本發(fā)明涉及一種變壓器芯，更具體地說，涉及一種具有提高的剛度的變壓器芯。進一步，本公開涉及一種包括這種變壓器芯的變壓器。

背景技術：

1、常規(guī)變壓器通常包括安裝在鐵磁材料的芯上的繞組。芯在其下端處連接到底部軛，并且在其上端處連接到頂部軛。軛和芯柱通常被組裝成一疊磁性片材，例如晶粒取向或晶粒不取向的磁性片材。進一步，已知使用框架將底部軛和頂部軛夾持和壓縮在一起。

2、然而，在某些動態(tài)負載(例如由地震活動引起的振動負載)的情況下，變壓器組件的結構，即“變壓器框架結構”可能以這樣的方式移位，即可能出現(xiàn)作用在組件的關鍵零件上的高應力水平。這可能導致疲勞和裂紋擴展機制以及變壓器的故障。例如，在核電、風電、海洋和其他工業(yè)領域中使用的變壓器的情況下，可能會出現(xiàn)相應的負載。

技術實現(xiàn)思路

1、需要提供改進技術，用于降低變壓器的故障的風險。特別地需要減輕變壓器框架結構中裂紋形成的風險的技術。通過獨立權利要求實現(xiàn)這些目的。從屬權利要求涉及優(yōu)選實施例。

2、根據本公開，提供了一種變壓器芯，該變壓器芯包括：第一軛；第二軛；芯柱，該芯柱具有芯柱主軸線并在第一軛和第二軛之間延伸；以及長形夾持結構，該長形夾持結構包括具有剛性構件主軸線的長形剛性構件。芯柱包括具有開口主軸線的長形開口，該開口主軸線相對于芯柱主軸線橫向定向。剛性構件定位在長形開口內，使得剛性構件主軸線平行于開口主軸線定向。

3、長形夾持結構允許實現(xiàn)芯柱的可控剛度。通過這種方式，可以控制或影響芯柱和整個變壓器芯的機械特性。芯柱的剛度顯著影響變壓器芯的動態(tài)響應和變壓器對外部負載(諸如振動或沖擊負載)的動態(tài)響應。進一步，它影響由變壓器芯響應這種負載而產生的噪聲的質量。更具體地，長形夾持結構允許增大變壓器芯的剛度，從而改善變壓器對外部負載的響應行為。

4、變壓器芯的剛度在變壓器的動態(tài)響應(特別是對振動負載的響應)中起主要作用。變壓器芯的結構剛度直接影響變壓器芯的機械諧振行為和相應的相關模態(tài)。通常，較低的機械整體共振頻率導致振動期間結構的較大位移，并且因此導致變壓器框架結構的關鍵部件上的較高的應力水平。芯的芯柱的剛度和緊湊性是關于芯最低和主要機械共振的主要因素。這是由于芯柱的剛度和質量之間的比率是非常不利。最關鍵的振動模式是涉及芯柱的縱向彎曲的模式，如圖2a和圖2b示出的變壓器的側視圖示意性描繪的那樣。長形夾持結構允許實現(xiàn)芯柱的增加的抗彎剛度，并且通過這種方式增加了變壓器芯的機械共振頻率，從而降低了應力水平。因此，可以降低變壓器的故障風險。

5、各種實施例可以優(yōu)選地實施以下特征：

6、優(yōu)選地，芯柱包括一疊片材，例如晶粒取向或晶粒不取向的片材。長形夾持結構特別適合于這種情況，因為它允許減少片材之間的相對運動。

7、優(yōu)選地，長形夾持結構包括第一端部和相對的第二端部，其中第一端部和第二端部被配置成壓縮圍繞長形夾持結構的芯柱的一部分。這允許產生壓縮或緊固芯柱的力。通過這種方式，可以進一步提高芯柱的剛度。

8、優(yōu)選地，長形夾持結構的第一端部和/或第二端部包括具有錐形頭部的固定構件。錐形頭部有助于生成特別有效的壓縮力。

9、優(yōu)選地，固定構件例如包括埋頭螺栓或由埋頭螺栓形成。

10、優(yōu)選地，長形開口包括至少一個錐形端部，該至少一個錐形端部對應于固定構件的錐形頭部成形，其中變壓器芯優(yōu)選地被設計成使得固定構件的錐形頭部完全定位在長形開口內。因此，可以排除或至少減輕固定構件對纏繞在芯柱周圍的變壓器線圈的繞組的不利影響。

11、優(yōu)選地，芯柱包括平行于芯柱主軸線延伸的至少一個支腿板，其中在至少一個支腿板中形成長形開口的至少一個錐形端部。

12、優(yōu)選地，固定構件包括可螺紋連接到剛性構件的螺紋件。這允許以特別合適且易于操作的方式實現(xiàn)作用在芯柱上的可控壓縮力。此外，這也有利于變壓器芯的組裝。

13、優(yōu)選地，變壓器芯還包括至少一個墊圈，該至少一個墊圈定位在固定構件的錐形頭部周圍。

14、優(yōu)選地，墊圈由絕緣材料制成。這允許減輕在組裝過程中損壞變壓器芯零件的風險。

15、優(yōu)選地，長形夾持結構包括絕緣管，該絕緣管被定位在長形開口的內表面和剛性構件之間，并被配置成實現(xiàn)剛性構件和芯柱之間的隔離。絕緣管可以是柔性絕緣管。

16、優(yōu)選地，墊圈被形成為絕緣管的一部分。換句話說，絕緣管優(yōu)選延伸到固定構件的錐形頭部的外端。優(yōu)選地，絕緣管被設計成與直接與長形開口的錐形端部相鄰的芯柱的周圍外表面區(qū)段齊平地終止。替代性地，墊圈優(yōu)選被定位在固定構件的錐形頭部和絕緣管之間。優(yōu)選地，絕緣管和墊圈在任何情況下都是這樣形成的，即它們不會突出到芯柱的周圍外表面部分之上。

17、優(yōu)選地，變壓器芯包括至少一個另外的長形夾持結構，該至少一個另外的長形夾持結構類似于首先提及的長形夾持結構構造。優(yōu)選地，至少一個另外的長形夾持結構的長形剛性構件的方向與首先提及的長形夾持結構的長形剛性構件平行。至少一個另外的長形夾持結構可以進一步提高芯柱的剛度和緊湊性。

18、例如，優(yōu)選地提供至少三個長形夾持結構，使得沿著芯柱形成一排長形夾持結構，依次包括第一長形夾持結構、第二長形夾持結構和第三長形夾持結構，其中第一長形夾持結構和第二長形夾持結構之間的第一距離不同于第二長形夾持結構和第三長形夾持結構之間的第二距離。這允許通過特別少的長形夾持結構來實現(xiàn)芯柱的一定水平的剛度和緊湊性。

19、優(yōu)選地，該排長形夾持結構被形成為使得長形夾持結構之間的距離隨著距第一軛的距離增加而增加，其中優(yōu)選地，第一軛是底部軛，以及第二軛是頂部軛。

20、優(yōu)選地，變壓器芯還包括至少一個另外的芯柱，其中該至少一個另外的芯柱的主軸線和首先提及的芯柱的主軸線被定位在公共平面內，并且其中長形開口的開口主軸線還垂直于所述平面定向。

21、優(yōu)選地，至少一個另外的芯柱被構造為類似于首先提到的芯柱。優(yōu)選地，至少一個另外的芯柱包括相應的長形開口，其中相應的另外的長形夾持結構的剛性構件類似地定位在長形開口內。

22、根據本公開的另一方面，提供了一種變壓器，該變壓器包括根據本公開的變壓器芯和纏繞在芯柱周圍的繞組。

技術特征：

1.一種變壓器芯，包括：

2.根據權利要求1所述的變壓器芯，其中所述變壓器芯被設計成使得所述固定構件(24，24')的錐形頭部(26，26')完全定位在所述長形開口(16)內。

3.根據權利要求1或2所述的變壓器芯，其中所述固定構件(24，24')包括能螺旋連接到所述剛性構件(12)的螺紋件。

4.根據前述權利要求中任一項所述的變壓器芯，其中所述至少一個墊圈由電絕緣材料制成。

5.根據前述權利要求中任一項所述的變壓器芯，其中所述長形夾持結構(10)還包括絕緣管(32)，所述絕緣管被定位在所述長形開口(16)的內表面和所述剛性構件(12)之間，并且被配置成實現(xiàn)所述剛性構件(12)和芯柱(6)之間的隔離。

6.根據權利要求5所述的變壓器芯，其中所述墊圈形成為所述絕緣管(32)的一部分。

7.根據權利要求5所述的變壓器芯，其中所述墊圈定位在所述固定構件(24，24')的錐形頭部(26，26')和所述絕緣管(32)之間。

8.根據前述權利要求中任一項所述的變壓器芯，還包括至少一個另外的長形夾持結構(10'，10”，10”')，所述至少一個另外的長形夾持結構被構造成類似于首先提及的長形夾持結構10，其中，優(yōu)選地所述至少一個另外的長形夾持結構(10'，10”，10”')的所述長形剛性構件平行于所述首先提及的長形夾持結構(10)的所述長形剛性構件(12)定向。

9.根據權利要求8所述的變壓器芯，包括至少三個長形夾持結構(10，10'，10”，10”')，從而形成沿著所述芯柱(6)的一排長形夾持結構，依次包括第一長形夾持結構(10)、第二長形夾持結構(10')和第三長形夾持結構(10”)，其中所述第一長形夾持結構和第二長形夾持結構(10，10')之間的第一距離(d1)不同于所述第二長形夾持結構和第三長形夾持結構(10'，10”)之間的第二距離(d2)。

10.根據權利要求9所述的變壓器芯，其中所述一排長形夾持結構(10，10'，10”，10”')被形成為所述長形夾持結構(10，10'，10”，10”')之間的所述距離(d1，d2，d3)隨著距所述第一軛(2)的距離增加而增加，其中，優(yōu)選地所述第一軛(2)是底部軛，并且所述第二軛(4)是上部軛。

11.根據前述權利要求中任一項所述的變壓器芯，還包括至少一個另外的芯柱(6')，其中所述至少一個另外的芯柱(6')的主軸線(8')和所述首先提及的芯柱(6)的主軸線(8)被定位在公共平面內，并且其中所述長形開口(16)的開口主軸線(18)進一步垂直于所述平面定向。

12.根據權利要求11所述的變壓器芯，其中所述至少一個另外的芯柱(6')被構造成類似于所述首先提及的芯柱(6)。

13.一種變壓器，包括前述權利要求中任一項所述的變壓器芯和纏繞在所述芯柱(6)周圍的繞組。

技術總結
提供了一種變壓器芯，該變壓器芯包括：第一軛；第二軛；芯柱(6)，該芯柱具有芯柱主軸線(8)并在第一軛和第二軛之間延伸；以及長形夾持結構(10)，該長形夾持結構包括具有剛性構件主軸線(14)的長形剛性構件(12)。芯柱(6)包括長形開口(16)，該長形開口具有相對于芯柱主軸線(8)橫向定向的開口主軸線(18)。剛性構件(12)被定位在長形開口(16)內，使得剛性構件主軸線(14)平行于開口主軸線(18)定向。

技術研發(fā)人員：L·德梅爾卡托,李承澈,任鍾珉
受保護的技術使用者：日立能源有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/10