ES2952035T3

ES2952035T3 - Disposición de transformador para soldadura por resistencia

Info

Publication number: ES2952035T3
Application number: ES20150406T
Authority: ES
Inventors: Matej Kocar; Anton Solar; Gregor Cernivec; Damjan Rihtarsic; Beno Klopcic
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-02-08
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2023-10-26
Anticipated expiration: 2040-01-07
Also published as: EP3693981A1; SI3693981T1; EP3693981B1; CN111554486A; DE102019203603A1

Abstract

La presente invención se refiere a un componente conductor de corriente, que está dispuesto en un transformador como componente de al menos un devanado de bobina, en particular como componente de un devanado secundario de un transformador de soldadura, y a una disposición de transformador con dicho componente conductor de corriente. . El componente está hecho de aluminio o de una aleación de aluminio. El componente tiene una cavidad formada en su interior para recibir un fluido refrigerante. Está previsto al menos un medio para proteger el componente contra la corrosión, en particular para proteger contra la corrosión por el fluido refrigerante. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Disposición de transformador para soldadura por resistencia

La presente invención se refiere a una disposición de transformador con un componente conductor de corriente que está dispuesto en un transformador como componente conductor de corriente de al menos un devanado de bobina de al menos el devanado secundario.

Estado de la técnica

En el curso de la denominada soldadura por resistencia o soldadura por puntos, las piezas de trabajo se unen en una unión de material a material, para lo cual los electrodos de soldadura se presionan contra las piezas de trabajo que se van a soldar con una fuerza de electrodo. Una corriente de soldadura fluye a través de los electrodos de soldadura durante un tiempo determinado. Mediante un calentamiento de la resistencia de las dos piezas por soldar en el punto de soldadura entre los electrodos de soldadura, las piezas por unir se calientan hasta que se alcanza una temperatura de soldadura requerida, formándose así una masa fundida.

Un transformador de soldadura tiene la misión de reducir la tensión de red o una tensión de control a una tensión secundaria inferior para aumentar la corriente de soldadura a un amperaje de varios miles de amperios. El transformador induce una tensión alterna baja del orden de unos 10 voltios en su devanado secundario, que luego se rectifica. Una corriente elevada del orden de 7 a 50 kA fluye a través de los electrodos de soldadura y las piezas por soldar, que se utiliza para el proceso de soldadura.

Las soldadoras por resistencia para la producción industrial, por ejemplo, en la ingeniería del automóvil, suelen estar equipadas con una pinza de soldadura por puntos como herramienta de soldadura al estilo de una pinza transformadora. Este diseño recibe su nombre del hecho de que el transformador de soldadura es un componente de la pinza de soldadura. La ventaja de este diseño es que el transformador de soldadura está cerca de los electrodos de soldadura. Esto minimiza las inductancias parásitas entre el transformador de soldadura y los electrodos de soldadura para optimizar los tiempos de subida de la corriente. Una desventaja de este diseño es la mayor masa de la pinza transformadora debido a la masa adicional del transformador de soldadura integrado. Como es sabido, la pinza transformadora se guía a través de un robot de soldadura en el espacio y se cierra o se abre mediante un accionamiento eléctrico, neumático o hidráulico. Debido a la demanda de tiempos de ciclo cada vez más cortos, especialmente en la producción de carrocerías en la industria del automóvil, el movimiento de la pinza transformadora por el robot de soldadura, así como el movimiento de cierre, deben ser altamente dinámicos. Para ello, es necesario que la inercia de masa del robot, especialmente la inercia de la pinza transformadora, sea lo más baja posible. Las herramientas de soldadura están optimizadas para una masa baja y una gran resistencia. Apenas existen posibilidades de optimización. Por este motivo, resulta muy ventajoso reducir la masa del transformador de soldadura de la pinza transformadora. Los transformadores de soldadura funcionan como transformadores MF (MF significa frecuencia media) con una frecuencia en el intervalo de 1000 Hz. Se ha demostrado que con el control PWM con una frecuencia del inversor en el intervalo de 1000 Hz, la densidad de potencia del transformador de soldadura, es decir, la relación entre la potencia útil y el volumen de construcción del transformador de soldadura, es óptima. La pérdida de potencia aumenta tanto a frecuencias bajas como altas. La pérdida de potencia se debe a las pérdidas óhmicas de los componentes conductores, a las pérdidas de magnetización en el núcleo del transformador, a las corrientes parásitas y a las caídas de tensión o pérdidas de conmutación en los elementos semiconductores de conmutación o diodos rectificadores del transformador de soldadura.

No obstante, la pérdida de potencia de un transformador de soldadura es inmensa y debe disiparse adecuadamente. Debido a la alta densidad de potencia y al espacio de instalación limitado para el transformador de soldadura, los transformadores de soldadura se refrigeran por fluido, como se describe, por ejemplo, en el documento DE 102007 001 234 A1. Es deseable una mayor reducción de la masa del transformador de soldadura. Sin embargo, esto solo puede lograrse utilizando materiales adecuados con una densidad menor. Los factores determinantes del peso de un transformador de soldadura son sus partes conductoras de corriente. En el contexto de esta solicitud, las partes conductoras de corriente del transformador de soldadura son el o los devanados primarios, el o los devanados secundarios, las placas de contacto y los elementos de conexión para los diodos rectificadores del componente rectificador, así como las placas de conexión eléctrica sólidas para los polos positivo y negativo de la tensión de salida. En el contexto de la presente solicitud, se entiende que las partes no conductoras del transformador de soldadura son el núcleo consistente en material magnéticamente conductor, los elementos semiconductores de conmutación o diodos rectificadores y la carcasa del transformador.

El documento DE 102010 045 079 A1 describe un transformador para una pinza de soldadura de un soldador por resistencia con un devanado primario, un devanado secundario y un núcleo. Se prevé un bloque de material conductor para formar el devanado secundario. El bloque presenta una escotadura y/o depresión para recibir el devanado primario. El bloque está configurado para formar al mismo tiempo el devanado secundario. Se prevé fabricar el bloque con aluminio o una aleación de aluminio. El bloque está provisto de canales de refrigeración, en particular para la refrigeración por agua. Los canales de refrigeración pueden mecanizarse en el bloque mediante fresado o taladrado. El aluminio tiene la cuarta mejor conductividad eléctrica y térmica de todos los metales. Solo la plata, el cobre y el oro tienen una conductividad específica superior. Aunque el aluminio no supera la conductividad del cobre en este aspecto, es mucho más ligero y barato. Con idéntica resistencia eléctrica de un conductor de cobre y otro de aluminio de la misma longitud, la sección transversal del aluminio es 1,6 veces mayor que la del cobre. Sin embargo, el conductor de aluminio pesa solo la mitad.

El documento DE 10 2007 001 234 A1 describe una disposición de transformador en la que los componentes conductores de corriente tienen una cavidad formada en su interior para recibir un fluido refrigerante. En particular, los componentes conductores de corriente no tienen revestimiento. Los componentes conductores de corriente están hechos de cobre o aluminio.

El documento US 4.114.017 A no divulga un conjunto transformador, sino una pinza de soldadura resistente a la corrosión y liviana. La pinza tiene un cuerpo de aluminio y un brazo móvil y otro fijo de aluminio. En cada uno de los brazos, se forma un canal de refrigeración con un revestimiento de níquel. En el extremo del cuerpo de aluminio, hay un revestimiento de plata para garantizar un buen contacto eléctrico con un conector convencional.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un conjunto de transformador que tenga un transformador de soldadura de baja masa y alta fiabilidad.

Divulgación de la invención

La tarea se resuelve mediante una disposición de transformador con un componente conductor de corriente que está dispuesto en un transformador como componente conductor de corriente de al menos una vuelta de bobina de un devanado, las características de la reivindicación independiente.

Aunque la invención se describe a continuación sustancialmente con referencia a transformadores de soldadura por resistencia, no se limita únicamente a dicha aplicación.

Dicho componente conductor de corriente, que está dispuesto en un transformador como componente conductor de corriente de al menos un devanado de bobina, está hecho de aluminio o de una aleación de aluminio. El devanado de al menos una bobina forma parte de un devanado secundario del transformador.

El componente posee una cavidad formada en su interior para recibir un fluido refrigerante. El fluido refrigerante está destinado a absorber y disipar la pérdida de potencia, cuyas causas se han descrito con anterioridad. Además, se proporciona al menos un medio para proteger el componente contra la corrosión, en particular para la protección contra la corrosión por el fluido refrigerante.

Debido a que el componente conductor de corriente está hecho de aluminio o de una aleación de aluminio, tiene una masa menor que un componente conductor de corriente idénticamente construido hecho de cobre. Esto reduce la masa del transformador. Además, el aluminio es más barato, más fácil de procesar y también reciclable. Sin embargo, a diferencia del cobre, el aluminio tiene una conductancia específica menor, lo que se traduce en mayores pérdidas óhmicas para el mismo flujo de corriente. Sin embargo, en un transformador de soldadura, especialmente en un transformador MF, las tensiones inducidas hacen que fluyan corrientes parásitas en todas las partes conductoras, lo que reduce la sección transversal efectiva de las partes conductoras del transformador de soldadura. Sorprendentemente, al utilizar un componente de aluminio o de una aleación de aluminio según la invención, las corrientes parásitas se reducen debido a la menor conductancia específica del aluminio. Esto reduce las pérdidas por corrientes de Foucault en comparación con una pieza conductora convencional fabricada en cobre. Las mayores pérdidas óhmicas de un componente de aluminio se compensan con menores pérdidas por corrientes de Foucault. En general, el uso del componente según la invención da lugar a mayores pérdidas en el componente conductor de corriente, pero no en la misma proporción que aumenta la conductancia del cobre en relación con la conductancia del aluminio.

La corrosión se produce cuando el material metálico aluminio o una aleación de aluminio reacciona con su entorno. Dado que el aluminio no es un metal precioso, reacciona con el aire y el agua a temperatura ambiente para formar óxido de aluminio AhO₃. El óxido de aluminio forma inmediatamente una fina capa impermeable al aire y al agua (pasivación) que protege el aluminio o la aleación de aluminio de la corrosión. Al cabo de unos días, esta capa de óxido alcanza su mayor grosor, que puede ser de hasta unas milésimas de milímetro, dependiendo de la humedad del aire. Una desventaja es que el AhO₃es un aislante muy bueno, por lo que aumentan las resistencias de contacto eléctrico entre los componentes conductores de corriente. Otra desventaja es que el óxido de aluminio tiene peor conductividad térmica y la temperatura del componente conductor de corriente aumenta con idéntica potencia disipada.

La corrosión por picaduras podría formarse en la zona de la cavidad formada en el interior para alojar un fluido refrigerante a pesar de la protección proporcionada por la pasivación de la capa de óxido de aluminio. Se trata de puntos de corrosión o agujeros puntiformes en las superficies de los metales pasivados, que se expanden considerablemente en forma de artesa. La corrosión por picaduras suele producirse en defectos de la capa pasiva de óxido de aluminio, que consiste en la capa de óxido. En estos defectos, el oxígeno es desplazado de la capa de óxido de aluminio por iones cloruro o bromuro. La acumulación de más iones cloruro y bromuro crea una zona que ya no está protegida por la capa de óxido de aluminio. El pequeño agujero inicial forma el ánodo, la superficie restante, el cátodo. Dado que la velocidad de corrosión viene determinada por la relación de superficie entre el cátodo y el ánodo, la reacción avanza a gran velocidad. En lo sucesivo este proceso se denomina electrocorrosión.

Con el tiempo, la electrocorrosión destruye el componente conductor de corriente en la zona de la cavidad formada, por lo que podría acortar considerablemente la vida útil del transformador. Al utilizar un agente para proteger el componente de la corrosión, en particular para protegerlo de la corrosión por el fluido refrigerante, la vida útil del componente conductor de corriente fabricado en aluminio no se ve mermada en comparación con un componente conductor de corriente fabricado en cobre. Además, esto garantiza que las resistencias de contacto eléctricas y térmicas no aumenten en comparación con dicho componente fabricado en cobre.

De este modo, puede garantizarse una refrigeración suficiente del transformador de soldadura, compuesto por componentes conductores de corriente según la invención, con un peso considerablemente menor del transformador de soldadura, con una vida útil comparable.

Las realizaciones ventajosas de la invención son objeto de las subreivindicaciones.

Es especialmente ventajoso proporcionar un revestimiento protector en al menos una parte del componente como medio de proteger el componente de la corrosión, en particular de la corrosión por el fluido refrigerante.

Es particularmente ventajoso revestir la cavidad formada en el interior del componente, que sirve para recibir el fluido refrigerante. El revestimiento protector puede ser particularmente eficaz para evitar la electrocorrosión en la zona de la cavidad. De lo contrario, la electrocorrosión podría destruir con el tiempo el componente conductor de corriente en la zona de la cavidad, tal como se ha descrito con anterioridad.

Resulta especialmente ventajoso que el revestimiento protector se aplique como niquelado químico. Con el niquelado químico, no se utiliza corriente eléctrica externa. Como resultado, con el niquelado químico se obtienen revestimientos fieles al contorno. Un niquelado químico es especialmente adecuado como capa protectora contra la electrocorrosión en la zona de la cavidad del componente, pero también como capa protectora contra la corrosión por oxidación. A diferencia del óxido de aluminio, el níquel como metal tiene una mayor conductancia eléctrica específica, así como una mayor conductancia térmica específica. Si el revestimiento se aplica, en particular, inmediatamente después de la fabricación del componente conductor de corriente, no se forma ninguna capa de óxido de aluminio en la superficie del componente, por lo que no se crean resistencias de contacto eléctricas más elevadas entre las partes conductoras de corriente del transformador ni tampoco resistencias de contacto térmicas más elevadas en la zona de los canales de refrigeración. La pérdida de potencia no aumenta y se garantiza una refrigeración suficiente del transformador.

También es concebible utilizar un revestimiento protector en forma de revestimiento galvánico, en este caso en particular, un niquelado galvánico. Con este tipo de revestimiento, se puede crear una capa protectora principalmente en las superficies exteriores del componente.

Otro revestimiento protector concebible es el revestimiento catódico por inmersión. En este caso, las partículas coloidales se recubren bajo la influencia de un método respetuoso del medio ambiente, ya que se utiliza predominantemente agua desmineralizada como disolvente.

También es especialmente ventajoso realizar el revestimiento protector como revestimiento plástico. Por revestimiento plástico, se entiende en el presente documento el revestimiento del componente con plásticos o pinturas de pulverización y de inmersión. Sin embargo, un revestimiento plástico presenta espesores de revestimiento significativamente mayores que los revestimientos anteriores. Al igual que en el caso del niquelado químico, un revestimiento plástico también puede utilizarse para recubrir las cavidades para alojar el líquido refrigerante del componente.

También es concebible llevar a cabo el revestimiento protector como pasivación del aluminio o de la aleación de aluminio, en particular mediante anodización. En este contexto, se entiende por anodización la creación controlada de una capa protectora de óxido de aluminio. Esta capa protectora se forma por oxidación anódica. La capa superior del aluminio o de la aleación de aluminio del componente se transforma y se forma un óxido.

Particularmente en el caso de revestimientos protectores con los que no es posible revestir las cavidades para recibir el fluido refrigerante del componente conductor de corriente, es ventajoso si se añade un inhibidor de corrosión al fluido refrigerante como medio adicional para prevenir la electrocorrosión. Sin embargo, el inhibidor de corrosión también puede utilizarse, además, de un revestimiento existente de las cavidades.

Si la cavidad formada en el interior del componente comprende canales, en particular orificios, provistos para que el refrigerante fluya a través del componente, se garantiza una refrigeración muy buena del componente conductor de electricidad y, por lo tanto, la disipación de la pérdida de potencia.

En una disposición de transformador, en particular en una disposición de transformador de soldadura con un devanado primario y un devanado secundario y, por ejemplo, con piezas de conexión, un componente rectificador y placas de conexión para los polos, es especialmente ventajoso si al menos una vuelta de bobina del devanado secundario consiste en un componente conductor de corriente hecho de aluminio o una aleación de aluminio y el componente conductor de corriente tiene una cavidad formada en su interior para recibir un fluido refrigerante. En particular, todo el devanado secundario se puede construir de manera fácil y económica a partir de dichos componentes conductores de corriente. El devanado secundario de la disposición del transformador tiene un peso reducido y se puede refrigerar en forma sencilla y económica. En un transformador de soldadura particularmente ventajoso, el devanado secundario consta de solo dos vueltas. Los herrajes sirven ventajosamente de elementos de apoyo para las dos espiras. Un componente de soporte forma la derivación central del devanado secundario, que se describe con más detalle a continuación utilizando un ejemplo de realización.

Es posible una reducción adicional del peso de la disposición del transformador si las piezas de conexión también se diseñan como componentes hechos de componentes conductores de corriente según la invención.

Es concebible fabricar también los devanados del devanado primario de la disposición del transformador a partir de componentes conductores de corriente según la invención. Dado que en el devanado primario fluye una corriente primaria considerablemente menor, en el devanado primario solo se produce una pérdida de potencia baja y se puede prescindir de la refrigeración del devanado primario. Sin embargo, los canales de refrigeración en los devanados primarios podrían mejorar la refrigeración de toda la disposición del transformador. Utilizando componentes conductores de corriente de aluminio o de una aleación de aluminio también para el devanado primario, puede reducirse aún más al menos la masa del dispositivo transformador.

Es ventajoso fabricar también las placas de conexión para los polos de la tensión de salida a partir de componentes conductores de corriente según la invención. El peso del transformador puede reducirse aún más.

Es posible reducir aún más el peso de la disposición del transformador si los elementos de conexión del componente rectificador se diseñan como un componente conductor de corriente. Dado que en los diodos rectificadores se produce una pérdida de calor considerable debido a la caída de tensión a través de los diodos rectificadores y a la elevada corriente, la refrigeración del componente conductor de corriente también es especialmente importante en este caso, sobre todo los medios descritos más arriba contra la corrosión, especialmente la electrocorrosión.

Resulta especialmente ventajoso si la disposición del transformador según la invención con el componente conductor de corriente según la invención se diseña como un transformador MF, porque, en este caso, las pérdidas eléctricas que se producen debido a las corrientes parásitas en los componentes conductores de electricidad no aumentan proporcionalmente, sino que se compensan parcialmente debido a la menor conductividad del aluminio en comparación con el cobre. En general, el uso del componente según la invención da lugar a mayores pérdidas en el componente conductor de corriente, pero no en la misma proporción en que aumenta la conductividad del cobre en relación con la conductividad del aluminio. Por lo tanto, es particularmente ventajoso si la frecuencia del control PWM del devanado primario por el inversor es de hasta 5000 Hz. El efecto inhibidor de las corrientes de Foucault que tiene la utilización de aluminio es mayor a una frecuencia tan elevada, ya que la relación entre las pérdidas por corrientes de Foucault y las pérdidas óhmicas es más favorable en comparación con el cobre.

Si tal disposición de transformador según la invención se utiliza como transformador de soldadura adecuado para la soldadura por resistencia, el equilibrio óptimo de densidad de potencia con suficiente refrigeración y bajo peso es particularmente ventajoso. Debido al menor peso del transformador de soldadura, son posibles movimientos más dinámicos de la pinza de soldadura. El posicionamiento de la pinza de soldadura puede realizarse mucho más rápido, por lo que los procesos de soldadura se llevan a cabo con mayor celeridad.

Al mismo tiempo, la disposición del transformador según la invención se caracteriza por un alto grado de fiabilidad y vida útil en cada realización.

Ejemplos de realización

La invención se describirá ahora con más detalle mediante un ejemplo de realización con ayuda de las figuras adjuntas:

En ellas:

Figura 1 muestra un diagrama de circuito eléctrico de una realización de un transformador según la invención,

Figura 2 muestra una vista de construcción esquemática de una realización preferida de un componente según la invención,

Figura 3 muestra un diseño preferido de un componente según la invención para su uso con una disposición de transformador,

Figura 4 muestra un diseño preferido de una disposición de bobinado de una disposición de transformador según la invención,

Figura 5 muestra un diseño preferido de un componente rectificador para su uso con una disposición de transformador según la invención desde diferentes vistas y

Figura 6 muestra una vista en despiece de una disposición de transformador de soldadura según la invención.

Los signos de referencia idénticos en las figuras indican elementos idénticos o estructuralmente idénticos.

En la Fig. 1, se muestra esquemáticamente un diagrama de circuito eléctrico de una disposición de transformador de soldadura y se designa con 100 en conjunto. La disposición de transformador de soldadura presenta un circuito 110 primario y un circuito 120 secundario, que están conectados a través de un transformador 130. Un devanado 132 primario del transformador 130 con un número de vueltas es N¹está conectado en el circuito 110 primario, y un devanado 133 secundario del transformador 130 con un número de vueltas N²+ N³está conectado en el circuito 120 secundario. El transformador 130 comprende, además, un núcleo 131 de transformador. El circuito primario funciona con una tensión primaria U¹en el intervalo de frecuencias medias. El núcleo 131 del transformador está diseñado de manera que no se sature a la frecuencia media en el intervalo de alrededor de 1000 Hz.

El circuito 120 secundario está diseñado como un rectificador y proporciona la tensión de salida del transformador U². Para ello, el devanado 133 secundario presenta una toma central A que está conectada a la salida negativa (-) de la disposición 100. Partiendo de la toma central A, el devanado 133 secundario se divide en dos subdevanados con el número de vueltas N²y N³, que se conectan a las tomas de devanado B y C. Dos diodos 134 rectificadores se conectan a continuación de las tomas de devanado B y C, cuyas salidas se conectan en común al terminal positivo (+) del dispositivo 100.

El devanado 133 secundario presenta ventajosamente al menos un componente conductor de corriente preferido, como se describe con más detalle con referencia a la Fig. 2. Del mismo modo, el devanado 132 primario tiene ventajosamente al menos un componente conductor de corriente como elemento de bobina autoportante, como se describe con más detalle a continuación con referencia a la Fig. 3.

En la Fig. 2, se muestra una realización preferida del componente en una vista en sección plana y se designa como 200 en conjunto. El componente 200 consta de un bloque 201 macizo de una sola pieza fabricado en aluminio o en una aleación de aluminio. El componente presenta una configuración en forma de E con una parte 202 trasera y tres patas 203. Entre las patas 203, hay dos aberturas 204 en las que, en la realización preferida descrita, se extiende un núcleo de hierro, como el designado como 401 en la Figura 4.

El componente 200 tiene medios de fijación que están formados como orificios 205 roscados. Mediante los orificios 205 roscados preferidos, es posible una fijación robusta y fiable del componente 200 a un componente portador, en particular, un componente de una disposición de rectificador de salida. Además, el componente 200 presenta cavidades 206 formadas como orificios o canales de refrigeración para recibir un fluido refrigerante. Los orificios están dispuestos en el interior del componente 200 de tal manera que forman un conducto o circuito de refrigeración coherente. Las aberturas 207 de la cavidad 206, que se extiende longitudinalmente dentro de la columna 202 del componente 200 y está prevista para conectar los canales o perforaciones de refrigeración que se extienden en las patas 203, están selladas al exterior con elementos de cierre. Las aberturas 208 adicionales de las cavidades 206 están provistas de rebajes circundantes para recibir elementos de cierre y sirven como conductos de suministro y descarga del fluido refrigerante.

El componente 200 se recubre químicamente con níquel siguiendo el contorno. De este modo, las superficies interior y exterior del componente 200 presentan un revestimiento 209 de níquel. En particular, el componente está revestido de níquel en la región del canal 206 de refrigeración, es decir, en particular en el interior del canal 206 de refrigeración. El revestimiento de níquel es particularmente adecuado como capa protectora contra la electrocorrosión de los canales 206 de refrigeración, pero también como capa protectora contra la corrosión por oxidación de la superficie del componente 200. Como medio adicional para prevenir la electrocorrosión (no mostrado), se añade un inhibidor de corrosión al fluido de refrigeración. Tales inhibidores de corrosión están disponibles comercialmente y se utilizan, por ejemplo, en los circuitos de refrigeración de las máquinas cuando se utilizan intercambiadores de calor de aluminio. El principal componente de estos inhibidores de la corrosión es el etilenglicol o el propilenglicol. A diferencia del óxido de aluminio, el níquel como metal tiene una mayor conductancia eléctrica específica, así como una mayor conductancia térmica específica. Si el revestimiento se lleva a cabo en particular inmediatamente después de la fabricación del componente 200 conductor de corriente, no se forma ninguna capa de óxido de aluminio en la superficie del componente 200, por lo que no se producen resistencias de contacto eléctricas más elevadas entre los componentes 200 conductores de corriente del transformador 130 ni resistencias de contacto térmicas más elevadas en la zona de los canales 206 de refrigeración. La pérdida de potencia no aumenta y se garantiza una refrigeración suficiente del transformador.

El revestimiento (209) del componente (200) también se puede implementar como un revestimiento galvánico, en particular mediante un revestimiento de níquel galvánico. Los bordes tienen un mayor espesor de revestimiento con este tipo de revestimiento, las cavidades no están recubiertas.

También es concebible un revestimiento (209) del componente (200) mediante un revestimiento catódico por inmersión. En este proceso, las partículas coloidales se depositan sobre un electrodo bajo la influencia de un campo eléctrico. El revestimiento catódico por inmersión es un método especialmente respetuoso del medio ambiente, ya que el disolvente utilizado es predominantemente agua desmineralizada.

También es concebible prever un revestimiento plástico para el revestimiento (209) del componente (200). En este caso, el componente (200) se recubre mediante pulverización o inmersión de lacas. El revestimiento de plástico presenta un espesor de capa significativamente mayor. La cavidad 206 para recibir el fluido refrigerante del componente (200) también está provista de un revestimiento 209 protector cuando está revestida de plástico.

También es posible que el revestimiento 209 protector del componente 200 se efectúe por pasivación del aluminio o de la aleación de aluminio, en particular por anodización. En este tipo de revestimiento, se crea una capa protectora de óxido de aluminio de forma controlada. La capa protectora de óxido de aluminio se forma por oxidación anódica. La capa superior del aluminio o de la aleación de aluminio se transforma de tal manera que se forma un óxido.

Además, es posible una combinación de las variantes de revestimiento del componente 200 mencionadas. Por ejemplo, es concebible dotar a las cavidades 206 para recibir el fluido refrigerante de un revestimiento plástico y, a continuación, recubrir el componente 200 con níquel mediante galvanoplastia. Alternativa o adicionalmente, se puede añadir un inhibidor de corrosión al fluido refrigerante. Todas las variantes de revestimiento descritas con anterioridad pueden utilizarse también para los componentes conductores de corriente descritos en el texto siguiente.

En la Fig. 3, se muestra esquemáticamente una realización preferida del componente en forma de elemento 300 de bobina autoportante en una vista lateral y una vista en sección A-A y se designa como 300 en conjunto.

El elemento 300 de bobina se enrolla a partir de una banda conductora rectangular de aluminio o de una aleación de aluminio y comprende dos devanados 302 y 303 enrollados en direcciones opuestas y situados uno al lado del otro. El eje de devanado del elemento 300 de bobina atraviesa una abertura 304, a través de la cual se guía ventajosamente un núcleo de transformador. El elemento 300 de bobina está arrollado partiendo del centro de la bobina, y tanto el primer devanado 302 como el segundo devanado 303 están arrollados hacia el exterior partiendo del centro, de modo que los terminales 301 de corriente del devanado respectivo están situados en el exterior del devanado respectivo y proporcionan una fácil accesibilidad. Para mantener la resistencia de contacto entre los componentes 300 diseñados como elementos de bobina lo más baja posible, los componentes 300 así como los terminales 301 de corriente están tratados, en particular en las superficies de contacto eléctrico, en particular provistas de una capa protectora 309 de níquel. La capa protectora impide la formación de una capa de óxido de aluminio, que empeoraría considerablemente la resistencia de contacto entre los componentes 300. El elemento 300 de bobina se hace autoportante mediante la realización descrita, por lo que se puede prescindir de un formador de bobinas. Aunque esto no se muestra aquí, también es bastante concebible construir los elementos 300 de bobina de la bobina primaria en forma similar al componente 200 conductor de corriente, es decir, diseñar un canal de refrigerante dispuesto en el mismo. Para ello, podrían preverse rebajes, por ejemplo, en los devanados 302 y 303 de la banda conductora antes mencionada, que formarían entonces los canales de refrigerante. La banda conductora también puede estar completamente recubierta.

En la Fig. 4, se muestra esquemáticamente una vista en despiece de una disposición de devanado preferida de un transformador y se designa como 400 en conjunto. El devanado 432 primario de la disposición 400 de devanado comprende seis elementos 300 de bobina autoportantes. Los seis elementos 300 de bobina del devanado 432 primario están conectados en parte en paralelo y en parte en serie. Se prevén dos terminales 406 para alimentar la tensión primaria U¹. El devanado 433 secundario comprende cuatro elementos 200 en forma de E, como se explica en detalle con referencia a la Figura 2.

Para ensamblar la disposición 400 de devanado, se hace pasar un núcleo 401 de hierro a través de las aberturas 204 de los elementos 200 de devanado y a través de las aberturas de los elementos 300 de bobina, estando los elementos 300 de bobina y los elementos 200 de devanado yuxtapuestos y alineados alternativamente.

Los componentes 200 están fijados a elementos de soporte en forma de piezas 402, 403, 404 de conexión. En la realización preferida mostrada, los componentes 200 diseñados como elementos de devanado se atornillan a las piezas 402 a 404 de conexión mediante tornillos 405. Con este fin, las piezas 402 a 404 de conexión presentan aberturas a través de las cuales se guían los tornillos 405 y se atornillan en los orificios 205 roscados de los componentes 200 diseñados como elementos de devanado. Las piezas 402 a 404 de conexión también presentan aberturas 407 que están conectadas a las aberturas 208 de los componentes 200 diseñados como elementos de devanado a través de los canales de conducción previstos para crear un circuito de refrigeración para el fluido refrigerante. Las piezas 402, 403, 404 de conexión están provistas de una capa 409 protectora de níquel, por un lado, para mantener pequeña la resistencia de contacto con los elementos 200 de devanado y, por otro lado, para evitar la corrosión eléctrica en las aberturas 407 cuando el fluido fluye a través de ellas.

Las piezas 402 a 404 de conexión corresponden a las tomas A, B, C mostradas en la Fig. 1. La pieza 402 de conexión corresponde al grifo central A, las piezas 403, 404 de conexión corresponden a los grifos de devanado B y C, respectivamente. Las piezas 402 a 404 de conexión son también de aluminio o de una aleación de aluminio. Para mantener la resistencia de contacto entre el componente 200 diseñado como elemento de devanado y las piezas 402 a 404 de conexión lo más baja posible, los componentes 200, así como las piezas 402 a 404 de conexión están tratados, en particular en las superficies de contacto eléctrico, en particular provistas de una capa 409 protectora de níquel. La capa protectora impide la formación de una capa de óxido de aluminio, que empeoraría considerablemente la resistencia de contacto entre el componente 200 y la pieza 402 a 404 de conexión. Las piezas 402 a 404 de conexión pueden, en particular, formar parte de una disposición rectificadora como la descrita, por ejemplo, con referencia a la Fig. 5.

En la Fig. 5, se muestra una realización preferida de un componente rectificador desde diferentes vistas y se designa como 500 en conjunto. En el centro del componente 500, se dispone un diodo 501 rectificador en forma de disco, que proporciona la funcionalidad eléctrica del componente 500 rectificador. Adyacentes al diodo 501 en ambos lados, hay placas 502 de contacto, que también proporcionan contactos eléctricos y superficies de refrigeración para el diodo. Las placas 502 de contacto también están hechas de aluminio o de una aleación de aluminio. Con el fin de mantener la resistencia de contacto eléctrica, así como la resistencia de contacto térmica entre el componente 200 diseñado como placa 502 de contacto y el diodo 501 rectificador lo más baja posible, la placa 502 de contacto está tratada, en particular en las superficies de contacto eléctricas y en las superficies de contacto térmicas, y provista de una capa 511 protectora de níquel. La capa protectora impide la formación de una capa de óxido de aluminio, que empeoraría considerablemente la resistencia de contacto eléctrica y térmica entre la placa de contacto y el diodo 501 rectificador. De este modo, el diodo 501 se sujeta entre dos disipadores de calor, a saber, las placas 502 de contacto, que están conectadas a un fluido refrigerante que, preferentemente, fluye a través de canales o conductos de refrigeración. El fluido de refrigeración fluye a través de canales en los elementos 504a, 504b de conexión, en los que se insertan las placas 502 de contacto. Los anillos de sellado están dispuestos en las placas de contacto para evitar que el fluido refrigerante se escape. Los anillos 503 de sellado están dispuestos en ranuras asociadas 508, que están fresadas en los elementos 504a, 504b de conexión.

El elemento 504b de conexión presenta una entrada/salida 507 perforada para el fluido refrigerante, que puede entrar y circular en una cavidad formada como línea de refrigeración o canal 506 de refrigeración. El canal de refrigeración está hecho de tal manera que el área entre el fluido refrigerante y la placa 502 de contacto en la región de la superficie de contacto del diodo es lo más grande posible, mientras que, al mismo tiempo, la distribución de los canales tiene la menor influencia posible en la uniformidad de la densidad de corriente a través del diodo. Cuando el líquido refrigerante fluye a través del elemento de conexión, la caída de presión es baja porque la sección transversal de los canales y las ramificaciones paralelas son lo más grandes posible. El fluido refrigerante sale del elemento 504b de conexión a través de una abertura 510 perforada cerrada en la parte inferior del elemento 504b de conexión. Desde la abertura 510, el fluido refrigerante entra en el elemento 504a de conexión a través de un elemento 509 de conexión, que está construido en forma similar al elemento 504b de conexión y también presenta canales de refrigeración para recibir y conducir el fluido refrigerante. El fluido refrigerante fluye a través del elemento 504a de conexión y luego llega a los elementos 200 de devanado conectados a través de otras cavidades o canales previstos para este fin.

Los elementos 504a, 504b de conexión también están recubiertos con una capa 511 de níquel, por un lado, para mantener baja la resistencia de contacto y, por otro, para evitar la electrocorrosión en los canales de refrigeración cuando el fluido fluye a través de ellos.

El componente 500 rectificador comprende, además, un elemento 505 de sujeción y resorte, que sirve para sujetar el componente 500 y aplicar una fuerza de resorte predeterminable a los componentes. Esto garantiza una sujeción flotante predefinible, mediante la cual se puede proporcionar una fuerza de sujeción predefinida por el fabricante del diodo para el diodo 501 rectificador, así como la presión más uniforme posible sobre el diodo 501 y, por lo tanto, la densidad de corriente más uniforme posible a través del diodo.

Una realización preferida de una disposición de transformador de soldadura se muestra en una vista desmontada en la Fig. 6 y se designa como 600 en conjunto. La disposición de transformador presenta dos componentes 500 rectificadores de construcción sustancialmente idéntica, cada uno de los cuales está conectado a los terminales 403 o 404 de una disposición 400 de devanado en el lado exterior derecho de un elemento 504a de conexión. El elemento 504a de conexión también está hecho de aluminio o de una aleación de aluminio y está provisto de la capa 511 protectora descrita con anterioridad. Esta capa protectora impide la formación de una capa de óxido de aluminio, que degradaría significativamente la resistencia de contacto entre el elemento 504b de conexión y la pieza 402 a 404 de conexión. De este modo, el componente 500 rectificador se conecta directamente al devanado secundario sin bandas adicionales de conducción de corriente. Los dos elementos 504b de conexión están conectados eléctricamente entre sí y representan la salida positiva de la disposición de transformador. La carcasa 601 del transformador está realizada como un cuerpo hueco en forma de columna. Las conexiones eléctricas para la tensión primaria pueden verse en el lado derecho de la carcasa 601 del transformador en la Fig. 4. El devanado 400 está dispuesto en el interior de la carcasa 601 del transformador, tal como se muestra en la Fig. 4. El devanado 400 está dispuesto casi completamente en el interior de la carcasa 601, de modo que solo las piezas 402 y 404 de conexión son visibles en el exterior.

La pieza 402 de conexión representa la toma central A del devanado secundario y está conectada a la placa 602 de conexión, que representa el terminal negativo del transformador 600. La placa 602 de conexión para la conexión negativa del transformador está hecha de aluminio o de una aleación de aluminio, está provista de una capa protectora para evitar la formación de una capa de óxido de aluminio y también puede contener canales de refrigeración.

Las piezas 404 (visible) y 403 (no visible) de conexión están conectadas cada una a un componente 500 rectificador como se explica con más detalle en la Fig. 5. Los dos elementos 504b de conexión de los dos componentes 500 rectificadores están conectados conjuntamente a una placa 603 de conexión, que representa la conexión de salida positiva del transformador 600.

La placa 603 de conexión para el terminal de salida positivo del transformador 600 está hecha de aluminio o de una aleación de aluminio, está recubierta con una capa protectora para evitar la formación de una capa de óxido de aluminio y también puede contener canales de refrigeración.

Las piezas 402 a 404 de conexión junto con los dos componentes 500 rectificadores y opcionalmente las placas 602, 603 de conexión constituyen un componente 604 rectificador de salida.

Ventajosamente, toda la disposición 600 de transformador, incluido el componente 604 rectificador de salida, se ensambla por atornillado, lo que ofrece ventajas significativas en la fabricación desde el punto de vista del tiempo; en particular, una construcción soldada destruiría el revestimiento y degradaría las propiedades mecánicas y eléctricas y requeriría un tratamiento posterior. La soldadura del aluminio es también un proceso tecnológicamente muy exigente. En este caso, la unión atornillada ofrece ventajas considerables.

Se entiende que en las figuras mostradas solo se ilustran realizaciones particularmente preferidas de la invención. Además, otras realizaciones son concebibles dentro del alcance de la presente invención.

La presente invención se refiere a una disposición de transformador de acuerdo con la reivindicación 1.

Lista de signos de referencia

100 Disposición de transformador

110 Circuito primario

120 Circuito secundario

130 Transformador

131 Núcleo del transformador

132 Devanado primario

133 Devanado secundario

134 Diodo rectificador

200 Componente

201 Bloque de aluminio

202 Parte posterior

203 Pata

204 Abertura

205 Agujero roscado

206 Cavidad

207, 208 Abertura

209 Revestimiento

300 Elemento de bobina

301 Conexión de corriente con revestimiento

302, 303 Devanado

304 Abertura

309 Revestimiento

400 Disposición de devanado

402, 403, 404 Pieza de conexión con revestimiento

405 Tornillo

406 Terminal

407 Abertura

409 Revestimiento

432 Devanado primario

433 Devanado secundario

500 Componente rectificador

501 Componente semiconductor

502 Placa de contacto con revestimiento

503 Anillo de sellado

504a, 504b Elemento de conexión con revestimiento

505 Elemento de fijación y resorte

506 Canal de refrigeración con revestimiento

507 Entrada/salida con revestimiento

508 Ranura

509 Elemento de conexión

510 Abertura

511 Revestimiento

600 Disposición de transformador por soldadura

601 Carcasa del transformador

602 Placa de conexión (-) con revestimiento

603 Placa de conexión (+) con revestimiento

604 Componente rectificador de salida

609 Revestimiento

Claims

REIVINDICACIONES

1. Disposición (100; 600) de transformador con

un transformador (130) de soldadura que presenta un devanado (132) primario y un devanado (133; 409) secundario y en el que al menos un devanado de bobina está dispuesto con un componente conductor de corriente como componente del devanado (133) secundario, en donde el componente (200) conductor de corriente está constituido por aluminio o una aleación de aluminio, en donde el componente (200) conductor de corriente posee una cavidad (206) formada en su interior para recibir un fluido refrigerante, y en donde está previsto al menos un medio para proteger el componente (200) conductor de corriente contra la corrosión, en particular para protegerlo contra la corrosión por el fluido refrigerante,

piezas (402, 403, 404) de conexión, que están formadas como componentes portadores del devanado de la bobina del devanado (133) secundario, en donde las piezas (402, 403, 404) de conexión consisten en aluminio o una aleación de aluminio y presenta un revestimiento (409), y dos componentes (500) rectificadores, en donde un componente (500) rectificador está conectado eléctricamente a al menos una de las piezas (402, 403, 404) de conexión y que presenta una primera placa (603) de conexión para una tensión de salida rectificada, en donde una segunda placa (602) de conexión está conectada a una de las piezas (402) de conexión, en donde al menos una de las placas (602, 603) de conexión presenta un revestimiento (609), en donde las piezas (402, 403, 404) de conexión representan junto con dos componentes (500) rectificadores y opcionalmente las placas (602, 603) de conexión un componente (604) rectificador de salida,

en donde las aberturas (208) de la cavidad (206) del interior del componente (200) conductor de corriente están conectadas mediante canales de conducción a las aberturas (407) de las piezas (402, 403, 404) de conexión, en donde toda la disposición (100; 600) de transformador, incluido el componente (604) rectificador de salida, se ensambla mediante atornillado,

en donde el revestimiento (409) de las piezas (402, 403, 404) de conexión es de níquel y un revestimiento (309) de las superficies de contacto eléctrico del componente (200) conductor de corriente es de níquel para evitar la formación de una capa de óxido de aluminio entre las piezas (402, 403, 404) de conexión y el componente (200) conductor de corriente, y

en donde un revestimiento en el interior del componente (200) conductor de corriente es de níquel y/o de óxido de aluminio, en donde el al menos un medio para proteger el componente conductor de corriente de la corrosión comprende el revestimiento (309) de las superficies de contacto eléctrico y el revestimiento en el interior del componente conductor de corriente.

2. Disposición (100; 600) de transformador de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el al menos un medio para proteger el componente conductor de corriente de la corrosión comprende otro revestimiento (209) protector de al menos una sección parcial del componente (200).

3. Disposición (100; 600) de transformador de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el revestimiento es de níquel en las superficies de contacto eléctrico y en el interior del componente (200) conductor de corriente, así como en las aberturas (407) de las piezas (402, 403, 404) de conexión.

4. Disposición (100; 600) de transformador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el componente (200) conductor de corriente y las piezas (402, 403, 404) de conexión están niquelados en las superficies interior y exterior.

5. Disposición (100; 600) de transformador de acuerdo con la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en donde el revestimiento (209) de níquel se implementa como un niquelado químico.

6. Disposición (100; 600) de transformador de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el revestimiento (209) de las superficies exteriores del componente (200) conductor de corriente se implementa como revestimiento galvánico.

7. Disposición (100; 600) de transformador de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el componente (200) conductor de corriente está recubierto externamente de níquel y las cavidades (206) formadas en el interior del componente (200) conductor de corriente no están recubiertas de níquel.

8. Disposición (100; 600) de transformador de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en donde los bordes del componente (200) conductor de corriente presentan un espesor de capa mayor que la superficie del componente (200) conductor de corriente.

9. Disposición (100; 600) de transformador de acuerdo con la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en donde el revestimiento (209) con óxido de aluminio de las cavidades (206) formadas en el interior del componente (200) conductor de corriente y/o en las aberturas (407) de las piezas (402, 403, 404) de conexión se implementa como una pasivación del aluminio o de la aleación de aluminio, en particular una anodización, y/o en particular como una capa protectora producida de manera controlada por pasivación.

10. Disposición (100; 600) de transformador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el al menos un medio para proteger el componente conductor de corriente de la corrosión comprende adicionalmente un inhibidor de corrosión en el fluido refrigerante.

11. Disposición (100; 600) de transformador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cavidad (206) formada en el interior del componente (200) comprende canales, en particular orificios (206) dispuestos para que el refrigerante fluya a través del componente (200).

12. Disposición (100; 600) de transformador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

en donde al menos una de las piezas (402, 403, 404) de conexión está formada como un componente conductor de corriente, y/o

en donde al menos un devanado del devanado primario (132) presenta un revestimiento (309) y al menos un devanado del devanado primario (132) está formada como componente conductor de corriente.

13. Disposición (100; 600) de transformador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el componente (500) rectificador comprende al menos un diodo (501) rectificador con elementos (504a, 504b) de conexión, en donde un primer elemento (504a) de conexión está dispuesto para conectar eléctricamente el devanado (133, 409) secundario a al menos un diodo (501) rectificador y un segundo elemento (504b) de conexión está dispuesto para conectar el diodo (501) rectificador a la placa (603) de conexión, en donde al menos un elemento (504a, 504b) de conexión presenta un revestimiento (511), en donde en particular al menos un elemento (504a, 504b) de conexión está diseñado como componente conductor de corriente.

14. Disposición (100; 600) de transformador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la disposición de transformador está diseñada como un transformador MF que se acciona con una tensión modulada PWM en el intervalo de frecuencias de 500 Hz a 5000 Hz en su devanado primario (132).

15. Disposición (100; 600) de transformador de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizada porque el transformador MF es un transformador de soldadura adecuado para soldadura por resistencia.