CN101901685A - 制造线圈的方法和线圈 - Google Patents

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Abstract

制造线圈的方法和线圈。所述线圈包括绕着芯(40)按圈缠绕成一层或多层的导电绕组线(10a，10b)，在绕组线的纵轴方向上在绕组线(10a，10b)的表面提供有至少一个槽(20a，20b)；以及至少一个冷却管(30a，30b)，其实现了冷却剂流通且布置在绕组线(10a，10b)的槽中(至少部分地嵌入其中)，其中形成在相对于芯(40)而言最外绕组线层的绕组线(10a)的表面上的槽(20a)远离芯(40)张开，槽中的冷却管(30a)被布置成绕着在最外绕组线层且至少部分地覆盖它。

Description

制造线圈的方法和线圈
技术领域
本发明涉及制造线圈以及一种线圈结构。
背景技术
线圈是通过按圈缠绕导电的导体即绕组线(winding wire)而形成的电结构。结合多个电磁和机电装置采用线圈。这些装置的例子包括扼流圈、变压器、电动机和发电机，所有这些装置都包括一个或多个线圈。
绕组线可以是任何导电材料，然而根据线圈要针对的应用，通常使用各种金属材料，如铜和铝或其合金。在绕组线的表面一般还存在绝缘层如涂料，特别是当线圈中的圈彼此接触时。绕组线的截面可以是例如圆形或矩形。图1示出了矩形绕组线10的截面。
当使用线圈时，电流通过其间且导致损耗，这又加热了线圈。一般说来，通过空气冷却来冷却线圈，从而从线圈表面向附近传导并辐射出过量的热。可在需要时通过风扇加强空气冷却。然而，这种空气冷却并不在所有情况和应用中提供充分的冷却效果。另外，从线圈向附近传导和辐射出的热对线圈附近的其它装置或结构可能是有害的，这可能进一步增加了所需的冷却效果。
公开US 6,741,152公开了一种用于冷却线圈的方案。在公开中的方案中公开了冷却通道或冷却管，其中在包括至少两个压型导体部分的线圈导体内或绞合导体内放置冷却剂流。尽管可以通过所公布的方案来冷却线圈，然而该方案却未必可以减少向线圈附近的热传导和辐射。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法和设备使得可解决或至少缓解上述问题。通过其特征在于独立权利要求1和6中陈述的方法和线圈来实现该目的。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。
本发明基于如下构思：绕组线外表面提供有基本上在绕组线的纵轴方向的槽以至少部分地接纳冷却管，该绕组线被缠绕到相对于线圈芯而言的最外绕组线层，使得提供在最外绕组线层的表面中的槽基本上远离芯而张开，即基本上从线圈向外张开，由此，位于所述槽中的冷却管被布置成绕着所述最外绕组线层且至少部分地覆盖它。
本发明具有如下优点：布置在线圈外边缘且至少部分地覆盖生热绕组线的冷却管有效地减小从绕组线向线圈附近的热传导和辐射，且从而减少了对冷却线圈附近的空间的需要。例如，如果线圈布置在封闭的空间中如装置箱中，减少了冷却该空间的需要。另外，当在绕组线内可以至少部分地使得冷却剂流动时，提高了实际线圈的冷却。本发明的解决方案易于实现且可结合液体冷却和气体冷却二者来使用。
附图说明
以下参考附图结合优选实施例更详细地说明本发明，在附图中，
图1是绕组线的截面图；
图2示出了根据其它实施例的绕组线的截面图；
图3是根据实施例的绕组线的截面图；
图4示出了根据实施例的线圈；
图5示出了根据实施例的线圈；以及
图6示出了根据实施例的绕组线的截面图。
具体实施方式
图2示出了绕组线10的三个截面a、b和c，根据不同的实施例对绕组线10提供有一个或更多个槽20。应注意绕组线的截面的外观可偏离附图中所示的矩形形状，且可以是例如圆形、在角处呈圆形的三角形或不偏离本发明的基本构思的任何其它形状。此外，在需要时可改变绕组线的尺寸。可以在绕组线10的制造过程中或者在随后的分离步骤中提供槽20。在绕组线10的外表面可提供隔离绕组线的圈的瓷漆或另一绝缘层。绕组线的材料与本发明的基本构思无关，并且根据用途可以是金属如铜或铝或一些其它导电的材料。在图2中，截面a示出了其一个外部面上提供了基本上半圆形槽20的绕组线。优选地，槽在绕组线的纵轴的方向上基本上延伸通过缠绕线的整个长度。在图2中，截面b又示出了其一个外部面上提供了加深的槽的绕组线，该加深的槽具有半圆形底部。应注意，槽20的截面形状可以与图中所示的例子不同，且例如其形状可以至少部分地是圆拱、矩形、V形状或一些其它形状。槽20的数目还可以多于一个。在图2中，截面c示出槽20被提供在两个互相相对的外部面上的绕组线10。槽20的目的是使得能够放置实现冷却剂流通的冷却管，至少部分地在绕组线10内。优选地，冷却管的外表面的截面形状至少部分地对应于槽20的内表面的形状，从而从绕组线向在冷却管内流动的冷却剂最佳地传送热。冷却管可由可变形材料制成。例如，冷却管可由金属材料、塑料材料、橡胶材料或其组合制成。冷却剂可以是液体物质如水，或气体物质如空气。当使用金属冷却管时，冷却液体变为活动的，除非使用去离子液体。
根据实施例，绕组线10中所述至少一个槽20的截面在形状上基本上是圆拱形，使得对应于圆拱的圆心角超过180度，从而槽将***槽中的冷却管锁定到位。锁定的优点是，例如，如果希望的话可在实际缠绕之前的预备步骤中在绕组线的槽中安装了冷却管。在图3中，截面示出了绕组线10，其中所提供的槽20在形状上是圆拱形，使得对应于圆拱的圆心角α超过180度。在这种情况下槽20将***槽中的冷却管30锁定到位。如果期望进行锁定，对应于槽的圆心角可在180°＜α＜360°的范围内变化。如在图3的例子中，对应于槽的圆心角的适当值可以是例如约90度。圆心角越大，锁定越有效。另一方面，管30到槽20的安装越容易，圆心角越小。因而，例如基于冷却管30的材料的弹性和/或其它组件特性，应选择适当宽度的圆心角α。
根据本发明实施例，通过将实现冷却剂流通的冷却管30安装在设置于绕组线10的外表面上的槽20中从而由带槽的绕组线形成线圈，使得冷却管可至少部分地嵌入所述槽中，且绕组线10和冷却管30按圈以一层或多层绕芯缠绕。优选地，缠绕绕组线10的相对于芯的最外层，使得设置在最外绕组线层中的绕组线的表面中的槽20远离芯而张开，由此放置在所述槽中的冷却管30被设置成绕着最外绕组线层，并至少部分地覆盖它。根据一个实施例，在按圈缠绕之前将冷却管30安装到绕组线10的槽20中。根据第二实施例，基本上在按圈缠绕同时将冷却管30安装到绕组线10的槽20中。
图4示出了包括围绕芯40缠绕的绕组线10的圈的线圈50的例子。在绕组线10的表面提供有槽20。此外，线圈50包括在槽20中延伸且部分地嵌入其中的冷却管30。槽20可具有图2或3所示的形状中的任何形状或某些其它形状。线圈的精确结构如芯40的材料与本发明的基本构思无关，但是根据用途进行选择。芯40可以是空气芯或由磁材料制成的芯。可选的空气芯可包括适当的支持结构，绕该支持结构缠绕绕组线10。在图4的例子中，线圈50仅包括围绕芯40的一层绕组线10，且因此该单个的绕组线层同时构成相对于芯40而言的最外绕组线层。提供在相对于芯40而言的该最外绕组线层的表面中的槽20远离芯40张开，由此位于槽中的冷却管30被布置成绕着最外绕组线层并且部分地覆盖它。当绕组线10的截面是矩形时，如在附图中的例子中一样，最外绕组线层中的槽20位于远离芯40的线的侧部，因此该槽远离芯而张开。绕组线10的带槽侧和冷却管30的宽度比例可与图中所示不同且冷却管可比图中所示更窄或更宽。如果冷却管30至少与绕组线10的带槽侧一样宽，冷却管可更完全地覆盖最外绕组线层，从而可尽可能有效地减小从绕组线向附近的热传导和辐射。线圈50可包括多于一个绕组线层，其布置在图中的最外绕组线层和芯之间。同样地，可存在多个冷却管30。
根据本发明实施例，至少两层绕组线和冷却管围绕芯按圈地缠绕。在这种情况下，优选地，相对于芯而言最内层的绕组线被缠绕成：使得所述最内绕组线层的表面中设置的槽朝向芯张开，由此所述槽中的冷却管布置在最内绕组线层和芯之间。图5示出了包括绕着芯40的由绕组线10a和10b缠绕的两层线圈的线圈50的例子。在绕组线10a和10b的表面中，提供有槽20a和20b。线圈50进一步包括在槽20a和20b中延伸的冷却管30a和30b。在相对于芯40的最外绕组线层中的绕组线10a的表面提供的槽20a远离芯而张开。因此，在相对于芯40的最内绕组线层中的绕组线10b的表面提供的槽20b朝向芯40张开，由此位于所述槽中的冷却管30b布置在最内绕组线层和芯之间。芯材料可包括适当的刻痕或槽(未示出)，其中可部分地嵌入最内冷却管30b。线圈50可包括多于两个绕组线层，其布置在图中所示的最外和最内绕组线层之间。同样地，可存在多于两个的冷却管。不同绕组线层10a、10b的绕组线中的槽还可以是不同的。可通过基本同时绕着线圈芯40来缠绕所有四个组件，即两个绕组线10a和10b以及两个冷却管30a和30b来产生如图5的例子中所示的线圈。可替代地，首先可绕着芯40缠绕内冷却管30b，然后将绕组线10a和10b一起或分离地缠绕在内冷却管上，最后在绕组线上缠绕最外冷却管30a。
根据本发明实施例，在绕组线的一侧提供保持冷却管的所述至少一个槽，且在绕组线的相对侧提供至少一个第二槽和/或至少一个肋。图6示出了如下例子：与包括用于接纳冷却管30a、30b的槽20a、20b的绕组线相对的绕组线10a和10b的侧部提供有第二槽70a和70b以及肋60a和60b。如图6所示，当绕组线10a和10b被缠绕成两层，使得其侧部提供有至少一个第二槽70a和70b和/或至少一个肋60a和60b的不同层中的绕组线的侧部彼此面对时，肋有利地延伸到第二槽，因而相互对齐不同层中的绕组线。也可以仅一个绕组线10a或10b包括第二槽70a或70b，因此仅一个绕组线10a或10b包括肋60a或60b，通过该肋绕组线在缠绕时相互对齐。还可存在多于两个的槽和/或肋且其位置可与上述位置不同。
显然，本领域技术人员随着技术发展可以以各种方式来实现该基本构思。因而，本发明及其实施例不限于上述例子，而是可在权利要求的范围内变化。

Claims (18)

1.一种用于制造线圈的方法，该线圈包括导电绕组线(10；10a，10b)，该方法包括：
将实现冷却剂流通的冷却管(30；30a，30b)置于提供在绕组线(10；10a，10b)表面中并且基本上在绕组线的纵轴方向延伸的槽(20；20a，20b)中，使得冷却管至少部分地嵌入所述槽中；以及
一层或多层地将绕组线(10；10a，10b)和冷却管(30)绕着芯(40)缠绕成圈；
其特征在于，通过缠绕相对于所述芯而言的最外绕组线层(10，10a)，使得提供在所述最外绕组线层的绕组线表面中的槽(20，20a)远离芯(40)而张开，由此位于所述槽中的冷却管(30，30a)被布置成绕着所述最外绕组线层且至少部分地覆盖所述最外绕组线层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在缠绕成圈之前执行在绕组线(10；10a，10b)的槽(20；20a，20b)中设置冷却管(30；30a，30b)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，与缠绕成圈基本同时地执行在绕组线(10；10a，10b)的槽(20；20a，20b)中设置冷却管(30；30a，30b)。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于基本上在绕组线(10；10a，10b)的整个长度中提供所述至少一个槽(20；20a，20b)。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其特征在于，通过绕着芯(40)将绕组线(10；10a，10b)和冷却管(30)按圈缠绕至少两层，相对于芯(40)而言的最内层绕组线(10b)被缠绕成：使得提供在最内层绕组线的表面中的槽(20b)朝向芯(40)张开，位于所述槽中的冷却管(30b)被布置在最内绕组线层和芯之间。
6.一种线圈，包括：
导电绕组线(10；10a，10b)，一层或多层地绕着芯(40)缠绕成圈，在绕组线(10；10a，10b)的表面提供有在绕组线的纵轴方向延伸的至少一个槽(20；20a，20b)；以及
至少一个冷却管(30；30a，30b)，其实现冷却剂流通，位于绕组线(10；10a，10b)的槽(20；20a，20b)中且至少部分地嵌入其中，其特征在于，
提供在相对于芯(40)而言的最外层绕组线的绕组线表面中的槽(20；20a)远离芯(40)而张开，由此位于槽中的冷却管(30，30a)被布置成绕着所述最外绕组线层，并且至少部分地覆盖所述最外绕组线层。
7.根据权利要求6所述的线圈，其特征在于基本上在绕组线(10；10a，10b)的整个长度中提供所述至少一个槽(20；20a，20b)。
8.根据权利要求6或7所述的线圈，其特征在于，绕组线(10；10a，10b)和冷却管(30；30a，30b)绕着所述芯(40)被缠绕成至少两层，使得提供在最内绕组线层中的绕组线(10b)的表面中的槽(20b)朝向芯(40)张开，位于所述槽中的冷却管(30b)被布置在最内绕组线层和芯之间。
9.根据权利要求6、7或8所述的线圈，其特征在于，所述至少一个槽(20；20a，20b)的截面在形状上至少部分地是圆拱形。
10.根据权利要求6-9中的任一项所述的线圈，其特征在于冷却管(30；30a，30b)的截面形状的外部面至少部分地对应于槽(20；20a，20b)的截面形状。
11.根据权利要求9和10所述的线圈，其特征在于所述至少一个槽(20；20a，20b)的截面在形状上基本上是圆拱形，使得与圆拱形对应的圆心角超过180度，由此槽将置入所述槽中的冷却管锁定到位。
12.根据权利要求6-11中的任一项所述的线圈，其特征在于，所述绕组线(10；10a，10b)的截面在形状上基本上是矩形。
13.根据权利要求12所述的线圈，其特征在于，在绕组线(10；10a，10b)的一侧上提供支持冷却管的所述至少一个槽(20；20a，20b)，在所述绕组线的相对侧上提供至少一个第二槽(70a，70b)和/或至少一个肋(60a，60b)。
14.根据权利要求13所述的线圈，其特征在于，所述绕组线(10；10a，10b)绕着所述芯(40)被缠绕成两层，使得被提供有至少一个第二槽(70a，70b)和/或至少一个肋(60a，60b)的不同层中的绕组线的侧部彼此面对，由此肋延伸到第二槽中，将不同层中的绕组线相互对齐。
15.根据权利要求6-14中任一项所述的线圈，其特征在于冷却管(30；30a，30b)由可变形材料制成。
16.根据权利要求6-15中任一项所述的线圈，其特征在于，冷却管(30；30a，30b)由金属材料、塑料材料、橡胶材料或其组合制成。
17.根据权利要求6-16中任一项所述的线圈，其特征在于，冷却剂是液体物质或气体物质。
18.根据权利要求6-17中任一项所述的线圈，其特征在于，线圈(50)的芯(40)是空气芯或是由磁材料制成。
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