专利名称：感应部件的液体冷却装置和用于制造感应部件的方法
技术领域：
本发明涉及如权利要求1的前序部分中限定的感应部件的液体冷却装置和如权利要求8的前序部分中限定的用于制造所述感应部件的方法。
背景技术：
液体冷却给电力电子带来许多优点，例如降低温度和减小尺寸。然而，液体冷却的应用主要集中在功率半导体器件的冷却上，而对于感应部件的液体冷却并没有开发出多少非常有效的方案。诸如滤波器、变压器和扼流圈的感应部件尤其由铁芯和一个或多个绕组构成，在所述铁芯和绕组二者中都产生必须被冷却的损耗。在最普通的感应部件中，仅在表面上设有各种热交换器。然而，这些方法的缺点在于所获得的冷却不是很有效，但结构却尺寸较大而且无法均勻地冷却。在这种情况下，在结构中存在热点，并且大部分损耗传递至周围空气，这尤其有害地加热了部件柜，并且损耗因而没有有效地传递到冷却液中。
发明内容
本发明的目的是消除上述缺点，并且获得感应部件的简单、有利且高效的液体冷却结构，并且获得用于制造感应部件的液体冷却结构的方法。根据本发明的冷却方案可以用于冷却全部类型的感应部件，但尤其适用于扼流圈的冷却。根据本发明的感应部件的特征在于权利要求1的特征部分中所公开的内容。相应地，根据本发明的方法的特征在于权利要求8的特征部分中所公开的内容。本发明的其它实施例的特征在于其它权利要求中所公开的内容。还在本发明的说明部分中讨论了其它发明实施例。本发明的发明内容也可以与下文权利要求不同地限定。另外，可以说，至少某些从属权利要求的特征至少在某些适当的情况下可被认为其自身是具有创造性的。根据本发明的方案的其中一个优点在于，在感应部件的铁芯中产生的损耗可以高效地传递到冷却液中。另一个优点在于，绕组的损耗也可以经由铁芯传递到冷却液中，以便使损耗从绕组通过绝缘件直接传导到铁芯中。又一个优点在于，根据本发明的方案提高了感应部件的液体冷却效率。
在下文中，将通过参照附图借助本发明实施例的一些示例更加详细地说明本发明，其中图1以简化示意图示出根据本发明的想法的主要概念，图2示出根据本发明的铁芯的一个结构元件的倾斜俯视图，图3示出根据本发明的铁芯的各种结构元件的端视图，图4示出冷却液管周围的根据本发明的铁芯的两个结构元件的简化端视图，
图5示出在组装阶段中根据本发明的感应部件的一个铁芯的简化俯视图，图6示出根据本发明的各种冷却管方案的简化俯视图，图7示出根据本发明的一个冷却管方案的简化端视图，图8示出根据图7的冷却管方案的端视图，其安装成与铁芯的结构元件相连接，图9示出根据本发明用于进行铁芯的液体冷却的一个方案的简化端视图，图10示出用于堆叠的一个绕组板的简化俯视图，图11示出为图10的绕组板的镜像的绕组板的简化俯视图，图12示出根据本发明的一个简化液体冷却结构的倾斜俯视示意图，图13示出当从端部和从侧面观察时，根据本发明的又一个液体冷却结构的简化部分剖视示意图，图14示出根据本发明的一个部分组装的液体冷却结构的简化倾斜俯视示意图，图15示出组装有根据图14的液体冷却绕组结构的扼流圈的简化倾斜俯视示意图，图16示出组装有液体冷却元件和堆叠的绕组结构的扼流圈的简化端视示意图，图17示出在绕组的组装阶段中根据本发明的扼流圈的一个绕组结构的倾斜俯视图，图18示出从上方倾斜地观察的组装好的根据图17的绕组结构，图19示出从侧面观察的组装好的根据图18的绕组结构，图20示出从端部观察的组装好的根据图18的绕组结构，图21示出在铁芯的组装阶段中根据本发明的三相扼流圈的一个铁芯结构的倾斜俯视图，图22示出在组装阶段中根据本发明的三相扼流圈的铁芯结构的一个顶部梁的俯视图，图23示出从上方倾斜地观察的组装好的根据图21的三相扼流圈的铁芯结构，图M示出根据本发明的三相扼流圈的一个组装阶段的倾斜俯视图，其中绕组结构和铁芯结构彼此连接，图25示出从上方倾斜地观察的组装好的根据本发明的三相扼流圈，图沈示出从不同结构元件组装的两个铁芯结构的简化侧视示意图或俯视示意图，和图27作为图表示出图沈的结构元件的温度。
具体实施例方式图1以简化示意图形式示出根据本发明的想法的主要概念。根据本发明的方案能提高感应部件的液体冷却效率，并且尤其是扼流圈的液体冷却效率。本发明的一个想法是高效工作的冷却管道2穿过诸如扼流圈的感应部件的铁芯1。这样，在铁芯1中产生的损耗可以高效地传递到穿过铁芯1的冷却液中。同样，铁芯1周围的绕组3中包括液体冷却元件5，该液体冷却元件包括一套冷却管道6，在这种情况下，绕组损耗也高效地传递到冷却液中。绕组3包括例如一个摞一个设置的板4，并且具有冷却管道6的液体冷却元件5配合到板4之间的间隙中。
或者，绕组也可以是薄片类型的，在这种情况下，液体冷却集成到薄片层之间的每个间隙中或仅一些间隙中。薄片层之间可以竖向地安装有热交换器，或者在绕组之前在绕组薄片的顶部上安装有顺应薄片绕组的液囊，所述液囊保持在薄片绕组层之间，并且冷却液在所述液囊中流动。或者，冷却液也可以在设置在薄片内部或表面上的管道中流动。绕组3的损耗也可以经由铁芯1传递到液体中，以便使损耗例如通过绝缘件从绕组3传导到铁芯1中。相应地，铁芯1可以被绕组3冷却。上述冷却选项可以自由地组合。可行的是从彼此基本大体相同的多个较小结构元件7制造感应部件的铁芯1。冶金粉末尤其适于制造这种类型的结构元件7。从例如金属粉末的冶金粉末制造的结构元件在所有尺寸方向上，例如在X、Y和Z方向上都能同样良好地电气操作，在这种情况下，可以在所有方向上三维地安装该结构元件。该结构显著好于由叠层形成的结构，由叠层形成的结构仅在一个或两个尺寸方向上工作良好，而在第三尺寸方向上较差，并且因此引起额外损耗。优选地通过挤压从隔离金属粉制造结构元件7。从隔绝金属粉挤压的铁芯的额外优点在于，由于其内部隔离，其比由叠层制成的铁芯更能经得起腐蚀。图2和3示出在根据本发明的方案中使用的铁芯的结构元件7的示意图，该铁芯例如通过挤压制造。图2示出一个结构元件7的倾斜俯视图，并且图3示出直接从端部观察时结构元件7的一些不同样式。结构元件的尺寸以及形成管道的槽8和孔9的数量、尺寸、形状和位置可以根据结构元件而不同。结构元件7可以是实心长方体形状，其每个侧表面都是平的，或者结构元件7可以类似于所述长方体，但结构元件在中心包括用于冷却管的孔9，该孔的长度是结构元件的长度。结构元件7也可以是长方体之外的不同形状。代替孔9，结构元件7也可以在一个或多个表面上包括槽8，该槽具有半圆或矩形横截面形状或某种其它横截面形状，并且其长度是结构元件的长度。因而根本没有槽8或孔9，或它们中的一个、两个或更多个，并且它们是在结构元件的解压阶段形成在结构元件7中的。借助槽8，如果必要，则通过使两个结构元件7彼此抵靠以便使槽8也彼此抵靠而形成用于液体冷却管的管道。将液体冷却管安装到该类型的结构中比安装到孔9中容易。 由槽8形成的管道优选地比液体冷却管的外径大到适当公差的程度。管与槽8的壁之间的空间优选地填充有导热膏。导热膏的任务是保证热量从铁芯1传递到液体冷却管中，并且也抚平机械公差和热膨胀的影响。该类型的导热膏也形成铁芯1与管之间的电绝缘层，该电绝缘层减小到该结构中的不良电流的形成。从组装的角度来看，铁芯的一个优选结构是首先制造具有其管和端部凸缘的冷却液回路，并且通过绕准备好的管连接结构元件7而从小结构元件7组装铁芯，该小结构元件包括用于液体管的适当的槽8。图4和5示出这种结构选项。图4示出形成铁芯的液体冷却管道2的冷却管10 的示意图，在该冷却管的下方和上方，或者说在管的两侧上，铁芯1的在其一个侧面上设有半圆形槽8的结构元件7设置成使得管10最终几乎完全在结构元件7内部。上述导热膏优选地在绕管10设置结构元件7之前设置到槽8中。在组装阶段，结构元件7在其彼此面对的表面和端部处粘合到一起。图5示出简化结构，其中首先通过端部凸缘11和管10构造现成的液体回路结构， 最终在铁芯的组装阶段绕该结构设置铁芯的结构元件7，所述结构元件同时围绕管10设置并且彼此粘合。一个铁芯的管10借助端部凸缘11中的管道彼此连接，形成连续流体回路，所述管道未在图中示出。管10也可以借助铁芯外部的软管连接。通过首先以这种方式制造所述管，可以更自由地制造液体回路的接头，例如通过焊接或铸造。同样，液体回路可以在较早阶段中已被检测。在图5中，仅有铁芯的结构元件7中的某些以被设置就位。图6以简化形式示出根据本发明的各种冷却管方案。液体冷却管10可以是笔直的，或者也可以弯曲以形成伸长的U形，在这种情况下，与使用两个直管并且连接在一起相比，需要较少的连接器。管10也可以具有在两端具有多个弯曲部。该类型的结构示出为图 6中左边数第三个管结构。图6中右侧的结构示出了液体冷却管10，其包括在多个尺寸和方向上的弯曲部。因而管的所述部分可以在不同的高度上。当使用包括敞开槽8的结构元件7时，可以绕以多个尺寸弯曲的管10安装结构元件7。另一方面，包括孔9的结构元件7 无法绕在多个方向上弯曲的管10滑动，这是因为它们易于卡在管的弯曲部上。用于制作管10的端部中的接头的方法尤其是螺纹连接、粘合、钎焊、挤压、利用热膨胀、膨胀，即型锻、焊接和激光焊接，以及金属和塑料铸件和诸如管卷边的管连接器。图7和8示出根据本发明的一个可替代冷却液方案。在该方案中，结构元件7内没有用于冷却液管的孔，而是在单独的热交换器部件即元件12中进行冷却，该元件机械地固定至铁芯的结构元件7，该结构元件的边缘包括在其横截面轮廓中适当的槽8。在该方案中，将铝型材用作液体冷却元件，该铝型材延伸到铁芯1的两个内侧并延伸到其表面，在这种情况下，获得了冷却接触的较大表面区域以用于冷却。根据该类型的方案的冷却元件12 也可以冷却绕组3，以便使损耗从绕组传导到冷却元件12。在图7中，借助成型技术由铝型材形成的热交换器部件12被拆下，并且在图8中， 两个热交换器部件12固定至铁芯的连续设置的结构元件7，在附图中仅能看到在其它结构元件前方的第一个结构元件7。在该方案中，冷却管10被与铁芯1基本一样长的铝型材替代，与仅有管10的情况相比，借助铝型材获得了较大的冷却表面。元件12的铝型材包括传热良好的框架部分14和横截面形状基本为圆形的管状部分13，管状部分13内具有与整个元件12的长度一样长的用于冷却液的孔。该类型的元件12也能冷却绕组3，以便使损耗从绕组3传导至元件12的框架部分14。例如图3中所示的在该方案中使用的结构元件7包括在两个端部处的基本圆形的孔8，该孔用作管道的一部分，该孔的边缘在结构元件7的端部的外表面上是敞开的。元件 12的铝型材的管状部分13和孔8的尺寸相对于彼此设计成使得在一个接一个或一个摞一个设置的情况下管状部分13锁定到结构元件7的孔8中，并且较宽的框架部分保持抵靠在结构元件7的外侧边缘上。元件12的铝型材的长度基本等于或大于在一个接一个或一个摞一个的情况下结构元件7的总长度，S卩，基本等于或大于铁芯1的长度。从组装的角度来看，优选的是使用图9中所示的铁芯结构，该铁芯结构包括铁芯的尺寸彼此不同的结构元件7、7a和7b。结构元件7和7a在一侧上设有例如半圆横截面形状的槽8，该槽8当彼此抵靠设置时形成例如用于冷却液管10的管道8a。虽然每个结构元件7、7a都包括在结构元件7、7a的制造阶段形成的延伸穿过结构元件7、7a的槽8或孔9， 所述槽或孔本身是用于液体冷却目的的管道8a的一部分，但液体冷却管10并不是必须设置在如此形成的所有管道8a中，而是管10的数量取决于每个特定的冷却需求。另外，组装好的铁芯1的中心具有用于绕组3的空间la，该空间Ia在组装铁芯1时由结构元件7、7a 和7b形成。
相应地，结构元件7b的所有表面都是平的。另外，结构元件7的横截面最大，并且结构元件7a和7b的横截面相应地比结构元件7的横截面小。例如在铁芯结构的角部处和容易安装结构元件7的位置处使用较大的结构元件7。另一方面，在铁芯组装的最后阶段使用较小的结构元件7a和7b，在该阶段中，管10周围有较小空间，并且可能必须从不便的方向安装结构元件。组装铁芯的想法是通过最后适当地装配横截面较小且平坦的结构元件7b而将其设置就位。在这种情况下，设有槽8的结构元件7和7a可以从最佳可能方向更自由地安装就位。这是重要的，以便当将结构元件7a和7安装就位时设置在结构元件7和7a的槽8 中的导热膏尽可能地保持在原位。如果铁芯的设有槽8的结构元件7在组装的最后阶段沿着管10的方向装配就位，则导热膏将很容易被擦出槽8。而且，铁芯的结构元件7、7a、7b中的导热膏和粘合剂将弄脏管10，并且尤其是弄脏管10的端部，此时将难以制作端部接头。穿过铁芯1的结构的冷却管可以是独立的管10，或者它们可以直接制造到铁芯1 的结构元件7中。制造到结构元件7中的管可以被制造成所谓的“高多孔性”结构，S卩，能透过液体的多孔结构。多孔材料可以仅在管的边缘上或在管的整个区域上。该类型的高多孔性结构将热量从铁芯1高效地传递到冷却液中，这是因为高多孔性结构内的流动是容易转动的，即，是湍流的。同样，由多孔材料制成的管的内表面区域即有利于传热的表面区域较大。当使用独立的管10时，它们可以设有独立的湍流器，例如设有螺旋部，即使在低流速下也能使层流产生湍流，在这种情况下，热量从管10到冷却液中的传递变得更高效。也能借助在管10的内表面上形成的诸如结节或来复线的单独形状而获得这种效果。最好是使高多孔性结构涂覆防止腐蚀的涂层，例如铝或镍涂层。独立的管10、上述高多孔性结构或其它管道结构共同或单独地形成图1所示的铁芯1的液体管道结构2。无论何种磁性材料都能用作铁芯材料。然而，优选的是使用基于金属粉末而不是基于层叠材料的铁芯材料，这是因为它比硅钢叠层能保持其电感至更高的频率。在根据本发明的扼流圈中，在铁芯1的水平梁和立柱二者中都可以设有液体冷却管10。水平梁和立柱限定成使得当扼流圈处于其在基座上的基本位置时，至少一个水平梁在扼流圈的底部中，并且一个水平梁在扼流圈的顶部中。在三相扼流圈中，基本垂直于水平梁的三个立柱在水平梁之间，绕组绕所述立柱缠绕。实际上，扼流圈可以处于这样的位置， 艮口，使得水平梁不是水平的，并且立柱不是竖向的，但为了简单起见，这些元件在下文中被称为水平梁和立柱。当管10安装到适当的位置时，可以使水平梁和竖向梁中的管10在最终扼流圈中彼此重叠地穿过。在立柱和水平梁中使用U形管，在这种情况下，接头设置在相同端部处， 并且与不使用U形管而使用两端具有连接器的直管即I形管的情况相比，接头较少。有利的是由多个较小部件形成铁芯1，所述多个较小部件在组装阶段中彼此连接或彼此重叠。围绕铁芯的绕组可以例如由母线、线材、平面连接板、电缆或导体薄片制成。尤其当使用电缆时，它们可以被高效地紧密挤压到铁芯1中，在这种情况下，它们经由铁芯1被冷却液冷却。当使用电缆时，也可以容易地产生多个绕组圈，并且通过平行地设置适当数量的电缆，可以获得足以用于每个电流值的导体表面区域。另外，电缆的绝缘照顾到电气部件的绝缘，在这种情况下，不会发生典型地对于母线方案由增长引起的击穿放电问题。这样， 可以形成例如dUdT滤波器，以便使液体冷却集成到铁芯1中，并且由电缆形成绕组3，所述电缆抵靠铁芯1而被冷却，所述铁芯1被液体冷却。当使用图1所述的基本平坦的绕组层4时，其中循环有冷却液的液体冷却热交换器5设置在绕组层或其外表面之间。而且绕组板4自身可以设计成使其用作热交换器，即， 液体可以直接穿过绕组层4之间，或者甚至是绕组层4内。然而，当使用与绕组板4隔离的独立热交换器5时，杂质在某种程度上可以进入到冷却液中，这是因为将液体回路直接设置在绕组中将需要使用不导电的冷却液。实际上，不需要将热交换器5设置在每个绕组板 4之间，而是仅需要使得结构的热点保持在适当的温度。当根据图1的结构的液体热交换器5经由冷却液接地时，同时避免了场在绕组3 上的通路在绕组3的端部上电容性地连接，这减小了普通模式干扰电流。绕组层4借助隔离件彼此隔离并且与热交换器5隔离，该绝缘件也在某种程度上导热。可以通过在层的接触点处设置导热膏或通过使用诸如导热绝缘垫(Sil-Pad mats)的隔离件作为层之间的隔离件来增强层之间的热传递，所述导热绝缘垫专门用于导热和表面之间的良好接触。在不同层之间可以使用不同隔离件，这是因为较好的导热经常意味着更高的价格，并且一种经济的选择是仅在热交换器元件5与第一绕组层4之间设置导热较好的隔离件，这是因为功率耗散大多发生在该界面上。热交换器元件5也可以覆盖有特定导热隔离件。同样，绕组层4可以覆盖有导热隔离件。图10和11示出用于绕组的两个绕组板15，当绕着绕组板15的纵向轴线转动时， 所述绕组板彼此成镜像。绕组板15基本是环状0形的。当所述绕组板适当地彼此连接并且彼此隔离时，一个摞一个地堆叠这种绕组板15和在水平面内转动每个第二板产生连续绕组结构。连接点在图10和11的底部中。在移动到下一层之前，可以在一层中用绕组板 15形成许多圈。绕组板15可以具有不同的长度，并且它们可以通过在板加工中心中进行水切割或激光切割或通过用跟随工具(follow-on tool)冲压而制造。由铝制造所述板是尤其经济的。另外，可以选择最适合每个特定环境条件的材料。此外，绕组板15可以例如通过螺钉连接、铆接、冷钎焊、挤压或焊接而彼此连接。图12示出绕组3的一个平面液体冷却元件16的简化结构。液体冷却元件16包括盖板、中心板和底板17-19。当所述板相连接以形成堆叠时，在它们之间中形成空间20， 以用作用于液体的流动腔，该空间用作图1中所示的冷却管道6。也可通过其它方法制造液体冷却元件16，例如铝型材延展技术或薄板钎焊。形成液体的流动腔20的中心板18可以由与所述元件的其它部分17和19不同的材料制成。在这种情况下，例如中心板18可以完全或部分地由密封材料制成。借助根据图12的结构，热交换器可以最高效地植入到堆叠的绕组结构3中。根据图12的结构也可通过在层之间增加适当的固定元件而用作绕组。最简单地，液体冷却热交换器或液体冷却元件16可以是基本矩形的物体21，图13 示出其侧面端部截面，该物体包括在中心处沿着该物体的纵向方向的诸如一个或多个孔的空间22，用于冷却液的通道。可以尤其用成型技术有效地制造这些类型的冷却元件16。图14示出绕组板15堆叠的绕组3的绕组元件23，在该绕组元件中，绕组板15设置在液体冷却元件16之间。相应地，图15示出整个三相扼流圈对，其中绕组结构是由许多液体冷却的绕组元件23组装而成的。在该方案中，铁芯1没有被冷却，但它可以通过利用铁芯1的结构元件7中的孔9或槽8安装液体冷却管10而用被液体冷却。液体回路也可以仅在铁芯1中，在这种情况下，绕组3可以被铁芯1冷却。独立的绕组板也可以由一个摞一个堆叠的多个较薄的板构成。可能会尤其由于制造技术的限制而需要这样做。而且从高频操作的角度来看，有利的是由多个较薄的板制成绕组层，这是因为在高频下，电流仅在板的表面上流动，并且多个薄板比一个厚板具有更大的组合表面。可以用隔热物给该类型的滤波器加衬垫，在这种情况下，可以基本完全消除热量到周围空气的传递。这些类型的制造方法可以用于制造变压器、扼流圈和滤波器。滤波器的电容器也可以例如被集成在绕组中的冷却元件5冷却，所述元件也被称为“冷板”。为此，冷却元件5 可以制成为不同形状或制成有额外部分。用这种技术制造的扼流圈也可以一个摞一个地设置，在这种情况下，它们配合成使用共用的液体冷却管10。这种结构方案例如可以是具有两个扼流圈的LCL滤波器。根据本发明的方案适于制造单项和多相扼流圈。也可以进行所谓的“混合冷却”，其中用集成的液体冷却来冷却铁芯，并且通过一个摞一个地堆叠板制成绕组，并且在板之间留有小间隙，用于冷却空气的通路。用风扇将空气吹到绕组中。因而产生极其有效的冷却，这是因为通常在所有安装位置都能获得冷却液和冷却空气。图16示出根据本发明的一个液体冷却的扼流圈，从结构的第一端部观察，并且在竖向上部分地展开并且被简化。为了清楚，仅示出绕组板的接触的点。隐藏的第二端部是不同的，例如使得所有的绕组板15都具有相同的宽度，它们一个摞一个地中心地设置，以便在板之间没有大间隙，或者根本没有间隙。图16中可见的第一端部包括绕组板15的接触部，并且因此绕组板之间必须有更多空间，以用于诸如螺钉或铆钉的固定装置27的头部。每个绕组层25都包括两个绕组板 15，并且每层形成一圈，所述层除了在其接触点之外的任何位置都是彼此绝缘的。为了获得低接触电阻，用于被连接的所有绕组板15都被打磨以去除氧化层，并且被挤压在一起，在两个不同位置处被铆接、螺栓连接或以其它方式连接，在这种情况下，形成较大接触面积。 所述结构的最顶部和最底部的两个绕组板15i沿着内侧方向延伸的距离与内部绕组板15 不同，在这种情况下，不同绕组层25之间有适当的空间，隔离件四可以在该空间中穿过并弯曲。同样，在所述结构的表面上有用于铆钉头部的空间。液体冷却元件16设置在绕组层25之间适当的位置处，所述液体冷却元件下方和上方的绕组板15j在第一端部处包括指向板的中心线的额外突起沈，所述突起朝上或朝下倾斜地弯曲，以便使绕组板层25可以越过液体冷却元件16而彼此连接。在这种情况下，在液体冷却元件16上方的绕组层25的绕组板中的突起沈向下弯曲，并且在液体冷却元件16 下方的绕组层25的绕组板中的突起沈向上弯曲。通过用诸如铆钉或螺栓的固定装置将向下弯曲和向上弯曲的突起沈彼此连接而形成连接。也可以通过其它方式来绕过液体冷却元件16，例如通过在绕组的该位置处设置导体部件，该导体部件的厚度与液体冷却元件相同。液体冷却元件16的端部包括液体管道的分支联接器观，液体冷却元件借助该分支联接器彼此连接，以实现冷却液的循环。为了清楚起见，图16中没有示出连接至分支联接器观的冷却管。
图17-20示出在不同组装阶段从不同方向观察到的根据本发明的扼流圈的绕组3 的一个绕组结构。该绕组结构由例如上文所述的绕组板4或15构成。单个板4的厚度例如是4mm，并且板堆叠成一个层，一个摞一个，并且总是一次三个，以获得适当的电流耐受能力。这些类型的对称板组一个摞一个地堆叠，并且它们在水平面上弯曲，以便使板组彼此连接并且彼此适当地隔离，在这种情况下，产生希望数量的绕组圈。以适当的间隙设置热交换器5，冷却液在该热交换器中流动，并且该热交换器用作液体冷却元件。这种组装包用固定杆四和30挤压在一起，所述固定杆也掺入绕组板4、隔离件21和液体冷却元件5。当杆四和30挤压所述结构时，在不同层之间同时产生电气接触和传热接触。在这种情况下，例如杆四专门用于传热接触，并且杆30用于电气接触。杆四和30借助隔离管32而与绕组板隔1 °绕组3的挤压结构包括诸如与每个杆四、30连接的弹簧垫31的机构，该机构消除热膨胀对挤压接触的影响。在液体冷却元件5中，液体经由元件的第一端部中的连接器33 流到绕组结构中，在绕组元件的另一个端部处转向，并且从绕组元件的第一端部中的连接器34返回，在这种情况下，液体冷却元件5的所有外部液体连接器33、34都在相同端部处， 艮口，在所述结构的第一端部处。在这种情况下，连接至所述结构的冷却管仅占用所述结构的第一端部处的空间。层的界面优选地包括用于增强传热的导热膏。优选地将例如导热绝缘垫隔离材料用于液体冷却元件5的隔离。图21-23示出由根据本发明的三相扼流圈的结构元件7、7a和7b组装的铁芯1的结构。图21示出在铁芯的组装阶段中三相扼流圈的铁芯结构1，图22示出扼流圈的顶部梁 36的俯视图，并且图23示出组装好的相应铁芯结构。有利的是将所述铁芯结构1组装成使得首先组装适当的子组件，所述子组件例如是立杆或立柱35、部分组装的顶部水平梁36和部分组装的底部水平梁37。这些子组件在图21中以拆分的方式示出。在铁芯1的最终组装之前，冷却液管10已经安装到子组件中， 在这种情况下，冷却液管的安装是容易的。三相扼流圈的铁芯1包括由不同形状和不同尺寸的较小结构元件7和/或7a和/ 或7b组装的三个立柱35以及由结构元件7和/或7a和/或7b组装的顶部水平梁36和底部水平梁37，它们全都包括其自身独立的冷却液回路。另外，冷却液回路的冷却管10装配到立柱35中，并且装配到顶部水平梁36和底部水平梁37中，以便使冷却液管10穿过立柱35，并且交叉地且彼此重叠地穿过顶部水平梁36和底部水平梁37。独立的冷却液回路便于扼流圈的组装。水平梁36和37由更小的子组件构成。在这种情况下，底部水平梁37包括侧面上的两个颈部38和两个矩形的中间梁部分39，所述颈部容纳冷却管10，所述中间梁部分39 在完成的组件中设置在颈部38之间。相应地，顶部水平梁36包括基梁40和额外结构部分， 所述额外结构部分在安装的最终阶段安装在立柱35的冷却管10周围，所述额外结构部分至少是尺寸和形状都被适当设计的结构元件7以及比结构元件7小的结构元件7a和7b，其中结构元件7和7a包括用于冷却管的槽8，但结构元件7b在其侧面上是平的。立柱35中的液体管10形成立柱35的底部中的U形弯。当进行组装时，当部件设置就位并且结构被挤压在一起时，不同的子组件设置成彼此重叠以形成固定的整体结构。 子组件构建成类似于砖墙，在这种情况下，结构变得坚固。铁芯结构包括彼此重叠经过的竖向的和水平的液体管10。当某些结构元件初始留在顶部水平梁36之外时，立柱35的液体管10可以通过顶部水平梁36设置，在这种情况下，顶部梁36的基梁40包括用于引入立柱 35的管10的中心处的孔48和端部处的孔47。仅当立柱35的管10已经设置通过孔47和 48时，较小的结构元件7、7a和7b才在管周围在孔47和48中设置就位。在这种情况下，例如较小的结构元件7a被小心地螺纹连接在管10与基梁40中的孔47的封闭端部之间，所述孔在其一个端部处是敞开的，所述结构元件7a在其管侧上的侧表面上的槽8中容纳导热膏，所述结构元件7a的用于粘合的表面容纳粘合剂。结构元件7a 被小心地从上方向下螺纹连接就位，并且同时管10的端部小心地朝向孔47的自由端弯曲， 在这种情况下，孔47的封闭端与管10之间的空间增大，并且结构元件7a容易就位，从而使导热膏或粘合剂都不会弄脏管10。当管10被释放以返回其正常位置时，管10设置到结构元件7a的槽8中。此后，较大的结构元件7从孔47的敞开端基本沿着水平方向被小心地推入到孔47中，最终下降到下方的结构元件上，并且被推压仅靠在管10上，所述较大结构元件7的槽8已经设有导热膏，并且所述较大结构元件的用于粘合的表面容纳粘合剂。因而，管10可以被牢固地包绕在结构元件7与7a之间。相应地，设有槽8的较小的结构元件7a首先绕管10螺纹连接到位于基梁40的中心处的孔48中，该孔48的长度大于两个较小结构元件7a的总长度，该较小结构元件的槽容纳导热膏，并且该较小结构元件的用于被粘合的表面容纳粘合剂。较小结构元件7a的螺纹连接如此进行，即，结构元件7a首先以与管10的表面相距适当的水平距离而向下降低到孔48中，当结构元件7a几乎处于其在竖向上的目标位置时，其沿着横向方向移动紧靠管 10，以便使管10设置到槽8中。这也在管10的另一侧上在同一孔48中完成。此后，用作填充件的结构件7b在结构件7a后面设置在孔48中。将所需要的那么多的结构件7b设置到孔48中，以充分地填充孔48。图M和25示出根据本发明的三相扼流圈。在图M中，扼流圈处于组装阶段，并且在图25中，其被完全组装好。扼流圈至少包括绕组3、铁芯1、支撑机构和液体回路部件。 支撑机构至少包括底基板45、支撑梁43和44以及紧固机构42。整个扼流圈都构造在基板 45的顶部上，所述基板45包括用于铁芯的底部水平梁37的横向引导装置。支撑梁43和 44是横截面为U形的梁，向外朝侧面敞开，所述梁设置在顶部水平梁36和底部水平梁37的侧面上，并且包括用于固定绕组3的固定杆四的固定孔46。相应地，紧固机构42设置成借助适当的挤压件将顶部水平梁36和底部水平梁37压靠在彼此上。这使得所述结构坚固， 这会减小噪音。冷却液回路用歧管41和管实现。为了清楚起见，图对和25中没有示出所述管。所述管可以自由地连接在液体管10、歧管41、冷却元件5和铁芯1中的连接器33和 34之间，用于在任意给定的时间实现适当的冷却液回路。图沈和27示出由不同结构元件组装的两个铁芯结构1的侧视和俯视简化示意图，以及当感应部件操作时设置在铁芯结构的不同位置处的结构元件7的温度。图沈中的上方铁芯结构1由材料相似的结构元件7制造，所述铁芯结构包括在最边缘结构元件中的冷却管道2，而其它结构元件没有冷却管道。为了清楚起见，从铁芯结构 1的边缘开始对结构元件7进行标号，从而使最边缘的结构元件为第1号，下一个元件为第 2号，并且包括5个结构元件的铁芯结构最中心处的元件为第3号。铁芯结构1是关于其中心线的对称结构。当操作时，铁芯结构中心处的第3号结构元件变热最多，这是因为其与冷却管道2相距最远。在附图中用箭头标出了热流。这里仅示出简化的铁芯结构。实际上有多于五个的连续结构元件。相应地，图沈中下部的铁芯结构1由材料不同的结构元件7制造，以便使所有其它的结构元件7彼此类似，而且在其材料方面也类似于上部铁芯结构中的那些，但通常变热最多的最中心处的第3号结构元件是由比其它结构元件损耗低的材料制成的。根据本发明，原则上有利的是在形成铁芯结构1的结构元件7中使用一种材料，但如果在铁芯中心产生太高的温度，则原则上所使用的材料的一部分在铁芯结构1的中心处由低损耗材料替代。由于每个结构元件7优选地仅由一种材料制成，每次对一个结构元件7 实施所述替代，以便使最中心处的一个或多个结构元件7由与较靠近结构边缘的结构元件相比损耗较低的材料制成。图27示出根据图沈的铁芯结构的不同温度的一个示例。用圆圈标记的曲线(相同材料的所有铁芯部分)每次一个结构元件7地示出图沈的上部铁芯结构1的冷却，并且用正方形标记的曲线(中间的低损耗材料)每次一个结构元件7地示出图沈的下部铁芯结构1的冷却。当全部结构元件7的损耗是IOW时，在一定操作条件下结构元件的温度设置成使得冷却管道2中的温度约为50°，最边缘处的第1号结构元件约为80°，第2号结构元件约为100°，并且最热的最中心处的第3号结构元件约为110°。相应地，在相同操作条件下，图沈中所示的下部铁芯结构1的结构元件的温度设置成使得冷却管道2中的温度仍约为50°，最边缘处的第1号结构元件约为75°，第2号结构元件约为90°，并且最热的最中心处的第3号结构元件约为95°，该结构元件由比相同铁芯结构1的其它结构元件损耗低的材料制成。由此可以看出，当最中心处的一个或多个结构元件的损耗较小时，铁芯结构的其它结构元件的温度也相应地降低，这是因为全部损耗都通过结构元件7传导到冷却管道 2中。借助根据本发明的方法，例如如下地制造感应部件感应部件的铁芯1由彼此基本上既不同又类似的多个较小结构元件7、7a、7b制造，所述结构元件被组装以形成设计用于该应用的铁芯1的尺寸和形状的组件，例如以便首先形成子组件，所述子组件单独地由例如立柱35、顶部水平梁36和底部水平梁37构成， 并且在所述子组件最终组装到铁芯结构中之前，冷却液管10设置在至少一部分子组件中。 任何磁性材料都能用作结构元件7、7a、7b的材料。根据本发明，基于金属粉末的铁芯材料用作所述材料。结构元件7、7a、7b例如由金属粉末通过挤压制造，以便使结构元件7、7a、7b 被挤压成基本矩形的部件，其中全部侧面都是基本直角的。在挤压阶段中，在结构元件7、7a 中也形成沿一个方向穿过结构元件的槽8或孔9，用于使用冷却液。结构元件7、7a中的槽 8的横截面例如基本是半圆形的，当在铁芯1的组装阶段设有类似槽的两个结构元件7和/ 或7a设置成抵靠彼此时，所述槽的横截面变成整圆的形状。在诸如扼流圈的感应部件的铁芯1的组装阶段中，结构元件7、7a、7b被连续地一个接一个设置，如果必要，则并排地且一个摞一个地设置，以便使沿着至少一个方向的结构元件7、7a的槽8形成基本延伸穿过整个铁芯1的基本笔直的通道2、8a，以用于液体冷却。相应地，在铁芯1的组装中，具有平表面的结构元件7b基本最后设置在待组装的铁芯中，所述结构元件的横截面优选地小于设有槽8的最大结构元件7的横截面。
冷却液管10或对应的管状装置设置到在铁芯1的结构元件7、7a的组装阶段中形成的管道2、8a中。如果必要，则在安装中利用热膨胀，以便使管10或对应的管状装置在设置到管道2、8a中之前被冷却。如果必要，则管10与管道2、8a之间的公差气隙填充有诸如双组份膏的导热膏。此后，已经安装到铁芯1中的管10借助设有液体管道的端板11和/ 或借助连接器33、34和/或管子而彼此连接，以形成连续液体回路。制造液体冷却的感应部件的另一个方法是首先用管10和可能的端板11组装液体回路，然后绕完成的管路组装设有半圆形槽8的结构元件7、7a，以形成设计用于所述应用的铁芯1的尺寸和形状的组件。为了提高冷却效率，如果必要，则管10设有独立的湍流器，例如螺旋部或产生湍流的对应装置，诸如结节或来复线，其全部设置在管10内侧。如果必要，则除了管10之外，或者代替管10，将铝型材12用作液体冷却元件。形成铁芯1的结构元件7绕与铝型材12连接的管部分13连续地组装至彼此。实现液体冷却的另一个方式是在结构元件的挤压阶段中将冷却管线直接制造成结构元件7内的部分。该类型的冷却管线被构造成例如所谓的“高多孔性”结构，即，能透过液体的多孔结构。多孔材料在挤压阶段中可以仅在管的边缘上或在管的整个区域上形成。 当以这种方式制造的结构元件7在铁芯1的制造阶段中被组装到一起以形成一个组件时， 顺序地设置的结构元件7的孔一个接一个地设置成直列，并且由此形成现成的管或管道。 结构元件7的彼此接触的表面例如通过粘合而彼此密封，以便使冷却液不能从结构元件7 之间的间隙泄漏。对于本领域技术人员而言明显的是本发明的不同实施例不限于上述示例，而是可以在以下权利要求的范围内变化。对本领域技术人员同样明显的是冷却液管也可以在铁芯与绕组之间的区域中穿过，同时冷却二者。而且，对于本领域技术人员明显的是绕组的绕组板和热交换器也可以是圆形的。 圆形和几何结构例如可以用于限制短路电流的力。
权利要求
1.一种感应部件的液体冷却装置，在所述液体冷却装置中，所述感应部件至少包括由独立的结构元件(7，7a，7b)组装的铁芯(1)，并且还包括集成在所述铁芯(1)中用于液体冷却的液体冷却管道(8a)和围绕所述铁芯(1)的绕组结构(3)，其特征在于，所述铁芯(1) 是由子组件组装的，所述子组件由结构元件(7，7a，7b)形成，所述子组件独立地由例如立柱(35)、顶部水平梁(36)和底部水平梁(37)构成，并且在所述铁芯(1)的最终组装之前， 冷却液管道(8a)或冷却液管(10)设置在所述子组件的至少一部分中。
2.根据权利要求1所述的感应部件，其特征在于，所述铁芯(1)的液体冷却管道(8a) 的至少一部分布置成彼此重叠。
3.根据权利要求1或2所述的感应部件，其特征在于，所述铁芯(1)的结构元件(7，7a， 7b)由冶金粉末制成，以在所有尺寸方向上，即在X、Y和Z方向上都能基本同样良好地电气操作，并且在由结构元件(7，7a，7b)组装的立柱(35)中的液体冷却管道(8a)布置成与由铁芯的结构元件(7，7a，7b)组装的顶部梁(36)和底部梁(37)中的液体冷却管道(8a)重叠地经过。
4.根据权利要求1、2或3所述的感应部件，其特征在于，设置在由所述铁芯(1)的结构元件(7，7a，7b)组装的立柱(3 中的液体冷却管道(8a)中的至少一部分包括液体冷却管(10)，所述液体冷却管(10)布置成与设置在由铁芯的结构元件(7，7a，7b)组装的顶部梁 (36)和底部梁(37)中的液体冷却管道(8a)中的液体冷却管(10)重叠地经过。
5.根据上述权利要求中的任意一项所述的感应部件，其特征在于，围绕所述铁芯的立柱(3 的绕组结构C3)包括一个或多个液体冷却管路(6)，所述液体冷却管路布置成与所述铁芯的立柱(3 中的液体冷却管道(8a)重叠地经过。
6.根据上述权利要求中的任意一项所述的感应部件，其特征在于，所述铁芯的顶部梁 (36)包括用于引入所述铁芯的竖向梁(35)中的液体冷却管(10)的端部的孔07，48)，所述孔G7，48)的尺寸设计成使得在引入所述竖向梁(3 中的液体冷却管(10)的端部之后，铁芯的设有槽⑶的或不设有槽⑶的结构元件(7，7a，7b)可以装配到所述孔中，并且所述液体冷却管(10)每个都被连接以在所述铁芯的绕组结构(3)、竖向梁(35)、顶部梁 (36)和底部梁(37)中形成其自身的冷却液回路。
7.根据上述权利要求中的任意一项所述的感应部件，其特征在于，所述铁芯结构(1) 包括在所述结构的中心处的一个或多个结构元件(7)，在所述结构的中心处的所述一个或多个结构元件(7)由与较靠近所述铁芯结构(1)的边缘的结构元件(7)相比损耗较低的材料制成。
8.一种用于制造设有液体冷却装置的感应部件的方法，其中所述感应部件至少包括由独立的结构元件(7，7a，7b)组装的铁芯(1)、绕组(3)和集成在所述铁芯(1)中用于液体冷却的管道(8a)，其特征在于，所述铁芯(1)是由子组件组装的，所述子组件由结构元件(7， 7a, 7b)形成，所述子组件独立地由例如立柱(35)、顶部水平梁(36)和底部水平梁(37)构成，并且在所述铁芯(1)的最终组装之前，冷却液管道(8a)或冷却液管(10)设置在所述子组件的至少一部分中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述铁芯(1)的液体冷却管道(8a)的至少一部分彼此连接以彼此重叠地经过。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在由所述铁芯(1)的结构元件(7，7a, 7b)组装的立柱(35)中的液体冷却管道(8a)装配成与在由铁芯的结构元件(7，7a，7b) 组装的顶部梁(36)和底部梁(37)中的液体冷却管道(8a)重叠地经过。
11.根据权利要求8、9或10所述的方法，其特征在于，设置在由所述铁芯(1)的结构元件(7，7a，7b)组装的立柱(3 中的液体冷却管道(8a)中的至少一部分中设置有液体冷却管(10)，所述液体冷却管(10)装配成与设置在由铁芯的结构元件(7，7a，7b)组装的顶部梁 (36)和底部梁(37)中的液体冷却管道(8a)中的液体冷却管(10)重叠地经过。
12.根据上述权利要求8-11中的任意一项所述的方法，其特征在于，围绕所述铁芯的立柱(35)的绕组结构(3)中的液体冷却管路(6)中的一个或多个装配成与所述铁芯的立柱(3 中的液体冷却管道(8a)重叠地经过。
13.根据上述权利要求8-12中的任意一项所述的方法，其特征在于，在所述铁芯(1)的组装阶段中，首先组装具有其管(10)的液体回路，此后绕完成的管线组装设有槽(8)的结构元件(7，7a)，以形成设计用于应用的子组件的铁芯(1)的尺寸和形状的组件，所述槽形成圆形管路或适当横截面形状的其它管路(8a)。
14.根据上述权利要求8-13中的任意一项所述的方法，其特征在于，在所述铁芯(1)的组装阶段中，所述铁芯的立柱(35)的液体冷却管(10)的上端部首先通过所述铁芯的顶部梁(36)中的孔(47，48)装配，此后，所述铁芯的设有槽(8)的结构元件绕所述液体冷却管 (10)装配到所述孔07，48)中就位，以便使所述结构元件(7a)沿着管(10)的方向螺纹连接在所述管(10)与所述孔07)的封闭端之间，同时远离所述结构元件(7a)弯曲所述管， 并且此后，将第二结构元件(7)从所述孔的自由端朝所述管(10)推到所述孔G7)中以抵靠所述管(10)，以便使所述管(10)保持在由所述槽(8)形成的空间中，并且所述结构元件 (7a)首先绕所述管(10)螺纹连接到所述顶部梁(36)中心处的孔08)中，以便使所述结构元件(7a)以与所述管(10)的表面相距适当的水平距离而初始地向下降低到所述孔G8) 中，并且当所述结构元件(7a)沿着竖向方向几乎在其目标位置处时，其沿着横向方向移动紧靠所述管(10)以便使所述管(10)定位在所述结构元件(7a)的槽(8)中，此后，所述用作填充件的结构件(7b)在所述结构件(7a)后面设置在所述孔G8)中。
15.根据上述权利要求8-14中的任意一项所述的方法，其特征在于，铁芯(1)的结构元件(7，7a)由冶金粉末通过挤压制成，以便在所述结构元件(7，7a)的挤压阶段中，在所述结构元件(7，7a)中形成沿着所述结构元件的长度的一个方向的槽(8)或孔(9)，用于在所述铁芯(1)的组装中形成冷却液管道(8a)。
16.根据上述权利要求8-15中的任意一项所述的方法，其特征在于，在所述铁芯结构 (1)的组装阶段，在所述铁芯结构(1)的中心处在基本最热的位置上设置一个或多个结构元件(7)，所述一个或多个结构元件(7)由与较靠近所述铁芯结构(1)的边缘的结构元件 (7)相比损耗较低的材料制成。
全文摘要
本发明涉及感应部件的液体冷却装置和用于制造所述感应部件的方法。所述感应部件至少包括由独立的结构元件(7，7a，7b)组装的铁芯(1)，以及集成在所述铁芯(1)中用于液体冷却的液体冷却管道(8a)和围绕所述铁芯(1)的绕组结构(3)。铁芯(1)是由子组件组装的，所述子组件由结构元件(7，7a，7b)形成，所述子组件独立地由例如立柱(35)、顶部水平梁(36)和底部水平梁(37)构成，并且在所述铁芯(1)的最终组装之前，冷却液管道(8a)或冷却液管(10)设置在所述子组件的至少一部分中。
文档编号H01F27/10GK102473507SQ201080028934
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月2日 优先权日2009年7月7日
发明者亚尔科·萨洛迈基 申请人:亚尔科·萨洛迈基