專利名稱：線圈冷卻系統和液冷式線圈的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于冷卻線圈的方法，在該方法中冷卻元件與線圈關聯地設置，冷卻液被引導沿流動路線流經冷卻元件。本實用新型還涉及一種借助液體循環來冷卻線圈的冷卻系統以及液冷式線圈。
背景技術：
例如變壓器和扼流器之類的電感部件具有絕緣線圈，電流沿絕緣線圈流動。在線圈的中心可能有鐵芯，或者線圈能具有空心。線圈的電阻引起線圈加熱。尤其是在強電流電感部件中會產生非常大的熱量。為了使線圈保持在指定的最佳工作溫度范圍，在使用期間需要使線圈冷卻。已經開發出各種帶有液體循環的冷卻系統來冷卻變壓器和扼流器。從專利公布FI118397B獲知一種液冷式扼流器，該扼流器包括扼流器的芯和圍繞芯的線圈。扼流器的芯被分成適合冷卻剖面的至少兩部分，一個或多個冷卻液的行進路線經過冷卻剖面。從專利公布US 6157282獲知一種用于冷卻變壓器的方法和系統。按該方法形成線圈，一個或多個通道沿線圈的縱向穿過線圈延伸。這些通道的末端與一管連接以形成冷卻液的封閉流動路線。流動路線能夠具有用于冷卻冷卻液的熱交換器。在該方案中，冷卻通道在線圈內部形成，這使電感部件的結構復雜并使其配置困難。另外，冷卻通道的冷卻表面積小，因此冷卻效果仍然低。專利公布EP 068055A1示出一種變壓器，其中線圈的一些導線匝是空心的。線圈通過沿空心導線循環的冷卻·液來冷卻。在該方案中，因冷卻液中可能感應出電壓，因此不能將導電液體用作冷卻液。因此冷卻系統中必須使用非導電液體，或者裝置中必須配備有單獨的用于冷卻液的電壓消除器(voltage remover,電壓過濾器)。這兩種可選方案均明顯提高冷卻系統的成本。
實用新型內容本實用新型的目的是提供用于冷卻線圈的新方法、線圈冷卻系統和液冷式線圈，借助本實用新型能夠明顯減少與現有技術有關的缺陷和瑕疵。本實用新型提供一種用于借助液體循環來冷卻線圈的線圈冷卻系統，其包括至少三個與所述線圈關聯地設置的冷卻元件和使冷卻液循環通過所述冷卻元件的用于冷卻液的流動路線，所述流動路線包括至少一個在所述冷卻元件內形成的冷卻通道，所述冷卻通道具有供冷卻液流入的第一開口和供冷卻液流出的第二開口，其中，所述冷卻元件能夠與待冷卻的所述線圈關聯地放置，使得冷卻液的所述流動路線不形成圍繞所述線圈或圍繞所述線圈的單個導線的均一環路；而且所述用于冷卻液的流動路線包括用于引導冷卻液進入所述冷卻通道的第一流管和用于引導冷卻液離開所述冷卻通道的第二流管以及旁路歧管，所述第一流管和所述第二流管被連接在所述旁路歧管中。本實用新型還提供一種液冷式線圈，其包括至少三個有液體循環的冷卻元件和使冷卻液循環通過所述冷卻元件的用于冷卻液的流動路線，所述流動路線包括至少一個在所述冷卻元件內形成的冷卻通道，所述冷卻通道具有供冷卻液流入的第一開口和供冷卻液流出的第二開口，其中，冷卻液的所述流動路線不形成圍繞所述線圈或圍繞所述線圈的單個導線的均一環路；而且所述用于冷卻液的流動路線包括用于引導冷卻液進入所述冷卻通道的第一流管和用于引導冷卻液離開所述冷卻通道的第二流管以及及旁路歧管，所述第一流管和所述第二流管被連接在所述旁路歧管中。借助具備上述特征的線圈冷卻系統和液冷式線圈，實現了本實用新型的上述目的。本實用新型還提供了如下所述的一些有利實施例。本實用新型涉及一種用于冷卻線圈、例如扼流器或變壓器之類的線圈的方法。在該方法中，至少三個冷卻元件與線圈關聯地設置，冷卻液被引導沿流動路線流經冷卻元件。流動路線包括至少一個在冷卻元件內形成的冷卻通道，該冷卻通道具有供冷卻液流入的第一開口和供冷卻液流出的第二開口。因此，線圈中產生的熱量通過傳導而首先傳遞到冷卻元件，然后向前傳遞到流經冷卻元件的冷卻液中。在該方法中，冷卻元件與線圈關聯地設置，使得冷卻液的流動路線不形成圍繞線圈或圍繞線圈的單個導線的均一環路。即使使用例如自來水的導電液體作為冷卻液，冷卻液中也不產生有效電壓。在根據本實用新型的方法中使用了三個或更多個冷卻元件，以便使線圈中的各部分均勻冷卻。冷卻元件有利地放置在線圈的周邊上，使得相鄰冷卻元件之間的距離實質上相等。在根據本實用新型的方法的有利實施例中，至少一些冷卻元件貼著線圈的外表面放置在線圈外。在根據本實用新型的方法的有利實施例中，至少一些冷卻元件貼著線圈的內表面放置在線圈內。在根據本實用新型的方`法的有利實施例中，至少一些冷卻元件放置在線圈內，位于線圈的疊置的導線層或箔層之間。根據本實用新型的借助液體循環來冷卻線圈的冷卻系統包括至少三個與線圈關聯地設置的冷卻元件和使冷卻液循環通過冷卻元件的用于冷卻液的流動路線。流動路線包括至少一個在冷卻元件內形成的冷卻通道，該冷卻通道具有供冷卻液流入的第一開口和供冷卻液流出的第二開口。冷卻系統的冷卻元件能夠與待冷卻的線圈關聯地放置，使得冷卻液的流動路線不形成圍繞線圈或圍繞線圈的單個導線的均一環路。在根據本實用新型的冷卻系統的有利實施例中，冷卻通道的第一開口位于冷卻元件的第一端表面，而冷卻通道的第二開口位于冷卻元件的第二端表面。冷卻通道有利地是從冷卻元件的第一端表面通向冷卻元件的第二端表面的直孔。在根據本實用新型的冷卻系統的有利實施例中，冷卻元件包括至少兩個冷卻通道。冷卻元件的冷卻通道有利地實質上平行。在根據本實用新型的冷卻系統的實施例中，冷卻通道的第一開口和第二開口位于相同的端表面。在根據本實用新型的冷卻系統的有利實施例中，冷卻液的流動路線包括用于引導冷卻液進入冷卻通道的第一流管、用于引導冷卻液離開冷卻通道的第二流管以及旁路歧管，在旁路歧管中連接流管。[0020]在根據本實用新型的冷卻系統的有利實施例中，冷卻元件具有至少一個曲面式的第一面對表面(face surface),該第一面對表面能夠貼著線圈的內表面安放。冷卻元件的第一面對表面的曲率半徑典型地為25-500mm，有利地為50_250mm且特別有利地為150-200mm。冷卻元件的寬度典型地為30_200mm。當選擇第一面對表面的曲率半徑時，使得其基本等于線圈的內表面的曲率半徑，熱量從線圈有效地傳遞到冷卻元件。根據本實用新型的冷卻系統的有利實施例具有至少一個曲面式的第二面對表面，該第二面對表面能夠貼著線圈的外表面安放。冷卻元件的第二面對表面的曲率半徑典型地為25-500mm，有利地為50_250mm且特別有利地為150_200mm。冷卻元件的兩個面對表面均可為曲面。第一面對表面和第二面對表面的曲率半徑能夠等大或不同大小。這個實施例的冷卻元件適合放置在線圈內，位于疊置的線圈線層或箔層之間。根據本實用新型的液冷式線圈包括至少三個有液體循環的冷卻元件和使冷卻液循環通過冷卻元件的用于冷卻液的流動路線。流動路線包括至少一個在冷卻元件內形成的冷卻通道，該冷卻通道具有供冷卻液流入的第一開口和供冷卻液流出的第二開口。冷卻液的流動路線不形成圍繞線圈或圍繞線圈的單個導線的均一環路。液冷式線圈有利地是扼流器或變壓器的線圈。本實用新型的優點是，借助本實用新型，能夠在線圈的總面積上有效地進行線圈的冷卻。本實用新型的另一優點是，冷卻液中不會感應出電壓。因此，按照本實用新型，例如自來水之類的導電液體能被用作冷卻液。根據本實用新型的冷卻系統的優點是，結構簡單、尺寸小而且質量小。尺寸和質量小使得該冷卻系統能夠用于 不同的使用情況。根據本實用新型的冷卻系統的另一優點是，能夠完全放置在線圈結構外。因此，該冷卻系統不需要線圈進行任何結構改變。
以下將詳細描述本實用新型。在本說明書中引用了附圖；在附圖中圖1a示出從斜上方看到的根據本實用新型的冷卻系統的示例；圖1b示出沿線圈的縱軸的方向從上方看到的圖1a的冷卻系統；圖1c示出從斜上方看到的圖1a的冷卻系統的單個冷卻元件；圖2a示出沿線圈的縱軸的方向從上方看到的根據本實用新型的冷卻系統的有利實施例的示例；圖2b示出沿線圈的縱軸的方向從上方看到的根據本實用新型的冷卻系統的第二有利實施例的不例；圖3a示出從前對角看到的根據本實用新型的冷卻系統的冷卻元件的有利實施例的示例；圖3b示出從前對角看到的根據本實用新型的冷卻系統的冷卻元件的第二有利實施例的示例；圖4a_4d示出與線圈關聯地放置的冷卻系統的冷卻元件的一些有利實施例；以及[0038]圖5示出從斜上方看到的根據本實用新型的冷卻系統的冷卻元件的示例。
具體實施方式
圖1a示出從斜上方看到的根據本實用新型的冷卻系統的示例，圖1b從上方示出該冷卻系統的示例。待冷卻的線圈100由一個或多個線圈線層或箔層構成，在這些線圈線層或箔層之間需要絕緣。線圈線層或箔層構成管狀結構，此管狀結構具有內表面120和外表面122。在線圈的中心具有開放的圓柱形空間，此空間可為鐵氧體線圈芯。線圈的結構是現有技術中普遍公知的，所以在此將不再贅述。線圈周圍有四個細長的冷卻元件102。冷卻元件繞線圈對稱設置，使得它們的縱軸實質上平行線圈的縱軸。在圖1中，冷卻元件為橫截面呈矩形的部件，即它們具有兩個相對的面對表面(第一面對表面124和第二面對表面126)和兩個相對的邊緣表面(圖lb)。冷卻元件與線圈關聯地放置，使得冷卻元件的第一面對表面124貼著線圈的外表面122安放。因此，線圈中產生的熱量能夠借助傳導從線圈傳遞到冷卻元件。冷卻通道104在冷卻元件內延伸，該冷卻通道起到冷卻液的流動路線的作用(圖lc)。每個冷卻元件借助兩個流管112a、112b連接到屬于冷卻系統的旁路歧管110。旁路歧管具有入口連接件114 (冷卻液沿入口連接件被引入旁路歧管)和出口連接件116 (來自冷卻元件的被加熱的冷卻液通過出口連接件離開旁路歧管)。被加熱的冷卻液在熱交換器中被冷卻回到合適溫度，熱交換器能夠附接到冷卻系統，此后冷卻液返回旁路歧管。熱交換器不屬于本實用新型的范圍，所以在此不過多描述。圖1c示出從斜上方看到的冷卻系統的單個冷卻元件。冷卻通道104以開始于第一端表面118并結束于第一端表面的U形路線經過冷卻元件內部。在冷卻元件內，冷卻通道靠近第二端表面。在冷卻元件的第一端表面118 (該端表面在圖1c中指向上 方)具有冷卻通道的開口 106a、106b,開口 106a、106b連接流管的第二端。冷卻通道的橫截面形狀被選擇為，使得冷卻通道對冷卻液的流阻盡可能的小。冷卻元件由某種導熱良好的材料(例如鋁之類)制造。因此，從冷卻元件傳 導到線圈的熱量容易從冷卻元件向前傳遞到在冷卻通道中流動的冷卻液。圖1所示的冷卻元件具有一個冷卻通道，冷卻通道的兩個開口均開在相同的端表面上。一個冷卻元件也可具有若干個冷卻通道，例如兩個、三個或四個冷卻通道，而且冷卻通道的開口也可開在冷卻元件的相對的端表面上。最簡單地，冷卻通道因此能夠是從冷卻元件的第一端表面通向冷卻元件的第二端表面的直孔。第一流管因此連接到冷卻通道的位于第一端表面的開口，第二流管連接到冷卻通道的位于冷卻通道的第二端表面的第二開□。冷卻液通過入口連接件114被引到旁路歧管110,并從旁路歧管沿第一流管112a向前通過第一開口 106a進入每個冷卻元件。在冷卻元件內，通過從冷卻元件傳導至冷卻液來傳熱。任何合適的冷卻液(例如自來水或水-乙二醇混合物之類)均可被用作系統中的冷卻液。在本實用新型中，流管和冷卻元件圍繞線圈放置，使得冷卻液的流動路線不形成圍繞線圈100的任何單一導線的封閉環路。因此，即使例如自來水這樣的導電液體被用作冷卻液，冷卻液在冷卻系統中的循環也不會感應出有效電壓。圖2a示出沿線圈100的縱軸的方向從上方看到的根據本實用新型的冷卻系統的有利實施例的示例。在本實用新型的這個有利實施例中，冷卻元件102放置在線圈內，使得冷卻元件的第二面對表面126貼著線圈的內表面120安放。以上表述中，“線圈內”的意思是由線圈的線層或箔層界定的在線圈的中心區內形成的空間。在本實施例中設有三個冷卻元件，并且它們貼著線圈的內表面按均勻間隔放置。流管112a、112b的第一端連接到旁路歧管110，第二端連接到冷卻通道的位于冷卻元件的第一端表面的開口。因此，冷卻液通過線圈的第一端的開口流入位于線圈的內側的冷卻元件,并通過相同的開口從內部離開。冷卻液未被引導至圍繞線圈的任何單個導線進行循環。圖2b示出沿線圈的縱軸的方向從上方看到的根據本實用新型的冷卻系統的有利實施例。在本實施例中，冷卻元件102與線圈100的制造相關聯地被放置在線圈內，位于疊置的線圈線層或箔層之間。而且在本實施例中，離開旁路歧管的流管連接到冷卻元件，使得冷卻液的流動路線不繞線圈的任何單個導線發生循環(圖中未示流管和旁路歧管)。圖la、圖lb、圖lc、圖2a和 圖2b所示的冷卻系統具有三個或四個冷卻元件。然而，冷卻元件的數量不限于這些數目，而是也可為其他數目。本實用新型中重要的是，借助本系統，有足夠多的冷卻元件來實現充分的冷卻效果。因此，冷卻元件的合適數量取決于線圈的冷卻需要，而這除其他因素之外又取決于線圈的線匝數和經過線圈的電流量。因此，系統能夠包括三個、四個、五個、六個、七個或八個冷卻元件。通過測試已經發現，必須與線圈關聯地設置至少三個冷卻元件，以便實現充足有效并均勻分布的冷卻效果。圖3a示出冷卻系統的單個冷卻元件的有利實施例的示例。在本實施例中，冷卻元件的第一面對表面124是曲面，而第二面對表面126是平的。第一面對表面具有曲率半徑Rl0冷卻元件的這個有利實施例尤其適合用于冷卻元件放置在線圈內的冷卻系統，使得冷卻兀件的第一面對表面124貼著線圈的內表面120安放。當第一面對表面的曲率半徑被選擇為其實質上等于線圈的內表面的曲率半徑rl時，熱量從線圈有效傳遞到冷卻元件內。圖3b示出冷卻系統的單個冷卻元件102的第二有利實施例的示例。在本實施例中，冷卻元件的第一面對表面124和第二面對表面126均為曲面。第一面對表面的曲率半徑為R1，而第二面對表面的曲率半徑為R2。曲率半徑R1、R2可相等地大或大小不同。冷卻元件的這個有利實施例尤其適合用于冷卻元件放置在線圈外的冷卻系統，使得冷卻元件的第二面對表面貼著線圈的外表面安放。當第二面對表面的曲率半徑R2被選擇為其實質上等于線圈的外表面的曲率半徑r2時，熱量從線圈有效傳遞到冷卻元件內。圖3b所示的冷卻元件還適合放置在線圈內，位于疊置的線圈線層或箔層之間。圖4a_4c示出圖3a和圖3b所示冷卻元件與不同線圈100關聯地放置的某些實施例。在圖中，線圈被顯不為沿線圈的縱軸方向從端部觀察。在圖4a中，線圈100具有圓形橫截面，其內表面的半徑為rl。三個冷卻元件102貼著線圈的內表面120放置，這三個冷卻元件102的第一面對表面124為曲面。(冷卻元件是)面對表面的曲率半徑Rl實質上等于(線圈的)內表面的曲率半徑rl。在圖4b中，線圈100具有橢圓形橫截面。線圈具有壁段S，壁段s的曲率半徑為rl。冷卻元件102貼著線圈的這個壁段放置，冷卻元件的第一面對表面的曲率半徑Rl實質上等于壁段Si的曲率半徑rl。在圖4c中，線圈100具有圓形橫截面，其外表面122的曲率半徑為r2。四個冷卻元件102貼著線圈的外表面122放置，冷卻元件的第二面對表面的曲率半徑R2實質上等于線圈的外表面的曲率半徑r2。圖4d示出一個線圈；與該線圈的制造關聯的四個冷卻元件102安裝在線圈100內，位于線圈的疊置的線層或箔層之間。這些冷卻元件的兩個面對表面均為曲面。圖5示出從斜上方看到的根據本實用新型的冷卻系統的單個冷卻元件。冷卻通道104開始于第一端表面118，并經過冷卻元件102內結束于第二端表面119。在冷卻元件的第一端表面118具有冷卻通道的第一開口 106a,冷卻液通過第一開口 106a進入冷卻通道。在冷卻元件的第二端表面具有第二開口 106b，冷卻液通過第二開口 106b離開冷卻通道。以上已經描述了根據本實用新型的方法、冷卻系統和線圈的一些有利實施例。本實用新型不限于上述方案，而本`實用新型的構思能夠以許多方式應用。
權利要求1.一種用于借助液體循環來冷卻線圈(100)的線圈冷卻系統，所述線圈冷卻系統包括至少三個與所述線圈關聯地設置的冷卻元件(102)和使冷卻液循環通過所述冷卻元件的用于冷卻液的流動路線(110、112a、112b、104)，所述流動路線包括至少一個在所述冷卻元件內形成的冷卻通道(104)，所述冷卻通道具有供冷卻液流入的第一開口(106a)和供冷卻液流出的第二開口( 106b)，其特征在于，所述冷卻元件能夠與待冷卻的所述線圈關聯地放置，使得冷卻液的所述流動路線不形成圍繞所述線圈或圍繞所述線圈的單個導線的均一環路；而且所述用于冷卻液的流動路線包括用于引導冷卻液進入所述冷卻通道(104)的第一流管(112a)和用于引導冷卻液離開所述冷卻通道的第二流管(112b)、及旁路歧管(110)，所述第一流管和所述第二流管被連接在所述旁路歧管中。
2.根據權利要求1所述的線圈冷卻系統，其特征在于，所述冷卻通道(104)的所述第一開口( 106a)位于所述冷卻元件(102)的第一端表面(118)，而所述冷卻通道的所述第二開口( 106b)位于所述冷卻元件的第二端表面(119)。
3.根據權利要求2所述的線圈冷卻系統，其特征在于，所述冷卻通道(104)是從所述冷卻元件(102)的所述第一端表面(118)通向所述冷卻元件的所述第二端表面(119)的直孔。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的線圈冷卻系統，其特征在于，所述冷卻元件(102)包括至少兩個冷卻通道(104)。
5.根據權利要求4所述的線圈冷卻系統，其特征在于，所述冷卻元件(102)的所述冷卻通道(104)實質上平行。
6.根據權利要求1所述的線圈冷卻系統，其特征在于，所述冷卻通道(104)的所述第一開口( 106a)和所述第二開口( 106b)位于相同的端表面。
7.根據權利要求1至3中任一項所述的線圈冷卻系統，其特征在于，所述冷卻元件具有至少一個曲面式的第一面對表面(124)，所述第一面對表面能夠貼著所述線圈(100)的內表面安放。
8.根據權利要求1至3中任一項所述的線圈冷卻系統，其特征在于，所述冷卻元件具有至少一個曲面式的第二面對表面(126)，所述第二面對表面能夠貼著所述線圈(100)的外表面安放。
9.一種液冷式線圈(100)，所述線圈包括至少三個有液體循環的冷卻元件(102)和使冷卻液循環通過所述冷卻元件的用于冷卻液的流動路線(I 10、112a、112b、104)，所述流動路線包括至少一個在所述冷卻元件內形成的冷卻通道(104),所述冷卻通道具有供冷卻液流入的第一開口( 106a)和供冷卻液流出的第二開口( 106b)，其特征在于，冷卻液的所述流動路線不形成圍繞所述線圈或圍繞所述線圈的單個導線的均一環路；而且所述用于冷卻液的流動路線包括用于引導冷卻液進入所述冷卻通道(104)的第一流管(112a)和用于引導冷卻液離開所述冷卻通道的第二流管(112b)、及旁路歧管(110)，所述第一流管和所述第二流管被連接在所述旁路歧管中。
10.根據權利要求9所述的液冷式線圈(100)，其特征在于，所述線圈具有內表面(120)，而且至少一些所述冷卻元件(102 )貼著所述線圈的所述內表面放置在所述線圈內。
11.根據權利要求9或10所述的液冷式線圈(100)，其特征在于，所述線圈具有外表面(122)，而且至少一些所述冷卻元件(102)貼著所述線圈的所述外表面放置在所述線圈外。
12.根據權利要求9或10所述的液冷式線圈(100)，其特征在于，至少一些所述冷卻元件(102)放置在所述線圈內，位于所述線圈的疊置的導線層或箔層之間。
13.根據權利要求9或10所述的液冷式線圈，其特征在于，所述液冷式線圈是扼流器或變壓器的線圈。
專利摘要本實用新型公開了一種冷卻系統和液冷式線圈，該冷卻系統包括至少三個與線圈關聯設置的冷卻元件和使冷卻液循環通過冷卻元件的冷卻液流動路線，流動路線包括至少一個在冷卻元件內形成的冷卻通道，冷卻通道具有供冷卻液流入的第一開口和供冷卻液流出的第二開口，冷卻元件能夠與線圈關聯放置，使得冷卻液的流動路線不形成圍繞線圈或線圈中的單個導線的均一環路；而且冷卻液的流動路線包括引導冷卻液進入冷卻通道的第一流管和引導冷卻液離開冷卻通道的第二流管、及旁路歧管，第一流管和第二流管被連接在旁路歧管中。上述冷卻系統結構簡單、尺寸小、質量小，并能夠完全放置在線圈結構外有效地冷卻線圈，且冷卻液中不會感應出電壓。
文檔編號H01F27/28GK202905379SQ20109000118
公開日2013年4月24日 申請日期2010年9月30日 優先權日2009年9月30日
發明者阿列克西·納圖拉, 馬蒂·塞佩, 佩爾蒂·阿爾沃寧 申請人:特萊福公司