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Patent Searching and Data


Title:
WINDING LAYER PITCH COMPENSATION FOR AN AIR-CORE REACTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/138762
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a winding layer pitch compensation for an air-core reactor (1) which has at least two concentric winding layers (2 - 5) that are spaced apart radially, comprising a combination of the following: a first set of strip-shaped star sheets (15), each of which is designed so as to be arranged radially below or above the winding layers (2 - 5) and which are provided with at least one receiving slot (20) along an edge (19), said receiving slot extending from the edge (19); and a second set of strip-shaped compensation sheets (18), each of which is provided with at least one insert slot (22) along an edge (21), said insert slot extending from the edge (21). A compensation sheet (18) can be inserted into each receiving slot (20) of a star sheet (15) in a formfitting manner, the star sheet (15) engaging into the insert slot (22) of the compensation sheet in a formfitting manner. The slot depths (TS) of at least two receiving slots (20) of the set of star sheets (15) are different.

Inventors:
HASLEHNER OTTO (AT)
Application Number:
PCT/AT2014/050009
Publication Date:
September 18, 2014
Filing Date:
January 14, 2014
Export Citation:
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Assignee:
TRENCH AUSTRIA GMBH (AT)
International Classes:
H01F27/00; H01F27/30
Domestic Patent References:
WO2009126977A12009-10-22
Foreign References:
CA1114465A1981-12-15
EP0529905A11993-03-03
EP0084412A11983-07-27
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
WEISER, ANDREAS (AT)
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Claims:
Patentansprüche :

1. Wicklungslagen-Steigungsausgleich für eine Luftdrosselspule (1) , die zumindest zwei konzentrische, voneinander ra- dial beabstandete Wicklungslagen (2 - 5) hat, gekennzeichnet durch die Kombination aus

einem ersten Satz streifenförmiger Sternblätter (15) , welche jeweils zur radialen Anordnung unter oder über den Wicklungslagen (2 - 5) bestimmt und entlang einer Kante (19) mit zumindest einem von der Kante (19) ausgehenden Aufnahmeschlitz (20) versehen sind,

einem zweiten Satz streifenförmiger Ausgleichsblätter (18), welche jeweils entlang einer Kante (21) mit zumindest einem von der Kante (21) ausgehenden Einsteckschlitz (22) verse- hen sind,

wobei in jeden Aufnahmeschlitz (20) eines Sternblattes (15) ein Ausgleichsblatt (18) formschlüssig einsteckbar ist und das Sternblatt (15) dabei in dessen Einsteckschlitz (22) formschlüssig eingreift, und

wobei die Schlitztiefen (Ts) zumindest zweier Aufnahmeschlitze (20) des Satzes von Sternblättern (15) unterschiedlich sind .

2. Wicklungslagen-Steigungsausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Sternblatt (15) zumindest zwei voneinander beabstandete, von der Kante (19) ausgehende Aufnahmeschlitze (20) hat, deren Schlitztiefen (Ts) unterschiedlich sind.

3. Wicklungslagen-Steigungsausgleich nach Anspruch 1 o- der 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sternblätter (15) aus Metall gefertigt und die Aufnahmeschlitze (20) darin eingefräst sind .

4. Wicklungslagen-Steigungsausgleich nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsblätter (18) mitsamt ihren Einsteckschlitzen (22) aus Kunst- Stoff geformt oder geschnitten sind.

5. Wicklungslagen-Steigungsausgleich nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzbreiten (Bs) zumindest zweier Aufnahmeschlitze (20) eines Sternblattes (15) unterschiedlich sind und die Ausgleichsblätter (18) entsprechend angepasste unterschiedliche Dicken (DA) haben .

6. Wicklungslagen-Steigungsausgleich nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sternblätter (15) an ihren einen Enden (17) zu einem Stern ver- schweißt sind.

7. Wicklungslagen-Steigungsausgleich nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sternblätter

(15) in ihrer Einbaustellung nicht in den zentralen Luftraum

(16) der Luftdrosselspule (1) reichen.

8. Wicklungslagen-Steigungsausgleich nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sternblätter (15) Verankerungen (23, 24) für zwischen den Wicklungslagen verlaufende Abstandshalteleisten (6) oder Zugbandagen aufweisen .

Description:
Wicklungslagen-Steigungsausgleich für eine Luftdrosselspule

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wicklungslagen- Steigungsausgleich für eine Luftdrosselspule, die zumindest zwei konzentrische, voneinander radial beabstandete Wicklungslagen hat .

Luftdrosselspulen werden in Energieversorgungsnetzen verwendet und sind - im Gegensatz zu ölisolierten Spulen - „trockenisolierte" Drosselspulen, bei welchen die Isolation durch FeststoffIsolation und ausreichende Luft- und Kriechstrecken bewerkstelligt wird und welche in der Regel auch keinen ferro- magnetischen Kern enthalten, d.h. deren zentraler Luftraum frei ist .

Die konzentrischen Wicklungslagen der Luftdrosselspule werden an ihren oberen und unteren axialen Enden jeweils von einem Haltestern gehalten, der sich aus mehreren sternförmig radial angeordneten Armen, sog. Sternblättern, zusammensetzt. Anstelle eines einteiligen Haltesterns kann jeweils auch eine Vielzahl einzelner Sternblätter verwendet werden, die nur im Bereich unter und über den Wicklungslagen liegen, um Sternblattmaterial einzusparen. Die einander gegenüberliegenden Haltesterne bzw. Sternblätter werden dabei mithilfe von zwischen den Wicklungslagen verlaufenden Abstandshalteleisten oder Zugbandagen gegeneinander gespannt, um die Wicklungslagen zu hal- ten. Beim Wickeln der Spule werden die Sternblätter und Abstandshalteleisten gleichzeitig als Wickelhilfen verwendet, indem zunächst die unteren Sternblätter auf einer Drehvorrichtung aufgespannt und dann darauf die Wicklungslagen aufgebaut werden, wobei dazwischen jeweils ein Satz Abstandshalteleisten montiert wird.

Aufgrund von unterschiedlichen Leiterquerschnitten in den einzelnen Wicklungslagen ergeben sich dabei unterschiedliche Steigungen und/oder axiale Bauhöhen der einzelnen Wicklungslagen, welche einen Wicklungslagen-Steigungsausgleich erfordern: Zwischen den einander axial gegenüberliegenden Sternblättern und der zwischenliegenden Wicklungslage werden Ausgleichsblätter eingelegt, welche die Wicklungslagen gegenüber den Sternblättern abstützen und in Axialrichtung zentrieren.

Die derzeit bekannten Ausgleichsblätter sind relativ kom- plexe Teile, da die zwischen einem Sternblatt und einer Wicklungslage auszugleichende Höhe je nach Umfangsort der Spule, Radialort der Wicklungslage und Leiterquerschnitt der Wicklungslage variiert, was bereits für eine einzige Spulendimensi - onierung eine Vielzahl unterschiedlicher, individuell berechne- ter Ausgleichsblätter erfordert; für verschiedene Spulendimen- sionierungen multiplizieren sich die erforderlichen Varianten an Ausgleichsblättern.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, die Nachteile der bekannten Lösungen zu überwinden und einen vereinfachten Wick- lungslagen-Steigungsausgleich für Luftdrosselspulen zu schaffen .

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht durch die Kombination aus:

einem ersten Satz streifenförmiger Sternblätter, welche jeweils zur radialen Anordnung unter oder über den Wicklungslagen bestimmt und entlang einer Kante mit zumindest einem von der Kante ausgehenden Aufnahmeschlitz versehen sind,

einem zweiten Satz streifenförmiger Ausgleichsblätter, welche jeweils entlang einer Kante mit zumindest einem von der Kante ausgehenden Einsteckschlitz versehen sind,

wobei in jeden Aufnahmeschlitz eines Sternblattes ein Ausgleichsblatt formschlüssig einsteckbar ist und das Sternblatt dabei in dessen Einsteckschlitz formschlüssig eingreift, und wobei die Schlitztiefen zumindest zweier Aufnahmeschlitze des Satzes von Sternblättern unterschiedlich sind.

Die Erfindung schafft damit ein modulares Stecksystem zum Aufbau eines Wicklungslagen-Steigungsausgleichs aus nur wenigen variablen Teilen, und zwar einerseits Ausgleichsblättern und andererseits Sternblättern, die anhand ihrer Schlitze form- schlüssig ineinandersteckbar sind, wobei die Schlitztiefe in den Sternblättern die Vorkragung, d.h. wirksame Ausgleichshöhe der Ausgleichsblätter definiert. Die Ausgleichsblätter können dadurch alle einheitlich gestaltet werden, allenfalls mit unterschiedlichen Dicken entsprechend den Leiterquerschnitt wie später noch näher erläutert, und damit sehr einfach in wenigen Variante gefertigt und bevorratet werden. Die Schlitztiefen der Sternblätter können einfach vorberechnet und dann die Schlitze in den entsprechenden Tiefen gefertigt werden, was einen vergleichsweise einfachen Endfertigungsschritt darstellt und bei- spielsweise an einer einheitlichen Type von ungeschlitzten Sternblatt-Rohlingen vorgenommen werden kann. In Summe ergibt sich ein mechanisch hochfestes, in seinen Dimensionierungen und Ausgleichsmöglichkeiten extrem variables System, das sowohl die Fertigung als auch die Bevorratung des Wicklungslagen- Steigungsausgleichs sehr erleichtert.

Für einlagige Drosselspulen können Sternblätter verwendet werden, welche nur einen einzigen Aufnahmeschlitz haben, wobei die Schlitztiefen der Aufnahmeschlitze dann innerhalb des Sternblattsatzes zwischen verschiedenen Sternblättern unter- schiedlich sein können. Für mehrlagige Drosselspulen ist es besonders vorteilhaft, wenn jedes Sternblatt zumindest zwei voneinander beabstandete , von der Kante ausgehende Aufnahmeschlitze hat, deren Schlitztiefen unterschiedlich sind, so dass unterschiedliche wirksame Ausgleichshöhen für verschiedene Lagen bei jedem einzelnen Sternblatt geschaffen werden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Sternblätter aus Metall gefertigt und die Aufnahmeschlitze darin eingefräst. Dies erfüllt einerseits die Anforderungen an die hohe Festigkeit der Sternblätter, welche das große Gewicht der Wicklungslagen tragen müssen, und andererseits ermöglicht dies eine überaus rasche und hochpräzise Endfertigung der Sternblatt-Rohlinge z.B. durch CNC-Fräsen in den gewünschten Schlitztiefen .

Weiters ist es besonders günstig, wenn die Ausgleichsblät- ter mitsamt ihren Einsteckschlitzen aus Kunststoff geformt oder geschnitten sind. Die Ausgleichsblätter können so gleichzeitig eine Isolatorfunktion ausüben und - einmal abgesehen von unterschiedlichen Dicken für unterschiedliche Leiterquerschnitte - im Wesentlichen einheitlich gefertigt werden, z.B. durch Vor- formen des Kunststoffs. Wenn als Kunststoff GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff) verwendet wird, können die Schlitze auch durch Einschneiden gebildet werden, was mit einer einheitlichen Schlitztiefe und damit geringen Fertigungsanforderungen, z.B. manuell mit einer einzigen Schablone, durchgeführt werden kann.

Wie bereits kurz angesprochen sind die Schlitzbreiten zumindest zweier Aufnahmeschlitze eines Sternblattes bevorzugt unterschiedlich und die Ausgleichsblätter haben bevorzugt entsprechend angepasste unterschiedliche Dicken, um Wicklungslagen mit unterschiedlichen Leiterquerschnitten abstützen zu können.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung können mehrere Sternblätter an ihren einen Enden zu einem Stern verschweißt werden, sodass sie Haltesterne bilden. Alternativ werden die Sternblätter bevorzugt als sog. „Sternblattstummel" ausgeführt, d.h. die Sternblätter reichen in ihrer Einbaustel- lung nicht in den zentralen Luftraum der Luftdrosselspule, um Material und Gewicht zu sparen.

In jedem Fall ist es besonders günstig, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Sternblätter Verankerungen für zwischen den Wicklungslagen verlaufende Abstandshalteleis- ten oder Zugbandagen aufweisen, z.B. Bohrungen für das Anschrauben oder Einhängen derartiger Elemente.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigeschlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine Luftdrosselspule mit zwei verschiedenen Ausführungsformen (eine davon strichliert angedeutet) eines Wicklungslagen-Steigungsausgleichs gemäß der Erfindung in einer Perspektivansicht ; Fig. 2 eines der Sternblätter des Wicklungslagen- Steigungsausgleichs von Fig. 1 mit eingesteckten Ausgleichsblättern in einer Perspektivansicht im Detail; und

die Fig. 3 und 4 ein Sternblatt und ein Ausgleichsblatt jeweils in einer Perspektivansicht im Detail.

Gemäß Fig. 1 umfasst eine Luftdrosselspule 1, z.B. für Hochspannungs-Energieversorgungsnetze, vier konzentrische Wicklungslagen 2, 3, 4, 5, welche durch eine Vielzahl umfangsmäßig verteilter Abstandshalteleisten 6 voneinander beabstandet sind, um zwischeneinander Kühlluftspalte 7 zu bilden. Jede der Wicklungslagen 2 - 5 ist dabei aus einer Vielzahl in Axialrichtung 8 der Luftdrosselspule 1 übereinanderliegenden Windungen eines Leiters 9, wie eines Drahtes, Drahtstranges oder Drahtseiles, gebildet und erreicht - je nach Leiterquerschnitt-Durchmesser D und Windungszahl - eine individuelle Wicklungslagen-Bauhöhe h 2 - h 5 (nur h 5 der äußeren Lage 5 dargestellt) .

Die Wicklungslagen 2 - 5 werden an ihren oberen und unteren axialen Enden 10, 11 von mehrarmigen Haltesternen 12, 13 zusammengehalten, die über Spannbänder 14 und/oder die Ab- standshalteleisten 6 gegeneinander gespannt sind. Jeder Haltestern 12, 13 setzt sich dabei aus einer Mehrzahl radial angeordneter Sternblätter 15 zusammen, welche in Fig. 1 in zwei Ausführungsformen gezeigt sind: In der mit strichlierten Verlängerungslinien gezeigten Ausführungsform von Fig. 1 verlaufen die Sternblätter 15 bis in die Mitte des zentralen Luftraums 16 der Luftdrosselspule 1 und sind dort an ihren Enden 17 miteinander - gegebenenfalls unter Ausbildung einer Nabe - zum Haltestern 12, 13 verschweißt.

In der in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien dargestellten Ausführung sind die Sternblätter 15 zu „Sternblattstummeln" verkürzt, welche nur mehr im Bereich unter bzw. über den Wicklungslagen 2 - 5 angeordnet sind, sodass sie nicht mehr in den zentralen Luftraum 16 der Luftdrosselspule 1 reichen.

Aufgrund der unterschiedlichen Bauhöhen h 2 - h 5 der ver- schiedenen Wicklungslagen 2 - 5 ist ein Wicklungslagen- Steigungsausgleich zwischen den Sternblättern 15 und den Wicklungslagen 2 - 5, genauer deren ersten und letzten Windungen des Leiters 9, erforderlich, um jede Wicklungslage 2 - 5 kraftschlüssig zwischen den jeweils axial einander gegenüberliegen- den Sternblättern 15 zu halten. Dazu dienen eine Vielzahl einzelner, jeweils zwischen einem Sternblatt 15 und einer Wicklungslage 2 - 5 angeordneter Ausgleichsblätter 18, deren Zusammenwirken mit den Sternblättern 15 anhand der Fig. 2 - 4 näher erläutert wird.

Gemäß den Fig. 2 - 4 ist jedes Sternblatt 15 streifenförmig, z.B. in Form eines etwa rechteckigen Plättchens, und entlang einer Längskante 19 mit einer Anzahl von der Längskante 19 ausgehender Aufnahmeschlitze 20 versehen. Die Anzahl der Aufnahmeschlitze 20 entspricht der Anzahl an Wicklungslagen 2 - 5, für welche das Sternblatt 15 bestimmt ist. Jedes Ausgleichsblatt 18 ist seinerseits streifenförmig, z.B. in Form eines etwa rechteckigen Plättchens, und mit (zumindest) einem von einer Kante 21 ausgehenden Einsteckschlitz 22 versehen.

In jeden Aufnahmeschlitz 20 eines Sternblattes 15 ist nun ein Ausgleichsblatt 18 formschlüssig so einsteckbar, dass gleichzeitig das Sternblatt 15 in den Einsteckschlitz 22 des Ausgleichsblatts 18 formschlüssig eingreift, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Ausgleichsblätter 18 sind damit etwa normal, d.h. quer, auf bzw. in die Sternblätter 15 gesteckt. Die Schlitz- breiten B s der Aufnahmeschlitze 20 der Sternblätter 15 entsprechen dabei jeweils den Dicken D A der darin aufgenommenen Ausgleichsblätter 18, und umgekehrt entsprechend die Schlitzbreiten B A der Schlitze 22 der Ausgleichsblätter 18 den Dicken D s der jeweils darin eingesteckten Sternblätter 15.

Die Sternblätter 15 haben bevorzugt eine einheitliche Dicke D s , und dementsprechend sind auch die Schlitzbreiten B A der Einsteckschlitze 22 einheitlich gleich. Die Ausgleichsblätter 18 haben hingegen in der Regel unterschiedliche Dicken D A , und zwar je nach dem Leiterquerschnitt-Durchmesser D der abzustüt- zenden Wicklungslage 2 - 5. Dementsprechend sind auch die Schlitzbreiten B s der Aufnahmeschlitze 20 der Sternblätter 15 unterschiedlich und an die Dicke D A des jeweils aufzunehmenden Ausgleichsblatts 18 angepasst.

Die Schlitztiefen T A der Einsteckschlitze 22 der Aus- gleichsblätter 18 sind bevorzugt (wenn auch nicht notwendigerweise) einheitlich. Hingegen sind die Schlitztiefen T s der verschiedenen Aufnahmeschlitze 20 eines Sternblattes 15 jeweils unterschiedlich, d.h. zumindest zwei Schlitztiefen T s zweier Aufnahmeschlitze 20 sind von einander verschieden. Dadurch dringen die Ausgleichsblätter 18 unterschiedlich tief in ein Sternblatt 15 ein und erzeugen so unterschiedliche wirksame Ausgleichshöhen ah 2 , ah 3 , ah 4 , ah 5 (in Fig. 2 nur ah 5 für die äußerste Lage 5 dargestellt) zwischen einem Sternblatt 15 und einer Wicklungslage 2 - 5. Über den Umfang der Luftdrosselspule 1 verteilte Sternblätter 15 haben dabei auch jeweils zunehmende bzw. abnehmende Schlitztiefen T s , um das Ansteigen des Leiters 9 einer Wicklungslage 2 - 5 im Zuge der ersten bzw. letzten Windung aufzunehmen.

Die Sternblätter 15 sind bevorzugt aus Metall, insbesonde- re einer Aluminiumlegierung, ausgeführt und die Aufnahmeschlitze 20 darin werden bevorzugt durch Fräsen, z.B. CNC-Fräsen, gefertigt. Die Ausgleichsblätter 18 sind zwecks Isolation bevorzugt aus Kunststoff ausgeführt, z.B. GFK (glasfaserverstärktem Kunststoff) . Die Einsteckschlitze 22 in den Ausgleichsblättern 18 können bei der Kunststofffertigung der Ausgleichsblätter 18 mitausgeformt oder nachträglich darin eingeschnitten, eingestanzt, gefräst usw. werden. Da hier in der Regel nur eine einheitliche Schlitztiefe T A und eine einheitliche Schlitzbreite B A erforderlich sind, kann das Einschneiden der Einsteckschlit- ze 22 beispielsweise mithilfe einer einzigen Schablone auch manuell erfolgen.

Die Sternblätter 15 können mit zusätzlichen Verankerungen für die Abstandshalteleisten 6 ausgestattet werden, beispielsweise einer Mehrzahl von Bohrungen 23, mit welchen die Ab- standshalteleisten 6 verschraubt werden können. Weitere Veran- kerungen, z.B. Bohrungen 24, können für zusätzliche Zugbandagen (Zugbänder) vorgesehen werden, mit welchen die einander axial gegenüberliegenden Sternblätter 15 zusätzlich verspannt werden können .

Bei der Fertigung der Luftdrosselspule 1 können die Sternblätter 15 beispielsweise in Halter 25 eingesetzt werden, welche auf der Drehscheibe einer Wickelmaschine über den Umfang verteilt montiert werden, und dann werden die Ausgleichsblätter 18 - oder zunächst nur das radial innerstes Ausgleichsblatt 18 - aufgesteckt. Nach dem Wickeln der ersten, innersten Wicklungslage 2 wird ein Satz von Abstandshalteleisten 6 über den Umfang verteilt und mit den Sternblättern 18 verschraubt, dann werden die nächsten Ausgleichsblätter 18 (soferne noch nicht geschehen) auf die Sternblätter 15 aufgesteckt, dann wird die nächste Wicklungslage 3 gewickelt, usw. usf.

Es versteht sich, dass in einfachen Ausführungsformen für einlagige Drosselspulen die Sternblätter 15 jeweils auch nur einen einzigen Aufnahmeschlitz 20 haben können, wobei dann die Aufnahmeschlitze 20 unterschiedlicher Sternblätter 15 in einem Satz von Sternblättern verschiedene Schlitztiefen T s haben können, um das Ansteigen des Leiters 9 über den Umfang der Luftdrosselspule 1 aufzunehmen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst alle Varianten und Modifika- tionen, die in den Rahmen der angeschlossenen Ansprüche fallen.