CN102648503A - 用于电感器件的绕组布置 - Google Patents

Abstract

本发明的范围是一种用于电感器件的绕组布置，该绕组布置至少由铁芯（9）和围绕铁芯放置的绕组结构组成，所述绕组结构由平面绕组片材（11）组成。在绕组结构的内部有冷却介质，该冷却介质适用于将多余的热从绕组传递走。

Description

用于电感器件的绕组布置

技术领域

本发明涉及一种用于根据方案1的电感器件的绕组布置。

背景技术

电感器件至少由绕组和铁芯组成。为了减小电力电子设备的尺寸，非常期望的是，电感器件的绕组的尺寸可以尽可能地紧凑。在高频低功率开关式电源中，使用了所谓的平面绕组来满足高功率密度要求。绕组由基本上平面的元件构造。可以诸如通过利用印刷电路板层、通过层叠和焊接被冲压的铜部件、或者通过折叠挠性印刷电路板（诸如Kapton基层压件之类）来制造这种绕组。这些已知的平面绕组技术的不利之处是，由于制造过程和冷却能力方面的限制，它们不适用于高电流应用场合。出于这些原因，用电线或箔来制造高功率电感器件。

图1以简化的形式原理性地示出了根据现有技术的电感器件。通过在如图1所示的铁芯周围卷绕箔来制造该电感器件的绕组。在图1中，出于清楚的目的，箔的厚度比实际的大，并且在绕组层之间还有一些空气间隙。实际上，绕组层是薄的，它们彼此并排，之间仅有薄的绝缘体。

然而，用箔绕出的绕组所具有的问题是它们的冷却性能差。特别是在最里面的绕组层中产生出了热点，因为热必须经过全部绕组层传导至环境空气。另一个问题是，为了达到要求的导体横截面积，箔必须是宽的，这将使得器件在一个方向上比在另一个方向上大很多。在图1中，电感器件的高度远大于宽度。这对尺寸最小化而言不是最佳形状。

发明内容

本发明的目的在于消除上述缺陷并产生出一种简单的、经济而有效的用于电感器件的绕组布置，这种绕组布置允许高功率大电流电感器件具有最佳尺寸和形状，兼有对绕组的有效冷却。根据本发明的绕组布置能够与各种电感器件一起使用，但尤其适合作为用于上述高功率大电流电感器件的绕组。根据本发明的绕组布置其特征如在方案1的特征部分中呈现的那样。本发明的其它实施例其特征如在其它方案中呈现的那样。

其它的创新性实施例也可以出现在本发明的说明书中。此外，还能够以与在方案中限定的方式不同的方式来限定本发明的内容。另外，能够断定从属方案的一些特征在一些场合中可以同样被看成是创新的。

根据本发明的绕组布置的有利之处例如在于，可以将电感器件内部产生的铁芯损耗有效地传递至冷却介质中并由此传递至绕组之外，这增强了冷却效果。还有一个有利之处在于，由于该绕组，电感器件的尺寸能够被最优化。根据本发明的绕组布置特别适于缠绕用于高功率大电流级别的电感器件。

附图说明

下文将借助于参照附图对本发明实施例的示例来详细描述本发明，其中：

图2至图5是示出了不同的层叠式绕组结构的示意性简化剖面侧视图，

图6是示出了根据本发明的扼流器的示意性简化剖面侧视图，

图7至图9是示出了不同的用于层叠式绕组片材的示意性简化剖面俯视图，

图10是示出了带有根据本发明的绕组布置的另一个扼流器的示意性简化斜俯视图，

图11是示出了一组用于层叠式绕组片材的示意性简化俯视图，

图12是示出了图11的绕组片材在层叠时的示意性简化主视图，

图13至图14是示出了用于作为层叠的结构折叠的连续条片的示意性简化俯视图，

图15是示出了将层叠式绕组片材连接在一起的一种方法的示意性简化侧视图，

图15a是示出了根据本发明的层叠式绕组的详细剖视图，

图15b示意性地示出了一种制造根据本发明的层叠式绕组的有利制造过程，

图16是示出了特殊用途绕组片材的示意性简化俯视图，

图16a是示出了另一种类型的特殊用途绕组片材的示意性简化侧视图，

图16b是示出了在电感器件中布置片材连接的备选方式的斜视图，

图16c至图16f是示出了带有沿不同方向弯曲的连接件突起的绕组片材的斜视图，

图17至图19是示出了不同的带有空气间隙的绕组片材结构的示意性简化主视图，

图20至图23是示出了不同的液体冷却结构的示意性简化斜俯视图和侧视图，

图24是示出了带有根据图23的被液体冷却的绕组的扼流器的示意性简化斜俯视图，

图25是带有具有液体冷却元件的层叠式绕组的扼流器的示意性简化后视图，

图25a是示出了用于被液体冷却的绕组的备选结构的斜视图，

图25b是示出了用于小电流的简单绕组片材的俯视图，

图25c是示出了用于绕组片材的备选压缩结构的侧视图，以及

图26至图27是示出了不同的被液体冷却的绕组结构的示意性简化剖面侧视图。

具体实施方式

根据本发明的绕组结构特别涉及高功率平面绕组，这种绕组也被称为“层叠的绕组”。本发明的要点是，由片材状平面绕组元件组成的绕组设有冷却介质，该冷却介质将多余的热从绕组传递走。根据本发明，冷却介质可以为气体或者液体，位于由一个或者多个绕组片材组成的绕组层之间。冷却介质还可以为在绕组片材的表面上的固体物质，或者当冷却物质在绕组片材内时，冷却介质可以为绕组片材本身。

在示出了本发明第一个实施例的图2中，由平面绕组片材组成的绕组1的绕组层2具有在这些绕组层之间的空间3（诸如间隙之类），在该空间处，空气例如通过利用风扇吹动，从而用运动的空气使冷却得以增强。风扇可以与电感器件分离或者与电感器件结合成一体。在间隙3中循环的冷却介质还可以为任何其它的气体。也可以基于自然对流进行冷却。在这种情况下，基于被加热的空气或者气体的运动进行热传递，并且无需单独的风扇。当利用自然对流原理时，最好沿竖直方向安装绕组片材。相应地，当利用强制空气冷却（forced air cooling）时，对绕组1提供空气引导元件是有利的，空气引导元件导引空气在绕组层2之间流动。卷绕片材还可以设有增强空气湍流的特定的凸出部和其它的形状，以增强从绕组层2至冷却介质的热传递。一种有效的方法是在特定的间隙3中阻挡直接的气流，并且在层之间在同一地点打孔。于是，空气不能在层之间以层状方式运动，而将通过孔从绕组片材的一侧运动到绕组片材的另一侧，同时产生湍流并有效地传递热。

重要的是，如此实现根据本发明的绕组布置，使得结构本身允许冷却介质的运动，并对冷却介质进行引导，使其经过尽可能短且最优的路径到所需的空间来有效地冷却绕组结构和铁芯。对冷却介质的有效引导在各种条件下进行，但是在强制空气冷却的情况下尤其有效。在根据优选实施例的解决方案中，冷却介质的至少一部分路径被导引以便冷却介质在绕组结构内部流动。

在图3示出的第二个有利实施例中，在由平面绕组元件组成的绕组层2的外表面上或者在绕组层2之间的空间4设有被液体冷却的冷板，该冷板具有在其内部的冷却液体循环。同样地，绕组片材本身可以被设计成使得绕组片材用作冷板。换句话说，绕组片材具有在绕组层2之间的空间4，在该空间处，冷却液体能够在绕组层2之间甚至在绕组层内部循环。当使用了与绕组层分离并且绝缘的单独的冷板时，会允许在冷却液体中存在一些杂质，因为直接在绕组片材内部的冷却液体将要求使用非导电冷却液体。实际上，无需在各绕组层之间设置冷板，而仅需在每隔数层之间设置冷板使得绕组热点在合适的温度中。

在图4示出的本发明的第三个有利实施例中，在绕组层2之间和/或在绕组层2的外表面上的空间5设有热导体，该热导体通过传导将热从绕组层2之间传导出去。例如，可以在绕组层之间放置绝缘铜薄片，该绝缘铜薄片其中一侧被固定至换热器6。这将会使热从绕组层2沿着铜传导至热交换器6。另一种有效的热导体是石墨。还可以用陶瓷（例如氧化铝之类）作为热导体。在这种情况下，热导体还用作在绕组片材之间的绝缘体而无需单独的绝缘。

还在另一个有利实施例中，绕组已被如此设计，使得当绕组片材被压在一起时，热将沿着绕组片材自身有效地传导足以到绕组结构的边缘。换句话说，绕组结构是自冷却的。

可以利用涂层或者利用阳极处理或者可以有在绕组层之间的单独的绝缘体来使绕组片材绝缘。可以特别针对铝制绕组片材使用阳极处理作为绝缘体。可以通过裁切例如芳香聚酰胺纸（Nomex-paper）来制造绝缘体，并且可以把绝缘体粘至绕组层或者可以将其机械地安装。当这种绝缘体的外边缘在绕组片材的边缘上方时，该绝缘体还可以用来提供接触保护。

还可以用铆钉或者其它类似的元件将绝缘体紧固在绕组片材上。在绕组片材上的绝缘体可以和之前描述的本发明实施例中的任何实施例一起使用。

图5示出的解决方案是根据本发明的又一个经济且有效的绕组布置。在该解决方案中，总是有两个绕组层2一起被绝缘体7绝缘，并且在这种结构之间有用于冷却空气或者其它冷却介质的的间隙，像空间3。在这种方式中，结构变得更加扁平，但是各绕组层2仍然从它的一个表面与间隙3中的冷却介质接触。

在实际的上述绕组结构中，备选的解决方案可以组合在一起。

图6示出了设有本发明的绕组布置的扼流器8的示意性简化剖面侧视图，扼流器至少由铁芯9和围绕竖直铁芯磁极9b放置的绕组结构10组成。当铁芯磁极9b在竖直方向上时，绕组结构10的绕组片材11沿着铁芯磁极9b的高度方向上下地围绕铁芯磁极9b放置。可以更通常地说，绕组片材11沿着铁芯磁极9b的长度方向围绕铁芯磁极9b一个接一个地放置，而更准确地说，绕组片材11沿着铁芯磁极9b中的磁通量的方向围绕铁芯磁极9b一个接一个地放置。这种结构类似于围绕铁芯磁极9b的螺旋结构。这种螺旋结构还可以在之后的图17中看到。图6的扼流器8具有与图1所示带有箔式绕组的现有技术扼流器相同的导体横截面积、绕组匝数和铁芯横截面积。

当图1和图6的扼流器一起对比时，可以注意到根据本发明的扼流器8比图1的扼流器更加扁平和更像立方体。这对尺寸最小化而言是最佳的形状。为了使趋肤效应和邻近效应最小化，并且还出于可制造性的原因，对于箔式绕组必须使用薄的箔。这使得对于给定导体横截面积的箔要宽，进而使扼流器变高。这种扼流器的竖直铁芯磁极也要高，使扼流器变得昂贵。还有问题是，在高的铁芯竖直磁极中产生的绝对功率损耗高，因为扼流器具有相同的功率损耗密度。利用与根据图1的现有技术扼流器相对应的根据本发明的扼流器8，竖直铁芯磁极9b比图1的扼流器的竖直铁芯磁极短了差不多一半，从而减少了成本和在竖直铁芯磁极中产生的绝对功率损耗。这在竖直铁芯磁极9b使用更昂贵更低损耗的材料而水平杆9a使用更便宜更高损耗的材料的情况下尤其有益。当在竖直铁芯磁极9b和水平铁芯杆9a中使用相同的铁芯材料时，当水平和竖直杆长度相等时实现了最低成本。当使用不同材料时，最佳长度比率依材料成本比率而定。还可以得出这样的结论，即，通过使用根据本发明的扼流器可以增加功率电子器件设备的功率密度，因为扼流器由于其更好的冷却性能可以被压缩得比现有技术扼流器小2至3倍，却仍旧能处理相同的通过功率（throughput power）。在根据本发明的扼流器中也消除了所谓的热点，因为冷却介质由于绕组结构而能够冷却在绕组中的每个点。这增加了扼流器的可靠性，因为绝缘体的寿命是取决于温度的。

使用了根据本发明的绕组的扼流器可以对于给定的几何约束条件被容易地最优化，因为绕组的形状能够被自由地设计。例如，可以容易地设计出在竖直方向上长的扼流器和在水平方向上长的扼流器，而传统技术最优解决方案总是在竖直方向上长。

还可以通过使所谓的片材（也称为基本上平面的、板状的绕组元件，在之后还被称为绕组片材）层叠于彼此之上，或者通过将连续的、有型的条片折叠成类似手风琴的结构来制造绕组。使用翻转对称的绕组片材是有益的。这样一来，当上下的片材以一定的方式连接在一起成连续的结构时，仅需一种类型的片材来制造连续的绕组结构。

在图7中示出了用于单相绕组的绕组片材11，绕组片材的形式例如类似于有角的字母S。当使图7的绕组片材层叠于彼此之上并且使每第二个片材向侧面翻转过来时，产生出了连续的绕组结构。此外，绕组片材11以从一个边缘朝下并且从另一个边缘朝上的方式连接在一起。这种绕组片材11是经济的，因为当如此设定机械尺寸时，片材可以被制造出而几乎没有材料浪费。

在图8和图9中示出了用于绕组的绕组片材11。图9的绕组片材11比图8的绕组片材更短。在这种情况下，这种被层叠于彼此之上的不同长度的片材的接触区域也没有在彼此之上，并且同一结构可以由多个单独的绕组组成。在各图中，右侧上的绕组片材为左侧上的绕组片材沿着绕组片材11的竖直轴线形成的镜像。绕组片材11具有带尖角的字母O的形状。通过使这种绕组片材11层叠，并且通过使每第二个片材在水平面中成镜像，当片材以一定的方式连接在一起时，形成了连续的绕组结构。在这些图中，连接区域位于底部。利用绕组片材11，还可以在完成到下一层的移动之前在一层上形成多个匝。

可以利用片材金属处理站或者用于冲压的连续模（follow-on-tool）通过水切割或者激光切割来制造绕组片材11。对片材使用铝是特别符合成本效益的。此外，还能够根据不同的环境条件选择总是最适合的材料。能够通过螺纹连接（screwing）、铆接、冷焊接、压接、焊接、摩擦焊接或者其它已知的连接技术将绕组片材11连接在一起。绕组片材11还可以具有用于连接元件的特定的切入部和孔或者凹窝，使得能够将结构完全压紧在一起，也还能够使用比片材自身厚的连接元件。

绕组片材11的内外边缘可以具有任何形状。在图9中示出了矩形的片材，但是片材还可以为圆形、三角形或者任何形状。内形状和外形状也可以不同。例如，内形状可以为圆形，而外形状为矩形。还有片材拐角处可以具有倒角或者斜角。非常经济的是，用标准片材金属处理工艺来制造绕组片材，并且对片材连接处使用压紧操作。

在图10中示出了使用了根据本发明的绕组布置的简化的三相扼流器12。出于清楚的目的，在绕组层之间的空气间隙未示出。扼流器12使用强制冷却空气做为冷却介质。当使用液体或者其它单独的冷却元件时，不同的绕组可以共用一个或者多个热交换器。结构具有有效制冷，因为由绕组片材11和铁芯9组成的绕组具有合适的间隙用来让冷却空气在绕组片材和铁芯之间运动。换句话说，绕组自身导引冷却空气至铁芯和绕组的正确位置。除间隙之外，绕组结构可以在绕组的侧面上具有一些更大的间隙，在这些间隙处，更多的空气能够流动以便冷却铁芯。利用类似于这样的间隙，能够调整因扼流器而引起的压降。

在图11中示出了用于层叠的一组绕组片材11a至11d。片材11a和片材11d除了在层叠时它们沿其纵向轴线成镜像之外是相似的。绕组片材11b和片材11c除了在层叠时它们沿其纵向轴线成镜像之外也是彼此相似的。所有的绕组片材11a至11d的宽度基本相同，并且所有的绕组片材的高度基本相同。另外，用于连接的突起部11e位于相同的地方，并且具有相同的宽度。可能的其它突起部和孔也被定位从而它们在层叠的片材中在彼此之上对准。

图12示出了根据图11的层叠的绕组片材11a至11d的示意性简化正视图。绕组片材11a在底部，绕组片材11b被置于它的正上方。这样一来，层叠的绕组片材11a和11b形成绕组结构的第一层，这构建出一个绕组匝。在该层中两个绕组片材上下层叠，以便获得足够的横截面积。以类似的方式，绕组片材11c和11d当其上下层叠时构建出绕组结构的第二层。第一层和第二层在区域B连接，使得两个层彼此连接。在这些层之间总是有绝缘体，唯独在连接点处没有绝缘体。

在构建绕组结构时，如此来构建这些层，即，通过使这些层在区域A和B依次接触以上文描述的方式上下地构建这些层。在图12中示出的结构中，在图11所示的区域B中完成连接。出于清楚性的原因，绕组片材的连接在一起的部分在图12中以实线画出，而片材结构的其余部分以虚线画出。在图12中，绕组片材的前表面11f面向观察者。可以看到在根据图12的结构被连续地重复的构造当中，将会有用于安装元件的头部的空间，例如在绕组片材11a的底表面上或者在绕组片材11d的顶表面上。

在一些情况下，绕组片材被设计成使得之前提及的连接点在相同的地方是有益的。换句话说，在一个地点形成连接。连接元件将在那个地方穿过待连接在一起的片材。

特别地，在制造小器件时，使用焊接或者钎焊作为绕组层连接方法是有效的。在这种连接中，上下放置的绕组片材经它们的第一端或者第一侧焊接在一起。

另一种特别用于小电流绕组制造的有效方法是，从连续的导体条片折叠出绕组。当沿着虚线折叠根据图13的导体条片13时便建造出连续的绕组结构。导体条片可以被全部地或者部分地涂覆绝缘体，或者能够在折叠后的间隙之间放置绝缘体。条片13还可以具有突起部，在这些突起部处可以连接有电缆，或者这些突起部可以被用来钎焊至印刷电路板。此处示出的带有心孔13a的导体条片13适用于绕组围绕两个铁芯磁极的这种铁芯。例如，U型铁芯便是这种铁芯。在该结构中，每个绕组层形成一个匝。在折叠后与另一些条片部分相遇的一些条片部分可以被压紧或者联接在一起，从而增加在该点处的导体厚度。

在图14中示出了具有用于不同铁芯类型的多个不同导体条片部分和孔13a，14a。用这种条片可以同时制造出用于两个或者更多个扼流器的绕组，而没有在两个绕组之间的连接。这可用于例如LCL型滤波器。绕组条片的具体形状可以与此处和之前所示的不同。例如，给铁芯备留的孔13a，14a可以为圆形。

在图15中示出了一种将绕组层连接在一起的方法。此处使用了压紧联接。在顶端具有压紧弹簧16的带螺纹的杆15穿过绕组片材11的叠层体。为了调整压紧，杆15在其顶端具有螺纹和用作调整装置的螺母17。用这种结构，可以构建出可靠的连接来例如补偿因热膨胀而引起的机械应力和运动。做为弹簧的备选，可以使用诸如弹簧垫圈的不同压紧元件。

通过使用与压紧元件串联的“弹簧”来对抗热膨胀和机械应力使对绕组叠层体连接区域的压紧牢固。压紧元件必须具有对抗温度变化的低的尺寸变化。例如，金属衬套就是这种元件。必须通过使用一个或者更多个绝缘层将这种金属元件与金属绕组绝缘。图15a示出了层叠的绕组的详细的横截面。在图15a中，垫圈或者垫片22c，22d以及衬套22e为金属，并且在绕组片材11和最低的垫片22d之间有绝缘层21。备选地，垫片和/或衬套可以为绝缘体，但重要的是它们对温度、压力和时间而言是机械稳定的。例如，陶瓷是机械稳定的绝缘体，而塑料在高温高压下机械稳定性出现问题。在图15a示出的解决方案中，已用带螺纹的杆22、螺母22a、弹簧垫片22b以及垫片22c、金属衬套21和连接部件11a实现了对片材11的压紧。

图15b示意性地示出了一个制造层叠的绕组的有利过程。在将片材11层叠并压紧在一起之前，通过化学或者机械手段从片材11的表面除去氧化是有益的。在步骤41a完成该除去操作。在除去氧化物之后必须尽快完成层叠阶段41b，从而不会在上述表面上生长出新的氧化物层。接下来的步骤41c是对叠层体的压紧。如果所述表面被打磨以具有一定的粗糙度，这种粗糙物将在制造过程、测试和操作期间因热膨胀而穿透氧化物层。还为了连接的长期稳定性，有益的是用清漆或类似物保护绕组，尤其是连接区域。使用涂清漆过程是有益的，其中，首先在步骤41d中将组装的绕组浸入树脂中，然后在步骤41e中将其加热至大约150℃，然后在步骤41f使其冷却下来并测试绕组电阻。在该过程中，清漆层将因温度而在绕组周围固化，同时表面粗糙物将因热膨胀力而穿透在打磨操作之后层叠操作之前形成的可能的氧化物层。这产生了低的接触电阻和高的长期稳定性。

绕组层可以由多个层叠的更薄片材组成。这例如出于制造约束条件（例如对不同片材厚度的有限可用性，或者可用切割技术的有限切割能力）的原因会是需要的。此外，对于高频操作，使用多个更薄片材是有益的，因为在高频下，电流仅在导体的表面流动，多个薄片材具有比一个厚片材更大的总表面。根据本发明的绕组布置适于例如制造dudt、LC、LCL、谐波扼流器和变压器。层叠的绕组可以和其它的绕组类型诸如箔式绕组和卷绕在同一电感器件中的电线进行组合。

在图16中示出了一种特定的绕组片材11，这种绕组片材也称为母线片材，其具有用于电缆连接的突起部18。这种绕组片材可以用作绕组中的第一个片材和最后一个片材，从而电缆可以与它们连接。类似这样的母线片材还可以用于在绕组内部的中间连接，以便例如调整绕组用于不同的电压范围。这种突起部18还可以用于电容器连接以产生紧凑的结构。

在图16a中示出了另一种类型的绕组片材11或者母线片材，其同样具有用于电缆连接的突起部18。来自绕组叠层体的母线延伸部或者突起部18可以沿任何方向或者以任何角度弯曲以供电缆连接所需。母线11的延伸部18从主绕组层稍微向上地升高。这可以通过对绕组片材11做出一些额外的弯曲部18a来实现。

图16b还示出了在扼流器中布置片材连接的备选方式。这也是通过对绕组片材11进行适当的、额外的弯曲，以及对绕组片材11的突起部18进行适当的成形来实现。在图16b中，一些突起部18朝上而另一些突起部朝向侧面。

不仅是母线片材，任何的绕组片材11都可以被弯曲成不同的方向。这在例如为了有效地利用整个三维空间时会是需要的。这种弯曲的绕组片材11的实例和所产生的绕组在图16c至图16f中示出。图16c示出了从其侧面弯曲的绕组片材11。图16d和图16e示出了如何将弯曲的绕组片材11组装在一起。首先，将突起部18朝上的两个弯曲的片材11放置在一起，使得它们具有相似的母线连接部或者突起部18，但是具有稍微不同的尺寸，从而它们以一个在另一个内部的方式装配在一起。然后，将突起部18朝向侧面的另外两个弯曲的片材11放置在一起，使得它们具有相似的母线连接部或者突起部18，但是具有稍微不同的尺寸，从而它们以一个在另一个内部的方式装配在一起。再然后，用连接孔（可以在三维投影图中看到）将这两对片材连接在一起。挖出较大的孔42用于带螺纹的杆22，从而将绕组叠层体压紧在一起。还在层叠的结构中插入弯曲的绝缘体21。图16f示出了完整的绕组，其带有具有用于连接的两个突起部18的母线片材和弯曲的片材11。可以看出这种绕组非常窄，并且有效利用了可用的高度。

图17中示出了用于绕组层连接的备选方法。绕组片材11自身对称，并且绕组层之间的连接用单独的连接部件19来实现，从而连接部件19通过使用压紧操作将待连接的地方连接起来。不会连接的地方将彼此绝缘，或者通过用形成空间20的间隙而彼此保持一段距离。在图17右手边的正视图中，已用三个连接部件19将四个绕组片材11上下地组装在一起。在每个连接处，已经用连接部件19将上面的绕组片材11的右手边前部分11g和下面的绕组片材11的左手边前部分11h连接。

可以如下更加详细地描述匝的形成。每个绕组片材11的两个端部都在连接部件19之间，端部被向上和向下地弯曲，以便和上面的连接部件19或者下面的连接部件19形成连接。以这样的方式构建出连续的绕组。

当要通过用空间20来实现各绕组层之间的空气间隙时，在结构的第一端中的绕组片材层之间使用所描述的绕组片材11或者类似物和连接部件19。类似地，在结构的另一端上，在绕组片材11之间可以有垫片和带螺纹的杆22，其厚度对应于连接部件19的厚度。在图18的右手边，示出了如何将绕组片材11和连接部件19以以下方式上下组装成叠层体，即，在层之间放置有绝缘体21，使得没有要连接在一起的区域被分离开。例如，当使用了具有绕组片材11的形状但是稍微更大的绝缘体21时，绝缘体的端部可以被放置在连接部件19的相反侧上。通过利用经绕组片材11中的孔放置的带螺纹的杆22将绕组组件压紧在一起。绝缘体可以为分离的较小绝缘体或者单个的较大绝缘体，其或许在绕组结构的不同层中在不同的地方处弯曲。

在图19中示出的绕组结构中，绕组层从一侧紧固至另一绕组层，而从另一侧接触形成空气间隙的空间20。如已在之前解释过地，这减小了绕组层叠体的高度。在这种情况下，绕组组件通过如下方式组装，即，总是将两个绕组片材11以其中一个成为镜像的方式上下地放置，并且通过在它们的顶部上放置连接部件19。利用合适的绝缘体21，可以实现这样的结构，其中，在层之间形成了接触，从而构建出如图右侧所示的连续绕组结构。所述的两个绕组片材11在结构的中部彼此接触，并且连接部分19在一端上与上层接触而在另一个端上与下层接触。

图20示出了平面液体冷却元件23的简化的结构。液体冷却元件23由底部、顶部、和中部片材24至26组成。当片材被连接成叠层体时形成了空腔27，用来供液体流入。还可以用例如铝挤压的备选方法或者通过从薄片材钎焊来构建液体冷却元件23。形成让液体流动的空腔的中间片材25可以从不同于元件的其它部分24和26的材料制造出。在这种情况下，中间片材25可以例如部分地或者全部地为填料（gasketmaterial）。用图20的结构，可以将液体冷却冷板与层叠的绕组结构有效地结合成一体。图20的结构还可以通过在其中添加适当的元件来用做绕组。

液体冷却元件23可以具有多个片材层，从而能够构建出三维的液体流动。这样一来，能够使液体流动发生湍流从而让冷却更加有效。在图21中示出了备选的等同结构，其中片材28在其中具有孔。这样一来，能够将液体直接溅射入底部29和/或顶板30中，从而增强了热传递。

如以端投影和侧投影获取横截面的图22所示，液体冷却热交换器或者液体冷却元件23在其最简单的形式中可以为基本矩形的物件31，其中在物件的中部有让冷却液体流动的纵向空间32，诸如一个孔或者多个孔。挤压工艺很适合制造这类的元件23。

图23示出了从绕组片材11层叠出的绕组元件33，其中，绕组片材11被放置入液体冷却元件23的中间。在图24中进一步示出了完整的三相扼流器34，其中，从多个液体冷却的绕组元件33构建出绕组结构。铁芯9还可以通过利用在铁芯中用于插入液体管的孔或者凹槽用液体进行冷却。还可以仅在铁芯中有液体冷却流动，且可以在其中冷却绕组。

在图25中示出了从第一端看到的、在简化的形式中的根据本发明的被液体冷却的绕组结构。在图中，层还被沿着竖直方向部分地分离。出于清楚性的原因，仅绘出了在建立接触的部分中的绕组片材。换句话说，图25类似于图12，但是以虚线绘出的那些部分从图25略去。例如，结构的另一个端可以不同，使得所有的绕组片材11具有相同的厚度，并且它们被放置与彼此之上，使得在层之间没有大的间隙或者完全没有间隙。

在图25中示出的结构的第一端中有在绕组片材11之间的接触，这是为什么在绕组层之间必须有例如用于连接元件37（诸如螺钉或者螺栓之类）的头部更多的空间的原因。每个绕组层35由两个绕组片材11以类似于图12所示方式组成。每个层构建一个绕组匝，并且层与层在除了它们的接触点之外的所有地方都彼此绝缘。为了减小接触电阻，所有要接触的绕组片材11都被打磨以便除去氧化物层，并且这些绕组片材被压紧在一起，还在两个不同的地方被铆接、螺栓连接或者以别的方式连接在一起，从而形成大的接触区域。结构的最顶部的绕组片材11i和最底部的绕组片材11i在内尺寸方面达到不同于最内部的绕组片材11的长度，从而在绕组层35之间形成了足够的空间可以供绝缘体21存在并弯曲。此外，形成了用于铆钉头部的空间。最顶部和最底部的绕组片材11i例如和图16所示绕组片材的形状相同，或者没有了径直的突起部18，而是突起部可以朝着片材的中心线弯曲90度。

在绕组层35之间，液体冷却元件23已经被放置入合适的地点，并且被定位在冷却元件下方或者上方的绕组片材11j在第一端具有另外的突起部36，该突起部向着片材中心线要么朝上要么朝下倾斜地弯曲，使得绕组片材层35能够连接的同时绕开冷却元件23。在冷却元件23上方的绕组层35中，突起部36朝下弯曲，而在冷却元件23下方的绕组层35中，突起部36朝上弯曲。通过用例如铆钉或者螺栓的紧固件使朝上弯曲的突起部36和朝下弯曲的突起部36彼此连接来形成连接。绕开冷却元件23的备选方法还有诸如用厚度与冷却元件的厚度相同的传导部分。

在液体冷却元件23的端部有用于液体通道的连接处38，借助这些连接处，液体冷却元件彼此连接，从而形成冷却液体的流动循环。出于清楚性的目的，液体冷却管没有在图25中示出。

被液体冷却的绕组的备选结构如图25a所示。此处的要点是绕组片材11为平面形，并且通过单独地利用压紧来实现匝和层中绕组片材11之间的连接。利用了另外的导体部分来提供越过冷板的电流传导路径和接触。这种绕组比起先前介绍的种类来更容易组装。

绕组结构由例如上文描述的绕组片材11构成。绕组片材11被上下层叠成一个叠层体。冷却液体在其中流动的、作为液体冷却元件的热交换器23被放置在叠层体的在绕组片材11之间的合适空隙处。用带有螺纹的固定杆22和22f将这种组装的叠层体压在一起，这些杆还介于绕组片材11、绝缘体21和液体冷却元件23之间。当杆22和22f将结构压紧时，在不同层之间同时产生了电接触和热传递接触。在这种情况下，例如杆22被专门用于热传递接触，而杆22f用于电接触。杆22和22f借助于绝缘体管道43与绕组片材11绝缘。

根据本发明的绕组在其绝大部分区域上与冷板有热接触，而现有技术箔式绕组仅在非常小的区域上有热接触。

对于50A至200A的较低的电流，使用较简单的片材层叠形式是有益的。一种合适的片材11在图25b中示出。通过使用带材、涂层、漆、阳极处理或者类似的方法将这种简单的片材从适当的地方绝缘，并且通过使每第二个片材翻转180度来将这些片材层叠在一起。这样一来，建立了连续的绕组结构。

图25c示出了如何能够通过压紧形成叠层体以构建连接，并且可以通过另外的手段（诸如粘接、浸渍、压紧元件、钎焊、焊接或者激光焊接之类）将层紧固在一起。该结构具有基板45，该基板装有专门的压紧部44来将绕组片材11在它们之间压紧形成绕组叠层体。

图26和图27示出了两个用液体冷却绕组的备选方案。在根据图25的管道方案中，一个或者多个绝缘的管37穿过由绕组片材11形成的叠层体。此时例如陶瓷管是适合的。为了增强可靠性，可以在陶瓷管37的内部放置普通的铝管38。图27示出了一个备选的方案，其中，热交换器39在绕组结构的一侧上在单独的绝缘体40后面。

根据本发明的绕组结构对于短路强度是有益的。在短路期间，在绕组中有大电流，并出现大作用力。这些作用力会使现有技术箔式绕组容易地变形。根据本发明的绕组具有更好的对抗短路电流的强度，因为绕组层在绕组磁极的方向上。在现有技术箔式绕组中，绕组层建在与绕组磁极成90度的方向上，因此产生的作用力更大。另外，在片材拐角处形成倒角也产生了对抗短路电流的更好的机械强度。

对于本领域的技术人员显而易见的是，本发明的不同实施例不局限于上文描述的示例，而是可以在之后的权利要求书的范围内变化。

Claims (13)

1.一种用于电感器件的绕组布置，所述电感器件至少包括铁芯（9）和围绕所述铁芯形成的绕组结构，该绕组结构由基本上平面的绕组片材（11）组成，其特征在于，在所述绕组结构中，有与所述绕组片材（11）连接的冷却介质，用来从所述绕组结构除去多余的热。

2.如权利要求1所述的绕组布置，其中，所述冷却介质为在由一个或者多个所述绕组片材（11）组成的绕组层之间循环的液体和/或气体。

3.如权利要求1所述的绕组布置，其中，所述冷却介质为在所述绕组片材（11）的表面上或者在所述绕组片材内部的固体物质。

4.如权利要求1、2或3所述的绕组布置，其中，至少在一些所述绕组片材（11）中或者在所有所述绕组片材中，有在所述绕组片材之间的空间（3，4，5，20，27，32），以便让所述冷却介质在所述绕组结构中循环。

5.如前述权利要求中任一权利要求所述的绕组布置，其中，为了在所述绕组片材（11）之间在选定的地点形成连接结构，通过使用绝缘体（21）在选定的地方使诸如层叠的所述绕组片材（11）和/或液体冷却元件（23）的所述结构的层彼此绝缘。

6.如前述权利要求中任一权利要求所述的绕组布置，其中，为了形成完整的绕组结构，通过使每第二个绕组片材成镜像来将所需数量的相同的绕组片材（11）层叠于彼此之上。

7.如前述权利要求中任一权利要求所述的绕组布置，其中，在所述液体冷却元件（23）旁边的绕组片材（11j）在其一端中具有弯曲的突起部（36），以便将所述绕组元件越过所述液体冷却元件（23）连接。

8.如前述权利要求中任一权利要求所述的绕组布置，其中，为了冷却所述绕组结构，一个或者多个绝缘的管（37）被布置用来穿过所述绕组片材（11）的叠层体，或者在所述绕组结构的一侧上或者一端上有被放置在绝缘体（40）后面的平面热交换器（39）。

9.如前述权利要求中任一权利要求所述的绕组布置，其中，所述绕组结构被装配成使得其自身引导冷却空气流通过最小且最优路径经过在所述绕组片材（11）之间的所述空间（3，4，5，20，27，32）到所需地点，以便实现对所述绕组结构和所述铁芯的尽可能强的冷却。

10.如前述权利要求中任一权利要求所述的绕组布置，其中，每个绕组层包括一个或者多个所述绕组片材（11），并且与相邻的所述绕组层在除了接触区域之外的所有地方绝缘。

11.如前述权利要求中任一权利要求所述的绕组布置，其中，在所述叠层体中的所述绕组层在所述铁芯的磁极（9b）中的磁通量的方向上一个接一个地层叠。

12.如前述权利要求中任一权利要求所述的绕组布置，其中，如此来制造层叠的绕组，即，在步骤（41a）中通过化学或者机械手段从所述绕组片材（11）的表面除去氧化，然后在步骤（41b）中将所述绕组片材（11）层叠，并且然后在步骤（41c）中将所述绕组片材压紧在一起，之后，将组装的绕组叠层体首先在步骤（41d）中浸入树脂中，然后在步骤（41e）中加热至大约100－200℃，有利地大约150℃，然后在步骤（41f）中冷却。

13.如前述权利要求中任一权利要求所述的绕组布置，其中，通过打磨所述绕组片材（11）实现除去氧化，之后，用清漆或者类似物质保护被层叠并压紧的所述绕组叠层体，尤其是所述接触区域。

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