變換器芯的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及變換器芯(30、50、80、100、110)，其包括由磁性帶狀材料(12、14、16)所纏繞的至少三個空心筒矩形芯盤(10、42、44、46、52、54、56、82、84、102、104、112)，其中兩個相對芯柱區(qū)域(20、22)以及上(24)軛區(qū)域和下(26)軛區(qū)域沿周向通路(18a、18b、18c、18d)形成。芯盤(10、42、44、46、52、54、56、82、84、102、104、112)包括與隸屬芯柱(20、22)區(qū)域中的周向通路(18a、18b、18c、18d)平行的一個第一(60、64、90、94)傾斜區(qū)域和至少一個第二(58、62、86)傾斜區(qū)域。至少三個芯盤(10、42、44、46、52、54、56、82、84、102、104、112)按照多邊形布局(48)在它們的隸屬第一傾斜區(qū)域(60、64、90、94)連接，其相鄰地面對面設置。在各芯柱區(qū)域(20，22)中預見至少一個平板(66，68，88，92，106)，其與隸屬相鄰傾斜區(qū)域(58，60，62，64，86，90，94)齊平和剛性地連接。
【專利說明】變換器芯
[0001]本發(fā)明涉及變換器芯，其中包括由磁性帶狀材料所纏繞的至少三個空心筒矩形芯盤，其中兩個相對芯柱區(qū)域以及上軛區(qū)域和下軛區(qū)域沿周向通路形成，芯盤包括與隸屬芯柱區(qū)域中的周向通路平行的一個第一傾斜區(qū)域和至少一個第二傾斜區(qū)域，并且至少三個芯盤按照多邊形布局在它們的隸屬第一傾斜區(qū)域連接，其相鄰地面對面設置。
[0002]已知用于輸電的變換器額定為例如10 kV、60 kVUlO kV或以上的電壓水平，而額定功率達到例如I MVA、10 MVA或者甚至100 MVA0這類變換器的變換器芯通?；诶?.2mm…0.3 mm厚的堆疊金屬片。由于這種變換器芯的操作期間的永磁重新取向，產(chǎn)生磁損，其對變換器芯還具有加熱效果。
[0003]還已知與標準變換器芯相比，由非晶材料所制成的變換器芯提供降低的芯損耗。非晶材料通常作為帶狀耐火材料是可得到的，其針對任何機械應力極為敏感，并且具有例如30 ym或以下的厚度。因此，非晶變換器芯必須由這種帶狀材料來纏繞，而這種帶的寬度可能達到例如30 cm，并且必須纏繞數(shù)千層。另外，纏繞非晶變換器芯對例如也通過機械碰撞所產(chǎn)生的機械應力敏感。而且承受這樣的變換器的重量也認為是機械應力。
[0004]非晶材料的變換器芯在操作期間必須冷卻，因為降低的芯損耗的效果僅在低于例如140°的溫度范圍中獲得，否則芯損耗將不利地增加。由于非晶變換器芯的高脆弱性并且由于帶狀非晶材料的可用寬度的限制，具有非晶變換器的變換器的最大額定功率在當前局限到10 MVA。
[0005]還已知變換器芯能夠按照多邊形布局來構(gòu)成，三相變換器優(yōu)選地按照三角形布局來構(gòu)成。由于這種優(yōu)選完全對稱的構(gòu)造，這種變換器的電行為也是對稱的。附加優(yōu)點通過更緊湊和節(jié)省空間的布置來獲得。另一方面，多邊形和三角形變換器芯經(jīng)受降低的穩(wěn)定性，特別是在它由隸屬芯盤來形成的情況下。一方面，這類芯盤更易于制造，另一方面，這樣的芯盤因傾斜區(qū)域而更脆弱，并且相鄰芯盤的機械穩(wěn)定連接較難。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中的不利之處在于，具有多邊形布局的變換器芯具有降低的穩(wěn)定性，并且在由纏繞帶狀非晶材料來制成的非晶變換器芯的情況下，還具有極脆弱的結(jié)構(gòu)。
[0007]基于這種現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的是提供一種具有增加的機械穩(wěn)定性的多邊形變換器芯、特別是非晶多邊形變換器芯。這個問題通過上述種類的變換器芯得到解決。其特征在于，在各芯柱區(qū)域中預見至少一個平板，其與隸屬相鄰傾斜區(qū)域齊平和剛性連接。
[0008]本發(fā)明的基本思路在于，通過在隸屬傾斜區(qū)域(其特征在于與非傾斜區(qū)域相比降低的機械穩(wěn)定性)上連接平板，增加這種變換器芯的機械穩(wěn)定性和硬度。因此，平板和傾斜區(qū)域必須關于其基本形狀來適配。當然，也有可能在隸屬彎曲傾斜區(qū)域上連接彎曲板。由于按照多邊形一優(yōu)選地為三角形一布局的芯的設計，纏繞磁性帶狀材料的寬度按照形成具有非矩形形狀的隸屬截面的方式逐層改變。優(yōu)選地，隸屬芯盤的芯柱區(qū)域中的截面按照在相鄰芯盤的第一傾斜區(qū)域之間沒有或者至少幾乎沒有構(gòu)建間隙的方式來成形。因此，一方面相鄰芯盤更易于并且更穩(wěn)定地連接，以及另一方面，增加由相鄰芯盤的兩個隸屬芯柱段來形成的芯柱的磁有效截面。在本發(fā)明的框架之內(nèi)，具有圓角、即更對應于橢圓而不是矩形形狀的布局的芯盤也必須被看作是矩形的。在最簡易情況下，磁性帶狀材料可比擬堆疊變換器芯的典型金屬片，并且厚度為例如0.2 mm或0.3 mm。又在這種情況下,纏繞芯盤的機械穩(wěn)定性與堆疊變換器芯相比降低，而通過本發(fā)明有利地是穩(wěn)定的。
[0009]按照本發(fā)明的變換器芯的原理例如還能夠用于電抗器芯。
[0010]按照本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，纏繞磁性帶狀材料是非晶材料，其比類似形狀的金屬片明顯更脆弱。此外，這種非晶材料的層的厚度明顯要小，例如30 μπι或以下。因此，按照本發(fā)明的非晶芯盤的機械穩(wěn)定的效果再次增加。
[0011]按照本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，至少一個板至少在其平面?zhèn)戎簧贤ㄟ^膠合接合與隸屬相鄰傾斜區(qū)域齊平和剛性地連接?；谀z合的連接相當容易制造，而纏繞帶狀材料的層的至少大多數(shù)隨之固定。因此，有利地降低層的振動，并且增加機械穩(wěn)定性。在其液態(tài)的膠合填充傾斜區(qū)域上的任何不勻性，并且以高機械穩(wěn)定性實現(xiàn)機械連接。按照本發(fā)明的某些實施例，連接到芯盤的傾斜區(qū)域的平板包括一些孔、長孔或其它切口。機械穩(wěn)定性沒有隨之降低，而是變換器的重量有利地隨之減小。
[0012]按照本發(fā)明的另一實施例，隸屬第一傾斜區(qū)域與隸屬平板齊平和剛性地連接。板的機械穩(wěn)定效果在第一傾斜區(qū)域是最高的，因為相鄰芯盤之間的連接也通過使用那些第一區(qū)域來實現(xiàn)。這種連接可例如通過帶狀材料來實現(xiàn)，帶狀材料圍繞相鄰芯盤的相鄰芯段來纏繞，使得永久壓力施加在相鄰板上。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，相鄰第一傾斜區(qū)域齊平和剛性地連接到它們之間的相同板。這種連接可例如通過膠合接合從兩側(cè)來實現(xiàn)。因此，變換器芯的機械穩(wěn)定性將再次增加。不要求重打開這種芯以用于在隸屬變換器芯柱上設置線圈，因為這種線圈的導體也能夠圍繞封閉芯的芯柱來纏繞。
[0014]按照本發(fā)明的另一實施例，相鄰第一傾斜區(qū)域齊平和剛性地連接到它們之間的隸屬單獨和堆疊板。因此，變換器片的各隸屬第一區(qū)域連接到單獨平板，而隸屬板面對面設置或可選地隔著一個或多個附加板面對面設置。因此，其上連接了平板的各芯盤能夠單獨制造，而芯盤能夠在以后連接。制造變換器芯的過程有利地隨之簡化。
[0015]按照本發(fā)明的加一個實施例，單獨和堆疊板通過膠合接合、螺桿或焊接來連接。所有種類的連接提供高機械穩(wěn)定性，而螺桿連接可分解的，使得芯可被拆卸。
[0016]按照本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，至少一個板齊平和剛性地連接到第一傾斜區(qū)域，并且延續(xù)隸屬第一區(qū)域的維度，使得形成覆蓋區(qū)域。由于非晶變換器芯的預期磁特性與不超過某個溫度范圍極大地相關，所以要求變換器的充分冷卻。通過形成這種重疊區(qū)域，獲得用于與環(huán)境的熱交換的附加表面。
[0017]按照本發(fā)明的另一個實施例，至少一個延續(xù)板在覆蓋區(qū)域中彎曲。因此，例如連接到隸屬第一傾斜區(qū)域的這種板的機械穩(wěn)定性再次增加。此外，隨更少所需空間而獲得附加冷卻效果。
[0018]當然，還有可能按照芯柱之外類似的方式來對軛的截面成形，并且在其上設置板。那些板的優(yōu)點相當于在芯柱段連接到傾斜區(qū)域的優(yōu)點。
[0019]按照本發(fā)明的另一個實施例，隸屬芯柱區(qū)域中形成的芯柱由隸屬第二傾斜區(qū)域(其與隸屬板齊平和剛性地連接)包圍。還連接形成由兩個芯柱區(qū)域所組成的芯柱的外表面的第二傾斜區(qū)域還將增加變換器芯的機械穩(wěn)定性。此外，隨之提供芯柱的機械保護。如果隸屬線圈的導體圍繞已經(jīng)制造的變換器芯的芯柱來纏繞，則這種保護是特別感興趣的。在這種情況下，旋轉(zhuǎn)移動施加在待纏繞的線圈(其在芯柱表面上滑動)上。隨之保護芯柱免受這種滑行移動。
[0020]按照本發(fā)明的另一實施例，相鄰第二傾斜區(qū)域與公共板齊平和剛性地連接。因此，公共板是兩個相鄰芯盤的重疊傾斜區(qū)域，使得芯盤的機械連接隨之得到改進。按照本發(fā)明的另一實施例，彎曲公共板，使得隨之補償兩個相鄰傾斜區(qū)域之間的角度。必須避免的是，圍繞芯柱的周圍的導電回路通過相鄰板來構(gòu)建，以避免短路電流經(jīng)過其中。
[0021]按照本發(fā)明的另一實施例，至少一個板至少主要由不銹鋼組成。這種材料具有高機械穩(wěn)定性，并且能夠易于與非晶變換器芯的傾斜區(qū)域膠合在一起。
[0022]按照本發(fā)明的另一實施例，膠合接合的至少一個包括纖維結(jié)構(gòu)。在制造期間，膠合接合通常在濕潤狀態(tài)中應用，使得例如一簇玻璃纖維能夠設置在其中。玻璃纖維將再次增加膠合接合以及隨之的變換器芯的機械強度。
[0023]按照變換器芯的另一實施例，在各相互夾在一起的上軛區(qū)域和下軛區(qū)域中預見適于多邊形布局的錐形多邊形接頭板。由于接頭板的圓錐形狀，一種插頭隨之在各軛區(qū)域中形成，使得壓力可施加于其上。這個壓力還增加變換器芯的機械穩(wěn)定性。螺紋桿是例如用于施加這種壓力的適當部件。
[0024]本發(fā)明的問題也通過一種變換器得到解決，該變換器包括按照本發(fā)明的變換器芯以及圍繞各芯柱區(qū)域設置的至少三個變換器線圈。這種變換器的特征在于降低的芯損耗以及隨之的增加效率因數(shù)。改進的變換器芯還提供變換器的增加機械穩(wěn)定性，使得運輸以及在站點的布置有利地隨之改進。
[0025]在從屬權(quán)利要求中提出本發(fā)明的其它有利實施例。
[0026]現(xiàn)在通過示范實施例并且參照附圖進一步說明本發(fā)明，附圖包括:
圖1示出示范第一芯盤，
圖2不出不范第一變換器芯，
圖3示出示范第二變換器芯，
圖4示出示范第三變換器芯，
圖5示出示范第四變換器芯，以及 圖6示出具有夾具的示范第五變換器芯。
[0027]圖1示出來自纏繞非晶帶狀材料的示范第一芯盤10，而隸屬不同層采用參考標號
12、14、16來表示。實際芯盤包括例如數(shù)千個那些層。芯盤10是空心筒和矩形的，而在本發(fā)明的框架之內(nèi)，具有圓角、即更對應于橢圓而不是矩形形狀的布局的芯盤也必須被看作是矩形的。芯盤的特征在于兩個相對芯柱區(qū)域20和22、上24軛區(qū)域和下26軛區(qū)域，其沿周向通路18a、18b、18c、18d設置。傾斜區(qū)域在此圖中不是明確可見的。
[0028]圖2以簡化三維草圖示出示意第一變換器芯30。三個示范芯盤42、44、46按照多邊形或三角形布局48設置。三個芯柱區(qū)域36、38、40各通過兩個相鄰芯盤42、44、46的隸屬段來形成。預見芯柱區(qū)域36、38、40以圍繞其設置變換器的隸屬線圈。上32軛區(qū)域和下34軛區(qū)域分別通過相鄰芯盤42、44、46的上軛和下軛來形成。優(yōu)選地，三角形對應于等邊三角形。
[0029]圖3從頂視圖以及部分作為截面圖來示出示范第二變換器芯50。三個芯盤52、54、56按照等邊三角形布局設置。芯盤52、54、56的截面在它們的隸屬芯柱區(qū)域中包括第二傾斜區(qū)域58、62，其形成隸屬組成芯柱的外部表面。預見第一傾斜區(qū)域60、64，其面對面設置。面對面布置例如實現(xiàn)在其上施加壓力，使得芯盤52、54、56的機械連接隨之得到簡化。示范第一板66設置在變換器片52、54、56的兩個相鄰第一傾斜區(qū)域之間。這個板66例如通過膠合接合與隸屬第一傾斜區(qū)域連接。預見兩個相鄰其它第一傾斜區(qū)域之間的示范第二板68。這個板68的特征在于彎曲段72，使得形成覆蓋區(qū)域70，其一方面穩(wěn)定安裝變換器芯，并且另一方面對變換器芯具有冷卻效果。當然，實際變換器芯50必須優(yōu)選地關于板66、68的布置對稱地設置。
[0030]圖4從頂視圖以及部分作為截面圖來示出示范第三變換器芯80。兩個芯盤82、84相鄰地面對面設置在它們的隸屬第一傾斜區(qū)域90、94，而也在組成芯柱的外部表面預見第二傾斜區(qū)域86。在兩個第一傾斜區(qū)域90、94的每個上，U形板88、92采用膠合接合來連接。例如通過彎曲段96所表示的U形特別改進變換器芯80的機械穩(wěn)定性。
[0031]圖5從頂視圖以及部分作為截面圖來示出示范第四變換器芯100。兩個芯盤102、104相鄰地面對面設置在它們的隸屬第一傾斜區(qū)域。組成芯柱通過芯盤102、104的隸屬段來形成，并且通過虛擬通路來包圍，這其以參考標號108來表示。預見公共彎曲板106沿通路108，并且例如采用隸屬膠合接合與組成芯柱的隸屬第二傾斜區(qū)域連接。芯盤102、104的機械連接隨之增加。此外，例如，如果線圈在制造期間圍繞安裝變換器芯的這種芯柱來纏繞，則組成芯柱在機械上通過那些板106來保護。
[0032]圖6從側(cè)視圖示出具有夾具118+120+122+124+126的示范第五變換器芯110。芯盤112從其側(cè)面示出，而兩個其它芯盤未示出，全部三個芯盤共同安裝到變換器芯。上114軛區(qū)域和下116軛區(qū)域通過芯盤的三個上軛和下軛來形成。錐形上118接頭板和下120接頭板分別插入內(nèi)軛區(qū)域114和116中，而接頭板118、120和內(nèi)軛區(qū)域114、116關于其形狀來適配。因此，壓力能夠施加在兩個接頭板118、120之間，這將其夾合在一起。在這種情況下，壓力由具有上124螺帽和下螺帽的螺紋桿122來施加。施加這種壓力有利地增加變換器芯110的機械穩(wěn)定性。
[0033]參考標號列表 10 示范第一芯盤
12 第一層非晶帶狀材料 14 第二層非晶帶狀材料 16 第三層非晶帶狀材料 18a第一段周向通路 18b第二段周向通路 18c第三段周向通路 18d第四段周向通路 20 第一芯盤的第一芯柱區(qū)域 22 第一芯盤的第二芯柱區(qū)域 24 第一芯盤的上軛區(qū)域 26 第一芯盤的下軛區(qū)域 30 不范第一變換器芯 32 第一變換器芯的上軛區(qū)域34第一變換器芯的下軛區(qū)域
36第一芯柱區(qū)域(第一芯盤和第三芯盤)
38第一芯柱區(qū)域(第一芯盤和第二芯盤)
40第一芯柱區(qū)域(第二芯盤和第三芯盤)
42第一變換器芯的第一芯盤
44第一變換器芯的第二芯盤
46第一變換器芯的第三芯盤
48多邊形布局
50示范第二變換器芯
52第二變換器芯的第一芯盤
54第二變換器芯的第二芯盤
56第二變換器芯的第三芯盤
58第二芯盤的第二傾斜區(qū)域
60第二芯盤的第一傾斜區(qū)域
62第一芯盤的第二傾斜區(qū)域
64第三芯盤的第一傾斜區(qū)域
66第二變換器芯的第一板
68第二變換器芯的第二板
70覆蓋區(qū)域
72第二板的彎曲段
80示范第三變換器芯
82第三變換器芯的第一芯盤
84第三變換器芯的第二芯盤
86第一芯盤的第二傾斜區(qū)域
88與第一芯盤的第一傾斜區(qū)域連接的第一板
90第一芯盤的第一傾斜區(qū)域
92與第二芯盤的第一傾斜區(qū)域連接的第二板
94第二芯盤的第一傾斜區(qū)域
96第一板的彎曲段
100示范第四變換器芯
102第四變換器芯的第一芯盤
104第四變換器芯的第二芯盤
106相鄰第二區(qū)域的公共彎曲板
108所形成芯柱的包圍通路
110具有夾具的示范第五變換器芯
112第五變換器芯的第一芯盤
114第五變換器芯的上軛區(qū)域
116第五變換器芯的下軛區(qū)域
118錐形多邊形上接頭板120錐形多邊形下接頭板122螺紋桿
124上螺帽126下螺帽。
【權(quán)利要求】
1.一種變換器芯(30，50，80，100，110)，包括由磁性帶狀材料(12，14，16)所纏繞的至少三個空心筒矩形芯盤(10，42，44，46，52，54，56，82，84，102，104，112)，其中兩個相對芯柱區(qū)域(20，22)以及上(24)軛區(qū)域和下(26)軛區(qū)域沿周向通路(18a，18b，18c，18d)形成，其中所述芯盤(10，42，44，46，52，54，56，82，84，102，104，112)包括與所述隸屬芯柱(20,22)區(qū)域中的所述周向通路(18a，18b，18c，18d)平行的一個第一(60，64，90，94)傾斜區(qū)域和至少一個第二(58，62，86)傾斜區(qū)域，并且其中所述至少三個芯盤(10，42，44，46，52，54，56，82，84，102，104，112)按照多邊形布局(48)在它們的隸屬第一傾斜區(qū)域(60，64，90，94)連接，其相鄰地面對面設置，其特征在于 在各芯柱區(qū)域(20，22)中預見至少一個平板出6，68，88，92，106)，其與隸屬相鄰傾斜區(qū)域(58，60，62，64，86，90，94)齊平和剛性地連接。
2.如權(quán)利要求1所述的變換器芯，其特征在于，所述磁性帶狀材料是非晶材料。
3.如權(quán)利要求1或2所述的變換器芯，其特征在于，所述至少一個板(66，68，88，92)至少在其兩個平坦側(cè)面之一上通過膠合接合與所述隸屬相鄰傾斜區(qū)域(58，60，62，64，86，90，94)齊平和剛性地連接。
4.如以上權(quán)利要求中的任一項所述變換器芯，其特征在于，所述隸屬第一傾斜區(qū)域(60，64，90，94)與隸屬平板(66，68，88，92)齊平和剛性地連接。
5.如權(quán)利要求4所述的變換器芯，其特征在于，相鄰第一傾斜區(qū)域(60，64，90，94)齊平和剛性地連接到它們之間的相同板(66，68)。
6.如權(quán)利要求4所述的變換器芯，其特征在于，相鄰第一傾斜區(qū)域(60，64，90，94)齊平和剛性地連接到它們之間的隸屬單獨和堆疊板(88，92)。
7.如權(quán)利要求6所述的變換器芯，其特征在于，所述單獨和堆疊板(88，92)通過膠合接合、螺桿或焊接來連接。
8.如權(quán)利要求4至7中的任一項所述的變換器芯，其特征在于，齊平和剛性地連接到第一傾斜區(qū)域出0，64，90，94)的至少一個板(66，68，88，92)延續(xù)所述隸屬第一區(qū)域的維度，使得形成覆蓋區(qū)域(70)。
9.如權(quán)利要求8所述的變換器芯，其特征在于，所述至少一個延續(xù)板在所述覆蓋區(qū)域(70)中彎曲(72，96)。
10.如以上權(quán)利要求中的任一項所述的變換器芯，其特征在于，在所述隸屬芯柱區(qū)域中形成的芯柱由與隸屬板(106)齊平和剛性連接的隸屬第二傾斜區(qū)域(58，62，86)來包圍(108)。
11.如權(quán)利要求10所述的變換器芯，其特征在于，相鄰第二傾斜區(qū)域(58，62，86)與公共板(106)齊平和剛性地連接。
12.如權(quán)利要求11所述的變換器芯，其特征在于，所述公共板(106)是彎曲的。
13.如以上權(quán)利要求中的任一項所述的變換器芯，其特征在于，所述至少一個板(66，68，88，92，106)至少主要由不銹鋼組成。
14.如權(quán)利要求3至13中的任一項所述的變換器芯，其特征在于，所述膠合接合的至少一個包括纖維結(jié)構(gòu)。
15.如以上權(quán)利要求中的任一項所述的變換器芯,其特征在于，在各相互夾在一起的所述上(114)軛區(qū)域和下(116)軛區(qū)域中預見適于所述多邊形布局(48)的錐形多邊形接頭板(118，120)。
16.一種變換器，包括如權(quán)利要求1至15中的任一項所述的變換器芯(30，50，80，100，110)以及三個變換 器線圈，其圍繞所述各芯柱區(qū)域(20，22)設置。
【文檔編號】H01F30/12GK104040651SQ201280067489
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月18日
【發(fā)明者】M.卡倫, B.韋伯, B.埃森利克, S.沙爾, J.特佩爾, J-Y.林 申請人:Abb 技術(shù)有限公司