CN109923626B - 用于电感应装置的芯体 - Google Patents

Abstract

一种用于电感应装置的芯体(1)，所述芯体具有多个能够磁化的板材，所述板材在构成板材堆的情况下相互贴靠，其中，布置在两个板之间的间隔装置(9)构成至少一个冷却通道(10)，为了提供能够在热学上更高地受载并且同时实现更好的冷却的芯体而建议，间隔装置(9)至少部分地由金属构成。

Description

用于电感应装置的芯体

技术领域

本发明涉及一种具有多个可磁化的板材的用于电感应装置的芯体，所述板材在构成板材堆的情况下相互贴靠，其中，布置在两个板材之间的(多个)间隔装置构成至少一个冷却通道。

背景技术

这种芯体在不断的实践中已知并且用于电感应装置、例如变压器或者扼流圈中。为了抑制涡流，所述芯体具有多个平坦的可磁化的板材，所述板材在构成板材堆的情况下以其平坦侧相互贴靠。在两个板材之间可以布置间隔装置，布置在两个板材之间的间隔装置与所述两个板材共同限定出冷却通道。所述冷却通道实现了在芯体中产生的损耗热量的排出。然而不利的是，间隔装置需要附加的空间并且降低了芯体的填塞系数。此外，间隔装置在其贴靠处覆盖了两个板材的较大部分的表面。相应的板材的该部分由于间隔装置的材料的低导热率而无法用于热对流。

尤其在使用用于绝缘和用于冷却感应装置的有源件的新型绝缘流体方面值得期望的是，能够将芯体尽可能紧凑地构造为有源件的组成部分，其中，同时实现良好的冷却。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种开篇所述类型的芯体，所述芯体能够更高地热负载并且同时实现更好的冷却。

本发明这样解决所述技术问题，即间隔装置至少部分地由金属构成。通过使用至少区段性地是金属的间隔装置，在芯体中形成了更高的导热率。

间隔装置在芯体的冷却通道中这样进行布置和设计，使得在限定冷却通道的芯体板和间隔装置之间构成用于向金属的间隔装置进行热传递的接触面，并且间隔装置的没有贴靠在芯体板上的外表面构成用于向位于冷却通道中的冷却流体放出热量的对流面。由此使得从芯体向绝缘流体的热传递更容易，从而产生更高的冷却效率。换言之，在本发明的范围中提高了能够用于热传导和对流的面积。这导致了更有效的冷却。按照本发明的芯体能够在配设更小的冷却通道或者配设数量减少的冷却通道的情况下实现相同的冷却效率，从而使得芯体构造得更紧凑。

间隔装置按照现有技术选择的材料通常无法承受尤其是使用能够在热学上更高地受载的绝缘流体、例如酯油时的许用温度。按照本发明的金属的间隔装置能够承受更高的温度而不会造成损坏。

按照本发明，芯体由此能够承受更高的热载荷。除此之外取消了按照现有技术的在机械上软的并且通常由可承受的热载荷较低的材料制造的间隔装置。此外，金属的间隔装置是成本低廉的，因此与现有技术相比，按照本发明的芯体的制造成本降低。

所使用的至少区段性地是金属的间隔装置优选设计为扁平的杆。在板材堆中，间隔装置以其平的侧平面贴靠在包围冷却通道的芯体板上。

间隔装置有利地在其朝向板材的每一侧上配设有电绝缘的绝缘层。而间隔装置的没有朝向板材的两侧不具有绝缘层。以此方式能够避免在芯体板之间造成环形电流的桥接作用并且能够避免在间隔装置中造成涡流。作为绝缘层例如考虑磷化层或者由层厚较小的绝缘漆构成的层。

在本发明的一种优选的实施方案中，间隔装置是相互间隔距离地布置的实心的杆，其中，优选使用由钢或者铝制成的半成品制造间隔装置。间隔装置在相邻的芯体板上优选具有突起，从而进一步扩大能够用于对流的面积。

按照本发明的另一种有利的设计方案，间隔装置不是设计为连续的杆，而是构成在板材面上相互间隔布置的间隔部段。

该间隔部段优选在芯体板表面上相互错开地布置，以便能够使绝缘流体的流动形成涡流。

间隔装置优选至少部分地设计为空心型材。由于所述空心型材在其内表面上也与流动的绝缘流体接触，因此扩大了用于对流的表面积并且由此进一步提高了冷却的有效性。空心型材能够在市场上成本低廉地获得。

按照另一种变型方案，间隔装置具有多个相互间隔地布置的间隔部段，所述间隔部段通过连接桥相互连接，其中，所述连接桥的高度最多与冷却通道的高度的一半对应，从而不阻碍冷却液的流动。该连接桥有利地设计为，使得所述连接桥有助于冷却液的流动形成涡流。

在另一种变型方案中，间隔装置至少部分地设计为圆棒。

按照本发明的一种优选的设计方案，间隔装置至少部分地由可磁化的材料、尤其是层状的可磁化的板材制造。可磁化的间隔装置能够如芯体其余的板材一样接受磁通量并且以此方式有助于增大芯体中的有效横截面。按照本发明的这种扩展设计特别有利的是，间隔装置由层状的可磁化的板材构成。可磁化的板材的层状的设计用于抑制在间隔装置中产生涡流。

在本发明的另一种设计方案中，仅间隔装置的分别贴靠在芯体的板材的外侧的区域由可磁化的材料制造，而内部的区域由尽可能不可磁化的材料构成。

间隔装置的可磁化的材料优选具有易磁化方向。

在本发明的一种优选的设计方案中，以与包围冷却通道的芯体板相同的层向和易磁化方向布置间隔装置的板材。

间隔装置的层状的板材通过粘合剂或者漆连接成板条状的板材组。

易磁化方向适宜地定向，因此易磁化方向例如适宜地在板材棱边相互接合，并且在构成接缝的芯体区域中、相对于延伸穿过芯体的所述接缝倾斜地或者成角度地延伸。该芯体区域以下被称为接合区域(Stoβbereich)。分别由两个相互接合的板材构成的接缝可能在板材的层与层之间相互错开。通过磁性的间隔装置磁地桥接所述接缝并且降低所述接缝的磁阻。

间隔装置优选在芯体板的接合区域上延伸，间隔装置和板材堆的相互接合的板材棱边在此在芯体的剖切的侧视图中形成角度。在本发明的范围中可以在考虑到芯体板的易磁化方向以及间隔装置的易磁化方向的情况下这样设计所述角度，使得形成期望的磁通量分布。

在一种优选的设计方案中，由具有易磁化方向的磁性材料构成的间隔装置在芯柱板材和磁轭板材之间的接缝的区域中这样定向，使得间隔装置的磁性材料的易磁化方向和接缝之间的角度介于70°和110°之间。通过这种布置能够实现接缝的良好的桥接以及在包围冷却通道的芯体区域中的有利的磁通量分布。

在本发明的另一种设计方案中，间隔装置装备有至少一个弹簧元件。所述弹簧元件提供了一定的缓冲。这因此使得芯体的制造更容易并且此外改善了芯体内的机械载荷分布。这种效果产生了缓冲并且由此减少由于磁致伸缩产生的芯体噪声。

间隔装置有利地由金属网格或者线材网格构成。金属网格或者线材网格是成本低廉的并且能够在制造芯体时简便地置入两个芯体板之间。不导电的锁定装置有利地集成在金属网格结构的孔中。由此进一步地简化了按照本发明的芯体的制造。因此板材例如可以装备从所述板材的堆叠面突伸的固持销。

金属网格有利地在板材堆中弹性地弯曲地固持。按照本发明的这种设计方案，金属网格提供了上文已经描述的有利的弹簧效果，从而实现芯体的机械缓冲、简化的制造和更好的机械固持。

在本发明的与之相关的适宜的扩展设计中，间隔装置设计为金属丝网。金属丝网也能够低成本地在市面上获得。构成金属丝网的金属丝优选具有圆形或者椭圆形的横截面，从而在金属丝网中避免可能损害芯体板的绝缘结构的棱边或者尖端。呈波状的金属丝编织网能够用于多种不同的变型方案，由此能够简便地适配芯体的几何关系。

金属丝网或者金属丝编织网例如由两条相互编织的金属丝和/或在必要时由附加的强化金属丝构成。两条金属丝在此能够彼此呈波状。与之不同是，波状的金属丝围绕笔直的非波状的金属丝。在另一种变型方案中，间隔装置设计为螺旋弹簧金属丝网。

这种编织网有利地这样设计，使得金属丝编织网的在芯体随后的安装位置中尽可能水平地布置的部分金属丝的波形这样构造，使得竖直的冷却通道最多覆盖冷却通道宽度的一半。该连接桥有利地设计为，使得所述连接桥有助于冷却液的流动形成涡流。

按照本发明的一种优选的设计方案，间隔装置具有固定区段，间隔装置以所述固定区段从板材组中延伸出来。所述固定区段可以用于固定然而也可以用于抬升或者运输芯体。通过为间隔装置选择金属材料能够构成机械稳定的固定区段。

其它优点在于，固定区段构成钩、吊环或者类似的用于使芯体的抬升或者固定更容易的结构。

固定区段适宜地装备有连接固持装置。所述连接固持装置例如同样由金属材料制造并且牢固地与固定区段连接、例如成型在所述固定区段上。连接固持装置用于与感应装置的部件、例如变压器的盖机械连接。

在间隔装置由可磁化的材料构成的本发明的变型方案中有利的是，所述间隔装置具有由非磁性的金属材料构成的内部区域。在间隔装置的横截面视图中由此形成了夹层布置结构，其中，内部区域被间隔装置的两个外部的可磁化的区段嵌入。两个外部的可磁化的区段分别朝向芯体的板材堆。

在与之相关的扩展设计中，外部的可磁化的区域同样由层状的可磁化的板材构成。

上部的磁轭的间隔装置适宜地在这样的侧面(所述侧面当用于变压器中时面对导引高压电的绕组)上延伸超出磁轭的下棱边，并且在磁轭(5)的覆盖部的区域中在绕组上方构成区段性地覆盖磁轭(5)的弯曲部。所述弯曲部用于避免高的电场强度。

附图说明

本发明的其它适宜的设计方案和优点是接下来对本发明的实施例或者参照附图的图形的说明中的技术方案，其中，相同的图形参考作用相同的部件，并且其中，

图1在剖切的侧视图中示意性地示出了按照本发明的芯体的实施例，

图2示意性地示出了芯体，所述芯体由层状的平坦的单独的板材构成并且既具有按照现有技术的间隔装置也具有按照本发明的金属的间隔装置，

图3在侧视图中示意性地示出了带有间隔装置的接合区域，

图4示出了带有间隔装置的其它接合区域，

图5示出了按照本发明的芯体的另一个实施例，

图6示出了按照本发明的芯体的另一个实施例，

图7示出了用于按照本发明的芯体的指状的间隔装置，

图8示出了具有按照图7的间隔装置的芯体并且

图9示意性地示出了间隔装置9的实施例，

图10在横截面视图中示出了具有按照图9的间隔装置的芯体1的实施例，

图11和12示出了间隔装置的其它实施例，

图13和14示出了按照本发明的芯体的其它实施例。

具体实施方式

图1在局部剖切的侧视图中示出了按照本发明的芯体1。所述芯体具有三个芯柱2、3和4。除此之外芯体1具有上部的磁轭5以及下部的磁轭6。芯体1由扁平的、即平面的可磁化的板材制造，以便在变压器中或者扼流圈中使用时避免涡流损耗。板材以其平坦侧相互贴靠。图1在俯视图中示出了芯体1中央的板材。板材的堆叠方向显示为指向图面中或者从所述图面向外指向。

在接合区域7中，芯柱2的所示的板材在其两个端部V形地构造。所示的板材在此在构成接缝的情况下与上部或者下部磁轭4、5的板材接合。这相应地适用于位于图面下方或者上方的板材。其它的接合区域8在芯柱3和4以及上部的磁轭5或者下部的磁轭6之间产生。芯体1的相互贴靠的板材在接合区域8中同样构成倾斜地延伸的接缝。

在两个相互平行地延伸的板材之间布置有由金属材料制造的间隔装置9。中部的芯柱2的间隔装置在所示的实施例中设计为实心的杆，其中，所述杆在所示的实施例中在横截面中矩形地设计。冷却通道10在间隔装置9之间延伸，所述间隔装置位于同一个平面中并且相互之间具有相同的距离。

而芯柱3和4的间隔装置9不是设计为连续的杆。而是所述间隔装置设计为块的形式，其中，单独的块不是相互连接的，而是限定横向通道，沿着芯柱3、4的纵向相互平行地延伸的冷却通道10通过所述横向通道相互连接。箭头11示意性地示出了绝缘流体在该区域中的流动。间隔装置9的块状的设计能够在本发明的另一种设计方案中通过使用线材网格或者类似的装置实现。

损耗热由板材传递至流动通过冷却通道10的绝缘流体中并且因此能够被有效地从芯体1排出。

图2示出了芯体1的芯柱的板材组的结构，所述芯柱既装备有按照本发明的间隔装置9也装备有按照现有技术的间隔装置12。在芯体1的相对于图1放大了的视图中能够在下半部分中看出按照本发明的金属的间隔装置9，同时在图2的上部中的按照现有技术的间隔装置12由绝缘的材料制造。板材的朝向冷却通道10的外表面在此以加粗的线示出，所述外表面同时实现了与在冷却通道10中流动的绝缘流体进行热交换。以此方式能够看出，在使用金属的间隔装置9的下部中的冷却通道10完全地被导热的边界包围。而在间隔装置12的平坦侧和冷却通道10中的绝缘流体之间不进行热交换。在按照现有技术的芯体中，仅通过限定冷却通道的板材的平坦侧实现热交换。由此表明了，热交换在本发明的范围中得到了改善。

此外，所示的实施例中的间隔装置9由层状的可磁化的板材构成。间隔装置9的板材在实施例中沿着相同的层向和易磁化方向布置，并且由与包围冷却通道10的芯体板13相同的材料制成。

在示出的芯体区段中因此通过间隔装置9增大了芯体的磁性有效横截面。间隔装置9因此被磁化，以便接受穿过芯体1的磁通量。芯体的填塞系数提高。这种效果可以用于为了减小芯体噪声而降低最大磁感应强度或者用于降低芯柱的直径。

图3更详细地示出了按照本发明的芯体的接合区域7。可以看出的是，在接合区域7中构造有接缝，所述接缝由利用其棱边进行相互接合的板材构成。板材对的接缝层与层地相互错开。这由虚线表明，所述虚线表明了位于图面之后的接缝。在所示的实施例中，芯柱2的间隔装置9由网状的可磁化的材料制造，所述材料具有易磁化方向。此外，网状的可磁化的间隔装置9延伸至上部和下部的磁轭中。芯体的板材的易磁化方向和间隔装置9的易磁化方向由双箭头表明。

在所示的实施例中重要的是，间隔装置9成角度地延伸穿过接合区域7并且由此成角度地穿过在那里构成的接缝。如果芯体用于变压器或者扼流圈中，则间隔装置9的易磁化方向和芯体1的层状的板材的易磁化方向相对于彼此并且相对于接缝这样定向，使得在芯体1中产生有利的磁通量分布。

间隔装置9的区段9.5在所示的实施例中不是由可磁化的材料、例如电气钢板制造，而是由不可磁化的金属材料制造，所述区段9.5布置在磁轭区域5中但是布置在接合区域之外并且因此没有经过芯柱的芯体板和磁轭的芯体板之间的接缝。在所述实施例中，间隔装置9的层状的板材通过粘合剂或者漆结合成板条状的组。

图4示出了上部的磁轭和按照图1的芯体的芯柱之间的接合区域8，其中，间隔装置9在此也延伸穿过接合区域8。在所示的实施例中仅有间隔装置9的布置在芯体板材的接合区域8中的区段由可磁化的材料构成，所述区段延伸穿过在板材之间构成的接缝8.2。为了降低空载损耗，芯体磁轭5、6的和芯柱3的板材具有沿着板材的纵向的易磁化方向。因此易磁化方向在接缝8.2处产生了角度为90度的改变。

在按照图4的实施例中，间隔装置9在接合区域8中同样由具有易磁化方向的层状的板材构成。所述易磁化方向通过间隔装置9的相应的剪裁、平行于间隔装置9的长的切割棱边延伸、换言之沿着所述间隔装置9的纵向延伸。这样构成的间隔装置9相对于接缝8.2呈70°至110°之间的角度定向。由此间隔装置9与芯体板材的易磁化方向之间分别产生25°至65°的差值。通过这种布置结构形成了接缝8.2良好的磁性桥接以及在包围冷却通道的芯体区域中形成了有利的磁通量分布。

通过芯体和芯柱的外部的区域由在接合区域中对角线地布置的间隔装置的连接，部分磁通量能够使用缩短的磁路并且卸减了芯柱和芯体磁轭之间的接合区域的内部的角部区域的负荷。

图5示出了按照本发明的芯体1的另一种实施例，所述实施例与图1所示的实施例的区别在于，间隔装置9在所示的横截面视图中不是矩形地而是圆形地构造。在横截面中圆的或者圆形的间隔装置9具有的优点是，能够与芯体1的尺寸无关地选择所述间隔装置的尺寸，因此降低了制造成本。

间隔装置在所述实施例中由铝板构成。

在一个平面、例如平面14中的间隔装置9与相邻的平面15或者16中的间隔装置9错开地布置。因此平面14中的每个间隔装置9与平面15或者16的间隔装置9之间的空隙对置地布置。以此方式方法能够如箭头11所示的那样改善绝缘流体的流动。

图6示出了一种实施例，在所述实施例中间隔装置9构成圆形的金属的间隔部段24。该间隔部段错开地布置在板材的表面上，从而能够使绝缘流体的流动形成涡流。间隔部段24通过示意性地示出的网状的连接桥25相互连接。该连接桥25具有比间隔部段更小的高度，从而不阻碍绝缘流体的流动。由此产生了实现了简便的装配的间隔组件。

图7示出了按照图6的间隔装置9的剖视图。可以看出的是，在板材之间由间隔部段9构成冷却通道10。间隔部段24通过连接桥25相互连接，其中，所述连接桥25的最大高度为间隔部段9的高度的50％，从而不阻碍冷却通道10中的绝缘流体的流动。连接桥25在此设计为，使得所述连接桥有助于绝缘流体的流动形成涡流。

图8和图9示出了间隔装置9的其它示例，所述间隔装置通过金属丝网9.1和9.2实现。所述金属丝网能够低成本地使用并且由于使用圆金属丝9.1或9.2而不具有可能损害芯体板材的绝缘结构的棱边或者尖端。间隔装置9的作为波状的金属丝编织物的设计方案实现了高的设计多样性和对芯体的冷却通道的几何关系的良好的适配可行性。

图10在剖切的侧视图中示出了按照本发明的芯体1的实施例。可以看出的是，金属的间隔装置9设计为实心的构件，其中，所述间隔装置以固定区段17延伸出芯体1。间隔装置9和固定区段17在所述实施例中由钢制造。固定区段17装备有用于固定升降器件的元件，所述升降器件用于抬升或者运输芯体。紧凑的芯体1实现了所述芯体的重力经由相应地构造的间隔装置9和集成在所述间隔装置中的固定区段17的良好的传递。磁轭压力梁上的根据现有技术常见的用于固定升降器件的装置能够取消。

固定区段17除此之外扩大了间隔装置9的表面积，从而进一步改善了芯体1的散热。

此外，在所述实施例中，上部的磁轭5的间隔装置9在用于变压器中时在与导引高压电的绕组26对置的一侧上、延伸超出磁轭5的下棱边，并且在绕组26的覆盖部的区域中构成区段性地覆盖磁轭5的弯曲部18，所述弯曲部覆盖磁轭5的下一个外部的芯体阶梯。由此在高压绕组26的覆盖部的区域中、通过上部的磁轭5遮护芯体磁轭的在耐压强度方面关键的角部。

图11示出了间隔装置9的实施例，所述间隔装置分别配备有用于抬升和运输芯体1的固定区段17。在每个固定区段17中设置有用于固定升降器件的孔19。为了承受芯体1的重量，间隔装置9和配属的固定区段相应地实心地设计。为此需要的宽度导致芯体板的贴靠在冷却通道上的面被局部地覆盖。为了避免这一点，在所述实施例中相关的间隔装置配备有指状的连接条，所述连接条将缺口20分隔开。

指状地布置的连接条在机械上设计为，使得所述连接条能够承受芯体1的重力。所述连接条在此限定缺口20，所述缺口槽状地在两侧从芯体1的磁轭板材中延伸出来并且由此实现冷却流体的流入与流出。

图12示出了该指状的间隔装置9在芯体1中的使用。槽状的缺口20在芯体磁轭的相邻的阶梯1.3的整个高度上延伸并且构成芯体1的冷却通道。在图12右侧示出的间隔装置9配设有固定区段17，所述固定区段突伸出芯体1。在固定区段17中构造有用于安装升降器件的孔19，所述升降器件实现了芯体1的运输和抬升。

图13和图14示出了按照本发明的芯体1的实施例，在所述实施例中，金属的间隔装置9在其固定区段17中构成了连接支架22。在图13所示的视图中，连接支架22在两个间隔装置9处分别沿着水平的方向延伸。所示的连接支架22用于固定壳体部分、例如变压器的盖21。

在图14中，连接支架分别垂直地延伸，其中，盖21构成固定元件23，所述盖21通过所述固定元件固定在连接支架22上。此外，上部的磁轭的间隔装置在此也在覆盖变压器的绕组的区域中在其下棱边处相对于相邻的芯体阶梯延长18并且以大于冷却通道的宽度的半径倒圆，以便在电学上遮护相对于绕组具有最大的板材宽度的磁轭的板材组的芯体角部。

Claims (16)

1.一种用于电感应装置的芯体(1)，所述芯体具有多个能够磁化的板材，所述板材在构成板材堆的情况下相互贴靠，其中，布置在两个板材之间的间隔装置(9)构成至少一个冷却通道(10)，其中，所述间隔装置(9)至少部分地由金属构成，其特征在于，所述间隔装置(9)至少部分地由能够磁化的材料构成。

2.按照权利要求1所述的芯体(1)，其特征在于，所述间隔装置(9)在其朝向相应的板材的一侧配设有电绝缘的绝缘层。

3.按照权利要求1所述的芯体(1)，其特征在于，所述间隔装置(9)由层状的能够磁化的板材构成。

4.按照权利要求1或3所述的芯体(1)，其特征在于，所述能够磁化的材料具有易磁化方向。

5.按照权利要求4所述的芯体(1)，其特征在于，所述易磁化方向与在芯柱(2、3、4)的芯体板(13)和磁轭的芯体板(13)之间构成的接缝(8.2)形成70度至110度的角度。

6.按照权利要求1或2所述的芯体(1)，其特征在于，所述间隔装置(9)具有至少一个弹簧元件。

7.按照权利要求1或2所述的芯体(1)，其特征在于，所述间隔装置(9)由金属网格或者线材网格构成。

8.按照权利要求7所述的芯体(1)，其特征在于，所述金属网格或者线材网格弹性地弯曲地固持在板材堆中。

9.按照权利要求1或2所述的芯体(1)，其特征在于，所述间隔装置(9)以固定区段(17)从芯体(1)中延伸出来。

10.按照权利要求9所述的芯体(1)，其特征在于，所述固定区段(17)构成用于固定或者抬升芯体(1)的钩或者吊环(19)。

11.按照权利要求9所述的芯体(1)，其特征在于，所述固定区段(17)构成用于固定在电感应装置上的连接支架(22)。

12.按照权利要求1或2所述的芯体(1)，其特征在于，在横截面视图中，第一平面(14)的间隔装置(9)与平行于所述第一平面(14)延伸的第二平面(15、16)的间隔装置错开地布置。

13.按照权利要求1或2所述的芯体(1)，其特征在于，所述间隔装置(9)至少部分地设计为空心型材。

14.按照权利要求1或2所述的芯体(1)，其特征在于，间隔装置(9)具有多个相互间隔布置的间隔部段，所述间隔部段通过连接桥相互连接，其中，所述连接桥的最大高度为间隔部段的高度的50％。

15.按照权利要求1或2所述的芯体(1)，其特征在于，所述间隔装置(9)具有由非磁性的金属材料构成的内部区域。

16.按照权利要求9所述的芯体(1)，其特征在于，上部的磁轭(5)的间隔装置(9)在用于变压器中时在与导引高压电的绕组(26)对置的一侧上延伸超出磁轭(5)的下棱边，并且在磁轭(5)的覆盖部的区域中在绕组(26)的上方构成区段性地覆盖磁轭(5)的弯曲部(18)。

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