用于改进多重平行连接器的连接性能的系统和方法

专利名称：用于改进多重平行连接器的连接性能的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种多重平行导体，尤其是，涉及一种用于电器绕组如变压器的绕组，具有多股芯线的连续换位的电缆，其中每股芯线具有可容易剥离以作连接准备的独立的电绝缘体。
背景技术：
大多数现代的电器和电机，尤其是大容量变压器，使用连续换位的电缆，公知的如CTC。与具有相同横截面和由单根导体构成的传统电缆相比，具有特定横截面的连续换位的电缆具有多种机械和电气的优点。
连续换位的(continuously transposed)电缆由大量的芯线(strand)构成，其中每股芯线具有独立的电绝缘体。若干股芯线在端部并联。而且，在CT电缆中，也就是公知的勒贝尔(Roebel)导条中，芯线具有近似于矩形的横截面。每股芯线包括包覆着由铜、铝或其合金构成的导体芯(conductor)的绝缘漆。每股都具有它们各自电绝缘体的若干股芯线组成一束，以便限定成近似矩形的横截面。
通常，用于多重平行导体(multiple parallet conductor)中的芯线上的磁性线绝缘体(magnetic wire insulation)是由聚乙烯涂层或者聚乙烯乙酰树脂(polyvinyl acetyl resin)涂层构成的涂覆层，例如普遍使用的Formvar。
除涂在各个单独芯线上的绝缘涂层之外，可以将另外的由环氧，例如环氧树脂构成的附加层粘接到芯线上，以便响应在非常大的功率条件下运行的要求改善电缆的使用寿命。通常，连续地承受过载条件的变压器经受电磁效应产生的强大的机械力。这些机械力相互作用引起电导体芯线扭转，这导致相当明显地缩短电缆寿命。覆盖Formvar层的环氧树脂粘合剂使得芯线束成为一个整体单元，使得这些芯线承受较小的彼此相对地扭转。
当应用于变压器时，为了合适的电连接，需要准备连续换位的电缆的多重平行导体的每一股芯线。为了进行这些连接，在电缆中的单独芯线的每一股芯线在被焊接到其它电器接点之前，需要将绝缘层和环氧树脂从它们上面剥去。这个过程相当消耗时间并且需要将大量的人力投入到这个过程中。
通常，一种当前的剥去方法是通过用钢丝刷或者小刀切除绝缘层的机械去除。例如另一种相似的方法是通过用火炬燃烧加热分解去除绝缘。然而另一个方法使用化学试剂例如碱去掉绝缘层。最后，已经尝试过通过在熔化的焊料槽中分解它的方式利用焊料去除绝缘层。
已经证明上述方法没有一个是令人满意的。因此，存在一种制造用于变压器或其它电气装置中的一种电缆的需要，其中可以快速和有效地进行各个单独芯线的剥离和清理，减少为适当地将电缆电连接到其它电力接点所需的时间量。

发明内容
因此本发明的目的就是提供一种改进的用于电气装置和机器绕组的多重平行导体，它提供了一种为了电连接到电器接点而剥离和准备多重平行导体的端子的简化的方法。
这个目的通过本发明来实现，在其中，在涂覆任何绝缘材料或者环氧树脂之前在每一股芯线中的导体芯上都设置至少一层可软焊的材料层，使得当将电缆的端部放进焊料槽时，各股芯线上的可软焊的层和所有的绝缘材料和环氧树脂层都被去除，迅速地露出待清理和插入到所需的连接机构中的裸露的芯线。
为此目的，用于电气装置的多重平行导体包括多股芯线，其中每股芯线进一步包括一具有一可软焊的瓷漆(solderable enamel)层的导体芯，该可软焊的瓷漆层设置在每股芯线中的导体芯的至少一部分上。还提供了设置在可软焊的瓷漆层上的一绝缘漆(insulating varnish)层。当芯线被放置在熔融焊料槽中时，就从金属芯线上去掉了绝缘漆层。


图1是根据本发明制造的多重平行导体的第一个实施例的透视图；图2是根据本发明的一个实施例的图1的具有可变化的保持带的多重平行导体的第二个实施例的前视剖面图；图3是根据本发明的一个实施例的图1的多重平行导体中的一芯线的纵向剖面图；
图4是根据本发明的一个实施例的图3的多重平行导体中的芯线的前视剖面图；图5是一流程图，解释根据本发明的一个实施例的将若干层涂覆到图3中的多重平行导体上的过程；图6是根据本发明的一个实施例的被涂覆在图3所示的多重平行导体上的可软焊的瓷漆层的视图；图7是一流程图，解释根据本发明的一个实施例，剥离图1的多重平行导体的过程的；图8是根据本发明的一个实施例的芯线的端部已经被剥离的图3的多重平行导体的芯线放大的侧面剖视图。
具体实施例方式
图1和图2示出了用于包括变压器的电机绕组、具有用12表示的一束单独绝缘的换位芯线的多重平行导体10。若干彼此交叉的换位芯线12如在美国专利5,962,945中所描述的那样，该专利的全部内容在这里引作参考。具有导体芯材料18的芯线12，例如，被排列成两个并列的叠层14，在两个叠层14之间有沿纵向延伸的纸带16，如图1所示那样。
如图3和4所示的，芯线12的每一股都涂覆可软焊的瓷漆层20，直接涂覆在导体芯18上。在均匀地包覆导体芯18的整个表面的涂层中采用可软焊的瓷漆层20。可软焊的瓷漆层20可以用许多种常规方法，如使用计量型板(metering die)涂覆到导体芯18上。可软焊的瓷漆层20的厚度可以根据待淀积在其顶部的绝缘材料的类型变化。然而，它通常是按照有助于在涂覆过程中或者在涂覆过程后防止氧化的一方式和一厚度涂覆。例如，氧化可能降低导体芯18和可软焊的瓷漆层20之间的粘着力。
根据本发明的一个实施例，可软焊的瓷漆层20是以单层涂覆，并固化成最终0.0004英寸的厚度。可以单独地时每一单股芯线12进行这种加工过程，或者同时对多股芯线12进行批量的加工过程。
应当注意的是可软焊的瓷漆层20在导体芯材料18和绝缘漆层30之间起着保护层的作用。因此，任何用于类似的多重平行导体10、具有类似特性的保护层都在本发明的考虑范围内。然而，为了举例说明本发明的显著特征，使用可软焊的瓷漆层20。
可软焊的瓷漆层20可以按照多层形式涂覆，或者可以按照单层形式涂覆。可软焊的瓷漆层20的厚度可以变化，以适应用作芯线12的导体芯18的金属的不同类型以及适应待涂覆于其上的绝缘材料的不同类型，只要可软焊的瓷漆层20能够实现它的在下面更为详细地描述的功能。
如图3和4所示的，每股芯线12带有它自己的绝缘漆层30，以确保相邻的芯线12之间的足够的电绝缘。例如，典型的绝缘漆层30可以是任何一种聚乙烯涂层或者聚乙烯乙酰树脂例如Formvar层或者满足多重平行导体10所需的绝缘特性的其它同样地适合的绝缘体。为了举例说明本发明的显著特征，将假定绝缘漆层30为Formvar层，然而这决不意味着限定本发明的范围。可以和芯线12一起使用的任何相似的绝缘材料都在本发明的考虑范围内。
绝缘漆层30可以以许多常规手段涂覆于芯线12上。如图3所示的，在设置或固化可软焊的瓷漆层20后，将绝缘漆层30涂覆在该层的顶部上，因此，绝缘漆层30导致一种优选地不直接接触芯线12的导体芯18的绝缘。
绝缘漆层30的厚度可以随芯线12的绝缘要求变化，然而，它通常以固化后为0.0004英寸厚的若干单独的涂层的形式涂覆。在典型的芯线12的涂覆中，为了形成绝缘漆层30，在某些处大约涂覆6到10层绝缘材料或Formvar层。
在本发明的一个实施例中，如图3和4所示，为了改善电绝缘漆层30的机械强度，还可以在每股芯线12的绝缘漆层30之上涂覆部分交联的环氧树脂漆40构成的附加涂层。环氧树脂层40可以用许多常规方法涂覆到芯线12上。如图3和4所示，在绝缘漆层30的最后涂层干燥后，将环氧树脂层40涂覆到绝缘漆层30的顶层上。环氧树脂层40导致处于芯线3的绝缘漆层30的顶层上变硬的环氧树脂或粘接。
环氧树脂层40的厚度可以随待加到芯线12上的所要求的附加强度变化，然而，它通常以在干燥时为0.0004英寸厚的若干单独的涂层的形式涂覆。在典型的芯线12的涂覆中，为了形成环氧树脂层40，在某些处大约涂覆2到4个环氧树脂层。
连同绝缘漆层30和可软焊的瓷漆层20一起，环氧树脂层40的厚度可以设定为满足用于多重平行导体10的工业标准例如NEPA(国家环境政策法案)和IEC(国际电工委员会)。
应该注意环氧树脂层40对芯线12的正确工作不是必须的，但是只为了解释的目的而包括它作为可选择的层。仅具有可软焊的瓷漆层20和绝缘漆层30的芯线12也在本发明的考虑范围内。
如图1和2所示的，在每股芯线12适当地被可软焊的瓷漆层20、绝缘漆层30和环氧树脂层40涂覆后，芯线12被制成多重平行导体10，例如用于变压器的连续换位电缆。此时可以添加其它的附加元件以改善多重平行导体10的质量。
例如，用纸带制成的公共包皮(common wrapping)60被放置在以这种方式形成的电绝缘芯线束12上。用于改善多重平行导体10的另一元件，如图1和2所示的，包括在包皮60的下面沿多重平行导体10的整个长度纵向延伸的扯裂绳索(rip cord)62，以便在制造用于电气装置和电机的绕组时，也就是当绕制连续换位电缆的同时，可以容易并且有成本效率(cost-effectively)地去除包皮60。
还有用于改善多重平行导体10的另一个元件，如图1所示，包括保持带64。在芯线12的公共包皮60的外侧设置有保持带64，它沿多重平行导体10的纵向延伸并且涂有粘接剂并附着在包皮60上。保持带64用于使包皮60的各个部分在撕掉扯裂绳索后能保持在一起，使得容易并完整地去除包皮60及避免了由于包皮的松散的组成部分造成的不整洁。
在图2所示的实施例中，保持带64平行于多重平行导体10的纵向延伸，但是被放置在芯线12的叠层中的一个和在多重平行导体的10朝向远离扯裂绳索62的那一侧上的包皮60的内侧之间。这些和其它对于多重平行导体10的改进的详尽的描述可以在美国专利No.5,962,945中找到，其全部内容在这里引作参考。
在如图6所示的本发明的一个实施例中，提供了一种电缆的装配线300。装配线300包括含有裸露导体芯18的滚轮302。导体芯18被旋转离开滚轮302然后穿过直列式的(in-line)的退火炉304，用于借助计量型板(meteringdie)或者其它这样的制造设备涂覆合适厚度的可软焊的瓷漆。在直列式的退火炉304之后，设置RO(反渗透净化)水槽306、海绵管308和空气干燥器310，以去除多余的可软焊的瓷漆并对导体芯18和对可软焊的瓷漆层20进行初步的冷却。
瓷漆炉(enamel oven)312被定位于装配线300的端部，使得其上具有刚刚涂覆的可软焊的瓷漆的导体芯18穿过炉312，在连续的滚轮上绕转直到可软焊的瓷漆干燥成可软焊的瓷漆层20。一涂覆设备314被定位于瓷漆炉312的外面，使得在可软焊的瓷漆层20固化后，可以涂覆绝缘漆和环氧树脂以形成绝缘漆层30和环氧树脂层40，并在同一瓷漆炉312中干燥和固化。下面将更具体的描述涂覆过程中的每一步工艺。
在图5的流程图中所示的本发明的一个实施例中，生产出用于多重平行导体10的芯线12。在步骤200，选择导电材料形成芯线12的导体芯18。在材料，例如铜，被选择后，在步骤202，拖曳导体芯18并碾压成适当的厚度和形状以形成多重平行导体10，例如，被压平基本上呈矩形的用于连续换位电缆的条带。然后将导体芯18装载在滚轮302上。
下一步，在步骤204，可软焊的瓷漆被置于芯线12的导体芯18上。为了防止氧化，将导体芯18的整个表面迅速包覆起来。用于可软焊的瓷漆层20的可软焊的瓷漆是以液态的形式涂覆的。如图6所示，在步骤206，在直列式的退火炉304中在计量型板下拖曳导体芯18，以便去除多余的可软焊的瓷漆，以在导体芯18上形成均一厚度的可软焊的瓷漆层20。如上所述，设置计量型板以使固化时的可软焊的瓷漆层20的厚度基本上为0.0004英寸，然而，这个厚度在必要时可以调整。
而后，在下一步骤208，将在其上淀积有可软焊的瓷漆层20的导体芯18移到瓷漆炉312中，在其中允许在涂覆绝缘漆之前设置可软焊的瓷漆层20。设置瓷漆炉312的温度，以使层20进行充分地固化。
在所有的可软焊的瓷漆涂层被固化到导体芯18上，形成最终的可软焊的瓷漆层20之后，在步骤210，通过涂覆装置314将绝缘漆涂覆到已做好的可软焊的瓷漆层20上，以形成绝缘漆层30。在低于使可软焊的瓷漆层20熔化的温度下，将绝缘漆涂覆到可软焊的瓷漆层20上。在步骤212，以涂层的形式涂覆绝缘漆并在瓷漆炉312中干燥，使得在固化时，它的厚度接近于0.0004英寸。如上所述，将绝缘漆层30涂覆到可软焊的瓷漆层20上，而且，这样不直接接触导体芯18。，这使得随后借助焊料槽去除绝缘漆层30变得简单而且更有效。
其次，在步骤214，分阶段重复将绝缘材料涂层涂覆到芯线12上的过程，直到完成所需厚度的绝缘漆层30。在完成绝缘漆层30并且在提供充分固化的温度下干燥绝缘材料的最后一层之后，在步骤216通过涂覆装置314以与上述相同的步骤涂覆环氧树脂。在步骤218，重复该涂覆步骤，将环氧树脂层涂覆到芯线12上并在瓷漆炉312中干燥，使得在固化时，它们的厚度为0.0004英寸，直到环氧树脂层40达到最终所需的厚度为止。
一旦可软焊的瓷漆层20、绝缘漆层30和环氧树脂层40在芯线12的导体芯18上被固定并且干燥，完成的芯线12被组合成如图1和2所示的多重平行导体10。
应该注意的是，形成可软焊的瓷漆层20、绝缘漆层30和环氧树脂层40的涂层的厚度、持续时间和干燥每一层的温度以及这些层的最终厚度可以随包括芯线12的最终的使用和用于这些层的原材料的很多因素而变化。然而，用相似的方法产生、具有可软焊的瓷漆层的芯线12都落在本发明的考虑范围之内。
在完成多重平行导体10的制造之后，准备将其用于例如高压变压器。应该注意的是，多重平行导体10可以有许多用途，但是，如上所述，为了举例说明，这里将结合它的在电力变压器中的使用进行描述。
在多重平行导体可以作适当使用之前，必须为与外部电连接节点的插入/连接做准备。为了做到这点，每个芯线12必须被剥离(去除绝缘)，使得芯线12的导体芯18能够直接地和电节点(electrical node)接触。在以前的工艺中，需要将每股芯线12剥离到适当的长度，对于多重平行导体10中的每股芯线12，从端部开始计长度在4-8英寸之间。根据下述方法，本发明大大降低了这种剥离操作所需的劳动量。
在本发明的一个实施例中，如图7所示的流程图所示，在步骤100，，通过用扯裂绳索62除去包皮60的方法准备将如图1和2所示的多重平行导体10插入电节点。下一步，在步骤102，准备具有足够的液化焊料的熔融焊料槽，以将芯线12剥离达到合适的长度。焊料槽应当足够圆以能容纳多重平行导体10的整个横截面并且足够深能以能将芯线12剥离大约4-8英寸长。
焊料槽被加热到足以去除环氧树脂层40、绝缘漆层30和可软焊的瓷漆层20的温度。优选地，焊料槽加热到约480℃。仅仅打算将这作为能够使用的一种温度的例子，然而，根据需要，也可以使用足以从芯线12去除全部层20、30和40而又不会过热以至于破坏金属的其它的温度。最佳温度可以根据用于形成可软焊的瓷漆层20和绝缘漆层30的材料的不同而变化。
在步骤104，多重平行导体10的端部浸入焊料槽的水平面，因此准备从芯线12的端部剥离的相当数量的绝缘漆层30和环氧树脂层40被浸没在焊料中。使芯线12彼此之间隔离开微小的空隙或者松散，以使得焊料槽中熔化的焊料在导体10的所有芯线12上均等地起作用，这可能是有利的。
在下一步106，将多重平行导体10保持在焊料槽中，直到清除掉芯线12的裸线上的所有的涂层。列举的这些温度导致环氧树脂层40和绝缘漆层30，例如Formvar，从可软焊的瓷漆层20以极快的速度熔化掉。然后，当芯线12接近焊料槽的最高温度时，可软焊的瓷漆层20被熔化并也和芯线12的金属分离。
可选择地，如果需要镀锡，可以留一些可软焊的瓷漆层20在芯线12的端部上，以便增强与所要求的设备的最终的焊接连接。通常每股芯线12大约需要在焊料槽中保持20秒钟以去除环氧树脂层40、绝缘漆层30和可软焊的瓷漆层20。然而，当多重平行导体10中的组合的芯线12一起放置在焊料槽中时，彻底的剥离所有的芯线12的时间大约需要2分钟。如果也需要镀锡，芯线12保持在焊料槽中的持续时间可以根据熔化的性质和层20、30和40的厚度改变。
如图8所示，在步骤108，在去除掉所有的想要剥离的材料后，多重平行导体10从焊料槽中取出并清洗。可以使用任何能够从芯线12去除可软焊的瓷漆层20的残留焊料的方法进行清理，包括用研磨剂材料或者钢丝刷清理。如果需要镀锡，那么可软焊的瓷漆层20或者其一部分可以留在芯线12上，使用上述方法清理仅仅去除多余的绝缘漆层30或者环氧树脂层40残渣。当去除所有的多余的材料以及将芯线12清理干净并且与所要求的电连接点连接时，在步骤110完成了整个过程。
上述的实施例出色地实现了本发明的目的。然而，可以理解的是，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出改变。
权利要求
1.一种用于电气装置的多重平行导体，所述多重平行导体包括多股芯线，其中所述芯线的每一股进一步包括；一导体芯；一可软焊的瓷漆层，其被设置在所述导体芯的至少一部分上；以及一绝缘漆层，其被设置在所述可软焊的瓷漆层上，使得当所述的多股金属芯线被放置在焊料槽中时，所述绝缘漆层从所述导体芯上被除去。
2.根据权利要求1所述的多重平行导体，其中所述的多重平行导体是一连续换位电缆。
3.根据权利要求1所述的多重平行导体，其中所述的导体芯是一横截面基本上为矩形的铜线。
4.根据权利要求1所述的多重平行导体，其中所述的可软焊的瓷漆层覆盖着整个所述导体芯。
5.根据权利要求4所述的多重平行导体，其中所述的可软焊的瓷漆层按照约0.0004英寸的厚度固化。
6.根据权利要求1所述的多重平行导体，其中所述的绝缘漆层是聚乙烯涂层和聚乙烯乙酰树脂中的任一种。
7.根据权利要求1所述的多重平行导体，其中所述的绝缘漆层以多个涂层的形式涂覆，当固化时所述涂层的每一个的厚度约为0.0004英寸。
8.根据权利要求1所述的多重平行导体多重平行导体，其中进一步包括涂覆在所述绝缘漆层上的一环氧树脂层，形成所述环氧树脂层以增强所述芯线抗机械应力的性能。
9.根据权利要求8所述的多重平行导体，其中所述的环氧树脂层由部分交联的环氧树脂漆构成。
10.根据权利要求1所述的多重平行导体，其中所述绝缘漆层不直接和所述导体芯接触。
11.一种用于电气装置的多重平行导体，所述多重平行导体包括多股芯线，其中所述芯线的每一股进一步包括；一导体芯；一保护层，其设置在所述导体芯的至少一部分上；和一绝缘漆层，其设置在所述保护层上，使得当对所述的多股金属芯线进行处理时，所述保护层和所述绝缘漆层从所述导体芯上被除去。
12.一种制造用于电气装置的具有多股金属芯线的多重平行导体的方法，所述方法包括以下步骤给所述芯线的每一股提供一导体芯；将至少一层可软焊的瓷漆涂覆到所述的所述多股导体芯的至少一股上；和将至少一层绝缘漆涂覆到所述的可软焊的瓷漆层上，因此当将所述的多股金属芯线的所述的一个放在焊料槽中时，所述绝缘漆层从所述导体芯上被除去。
13.根据权利要求12所述的制造多重平行导体的方法，其中进一步包括将至少一层可软焊的瓷漆涂覆到所述多股所述金属芯线的每一股导体芯上的步骤。
14.根据权利要求13所述的制造多重平行导体的方法，其中在所述导体芯上涂覆过量的可软焊的瓷漆。
15.根据权利要求14所述的制造多重平行导体的方法，其中通过计量型板从所述导体芯上去除掉所述多余的可软焊的瓷漆，当固化时生成厚度约为0.0004英寸的一可软焊的瓷漆层。
16.根据权利要求12所述的制造多重平行导体的方法，其中在足以充分固化的温度下干燥所述可软焊的瓷漆。
17.根据权利要求12所述的制造多重平行导体的方法，其中进一步包括将至少一层绝缘漆涂覆到所述多股芯线中的每一股的所述可软焊的瓷漆层上的步骤。
18.根据权利要求12所述的制造多重平行导体的方法，其中在足以充分固化的温度下干燥所述绝缘漆层。
19.根据权利要求14所述的制造多重平行导体的方法，其中进一步包括将至少一层环氧树脂涂覆到所述多股芯线中的每一股的所述绝缘漆层上的步骤。
20.根据权利要求19所述的制造多重平行导体的方法，其中在足以充分固化的温度下干燥所述环氧树脂树脂。
21.一种剥离具有多股芯线的一多重平行导体的一芯线的方法，其中所述芯线具有一导体芯、一可软焊的瓷漆层和一绝缘漆层，所述方法包括以下步骤准备一熔融的焊料槽；将所述芯线浸没在所述焊料槽中；以及从所述芯线上将所述绝缘漆层完全熔化到所述焊料槽中。
22.根据权利要求21所述的剥离多重平行导体中的一芯线的方法，其中所述焊料槽被加热到约480℃。
23.根据权利要求21所述的剥离多重平行导体中一芯线的方法，其中将所述多重平行导体浸没在所述焊料槽中约4英寸-8英寸。
24.根据权利要求21所述剥离多重平行导体中一芯线的方法，其中利用所述焊料槽将所述可软焊的瓷漆层完全去除。
25.根据权利要求21所述剥离多重平行导体中一芯线的方法，其中所述可软焊的瓷漆层的一部分保留在所述芯线上，用于对所述导体芯镀锡。
全文摘要
本发明涉及一种用于电气装置的多重平行导体。该导体包含有多股芯线，其中每股芯线包括导体芯和设置在导体芯的至少一部分上的可软焊的瓷漆层。还提供了设置在可软焊的瓷漆层上的绝缘漆层，使得当多股金属芯线放置在焊料槽中时，绝缘漆层从芯线上被剥离。
文档编号H01F41/12GK1604243SQ20041005520
公开日2005年4月6日 申请日期2004年6月3日 优先权日2003年6月3日
发明者鲁塞尔·W·班克斯, 迈克尔·伯恩 申请人:尼克桑斯公司