本發(fā)明涉及一種車輛變壓器，該車輛變壓器包括帶有兩個相對的軛和在軛之間沿著平行的柱軸線延伸的至少兩個柱的變壓器鐵心，其中，在各個軛處設置支撐結構，以便承載帶有水平取向的柱軸線的車輛變壓器，并且，其中，具有至少一個相應的電繞組的空心圓柱形線圈環(huán)繞柱中的至少一個布置。

背景技術：

已知，電力驅動式車輛(尤其是，鐵路機車)要求移動式電力變壓器，以便使由供電系統通過架空線路而供給的電壓電平適應于例如安裝于車輛本身中的電力變頻器等的需要。架空輸電線路的典型的電壓電平在例如1kv至10kv的范圍內。通常，變頻器生成具有可控頻率和電壓電平的電壓，以便優(yōu)選地為驅動車輛的異步電動機供電。鐵路機車的額定功率例如可能達數mva，其中，有軌電車(electrictramway)的額定功率可能達大約100kva。

變壓器是在配電網絡中的通常不經受主要的幾何約束的已知的構件。在配電網絡中的典型的變壓器具有豎直取向的柱軸線，并且不經受任何力沖擊，諸如車輛變壓器在例如以>200km/h的高速駛入彎道時那樣。

為了增大在車輛(諸如，列車)中的可用空間，將列車的牽引所需要的構件(尤其是，變壓器和變頻器)布置于地板下的區(qū)域中和/或鐵路車輛的頂板上。因而，典型的列車不包括拉動若干個車廂(wagon)的用于牽引的專用機車，此外，用于牽引的構件分布于全都為乘客提供可用空間的若干個車廂上。該可用空間通常是鐵路車廂(相應地，車輛)的中心區(qū)域。

不利地，在現有技術內，必須將電氣構件布置于乘客空間的下方地板下的區(qū)域中和/或布置于乘客空間的上方車廂(相應地，車輛)的頂板上的非常有限的空間中。由于列車或車輛的最大橫截面輪廓始終受限制，因而用于布置這樣的電氣構件的空間非常有限，尤其涉及到其高度。同樣地，車輛變壓器的重量應當盡可能小，以便據此降低車輛在運行中的能耗。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是，提供一種具有扁平設計的緊湊的輕質的車輛變壓器，另一方面，該車輛變壓器對于當車輛正在運動時出現的沖擊(相應地，振動)具有穩(wěn)健性。

該問題由前面提到的種類的車輛變壓器解決。其特征在于，線圈與柱剛性連接，以便據此，與線圈與柱的不存在剛性連接的組合體相比，改進了線圈與柱的剛性組合體的抗彎性。

本發(fā)明的基本思想是，布置具有水平布置的柱軸線的變壓器鐵心，以便降低所需的空間的高度。在此，在軛中的各個處設置支撐結構，以便承載車輛變壓器的全部重量。不需要對線圈的任何額外的機械支撐，由在軛區(qū)域中的支撐結構承載變壓器的整個重量。

常規(guī)的固定式變壓器的柱典型地豎直地取向，以便環(huán)繞柱布置的線圈的重量(相應地，變壓器鐵心本身的重量)容易地由變壓器鐵心在不帶有較大的彎曲負荷的情況下承受。另一方面，通常由若干層的片狀金屬組成的常規(guī)的變壓器鐵心的機械強度不足以在水平位置中承受其自身的重量及其線圈的重量。

通常，布置于變壓器鐵心的柱上的線圈是未改進鐵心的機械特征的構件，此外，載荷必須由變壓器鐵心承受。根據本發(fā)明，線圈與柱剛性連接，以便線圈本身增加兩者的剛性組合體的抗彎性。達成此目的的前提為，線圈本身也是剛性結構。

因而，根據本發(fā)明的車輛變壓器一方面具有穩(wěn)健的結構，并且另一方面在其設計上是緊湊的，因為，不需要用于實現穩(wěn)定化的更多的構件。特別地，由于柱(相應地，線圈)的水平布置而降低所要求的高度。由于這個原因，根據本發(fā)明的車輛變壓器能夠以可放置到在車輛的頂板上或地板下可用的典型地標準化的空間中的方式設計。由于變壓器的重量減輕，因而相應的車輛還將更環(huán)保。

根據本發(fā)明的又一實施例，在柱的表面上設置纖維復合材料，以便提高其機械強度。典型地，變壓器鐵心由分層的金屬片組成，以減少渦流。繼應用(相應地，纏繞)于柱上之后，在固化過程中硬化的纖維復合材料(諸如，樹脂浸漬的玻璃纖維粗紗)將顯著地提高柱的機械穩(wěn)定性和抗彎性。

根據本發(fā)明的又一實施例，至少部分地借助于膠將柱和線圈剛性連接。在對膠材料進行操縱期間，優(yōu)選地，膠材料處于液態(tài)，其中，在硬化之后，膠材料變硬，以便能夠容易地處理膠材料。這允許例如電繞組的導體直接地纏繞于柱上，相應地，允許纖維材料直接地纏繞于柱上，而不預先生產單獨的線圈。與鐵心本身的金屬片相比，纖維材料的表面賦予了對膠材料改進的抓握。該實施例的又一優(yōu)點是，不需要線管等，以便以最佳方式使用徑向空間。合適的膠例如是：

?k?rapox-zweikomponentenharz735a，

?k?rapox-zweikomponentenharz735b，或

?scotchcastklebernr.282。

根據本發(fā)明的又一實施例，空心圓柱形線圈包括纖維復合材料。通過纖維復合材料提高柱的機械穩(wěn)定性和抗彎性的原理還能夠應用于線圈上?？傊w維復合材料典型地是在導電體的不同的層中間所需要的電絕緣材料。因此，不要求更多的空間來提高線圈的抗彎性。

根據本發(fā)明，纖維材料優(yōu)選地按照以高效的方式提高線圈的機械穩(wěn)定性的方式布置。相應的實施例的特征在于，空心圓柱形線圈包括沿著線圈的大致整個軸向延伸部分在不同的徑向距離上的若干層纏繞的纖維復合材料，以便空心圓柱形線圈具有例如整塊件的機械強度。可以通過應用具有與線圈的軸向長度類似的寬度的帶形材料而改進穩(wěn)定性，以便避免軸向重疊。合適的復合材料例如是樹脂浸漬的玻璃纖維材料或預浸料，其為預浸漬的帶狀材料，其中，用于浸漬的樹脂處于b階段中。這意味著，用于浸漬的樹脂處于固態(tài)，但其將在固化過程的期間熔融，且隨后硬化。

根據本發(fā)明的另一實施例，優(yōu)選地，在柱與線圈中間的徑向空間中設置沿軸向取向的板條，以便構建空心圓柱形布置的軸向通道。板條優(yōu)選地由剛性材料制成，并且，膠合于柱的表面(相應地，周圍的纖維復合材料的表面)上。以類似的方式，另外將板條膠合于線圈的徑向內表面上。因此，板條完全地集成于柱和線圈的剛性結構中。據此，以有利的方式構建冷卻通道，以便在運行的期間，能夠以高效的方式冷卻車輛變壓器。在線圈的導體的徑向相鄰的層中間還能夠設置軸向冷卻通道。

根據本發(fā)明的另一實施例，線圈沿著柱的大致整個軸向長度延伸。因此，一方面，以最高效的方式使用用于變壓器的空間，并且，以有利的方式沿著柱的全長改進柱的機械穩(wěn)定性。

根據本發(fā)明的另一實施例，相應的空心圓柱形線圈環(huán)繞柱中的各個布置。同樣地，在此，以最高效的方式使用可用的空間，并且，據此，不用不必要地增加變壓器的重量。由于通常以唯一的架空導線和接地連接件實現車輛(諸如，列車)的供電，典型的車輛變壓器為單相的，因此，設置一個主繞組和一個副繞組。任選地，可以設置例如用于為車輛的乘客室提供散熱器的第三繞組。繞組可以分成串聯電連接的兩個或更多個部分。因而，本發(fā)明的優(yōu)選的實施例是具有兩個線圈的雙柱變壓器，其中，電繞組以具有至少大致相同的尺寸的方式分布于兩個線圈上。

根據本發(fā)明的又一實施例，支撐結構包括在各個軛處的由大致波狀金屬帶形成的梁結構，其中，梁結構的峰和谷沿著平行線延伸。

車輛(如鐵路車廂)的地板下的區(qū)域典型地準備好以容納一定數量的具有標準化的尺寸的機殼(相應地，模塊)。為了使機殼可按容易的方式安裝(相應地，替換)，至少對于地板下的變型，在各機殼的底部處的標準化的橫梁都設置在其兩個軸向端部處。為了增加在各機殼中的可用的高度，橫梁的高度被降低，并且，作為替代，橫梁具有增加的寬度。因而，必須在軛中的各個處設置支撐結構，以便承載在與橫梁相距的某一豎直距離處的車輛變壓器。一方面，支撐結構必須滿足涉及到最小重量的標準，而另一方面，支撐結構必須滿足所要求的程度的剛度，以便即使在例如意外地造成的來自側面的水平沖擊的情況下，也將車輛變壓器安全地安裝于橫梁上。

根據本發(fā)明的另一實施例，梁結構布置于具有水平取向的柱軸線的變壓器鐵心的軛中的各個的下方，并且，通過用于各個軛的貫穿梁結構的峰且貫穿軛的總厚度的至少兩個螺釘或螺栓連接件而被連接至各個軛。貫穿軛的總厚度的螺栓或螺釘提供安全且可容易地安裝的連接，其中，據此，以有利的方式提高變壓器鐵心的穩(wěn)定性。

根據本發(fā)明的另一實施例，c形形狀的橫梁布置于梁結構的下方，并且，通過穿過梁結構的谷的至少兩個螺釘或螺栓連接件而連接至梁結構。橫梁的c形形狀在高度的機械穩(wěn)定性的情況下提供額外的重量降低。

根據本發(fā)明的又一實施例，梁結構以承受來自側面的水平沖擊的方式設計。由于安全原因，在不同的國家中存在必須實現的相應的規(guī)定。例如，通過調節(jié)波狀帶的軸向寬度，調節(jié)波數，或調節(jié)材料的厚度，從而能夠修改梁結構的設計。使用有限元程序的模擬能夠用于驗證某一設計的適合性。合適的設計包括在峰與谷之間具有例如40cm的豎直距離的例如4個波，其中，例如，波狀帶的寬度達30cm。

根據本發(fā)明的又一實施例，車輛變壓器安裝于鐵道車輛的地板下的區(qū)域中。因而，車輛變壓器的小型、輕質且穩(wěn)健的設計的優(yōu)點實現至車輛中。

根據本發(fā)明的又一實施例，車輛變壓器布置于具有用于冷卻的鼓風機的機殼中。例如，機殼由鋼片制成。由于車輛變壓器的整體重量由軛承載，因而機殼不具有結構功能，此外，其目的是，保護車輛變壓器免受環(huán)境條件(諸如，粉塵或水)損害。優(yōu)選地包括空氣過濾器單元的鼓風機允許變壓器的強制空氣冷卻。機殼的形狀優(yōu)選地與鐵路車廂的標準化的模塊尺寸相對應。

根據本發(fā)明的又一實施例，軛(相應地，柱)的橫截面為大致矩形。因而，以有利的方式再次降低車輛變壓器的所需的體積。

在從屬權利要求中提到本發(fā)明的更多的有利的實施例。

附圖說明

現在，將借助于示范性的實施例且參考附圖而進一步解釋本發(fā)明，其中：

圖1示出示范性的第一車輛變壓器，

圖2示出與柱剛性連接的第一示范性的線圈，

圖3示出與柱剛性連接的第二示范性的線圈，

圖4示出梁結構上的車輛變壓器，并且，

圖5示出具有車輛變壓器的示范性的車輛。

具體實施方式

圖1從頂視圖示出示范性的第一車輛變壓器10。環(huán)狀矩形形狀的變壓器鐵心12包括兩個軛18、20和在軛18、20中間與柱軸線26平行地延伸的兩個柱22、24。相應的空心圓柱形線圈14、16沿著其幾乎整個軸向延伸部分環(huán)繞柱22、24中的各個布置。車輛變壓器的柱軸線26水平取向，以便據此減小豎直的所需的空間。柱22、24和線圈14、16借助于膠而剛性連接，以便據此以有利的方式改進柱和線圈的組合體的抗彎性。

圖2在簡圖30中示出與柱34剛性連接的第一示范性的線圈46。柱34由具有環(huán)繞柱軸線32延伸的大致圓形的相同橫截面的若干層堆疊的金屬片組成。在柱34的徑向外側上，設置纏繞的一層纖維復合材料36，以便對柱34賦予改進的機械強度。若干個軸向取向的板條38、40以彼此間相等的切向距離的方式而膠合于該層纖維復合材料36的徑向外表面上。具有未示出的電繞組的空心圓柱形線圈46膠合于板條38、40的徑向外側上。由未示出的若干層纖維復合材料增強空心圓柱形線圈46，以使其堅固性較硬。在柱34與線圈46中間的徑向空間中，設置空心圓柱形布置的軸向通道42、44作為冷卻通道。由于柱34和線圈46借助于膠而剛性連接在一起，因而兩者的組合體具有帶有高抗彎性的整塊件的機械強度。

圖3在簡圖50中示出與柱54剛性連接的第二示范性的線圈74的截面。柱54由具有環(huán)繞柱軸線52延伸的圓形橫截面的若干層的堆疊的金屬片56組成，然而，在該簡圖中，僅示出一部分的橫截面。在柱54的徑向外表面上的一層纖維復合材料58提高其機械強度和抗彎性?？招膱A柱形線圈74包括交替的若干層纖維復合材料64、68、72和電繞組66、70。由于還存在于繞組66、70的導體回路中間的纖維復合材料64、68、72，所以線圈74具有較硬的堅固性和較高的機械強度。柱54和線圈74與沿軸向布置的膠合62于其間的徑向空間中的板條60剛性連接。

圖4在簡圖80中示出了在梁結構92上的車輛變壓器。車輛變壓器包括具有兩個相對的軛82和水平取向的柱(這些柱具有環(huán)繞其布置的相應的線圈84、86)的變壓器鐵心。變壓器鐵心的軛82由相應的波狀梁結構92承受，波狀梁結構92在其峰96處借助于螺栓88、90連接至軛。螺栓88、90貫穿軛82的總厚度，以便據此獲得變壓器鐵心的提高的機械穩(wěn)定性。梁結構92的下側由橫向c形形狀的梁98承受，梁98通過更多的螺栓而與梁結構92的谷94連接。在c形形狀的梁98的兩側處，都設置相應的托架100、102，以便將整體結構與車輛的地板下的區(qū)域連接。c形梁98和托架100、102的所組成的形狀與鐵路車廂的地板下的區(qū)域所允許的示范性的輪廓的外部界限相對應。

圖5在簡圖110中示出具有車輛變壓器的示范性的車輛112。車輛112是為三個標準化的地板下的模塊和兩個頂板模塊提供空間的鐵路機車。在地板下的模塊之一中布置有車輛變壓器114，其中，水平柱軸線116沿行駛方向取向。在頂板模塊之一上布置有另一車輛變壓器118。

參考標記列表

10示范性的第一車輛變壓器

12變壓器鐵心

14第一車輛變壓器的第一空心圓柱形線圈

16第一車輛變壓器的第二空心圓柱形線圈

18變壓器鐵心的第一軛

20變壓器鐵心的第二軛

22變壓器鐵心的第一柱

24變壓器鐵心的第二柱

26柱軸線

30與柱剛性連接的第一示范性的線圈

32柱軸線

34柱

36纖維復合材料層

38第一沿軸向取向的板條

40第二沿軸向取向的板條

42第一軸向通道

44第二軸向通道

46線圈

50與柱剛性連接的第二示范性的線圈

52柱軸線

54柱

56柱的金屬片

58纖維復合材料層

60板條

62膠

64纖維復合材料的第一纏繞層

66第一電繞組

68纖維復合材料的第二纏繞層

70第二電繞組

72纖維復合材料的第三纏繞層

74線圈

80在梁結構上的車輛變壓器

82變壓器鐵心的軛

84車輛變壓器的第一線圈

86車輛變壓器的第二線圈

88第一螺栓

90第二螺栓

92示范性的梁結構

94梁結構的谷

96梁結構的峰

98c形形狀的梁

100第一托架

102第二托架

110具有車輛變壓器的示范性的車輛

112車輛

114安裝于地板下的區(qū)域中的車輛變壓器

116安裝于頂板區(qū)域中的車輛變壓器。