CN1707707A

CN1707707A - 冷却的多相扼流圈组件

Info

Publication number: CN1707707A
Application number: CNA2005100781346A
Authority: CN
Inventors: M·塔尔亚; S·佩伊赫宁; S·瓦蒂埃宁
Original assignee: ABB Azipod Oy
Current assignee: ABB Oy; ABB Azipod Oy
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2005-06-13
Publication date: 2005-12-14
Also published as: FI117528B; EP1605476A2; US20050280489A1; US7330095B2; FI20045215A; EP1605476A3; FI20045215A0; BRPI0502415A

Abstract

一种冷却的多相扼流圈组件，其包括对于每一相(U、V、W)的第一线圈(L1、L2、L3)以及第一冷却元件(11)，每一第一线圈(L1、L2、L3)包括多绕圈的绕组，绕组的绕圈在每一线圈(L1、L2、L3)内限定出大致管状的通道。该第一冷却元件(11)在每一第一线圈(L1、L2、L3)的管状通道内延伸。

Description

冷却的多相扼流圈组件

技术领域

本发明涉及一种冷却的多相扼流圈组件。

背景技术

已知的是使用与逆变器例如变频器的逆变器连接的“输出扼流圈”。

变频器的输出扼流圈限制该变频器的输出电压的导数du/dt并且由此保护了由变频器供电的装置。如果由变频器供电的装置是电机，则输出扼流圈保护可保护电机的绕组局部放电并且限制电机中的轴承杂散电流，该电流是由变频器的脉冲形的三相输出电压形成的共模电压而产生的。

在高电流的变频器组件中，已知的是将开关并联连接以便获得所需的电流强度。因此，变频器的连接包括每一相的多个输出支路。

公开的专利申请WO 2004/019475 A1“Output choke arrangementfor inverter，and method in conjunction therewith”披露了一种逆变器的输出扼流圈组件，其中对于逆变器输出的一个相的每一支路设置有扼流线圈。该专利披露了一种组件，其中每一相包括三个以三角形对称布置的扼流线圈，在这种情况下，每一相的并联支路之间的磁耦合较小并且是对称的。在对于输出的每一相的支路设置有扼流线圈的结构中使得不同输出支路的开关部件的电流均衡并且有助于该部件的击穿控制。

输出扼流圈组件可被冷却以便排散由其中的损耗所产生的热量。已知的是，以这样一种方式将冷却元件定位在扼流线圈的侧，即，以便将冷却剂流从其第一轴向端引导到扼流线圈中且从其另一轴向端流出扼流线圈。冷却剂由此沿轴向流经扼流线圈。扼流线圈的轴向指的是大致平行在使用过程中在扼流圈内形成的磁通量的方向。

冷却的输出扼流圈组件的问题在于复杂性。对于每一扼流线圈而言，必须使得冷却元件设置有用于冷却剂的入口连接件和出口连接件。因此，在三相逆变器组件中，对于每一相设置有三个输出支路并且对于每一支路设置有一个扼流线圈，这样一共具有18个冷却连接件。这样的组件需要大量的空间，并且在制造上较复杂且昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扼流圈组件，以便克服以上的问题。借助本发明的独立权利要求所述的扼流圈组件，实现了本发明的以上目的。本发明的优选实施例在从属权利要求中限定。

本发明基于这样的构思，相同的冷却元件穿过扼流圈组件的每一相的第一线圈。本发明的扼流圈组件的优点在于其简化。另外，所制造成的本发明的扼流圈组件的外尺寸小于相应的已知的扼流圈组件的外尺寸。

附图说明

参照对优选实施例的下列描述并结合附图，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1示出了依据本发明的实施例的扼流圈组件以及与其连接的逆变器的开关组件；

图2示出了与图1所示的扼流圈组件的相连接的开关组件的连接示意图；

图3示出了依据本发明的第二实施例的扼流圈组件以及与其连接的逆变器的开关组件；和

图4示出了从轴向侧观察的在变频器的主体中的图3所示的扼流圈组件。

具体实施方式

图1示出了依据本发明的实施例的冷却的扼流圈组件以及与其连接的三相逆变器。该逆变器的每一相包括带有三个输出支路的开关组件。扼流圈组件的每一相包括三个扼流线圈，即该扼流圈组件一共包括9个分开的扼流线圈。每一相的扼流线圈以三角形对称地布置，以便扼流线圈的中心线平行定向并且位于与等边三角形的顶点处。

扼流圈组件还包括第一冷却元件11、第二冷却元件12、和第三冷却元件13。每一冷却元件线性延伸，并且它们彼此平行地延伸。在每一冷却元件的周围有三个扼流线圈。设置在某一冷却元件周围的扼流线圈彼此间隔开预定的轴向间距。在每一线圈内，绕组的绕圈限定出相应的冷却元件延伸的管状通道。

在第一冷却元件11周围具有第一相U的第一线圈L1、第二相V的第一线圈L2、第三相W的第一线圈L3。在第二冷却元件12周围具有第一相U的第二线圈L4、第二相V的第二线圈L5、第三相W的第二线圈L6。在第三冷却元件11周围具有第一相U的第三线圈L7、第二相V的第三线圈L8、第三相W的第三线圈L9。

定位在某一冷却元件周围的扼流线圈的中心线位于同一直线上。例如，扼流线圈L1、L2、L3的中心线位于同一直线上。

在图1中，扼流线圈的截面是圆形的，并且因此扼流线圈的中心线也是它们的对称轴。基于以上的限定，每一扼流线圈的中心线平行于线圈的轴向。

每一冷却元件11、12、13包括冷却剂通道，当扼流线圈在使用中时冷却剂在其中流动。冷却剂可以是液态或气态的。

当扼流线圈在使用中时，第一冷却剂流f1在第一冷却元件11内流动，第二冷却剂流f2在第二冷却元件12内流动，第三冷却剂流f3在第三冷却元件13内流动。对应于某一冷却元件的冷却剂流从该冷却元件的第一轴向端被引导到该冷却元件中并且从其另一轴向端流出冷却元件。

第一冷却元件的第一冷却剂流f1流经扼流线圈L1、L2、L3。相应地，第二冷却剂流f2流经扼流线圈L4、L5、L6，第三冷却剂流f3流经扼流线圈L7、L8、L9。

冷却元件11、12、13是扼流圈组件的冷却系统的一部分。每一冷却元件布置成借助设置在冷却元件的第一轴向端处的第一冷却剂连接件和设置在冷却元件的第二轴向端处的第二冷却剂连接件从而与冷却系统的其它部分连接。

图1所示的冷却的扼流圈组件布置成借助6个冷却剂连接件与冷却系统的其它部分连接。在相应的现有技术的扼流圈组件中，每一扼流线圈需要两个冷却剂连接件，即一共需要18个。

该扼流圈组件的冷却系统包括用于提供冷却剂流的泵。

在每一扼流线圈内具有相应的铁芯元件15。每一铁芯元件15设置在相应的冷却元件周围。不同扼流线圈的铁芯元件15彼此由空气间隙16分隔开，由此使得铁芯元件15之间的磁阻较高。

每一扼流线圈的第一端与逆变器的相应开关组件的相应输出支路连接。因此，第一相U的第一扼流线圈L1的第一端与逆变器的第一开关组件S1的第一输出支路U1连接，扼流线圈L4的第一端与第一开关组件S1的第二输出支路U2连接，扼流线圈L7的第一端与第一开关组件S1的第三输出支路U3连接。第二相V的扼流线圈L2、L5、L8相似地在其第一端处与逆变器的第二开关组件S2的第一输出支路V1、第二输出支路V2、第三输出支路V3连接，并且第三相W的扼流线圈L3、L6、L9相似地在其第一端处与逆变器的第三开关组件S3的第一输出支路W1、第二输出支路W2、第三输出支路W3连接。

每一相的扼流线圈的第二端彼此连接，因此扼流圈组件对于每一相仅包括一个输出。因此，第一相U的扼流线圈L1、L4、L7的第二端连接成便于形成对于第一相U的输出，第二相V的扼流线圈L2、L5、L8的第二端连接成便于形成对于第二相V的输出，第三相W的扼流线圈L3、L6、L9的第二端连接成便于形成对于第三相W的输出。

图2示出了与图1所示的扼流圈组件的第一相U连接的开关组件S1的连接示意图。开关组件S1包括三个并联开关对，同时地控制该开关对，以便提供所需的输出电流。第一开关对包括开关T1和T2，第二开关对包括开关T3和T4，第三开关对包括开关T5和T6。

每一开关与相应的零位二极管(zero diode)并联。零位二极管D1对应于开关T1，零位二极管D2对应于开关T2，等等。每一开关对在该开关对的开关之间的位置处的输出连接到开关组件的相应输出支路上。例如，在开关T1和T2之间的位置点与输出支路U1连接。

直流电压Udc供应给开关组件S1的输入端，并且该电压由开关部件T1-T6通过本领域技术人员完全已知的方式来逆变。开关部件T1-T6可以是例如IGBT三极管。开关组件S2、S3具有与开关组件S1相似的结构。

图3示出了依据本发明的另一实施例的扼流圈组件，该组件是图1所示的扼流圈组件的变型。图4示出了从轴向侧观察的在变频器的主体中的图3所示的扼流圈组件。在图3和4中相同的附图标记表示相同或相应的部件，但是图3和4中的附图标记具有符号“撇号”。结合图3和4，仅描述与图1和2所示的实施例不同的部件以及在图1和2所示的实施例中没有描述的部件。

图3所示的扼流圈组件与图1所示的扼流圈组件的不同在于扼流线圈的定位。此外，图3所示的扼流圈组件包括分隔壁20’。对于其它部件而言，图3所示的扼流圈组件的结构与图1所示的扼流圈组件的结构大致相应。

图4示出了从轴向侧观察的在变频器的主体30’内第一开关组件S1’的输出支路U1’、U2’、U3’的扼流线圈L1’、L4’、L7’的位置。为了简明，变频器的主体30’由具有长方形的线来表示。

扼流线圈L1’、L4’、L7’的中点由附图标记P1’、P4’、P7’来表示。每一扼流线圈的中心线穿过其中点。扼流线圈L1’、L4’、L7’布置成大致为L形，以便其中点P1’、P4’、P7’位于顶角为100度的等腰三角形的顶点处。在对应于该等腰三角形的顶角的顶点处，设置有扼流线圈L4’的中点P4’，并且由此在本文中该扼流线圈L4’被称为中点扼流线圈。

中点扼流线圈L4’在主体30’的拐角部处，并且外侧的扼流线圈L1’和L7’以这样的方式与其邻接，即，中点P1’、P4’之间的距离与中点P7’、P4’之间的距离一样大。扼流线圈L1’、L4’、L7’的截面大致是椭圆形，以便每一椭圆形的半轴在相应的扼流线圈的中点处开始。

每一外侧的扼流线圈如此定位，即，使得相应椭圆的长轴平行于靠近该扼流线圈的主体30’的壁。中点扼流线圈L4’如此定位，即，使得相应椭圆的长轴与对应于扼流线圈L1’的椭圆的长轴以及对应于扼流线圈L7’的椭圆的长轴成相同的角度。

对于空间利用而言，其中的每一开关组件S1’-S3’的输出支路的扼流线圈布置成L形的扼流圈组件比其中的扼流线圈布置成等边三角形的扼流圈组件的效率更高。等边三角形的形状在其周围形成不明确的浪费空间，浪费空间难以被利用，然而，L形的布置使得浪费空间明显减小。因此，其中布置有L形的扼流线圈的变频器的外尺寸比其中布置有等边三角形的扼流线圈的变频器的外尺寸更小。

其中的每一开关组件的输出支路的扼流线圈布置成L形的扼流圈组件不是完全对称的，即，磁效应不能彼此完全地补偿。在许多情况下，由L形布置实现的空间优点明显比由L形布置导致的较小的磁性不对称更有价值。

如果需要，可通过使得每一支路的扼流圈分隔开来减小L形布置的扼流圈组件的干涉。在图3和图4中，每一支路的扼流圈彼此由分隔壁元件20’分开。分隔壁元件20’布置成便于使定位在每一冷却元件周围的扼流线圈与定位在另一冷却元件周围的扼流线圈在磁性上分隔开。分隔壁元件20’由此在例如扼流线圈L1’与L4’以及扼流线圈L4’、L7’之间延伸。由于分隔壁元件20’，在每一相的平行支路之间的磁耦合非常小。

分隔壁元件20’布置成便于切断在其不同侧上的扼流线圈之间的磁通量，即减小扼流线圈的互感。分隔壁元件20’可以由例如钢制成。

扼流线圈还可布置成形式不同于图3和4所示的L形。例如，扼流线圈的中点位于顶角为80-105度的等腰三角形的顶点处。对应于中点扼流线圈的椭圆的长轴于对应于第一外侧扼流线圈的椭圆的长轴之间的角度与对应于中点扼流线圈的椭圆的长轴于对应于第二外侧扼流线圈的椭圆的长轴之间的角度不同，因此例如对应于中点扼流线圈的椭圆的长轴于与对应于任一个外侧扼流线圈的椭圆的长轴位于同一直线上。扼流线圈的中点位于其顶点上的三角形不必是等腰三角形。布置成L形的扼流线圈的截面不必是椭圆形，而且可以是圆形，这与图1所示的实施例相似。

本发明是参照每一相包括三个扼流线圈的三相扼流圈组件来描述的。然而，明显的是本发明还可应用于除了三相之外的多相的扼流圈组件或每一相具有多个扼流线圈的情况。

应当明白的是，本领域的技术人员可以在不超出本发明的范围内在实施例中进行各种修改。因此，本发明的范围不应限制为其中所述的具体准确细节和结构。

Claims

1.一种冷却的多相扼流圈组件，其包括对于每一相(U、V、W)的第一线圈(L1、L2、L3)以及第一冷却元件(11)，每一第一线圈(L1、L2、L3)以这样的方式包括多绕圈的绕组，即，绕组的绕圈在每一线圈(L1、L2、L3)内限定出大致管状的通道，其特征在于，该第一冷却元件(11)在每一第一线圈(L1、L2、L3)的管状通道内延伸。

2.如权利要求1所述的扼流圈组件，其特征在于，第一冷却元件(11)包括布置成便于接收流动冷却剂的冷却剂通道。

3.如权利要求2所述的扼流圈组件，其特征在于，第一冷却元件(11)以这样的方式布置，即，使得当该组件在使用中时，同一冷却剂流(f1)在每一第一线圈(L1、L2、L3)中流动。

4.如上述权利要求中任一项所述的扼流圈组件，其特征在于，第一冷却元件(11)布置成仅包括两个冷却剂连接件。

5.如上述权利要求中任一项所述的扼流圈组件，其特征在于，第一冷却元件(11)大致线性地延伸，由此使得第一线圈(L1、L2、L3)的中心线大致位于同一直线上。

6.如上述权利要求中任一项所述的扼流圈组件，其特征在于，该扼流圈组件还包括对于每一相(U、V、W)的第二线圈(L4、L5、L6)和第三线圈(L7、L8、L9)以及第二冷却元件(12)和第三冷却元件(13)，由此使得第二冷却元件(12)在第二线圈(L4、L5、L6)内延伸，第三冷却元件(13)在第三线圈(L7、L8、L9)内延伸。

7.如权利要求6所述的扼流圈组件，其特征在于，每一相(U)的第一线圈(L1)、第二线圈(L4)、第三线圈(L7)对称地布置，以便其中心线是平行的并且位于等边三角形的顶点处。

8.如权利要求6所述的扼流圈组件，其特征在于，每一相(U’)的第一线圈(L1’)、第二线圈(L4’)、第三线圈(L7’)以这样的方式布置，即，其中心线是平行的并且大致呈L形。

9.如权利要求8所述的扼流圈组件，其特征在于，每一相(U’)的第一线圈(L1’)、第二线圈(L4’)、第三线圈(L7’)以这样的方式布置，即，其中点(P1’、P4’、P7’)位于等腰三角形的顶点处。

10.如权利要求9所述的扼流圈组件，其特征在于，该等腰三角形的顶角为80-105度。

11.如上述权利要求8-10中任一项所述的扼流圈组件，其特征在于，每一扼流线圈(L1’、L4’、L7’)的截面是大致椭圆形的。

12.如上述权利要求8-11中任一项所述的扼流圈组件，其特征在于，该扼流圈组件还包括分隔装置(20’)，其以这样的方式布置成便于使得每一相(U’)的平行支路(U1’、U2’、U3’)的扼流线圈(L1’、L4’、L7’)分隔开，以便使得每一相的平行支路之间的磁耦合保持较小。

13.如上述权利要求6-12中任一项所述的扼流圈组件，其特征在于，每一相(U)的线圈(L1、L4、L7)的第二端彼此，由此使得该扼流圈组件对于每一相仅包括一个输出。

14.如上述权利要求中任一项所述的扼流圈组件，其特征在于，该扼流圈组件是三相扼流圈组件。