CN209947601U - 变压器和变压器组件 - Google Patents

Abstract

一种变压器和变压器组件，其包括线圈架(11)，所述线圈架(11)具有沿纵向轴线(9)延伸并包围管道(20)的中空中间部分。线圈架(11)还包括各自邻近中间部分(19)且彼此相对的第一端部(22)和第二端部(23)。第一端部(22)包括适于线圈架(11)的传导冷却的冷却部分(24)。冷却部分(24)包括平行于纵向轴线(9)延伸的冷却肋(25)。变压器(2)还包括延伸通过管道(20)并形成闭环(16)的磁芯组件(15)。磁芯组件(15)具有位于冷却肋(25)附近并垂直于纵向轴线(9)定向的端面(18)。冷却肋(25)平行于纵向轴线(9)突出，直到它们与磁芯组件(15)的端面(18)齐平。线圈架(11)由平面内导热率至少为3W/(mK)的材料制成。

Description

变压器和变压器组件

技术领域

本实用新型涉及一种变压器，其包括沿纵向轴线延伸并包围管道的中空中间部分。线圈架还包括第一端部和第二端部，每个第一端部和第二端部邻近该中间部分定位并且第一端部和第二端部彼此相对。第一端部包括适于线圈架的传导冷却的冷却部分。冷却部分包括平行于纵向轴线延伸的冷却肋。变压器还包括磁芯组件，该磁芯组件延伸穿过管道并形成闭合回路。

背景技术

变压器可用于例如通过电磁感应在两个或多个电子电路之间传输电能。它们可以设计成能够有效地将AC电压从一个电压电平改变到另一个电压电平。

例如，文献RO 128339A2中便公开了这种变压器。其中，变压器包括线圈架，该线圈架周围卷绕着线圈绕组并且适于用来冷却这些绕组。线圈架由两部分组成，且该两部分均包括散热片。第一部分在其顶部具有散热片，该散热片与圆柱形表面和散热表面一体成型。热量通过对流和传导传递到周围环境。

人们使用变压器时关注的问题一般是，随着磁芯组件内温度的升高，线圈架内的温度也随之升高。该温度升高是由产生交变磁场的交变电压引起的，该交变磁场会使得磁芯组件内的磁性元件定向。当这些磁性元件一次又一次地定向时，磁芯组件的温度会增加，这会造成能量的损失。由于芯组件位于线圈架内，线圈绕组卷绕在线圈架周围，因此线圈架以及绕组的温度也会上升。

现有技术中已知的解决方案仅能够使热量不充分地传递远离磁芯组件，并不适用于有效地降低绕组的温度。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的是提供一种变压器，其改进了磁芯组件的热传递，以减少由于热量增加引起的能量损失。

根据本实用新型，磁芯组件具有端面，该端面定位在冷却肋附近并且垂直于纵向轴线定向。冷却肋平行于纵向轴线突出，直到它们与磁芯组件的端面齐平。线圈架由平面内导热率至少为3W/(mK)(瓦/米-开尔文温度)的材料组成。

由于线圈架是高导热材料，因此线圈架本身可用于将热量从磁芯组件和/或绕组传递到线圈架的冷却肋中。由于冷却肋与磁芯组件的端面齐平，因此它们共同形成冷却平面。这种布置使得磁芯组件以及冷却肋能够通过传导冷却方式有效地传递热量。换言之，端面限定了冷却平面，冷却肋沿纵向轴线向上延伸到该冷却平面。因此，端面和冷却肋适于邻接一平面接触表面，以便将热量从变压器传递出去。

关于本实用新型的术语“高导热材料”，其定义为具有平面内导热率至少为3W/(mK)的材料。而用于生产线圈架的常规材料是塑料(例如酚醛树脂)，其平面内导热率仅为0.7W/(mK)。本实用新型的实验已经表明，与已知的解决方案相比，使用高导热材料来制造线圈架能够使得磁芯组件以及绕组中的温度显著地降低。特别地，因为高导热材料的使用，使得组件内温度呈基本上等温分布，所以避免在线圈架内产生热点。因此，线圈架的耐久性也得到改善。

用于确定线圈架材料的平面内导热率的方法在DIN EN821中定义。在本实用新型中，术语“平面内导热率”定义了材料沿平面在材料内传导热量的能力。

优选实施例中，线圈架由平面内导热率为5W/(mK)至20W/(mK)的材料组成，更优选的范围为10W/(mK)至20W/(mK)，最优选地为15W/(mK)。材料的平面内导热率越高，通过线圈架从磁芯组件和/或绕组传递的热量就越多。另一方面，线圈架的导热率越高，材料也越昂贵。因此，必须找到折中的解决方式，使得在线圈架使用高导热材料所产生的益处与由此产生的生产成本有所平衡。

优选地，线圈架由聚苯砜(PPS)组成，其具有15W/(mK)的平面内导热率以及3.5W/(mK)的穿过平面导热率。然而，应当理解的是，也可以使用导热率在权利要求保护的范围内的其他材料，例如聚酰胺12。

进一步优选地，根据一实施例，其中，该中间部分具有沿纵向轴线变化的外径，使得中间部分包括桶状的壳表面。由于壳表面的这种形状，使得内部线圈绕组围绕着中间部分定位在由交流电压产生的边缘磁通场之外。因此，降低了由边缘磁通场引起的线圈绕组的温度升高。

根据本实用新型的另一实施例，第一端部具有沿垂直于纵向轴线的向外方向延伸的轴环，其中冷却肋包括两个主腹板，该两个主腹板定位在该轴环上并且彼此相距一间距相对地定位。优选地，当从上方观察时，腹板具有翼片形状，其中每个主腹板至少部分地定位成与线圈架管道邻近，使得主腹板的至少一部分沿纵向轴线拉长线圈架的管道。

在优选实施例中，磁芯组件沿垂直于纵向轴线的向外方向在相对的主腹板之间从管道延伸，其中磁芯组件的端面平行于轴环定位。可选地，磁芯组件几乎将主腹板之间的间距填满。如果端面平行于轴环定位，则冷却缝与端面完全齐平，以优选地实现与接触表面的全面接触，以便改善传导冷却效果。

进一步优选地，根据一实施例，其冷却肋还包括连接到主腹板之一的辅腹板，其中辅腹板和相应的主腹板围成一指向角。辅腹板增加了冷却部分的表面，以便通过传导冷却方式增加从冷却部分传递的热量。

可选地，辅腹板与相应的主腹板一起各形成冷却单元，其中冷却单元关于纵向轴线彼此点对称。优选地，磁芯组件定位成使得它几乎将相对的腹板之间的间距填满，其中磁芯组件的端面也相对于纵向轴线点对称。

进一步优选地，根据一实施例，其线圈架为一体成型并且由单个部件构成。因为线圈架之间没有间距来中断或减少流过线圈架的热流，所以改善了线圈架的导热性。

本实用新型还涉及一种变压器组件，包括具有用于接收变压器的接收部分的壳体和位于接收部分内的根据本实用新型的变压器。优选地，壳体包括接触表面，该接触表面与变压器的端面以及冷却肋邻接。因此，增加了从变压器到壳体的热传递。

进一步优选地，根据一实施例，该接收部分形成为具有底壁和周围侧壁的桶状物。为了进一步增加变压器和壳体之间的热传递，变压器至少部分地被该桶状物包围。

进一步优选地，根据一实施例，冷却肋以及磁芯组件的端面邻接该底壁。可选地，当冷却肋以及端面停留在壳体内的桶状物的底壁上时，线圈架的纵向轴线垂直于底壁定向。

另一实施例中，接收部分的侧壁具有平行于变压器的纵向轴线定向并且以扇形方式远离纵向轴线延伸的冷却肋。这增加了桶状物的冷却表面，其中热量经过该冷却表面从变压器被引向壳体的周围。

进一步优选地，根据一实施例，桶状物中填充有传导灌封化合物。由于传导灌封化合物相比空气具有较高的导热性，当灌封化合物填充变压器和壳体的桶状物之间的所有间隙时，这种措施能够改善从变压器到壳体的热传递。

附图说明

下面将结合附图中优选配置的各种示例来描述本实用新型，其中

图1示出了变压器组件的透视图；

图2示出了根据图1的变压器的透视图；

图3示出了线圈架的透视图；以及

图4示出了根据图3的线圈架的正视图。

具体实施方式

图1示出了变压器组件1，其包括定位在壳体4的接收部分3中的变压器2。接收部分3形成为具有底壁(未示出)和周围侧壁6的桶状物5。接收部分3中填充有传导灌封化合物7。

接收部分3的侧壁6具有冷却肋8，该冷却肋8平行于变压器2的纵向轴线9定向。冷却肋8以扇形方式远离纵向轴线9延伸。

此外，壳体4包括位于接收部分3下方的冷却管10。该冷却管连接到冷却系统 (未示出)，通过使用流过冷却管10的冷却液体以冷却壳体4。

根据图2，变压器2包括线圈架11，其中两个不同线圈13的线圈绕组12卷绕在线圈架11的周围。线圈13连接到触点14，以便将交流电压施加到其中一个线圈13 并且从另一个线圈13获取具有不同电平的第二交流电压。

变压器2还包括磁芯组件15，该磁芯组件15延伸穿过线圈架11并形成闭环16。磁芯组件15由两个部件17形成，每个部件17形成为具有两个外臂和一个内臂(未示出)的三叉形。此外，磁芯组件15具有垂直于纵向轴线9定向的端面18。

特别地，在图3和图4中可以看出，线圈架11具有中空中间部分19，该中空中间部分19沿纵向轴线9延伸并且包围管道20。管道20适于接收磁芯组件15的内臂，其中磁芯组件15(图2)的两个部件17分别从线圈架11的下方和上方插入管道20 中，以这样的方式，磁芯组件15延伸通过管道20。

中间部分19的外径沿纵向轴线9变化，使得中间部分19包括桶状的壳表面21。因此，卷绕在线圈架11的中间部分19上的线圈绕组12的内绕组相对于纵向轴线9 定位在沿纵向轴线9不同的距离处。

线圈架11还具有第一端部22和第二端部23，每个第一端部22和第二端部23 邻近中间部分19定位并且彼此相对。

第一端部22包括适于线圈架11的传导冷却的冷却部分24。冷却部分24包括平行于纵向轴线9延伸的冷却肋25。该冷却肋25平行于纵向轴线9突出，直到它们与磁芯组件15的端面18齐平(图2)。因此，当变压器2被放入壳体4的接收部分3 中时，冷却肋25以及磁芯组件15的端面18邻接该接收部分3(图1)的底壁(未示出)。

参照图3和图4，冷却肋25包括定位在第一端部的轴环27上的两个主腹板26，其中该轴环在垂直于纵向轴线9的向外方向上延伸。主腹板26彼此相对地定位，两者之间具有间距。

冷却肋25还包括辅腹板28，其中辅腹板28和相应的主腹板26围成一指向角。辅腹板28与相应的主腹板26一起各形成冷却单元29。冷却单元29相对于纵向轴线 9彼此点对称。

线圈架11为一体成型并由一个单独构件组成。线圈架11由平面内导热率至少为3W/(mK)的材料制成。优选地，线圈架11由PPS制成。然而，应当理解的是，线圈架11也可以由具有平面内导热率至少为3W/(mK)的其他材料制成。

特别地，从图2至图4中可以看出，磁芯组件15沿垂直于相对的主腹板26之间的纵向轴线9的向外方向从线圈架11的管道20处延伸。磁芯组件15的端面18平行于轴环27定位并且相对于纵向轴线9呈点对称。

下文中，将参照图1至图4来描述变压器组件1的装配。

将两个不同的线圈13卷绕在中间部分19的壳表面21上并且电连接到线圈架11 的触点14。

随后，将磁芯组件15的两个部件17分别从线圈架11的下方和上方插入管道20 中，使得磁芯组件15延伸穿过管道20并形成闭合环16。磁芯组件15位于冷却单元 29之间，使得磁芯组件15的端面18与线圈架11的冷却肋25齐平。经过这些步骤之后，完成变压器2的装配。

随后，将变压器2插入壳体4的桶状物5中，使得端面18以及冷却肋25邻接桶状物5的底壁(未示出)。当用灌封化合物7填充桶状物5并将电子系统连接到线圈架11的触点14时，得到变压器组件1。

Claims (13)

1.一种变压器，其特征在于，包括：

线圈架(11)，所述线圈架(11)具有

-沿纵向轴线(9)延伸并包围管道(20)的中空中间部分(19)，

-第一端部(22)和第二端部(23)，所述第一端部(22)和第二端部(23)各自邻近中间部分(19)定位并且彼此相对，

其中所述第一端部(22)包括适于线圈架(11)的传导冷却的冷却部分(24)，

其中所述冷却部分(24)包括平行于纵向轴线(9)延伸的冷却肋(25)，以及

其中变压器(2)还包括延伸通过管道(20)并形成闭环(16)的磁芯组件(15)，

其特征在于，

所述磁芯组件(15)具有位于冷却肋(25)附近并垂直于纵向轴线(9)定向的端面(18)，

其中所述冷却肋(25)平行于纵向轴线(9)突出，直到它们与磁芯组件(15)的端面(18)齐平，并且，

其中所述线圈架(11)由平面内导热率至少为3W/(mK)的材料制成。

2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述线圈架(11)所包含的材料的平面内导热率在5W/(mK)至20W/(mK)范围内。

3.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的变压器，其特征在于，中间部分(19)具有沿纵向轴线(9)变化的外径，使得所述中间部分(19)包括桶状的壳表面(21)。

4.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一端部(22)具有沿垂直于所述纵向轴线(9)的向外方向延伸的轴环(27)，其中所述冷却肋(25)包括两个主腹板(26)，所述两个主腹板(26)定位在轴环(27)上并且相对地定位使得彼此相距一间距。

5.根据权利要求4所述的变压器，其特征在于，所述磁芯组件(15)沿垂直于相对的主腹板(26)之间的纵向轴线(9)的向外方向从管道(20)处延伸，其中所述磁芯组件(15)的端面(18)平行于轴环(27)定位。

6.根据权利要求4所述的变压器，其特征在于，所述冷却肋(25)还包括连接到所述主腹板(26)之一的辅腹板(28)，其中所述辅腹板(28)和相应的主腹板(26)围成一指向角。

7.根据权利要求6所述的变压器，其特征在于，所述辅腹板(28)与相应的主腹板(26)一起形成冷却单元(29)，其中所述冷却单元(29)相对于纵向轴线(9)彼此点对称。

8.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述线圈架(11)一体成型并且由一个单独构件组成。

9.一种变压器组件，其特征在于，包括壳体(4)，所述壳体(4)具有用于接收变压器(2)的接收部分(3)以及位于所述接收部分(3)内的根据前述权利要求之一的变压器(2)。

10.根据权利要求9所述的变压器组件，其特征在于，所述接收部分(3)形成为具有底壁和周围侧壁(6)的桶状物(5)。

11.根据权利要求10所述的变压器组件，其特征在于，所述冷却肋(25)和所述磁芯组件(15)的端面(18)邻接所述底壁。

12.根据权利要求10所述的变压器组件，其特征在于，所述接收部分(3)的侧壁(26)具有冷却缝(8)，所述冷却缝(8)平行于所述变压器的纵向轴线(9)定向并且以扇形方式远离纵向轴线(9)延伸。

13.根据权利要求10所述的变压器组件，其特征在于，所述桶状物(5)填充有传导灌封化合物(7)。

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