CN107871595A - 电磁线圈液冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁线圈液冷系统，包括电磁线圈、引导装置、绝缘冷却液接收装置；所述电磁线圈包括导线，所述电磁线圈设有供绝缘冷却液流经的通道；所述电磁线圈设有沿着通道的延伸方向依次交替排列的若干个进液口和出液口；所述进液口、出液口均与通道连通；所述引导装置用于将绝缘冷却液引导至各进液口内，所述绝缘冷却液接收装置用于接收从各出液口流出的绝缘冷却液。本发明可使得导线可与流经通道的绝缘冷却液直接接触，可提高导线的冷却效果；而且，通过合理排布进液口和出液口，可提高流动换热能力，以进一步提高导线的冷却效果。

Description

电磁线圈液冷系统

技术领域

本发明涉及电磁线圈冷却领域，具体涉及一种电磁线圈液冷系统。

背景技术

电磁线圈一般包括有导线，在电磁线圈工作过程中，导线通电会产生磁场，而在产生磁场的同时，也会产生热量，尤其是电磁线圈应用于激光驱动的质子医疗范围中的强磁场重频磁体时，单次通电加载，可产生10T以上强磁场，但是由于电磁线圈电阻的存在，而产生强磁场就需要其强大的电流和密集的绕线，因此电磁线圈的导线在产生强磁场的同时也会产生大量焦耳热，这些热量如果不及时排出，将会使线圈温度升高，增加线圈的电阻，在下一次加载时，会产生更多的热量，降低磁场强度，所以这些热量必须及时排出。但目前，主要通过液冷装置对电磁线圈外部进行液冷，但在部分电磁线圈中，导线常被包裹于绝缘层内，而由于绝缘层的隔离作用，从而常常造成电磁线圈的导线的冷却效果较差，远不能满足工业需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电磁线圈液冷系统，其通过采用电磁线圈、引导装置、绝缘冷却液接收装置的结合设计，并通过在电磁线圈上设有通道，且通道的内壁至少部分由导线壁面形成，使得导线可与流经通道的绝缘冷却液直接接触，可提高导线的冷却效果。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

电磁线圈液冷系统，包括电磁线圈、引导装置、绝缘冷却液接收装置；所述电磁线圈包括导线，所述电磁线圈设有供绝缘冷却液流经的通道，所述通道的内壁至少部分由导线壁面形成；所述电磁线圈设有沿着通道的延伸方向依次交替排列的若干个进液口和出液口；所述进液口、出液口均与通道连通；所述引导装置用于将绝缘冷却液引导至各进液口内，所述绝缘冷却液接收装置用于接收从各出液口流出的绝缘冷却液。

进一步地，所述引导装置包括第一集液箱、引导管；所述第一集液箱通过引导管与进液口连通；绝缘冷却液接收装置包括第二集液箱，所述第二集液箱通过连通管与出液口连通。

进一步地，所述引导装置包括与各进液口分别一一对应的若干个所述引导管，所述引导管的其中一端与第一集液箱连通，另一端与对应进液口连通；所述连通管设置为若干个，且该若干个连通管与各出液口分别一一对应，且连通管的其中一端与第二集液箱连通，另一端与对应出液口连通；所述第一集液箱连通有进液管，所述第二集液箱连通有出液管。

进一步地，所述第一集液箱、第二集液箱均位于电磁线圈的上方，引导管与第一集液箱的下端连通，所述连通管与第二集液箱的下端连通，进液管与第一集液箱的上端连通，出液管与第二集液箱的上端连通；所述第一集液箱和第二集液箱均为绝缘材料制成。

进一步地，导线绕制成具有多层螺旋层的绕制件，该多层螺旋层由里向外依次排列，任意相邻的进液口和出液口分别一一对应地设置在相邻的两螺旋层上。

进一步地，所述导线在各螺旋层的部位均为呈螺旋状的螺旋段；在任意相邻的两螺旋段中，外边的螺旋段的始端与里边的螺旋段的末端衔接。

进一步地，进液口设置在对应螺旋段的起始匝上，出液口设置在对应螺旋段的末尾匝上；所述进液口、出液口均位于电磁线圈的顶部。

进一步地，各螺旋层均设有绝缘层，绝缘层包括设置在螺旋层外侧的层间绝缘部、匝间绝缘部，螺旋段中任意相邻的两匝之间均设置有匝间绝缘部；所述绝缘层还包括首端绝缘部、末端绝缘部；所述首端绝缘部设置在螺旋段的起始匝远离匝间绝缘部的一侧，末端绝缘部设置在螺旋段的末尾匝远离匝间绝缘部的一侧。

进一步地，所述导线外套设有绝缘套，所述绝缘套对应于螺旋层的部位形成为绝缘层；所述通道形成在导线与绝缘套之间。

进一步地，所述通道设置在导线上，且该通道沿着所述导线的延伸方向延伸；该通道从导线的一端延伸至另一端；所述通道设置在导线的中心部位上。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过采用电磁线圈、引导装置、绝缘冷却液接收装置的结合设计，并通过在电磁线圈上设有通道，且通道的内壁至少部分由导线壁面形成，使得导线可与流经通道的绝缘冷却液直接接触，可提高导线的冷却效果；而且，通过合理排布进液口和出液口，可以将电磁线圈的通道划分为若干段，从而缩短绝缘冷却液的流动距离，减小流动阻力，可提高流动换热能力，以进一步提高导线的冷却效果。

附图说明

图1为导线与引导装置、绝缘冷却液接收装置的配合示意图；

图2为电磁线圈的剖视图；

图3为另一电磁线圈的结构示意图；

图4为图3的A处放大图；

图中：10、电磁线圈；11、导线；12、通道；13、进液口；14、出液口；15、螺旋层；16、绝缘层；18、层间绝缘部；19、匝间绝缘部；20、引导装置；21、第一集液箱；22、进液管；23、引导管；30、绝缘冷却液接收装置；31、第二集液箱；32、出液管；42、连通管；50、绝缘套。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1、2所示的一种电磁线圈液冷系统，包括电磁线圈10、引导装置20、绝缘冷却液接收装置30；根据公知常识，电磁线圈10一般包括有导线11，且导线11为铜、或铝等导电材料制成，并在电磁线圈10工作时，主要通过导线11通电而产生磁场，因而，热量主要集中在导线11上。而本发明的改进点在于在电磁线圈10设有供绝缘冷却液流经的通道12；所述通道12的内壁至少部分由导线11壁面形成；电磁线圈10上设有沿着通道12的延伸方向依次交替排列的若干个进液口13和出液口14；所述进液口13、出液口14均与通道12连通；所述引导装置20用于将绝缘冷却液引导至各进液口13内，绝缘冷却液接收装置30用于接收从各出液口14流出的绝缘冷却液。

在使用时，可通过引导装置20将绝缘冷却液引导至各进液口13内，绝缘冷却液经进液口13进入通道12内，并在流经通道12过程中与导线11直接接触换热，然后经出液口14流出，并被绝缘冷却液接收装置30接收，因而，本发明通过采用电磁线圈10、引导装置20、绝缘冷却液接收装置30的结合设计，并通过在电磁线圈10上设有通道12，且通道12的内壁至少部分由导线11壁面形成，使得导线11可与流经通道12的绝缘冷却液直接接触进行换热，可提高导线11的冷却效果；同时，通过合理排布进液口13和出液口14，将电磁线圈10的通道12划分为若干段，从而缩短绝缘冷却液的流动距离，减小流动阻力，可提高流动换热能力，并可对通道12对应的各段进行更充分的冷却，从而减少因绝缘冷却液在通道12前部吸热而造成温度升高导致无法对通道12其余部分进行良好冷却现象，可进一步提高导线11的冷却效果；而且，还可在电磁线圈10工作的状态下进行冷却，而无需电磁线圈10停机冷却，可提高其工作效率。

进一步地，引导装置20包括第一集液箱21、引导管23，所述第一集液箱21设有用于供绝缘冷却液容纳的空腔；所述第一集液箱21通过引导管23与进液口13连通；绝缘冷却液接收装置30包括第二集液箱31，第二集液箱31设有用于供绝缘冷却液容纳的容纳腔，所述第二集液箱31通过连通管42与出液口14连通。在使用时，第一集液箱21内的绝缘冷却液可经引导管23引导至进液口13内，而从出液口14流出的绝缘冷却液可经连通管42流向第二集液箱31，以利用第二集液箱31接收出液口14流出的绝缘冷却液。

其中，所述引导装置20包括与各进液口13分别一一对应的若干个引导管23，所述引导管23的其中一端与第一集液箱21连通，另一端与对应进液口13连通，所述连通管42设置为若干个，且该若干个连通管42与各出液口14分别一一对应，且连通管42的其中一端与第二集液箱31连通，另一端与对应出液口14连通，以方便于加工制作。

进一步地，第一集液箱21连通有进液管22，第二集液箱31连通有出液管32，在使用时，绝缘冷却液可经进液管22进入第一集液箱21内，以方便于往第一集液箱21内补充绝缘冷却液，而通过出液管32可方便于第二集液箱31内的绝缘冷却液排出。所述第一集液箱21、第二集液箱31均位于电磁线圈10的上方，引导管23与第一集液箱21的下端连通，所述连通管42与第二集液箱31的下端连通，进液管22与第一集液箱21的上端连通，出液管32与第二集液箱31的上端连通。具体的，第一集液箱21、第二集液箱31均为绝缘材料制成，以起到绝缘作用。

当然，引导装置20、绝缘冷却液接收装置30并不限于上述结构，只要可起到引导、接收绝缘冷却液作用即可，但将引导装置20、绝缘冷却液接收装置30采用上述结构，为本发明的最优方案，可方便于制作，节省成本。

进一步地，导线11绕制成具有多层螺旋层15的绕制件，该多层螺旋层15由里向外依次排列，任意相邻的进液口13和出液口14分别一一对应地设置在相邻的两螺旋层15上，可有效缩短绝缘冷却液的流动路程，进一步提高流动换热能力。

具体的，导线11在各螺旋层15的部位均为呈螺旋状的螺旋段；在任意相邻的两螺旋段中，外边的螺旋段的始端与里边的螺旋段的末端衔接。

具体的，进液口13设置在对应螺旋段的起始匝上，出液口14设置在对应螺旋段的末尾匝上，而起始匝作为螺旋段首个绕制的一匝，而末尾匝作为螺旋段末个绕制的一匝，通过将进液口13设置在对应螺旋段的起始匝上，出液口14设置在对应螺旋层15的末尾匝上，从而方便于从进液口13流入的绝缘冷却液，可顺延流经相邻螺旋段，对相邻的螺旋段进行冷却。具体的，所述进液口13、出液口14均位于电磁线圈10的顶部。

各螺旋层15均设置有绝缘层16，绝缘层16包括设置在螺旋层15外侧的层间绝缘部18，绝缘层16还包括匝间绝缘部19，螺旋段中任意相邻的两匝之间均设置有所述匝间绝缘部19，以起到良好绝缘作用。具体的，所述绝缘层16还包括首端绝缘部、末端绝缘部；所述首端绝缘部设置在螺旋段的起始匝远离匝间绝缘部19的一侧，末端绝缘部设置在螺旋段的末尾匝远离匝间绝缘部19的一侧。

其中，绝缘层16可为绝缘圆弧壳、绝缘漆层。当然，除此之外，还可在导线11外套设有绝缘套50，绝缘套50对应于各螺旋层15的部位形成为该螺旋层15的绝缘层16(如图3、4所示)。

具体的，通道12设置在导线11上，并沿导线11的延伸方向延伸。该通道12从导线11的一端延伸至另一端，从而可增长冷却路径，其中该通道12的两端可依据实际需求而设置为盲端、或者开口端，而在本实施例中，该通道12的两端均设置为盲端。该通道12设置在导线11的中心部位上。

而除此之外，还可将所述通道12形成在导线11与绝缘套50之间，同样可使所述通道12的内壁至少部分由导线11壁面形成(如图3、4所示)。

其中，绝缘冷却液可采用液氮、液氢、液氦、液态二氧化碳或者氟利昂等各种现有的绝缘冷却液。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.电磁线圈液冷系统，其特征在于：包括电磁线圈、引导装置、绝缘冷却液接收装置；所述电磁线圈包括导线，所述电磁线圈设有供绝缘冷却液流经的通道，所述通道的内壁至少部分由导线壁面形成；所述电磁线圈设有沿着通道的延伸方向依次交替排列的若干个进液口和出液口；所述进液口、出液口均与通道连通；所述引导装置用于将绝缘冷却液引导至各进液口内，所述绝缘冷却液接收装置用于接收从各出液口流出的绝缘冷却液。

2.如权利要求1所述的电磁线圈液冷系统，其特征在于：所述引导装置包括第一集液箱、引导管；所述第一集液箱通过引导管与进液口连通；绝缘冷却液接收装置包括第二集液箱，所述第二集液箱通过连通管与出液口连通。

3.如权利要求2所述的电磁线圈液冷系统，其特征在于：所述引导装置包括与各进液口分别一一对应的若干个所述引导管，所述引导管的其中一端与第一集液箱连通，另一端与对应进液口连通；所述连通管设置为若干个，且该若干个连通管与各出液口分别一一对应，且连通管的其中一端与第二集液箱连通，另一端与对应出液口连通；所述第一集液箱连通有进液管，所述第二集液箱连通有出液管。

4.如权利要求3所述的电磁线圈液冷系统，其特征在于：所述第一集液箱、第二集液箱均位于电磁线圈的上方，引导管与第一集液箱的下端连通，所述连通管与第二集液箱的下端连通，进液管与第一集液箱的上端连通，出液管与第二集液箱的上端连通；所述第一集液箱和第二集液箱均为绝缘材料制成。

5.如权利要求1所述的电磁线圈液冷系统，其特征在于：导线绕制成具有多层螺旋层的绕制件，该多层螺旋层由里向外依次排列，任意相邻的进液口和出液口分别一一对应地设置在相邻的两螺旋层上。

6.如权利要求5所述的电磁线圈液冷系统，其特征在于：所述导线在各螺旋层的部位均为呈螺旋状的螺旋段；在任意相邻的两螺旋段中，外边的螺旋段的始端与里边的螺旋段的末端衔接。

7.如权利要求6所述的电磁线圈液冷系统，其特征在于：进液口设置在对应螺旋段的起始匝上，出液口设置在对应螺旋段的末尾匝上；所述进液口、出液口均位于电磁线圈的顶部。

8.如权利要求6所述的电磁线圈液冷系统，其特征在于：各螺旋层均设有绝缘层，绝缘层包括设置在螺旋层外侧的层间绝缘部、匝间绝缘部，螺旋段中任意相邻的两匝之间均设置有匝间绝缘部；所述绝缘层还包括首端绝缘部、末端绝缘部；所述首端绝缘部设置在螺旋段的起始匝远离匝间绝缘部的一侧，末端绝缘部设置在螺旋段的末尾匝远离匝间绝缘部的一侧。

9.如权利要求8所述的电磁线圈液冷系统，其特征在于：所述导线外套设有绝缘套，所述绝缘套对应于螺旋层的部位形成为绝缘层；所述通道形成在导线与绝缘套之间。

10.如权利要求1所述的电磁线圈液冷系统，其特征在于：所述通道设置在导线上，且该通道沿着所述导线的延伸方向延伸；该通道从导线的一端延伸至另一端；所述通道设置在导线的中心部位上。