CN109643600A - 线圈装置 - Google Patents

Abstract

本发明建议一种用于换流器的线圈装置(1)，所述线圈装置包括冷却板(2)和多个、N≥3个线圈绕组(4)，其中，所述冷却板(2)与其中一个线圈绕组(4)的至少一个端侧(400)热学地耦连。按照本发明，线圈绕组(4)在空间上相互错开2π/N的角(41)地布置，并且冷却板(2)具有冷却通道(24)，所述冷却通道至少部分地围绕N个线圈绕组(4)中的每一个线圈绕组延伸。

Description

线圈装置

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的线圈装置。

由现有技术已知多种线圈装置，例如由多个隔绝的导体层卷绕而成的扼流线圈。由于线圈装置的电荷载，例如在线圈装置的绕组内或者在线圈装置的例如由铁构成的线圈铁芯中产生热损失。线圈装置的各个单独的绕组通常通过置入绝缘材料彼此电绝缘。在此应当确保线圈装置足够好地散热。线圈装置或者线圈装置的绕组层的优选的散热结构或者冷却结构接触式设计尺寸，从而能够尽可能最佳地充分利用预设的结构空间。为此例如在线圈装置中置入冷却板，所述冷却板尤其必须相对于线圈装置的绕组的轭架电绝缘。然而，在线圈装置内置入冷却板、尤其金属的冷却板所具有的缺点在于，由于出现的磁场而在其中感应产生导致损耗(由于涡流产生的欧姆损耗)的电流。

此外由现有技术已知尤其用于扼流线圈的水冷装置，所述水冷装置的基础是向线圈装置中置入金属的冷却体。

由现有技术已知用于线圈装置的绕组的空心导体。使线圈装置散热的冷却剂能够导引通过所述空心导体。

由专利文献DE 10 2012 217 607 A1已知由塑料制成的具有Y形结构的冷却袋，所述冷却袋能够被置入线圈装置或者线圈装置的其中一个绕组中。为了提高线圈装置的绕组和所述Y形结构之间的导热性，将所述绕组和Y形结构至少部分地嵌入树脂中，从而能够减少气泡或者在最好的情况下防止产生气泡。此外已知，完全地浇铸线圈装置、尤其扼流线圈，从而达到改善的内部导热性。

由专利文献EP 2977996 A1已知一种换流器的扼流线圈，所述扼流线圈具有空心圆柱形的线圈绕组，在所述线圈绕组的覆盖面上热学地连接有冷却板。在此存在的缺点是，在冷却板内产生了导致损耗的涡流。此外业已证明，为了冷却板的散热而对冷却板进行冷却在技术上是困难的。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有改善的冷却结构的线圈装置。

所述技术问题通过具有按照独立权利要求1所述特征的线圈装置解决。在从属权利要求中给出了本发明的有利的设计方案和扩展设计。

按照本发明的用于换流器的线圈装置包括冷却板和多个即N≥3个线圈绕组，其中，所述冷却板与其中一个线圈绕组的至少一个端侧热学地耦连。按照本发明，线圈绕组在空间上相互错开2π/N(＝360°/N)的角地布置并且冷却板具有冷却通道，所述冷却通道至少部分地围绕每个线圈绕组延伸。

换言之，线圈装置具有至少两个线圈绕组。冷却通道在此围绕两个线圈绕组中的每一个延伸。由此有利地确保了线圈绕组的改善的散热。在此特别优选的是线圈绕组的端侧，因为所述端侧通常具有足够大的面积并且由此特别好地适用于线圈绕组的散热。

通过线圈装置的按照本发明的对称结构，产生了在电磁方面有利的、尤其对于线圈装置的冷却也特别优选的布置结构，所述对称结构通过线圈绕组以2π/N的角的空间布置产生。

冷却板以及所述冷却板的冷却通道例如可以借助再生式工艺、尤其3D打印制造。此外冷却通道适用于容纳用于线圈装置的冷却或者散热的冷却剂、例如水、尤其氟化酮。设置用于冷却的冷却剂特别优选是不导电的。由此能够有利地减少冷却板内的涡流。

本发明的另一个优点在于，线圈装置的所有线圈绕组借助共同的冷却通道散热。按照本发明，冷却通道在此至少部分地围绕每个线圈绕组延伸。由此能够实现线圈装置在机械上有利的并且紧凑的构造方式。

此外通过冷却板改善了线圈装置的机械稳定性。例如可以借助所述冷却板或者借助多个冷却板压紧线圈装置，从而能够减少按照本发明的线圈装置的重量并且附加地节省结构空间。

按照本发明的一种特别有利的设计方案，线圈装置准确地包括三个线圈绕组。

由此提供了线圈装置的特别优选的对称设计。三个线圈绕组尤其对应三相交流电的三个已知的相。换言之，为三相交流电的每个相都设置有线圈装置。按照本发明的线圈装置因此能够设置用于换流器、尤其变流器。

此外，冷却通道在此这样延伸，使得所述冷却通道尽可能长地并且尽可能靠近地围绕线圈绕组延伸。由此有利地借助冷却板改善了线圈装置的散热。

在此特别优选的是，冷却通道围绕相应的线圈绕组在至少为5π/3(＝300°)、尤其11π/6(＝330°)、特别优选为2π(＝360°)的角上延伸。

换言之，围绕线圈绕组优选产生最高π/3(＝60°)、尤其最高π/6(＝30°)的的角范围，在所述角范围中冷却通道未包围线圈绕组。由此进一步有利地改善了线圈装置、尤其是所述线圈装置的线圈绕组的散热。

在本发明的一种优选的设计方案中，冷却通道的横截面在线圈绕组的区域中增大。

通过冷却通道在线圈绕组的区域中增大的横截面能够有利地使更多热量从线圈绕组中放出。由此整体上进一步改善了线圈装置或者线圈绕组的散热。

按照本发明的一种有利的设计方案，冷却板三角状地或者三角形地构造。

由此有利地产生了冷却板的对称设计，这种设计对于准确的三个线圈绕组而言是特别有利的。由此使冷却板的几何形状或者几何设计与准确的三个线圈绕组适配。由此能够有利地节省结构空间。尤其在此规定，三角状或者三角形地构造的冷却板的角部是倒圆的，从而能够节省更多结构空间。

在此特别优选的是冷却板具有三个侧边缘，其中，冷却通道沿着所述三个侧边缘中的两个侧边缘延伸。

由此有利地使热量通过至少两个侧边缘排放到冷却板的周围环境中。在冷却通道未在其上延伸的其它侧边缘处可以有利地设置用于冷却通道的入流管和回流管和/或用于线圈装置的其它机械的、电气的、热学的和/或流体的接口。

在本发明的一种有利的设计方案中，冷却板具有至少一个凹处、尤其是缝隙。

由此能够有利地减少涡流的出现和涡流的影响。由此有利地改善了线圈装置以及冷却板的散热。此外改善了例如包括线圈装置的电机的效率。

在此特别优选的是，凹处星状地或者星形地构造。

由此特别有利地实现了冷却板内部的涡流的减少。

在此还优选的是，凹处由多个缝隙构成，其中，所述缝隙从共同的中心出发星状地沿不同的方向延伸。

按照本发明的一种特别优选的设计方案，冷却通道在此舌状地在缝隙之间延伸。

由此有利地改善了冷却板的散热以及实现了涡流的减少。之所以这样的原因是，冷却通道通过其舌状的延伸增大了其长度并且由此能够传递更多的热量。

在本发明的另一种有利的设计方案中，冷却板布置在线圈绕组的绕组芯上，其中，冷却板的面向绕组芯的侧面具有电绝缘的层或者涂层。

换言之，冷却板至少构造为双件式。冷却板的包括冷却通道的第一部分例如由铝和/或铜、也就是由金属的并且良好地导热的材料构成。借助电绝缘的层或者涂层构成冷却板的第二部分。为此有利地设置改性聚苯醚(Noryl)和/或聚苯硫醚纤维(Ryton)用于电绝缘的层或者涂层。由此能够有利地使冷却板相对于线圈装置的导引电压的部分电绝缘。

此外为电绝缘的层设置电绝缘的导热界面材料(Thermal Interface Material)。此外有利的是使用吸水少的塑料、尤其PPS或者陶瓷、例如氮化铝。由此在整体上实现了线圈装置的成本效率更高的结构，在所述结构中，冷却剂的导引结构布置在冷却板的金属部分(第一部分)中，并且冷却板的电绝缘的构件、也就是电绝缘的层通过简单的封闭板在没有接触和造型的情况下构造。

在此优选的是，冷却板的背离绕组芯的侧面例如如前所述地具有电绝缘的层或者涂层。

由此能够使绕组芯以及线圈装置的线圈绕组相对于轭架、尤其是铁轭绝缘。

按照本发明的一种有利的设计方案，冷却板由铝、铜、精炼钢或者铜镍铁氧体或者由所述材料的混合物构成。

冷却板在此可以包括其它的材料或者物质，例如塑料、尤其PPS或者陶瓷、例如氮化铝。所述的金属材料、也就是铝、铜、精炼钢或者铜镍铁氧体优选具有高导热性，因此改善了线圈装置或者冷却板的热学散热。

在本发明的一种有利的扩展设计中，每个线圈绕组均具有用于导电接触的接触元件，其中，每个接触元件至少部分地被冷却通道包围。

由此有利地进一步改善了线圈装置以及冷却板的散热。接触元件由此同样尤其至少部分地通过冷却通道散热，所述冷却通道至少部分地包围接触元件。

接触元件在此优选设计为铜接片、尤其设计为弯曲的铜接片。

由此有利地改善了线圈装置的导电接触以及提高了接触元件的导热性。

本发明的其它优点、特征和细节由以下所描述的实施例以及根据附图得出。在附图中示意性地：

图1示出了按照本发明的具有三角形冷却板的线圈装置的示意性俯视图；

图2示出了按照本发明的线圈装置的另一示意性俯视图，其中，所述线圈装置的冷却板T形地构造；

图3示出了按照本发明的线圈装置的另一俯视图，其中，冷却板在此星形地构造；

图4示出了按照本发明的线圈装置的侧视图。

相同类型的、等效的或者相同作用的元件可以在幅图中配设相同的附图标记。

图1示出了按照本发明的线圈装置1的示意性俯视图。线圈装置1在此包括具有冷却通道24的冷却板2。所述冷却通道24设计或者设置用于导引冷却剂、例如水或者尤其包括氟化酮的流体。冷却通道24为此具有入流管61以及回流管62。

线圈装置1的冷却板2三角形地构造。冷却板2在此具有三个侧边缘21、22、23，所述三个侧边缘构成了假想的等腰三角形的边。所述假想的等边三角形的角在此是倒圆的，以便节省结构空间。此外能够通过倒圆的角部减少冷却板2内部的涡流。

为了进一步减少涡流设置有设计为缝隙的凹处8。长条状地设计的缝隙8在此从冷却板2的中心800、尤其是冷却板2的对称中心延伸至冷却板2的第三侧边缘23。此外，凹处8位于冷却通道24的两个区段之间。

线圈装置1具有三个线圈绕组4，所述线圈绕组在所示附图中在其横截面中圆形地设计。此外，线圈绕组4具有端侧400，所述端侧例如由配属于相应的线圈绕组4的绕组芯的端侧构成。

线圈绕组4相互对称地布置。在此，线圈绕组4相互间具有2π/3(＝120°)的角41。换言之，线圈绕组4在空间上彼此错移2π/3的角41地布置。角41在此针对的是共同的中心800。换言之，线圈绕组4基本上布置在三角形冷却板2的倒圆的角部的区域中。

冷却通道24至少局部地沿着线圈绕组4延伸。冷却通道24优选接近完整地沿着线圈绕组4延伸。换言之，线圈绕组4在除了角43之外的范围中被冷却通道24包围。冷却通道与角43对应地至少在至少为5π/3、尤其是至少11π/3、特别优选为2π的角42上围绕相应的线圈绕组4延伸。角43产生线圈绕组4的角区域的空缺，所述角区域未被冷却通道24包围并且与角43对应。换言之，由角42和角43构成的角总和具有2π的值。与角43对应的角区域可以设置用于借助接触元件10、尤其借助弯曲的铜接片进行导电接触。

通过冷却通道24的走向有利地实现了线圈装置4优选借助冷却板2的散热。此外通过冷却板2提高并且改善了线圈装置1的机械稳定性。此外能够通过例如借助冷却板2压紧线圈装置1来节省结构空间和重量。换言之，通过冷却板2实现了线圈装置1的压紧。此外通过线圈装置4的端侧400使得冷却板2的所述压紧更容易。

图2示出了与图1所示的线圈装置类似的按照本发明的线圈装置1的俯视图。换言之，针对图1所述的内容能够应用和转用到图2上。

图2中的线圈装置1具有T状的或者T形的冷却板2。此外，图2示出了冷却通道24的更复杂的布置和延伸。所述冷却通道24在冷却板2内围绕线圈装置4回纹形地延伸。冷却通道24的回纹形布置结构的优点是，由此改善了冷却板2的散热并且因此改善了线圈装置1的散热。此外，冷却通道24的入流管61和回流管62可以布置在冷却板2的共同区域中，从而简化了它们在流体方面的接触。

如已经在图1中所示地，图2中的线圈装置也具有凹处8，所述凹处8从中心800径向地向外延伸。在此在中心800的内部设置有圆形的凹处。由此能够将冷却板2插套在设置用于布置线圈装置4的共同的轴上。由此还通过线圈装置4的端侧400使得冷却板2的压紧更容易。

图3示出了按照本发明的线圈装置1的另一俯视图。图3在此基本上示出了与图1和/或图2相同的元件。

图3与图1和/或图2不同地具有星状地或者星形地设计的冷却板2。由此能够有利地进一步节省结构空间。冷却板2又具有冷却通道24，所述冷却通道至少部分地围绕线圈装置1的线圈绕组4延伸。冷却通道24的入流管61以及回流管62在此布置在共同的区域内，从而简化并且改善了它们在流体上的接触。

线圈装置1具有星状地或者星形地构造的凹处8。所述凹处8为此具有多个长条状的缝隙81，所述缝隙81从共同的中心800朝不同的方向延伸。由此有利地明显减少了涡流的形成。其中一个缝隙81在此布置在冷却通道24的入流管61和回流管62之间。换言之，入流管61和回流管62通过其中一个缝隙81相间隔。

虚线对应冷却通道24的备选延伸结构。冷却通道24在此舌状地在每两个相邻的缝隙81之间延伸。由此有利地改善了线圈装置的散热。

此外线圈装置1具有布置在线圈装置4和冷却通道24之间的接触元件10、尤其是铜接片。冷却通道24在此沿着接触元件10延伸，从而使所述接触元件通过冷却通道24或者通过冷却剂冷却，所述冷却剂布置在冷却通道24内或者流过冷却通道24。

图4示出了按照本发明的线圈装置1的部分的侧向剖视图。在此从所示的剖面中可以看出其中一个线圈装置4以及冷却板24。在冷却板24的面向线圈绕组4的一侧上布置或者涂覆有电绝缘的涂层14。所述涂层用于使冷却板24相对于线圈绕组4的承载电压的构件电绝缘。电绝缘的材料或者绝缘的涂层14在此例如可以由吸水少的塑料、尤其是PPS，或者陶瓷、例如氮化铝构成。此外有利的是借助硅酮层的布置结构，因为由此能够补偿线圈绕组4和/或冷却板24的不平整性。

在冷却板2的背离线圈绕组4的一侧上安设有其它的电绝缘层或者涂层16。如电绝缘层14，所述电绝缘层或者涂层16也可以由吸水少的塑料、例如PPS，或者陶瓷、例如氮化铝构成。所述其它的电绝缘层16设置用于相对于线圈装置1的铁轭架12电绝缘。

尽管通过优选的实施例在细节中详细地阐述和说明了本发明，但本发明并不局限于公开的示例，或者本领域技术人员能够由此在不脱离本发明的保护范围的情况下导出其它变型方案。

Claims (15)

1.一种用于换流器的线圈装置(1)，所述线圈装置包括冷却板(2)和多个、N≥3个线圈绕组(4)，其中，所述冷却板(2)与其中一个线圈绕组(4)的至少一个端侧(400)热学地耦连，其特征在于，所述线圈绕组(4)在空间上相互错开2π/N的角(41)地布置，并且冷却板(2)具有冷却通道(24)，所述冷却通道至少部分地围绕N个线圈绕组(4)中的每一个线圈绕组延伸。

2.按权利要求1所述的线圈装置(1)，其特征在于，所述线圈装置准确地包括三个线圈绕组(4)。

3.按权利要求1或2所述的线圈装置(1)，其特征在于，冷却通道(6)在至少为5π/3、尤其是至少11π/6、特别优选为2π的角(42)上围绕相应的线圈绕组(4)延伸。

4.按前述权利要求之一所述的线圈装置(1)，其特征在于，冷却通道(24)的横截面在线圈绕组(4)的区域中增大。

5.按前述权利要求之一所述的线圈装置(1)，其特征在于，所述冷却板(2)三角状地或者三角形地构造。

6.按权利要求5所述的线圈装置(1)，其特征在于，所述冷却板(2)具有三个侧边缘(21、22、23)，其中，冷却通道(24)沿着所述三个侧边缘(21、22、23)中的两个侧边缘(21、22)延伸。

7.按前述权利要求之一所述的线圈装置(1)，其特征在于，所述冷却板(2)具有至少一个凹处(8)、尤其是缝隙。

8.按权利要求7所述的线圈装置(1)，其特征在于，所述凹处(8)星状地或者星形地构造。

9.按权利要求8所述的线圈装置(1)，其特征在于，所述凹处(8)由多个缝隙(81)构成，其中，所述缝隙(81)从共同的中心(800)出发星状地沿不同的方向延伸。

10.按权利要求9所述的线圈装置(1)，其特征在于，所述冷却通道(24)舌状地在缝隙(81)之间延伸。

11.按前述权利要求之一所述的线圈装置(1)，其特征在于，所述冷却板(2)布置在线圈绕组(4)的绕组芯上，其中，冷却板(2)的面向绕组芯的侧面具有电绝缘的层(14)或者涂层。

12.按权利要求11所述的线圈装置(1)，其特征在于，冷却板(2)的背离绕组芯的侧面具有电绝缘的层(16)或者涂层。

13.按前述权利要求之一所述的线圈装置(1)，其特征在于，所述冷却板(2)由铝、铜、精炼钢或者铜镍铁氧体或者由所述材料的混合物构成。

14.按前述权利要求之一所述的线圈装置(1)，其特征在于，每个线圈绕组(4)都具有用于导电接触的接触元件(10)，其中，每个接触元件(10)至少部分地被冷却通道(24)包围。

15.按权利要求14所述的线圈装置(1)，其特征在于，所述接触元件(10)设计为铜接片。