绕组装置、包括其的可靠变压器和变送器的制作方法

本实用新型涉及绕组装置，具体地涉及用于在危险工作环境下使用的可靠变压器的绕组装置。

背景技术：

本部分的内容仅提供了与本公开相关的背景信息，其可能并不构成现有技术。

变压器是现场作业中普遍应用的电气设备，变压器可以与诸如传感器的电气或电子部件电气连接以向传感器输出电信号。在一些高危工作场合(比如，石油、化工行业的现场操作)中使用的变压器经常处于严苛的工作环境中，比如，在充满易燃易爆气体的工作环境中使用。在这种工作环境下，要求对变压器进行安规设计。并且，由于变压器的电源输入通常是非本安的同时要求提供本安输出，因此变压器的安规设计中还需要确保非本安的电源输入与本安信号输出之间的安规隔离。

可靠变压器就是针对上述目的提供的变压器。可靠变压器可以利用固体绝缘装置将连接非本安电路的绕组(如，初级绕组)与连接本安电路的绕组(如，次级绕组)之间隔开。

图1示出了可靠变压器中采用的一种通过固体绝缘的实现安规隔离的绕组骨架10’。由绝缘材料制成的绕组骨架10’包括一体形成的磁芯安装部11’、挡板12’和13’、以及分隔板14’。在挡板12’和13’的下侧可以嵌入一个或多个引脚15’。磁芯安装部11’具有用于安装磁芯的安装孔16’，初级绕组缠绕在挡板12’与分隔板14’之间，次级绕组缠绕在分隔板14’与挡板13’之间。两端的挡板12’、13’以及中央的分隔板14’均用作固体绝缘，其中，挡板12’、13’用作初级绕组和次级绕组与磁芯之间的固体绝缘，分隔板14’用作初级绕组与次级绕组之间的固体绝缘。

采用上述固体绝缘的绕组骨架10’需要定制，因为绕组骨架10’的各构成部分的尺寸需要进行专门设计，比如：挡板12’和13’的厚度、分隔板14’的厚度和高度、以及引脚插入挡板12’和13’下侧的距离，以满足安规隔离的要求。当安规隔离要求发生变化(比如，变换了工作环境)时或者绕组骨架用于不同型号的变压器时，绕组骨架的尺寸也要相应地发生变化，特别是需要改变分隔板14’的厚度和高度。这要求重新定制并更换新的绕组骨架，导致分段式骨架10’的通用性相对较低。

另外，如图1中所示，绕组骨架10’为分段式骨架。在采用分段式绕组骨架10’的情况下，初级绕组和次级绕组分别绕制在中央分隔板14’的两侧，这种绕制方式会导致绕组的漏感较大，由此限制了可靠变压器的应用范围，比如不适用于对漏感要求高的电路。

因此，需要提出一种方案来解决上述问题中的一个或多个。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是提供一种用于可靠变压器的绕组装置，其具有良好的通用性。

本实用新型的另一个目的是提供一种用于可靠变压器的绕组装置，其可以减小变压器绕组的漏感。

本实用新型的又一个目的是提供一种用于可靠变压器的绕组装置，其具有简化且紧凑的结构。

上述目的中的一个或多个可以通过根据本实用新型的原理提供的绕组装置实现。此绕组装置包括：绕组骨架，其包括筒状绕线部以及位于绕线部两端的第一端板和第二端板；以在绕线部的径向方向上叠绕的方式设置在绕线部上的第一绕组和第二绕组；以及在径向方向上设置在第一绕组与第二绕组之间的柔性隔离层，其中，柔性隔离层的厚度构造成满足用于可靠变压器的安规隔离要求。

采用上述方案，以独立的柔性固体绝缘装置取代现有绕组骨架的一体式硬质固体绝缘装置来实现绕组之间的安规隔离，这有助于简化骨架本身的设计，提供骨架的通用性，并且柔性固体绝缘自身的厚度可以方便地调节，能够提高绕组装置的实用性。

优选地，上述的安规隔离要求为GB3836.4、IEC60079-11、EN60079-11或CSA60079-11。

优选地，柔性隔离层通过缠绕的或粘结的多层绝缘带构成。

优选地，柔性隔离层通过单层绝缘带构成，单层绝缘带沿周向方向的交叠长度构造成满足安规隔离要求。

优选地，单层绝缘带构造为绕绕线部缠绕的一体绝缘带或者构造为相对地包绕绕线部的两个独立的绝缘带。

优选地，绕线部、第一端板和第二端板由绝缘材料一体地制成。

优选地，第一绕组和第二绕组中的一者或两者在绕线部上缠绕了绕线部的轴向长度的1/5至4/5。

优选地，第一绕组和第二绕组中的一者或两者在绕线部上缠绕了绕线部的轴向长度的1/3至1/2。

优选地，在第一绕组和第二绕组中的一者或两者的两个轴向端部与绕组骨架的第一端板和第二端板之间设置有隔离带。

优选地，隔离带通过缠绕的或粘结的多层绝缘带构成或者通过单层绝缘带构成，隔离带的轴向长度构造成满足安规隔离要求。

优选地，第一绕组和第二绕组中的在径向方向上位于最外侧的绕组的外侧设置有附加隔离层。

优选地，绕组装置还包括安装至绕组骨架的磁芯，附加隔离层与磁芯之间的距离构造成满足安规隔离要求。

优选地，柔性隔离层的CTI(Comparative Tracking lndex，相对漏电指数)满足上述安规隔离要求。

优选地，柔性隔离层由PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二酯)胶带或聚酯薄膜复合材料胶带形成。

优选地，从第一绕组经由绕线部和柔性隔离层至第二绕组的爬电距离构造成符合上述安规隔离要求。

优选地，第一绕组在径向方向上布置在第二绕组的外侧。

优选地，第一绕组是初级绕组，第二绕组是次级绕组。

优选地，柔性隔离层的厚度为0.8-1.2毫米。

优选地，柔性隔离层的厚度大于等于1毫米。

优选地，用于构成柔性隔离层的单层绝缘带沿周向方向的交叠长度为3-4毫米。

优选地，用于构成柔性隔离层的单层绝缘带沿周向方向的交叠长度大于等于3.3毫米。

根据本实用新型的另一个方面，还提供了一种可靠变压器，其包括根据本实用新型的原理的上述绕组装置。

根据本实用新型的再一个方面，提供了一种变送器，其包括根据本实用新型的原理的上述绕组装置。

附图说明

通过以下参照附图的描述，本实用新型的一个或几个实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，其中：

图1是可靠变压器中采用的一种现有绕组骨架的简化示意图；

图2是采用现有绕组骨架的绕组装置的侧面示意图，其中示出了绕组骨架中需要进行安规设计的尺寸；

图3是根据本实用新型的一个实施方式的可靠变压器中采用的绕组骨架的简化示意图；

图4是根据本实用新型的一个实施方式的可靠变压器中采用的一种绕组骨架的示意图；

图5是根据本实用新型的一个实施方式的绕组装置的仰视示意图，其中示出了绕组骨架中需要进行安规设计的尺寸；

图6是图5中示出的绕组装置的侧面剖视示意图，其中也示出了绕组骨架中需要进行安规设计的尺寸；以及

图7是根据本实用新型的一个实施方式的绕组装置的横截面示意图；

图8是根据本实用新型的另一个实施方式的绕组装置的横截面示意图；以及

图9是采用了根据本实用新型的一个实施方式的示例性变送器的示意图。

具体实施方式

下面对优选实施方式的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。在各个附图中采用相同的附图标记来表示相同的部件，因此相同部件的构造将不再重复描述。

下面将参照附图3至图9来说明根据本实用新型的实施方式的可靠变压器及其采用的绕组装置的主要改进及优点。下文将首先说明根据本实用新型实施方式的绕组装置的构成以及设计方式，随后结合具体实例来说明如何实施这种设计。

与常规的可靠变压器类似，根据本实用新型一种实施方式的可靠变压器可以包括绕组装置，绕组装置主要包括绕组骨架、多个绕组和磁芯。本实用新型的实施方式的可靠变压器的改进主要涉及绕组装置。下文提及的“轴向”、“径向”、“周向”都是相对于绕组骨架的绕线部而言的，“轴向”表示沿绕组骨架的绕线部的轴线的方向；“径向”表示沿绕线部的直径的方向；“周向”表示沿绕线部的外周的方向。绕线部可以构造为具有圆形或矩形截面的筒状体。

图3示出了本实用新型的一个实施方式的可靠变压器的绕组装置采用的绕组骨架10的简化示意图。图4示出了一种实际使用的单段式绕组骨架10。图3的绕组骨架10具有与图1的分段式绕组骨架10’类似的结构，其可以包括：筒状的绕线部11以及位于绕线部11两端的第一端板12和第二端板13。在一种优选形式中，绕线部11以及第一端板12和第二端板13可以由绝缘材料一体地形成。第一端板12的下侧可以设置引脚设置部17，第二端板13的下侧可以设置引脚设置部18。在引脚设置部17、18中可以设置一个或多个引脚15。绕线部11构成绕组骨架10的本体，第一端板12和第二端板13作为非本安输入侧与本安输出侧的固体绝缘装置，厚度依照本安电路的安规隔离要求设计。相比于图1中所示的现有分段式绕组骨架10’，本实施方式中的绕组骨架10简化为单段式骨架，省去了中央分隔板14’，而是采用下文中描述的与绕组骨架10分体式形成的柔性固体绝缘装置。这种结构变化使绕线方式以及绕组之间的固体绝缘方式发生变化，并且能够带来绕组漏感以及绕组骨架选用方面的优点。

图5和图6示出了使用绕组骨架10制成的绕组装置100的一种实施方式的简化示意图，其中图5为仰视图，图6为侧面剖视图。如图中所示，此绕组装置100包括绕组骨架10、缠绕在绕组骨架10上的绕组部以及安装至绕组骨架10并包围绕组部的磁芯20。绕组部包括以在绕组骨架10的绕线部11的径向方向上彼此叠绕的方式缠绕在绕组骨架10上的第一绕组30和第二绕组40。能够采用这种叠绕的缠绕方式是因为本实用新型使用独立的柔性固体绝缘装置取代硬质一体式绝缘分隔板来实现第一绕组30与第二绕组40之间的安规隔离。具体地，第一绕组30可以为初级绕组，第二绕组40可以为次级绕组，反之亦可。更具体地，第二绕组40可以设置成在径向方向上靠近绕线部11，而第一绕组30可以设置成在径向方向上位于第二绕组40的外侧，并且在第一绕组30与第二绕组40之间可以设置下文详述的柔性隔离层50。第一绕组30和第二绕组40可以同心设置。

根据本实用新型的原理，在第一绕组30与第二绕组40之间在径向方向上设置柔性隔离层50。此柔性隔离层50作为取代中央分隔板的固体绝缘装置，为此，柔性隔离层50的厚度D要设计成满足用于可靠变压器的安规隔离要求。此安规隔离要求可以是现有的针对本质安全设备的隔离要求，根据这种隔离要求，需要对本质安全设备中的安规隔离部件的规格进行设计，以获得本质安全的设备。对于本实用新型的实施方式而言，可以根据目前的安规隔离要求确定柔性隔离层50的厚度D和/或绕组装置100其他部位的尺寸规格。

优选地，对于根据本实用新型实施方式的可靠变压器，可用的安规隔离要求可以为GB3836.4、IEC60079-11、EN60079-11或CSA60079-11。这是针对爆炸性环境中使用本质安全设备的安规标准。下文将详述如何依照此标准来设计绕组装置100的布置。当然，随着使用环境的变化，可以选用其他相应的安规标准。

根据本实用新型的原理，柔性隔离层50可以通过多层绝缘带构成，这些绝缘带可以通过缠绕方式或者通过粘结的方式来形成柔性隔离层50。替换地，柔性隔离层50可以通过单层绝缘带(如图7和图8所示)构成。单层绝缘带也以缠绕方式设置在绕组上，并且还可以粘连至绕组。柔性隔离层50的具体构成方式可以根据所选的绝缘带的类型来确定。比如，如果绝缘带厚度较薄，则在自身具有粘性的情况下可以采用缠绕的方式设置多层，在自身为非粘性的情况下可以采用粘连的方式设置多层；如果绝缘带足够厚，则可以仅设置单层。只要最终形成的柔性隔离层50的厚度D满足安规隔离要求，则绝缘带的厚度和层数可以任意搭配。

特别地，在采用单层绝缘带的情况下，单层绝缘带沿绕线部11的周向方向缠绕并形成交叠部分，此交叠部分具有交叠长度I，此交叠长度I也要满足安规隔离要求，以确保必要的爬电距离。图7和图8中分别示出了采用单层绝缘带构造柔性隔离层50的两个实例。在图7的实例中，采用一体式的单层绝缘带，其围绕绕组骨架10的绕线部11缠绕一周并继续缠绕至形成交叠长度I。在图8的实例中，采用分体式的两个独立的单层绝缘带来构造柔性隔离层50，例如图中示出的两个半部51和52，两个半部51和52从绕线部11的相对两侧包绕绕线部11，两个半部51和52各自的两个端部彼此交叠至形成交叠长度I。

需要指出的是，在采用EP型磁芯的情况下，如果其他布置都相同，则图8的实施方式相对于图7的实施方式所需的磁芯20要略大。因此图8的实施方式中存在两个交叠部分，增加的一个交叠部分会影响绕组部与磁芯20之间的距离(下文描述的距离C)，所以需要通过增大磁芯20的尺寸来确保绕组部与磁芯20之间具有所需的距离。在使用EE型磁芯的情况下，图7和图8的实施方式可以采用相同尺寸的磁芯20，可以适当布置交叠部分的位置使其位于磁芯20外部，以避免影响绕组部与磁芯20之间的所需距离。

在图5和图6所示的实施方式中，绕组装置100的绕组部仅在绕组骨架10上缠绕部分区域。例如，在一种优选形式中，包括第一绕组30和第二绕组40的绕组部可以缠绕经过绕组骨架10的绕线部11的轴向长度的1/3至1/2的长度。在图示的实例中，第一绕组30和第二绕组40缠绕了绕线部11的轴向长度的约1/3。在其他实施方式中，第一绕组30和第二绕组40可以缠绕绕线部11的更少部分或更多部分。例如，第一绕组30和第二绕组40可以缠绕绕线部11的轴向长度的1/5至4/5，比如，可以缠绕1/5的轴向长度，或者缠绕2/3或3/4、4/5的轴向长度等。并且，可以将绕组部布置成使第一绕组30和第二绕组40中的一者或两者缠绕了上述的长度。具体的布置方式可以根据实际设计要求确定。

在将绕组部布置成仅缠绕绕线部11的部分区域的情况下，优选地，可以在第一绕组30和/或第二绕组40的两端分别设置隔离带61、62，目的也是为了优化安规隔离。具体地，隔离带61、62可以位于第一绕组30和第二绕组40中的一者或两者的轴向端部与相应的第一端板12和第二端板13之间。此外，绕组部的外侧还可以设置附加隔离层70，即，在第一绕组30和第二绕组40中位于径向最外侧的绕组之外设置附加隔离层70，以进一步强化隔离。在图5的实施方式中，附加隔离层70设置在第一绕组30的外侧。隔离带61、62的长度B、以及附加隔离层70与磁芯20的距离C优选地设计成满足上述的安规隔离要求。从第一绕组30至第二绕组40沿骨架表面涂层的爬电距离A(如图5中所示)也优选地设计成符合安规隔离要求。

根据本实用新型的原理，隔离带61、62以及附加隔离层70可以采用与柔性隔离层50相同的绝缘带形成，并且可以采用相同的方式布置。可用的绝缘带可以为PET胶带或聚酯薄膜复合材料胶带，例如3M公司生产的1350F-1或1350F-2胶带。

本实用新型中用来构成柔性隔离层50的绝缘带的CTI优选地要满足安规隔离要求，比如大于175。进一步优选地，本实用新型所采用的绝缘带可以承受例如高达130℃的高温，甚至更高的温度。此温度要求在上述的安规隔离标准中以引用耐热性标准IEC60085的方式体现。

下面，将参照上述的设计要求对根据本实用新型的绕组装置100的一个设计实例进行说明。

设定绕组骨架具有涂层，采用针对爆炸性环境中使用的设备的通用标准GB3836.4，具体使用的设计标准如下面的表格1中所示。依照此表格1，将非本安输入电压的安规等级选取为375V，故障等级选取为ib。这里的故障指的是可计数故障。

图5、图6和图7、图8中示出了绕组装置100中需要设计的尺寸A-I，下面具体说明A-I的含义及其设计方式。下面的描述中，将第一绕组30设定为非本安绕组，将第二绕组40设定为本安绕组。

A表示非本安绕组和本安绕组之间沿绕组骨架10的表面涂层下面的爬电距离，即图5中示出的从第一绕组30经由绕线部11和柔性隔离层50至第二绕组40的距离A。此距离A参照表格1中第6列的要求设计。

B表示非本安绕组和本安绕组沿两端的固体绝缘物(绕组两端的隔离带61、62)的表面在涂层下的爬电距离，即图5中示出的隔离带61、62沿轴向方向的距离B。此距离B也参照表格1中第6列的要求设计。

C表示非本安绕组至磁芯20的爬电距离，即图5中示出的从附加隔离层70至磁芯20的距离C(若无附加隔离层70则为从第一绕组30至磁芯20的距离)。此距离C的设计也参照表格1中第6列的要求，同时要考虑绕组骨架10的引脚设置部17、18的厚度H(H的含义将在下面说明)，距离C和厚度H的总和(表示非本安绕组至引脚设置部17、18的端部的固体绝缘距离)要满足表格1中第6列的涂层下爬电距离的要求。

D表示非本安绕组与本安绕组之间的固体绝缘距离，即图5中示出的柔性隔离层50的厚度D。此厚度D参照表格1中第4列的要求设计。根据本实用新型的原理，柔性隔离层50的厚度D可以按照表格1的要求设计成大于等于1毫米。不过，在一些实施方式中，厚度D也可以与设计要求的1毫米稍有偏离，这些实施方式也基本上能够满足本实用新型的安规隔离要求。比如，厚度D可以在0.8至1.2毫米的范围内。

E、F和H均为绕组骨架10自身提供的固体绝缘的距离。距离E表示非本安输入和本安输出之间的固体绝缘距离，即图6中所示的第一端板12和第二端板13的厚度；距离F表示两侧引脚15之间的固体绝缘距离，即图6中所示的引脚15的顶端至引脚设置部17、18的顶端的距离；距离H表示绕线骨架10的引脚设置部17、18的端部之间的固体绝缘距离，即图6中所示的引脚设置部17、18的厚度。距离E、F均参照表格1中第4列的要求设计，距离H参照表格1中第6列的要求设计。距离E的总和以及距离F的总和要满足表格1中第4列的涂层下爬电距离要求，H的总和要满足表格1中第6列的涂层下爬电距离要求。

I表示非本安绕组和本安绕组沿其间的固体绝缘物(柔性隔离层50)的表面在涂层下的爬电距离，即图7、图8中示出的单层柔性绝缘层50沿周向方向的交叠长度。此长度I是在采用单层绝缘层50的情况下需要特别考虑的，也参照表格1中第6列的要求设计。根据本实用新型的原理，长度I可以按照表格1的要求设计成大于等于3.3毫米。在一些实施方式中，长度I可以与设计要求的3.3毫米稍有偏离，比如，长度I可以设计成在3-4毫米的范围内。

下面的表格2中示出了一个具体的设计方案。选用的绝缘带的CTI 需要满足表格1中的第7列的要求。

表格2

上面表格2中的设计尺寸完全符合表格1的设计标准的要求。

结合上面表格2中的设计要求，可以选用合适的绝缘带来构成柔性绝缘层50。例如，在一个实施方式中，绝缘带采用3M公司的1350F-1，此绝缘带的材料为OANZ2，厚度为0.06mm，则需要缠绕17层来满足设计要求。在另一个实施方式中，绝缘带采用亚华的36-035300W0，材料为CT-280，厚度为0.055mm，则需要缠绕19层来满足设计要求。

需要说明的是，上面的设计实例仅是示例性的，本领域技术人员可以根据设计需要选用标准中的其他的电压安规等级或故障等级来对绕组装置的各个尺寸参数进行相应的设计，这些设计也同样都包涵在本实用新型的范围内。

上面就是根据本实用新型的实施方式的可靠变压器的绕组装置100的构成以及设计方式。此外，根据本实用新型的原理，还可以提供采用上述绕组装置100的可靠变压器以及变送器，变送器可以包括上述的绕组装置100或者包括根据本实用新型实施方式的可靠变压器。图9中示出了一个示例性的变送器300，包括绕组装置100的可靠变压器200设置在此变送器300的内部。

采用上述实施方式的绕组装置100，能够实现良好的安规隔离并且提供可靠的本安输出。下面具体说明可实现的技术效果：

第一，根据本实用新型的原理的绕组装置100采用柔性隔离层50作为固体绝缘装置，可以根据使用要求方便地调整柔性隔离层50的厚度以适应多种工作场合的安规隔离要求，不需要根据工作场合定制不同的绕组骨架，提高了绕组装置100的通用性。

第二，根据本实用新型的原理的绕组装置100利用柔性隔离层50 取代现有骨架中的一体式硬质中央分隔板来实现固体绝缘，可以采用简单的通用单段式绕组骨架，使得绕组骨架的选择更加简便。

第三，根据本实用新型的原理的绕组装置100采用缠绕设置的柔性隔离层50，从而允许初级绕组和次级绕组彼此叠绕布置，这种布置能够显著地减小绕组的漏感。采用本实用新型的设计，绕组漏感能够减小到约1μH。相对地，采用现有的分段式骨架的绕组，漏感可能高达10μH。

第四，根据本实用新型的原理的绕组装置100的整体结构更加紧凑、简化，能够适用于对空间有要求的小型化产品。

尽管在此已详细描述本实用新型的各种实施方式，但是应该理解本实用新型并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离本实用新型的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。所有这些变型和变体都落入本实用新型的范围内。而且，所有在此描述的构件都可以由其他技术性上等同的构件来代替。