阅读说明：本技术 用于制作锥状高压次级线圈的皱纹纸间隔精密绕线机及方法 (Crepe paper interval precision winding machine and method for manufacturing conical high-voltage secondary coil ) 是由 潘亚峰 刘胜 王刚 王俊杰 王利民 孙旭 樊旭亮 范红艳 郭旭 牛耀辉 赵健 于 2019-08-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于制作锥状高压次级线圈的皱纹纸间隔精密绕线机及方法,解决现有制造锥状无胶次级线圈过程中通过手动方式难以实现皱纹纸间隔均匀卷绕的问题。其中绕线机包括安装座、传动装置、锥状模具、用于安装线圈绕线筒的线圈绕线支架、用于安装皱纹纸盘的皱纹纸支架；安装座包括底座和设在底座上的支架；支架上安装有绕线轴；锥状模具固定在绕线轴上；传动装置包括驱动机构、平移机构及减速机,减速机设在底座上其输出端与平移机构连接,平移机构设在底座上且位于锥状模具的一侧；驱动机构驱动绕线轴转动,同时将动力传输给减速机,平移机构上的皱纹纸支架在减速机作用下可沿锥状模具轴线方向移动；线圈绕线支架位于锥状模具的另一侧。(the invention provides a crepe paper interval precision winding machine and method for manufacturing a conical high-voltage secondary coil, and solves the problem that the crepe paper interval uniform winding is difficult to realize in the conventional conical adhesive-free secondary coil manufacturing process in a manual mode. The winding machine comprises a mounting seat, a transmission device, a conical die, a coil winding support used for mounting a coil winding cylinder and a crepe paper support used for mounting a crepe paper plate; the mounting seat comprises a base and a bracket arranged on the base; the bracket is provided with a winding shaft; the conical die is fixed on the winding shaft; the transmission device comprises a driving mechanism, a translation mechanism and a speed reducer, the speed reducer is arranged on the base, the output end of the speed reducer is connected with the translation mechanism, and the translation mechanism is arranged on the base and positioned on one side of the conical mold; the driving mechanism drives the winding shaft to rotate and transmits power to the speed reducer, and the crepe paper support on the translation mechanism can move along the axial direction of the conical die under the action of the speed reducer; the coil winding support is positioned at the other side of the conical mold.)

用于制作锥状高压次级线圈的皱纹纸间隔精密绕线机及方法

技术领域

本发明涉及一种高压脉冲变压器次级线圈的绕线机，具体涉及一种用于制作锥状高压次级线圈的皱纹纸间隔精密绕线机及方法，可实现线圈绕线与绝缘皱纹纸同步间隔缠绕。

背景技术

某国的Sinus系列高电压脉冲发生器采用带开路磁芯的高耦合变压器与同轴形成线一体化的紧凑结构。变压器的初级线圈和次级线圈均嵌入同轴脉冲形成线内部；次级线圈为锥状结构，具有线径细、匝数多的特点，其设置于形成线的内磁芯和外磁芯之间。

常用的次级线圈以电工纸板为基筒，采用固化胶胶粘方式把细线径导线绕制固定在纸筒上，这种胶粘线圈的固化胶层存在微小的空气泡。在对次级的形成线充电的过程中，次级线圈两端承受高电压；此时，胶层中气隙内电场明显增强，易发生气体放电现象，导致线圈烧毁，变压器无法正常工作。现有技术中，通过对形成线介质加载高气压以提高介质的高电压绝缘性能；但是，高气压不能改善固化胶层内微气泡的常压形态，固化胶层气泡仍容易发生高电压击穿。另外，常用的线圈绕线采用漆包线，其合格产品的缺陷率虽然很低，但是产生MV级电压的次级锥状线圈达到米级，匝数有数千匝，整个线圈的绕线总长很大，因此线圈上出现少数几处漆皮缺陷难以避免，而这种缺陷引起的局部放电将影响整个线圈的工作寿命。

申请号为201910181818.0的中国专利，公开号为CN109786081A，专利名称为“基于皱纹纸制造锥状无胶次级线圈的方法及该线圈”，其中锥状无胶次级线圈结构如图1所示，该线圈包括由内至外、同轴且紧密贴合的纸质内锥筒02和间隔缠绕层03；间隔缠绕层03包括皱纹纸031和线圈绕线032，所述线圈绕线032沿皱纹纸031的长度方向放置于皱纹纸031上表面，使皱纹纸031的下表面接触纸质内锥筒02，皱纹纸031与线圈绕线032一起螺旋卷绕在纸质内锥筒上，相邻的两圈皱纹纸031部分交叠，形成所述间隔缠绕层03。该结构可实现线圈制作的无胶化，易于排出绕线临近区域的气泡，相邻绕线之间的间隔皱纹纸的存在避免了漆包线的漆皮缺陷引起的局部放电影响。该线圈在制造过程中，漆包线锥状线圈(线圈绕线)可以采用手工方式绕制，漆包线线径可小至0.3mm。电力行业常用的绝缘皱纹纸厚度很薄，数十μm，宽度较大，约20mm，皱纹纸匝距约1mm的间隔，通过手动方式难以实现皱纹纸间隔均匀卷绕。

发明内容

为了解决现有制造锥状无胶次级线圈过程中，通过手动方式难以实现皱纹纸间隔均匀卷绕的技术问题，本发明提供了一种用于制作锥状高压次级线圈的皱纹纸间隔精密绕线机及方法，可实现线圈绕线与绝缘皱纹纸同步间隔缠绕。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种用于制作锥状高压次级线圈的皱纹纸间隔精密绕线机，其特殊之处在于：包括安装座、传动装置、锥状模具、用于安装线圈绕线筒的线圈绕线支架、用于安装皱纹纸盘的皱纹纸支架；所述安装座包括底座和垂直设置在底座两端的支架；所述支架上部安装有绕线轴；所述锥状模具同轴固定在绕线轴上，锥状模具可相对支架转动；

所述传动装置包括驱动机构、平移机构及减速机；

所述驱动机构包括旋转把手、主动轮、从动轮及连接主动轮和从动轮的传动带/齿形带/链；所述旋转把手和主动轮同轴安装在绕线轴的一端，从动轮与减速机的输入端连接；

所述减速机设置在底座上，其输出端与平移机构连接；

所述平移机构设置在底座上且位于锥状模具的一侧，所述皱纹纸支架设置在平移机构上，驱动机构将动力传输给减速机，平移机构上的皱纹纸支架在减速机作用下可沿锥状模具轴线方向移动；

所述线圈绕线支架位于锥状模具的另一侧。

进一步地，所述锥状模具为变锥结构，通过以下步骤加工而成：

1)设锥状模具需绕制次级线圈匝数为N，次级线圈的小端半径为R₁，次级线圈的大端半径为R₂；

2)从次级线圈小端起始的绕线各匝的起始径向半径为r_i，r_i通过以下公式计算：

r_i＝R₂(R₂/R₁)^[-(N+1-i)/N] (1)

其中i＝1，2……，N；

则绕线第N匝的终点径向半径为r_N+1，r_N+1＝R₂；

3)设S为绕线相邻匝中心距，S通过以下公式计算：

其中，L为次级线圈的轴向长度；j＝1，2……N；

4)设半径r_j和r_j+1的相邻匝之间的轴向距离为ΔZ_j，ΔZ_j通过以下公式计算：

ΔZ_j＝sqrt[S²-(r_j+1-r_j)²] (3)

其中，j＝1，2……N；

5)设绕线各匝起始位置的轴向位置为Z_i，Z_i通过以下公式计算：

Z_i＝0，i＝1；

Z_i＝ΔZ_i-1，i＝2；

6)根据绕线各匝的位置坐标(r_i,Z_i)勾勒出整个线圈的变锥曲线，其中i＝1，2……N+1；

7)根据步骤6)的变锥曲线加工出锥状模具。

进一步地，步骤6)中，采用直线勾勒出整个线圈的变锥曲线；

步骤7)具体为：根据步骤6)中的直线，加工出多段锥面，形成锥状模具。

进一步地，所述平移机构包括直线导轨、丝杠连接块、丝杠螺母、螺纹丝杠；

所述直线导轨平行于锥状模具轴线设置在底座上；

所述丝杠连接块的下表面设有直线导槽，直线导槽卡装在所述直线导轨上，丝杠螺母固定在丝杠连接块上；

所述螺纹丝杠的一端与减速机输出端连接，另一端穿过丝杠螺母后架设在底座上；所述皱纹纸支架固定在丝杠连接块的上。

进一步地，所述皱纹纸支架上的皱纹纸绕制在锥状模具上的相邻匝间距，可通过改变主动轮与从动轮的轮径比或减速机的减速比或螺纹丝杠的螺距进行调节。

进一步地，所述丝杠螺母位于丝杠连接块的中部；

所述直线导轨和直线导槽均为平行设置的两个，两个直线导槽位于丝杠螺母的两侧。

进一步地，所述旋转把手靠近锥状模具的小端设置。

进一步地，所述绕线轴的两端通过轴承设置在支架上；其中一个轴承的外侧安装旋转把手。

一种基于上述用于制作锥状高压次级线圈的皱纹纸间隔精密绕线机的绕线方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)将线圈绕线筒和皱纹纸盘分别安装在线圈绕线支架和皱纹纸支架上；

2)将线圈绕线筒上的线圈绕线端头固定在锥状模具小端的上部，将皱纹纸盘上的皱纹纸端头从锥状模具下方缠绕后，固定在锥状模具与线圈绕线端头相同位置；

3)转动旋转把手，旋转把手驱动锥状模具转动；同时，主动轮带动从动轮转动，减速机在从动轮的驱动下，带动平移机构上皱纹纸支架沿锥状模具轴向移动；

其中，锥状模具转动时，线圈绕线绕制在皱纹纸表面，通过调整线圈绕线与皱纹纸的接触位置，使得相邻线圈绕线间隔皱纹纸设置且相邻线圈绕线紧挨。

进一步地，步骤3)中，转动旋转把手一圈，通过人工操作的方式对线圈绕线位置进行调整。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明绕线机中，减速机在驱动机构的驱动下，带动平移机构上的皱纹纸支架沿锥状模具轴线方向移动，同时驱动机构驱动锥状模具转动，实现皱纹纸支架上的皱纹纸绕制在锥状模具上，绕制皱纹纸的同时，线圈绕线支架上的线圈绕线绕制在皱纹纸上，可实现皱纹纸在锥状模具上的相邻间距是相等，线圈绕线与皱纹纸同步间隔缠绕，操作简单方便、成本低。

2、本发明锥状模具采用变锥结构，绕制的变锥次级线圈与传统直锥次级线圈相比匝间电压小，改善了匝间耐压和匝间闪络，进而提高了次级线圈的工作寿命。

3、本发明锥状模具可采用多段锥筒分别加工，每一段锥筒为直锥结构，多个直锥连接起来形成锥状模具，多段锥筒加工方便且成本低。

4、本发明可采用螺纹丝杠、丝杠螺母及丝杠连接块，实现皱纹纸支架在减速机作用下沿锥状模具轴线方向移动，结构简单且旋转把手转一圈皱纹纸支架轴向移动距离相等。

5、本发明绕线机在锥状模具上绕制皱纹纸时，相邻匝间距可通过改变主动轮与从动轮的轮径比或减速机的减速比或螺纹丝杠的螺距进行调节。

6、本发明直线导轨和直线导槽均为两个，可保证皱纹纸支架移动的稳定性。

7、本发明绕线方法通过驱动机构将动力传输给减速机，减速机驱动平移机构上的皱纹纸支架沿锥状模具轴线方向移动，同时驱动机构驱动锥状模具转动，皱纹纸支架上的皱纹纸绕制在锥状模具上，绕制皱纹纸的同时，线圈绕线支架上的线圈绕线绕制在皱纹纸上，绕线过程中，皱纹纸先于绕线从锥状模具的小端向大端进行绕制，通过调整绕线的位置，使得绕线间隔皱纹纸设置且相邻绕线紧挨，实现皱纹纸在锥状模具上的相邻间距是相等，绕线与皱纹纸同步间隔缠绕，操作简单方便、成本低。

附图说明

图1是现有锥状无胶次级线圈的结构示意图；

图1中，附图标记如下：

01—锥形基筒，02—纸质内锥筒，03—间隔缠绕层，031—皱纹纸，032—线圈绕线。

图2是本发明用于制作锥状高压次级线圈的皱纹纸间隔精密绕线机的结构示意图；

图3是本发明用于制作锥状高压次级线圈的皱纹纸间隔精密绕线机的功能示意图；

图4是本发明驱动机构中主动轮、从动轮、传动带的装配图；

图2至图4中，附图标记如下：

1-安装座，11-底座，12-支架，13-绕线轴，14-轴承座；2-驱动机构，21-旋转把手，22-主动轮，23-从动轮，24-传动带，3-平移机构，31-直线导轨，32-丝杠连接块，33-丝杠螺母，34-螺纹丝杠，5-减速机，6-线圈绕线支架，61-线圈绕线筒，7-皱纹纸支架，71-皱纹纸盘，8-锥状模具。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

如图2所示，一种用于制作锥状高压次级线圈的皱纹纸间隔精密绕线机，包括安装座1、传动装置、用于安装线圈绕线筒61的线圈绕线支架6、用于安装皱纹纸盘71的皱纹纸支架7、锥状模具8，所述安装座1包括底座11和垂直设置在底座11两侧的支架12，所述支架12上部安装有绕线轴13；所述锥状模具8同轴固定安装在绕线轴13上，绕线轴13的两端通过轴承设置在支架12上，可相对支架12转动；支架12的顶部设有安装轴承的轴承座14，所述传动装置包括驱动机构2、平移机构3及减速机5；所述驱动机构2包括旋转把手21、主动轮22、从动轮23及连接主动轮22和从动轮23的传动带24/齿形带/链；所述旋转把手21和主动轮22同轴安装在绕线轴13的一端，具体为所述绕线轴13安装有旋转把手21的一端设有阶梯轴，轴承安装在阶梯轴的大轴上，旋转把手21安装在阶梯轴的外侧小轴上；可在旋转把手21的作用，绕线轴13带动其上的锥状模具8相对支架12转动；从动轮23与减速机5的输入端连接；所述减速机5设置在底座11上，其输出端与平移机构3连接；所述平移机构3设置在底座11上且位于锥状模具8的一侧，所述皱纹纸支架7设置在平移机构3上，在减速机5作用下可沿锥状模具8轴线方向移动；所述线圈绕线支架6位于锥状模具8的另一侧，即线圈绕线支架6和皱纹纸支架7分别位于锥状模具8的两侧。

如图3所示，通过旋转把手21带动锥状模具8转动，同时驱动机构2将动力传输给减速机5，减速机5驱动端平移机构3上的皱纹纸支架7沿锥状模具8轴向移动，锥状模具8转动时，皱纹纸支架7上皱纹纸盘71的皱纹纸和线圈绕线支架6上线圈绕线筒的线圈绕线同时被卷绕在锥状模具8上，驱动机构2、平移机构3及减速机5保证皱纹纸的匝间隔是均匀的，由于线圈绕线线径远大于皱纹纸厚度，线圈绕线在锥状模具8上缠绕时，调整线圈绕线的位置，使线圈绕线间隔皱纹纸紧挨上一匝线圈绕线。线圈绕线卷绕时要求用力均匀，保证线圈绕线松紧度一致均匀，无论是人工操作(手拽)还是加机械预紧力，线圈绕线往锥状模具8上缠绕时确保不伤及表面绝缘。缠绕起始位置，皱纹纸先于线圈绕线缠绕在锥状模具8一段距离，为方便操作，线圈绕线在锥状模具8上的缠绕接触位置位于上方，相应地皱纹纸在锥状模具8上的缠绕接触位置位于下方。

平移机构3包括直线导轨31、丝杠连接块32、丝杠螺母33、螺纹丝杠34；所述直线导轨31平行于锥状模具8轴线设置在底座11上；所述丝杠连接块32的下表面设有直线导槽，直线导槽卡装在所述直线导轨31上，丝杠螺母33固定在丝杠连接块32上；所述螺纹丝杠34的一端与减速机5输出端连接，另一端穿过丝杠螺母33后架设在底座11上；所述皱纹纸支架7固定在丝杠连接块32上。通过减速机5驱动螺纹丝杠34转动，带动丝杠连接块32在直线导轨31上移动，进而带动丝杠连接块32上皱纹纸支架7沿锥状模具8轴向移动，实现皱纹纸间隔均匀卷绕；优选地，所述丝杠连接块32为矩形板；所述丝杠螺母33位于丝杠连接块32的中部；所述直线导轨31和直线导槽均为平行设置的两个，两个直线导槽位于丝杠螺母33的两侧，优选两个直线导槽相对于丝杠螺母33对称设置，导向性好，使得皱纹纸支架7移动稳定性好。

设皱纹纸绕制在锥状模具8上的相邻匝间距为d，则d通过以下公式计算：d＝s×a×b；其中，a为主动轮22与从动轮23的轮径比，b为减速机5的减速比，s为螺纹丝杠34的螺距，则皱纹纸绕制在锥状模具8上的相邻匝间距，可通过改变主动轮22与从动轮23的轮径比或减速机5的减速比或螺纹丝杠34的螺距进行调节。

为实现锥状模具8的转动，旋转把手21可设置在大端、也可设在小端，具体选择使操作人员视线无遮挡即可，相互之间配合更容易；为了便于观察，优选所述旋转把手21靠近锥状模具8的小端设置。线圈绕线可选择从小端向大头端绕制，若从大端绕制线圈绕线会向小端滑落。

本实施例驱动机构2中可采用主动轮22、从动轮23及传动带24组合，如图4所示，也可采用齿轮与链条的组合方式。

本实施例绕线机中锥状模具8具有变锥结构，采用变锥结构，绕制的变锥线圈与传统直锥线圈相比匝间电压小，改善了匝间耐压和匝间闪络，进而提高了线圈的工作寿命，通过以下步骤加工而成：

1)假设次级线圈匝数N，次级线圈的小端半径为R₁，次级线圈的大端半径为R₂；

2)则从次级线圈小端起始的绕线各匝的起始径向半径为r_i，r_i通过以下公式计算：

r_i＝R₂(R₂/R₁)^[-(N+1-i)/N] (1)

其中i＝1,2,...,N+1，

则绕线第N匝的终点径向半径为r_N+1，r_N+1＝R₂；

3)设S为绕线相邻匝中心距，S通过以下公式计算：

其中，L为次级线圈的轴向长度；j＝1，2……N；

一般来说定制线圈的长度L已知，通过数值迭代求解可以得到绕线相邻匝中心距S；

4)设半径r_j和r_j+1的相邻匝之间的轴向距离为ΔZ_j，ΔZ_j通过以下公式计算：

ΔZ_j＝sqrt[S²-(r_j+1-r_j)²] (3)

其中，j＝1，2……N；

5)设绕线各匝起始位置的轴向位置为Z_i，Z_i通过以下公式计算：

Z_i＝0，i＝1；

Z_i＝ΔZ_i-1，i＝2；

6)根据绕线各匝的位置坐标(r_i,Z_i)勾勒出整个线圈的变锥曲线，其中i＝1，2……N+1；

7)根据步骤6)的变锥曲线加工出锥状模具。

锥状模具8完全采用变锥曲线成本较高，为降低成本，可采用多段锥筒组焊来替代，步骤6)中，采用直线勾勒出整个线圈的变锥曲线；步骤7)具体为：根据步骤6)中的直线，加工出多段锥筒，然后将多个锥筒连接为一体，形成锥状模具，其中每一小段锥筒为直锥结构，多个小直锥连起来的曲线逼近变锥曲线，绕制的变锥线圈与传统直锥线圈相比匝间电压小，改善了匝间耐压和匝间闪络，进而提高了线圈的工作寿命，该线圈绝缘性能不会有显著降低。

一种基于上述用于制作锥状高压次级线圈的皱纹纸间隔精密绕线机的绕线方法，包括以下步骤：

1)将线圈绕线筒61和皱纹纸盘71分别安装在线圈绕线支架6和皱纹纸支架7上；

2)线圈绕线从锥状模具8小端开始绕制，将线圈绕线筒61上的线圈绕线端头固定在锥状模具8小端的上部，将皱纹纸盘71上的皱纹纸端头从锥状模具8下方缠绕后，固定在锥状模具8与线圈绕线端头相同位置；

3)转动旋转把手21，从图3所示，从锥状模具8小端往大端看，旋转把手21驱动锥状模具8顺时针转动，则次级线圈为逆时针；同时，主动轮22带动从动轮23转动，从动轮23带动减速机5和螺纹丝杠34均顺时针转动，螺纹丝杠34的的螺纹逆时针方向，螺纹丝杠34驱动丝杠连接块32沿锥状模具8轴向大端移动，进而皱纹纸支架7移动，皱纹纸盘71上的皱纹纸被螺旋绕制在锥状模具8上；

其中，锥状模具8转动时，通过调整线圈绕线与皱纹纸的接触位置，使得线圈绕线绕制在皱纹纸表面，且线圈绕线间隔皱纹纸紧挨上一匝绕线，形成如图1所示的锥状无胶次级线圈结构。为了便于操作、节省成本，可转动旋转把手21一圈，通过人工操作的方式对线圈绕线位置进行调整。

若要求次级线圈方向调整为顺时针，将本实施例绕线机进行一定的局部调整：锥状模具8做180度掉头，锥状模具8逆时针转动，相应地减速机5和螺旋丝杠均为逆时针转动，螺旋丝杠的螺纹顺时针方向。为实现线圈不同的绕线方向，绕线机可配备螺纹方向不同的两根螺旋丝杠。

本实施例绕线方法，皱纹纸支架7上皱纹纸盘71的皱纹纸长度有限，线圈绕制过程，可选择1人负责替换皱纹纸盘71及续接皱纹纸，绕线机进行线圈绕线可配备3名操作人员，1人转动旋转把手21，1人调整线圈绕线的位置，线圈绕线紧挨上一匝，1人负责皱纹纸续接。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。