本發(fā)明涉及用于電氣軌道車輛的牽引變壓器的領(lǐng)域。其涉及如在權(quán)利要求1和2的前序部分中所說明的牽引變壓器。

背景技術(shù)：

在電氣軌道推進(jìn)車輛諸如機(jī)車或有軌汽車(rail coach)中，牽引變壓器是牽引鏈中的關(guān)鍵部件。如果牽引變壓器失效，火車便不動(dòng)并且軌道區(qū)段被阻塞。牽引變壓器是在有軌車輛上的主變壓器并且將能量從懸索提供至推進(jìn)馬達(dá)以及用于所有車載系統(tǒng)。當(dāng)適合用于復(fù)式交流異步馬達(dá)(multiple AC asynchronous motor)和直流轉(zhuǎn)換器(DC converter)以及帶有變化的諧波緩和(harmonics mitigation)過濾要求的馬達(dá)時(shí)，牽引變壓器不得不適應(yīng)不同的輸入頻率和電壓(范圍從高達(dá)50Hz下至16.7Hz并且高達(dá)25kV)。為了提供高功率轉(zhuǎn)化，牽引變壓器需設(shè)計(jì)成有很大的尺寸和重量。牽引變壓器設(shè)計(jì)成承受所有產(chǎn)生的軌道推進(jìn)車輛的加速力、沖擊和機(jī)械振動(dòng)。

牽引變壓器通常被置于牽引車輛的主罩殼之外，即在底板下或在車頂上，在此由于最大允許的車輛高度或在底板下與軌道之間可利用的空間而空間受限制。牽引變壓器也可被置于主罩殼之內(nèi)并且存在類似的空間限制。此外，由于變壓器的相當(dāng)大的重量，如果需要車頂或在底板下的安裝必須要注意。

第一牽引變壓器構(gòu)造有空氣絕緣或干燥絕緣，引起頻繁的失效如在運(yùn)行期間的放電和跳火(flashover)。這些失效由變壓器所暴露于的濕度或塵土引起。

現(xiàn)今，本領(lǐng)域傳統(tǒng)的用于電氣軌道推進(jìn)車輛的牽引變壓器是絕緣和冷卻油浸變壓器的類型以滿足需要。當(dāng)需要高功率密度時(shí)，與空氣相比油是一種非常好的傳熱介質(zhì)以及良好的電絕緣材料。油浸變壓器的芯和繞組完全被包封在填充有變壓器油的油箱(tank)中。該油箱因此在其外側(cè)上具有合適的器件用于將其安裝至推進(jìn)車輛。這樣的用于安裝的器件是梁、板等等，其被焊接至牽引變壓器的油箱(殼體)并且必須承受油箱、變壓器和變壓器油的全部重量。因此，油箱須具有相當(dāng)大的壁厚并且須由如鋼那樣的較重重量的材料制成以提供機(jī)械穩(wěn)定性。

文件GB874730公開了一種用于軌道推進(jìn)車輛的油浸變壓器裝置，其包括置于變壓器箱中的主變壓器。為推進(jìn)輸送所需要的電壓水平的變壓器安裝在變壓器箱中。變壓器箱填充有油。該箱被安裝在軌道車輛的底板之下。

文件WO2014086948 A2公開了用于牽引應(yīng)用的變壓器，該變壓器帶有浸入到填充油的封殼中的繞組。閉環(huán)芯延伸穿過中心內(nèi)柱體元件的內(nèi)部，該中心內(nèi)柱體元件形成封殼的部分并且因此不與油相接觸。

本發(fā)明的目的是提供一種緊湊的牽引變壓器設(shè)計(jì)，其在維持所需要的功率密度的同時(shí)允許減小的尺寸和重量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的牽引變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的另外的實(shí)施例在從屬的子權(quán)利要求中指出。

根據(jù)第一方面，提供一種用于有軌車輛的牽引變壓器，其包括：

-絕緣液體填充的封殼，

-包含在封殼中的至少兩個(gè)繞組，

-變壓器芯，

-用于將變壓器安裝至有軌車輛的安裝器件，

其中，變壓器芯布置在封殼外，并且

其中，安裝器件附連至變壓器芯。

上述牽引變壓器的一構(gòu)思是繞組容納在封殼中并且變壓器芯可穿過封殼而不與絕緣液體接觸并且于是允許將安裝器件直接附連至變壓器芯用于將變壓器安裝至有軌車輛。換言之，安裝器件和變壓器芯直接相連接并且直接物理接觸。作用在有軌車輛上的力經(jīng)由安裝器件被直接傳遞至變壓器芯。另一方面，作用在變壓器上的力經(jīng)由安裝器件被直接從變壓器芯傳遞至有軌車輛。變壓器允許減少填充在封殼中的絕緣液體的量并且簡(jiǎn)化了封殼的機(jī)械結(jié)構(gòu)。因此，上述牽引變壓器件具有減小的尺寸和重量。

此外，牽引變壓器的封殼被通過至少兩個(gè)支撐元件附連至變壓器芯。

可設(shè)置成，安裝器件僅被固定至牽引變壓器的變壓器芯(40)。以該方式，變壓器的其他部分、尤其變壓器的封殼不被用于安裝器件的固定。由此，更少量的材料和更多輕質(zhì)材料可被用于所有不有助于安裝器件的固定的部件。這樣減少了牽引變壓器的總重量。

此外，封殼可由至少一個(gè)柱狀內(nèi)殼體和由部分地包圍該至少一個(gè)柱狀內(nèi)殼體的柱狀外殼體來(lái)形成，其中，封殼在該至少一個(gè)柱狀內(nèi)殼體與柱狀外殼體之間所包封的體積填充有絕緣液體，并且其中，變壓器芯的部分延伸穿過該至少一個(gè)柱狀內(nèi)殼體。繞組包封內(nèi)柱狀殼體并且由內(nèi)柱狀殼體的外側(cè)表面來(lái)支承。

可設(shè)置成，第一蓋和第二蓋布置在封殼的軸向端部處。封殼被夾在該至少兩個(gè)支撐元件之間，支撐元件在軸向端部處壓到第一和第二蓋上。

第一蓋和第二蓋被液密地密封至封殼的軸向端部。兩個(gè)蓋具有至少一個(gè)開口，其與該至少一個(gè)柱狀內(nèi)殼體的直徑相匹配。以該方式，形成包含絕緣液體的空心柱體。典型地，管腳(limb)作為變壓器芯的一部分延伸穿過空心柱體的通路。液密的密封可通過膠合聯(lián)結(jié)、墊圈或通過焊接來(lái)形成。

此外，該牽引變壓器是芯式的，其意味著兩個(gè)軛和兩個(gè)管腳形成了芯回路。至少一個(gè)繞組附連至管腳中的每個(gè)。軛在封殼的兩個(gè)軸向端部處在外側(cè)延伸，安裝器件被固定至軛。

因?yàn)榉鈿さ闹鞴δ苁怯米饔糜诮^緣液體的箱并且不用作安裝器件的固定，該封殼可由輕質(zhì)材料制成。優(yōu)選的封殼材料可以是玻璃纖維、基于環(huán)氧樹脂的復(fù)合物或鋁的類型。

可設(shè)置成，安裝器件是安裝框架，其具有平行延伸的側(cè)桿(sidebar)。側(cè)桿被固定至軛并且平行于軛方向行進(jìn)。

此外，可包括加強(qiáng)元件(stiffening elements)以吸收沿著軛方向且于是沿著軌道車輛的移動(dòng)方向的力。加強(qiáng)元件被附連至框架的側(cè)桿且至延伸穿過柱狀內(nèi)殼體的變壓器的部分。

可設(shè)置成，至少兩個(gè)支撐元件適應(yīng)于第一蓋和第二蓋的形狀。那些成形的支撐元件防止雜散磁場(chǎng)(magnetic stray field)在繞組和芯管腳的軸向上逃逸。減少了引起渦電流和其他損失的雜散場(chǎng)對(duì)軌道車輛的鄰近的鐵磁部件和對(duì)軌道的寄生效應(yīng)。

可設(shè)置成，封殼具有垂直于繞組的軸向的8字形橫截面。該橫截面有利地改善了柱狀外殼體和于是整個(gè)封殼的機(jī)械穩(wěn)定性并且同時(shí)減少了所包封的體積和于是所需的絕緣液體的量。

附圖說明

結(jié)合附圖將更詳細(xì)地來(lái)說明實(shí)施例，其中：

圖1示出了帶有附連在車輛罩殼的底板下面的牽引變壓器的有軌車輛；

圖2a示出了用于水平安裝的牽引變壓器的透視圖；

圖2b示出了牽引變壓器的側(cè)視圖；

圖2c示出了牽引變壓器的另一側(cè)視圖；

圖2d示出了根據(jù)本發(fā)明的牽引變壓器的截面圖；

圖3示出了用于豎直安裝的牽引變壓器的透視圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)地參照實(shí)施例，其中的一個(gè)或多個(gè)示例在圖中示出。每個(gè)示例通過解釋來(lái)提供而不意圖作為本發(fā)明的限制。在圖的接下來(lái)的說明內(nèi)，相同的附圖標(biāo)記涉及相同的部件。通常，僅說明了關(guān)于各個(gè)實(shí)施例的區(qū)別。

圖1示意性示出了裝備有牽引變壓器10的有軌車輛1，該牽引變壓器附連在車輛罩殼的底板之下。在其他構(gòu)造中，變壓器可被附連在車輛的車頂上或可被附連在車輛罩殼內(nèi)的機(jī)器室中。

接下來(lái)結(jié)合根據(jù)圖2a到2d的視圖來(lái)說明牽引變壓器的第一實(shí)施例。牽引變壓器10包括填充有絕緣液體205的封殼20。絕緣液體典型地包括礦物油、硅油、合成油或植物油并且用于繞組的電絕緣和用于繞組的冷卻。

封殼20由兩個(gè)柱狀內(nèi)殼體201、202和由包圍這兩個(gè)柱狀內(nèi)殼體201、202的柱狀外殼體203來(lái)形成。柱狀內(nèi)殼體201、202中的每個(gè)具有環(huán)形的橫截面并且具有大致平行于外殼體203的柱體軸線的柱體軸線，其是如在圖2d中所示出的軸向Y。軸向Y也是繞組30、31的軸向。柱狀內(nèi)殼體200、201也可成形有不同的橫截面(橫跨其軸向Y)。

封殼20的兩個(gè)軸向的端部中的每個(gè)相應(yīng)被第一和第二蓋206、207封閉。第一和第二蓋206,207、這兩個(gè)柱狀內(nèi)殼體201,202和柱狀外殼體203形成封閉的體積，其填充有絕緣液體205、尤其變壓器油。容納在封殼中的繞組30、31被完全浸入變壓器油中。因此，第一和第二蓋206、207被液密地密封至柱狀外殼體203且至這兩個(gè)柱狀內(nèi)殼體201、202。該密封可通過膠合聯(lián)結(jié)來(lái)產(chǎn)生。備選地，該密封可通過墊圈或通過一種焊接來(lái)產(chǎn)生。

圖2d是沿著根據(jù)第一實(shí)施例的牽引變壓器10的A-A線截取的圖2b的截面圖并且示出了在第一和第二蓋207、208中的兩個(gè)圓形開口208、209，開口208、209相應(yīng)匹配于柱狀內(nèi)殼體201的內(nèi)直徑。設(shè)置有另外兩個(gè)開口并且其匹配于柱狀內(nèi)殼體202的內(nèi)直徑。

變壓器芯40的兩個(gè)管腳403、404延伸穿過這兩個(gè)柱狀內(nèi)殼體201、201并且于是穿過這兩個(gè)繞組30、31。管腳403、404在封殼20的軸向端部處由這兩個(gè)變壓器軛401、402來(lái)橋接。以該方式，芯式變壓器實(shí)現(xiàn)有單獨(dú)浸入變壓器油中的繞組30、31。變壓器芯40在封殼外并且由此不與變壓器油接觸并且可被空氣冷卻。

繞組30、31圍繞相應(yīng)的柱狀內(nèi)殼體201、202卷繞。繞組30、31的導(dǎo)體可以導(dǎo)線狀(諸如金屬導(dǎo)線例如銅導(dǎo)線的線圈)或板狀(覆有電絕緣層)并且螺旋狀地圍繞柱狀內(nèi)殼體201、202卷繞。繞組30可用作牽引變壓器10的一次繞組而繞組31可用作牽引變壓器10的二次繞組或者反之亦然。

為了避免短路，這兩個(gè)柱狀內(nèi)殼體201、202不得用作寄生二次線圈的匝。因此，內(nèi)殼體201、202兩者都由電絕緣材料(例如基于環(huán)氧樹脂的復(fù)合物)制成。

為了將牽引變壓器10水平地安裝至有軌車輛1，由X-Y方向張開的平面大致平行于有軌車輛1的車頂或底板。

如從圖2a到2d中可見，變壓器芯40被固定至安裝器件50，其體現(xiàn)為安裝框架。該框架允許將變壓器10安裝到火車的車頂上或底板下并且具有兩個(gè)平行的側(cè)桿501、502，其通過兩個(gè)橫桿焊接在一起。側(cè)桿501、502沿著火車且沿著火車的移動(dòng)方向(其指示為X方向)對(duì)齊。通過將變壓器芯40直接固定至框架且于是至有軌車輛，除了變壓器的繞組之外最重的部分被用于固定并且有利地可將來(lái)自火車車輛的加速力或振動(dòng)直接傳遞至變壓器芯。這樣簡(jiǎn)化了牽引變壓器10的機(jī)械構(gòu)造并且尤其簡(jiǎn)化了其封殼20的構(gòu)造。

牽引變壓器10僅通過靠在框架的側(cè)桿501、502上的變壓器芯40被固定至框架。尤其變壓器軛401、402和變壓器管腳403、404的端部(其伸出超過封殼20的軸向端部)靠在側(cè)桿501、502之上。在其他實(shí)施例中可配置成框架靠在變壓器芯40之上。

在變壓器芯40與側(cè)桿501、502之間的固定由螺旋接頭形成。為了提供在芯部40與框架之間的高剛度和穩(wěn)定性，變壓器芯40是梯級(jí)搭接(stack-lap)式，在其中管腳403、403的一個(gè)或若干層與軛401、402的一個(gè)或若干層相疊，如在圖2d中所示。8個(gè)通孔設(shè)置在變壓器芯40中，其中的四個(gè)在變壓器芯40的四個(gè)角處在管腳403、404和軛401、402的重疊區(qū)域中形成。當(dāng)變壓器芯40通過螺栓被安裝至框架時(shí)，那么管腳也與軛401、402旋擰到一起。軛401、402平行于側(cè)桿501、502且于是沿著X方向定向。

框架通過四個(gè)彎曲的邊腿被安裝至有軌車輛1，這些邊腿被焊接至側(cè)桿501、502的端部。

如從圖2a到2d可見，封殼20通過四個(gè)支撐元件60、61、62、63被固定至變壓器芯40，這些支撐元件成角度并且它們中的兩個(gè)60、62在封殼20的軸向端部處布置在變壓器芯40的頂部上而其中另兩個(gè)成角度的支撐元件61、63在封殼20的軸向端部處布置在變壓器芯40的底側(cè)處。

成角度的支撐元件60、61、62、63中的每個(gè)通過其兩個(gè)邊腿中的一個(gè)被直接旋擰至變壓器芯40，而封殼20被夾在另外的邊腿之間。另外的邊腿在軸向端部處壓到第一和第二蓋206、207上。在變壓器芯40的頂部上的支撐元件60和在變壓器芯40的底側(cè)上的支撐元件61具有調(diào)整螺栓以設(shè)置用于夾持封殼20的接觸力。調(diào)整螺栓被固定在支撐元件60、61的壓向第一蓋206或第二蓋207的邊腿上。

牽引變壓器10的軛401、402中的每個(gè)被與框架的相應(yīng)的側(cè)桿501,502、與在變壓器芯的頂部上的相應(yīng)的支撐元件60,61,62,63和與在變壓器10的底側(cè)上的相應(yīng)的支撐元件旋擰在一起。螺旋接頭垂直于繞組的軸向Y布置。

支撐元件60、61、62、63可部分地或完全適配于第一蓋206或第二蓋207(未示出)的形狀以便防止在繞組的軸向Y上磁通量的逃逸。以該方式，成形的支撐元件60、61、62、63用作遮蔽并且防止不期望的雜散磁場(chǎng)分散至周圍環(huán)境、尤其至有軌車輛或軌道。

牽引變壓器10可設(shè)置有加強(qiáng)元件70、71、72、73以吸收沿著有軌車輛1的運(yùn)動(dòng)方向的加速力。加強(qiáng)元件70、71、72、73附連至側(cè)桿501、502的頂部且沿著X方向。該固定可通過如在圖2b中對(duì)于剛性元件70所示的螺旋接頭來(lái)形成或者可如其在圖2b中對(duì)于剛性元件71示例性所示被焊接至側(cè)桿501、502。加強(qiáng)元件70、71、72、73定位在變壓器芯40的延伸超過殼體20的軸向端部的部分(其是軛401、402)前面和后面。

附加的加強(qiáng)元件也可被附連至支撐元件60、61、62、63以吸收加速力并且被焊接至該處。這些附加的加強(qiáng)元件也定位在軛401、402前面和后面，可被旋擰至變壓器芯40并且防止變壓器芯40沿著X方向的不期望的運(yùn)動(dòng)。

圖3顯示了用于豎直安裝至有軌車輛的牽引變壓器11的另一實(shí)施例，適合于例如被安裝在車輛的機(jī)器室中。

變壓器芯40被固定至安裝器件50，其也體現(xiàn)為安裝框架。與根據(jù)圖2a到2d的實(shí)施例不同，變壓器11和安裝器件50被旋轉(zhuǎn)了90°到豎立的位置中。換言之，由X-Y方向張開的平面相對(duì)于有軌車輛的底板大致垂直地定向并且因此繞組的軸線豎直地定向。側(cè)桿501、502被與兩個(gè)H-桿焊接在一起，H-桿在側(cè)桿501、502之間橫向延伸并且形成框架。

柱狀外殼體203具有8字形的橫截面，其向封殼20提供了比普通的柱狀成形的殼體更高的機(jī)械穩(wěn)定性。因此，代替鋼可使用更輕質(zhì)的材料像鋁作為用于柱狀外殼體203的材料。柱狀外殼體203可由鋁制成，其與鋼相比還示出良好的導(dǎo)熱性并且改善了從牽引變壓器11到其周圍環(huán)境的熱散逸。如果在柱狀外殼體203上的熱散逸對(duì)于牽引變壓器11的設(shè)計(jì)不重要，也可設(shè)置成使用電絕緣的輕質(zhì)材料例如像環(huán)氧樹脂復(fù)合物。

牽引變壓器11具有兩個(gè)邊腿，其被焊接至在封殼20的相同的軸向端部處的側(cè)桿501、502的端部以在豎直位置中將變壓器安裝至有軌車輛1。

附圖標(biāo)記清單

1 有軌車輛

10,11 牽引變壓器

20 封殼

30,31 繞組

40 變壓器芯

50 安裝器件

60,61,62,63 支撐元件

70,71,72,73 加強(qiáng)元件

201,202 柱狀內(nèi)殼體

203 柱狀外殼體

205 絕緣液體

206,207 第一和第二蓋

208,209 在第一和第二蓋中的開口

401,402 變壓器軛

403,404 變壓器管腳

501,502 側(cè)桿

600 調(diào)整螺栓

X 軛的軸向、側(cè)桿的方向

Y 繞組和柱狀內(nèi)殼體的軸向。