CN103155060A - 旋转式电力变压器 - Google Patents

Abstract

一种旋转式电力变压器具有固定部分和旋转部分。这些部件中至少一个包括优选由塑料材料制成的多个变压器区段。将矩形软磁芯与位于软磁芯中的至少一个绕组一同保持在变压器区段中这允许简单且有效地组装旋转式电力变压器。

Description

旋转式电力变压器

技术领域

本发明涉及特别用于传输高压电力的非接触旋转式接头，也称作旋转式电力变压器。这种非接触旋转式接头可以用于CT扫描仪中。 

背景技术

在美国专利US7,197,113B1中公开了一种包括感应式功率耦合器的非接触旋转式接头。这种旋转式接头能够将几百千瓦的电力从固定部分传递至旋转部分。这种旋转式接头具有用于引导磁场的厚镀层热浸镀锌铁皮磁芯或铁氧体磁芯。例如，在CT扫描仪中，需要直径大于一米的空孔。因此，这种旋转式接头的内径可能大于一米，需要巨大结实的机械支撑结构。 

欧洲专利公开文献EP1481407B1公开了一种旋转式变压器，其绕组形式由保持在U-形环中的多个成形部件构成。 

发明内容

本发明将解决的问题是通过简化机械设计、增加耐用性、经受大离心力的能力以及可靠性且同时减少重量来改进旋转式电力变压器。 

在独立权利要求中描述了对该问题的解决方案。从属权利要求涉及对本发明的进一步改进。 

旋转式电力变压器具有固定部分和旋转部分。本文中示出了这些部件的基本结构和功能。通常，优选的是，当旋转式变压器为对称时，具有基本上相同的固定部件和旋转部件。当然，这些部件可以有所区分以满足固定部件或旋转部件的特定需要，例如便于安装至机器。固 定部件和旋转部件中至少之一、优选两者都基于优选为环形的主体。其形状可以为盘形或鼓形。主体的主要功能是向旋转式电力变压器的电磁部件提供稳定的支撑。主体还可以由机器的部件所支撑，例如CT扫描仪，电力变压器集成在其中。主体可以由例如铝的金属或者优选进一步加强的塑料材料而制成。优选的是，使用电绝缘和非磁性材料制成该主体。主体优选具有圆形。其还可以具有适应于机器的不同形状。 

根据第一实施例，提供了金属或塑料材料制成的多个变压器区段。每段具有包括铁氧体或铁材料的至少一个矩形软磁芯。优选地，软磁芯是用于电力变压器的具有矩形横截面的标准铁氧体磁芯。芯可以是E形或U形芯。E形芯是优选的，因为它们提供了更好的磁耦合和更低的磁杂散场。每段还提供了用于固定至少一个绕组的至少一个绕圈的部件。优选地，变压器区段具有将软磁芯固定在预定位置的部件。这些变压器区段允许简单地组装旋转式变压器。首先，软磁芯可以插入变压器区段中。任选地，可以在变压器区段内调节软磁芯的位置。随后，变压器区段可以连接至主体或者多个变压器区段可以连接在一起以形成主体。在后一情况下，变压器区段必须具有主体所需的一定的最小稳定性。在下一步骤中，可以将绕组插入变压器区段中。在组装绕组之后，变压器区段可以被铸造以增加机械稳定性和电绝缘性。变压器可以包括一个或多个绕组，每一个包括一个或多个绕圈。在优选实施例中，提供了盖，用于将绕组固定在合适的位置。为了终止绕组并且尤其为了使得绕组的方向偏离磁芯，可以提供终止区段。优选地是，由胶或环氧树脂或类似材料将软磁芯固定在段中。更优选地是，这些区段固定至少两组软磁芯和绕组用于双电力传输，例如在两个电力通道的同时传输。可以实现甚至更大量的通道。根据该实施例的另一修改方案中，变压器区段包括至少两个部件。第一部件保持软磁芯，而第二部件保持绕组。两个部件组装在一起以获得变压器区段。 

在另一实施例中，主体具有环形凹槽，用于保持变压器的磁部件和电部件。矩形的且包括铁氧体或铁材料的软磁芯位于凹槽中。优选 地，软磁芯是用于具有矩形横截面的电力变压器的标准铁氧体磁芯。芯可以是E形或U形芯。E形芯是优选的，因为它们提供了更好的磁耦合和更低的磁杂散场。为了使得矩形软磁芯适于凹槽的环形，提供了楔形间隔件。优选地，在每两个软磁芯之间插入一个间隔件。在该实施例中，区段可以包括一个软磁芯和间隔件。间隔件还可以由主体的材料制成或加工成。 

在磁芯中或上提供至少一个绕组，产生磁场，用于在固定部件和旋转部件之间形成耦合。一般地，绕组可以包括多根线，优选为绞合线。绕组通常设置在环形凹槽中，并且由软磁芯围绕。 

为了终止和电连接至少一个绕组，提供终止模块。该终止模块可以向绕组或绕组的各根线提供电触点。还可以将绕组或其线从平行于环形凹槽的第一方向偏转至外部连接器。终止模块还可以具有用于互相连接绕组的部件。 

通常优选的是，如果绕组没有填满软磁芯中的整个空间。绕组应当保持远离杆状件的外表面，因为优选发生在软磁芯之间的气隙中的磁杂散场可以穿过绕组，并且在其中引起损耗。 

软磁芯可以具有至少一个孔或凹槽，优选位于中心杆状件下方，以将软磁芯固定至主体。该孔或凹槽可以用于在主体处从下方插入螺杆或螺钉或者在主体上插有杆状件。 

更优选的是，在位于软磁芯和相邻软磁芯之间的至少一个空间处，间隔件、绕组和主体的环形凹槽被铸造。这将显著地改善机械稳定性和电绝缘性。 

一种制造旋转式变压器的优选方法包括如下步骤：提供具有环形凹槽的主体，将横截面为矩形的软磁芯和软磁芯之间的楔形间隔件插入凹槽中，并且将软磁芯和间隔件铸造或粘合在主体的凹槽中。可以提供工具以将磁芯固定在预定位置直到已经完成固化。这种工具可以是环，其可以还可以具有锯齿或突出部分，用于固定软磁芯。工具的形状也可以与安装在其中的软磁芯的形状相反。优选地，工具被设计成以与E形芯的中心杆状件相互作用，因为这通常具有最小的机械公 差。而且，在铸造或粘合的步骤之后插入绕组。最后，可以加工表面、优选软磁芯的表面成平坦表面。 

另一种制造旋转式变压器的优选方法包括如下步骤：提供铸模、将横截面为矩形的软磁芯和软磁芯之间的楔形间隔件插入凹槽中，并且铸造软磁芯和间隔件。而且，在铸造或粘合的步骤之后插入绕组。最后，可以加工表面、优选软磁芯的表面成平坦表面。随后，可以将该铸模插入主体的凹槽中，或者固定至主体的表面。 

附图说明

在下文中，将通过实例，参考附图而基于实施例的实例描述本发明，而不限制一般性发明理念。 

图1示出了旋转式变压器的两个部件中的一个部件。 

图2详细示出了变压器的一段。 

图3示出了贯穿软磁芯的第一横截面视图。 

图4示出了第二横截面视图。 

图5示出了变压器区段的优选实施例。 

图6示出了区段盖的优选实施例。 

图7总体上示出了旋转式变压器。 

图8示出了旋转式变压器的两个部件中的主要部分。 

图9示出了终止模块。 

图10示出了变压器部件的横截面视图。 

图11示出了另一间隔件。 

图12示出了间隔件，其具有用于固定软磁芯的翅片。 

图13示出了间隔件的不同实施例。 

图14示出了变型软磁芯。 

图15示出了具有凹槽的变型软磁芯。 

图16示出了具有钳夹的软磁芯。 

图17以侧视图示出了具有钳夹的变型软磁芯。 

图18示出了由钳夹固定的绕组。 

图19示出了用于绕组的可用空间。 

图20详细示出了用于绕组的可用空间。 

具体实施方式

在图1中，示出了本发明的一个优选实施例。其示出了变压器两个部件中之一。总体上，旋转式变压器具有两个类似的部件100，一个位于固定侧，另一个位于旋转侧。为了简单起见，仅详细描述了这两个部件中之一。设置了多个变压器区段150a…150n。这些变压器区段可以由金属或塑料材料制成。由于塑料材料的绝缘特性，优选的是采用纤维加强的塑料材料。 

在图2中，详细示出了一段旋转式变压器。变压器区段150a保持5个软磁芯160a…160e。绕组位于软磁芯内。软磁芯可以是具有矩形横截面的、用于电力变压器的标准铁氧体磁芯。磁芯可以是E形或U形芯。还可以采用组合成一个E形芯的两个U形芯。 

在图3中，示出了根据图2的线A-A贯穿软磁芯的横截面视图。软磁芯160保持在变压器区段150中。第一绕组的绕圈141和142以及第二绕组的绕圈143和144位于软磁芯内。盖170将绕组保持就位在软磁芯内。 

在图4中，示出了根据线B-B贯穿变压器区段150的主体的另一横截面视图。在此，第一绕组的绕圈141和142和第二绕组的绕圈143和144位于变压器区段150的主体内并且由其保持。每个变压器区段具有杆状件151，该杆状件类似于扁平E形铁氧体磁芯的中心杆状件。 

在图5中，示出了变压器区段的一个优选实施例。出于清楚起见，仅示出了机械支撑结构，不具有软磁芯的变压器区段主体150。该变压器区段是用于双电力变压器的双变压器区段，用于保持具有矩形横截面的E形扁平铁氧体磁芯。第一电力变压器的软磁芯位于内环处，并且保持在第一主开口152中。第二电力变压器的软磁芯位于输出环处，并且保持在第二主开口153中。优选地设有小杆状件151，用于分开绕组。对于铁氧体磁芯的侧杆状件还设有开口154、155。而且， 在该实施例中，设有优选由橡胶制成的弹性元件156、157，以将铁氧体磁芯保持就位。由于弹性元件引起的摩擦，将铁氧体磁芯保持在变压器区段中，并且在组装期间不能脱离。而且，它们允许铁氧体磁芯进行可能由磁场引起的小移动而将它们与相对的铁氧体磁芯对齐。这允许在制造期间进行简单的对齐。在已经组装了这些区段之后，可以将电流送入磁芯，使其与相对的磁芯对齐。可以通过相对彼此而旋转两个变压器部件而进一步支持对齐。随后，可以借助于胶或环氧树脂或类似材料而将它们固定至其位置。 

在图6中，示出了盖170的一个实施例。如前图中所示，将该盖固定在变压器区段的顶部上。具有用于第一软磁芯的第一开口172和用于第二磁芯的第二开口173。优选在软磁芯之间具有杆状件171，用于将绕组保持就位。设有螺纹孔178，用于借助于螺丝而将盖170固定至变压器区段主体150。 

在图7中，大体示出了旋转式变压器。其在固定侧具有第一变压器部件100a，而在围绕旋转轴线103旋转的旋转侧上具有第二变压器部件100b。两个变压器部件可以非常类似或相同。每个变压器部件具有主体101a、101b以及其中具有绕组141、143的软磁芯110。通过耦合绕组的磁场实现旋转侧和固定侧之间的耦合。 

在图8中，示出了根据本发明的另一实施例。其示出了变压器两个部件中之一。大体上，变压器使用两个类似的部件100。变压器部件具有主体101，用于保持多个软磁芯110a…110n。在各单独磁芯之间设有楔形间隔件111a…111o。设有用于终止绕组的终止模块112。 

在图9中，示出了终止模块112以及围绕其的电力变压器的区段。终止模块优选具有与软磁芯110a…110n类似的矩形形状。在终止模块和相邻的软磁芯110a和110n之间还可以具有楔形间隔件111n和111o。在一个备选实施例中，终止模块的形状可以将相邻的楔形111n和111o组合成一个件。在该实施例中，终止模块具有终止触点124，优选由螺栓125固定，以终止和连接第一绕组的第二端121和第二绕组的第二端123。而且，设有终止模块，用于将第一绕组的第一端120 和第二绕组的第一端122从偏离于标准而进入通过主体101朝向主体底部的方向。终止模块增加电绝缘性，并且还限制了绕组或线的弯曲半径。 

在图10中，示出了一个变压器部件的横截面视图。主体101具有凹槽102，用于保持软磁芯和间隔件111。该横截面视图通过软磁芯110得到。软磁芯具有基部130、中心杆状件131以及第一和第二侧杆状件132和133。在第一侧杆状件132和中心杆状件131之间是第一绕组134，其包括单独绕圈141和142。而第二绕组135在中心杆状件131和第二侧杆状件133之间，其包括单独绕圈143和144。 

在图11中，示出了不同间隔件111的横截面。在该实施例中，间隔件111围绕绕组的单独绕圈以将它们保持就位。为此目的，在绕组上方设置锁定杆状件。在组装期间，为了便于插入，可以移除该杆状件。而且，示出了突出部分136和137以改进地将间隔件固定在主体101内，优选通过设置在主体内的孔。当间隔件围绕绕组时，虽然优选的，但是并非必须设置突部或者用于改善固定的其他部件。 

在图12中，以俯视图示出了间隔件111的另一修改方案。该间隔件具有翅片138a…138d，以将相邻的软磁芯固定就位。总体上，间隔件可以具有用于将相邻软磁芯相对于间隔件保持在预定位置的保持部件。 

在图13中，示出了间隔件的一个不同实施例。其在角部139a和139b处具有延伸的基底，该基底可以用于将间隔件固定在凹槽102的底切部分中。优选地，将软磁芯胶合或胶粘在凹槽中。 

在图14中，示出了修改的软磁芯。软磁芯具有孔140，用于通过螺栓或螺钉将其固定至基底130，该基底优选包括柔性材料或者至少振动吸收材料。间隔件111也可以具有这种用于通过螺栓或螺钉而固定至基底130的孔。 

在图15中，示出了修改的软磁芯。软磁芯具有凹槽145，用于通过螺栓或螺钉将其固定至基底130，该基底优选包括柔性材料或者至少振动吸收材料。凹槽可以与基底的杆状件或突出部分对齐。间隔件 111也可以具有这种用于通过螺栓或螺钉而将其固定至基底130的凹槽。 

在图16中，以侧视图示出了软磁芯。软磁芯由钳夹148固定，所述钳夹148优选地围绕中心杆状件并且到达基底板149。基底板可以是连接至主体101的板。作为选择地，钳夹可以固定至基底101。而钳夹可以具有闩锁。本文所示的软磁芯通常是横截面为矩形的E形芯，正如在本文中使用的。 

在图17中，以俯视图示出了前一附图的软磁芯。 

图18示出了由钳夹147固定至基底板149固定的绕组的单个绕圈141、143。基底板可以是连接至主体101的板。作为选择地，钳夹可以固定至基底101。钳夹可以具有闩锁。而且，钳夹可以胶合、粘合或压入基底板或主体中。钳夹也可以与绕组加工在一起。而且优选的是，钳夹不具有锋利的边缘，以防止损伤绕组的绝缘性。 

图19示出了用于绕组的可使用空间。第一软磁芯110a可以是固定部分，其与可为旋转部件的第二软磁芯的110b相对。由于机械公差，在软磁芯之间具有气隙113。围绕气隙具有磁杂散场，其可以穿入绕组中。绕组中的这种磁场引起了额外的损耗，减少了全面的效率，并且可能引起绕组的局部过热。为了防止磁杂散场穿入绕组中，在绕组和气隙之间应当具有一定距离。优选地，绕组114a和114b可用的空间被斜切以保持与磁杂散场具有最小距离。 

图20更详细示出了用于绕组的可使用空间。优选地，绕组114a与软磁芯110a的任何杆状件的边缘116的距离为半径115。优选地，该半径大于或等于气隙113。显然的是，这适用于所有其他软磁芯。 

附图标记列表： 

100：变压器部件 

101：主体 

102：环形凹槽 

103：旋转轴线 

110：软磁芯 

111：间隔件 

112：终止模块 

113：气隙 

114：绕组可用的空间 

115：半径 

116：杆状件边缘 

120：第一绕组的第一端 

121：第一绕组的第二端 

122：第二绕组的第一端 

123：第二绕组的第二端 

124：终止触点 

125：螺栓 

130：基底 

131：中心杆状件 

132：第一侧杆状件 

133：第二侧杆状件 

134：第一绕组 

135：第二绕组 

136、137：突出部分 

138：间隔件翅片 

139：基底的芯 

140：孔 

141-144：绕组的绕圈 

145：凹槽 

147、148：钳夹 

149：基底板 

150：变压器区段主体 

151：绕组分离杆状件 

152：第一软磁芯的第一开口 

153：第二软磁芯的第二开口 

154、155：用于侧杆状件的开口 

156、157：弹性元件 

160：软磁芯 

170：盖 

172：第一开口 

173：第二开口 

Claims (12)

1.一种具有固定部件和旋转部件的旋转式电力变压器，所述固定部件和旋转部件中的至少一个包括：

由金属或塑料材料制成的多个变压器区段（150），

位于所述变压器区段内的矩形软磁芯（110），

位于所述软磁芯中的至少一个绕组（141、142、143、144）。

2.根据权利要求1所述的旋转式电力变压器，其特征在于，设置有用于终止至少一个绕组的终止模块。

3.根据权利要求1所述的旋转式电力变压器，其特征在于，设置有用于将至少一个绕组保持在预定位置的盖。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电力变压器，其特征在于，设置有粘合至主体（101）的至少一个软磁芯（110），并且在所述软磁芯和相邻的软磁芯之间的至少一个空间处，间隔件、绕组和所述变压器区段被铸造。

5.一种具有固定部件和旋转部件的旋转式电力变压器，所述固定部件和旋转部件中的至少一个包括：

由金属或塑料材料制成的主体（101），所述主体具有环形凹槽（102），

位于所述凹槽中的矩形软磁芯（110），

位于所述软磁芯之间的楔形间隔件（111），

位于所述软磁芯中的至少一个绕组（141、142、143、144），

用于终止所述至少一个绕组的终止模块（112）。

6.根据权利要求5所述的旋转式电力变压器，其特征在于，所述间隔件（111）还具有用于将至少一个绕组保持就位的保持部件。

7.根据权利要求5或6所述的旋转式电力变压器，其特征在于，所述间隔件（111）还具有用于将所述软磁芯保持就位的保持部件（138）。

8.根据权利要求5至7中任意一项所述的电力变压器，其特征在于，设置有固定在E形磁芯的中心杆状件上的至少一个钳夹（148），用于将所述软磁芯保持就位。

9.根据权利要求5至8中任意一项所述的电力变压器，其特征在于，设置有固定在绕组（141、143）的线周围的至少一个钳夹（147），用于将所述绕组保持就位。

10.根据权利要求5至9中任意一项所述的电力变压器，其特征在于，设置有粘合至所述主体（101）的至少一个软磁芯（110），并且在所述软磁芯和相邻的软磁芯之间的至少一个空间处，间隔件、绕组和所述主体的环形凹槽被铸造。

11.根据权利要求5至10中任意一项所述的电力变压器，其特征在于，设置有至少一个软磁芯，该软磁芯带有至少一个孔或凹槽以将所述软磁芯固定至所述主体。

12.根据权利要求11所述的旋转式电力变压器，其特征在于，设置有至少一个软磁芯，该软磁芯在所述软磁芯的中心杆状件下方具有至少一个孔或凹槽。

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