CN109844874B

CN109844874B - 电磁铁

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Publication number: CN109844874B
Application number: CN201880003840.XA
Authority: CN
Inventors: 服卷庆治; 渡边隆司
Original assignee: NIPPON MAGNETICS Inc
Current assignee: NIPPON MAGNETICS Inc
Priority date: 2017-06-23
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2038-06-22
Also published as: WO2018235940A1; CN109844874A; JP2019009272A; JP6502423B2; KR20190025030A; KR101999825B1

Abstract

一种电磁铁，其能提高线圈的冷却效率，具备线圈层叠体(20)、线圈盒(30)和制冷剂液循环冷却机构，线圈层叠体是将线圈(21)经隔板(22)在上下方向层叠多个而成，线圈是将导线卷绕成多个环形形状而做成了一体的线圈；线圈盒具有收容此线圈层叠体的环形形状的线圈收容部；制冷剂液循环冷却机构将制冷剂液从设置于此线圈盒上的制冷剂液入口(31e)导入，将该制冷剂液从设置于线圈盒上的制冷剂液出口(31f)排出，将该制冷剂液冷却后再次从制冷剂液入口(31e)导入，电磁铁设有对从制冷剂液入口导入的制冷剂液沿线圈层叠体(20)的外周面流动进行抑制的第一整流板(41)；对制冷剂液沿线圈层叠体(20)的上面流动进行抑制的第二整流板(42)；和对制冷剂液从线圈层叠体(20)的中心部涌起进行抑制的第三整流板(43)。

Description

电磁铁

技术领域

本发明涉及电磁铁，特别涉及其冷却构造。

背景技术

使用电磁铁的设备，不论其用途怎样，在使电流在构成线圈的导线中流动的构造上，发热量都与体积成比例地大致按尺寸比的三次方增大，另一方面，表面积仅按尺寸比的2次方增大，如果将表面作为散热面，则冷却效率变差。因此，自从前开始，为了在表面以外增加散热面积，提出了将导线(线圈)分割并使制冷剂在其周边流动的构造(专利文献1)、将可使制冷剂流动的空心导线与实心导线组合的构造(专利文献2)。

在此，表示热量从发热体向制冷剂传递的容易度的热传递系数，因制冷剂的种类与流速而变化得大。在选择气体作为制冷剂的情况下，流动的空气是10～250kcal/(m²·h·℃)左右。而且，流动的油是50～1500kcal/(m²·h·℃)左右，流动的水250～5000kcal/(m²·h·℃)左右。即，用液体作为制冷剂比用气体作为制冷剂的冷却效率好。因此，作为对电磁铁的线圈进行冷却的制冷剂，一般使用液体的制冷剂(制冷剂液)，特别是从确保线圈的绝缘性的观点看，大多使用绝缘油。

但是，如果在上述专利文献1的构造中使用制冷剂液作为制冷剂，则在上述专利文献1的构造中，尽管线圈被分割，在线圈的外周施设了制冷剂液的通路，但是不论循环手段是强制循环还是自然循环，在这样的构造中，都产生制冷剂液容易流动的场所和不易流动的场所，产生冷却的偏差，存在冷却效率低的问题。另外，在上述专利文献2的构造的情况下，由于仅空心线圈导线内的制冷剂被强制循环，所以空心线圈导线被良好地冷却，但作为空心线圈导线的外侧的线圈收容空间未被强制循环，在此情况下，也产生冷却的偏差，存在冷却效率低的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭52-57654号公报

专利文献2：日本特开平6-286970号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明所要解决的课题是，提供一种能提高线圈的冷却效率的电磁铁。

为了解决课题的技术手段

为了解决此课题，本发明的发明人在对在具备在上下方向层叠了多个线圈的线圈层叠体的现有的电磁铁中由制冷剂液进行的线圈层叠体的冷却状态详细地进行了调查后发现，在最容易闷热的线圈之间流动的制冷剂液的流量超出预想地少，作为结果，产生冷却的偏差，冷却效率低。因此，本发明的发明人思考制冷剂液容易通过线圈之间的构造，并想到了本发明。

即，根据本发明的一个观点提供一种如下的电磁铁。

“一种电磁铁，所述电磁铁具备线圈层叠体、线圈盒和制冷剂液循环冷却机构，

所述线圈层叠体是将线圈经隔板在上下方向层叠多个而成，所述线圈是将导线卷绕成多个环形形状而做成了一体的线圈；

所述线圈盒具有收容此线圈层叠体的环形形状的线圈收容部；

所述制冷剂液循环冷却机构将制冷剂液从设置于此线圈盒上的制冷剂液入口导入，将该制冷剂液从设置于所述线圈盒上的制冷剂液出口排出，将该制冷剂液冷却后再次从所述制冷剂液入口导入，

所述电磁铁的特征在于：设有第一整流板、第二整流板和第三整流板，

所述第一整流板对从所述制冷剂液入口导入的制冷剂液沿所述线圈层叠体的外周面流动进行抑制；

所述第二整流板对所述制冷剂液沿所述线圈层叠体的上面流动进行抑制；

所述第三整流板对所述制冷剂液从所述线圈层叠体的中心部涌起进行抑制。

发明的效果

根据本发明，通过设置上述第一～第三整流板，制冷剂液容易通过最容易闷热的线圈之间，冷却效率提高。

而且，通过冷却效率提高，能在施加一定的电压的基础上抑制电流值的下降，其结果，能将电磁铁的磁通密度维持得高。即，由于通过冷却效率提高，能提高电磁铁(线圈)的每单位体积的发热量，所以可进行高磁通密度化、小型化。

进而，通过冷却效率提高，能消除热斑，能抑制绝缘油等制冷剂液的劣化，并且抑制因制冷剂液的劣化导致的沉淀物的发生、绝缘阻力的下降。

附图说明

图1是表示作为本发明的一个实施方式的电磁铁的主要部分的图，(a)是立体图，(b)是A-A向视图、(c)为B-B向视图。

图2是表示图1的电磁铁具备的线圈层叠体的图，(a)是立体图、(b)是从制冷剂液入口侧看的图。

图3是表示图1的电磁铁具备的线圈盒的盒主体的立体图。

图4是表示将图2的线圈层叠体收容在图3的盒主体中的状态的立体图。

图5是表示未设置整流板的情况下的制冷剂液的流动的意象图。

图6是表示设置了第一整流板和第四整流板的情况下的制冷剂液的流动的意象图。

图7是表示在图6中进一步设置了第二整流板的情况下的制冷剂液的流动的意象图。

图8是表示在图7中进一步设置了第三整流板的情况下的制冷剂液的流动的意象图。

图9是表示作为本发明的其它实施方式的电磁铁的主要部分的立体图。

图10是表示作为本发明的其它实施方式的电磁铁的主要部分的立体图。

图11是表示作为本发明的其它实施方式的电磁铁的主要部分的立体图。

图12是表示具备作为本发明的一个实施方式的电磁铁的电磁分离器的构成的概略剖视图。

具体实施方式

图1表示作为本发明的一个实施方式的电磁铁10的主要部分，(b)是A-A向视图，(c)是B-B向视图。图2表示电磁铁10具备的线圈层叠体20，(a)是立体图，(b)上从制冷剂液入口侧看的图。图3表示电磁铁10具备的线圈盒30的盒主体31，图4表示将线圈层叠体20收容在盒主体31中的状态。

图1所示的电磁铁10具备线圈层叠体20和收容此线圈层叠体20的线圈盒30。

线圈层叠体20，如图2所示，是通过将线圈21经隔板22在上下方向层叠多个(在本实施方式中为3片)，并将其由上下的压板23a、23b夹着，由螺栓24将这些上下的压板23a、23b紧固连结，做成了一体的结构，该线圈21是将铜线、铝线等导线呈环形形状地卷绕多圈而做成一体的结构。另外，在本实施方式中各线圈电气性地串联连接，但也可以并列连接。

收容此线圈层叠体20的线圈盒30具备盒主体31和上盖32。盒主体31，如图3所示，具有外筒部31a、内筒部31b和底部31c，由这些外筒部31a、内筒部31b及底部31c形成了收容线圈层叠体20的环形形状的线圈收容部31d。在将线圈层叠体20收容在此线圈收容部31d之后(参照图4)，盖上上盖32，由此，将线圈层叠体20收容在线圈盒30中(参照图1)。另外，虽然省略了图示，但线圈层叠体20由螺栓等固定组件相对于盒主体31的外筒部31a的内周面定位固定。

在线圈盒30的盒主体31上设置了制冷剂液入口31e和制冷剂液出口31f。后述的制冷剂液循环冷却机构50(参照图12)与这些制冷剂液入口31e和制冷剂液出口31f连接。即，此制冷剂液循环冷却机构50将制冷剂液从制冷剂液入口31e导入线圈盒30内，将该制冷剂液从制冷剂液出口31f排出，将该制冷剂液冷却后再次从制冷剂液入口31f导入。由此，被收容在线圈盒30中的线圈层叠体20(各线圈21)由制冷剂液冷却。另外，制冷剂液以充满到线圈层叠体20在线圈盒30内浸入的程度的方式进行循环。而且，作为制冷剂液，最好是矿物油、硅油等绝缘油。

在此，对设置于线圈层叠体20的各线圈21之间的隔板22进行说明，本实施方式中，隔板22如图1(b)所示在各线圈21之间隔开规定的间隔地排列了多条(在本实施方式中为5条)，这些多条隔板22沿着制冷剂液的从制冷剂液入口31e朝向制冷剂液出口31f的流动方向(通过制冷剂液出口31f的线圈层叠体20的直径方向中心线L方向)相互平行，且以相对于线圈层叠体20的直径方向中心线L成为线对称的方式排列。由此，在各线圈21之间，以沿着制冷剂液的从制冷剂液入口31e朝向制冷剂液出口31f的流动方向(直径方向中心线L方向)平行地均匀地形成多个制冷剂液的流路。

在以上的构成的本实施方式中，以制冷剂液容易通过各线圈21之间的方式设置了第一～第四整流板41～44。以下对各整流板的作用效果参照附图进行说明。

图5是表示未设置整流板的情况下的制冷剂液的流动的意象图。另外，此意象图是基于由计算机进行的流体解析结果做成的，实线表示线圈层叠体的外侧的流动，虚线表示线圈层叠体的内部(线圈之间)的流动，线的粗细表示流量的多少。而且，在此意象图中，为了容易理解制冷剂液的流动而省略了设置在图3所示的盒主体31的内筒部31b的上端的法兰部31b-1。在以下的意象图(图5～11)中也相同。

在未设置整流板的情况下，如图5所示，制冷剂液因为在通过面积最宽的沿线圈层叠体的外周面的流路1、2中通过，所以不能进行有效的冷却。因此，在本实施方式中，为了对制冷剂液的向沿线圈层叠体的外周面的流路1、2的通过进行抑制，在流路1、2的途中分别设置了第一整流板41(参照图6)。即，第一整流板41对制冷剂液的沿线圈层叠体的外周面的流动进行抑制。在本实施方式中，第一整流板41，如图1(b)所示，被设置成与多条隔板22中的位于最外周侧的2个隔板22A、22A的接近制冷剂液入口31e的一侧的端部连续。由此，能大体完全抑制制冷剂液沿线圈层叠体的外周面流动。这样，第一整流板41最好设置成与隔板22A、22A的接近制冷剂液入口31e的一侧的端部连续，但只要设置在上述流路1、2的途中就可以得到抑制制冷剂液的向上述流路1、2的通过的作用效果。但是，从抑制制冷剂液的向上述流路1、2的通过的观点看，第一整流板41最好与多条隔板22中的位于最外周侧的2个隔板22A、22A接近地设置至少2个，最好如本实施方式的那样设置成与隔板22A、22A的接近制冷剂液入口31e的一侧的端部连续。

再次参照图6，在本实施方式中，在制冷剂液入口的近旁，为了将从该制冷剂液入口导入的制冷剂液的流动向线圈层叠体的外周方向分流，设置了第四整流板44。通过设置此第四整流板44，能将制冷剂液的流动向线圈层叠体的外周方向均等地分流。但是，即使不设置第四整流板44，由于制冷剂液的流动也在某种程度上向线圈层叠体的外周方向分流，所以第四整流板44可以省略。

通过如上述的那样设置第一整流板41，对制冷剂液的向上述流路1、2的通过进行抑制，但是，在此情况下如图6所示，制冷剂液的沿线圈层叠体的上面向流路3的通过量增大。因此，在本实施方式中，为了对制冷剂液的向此流路3的通过进行抑制，如图7所示，设置了第二整流板42。即，第二整流板42对制冷剂液沿线圈层叠体的上面流动进行抑制。在本实施方式中，第二整流板42被设置成其两端部与2个第一整流板41、41连续。由此，能大体完全抑制制冷剂液沿线圈层叠体的上面流动。这样，第二整流板42最好设置成使两端部与2个第一整流板41、41连续，但只要设置在上述流路3的途中就可以得到对制冷剂液的向上述流路3的通过的作用效果。但是，从抑制制冷剂液的向上述流路3的通过的观点看，第二整流板42最好设置成其两端部与2个第一整流板41、41接近，最好如本实施方式的那样，设置成其两端部与2个第一整流板41、41连续。

通过这样设置第一整流板41和第二整流板42，可以抑制制冷剂液向上述流路1～3通过，但是如果仅仅这样，则如图7所示，制冷剂液向从线圈层叠体的中心部涌起的方向的流路4的通过量增大。因此，在本实施方式中，为了对制冷剂液的向此流路4的通过进行抑制，设置了第三整流板43(参照图8)。即，第三整流板43对制冷剂液从线圈层叠体的中心部涌起进行抑制。在本实施方式中，第三整流板43具有从线圈层叠体的内孔面连续地立起的圆筒形状。第三整流板43不限于圆筒形状，例如也可以做成将上述流路4堵塞的圆环形状，但从收容线圈层叠体的线圈盒(线圈收容部)的观点看，最好如本实施方式那样为圆筒形状。

这样，在本实施方式中，由于设置了第一整流板41、41、第二整流板42及第三整流板43，所以大体抑制了制冷剂液的向上述流路1～4的通过，其结果，制冷剂液在最容易闷热的各线圈21之间(图8所示的流路5～8)通过。由此，由于线圈层叠体20(各线圈21)的冷却效率提高，所以能抑制电流值的下降，其结果，能将电磁铁10的磁通密度维持得高。进而，通过冷却效率提高，能消除热斑，能抑制绝缘油等制冷剂液的劣化，并且能抑制因制冷剂液的劣化导致的沉淀物的发生、绝缘阻力的下降。实际上，本发明的发明人的试验的结果，根据本实施方式的电磁铁10，与未设置整流板的现有的电磁铁(图5)比较，电流值的下降减轻了约％10～约20％。而且制冷剂液(绝缘油)的温度，最高温度从约120度降低到约40度，成为被称作发生沉淀物的50度以下。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于此。例如可以如图9所示，将第二整流板42-1与第三整流板43设置成一体。另外，也可以如图10所示，将整流板42-2与线圈层叠体的内孔相比设置在制冷剂液出口侧。此整流板42-2起到对制冷剂液沿线圈层叠体的上面流动进行抑制的作用效果，并且也起到对制冷剂液从线圈层叠体的内孔(中心部)涌起进行抑制的作用效果。即，整流板42-2作为在本发明中所称的“第二整流板”发挥功能，并且也作为“第三整流板”发挥功能。换言之，此整流板42-2相当于在本发明中所称的“第二整流板”和“第三整流板”的双方，在此图10的实施方式中也设置了“第二整流板”和“第三整流板”。这样，“第二整流板”只要能对制冷剂液沿线圈层叠体的上面流动进行抑制，则其形状、位置不被限定，“第三整流板”也是只要能对制冷剂液从线圈层叠体的中心部(内孔)涌起进行抑制，则其形状、位置不被限定。同样，对于“第一整流板”，只要能对制冷剂液沿线圈层叠体的外周面流动进行抑制，其形状、位置也不被限定。

另外，如图11所示，制冷剂液入口31e也可以设置多个。在此情况下，各制冷剂液入口31e最好设置成相对于通过制冷剂液出口31f的直径方向中心线成为线对称。另外，在如图11的那样设置多个制冷剂液入口31e的情况下，第四整流板44最好设置在通过制冷剂液出口31f的直径方向中心线上，以便将制冷剂液的流动在线圈层叠体的外周方向分成两部分(一分为二)。另外，制冷剂液入口31f也可以设置多个。

下面，作为图1所示的实施方式的电磁铁10的适用例对电磁分离器进行说明。图12将具备本实施方式的电磁铁10的电磁分离器60的构成概略地由剖面表示。另外，在图12中，也表示了作为电磁铁10的构成要素的制冷剂液循环冷却机构50。此制冷剂液循环冷却机构50与设置在电磁铁10的线圈盒30上的制冷剂液入口31e和制冷剂液出口31f连续。而且此制冷剂液循环冷却机构50为了将制冷剂液从制冷剂液入口31e导入线圈盒30内，将该制冷剂液从制冷剂液出口31f排出，将该制冷剂液冷却后再次从制冷剂液入口31f导入，具备泵51和热交换器52。通过此制冷剂液循环冷却机构50，被收容在线圈盒30中的线圈层叠体20(各线圈21)由制冷剂液冷却。另外，在图12中，电磁铁10的构成简化地进行表示，例如省略了上述各整流板、隔板。

在图12的电磁分离器60中，在电磁铁10的具有线圈盒30的内筒部31b中配置了筒61，在此筒61中，在网筛保持棒63上，在上下方向重叠地配置了多层由板状的磁性材料构成的网筛62。在筒61的外周，在上下方向隔开规定间隔地设置了凸缘64，在上下的凸缘64之间，以包围筒61的外周且在相互之间保持小间隙的状态经弹簧65安装了电磁铁10。在筒61的下部安装了振动器66。

在此电磁分离器60中，通过使振动器66起动对筒61施加振动，并且如果向电磁铁10开始通电，则筒61内的各网筛62因为是磁性材料且位于电磁铁10的磁场内所以磁化。因此，如果从筒61的上端开口导入粉体，则此粉体在筒61内由于振动的作用而扩散并一边从上方顺次通过各网筛62一边落下，在此期间，磁性异物进行了磁化的各网筛62吸附而残存，除去了磁性异物的粉体从筒61的下端开口部被导出。如果一定量或一定时间的分离操作结束，则在停止粉体的供给后，如果切断向电磁铁10的通电，则大部分的磁性异物落下并被排出。而且，在切断向振动器66的通电后，把持着保持网筛62的保持棒63的上端向上方拉出。因为在保持棒63上保持着网筛62的全部，所以全部网筛22与保持棒63一起从筒61的内部同时被取出。清扫取出的网筛62，进而将磁性异物除去。清扫后的网筛62被再次返回到筒61的内部供给粉体而开始进行除去磁性异物的作业。

另外，本实施方式的电磁铁10，当然也可以适用于此电磁分离器60以外的电磁分离器，也可以适用于电磁分离器以外的例如上述专利文献1、2公开的吊挂电磁铁。

附号的说明

10：电磁铁

20：线圈层叠体

21：线圈

22：隔板

23a、23b：压板

24：螺栓

30：线圈盒

31：盒主体

31a：外筒部

31b：内筒部

31b-1：法兰部

31c：底部

31d：线圈收容部

31e：制冷剂液入口

31f：制冷剂液出口

32：上盖

41：第一整流板

42、42-1：第二整流板

42-2：第二整流板(第三整流板)

43：第三整流板

44：第四整流板

50：制冷剂液循环冷却机构

51：泵

52：热交换器

60：电磁分离器

61：筒

62：网筛

63：网筛保持棒

64：凸缘

65：弹簧

66：振动器。

Claims

1.一种电磁铁，所述电磁铁具备线圈层叠体、线圈盒和制冷剂液循环冷却机构，

2.如权利要求1所述的电磁铁，其特征在于，所述隔板隔开间隔地排列多条，这些多条隔板沿制冷剂液的从所述制冷剂液入口朝向所述制冷剂液出口的流动方向相互平行，且排列成相对于所述线圈层叠体的直径方向中心线成为线对称，

所述第一整流板与所述多条隔板中的位于最外周侧的2个隔板接近地设置了至少2个，

所述第二整流板设置成其两端部与所述2个第一整流板接近。

3.如权利要求2所述的电磁铁，其特征在于，所述第一整流板以与在2个隔板中接近所述制冷剂液入口的一侧的端部连续的方式设置了至少2个，所述2个隔板是所述多条隔板中的位于最外周侧的2个隔板，

所述第二整流板设置成其两端部与所述2个第一整流板连续。

4.如权利要求1～3中的任一项所述的电磁铁，其特征在于，所述第三整流板具有从所述线圈层叠体的内孔面连续地立起的圆筒形状。

5.如权利要求1～3中的任一项所述的电磁铁，其特征在于，在所述制冷剂液入口的近旁设置了第四整流板，所述第四整流板将从该制冷剂液入口导入的制冷剂液的流动向所述线圈层叠体的外周方向分流或分成两部分。

6.如权利要求4所述的电磁铁，其特征在于，在所述制冷剂液入口的近旁设置了第四整流板，所述第四整流板将从该制冷剂液入口导入的制冷剂液的流动向所述线圈层叠体的外周方向分流或分成两部分。