CN106057443A

CN106057443A - 平面电力变压器的冷却方法

Info

Publication number: CN106057443A
Application number: CN201610177434.8A
Authority: CN
Inventors: 鲁图恩·雷; 文卡特·拉奥·亚拉曼奇利; 帕明德·布拉尔; 迈克尔·斯科特·杜科
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2015-04-08
Filing date: 2016-03-25
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2036-03-25
Also published as: CN106057443B; DE102016205276A1

Abstract

本发明涉及平面电力变压器的冷却方法。本公开包括电力变压器，其可包括铁心和导体组合件。导体组合件可包括被布置在铁心的一部分上的导电层、被布置在导电层的第一侧上的第一平面绝缘层和被布置在导电层的第二侧上的第二平面绝缘层。冷却构件可被布置成相邻于导体组合件。制造电力变压器的方法可包括提供铁心和提供多个平面导体组合件。平面导体组合件包括多个平面导电层和多个平面绝缘层。该方法可包括将冷却构件插入在多个平面导体组合件的相邻平面导体组合件的绝缘层之间。

Description

平面电力变压器的冷却方法

相关申请的引用

本申请是于2015年4月8日提交的专利申请号为14/681,437的美国专利申请的部分延续案，其据此通过引用以其整体好似充分阐述的一样并入本文。

技术领域

本公开涉及电气部件、电力变压器和用于冷却电力变压器的方法。

背景

电力变压器可在使用期间产生热。常规电力变压器可能不能够有效地耗散所产生的热和/或可使用低效的或昂贵的冷却装置。常规电力变压器可包括线圈形导体，且和与平面电力变压器相关的那些挑战相比，减少与这样的导体相关的热可提出不同的挑战。

概述

本公开包括电力变压器，其在实施方式中可包括铁心和导体组合件(pack)。在实施方式中，导体组合件可包括被布置在铁心的一部分上的导电层、被布置在导电层的第一侧上的第一平面绝缘层和被布置在导电层的第二侧上的第二平面绝缘层。在实施方式中，电力变压器可包括被布置成邻近导体组合件的冷却构件。在实施方式中，可提供多个导体组合件，并可在第一导体组合件和第二导体组合件之间提供冷却构件。

在实施方式中，制造电力变压器的方法可包括提供铁心并提供多个平面导体组合件。在实施方式中，导体组合件可包括多个平面导电层和多个平面绝缘层。在实施方式中，制造可包括将冷却构件的至少一部分插入在相邻导体组合件的绝缘层之间。

附图简述

图1是根据本公开的教导的平面电力变压器的实施方式的部分的等距视图。

图2是根据本公开的教导的平面电力变压器的实施方式的部分的等距视图。

图3A和3B是根据本公开的教导的平面电力变压器的铁心的实施方式的部分的等距视图。

图4A是根据本公开的教导的平面电力变压器的导体组合件的实施方式的分解图。

图4B是根据本公开的教导的平面电力变压器的导体组合件的实施方式的等距视图。

图5是根据本公开的教导的平面电力变压器的电气端子的实施方式的部分的等距视图。

图6A是根据本公开的教导的平面电力变压器的冷却构件的实施方式的等距视图。

图6B是根据本公开的教导的平面电力变压器的冷却构件的实施方式的侧视图。

图7是根据本公开的教导的平面电力变压器的实施方式的部分的等距视图。

图8A-8B是根据本公开的教导的平面电力变压器的冷却构件的实施方式的等距视图。

图8C是根据本公开的教导的平面电力变压器的冷却构件的实施方式的侧视图。

图9A-9B是根据本公开的教导的平面电力变压器的冷却构件的实施方式的等距视图。

图10是根据本公开的教导的平面电力变压器的冷却构件的实施方式的等距视图。

详细描述

现在将详细参考本公开的实施方式，其例子被在本文被描述并被在附图中示出。虽然将结合实施方式和/或例子描述本公开，但将理解，它们并不旨在将本公开限于这些实施方式和/或例子。相反，本公开旨在涵盖可被包括在本公开的精神和范围内的可选方案、修改和等价物。

在例如通常在图1和2中所示的实施方式中，平面电力变压器10可包括铁心20、导体组合件40_N、端子50_N(例如端子50₁、50₂、50₃和50₄)和/或冷却构件。冷却构件可包括例如冷却构件60_N(例如冷却构件60₁、60₂、60₃和60₄)、80或110中的一个或多个。平面电力变压器10还可在本文被称为变压器10。

在例如通常在图3A和3B中所示的实施方式中，铁心20可以是磁性的并可包括第一部分22和第二部分26，其可以或可以不是相同的或镜像。第一部分22和第二部分26可每个包括可被配置成至少部分地安置、保持和/或约束一个或多个导体组合件40_N的各自的突出部(例如所示的突出部24、28)。例如且没有限制地，多个导体组合件40_N可包括各自的孔46_N(见例如图4A和4B)，且突出部24、28可被配置成共同或独立地(例如相对于彼此)插入孔46_N内和/或穿过孔46_N延伸。铁心20可包括一个或多个侧壁(例如所示的侧壁30A、30B)和/或一个或多个开口侧(例如所示的开口侧32A、32B)。在实施方式中，导体组合件40_N可在侧壁30A、30B之间延伸并从开口侧32A、32B出来。

在例如通常在图2、4A和4B中所示的实施方式中，导体组合件40_N(例如导体组合件40₁–40₃₆)可以是平面的，并可包括可以是平面的一个或多个导电层42_N和/或可以是平面的一个或多个绝缘层44_N。在实施方式中，导体组合件40_N可包括交替层配置，其中绝缘层44_N被布置在每个导电层42_N的每侧(例如顶部和底部)上。例如，导电层42₁可被布置在绝缘层44₁和44₂之间；导电层42₂可被布置在绝缘层44₂和44₃之间；导电层42₃可被布置在绝缘层44₃和44₄之间；和/或导电层42₄可被布置在绝缘层44₄和44₅之间。在实施方式中，多个导电层42_N、多个绝缘层44_N和/或冷却构件60_N、80、110中的一个或多个可被布置成至少部分地围绕铁心20。导电层42_N可有效地起具有与常规变压器的性质类似的性质的线圈的作用，且结合可以是磁性的铁心20，可允许在端子50_N中的一个或多个处接收的电能被从初始电压变换到可在一个或多个其它端子50_N处可得到的不同的电压。

在例如通常在图1、2、5和7中所示的实施方式中，电气端子50_N可被布置成至少部分地在相邻导体组合件40_N之间和/或可横向向外(例如从开口侧32A、32B)延伸超出导体组合件40_N。例如且没有限制地，电气端子50_N可包括可以是平面的和/或可被布置成至少部分地在相邻导体组合件40_N(例如可通常是水平的)之间的第一部分52_N。电气端子50_N可包括可以不被布置在相邻导体组合件40_N之间的第二部分54_N。第一部分52_N可以或可以不被布置成至少部分地在铁心第一部分22和铁心第二部分26之间。端子第二部分54_N可布置在第一部分52_N的外端56_N(例如外端56₁、56₂、56₃、56₄)处或其附近，可被布置成通常竖直的，可通常是平面的，和/或可布置成通常垂直于第一部分52_N。电气端子50_N可被配置为叶片端子。在实施方式中，例如且没有限制地，变压器10可包括四个端子50₁、50₂、50₃、50₄，每个端子可被布置在导体组合件40_N的相应的拐角34A、34B、34C、34D处或其附近。

在例如通常在图1、2和6A-10中所示的实施方式中，变压器10可包括一个或多个冷却构件60_N、80、110。在例如通常在图1、2和6A、6B和7中所示的实施方式中，冷却构件60_N可包括第一部分62_N和/或第二部分66_N。第一部分62_N可连接到第二部分66_N和/或可与第二部分66_N流体连通(包括如在本文进一步公开的)。在实施方式中，第一部分62_N和第二部分66_N可形成可以例如通常是L形的单一主体。第一部分62_N可以通常是水平的和/或可被布置成至少部分地在相邻导体组合件40_N之间。第一部分62可布置成相邻于一个或多个导体组合件40_N。第二部分66_N可以通常是竖直的和/或可被布置在第一部分62_N的外端64_N处或其周围(例如相对于导体组合件40_N的中心40A)。第一部分62_N和第二部分66_N可以被用各种方式中的一个或多个连接在一起(例如诸如以直角或以弯曲配置)。

在例如通常在图6A、6B和7中所示的实施方式中，冷却构件60_N可被配置为热管和/或热分流器。例如且没有限制地，第一部分62_N和第二部分66_N可以通常是中空的和/或可包括中空段。此外，第一部分62_N和第二部分66_N可包含流体12。流体12可包括各种成分中的一种或多种(如可以可操作地适合于预期环境或应用)。在实施方式中，流体12可包括液体和/或可在本文被称为液体12，但并不被限于此。液体12可包括各种成分中的一种或多种。例如且没有限制地，液体可包括乙二醇。在实施方式中，如果热由变压器10产生，则冷却构件60_N可例如通过对流来帮助耗散热。例如，如果热由变压器10产生，则热可增加在第一部分62_N中的液体12的温度，使得液体12可转变成蒸汽14并进入第二部分66_N中。第二部分66_N可被布置在离导体组合件40_N和/或铁心20(例如以便避免与其接触)的一段距离68处。隔开的距离68可允许第二部分66_N暴露于比与第一部分62_N相关的空气更大量的周围空气(其可以相对较冷)和/或可允许第二部分66_N比第一部分62_N更冷或变得比第一部分62_N更冷。距离68可例如且没有限制地与第二部分66_N的厚度70大约相同，但在某些实施方式中可以更大或更小。

在实施方式中，如果蒸汽14到达第二部分66_N，则蒸汽14可开始冷却和/或耗散由变压器10产生的热。在第二部分66_N中的蒸汽14可足够凉以凝结回到液体12中。如果蒸汽14在第二部分66_N中凝结回到液体12，则液体12可返回到第一部分62_N。如果变压器10继续产生热，则加热液体12直到它变成蒸汽14并接着冷却蒸汽14直到它凝结回到液体12中的这个过程可重复并继续耗散热。冷却构件60_N可以是封闭系统，其可包括被配置成使得在冷却构件60_N内的流体的量(例如液体和蒸汽的组合的量)保持不变或实质上不变(例如液体12或蒸汽14可能不被添加到冷却构件60_N或被从冷却构件60_N移除)。冷却构件60_N可被配置成独立于泵或可引起流体流动的其它设备来冷却变压器10。

在实施方式中，变压器10可包括多个冷却构件60_N(例如诸如第一冷却构件60₁、第二冷却构件60₂、第三冷却构件60₃和/或第四冷却构件60₄)。在实施方式中，每个冷却构件60_N可以或可以不与每个其它冷却构件60_N相同。在实施方式中，第一冷却构件60₁和第二冷却构件60₂可被布置在导体组合件40_N的第一端48A处或其附近和/或可被布置在端子50₁、50₂之间。第一冷却构件60₁和第二冷却构件60₂可彼此对齐，使得第一部分62₁、62₂两者都在相邻导体组合件40_N之间延伸相同的距离。第三冷却构件60₃和第四冷却构件60₄可被布置在导体组合件40_N的第二端48B处或其附近和/或可被布置在端子50₃、50₄之间。第三冷却构件60₃和第四冷却构件60₄可彼此对齐，使得第一部分62₃、62₄两者都在相邻导体组合件之间延伸相同的距离。在实施方式中，端子50_N和冷却构件60_N都可被布置在同一对相邻的导体组合件40_N之间。在实施方式中，至少一个冷却构件60_N可被布置在一对相邻的导体组合件40_N之间，且至少一个其它冷却构件60_N可被布置在不同的一对相邻的导体组合件40_N之间。

在例如通常在图8A、8B和8C中所示的实施方式中，冷却构件80可包括冷却层和/或可在本文被称为冷却层80。冷却层80可以以与热管相同或相似的方式起作用。冷却层80可包括单一主体，其可包括水平部分82和一个或多个竖直部分(例如所示的竖直部分98A和98B)。水平部分82可被布置成至少部分地在相邻的导体组合件40_N之间，并可包括与导体组合件40_N的形状相同或相似的形状。例如且没有限制地，水平部分82可被配置为和/或类似矩形棱柱并可包括配置成用于接纳突出部(例如突出部24和/或突出部28)的孔84。在例如通常在图8B中所示的实施方式中，水平部分82可包括可以彼此分离和不同的第一区段86和第二区段92。在实施方式中，第一区段86和第二区段92可以是相同的和/或可每个大致是矩形的，其具有被配置成接纳突出部24、28中的一个或多个的至少一部分的半圆形凹部88、94。第一区段86和第二区段92可被布置在突出部24、28的相对侧上，该第一区段86和第二区段92可被布置成使得半圆形凹部88、94有效地充当类似于孔84的孔(例如，第一区段86和第二区段92可以是互补的)。

在实施方式中，竖直部分98A、98B可布置在水平部分82的外边缘90、96处。在实施方式中，冷却层80可包括多个竖直部分(例如竖直部分98A、98B)。例如且没有限制地，第一竖直部分98A可被布置在水平部分82的外边缘90处，而第二竖直部分98B可被布置在水平部分82的相对的外边缘96处。在实施方式中，第一区段86和第二区段92中的每个可包括一个或多个竖直部分(例如第一区段86可包括竖直部分98A，而第二区段92可包括竖直部分98B)。竖直部分98A、98B可被配置为或大致类似矩形棱柱。

在例如通常在图8C中所示的实施方式中，水平部分82和/或竖直部分98A、98B可以是中空的。在实施方式中，水平部分82可以与一个或多个竖直部分98A、98B流体连通。例如且没有限制地，竖直部分98A、98B可被布置在水平部分82的相对侧处(例如在铁心20的相对侧上)，且竖直部分98A、98B和水平部分82都可与彼此流体连通。液体12可被布置在水平部分82中。如前述大致关于冷却构件60_N所述的，如果变压器10产生热(或如果水平部分82被以其它方式加热)，则液体12可被加热，使得它转变成蒸汽14并流到竖直部分98A、98B内。竖直部分98A、98B可被布置在离导体组合件40_N和/或铁心20一段距离100处(例如以便不与导体组合件40_N和/或铁心20接触)，这可使较大量的竖直部分98A、98B暴露于周围空气，允许竖直部分98A、98B比水平部分82更冷和/或可允许竖直部分98A、98B有效地耗散热。仅举例而言，距离100可以与竖直部分98A、98B的厚度102大约相同，但可在某些实施方式中更小或更大。

在例如通常在图9A、9B和10中所示的实施方式中，冷却构件110可包括可被布置在离铁心20和/或导体组合件40_N一段距离114处(例如以便不与铁心20和/或导体组合件40_N接触)的一个或多个冷却鳍片112_N。冷却鳍片112_N可例如通过热传导来帮助耗散由变压器10产生的热。例如且没有限制地，冷却鳍片112_N可连接到可以是平面的和/或被布置在相邻导体组合件40_N之间的冷却构件110的冷却层116。冷却层116可吸收由变压器10产生的热，且冷却鳍片112_N可有效地汲取出来自冷却层116的热。冷却鳍片112_N可接着允许所吸收的热耗散到周围空气中，这可帮助冷却变压器10。

在实施方式中，冷却层116可包括单个单一主体，其可在形状上大致是矩形的，可大致是平面的，并可包括被布置在第一端118处和/或在第二端120处的鳍片112_N。在其它实施方式中，冷却层116可包括可以被用分别与冷却构件80的水平部分的第一区段86和第二区段92相同或相似的方式配置的第一区段122和第二区段124。例如且没有限制地，冷却层116的第一区段122和第二区段124可通常是平面的(包括大致矩形的形状，和/或可包括被配置成容纳突出部24、28中的一个或多个的半圆形凹部126、128)。在实施方式中，第一区段122可包括第一端118，且第一多个鳍片112_N可被布置在第一区段122的第一端118处。第二区段124可包括第二端120，且第二多个鳍片112_N可被布置在第二区段124的第二端120处。在实施方式中，冷却层116和鳍片112_N可以是实心的、中空的或实心的和中空的组合。冷却层116可包括各种材料(例如诸如具有高导热率的材料(例如铝、铜、石墨垫等))中的一种或多种。

在实施方式中，冷却鳍片112_N可被布置成通常竖直的。冷却鳍片112_N中的一个或多个可通常是平面的和/或可包括大致矩形的形状。冷却鳍片112_N可彼此相同或相似或至少一个冷却鳍片112_N可不同于至少一个其它冷却鳍片112_N。在实施方式中，冷却鳍片可在导体组合件和/或铁心的拐角(例如拐角34A、34B、34C、34D中的一个或多个)处或其附近连接到冷却层116。冷却鳍片112_N可被横向布置在端子50_N的外部(例如，如通常在图10中所示的)和/或可被布置在端子50_N之间。冷却鳍片112_N可以是实心的、中空的和/或实心的和中空的组合。在实施方式中，冷却构件110可被配置为热管(例如类似于冷却构件60_N、80)。例如且没有限制地，鳍片112_N和冷却层116可以是中空的并可包含液体。在其它实施方式中，鳍片112_N和冷却层116可以是实心的。

在实施方式中，制造变压器10的方法可包括提供铁心20、多个导体组合件40_N、多个端子50_N和/或一个或多个冷却构件60_N、80、110。导体组合件40_N中的一个或多个可被布置在铁心20的第一部分22周围(例如使得突出部24穿过孔46_N延伸)。然后，端子50_N和/或冷却构件60_N、80、110可被布置在导体组合件40_N的顶部上。接着，一个或多个额外的导体组合件40_N可被布置在端子50_N和/或冷却构件60_N、80、110的顶部上。接着，铁心20的第二部分26可被布置成使得突出部28延伸到穿过额外的导体组合件40_N的孔46_N，并且使得第二部分26与第一部分22对齐。虽然提供了制造根据本公开的变压器10的实施方式的方法的例子，但是本公开不限于上面所述的特定顺序或步骤，且可以按其它顺序进行各种步骤。

在本文对各种装置、系统和/或方法描述了各种实施方式。阐述了很多特定的细节以提供对如在说明书中描述的和在附图中示出的实施方式的总结构、功能、制造和使用的彻底理解。然而，本领域中的技术人员将理解，可在没有这样的特定细节的情况下实践实施方式。在其它实例中，没有详细描述公知的操作、部件和元件以便不使在说明书中描述的实施方式模糊。本领域中的普通技术人员将理解，在本文所述和所示的实施方式是非限制性的例子，且因此可认识到，本文公开的特定的结构细节和功能细节可以是代表性的，且不一定限制实施方式的范围。

在整个说明书中对“各种实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施方式”或“实施方式”等的提及意指关于实施方式描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施方式中。因此，在整个说明书中某些地方出现的短语“在各种实施方式中”、“在一些实施方式中”、“在一个实施方式中”或“在实施方式中”等并不一定都指同一实施方式。此外，可以用任何适当的方式在一个或多个实施方式中组合特定的特征、结构或特性。因此，关于一个实施方式所示或所述的特定特征、结构或特性可整体或部分地与一个或多个其它实施方式的特征、结构或特性组合而没有限制，假定这样的组合不是不合逻辑的或非功能的。

虽然已经在上面以一定程度的特殊性描述了仅仅某些实施方式，但是本领域中的技术人员可对所公开的实施方式做出很多变更而不偏离本公开的范围。连接参考(例如附接的、耦合的、连接的等)应被广泛地解释，并可包括在元件的连接之间的中间构件和在元件之间的相对运动。同样地，连接参考并不一定暗示两个元件彼此直接连接/耦合和处于固定的关系中。在整个说明书中的“例如(e.g)”的使用应被广泛地解释并用于提供本公开的实施方式的非限制性例子，且本公开不限于这样的例子。旨在被包含在上述描述中或被在附图中示出的所有物质应被解释为仅仅是说明性的而不是限制性的。可做出在细节或结构上的变化而不偏离如在所附权利要求中限定的本公开。

Claims

1.一种电力变压器，包括：

铁心；

导体组合件，所述导体组合件包括：

导电层，其被布置在所述铁心的一部分周围；

第一平面绝缘层，其被布置在所述导电层的第一侧上；以及

第二平面绝缘层，其被布置在所述导电层的第二侧上；以及

冷却构件，其被布置成相邻于所述导体组合件。

2.如权利要求1所述的电力变压器，其中所述导体组合件是第一导体组合件；所述电力变压器还包括第二导体组合件；以及所述冷却构件被布置成部分地在所述第一导体组合件和所述第二导体组合件之间。

3.如权利要求1所述的电力变压器，其中所述冷却构件包括被布置成至少部分地围绕所述铁心的所述部分的多个单独的区段。

4.如权利要求1所述的电力变压器，其中所述冷却构件包括至少部分地填充有液体的中空主体。

5.如权利要求4所述的电力变压器，其中所述中空主体包括从所述导体组合件延伸出的平面第一部分。

6.如权利要求5所述的电力变压器，其中所述中空主体包括相对于所述中空主体的所述第一部分垂直地延伸的第二部分。

7.如权利要求2所述的电力变压器，其中所述冷却构件包括被布置在所述第一导体组合件和所述第二导体组合件之间的实心平面主体；以及所述冷却构件包括从所述实心平面主体向外延伸超出所述第一导体组合件和所述第二导体组合件的多个鳍片。

8.如权利要求1所述的电力变压器，其中所述导体组合件是第一导体组合件；以及所述电力变压器还包括第二导体组合件。

9.如权利要求8所述的电力变压器，其中所述冷却构件是第一冷却构件；所述电力变压器还包括第二冷却构件；以及所述第一冷却构件和所述第二冷却构件两者被布置成部分地在所述第一导体组合件和所述第二导体组合件之间。

10.如权利要求9所述的电力变压器，其中所述第一冷却构件从所述电力变压器的第一侧延伸；以及所述第二冷却构件从所述电力变压器的第二侧延伸。

11.如权利要求9所述的电力变压器，其中所述第一冷却构件和所述第二冷却构件每个包括包含液体的中空主体，所述液体配置成(i)由通过所述电力变压器的操作产生的热加热，以及(ii)通过冷却和/或凝结来耗散通过所述电力变压器的操作产生的热。

12.如权利要求5所述的电力变压器，其中所述平面第一部分包括第一区段和第二区段；以及所述第一区段和所述第二区段被布置在所述铁心的突出部的相对侧上。

13.如权利要求2所述的电力变压器，其中所述冷却构件包括水平平面部分和竖直平面部分，其中所述水平平面部分的至少一部分被布置在所述第一导体组合件和所述第二导体组合件之间。

14.如权利要求13所述的电力变压器，其中所述竖直部分被布置成使得所述竖直部分不与所述多个导体组合件中的任一个接触且不与所述铁心接触。

15.如权利要求13所述的电力变压器，其中所述竖直部分与水平部分流体连通。

16.如权利要求13所述的电力变压器，其中所述竖直部分包括多个冷却鳍片。

17.一种制造电力变压器的方法，所述方法包括：

提供铁心；

提供多个平面导体组合件，所述平面导体组合件包括多个平面导电层和多个平面绝缘层；以及

将冷却构件插入在所述多个平面导体组合件的相邻的平面导体组合件的绝缘层之间。

18.如权利要求17所述的方法，还包括将所述铁心的至少一部分插入所述多个平面导体组合件内。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述铁心包括被配置成独立地插入所述多个平面导体组合件的孔内的顶部部分和底部部分。

20.如权利要求17所述的方法，其中所述冷却构件包括水平平面部分和竖直平面部分，所述水平平面部分的至少一部分被布置在相邻的导体组合件之间，且所述竖直平面部分包括热管和冷却鳍片中的至少一个。