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WO2009152858A1 - Drillleiter für eine wicklung einer elektrischen maschine - Google Patents

Drillleiter für eine wicklung einer elektrischen maschine Download PDF

Info

Publication number
WO2009152858A1
WO2009152858A1 PCT/EP2008/057767 EP2008057767W WO2009152858A1 WO 2009152858 A1 WO2009152858 A1 WO 2009152858A1 EP 2008057767 W EP2008057767 W EP 2008057767W WO 2009152858 A1 WO2009152858 A1 WO 2009152858A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
conductor
insulating
sub
drill according
winding
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/057767
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Mairinger
Alexander Gregori
Peter Hamberger
Original Assignee
Siemens Transformers Austria Gmbh & Co Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Transformers Austria Gmbh & Co Kg filed Critical Siemens Transformers Austria Gmbh & Co Kg
Priority to PCT/EP2008/057767 priority Critical patent/WO2009152858A1/de
Publication of WO2009152858A1 publication Critical patent/WO2009152858A1/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H02K3/14—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots with transposed conductors, e.g. twisted conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2823—Wires
    • H01F2027/2838—Wires using transposed wires

Definitions

  • the invention relates to a drill guide for a winding of an electrical machine, in particular a
  • drill ladders are used instead of ladders of large cross-section to reduce electric eddy current losses in electrical engineering in high-power machines.
  • a drill ladder is composed of partial or single conductors, which are insulated from each other. The parts are twisted or twisted together in a form similar to a mesh. This twisting or stranding is referred to in the literature after the inventor as “single conductor transposition Roebel", or “Verroebelung” for short.
  • Drill ladders are also used in the manufacture of electrical windings for power transformers.
  • a low-voltage winding or a high-voltage winding of a power transformer can be formed, for example, from seven to eighty stranded partial conductors.
  • the sub-conductors consist of flat profile wires. These profile wires are stacked in two adjacent sub-conductor stacks. In each sub-ladder stack, the profile wires lie with their broad sides on top of each other. In each case the uppermost and the lowermost profiled wire is so bent in the direction of its narrow side in regularly recurring intervals, so that a change takes place from one sub-conductor stack to the other sub-conductor stack. This change takes place without turning of the broad surface, only by a bending in the same direction around the longitudinal extension of the drill around, while maintaining the Generalleiter Highway in repetitive cycles. Each sub-conductor performs a helical flight and thus passes through all height layers of the overall conductor stack.
  • the cohesion of the individual conductors in the total conductor stack is usually carried out with a Umbandelung.
  • the mutual electrical insulation of the individual sub-conductors usually consists of a coating of the metal wire with an insulating varnish, for example with a polyvinyl acetal or polyamide-imide varnish.
  • a drill ladder in which for the purpose of better circulation of the coolant on a flat side of a sub-conductor stack, an existing of an insulating spacer is arranged.
  • a so-called Roebel tool is used to form the crank, which bends the conductor in regularly recurring intervals. The mechanical deformation of a partial conductor leads to an expansion of the insulating lacquer layer in the
  • the thickness of the insulating lacquer has hitherto been chosen to be large enough that, in spite of the weakening caused by the offset, the overall insulation property of the coil is ensured.
  • Insulating varnish the so-called fill factor, which is the proportion of the current-carrying material based on the total space required by the winding.
  • the paint insulation can claim a share of about 8% of the total volume of the drill.
  • the drill guide can be made of single conductors having a comparatively thin insulating varnish thickness. This has the advantage that, while maintaining the insulating property of the
  • a better fill factor means that the dimensions and material usage of an electric machine can be reduced. Even a small reduction in dimensions leads to significant savings in soft magnetic core and conductor material in a large electrical machine, such as a power transformer. The material saving reduces the manufacturing costs.
  • the insulating element consists simply of a flat insulating piece, which in the Kröpfungs Scheme between adjacent broad surfaces of the cranked outer sub-conductor and the sub-conductor stack is interposed.
  • the material for the insulator own conventional insulation materials.
  • the insulator may be a strip of insulation paper. The expert is for this purpose a variety of insulation materials for selection.
  • the flat insulating piece / insulation paper is rectangular. Its width is greater than the width of the sub-conductor; their length is greater than the length of the Kröpfungsabêtes. As a result, the flat insulating piece / insulating paper projects beyond the low-insulation bent area. As a result, a reliable isolation effect is achieved despite the vibrations occurring during operation of a power transformer. The good insulation effect is maintained over a long service life.
  • Another embodiment which is advantageous with regard to the use of material can be characterized in that the insulating piece is designed in the form of a sector of an annular surface.
  • the insulating piece is coated on at least one side with an adhesive. This ensures that when winding the transformer winding on a support cylinder, the interposed insulating does not slip. Furthermore, there is a cost advantage, since the additional insulation by automatic
  • Handling tools can be easily introduced in the drill wire production in the composite of the sub-conductor. In order to maintain good insulating properties over a long service life, it may also be beneficial to use aromatic polyamides as the insulating material for the flat insulating piece.
  • Aramid fibers and films are commercially available under the trade name Nomex TM and Kevlar TM.
  • a crimping area between laid insulation wafer or insulating strip for example, an insulating paper strip having a thickness of less than 0.15 mm has proven to be particularly cost-effective.
  • Insulating varnish is formed, which is applied in the offset area at least part of the area on a broad surface of the cranked sub-conductor or the sub-conductor stack.
  • this partial Isolierlack- order be an insulating paint point, which can preferably be applied by means of an automatic metering device. It may also be advantageous to apply several such insulating lacquer points in the offset area.
  • Solid particles as spacers or spacers For example, spherical solid particles having a mean diameter of about 0.15 mm have been found to be particularly favorable.
  • Figure 1 shows a drill according to the invention in an embodiment in a perspective view
  • Figure 2 is a plan view of Figure 1, in which according to a first variant of the invention, the insulating element is designed as a rectangular insulating strip;
  • Figure 3 is a plan view of Figure 1, in which, according to a second variant of the invention, the insulating element is formed from a partially applied in the offset region Isolierlack point;
  • FIG. 4 shows a transformer winding produced with a drill conductor according to FIG. 1 in a half-cut representation of the winding on a transformer arm;
  • Figure 5 shows a drill guide in an enlarged view in a section along the line II in Figure 1;
  • FIG. 6 shows a sketch of the core of a three-arm transformer, in which the reduction in dimensions made possible by the drill conductor according to the invention is indicated.
  • FIG. 1 shows a perspective view of an embodiment of a drill guide 10 according to the invention.
  • the drill guide 10 shown consists of twenty-one entangled partial conductors 20.
  • the partial conductors 20 have a rectangular cross-section and are coated with insulating lacquer.
  • the sub-conductors 20 are stacked in two sub-conductor stacks 3 and 4. They lie with their broadsides on top of each other. Their facing flat sides are also in the stack together.
  • the partial conductor 21 located at the upper end 5 of the overall conductor stack 3, 4 is cranked: a first cranking section 22 directs the partial conductor 21 first in the direction of the right partial conductor stack 4, then a second offset section 23 in the direction of the longitudinal extension 7.
  • a first cranking section 22 directs the partial conductor 21 first in the direction of the right partial conductor stack 4, then a second offset section 23 in the direction of the longitudinal extension 7.
  • Sub-conductor stack instead (in Figure 1 and 2, the overhead sub-conductor 21 changes from the left sub-conductor stack 3 to the right sub-conductor stack 4).
  • the individual sub-conductors 20 seen from the side of the stack obliquely to the direction of the arrow 7: in the sub-conductor stack 3 from the lower end 6 to the upper end 5; in the sub-conductor stack 4 from the upper end 5 obliquely to the lower end 6.
  • Figure 2 or 3 the rectangular
  • FIG. 2 shows a first variant of the invention, in which the insulating element 11 or 12 is a solid.
  • the flat insulating member 11 is placed under the crank 1 and the insulating member 12 under the crank 2, so that each wide surface of the Kröpfungsabête 22, 23 to the stack 3 and 4 each have a reinforced insulation.
  • These insulating or insulating pieces 11 and 12 are coated on one side with an adhesive and consist in the present embodiment of an insulation paper strip.
  • Each insulator 11 or 12 can also be made of a different organic or inorganic material with a high electrical resistance.
  • the insulating piece may be a non-woven, a glass fiber fabric or an inserted Isoaltor platelets.
  • the insulating piece 11, 12 may also be a macro-polyamide.
  • Aramid fiber or a film is commercially available, for example, under the trade name Nomex TM from DuPont.
  • these insulating pieces 11 and 12 can be seen in a plan view.
  • the Kröpfungsabête 22 and 23 are underlaid in the embodiment shown with a rectangular strip of paper.
  • the width of the rectangular insulation is greater than the width of the sub-conductor 21 and longer than the Kröpfungsabêt.
  • the insulating piece 11 or 12 could also be shaped differently, for example, have the shape of a segment of an annular circuit surface or be trapezoidal.
  • FIG. 3 shows a second variant of the invention, in which the insulating element is not a solid, but an insulating lacquer point 11 or 12 applied during the winding production.
  • the insulating element is not a solid, but an insulating lacquer point 11 or 12 applied during the winding production.
  • a plurality of such insulating lacquer points 11, 12 can also be provided .
  • FIG. 4 shows a transformer winding in a half-cut representation. It consists of a low-voltage winding 17 and a high-voltage winding 18.
  • the low-voltage winding 17 consists of a first layer 15 and a second layers 16 of the drill guide 10.
  • a core leg of the transformer is designated by the reference numeral 19, the outer diameter of the lower voltage winding 17th As in one below
  • the invention allows winding diameter 19 can be reduced to the winding diameter 19 ".
  • FIG. 5 shows the drill guide 10 according to FIG. 4 enlarged in a cutaway view.
  • the drill 10 is as already stated from rectangular paint-insulated profile wires 20. These are in two Sub-conductor stack 3 and 4 arranged so that opposite broad sides 8 abut each other in a stack. Likewise, the sub-conductors 20 of one stack with the other stack facing narrow sides 9 abut each other. Between the wide surface 13 of the outer layer of the conductor 20 and the wide surface 14 of the transverse element conductor 21 is at one end 5 and at the other end 6 respectively an inventive insulating piece 11 and 111 interposed.
  • the insulating element is here a sheet-like insulating strip which is wider than the width of a partial conductor. Also at the other end 6 of the sub-conductor stack is a sheet-like insulating strip 111.
  • the drill guide 10 is surrounded by a bundle insulation 25 formed from a Textilumwicklung.
  • a significant advantage of the invention is the fact that a partial conductor can be used by the partial insulation according to the invention in Kröpfungs Kunststoff in which the thickness of the paint insulation is relatively low.
  • a winding is compared with a drill guide according to the invention.
  • This drill ladder also consists of 70 partial or single ladders.
  • At both ends 5 and 6 of the sub-conductor stack 4,5 (as drawn in Figure 5 for a drill ladder consisting of 34 individual conductors) each have an additional sheet-like insulation 11, 111 of 0.1 mm thickness.
  • the required degree of insulating property is restored, although the insulating lacquer layer of the single conductor is only half as thick throughout, namely 0.05 mm.
  • the difference of the total paint thickness is 1.6 mm. This means that the diameter of the undervoltage winding per drill wire position can be made smaller by 3.2 mm.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulating Of Coils (AREA)

Abstract

Drillleiter für eine Wicklung einer elektrischen Maschine, insbesondere für eine Transformatorwicklung, der aus einzelnen, gegeneinander isolierten, flachen Teilleitern (20), die in benachbart angeordneten Teilleiterstapeln (3, 4) gestapelt sind, gebildet ist, wobei Teilleiter (21), die an einem Ende (5, 6) eines Teileiterstapes (3, 4) liegen in einem Kröpfungsabschnitt (22, 23) gekröpft sind, wodurch ein Wechsel des Teilleiters (21) von dem einen zu dem anderen Teilleiterstapel hergestellt ist, wobei,im jeweiligen Kröpfungsabschnitt (22, 23) zwischen benachbarten Breitflächen des Teilleiters (21) und dem Teileiterstapel (3,4) ein Isolationselement (11, 12) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Drillleiter für eine Wicklung einer elektrischen Maschine
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Drillleiter für eine Wicklung einer elektrischen Maschine, insbesondere eine
Transformatorwicklung, der aus einzelnen gegeneinander isolierten flachen Teilleitern, die in benachbart angeordneten Teilleiterstapeln gestapelt sind, gebildet ist, wobei Teilleiter, die an einem Ende eines Teileiterstapes liegen jeweils in einem Kröpfungsabschnitt gekröpft sind, wodurch ein Wechsel des Teilleiters von dem einen zu dem anderen Teilleiterstapel hergestellt ist.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass zur Verringerung von elektrischen Wirbelstromverlusten im Elektromaschinenbau bei Maschinen hoher Leistung anstelle von Leitern großen Querschnitts sogenannte Drillleiter verwendet werden. Ein Drillleiter ist aus Teil- oder Einzelleitern zusammen gesetzt, die gegeneinander isoliert sind. Die Teileiter sind in einer einem Geflecht ähnlichen Form miteinander verdrillt oder verseilt. Diese Verdrillung oder Verseilung wird in der Fachliteratur nach dem Erfinder auch als "Einzelleiter- Transposition nach Roebel", oder auch kurz "Verroebelung" bezeichnet . Drillleiter werden auch bei der Herstellung von elektrischen Wicklungen für Leistungstransformatoren verwendet. Eine Unterspannungswicklung beziehungsweise eine Oberspannungswicklung eines Leistungstransformators kann beispielsweise aus sieben bis achtzig verseilten Teilleitern gebildet sein. Die Teilleiter bestehen aus flachen Profildrähten. Diese Profildrähte sind in zwei nebeneinander liegenden Teilleiterstapeln gestapelt. In jedem Teilleiterstapel liegen die Profildrähte mit ihren Breitseiten übereinander. Jeweils der zu oberst und der zu unterst liegende Profildraht ist in Richtung seiner Schmalseite in regelmäßig wiederkehrenden Abständen so gekröpft, so dass ein Wechsel von dem einen Teilleiterstapel zu dem anderen Teilleiterstapel stattfindet. Dieser Wechsel erfolgt ohne Wendung der Breitfläche, lediglich durch ein gleichsinnig um die Längserstreckung des Drillleiters herum erfolgtes Abbiegen, unter Beibehaltung der Teilleiterfolge, in sich wiederholenden Zyklen. Jeder Teilleiter führt einen Schraubengang aus und durchläuft auf diese Art alle Höhenschichten des Gesamtleiterstapels. Der Zusammenhalt der Einzelleiter im Gesamtleiterstapel erfolgt üblicherweise mit einer Umbandelung. Die gegenseitige elektrische Isolation der einzelnen Teilleiter besteht in der Regel aus einer Beschichtung des Metalldrahtes mit einem Isolierlack, z.B. mit einem Polyvinylacetal- oder Polyamidimid-Lack.
In der WO 94/07251 ist beispielsweise ein Drillleiter beschrieben, bei dem zum Zwecke der besseren Zirkulation des Kühlmittels an einer Flachseite eines Teilleiterstapels ein aus einem Isolierstoff bestehendes Distanzstück angeordnet ist . Bei der Herstellung eines Drillleiters wird zur Ausbildung der Kröpfung ein so genanntes Roebelwerkzeug verwendet, welches die Teilleiter in regelmäßig wiederkehrenden Abständen biegt. Die mechanische Verformung eines Teilleiters führt zu einer Dehnung der Isolierlackschicht im
Kröpfungsabschnitt und vermindert die Isolationseigenschaft des Isolierlacks, da dessen Dicke sich entsprechend dem Biegeradius verringert. Um diese Schwächung der Isolationseigenschaft im Kröpfungsabschnitt auszugleichen, wurde bislang die Dicke des Isolierlacks groß genug gewählt, so dass trotz der durch die Kröpfung bedingten Schwächung die Isolationseigenschaft der Wicklung insgesamt gewährleistet ist .
Bei einer elektrischen Wicklung gibt die Dicke des
Isolierlacks den so genannten Füllfaktor vor, das ist der Anteil des stromführenden Materials bezogen auf den gesamten Platzbedarf der Wicklung. Je größer die Dicke des Isolierlacks ist, desto schlechter ist der Füllfaktor.
Bei einer Transformatorwicklung kann die Lackisolierung einen Anteil von etwa 8% des Gesamtvolumens des Drillleiters beanspruchen .
Bei der Herstellung einer elektrischen Wicklung ist man grundsätzlich bestrebt, einen möglichst hohen Füllfaktor zu erzielen .
Darstellungen der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Drillleiter anzugeben, so dass auf möglichst einfache Weise ein besserer Füllfaktor einer elektrischen Wicklung, insbesondere einer Transformatorwicklung, möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Drillleiter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass nur im Kröpfungsbereich, in welchem die Isolationseigenschaft aufgrund der mechanischen Verformung geschwächt ist, zwischen benachbarten Breitflächen des gekröpften Teilleiters und des Teilleiterstapels ein zusätzliches Isolier -oder Isolationselement eingebracht wird. Durch dieses im Schwächungsabschnitt partiell eingebrachte Isolationselement wird erreicht, dass die durchgehende Dicke des Isolierlacks der Teilleiter geringer als bislang üblich gehalten werden kann. Mit anderen Worten, der Drillleiter kann aus Einzelleitern hergestellt werden, die eine vergleichsweise dünne Isolierlack-Dicke aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass unter Beibehaltung der Isolationseigenschaft sich der
Füllfaktor der Wicklung verbessert. Ein besserer Füllfaktor bedeutet wiederum, dass die Abmessungen und der Materialeinsatz bei der Herstellung einer elektrischen Maschine geringer gehalten werden können. Bereits eine geringfügige Verringerung der Abmessungen führt bei einer großen elektrischen Maschine, wie beispielsweise bei einem Leistungstransformator, zu signifikanten Einsparungen bei weichmagnetischen Kern- und Leitermaterial. Die Materialeinsparung verringert die Herstellungskosten.
In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht das Isolationselement einfach aus einem flachen Isolierstück, das im Kröpfungsbereich zwischen benachbarten Breitflächen des gekröpften außen liegenden Teilleiters und dem Teilleiterstapel zwischengelegt ist. Als Material für das Isolierstück eigenen sich herkömmliche Isolationswerkstoffe. In einer sehr einfachen Ausführungsform kann das Isolierstück beispielsweise ein Streifen aus einem Isolationspapier sein. Dem Fachmann steht hierfür eine Vielzahl von Isolationswerkstoffen zur Auswahl.
In einer günstigen Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das flache Isolierstück/Isolationspapier rechteckig ausgebildet ist. Ihre Breite ist größer als die Breite des Teilleiters; ihre Länge ist größer als die Länge des Kröpfungsabschnittes. Dadurch überragt das flache Isolierstück/Isolationspapier den isolationsschwachen Kröpfungsbereich. Dadurch wird trotz der bei Betrieb eines Leistungstransformators auftretenden Vibrationen eine zuverlässige Isolationswirkung erreicht. Die gute Isolationswirkung bleibt über eine lange Gebrauchsdauer erhalten .
Eine andere hinsichtlich des Materialeinsatzes vorteilhafte Ausführungsform kann dadurch gekennzeichnet sein, dass das Isolierstück in der Form eines Sektors einer Ringfläche ausgebildet ist.
Es kann günstig sein, wenn das Isolierstück zumindest auf einer Seite mit einem Klebstoff beschichtet ist. Dadurch wird erreicht, dass beim Wickeln der Transformatorwicklung auf einen Tragzylinder das zwischengelegte Isolierstück nicht verrutscht. Ferner ergibt sich ein Kostenvorteil, da die zusätzliche Isolierung durch automatische
Handhabungswerkzeuge einfach bei der Drillleiter-Fertigung in den Verbund der Teilleiter eingebracht werden kann. Für die Beibehaltung guter Isolationseigenschaften über eine lange Gebrauchsdauer kann ferner es günstig sein, aromatische Polyamide als Isolationswerkstoff für das flache Isolierstück zu verwenden. Aramidfasern und Folien sind unter dem Markennamen Nomex™ und Kevlar™ handelsüblich.
Bei der Herstellung einer Wicklung für einen Leistungstransformator hat sich ein im Kröpfungsbereich zwischen gelegtes Isolationsplättchen oder Isolierstreifen, beispielsweise ein Isolier-Papierstreifen mit einer Dicke von kleiner als 0,15 mm als besonders kostengünstig erwiesen.
In einer anderen bevorzugten Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Isolationselement aus einem
Isolierlack gebildet ist, der im Kröpfungsbereich zumindest teilflächig auf eine Breitfläche des gekröpften Teilleiters beziehungsweise des Teilleiterstapels aufgetragen wird. In einer einfachen Form kann dieser partielle Isolierlack- Auftrag ein Isolierlack-Punkt sein, der bevorzugt mittels einer automatischen Dosiervorrichtung aufgetragen werden kann. Es kann auch vorteilhaft sein im Kröpfungsbereich mehrere solcher Isolierlack-Punkte aufzutragen.
Hierbei kann besonders vorteilhaft sein, wenn eine Isolierlack-Dispersion verwendet wird, welche
Festkörperpartikel enthält. Diese Festkörperteilchen bestehen aus einem elektrischen Isolator. Im Spalt, der aus der gekröpften Breitfläche des außen liegenden Teilleiters und dem Teilleiterstapel gebildet wird, wirken diese
Festkörperteilchen als Distanz- oder Abstandshalter. Als besonders günstig haben sich etwa kugelförmige Festkörperpartikel erwiesen, die einen mittleren Durchmesser von etwa 0,15 mm aufweisen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug genommen in denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind. Es zeigt:
Figur 1 einen erfindungsgemäßen Drillleiter in einem Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Ansicht;
Figur 2 eine Draufsicht auf Figur 1, in welcher gemäß einer ersten Variante der Erfindung das Isolierelement als rechteckförmiger Isolierstreifen ausgebildet ist;
Figur 3 eine Draufsicht auf Figur 1, in welcher gemäß einer zweiten Variante der Erfindung das Isolierelement aus einem im Kröpfungsbereich zusätzlich partiell aufgetragenen Isolierlack-Punkt gebildet ist;
Figur 4 eine Transformatorwicklung hergestellt mit einem Drillleiter gemäß Figur 1 in einer halbgeschnittenen Darstellung der Wicklung auf einem Transformatorschenkel; Figur 5 einen Drillleiter in einer vergrößerten Darstellung in einem Schnitt entlang der Linie I-I in Figur 1 ;
Figur 6 eine Skizze des Kerns eines Dreischenkel- Transformators, in welcher die durch den erfindungsgemäßen Drillleiter ermöglichte Verringerung der Abmessungen angedeutet ist.
Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drillleiters 10. Der dargestellte Drillleiter 10 besteht aus einundzwanzig verschränkten Teilleitern 20. Die Teilleiter 20 haben rechteckförmigen Querschnitt und sind mit Isolierlack beschichtet. Die Teilleiter 20 sind in zwei Teilleiterstapel 3 und 4 gestapelt. Sie liegen mit ihren Breitseiten übereinander. Ihre zugewandten Flachseiten liegen im Stapel ebenfalls aneinander.
Wie aus der Draufsicht der Figur 2 bzw. 3 zu sehen, ist der am oberen Ende 5 des Gesamtleiterstapels 3, 4 liegende Teilleiter 21 gekröpft: ein erster Kröpfungsabschnitt 22 lenkt den Teilleiter 21 zunächst in Richtung des rechten Teilleiterstapels 4, dann ein zweiter Kröpfungsabschnitt 23 in Richtung der Längserstreckung 7. Durch diese quer zur Längserstreckung 7 verlaufende Kröpfung 1, 2 an den Enden 5 bzw. 6 findet ein Übergang vom einen zum anderen
Teilleiterstapel statt (in Figur 1 und 2 wechselt der oben liegende Teilleiter 21 vom links liegenden Teilleiterstapel 3 zum rechts liegenden Teilleiterstapel 4) . In einem Teilleiterstapel 3 bzw. 4 verlaufen die einzelnen Teilleiter 20 von der Seite des Stapels gesehen schräg zur Richtung des Pfeils 7: im Teilleiterstapel 3 vom unteren Ende 6 zum oberen Ende 5; im Teilleiterstapel 4 vom oberen Ende 5 schräg zum unteren Ende 6. In Figur 2 bzw. 3 ist die rechteckige
Querschnittsform im Teileiter 21 schraffiert gezeichnet; die Querschnittsform weist eine Breitseite 8 und eine Flachseite 9 auf.
An den Enden 5 bzw. 6 eines Teilleiterstapels ist erfindungsgemäß jeweils im Bereich der Kröpfungsabschnitte 22, 23 zusätzlich ein flächenförmig ausgebildetes Isolierstück 11, 12 angeordnet.
Die Figur 2 zeigt eine erste Variante der Erfindung, bei der das Isolierelement 11 beziehungsweise 12 ein Festkörper ist. In der Figur 2 ist das flache Isolierelement 11 unter die Kröpfung 1 und das Isolierelement 12 unter die Kröpfung 2 gelegt, sodass jede Breitfläche der Kröpfungsabschnitte 22, 23 zum Stapel 3 bzw. 4 jeweils eine verstärkte Isolation aufweist. Diese Isolierelemente oder Isolierstücke 11 bzw. 12 sind einseitig mit einem Klebstoff beschichtet und bestehen im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Isolations- Papierstreifen . Jedes Isolierstück 11 bzw. 12 kann aber auch aus einem anderen organischen oder auch aus einem anorganischen Werkstoff mit einem hohen elektrischen Widerstand hergestellt sein. Das Isolierstück kann ein Vlies, ein Glasfasergewebe oder ein eingelegtes Isoaltor-Plättchen sein. Je nach Anforderung kann das Isolierstück 11, 12 auch ein aroamtisches Polyamid sein. Ein Geflecht aus einer
Aramidfaser oder eine Folie ist beispielsweise unter der Markenbezeichnung Nomex™ der Firma DuPont im Handel erhältlich. In der Figur 2 sind diese Isolierstücke 11 bzw. 12 in einer Draufsicht zu sehen. Die Kröpfungsabschnitte 22 bzw. 23 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem rechteckförmigen Papierstreifen unterlegt. Die Breite der rechteckförmigen Isolierung ist größer als die Breite des Teilleiters 21 und länger als der Kröpfungsabschnitt. Das Isolierstück 11 bzw. 12 könnte aber auch anders geformt sein, beispielsweise die Form eines Segments einer Ringkreisfläche aufweisen oder auch trapezförmig sein.
Die Figur 3 zeigt eine zweite Variante der Erfindung, bei der das Isolierelement kein Festkörper ist, sondern ein bei der Wicklungsherstellung aufgetragener Isolierlack-Punkt 11 bzw. 12. Es versteht sich aber, dass auch mehrere solcher Isolierlack-Punkte 11, 12 vorgesehen sein können.
In der Figur 4 ist eine Transformatorwicklung in einer halbgeschnittenen Darstellung zu sehen. Sie besteht aus einer Unterspannungswicklung 17 und einer Oberspannungswicklung 18. Die Unterspannungswicklung 17 besteht aus einer ersten Lage 15 und einer zweiten Lagen 16 des Drillleiters 10. Mit dem Bezugszeichen 24 ist ein Kernschenkel des Trafos bezeichnet, mit dem Bezugszeichen 19 der äußere Durchmesser der Unterspannungswicklung 17. Wie unten stehend in einem
Beispiel näher erläutert, ermöglicht die Erfindung dass Wicklungsdurchmesser 19 auf den Wicklungsdurchmesser 19" verringert werden kann.
Die Figur 5 zeigt den Drillleiter 10 gemäß der Figur 4 vergrößert in einer geschnittenen Darstellung. Der Drillleiter 10 besteht wie bereits gesagt aus rechteckigen lacksisolierten Profildrähten 20. Diese sind in zwei Teilleiterstapel 3 und 4 so angeordnet, dass gegenüberliegende Breitseiten 8 in einem Stapel aneinander anliegen. Ebenso liegen die Teilleiter 20 des einen Stapels mit den zum anderen Stapel gewandten Schmalseiten 9 aneinander an. Zwischen der Breitfläche 13 der äußeren Lage der Teilleiter 20 und der Breitfläche 14 des querenden Teilleiters 21 ist an dem einen Ende 5 und an dem anderen Ende 6 jeweils ein erfindungsgemäßes Isolierstück 11 bzw. 111 dazwischen gelegt. Das Isolierelement ist hier ein flächenförmiger Isolierstreifen, der breiter ist als die Breite eines Teilleiters. Auch am anderen Ende 6 des Teilleiterstapels befindet sich ein flächenförmiger Isolierstreifen 111. Der Drillleiter 10 ist mit einer aus einer Papierumwicklung gebildeten Bündelisolierung 25 umgeben.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass durch die erfindungsgemäße partielle Isolation im Kröpfungsbereich ein Teilleiter verwendet werden kann, bei dem die Dicke der Lackisolation vergleichsweise gering ist.
Dadurch verbessert sich der Füllfaktor der Wicklung, also das Verhältnis des aktiven Cu-Leiterquerschnitts zum Gesamtquerschnitt .
Bei Transformatoren werden Drillleiter insbesondere für Unterspannungswicklungen eingesetzt, die nahe zum Kernschenkel angeordnet sind. Eine radiale Einsparung der Unterspannungswicklung wirkt sich auf die radial außen liegenden Wicklungen aus. Insgesamt schrumpft dank der Erfindung der Gesamtdurchmesser der Bewicklung eines Trafoschenkels. Damit kann der Abstand zwischen den Trafoschenkeln konstruktiv kleiner ausgeführt werden. Bei einem Leistungstransformator ergeben sich die in Figur 6 qualitativ skizzierten Einsparungen 26 im weichmagnetischen Kernmaterial, was im Folgenden anhand eines praktischen Beispiels verdeutlicht werden soll:
Ausgegangen wird von einem Leistungstransformator aus dem
Stand der Technik, bei dem die Wicklung aus einem Drillleiter gefertigt ist, der aus 70 Teilleitern gebildet ist. Die Lackisolierung eines Teilleiters ist 0,1 mm dick. Bei radialer Stapelrichtung ergibt sich für einen Drillleiter eine radiale Gesamt-Lackdicke zu: 36 * 0,1 mm = 3,6 mm.
Demgegenüber wird eine Wicklung mit einem erfindungsgemäßen Drillleiter gegenübergestellt. Dieser Drillleiter besteht ebenfalls aus 70 Teil- oder Einzelleitern. An beiden Enden 5 bzw. 6 des Teilleiterstapels 4,5 ist (wie in Figur 5 für eine Drillleiter bestehend aus 34 Einzelleiter gezeichnet) jeweils eine zusätzliche flächenförmige Isolierung 11, 111 von 0,1 mm Dicke angeordnet. Dadurch ist im Bereich der Kröpfung, wo die Lackisolation durch die Ausbildung der Kröpfung geschwächt ist, das geforderte Maß an Isolationseigenschaft wieder hergestellt, obwohl die Isolierlackschicht des Einzelleiters durchgehend nur halb so dick ist, nämlich 0,05 mm. Die gesamte Isolationsdicke errechnet sich hier wie folgt: 36 * 0,05 mm + 2 * 0,1 mm= 2 mm .
Die Differenz der Gesamt-Lackdicke ist 1,6 mm. Dies bedeutet, dass der Durchmesser der Unterspannungswicklung pro Drillleiterlage um 3,2 mm kleiner ausgeführt werden kann.
Durch diese radiale Verringerung der Wicklungsabmessung verringert sich auch die Abmessung des weichmagnetischen Kerns des Transformators. Als Folge davon ist bei der Herstellung weniger Material erforderlich. Dadurch ist der Aufwand bei der Fertigung geringer. Die Erfindung ist natürlich nicht auf das erläuterte Ausführungsbeispiel eines Leistungstransformators beschränkt. Vielmehr ist der erfindungsgemäße Drillleiter auch bei der
Wicklungsherstellung anderer elektrischer Maschinen, wie beispielsweise einer Drosselspule, einsetzbar.
Zusammenstellung der verwendeten Bezugszeichen
I erste Kröpfung 2 zweite Kröpfung
3 Teilleiterstapel
4 Teilleiterstapel
5 oberes Ende
6 unters Ende 7 Pfeil, Längsrichtung
8 Breitseite
9 Schmal- oder Flachseite
10 Drillleiter
II Isolationselement 12 Isolationselement
13 Breitfläche
14 Breitfläche
15 Lage
16 Lage 17 Unterspannungswicklung 18 Oberspannungswicklung 19, 19* Durchmesser Unterspannungswicklung
20 Teilleiter
21 Teilleiter, querend 22 erster Kröpfungsabschnitt
23 zweiter Kröpfungsabschnitt
24 Kernschenkel
25 Bündelisolierung
26 Einsparung im Kern eines Transformators
III Isolationselement, Isolierstück

Claims

Patentansprüche
1. Drillleiter für eine Wicklung einer elektrischen Maschine, insbesondere für eine Transformatorwicklung, der aus einzelnen, gegeneinander isolierten, flachen Teilleitern (20), die in benachbart angeordneten Teilleiterstapeln (3, 4) gestapelt sind, gebildet ist, wobei Teilleiter (21), die an einem Ende (5, 6) eines Teileiterstapes (3, 4) liegen in einem Kröpfungsabschnitt (22, 23) gekröpft sind, wodurch ein Wechsel des Teilleiters (21) von dem einen zu dem anderen Teilleiterstapel hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im jeweiligen Kröpfungsabschnitt (22, 23) zwischen benachbarten Breitflächen des Teilleiters (21) und dem Teileiterstapel (3,4) ein Isolationselement (11, 12) angeordnet ist.
2. Drillleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (11, 12) ein flächenförmig ausgebildetes Isolierstück ist.
3. Drillleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierstück (11, 12) rechteckig ausgebildet ist und eine Breite aufweist, die größer als die Breite des Teilleiters (21) ist, und eine Länge aufweist, die größer als die Länge eines Kröpfungsabschnittes (22, 23) ist.
4. Drillleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierstück (11, 12) in der Form eines
Sektors einer Ringfläche ausgebildet ist.
5. Drillleiter nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierstück (11, 12) zumindest auf einer zu einer Breitfläche (13, 14) eines Teilleiters (20, 21) gewandten Fläche zumindest abschnittsweise mit einem Klebstoff beschichtet ist.
6. Drillleiter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierstück (11, 12) durch einen Papierstreifen gebildet ist.
7. Drillleiter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierstück (11, 12) durch eine Folie oder ein Geflecht aus Aramidfasern gebildet ist .
8. Drillleiter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierstück (11, 12) eine Dicke aufweist, die kleiner als 0,15 mm ist.
9. Drillleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (11, 12) ein in einem Kröpfungsabschnitt (22, 23) auf einer Breitfläche (13, 14) zumindest abschnittsweise aufgetragener Isolierlack ist .
10. Drillleiter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierlack Festkörperpartikel enthält.
11. Drillleiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörperpartikel etwa kugelförmige ausgebildet sind und einen mittleren Durchmesser von kleiner als 0,15 mm aufweisen.
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