相鄰繞圈間低電位差的電子線圈的製作方法
2023-05-16 12:19:31
專利名稱：相鄰繞圈間低電位差的電子線圈的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子線圈的繞制，例如高壓變壓器線圈的繞制。本發明尤其旨在一種能避免相繼兩層的相鄰繞圈之間絕緣問題的特定繞制。
電子線圈通常包括一些軸向繞圈層，即，每一層包括若干平行於線圈軸線相繼卷繞的繞圈(winding)。在大多數情況下，軸向的繞圈數多於徑向的繞圈數。
上述線圈的缺點是，兩個相繼層的鄰近繞圈可能是被許多匝分開的，以致於它們之間的電壓差對於繞圈絕緣材料而言太大，繞圈的絕緣材料通常為塑料。因此，需要在繞圈層之間放置絕緣材料層，這使得線圈過於龐大，並使得線圈的製造太複雜。
為避免上述缺點，在歐洲專利申請0518737中，在傾斜的層內繞制繞圈。用這種方法得到的線圈具有不規則的四邊形截面，因而線圈存在體積龐大的缺點，這必然意味著，對於給定的繞圈數量而言，上述線圈的外徑大於具有矩形截面的線圈的外徑。線圈體積的增大還由於這樣的事實，線圈包括大量交叉的繞圈，妨礙了繞圈的相鄰配置。
由於有許多交叉的繞圈，這種繞制方法不能應用於粗導線或矩形截面導線的卷繞。
本發明的目的是提供一種體積小、不存在連續層間相鄰繞圈絕緣問題的線圈。
為實現上述目的，本發明提供的線圈包括許多繞在軸上的繞圈層，上述繞圈層是徑向的，並且交替地由內卷到外和由外卷到內。
在本發明的實施例中，線圈導線具有矩形截面。
在本發明的實施例中，矩形截面導線的主軸線垂直於線圈的軸線。
在本發明的實施例中，線圈導線具有圓形截面，每一繞圈層包括與前一層數量相同的繞圈，並且相對於前一層徑向移動一條導線的半徑的距離。
在本發明的實施例中，線圈的每個繞圈包括幾條導線，上述導線位於繞圈所在層的平面內。
本發明同樣針對繞制上述類型線圈的裝置。該裝置包括內、外轉動導向件，導向件分布在正在卷繞的繞圈層平面內。外導向件可從與內導向件接合的位置上退回，以便沿著正在從內向外卷繞的繞圈層的外徑纏繞。內導向件可從與外導向件接合的位置上退回，以便沿著正在從外向內卷繞的繞圈層的內徑纏繞。固定導向裝置把要被卷繞的導線引入轉動導向件所在平面內，並維持卷繞層的第一表面。提供了一種將卷繞好的繞圈層向設在導向裝置相對一側的開底式艙(hopper)軸向移動的機構。
按本發明的實施例，上述導向裝置和上述移動裝置共同擁有許多滾子，上述滾子分布在正在卷繞的繞圈層的第一表面上，其軸線沿徑向配置，配置上述滾子在外、內轉動導向件之間穿過，從而移動已卷繞好的繞圈層。
在本發明的實施例中，上述開底式艙包括將卷繞好的繞圈層保持在導向裝置對面一側的板，上述板可以在每一卷繞好的繞圈層的推動下軸向收縮。
本發明的上述目的、特徵和優點將參照附圖在下面對特定實施例的非限定性說明中進行詳細的論述。
圖1簡要示出了處於繞制過程中的本發明線圈；圖2A和2B是本發明的一層繞圈和下一層繞圈起始部分的前視圖和側視圖；圖2C是本發明幾個繞圈層的側視圖，如同它們在實際情況中一樣；圖3簡要示出本發明繞圈層的幾個可選擇方案；圖4是本發明繞制裝置的前視圖，該圖按照繞制的步驟分為幾個扇區；圖5A和圖5B是圖4所示裝置的一部分的側剖視圖，表示兩個繞制步驟。
圖1示出軸線為A的圓柱體10，線圈繞該圓柱體卷繞。在本發明中，線圈以徑向層的方式完成，也就是，每一層包括在垂直於線圈軸線A的同一平面內連續卷繞的幾個繞圈。在圖1中，繞圈的卷繞次序用從1開始的遞增序號表示。
而且，按照本發明的一個方面，繞圈層交替地由內卷繞到外和由外卷繞到內。例如，在圖1中，第一層的五個繞圈從內卷繞到外。在卷繞完最後一圈繞圈5後，下一層的第一圈繞圈6貼著繞圈5卷繞，隨後的繞圈7-10從繞圈6開始向內(即向軸線A)卷繞。
在這種結構中，將相鄰層間兩個繞圈分開的匝數小於兩倍徑向繞圈數。在大多數情況下，徑向繞圈數與軸向繞圈數之比很小，以致於不再需要在相鄰繞圈層之間放置絕緣材料。
另外，所得到線圈的截面是矩形，因而線圈具有最優的體積。
繞圈向內和向外交替卷繞可以實現從一繞圈層向下一繞圈層自然而自動的過渡，這樣繞圈層是相鄰的。
圖2A和2B是本發明第一層繞圈和第二層繞圈起始部分的前視圖和側視圖。相繼的繞圈1-5形成螺旋而不是連續的圓環，特別是使用粗導線時。因此，如圖2A中虛線所示，第一層倒數第二圈繞圈4逐漸到達線圈的外徑。在到達繞圈4開始逐漸到達外徑的位置(在底部)之前，最後一圈繞圈5位於繞圈1-4所在平面內。從上述位置開始，繞圈5逐漸經過相鄰的繞圈4，內接在線圈的外徑裡，直到繞圈5中止在由繞圈6(在頂部)開始的第二繞圈層平面內。
如圖2A中混合線所示，繞圈6內接在線圈外徑內，緊鄰繞圈5向下向繞圈5開始向第二層橫向過渡的位置(在底部)卷繞。從這一位置開始，繞圈6逐漸向內移動，同時與第一層保持鄰接，開始了趨向圓柱10的螺旋過程。
圖2A、2B和理想情況是一致的。從繞圈5向繞圈6逐漸過渡的起始點如圖2A、2B所示在圖中的底部，事實上這種過渡是突然的，實際上是在繞圈層的起始處(圖2A、2B中的頂點)之後開始的。
圖2C示出繞圈從一層向下一層過渡的幾種方式，正如它們的實際情況。這些過渡方式建立在如下事實的基礎上圓柱10與繞圈1端部之間的空間，如圖所示是空的，事實上由繞圈1的端部充滿；在圖2A上左1/4圓周內的螺旋是扁平的。
如果用於卷繞的導線的截面是矩形，那麼既使是在理論上，從一繞圈層向下一繞圈層的過渡也只能是突然的。由於繞圈層仍然保持鄰接，上述突然過渡當然不會產生缺陷。
圖3示出本發明線圈的三個實際的可選擇方案。
當所使用的導線具有圓形截面時，如前面附圖所示的例子，實際上從一層到另一層的繞圈在徑向移動了二分之一導線直徑，以尋找一個穩定的位置。於是，如圖3左、中圖所示，本發明線圈可以有兩種可選擇的結構。
在第一個可選擇方案中，給定圈數的繞圈層被圈數少一、並向外移動了二分之一導線直徑的繞圈層分開。
在第二個可選擇方案中，各個繞圈層包括同樣圈數的繞圈，但是各個繞圈層交替地向外、向內移動二分之一導線直徑。
繞圈從一層向鄰近層的移動導致線圈軸向尺寸的減小，所獲得線圈的長度略小於線圈軸向繞圈數乘以繞圈直徑。然而，這種尺寸的減小是不均勻的，由於在一些位置上，在第一個可選擇方案(左圖)一層中的每個繞圈與上一層中的兩個繞圈相交，在第二個可選擇方案(中圖)每一個繞圈與上一層中的一個繞圈相交。在相交區域不會出現軸向尺寸的減小，因而這導致了線圈截面的不規則性。第二個可選擇方案(中圖)線圈截面的不規則程度較輕，該方案是優選方案。
圖3右圖示出了矩形截面導線線圈的局部。使用矩形截面導線可以避免上述問題。可以得到完全是矩形截面的線圈。如圖所示，矩形截面的主軸最好垂直於線圈的軸線A。這簡化了從一層過渡到下一層中繞圈的繞制過程。
圖4示出本發明裝配線圈的裝置，該線圈具有徑向層。圖中示出處於四個不同的繞制步驟中的上述裝置，繞制步驟用數字1-4表示。
上述裝置包括環狀空間20，在該空間中繞制每一徑向繞圈層。上述空間20由位於同一平面內的外板21和內板22限定而成。外板21包括許多分布在環狀空間20外周邊上的外導向件24e。導向件24e的弧形內端的直徑與環狀空間20的外徑大致相等。同樣，幾個內導向件24i分布在內板22周邊與外導向件24e相應的位置上。導向件24i的端部是弧形的，其直徑大致等於環形空間20的內徑。每個導向件24可以在環狀空間20的開啟與閉合位置之間滑動。
許多具有徑向軸線26的滾子分布在環狀空間20上，並在正在卷繞的繞圈層表面上滾動。當然，為了不幹擾滾子26的滾動，導向件24配置在足夠深的槽中。
在初始步驟(未示出)中，在開始從內向外卷繞繞圈層時，內導向件24i徑向退回，從而限定繞圈層的內徑，外導向件24e與相應的內導向件24i接合。繞圈層內徑可以取任意大於板22直徑的值。
在步驟一中，板21、22和導向件24如圖4所示順時針轉動，與此同時，滾子26保持固定而且在環狀空間20的邊上滾動。
將被卷繞的導線28在其中一個滾子26的位置處切入環狀空間20，滾子26矯正導線28使其進入板21和22所在平面，即正在卷繞的繞圈層平面。如按箭頭F所指的方向看的局部視圖所示，由於導線28不可避免地與板21和22存在一個夾角進入，因而導線必須被矯正。
當上述板轉動時，由於導線28被拉直、同時足夠數量的滾子26將繞圈保持在空間20內，防止正在卷繞的繞圈與已卷好的繞圈相交，因而繞圈在空間20中不斷地從外向內堆積。外導向件24e每次經過滾子26下面時，導線28被捲入，上述導向件24在正在卷繞的新繞圈的作用下被向外推了一步。
圖5A是圖4所示裝置在步驟一時的局部剖視圖。圖5A示出已卷繞好的繞圈層，上述繞圈層位於正在卷繞的繞圈層的後面，被堆放在環狀空間20底部的開底式艙中。在板30的作用下，上述已卷繞好的繞圈層頂住正在卷繞的繞圈層和導向件24。在開底式艙板30、導向件24和滾子26的共同作用下，繞圈層保持平整。
如圖所示，導向件24的厚度小於被卷繞導線的直徑，這有助於滾子26維持正在卷繞的繞圈層的平整。正在卷繞的繞圈除向後推導向件24e而徑向卷繞外，沒有其它的可能性。導向件24最好具有倒角，這有助於正在卷繞的繞圈將其推開。用合適的裝置存放已卷好的繞圈層，例如，存放在附加於板21、22背面可轉動的內圓筒32i和外圓筒32e之間。上述圓筒通常是紙板圓筒，目前用於繞制大型線圈。
在如圖4所示的步驟二中，恰好完成了繞圈層中最後一圈繞圈的卷繞。所達到的外徑可以被選定為任意值，但是小於板21的內徑。將剛卷好的繞圈層向後壓入位於板21和22後面的開底式艙。為達到此目的，例如，導向件對24i、24e和滾子26一致作用，導向件24i、24e彼此分開足夠距離，使滾子26穿入環狀空間20，從而將剛卷好的繞圈層向後壓入開底式艙。
圖5B是側剖視圖，該圖示出了上述操作。當滾子26將剛卷好的繞圈層向後壓的同時，鬆開開底式艙的板30，從而使上述向後壓成為可能。
如圖5B所示，在本發明的一個可選方案中，板30是固定的，轉動板21、22和導向件24一起向右移動一個導線直徑。
在如圖4所示的步驟三中，滾子26復原回其初始位置，外導向件24e位於限定新繞圈層外徑的位置上，內導向件24i與外導向件24e接合。如此配置導向件24可以防止剛繞好的繞圈層鬆開。為避免在滾子26處於其初始位置而導向件24未安裝好之前繞圈層鬆開，上述操作通過至少兩次操作來完成。在第一次操作中，在轉動板的偶數扇區內進行上述操作而在奇數扇區內繞圈層保持在恰當的位置上。在第二次操作中，在奇數扇區內進行上述操作而繞圈層在偶數扇區內保持在恰當的位置上。
在步驟四中，繞圈層從步驟三的狀態開始由外向內卷繞。如同步驟一一樣，板21、22及導向件24順時針轉動。每次一對導向件24在滾子26下面通過時，導線28在滾子26的作用下被導入，內導向件24i在新卷繞繞圈的作用下被向內推後一步。
事實上，在上述卷繞步驟中，繞圈繞內導向件24i卷繞。因而，可以看出應該配置相當大數量的內導向件24i，以儘可能最好地覆蓋環狀空間20的內徑。實際上，通常在未被相鄰導向件24i覆蓋的環狀空間部分，繞圈形成不希望看到的繞圈直線部分。
一旦達到了預期的內徑，剛被卷繞好的繞圈層被用步驟二、三中描述的方法向後壓入開底式艙，然後，將內導向件24i定位在確定新繞圈層內徑的位置上，並使外導向件24e與內導向件24i接合。然後重複步驟1-4。
上述裝置的所有運動部件最好由千斤頂控制，例如氣動或電子千斤頂。通過停止導向件24千斤頂的動力輸入，上述導向件以較大的剛性保持其位置。在步驟1-4中，當正在卷繞的繞圈將要向後壓導向件時，鬆開與導向件相連接的千斤頂。通過例如傳感器檢測滾子26的到達，確定千斤頂的鬆開位置，導線28在滾子26的作用下被引入。
同樣，當滾子26向後壓剛卷繞好的繞圈層時，開底式艙板30的千斤頂運動。
本技術領域的專家對本發明可以有許多改動和變型。例如，如果在導向件對24之間存在空間，那麼可以配置滾子26，在離開導向件對24的位置上，將連續的繞圈層向後壓入開底式艙，使得當所有滾子26仍處於向後壓的位置上時，能同時安裝所有導向件24。相對於上述裝置，這種改動簡化了對滾子和導向件的控制，因為可以同時對所有的滾子和所有的導向件進行控制。在一個可選擇方案中，可以在導向件24上設置開口，以便可以躲開滾子裝配導向件，與此同時滾子仍處在向後壓的位置上。
如上所述，板21、22和導向件24是可轉動的，滾子26是固定的。很顯然，板21、22和導向件24可以是固定的，而滾子26是可轉動的。
當然，本發明可以應用於需要同時卷繞幾條導線28的情形。於是，幾條導線被同時卷繞在同一繞圈層中。
本發明並不局限於具有圓形截面的線圈。本發明可以應用於具有任何截面形狀的線圈，該線圈截面形狀由導向件24的運動所確定。
權利要求
1.一種繞制線圈的裝置，上述類型線圈包括許多繞軸線(A)卷繞的繞圈(1-11)層，上述繞圈層是徑向的，並交替地由內向外和由外向內卷繞，上述裝置包括內(24i)、外(24e)繞圈導向件，上述導向件分布在正在卷繞的繞圈層所在平面內，上述外導向件可從其與上述內導向件接合的位置上退回，以便沿著正在從內向外卷繞的繞圈層的外徑纏繞，上述內導向件可從其與上述外導向件接合的位置上退回，以便沿著正在從外向內卷繞的繞圈層的內徑纏繞；固定導向裝置(26)，該裝置使用於卷繞的導線(28)進入上述繞圈導向件所在平面內，並約束上述正在卷繞的繞圈層的第一表面；機構(26)，該機構用於將卷繞好的繞圈層軸向移入開底式艙，該開底式艙位於與上述導向裝置相對的一側。
2.如權利要求1所述的繞制裝置，其特徵在於上述導向裝置和上述移動機構一同包括許多滾子(26)，上述滾子(26)具有徑向軸線，分布在正在卷繞的上述繞圈層的第一表面上，配置上述滾子軸向穿過上述內、外轉動導向件之間，從而移動已卷好的繞圈層。
3.如權利要求1所述的繞制裝置，其特徵在於上述開底式艙包括板(30)，該板(30)將已卷繞好的繞圈層保持在上述導向裝置相對的一側，上述板在每一卷繞好的繞圈層的移動時軸向後退。
4.如權利要求1所述的繞制裝置，其特徵在於上述導線具有矩形截面。
5.如權利要求4所述的繞制裝置，其特徵在於上述矩形截面導線的主軸垂直於上述線圈的軸(A)。
6.如權利要求1所述的繞制裝置，其特徵在於上述導線具有圓形截面，每一繞圈層包括與前一繞圈層圈數相同的繞圈，並且每一繞圈層相對於前一繞圈層徑向移動一個導線半徑。
7.如權利要求1所述的繞制裝置，其特徵在於每一繞圈包括幾條導線，上述導線位於上述繞圈所在層的平面內。
全文摘要
本發明涉及一種線圈，它包括許多繞一個軸線卷繞的繞圈層。上述繞圈層是徑向的，並且交替地從內向外和從外向內卷繞。
文檔編號H01F41/06GK1166230SQ96191252
公開日1997年11月26日 申請日期1996年10月16日 優先權日1995年10月20日
發明者艾梅·波謝爾 申請人:艾梅·波謝爾