DE202010005357U1

DE202010005357U1 - Spulenkonstruktion eines elektronischen Geräts

Info

Publication number: DE202010005357U1
Application number: DE202010005357U
Authority: DE
Original assignee: ABB Oy
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-05-03
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2020-05-04
Also published as: CN201796681U; FI8758U1; FIU20100098U0

Abstract

Spulenkonstruktion (1, 21, 31, 41, 51) eines elektronischen Geräts, zu der
ein Kern (2),
eine um den Kern (2) gespulte Spule (3) und
ein Kühlelement zum Kühlen der Spule (3) gehören, welches Kühlelement eine Eintrittsöffnung (4) zum Empfangen eines Kühlfluides und eine Austrittsöffnung (5) zum Zuführen des Kühlfluides von dem Kühlelement weiter aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass das Kühlelement der Spule (3) einen Zulaufkanal (6, 36, 46, 56), in dem die Eintrittsöffnung (4) vorgesehen ist, einen Ablaufkanal (7, 57), in dem die Austrittsöffnung (5) vorgesehen ist, und mehrere zwischen dem Zulaufkanal und dem Ablaufkanal befindliche Kanäle (8) aufweist, die parallele Fließwege zum Zuführen des Fluides von der erwähnten Eintrittsöffnung (4) zur Austrittsöffnung (5) bieten.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Spulenkonstruktion eines elektronischen Geräts und insbesondere auf das Kühlen einer Spulenkonstruktion.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Eine in einer Spulenkonstruktion eines elektronischen Geräts entstehende Wärmebelastung kann erheblich sein. Damit es vermieden werden kann, dass die Temperatur einer Spule zu hoch steigt, sind Lösungen vorbekannt, in denen in Verbindung mit der Spule ein Kühlelement vorgesehen ist. Dieses Kühlelement weist eine Eintrittsöffnung zum Empfangen eines Kühlfluides und eine Austrittsöffnung zum Zuführen des Kühlfluides von dem Kühlelement weiter auf. Die in der Spulenkonstruktion entstehende Wärmebelastung wird somit auf das Kühlfluid übertragen.
In der oben beschriebenen bekannten Lösung sind jedoch induktive Komponenten ausgenutzt worden, von denen die Wärme schwach auf das Kühlfluid übertragen wird. Außerdem sind die Maße der Spulenkonstruktion wegen der Konstruktionslösungen der Kühlelemente erheblich groß.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das oben beschriebene Problem zu lösen und eine Spulenkonstruktion zur Verfügung zu stellen, dank deren eine effektive Kühlung verwirklicht werden kann, ohne dass die Größe der Spulenkonstruktion aus diesem Grund zu groß wird. Diese Aufgabe wird mit einer Spulenkonstruktion nach dem unabhängigen Schutzanspruch 1 gelöst.
Eine Möglichkeit, ein Kühlelement auszunutzen, das einen Zulaufkanal und einen Ablaufkanal sowie mehrere zwischen dem Zulaufkanal und dem Ablaufkanal befindliche Kanäle aufweist, die parallele Fließwege zum Zuführen des Fluides von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung bieten, führt zu einer kompakten und effektiven Spulenkonstruktion.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Hinweis auf die beigefügten Figuren näher erläutert, von denen zeigen:
1 und 2 eine erste Ausführungsform einer Spulenkonstruktion,
3 und 4 ein Kühlelement, das geeignet ist, in einer Spulenkonstruktion ausgenutzt zu werden,
5 und 6 eine zweite Ausführungsform einer Spulenkonstruktion,
7 eine dritte Ausführungsform einer Spulenkonstruktion,
8 eine vierte Ausführungsform einer Spulenkonstruktion und
9 und 10 eine fünfte Ausführungsform einer Spulenkonstruktion.
BESCHREIBUNG WENIGSTENS EINER AUSFÜHRUNGSFORM
1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform einer Spulenkonstruktion 1. In 1 ist die Spulenkonstruktion von einer Seite und in 2 von oben gesehen. Die in den Figuren gezeigte Spulenkonstruktion kann zum Beispiel eine Spulenkonstruktion einer Drossel eines Frequenzumrichters sein.
Zur Spulenkonstruktion 1 gehören ein Kern 2 sowie eine um den Kern gespulte Spule 3. Einfachheitshalber ist die Spule selbst nicht in 2 dargestellt. Die Spule 3 kann mit einem um den Kern gewickelten Leiter oder alternativ zum Beispiel mit einer Folie verwirklicht sein. Der Kern kann zum Beispiel aus einem ferromagnetischen Werkstoff oder aus einem ferritischen Werkstoff sein. Der Kern kann aus einem einzelnen Teil oder alternativ aus mehreren gleich großen aneinander befestigten Teilen (Platten) bestehen.
Damit die Temperatur der Spulenkonstruktion nicht während der Verwendung zu hoch steigt, ist in der Spulenkonstruktion der 1 und 2 ein Kühlelement vorgesehen, das eine Eintrittsöffnung 4 zum Empfangen eines Fluides und eine Austrittsöffnung 5 zum Zuführen des Fluides von dem Kühlelement weiter aufweist. Die Eintrittsöffnung 4 befindet sich in einem Zulaufkanal 6, der in diesem Beispiel in die C-Form geformt ist, um den einzelnen Kern 2 annähernd in seiner Gänze zu umgeben. Entsprechend befindet sich die Austrittsöffnung 5 in einem Ablaufkanal 7, der in diesem Beispiel in die C-Form geformt ist, um den einzelnen Kern 2 annähernd in seiner Gänze zu umgeben. Zwischen dem Zulaufkanal 6 und dem Ablaufkanal 7 erstrecken sich Kanäle 8, die parallele Fließwege zum Zuführen des Fluides von der Eintrittsöffnung 4 zur Austrittsöffnung 5 bieten. Die betreffenden zwischen dem Zulaufkanal 6 und dem Ablaufkanal 7 befindlichen Kanäle 8 sind um den Kern 2 verteilt, und im Beispiel der Figuren sind sie als getrennte Rohre verwirklicht, die im Abstand voneinander gelegen sind. Die Kanäle 8 brauchen nicht notwendigerweise miteinander parallel zu sein, obwohl das in praktischen Verwirklichungen meistens der Fall sein dürfte. Dagegen bieten die Kanäle 8 parallele Fließwege zwischen den Zulaufkanal 6 und den Ablaufkanal 7, d. h. in der Praxis alternative Routen für den Fluidfluss.
Das Kühlelement kann in seiner Gänze zum Beispiel aus einem geeigneten Metallwerkstoff, wie aus Aluminium, hergestellt werden. Hierdurch wird ein flaches und raumsparendes Kühlelement zustande gebracht, das die Außenmaße der Spulenkonstruktion nicht unnötigerweise vergrößert.
Je nach der Verwirklichung kann die Spule 3 innerhalb, außerhalb oder sowohl innerhalb als auch außerhalb des Kühlelements angebracht werden. Im Beispiel der 1 und 2 ist angenommen worden, dass sich die Spule sowohl innerhalb als auch außerhalb des Kühlelements befindet, wobei die Spule somit neben dem Kern 2 auch das Kühlelement umgibt, das sich zwischen Windungen der Spule 3 befindet.
In der Ausführungsform der 1 und 2 ist es möglich, einen einteiligen Kern zu verwenden, insbesondere in den Situationen, in denen eine ausreichende Kühlung ausschließlich mit einem in Verbindung mit der Spule vorgesehenen Kühlelement erzielt wird. Falls man jedoch auch den Kern 2 kühlen will, kann dies verwirklicht werden, wie in den 1 und 2 beispielhaft dargestellt ist. In diesem Beispiel weist der Kern 2 wenigstens zwei Kernelemente 2 auf, und zwischen getrennten Kernelementen ist ein die Kernelemente kühlendes Kühlelement 9 vorgesehen. Jedes Kernelement kann aus einem einzelnen Teil oder alternativ aus mehreren gleich großen aneinander befestigten Teilen (Platten) bestehen. Hierdurch kann eine noch effektivere Kühlung erzielt werden, wenn der Kern 2 und die Spule 3 der Spulenkonstruktion separat gekühlt werden können. Die Konstruktion des Kühlelements 9 ist im Zusammenhang mit 3 und 4 näher erläutert.
Die 3 und 4 zeigen ein Kühlelement 9, das geeignet ist, in der Spulenkonstruktion ausgenutzt zu werden.
Zum Kühlelement 9 gehören eine Eintrittsöffnung 10, eine Austrittsöffnung 11 und mehrere zwischen der Eintrittsöffnung 10 und der Austrittsöffnung befindliche Kanäle 12, die dem Fluid parallele Fließwege zwischen der Eintrittsöffnung 10 und der Austrittsöffnung 11 bieten. Das Kühlelement 9 kann somit relativ flach hergestellt werden, wobei es die Größe der Spulenkonstruktion nicht erheblich vergrößert.
Aus der Seitenansicht der 4 ist zu erkennen, dass das Kühlelement 9, abgesehen von bei der Eintrittsöffnung 10 und der Austrittsöffnung 11 befindlichen Verbindungsrohren 13 (die die Kanäle 12 mit der Eintrittsöffnung 10 und entsprechend mit der Austrittsöffnung 11 verbinden), von seiner Konstruktion her sehr flach ist. Das Kühlelement 9 kann in seiner Gänze zum Beispiel aus einem geeigneten Metallwerkstoff, wie aus Aluminium, hergestellt werden.
5 und 6 zeigen eine zweite Ausführungsform einer Spulenkonstruktion 21. Die Ausführunsgform der 5 und 6 entspricht sehr weit der Ausführungsform der 1 und 2, weshalb die Ausführungsform der 5 und 6 im Folgenden dadurch erläutert wird, dass in erster Linie Unterschiede zwischen diesen Ausführungsformen hervorgebracht werden.
Zur Spulenkonstruktion 21 der 5 und 6 gehören drei nebeneinander liegende Kerne 2 und in Verbindung mit jedem Kern 2 ist um den erwähnten Kern 2 eine Spule 3 gespult. Einfachheitshalber sind die Spulen selbst nicht in 5 gezeigt. Zum Kühlen der Spulen 3 sind entsprechende Kühlelemente wie in der Ausführungsform der 1 und 2 ausgenutzt worden. Auch im Beispiel der 5 und 6 wird ein zweiteiliger Kern 2 verwendet, in dem zwischen Kernelementen das in den 3 und 4 dargestellte Kühlelement vorgesehen ist. Hierzu gehören zum Kern der Spulenkonstruktion 21 der 5 und 6 transversale Kernelemente 22, die sich zwischen mehrere Kühlelemente 9, auf den beiden Seiten der Kühlelemente 9 in der Nähe ihres oberen Endes und entsprechend ihres unteren Endes, erstrecken.
7 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Spulenkonstruktion 31. Die Ausführungsform der 7 entspricht sehr weit der Ausführungsform der 1 und 2, weshalb die Ausführungsform der 7 im Folgenden dadurch erläutert wird, dass in erster Linie Unterschiede zwischen diesen hervorgebracht werden.
In 7 ist die Spulenkonstruktion ausschließlich von der Stirnseite gesehen, weil sie sich von der Ausführungsform der 1 und 2 ausdrücklich hinsichtlich der Formgebung des Kühlelements der Spule (nicht in den Figuren gezeigt) unterscheidet. In 7 werden zwei getrennte Kühlelemente verwendet, wobei der Zulaufkanal 36 und entsprechend der Ablauf kanal dieser beiden in die L-Form geformt sind. Diese zwei Kühlelemente sind vorgesehen, den einzelnen Kern 2 (im Beispiel der 7 besteht der Kern aus zwei Kernelementen, zwischen denen sich das Kühlelement 9 befindet) annähernd in seiner Gänze zusammen zu umgeben. Entsprechend wie in der Ausführungsform der 1 und 2 sind die zwischen den Zulaufkanälen 36 und den Ablaufkanälen der Kühlelemente befindlichen Kanäle um den Kern 2 verteilt, um die Spule möglichst effektiv zu kühlen.
Die in der Spulenkonstruktion 31 der 7 verwendeten L-förmigen Kühlelemente können auch in der Verwirklichung nach den 5 und 6 ausgenutzt werden, wobei ausschließlich jedes in den 5 und 6 als C-förmig dargestellte Kühlelement der Spulen durch zwei L-förmige Kühlelemente der 7 ersetzt wird.
8 zeigt eine vierte Ausführungsform einer Spulenkonstruktion 41. Die Ausführungsform der 8 entspricht sehr weit der Ausführungsform der 1 und 2, weshalb die Ausführungsform der 8 im Folgenden dadurch erläutert wird, dass in erster Linie Unterschiede zwischen diesen Ausführungsformen hervorgebracht werden.
In 8 ist die Spulenkonstruktion ausschließlich von der Stirnseite gesehen, weil sie sich von der Ausführungsform der 1 und 2 ausdrücklich hinsichtlich der Formgebung des Kühlelements der Spule (nicht in den Figuren gezeigt) unterscheidet. In 8 werden zwei getrennte Kühlelemente verwendet, wobei der Zulaufkanal 46 und entsprechend der Ablaufkanal dieser beiden in die U-Form geformt sind. Diese zwei Kühlelemente sind vorgesehen, den einzelnen Kern 2 (im Beispiel der 8 besteht der Kern 2 aus zwei Kernelementen, zwischen denen sich das Kühlelement 9 befindet) annähernd in seiner Gänze zusammen zu umgeben. Entsprechend wie in der Ausführungsform der 1 und 2 sind die zwischen den Zulaufkanälen 46 und den Ablaufkanälen der Kühlelemente befindlichen Kanäle um den Kern 2 verteilt, um die Spule möglichst effektiv zu kühlen.
Die in der Spulenkonstruktion 41 der 8 verwendeten U-förmigen Kühlelemente können auch in der Verwirklichung nach den 5 und 6 ausgenutzt werden, wobei ausschließlich jedes in den 5 und 6 als C-förmig dargestellte Kühlelement der Spulen durch zwei U-förmige Kühlelemente der 8 ersetzt wird.
9 und 10 zeigen eine fünfte Ausführungsform einer Spulenkonstruktion 51. Die Ausführungsform der 9 und 10 entspricht sehr weit der Ausführungsform der 5 und 6, weshalb die Ausführungsform der 5 und 6 im Folgenden dadurch erläutert wird, dass in erster Linie Unterschiede zwischen diesen hervorgebracht werden.
Auch zur Spulenkonstruktion 51 der 9 und 10 gehören mehrere nebeneinander liegende Kerne 2 und in Verbindung mit jedem Kern ist die um den erwähnten Kern 2 gespulte Spule 3. Einfachheitshalber sind in 9 die Spulen selbst nicht dargestellt. Im Beispiel der 9 und 10 ist angenommen worden, dass die Spulen 3 ausschließlich innerhalb der Kühlelemente der Spulen, d. h. zwischen die Kühlelemente und den Kern 2, gespult worden sind.
In der Ausführungsform der 9 und 10 wird kein getrenntes Kühlelement für jede Spule 3 und jeden Kern 2 verwendet, sondern statt dessen weisen alle drei in den 9 und 10 dargestellten Kombinationen der Spule 3 und des Kerns 2 zwei gemeinsame Kühlelemente zum Kühlen der Spulen 3 auf. Die Zulaufkanäle 56 und entsprechend die Ablaufkanäle 57 der Kühlelemente sind länglich geformt und sind vorgesehen, mit mehreren nebeneinander liegenden um den Kern 2 gespulten Spulen 3 in Kontakt zu kommen, um diese Spulen zu kühlen. Aus der 9 sind schlängelnde Formen der Zulaufkanäle 56 (und entsprechend der unter ihnen bleibenden Ablaufkanäle) zu erkennen, mit denen man versucht hat, die Berührungsflächen zwischen den Kühlelementen und den Spulen zu maximieren. Bei jeder Spule 3 sind zwischen den Zulaufkanälen 56 und den Ablaufkanälen 57 befindliche Kanäle 8 vorgesehen, die parallele Fließwege zum Zuführen des Fluides von den Eintrittsöffnungen 4 zu den Austrittsöffnungen 5 bieten.
Ebenso wie in den früheren Ausführungsformen ist in den 9 und 10 beispielhaft angenommen worden, dass die Spulenkonstruktion 51 zweiteilige Kerne 2 aufweist, wobei zwischen den Kernelementen die Kühlelemente 9 vorgesehen sind. Dies ist jedoch nicht in allen Verwirklichungen notwendig.
Es ist zu verstehen, dass die vorstehende Beschreibung und die damit verbundenen Figuren die vorliegende Erfindung nur veranschaulichen sollen. Es wird für einen Fachmann offenbar sein, dass die Erfindung auch auf andere Weise umgestaltet und geändert werden kann, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Spulenkonstruktion (1, 21, 31, 41, 51) eines elektronischen Geräts, zu der ein Kern (2), eine um den Kern (2) gespulte Spule (3) und ein Kühlelement zum Kühlen der Spule (3) gehören, welches Kühlelement eine Eintrittsöffnung (4) zum Empfangen eines Kühlfluides und eine Austrittsöffnung (5) zum Zuführen des Kühlfluides von dem Kühlelement weiter aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement der Spule (3) einen Zulaufkanal (6, 36, 46, 56), in dem die Eintrittsöffnung (4) vorgesehen ist, einen Ablaufkanal (7, 57), in dem die Austrittsöffnung (5) vorgesehen ist, und mehrere zwischen dem Zulaufkanal und dem Ablaufkanal befindliche Kanäle (8) aufweist, die parallele Fließwege zum Zuführen des Fluides von der erwähnten Eintrittsöffnung (4) zur Austrittsöffnung (5) bieten.
Spulenkonstruktion (1, 21) nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufkanal (6) und der Ablaufkanal (7) des Kühlelements in die C-Form geformt sind, um den einzelnen Kern (2) annähernd in seiner Gänze zu umgeben, und die erwähnten zwischen dem Zulaufkanal (6) und dem Ablaufkanal (7) befindlichen Kanäle (8) um den Kern (2) verteilt sind.
Spulenkonstruktion (31) nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufkanal (36) und der Ablaufkanal des Kühlelements in die L-Form geformt sind und zwei derartige Kühlelemente vorgesehen sind, den einzelnen Kern (2) annähernd in seiner Gänze zusammen zu umgeben, und die zwischen den Zulaufkanälen (36) und den Ablaufkanälen der erwähnten Kühlelemente befindlichen Kanäle (8) um den Kern (2) verteilt sind.
Spulenkonstruktion (41) nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufkanal (46) und der Ablaufkanal des Kühlelements in die U-Form geformt sind und zwei derartige Kühlelemente vorgesehen sind, den einzelnen Kern (2) annähernd in seiner Gänze zusammen zu umgeben, und die zwischen den Zulaufkanälen (46) und den Ablaufkanälen der erwähnten Kühlelemente befindlichen Kanäle (8) um den Kern verteilt sind.
Spulenkonstruktion (51) nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Spulenkonstruktion (51) mehrere nebeneinander liegende Kerne (2) gehören und in Verbindung mit jedem Kern die um den erwähnten Kern (2) gespulte Spule (3) ist und dass der Zulaufkanal (56) und der Ablaufkanal (57) des Kühlelements länglich geformt sind und vorgesehen sind, mit mehreren nebeneinander liegenden um den Kern (2) gespulten Spulen (3) in Kontakt zu kommen, um mehrere Spulen zu kühlen.
Spulenkonstruktion (1, 21, 31, 41, 51) nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erwähnte Kern (2) wenigstens zwei Kernelemente aufweist und dass zwischen den Kernelementen ein die Kernelemente kühlendes Kühlelement (9) vorgesehen ist, das eine Eintrittsöffnung (10) zum Empfangen eines Fluides, eine Austrittsöffnung (11) zum Zuführen des Fluides weiter sowie mehrere Kanäle (12) aufweist, die parallele Fließwege für das Fluid von der Eintrittsöffnung (10) zur Austrittsöffnung (11) bieten.