abstand halters zur Stützung eines äußeren Wicklungsabschnitts vorgesehen ist.
Die erste Oberfläche weist eine obere Außenkante (12a) und eine untere Außenkante (12b) auf. In gleicher Weise weist die zweite Oberfläche (20) eine obere Außenkante (22a) und eine untere Außenkante (22b) auf. Die Außenkanten sind kreisförmig in sich geschlossen und parallel zueinander. Zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche ist ein Volumen (30) vorgesehen, das für durchgängige Kühlfluidströmungen vorgesehen ist. Zur Abstützung der ersten Oberfläche zu der zweiten Oberfläche dienen Stützelemente (40a-g), die als einzelne, sich radial erstreckende Elemente ausgebildet $jnd. Dadurch bilden die Stützelemente zwischen einer oberen Außenkante (12a), (22a) und einer unteren Außenkante (12b), (22b) keine durchgehende Fläche sondern werden mehrfach von dem Volumen (30) unterbrochen. Auf Grund dessen sind Konvekti- onsströmungen entlang des Umfangs des Abstandhalters möglich.
In der Fig. 1 sind lediglich die erste und zweite Oberfläche dargestellt, nicht jedoch der Körper, der diese Oberflächen ausbildet. Die dünnen Linien stellen Konturen dar. Vorzugsweise werden zwei Schichten verwendet, die zylindrisch und koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die in radialer Richtung außen liegende Oberfläche der äußeren Schicht die zweite Oberfläche bildet und die radial innen liegende Oberfläche der inneren Schicht die erste Oberfläche bildet. Die radial nach außen weisende Fläche der inneren Schicht und die radial nach innen weisende Oberfläche der äußeren Schicht bilden Begrenzungsebenen des zwischen den Schichten liegenden Volumens. Gleichzeitig werden die zu dem inneren Volumen angrenzenden Oberflächen der Schichten zur unmittelbaren Befestigung der Stützelemente verwendet, so dass jeweils eine der beiden Kopfflächen eines zylindrischen Stützelements direkt an die zum Volumen angrenzenden Oberflächen der Schichten anstößt und mit dieser befestigt ist. Die unmittelbare Befestigung kann alternativ eine Befestigung mittels federnder, isolierender und/oder starrer Elemente sein.
Die Schichten können entweder starre Rohre oder biegsame Platten sein, wobei die Fig. 1 den bereits gekrümmten Zustand des Abstand halters darstellt, der im Falle von flexiblen beziehungsweise biegsamen Schichten sich eben erstrecken kann oder zur Lagerung spiralförmig aufgewickelt sein kann, bevor dieser in die Leiterwicklung eingebracht wird.
Die Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines biegsamen beziehungsweise flexiblen Abstandhalters aus biegsamen Platten. Der Abstandhalter in der Fig. 2 erstreckt sich entlang einer Ebene und kann so einfach hergestellt werden, wobei die Schichten, welche die erste beziehungsweise zweite Oberfläche bilden, zum Einbringen des Abstandhalters in eine Leiterwicklung beziehungsweise zwischen zwei Wicklungsabschnitte gebogen werden müssen, beispielsweise durch Aufwickeln auf den bestehenden Wicklungsabschnitt.
Wie in Fig. 1 sind auch in Fig. 2 nur die erste und die zweite Oberfläche dargestellt, die durch jeweilige erste und zweite Schichten gebildet werden, welche wiederum nicht dargestellt sind. Vielmehr sind nur einige der Konturen oder Schichten dargestellt. Die erste und zweite Oberfläche sind beispielsweise die Innenfläche von biegsamen Schichten, die zu den dazwischen liegenden Stützelementen angrenzen.
Der Abstandhalter von Fig. 2 erstreckt sich bandförmig und weist zwei obere Außenkanten (112a), (122a) sowie zwei untere Außenkanten (112b), (122b) auf. Diese Außenkanten begrenzen die erste und zweite Oberfläche, welche wiederum das dazwischen liegende Volumen (130) begrenzen, vorzugsweise in radialer Richtung. Die Stützelemente (140a-e), welche die erste Oberfläche von der zweiten trennen, sind Zylinder, deren Längsachse senkrecht zu der ersten und zweiten Oberfläche in einer Richtung R verläuft. Jedes Stützelement ist von dem benachbarten Stützelement in einer Richtung beabstandet, die eine Komponente parallel zum Verlauf der Außenkanten aufweist. Mit anderen Worten erstreckt sich das Volumen (130) um jedes Stützelement herum, so dass eine durch das Volumen (130) führende Fluidströmung S in jede Richtung führen kann. Die Fluidströmungen verlaufen im Wesentlichen parallel zur ersten und zweiten Oberfläche.
Der in Fig. 2 als Band dargestellte Abstandhalter ist in die Richtung senkrecht zu den Außenkanten, das heißt in radialer Richtung und senkrecht zu der ersten und zweiten Oberfläche biegsam, und kann so als in sich geschlossener Körper ausgebildet werden, wobei ein Ende des Bands an das andere Ende des Bands angrenzt.
Auf diese Weise lässt sich aus dem in Fig. 2 dargestellten Band der zylindrische Abstandhalter ausformen.
In der Fig. 3 ist ein Querschnitt eines erfindungsgemäßen Abstand halters dargestellt, der entlang einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Abstandhalters verläuft. Der in Fig. 3 dargestellte Abstandhalter ist zylindrisch und weist eine erste Schicht (114) und eine zweite Schicht (224) auf. Die Schichten bilden koaxiale Zylinder, wobei die erste S.chicht (214) einen inneren Zylinder und die zweite Schicht (224) einen äußeren Zylinder bildet. Die nach innen weisende Oberfläche der ersten Schicht (214) bildet die erste Oberfläche zum Stützen eines inneren Wicklungsabschnitts (nicht dargestellt) und die radial nach außen weisende Fläche der Schicht (224) bildet die zweite Oberfläche zur Stützung eines äußeren Wicklungsabschnitts (nicht dargestellt).
Die Außenfläche der ersten Schicht (214), die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, bildet zusammen mit der Innenfläche der zweiten Schicht (224), welche der zweiten Oberfläche (220) gegenüberliegt, das Volumen (230) aus, das von den zwei Schichten eingeschlossen wird. In diesem Volumen sind Stützelemente (240) angebracht, die die innere Schicht (214) gegenüber der äußeren Schicht (224) stützen und ferner Konvekti- onsströmungen durch das Volumen in einer beliebigen Umlaufrichtung ermöglichen. Dadurch kann Wärme, die durch die erste Schicht (210) aus dem Innenraum (270) des Abstandhalters in das Volumen (230) tritt, abgeführt werden. In gleicher weise kann Wärme, die aus dem Außenraum (280), beispielsweise aus einer umgebenden Wicklung in das Volumen (230) tritt, abgeführt werden.
Der Abstandhalter von Fig. 3 kann durch entlang einer Ebene verlaufende Schichten (214, 224) ausgebildet werden, die daraufhin in Kreisform gebogen werden. Die jeweiligen Enden der Schichten (224, 214) stoßen an eine Kontaktstelle (216, 226) und werden an dieser Stelle vorzugsweise miteinander verbunden. Die Verbindung kann einen Kraftschluss, Formschluss oder Stoffschluss umfassen, insbesondere Schrauben, Klemmen, Nieten, Verstiften, Löten, Schweißen, Kleben oder Verbinden mittels einer Schnappverbindung.
Die Stützelemente (240) sind vorzugsweise gleichmäßig um den Umfang verteilt beziehungsweise sind gleichmäßig in einer zu den Außenkanten parallelen Richtung zueinander beabstandet.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Schichten (214, 224) ohne Kontaktstelle bereits einteilig ausgebildet, beispielsweise mittels eines nahtlosen Rohrbildungsverfahrens. In einer weiteren Ausführung sind die Schichten in einer Richtung senkrecht zur ersten beziehungsweise zweiten Oberfläche flexibel oder zumindest abschnittsweise flexibel, um eine in sich geschlossene Krümmung ausführen zu können. Gemäß einer weiteren Ausführung sind die Schichten nur in eine Radialrichtung flexibel, das heißt zur Mittelachse hin und können nicht nach außen gebogen werden.
Die Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Abstandhalter, der aus biegsamen Schichten ausgebildet ist. Der in Fig. 4 dargestellte Abstandhalter verläuft entlang einer Ebene und wird vor oder während des Einfügens in einer Leiterwicklung gebogen.
Der Abstandhalter umfasst eine erste Oberfläche (310) und eine zweite Oberfläche (320). Zwischen den Schichten (314, 324) sind Stützelemente mit gleichem Abstand zueinander angeordnet, die den gleichen Querschnitt und die gleiche Länge aufweisen. Die Stützelemente sind mit der ersten Schicht (314) und der zweiten Schicht (324) fest verbunden und stellen so den konstanten Abstand zwischen der ersten Oberfläche (310) und der zweiten Oberfläche (320) beziehungsweise zwischen der ersten und zweiten Schicht (314, 324) sicher. Vorzugsweise sind die Stützelemente auf die Schichten aufgeklebt. Zwischen den Stützelementen und der ersten und zweiten Schicht (314, 324) wird ein Volumen (330) definiert, durch das zu Kühlungszwecken eine Fluidströ- mung geleitet werden kann. Die erste und zweite Oberfläche (310, 320) sind zum Abstützen einer inneren Wicklung beziehungsweise einer äußeren Wicklung vorgesehen.
Um diesen Stützeffekt zu erreichen, wird zunächst eine innere Wicklung beziehungsweise ei innerer Wicklungsabschnitt um einen Kern oder eine Halterung gewickelt. Daraufhin wird beispielsweise der in Fig. 4 dargestellte Abstandhalter um den inneren Wicklungsabschnitt gewickelt, so dass dieser die innere Wicklung genau einmal umläuft. Wird der Abstandhalter derart um eine innere Wicklung geschlagen, die beispielsweise eine zylindrische oder kreiszylindrische Form aufweist, so sind die Stirnflächen (318a, 328a) der Schichten (314, 324) nahe den gegenüberliegenden Stirnflächen (318b, 328b) der Schichten angeordnet oder stoßen zumindest teilweise direkt aneinander. Beispielsweise kann an einem der Stirnenden eine Lasche vorgesehen werden, die entlang einer Oberfläche der Schichten (314, 324) verläuft, und die sich mit einem Teil der Schichten an dem entgegengesetzten Ende zumindest teilweise überlappt, wenn der Abstandhalter um den inneren Wicklungsabschnitt herum gebogen ist. Diese Loschen können zur Befestigung verwendet werden. Zudem können weitere Befestigungselemente an den Stirnenden (318, 328) oder an einem oder zwei Enden einer der Schichten oder beider Schichten angebracht sein, um den Abstandhalter, der einen inneren Wicklungsabschnitt umgreift, zu befestigen.
Vorzugsweise sind die Befestigungselemente vorgesehen, den Abstandhalter mit einer gewissen Zugspannung zu beaufschlagen, beispielsweise durch Federwirkung von Befestigungselementen oder der Schicht, umso eine Reibkraft zwischen der ersten oder zweite Oberfläche und der jeweiligen Wicklungsabschnitte zu erreichen. In einer Ausführung wird berücksichtigt, dass die zweite Oberfläche durch den Abstand zwischen der zweiten und der ersten Oberfläche einen größeren Umfang aufweist, wenn der Abstandhalter um eine innere Wicklung gewickelt ist. Ferner können die Schichten (314, 324) verschiedene Längen aufweisen, so dass die Oberfläche (310) eine Länge hat, die im Wesentlichen dem Umfang der inneren Wicklung entspricht oder geringfügig kleiner als der Umfang der inneren Wicklung ist, und die zweite Oberfläche (320) eine Länge aufweist, die der Länge der äußeren Wicklung entspricht.
Der in Fig. 4 dargestellte Abstandhalter umfasst zwei flexible Schichten (314, 324) und hat einen Abschnitt (350), der eine geringere Flexibilität als ein weiterer Abschnitt (360) aufweist. In dem Abschnitt (360) sind weniger oder keine Stützelemente vorgesehen, so dass lediglich die Flexibilität der Schichten (314, 324) für die Biegsamkeit des Abstandhalters eine Rolle spielt. Hingegen im Abschnitt (350) weist de Abstandhalter nur eine geringe, eine kleinere oder keine Flexibilität auf, wobei in diesem Abschnitt einige Stützelemente vorgesehen sind. Da die Gesamtflexibilität in dem Abschnitt (350) auch durch die Stützelemente bestimmt wird, die auf Grund ihrer Dicke eine deutlich höhere Stabilität beziehungsweise Federwirkung aufweisen, ist die Biegsamkeit des Abschnittes (250) geringer als die Biegsamkeit im Abschnitt (360). Wird der Abstandhalter um eine zylindrische Innenwicklung gelegt, so weist der Abschnitt (350) einen größeren Krümmungsradius als der Abschnitt (360) auf, wodurch sich ein polygonähnlicher, jedoch im Wesentlichen runder Verlauf des Abstandhalters ergibt.
In dem Volumen (330) kann ein Freiraum vorgesehen sein, wobei jedoch auch abschnittsweise oder vollständig Gewebe und/oder Strömungsführungselemente einge- bracht sein können, die eine Fluidströmung ermöglichen und zumindest abschnittsweise fphren.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die erste Oberfläche an jeder Stelle den gleichen Abstand zu der zweiten Oberfläche auf. In einer weiteren Ausführung variiert der Abstand, ist jedoch an jeder Stelle größer als ein Minimalabstand und/oder kleiner als ein Maximalabstand. Durch die periodische Anordnung der Stützelemente entlang des Umfangs können sich periodische Schwankungen des Abstands zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche ergeben. Ferner können die Stützelemente auch entlang der Längsachse des Abstandhalters, das heißt in einer Richtung senkrecht zu dem Verlauf der Außenkanten beziehungsweise in axialer Richtung periodisch verteilt sein.
Der Abstandhalter kann in der Form eines Kühlkanalzylinders ausgebildet sein, wobei die Kühlkanäle durch das Volumen zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche ausgebildet werden oder in diesem vorgesehen sind. Die Außenkante der ersten Oberfläche können zueinander parallel sein, wobei auch die Außenkanten de zweiten Oberfläche vorzugsweise parallel zueinander sind. Die zwei Außenkanten der ersten Oberfläche weisen vorzugsweise den gleichen radialen Abstand zu einer Längsachse des Abstandhalters auf und sind zueinander in axialer Richtung versetzt. In gleicher weise sind die zwei Außenkanten der zweiten Oberfläche zueinander in axialer Richtung versetzt und mit dem glichen Radius zur Längsachse des Abstandshalters beziehungsweise der Leiterwicklung angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verläuft eine Außenkante der ersten Oberfläche, beispielsweise die obere, in der axialen Höhe wie eine Außenkante der zweite Oberfläche, wobei die Austritte der zweiten Oberfläche einen größeren radialen Abstand zu der Längsachse des Abstandhalters aufweisen als die gegenüberliegende Außenkante der ersten Oberfläche. Die Außenkanten bilden vorzugsweise eine größtenteils oder vollständig geschlossene Kurve, beispielsweise eine Kreiskurve, eine Ellipse oder eine andere geometrische Form mit mindestens einer Symmetrieachse.
Die zweite Oberfläche kann an eine umlaufen Isolationsschicht angrenzen, die ein Aufbiegen des Abstandhalters durch die Federkraft von flexiblen Schichten, die die erste und zweite Oberfläche des Abstandhalters bilden, verhindert. Alternativ kann auch eine umlaufende Isolationsschicht in Kombination mit anderen Befestigungselementen verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Abstandhalter zwei halbzylindrische gleich große Teile, die sich zu einem zylindrischen Rohr ergänzen, wenn sie zusammengefügt sind. Jeder Teil überstreicht vorzugsweise einen halben Umfang des Abstandhalters. Die Teile können aus starren oder nur in geringem Maße flexiblen Schichten ausgebildet sein, deren radiale Federwirkung zur Befestigung an einem inneren Wicklungsabschnitt dient, indem die Teile um die innere Wicklung mit radialer Klemmkraft geklemmt werden können. Alternativ oder in Kombination hierzu können Befestigungselemente verwendet werden, die die beiden Teile miteinander mechanisch verbinden, beispielsweise die oben aufgeführten Elemente zur Befestigung flexibler Schichten.
Die Stützelemente können als Vollzylinder oder als Hohlzylinder mit einer Wandstärke ausgebildet sein, die der Verteilung der Stützelemente auf der ersten beziehungsweise zweiten Oberfläche angepasst ist und die erforderliche Stabilität bietet.
Bezugszeichenliste
10, 210, 310 erste Oberfläche
20, 220, 320 zweite Oberfläche
12, 22, 112, 122 Aussenkante
214, 224, 314,324 erste, zweite Schicht
216, 226 Kontaktstelle
30, 130, 230, 330 Volumen
40, 140, 240 Stützelement
270 Innenraum
280 Außenraum
318, 328 Stirnfläche
R Verlaufsrichtung der Stützelemente
S Richtung der Fluidströmung

Claims

Patentansprüche
1. Abstandhalter für Leiterwicklungen, wobei der Abstandhalter einer ersten O- berfläche (10) und einer zweiten Oberfläche (20), die beabstandet zu der ersten Oberfläche (10) vorgesehen ist, und die erste und die zweite Oberfläche (10, 20) jeweils mindestens zwei Aussenkanten (12a, 12b; 22a, 22b) aufweisen, ein Volumen (30), das sich zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche (10, 20) erstreckt und das für FIu- idströmungen (S) durchgängig ist, sowie Stützelemente (40a-e) umfasst, die zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche (10, 20) angeordnet sind und diese kraftübertragend miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (40a- e) zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche (20) und zwischen den Aussenkanten (12a, 12b; 22a, 22b) angeordnet sind und das Volumen (30) die Stützelemente (40a-e) in jeder von einer (112b, 122b) zu der gegenüberliegenden Aussenkante (112a, 122a) führenden Richtung (S) mehrfach voneinander trennt.
2. Abstandhalter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Oberfläche (10, 20) jeweils durchgängig ausgebildet sind.
3. Abstandhalter nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verbindung zwischen allen zueinander benachbarten Stützelementen (40, 140) mit dem gleichen Abstand zueinander angeordnet sind.
4. Abstandhalter nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stützelement (40, 140) über eine mechanische Verbindung mit der ersten und der zweiten Oberfläche (10, 20) verbunden ist, die eine kraftschlüssige, formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung oder eine Kombination hiervon umfasst.
5. Abstandhalter nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich jedes Stützelement (40, 140) entlang einer Richtung (R) erstreckt, die senkrecht zur ersten Oberfläche (10) und zur zweiten Oberfläche (20) verläuft.
6. Abstandhalter nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stützelement (40) die gleiche Länge, Querschnitt und/oder die gleiche Querschnittsfläche aufweist.
7. Abstandhalter nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (40) einen elliptischen, kreisförmigen, rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen.
8. Abstandhalter nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter eine erste Schicht (214) und eine zweite Schicht (224) umfasst, und die vom Volumen (230) weg weisende Außenfläche (210) der ersten Schicht (214) die erste Oberfläche (210) bildet und die vom Volumen (230) weg weisende Außenfläche (220) der zweiten Schicht (224) die zweite Oberfläche (220) bildet, wobei die erste Schicht (214) und die zweite Schicht (224) aus zylindrischen in sich geschlossene starren Rohren oder aus senkrecht zur ersten oder zweiten Oberfläche (320) zumindest abschnittsweise biegbaren Platten (314, 324) gebildet werden.
9. Abstandhalter nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Stützelemente (40) und/oder das Material, das die erste und die zweite Oberfläche (10, 20) vorsieht, aus isolierendem Werkstoff, Kunststoff, Keramik, kunstharzgetränktem Fasergewebe, Pertinax oder eine Kombination hiervon ausgebildet ist.
lO.Abstandhalter nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei koaxial zueinander zugeordnete zylinderartig geformte Schichten (214, 224) vorgesehen sind, die in radialem Abstand zueinander angeordnet sind und einen zylinderförmigen Spalt zwischen sich bilden und dass im Spalt radial verlaufende Stützelemente (40) vorgesehen sind, die an die innere und äußere Schicht anliegen und beide auf Abstand zwischen halten.
11. Abstandhalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütz- ejemente so ausgebildet und angeordnet sind, dass sie eine Kuhlmittelströmung im Spalt in axialer Richtung und/oder radialer Richtung oder in einer resultierenden Richtung, zum Beispiel schraubenförmig, gestalten.
12. Abstandhalter nach einem der Ansprüche 10 und 11 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schicht aus einer biegbaren Platte hergestellt ist.
13. Abstandhalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schicht als zylinderförmiges Rohr hergestellt ist.
14. Elektrisches Bauteil, das einen Abstandhalter nach einem der vorgenannten Ansprüche sowie mindestens zwei Wicklungen oder Wicklungsabschnitte umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter zwischen den Wicklungen oder Wicklungsabschnitten vorgesehen ist und eine Außenfläche einer der Wicklungen oder Wicklungsabschnitte an die erste Oberfläche (10) anstößt und eine Innenfläche einer weiteren der Wicklungen oder Wicklungsabschnitte an die zweite Oberfläche (20) anstößt.
PCT/EP2008/002239 2007-03-26 2008-03-20 Abstandhalter für wicklungen WO2008116594A1 (de)

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