车辆变压器的制作方法

本发明涉及一种车辆变压器，该车辆变压器包括带有两个相对的轭和在轭之间沿着平行的柱轴线延伸的至少两个柱的变压器铁心，其中，在各个轭处设置支撑结构，以便承载带有水平取向的柱轴线的车辆变压器，并且，其中，具有至少一个相应的电绕组的空心圆柱形线圈环绕柱中的至少一个布置。

背景技术：

已知，电力驱动式车辆(尤其是，铁路机车)要求移动式电力变压器，以便使由供电系统通过架空线路而供给的电压电平适应于例如安装于车辆本身中的电力变频器等的需要。架空输电线路的典型的电压电平在例如1kv至10kv的范围内。通常，变频器生成具有可控频率和电压电平的电压，以便优选地为驱动车辆的异步电动机供电。铁路机车的额定功率例如可能达数mva，其中，有轨电车(electrictramway)的额定功率可能达大约100kva。

变压器是在配电网络中的通常不经受主要的几何约束的已知的构件。在配电网络中的典型的变压器具有竖直取向的柱轴线，并且不经受任何力冲击，诸如车辆变压器在例如以>200km/h的高速驶入弯道时那样。

为了增大在车辆(诸如，列车)中的可用空间，将列车的牵引所需要的构件(尤其是，变压器和变频器)布置于地板下的区域中和/或铁路车辆的顶板上。因而，典型的列车不包括拉动若干个车厢(wagon)的用于牵引的专用机车，此外，用于牵引的构件分布于全都为乘客提供可用空间的若干个车厢上。该可用空间通常是铁路车厢(相应地，车辆)的中心区域。

不利地，在现有技术内，必须将电气构件布置于乘客空间的下方地板下的区域中和/或布置于乘客空间的上方车厢(相应地，车辆)的顶板上的非常有限的空间中。由于列车或车辆的最大横截面轮廓始终受限制，因而用于布置这样的电气构件的空间非常有限，尤其涉及到其高度。同样地，车辆变压器的重量应当尽可能小，以便据此降低车辆在运行中的能耗。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供一种具有扁平设计的紧凑的轻质的车辆变压器，另一方面，该车辆变压器对于当车辆正在运动时出现的冲击(相应地，振动)具有稳健性。

该问题由前面提到的种类的车辆变压器解决。其特征在于，线圈与柱刚性连接，以便据此，与线圈与柱的不存在刚性连接的组合体相比，改进了线圈与柱的刚性组合体的抗弯性。

本发明的基本思想是，布置具有水平布置的柱轴线的变压器铁心，以便降低所需的空间的高度。在此，在轭中的各个处设置支撑结构，以便承载车辆变压器的全部重量。不需要对线圈的任何额外的机械支撑，由在轭区域中的支撑结构承载变压器的整个重量。

常规的固定式变压器的柱典型地竖直地取向，以便环绕柱布置的线圈的重量(相应地，变压器铁心本身的重量)容易地由变压器铁心在不带有较大的弯曲负荷的情况下承受。另一方面，通常由若干层的片状金属组成的常规的变压器铁心的机械强度不足以在水平位置中承受其自身的重量及其线圈的重量。

通常，布置于变压器铁心的柱上的线圈是未改进铁心的机械特征的构件，此外，载荷必须由变压器铁心承受。根据本发明，线圈与柱刚性连接，以便线圈本身增加两者的刚性组合体的抗弯性。达成此目的的前提为，线圈本身也是刚性结构。

因而，根据本发明的车辆变压器一方面具有稳健的结构，并且另一方面在其设计上是紧凑的，因为，不需要用于实现稳定化的更多的构件。特别地，由于柱(相应地，线圈)的水平布置而降低所要求的高度。由于这个原因，根据本发明的车辆变压器能够以可放置到在车辆的顶板上或地板下可用的典型地标准化的空间中的方式设计。由于变压器的重量减轻，因而相应的车辆还将更环保。

根据本发明的又一实施例，在柱的表面上设置纤维复合材料，以便提高其机械强度。典型地，变压器铁心由分层的金属片组成，以减少涡流。继应用(相应地，缠绕)于柱上之后，在固化过程中硬化的纤维复合材料(诸如，树脂浸渍的玻璃纤维粗纱)将显著地提高柱的机械稳定性和抗弯性。

根据本发明的又一实施例，至少部分地借助于胶将柱和线圈刚性连接。在对胶材料进行操纵期间，优选地，胶材料处于液态，其中，在硬化之后，胶材料变硬，以便能够容易地处理胶材料。这允许例如电绕组的导体直接地缠绕于柱上，相应地，允许纤维材料直接地缠绕于柱上，而不预先生产单独的线圈。与铁心本身的金属片相比，纤维材料的表面赋予了对胶材料改进的抓握。该实施例的又一优点是，不需要线管等，以便以最佳方式使用径向空间。合适的胶例如是：

•körapox-zweikomponentenharz735a，

•körapox-zweikomponentenharz735b，或

•scotchcastklebernr.282。

根据本发明的又一实施例，空心圆柱形线圈包括纤维复合材料。通过纤维复合材料提高柱的机械稳定性和抗弯性的原理还能够应用于线圈上。总之，纤维复合材料典型地是在导电体的不同的层中间所需要的电绝缘材料。因此，不要求更多的空间来提高线圈的抗弯性。

根据本发明，纤维材料优选地按照以高效的方式提高线圈的机械稳定性的方式布置。相应的实施例的特征在于，空心圆柱形线圈包括沿着线圈的大致整个轴向延伸部分在不同的径向距离上的若干层缠绕的纤维复合材料，以便空心圆柱形线圈具有例如整块件的机械强度。可以通过应用具有与线圈的轴向长度类似的宽度的带形材料而改进稳定性，以便避免轴向重叠。合适的复合材料例如是树脂浸渍的玻璃纤维材料或预浸料，其为预浸渍的带状材料，其中，用于浸渍的树脂处于b阶段中。这意味着，用于浸渍的树脂处于固态，但其将在固化过程的期间熔融，且随后硬化。

根据本发明的另一实施例，优选地，在柱与线圈中间的径向空间中设置沿轴向取向的板条，以便构建空心圆柱形布置的轴向通道。板条优选地由刚性材料制成，并且，胶合于柱的表面(相应地，周围的纤维复合材料的表面)上。以类似的方式，另外将板条胶合于线圈的径向内表面上。因此，板条完全地集成于柱和线圈的刚性结构中。据此，以有利的方式构建冷却通道，以便在运行的期间，能够以高效的方式冷却车辆变压器。在线圈的导体的径向相邻的层中间还能够设置轴向冷却通道。

根据本发明的另一实施例，线圈沿着柱的大致整个轴向长度延伸。因此，一方面，以最高效的方式使用用于变压器的空间，并且，以有利的方式沿着柱的全长改进柱的机械稳定性。

根据本发明的另一实施例，相应的空心圆柱形线圈环绕柱中的各个布置。同样地，在此，以最高效的方式使用可用的空间，并且，据此，不用不必要地增加变压器的重量。由于通常以唯一的架空导线和接地连接件实现车辆(诸如，列车)的供电，典型的车辆变压器为单相的，因此，设置一个主绕组和一个副绕组。任选地，可以设置例如用于为车辆的乘客室提供散热器的第三绕组。绕组可以分成串联电连接的两个或更多个部分。因而，本发明的优选的实施例是具有两个线圈的双柱变压器，其中，电绕组以具有至少大致相同的尺寸的方式分布于两个线圈上。

根据本发明的又一实施例，支撑结构包括在各个轭处的由大致波状金属带形成的梁结构，其中，梁结构的峰和谷沿着平行线延伸。

车辆(如铁路车厢)的地板下的区域典型地准备好以容纳一定数量的具有标准化的尺寸的机壳(相应地，模块)。为了使机壳可按容易的方式安装(相应地，替换)，至少对于地板下的变型，在各机壳的底部处的标准化的横梁都设置在其两个轴向端部处。为了增加在各机壳中的可用的高度，横梁的高度被降低，并且，作为替代，横梁具有增加的宽度。因而，必须在轭中的各个处设置支撑结构，以便承载在与横梁相距的某一竖直距离处的车辆变压器。一方面，支撑结构必须满足涉及到最小重量的标准，而另一方面，支撑结构必须满足所要求的程度的刚度，以便即使在例如意外地造成的来自侧面的水平冲击的情况下，也将车辆变压器安全地安装于横梁上。

根据本发明的另一实施例，梁结构布置于具有水平取向的柱轴线的变压器铁心的轭中的各个的下方，并且，通过用于各个轭的贯穿梁结构的峰且贯穿轭的总厚度的至少两个螺钉或螺栓连接件而被连接至各个轭。贯穿轭的总厚度的螺栓或螺钉提供安全且可容易地安装的连接，其中，据此，以有利的方式提高变压器铁心的稳定性。

根据本发明的另一实施例，c形形状的横梁布置于梁结构的下方，并且，通过穿过梁结构的谷的至少两个螺钉或螺栓连接件而连接至梁结构。横梁的c形形状在高度的机械稳定性的情况下提供额外的重量降低。

根据本发明的又一实施例，梁结构以承受来自侧面的水平冲击的方式设计。由于安全原因，在不同的国家中存在必须实现的相应的规定。例如，通过调节波状带的轴向宽度，调节波数，或调节材料的厚度，从而能够修改梁结构的设计。使用有限元程序的模拟能够用于验证某一设计的适合性。合适的设计包括在峰与谷之间具有例如40cm的竖直距离的例如4个波，其中，例如，波状带的宽度达30cm。

根据本发明的又一实施例，车辆变压器安装于铁道车辆的地板下的区域中。因而，车辆变压器的小型、轻质且稳健的设计的优点实现至车辆中。

根据本发明的又一实施例，车辆变压器布置于具有用于冷却的鼓风机的机壳中。例如，机壳由钢片制成。由于车辆变压器的整体重量由轭承载，因而机壳不具有结构功能，此外，其目的是，保护车辆变压器免受环境条件(诸如，粉尘或水)损害。优选地包括空气过滤器单元的鼓风机允许变压器的强制空气冷却。机壳的形状优选地与铁路车厢的标准化的模块尺寸相对应。

根据本发明的又一实施例，轭(相应地，柱)的横截面为大致矩形。因而，以有利的方式再次降低车辆变压器的所需的体积。

在从属权利要求中提到本发明的更多的有利的实施例。

附图说明

现在，将借助于示范性的实施例且参考附图而进一步解释本发明，其中：

图1示出示范性的第一车辆变压器，

图2示出与柱刚性连接的第一示范性的线圈，

图3示出与柱刚性连接的第二示范性的线圈，

图4示出梁结构上的车辆变压器，并且，

图5示出具有车辆变压器的示范性的车辆。

具体实施方式

图1从顶视图示出示范性的第一车辆变压器10。环状矩形形状的变压器铁心12包括两个轭18、20和在轭18、20中间与柱轴线26平行地延伸的两个柱22、24。相应的空心圆柱形线圈14、16沿着其几乎整个轴向延伸部分环绕柱22、24中的各个布置。车辆变压器的柱轴线26水平取向，以便据此减小竖直的所需的空间。柱22、24和线圈14、16借助于胶而刚性连接，以便据此以有利的方式改进柱和线圈的组合体的抗弯性。

图2在简图30中示出与柱34刚性连接的第一示范性的线圈46。柱34由具有环绕柱轴线32延伸的大致圆形的相同横截面的若干层堆叠的金属片组成。在柱34的径向外侧上，设置缠绕的一层纤维复合材料36，以便对柱34赋予改进的机械强度。若干个轴向取向的板条38、40以彼此间相等的切向距离的方式而胶合于该层纤维复合材料36的径向外表面上。具有未示出的电绕组的空心圆柱形线圈46胶合于板条38、40的径向外侧上。由未示出的若干层纤维复合材料增强空心圆柱形线圈46，以使其坚固性较硬。在柱34与线圈46中间的径向空间中，设置空心圆柱形布置的轴向通道42、44作为冷却通道。由于柱34和线圈46借助于胶而刚性连接在一起，因而两者的组合体具有带有高抗弯性的整块件的机械强度。

图3在简图50中示出与柱54刚性连接的第二示范性的线圈74的截面。柱54由具有环绕柱轴线52延伸的圆形横截面的若干层的堆叠的金属片56组成，然而，在该简图中，仅示出一部分的横截面。在柱54的径向外表面上的一层纤维复合材料58提高其机械强度和抗弯性。空心圆柱形线圈74包括交替的若干层纤维复合材料64、68、72和电绕组66、70。由于还存在于绕组66、70的导体回路中间的纤维复合材料64、68、72，所以线圈74具有较硬的坚固性和较高的机械强度。柱54和线圈74与沿轴向布置的胶合62于其间的径向空间中的板条60刚性连接。

图4在简图80中示出了在梁结构92上的车辆变压器。车辆变压器包括具有两个相对的轭82和水平取向的柱(这些柱具有环绕其布置的相应的线圈84、86)的变压器铁心。变压器铁心的轭82由相应的波状梁结构92承受，波状梁结构92在其峰96处借助于螺栓88、90连接至轭。螺栓88、90贯穿轭82的总厚度，以便据此获得变压器铁心的提高的机械稳定性。梁结构92的下侧由横向c形形状的梁98承受，梁98通过更多的螺栓而与梁结构92的谷94连接。在c形形状的梁98的两侧处，都设置相应的托架100、102，以便将整体结构与车辆的地板下的区域连接。c形梁98和托架100、102的所组成的形状与铁路车厢的地板下的区域所允许的示范性的轮廓的外部界限相对应。

图5在简图110中示出具有车辆变压器的示范性的车辆112。车辆112是为三个标准化的地板下的模块和两个顶板模块提供空间的铁路机车。在地板下的模块之一中布置有车辆变压器114，其中，水平柱轴线116沿行驶方向取向。在顶板模块之一上布置有另一车辆变压器118。

参考标记列表

10示范性的第一车辆变压器

12变压器铁心

14第一车辆变压器的第一空心圆柱形线圈

16第一车辆变压器的第二空心圆柱形线圈

18变压器铁心的第一轭

20变压器铁心的第二轭

22变压器铁心的第一柱

24变压器铁心的第二柱

26柱轴线

30与柱刚性连接的第一示范性的线圈

32柱轴线

34柱

36纤维复合材料层

38第一沿轴向取向的板条

40第二沿轴向取向的板条

42第一轴向通道

44第二轴向通道

46线圈

50与柱刚性连接的第二示范性的线圈

52柱轴线

54柱

56柱的金属片

58纤维复合材料层

60板条

62胶

64纤维复合材料的第一缠绕层

66第一电绕组

68纤维复合材料的第二缠绕层

70第二电绕组

72纤维复合材料的第三缠绕层

74线圈

80在梁结构上的车辆变压器

82变压器铁心的轭

84车辆变压器的第一线圈

86车辆变压器的第二线圈

88第一螺栓

90第二螺栓

92示范性的梁结构

94梁结构的谷

96梁结构的峰

98c形形状的梁

100第一托架

102第二托架

110具有车辆变压器的示范性的车辆

112车辆

114安装于地板下的区域中的车辆变压器

116安装于顶板区域中的车辆变压器。