CN205828113U - 变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施方式公开了一种变压器。该变压器包括：由外侧壁(13)、内侧壁(15)和相对布置的绝缘端板(14)组成的外壳(1)，外壳(1)密封包围一内部空间(11)并成形为环绕与内部空间(11)隔离的铁芯通道(12)；铁芯(2)，穿过外壳(1)中的铁芯通道(12)并位于外壳(1)的内部空间(11)之外；绝缘介质(3)，容纳在外壳(1)的内部空间(11)中；线圈(4)，容纳在外壳(1)的内部空间(11)中并浸没在绝缘介质(3)中，并且被定位为围绕铁芯(2)的一部分；以及磁场屏蔽件，用以至少屏蔽通过绝缘端板(14)从外壳(1)中泄露出来的磁通量。该变压器减小了磁场泄露水平。

Description

变压器

技术领域

本实用新型的实施方式涉及变压器，尤其涉及牵引变压器的磁场屏蔽。

背景技术

牵引变压器是用于为例如机车等的设备提供动力的变压器。牵引变压器的主动部分通常指线圈、铁芯等部分。牵引变压器的主动部分(尤其是线圈)在工作中由于电阻的通电生热效应而产生大量的热。在传统的牵引变压器中，整个主动部分都浸没在油箱的绝缘油中，以便于高效地对在工作中的变压器的主动部分进行散热。但是，由于牵引变压器的整个主动部分都浸没在绝缘油中，用于容纳整个主动部分的油箱的体积将非常大，这将占用例如机车等的交通工具的有限空间。同时，为了浸没整个主动部分，需要大量的绝缘油，这也导致了牵引变压器的总重量的大幅增加，而这对于例如机车的交通工具的工作是非常不利的，因为牵引变压器的重量的增加将导致交通工具的有效载荷的变小，并将增大对承载交通工具的轨道的磨损。

实用新型内容

本实用新型的实施例提出仅将牵引变压器的一部分浸入绝缘介质中来减小油箱体积和所需的绝缘介质的量，从而减小牵引变压器的总体积和总重量。即，仅将发热最为严重的牵引变压器的线圈浸入绝缘介质中，而牵引变压器的铁芯则不浸入绝缘介质中。

在这种设计中，为了避免外露的铁芯与容纳绝缘介质的外壳之间形成电回路而导致在电回路中由于变压器产生的磁通量带来感生电动势并因此产生发热，需要用绝缘材料形成外壳的端面，以阻断外壳与铁芯之间的电连接。在这种情况下，与其中铁芯和线圈都完全位于绝缘介质中的传统的变压器相比，在容纳绝缘介质以及线圈的外壳中由线圈通电产生的磁场将更多地通过外壳的绝缘端面从外壳中泄露出来。这将导致对周围环境的磁污染。泄露的磁场可能会对人体产生不利影响。另外，在该变压器是安装于例如列车的底部上的牵引变压器的情况下，变压器的向下泄露的磁场还会影响列车上的靠近铁轨的各种传感器的正常工作。因此，各国对变压器、尤其是牵引变压器的磁场泄露具有严格的标准。为此，针对上述的铁芯位于绝缘介质外部的变压器，需要进一步提供磁场防护措施。

根据本实用新型的实施方式，提供一种变压器，包括：由外侧壁、内侧壁和相对布置的绝缘端板组成的外壳，所述外壳密封包围一内部空间并成形为环绕与所述内部空间隔离的铁芯通道；铁芯，穿过所述外壳中的所述铁芯通道并位于所述外壳的所述内部空间之外；绝缘介质，容纳在所述外壳的所述内部空间中；线圈，容纳在所述外壳的所述内部空间中并浸没在所述绝缘介质中，并且被定位为围绕所述铁芯的一部分；以及磁场屏蔽件，用以至少屏蔽通过所述绝缘端板从所述外壳中泄露出来的磁通量。

根据本实用新型的实施方式，所述磁场屏蔽件包括屏蔽罩，所述屏蔽罩包围所述绝缘端板的下部区域。

根据本实用新型的实施方式，所述屏蔽罩包围所述绝缘端板的下部区域的周缘和端面。

根据本实用新型的实施方式，所述屏蔽罩延伸至所述铁芯的下表面的高度附近。

根据本实用新型的实施方式，所述屏蔽罩被固定到所述铁芯的下表面。

根据本实用新型的实施方式，所述磁场屏蔽件包括屏蔽板，所述屏蔽板跨越所述绝缘端板和所述外侧壁覆盖整个所述外壳的底部。

根据本实用新型的实施方式，所述屏蔽板向上延伸至所述铁芯的下表面的高度附近。

根据本实用新型的实施方式，所述铁芯的暴露于所述铁芯通道以外的部分被围壳包围，所述围壳部分覆盖所述绝缘端板的端面，并且所述屏蔽板固定到所述围壳上。

根据本实用新型的实施方式，所述磁场屏蔽件由以下材料中的任一种制成：铝片、硅钢片、铜片、铝片和硅钢片的层叠片。

根据本实用新型的实施方式，所述磁场屏蔽件还被配置为向所述绝缘端板提供机械防护。

根据本实用新型的实施方式的变压器的铁芯位于变压器的壳体外部，从而使得对于壳体中用于浸没变压器的主动部分的绝缘介质的量的需求变少，从而减小变压器的体积和重量。通过设置适当的磁场屏蔽件而阻挡通过外壳的绝缘端板从外壳泄露的磁通量，从而能够减小变压器对环境的磁污染，减小泄露的磁场对附近的其他设备的影响，以及满足各国对变压器的磁泄露水平的要求。

附图说明

本实用新型的上述和其它目的以及特性结合以下对所附附图的详细描述将变得更加明显，其中：

图1是根据本实用新型的第一实施方式的牵引变压器的立体图；

图2示出根据本实用新型的实施方式的牵引变压器的壳体；

图3是根据本实用新型的实施方式的牵引变压器的主动部分的截面示意图；

图4是根据本实用新型的第一实施方式的牵引变压器的正视图；

图5是根据本实用新型的第一实施方式的牵引变压器的侧视图；

图6是根据本实用新型的第二实施方式的牵引变压器的立体图；

图7是根据本实用新型的第二实施方式的牵引变压器的仰视图；

图8是根据本实用新型的第二实施方式的牵引变压器的正视图。

纵观以上附图，相同的附图标记将被理解为指代相同的、类似的或相应的特征或功能。

具体实施方式

现在将对本实用新型的实施例做出参考，实施例的一个或多个示例由附图所示出。实施例通过本实用新型的阐述所提供，并且不旨在作为对本实用新型的限制。例如，作为一个实施例的一部分所示出或描述的特征可能在另一个实施例中被使用以生成又一进一步的实施例。本实用新型旨在包括属于本实用新型范围和精神的这些和其他修改和变化。

图1示出了根据本实用新型的第一实施方式的牵引变压器。该牵引变压器用于安装到例如有轨列车等的交通工具的底部，以将来自输电线路的电力转换为可供交通工具上的电动机使用的电压，从而电动机可以利用该转换后的电压而牵引该交通工具行进。

与传统的牵引变压器相同的是，根据本实用新型的实施方式的牵引变压器也通过缠绕在铁芯2上的初级线圈和次级线圈而将施加在初级线圈上的第一交流电压转变为从次级线圈输出的第二交流电压，其中铁芯用于将初级线圈中产生的磁通量传导通过次级线圈以便在次级线圈中产生感生电动势。与传统的牵引变压器一样，在工作中，线圈和铁芯也将会由于其自身的电阻而产生大量的热，并因而同样具有散热的需求。

与传统的牵引变压器不同的是，根据本实用新型的实施方式的牵引变压器并不将线圈和铁芯(统称为主动部分)全部浸入油箱的绝缘介质(例如，绝缘油)中进行散热，而是仅将发热最为严重的线圈部分浸入油箱的绝缘油中进行高效的散热冷却，而发热相对较轻的铁芯2部分则不浸入绝缘油中而仅通过空气散热。这样的设计可以显著减小油箱的体积以及所需的油量，从而减小牵引变压器在交通工具上所占用的空间和为交通工具带来的重量负荷。

为此，根据本实用新型的实施方式的牵引变压器具有具体如图2-3所示的外壳1。该外壳1可以由外侧壁13、内侧壁15和两个相对布置的端板14组合而密封形成内部空间11，同时外壳1的内侧壁15还成形为环绕与内部空间11隔离的两个铁芯通道12。铁芯通道12贯穿外壳1内部的内部空间11并从两侧的端板14中的开口与外壳的外部连通。

在外壳1中的密封形成内部空间11中，围绕这两个铁芯通道12，即围绕两个内侧壁15分别缠绕有线圈4(包括初级线圈和次级线圈)。另外，在内部空间11中填充有绝缘介质3。由此，线圈4被浸没在绝缘介质3中。

环形的铁芯2穿过外壳1中的这两个铁芯通道12并且其两端的连接部分伸出到铁芯通道12外部(即外壳1的端板14的外侧)。由于铁芯通道12是与外壳1的内部空间11完全密封隔离的，因此铁芯2完全位于外壳1的内部空间11之外而不被外壳1中的绝缘油3所浸没。同时，因为铁芯2穿过铁芯通道12，而且线圈4在内部空间11中围绕铁芯通道12缠绕，因此围绕两个铁芯通道12的线圈4也分别围绕铁芯2的两个支腿。这样，没有被绝缘油浸没的铁芯2仍然可以像传统的变压器中的铁芯一样将一个线圈中产生的磁通量传导到另一个线圈中。

如图3所示，由于根据本实用新型的实施方式的牵引变压器中的铁芯2与线圈4由外壳1的内侧壁15隔离而并不直接相互接触和支撑，因此外壳1以及其内部的线圈4和绝缘介质3的整体重量需要另外地被可靠地支撑。为此，如图1和4所示，外壳1的两端的端板14通过支撑件5被支撑在一底座6上。底座6可以直接安放在交通工具的底板上或适当位置处。同时，铁芯2的从铁芯通道12中露出的部分也被固定至底座6。由此，整个变压器都被固定支撑到底座6上，从而固定安装到交通工具上。在一个实施例中，可以用拉杆穿过支撑件5、底座6和铁芯2而将它们连接在一起。还可以在铁芯2的从铁芯通道12中露出的部分的下表面上用拉杆再连接第二支撑件7，以为铁芯2提供更牢固的支撑。

根据本实用新型的实施方式的牵引变压器的铁芯2并没有像传统变压器一样浸没在绝缘油中，而是暴露于外部环境中，并且外壳1、铁芯2以及变压器的其他附件还被支撑在底座6上。由于底座6、支撑件5等通常由导电的金属材料制成，并且外壳1的外侧壁13通常也由金属制成以屏蔽外壳1内的线圈4产生的磁通量，因此在将外壳1通过支撑件5连接到底座6时，在外壳1、支撑件5、底座6以及铁芯2之间有可能形成导电回路，使得通过铁芯2传导的磁通量以及部分漏磁也会穿过所形成的导电回路。这将导致在形成的导电回路中产生感生电动势，并由此在该导电回路中产生大量的热，使得组成该导电回路的变压器零件短时间内产生高温而过热，这甚至会导致变压器的失效。同时，大量的热的产生也导致了变压器的高的热损耗。因此，为了避免形成以上回路而带来负面影响，组成外壳1的两个端板14要由绝缘材料制成。绝缘端板14能够阻止外壳1与铁芯2以及底座6之间的电连接，由此避免形成以上导电回路。例如，绝缘端板14可以由复合材料制成。

由于绝缘端板14具有很弱的磁屏蔽效果，由外壳1内的线圈4工作时产生的磁通量会通过绝缘端板14从外壳1中泄露出来。根据本实用新型的实施例，为了衰减由线圈4产生的磁通量通过绝缘端板14从外壳1中的泄露，以减少对环境的磁污染和对附近其他电子设备的影响以及满足监管要求，在牵引变压器中安装有磁场屏蔽件，用以至少屏蔽通过绝缘端板14从外壳1中泄露出来的磁通量。

根据本实用新型的实施例，如图1和图4-5所示，磁场屏蔽件包括两个屏蔽罩8。屏蔽罩8可以通过铁芯2下方的第二支撑件7被支撑在变压器上。两个屏蔽罩8分别包围两个绝缘端板14的下部区域。具体地，屏蔽罩8具有基本平行于绝缘端板14的端面的表面81和基本平行于绝缘端板14的厚度方向的表面82，并基本沿着绝缘端板14的下部周缘轮廓延伸，以包围绝缘端板14的下部区域的周缘和端面。屏蔽罩8的表面81和82可以延伸到铁芯2的下表面的高度附近，以尽可能多地包围住绝缘端板14。这样，屏蔽罩8可以基本阻挡从外壳1中通过绝缘端板14泄露的磁通量朝向变压器的下方的扩散。这对于将牵引变压器安装在列车的底部的情形中是特别有利的，因为牵引变压器的下部靠近列车在其上行驶的轨道，而屏蔽罩8防止了泄露的磁通量从列车底部扩散而污染列车外部的环境并影响列车上的位于轨道附近的对磁场敏感的传感器(例如计轴传感器)的正常工作。

屏蔽罩8可以由各种可以屏蔽磁场的材料制成，包括但不限于铝片、硅钢片、铜片、铝片和硅钢片的层叠片等。屏蔽罩8的厚度可以根据变压器的功率以及对变压器的磁泄露的要求而确定。例如，在对于磁泄露的要求不那么严格的情况中，可以采用6毫米厚的铝板制作屏蔽罩8，以达到合格的对变压器底部的磁屏蔽效果。

另一方面，金属的底座6、支撑件5、以及外壳1周围的一些金属制成的附件(例如散热器、泵等)也都能起到一定的磁屏蔽的作用。这些围绕外壳1布置的金属零件也可以至少部分地在变压器的侧向屏蔽从外壳1中通过绝缘端板14泄露的磁通量。另外，在某些实施方式中，还可以通过在整个变压器的外部或变压器的局部罩上外罩以在其他方向上屏蔽从变压器的磁泄露。

图6-8示出了根据本实用新型的第二实施方式的牵引变压器。该第二实施方式的牵引变压器与图1中的实施方式的牵引变压器的区别主要在磁屏蔽配置上。在该实施方式中，磁场屏蔽件包括屏蔽板9。屏蔽板9跨越两个绝缘端板14和外侧壁13覆盖整个外壳1的底部。屏蔽板9还可以在外壳1的外侧壁13沿其延伸的侧向上朝上方延伸至铁芯2的下表面的高度附近，以阻止磁通量从外壳1的侧向上泄露。由于屏蔽板9覆盖了外壳1从一端的绝缘端板14跨越外侧壁13到另一端的绝缘端板14的整个底部，从外壳1中泄露出的位于外壳1的整个下方的磁通量都无法穿过该屏蔽板9而从变压器的底部泄露出去。这进一步提高了对变压器的底部的磁屏蔽效果，并对于对变压器底部的磁泄露有更为苛刻标准的情形是特别有利的。

屏蔽板9可以由各种可以屏蔽磁场的材料制成，包括但不限于铝片、硅钢片、铜片、铝片和硅钢片的层叠片等。屏蔽板9的厚度可以根据变压器的功率以及对变压器的磁泄露的要求而确定。例如，在对于磁泄露的要求苛刻的情况中，可以采用夹心的复合板来制作屏蔽板9，其中复合板的中间层为3毫米的硅钢板，复合板的包围中间层的上层和下层为2毫米的铝板，以提高屏蔽板9的磁屏蔽效果。

在该实施例中，铁芯2的暴露于铁芯通道12以外的部分还可以被围壳10包围，甚至变压器的绝缘端板14所在的端部在铁芯2以下的部分都可以被围壳10包围。这样，围壳10覆盖两个绝缘端板14的端面的下部。围壳10也可以由磁屏蔽材料制成，例如由金属制成，以阻止外壳1中的磁通量通过绝缘端板14从变压器的侧向泄露到变压器外部。在这种情况下，屏蔽板9可以固定到该围壳10上。

围壳10可以与底座6分别制作并然后被固定到底座6上。作为替代，围壳10也可以与底座6一体形成并作为底座6的一部分。

当将以上各实施方式的牵引变压器安装在交通工具的底部上时，尤其是当牵引变压器的下部暴露在例如列车的底盘外而接近地面时，变压器中的磁场屏蔽件(包括屏蔽罩8或屏蔽板9)还可以用于向两个绝缘端板14提供机械防护。因为例如由复合材料制作的绝缘端板14通常具有较弱的机械强度，当其暴露于列车底部的外部而靠近地面时，其容易受到列车底部的轨道上的道砟的飞溅冲击而破裂损坏从而导致外壳1内的绝缘介质的泄露。覆盖绝缘端板14底部的磁场屏蔽件因而可以阻挡飞溅的道砟对绝缘端板14的直接冲击，从而为绝缘端板14提供机械防护。

本文中所指的上、下等方位都是以变压器通过底座6被水平安装就位而进行正常工作时的定向为基准的。例如，当变压器被水平安装在列车的底盘上时，关于变压器的“上”的方位是指垂直于底盘平面朝上的方向，关于变压器的“下”的方位是指垂直于底盘平面朝下的方向。

虽然以上以牵引变压器为示例描述了根据本实用新型的实施方式，但应当了解，本实用新型的各实施方式也适用于其他类型的变压器，包括但不限于测量变压器、辅助变压器、三相配电变压器、单相配电变压器、与动力电子转化器集成的变压器等。

应当留意的是，上述的实施例的给出用于描述本实用新型的原理，而不是限制其范围；并且应当理解的是，可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下采取修改和变化，对此本领域技术人员将很容易理解。这些修改和变化被认为是在本实用新型和所附权利要求的范围之内。本实用新型的保护范围由所附权利要求所限定。另外，在权利要求中的任何附图标记不应该被解释为是对权利要求的限制。动词“包括”及其变体的使用并不排除存在权利要求所述以外的元件或步骤。元件或步骤前的不定冠词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

Claims (10)

1.一种变压器，其特征在于，包括：

由外侧壁(13)、内侧壁(15)和相对布置的绝缘端板(14)组成的外壳(1)，所述外壳(1)密封包围一内部空间(11)并成形为环绕与所述内部空间(11)隔离的铁芯通道(12)；

铁芯(2)，穿过所述外壳(1)中的所述铁芯通道(12)并位于所述外壳(1)的所述内部空间(11)之外；

绝缘介质(3)，容纳在所述外壳(1)的所述内部空间(11)中；

线圈(4)，容纳在所述外壳(1)的所述内部空间(11)中并浸没在所述绝缘介质(3)中，并且被定位为围绕所述铁芯(2)的一部分；以及

磁场屏蔽件，用以至少屏蔽通过所述绝缘端板(14)从所述外壳(1)中泄露出来的磁通量。

2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述磁场屏蔽件包括屏蔽罩(8)，所述屏蔽罩(8)包围所述绝缘端板(14)的下部区域。

3.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述屏蔽罩(8)包围所述绝缘端板(14)的下部区域的周缘和端面。

4.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述屏蔽罩(8)延伸至所述铁芯(2)的下表面的高度附近。

5.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述屏蔽罩(8)被固定到所述铁芯(2)的下表面。

6.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述磁场屏蔽件包括屏蔽板(9)，所述屏蔽板(9)跨越所述绝缘端板(14)和所述外侧壁(13)覆盖整个所述外壳(1)的底部。

7.根据权利要求6所述的变压器，其特征在于，所述屏蔽板(9)向上延伸至所述铁芯(2)的下表面的高度附近。

8.根据权利要求6所述的变压器，其特征在于，所述铁芯(2)的暴露于所述铁芯通道(12)以外的部分被围壳(10)包围，所述围壳(10)部分覆盖所述绝缘端板(14)的端面，并且所述屏蔽板(9)固定到所述围壳(10)上。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的变压器，其特征在于，所述磁场屏蔽件由以下材料中的任一种制成：铝片、硅钢片、铜片、铝片和硅钢片的层叠片。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的变压器，其特征在于，所述磁场屏蔽件还被配置为向所述绝缘端板(14)提供机械防护。