基于利兹线的高频交流降损绝缘绕线制作方法及系统与流程

本发明属于高频电磁元件绕组制造，具体公开基于利兹线的高频交流降损绝缘绕线制作方法及系统。

背景技术：

1、高频电磁元件是电力电子系统的核心部件。随着宽禁带半导体器件的应用，工作频率从千赫兹级攀升至数百千赫兹，功率密度显著提升，但绕组的高频损耗也急剧增加。

2、在高频交流条件下，集肤效应和邻近效应使电流分布畸变，导致交流电阻远大于直流电阻。研究表明，500khz时实心导体的交流/直流电阻比可达5以上。为抑制上述损耗，利兹线（由多股绝缘细导线按规律绞合而成）被广泛采用。通过将单股直径控制在集肤深度以内，并借助多级绞合实现股间换位，利兹线可有效均衡电流分布，降低高频损耗。

3、然而，现有的利兹线及其绕线技术仍存在以下不足：

4、从单股线径、总股数、绞合级数到各级节距的选择，缺少基于统一物理模型的完整参数链设计方法，各环节参数难以实现最优匹配，降损效果不稳定。

5、利兹线在绕线过程中受挤压、弯折和张力波动，股间绝缘漆膜易损伤，引发股间短路而使利兹线失效。现有方案多在制造阶段完成绝缘包覆，绕线成型后缺乏针对性的绝缘增强处理；涂胶与绕制参数也缺少与利兹线结构参数的联动优化。

6、绕组损耗通常在成品完成后测试，无法在绕线过程中实时监测并反馈调整工艺参数，产品一致性和良品率难以保障。

7、利兹线在多级绞合后股间结合力有限，绕线弯曲时易松散、错位，影响换位效果和填充系数，现有退扭处理缺乏与绞合参数的匹配设计，退扭效果难以量化控制。

8、因此，发明基于利兹线的高频交流降损绝缘绕线制作方法及系统来解决上述问题很有必要。

技术实现思路

1、为了克服上述的现有技术缺陷，本发明提供基于利兹线的高频交流降损绝缘绕线制作方法及系统，通过根据目标工作频率和额定电流，确定单股导线直径、总股数和多级反向绞合方案，制造带自粘性绝缘层的单股导线；进行分级绞合，并在每级绞合后沿相反方向退扭；对利兹线线芯进行股间导热绝缘胶填充与外部绝缘带材绕包处理；在加热状态下绕线成型；最后对线圈进行高频损耗检测，并根据检测结果反馈调整绞合节距等工艺参数，有效解决了背景技术中提到的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于利兹线的高频交流降损绝缘绕线制作方法，具体包括下述步骤：

3、获取目标高频电磁元件的工作频率和额定电流；

4、根据所述工作频率下的集肤深度确定单股绝缘导线的直径，其中所述直径小于等于所述集肤深度对应的临界直径；

5、根据所述额定电流和所述单股绝缘导线的载流能力确定利兹线的总股数；

6、根据所述总股数确定分级绞合方案，所述分级绞合方案包括绞合级数以及各级绞合的股束数量；

7、按照所述分级绞合方案对多股单股绝缘导线进行逐级绞合，每级绞合方向与上一级绞合方向相反，且每级绞合均具有根据当前级导线外径和股束数量确定的绞合节距，每级绞合后沿相反方向退扭并进行定形处理，形成利兹线线芯；

8、对所述利兹线线芯进行绝缘增强处理，所述绝缘增强处理包括股间绝缘填充和外部绝缘包覆；

9、将绝缘增强处理后的利兹线绕制成型，形成线圈；

10、对绕制成型的线圈进行高频损耗检测，并根据检测结果调整所述逐级绞合的工艺条件和/或所述绕制成型的工艺条件。

11、基于利兹线的高频交流降损绝缘绕线制作系统，包括：

12、利兹线制备单元，包括放线架、多级绞合机、退扭装置和外径在线监测仪，所述放线架用于放置多卷单股绝缘导线并提供独立张力控制，所述多级绞合机用于对多股单股绝缘导线进行分级绞合，所述退扭装置设置于每两级绞合机之间用于对绞合后的股束进行反向旋转退扭和热风定形，所述外径在线监测仪用于实时监测利兹线线芯的外径；

13、绝缘处理单元，设置于所述利兹线制备单元的下游，包括依次设置的浸渍槽、挤胶装置、固化通道、绕包机和涂覆与固化装置，所述浸渍槽用于盛装导热绝缘胶并对利兹线线芯进行浸渍，所述挤胶装置用于控制导热绝缘胶的涂覆量，所述固化通道用于对浸渍后的利兹线线芯进行加热固化，所述绕包机用于在固化后的利兹线线芯表面绕包绝缘带材，所述涂覆与固化装置用于在绕包层表面涂覆热固性绝缘漆并进行固化；

14、绕线成型单元，设置于所述绝缘处理单元的下游，包括绕线机、加热装置和绝缘防护装置，所述绕线机用于将绝缘增强处理后的利兹线绕制成型，所述加热装置用于在绕线过程中加热活化利兹线表面的自粘性热熔绝缘层，所述绝缘防护装置包括表面包覆聚四氟乙烯或陶瓷涂层的导向轮和张力缓冲机构；

15、检测与反馈控制单元，包括高频阻抗分析仪、数据采集与处理模块和反馈控制模块，所述高频阻抗分析仪用于测量绕制成型后的线圈的交流电阻和直流电阻，所述数据采集与处理模块用于采集各工艺环节的传感器数据，所述反馈控制模块用于根据检测结果与设计目标值的偏差调整所述多级绞合机和/或所述绕线机的工艺参数；

16、中央控制系统，分别与所述利兹线制备单元、所述绝缘处理单元、所述绕线成型单元和所述检测与反馈控制单元通信连接，用于接收设计输入参数并执行参数设计计算、向各执行单元发送控制指令、接收检测数据进行质量判定和工艺参数优化调整、以及存储工艺参数和检测数据。

17、本发明的技术效果和优点：

18、1、本发明从高频工作条件出发，基于集肤深度模型确定单股线径，并根据额定电流系统计算总股数与分级绞合方案，使各环节参数实现统一匹配，多级反向绞合配合逐级退扭处理，使各股导线在截面中均匀分布，有效抑制了股间环流损耗；

19、2、本发明在绕线前依次进行股间绝缘填充和外部绝缘包覆，导热绝缘胶既增强绝缘又改善散热，外部绝缘层在绕线过程中提供机械防护，避免股间短路导致利兹线失效；自粘层的匝间粘合简化了工序，提高了效率；

20、3、本发明通过定量控制的退扭角度和热风定形，消除了绞合内应力，使利兹线在后续绕线弯曲中不易松散和错位，保证了换位效果的长期有效性；

1.基于利兹线的高频交流降损绝缘绕线制作方法，其特征在于，包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的基于利兹线的高频交流降损绝缘绕线制作方法，其特征在于：所述分级绞合方案中，各级绞合节距按照以下方式确定：

3.根据权利要求1所述的基于利兹线的高频交流降损绝缘绕线制作方法，其特征在于：所述退扭并定形处理的具体操作为：沿绞合方向的相反方向旋转预设角度以消除该级绞合产生的回扭应力；退扭后通过加热方式使股束中各股导线之间的绝缘层产生轻微粘连以保持股束结构稳定。

4.根据权利要求1所述的基于利兹线的高频交流降损绝缘绕线制作方法，其特征在于：所述单股绝缘导线包括导体和包覆于所述导体外部的绝缘层，所述绝缘层为双层复合结构，由内层的聚酰亚胺绝缘漆层和外层的自粘性热熔绝缘层构成；所述自粘性热熔绝缘层的材料为热塑性聚酯或聚酰胺。

5.根据权利要求1所述的基于利兹线的高频交流降损绝缘绕线制作方法，其特征在于：所述股间绝缘填充包括：

6.根据权利要求1所述的基于利兹线的高频交流降损绝缘绕线制作方法，其特征在于：所述绝缘增强处理中的外部绝缘包覆具体为：以绝缘带材为绕包材料，以相邻带材边部相互交叠压接的方式螺旋绕包于股间绝缘填充后的利兹线线芯表面，绕包张力为预设张力值；绕包完成后在外部绝缘层表面涂覆热固性绝缘漆，经预设温度固化处理。

7.根据权利要求1所述的基于利兹线的高频交流降损绝缘绕线制作方法，其特征在于：所述将绝缘增强处理后的利兹线绕制成型的过程中，采用预设的绕线张力和绕线速度进行绕制；绕线过程中对利兹线进行加热，加热温度达到所述自粘性热熔绝缘层的活化温度以上；绕线完成后进行整体热处理，使各匝之间的自粘层充分固化。

8.根据权利要求1所述的基于利兹线的高频交流降损绝缘绕线制作方法，其特征在于：所述对绕制成型的线圈进行高频损耗检测，具体为：测量线圈的交流电阻rac和直流电阻rdc，计算交流/直流电阻比rac/rdc；将rac/rdc与设计预期值进行比较：

9.根据权利要求1所述的基于利兹线的高频交流降损绝缘绕线制作方法，其特征在于：所述逐级绞合过程中，每级绞合后对利兹线线芯的外径进行实时监测，外径偏差控制在预设的允许偏差范围内；各级绞合过程中，各股单股绝缘导线分别采用独立恒张力控制，且各股导线之间的张力偏差控制在预设的张力一致性范围内。

10.基于利兹线的高频交流降损绝缘绕线制作系统，应用于权利要求1-9任一项所述的基于利兹线的高频交流降损绝缘绕线制作方法，其特征在于：包括：