CN113226833A - 用于感应功率传输垫的固定部件 - Google Patents

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Abstract

用于感应功率传输垫(34)的固定部件(1)，包括电子部分(2)，其包括电子外壳(10)，用于感应功率传输垫(34)的可移动部件(33)的接收部分(3)，冷却通道(4)，其主要或单独穿过所述接收部分(3)并且具有第一端(11)和第二端(12)，所述第一端(11)和所述第二端(12)都连接到所述电子外壳(10)的内部，第一风扇(19)，其放置在所述冷却通道(4)内或在所述冷却通道(4)的第一或第二端(12)处，或在第一或第二端(12)下方，其中，当风扇(19)工作时，来自电子外壳(10)的内部的空气进行传输通过冷却通道(4)，热量从空气传递到接收部分(3)的结构件(5)，使空气冷却，冷却后的空气被输送回外壳的内部。

Description

用于感应功率传输垫的固定部件
本发明涉及用于感应功率传输垫的固定部件以及一种从感应功率传输垫的固定部件的电子部分散热的方法。
电动车辆，特别是有轨车辆，和/或公路汽车，可以通过电能来工作，其中该电能通过感应电力传输进行传输。这种车辆可包括电路布置，该电路布置可以是车辆的牵引系统或牵引系统的一部分，包括适于接收交变电磁场并通过电磁感应产生交流电流的接收装置。此外，这种车辆可以包括适于将交流(AC)电转换为直流(DC)电的整流器。DC电可用于为牵引电池充电或使电机工作。在后一种情况下，可以通过逆变器将DC电转换为AC电。
感应功率传输使用两组绕组进行，例如三相绕组。第一组安装在地面上(初级绕组或初级绕组结构)，可由路旁功率转换器(WPC)供电。第二组绕组(次级绕组结构)安装在车辆上。例如，对于一些货车下方的有轨电车，第二组绕组可以连接在车辆下方。第二组绕组或通常的次级侧通常被称为拾取装置或接收器。第一组绕组和第二组绕组构成高频变压器，以将电能传输到车辆。这可以在静态(车辆没有移动时)和动态状态下(车辆移动时)完成。
特别是在公路汽车的情况下，固定的初级单元包括通常在空间上分开布置的多个元件。
对于感应功率传输，包括固定部件和可移动部件的感应功率传输垫是现有技术已知的。WO 2015128450 A1公开了一种感应功率传输垫，其包括固定部件和可移动部件，其中可移动部件包括初级绕组结构，其中可移动部件可在缩回状态和伸展状态之间移动。
这种功率垫的固定部件通常包括电子外壳，其中放置有电子元件，例如MOSFET。这些电子元件产生的热量必须从电子部件和电子外壳中去除，以避免损坏元件。
本发明的目的是提供用于感应功率传输垫的固定部件，其中来自电子元件的热量可以从这些元件中有效地去除和消散。
根据本发明的基本构思，来自固定部件内的电子外壳的热气在通道中传输，穿过固定部件的另一部件或部分，并转移到所述另一部件或部分。因此，以前集中在电子外壳中的热量分布在固定部件的较大区域上。随后，热量可以至少部分地散发到环境中。从电子外壳移除的空气在冷却之后可以返回到电子外壳。因此，本发明还描述了一种循环冷却系统，其基于感应功率传输垫的固定部件内的空气对流。
特别地，本发明提供了根据权利要求1的用于感应功率传输垫的固定部件，以及其他独立权利要求的感应功率传输垫，以及从感应功率传输垫的固定部件的电子部分散热的方法。具有从属权利要求的特征的技术方案提供了进一步的有利实施例。
本发明提供了用于感应功率传输垫的固定部件，包括
-电子部分，其包括电子外壳，
-用于感应功率传输垫的可移动部件的接收部分，
-冷却通道，其主要或单独穿过所述接收部分并且具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端都连接到所述电子外壳的内部，
-第一风扇，其放置在
i)所述冷却通道内或
ii)所述冷却通道的第一端或第二端处或下方，或
iii)在所述电子外壳的内部，其中所述电子外壳被壁分成两个隔间，并且所述第一风扇以这样的方式放置：当所述第一风扇工作时，空气从其中一个所述隔间输送进入另一个隔间，
其中，当所述风扇工作时，来自所述电子外壳的内部的空气进行传输通过所述冷却通道，热量从空气传递到所述接收部分的结构件，使空气冷却，冷却后的空气被输送回所述外壳的内部。
冷却通道(下文也简称为“通道”)的长度可以选择得尽可能长，以达到尽可能高的传热，从而考虑到结构条件和限制。尽可能长的通道长度穿过接收部分是有益的。首先，接收部分的大部分都远离电子部分。此外，接收部分大于电子部分。
在本发明的一个实施例中，冷却通道沿着接收部分的外边缘延伸，其中一部分穿过接收部分。因此，可以达到长的通道长度。此外，边缘下方的位置改善了散热，并且通道也不会与接收部分内的其他组件发生碰撞。
在上述情况iii)中，第一风扇放置在电子外壳内部，电子外壳被壁分成两个隔间，第一风扇的放置方式使得当第一风扇工作时，空气从其中一个隔间输送进入另一个隔间。第一风扇可以靠近作为分隔壁的壁放置。壁可以具有开口并且第一风扇连接到开口，风扇的入口侧或出口侧。第一风扇可以主要地或单独地放置在其中一个隔间中。由第一风扇将来自一个隔间的空气输送到另一隔间中。当风扇运行时，两个隔间之间会产生压差。因此，在入口侧的隔间是低压隔间，而位于风扇出口侧的另一隔间是压力隔间。空气从压力隔间进入冷却通道，在流过冷却通道后，空气流入低压隔间。
当根据ii)第一风扇放置在冷却通道的第一端或第二端处或下方时，可以有利地应用以下实施例，但不限于此。固定部件可以包括第二风扇，其可以放置在冷却通道内或在冷却通道的第一端处(特别是如果第一风扇放置在第二端处)或第二端处(特别是如果第一风扇放置在第一端处)，或在第一端下方(特别是如果第一风扇放置在第二端下方)或第二端下方(特别是如果第一风扇放置在第一端下方)。
第一风扇的入口侧可以朝向电子外壳的内部，第二风扇的压力侧可以朝向电子外壳的内部，反之亦然。可以通过风扇的操作模式，即通过选择风扇叶轮的旋转方向来选择或设置入口侧和压力侧。或者可以将入口侧和压力侧固定的风扇置于正确的方向。该实施例提供了一种甚至更有效的装置，用于在大距离上输送空气通过冷却通道，优选地没有或减少流速的降低。
在一个实施例中，冷却通道包括邻近第一风扇的第一压缩部分(如果第一风扇放置在冷却通道的一端处或下方)，和/或邻近第二风扇的第二压缩部分(如果存在第二风扇，并且第二风扇放置在冷却通道的另一端下方)。通过一个或多个压缩部分，可以在冷却通道内产生或改善空气的层流。压缩部分可以设计为单独的部分，该部分可以与通道的另一部分连接。
在另一实施例中，冷却通道包括在冷却通道的内部中的冷却翅片，其平行于冷却通道的延伸。这样允许更有效的冷却。
在另一实施例中，冷却通道在第一和/或第二端处包括具有冷却翅片的通道部分，其中所述部分位于电子部分中并且与电子部分的壁接触。该部分中的冷却翅片可以相对密集以提供有效的热传递。
在又一实施例中，电子部分包括在外侧上的冷却翅片，其与冷却通道相邻。这些冷却翅片优选地位于与壁相邻处，该壁与位于电子部分中的冷却通道的通道部分接触。
在另一实施例中，接收部分包括在外侧上的冷却翅片，其与冷却通道相邻。
在一个实施例中，穿过接收部分的冷却通道的一部分一体形成在接收部分的结构件内。例如，接收部分可以是铸造金属，优选铸造铝。冷却通道可以整体地或部分地一体形成。当整体形成时，形成通道的整个侧壁或所有侧壁，从而形成封闭结构。如果接收部分可以是铸造金属，则可以使用本领域技术人员已知的铸造技术。当部分地形成时，接收部分内的通道的一侧，例如接收部分的结构件内，仍然是开放的，即缺失侧壁或侧壁的一部分。通道可以由一个或多个另外的部件封闭，例如盖或覆盖部件，例如板或片。
在一个实施例中，穿过电子部分的部分冷却通道整体地或部分地一体形成在电子部分的结构件内。可以应用与前面提到的相同的原理在接收部分内一体形成通道。
在另一方面，本发明涉及感应功率传输垫，特别是用于将感应功率传输到车辆的系统的传输垫，包括如本文所述的固定部件和可移动部件。可移动部件可以包括绕组结构，用于在电流流过绕组结构的绕组时产生磁场或电磁场。可移动部件可以在Z方向上移动，即通过功率传递垫的另一部件——致动器向上和向下移动。
在另一方面，本发明涉及一种从感应功率传输垫的固定部件的电子部分散热的方法，该方法包括：
-提供如本文所述的固定部件或感应功率传输垫，
-运行固定部件内的风扇，使来自电子外壳的内部的空气输送通过冷却通道，热量从来自电子外壳的空气中传递到接收部分的结构件，使空气冷却，冷却后的空气被输送回外壳的内部，热量进一步从结构件消散到环境中。
上文公开了可以在本方法中使用的类似方法的特征。上文还公开了可以在本方法中使用的结构特征。
在下文中，将参考所附的工作实施例和附图更详细地描述本发明，但不限于这些实施例和附图，附图示出：
图1是本发明的固定部件的俯视图。
图2是本发明的固定部件的仰视图。
图3是本发明的固定部件的仰视透视图。
图4是电子部分和电子外壳的顶部透视图的细节图。
图5是电子部分和电子外壳的底部透视图的细节图。
图6是电子部分和电子外壳的底部透视图的进一步细节图。
图7是从电子部分到接收部分的过渡中冷却通道的横截面图。
图8a-图8c是不同尺寸的冷却通道的横截面图；
图9是包括固定部件的功率传输垫；
图10是本发明的另一实施例，包括分成两个隔间的电子部分；
图11是图10的实施例的细节。
图1显示了固定部件1，包括电子部分2和接收部分3。虚线表示电子部分2和接收部分3之间的边界。
冷却通道4穿过接收部分3。接收部分3包括具有边缘6、7、8的框架状结构5。框架状结构5是接收部分的结构件5。
边缘6、7、8形成接收部分3的外边缘。冷却翅片9沿着边缘6、7、8放置在接收部分的外侧上，与冷却通道4相邻。冷却通道4沿外边缘6、7、8穿过框架状结构5的内部。
图2从底侧示出固定部件1，而图1示出顶视图。图2示出了电子部分2内的电子外壳10。电子外壳10是电子部分2的中空部分并且可以被未示出的盖子从底侧覆盖。
图2示出了冷却通道4也延伸到电子部分中。示出了连接到电子外壳的内部的第一端11和第二端12。换句话说，冷却通道4在电子外壳10中开始/终止。
此外，图2示出了一些只能从底侧看到的冷却翅片9。
图3示出了固定部件1仰视透视图。与图1和图2中所示的空的固定部件1相反，电子元件13放置在外壳10中，连接到也放置在外壳10中在电子元件13下方的电路板。
接收部分3还填充有部件，例如用于可移动部件的致动器和电连接(未用附图标记示出)。
附图示出了插头14，其连接到电子部分2。
穿过接收部分3的冷却通道4的部分被两个盖板15、16覆盖。接收部分3中的附图标记“4”仅用于表示在该视图中冷却通道4在盖板15、16下方延伸。
在电子部分2中，设置了作为冷却通道4的一部分的两个通道部分17、18。通道部分17、18是端部部分，它们不是一体形成在电子部分2内，而是分开的部分，固定在外壳10中并且连接到穿过接收部分3的冷却通道部分。气密密封，例如泡沫密封，放置在通道部分17、18和穿过接收部分3的通道4的冷却通道部分之间。进一步的密封可以横向放置在每个通道部分17、18和外壳之间。与穿过接收部分的通道4的部分相比，通道部分17、18用作冷却元件。部分17、18是独立的元件，它们与穿过接收部分的通道4的其他部分不同。接收部分中的通道4的部分可以是铸造件。由于空气也被引导通过部分17和18，因此它们被认为是通道4的一部分。部分17、18在内部包括翅片24。图4详细示出了部分17。
第一风扇19放置在冷却通道4的第一端11处。压缩部分21放置在与第一风扇19相邻处。压缩部分21导致通过第一风扇19输送到冷却通道4中的空气压缩。此外，压缩部分导致空气的层流。
第二风扇20放置在通道部分18之前。另一个压缩部分22放置在与第二风扇20相邻处。
第一风扇19可以以这样的方式运行：即它从外壳10的内部吸入空气，该空气是由电子元件13加热的加热空气。然后空气被输送通过通道部分17，通道部分17已经形成为将热量传递到电子外壳10(即电子外壳10的壁和外部)的热交换器。然后，空气通过穿过接收部分3的冷却通道4的U形部分传输。第二风扇20以这样的方式运行：即它从穿过接收部分3的冷却通道4的内部吸入空气。空气从第二风扇20输送到通道部分18中，并通过冷却通道4的第二端12吹出。因此，空气被输送回外壳10。在其通过整个通道4的途中，热量主要通过冷却翅片9传递到框架状结构5，然后向外散逸。
图4示出了从顶侧截取的图3的更详细视图，图5示出了从底侧截取的相同截面的视图。两个图都显示了具有电子元件13的电路板23。两个图都显示了电子外壳10内的通道部分17、压缩部分21和第一风扇11。通道部分17包括内部的空气引导翅片24以便在通道中提供有效的空气引导。热量从空气传递到通道部分17的侧表面25(如图5所示)并从侧表面25传递到电子外壳10，即传递到与通道部分17相邻的电子外壳10的壁。
此外，图4和图5示出了散热装置26，其具有朝向电子外壳10内部定向的冷却肋27。来自电子外壳10内部的热量经由冷却肋27传输到散热装置26的侧表面28。热量可以从侧表面28传递到与侧表面28接触的电子外壳10的壁。冷却肋27的另一个功能是将空气引导至在冷却通道的入口处的风扇。
图6示出了图4和图5所示的部件如何放置在电子外壳10内部。图6还示出了通道部分17与接收部分3的连接。
图7示出了从冷却通道4的通道部分17到穿过接收部分3的冷却通道4的部分的横截面。可以看出，穿过接收部分3的冷却通道4的部分一体形成在接收部分内。此外，附图示出了电子外壳10外侧上的冷却翅片9。此外，图7示出了与通道部分17接触的电子部分的壁36。
图8a、图8b和图8c示出了穿过接收部分3的不同类型的冷却通道4。在图8a中，冷却通道4是结构件5的铸造结构内的封闭通道。在图8b和图8c中，通道4没有从底侧封闭，而由板或盖30、31从底侧进行封闭，例如图3中的盖板15、16。盖板30、31是对角地放置在通道4的底侧以实现更大的通道横截面。在图8c中，通道4比图8b中的通道4宽。在邻近通道4并邻近外边缘6、7或8处示出了波纹管32，当功率传输垫的可移动部件向上移动时，其封闭感应功率传输垫的内部。此外，图8a、图8b和图8c示出了可移动部件33，其处于放置在固定部件1上的静止位置。
图9示出了整个功率传输垫34的横截面，包括固定部件1和可移动部件33。功率传输垫34包括致动器35，其位于固定部件1处，用于向上和向下移动可移动部件33。在图9中，可移动部件33向上移动。
图10示出了另一个实施例(与图3的实施例相比)，其中第一风扇37是径流式风扇，放置在电子外壳10的内部。电子外壳10被作为分隔壁的壁38隔开，分为两个隔间——风扇37的入口侧的第一隔间39和风扇37的出口侧的第二隔间40。径流式风扇37放置在第一隔间39，并且其出口连接到壁38中的开口。风扇37在运行时将空气从隔间39输送到隔间40中，从而增加隔间40中的压力。空气从隔间40中的部件吸收热量并通过冷却通道4的第二端12被挤压进入具有空气引导翅片的通道部分41(参见图11)，并穿过部分41进入冷却通道4的另一部分。
通道部分41、42在功能上类似于图3中的通道部分17、18并且与接收部分3内的通道4的其他部分相比，用作冷却元件。结构细节可以相同于或类似于上述部分17、18。
空气流过冷却通道4并在带有冷却肋的通道部分42处离开它并通过第一端11流入隔间39，隔间39是低压隔间。然后，空气再次流过风扇37的入口并再次输送到第二隔间40中。
图11示出了通道部分42和电子部件43和底板44的更详细的视图，另外的电子部件放置在第二隔间39中。风扇37在此未示出并且将被固定在安装孔45处。
通道部分42具有空气引导翅片49，当通道部分正确定位时，空气引导翅片49与隔间的外壁接触，从而形成封闭的通道部分。可以在部分42和壁之间提供适当的密封。然后，形成封闭的通道部分。即使在通道部分42没有以这种方式封闭的实施例中，它仍然被称为“通道部分”，因为空气在部件42的纵向方向上沿着空气引导翅片43流动。
附图示出了散热的半导体46。半导体46在一侧与通道部分42的侧壁47接触。在半导体46的另一侧用夹具50按压板48，以使半导体46与侧壁47接触。板48电绝缘并具有导热特性。
参考标记列表
1 固定部件
2 电子部分
3 接收部分
4 冷却通道
5 框架状结构
6 边缘
7 边缘
8 边缘
9 冷却翅片
10 电子外壳
11 第一端
12 第二端
13 电子元件
14 插头
15 盖板
16 盖板
17 通道部分
18 通道部分
19 第一风扇
20 第二风扇
21 压缩部分
22 另一压缩部分
23 电路板
24 空气引导翅片
25 侧表面
26 散热装置
27 冷却肋
28 侧表面
30 盖板
31 盖板
32 波纹管
33 可移动部件
34 传输垫
35 致动器
36 壁
37 第一风扇
38 壁
39 电子外壳的第一隔间
40 电子外壳的第二隔间
41 通道部分
42 通道部分
43 电子部件
44 底板
45 安装孔
46 半导体
47 通道部分的侧壁
48 板
49 空气引导翅片
50 夹具。

Claims (11)

1.用于感应功率传输垫(34)的固定部件(1)，包括
-电子部分(2)，其包括电子外壳(10)，
-用于感应功率传输垫(34)的可移动部件(33)的接收部分(3)，
-冷却通道(4)，其主要或单独穿过所述接收部分(3)并且具有第一端(11)和第二端(12)，所述第一端(11)和所述第二端(12)都连接到所述电子外壳(10)的内部，
-第一风扇(19；37)，其放置在
i)所述冷却通道(4)内或
ii)所述冷却通道(4)的第一端(11)处，或所述冷却通道(4)的第一端(11)下方，或
iii)在所述电子外壳(10)的内部，其中所述电子外壳被壁分成两个隔间(39、40)，并且所述第一风扇(37)以这样的方式放置：当所述第一风扇(37)工作时，空气从其中一个所述隔间(39)输送进入另一个隔间(40)，
其中，当所述风扇(19；37)工作时，来自所述电子外壳(10)的内部的空气进行传输通过所述冷却通道(4)，热量从空气传递到所述接收部分(3)的结构件(5)，使空气冷却，冷却后的空气被输送回所述外壳的内部。
2.根据权利要求1所述的固定部件，其中，所述冷却通道(4)在所述接收部分(3)内沿着所述接收部分(3)的外边缘(6、7、8)延伸。
3.根据权利要求1或2所述的固定部件，包括第二风扇(19)，其放置在所述冷却通道(4)内或在所述冷却通道(4)的第二端(12)处，或在所述冷却通道(4)的第二端(12)下方，其中所述第一风扇(19)的入口侧朝向所述电子外壳(10)的内部，所述第二风扇(19)的压力侧朝向所述电子外壳(10)的内部。
4.根据前述权利要求中任一项所述的固定部件，其中，所述冷却通道(4)包括与所述第一风扇(19)相邻的第一压缩部分(21)，和/或如果存在所述第二风扇(19)则包括与所述第二风扇(19)相邻的第二压缩部分(22)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的固定部件，其中，所述冷却通道(4)包括在所述冷却通道(4)的内部中的空气引导翅片(24)，其平行于所述冷却通道(4)的延伸方向。
6.根据前述权利要求中任一项所述的固定部件，其中，所述冷却通道(4)在所述第一和/或第二端(12)处包括具有空气引导翅片(24)的通道部分(17、18)，其中，所述部分位于所述电子部分(2)中并与所述电子部分的壁(34)接触。
7.根据前述权利要求中任一项所述的固定部件，其中，所述接收部分(3)包括在外侧上的冷却翅片(9)，其与所述冷却通道(4)相邻。
8.根据前述权利要求中任一项所述的固定部件，其中穿过所述接收部分(3)的所述冷却通道(4)的一部分整体地或部分地一体形成在所述接收部分(3)结构件(5)内。
9.根据前述权利要求中任一项所述的固定部件，其中穿过所述电子部件(2)的所述冷却通道(4)的一部分一体形成在所述电子部件的结构件(5)内。
10.感应功率传输垫(34)，特别是用于将感应功率传输到车辆的系统的传输垫，包括根据权利要求1-9中任一项所述的固定部件和可移动部件(33)。
11.一种从感应功率传输垫(34)的固定部件(1)的电子部分(2)散热的方法，所述方法包括：
-提供根据权利要求1-9中任一项所述的固定部件，或根据权利要求10所述的感应功率传输垫(34)，
-运行所述固定部件(1)内的风扇(19)，使得来自所述电子外壳(10)的内部的空气传输通过所述冷却通道(4)，热量从来自所述电子外壳(10)的空气中传递到所述接收部分(3)的结构件(5)，使空气冷却，冷却后的空气被输送回所述外壳的内部，热量进一步从所述结构件(5)消散到环境中。
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