[發明專利]包括熱管的變壓器

有效

• 申請號: 200980162471.X
• 申請日: 2009-12-08
• 公開（公告）號: CN102696081A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: D·查圖尼;L·考夫曼;P·考夫曼;R·穆里略;J·斯馬吉克;L·唐策爾
• 申請（專利權）人: ABB研究有限公司
• 主分類號: H01F27/08
• 分類號: H01F27/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐晶;楊思捷

本發明涉及根據權利要求1的前序部分所述的變壓器和根據權利要求14所述的制備變壓器的方法。

本領域中眾所周知，變壓器將處于某一電壓下的電轉化為處于值更高或更低的另一電壓下的電。該電壓轉化使用初級線圈和次級線圈通過稱為互感的效應實現，各線圈繞在鐵磁性芯上且包括多匝電導體。初級線圈與電壓源連接，次級線圈與負載連接。在初級線圈中的電流在磁芯中產生磁場，所述磁場在次級線圈中引起電壓。

在過去的幾年中，常規變壓器的性能不斷改進。該性能改進伴隨著在變壓器及其部件的冷卻方面的持續研發。有效冷卻的問題在繞組通常澆鑄在諸如環氧樹脂的介電樹脂中的干式變壓器中特別有意義。

在這方面，美國專利申請公開US?2006/0200971號公開了一種包括線圈、多個集成冷卻導管和封裝線圈的樹脂的干式樹脂封裝的變壓器。

此外，德國公開DE?102?33?947號公開了一種包括發電機的風能轉換器，所述發電機包括密閉循環冷卻系統。如在根據US2006/0200971的變壓器中，冷卻因此通過空氣的自然對流實現。

供選地，美國專利4,009,417號公開了一種使用熱管冷卻的配電變壓器。由此，該變壓器提供有以熱管形式的外罩，該熱管具有從外罩延伸到變壓器的介電流體的蒸發器部分。

熱管冷卻在美國專利5,656,984號中進一步提到，該專利公開了具有用可壓縮的閉孔發泡體覆蓋的芯的實心絕緣變壓器，所述變壓器包括放置在內部線圈與芯之間以在溫度積聚之前提取熱的熱管。

并且，本發明的申請人的未公開的歐洲專利申請09161988號公開了一種包括用于散發熱能的熱管的變壓器線圈，所述熱管包括形成沿繞組的圓周方向延伸的層狀蒸發器段的蒸發器。為了實現變壓器中的最佳熱傳輸，該熱管由此優選為環形的。根據在圖中給出的實施方案，熱管配置在初級繞組與次級繞組之間。

雖然熱管的使用使得與純粹空氣對流相比更有效地除去在導體中由歐姆損失產生的熱，但是使用熱管的已知變壓器的制備比較復雜。另外，如果不采取適當技術措施，這類變壓器常會在電有源部分(electrical?active?part)的電絕緣方面產生問題。例如，在低周圍溫度下，熱管內部的壓力較低，意味著介電性能通常也較低?？紤]到該低介電性能，在熱管內部的電場常常太高而不允許變壓器在低周圍溫度下安全操作。

本發明的問題因此在于提供一種變壓器，其允許有效冷卻且同時允許其電有源部分在廣泛溫度范圍且特別是也在低周圍溫度下有效電絕緣。

該問題通過根據權利要求1的變壓器解決。本發明的優選實施方案在從屬權利要求中給出。

根據權利要求1，本發明的變壓器包括指定與電壓源連接的初級線圈和指定與負載連接的次級線圈。

在這些線圈中的至少一個包括第一導體層和布置在所述第一導體層之上的第二導體層。第一導體層和第二導體層二者都包括在線圈的軸向配置的一個或多個盤形繞組，所述一個或多個盤形繞組包括繞成多個同心匝的導體。

包括第一導體層和第二導體層的線圈還包括至少一個用于從線圈散發熱能的熱管，所述熱管包括至少一個熱管蒸發器。

在本發明中，此外，所述至少一個熱管蒸發器安置在其被包括的線圈的第一導體層與第二導體層之間。

因此，一方面，如果熱管蒸發器被包括在初級線圈中，則其安置在初級線圈的第一導體層與第二導體層之間。另一方面，如果熱管蒸發器被包括在次級線圈中，則其安置在次級線圈的第一導體層與第二導體層之間。

隨著電壓降低且因此在線圈的第一導體層與第二導體層之間的介電應力比較低，在各層之間的介質的比較低的介電性能適用于提供足夠的絕緣。因此，雖然熱管內部的壓力會比較低，但由熱管的工作介質和圍繞熱管的材料實現的絕緣性能足以允許變壓器安全操作。

由于熱管蒸發器的特殊位置，本發明因此組合了由熱管進行冷卻的優勢(即，更有效得多地除去導體中產生的熱)與在具有高絕緣性能的材料中澆注電有源部分的優勢(即，小間隙或空隙或絕緣距離足夠)。因此，本發明允許使用具有較小截面積的導體(通過保持電流固定)或使更大電流流過導體。因此，根據本發明可獲得具有較高功率密度的變壓器，這對于其中可用空間有限的應用來說尤其有意義。

優選在第一導體層中的盤形繞組的數目與在第二導體層中的盤形繞組的數目相同。具體地講，第一導體層的盤形繞組通常分別同軸布置在第二導體層的盤形繞組內，以形成多個同軸盤形繞組對。