专利名称：具有支撑结构的卷绕的变压器磁芯的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有磁性材料制成的至少一个磁芯环的卷绕的变压器磁芯，其包括绕着至少一个中心轴同心堆叠的多个薄非晶带状铁片，同时形成下部磁轭段、上部磁轭段和至少两个磁芯柱段(limb section)，其包括模块化板状支撑结构，该模块化板状支撑结构以如下方式在下部磁轭段的两个正面上以及每个磁芯柱段的两个正面上直立地向中心轴胶粘将相邻铁片在其外边缘处胶粘在一起。
背景技术：
已知的是，具有非晶磁芯的变压器有利地提供比具有常规磁芯的变压器更低的电损耗。另一方面，非晶变压器磁芯非常难以制造，因为适当的非晶磁芯材料仅在约几十ym 厚度和约IOcm宽度的薄带状片中可得。因此，用于具有约几个MW级功率的变压器的典型非晶磁芯需要约几千层这种同心堆叠的材料。此材料的特征对于机械应力敏感，以使无任何稳定布置或支撑结构的此类磁芯不够稳定以承受某些线圈的重量或甚至其本身的重量。从例如实用新型CN201112062，已获知一种稳定布置。在这里，迄今为止，提出将所谓的E板安装并胶粘在同心堆叠的变压器磁芯的主要部分的两侧上。尤其是未预设要通过E板来稳定的变压器磁芯的上部磁轭，因为需要重新打开磁芯以将线圈安装在变压器磁芯的磁芯柱上。在现有技术内，不利的是一方面，制造期间的胶粘工序非常复杂。另一方面，用于制造此类E板的切削和/或刮擦非常高。
发明内容
基于该现有技术，本发明的目的在于提供具有改进的支撑结构的非晶卷绕磁芯， 其避免了上文提及的缺点。通过具有前文提及的那种板状支撑结构的卷绕的变压器磁芯来解决了此问题。其特征在于，该模块化板状支撑结构对于所属磁芯段的每一个正面(face side)包括至少两个板状模块，其各自通过第一插入式连接或第二插入式连接彼此连接。因此，通过使用单独的模块在若干步骤中安装支撑结构是可能的。这简化了制造工序。插入式连接需要以如下方式成形通过简单地滑动或挂钩移动(hooking movement), 一个模块可与相邻模块连接，同时同心卷绕的磁芯处于优选的水平位置中。甚至这样的插入式连接可能足够硬以支撑变压器磁芯时，利用一定数量的胶合剂或一些螺钉等加强该连接也会是有用的。根据本发明的另一个实施例，板状支撑结构对于所属磁芯段的每一个正面包括第一板状模块和另一些板状模块，该第一板状模块适合于下部磁轭段的所属侧的尺寸，以及另一些板状模块适合于每个磁芯柱段的所属侧的尺寸，所述另一些板状模块各通过第一插入式连接或第二插入式连接而连接到所属第一板状模块。此特殊模块化解决方案的优点与上文提及那些优点相似，但是在本例中，如果安装就绪的变压器处于其直立工作位置，则插入式连接在垂直方向上具有其最大稳定性。这对于吊起变压器是必要的，因为变压器磁芯本身没有刚性。因此，通常通过使用笔直站立的变压器的上部中的吊耳来吊起这种变压器磁芯，而主要重量负荷累积在其底部。上部磁轭段通常未与支撑结构的模块胶粘在一起，因为变压器磁芯需要能够打开以用于安装或拆卸其线圈。此外，这些I形部件是可在无较大切削的情况下制造的。在本发明的优选形式中，板状支撑结构对于每一个正面包括第二板状模块，该第二板状模块适合于上部磁轭段的所属侧的尺寸，其各通过第一插入式连接连接到所属侧上的另一些板状模块。为了保持上部磁轭为可打开的，通常无需将其与支撑结构的模块胶粘在一起。而且，出于相同的目的，第二板状模块(在预设的情况下)需要是可拆卸的，因此这些插入式连接需要是可打开的。根据本发明，第一插入式连接包括至少一个板状模块的至少一个含倒钩的喷口部 (barbed nozzle)，该含倒钩的喷口部适合于装配到要连接的相邻板状模块中的所属孔中， 以便实现拼图块状连接。该孔可以形成为贯穿孔，但是也例如可以想到铣成的(milled)非贯穿孔。这种连接允许容易且鲁棒性地将所属模块部件合并在一起，同时变压器磁芯处于水平制造位置。唯一需要确保的是，例如通过将它们胶粘在变压器上，将连接的部件固定在相同平面内。如果例如在上部磁轭的情况中，未额外地将这种插入式连接与变压器磁芯胶粘，则它也是可容易打开的。根据本发明的又一个实施例，至少一个第一板状模块或至少一个第二板状模块包括相似尺寸的两个板，这两个板在彼此之上地安装在一起，而仅接触该变压器磁芯的正面之一的板包括孔和/或含倒钩的喷口部，它们对于连接到相邻模块是必需的。防止含倒钩的喷口部滑出所属孔是有帮助的，尤其是在上部磁轭的情况中，其中此插入式连接需要是可打开的，并且没有预设胶粘。此外，第二模块部件得以加强，这对于例如要在其上安装吊耳是重要的。根据本发明，第二插入式连接包括板状模块的至少其中之一的弯曲段，该弯曲段钩进要连接的另一个相邻板状模块内的相配窄缝中。这也是一种稳定连接，其在另一侧上不适于重新打开。因此，第二插入式连接仅预设用于下部磁轭区域，因为它无需重新打开。在本发明的另一个实施例中，板状支撑结构包括上部U形梁状(beam-like)模块， 其适合于上部磁轭段的上侧的尺寸并且布置于其上，而覆盖磁芯柱段的两侧的那些板状模块延伸于上部磁轭段的上侧之上，以使这些延伸的部件至少部分地与U形模块的侧部相邻，同时预设相邻部件之间的机械连接。这种解决方案允许减轻支撑结构的重量，因为U形模块能够由非常薄的材料构建。当安装就绪的变压器以其直立工作位置站立时，没有大的力施加于U形模块上或施加于优选备选使用的第二板状模块上。仅在使用一些吊耳吊起变压器的情况中(这些吊耳优选地附接于上部磁轭相关的板状模块或是其一部分)对此模块施加了力。根据此变型，吊耳可附接到延伸的另一些板状模块，延伸的另一些板状模块适合于磁芯柱的侧部的尺寸。U 形模块只有固定延伸的另一些板状模块的目的。在本发明的又一个变型中，将吊耳预设在U形模块的两侧和两端，同时通过所属再次延伸的模块部件的相适孔(congruent hole)来加强这些吊耳。这实现了得到稳定的吊耳的简单可能性。
根据另一个变型，预设三个磁芯环，同时该变压器磁芯包括第一、第二和第三螺旋 1WΜ^ΕΜΦBB^iJi MitP (toroidal rectangular amorphous iron sheet package)，同时更多地以矩形方式形成基本弧形的螺旋管形(round toroidal shape)，其也各包括相当矩形(rather rectangular)的内孔。第一和第二铁片组件并排地布置在第三组件的内孔内。 由此，实现了三相变压器磁芯，这对于电能的配电网络是很重要的。当然，也可想到具有更多或更少磁芯环的变型，由此实现例如五磁芯柱变压器磁芯。在本发明的优选实施例中，将螺旋管形矩形形成的非晶铁组件的拐角柔和成形 (shaped as soft)，以便在三个铁片组件之间构建两个大约三角形的中空部，同时穿过此处布置至少一个贯穿螺栓，该至少一个贯穿螺栓连接支撑结构的相对模块部件。甚至在变压器磁芯的两个正面上的支撑结构的相对模块之间的连接不一定对脆弱的磁芯施加任何压力时，也一定预设它以赋予这样的支撑结构某种刚性。这能够例如通过上文提及的U形模块获得，但是也能够通过带有螺纹的贯穿螺栓来获得。通常，这些贯穿螺栓需要布置在磁芯附近，这使得增大支撑结构和/或减小线圈的尺寸成为必要。二者都是不利的。使用此三角形中空部作为贯穿螺栓的贯穿孔允许将贯穿螺栓等精确地置于支撑结构的这些点上，其中这对于稳定目的是最有用的。本发明的又一个实施例的特征在于，在板状结构内预设延伸的贯穿孔，这些延伸的贯穿孔至少部分与堆叠的铁片的纵向延伸交叉地布置。非晶同心卷绕的变压器磁芯不一定与其在支撑结构上的整个表面胶粘。按某些距离预设磁芯与支撑结构之间的表面的具有这种胶粘连接的一些区域就足够。因此，本发明的理念包括，在制造工序期间主要穿过一些延伸的孔施加胶合剂，这些延伸的孔以如下方式在板状支撑结构中切割这些延伸的孔至少部分与堆叠的铁片的纵向延伸交叉地布置。 同心卷绕的非晶材料的几乎所有层均可逐段地在其外部边缘处穿过延伸的孔达到。因此， 简化了制造工序，因为容易在变压器磁芯与支撑结构在彼此叠放时施加胶合剂。避免了或至少减少胶合剂的预先施加，从而能够在将胶合剂施加在延伸的孔中之前以更容易的方式使脆弱的磁芯与支撑结构之间的相对位置得以优化。而且，避免了胶粘工序期间脆弱的变压器磁芯的不必要移动或摆动。另一方面是，通过这些孔而减小了支撑结构的重量。包括前文提及的那种变压器磁芯以及至少电初级和次级绕组的变压器利用这种变压器磁芯的更容易的安装工序，并且还提供更低的电损耗。在从属权利要求中提到了本发明的另一些实施例。
现在将通过示范实施例并参考附图进一步解释本发明，其中图1示出卷绕的变压器磁芯的示例；图2示出一个正面的模块化板状结构的示例；图3示出具有板状支撑结构的卷绕的变压器磁芯的第一示例；图4示出具有板状支撑结构的卷绕的变压器磁芯的第二示例；图5示出第一插入式连接的示例；以及图6示出第二插入式连接的示例。
具体实施例方式图1示出卷绕的变压器磁芯的示例10，其具有多层同心堆叠的薄非晶带状铁片 16。在该附图中，仅指示8层堆叠的铁片，而实际数量是几千层，具体取决于变压器磁芯的尺寸。第一铁片组件和第二铁片组件围绕着第一中心轴18和第二中心轴20同心堆叠，而每个组件指示有四层。两个组件被具有另外四个所示的层的共同第三组件围绕。因为每个组件的柔和成形的拐角-否则铁片在尖利边缘的拐角中摩擦(brake)-在磁芯内形成两个基本三角形的贯穿中空部32。这些中空部适于在所属磁芯段的两侧上将连接单元布置在板状模块中间，例如螺钉或螺栓。将总共两个单磁芯环12和14以及外部磁芯柱之上的一个共同磁芯环形成为使该变压器磁芯适合用于三相变压器。由于薄铁片组件的基本矩形-柔和成形的拐角除外-形成了用所属点划线的矩形所示的上部磁轭段22、下部磁轭段M和三个磁芯柱段沈、28、30。 通常，一片非晶材料的长度对应于所属层360°的长度，而切割端常常布置在上部磁轭段内。因此，能够在上部磁轭段中打开整个磁芯，以便能够将所属线圈定位于打开的磁芯柱上。图2示出模块化板状结构的示例40，其预设为安装和/或胶粘在前述的这种变压器磁芯的一个正面上。预设适合于前文提及的那种变压器磁芯的每个段的板状模块，以便将第一板状模块42预设为用于上部磁轭段、第二板状模块44预设为用于下部磁轭段以及三个板状模块46、48、50预设为用于磁芯柱段。这些模块的材料优选地是钢板，其厚度可以介于几个毫米到大于1厘米之间。当然，也可考虑诸如其他金属或纤维加强复合材料的其他材料。这些模块和相邻布置的板是用于变压器磁芯的一侧的支撑结构的主要部分的示例，而另一侧上，应该预设对称的布置。这种支撑结构的总尺寸可以在两维上等于 0. 5m-2. 5m，对应于变压器磁芯的尺寸。适合于磁芯柱段的尺寸的板状模块46、48、50和适合于下部磁轭的尺寸的板状模块44预设为胶粘在前文提及的那种变压器磁芯上。为了简化胶粘工序，在磁芯柱相关的模块46、48、50中切割出水平延伸的孔54，并在下部磁轭相关的模块44中切割出垂直延伸的孔52。因此，延伸的孔总是与堆叠的铁片的纵向延伸交叉，以便能够将板状模块置于水平变压器磁芯上的正确位置中，同时能够通过延伸的孔52、54向后施加大部分所需的胶合剂。未对上部磁轭相关的模块预设这种延伸的孔，因为如前文提及的，它需要能够重新打开并且胶粘连接是没用的。图3示出具有板状支撑结构的卷绕的变压器磁芯的第一示例60。变压器磁芯66 的板状支撑结构分成两个主要部件，用于变压器磁芯66的第一正面70的一个部件74和用于变压器的第二正面72的对称部件76。部件74、76都图示为与变压器磁芯66处于某个轴距上，而在已安装的状态下，除了上部磁轭的区域中外，部件74、76均胶粘于其上。贯穿螺栓68指示第一部件74与第二部件76之间的轴向连接，而该连接布置为穿过变压器磁芯的大约三角形孔。在模块化板状支撑结构内预设延伸的贯穿孔78。对称支撑结构部件74、76各主要包括两个磁轭相关的板状模块部件和三个磁芯柱相关的板状模块部件，在下部磁轭区域中，这些板状模块部件通过第一或第二插入式连接62连接，或在上部磁轭区域中，这些板状模块部件仅通过第一插入式连接64连接。在具有参考标号100和110的图5和图6中更详细地解释了插入式连接62、64。正如下文解释的，第一插入式连接能够容易地重新打开，而第二插入式连接不易重新打开。因此，两种插入式连接64均适于下部磁轭区域，而上部磁轭区域中的插入式连接应该实现为第一插入式连接。图4示出具有板状支撑结构的卷绕的变压器磁芯82的第二示例80，而未示出变压器磁芯的第二正面的支撑结构的部分。与图4中的第一示例比较，未预设用于上部磁轭段的板状模块。这是可能的，因为也在运输或工作期间，安装就绪的变压器处于直立位置上。 因此，除了例如用起重机吊起变压器时之外，没有大的力施加于上部磁轭段上。因此，需要在上部磁轭段中预设例如负重吊钩等一些接触点。在本示例中，这通过在其上端具有一些吊耳的延伸的外部磁芯柱相关板状模块86、90来实现。为了确保孔结构的某种稳定性，在上部磁轭的上侧布置U形梁状模块92并例如通过螺钉或另一种可重新打开的连接与延伸的磁芯柱相关的板状模块的相邻端连接。图5示出第一插入式连接的示例100，其包括具有含倒钩的喷口部的板状模块 102，该含倒钩的喷口部适合于装配在另一个板状模块104的孔中。理论上，也可想到的是， 这些喷口部是磁芯柱模块的一部分，而在相配磁轭模块中切割出孔作为对应方式。由于此拼图状功能，这种插入式连接易于重新打开。图6示出基于吊钩功能的第二插入式连接110的示例。从顶视图的角度图示具有弯曲段112的板状模块和具有窄缝114的相配板状模块。以参考标号116示出在侧视图中具有弯曲段的类似板状模块，而以参考标号118图示两个连接的部件的侧视图。参考标号的列表10卷绕的变压器磁芯的示例12磁性材料制成的第一磁芯环14磁性材料制成的第二磁芯环16同心堆叠的薄非晶带状铁片18第一中心轴20第二中心轴22卷绕的变压器磁芯的上部磁轭段24卷绕的变压器磁芯的下部磁轭段26卷绕的变压器磁芯的第一磁芯柱段28卷绕的变压器磁芯的第二磁芯柱段30卷绕的变压器磁芯的第三磁芯柱段32大约三角形中空部40 一个正面的模块化板状结构的示例42适合于上部磁轭段的侧部的板状模块44适合于下部磁轭段的侧部的板状模块46适合于第一磁芯柱段的板状模块48适合于第二磁芯柱段的板状模块50适合于第三磁芯柱段的板状模块52垂直延伸的贯穿孔M水平延伸的贯穿孔
60具有板状支撑结构的卷绕的变压器磁芯的第一示例62第一或第二插入式连接64第一插入式连接66卷绕的变压器磁芯68贯穿螺栓70卷绕的变压器磁芯的第一正面72卷绕的变压器磁芯的第二正面74第一正面的模块化板状结构76第二正面的模块化板状结构78延伸的贯穿孔80具有板状支撑结构的卷绕的变压器磁芯的第二示例82卷绕的变压器磁芯84第一或第二插入式连接86适合于第一磁芯柱段的再次延伸的板状模块88适合于第二磁芯柱段的延伸的板状模块90适合于第三磁芯柱段的再次延伸的板状模块92U形梁状模块94吊耳的相适孔100第一插入式连接的示例102具有适合于装配在孔中的含倒钩的喷口部的板状模块104具有适合于与含倒钩的喷口部装配的孔的板状模块110第二插入式连接的示例112顶视图中具有弯曲段的板状模块114顶视图中具有相配窄缝部的板状模块116侧视图中具有弯曲段的板状模块118侧视图中钩住的板状模块。
权利要求
1.具有磁性材料制成的至少一个磁芯环(12、14)的卷绕的变压器磁芯(10、66、82)，所述卷绕的变压器磁芯(10、66、8幻包括围绕着至少一个中心轴(18、20)同心堆叠的多个薄非晶带状铁片(16)，其形成有下部磁轭段04)、上部磁轭段0 和至少两个磁芯柱段06、 观、30)，所述卷绕的变压器磁芯(10、66、8幻包括模块化板状支撑结构(40、74、76)，所述模块化板状支撑结构G0、74、76)以如下方式在所述下部磁轭段04)的两个正面(70、72)上以及每个磁芯柱段O6J8、30)的两个正面(70、7幻上直立地向所述中心轴(18、20)胶粘 将相邻铁片在其外边缘处胶粘在一起，其特征在于所述模块化板状支撑结构G0、74、76)对于所属磁芯段Q4J6、28、30)的每个正面 (70,72)包括至少两个板状模块(42、44、46、48、50、86、88、90)，所述至少两个板状模块 (42、44、46、48、50、86、88、90)各通过第一插入式连接(100)或第二插入式连接(110)彼此连接。
2.根据权利要求1所述的卷绕的变压器磁芯，其特征在于，所述板状支撑结构(40、74、 76)对于所属磁芯段Q4J6、28、30)的每一个正面(70、72)包括第一板状模块04)和另一些板状模块(46、48、50)，所述第一板状模块04)适合于所述下部磁轭段04)的所属侧的尺寸，以及所述另一些板状模块G6、48、50)适合于每个磁芯柱段O6J8、30)的所属侧的尺寸，所述另一些板状模块G6、48、50)各通过第一插入式连接(100)或第二插入式连接 (110)连接到所属第一板状模块G4)。
3.根据权利要求2所述的卷绕的变压器磁芯，其特征在于，所述板状支撑结构(40、74、 76)对于每个正面(70、7幻包括第二板状模块(42)，所述第二板状模块0 适合于所述上部磁轭段0 的所属侧的尺寸，其各通过第一插入式连接(100)在所属侧(70、7幻上连接到所述另一些板状模块06、48、50)。
4.根据前面权利要求中任一项所述的卷绕的变压器磁芯，其特征在于，第一插入式连接(100)包括至少一个板状模块(10 的至少一个含倒钩的喷口部，所述含倒钩的喷口部适合于装配到要连接的相邻板状模块(104)中的所属孔中，以便实现拼图块状连接(100)。
5.根据权利要求4所述的卷绕的变压器磁芯，其特征在于，至少一个第一板状模块 (44)或至少一个第二板状模块0 包括相似尺寸的两个板，所述两个板在彼此之上地安装在一起，而仅接触所述变压器磁芯(10、66、8幻的正面(70、7幻之一的板包括对于到所述相邻模块的所述连接所需的孔(104)和/或含倒钩的喷口部(102)。
6.根据前面权利要求中任一项所述的卷绕的变压器磁芯，其特征在于，第二插入式连接(110)包括所述板状模块(112、116)的至少其中之一的弯曲段，所述弯曲段钩进要连接的另一个相邻板状模块(114)内的相配窄缝(118)中。
7.根据前面权利要求中任一项所述的卷绕的变压器磁芯，其特征在于，所述板状支撑结构00、74、76)包括上部U形梁状模块(92)，所述上部U形梁状模块(9 适合于所述上部磁轭段02)的上侧的尺寸并且布置于其上，而覆盖所述磁芯柱段(86、88、90)的两侧的那些板状模块延伸于所述上部磁轭段02)的上侧之上，以使这些延伸的部件至少部分地与所述U形模块(9 的侧部相邻，同时预设所述相邻部件(86、88、90，9幻之间的机械连接。
8.根据权利要求7所述的卷绕的变压器磁芯，其特征在于，在所述U形模块的两侧和两端处预设吊耳，同时通过所属再次延伸的模块部件(86、90)的相适孔(94)来加强这些吊
9.根据前面权利要求中任一项所述的卷绕的变压器磁芯，其特征在于，预设三个磁芯环(12、14)，同时所述变压器磁芯(10、66、8幻包括各具有内孔的第一、第二和第三螺旋管形矩形非晶铁片组件，而所述第一和第二铁片组件并排地布置在所述第三组件的内孔内。
10.根据权利要求9所述的卷绕的变压器磁芯，其特征在于，将所述螺旋管形矩形非晶铁组件的拐角柔和成形，以便在所述三个铁片组件之间构建两个大约三角形的中空部 (32)，同时穿过所述中空部(32)布置至少一个贯穿螺栓(68)，所述至少一个贯穿螺栓连接所述支撑结构G0、74、76)的相对模块部件。
11.根据前面权利要求中任一项所述的卷绕的变压器磁芯，其特征在于，在所述板状结构(40,74,76)内预设延伸的贯穿孔(52、54、78)，所述贯穿孔(40,74,76)至少部分与所述堆叠的铁片的纵向延伸交叉地布置。
12.变压器，其特征在于，所述变压器包括根据前面权利要求中任一项所述的变压器磁芯和至少一个初级电绕组和至少一个次级电绕组。
13.根据权利要求12所述的变压器，其特征在于，所述变压器是三相变压器。
全文摘要
本发明名称为具有支撑结构的卷绕的变压器磁芯，涉及具有磁性材料制成的至少一个磁芯环的卷绕的变压器磁芯，其包括围绕着至少一个中心轴同心堆叠的多个薄非晶带状铁片。形成下部磁轭段、上部磁轭段和至少两个磁芯柱段，其包括模块化板状支撑结构，其以如下方式在下部磁轭段的两个正面和每个磁芯柱段的两个正面上直立地向中心轴胶粘将相邻铁片在其外边缘处胶粘在一起。模块化板状支撑结构对于所属磁芯段的每个正面包括至少两个板状模块，它们各通过第一或第二插入式连接彼此连接。
文档编号H01F27/26GK102385973SQ20111026880
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月31日 优先权日2010年9月2日
发明者B·埃森利克, B·彼得迈尔, B·韦伯, D·舍费尔, J·斯马吉克, J·特佩尔, J-Y·林, S-C·李 申请人:Abb技术有限公司