包括温度测量装置的缠绕元件的制作方法

本发明一般地涉及测量涡轮机中的温度，并且更具体地涉及测量在发动机(航空发动机的风扇壳体)的环境中布置在外壳中的缠组元件，诸如变压器或电感器中的温度，其中该外壳的温度在单次故障情况下(例如由于电气短路导致的情况下)不得超过204℃，该温度通常作为燃料蒸汽的自燃温度。

背景技术：

缠绕元件的绕组是由铜、绝缘膜、树脂和空气等构成的非常不均匀的组合件。此外，由于电气功能的原因，绕组由非常紧凑的匝层组成。因此发现测量这种缠绕元件内的温度特别困难。

目前，可以区分两种测量方法。主要用于旋转机器的绕组中的第一种方法在于将温度探测器直接导入缠绕元件的芯体中。这需要采用相当复杂的缠绕方法，以避免损坏探测器而不产生不可接受的漏电感，以便获得良好的电气性能，然而损失程度仍然相当高。

更特别地在其部件对漏电感特别敏感的电力网络的电感器和变压器中使用的第二种方法在于将温度探测器结合到已经制造后的缠绕元件上，或者另外地将探测器封装在插入在缠绕元件之间的树脂块中。然而，结合涉及特别难的另外的工业步骤，而封装首先涉及将探测器放置就位，这在封装期间不能精确地完成，其次可能导致由于树脂的差的导热性而未被检测到的故障，这导致这种温度探测器具有非常长的响应时间。

因此，目前需要找到从工业角度来看是简单的设备，该设备用于从绕组快速回收温度信息而不劣化其电性能。

技术实现要素：

本发明通过提出形成缠绕元件的整体部分的温度测量装置来缓解这些缺点。本发明的目的还在于提供一种特别适用于检测这种缠绕元件中故障的装置。

这些目的是通过由缠绕在芯体上的多个重叠的匝层组成的缠绕元件实现的，该元件的特征在于它包括在其平面中导热并顺磁性的材料片材，该片材被插入在所述多个重叠的匝层中的两个之间，并且具有从所述多个层突出的端部，所述端部包括至少一个温度探测器，所述温度探测器用于传递关于所述缠绕元件的温度信息。

寻求在其平面中具有高导热性的片材使得温度能够以一种方式被测量，所述方式从工业观点来说是简单的，并且不会劣化绕组的电性能。该装置的反应性和鲁棒性也使得故障能够被最快地检测到。

优选地，至少在其平面中导热的所述材料片材由热扩散器构成，所述热扩散器在其平面内具有350瓦特/毫开氏温度(w/mk)-10，000w/mk的范围内的导热性，所述片材有利地基于石墨或由正交各向异性材料制成。

根据预期的应用，缠绕元件可以形成电机、电感器或变压器的绕组，并且如果其形成变压器的一部分，则至少在其平面中导热的所述材料片材还有利地由电绝缘的材料构成，并且所述材料可以代替形成所述变压器的绕组间电容的至少一个绝缘膜。

有利地，所述突出端部具有多个温度探测器，所述温度探测器适于将温度信息传送到公共监视器单元，并通过有线或无线被连接到所述公共监视器单元。

附图说明

通过非限制性说明给出的以下描述并参照附图，本发明的特征和优点将显而易见，其中：

图1是包括根据本发明的温度测量装置的电感器的示意性剖视图；

图2是包括根据本发明的温度测量装置的变压器的截面图；以及

图3a和3b是分别包括两个温度探测器和三个温度探测器的示例性变压器的立体图。

具体实施方式

图1是电感器10的示意性剖视图，其以常规方式包括软铁芯体12，所述软铁芯体12在所示例子中具有缠绕在其上的重叠的铜匝的三个层14a、14b和14c。在本发明中，厚度小(但足以确保其机械强度)并且至少在其平面中导热(为了确保温度均匀)的片材16插入在两个重叠的层之间，并且包括突出的端部16a，所述端部16a超过匝层，并形成套环。温度探测器18(通过粘结剂、通过螺丝紧固或通过任何其它等同的紧固件装置)固定到套环，并且适于将温度信息传送到监视器单元20，以及通过有线或无线被连接到所述监视器单元20。

图2示出了在具有绕组的传统的三相变压器30中实现的发明，其中绕组具有由三个铁心柱32a、32b和32c组成的叠层芯体，三个铁心柱32a、32b和32c同心地绕在各自低压绕组34a、34b和34c和高压绕组36a、36b和36c两者上。树脂38保持高压绕组彼此分离，并且通常将每个低压绕组与高压绕组隔离的绝缘膜由具有小厚度并至少在其平面中导热的片材40(其也可以设想使用各向同性热导体)所代替，所述片材包括突出超过绕组并形成套环的突出端部40a。

在自耦变压器的具体实施例中，绕组由在两个初级半绕组之间的共同次级三次绕组构成。因此，片材被插入在次级三次绕组和初级半绕组之间。

如上所述，在绕组外部的套环40a用于接纳温度探测器或优选地两个温度探测器42a和42b(见图3a)，所述两个温度探测器42a和42b连接到共同监视器单元(未示出)，以便检测故障，而不考虑所述自耦变压器的分支，同时使用最少数量的探测器。

为了检测热损耗水平高的缠绕元件的故障的目的，以这种方式提供的温度测量装置特别适用于两种已知的故障类别，即所谓的“慢”故障，其检测时间长于4秒至5秒，以及最重要的是所谓的“快速”故障，其检测时间必须小于4秒至5秒，对于“快速”故障，目前的温度测量(即，使用结合在绕组上的温度探测器，通过外部热路进行检测)太慢而无法有效，从而导致检测不到故障。

还应该注意到，可以在变压器的每个分支上使用一个片材44a、44b和44c，并且因此可以将三个变压器探测器46a、46b和46c紧固在它们各自的套环上，以获得更准确的测量，如图3b所示。还应该注意到，像电感器一样，每个低压绕组和/或每个高压绕组均可以使用一个片材，以便特别是在瞬态(故障类型)的情况下获得每个绕组的更准确的测量(在这种情况下使用六个温度探测器)。

片材的形状(面积)和厚度基本上通过施加的热约束(至少在其平面中的热导率)、通过最大允许厚度(特别是给定预期的机械强度)以及通过待要被安装的探测器的数量来限定，所述片材本身由测量所需的精度水平定义，特别是在瞬变(最小响应时间)的情况下。热建模特别表明，三探测器方案的反应时间是双探测器方案的两倍。

此外，需要具有小厚度且至少在其平面上导热的材料(即使也可以设想各向同性导热材料)，这使得发明人选择了由正交各向异性材料制成的热扩散型片材，该片材在其平面中具有至少与铜的热导率(至多1500w/mk)一样好的导热性。然而，也已经发现了一种基于石墨的散热器，例如来自供应商graftechinternational的spreadershield^tm，其最初设计用于在热电导率为500w/mk的电子设备(例如移动电话)中散热，已经发现所述散热器特别合适(更一般地，在350w/mk至10,000w/mk的范围内的热导率是可接受的)。

本发明提出的技术方案在于将导热并且优选地也是电绝缘的材料片材插入到绕组的芯体(或者实际上在两个绕组层之间)中，所述片材具有从绕组突出的端部，所述技术方案通过在片材的外部端部安装温度探测器来获得关于绕组的温度信息并将其传送到监视器单元进行处理来实现。此外，该片材的厚度使得可避免引起漏电感。

应当注意，尽管附图示出了三相变压器或自耦变压器，但是很明显，本发明可应用于电机的任何缠绕元件。