CN220672353U - 一种可抵抗瞬间电磁力冲击波的空心电磁盘绕线圈 - Google Patents

Abstract

一种可抵抗瞬间电磁力冲击波的空心电磁盘绕线圈，空心电磁盘绕线圈为盘绕结构的空心电磁盘绕线圈；中间为空心结构，线圈本体采用铜带从中心向外以截面为渐开线形状盘绕制作形成；并在盘绕时，按照整体圆形来绕制线圈，使得盘绕出来的空心电磁盘绕线圈整体为接近圆形形状；在线圈本体的首排和末排出线端分别连接有首排出线连接母排和末排出线连接母排。本实用新型通过改变空心电磁盘绕线圈的盘绕结构，使得盘绕制作形成的空心电磁盘绕线圈为接近圆形，可有效改善空心电磁盘绕线圈洛伦兹力分布，降低瞬间大电流下线圈受洛伦兹力影响。

Description

一种可抵抗瞬间电磁力冲击波的空心电磁盘绕线圈

技术领域

本实用新型涉及一种电抗器的空心线圈制作方法，尤其是指一种可抵抗瞬间电磁力冲击波的空心电磁盘绕线圈；该种可抵抗瞬间电磁力冲击波的空心电磁盘绕线圈可以进一步提高空心电磁盘绕线圈抵抗瞬间大电流的性能；属于空心阳极电抗器制作技术领域。

背景技术

空心电磁盘绕线圈是指采用铜板或铜箔类的板材盘绕所形成的内部为空心的电磁线圈；这种空心电磁盘绕线圈的内部是空心的，并且一般都是缠绕在一个模芯上的，磁通经模芯和空气形成回路，主要用于限制短路电流、无功补偿和移相等的电感性高压电器。

其中，在直流输配电领域，为了限制晶闸管开通时的电流上升率和瞬态陡坡冲击电压，同时为了与阻尼电路配合，改善串联连接的晶闸管间的电压不均匀分布，减少在干扰和正常换相时非周期触发的应力和前沿冲击电压时的应力，需要在回路中串联阳极电抗器。它有一个故障状态下的工况是在系统短路故障时会出现一个非常大的短路电流，这个短路电流大小可达几百千安，电磁力将达到几百上千千牛；其瞬间释放的能量能使产品像炸弹一样爆炸，爆炸产生的冲击波和碎片会导致设备内其它元件损坏，从而造成整个系统故障。

根据发明人对此现象的研究，发现之所以会产生这种问题主要与空心电抗器的制作方法有很大的关系，尤其是在制作盘绕式空心电磁盘绕线圈时，大多是通过绕线机进行绕制，而且普遍都是将在线圈的出现部分焊接一个出线母排；但由于是盘绕，也就是一层一层的盘绕形成空心电磁盘绕线圈，在最里面和最外面都有一个出线母排，这些出线母排焊接在线圈的端口上时，会导致整个线圈在盘绕时出现线圈的偏心，而这种偏心会导致线圈导线上作用着洛伦兹力不均匀，从而引起洛伦兹力引起的电动力不均匀，出现应力集中的现象，这样就会导致整个电抗器冲击力增大，在抵抗瞬变大电流冲击的过程中，空心电抗器中会流过较大的电流，导致电动力剧增 ，达到一定程度就会引起电抗器发生炸裂的故障。因此如何绕制因此很有必要对此加以改进。

通过查询检索为发现相同的技术报道，只有相关领域的技术文献，最为接近的由以下几篇：

1、专利号为CN98103554.X，名称为“箔式空心电抗线圈”，申请人为：北京电力设备总厂的发明专利，该专利公开了一种箔式空心电抗线圈,采用金属箔连续缠绕,各匝之间通过支撑若干风道条形成风道,在线圈的最外层缠绕能固化的绝缘带,导流排分别固定在线圈的起端和终端的对角线上,端架固定在线圈的上下端,在端架的端部有空心防电晕装置。

2、专利号为CN202221937600.7，名称为“一种防松散的空心线圈”，申请人为：深圳市立诚兴科技有限公司的实用新型专利，该专利申请公开了一种防松散的空心线圈，包括支架，所述支架上缠绕有导线，所述支架上设置有弯折杆，且支架的下端位置处设有卡紧架，所述卡紧架包括固定块和卡槽，所述卡槽开设于固定块上，且固定块固定安装于支架上，所述支架上设有抵紧架，且抵紧架包括柔性杆和插杆，所述柔性杆与插杆之间固定连接，且柔性杆连接于支架之间，支架包括缠绕内筒、底板和顶板。通过设置的弯折杆，配合着卡紧架使用，可以对导线端部进行夹持固定，保证导线端部的稳固性，防止线圈使用时发生松动，采用抵紧架，对导线起到抵紧限位的作用，可以进一步防止线圈的松散。

3、专利号为CN97209310.9，名称为“箔式空心电抗器”，申请人为：华中理工大学;许继变压器有限公司的实用新型专利，该专利公开了一种环氧绝缘箔式空心电抗器。采用金属箔绕制K×N个单元线圈、每个单元线圈有m NK 匝绕组,各线圈绕组间设置有轴向气道;线圈绕组可采用并联也可采用串联的方式连接。在金属箔上沿压延方向上刻有槽或者冲有狭长孔。整体电抗器可采用环氧树脂浇注和绝缘。

上述这些专利虽然都涉及到了箔式空心线圈，也对某些技术问题进行了改进，但是这些专利技术涉及到如何抵抗瞬间大电流的冲击，防止电抗器炸裂的问题，这样前面所述的问题仍然存在，所以很有必要对此加以改进。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现在的箔式空心电磁盘绕线圈不利于有效抵抗瞬间大电流的冲击，防止电抗器炸裂的问题，提供一种空心电抗器的制作方法；该种空心电抗器制作方法制作出来的空心电抗器能有效抵抗瞬间大电流的冲击，防止电抗器炸裂。

本实用新型主要通过以下技术方案实现的：一种可抵抗瞬间电磁力冲击波的空心电磁盘绕线圈，空心电磁盘绕线圈为盘绕结构的空心电磁盘绕线圈；中间为空心结构，线圈本体采用铜带从中心向外以截面为渐开线形状盘绕制作形成；并在盘绕时，按照整体圆形来绕制线圈，使得盘绕出来的空心电磁盘绕线圈整体为接近圆形形状；在线圈本体的首排和末排出线端分别连接有首排出线连接母排和末排出线连接母排。

进一步地，所述的铜带为箔式铜带，所形成的空心电磁盘绕线圈为箔式绕组电磁线圈；在空心电磁盘绕线圈的每一层之间设置有层间绝缘，在空心电磁盘绕线圈的端部设有端绝缘。

进一步地，所述的空心电磁盘绕线圈的首排内嵌固定在线圈模心上，并在首排的出线端分别连接有弧形结构的首排出线连接母排，使得线圈的首排的上表面成为弧形，消除线圈首排上表面突出影响线圈圆形绕制，从而在于线圈首排相邻的线圈盘绕时，会更为接近圆形，使得所盘绕绕制出来的线圈接近圆形。

进一步地，所述的空心电磁盘绕线圈的尾排也根据圆形定位，尾排的出线端连接有弧形结构的末排出线连接母排，并将空心电磁盘绕线圈整体包裹在一个不锈钢圆筒内，使得绕制的盘绕结构空心电磁盘绕线圈外形更成为圆形，以利对线圈的外形固定。

进一步地，所述的首排出线连接母排和尾排出线连接母排分别为两部分组成；一部分为弧线形截面部分，另一部分为“7”字形平板结构。

进一步地，所述的弧线与插入到线圈内面，并将首排出线连接母排和尾排出线连接母排插入部分与线圈首排和尾排线圈相连接的部分开槽，让线圈首排和尾排分别卡在首排出线连接母排和尾排出线连接母排开槽处，再通过焊接连接，使得出现排与线圈首排形成弧线连接，更为有利于整个线圈盘绕时成为圆形。

进一步地，所述的“7”字形平板结构部分的侧面连接有水冷散热板，使线圈的热量通过传导的方式传递到水冷散热板上由水带走。

进一步地，所述的空心电磁盘绕线圈层间内部的微小间隙处填充有多段弧形垫板，连续垫紧线圈内部的空隙，防止线圈之间的缝隙在瞬间大电流时，在洛伦兹力作用下使得线圈发生形变。

进一步地，所述的不锈钢圆筒与空心电磁盘绕线圈外周之间的空隙采用硬性材料进行填充，通过不锈钢圆筒箍紧空心电磁盘绕线圈，一方面使得空心电磁盘绕线圈更接近圆形，另一方面由不锈钢圆筒来抵抗瞬间大电流产生的洛伦兹力，使线圈不发生形变。

进一步地，所述的不锈钢圆筒为开口圆筒，在开口处两边焊接不锈钢板，不锈钢板上预置螺栓孔，空心电抗器装配时通过紧固不锈钢螺栓使不锈钢筒产生收缩从而箍紧线圈。

进一步地，所述的不锈钢筒通过紧固不锈钢螺栓固定在封闭箱体内的基座上，且采取对称布置结构排布。

进一步地，在整个封闭箱体内灌封有弹性导热胶，在线圈首排出线连接母排和尾排出线连接母排伸出箱体外的表面贴水冷散热板，使线圈的热量通过传导的方式传递到水冷散热板上由水带走。

本实用新型的有益效果：

本实用新型采用改善的空心电磁盘绕线圈结构，使得线圈整体更加接近圆形，有效降低洛伦兹力影响，防止空心电磁盘绕线圈在瞬间大电流时。具有以下一些优点：

1）本实用新型空心电磁盘绕线圈由铜带绕制，空心电磁盘绕线圈形状设计成无限接近圆形，使瞬间大电流下线圈受到的洛伦兹力在径向分布均匀；

2）本实用新型线圈内部无法消除的空隙用硬性材料进行填充，减少线圈受力变形的空间；

3）本实用新型的在线圈外周包裹不锈钢圆筒，线圈外周和不锈钢圆筒之间的空隙采用硬性材料进行填充，由不锈钢圆筒来抵抗瞬间大电流产生的洛伦兹力，使线圈不发生形变；

4）本实用新型多个空心线圈的组合，通过改变单个线圈的电流和电感来尽可能减少洛伦兹力的大小，该方法还可以根据外形体积的要求进行各种串并联结构的连接；

5）本实用新型空心电抗器组合固定后装入盒体里面，然后整体灌封弹性导热胶，该弹性导热胶起缓冲作用，可以抵御线圈在洛伦兹力下的轻微变形。

附图说明

图1为本实用新型空心电磁盘绕线圈本体截面结构示意图；

图2为本实用新型筒包裹不锈钢圆的空心电磁盘绕线圈结构示意图；

图3为本实用新型筒包裹不锈钢圆结构示意图；

图4 为图3侧面结构示意图；

图5为本实用新型出线连接母排结构示意图；

图6为本实用新型出线连接母排侧面结构示意图；

图7为本实用新型空心电磁盘绕线圈在电抗器中的结构示意图；

图8为实用新型空心电磁盘绕线圈在电抗器中排布结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做详细说明。

实施例一

如附图1-5所示，一种电抗器的空心电磁盘绕线圈，空心电磁盘绕线圈1为盘绕结构的空心电磁盘绕线圈；中间为空心结构，线圈本体2采用铜带从中心向外以截面为渐开线形状盘绕制作形成，并在盘绕时，按照整体圆形来绕制线圈，使得盘绕出来的空心电磁盘绕线圈整体为接近圆形形状；在线圈本体2的首排3和尾排4出线端分别连接有首排出线连接母排5和尾排出线连接母排6。

所述的铜带为箔式铜带，所形成的空心电磁盘绕线圈为箔式绕组电磁线圈；在空心电磁盘绕线圈的每一层之间设置有层间绝缘，在空心电磁盘绕线圈的端部设有端绝缘。

所述的空心电磁盘绕线圈的首排3内嵌固定在线圈模心7上，并在首排3的出线端分别连接有弧形结构的首排出线连接母排5，使得线圈的首排的上下表面均成为弧形，消除线圈首排上表面突出影响线圈圆形绕制，从而在于线圈首排相邻的线圈盘绕时，会更为接近圆形，使得所盘绕绕制出来的线圈接近圆形。

所述的空心电磁盘绕线圈的尾排4也根据圆形定位，尾排4的出线端连接有弧形结构的末排出线连接母排6，并将空心电磁盘绕线圈整体包裹在一个不锈钢圆筒8内，使得绕制的盘绕结构空心电磁盘绕线圈外形更成为圆形，以利对线圈的外形固定。

所述的首排出线连接母排5和尾排出线连接母排6分别为两部分组成；一部分为弧线形截面部分15，另一部分为“7”字形平板结构；所述的弧线与插入到线圈内面，并将首排出线连接母排5和尾排出线连接母排6插入部分与线圈首排和尾排线圈相连接的部分开有弧形槽17，让线圈首排和尾排分别卡在首排出线连接母排5和尾排出线连接母排6的弧形槽17处，再通过焊接连接，使得出现排与线圈首排形成弧线连接，更为有利于整个线圈盘绕时成为圆形；所述的“7”字形平板结构部分16的侧面连接有水冷散热板14，使线圈的热量通过传导的方式传递到水冷散热板上由水带走。

所述的线圈本体2的空心电磁盘绕线圈层间内部的微小间隙处填充有多段弧形垫板9，连续垫紧线圈内部的空隙，防止线圈之间的缝隙在瞬间大电流时，在洛伦兹力作用下使得线圈发生形变。

所述的不锈钢圆筒与空心电磁盘绕线圈外周之间的空隙采用硬性材料进行填充，通过不锈钢圆筒箍紧空心电磁盘绕线圈，一方面使得空心电磁盘绕线圈更接近圆形，另一方面由不锈钢圆筒来抵抗瞬间大电流产生的洛伦兹力，使线圈不发生形变。

所述的不锈钢圆筒8为开口圆筒，在圆筒筒体12上设有开口槽10，在开口槽10处两边焊接不锈钢板11，不锈钢板11上预置螺栓孔13，空心电抗器装配时通过紧固不锈钢螺栓使不锈钢筒产生收缩从而箍紧线圈。

所述的不锈钢筒8通过紧固不锈钢螺栓固定在封闭箱体18内的基座19上，且采取对称布置结构排布；首排出线连接母排5和尾排出线连接母排6的“7”字形平板结构部分16伸出封闭箱体18，在侧面连接水冷散热板14。

实施例二

实施例二的原理与实施例一是一样的，只是结构有所不同，为一种单线圈的可抵抗瞬间电磁力冲击波的空心电磁盘绕线圈，采用盘绕方式绕制空心电磁盘绕线圈，并在盘绕时，按照圆形来绕制线圈，使得盘绕出来的空心电磁盘绕线圈为接近圆形形状，以改善空心电磁盘绕线圈洛伦兹力的分布状态，并通过对空心电磁盘绕线圈加固防止空心电磁盘绕线圈在瞬间大电流情况下发生形变而引起炸裂。

所述按照圆形来绕制线圈是将空心电磁盘绕线圈出线排的线圈内部段的截面设置为弧形，空心电磁盘绕线圈首排内嵌固定在线圈模心上，使得线圈首排的上表面成为弧形，消除线圈首排上表面突出影响线圈圆形绕制，从而在于线圈首排相邻的线圈盘绕时，会更为接近圆形，使得所盘绕绕制出来的线圈接近圆形。

所述的将空心电磁盘绕线圈出线排的线圈内部段的截面设置为弧形是将空心电磁盘绕线圈出线排与空心电磁盘绕线圈连接的部分分为两部分；一部分为弧线形截面，所述的弧线与插入到线圈内面，并将出线排插入部分与线圈首排相连接的部分开槽，让线圈首排卡在出线排开槽处，再通过焊接连接，使得出现排与线圈首排形成弧线连接，更为有利于整个线圈盘绕时成为圆形。

在盘绕线圈时，对于线圈内部的微小间隙处采用多段弧形垫板连续垫紧线圈内部的空隙，防止线圈之间的缝隙在瞬间大电流时，在洛伦兹力作用下使得线圈发生形变。

所述的空心电磁盘绕线圈的尾排是先根据圆形定位，最后固定在电抗器外壳上，使得在绕制空心电磁盘绕线圈后，所形成的盘绕结构空心电磁盘绕线圈的外形也成为圆形，以利对线圈的外形固定。

所述的通过对空心电磁盘绕线圈加固包括在空心电磁盘绕线圈外周包裹不锈钢圆筒，线圈外周和不锈钢圆筒之间的空隙采用硬性材料进行填充，通过不锈钢圆筒箍紧空心电磁盘绕线圈，一方面使得空心电磁盘绕线圈更接近圆形，另一方面由不锈钢圆筒来抵抗瞬间大电流产生的洛伦兹力，使线圈不发生形变。

所述的不锈钢圆筒为开口圆筒，在开口处两边焊接不锈钢板，不锈钢板上预置螺栓孔，空心电抗器装配时通过紧固不锈钢螺栓使不锈钢筒产生收缩从而箍紧线圈。

所述的通过对空心电磁盘绕线圈加固包括将包裹将多个不锈钢圆筒的空心电磁盘绕线圈安装在封闭的箱体内，然后对整个箱体内进行灌封弹性导热胶，通过弹性导热胶起缓冲作用，进一步抵御线圈在洛伦兹力下的变形。多个空心电抗器组合固定后装入盒体里面，然后整体灌封弹性导热胶，该弹性导热胶起缓冲作用，可以抵御线圈在洛伦兹力下的轻微变形。

所述的空心电磁盘绕线圈为单个线圈，因此不存在多个线圈的问题；这种对于空间大情况也是可以的，只是这种单线圈的结构需要更加结实一些。

在线圈出线排伸出箱体外的表面贴水冷散热板，使线圈的热量通过传导的方式传递到水冷散热板上由水带走。

所述的空心电磁盘绕线圈制作包括以下步骤：

1）先制作出线排，使得出线排的伸入线圈内的部分为圆弧形，圆弧度根据线圈的直径大小确定，以能消除线圈首排上表面突出影响线圈圆形绕制为准；

2）将绕线铜带焊接在出线排的缺口上，使得绕线铜带与出线排内外都呈圆弧形状；焊接要求：焊接牢固，焊路平整，焊后用锉刀锉平，去除毛刺，然后用砂纸打光，铜屑不得落入绝缘和绕线模上；

3）进行线圈盘绕，盘绕时应确保铜带整体是圆形；空心电磁盘绕线圈首排内嵌固定在线圈模心上，使得线圈首排的上表面成为弧形，消除线圈首排上表面突出影响线圈圆形绕制，从而在于线圈首排相邻的线圈盘绕时，会更为接近圆形，空心电磁盘绕线圈的尾排是先根据圆形定位，最后固定在电抗器外壳上，使得所盘绕绕制出来的线圈接近圆形；空心电磁盘绕线圈的尾排是先根据圆形定位，最后固定在电抗器外壳上，使得所盘绕绕制出来的线圈接近圆形；盘绕时把层间绝缘和端绝缘根据绝缘要求确定厚度)拉出垫在铜带下面；使绝缘超出铜带位置100mm左右；在绕近一匝时，把长出的绝缘折在铜排上面作加强绝缘用；

4）当绕完1.2匝时，检查线圈是否圆形，且两端是否平整，否则应修正平整方可继续绕制；

5）绕制完成后，对线圈进行浸漆处理；浸漆后进行烘干；

6）将绝缘处理后的线圈用不锈钢圆筒包裹，并通过锁紧螺栓锁紧，并固定在箱体内；

7）对箱体内的空隙进行灌封；将弹性导热胶灌满整个箱体。

上述所列实施例，只是结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，而且本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。同时，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的有益效果：

本实用新型采用改善的空心电磁盘绕线圈结构，使得线圈整体更加接近圆形，有效降低洛伦兹力影响，防止空心电磁盘绕线圈在瞬间大电流时。具有以下一些优点：

1）本实用新型空心电磁盘绕线圈由铜带绕制，空心电磁盘绕线圈形状设计成无限接近圆形，使瞬间大电流下线圈受到的洛伦兹力在径向分布均匀；

2）本实用新型线圈内部无法消除的空隙用硬性材料进行填充，减少线圈受力变形的空间；

3）本实用新型的在线圈外周包裹不锈钢圆筒，线圈外周和不锈钢圆筒之间的空隙采用硬性材料进行填充，由不锈钢圆筒来抵抗瞬间大电流产生的洛伦兹力，使线圈不发生形变；

4）本实用新型多个空心线圈的组合，通过改变单个线圈的电流和电感来尽可能减少洛伦兹力的大小，该方法还可以根据外形体积的要求进行各种串并联结构的连接；

5）本实用新型空心电抗器组合固定后装入盒体里面，然后整体灌封弹性导热胶，该弹性导热胶起缓冲作用，可以抵御线圈在洛伦兹力下的轻微变形。

Claims (4)

1.一种可抵抗瞬间电磁力冲击波的空心电磁盘绕线圈，空心电磁盘绕线圈为盘绕结构的空心电磁盘绕线圈；中间为空心结构，其特征在于：线圈本体采用铜带从中心向外以截面为渐开线形状盘绕制作形成；并在盘绕时，按照整体圆形来绕制线圈，使得盘绕出来的空心电磁盘绕线圈整体为接近圆形形状；在线圈本体的首排和末排出线端分别连接有首排出线连接母排和末排出线连接母排；所述的铜带为箔式铜带，所形成的空心电磁盘绕线圈为箔式绕组电磁线圈；在空心电磁盘绕线圈的每一层之间设置有层间绝缘，在空心电磁盘绕线圈的端部设有端绝缘；所述的空心电磁盘绕线圈的首排内嵌固定在线圈模心上，并在首排的出线端分别连接有弧形结构的首排出线连接母排，使得线圈的首排的上表面成为弧形；所述的空心电磁盘绕线圈的尾排也根据圆形定位，尾排的出线端连接有弧形结构的末排出线连接母排，并将空心电磁盘绕线圈整体包裹在一个不锈钢圆筒内，使得绕制的盘绕结构空心电磁盘绕线圈外形更成为圆形，以利对线圈的外形固定；所述的不锈钢圆筒为开口圆筒，在开口处两边焊接不锈钢板，不锈钢板上预置螺栓孔，空心电抗器装配时通过紧固不锈钢螺栓使不锈钢筒产生收缩从而箍紧线圈；所述的不锈钢筒通过紧固不锈钢螺栓固定在封闭箱体内的基座上，且采取对称布置结构排布。

2.如权利要求1所述的可抵抗瞬间电磁力冲击波的空心电磁盘绕线圈，其特征在于：所述的首排出线连接母排和尾排出线连接母排分别为两部分组成；一部分为弧线形截面部分，另一部分为“7”字形平板结构。

3.如权利要求2所述的可抵抗瞬间电磁力冲击波的空心电磁盘绕线圈，其特征在于：所述的“7”字形平板结构部分的侧面连接有水冷散热板。

4.如权利要求3所述的可抵抗瞬间电磁力冲击波的空心电磁盘绕线圈，其特征在于：所述的空心电磁盘绕线圈层间内部的微小间隙处填充有多段弧形垫板，连续垫紧线圈内部的空隙。