用于变压器芯的线圈的制作方法

本公开涉及一种用于变压器芯的线圈。

背景技术：

1、变压器是将电能从一个电路传递到另一个电路或多个电路的无源电气设备。典型的变压器包括铁磁芯，所述铁磁芯具有数个(例如三个)平行的柱或支柱，所述柱或支柱通常竖直地定向、在第一轭和第二轭之间延伸。线圈或绕组围绕所述支柱缠绕。在所述线圈中的任何一个线圈中的变化的电流在所述芯中产生变化的磁通量，所述变化的磁通量在围绕所述芯缠绕的任何其它线圈上感应变化的电动势。

2、如还在图6中一般性地例示的线圈100通常包括围绕线圈100的纵向轴线l缠绕成多个匝120的至少一个电导体110。导体110嵌入在例如铸塑树脂(图6中未示出)中。

3、中频变压器(mft)是电力电子系统中的典型部件。由于操作频率在1khz以上，例如在10khz的范围内，mft的线圈100的导体110通常由利兹线(litz wire)制成。利兹线是一种类型的导体，所述导体被配置为减少由于可能在通过导体110传输交流电期间发生的趋肤效应和接近效应而导致的损耗。利兹线通常由许多细股组成，所述细股被扭绞或编织在一起。因此，利兹线是多股导体。

4、尽管利兹线的各股被单独绝缘，但是为了避免介电故障而在导体110的邻接匝120之间——尤其是在前几匝(即在线圈100的纵向端附近的匝)之间——经常需要进一步绝缘，如对于图6中的上部纵向端由箭头和感叹号示例性地指示的。

5、干式mft的原型包括完全用nomex带包裹的利兹线，以提供可靠的匝间绝缘。nomex是一种合成的芳香族聚酰胺聚合物，并且示出非常好的耐化学性、耐机械性和耐电性。然而，已经发现，此配置不最佳地适合干式变压器的情况，因为nomex带可能妨碍树脂在线圈的制造期间完全嵌入利兹线。这可能导致在利兹线和nomex带之间遗留空气。利兹线和nomex带之间的这样的空气可能不利地影响绝缘，并且可能在变压器的操作期间导致局部放电的水平增加。

6、替代地，未包裹的利兹线可以与定位在邻接匝120之间的机械分离器130(如在图6b中可视化的)一起使用。以此方式形成的邻接匝之间的间隙随后用树脂填充以确保恰当的电绝缘。然而，此设计需要更复杂的制造。

7、因此，需要一种改进的用于变压器芯的线圈和一种改进的变压器芯。

技术实现思路

1、此目的通过独立权利要求来实现。从属权利要求涉及优选实施方案。在整个本说明书中阐述了本公开的附加或替代方面。

2、根据本公开，提供了一种用于变压器芯的线圈，所述线圈包括纵向轴线。所述纵向轴线可以与变压器的支柱的纵向轴线重合。设置了至少一个多股导体。至少一个第一导体匝围绕所述纵向轴线缠绕，并且至少一个第二导体匝围绕所述纵向轴线缠绕，所述至少一个第一导体匝与所述至少一个第二导体匝邻接。所述第一导体匝和第二导体匝可以是相同或不同的多股导体的一部分。所述第一导体匝和第二导体匝可以轴向地(即在所述纵向轴线的方向上)或径向地(即在垂直于所述纵向轴线的方向上)彼此邻接。

3、所述至少一个第一导体匝和所述至少一个第二导体匝中的每个设置有电绝缘构件，所述电绝缘构件围绕相应的导体匝的一部分但不是整个横截面周缘(perimeter)延伸，使得邻接的至少一个第一导体匝和所述至少一个第二导体匝彼此绝缘。

4、由于电绝缘构件不围绕相应的导体匝的整个横截面周缘延伸，因此导体匝的表面的一部分不被所述电绝缘构件覆盖。以此方式，例如铸塑树脂，例如环氧树脂可以直接接触导体匝的表面的一部分。另外，所述电绝缘构件和所述导体匝之间的接触区域围绕所述导体匝的横截面周缘封闭，但是向不存在电绝缘构件的区域敞开。已经发现，这消除或至少显著地降低空气遗留在所述导体匝和所述电绝缘构件之间的风险。结果，可以减少变压器的操作期间的不期望的局部放电。

5、所述线圈特别适合于被设计用于干式变压器以及油浸式变压器的变压器芯。

6、如所规定的，所述电绝缘构件围绕相应的导体匝的一部分而不是整个横截面周缘延伸。对于所述至少一个第一导体匝和/或第二导体匝的长度的至少一部分，或对于至少一个整匝，或对于多个匝，此条件可以保持为真。所述至少一个多股导体可以包括多个匝。

7、所述电绝缘构件可以沿相应的导体的一个匝或多个匝的整个长度连续地延伸。

8、所述多股导体可以包括设置有单独的隔离元件的股或可以由设置有单独的隔离元件的股形成。所述多股导体可以包括利兹线或可以是利兹线。所述多股导体可以包括连续换位导体(ctc)或可以是连续换位导体。

9、所述电绝缘构件可以被配置为避免在变压器的操作期间的介电故障。除了单独的股的绝缘之外，还可以设置所述电绝缘构件。

10、所述至少一个第一导体匝可以由所述至少一个多股导体形成。所述至少一个第二导体匝可以由所述至少一个多股导体形成。所述至少一个第一导体匝和所述至少一个第二导体匝可以由所述至少一个多股导体中的一个多股导体形成。替代地，所述至少一个多股导体可以包括第一多股导体和第二多股导体，其中所述至少一个第一导体匝由所述第一多股导体形成，并且所述至少一个第二导体匝由所述第二多股导体形成。

11、所述多股导体可以包括两个或更多个部件，其中每个部件可以由多股导体元件或线元件形成。

12、所述至少一个第一导体匝与所述至少一个第二导体匝邻接意味着在所述至少一个第一导体匝和邻接的至少一个第二导体匝之间不存在另外的导体匝。

13、所述至少一个第一导体匝与所述至少一个第二导体匝之间的电绝缘可以通过所述至少一个第一导体匝和所述至少一个第二导体匝的电绝缘构件中的至少一个来实现。

14、相应的导体匝的横截面周缘可以是在所述纵向轴线在其中延伸的平面中(即在由所述纵向轴线和垂直于所述纵向轴线定向的轴线所跨越的平面中)截取的横截面中的周缘。此横截面在下文中也被命名为“纵向横截面”。在本文中，“轴向”是指沿平行于所述纵向轴线的方向，并且“径向”是指沿垂直于所述纵向轴线的方向。附加地或替代地，所述横截面可以被定义为位于其法向量由在所述横截面的位置处的导体的纵向轴线给出的平面中。

15、所述至少一个第一导体匝与所述至少一个第二导体匝邻接可以意味着，在所述纵向横截面中，所述至少一个第一导体匝的横截面的一侧和邻接的至少一个第二导体匝的对应的(即在同一平面中截取的)横截面的一侧面向彼此。这些侧可以是径向或轴向延伸的侧。

16、所述至少一个第一导体匝和所述至少一个第二导体匝中的每个可以表现出大体上矩形横截面或矩形横截面。

17、矩形横截面允许线圈的空间节省配置。如在纵向横截面中看到的，矩形横截面的侧表面可以具有例如在5mm和40mm之间的延伸。

18、所述至少一个第一导体匝和所述至少一个第二导体匝中的每个可以表现出四个周向侧表面，所述四个周向侧表面也可以被称为周向侧表面，两个轴向延伸的表面和两个径向延伸的表面。一个边缘区域可以分别被形成在第一和邻接的第二侧表面之间的过渡处。

19、所述至少一个第一导体匝的电绝缘构件可以被布置成使得它被设置到或接触所述导体匝的一个表面的一部分。所述电绝缘构件可以在其四个周向侧表面中的至少一个上(例如在一个侧表面上或在两个侧表面上)被设置到或接触所述导体匝。此外，所述电绝缘构件可以在所述导体匝的至少一个边缘区域上延伸或覆盖所述导体匝的至少一个边缘区域。当在横截面中看时，所述绝缘构件可以完全沿形成所述边缘区域的两个侧表面中的一个延伸，并且仅沿形成所述边缘区域的两个侧表面中的另一个的一部分延伸。

20、例如，在其横截面中，所述电绝缘构件可以完全沿所述导体匝的侧表面中的一个延伸，但仅沿所述侧表面中的另一个或两个的20％至80％、优选地沿小于70％、例如沿30％至70％之间延伸。四个侧表面中的第四个并且最终还有第三个可以不被电绝缘构件覆盖。

21、特别地，至少两个侧表面的大部分可以不被相应的电绝缘构件绝缘或覆盖。以此方式，在制造线圈期间，树脂(例如环氧树脂)可以特别合适地接触导体匝的表面，同时避免空气遗留在电绝缘构件和导体之间。

22、所述电绝缘构件优选地仅围绕相应的导体匝的横截面周缘的小于70％、例如小于50％或小于40％延伸。除了上文所提及的效果之外，这还有助于降低成本。

23、优选的是，导体匝的横截面周缘的至少5％未被电绝缘构件覆盖，例如至少10％、至少20％或至少30％。

24、对于两个轴向和/或径向邻接的导体匝，每个匝具有面向相应的邻接匝的一个侧表面的一个侧表面。两个轴向和/或径向邻接的导体匝的布置可以使得面向彼此的两个侧表面中的仅一个(第一侧表面)设置有完全沿所述侧表面延伸的电绝缘构件，而面向彼此的两个侧表面中的另一个侧表面(第二侧表面)不具有电绝缘构件或设置有仅沿所述侧表面的一部分延伸的电绝缘构件，例如如上文所讨论的。

25、所述电绝缘构件可以是带。

26、如果电绝缘构件的量减少，则通常是有利的，因为以此方式可以节约成本。还有，为了确保恰当的绝缘，必须施加足够的量并且特别是在适当的位置施加足够的量。

27、相应的导体匝的周缘的一部分特别地未用电绝缘构件覆盖。以此方式，树脂可以特别适合于与导体匝接触。

28、所述电绝缘构件可以包括聚芳酰胺纤维或由聚芳酰胺纤维组成。例如，所述电绝缘构件可以包括nomex或由nomex组成。

29、所述线圈还可以包括用于将所述电绝缘构件保持到相应的导体匝的保持元件。这对于简单的制造是有利的。所述保持元件可以围绕相应的导体匝以及其电绝缘构件包裹。

30、所述保持元件可以对于树脂是可渗透的，例如对于环氧树脂是可渗透的。例如，所述保持元件可以包括玻璃纤维或可以由玻璃纤维制成。

31、相应的导体匝的一部分可以不被所述保持元件覆盖。以此方式，在制造线圈期间，树脂可以容易地与导体匝的表面接触。替代地，所述保持元件可以完全围绕相应的导体匝包裹，即，使得相应的导体匝的整个表面被所述保持元件覆盖。例如，所述导体匝可以被所述保持元件完全包裹。所述保持元件对树脂的渗透性然后可以允许树脂与所述导体匝接触。

32、所述保持元件可以围绕导体螺旋缠绕成多个匝。

33、所述线圈还可以包括树脂构件，所述树脂构件嵌入相应的导体匝并且直接接触所述相应的导体匝的至少一部分。所述树脂构件可以是铸塑树脂。所述树脂构件可以是环氧树脂构件。以此方式，所述相应的导体匝可以适当地浸渍有树脂。

34、所述至少一个第一导体匝和所述至少一个第二导体匝可以轴向和/或径向邻接。例如，所述线圈可以包括导体匝的第一层和导体匝的第二层，其中与所述第二层相比，所述第一层径向更靠近所述纵向轴线定位。例如，所述第一层可以由所述至少一个第一导体匝形成，并且所述第二层可以由所述至少一个第二导体匝形成。替代地或附加地，第一和第二导体可以提供轴向交替的匝。如本领域技术人员将容易理解的，本公开适用于由一个、两个、三个或更多个多股导体形成的线圈。