CN202905379U - 线圈冷却系统和液冷式线圈 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种冷却系统和液冷式线圈，该冷却系统包括至少三个与线圈关联设置的冷却元件和使冷却液循环通过冷却元件的冷却液流动路线，流动路线包括至少一个在冷却元件内形成的冷却通道，冷却通道具有供冷却液流入的第一开口和供冷却液流出的第二开口，冷却元件能够与线圈关联放置，使得冷却液的流动路线不形成围绕线圈或线圈中的单个导线的均一环路；而且冷却液的流动路线包括引导冷却液进入冷却通道的第一流管和引导冷却液离开冷却通道的第二流管、及旁路歧管，第一流管和第二流管被连接在旁路歧管中。上述冷却系统结构简单、尺寸小、质量小，并能够完全放置在线圈结构外有效地冷却线圈，且冷却液中不会感应出电压。

Description

线圈冷却系统和液冷式线圈

技术领域

本实用新型涉及一种用于冷却线圈的方法，在该方法中冷却元件与线圈关联地设置，冷却液被引导沿流动路线流经冷却元件。本实用新型还涉及一种借助液体循环来冷却线圈的冷却系统以及液冷式线圈。 

背景技术

例如变压器和扼流器之类的电感部件具有绝缘线圈，电流沿绝缘线圈流动。在线圈的中心可能有铁芯，或者线圈能具有空心。线圈的电阻引起线圈加热。尤其是在强电流电感部件中会产生非常大的热量。为了使线圈保持在指定的最佳工作温度范围，在使用期间需要使线圈冷却。 

已经开发出各种带有液体循环的冷却系统来冷却变压器和扼流器。从专利公布FI 118397B获知一种液冷式扼流器，该扼流器包括扼流器的芯和围绕芯的线圈。扼流器的芯被分成适合冷却剖面的至少两部分，一个或多个冷却液的行进路线经过冷却剖面。 

从专利公布US 6157282获知一种用于冷却变压器的方法和系统。按该方法形成线圈，一个或多个通道沿线圈的纵向穿过线圈延伸。这些通道的末端与一管连接以形成冷却液的封闭流动路线。流动路线能够具有用于冷却冷却液的热交换器。在该方案中，冷却通道在线圈内部形成，这使电感部件的结构复杂并使其配置困难。另外，冷却通道的冷却表面积小，因此冷却效果仍然低。 

专利公布EP 068055A1示出一种变压器，其中线圈的一些导线匝是空心的。线圈通过沿空心导线循环的冷却液来冷却。在该方案中，因冷却液中可能感应出电压，因此不能将导电液体用作冷却液。因此冷却系统中必须使用非导电液体，或者装置中必须配备有单独的用于冷却液的电压消除器（voltage remover，电压过滤器）。这两种可选方案均明显提高冷却系统的成本。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供用于冷却线圈的新方法、线圈冷却系统和液冷式线圈，借助本实用新型能够明显减少与现有技术有关的缺陷和瑕疵。 

本实用新型提供一种用于借助液体循环来冷却线圈的线圈冷却系统，其包括至少三个与所述线圈关联地设置的冷却元件和使冷却液循环通过所述冷却元件的用于冷却液的流动路线，所述流动路线包括至少一个在所述冷却元件内形成的冷却通道，所述冷却通道具有供冷却液流入的第一开口和供冷却液流出的第二开口，其中，所述冷却元件能够与待冷却的所述线圈关联地放置，使得冷却液的所述流动路线不形成围绕所述线圈或围绕所述线圈的单个导线的均一环路；而且所述用于冷却液的流动路线包括用于引导冷却液进入所述冷却通道的第一流管和用于引导冷却液离开所述冷却通道的第二流管以及旁路歧管，所述第一流管和所述第二流管被连接在所述旁路歧管中。 

本实用新型还提供一种液冷式线圈，其包括至少三个有液体循环的冷却元件和使冷却液循环通过所述冷却元件的用于冷却液的流动路线，所述流动路线包括至少一个在所述冷却元件内形成的冷却通道，所述冷却通道具有供冷却液流入的第一开口和供冷却液流出的第二开口，其中，冷却液的所述流动路线不形成围绕所述线圈或围绕所述线圈的单个导线的均一环路；而且所述用于冷却液的流动路线包括用于引导冷却液进入所述冷却通道的第一流管和用于引导冷却液离开所述冷却通道的第二流管以及及旁路歧管，所述第一流管和所述第二流管被连接在所述旁路歧管中。 

借助具备上述特征的线圈冷却系统和液冷式线圈，实现了本实用新型的上述目的。本实用新型还提供了如下所述的一些有利实施例。 

本实用新型涉及一种用于冷却线圈、例如扼流器或变压器之类的线圈的方法。在该方法中，至少三个冷却元件与线圈关联地设置，冷却液被引导沿流动路线流经冷却元件。流动路线包括至少一个在冷却元件内形成的冷却通道，该冷却通道具有供冷却液流入的第一开口和供冷却液流出的第二开口。因此，线圈中产生的热量通过传导而首先传递到冷却元件，然后向前传递到流经冷却元件的冷却液中。在该方法中，冷却元件与线圈关联地设置， 使得冷却液的流动路线不形成围绕线圈或围绕线圈的单个导线的均一环路。即使使用例如自来水的导电液体作为冷却液，冷却液中也不产生有效电压。 

在根据本实用新型的方法中使用了三个或更多个冷却元件，以便使线圈中的各部分均匀冷却。冷却元件有利地放置在线圈的周边上，使得相邻冷却元件之间的距离实质上相等。 

在根据本实用新型的方法的有利实施例中，至少一些冷却元件贴着线圈的外表面放置在线圈外。 

在根据本实用新型的方法的有利实施例中，至少一些冷却元件贴着线圈的内表面放置在线圈内。 

在根据本实用新型的方法的有利实施例中，至少一些冷却元件放置在线圈内，位于线圈的叠置的导线层或箔层之间。 

根据本实用新型的借助液体循环来冷却线圈的冷却系统包括至少三个与线圈关联地设置的冷却元件和使冷却液循环通过冷却元件的用于冷却液的流动路线。流动路线包括至少一个在冷却元件内形成的冷却通道，该冷却通道具有供冷却液流入的第一开口和供冷却液流出的第二开口。冷却系统的冷却元件能够与待冷却的线圈关联地放置，使得冷却液的流动路线不形成围绕线圈或围绕线圈的单个导线的均一环路。 

在根据本实用新型的冷却系统的有利实施例中，冷却通道的第一开口位于冷却元件的第一端表面，而冷却通道的第二开口位于冷却元件的第二端表面。冷却通道有利地是从冷却元件的第一端表面通向冷却元件的第二端表面的直孔。 

在根据本实用新型的冷却系统的有利实施例中，冷却元件包括至少两个冷却通道。冷却元件的冷却通道有利地实质上平行。 

在根据本实用新型的冷却系统的实施例中，冷却通道的第一开口和第二开口位于相同的端表面。 

在根据本实用新型的冷却系统的有利实施例中，冷却液的流动路线包括用于引导冷却液进入冷却通道的第一流管、用于引导冷却液离开冷却通道的第二流管以及旁路歧管，在旁路歧管中连接流管。 

在根据本实用新型的冷却系统的有利实施例中，冷却元件具有至少一个曲面式的第一面对表面（face surface），该第一面对表面能够贴着线圈的 内表面安放。 

冷却元件的第一面对表面的曲率半径典型地为25-500mm，有利地为50-250mm且特别有利地为150-200mm。冷却元件的宽度典型地为30-200mm。当选择第一面对表面的曲率半径时，使得其基本等于线圈的内表面的曲率半径，热量从线圈有效地传递到冷却元件。 

根据本实用新型的冷却系统的有利实施例具有至少一个曲面式的第二面对表面，该第二面对表面能够贴着线圈的外表面安放。冷却元件的第二面对表面的曲率半径典型地为25-500mm，有利地为50-250mm且特别有利地为150-200mm。 

冷却元件的两个面对表面均可为曲面。第一面对表面和第二面对表面的曲率半径能够等大或不同大小。这个实施例的冷却元件适合放置在线圈内，位于叠置的线圈线层或箔层之间。 

根据本实用新型的液冷式线圈包括至少三个有液体循环的冷却元件和使冷却液循环通过冷却元件的用于冷却液的流动路线。流动路线包括至少一个在冷却元件内形成的冷却通道，该冷却通道具有供冷却液流入的第一开口和供冷却液流出的第二开口。冷却液的流动路线不形成围绕线圈或围绕线圈的单个导线的均一环路。液冷式线圈有利地是扼流器或变压器的线圈。 

本实用新型的优点是，借助本实用新型，能够在线圈的总面积上有效地进行线圈的冷却。 

本实用新型的另一优点是，冷却液中不会感应出电压。因此，按照本实用新型，例如自来水之类的导电液体能被用作冷却液。 

根据本实用新型的冷却系统的优点是，结构简单、尺寸小而且质量小。尺寸和质量小使得该冷却系统能够用于不同的使用情况。 

根据本实用新型的冷却系统的另一优点是，能够完全放置在线圈结构外。因此，该冷却系统不需要线圈进行任何结构改变。 

附图说明

以下将详细描述本实用新型。在本说明书中引用了附图；在附图中： 

图1a示出从斜上方看到的根据本实用新型的冷却系统的示例； 

图1b示出沿线圈的纵轴的方向从上方看到的图1a的冷却系统； 

图1c示出从斜上方看到的图1a的冷却系统的单个冷却元件； 

图2a示出沿线圈的纵轴的方向从上方看到的根据本实用新型的冷却系统的有利实施例的示例； 

图2b示出沿线圈的纵轴的方向从上方看到的根据本实用新型的冷却系统的第二有利实施例的示例； 

图3a示出从前对角看到的根据本实用新型的冷却系统的冷却元件的有利实施例的示例； 

图3b示出从前对角看到的根据本实用新型的冷却系统的冷却元件的第二有利实施例的示例； 

图4a-4d示出与线圈关联地放置的冷却系统的冷却元件的一些有利实施例；以及 

图5示出从斜上方看到的根据本实用新型的冷却系统的冷却元件的示例。 

具体实施方式

图1a示出从斜上方看到的根据本实用新型的冷却系统的示例，图1b从上方示出该冷却系统的示例。待冷却的线圈100由一个或多个线圈线层或箔层构成，在这些线圈线层或箔层之间需要绝缘。线圈线层或箔层构成管状结构，此管状结构具有内表面120和外表面122。在线圈的中心具有开放的圆柱形空间，此空间可为铁氧体线圈芯。线圈的结构是现有技术中普遍公知的，所以在此将不再赘述。 

线圈周围有四个细长的冷却元件102。冷却元件绕线圈对称设置，使得它们的纵轴实质上平行线圈的纵轴。在图1中，冷却元件为横截面呈矩形的部件，即它们具有两个相对的面对表面（第一面对表面124和第二面对表面126）和两个相对的边缘表面（图1b）。冷却元件与线圈关联地放置，使得冷却元件的第一面对表面124贴着线圈的外表面122安放。因此，线圈中产生的热量能够借助传导从线圈传递到冷却元件。冷却通道104在冷却元件内延伸，该冷却通道起到冷却液的流动路线的作用（图1c）。 

每个冷却元件借助两个流管112a、112b连接到属于冷却系统的旁路歧管110。旁路歧管具有入口连接件114（冷却液沿入口连接件被引入旁路歧 管）和出口连接件116（来自冷却元件的被加热的冷却液通过出口连接件离开旁路歧管）。被加热的冷却液在热交换器中被冷却回到合适温度，热交换器能够附接到冷却系统，此后冷却液返回旁路歧管。热交换器不属于本实用新型的范围，所以在此不过多描述。 

图1c示出从斜上方看到的冷却系统的单个冷却元件。冷却通道104以开始于第一端表面118并结束于第一端表面的U形路线经过冷却元件内部。在冷却元件内，冷却通道靠近第二端表面。在冷却元件的第一端表面118（该端表面在图1c中指向上方）具有冷却通道的开口106a、106b，开口106a、106b连接流管的第二端。冷却通道的横截面形状被选择为，使得冷却通道对冷却液的流阻尽可能的小。冷却元件由某种导热良好的材料（例如铝之类）制造。因此，从冷却元件传导到线圈的热量容易从冷却元件向前传递到在冷却通道中流动的冷却液。 

图1所示的冷却元件具有一个冷却通道，冷却通道的两个开口均开在相同的端表面上。一个冷却元件也可具有若干个冷却通道，例如两个、三个或四个冷却通道，而且冷却通道的开口也可开在冷却元件的相对的端表面上。最简单地，冷却通道因此能够是从冷却元件的第一端表面通向冷却元件的第二端表面的直孔。第一流管因此连接到冷却通道的位于第一端表面的开口，第二流管连接到冷却通道的位于冷却通道的第二端表面的第二开口。 

冷却液通过入口连接件114被引到旁路歧管110，并从旁路歧管沿第一流管112a向前通过第一开口106a进入每个冷却元件。在冷却元件内，通过从冷却元件传导至冷却液来传热。任何合适的冷却液（例如自来水或水-乙二醇混合物之类）均可被用作系统中的冷却液。在本实用新型中，流管和冷却元件围绕线圈放置，使得冷却液的流动路线不形成围绕线圈100的任何单一导线的封闭环路。因此，即使例如自来水这样的导电液体被用作冷却液，冷却液在冷却系统中的循环也不会感应出有效电压。 

图2a示出沿线圈100的纵轴的方向从上方看到的根据本实用新型的冷却系统的有利实施例的示例。在本实用新型的这个有利实施例中，冷却元件102放置在线圈内，使得冷却元件的第二面对表面126贴着线圈的内表面120安放。以上表述中，“线圈内”的意思是由线圈的线层或箔层界定的在线圈的中心区内形成的空间。在本实施例中设有三个冷却元件，并且它们贴着线 圈的内表面按均匀间隔放置。流管112a、112b的第一端连接到旁路歧管110，第二端连接到冷却通道的位于冷却元件的第一端表面的开口。因此，冷却液通过线圈的第一端的开口流入位于线圈的内侧的冷却元件，并通过相同的开口从内部离开。冷却液未被引导至围绕线圈的任何单个导线进行循环。 

图2b示出沿线圈的纵轴的方向从上方看到的根据本实用新型的冷却系统的有利实施例。在本实施例中，冷却元件102与线圈100的制造相关联地被放置在线圈内，位于叠置的线圈线层或箔层之间。而且在本实施例中，离开旁路歧管的流管连接到冷却元件，使得冷却液的流动路线不绕线圈的任何单个导线发生循环（图中未示流管和旁路歧管）。 

图1a、图1b、图1c、图2a和图2b所示的冷却系统具有三个或四个冷却元件。然而，冷却元件的数量不限于这些数目，而是也可为其他数目。本实用新型中重要的是，借助本系统，有足够多的冷却元件来实现充分的冷却效果。因此，冷却元件的合适数量取决于线圈的冷却需要，而这除其他因素之外又取决于线圈的线匝数和经过线圈的电流量。因此，系统能够包括三个、四个、五个、六个、七个或八个冷却元件。通过测试已经发现，必须与线圈关联地设置至少三个冷却元件，以便实现充足有效并均匀分布的冷却效果。 

图3a示出冷却系统的单个冷却元件的有利实施例的示例。在本实施例中，冷却元件的第一面对表面124是曲面，而第二面对表面126是平的。第一面对表面具有曲率半径R1。冷却元件的这个有利实施例尤其适合用于冷却元件放置在线圈内的冷却系统，使得冷却元件的第一面对表面124贴着线圈的内表面120安放。当第一面对表面的曲率半径被选择为其实质上等于线圈的内表面的曲率半径r1时，热量从线圈有效传递到冷却元件内。 

图3b示出冷却系统的单个冷却元件102的第二有利实施例的示例。在本实施例中，冷却元件的第一面对表面124和第二面对表面126均为曲面。第一面对表面的曲率半径为R1，而第二面对表面的曲率半径为R2。曲率半径R1、R2可相等地大或大小不同。冷却元件的这个有利实施例尤其适合用于冷却元件放置在线圈外的冷却系统，使得冷却元件的第二面对表面贴着线圈的外表面安放。当第二面对表面的曲率半径R2被选择为其实质上等于线圈的外表面的曲率半径r2时，热量从线圈有效传递到冷却元件内。图3b所示的冷却元件还适合放置在线圈内，位于叠置的线圈线层或箔层之间。 

图4a-4c示出图3a和图3b所示冷却元件与不同线圈100关联地放置的某些实施例。在图中，线圈被显示为沿线圈的纵轴方向从端部观察。在图4a中，线圈100具有圆形横截面，其内表面的半径为r1。三个冷却元件102贴着线圈的内表面120放置，这三个冷却元件102的第一面对表面124为曲面。（冷却元件是）面对表面的曲率半径R1实质上等于（线圈的）内表面的曲率半径r1。 

在图4b中，线圈100具有椭圆形横截面。线圈具有壁段s，壁段s的曲率半径为r1。冷却元件102贴着线圈的这个壁段放置，冷却元件的第一面对表面的曲率半径R1实质上等于壁段s1的曲率半径r1。 

在图4c中，线圈100具有圆形横截面，其外表面122的曲率半径为r2。四个冷却元件102贴着线圈的外表面122放置，冷却元件的第二面对表面的曲率半径R2实质上等于线圈的外表面的曲率半径r2。 

图4d示出一个线圈；与该线圈的制造关联的四个冷却元件102安装在线圈100内，位于线圈的叠置的线层或箔层之间。这些冷却元件的两个面对表面均为曲面。 

图5示出从斜上方看到的根据本实用新型的冷却系统的单个冷却元件。冷却通道104开始于第一端表面118，并经过冷却元件102内结束于第二端表面119。在冷却元件的第一端表面118具有冷却通道的第一开口106a，冷却液通过第一开口106a进入冷却通道。在冷却元件的第二端表面具有第二开口106b，冷却液通过第二开口106b离开冷却通道。 

以上已经描述了根据本实用新型的方法、冷却系统和线圈的一些有利实施例。本实用新型不限于上述方案，而本实用新型的构思能够以许多方式应用。 

Claims (13)

1.一种用于借助液体循环来冷却线圈（100）的线圈冷却系统，所述线圈冷却系统包括至少三个与所述线圈关联地设置的冷却元件（102）和使冷却液循环通过所述冷却元件的用于冷却液的流动路线（110、112a、112b、104），所述流动路线包括至少一个在所述冷却元件内形成的冷却通道（104），所述冷却通道具有供冷却液流入的第一开口（106a）和供冷却液流出的第二开口（106b），其特征在于，所述冷却元件能够与待冷却的所述线圈关联地放置，使得冷却液的所述流动路线不形成围绕所述线圈或围绕所述线圈的单个导线的均一环路；而且所述用于冷却液的流动路线包括用于引导冷却液进入所述冷却通道（104）的第一流管（112a）和用于引导冷却液离开所述冷却通道的第二流管（112b）、及旁路歧管（110），所述第一流管和所述第二流管被连接在所述旁路歧管中。

2.根据权利要求1所述的线圈冷却系统，其特征在于，所述冷却通道（104）的所述第一开口（106a）位于所述冷却元件（102）的第一端表面（118），而所述冷却通道的所述第二开口（106b）位于所述冷却元件的第二端表面（119）。

3.根据权利要求2所述的线圈冷却系统，其特征在于，所述冷却通道（104）是从所述冷却元件（102）的所述第一端表面（118）通向所述冷却元件的所述第二端表面（119）的直孔。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的线圈冷却系统，其特征在于，所述冷却元件（102）包括至少两个冷却通道（104）。

5.根据权利要求4所述的线圈冷却系统，其特征在于，所述冷却元件（102）的所述冷却通道（104）实质上平行。

6.根据权利要求1所述的线圈冷却系统，其特征在于，所述冷却通道（104）的所述第一开口（106a）和所述第二开口（106b）位于相同的端表面。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的线圈冷却系统，其特征在于，所述冷却元件具有至少一个曲面式的第一面对表面（124），所述第一面对表面能够贴着所述线圈（100）的内表面安放。 

8.根据权利要求1至3中任一项所述的线圈冷却系统，其特征在于，所述冷却元件具有至少一个曲面式的第二面对表面（126），所述第二面对表面能够贴着所述线圈（100）的外表面安放。

9.一种液冷式线圈（100），所述线圈包括至少三个有液体循环的冷却元件（102）和使冷却液循环通过所述冷却元件的用于冷却液的流动路线（110、112a、112b、104），所述流动路线包括至少一个在所述冷却元件内形成的冷却通道（104），所述冷却通道具有供冷却液流入的第一开口（106a）和供冷却液流出的第二开口（106b），其特征在于，冷却液的所述流动路线不形成围绕所述线圈或围绕所述线圈的单个导线的均一环路；而且所述用于冷却液的流动路线包括用于引导冷却液进入所述冷却通道（104）的第一流管（112a）和用于引导冷却液离开所述冷却通道的第二流管（112b）、及旁路歧管（110），所述第一流管和所述第二流管被连接在所述旁路歧管中。

10.根据权利要求9所述的液冷式线圈（100），其特征在于，所述线圈具有内表面（120），而且至少一些所述冷却元件（102）贴着所述线圈的所述内表面放置在所述线圈内。

11.根据权利要求9或10所述的液冷式线圈（100），其特征在于，所述线圈具有外表面（122），而且至少一些所述冷却元件（102）贴着所述线圈的所述外表面放置在所述线圈外。

12.根据权利要求9或10所述的液冷式线圈（100），其特征在于，至少一些所述冷却元件（102）放置在所述线圈内，位于所述线圈的叠置的导线层或箔层之间。

13.根据权利要求9或10所述的液冷式线圈，其特征在于，所述液冷式线圈是扼流器或变压器的线圈。 

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