用于电动车辆的变压器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于电动车辆的变压器，其具有至少一个高压初级绕组(1)、至少一个牵引次级绕组(2)以及至少一个辅助运行次级绕组(3)和磁性导通的芯柱(4)。在此，牵引次级绕组(2)围绕芯柱(4)同中心地布置在内层(6)中。高压初级绕组(1)和辅助运行次级绕组(3)围绕芯柱(4)和牵引次级绕组(2)同中心地布置在外层(7)中。在此，辅助运行次级绕组(3)包括至少两个导电连接的线圈(3.1、3.2)，所述两个导电连接的线圈沿轴向(A)包围所述高压初级绕组(1)。
【专利说明】用于电动车辆的变压器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于电动车辆的变压器，其具有至少一个高压初级绕组、至少一个牵引次级绕组以及至少一个辅助运行次级绕组和磁性导通的芯。
【背景技术】
[0002]用于电动车辆的变压器将由高架电线提供的电压(以下称为高压)转换为适用于运行电力驱动器的牵引电压以及适用于供给辅助设备如暖气、照明设备或者通风设备的辅助运行电压。为此目的，通过高压供给的高压初级绕组感应式地与提供牵引电压或辅助运行电压的牵弓I次级绕组以及辅助运行次级绕组耦合。
[0003]由现有技术已知这样的绕组装置，它们实现了高压初级绕组与牵引次级绕组以及辅助运行次级绕组之间的感应式耦合。在此，电导线的多个连续的线匝(以下称为线圈)围绕具有长形延伸的共同铁芯布置。
[0004]多个线圈串联地导电连接在称为盘形绕组的绕组装置中并且共同形成绕组，例如牵引次级绕组。多个线圈在轴向上沿共同铁芯的长形延伸并列布置，其中，不同绕组的线圈依次相续。例如DD 234108 Al描述了一种具有多个牵引系统的用于机动车变压器的盘形线圈装置，其中通过相对于套管预设位置适当地布置线圈而避免了连接线路的导引装置中的交叉。
[0005]此外由现有技术(例如R.Kiichler, Die Transformatoren:Grundlagen fiir ihreBerechnung und Konstrukt1n, Springer 1966, S.282f)已知称为管式绕组或圆柱形绕组的绕组装置，其中，高压初级绕组、牵引次级绕组以及辅助运行次级绕组分别由线圈构成，其中，所述线圈同中心地布置。由现有技术已知的解决方案例如规定将牵引次级绕组围绕共同的铁芯布置在最内层上。高压初级绕组置于该最内层上。辅助运行次级绕组围绕高压初级绕组置于最外层上。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于电动车辆的改进的变压器，其包括至少一个高压初级绕组、至少一个牵引次级绕组以及至少一个辅助运行次级绕组和磁性导通的芯。
[0007]该技术问题按本发明通过权利要求1所述的特征解决。
[0008]本发明的有利设计方案是从属权利要求的主题。
[0009]用于电动车辆的变压器具有至少一个高压初级绕组、至少一个牵引次级绕组以及至少一个辅助运行次级绕组和磁性导通的芯柱，其中，按照本发明，牵引次级绕组围绕芯柱同中心地布置在内层中，并且高压初级绕组和辅助运行次级绕组围绕芯柱和牵引次级绕组同中心地布置在外层中，其中，辅助运行次级绕组包括两个导电连接的线圈，所述线圈沿轴向包围或包夹所述高压初级绕组。
[0010]按照本发明所述构造方式的变压器包括至少四个线圈，在所述线圈之间形成感应式率禹合。
[0011]在此，内部线圈形成牵引次级绕组。同中心地围绕所述内部线圈这样布置第一外部线圈，使得内部线圈和第一外部线圈的中心点沿轴向几乎重叠。所述第一外部线圈形成高压初级绕组，其中，所述第一外部线圈沿轴向的延伸长度小于内部线圈的延伸。
[0012]第二外部线圈和第三外部线圈同中心地围绕内部线圈这样布置，使得第二和第三外部线圈沿轴向包围高压初级绕组的第一外部线圈。所述第二和第三外部线圈导电地串联连接并且共同构成辅助运行次级绕组。高压初级绕组和辅助运行次级绕组并列布置的外部线圈沿轴向几乎完全遮盖牵引次级绕组的内部线圈。这种一个内部线圈和总共三个外部线圈的布置结构在以下称为同中心的线圈布置结构。
[0013]在同中心的线圈布置结构内部具有由可良好磁性导通的材料制成的芯，所述芯沿轴向具有长形延伸。
[0014]线圈的同中心布置使得大部分由高压初级绕组产生的磁通也经过牵引次级绕组。由此以有利的方式实现了高压初级绕组与牵引次级绕组之间特别高程度的感应式耦合。
[0015]这在高压转换为牵引次级电压的过程中实现了特别高效的能量传输。这是特别有利的，因为相比于辅助运行电压，转换为牵引次级电压的能量的比例非常大。
[0016]通过按照盘形绕组的方式将辅助运行次级绕组布置在高压初级绕组旁侧，从高压初级绕组侧面漏出的漏损磁通流经辅助运行次级绕组。由此实现了感应式耦合，其尽管一般来说小于高压初级绕组与牵引次级绕组之间的耦合，但足够用于将与牵引电压相比较小的能量份额传输至辅助运行电压。
[0017]通过侧面布置辅助运行次级绕组，以有利的方式减小了不能被利用地从高压初级绕组漏出的漏损磁通的损失比例。由此相比于由现有技术已知的盘形绕组减小了变压时的能量损耗。
[0018]本发明的另一主要优点在于，由此也使漏损磁通更少地侵入周围构件中，如侵入包围变压器的罩装置中。由此减小了周围构件的热负荷。这允许更加成本低廉地构建变压器，因为可以使用比在由现有技术已知的盘形绕组中设计更简单或者尺寸更小的散热设备。
[0019]高压初级绕组的流经辅助运行次级绕组的漏损磁通的比例在本发明建议的布置结构中大于在由现有技术已知的具有置于外部的辅助运行次级绕组的管式绕组中的比例。由此能够以有利的方式省去用于提高电感的设计措施(例如通过将至少一个扼流圈与辅助运行次级绕组串联)或者限制这些措施。这降低了制造成本并且实现了节省空间的变压器构造方式。
[0020]因此，本发明将在高压初级绕组与牵引次级绕组之间传输能量时的高效率(作为管式绕组的优点)与漏损磁通造成的较低损耗以及高压初级绕组与辅助运行次级绕组之间充分的感应式耦合(作为盘形绕组的优点)相结合。
[0021]在本发明的另一实施形式中，所述高压初级绕组按照本发明包括至少两个导电连接的线圈并且所述辅助运行次级绕组包括至少四个导电连接的线圈，其中，沿轴向在所述辅助运行次级绕组的每两个线圈之间分别布置一个所述高压初级绕组的线圈。
[0022]本发明的这种实施形式的特殊优点在于，高压初级绕组与辅助运行次级绕组之间改善的感应式耦合，所述高压初级绕组包括至少两个外部线圈，所述辅助运行次级绕组现在包括至少三个外部线圈。通过在高压初级绕组的两个线圈之间分别布置辅助运行次级绕组的至少一个附加线圈，大部分磁通导引通过辅助运行次级绕组。
[0023]由此，即使在由辅助运行次级绕组供给的电流回路中负荷较大时也能够以有利的方式省去用于提高电感的附加设计措施(例如通过将一个或多个扼流圈与辅助运行次级绕组串联)或者限制这些措施。这降低了制造成本并且实现了节省空间的变压器构造方式。
[0024]按照本发明，在另一种实施形式中，牵引次级绕组的至少两个线圈、高压初级绕组的至少两个线圈和辅助运行次级绕组的至少四个线圈分别沿轴向并列地布置。
[0025]在本发明的这种实施形式中，至少两个同中心的线圈装置沿轴向并列地围绕由磁性导通材料制成的共同芯布置。在此，辅助运行次级绕组的每两个线圈分别在各同中心的线圈装置的相互面对的端部上相互抵接。
[0026]通过高压初级绕组的线圈和辅助运行次级绕组的线圈在轴向上的交替布置，以有利的方式提高了辅助运行次级绕组中的磁通比例。由此，即使在辅助运行次级电流回路中的负荷较大时也能够以有利的方式省去用于提高电感的附加设计措施(例如通过将一个或多个扼流圈与辅助运行次级绕组串联)或者限制这些措施。这降低了制造成本并且实现了节省空间的变压器构造方式。
[0027]本发明的这种实施形式(即具有至少两个并联运行的牵引次级绕组)的另一优点在于减小了设计耗费，因为可以在耗费几乎保持不变或者略微提高的同时这样运行绕组，从而将谐波电流辐射减至最小。
[0028]例如可行的是，借助两个并联运行的牵引次级绕组供电两个驱动器，所述牵引次级绕组由两个同样并联运行的高压初级绕组感应激励。
[0029]在此，可以保留用于导引磁通的主要部件，如磁轭。这允许实现更加成本低廉并且更节省空间的变压器构造方式。
[0030]按照本发明，在另一种实施形式中，至少一个扼流圈与辅助运行次级绕组的至少一个线圈串联连接。
[0031]本发明的这种实施形式的优点在于，在高压初级绕组与辅助运行次级绕组之间的磁性耦合不充分的情况下，增大辅助运行次级绕组和扼流圈的串联连接的总电感。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]本发明的上述特性、特征和优点以及实现它们的方式方法将结合对附图中实施例的以下说明更明确和更易懂地详细阐述。在附图中:
[0033]图1以剖视图示出按照现有技术的盘形绕组装置；
[0034]图2以剖视图示出按照现有技术的管式绕组装置；
[0035]图3以剖视图示出具有单线圈式高压初级绕组的盘形绕组装置与管式绕组装置的组合；
[0036]图4以剖视图示出具有双线圈式高压初级绕组的盘形绕组装置与管式绕组装置的组合并且；
[0037]图5以剖视图示出具有双线圈式牵引次级绕组的盘形绕组装置与管式绕组装置的组合。
[0038]彼此对应的部件在所有附图中配设有相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0039]图1示出了在现有技术中作为盘形绕组已知的绕组装置。高压初级绕组1、牵引次级绕组2和辅助运行次级绕组3分别由多个线圈1.1至1.4,2.1至2.4和3.1围绕芯柱4组成。多个沿径向R并排设置的芯柱4可以通过磁轭5磁性连接。
[0040]绕组的线圈可以导电地串联或并联连接。线圈沿轴向A布置为，使得高压初级绕组I的线圈1.1至1.4分别在两侧由牵引次级绕组2和/或辅助运行次级绕组3的线圈
2.1至2.4,3.1包围。在此，线圈3.1沿轴向A居中地布置。
[0041]图2示出在现有技术中作为管式绕组或者圆柱形绕组已知的绕组装置。高压初级绕组1、牵引次级绕组2和辅助运行次级绕组3分别由沿轴向A具有相同延伸长度的两个线圈1.1、1.2、2.1、2.2和3.1、3.2组成。牵引次级绕组2的线圈2.1卷绕芯柱4。围绕其沿径向R远离芯柱4地同中心地布置有高压初级绕组I的线圈1.1以及辅助运行次级绕组3的线圈3.1。
[0042]图3示出盘形绕组装置与管式绕组装置的组合作为本发明的一种优选实施例。在此，牵引次级绕组2由唯一的线圈2.1构成，所述线圈2.1在内层6中同中心地卷绕由可良好磁性导通的材料制成的芯柱4。
[0043]同中心地围绕牵引次级绕组2的线圈2.1这样布置高压初级绕组I的线圈1.1，使得两个线圈的中心点沿轴向A几乎重叠。在此，高压初级绕组I的线圈1.1沿轴向A的延伸长度小于牵引次级绕组2的线圈2.1的延伸长度。
[0044]同中心地围绕牵引次级绕组2的线圈2.1还这样布置有辅助运行次级绕组3的第一线圈3.1和第二线圈3.2，使得所述线圈沿轴向A包围高压初级绕组I的线圈1.1。辅助运行次级绕组3的第一线圈3.1和第二线圈3.2在此导电地串联连接。
[0045]在所述实施形式的一种优选变型方案中，辅助运行次级绕组3的线圈3.1,3.2沿轴向A与牵引次级绕组2的线圈2.1抵接。
[0046]由高压初级绕组I产生的磁通主要在由线圈1.1围绕的圆柱体内延伸。在此，磁通沿轴向A超过线圈1.1的边界。
[0047]由此由高压初级绕组I在牵引次级绕组2上形成较强的感应式耦合，所述牵引次级绕组的线圈2.1几乎完全处于由线圈1.1围绕的圆柱体内。
[0048]由此还屏蔽了沿轴向A超过线圈1.1的漏损磁通。所述漏损磁通基本上由辅助运行次级绕组3的线圈3.1、3.2吸收。
[0049]由此一方面以有利的方式将漏损磁通用于感应产生辅助运行电压。另一方面减小了由于漏出的漏损磁通造成的变压器能量损耗和周围构件的热负荷。
[0050]图4示出本发明的另一种优选实施例。与图3所示的实施例类似，由唯一的线圈
2.1组成的牵引次级绕组2在同中心的线圈布置结构的内层6内围绕芯柱4布置。
[0051]为此，高压初级绕组I或辅助运行次级绕组3的线圈1.1、1.2和3.1、3.2、3.3、3.4同中心地布置在外层7内。在此，辅助运行次级绕组3的第三线圈3.3和第四线圈3.4沿轴向A相对于内层6内的牵引次级绕组2的线圈2.1近乎居中地布置。
[0052]线圈布置结构的外层7沿轴向A由辅助运行次级绕组3的第一线圈3.1和第二线圈3.2限定。在辅助运行次级绕组3的线圈3.1和3.3以及3.4和3.2之间分别布置有高压初级绕组I的线圈1.1或线圈1.2。
[0053]作为对图3描述的实施例的优点的补充，通过将附加的线圈3.3、3.4布置在线圈
1.1、1.2之间，高压初级绕组I的大部分磁通被导入辅助运行次级绕组3内。由此，与图1描述的盘形绕组装置的原理类似地改善了由高压初级绕组I向辅助运行次级绕组3的能量传输。
[0054]由此，本发明的这种实施例以有利的方式实现了为由辅助运行次级绕组3馈电的电流回路中更高的用电器负载供电。
[0055]图5示出所述实施例的另一种特别有利的变型方案。在此，牵引次级绕组2由两个线圈2.1、2.2构成，所述线圈与高压初级绕组I的线圈1.1,1.2同中心地布置。在此，线圈2.1沿轴向A相对于线圈1.1近乎居中，并且线圈2.2相对于线圈1.2近乎居中。
[0056]高压初级绕组I的线圈1.1和1.2能够以有利的方式并联运行并且分别感应激励牵引次级绕组2的同样并联运行的线圈2.1和线圈2.2。由此可以分别通过牵引次级绕组2的一个线圈2.1,2.2彼此独立地供电给两个电力驱动器。
[0057]尽管通过优选实施例进一步详细说明并且描述了本发明，但本发明并不受到所公开的实施例的限制，本领域技术人员可以由此推出其它变型方案，只要不脱离本发明的保护范围即可。
【权利要求】
1.一种用于电动车辆的变压器，具有至少一个高压初级绕组(I)、至少一个牵引次级绕组(2)以及至少一个辅助运行次级绕组(3)和磁性导通的芯柱(4)，其中， -牵引次级绕组(2)围绕芯柱(4)同中心地布置在内层(6)中，并且-高压初级绕组⑴和辅助运行次级绕组⑶围绕芯柱⑷和牵引次级绕组⑵同中心地布置在外层(7)中，其中， -辅助运行次级绕组(3)包括两个导电连接的线圈(3.1、3.2、3.3、3.4)，所述两个导电连接的线圈沿轴向(A)包围所述高压初级绕组(I)。
2.按权利要求1所述的变压器，其中， -所述高压初级绕组(I)包括至少两个导电连接的线圈(1.1、1.2)并且 -所述辅助运行次级绕组(3)包括至少四个导电连接的线圈(3.1、3.2、3.3、3.4)，其中， -沿轴向(A)在所述辅助运行次级绕组(3)的每两个线圈(3.1和3.3以及3.4和3.2)之间分别布置一个所述高压初级绕组(I)的线圈(1.1、1.2)。
3.按前述权利要求之一所述的变压器，其中，牵引次级绕组(2)的至少两个线圈(2.1、2.2)、高压初级绕组(I)的至少两个线圈(1.1,1.2)和辅助运行次级绕组(3)的至少四个线圈(3.1、3.2、3.3、3.4)分别沿轴向(A)并列地布置。
4.按前述权利要求之一所述的变压器，其中，至少一个扼流圈与辅助运行次级绕组(3)的至少一个线圈(3.1、3.2、3.3、3.4)串联连接。
【文档编号】H01F27/38GK104205259SQ201380013413
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月12日 优先权日:2012年3月14日
【发明者】M.阿蒙, M.鲍曼, R.贝克, D.霍尔曼, E.基尔彻迈耶, A.希尔伯内格尔, I.G.泽纳 申请人:西门子公司