本發(fā)明涉及高壓電流變壓器單元。在具體應(yīng)用中，本發(fā)明涉及在用于測(cè)量高壓環(huán)境中的電氣參數(shù)的傳感器中使用的變壓器單元。

背景技術(shù)：
在高壓環(huán)境中存在許多需要高度絕緣但精確且快速地測(cè)量電氣參數(shù)(諸如電壓、電流、頻率和功率)的應(yīng)用，以進(jìn)行控制和驅(qū)動(dòng)或者簡(jiǎn)單地用于監(jiān)控。一種示例是用于鐵路機(jī)車的電氣設(shè)備，該機(jī)車被供應(yīng)以處于3000V左右的電壓下的電流。在許多這些應(yīng)用中，測(cè)量信號(hào)需要被傳送到處于低壓環(huán)境下的電氣回路，以進(jìn)行控制和/或顯示。在某些應(yīng)用中還期望從位于低壓環(huán)境中的電源向傳感器提供電力。功率和信號(hào)從高壓環(huán)境向低壓環(huán)境的傳送需要與最大可能壓差和可適用標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)?shù)脑诟邏夯芈放c低壓回路之間的絕緣，以避免局部放電并且在一些情況下電跟蹤。在歐洲專利申請(qǐng)1659413中描述了包括用于高壓應(yīng)用的變壓器的傳感器，其中測(cè)量信號(hào)經(jīng)由光纖傳輸從高壓至低壓傳送，而用于傳感器的電源通過絕緣變壓器系統(tǒng)進(jìn)行傳輸。該絕緣變壓器包括三個(gè)變壓器鐵芯，該三個(gè)變壓器鐵芯由導(dǎo)體繞組/線圈互連，所述導(dǎo)體繞組/線圈通過U形端子形成，該U形端子安裝在具有導(dǎo)電回路跡線的電路板，該導(dǎo)電回路跡線將U形端子的端部互連，以閉合繞組環(huán)，因此形成線圈。在歐洲專利申請(qǐng)2144070中描述了另一傳感器，該傳感器用于在高壓環(huán)境下測(cè)量電氣參數(shù)，該傳感器包括用于高壓應(yīng)用的絕緣變壓器。變壓器通常包括磁芯和變壓器線圈。在許多變壓器中，存在第一線圈和第二線圈，該第一線圈和第二線圈繞磁芯卷繞，這些線圈借助絕緣層與磁芯分離。絕緣層不僅防止因磁芯的尖銳角部或者粗糙邊緣而對(duì)線圈線上的絕緣層造成損害，而且提供介電分離，該介電分離將耐受因變壓器要采用的壓差而導(dǎo)致的電介質(zhì)故障。在高壓應(yīng)用中，可能存在局部放電的現(xiàn)象，該局部放電會(huì)最終導(dǎo)致電介質(zhì)故障或者具有對(duì)變壓器的性能的負(fù)面影響，諸如對(duì)于從一個(gè)變壓器線圈到另一個(gè)變壓器線圈的電信號(hào)傳輸?shù)谋Ｕ娑?，所述高壓?yīng)用可被考慮為壓差大于1000伏的應(yīng)用，即使在線圈和磁芯之間無介電分離的故障的情況下也是如此。局部放電的問題隨著變壓器線圈之間或者線圈和磁芯之間的壓差的增大而增大。在高壓變壓器的通常構(gòu)造中，介電層(諸如塑料層)抵靠磁芯定位并且圍繞該磁芯，并且變壓器線圈在介電層的正上方卷繞磁芯。然而這導(dǎo)致在線圈繞組的部分和介電層之間的小空間或空隙的存在，借此介電層中的小空隙是容易產(chǎn)生局部放電的部位?？朔搯栴}的一種方式是利用具有與介電層的特性類似特性的介電材料填充小空隙。這通過以下方式來實(shí)現(xiàn)，即：在卷繞變壓器的環(huán)境中施加真空以抽出空氣，然后繞線圈注射聚合物或其它介電材料，所述材料在繞組之間被引導(dǎo)并且基本上填充所述空隙。然而，該過程的執(zhí)行困難且成本高?？朔植糠烹姷膯栴}的另一方式是增加介電層厚度，然而，這導(dǎo)致裝置具有更大的體積、質(zhì)量和成本。而且，在許多應(yīng)用中，可能存在有限的空間和鑒于它們?cè)诋a(chǎn)品中的組裝而需要減小某些部件的尺寸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種用于高壓應(yīng)用的變壓器單元，該變壓器單元經(jīng)濟(jì)、緊湊并且在經(jīng)過一定的時(shí)間和應(yīng)用中呈現(xiàn)出穩(wěn)定和可靠的性能。有利的是提供一種用于高壓應(yīng)用的變壓器單元，該變壓器單元容易生產(chǎn)和組裝。有利的是提供一種變壓器單元，該變壓器單元緊湊以用于有限的空間應(yīng)用中，但仍能可靠地承受高壓差。有利的是提供一種變壓器單元，該變壓器單元能夠以緊湊的構(gòu)造傳送電力和數(shù)據(jù)。本發(fā)明的目的通過提供一種電流變壓器來實(shí)現(xiàn)。本文公開了一種變壓器，該變壓器包括介電殼體、磁芯以及在所述殼體周圍卷繞的變壓器線圈。所述殼體限定磁芯收納腔，所述磁芯安裝在所述磁芯收納腔中。所述殼體還包括定位部，所述定位部從所述殼體的壁突出到所述磁芯收納腔中，所述定位部構(gòu)造成將所述磁芯定位在所述磁芯收納腔中，以在所述磁芯和所述變壓器線圈之間形成介電空間。該介電空間構(gòu)造為用于消除或者減小局部放電。在有利的實(shí)施方式中，所述磁芯和所述變壓線圈之間的通過所述介電空間的最小空氣距離具有這樣的長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度大至足以將該空間中的電場(chǎng)強(qiáng)度限制至小于2.5kV/mm的值。在有利的實(shí)施方式中，所述定位部在所述磁芯收納腔中設(shè)置在所述線圈繞組區(qū)域的外部。所述定位部可以抵靠定位在所述磁芯收納腔中的所述磁芯被彈性壓縮。所述定位部可以與所述殼體一體地形成。所述定位部可以包括布置在所述內(nèi)側(cè)壁和所述外側(cè)壁上的側(cè)壁間隔件、布置在所述底壁上的底壁間隔件、以及布置在所述頂壁上的頂壁間隔件。所述線圈繞組區(qū)域優(yōu)選地在一扇形角的范圍內(nèi)圍繞所述磁芯延伸，所述扇形角小于180°，優(yōu)選地小于120°。在有利的實(shí)施方式中，所述定位部可以包括以可彈性偏轉(zhuǎn)的懸置臂或其它可彈性偏轉(zhuǎn)元件形式位于頂壁和/或底壁上的間隔件。所述懸置臂可以有利地包括構(gòu)造成當(dāng)?shù)挚克龃判窘佑|和被偏壓時(shí)沿預(yù)定方向偏轉(zhuǎn)所述臂的倒圓末端和/或傾斜度。所述定位部還可以包括呈軸向延伸肋形式的側(cè)壁間隔件。所述肋可以有利地包括漸縮或倒圓的插入進(jìn)入部。所述殼體可以有利地包括絕緣壁部，所述絕緣壁部定位在中央通道中并且構(gòu)造成使所述第一線圈與所述第二線圈電絕緣。在特定實(shí)施方式中，本發(fā)明還包括一種變壓器單元，所述變壓器單元包括第一變壓器和第二變壓器，其中所述殼體是包括第一芯收納腔和第二芯收納腔的單個(gè)殼體，所述第一芯收納腔和所述第二芯收納腔由內(nèi)分離壁分離，每個(gè)腔收納相應(yīng)的磁芯。在具體應(yīng)用中，所述變壓器單元可以構(gòu)造成使用在用于高壓應(yīng)用的電流或電壓傳感器中，借此，所述第一變壓器構(gòu)造成傳送數(shù)據(jù)或信號(hào)，并且所述第二變壓器構(gòu)造成傳送用于電流或電壓傳感器的電力。附圖說明從所附的權(quán)利要求書、詳細(xì)說明以及附圖將清楚本發(fā)明的其它目的和有利特征，其中：圖1是根據(jù)本發(fā)明的變壓器單元的實(shí)施方式的立體圖；圖2是根據(jù)圖1的變壓器單元的殼體的基部的立體圖；圖3是根據(jù)圖1的實(shí)施方式的變壓器單元的俯視圖；圖4是根據(jù)圖1的實(shí)施方式的變壓器單元的端視圖；圖5是沿著圖3的線Ⅴ-Ⅴ的剖視圖；圖6是沿著圖3的線Ⅵ-Ⅵ的剖視圖；圖7是圖2的基部的俯視圖，還示出了繞圈繞組區(qū)域；圖8是沿著圖7的線Ⅷ-Ⅷ的剖視圖；圖9是沿著圖7的線Ⅸ-Ⅸ的剖視圖；圖10是根據(jù)圖1的實(shí)施方式的殼體的蓋部的俯視圖，還示出了線圈繞組區(qū)域；圖11是圖10的蓋部的側(cè)視圖；圖12是沿著圖10的線Ⅻ-Ⅻ的剖視圖；以及圖13是圖10的蓋部的下側(cè)的立體圖。具體實(shí)施方式參照附圖，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式的變壓器單元1包括兩個(gè)變壓器3、3’。其中一個(gè)變壓器3用于從高壓側(cè)向低壓側(cè)傳送呈信號(hào)形式的數(shù)據(jù)，并且另一個(gè)變壓器3’用于從低壓側(cè)向高壓側(cè)傳遞電力。所示的具體實(shí)施方式可以有利地用于電流感測(cè)應(yīng)用中，以測(cè)量高壓系統(tǒng)中的電流或電壓，其中用于傳送電力的變壓器3’用于向位于高壓側(cè)的測(cè)量傳感器回路供應(yīng)電力。然而本發(fā)明不局限于所示的具體實(shí)施方式的雙重變壓器構(gòu)造。兩個(gè)變壓器3、3’在所示的實(shí)施方式中結(jié)合成單個(gè)單元，然而，在變型例中，每個(gè)變壓器均能夠與另一個(gè)變壓器形成分離單元，具體地通過提供用于每個(gè)變壓器鐵芯的分離殼體或隔離支撐件來進(jìn)行分離。本發(fā)明還包括用于電力傳送或數(shù)據(jù)傳送的單個(gè)變壓器構(gòu)造。除了本發(fā)明的針對(duì)所示的雙重變壓器構(gòu)造的方面之外，還應(yīng)理解參照附圖的下列詳細(xì)說明適用于單個(gè)變壓器。變壓器3、3’包括殼體6、磁芯10、10’以及變壓器線圈12、12’，如在圖5和圖6中最佳可見的。變壓器線圈12、12’至少包括第一線圈34、34’和第二線圈36、36’。第一線圈34、34’和第二線圈36、36’均覆蓋殼體6上的線圈繞組區(qū)域或者扇區(qū)(CH1、CL1、CH2、CL2)，如圖3、7和10所示的。各線圈34、34’、36、36’均包括由導(dǎo)電材料制成的線37。殼體6包括蓋部14和基部16，所述蓋部14和基部16組裝在一起并且通過固定裝置以閉合構(gòu)造附接，所述固定裝置可以包括以閂鎖的方式彼此接合的閂鎖件13a、13b，或者可以包括諸如粘合結(jié)合或焊接的其它裝置。所述殼體在其內(nèi)側(cè)包括芯定位部8。所述殼體還可包括單元固定部9，所述單元固定部例如呈閂鎖臂的形式，以將所述單元固定在電路板上或者其它外部支撐件或裝置上。所述殼體還可包括線圈端部固定柱11，以用于固定線圈的端部，從而形成變壓器線圈12、12’。所述殼體的部分14和16可以形成為分離部件或者形成為單個(gè)部件，具體地通過注射成型而形成。在后一變型中，所述部分可以借助一個(gè)或多個(gè)一體形成的柔韌的或可折斷腹板保持在一起，以允許所述部分從打開位置移動(dòng)到關(guān)閉組裝位置，在所述打開位置，磁芯能夠被插入殼體中。在圖中所示的實(shí)施方式中，殼體6被設(shè)計(jì)成雙殼體6，該雙殼體構(gòu)造成收納兩個(gè)磁芯10、10’，然而，如以上所提及的，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，殼體6能夠構(gòu)造成僅收納一個(gè)單個(gè)磁芯10、10’。蓋部14包括頂壁26，如圖13所示。在組裝電流變壓器1的第一步驟期間，磁芯10、10’定位在基部16中。在第二步驟期間，蓋部14經(jīng)由固定裝置13a、13b附接到基部16，如圖6所示。在附接蓋部14之后，形成第一和第二線圈34、34’、36、36’的線在殼體6周圍進(jìn)行卷繞，其中線圈線的端部被固定在線圈端部固定柱11上。所述殼體包括磁芯收納腔20、20’。磁芯收納腔20、20’由底壁24、內(nèi)側(cè)壁28、28’、外側(cè)壁30、分離壁32以及頂壁26限定，所述內(nèi)側(cè)壁還限定中央通道22、22’。磁芯收納腔20、20’具有構(gòu)造成收納磁芯10、10’的形狀，在所示的實(shí)施方式中，所述磁芯呈圓環(huán)的形狀。然而磁芯和對(duì)應(yīng)的收納腔可以具有其它規(guī)則或非規(guī)則閉合形狀，例如，橢圓、矩形、方形、多邊形和類似形狀。單元固定部9、固定裝置13a、13b以及線圈端部固定柱11可以有利地與殼體一體地形成，具體地與基部16一體地形成，例如通過注射成型一體地形成。單元固定部9可以例如接合在互補(bǔ)固定部(例如孔)中，所述互補(bǔ)固定部設(shè)置在電路板上或者其它外部支撐件或裝置(未示出)上。磁芯10、10’抵靠定位部8定位在殼體收納腔20、20’內(nèi)。定位部有利地從殼體的壁一體地延伸，該定位部8包括側(cè)壁間隔件40、底壁間隔件42和頂壁間隔件44，如在圖2、6、7、8、9、12和13中最佳可見的。在變型例中，定位部8可以形成為分離部件或者元件，并且包括側(cè)壁間隔件40、底壁間隔件42和頂壁間隔件44，這些間隔件在將磁芯插入收納腔中之前組裝在殼體收納腔中或者能夠安裝在磁芯上。在另一變型例中，分離的部件或者元件可以包括兩個(gè)構(gòu)件，第一構(gòu)件包括側(cè)壁間隔件40和底壁間隔件42，第二構(gòu)件包括頂壁間隔件44。這樣的分離部件將間隔件40、42、44互連并且在磁芯10、10’和蓋部14安裝之前被放置在磁芯收納腔20、20’內(nèi)。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，側(cè)壁間隔件40和底壁間隔件42與基部16一體地形成，并且頂壁間隔件44與蓋部14一體地形成。間隔件40、42、44由與蓋部14和基部16相同的材料制成。在變型例中，例如，在兩個(gè)部件注射成型過程中，可以使用不同的材料來形成間隔件40、42、44以及基部16/蓋部14。側(cè)壁間隔件40呈軸向延伸肋的形式，該軸向延伸肋具有漸縮或倒圓插入端部35，當(dāng)蓋部14未被安裝在基部16上時(shí)，所述插入端部35朝向蓋部14或者基部16的敞開端。圓形插入端部35在圖2和8中最佳可見。圓形端部35引導(dǎo)磁芯10、10’在磁芯收納腔22、22’中的插入。軸向延伸A是指與中央通道22、22’的軸線對(duì)應(yīng)的方向，或者是垂直于頂壁26或底部24的方向。在變型例中，軸向延伸肋可以具有漸縮形狀，并且構(gòu)造成在所述磁芯10、10’被安裝在磁芯收納腔20、20’中并且將蓋部組裝到基部時(shí)以楔形的方式接合所述磁芯10、10’。外側(cè)壁30優(yōu)選地包括至少三個(gè)側(cè)壁間隔件40(每個(gè)磁芯)，但可能包括四個(gè)或更多，這些側(cè)壁間隔件有利地呈軸向延伸肋的形式。當(dāng)被插入磁芯收納腔20、20’中時(shí)，磁芯10、10’安放抵靠著底臂間隔件42和頂壁間隔件44。在有利的實(shí)施方式中，位于頂壁和/或底壁上的至少一組間隔件呈具有倒圓末端39的傾斜或漸縮懸置臂37的形式，如圖6、8和13所示。位于頂壁和/或底壁上的一組間隔件對(duì)于每個(gè)磁芯優(yōu)選地包括至少三個(gè)間隔件。在所示的實(shí)施例中，頂壁26和底壁24包括六個(gè)頂壁間隔件44，這六個(gè)頂壁間隔件相對(duì)于穿過中央通道22、22’的中央軸線軸向?qū)ΨQ地布置。底壁24包括六個(gè)底壁間隔件42，這六個(gè)底壁間隔件相對(duì)于穿過中央通道22、22’的中央軸線軸向?qū)ΨQ地布置。清楚的是，能夠選擇不同數(shù)量間隔件42、44，以將磁芯10、10’固定地定位在磁芯收納腔20、20’中。在有利的實(shí)施方式中，底壁24和頂壁26對(duì)于每個(gè)接納腔均包括分別對(duì)應(yīng)于三個(gè)頂壁間隔件44的至少三個(gè)底壁間隔件42。磁芯10、10’以壓力配合或彈性夾持的方式定位在磁芯收納腔20、20’中。底壁間隔件42和/或頂壁間隔件44的倒角末端39有利地便于在這些間隔件與磁芯10、10’接合時(shí)使這些間隔件彈性彎折，倒圓末端構(gòu)造成在被組裝在殼體中時(shí)在磁芯10、10’上施加彈性偏壓力以消除游隙并吸收沖擊和震動(dòng)。定位部8可以具有構(gòu)造成以彈性壓力配合或夾持方式接合磁芯10、10’以消除游隙并且將磁芯10、10’布置在收納腔中的其它形狀。取代以彈性方式成形定位部8，該定位部可以包括諸如彈性體的彈性可壓縮材料。定位部8確保供變壓器線圈12、12’被形成抵靠和圍繞的磁芯10、10’和殼體壁之間的空氣空間15、15’的形成。在磁芯和變壓器線圈之間非常大的空間(以在常規(guī)變壓器中發(fā)現(xiàn)的不想要的小空隙相對(duì)的措施)的設(shè)置消除或減小了局部放電的出現(xiàn)，局部放電原本地會(huì)存在于位于鐵芯和線圈之間的固體介電材料通道中的小氣隙中。常規(guī)系統(tǒng)中的這樣的局部放電惡化材料的使用和/或不利地影響變壓器信號(hào)。在本發(fā)明中，磁芯10、10’和變壓器線圈12、12’之間的通過所述介電空氣空間15、15’的最小空氣距離具有這樣的長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度大至足以將所述空間中的電場(chǎng)強(qiáng)度限制為小于2.5Kv/mm的值，如由變壓器的第一和第二線圈34、34’、36、36’之間的壓差、外殼的壁部的厚度以及外殼材料的相對(duì)介電常數(shù)來限定。在有利的實(shí)施方式中，在由線圈繞組區(qū)域(CH1、CL1、CH2、CL2)圍繞的不間斷的空間區(qū)域中，設(shè)置在磁芯收納腔20、20’內(nèi)的介電空氣空間15、15’完全和連續(xù)地圍繞磁芯10、10’，如在圖5中最佳可見的。在該區(qū)域中的介電空氣空間15、15’沒有間斷部，定位部8(即頂壁間隔件44、底壁間隔件42和側(cè)壁間隔件40)設(shè)置在線圈繞組區(qū)域(CH1、CL1、CH2、CHL2)的外部。線圈繞組區(qū)域以扇形角β1、β2、β3、β4繞閉合環(huán)磁芯延伸，所述扇形角可以小于180°，優(yōu)選地小于120°。在有利的實(shí)施方式中，不間斷的空間區(qū)域繞磁芯延伸超過線圈繞組區(qū)域(CH1、CL1、CH2、CL2)，這對(duì)于圓形構(gòu)造意味著由不間斷的空氣空間區(qū)域占據(jù)的扇形角度大于相應(yīng)的覆蓋線圈繞組區(qū)域(CH1、CL1、CH2、CHL2)的角度。第一和第二線圈34、34’、36、36’由絕緣壁部18、18’分離。絕緣壁部18、18’可以有利地與殼體一體地形成并且延伸經(jīng)過中央通道22、22’。絕緣壁部18、18’在分別連接到高壓和低壓的第一和第二線圈34、34’、36、36’的最接近定位部分之間提供良好限定的固體介電分離。在圖5和6中所示的實(shí)施方式中，磁芯具有大體上矩形的橫截面形狀。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，磁性回路還可以包括其它截面形狀，諸如方形、圓形、橢圓形、卵形、多邊形或不規(guī)則形狀。殼體的基部和蓋部能夠具有不同的形狀，或者具有相同或類似的形狀，例如繞磁芯夾持在一起的兩個(gè)類似或相同殼體部。定位元件或間隔元件還可以因而具有不同的形狀并且繞磁芯收納腔定位在不同位置中以將磁芯穩(wěn)固地保持和定位在殼體內(nèi)，使得在磁芯和殼體壁之間在供變壓器線圈所圍繞的區(qū)域中產(chǎn)生介電空間。