变压器芯和变压器的制作方法

本发明涉及一种变压器芯，更具体地说，涉及一种具有提高的刚度的变压器芯。进一步，本公开涉及一种包括这种变压器芯的变压器。

背景技术：

1、常规变压器通常包括安装在铁磁材料的芯上的绕组。芯在其下端处连接到底部轭，并且在其上端处连接到顶部轭。轭和芯柱通常被组装成一叠磁性片材，例如晶粒取向或晶粒不取向的磁性片材。进一步，已知使用框架将底部轭和顶部轭夹持和压缩在一起。

2、然而，在某些动态负载(例如由地震活动引起的振动负载)的情况下，变压器组件的结构，即“变压器框架结构”可能以这样的方式移位，即可能出现作用在组件的关键零件上的高应力水平。这可能导致疲劳和裂纹扩展机制以及变压器的故障。例如，在核电、风电、海洋和其他工业领域中使用的变压器的情况下，可能会出现相应的负载。

技术实现思路

1、需要提供改进技术，用于降低变压器的故障的风险。特别地需要减轻变压器框架结构中裂纹形成的风险的技术。通过独立权利要求实现这些目的。从属权利要求涉及优选实施例。

2、根据本公开，提供了一种变压器芯，该变压器芯包括：第一轭；第二轭；芯柱，该芯柱具有芯柱主轴线并在第一轭和第二轭之间延伸；以及长形夹持结构，该长形夹持结构包括具有刚性构件主轴线的长形刚性构件。芯柱包括具有开口主轴线的长形开口，该开口主轴线相对于芯柱主轴线横向定向。刚性构件定位在长形开口内，使得刚性构件主轴线平行于开口主轴线定向。

3、长形夹持结构允许实现芯柱的可控刚度。通过这种方式，可以控制或影响芯柱和整个变压器芯的机械特性。芯柱的刚度显著影响变压器芯的动态响应和变压器对外部负载(诸如振动或冲击负载)的动态响应。进一步，它影响由变压器芯响应这种负载而产生的噪声的质量。更具体地，长形夹持结构允许增大变压器芯的刚度，从而改善变压器对外部负载的响应行为。

4、变压器芯的刚度在变压器的动态响应(特别是对振动负载的响应)中起主要作用。变压器芯的结构刚度直接影响变压器芯的机械谐振行为和相应的相关模态。通常，较低的机械整体共振频率导致振动期间结构的较大位移，并且因此导致变压器框架结构的关键部件上的较高的应力水平。芯的芯柱的刚度和紧凑性是关于芯最低和主要机械共振的主要因素。这是由于芯柱的刚度和质量之间的比率是非常不利。最关键的振动模式是涉及芯柱的纵向弯曲的模式，如图2a和图2b示出的变压器的侧视图示意性描绘的那样。长形夹持结构允许实现芯柱的增加的抗弯刚度，并且通过这种方式增加了变压器芯的机械共振频率，从而降低了应力水平。因此，可以降低变压器的故障风险。

5、各种实施例可以优选地实施以下特征：

6、优选地，芯柱包括一叠片材，例如晶粒取向或晶粒不取向的片材。长形夹持结构特别适合于这种情况，因为它允许减少片材之间的相对运动。

7、优选地，长形夹持结构包括第一端部和相对的第二端部，其中第一端部和第二端部被配置成压缩围绕长形夹持结构的芯柱的一部分。这允许产生压缩或紧固芯柱的力。通过这种方式，可以进一步提高芯柱的刚度。

8、优选地，长形夹持结构的第一端部和/或第二端部包括具有锥形头部的固定构件。锥形头部有助于生成特别有效的压缩力。

9、优选地，固定构件例如包括埋头螺栓或由埋头螺栓形成。

10、优选地，长形开口包括至少一个锥形端部，该至少一个锥形端部对应于固定构件的锥形头部成形，其中变压器芯优选地被设计成使得固定构件的锥形头部完全定位在长形开口内。因此，可以排除或至少减轻固定构件对缠绕在芯柱周围的变压器线圈的绕组的不利影响。

11、优选地，芯柱包括平行于芯柱主轴线延伸的至少一个支腿板，其中在至少一个支腿板中形成长形开口的至少一个锥形端部。

12、优选地，固定构件包括可螺纹连接到刚性构件的螺纹件。这允许以特别合适且易于操作的方式实现作用在芯柱上的可控压缩力。此外，这也有利于变压器芯的组装。

13、优选地，变压器芯还包括至少一个垫圈，该至少一个垫圈定位在固定构件的锥形头部周围。

14、优选地，垫圈由绝缘材料制成。这允许减轻在组装过程中损坏变压器芯零件的风险。

15、优选地，长形夹持结构包括绝缘管，该绝缘管被定位在长形开口的内表面和刚性构件之间，并被配置成实现刚性构件和芯柱之间的隔离。绝缘管可以是柔性绝缘管。

16、优选地，垫圈被形成为绝缘管的一部分。换句话说，绝缘管优选延伸到固定构件的锥形头部的外端。优选地，绝缘管被设计成与直接与长形开口的锥形端部相邻的芯柱的周围外表面区段齐平地终止。替代性地，垫圈优选被定位在固定构件的锥形头部和绝缘管之间。优选地，绝缘管和垫圈在任何情况下都是这样形成的，即它们不会突出到芯柱的周围外表面部分之上。

17、优选地，变压器芯包括至少一个另外的长形夹持结构，该至少一个另外的长形夹持结构类似于首先提及的长形夹持结构构造。优选地，至少一个另外的长形夹持结构的长形刚性构件的方向与首先提及的长形夹持结构的长形刚性构件平行。至少一个另外的长形夹持结构可以进一步提高芯柱的刚度和紧凑性。

18、例如，优选地提供至少三个长形夹持结构，使得沿着芯柱形成一排长形夹持结构，依次包括第一长形夹持结构、第二长形夹持结构和第三长形夹持结构，其中第一长形夹持结构和第二长形夹持结构之间的第一距离不同于第二长形夹持结构和第三长形夹持结构之间的第二距离。这允许通过特别少的长形夹持结构来实现芯柱的一定水平的刚度和紧凑性。

19、优选地，该排长形夹持结构被形成为使得长形夹持结构之间的距离随着距第一轭的距离增加而增加，其中优选地，第一轭是底部轭，以及第二轭是顶部轭。

20、优选地，变压器芯还包括至少一个另外的芯柱，其中该至少一个另外的芯柱的主轴线和首先提及的芯柱的主轴线被定位在公共平面内，并且其中长形开口的开口主轴线还垂直于所述平面定向。

21、优选地，至少一个另外的芯柱被构造为类似于首先提到的芯柱。优选地，至少一个另外的芯柱包括相应的长形开口，其中相应的另外的长形夹持结构的刚性构件类似地定位在长形开口内。

22、根据本公开的另一方面，提供了一种变压器，该变压器包括根据本公开的变压器芯和缠绕在芯柱周围的绕组。

技术特征：

1.一种变压器芯，包括：

2.根据权利要求1所述的变压器芯，其中所述变压器芯被设计成使得所述固定构件(24，24')的锥形头部(26，26')完全定位在所述长形开口(16)内。

3.根据权利要求1或2所述的变压器芯，其中所述固定构件(24，24')包括能螺旋连接到所述刚性构件(12)的螺纹件。

4.根据前述权利要求中任一项所述的变压器芯，其中所述至少一个垫圈由电绝缘材料制成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的变压器芯，其中所述长形夹持结构(10)还包括绝缘管(32)，所述绝缘管被定位在所述长形开口(16)的内表面和所述刚性构件(12)之间，并且被配置成实现所述刚性构件(12)和芯柱(6)之间的隔离。

6.根据权利要求5所述的变压器芯，其中所述垫圈形成为所述绝缘管(32)的一部分。

7.根据权利要求5所述的变压器芯，其中所述垫圈定位在所述固定构件(24，24')的锥形头部(26，26')和所述绝缘管(32)之间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的变压器芯，还包括至少一个另外的长形夹持结构(10'，10”，10”')，所述至少一个另外的长形夹持结构被构造成类似于首先提及的长形夹持结构10，其中，优选地所述至少一个另外的长形夹持结构(10'，10”，10”')的所述长形刚性构件平行于所述首先提及的长形夹持结构(10)的所述长形刚性构件(12)定向。

9.根据权利要求8所述的变压器芯，包括至少三个长形夹持结构(10，10'，10”，10”')，从而形成沿着所述芯柱(6)的一排长形夹持结构，依次包括第一长形夹持结构(10)、第二长形夹持结构(10')和第三长形夹持结构(10”)，其中所述第一长形夹持结构和第二长形夹持结构(10，10')之间的第一距离(d1)不同于所述第二长形夹持结构和第三长形夹持结构(10'，10”)之间的第二距离(d2)。

10.根据权利要求9所述的变压器芯，其中所述一排长形夹持结构(10，10'，10”，10”')被形成为所述长形夹持结构(10，10'，10”，10”')之间的所述距离(d1，d2，d3)随着距所述第一轭(2)的距离增加而增加，其中，优选地所述第一轭(2)是底部轭，并且所述第二轭(4)是上部轭。

11.根据前述权利要求中任一项所述的变压器芯，还包括至少一个另外的芯柱(6')，其中所述至少一个另外的芯柱(6')的主轴线(8')和所述首先提及的芯柱(6)的主轴线(8)被定位在公共平面内，并且其中所述长形开口(16)的开口主轴线(18)进一步垂直于所述平面定向。

12.根据权利要求11所述的变压器芯，其中所述至少一个另外的芯柱(6')被构造成类似于所述首先提及的芯柱(6)。

13.一种变压器，包括前述权利要求中任一项所述的变压器芯和缠绕在所述芯柱(6)周围的绕组。

技术总结提供了一种变压器芯，该变压器芯包括：第一轭；第二轭；芯柱(6)，该芯柱具有芯柱主轴线(8)并在第一轭和第二轭之间延伸；以及长形夹持结构(10)，该长形夹持结构包括具有刚性构件主轴线(14)的长形刚性构件(12)。芯柱(6)包括长形开口(16)，该长形开口具有相对于芯柱主轴线(8)横向定向的开口主轴线(18)。刚性构件(12)被定位在长形开口(16)内，使得刚性构件主轴线(14)平行于开口主轴线(18)定向。技术研发人员：L·德梅尔卡托,李承澈,任鍾珉受保护的技术使用者：日立能源有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10