專利名稱：用于變壓器的線圈母線及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變壓器并且更特別地涉及一種用于變壓器的線圈母線。
背景技術(shù)：
眾所周知，變壓器將一個電壓的電力轉(zhuǎn)換成更高或者更低值的另一電壓的電力。 變壓器使用初級線圈和次級線圈來實現(xiàn)這一電壓轉(zhuǎn)換，其中各線圈纏繞于鐵磁芯上并且包 括多匝電導(dǎo)體。初級線圈連接到電壓源而次級線圈連接到負(fù)載。初級線圈中的匝數(shù)與次級 線圈中的匝數(shù)之比(“匝數(shù)比”)與電壓源的電壓與負(fù)載的電壓之比相同。兩種主要纏繞技 術(shù)用來形成線圈、即層繞和盤繞。用來形成線圈的纏繞技術(shù)類型主要地取決于線圈中的匝 數(shù)和線圈中的電流。對于所需匝數(shù)多的高電壓繞組，通常使用盤纏繞技術(shù)，而對于所需匝數(shù) 更少的低電壓繞組，通常使用層纏繞技術(shù)。在層纏繞技術(shù)中，線圈所需導(dǎo)體匝通常纏繞于串聯(lián)連接的一個或者多個同心導(dǎo)體 層中，其中各導(dǎo)體層的匝沿著線圈的軸向長度并排纏繞直至導(dǎo)體層已滿。絕緣材料層設(shè)置 于各對導(dǎo)體層之間。在向本申請受讓人ABB公司轉(zhuǎn)讓并且通過引用結(jié)合于此的、向Lanoue等人授予的 美國專利第6，221，297號中公開了不同類型的層纏繞技術(shù)。在Lanoue等人的‘297號專利 中，交替的薄片導(dǎo)體層和薄片絕緣層連續(xù)地纏繞于纏繞心軸的基部周圍以形成線圈。可以 使用有助于生產(chǎn)層纏繞線圈的自動分配機(jī)來實現(xiàn)Lanoue等人的‘297號專利的纏繞技術(shù)。在利用薄片導(dǎo)體層的層纏繞技術(shù)中，線圈的每個薄片導(dǎo)體的端固定到如下線圈母 線，這些線圈母線根據(jù)線圈裝配于其中的變壓器的構(gòu)造豎直地(沿著線圈的軸)延伸到線 圈的頂部或者底部。線圈母線通常通過焊接來固定到薄片導(dǎo)體。線圈母線常規(guī)地由金屬 (比如銅或者鋁)形成并且形狀為矩形。兩個線圈母線通常通過在與單個矩形條的長度垂 直地進(jìn)行切割的情況下對半切割矩形條而由該矩形條形成。為了減少變壓器的成本，希望減少變壓器中所用金屬(具體為銅)的量。本發(fā)明 涉及比常規(guī)線圈母線利用更少金屬的線圈母線。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明提供一種制造變壓器的方法。根據(jù)該方法，提供導(dǎo)體薄片和線圈母線。 導(dǎo)體薄片具有相對的第一和第二端以及相對的第一和第二側(cè)邊。線圈母線具有第一和第二 部分。第一部分的寬度為第二部分的寬度的一倍半以上。低電壓線圈由導(dǎo)體薄片形成。線 圈母線固定到導(dǎo)體薄片的端，從而線圈母線的第一部分設(shè)置于導(dǎo)體薄片的第一側(cè)邊處，而 線圈母線的第二部分設(shè)置于導(dǎo)體薄片的第二側(cè)邊處。根據(jù)本發(fā)明也提供一種變壓器，該變壓器具有具有柱的鐵磁芯；以及裝配到柱 上的高和低電壓線圈。低電壓線圈包括具有相對的第一和第二端以及相對的第一和第二側(cè) 邊的導(dǎo)體薄片。提供包括第一和第二部分的線圈母線。第一部分的寬度為第二部分的寬度 的一倍半以上。線圈母線固定到低電壓線圈的導(dǎo)體薄片，從而線圈母線的第一部分設(shè)置于
4導(dǎo)體薄片的第一側(cè)邊處，而線圈母線的第二部分設(shè)置于導(dǎo)體薄片的第二側(cè)邊處。


本發(fā)明的特征、方面和優(yōu)點參照下文描述、附圖和以下附圖將變得更好理解圖1是變壓器的示意圖；圖2是在纏繞機(jī)中由導(dǎo)體薄片和絕緣薄片形成的變壓器的低電壓線圈的透視圖；圖3是由單個矩形條形成的成對線圈母線的前正視圖；圖4示出了固定到低電壓線圈的導(dǎo)體薄片端上的線圈母線；圖5是變壓器的局部示意圖，示出了將低電壓線圈連接到低電壓母線的線圈母 線；以及圖6示意地示出了流過低電壓線圈的導(dǎo)體薄片并且進(jìn)入線圈母線的電流。
具體實施例方式應(yīng)當(dāng)注意，在下文具體描述中，無論相同部件是否在本發(fā)明的不同實施例中示出， 這些部件都具有相同標(biāo)號。也應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚而簡潔地公開本發(fā)明，附圖可以未必按比 例繪制，并且可以用一些示意的形式示出本發(fā)明的某些特征。現(xiàn)在參照圖1，示出了包含根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的線圈的三相變壓器10的截面圖。變 壓器10包括裝配到芯18并且封閉在外殼20內(nèi)的三個線圈組件12 (每相一個線圈組件)。 芯18包括鐵磁金屬并且形狀一般為矩形。芯18包括在成對磁軛24之間延伸的成對外柱 22。內(nèi)柱26也在磁軛24之間延伸并且設(shè)置于外柱22之間而且與外柱22基本上均勻間隔 開。線圈組件12分別裝配到外柱22和內(nèi)柱26并且設(shè)置于外柱22和內(nèi)柱周圍。各線圈組 件12包括各自形狀為圓柱形的高電壓線圈和低電壓線圈28(圖2中所示)。如果變壓器 10是降壓變壓器，則高電壓線圈是初級線圈而低電壓線圈28是次級線圈。取而代之，如果 變壓器10是升壓變壓器，則高電壓線圈是次級線圈而低電壓線圈28是初級線圈。如圖1 中所示，在各線圈組件12中，可以同心地裝配高電壓線圈和低電壓線圈28，其中在高電壓 線圈內(nèi)并且從高電壓線圈徑向向內(nèi)設(shè)置低電壓線圈28。取而代之，高電壓線圈和低電壓線 圈28可以裝配成軸向分離，其中將低電壓線圈28裝配于高電壓線圈以上或者以下。根據(jù) 本發(fā)明，各低電壓線圈28包括線圈母線42固定到的導(dǎo)體薄片40的同心層。變壓器10是配電變壓器并且具有范圍從約112. 5kVA到約15，OOOkVA的kVA額定 值。高電壓線圈的電壓范圍從約600V到約35kV，而低電壓線圈的電壓范圍從約120V至約 15kV。雖然將變壓器10示出和描述為三相配電變壓器，但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于三 相變壓器或者配電變壓器。本發(fā)明可以運用于單相變壓器和不同于配電變壓器的變壓器 中?，F(xiàn)在參照圖2，示出了形成于纏繞機(jī)46的纏繞心軸44上的低電壓線圈28之一。 與纏繞機(jī)46相鄰設(shè)置導(dǎo)體薄片40的卷48和絕緣體薄片52的卷50。由金屬薄片或者其 它適當(dāng)材料組成的內(nèi)模具54裝配于心軸44上?？梢韵扔冒ň幙棽ＡЮw維(未示出)的 絕緣層包裹內(nèi)模具54。如下文更完全描述的那樣，導(dǎo)體薄片40的第一端或者內(nèi)端固定到根 據(jù)本發(fā)明實施的第一或者內(nèi)線圈母線42a(圖3中所示)。導(dǎo)體薄片40的內(nèi)端設(shè)置于絕緣體薄片52的第一或者內(nèi)端之上，并且與該第一或者內(nèi)端對準(zhǔn)而且固定到內(nèi)模具54。然后旋 、轉(zhuǎn)心軸44，由此使導(dǎo)體薄片40和絕緣體薄片52分別從卷48、50加以分配并且纏繞于心軸 44周圍，以形成導(dǎo)體薄片40和絕緣體薄片52的多個同心設(shè)置的交替層。在這一纏繞過程 期間，冷卻管道58可以被插入于導(dǎo)體薄片40的層之間。如下文更完全描述的那樣，在纏繞 過程結(jié)束時，第二或者外線圈母線42b固定到導(dǎo)體薄片40的第二或者外端。現(xiàn)在參照圖3，內(nèi)和外線圈母線42a、42b由單個如下的條60形成，該條由金屬如銅 或者鋁組成并且具有矩形橫截面。條60具有長度“L”并且包括相對的第一和第二端62、 64、第一主要表面66和相對的第二主要表面(未示出)以及相對的第一和第二次要表面 68、70。裝配孔74的第一和第二圖案分別朝向第一和第二端62、64形成于條60中。裝配 孔74延伸經(jīng)過第一主要表面66和第二主要表面。在條60中進(jìn)行對角切割76以將條60 劃分成分別形成內(nèi)和外線圈母線42a、42b的兩段。切割76從第一次要表面68上的點“A” 向第二次要表面70上的點“B”延伸。點“A”位于與第一端62相距約長度“L”的20%處， 而點“B”位于與第二端64相距約長度“L”的20%處。在與第一和第二次要表面68、70成 約10°到約15°的角度、更具體地成約12°的角度上進(jìn)行切割76。在進(jìn)行切割76之后，可 以切割兩段的尖端，以如圖4中所示分別形成線圈母線42的展平的次要端78。此外，彎曲 80 (虛線所示)可以形成于線圈母線42中，以使線圈母線42適于連接到低電壓母線81 (如 圖5中所示)?，F(xiàn)在參照圖4，各線圈母線42具有次要端78和與條60的第一端62或者第二端 64對應(yīng)的相對的主要端82。在平坦時，各線圈母線42為楔形從而具有矩形形狀的連接分 段84和基本上為直角三角形形狀的主要分段86。主要端82在連接分段84中，而次要端 78在主要分段86中。裝配孔74朝向主要端82設(shè)置于連接分段84中。彎曲80也設(shè)置于 連接分段84中并且可以形成約90°的角度。主要分段86具有從連接分段84向次要端78 延伸的斜表面或者斜邊90。斜邊90對應(yīng)于切割76，并且因此以約10到約15°的角度、更 具體地以約12°的角度從次要端78延伸。各線圈母線42固定到導(dǎo)體薄片40的端，從而線圈母線42的第一部分設(shè)置于導(dǎo)體 薄片40的第一側(cè)邊92，而線圈母線42的第二部分設(shè)置于導(dǎo)體薄片40的第二側(cè)邊94。線 圈母線42的第一部分設(shè)置于連接分段84和主要分段86的接合點并且具有與連接分段84 的寬度相同的寬度W1。線圈母線42的第二部分朝向次要端78來設(shè)置并且具有寬度W2。寬 度Wl大于寬度W2。具體而言，寬度Wl是寬度W2的一倍半以上、具體為兩倍以上、更具體為 三倍以上。線圈母線42通過焊接來固定到導(dǎo)體薄片40的端?？梢岳酶鞣N焊接技術(shù)，比如鎢 惰性氣體(TIG)焊接、金屬惰性氣體(MIG)焊接或者冷焊接。也稱為氣體鎢電弧焊接(GTAW) 的TIG焊接是一種使用非可消耗的鎢電極以產(chǎn)生焊接的焊接工藝。也稱為氣體金屬電弧焊 接(GMAW)的MIG焊接是一種半自動或者自動電弧焊接工藝，在該工藝中通過焊槍來饋送連 續(xù)和可消耗的電線電極以及屏蔽氣體以形成焊接。冷焊接是一種通過金屬在極高壓力之下 的流動來產(chǎn)生分子鍵合的壓焊工藝。通常無需應(yīng)用熱量即可進(jìn)行冷焊接。然而為了增強(qiáng)焊 接可以應(yīng)用熱量。此外，可以在真空中進(jìn)行冷焊接?，F(xiàn)在參照圖5，示出了將低電壓母線81連接到低電壓線圈28的線圈母線42。低 電壓母線81又連接到延伸經(jīng)過變壓器10的外殼20的套管100。套管100的引線102適合于連接到外部配電電路104。各線圈母線42可以通過延伸經(jīng)過電壓母線81的螺栓(未 示出)和在線圈母線42的連接分段84中的裝配孔74連接到低電壓母線81。如圖5中所 示，線圈母線42與低電壓線圈28的縱向軸平行延伸，并且線圈母線42的連接分段84設(shè)置 于低電壓線圈28以上。不受任何具體理論限制，將參照圖6描述線圈母線42的操作。當(dāng)向變壓器10的高電壓線圈供電時，電流水平地流過低電壓線圈28中的導(dǎo)體薄片40。隨著這一電流流動 (箭頭110所示)轉(zhuǎn)變到線圈母線42，電流流動產(chǎn)生90°轉(zhuǎn)彎以豎直地流過線圈母線42。 在這一轉(zhuǎn)變中，各線圈母線42的下部(即朝向次要端78)輸送由線圈母線42的上部(即 朝向主要端82)輸送的電流負(fù)載的僅約一半。出于這一原因，在線圈母線42的下部中比在 線圈母線42的上部中需要更少導(dǎo)體質(zhì)量。因而，各線圈母線42可以具有上文示出和描述 的構(gòu)造，即朝向連接到配電電路的端變寬而朝向相對的端變窄。將理解前述一個或者多個示例實施例的描述僅為了舉例說明而不是窮舉本發(fā)明。 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠?qū)_的主題內(nèi)容的一個或者多個實施例進(jìn)行某些添加、刪除 和/或修改而不脫離如由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明精神或者其范圍。
權(quán)利要求
一種制造變壓器的方法，包括(a.)提供具有相對的第一和第二端以及相對的第一和第二側(cè)邊的導(dǎo)體薄片；(b.)提供具有第一和第二部分的線圈母線，所述第一部分的寬度為所述第二部分的寬度的一倍半以上；(c.)由所述導(dǎo)體薄片形成低電壓線圈；以及(d.)將所述線圈母線固定到所述導(dǎo)體薄片的端，從而所述線圈母線的第一部分設(shè)置于所述導(dǎo)體薄片的第一側(cè)邊處，而所述線圈母線的第二部分設(shè)置于所述導(dǎo)體薄片的第二側(cè)邊處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括提供心軸，并且其中形成所述低電壓線圈的步 驟包括在所述心軸上纏繞所述導(dǎo)體薄片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括提供絕緣薄片，并且其中形成所述低電壓線圈 的步驟包括在所述導(dǎo)體薄片纏繞于所述心軸上的同時在所述心軸上纏繞所述絕緣薄片，由 此所述低電壓線圈包括所述導(dǎo)體薄片和所述絕緣薄片的交替層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述線圈母線在形成所述低電壓線圈之前固定到 所述導(dǎo)體薄片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述線圈母線通過焊接來固定到所述導(dǎo)體薄片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述線圈母線是第一線圈母線，并且其中所述方 法還包括提供第二線圈母線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一和第二線圈母線各自包括銅。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一和第二線圈母線中的各線圈母線包括基 本上為直角三角形形狀的主要分段，并且其中所述第一和第二線圈母線的第二部分朝向所 述第一和第二線圈母線的主要分段的端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中提供所述第一和第二線圈母線的步驟包括提供矩 形條并且在所述矩形條的相對的側(cè)之間進(jìn)行對角切割，以將所述矩形條分離成分別形成所 述第一和第二線圈母線的兩段，各段包括所述主要分段和矩形連接分段。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中提供所述第一和第二線圈母線的步驟還包括在 所述第一和第二線圈母線中的各線圈母線的所述連接分段中進(jìn)行約90°彎曲。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括 提供低電壓母線；提供高電壓線圈；提供具有柱的鐵磁芯；提供具有延伸穿過其中的套管的外殼；將所述高和低電壓線圈裝配到所述芯的柱；將所述芯以及所述高和低電壓線圈設(shè)置于所述外殼中；在所述第一線圈母線與所述套管之間連接所述低電壓母線。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中連接所述低電壓母線的步驟包括使用螺栓將所 述低電壓母線連接到所述第一線圈母線的連接分段。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述線圈母線的第一部分的寬度是所述線圈母 線的第二部分的寬度的三倍以上。
14.一種變壓器，包括 具有柱的鐵磁芯；高電壓線圈，裝配到所述芯的柱；低電壓線圈，裝配到所述芯的柱，所述低電壓線圈包括具有相對的第一和第二端以及 相對的第一和第二側(cè)邊的導(dǎo)體薄片；以及線圈母線，具有第一和第二部分，所述第一部分的寬度為所述第二部分的寬度的一倍 半以上，所述線圈母線固定到所述低電壓線圈的導(dǎo)體薄片，從而所述線圈母線的第一部分 設(shè)置于所述導(dǎo)體薄片的第一側(cè)邊處，而所述線圈母線的第二部分設(shè)置于所述導(dǎo)體薄片的第 二側(cè)邊處。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的變壓器，其中所述線圈母線通過焊接來固定到所述導(dǎo)體薄片。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的變壓器，其中所述線圈母線包括連接分段和基本上直角 三角形狀的主要分段，并且其中所述線圈母線的第二部分朝向所述線圈母線的主要分段的端。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的變壓器，還包括外殼，具有延伸穿過所述外殼的套管，所述外殼封閉所述芯以及所述高和低電壓線圈；以及低電壓母線，連接于所述線圈母線與所述套管之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的變壓器，其中所述低電壓母線用螺栓連接到所述線圈母線 的連接部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的變壓器，其中所述連接部分具有形成于其中的約90°彎曲o
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的變壓器，其中所述線圈母線的第一部分的寬度為所述線圈 母線的第二部分的寬度的三倍以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變壓器及其制造方法。該變壓器具有裝配到芯的柱上的高和低電壓線圈。各低電壓線圈包括導(dǎo)體薄片(40)，該導(dǎo)體薄片具有相對的第一和第二端以及相對的第一(92)和第二(94)側(cè)邊。為各低電壓線圈提供成對線圈母線(42)。各線圈母線(42)具有第一和第二部分，其中第一部分的寬度(W1)為第二部分的寬度(W2)的一倍半以上。各線圈母線(42)固定到其低電壓線圈的導(dǎo)體薄片(40)，從而使得線圈母線的第一部分設(shè)置于導(dǎo)體薄片的第一側(cè)邊(92)處，而線圈母線的第二部分設(shè)置于導(dǎo)體薄片的第二側(cè)邊(94)處。
文檔編號H01F27/28GK101802944SQ200880102363
公開日2010年8月11日 申請日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月9日
發(fā)明者C·薩韋爾, R·法爾默 申請人:Abb技術(shù)有限公司