专利名称：相邻绕圈间低电位差的电子线圈的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子线圈的绕制，例如高压变压器线圈的绕制。本发明尤其旨在一种能避免相继两层的相邻绕圈之间绝缘问题的特定绕制。
电子线圈通常包括一些轴向绕圈层，即，每一层包括若干平行于线圈轴线相继卷绕的绕圈(winding)。在大多数情况下，轴向的绕圈数多于径向的绕圈数。
上述线圈的缺点是，两个相继层的邻近绕圈可能是被许多匝分开的，以致于它们之间的电压差对于绕圈绝缘材料而言太大，绕圈的绝缘材料通常为塑料。因此，需要在绕圈层之间放置绝缘材料层，这使得线圈过于庞大，并使得线圈的制造太复杂。
为避免上述缺点，在欧洲专利申请0518737中，在倾斜的层内绕制绕圈。用这种方法得到的线圈具有不规则的四边形截面，因而线圈存在体积庞大的缺点，这必然意味着，对于给定的绕圈数量而言，上述线圈的外径大于具有矩形截面的线圈的外径。线圈体积的增大还由于这样的事实，线圈包括大量交叉的绕圈，妨碍了绕圈的相邻配置。
由于有许多交叉的绕圈，这种绕制方法不能应用于粗导线或矩形截面导线的卷绕。
本发明的目的是提供一种体积小、不存在连续层间相邻绕圈绝缘问题的线圈。
为实现上述目的，本发明提供的线圈包括许多绕在轴上的绕圈层，上述绕圈层是径向的，并且交替地由内卷到外和由外卷到内。
在本发明的实施例中，线圈导线具有矩形截面。
在本发明的实施例中，矩形截面导线的主轴线垂直于线圈的轴线。
在本发明的实施例中，线圈导线具有圆形截面，每一绕圈层包括与前一层数量相同的绕圈，并且相对于前一层径向移动一条导线的半径的距离。
在本发明的实施例中，线圈的每个绕圈包括几条导线，上述导线位于绕圈所在层的平面内。
本发明同样针对绕制上述类型线圈的装置。该装置包括内、外转动导向件，导向件分布在正在卷绕的绕圈层平面内。外导向件可从与内导向件接合的位置上退回，以便沿着正在从内向外卷绕的绕圈层的外径缠绕。内导向件可从与外导向件接合的位置上退回，以便沿着正在从外向内卷绕的绕圈层的内径缠绕。固定导向装置把要被卷绕的导线引入转动导向件所在平面内，并维持卷绕层的第一表面。提供了一种将卷绕好的绕圈层向设在导向装置相对一侧的开底式舱(hopper)轴向移动的机构。
按本发明的实施例，上述导向装置和上述移动装置共同拥有许多滚子，上述滚子分布在正在卷绕的绕圈层的第一表面上，其轴线沿径向配置，配置上述滚子在外、内转动导向件之间穿过，从而移动已卷绕好的绕圈层。
在本发明的实施例中，上述开底式舱包括将卷绕好的绕圈层保持在导向装置对面一侧的板，上述板可以在每一卷绕好的绕圈层的推动下轴向收缩。
本发明的上述目的、特征和优点将参照附图在下面对特定实施例的非限定性说明中进行详细的论述。
图1简要示出了处于绕制过程中的本发明线圈；图2A和2B是本发明的一层绕圈和下一层绕圈起始部分的前视图和侧视图；图2C是本发明几个绕圈层的侧视图，如同它们在实际情况中一样；图3简要示出本发明绕圈层的几个可选择方案；图4是本发明绕制装置的前视图，该图按照绕制的步骤分为几个扇区；图5A和图5B是图4所示装置的一部分的侧剖视图，表示两个绕制步骤。
图1示出轴线为A的圆柱体10，线圈绕该圆柱体卷绕。在本发明中，线圈以径向层的方式完成，也就是，每一层包括在垂直于线圈轴线A的同一平面内连续卷绕的几个绕圈。在图1中，绕圈的卷绕次序用从1开始的递增序号表示。
而且，按照本发明的一个方面，绕圈层交替地由内卷绕到外和由外卷绕到内。例如，在图1中，第一层的五个绕圈从内卷绕到外。在卷绕完最后一圈绕圈5后，下一层的第一圈绕圈6贴着绕圈5卷绕，随后的绕圈7-10从绕圈6开始向内(即向轴线A)卷绕。
在这种结构中，将相邻层间两个绕圈分开的匝数小于两倍径向绕圈数。在大多数情况下，径向绕圈数与轴向绕圈数之比很小，以致于不再需要在相邻绕圈层之间放置绝缘材料。
另外，所得到线圈的截面是矩形，因而线圈具有最优的体积。
绕圈向内和向外交替卷绕可以实现从一绕圈层向下一绕圈层自然而自动的过渡，这样绕圈层是相邻的。
图2A和2B是本发明第一层绕圈和第二层绕圈起始部分的前视图和侧视图。相继的绕圈1-5形成螺旋而不是连续的圆环，特别是使用粗导线时。因此，如图2A中虚线所示，第一层倒数第二圈绕圈4逐渐到达线圈的外径。在到达绕圈4开始逐渐到达外径的位置(在底部)之前，最后一圈绕圈5位于绕圈1-4所在平面内。从上述位置开始，绕圈5逐渐经过相邻的绕圈4，内接在线圈的外径里，直到绕圈5中止在由绕圈6(在顶部)开始的第二绕圈层平面内。
如图2A中混合线所示，绕圈6内接在线圈外径内，紧邻绕圈5向下向绕圈5开始向第二层横向过渡的位置(在底部)卷绕。从这一位置开始，绕圈6逐渐向内移动，同时与第一层保持邻接，开始了趋向圆柱10的螺旋过程。
图2A、2B和理想情况是一致的。从绕圈5向绕圈6逐渐过渡的起始点如图2A、2B所示在图中的底部，事实上这种过渡是突然的，实际上是在绕圈层的起始处(图2A、2B中的顶点)之后开始的。
图2C示出绕圈从一层向下一层过渡的几种方式，正如它们的实际情况。这些过渡方式建立在如下事实的基础上圆柱10与绕圈1端部之间的空间，如图所示是空的，事实上由绕圈1的端部充满；在图2A上左1/4圆周内的螺旋是扁平的。
如果用于卷绕的导线的截面是矩形，那么既使是在理论上，从一绕圈层向下一绕圈层的过渡也只能是突然的。由于绕圈层仍然保持邻接，上述突然过渡当然不会产生缺陷。
图3示出本发明线圈的三个实际的可选择方案。
当所使用的导线具有圆形截面时，如前面附图所示的例子，实际上从一层到另一层的绕圈在径向移动了二分之一导线直径，以寻找一个稳定的位置。于是，如图3左、中图所示，本发明线圈可以有两种可选择的结构。
在第一个可选择方案中，给定圈数的绕圈层被圈数少一、并向外移动了二分之一导线直径的绕圈层分开。
在第二个可选择方案中，各个绕圈层包括同样圈数的绕圈，但是各个绕圈层交替地向外、向内移动二分之一导线直径。
绕圈从一层向邻近层的移动导致线圈轴向尺寸的减小，所获得线圈的长度略小于线圈轴向绕圈数乘以绕圈直径。然而，这种尺寸的减小是不均匀的，由于在一些位置上，在第一个可选择方案(左图)一层中的每个绕圈与上一层中的两个绕圈相交，在第二个可选择方案(中图)每一个绕圈与上一层中的一个绕圈相交。在相交区域不会出现轴向尺寸的减小，因而这导致了线圈截面的不规则性。第二个可选择方案(中图)线圈截面的不规则程度较轻，该方案是优选方案。
图3右图示出了矩形截面导线线圈的局部。使用矩形截面导线可以避免上述问题。可以得到完全是矩形截面的线圈。如图所示，矩形截面的主轴最好垂直于线圈的轴线A。这简化了从一层过渡到下一层中绕圈的绕制过程。
图4示出本发明装配线圈的装置，该线圈具有径向层。图中示出处于四个不同的绕制步骤中的上述装置，绕制步骤用数字1-4表示。
上述装置包括环状空间20，在该空间中绕制每一径向绕圈层。上述空间20由位于同一平面内的外板21和内板22限定而成。外板21包括许多分布在环状空间20外周边上的外导向件24e。导向件24e的弧形内端的直径与环状空间20的外径大致相等。同样，几个内导向件24i分布在内板22周边与外导向件24e相应的位置上。导向件24i的端部是弧形的，其直径大致等于环形空间20的内径。每个导向件24可以在环状空间20的开启与闭合位置之间滑动。
许多具有径向轴线26的滚子分布在环状空间20上，并在正在卷绕的绕圈层表面上滚动。当然，为了不干扰滚子26的滚动，导向件24配置在足够深的槽中。
在初始步骤(未示出)中，在开始从内向外卷绕绕圈层时，内导向件24i径向退回，从而限定绕圈层的内径，外导向件24e与相应的内导向件24i接合。绕圈层内径可以取任意大于板22直径的值。
在步骤一中，板21、22和导向件24如图4所示顺时针转动，与此同时，滚子26保持固定而且在环状空间20的边上滚动。
将被卷绕的导线28在其中一个滚子26的位置处切入环状空间20，滚子26矫正导线28使其进入板21和22所在平面，即正在卷绕的绕圈层平面。如按箭头F所指的方向看的局部视图所示，由于导线28不可避免地与板21和22存在一个夹角进入，因而导线必须被矫正。
当上述板转动时，由于导线28被拉直、同时足够数量的滚子26将绕圈保持在空间20内，防止正在卷绕的绕圈与已卷好的绕圈相交，因而绕圈在空间20中不断地从外向内堆积。外导向件24e每次经过滚子26下面时，导线28被卷入，上述导向件24在正在卷绕的新绕圈的作用下被向外推了一步。
图5A是图4所示装置在步骤一时的局部剖视图。图5A示出已卷绕好的绕圈层，上述绕圈层位于正在卷绕的绕圈层的后面，被堆放在环状空间20底部的开底式舱中。在板30的作用下，上述已卷绕好的绕圈层顶住正在卷绕的绕圈层和导向件24。在开底式舱板30、导向件24和滚子26的共同作用下，绕圈层保持平整。
如图所示，导向件24的厚度小于被卷绕导线的直径，这有助于滚子26维持正在卷绕的绕圈层的平整。正在卷绕的绕圈除向后推导向件24e而径向卷绕外，没有其它的可能性。导向件24最好具有倒角，这有助于正在卷绕的绕圈将其推开。用合适的装置存放已卷好的绕圈层，例如，存放在附加于板21、22背面可转动的内圆筒32i和外圆筒32e之间。上述圆筒通常是纸板圆筒，目前用于绕制大型线圈。
在如图4所示的步骤二中，恰好完成了绕圈层中最后一圈绕圈的卷绕。所达到的外径可以被选定为任意值，但是小于板21的内径。将刚卷好的绕圈层向后压入位于板21和22后面的开底式舱。为达到此目的，例如，导向件对24i、24e和滚子26一致作用，导向件24i、24e彼此分开足够距离，使滚子26穿入环状空间20，从而将刚卷好的绕圈层向后压入开底式舱。
图5B是侧剖视图，该图示出了上述操作。当滚子26将刚卷好的绕圈层向后压的同时，松开开底式舱的板30，从而使上述向后压成为可能。
如图5B所示，在本发明的一个可选方案中，板30是固定的，转动板21、22和导向件24一起向右移动一个导线直径。
在如图4所示的步骤三中，滚子26复原回其初始位置，外导向件24e位于限定新绕圈层外径的位置上，内导向件24i与外导向件24e接合。如此配置导向件24可以防止刚绕好的绕圈层松开。为避免在滚子26处于其初始位置而导向件24未安装好之前绕圈层松开，上述操作通过至少两次操作来完成。在第一次操作中，在转动板的偶数扇区内进行上述操作而在奇数扇区内绕圈层保持在恰当的位置上。在第二次操作中，在奇数扇区内进行上述操作而绕圈层在偶数扇区内保持在恰当的位置上。
在步骤四中，绕圈层从步骤三的状态开始由外向内卷绕。如同步骤一一样，板21、22及导向件24顺时针转动。每次一对导向件24在滚子26下面通过时，导线28在滚子26的作用下被导入，内导向件24i在新卷绕绕圈的作用下被向内推后一步。
事实上，在上述卷绕步骤中，绕圈绕内导向件24i卷绕。因而，可以看出应该配置相当大数量的内导向件24i，以尽可能最好地覆盖环状空间20的内径。实际上，通常在未被相邻导向件24i覆盖的环状空间部分，绕圈形成不希望看到的绕圈直线部分。
一旦达到了预期的内径，刚被卷绕好的绕圈层被用步骤二、三中描述的方法向后压入开底式舱，然后，将内导向件24i定位在确定新绕圈层内径的位置上，并使外导向件24e与内导向件24i接合。然后重复步骤1-4。
上述装置的所有运动部件最好由千斤顶控制，例如气动或电子千斤顶。通过停止导向件24千斤顶的动力输入，上述导向件以较大的刚性保持其位置。在步骤1-4中，当正在卷绕的绕圈将要向后压导向件时，松开与导向件相连接的千斤顶。通过例如传感器检测滚子26的到达，确定千斤顶的松开位置，导线28在滚子26的作用下被引入。
同样，当滚子26向后压刚卷绕好的绕圈层时，开底式舱板30的千斤顶运动。
本技术领域的专家对本发明可以有许多改动和变型。例如，如果在导向件对24之间存在空间，那么可以配置滚子26，在离开导向件对24的位置上，将连续的绕圈层向后压入开底式舱，使得当所有滚子26仍处于向后压的位置上时，能同时安装所有导向件24。相对于上述装置，这种改动简化了对滚子和导向件的控制，因为可以同时对所有的滚子和所有的导向件进行控制。在一个可选择方案中，可以在导向件24上设置开口，以便可以躲开滚子装配导向件，与此同时滚子仍处在向后压的位置上。
如上所述，板21、22和导向件24是可转动的，滚子26是固定的。很显然，板21、22和导向件24可以是固定的，而滚子26是可转动的。
当然，本发明可以应用于需要同时卷绕几条导线28的情形。于是，几条导线被同时卷绕在同一绕圈层中。
本发明并不局限于具有圆形截面的线圈。本发明可以应用于具有任何截面形状的线圈，该线圈截面形状由导向件24的运动所确定。
权利要求
1.一种绕制线圈的装置，上述类型线圈包括许多绕轴线(A)卷绕的绕圈(1-11)层，上述绕圈层是径向的，并交替地由内向外和由外向内卷绕，上述装置包括内(24i)、外(24e)绕圈导向件，上述导向件分布在正在卷绕的绕圈层所在平面内，上述外导向件可从其与上述内导向件接合的位置上退回，以便沿着正在从内向外卷绕的绕圈层的外径缠绕，上述内导向件可从其与上述外导向件接合的位置上退回，以便沿着正在从外向内卷绕的绕圈层的内径缠绕；固定导向装置(26)，该装置使用于卷绕的导线(28)进入上述绕圈导向件所在平面内，并约束上述正在卷绕的绕圈层的第一表面；机构(26)，该机构用于将卷绕好的绕圈层轴向移入开底式舱，该开底式舱位于与上述导向装置相对的一侧。
2.如权利要求1所述的绕制装置，其特征在于上述导向装置和上述移动机构一同包括许多滚子(26)，上述滚子(26)具有径向轴线，分布在正在卷绕的上述绕圈层的第一表面上，配置上述滚子轴向穿过上述内、外转动导向件之间，从而移动已卷好的绕圈层。
3.如权利要求1所述的绕制装置，其特征在于上述开底式舱包括板(30)，该板(30)将已卷绕好的绕圈层保持在上述导向装置相对的一侧，上述板在每一卷绕好的绕圈层的移动时轴向后退。
4.如权利要求1所述的绕制装置，其特征在于上述导线具有矩形截面。
5.如权利要求4所述的绕制装置，其特征在于上述矩形截面导线的主轴垂直于上述线圈的轴(A)。
6.如权利要求1所述的绕制装置，其特征在于上述导线具有圆形截面，每一绕圈层包括与前一绕圈层圈数相同的绕圈，并且每一绕圈层相对于前一绕圈层径向移动一个导线半径。
7.如权利要求1所述的绕制装置，其特征在于每一绕圈包括几条导线，上述导线位于上述绕圈所在层的平面内。
全文摘要
本发明涉及一种线圈，它包括许多绕一个轴线卷绕的绕圈层。上述绕圈层是径向的，并且交替地从内向外和从外向内卷绕。
文档编号H01F41/06GK1166230SQ96191252
公开日1997年11月26日 申请日期1996年10月16日 优先权日1995年10月20日
发明者艾梅·波谢尔 申请人:艾梅·波谢尔