变压器线圈和变压器线圈的绕制方法与流程

1.本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种变压器线圈和变压器线圈的绕制方法。


背景技术：

2.通常，采用线绕类型的线圈作为电力变压器中的线圈，但是，线绕线圈绕制时间较长，制造效率较低，并且，抗短路能力较差。
3.为克服上述问题，目前可以采用箔绕线圈(又称箔式线圈)代替上述线绕线圈。箔绕线圈由一根线或多根线并绕而成，是层绕线圈的一种。箔式线圈的特点在于：导线是薄而宽的铜箔或铝箔，轴线方向上只有1匝，而辐向上有多匝。箔绕线圈的优点在于：机械强度好，不易变形，能承受短路力；电气强度好，冲击梯度电压分布均匀；便于绕制。
4.由于线圈内部具有电阻值，因此电力变压器工作过程中，线圈会发热，若发热导致线圈温度过高，可能会影响变压器的正常运行。而现有变压器中的线圈，其散热能力较差。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例提供了一种变压器线圈，至少部分解决上述技术问题。
6.第一方面，本发明实施例提供一种变压器线圈，包括：
7.线圈本体和保护层；
8.所述线圈本体，包括：第一子线圈和第二子线圈，所述第一子线圈和所述第二子线圈均为圆筒状结构，所述第一子线圈和所述第二子线圈的中轴线方向相同；所述第一子线圈设置在所述第二子线圈圆筒状结构的内部；
9.所述保护层，包括：外部保护层、内部保护层和至少两个支撑体；所述至少两个支撑体围绕所述第一子线圈的外表面设置于所述第一子线圈和所述第二子线圈之间，且，每两个相邻支撑体之间形成空隙；所述外部保护层设置于所述第二子线圈的外侧，所述内部保护层设置于所述第一子线圈的内侧；所述外部保护层和所述内部保护层与所述至少两个支撑体的端部连接，以使所述保护层的端面形成与所述空隙对应的散热孔。
10.可选地，所述至少两个支撑体绕所述第一子线圈的外表面周向均匀分布，形成多个空隙；与所述空隙对应的散热孔绕所述第一子线圈周向均匀分布。
11.可选地，由所述至少两个支撑体形成的多个空隙的形状和尺寸均相同。
12.可选地，由所述至少两个支撑体形成的空隙在沿垂直于所述第一子线圈中轴线方向上截取的截面为圆形。
13.可选地，所述保护层为由液体绝缘材料通过成型工艺形成的保护层。
14.可选地，所述线圈本体的数量为多个，各线圈本体的中轴线方向在同一直线上，且，每个线圈本体包括第一端和第二端，沿各线圈本体的中轴线方向，前一个线圈本体的第二端与后一个线圈本体的第一端连接，以使各线圈本体串联连接。
15.第二方面，本发明实施例提供了一种变压器线圈的绕制方法，包括：
16.围绕绕线模具的内模的外表面，绕制第一子线圈；所述第一子线圈为圆筒状结构；所述绕线模具包括：内模、外模、第一端盖和第二端盖；所述内模和所述外模均为圆筒状结构；所述内模和所述外模中轴线方向相同，所述外模设置在所述外模的内部；所述第一端盖和所述第二端盖分别设置于所述内模和所述外模的两端；所述第一端盖靠近所述第二端盖的侧面设置有第一凹槽；所述第二端盖靠近所述第一端盖的侧面设置有第二凹槽，所述第一凹槽的形状与所述第二凹槽的形状相同；
17.围绕所述第一子线圈的外表面放置至少两个气道条；其中，针对每个气道条，该气道条的两端分别放置于所述第一端盖的第一凹槽和所述第二端盖的第二凹槽中，以将该气道条相对于所述第一子线圈固定；
18.在所述至少两个气道条的外侧绕制第二子线圈，以形成变压器线圈的线圈本体；其中，所述第二子线圈为圆筒状结构，所述第一子线圈和所述第二子线圈的中轴线方向相同，所述线圈本体包括：第一子线圈和所述第二子线圈；
19.将所述绕线模具浸入液态绝缘材料，以采用所述液态绝缘材料对所述绕线模具中的间隙进行浇注；
20.将所述绕线模具从所述液态绝缘材料中取出；
21.在位于所述绕线模具内部的液态绝缘材料固化形成所述变压器线圈的保护层之后，依次将所述绕线模具的外模、第一端盖、第二端盖以及内模拆除，并将所述至少两个气道条从所述线圈本体内部取出；其中，所述保护层，包括：外部保护层、内部保护层和至少两个支撑体；所述至少两个支撑体围绕所述第一子线圈的外表面设置于所述第一子线圈和所述第二子线圈之间，且，在所述第一子线圈和所述第二子线圈之间，每两个相邻支撑体之间形成空隙；所述外部保护层设置于所述第二子线圈的外侧，所述内部保护层设置于所述第一子线圈的内侧；所述外部保护层和所述内部保护层与所述至少两个支撑体的端部连接，以使所述保护层的端面形成与所述空隙对应的散热孔。
22.可选地，所述将所述绕线模具浸入液态绝缘材料，以采用所述液态绝缘材料对所述绕线模具中的间隙进行浇注，包括：
23.在真空环境下，将所述绕线模具浸入液态绝缘材料，以采用所述液态绝缘材料对所述绕线模具中的间隙进行浇注。
24.可选地，所述至少两个气道条的形状和尺寸均相同。
25.可选地，所述液态绝缘材料为液态环氧树脂；所述气道条的材料为聚甲醛树脂。
26.在发明实施例提供的变压器线圈，在变压器线圈内部，设置于第一子线圈和第二子线圈之间的支撑体之前形成了空隙，同时，保护层的端面也形成了与上述空隙对应的散热孔，因此，外界空气可以通过散热孔以及与散热孔对应的空隙进入变压器线圈的线圈本体的内部，这样，变压器工作过程中，线圈产生的热量，不仅可以通过线圈本体的内外表面排出，同时，还可以通过上述空隙和散热孔排出，因此，提升了变压器线圈的散热能力。
27.另外，现有的变压器线圈，由于仅通过线圈本体的内外表面散热，因此，散热能力较差，为了规避温升试验时出现试验结果不满足试验指标要求的风险，需要将线圈本体的尺寸增大，材料成本较高。而如上所述，本发明实施例中的变压器线圈，因线圈本体中空隙即散热孔的存在，散热能力较强，因此，在相同的温升试验指标要求下，与现有线圈相比，本发明实施例中的变压器线圈材料成本较低。
附图说明
28.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明实施例的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比值绘制的。附图中：
29.图1为本发明的一种实施例提供的变压器线圈的结构示意图；
30.图2为本发明的一种实施例提供的变压器线圈在沿垂直于线圈本体中轴线方向上的截面结构示意图；
31.图3为本发明的一种实施例提供的变压器线圈的绕制方法的流程示意图。
32.附图标记列表：
33.10：线圈本体；101：第一子线圈；102：第二子线圈；
34.20：保护层；201：外部保护层；202：内部保护层；203：支撑体；
35.301：围绕绕线模具的内模的外表面，绕制第一子线圈；所述第一子线圈为圆筒状结构；所述绕线模具包括：内模、外模、第一端盖和第二端盖；
36.302：围绕所述第一子线圈的外表面放置至少两个气道条；
37.303：在所述至少两个气道条的外侧绕制第二子线圈，以形成变压器线圈的线圈本体；其中，所述第二子线圈为圆筒状结构，所述第一子线圈和所述第二子线圈的中轴线方向相同，所述线圈本体包括：第一子线圈和所述第二子线圈；
38.304：将所述绕线模具浸入液态绝缘材料，以采用所述液态绝缘材料对所述绕线模具中的间隙进行浇注；
39.305：将所述绕线模具从所述液态绝缘材料中取出；
40.306：在位于所述绕线模具内部的液态绝缘材料固化形成所述变压器线圈的保护层之后，依次将所述绕线模具的外模、第一端盖、第二端盖以及内模拆除，并将所述至少两个气道条从所述线圈本体内部取出。
具体实施方式
41.在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
42.应当理解，本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
43.下面结合本发明实施例附图进一步说明本发明实施例具体实现。
44.图1为本发明的一种实施例提供的变压器线圈的结构示意图，图2为本发明的一种
实施例提供的变压器线圈在沿垂直于线圈本体中轴线方向上的截面结构示意图。参照图1和图2，该变压器线圈包括：线圈本体10和保护层20；
45.所述线圈本体10，包括：第一子线圈101和第二子线圈102，所述第一子线圈101和所述第二子线圈102均为圆筒状结构，所述第一子线圈101和所述第二子线圈102的中轴线方向相同；所述第一子线圈101设置在所述第二子线圈102圆筒状结构的内部；
46.所述保护层20，包括：外部保护层201、内部保护层202和至少两个支撑体203；所述至少两个支撑体203围绕所述第一子线圈101的外表面设置于所述第一子线圈101和所述第二子线圈102之间，且，每两个相邻支撑体203之间形成空隙；所述外部保护层201设置于所述第二子线圈102的外侧，所述内部保护层202设置于所述第一子线圈101的内侧；所述外部保护层201和所述内部保护层202与所述至少两个支撑体203的端部连接，以使所述保护层20的端面形成与所述空隙对应的散热孔。
47.具体地，保护层20不仅可以使得绕制线圈本体10的各导体之间绝缘，还可以使线圈本体10与变压器中的其他非电连接的导体绝缘。例如，当线圈本体10内部设置有铁芯、线圈本体10周围设置有其他金属件时，保护层20可以使得线圈本体10与上述铁芯，以及其他金属件绝缘。
48.在发明实施例中，在变压器线圈内部，设置于第一子线圈101和第二子线圈102之间的支撑体203之前形成了空隙，同时，保护层20的端面也形成了与上述空隙对应的散热孔，因此，外界空气可以通过散热孔以及与散热孔对应的空隙进入变压器线圈的线圈本体10的内部，这样，变压器工作过程中，线圈产生的热量，不仅可以通过线圈本体10的内外表面排出，同时，还可以通过上述空隙和散热孔排出，因此，提升了变压器线圈的散热能力。
49.另外，现有的变压器线圈，由于仅通过线圈本体的内外表面散热，因此，散热能力较差，为了规避温升试验时出现试验结果不满足试验指标要求的风险，需要将线圈本体的尺寸增大，材料成本较高。而如上所述，本发明实施例中的变压器线圈，因线圈本体10中空隙即散热孔的存在，散热能力较强，因此，在相同的温升试验指标要求下，与现有线圈相比，本发明实施例中的变压器线圈材料成本较低。
50.本发明实施例中，支撑体203的数量可以为2个，也可以为2个以上，当支撑体203的数量为2个时，对应地，形成的空隙也为2个，当支撑体203的数量为2个以上，如3个时，则形成的空隙也为3个。本发明实施例中对于支撑体203的具体数量不做限定。
51.另外，本发明实施例中，对于围绕所述第一子线圈101的外表面设置于所述第一子线圈101和所述第二子线圈102之间的各支撑体203间的间隔距离也不做限定，例如：可以使得各支撑体203绕所述第一子线圈101的外表面周向均匀分布，即：使得各支撑体203间的间隔距离相等，例如：支撑体203的数量为3个，则可以将任意两个相邻的支撑体203的轴线间距离均设定为同一距离值l0；也可以使得各支撑体203绕所述第一子线圈101的外表面周向非均匀分布，即：使得各支撑体203间的间隔距离不等，例如：支撑体203的数量为3个，将第一个支撑体203和第二个支撑体203轴线间的距离设定为距离值l1、将第二个支撑体203和第三个支撑体203轴线间的距离设定为距离值l2、将第三个支撑体203和第一个支撑体203轴线间的距离设定为距离值l3，并且，l1、l2以及l3的值并不完全相同。
52.可选地，参见图1和图2，在本发明的一种实施例中，所述至少两个支撑体203绕所述第一子线圈101的外表面周向均匀分布，形成多个空隙；与所述空隙对应的散热孔绕所述
第一子线圈101周向均匀分布。
53.为了提升变压器线圈的散热能力，同时，为制作方便，可以将支撑体203绕第一子线圈101的外表面周向均匀分布，也即：使得每两个相邻支撑体203间的
54.由于空气可以通过相邻支撑体203间形成的空隙，以降低变压器线圈在工作过程中产生的热量，而线圈本体10的结构是关于其中轴线方向对称的，因此，在支撑体203的数量为多个的情况下，可以将各支撑体203绕第一子线圈101的外表面周向均匀分布，即：相邻两个支撑体203的中轴线间的距离相等，这样，在电力变压器工作过程中，线圈所产生的热量能够均匀地排出，有效地缓解线圈中局部过热现象的发生。
55.本技术实施例中，对于支撑体203的具体形状不做限定，对应地，由至少两个支撑体203形成的空隙的形状也不做限定，例如：可以形成柱状的空隙，并且，在沿垂直于所述线圈本体10的中轴线方向上截取的截面也可以为任意的形状，例如：截面可以为带有圆角或边角具有一定弧度的多边形等等。另外，为制作方便，各支撑体203的形状和尺寸可以均相同，这样，对应地，由至少两个支撑体203形成的多个空隙的形状和尺寸则也均相同。
56.可选地，参见图2，在本发明的一种实施例中，由所述至少两个支撑体203形成的空隙在沿垂直于所述第一子线圈101中轴线方向上截取的截面为圆形。
57.变压器线圈制作时，通常是先将气道条绕制在线圈本体10的第一子线圈101和第二子线圈102之间，之后，再将包含有线圈本体10的绕线模具浸入液态绝缘材料，以采用所述液态绝缘材料对所述绕线模具中的间隙进行浇注以形成保护层，最后，待所述液态绝缘材料固化之后，将所述气道条从所述线圈本体10内部抽出。因此，若将由所述至少两个支撑体203形成的空隙在沿垂直于所述第一子线圈101中轴线方向上截取的截面设置为圆形，对应地，气道条的截面也即为圆形，这样可以使得在将气道条从线圈本体10内部抽出时，使用的拉力更小，进而，使得变压器线圈的制造过程更加方便。
58.具体地，为了进一步地便于将气道条从线圈本体10内部抽出，还可以：沿线圈本体10的中轴线方向，由支撑体203形成的空隙的圆形截面的半径逐渐变小。
59.可选地，在本发明的一种实施例中，所述保护层20可以为由液体绝缘材料通过成型工艺形成的保护层。
60.可选地，在本发明的一种实施例中，所述线圈本体10的数量也可以为多个，各线圈本体10的轴线在同一直线上，且，每个线圈本体10包括第一端和第二端，沿各线圈本体10的轴线方向，前一个线圈本体10的第二端与后一个线圈本体10的第一端连接，以使各线圈本体10串联连接。
61.本发明实施例还提供了一种变压器线圈的绕制方法，图3为本发明的一种实施例提供的变压器线圈的绕制方法的流程示意图，如图3所示，该方法包括以下步骤：
62.步骤301，围绕绕线模具的内模的外表面，绕制第一子线圈101；所述第一子线圈101为圆筒状结构；所述绕线模具包括：内模、外模、第一端盖和第二端盖。
63.其中，所述内模和所述外模均为圆筒状结构；所述内模和所述外模中轴线方向相同，所述外模设置在所述外模的内部；所述第一端盖和所述第二端盖分别设置于所述内模和所述外模的两端；所述第一端盖靠近所述第二端盖的侧面设置有第一凹槽；所述第二端盖靠近所述第一端盖的侧面设置有第二凹槽，所述第一凹槽的形状与所述第二凹槽的形状相同。
64.步骤302，围绕所述第一子线圈101的外表面放置至少两个气道条。
65.其中，针对每个气道条，该气道条的两端分别放置于所述第一端盖的第一凹槽和所述第二端盖的第二凹槽中，以将该气道条相对于所述第一子线圈101固定。
66.步骤303，在所述至少两个气道条的外侧绕制第二子线圈102，以形成变压器线圈的线圈本体10；其中，所述第二子线圈102为圆筒状结构，所述第一子线圈101和所述第二子线圈102的中轴线方向相同，所述线圈本体10包括：第一子线圈101和所述第二子线圈102。
67.步骤304，将所述绕线模具浸入液态绝缘材料，以采用所述液态绝缘材料对所述绕线模具中的间隙进行浇注。
68.步骤305，将所述绕线模具从所述液态绝缘材料中取出。
69.步骤306，在位于所述绕线模具内部的液态绝缘材料固化形成所述变压器线圈的保护层20之后，依次将所述绕线模具的外模、第一端盖、第二端盖以及内模拆除，并将所述至少两个气道条从所述线圈本体10内部取出。
70.其中，所述保护层20，包括：外部保护层201、内部保护层202和至少两个支撑体203；所述至少两个支撑体203围绕所述第一子线圈101的外表面设置于所述第一子线圈101和所述第二子线圈102之间，且，在所述第一子线圈101和所述第二子线圈102之间，每两个相邻支撑体203之间形成空隙；所述外部保护层201设置于所述第二子线圈102的外侧，所述内部保护层202设置于所述第一子线圈101的内侧；所述外部保护层201和所述内部保护层202与所述至少两个支撑体203的端部连接，以使所述保护层20的端面形成与所述空隙对应的散热孔。
71.在变压器线圈内部，设置于第一子线圈101和第二子线圈102之间的支撑体之前形成了空隙，同时，保护层20的端面也形成了与上述空隙对应的散热孔，因此，外界空气可以通过散热孔以及与散热孔对应的空隙进入变压器线圈的线圈本体10的内部，这样，变压器工作过程中，线圈产生的热量，不仅可以通过线圈本体10的内外表面排出，同时，还可以通过上述空隙和散热孔排出，因此，提升了变压器线圈的散热能力。
72.另外，现有的变压器线圈，由于仅通过线圈本体的内外表面散热，因此，散热能力较差，为了规避温升试验时出现试验结果不满足试验指标要求的风险，需要将线圈本体的尺寸增大，材料成本较高。而如上所述，本发明实施例中的变压器线圈，因线圈本体10中空隙即散热孔的存在，散热能力较强，因此，在相同的温升试验指标要求下，与现有线圈相比，本发明实施例中的变压器线圈材料成本较低。
73.可选地，在本技术的一种实施例中，步骤304中的将所述绕线模具浸入液态绝缘材料，以采用所述液态绝缘材料对所述绕线模具中的间隙进行浇注，可以实现为以下步骤：
74.在真空环境下，将所述绕线模具浸入液态绝缘材料，以采用所述液态绝缘材料对所述绕线模具中的间隙进行浇注。
75.为了避免浇注过程中，在线圈本体10的内部产生气泡，本发明中的浇注操作可以在真空环境下执行，具体地，可以先对绕线模具和液态绝缘材料所在的密闭空间进行抽真空操作，然后，再将绕线模具浸入液态绝缘材料中，以采用所述液态绝缘材料对所述绕线模具中的间隙进行浇注。
76.可选地，在本技术的另一种实施例中，步骤302中的所述至少两个气道条的形状和尺寸均相同。
77.为了提高本发明实施例中所使用的气道条的制作效率，可以对气道条的形状和尺寸进行统一设置。
78.可选地，在本技术的另一种实施例中，步骤304中的液态绝缘材料可以为液态环氧树脂；对应地，步骤302中的所述气道条的材料可以为聚甲醛树脂。
79.具体地，由于在本发明实施例提供的变压器线圈制作过程中，气道条需要浸入液态绝缘材料，并且，在液态绝缘材料固化之后，还需要将气道条从中抽取出来，因此，气道条的材料应该不与液态绝缘材料相溶解。进一步地，为了便于气道条的抽取，可以选择热膨胀系数高于液态绝缘材料热膨胀系数的材料制作气道条，具体地，当液态绝缘材料可以为液态环氧树脂，由于聚甲醛树脂不与环氧树脂相溶解，并且，聚甲醛树脂的热膨胀系数大于环氧树脂的热膨胀系数，因此，气道条的材料可以为聚甲醛树脂，这样，当液态环氧树脂固化之后，聚甲醛树脂的收缩量大于液态环氧树脂固化之后形成的支撑体的收缩量，因此，在支撑体和由聚甲醛树脂制作的气道条之间会形成缝隙，这样可以使得气道条的抽出过程更加省力。
80.以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。