EP2294591B1

EP2294591B1 - Water-cooled reactor

Info

Publication number: EP2294591B1
Application number: EP09753402.8A
Authority: EP
Inventors: Alexander Stoev
Original assignee: Woodward IDS Switzerland AG
Current assignee: Woodward Switzerland GmbH
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2029-05-25
Also published as: US8462506B2; WO2009143643A1; CN102047357B; CH698904A2; CN102047357A; US20110075368A1; EP2294591A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Komponente (Drossel, Transformator) gemäss Patentanspruch 1, Verwendungen derselben gemäss den Patentansprüchen 9 und 10 sowie ein Verfahren gemäss Patentanspruch 11.The invention relates to an electromagnetic component (throttle, transformer) according to claim 1, uses thereof according to claims 9 and 10 and a method according to claim 11.

In stromrichtergespeisten Anlagen müssen für Glättungs- und Filterzwecke oft in erheblichem Umfang Drosseln eingesetzt werden, die hohe Verluste produzieren, schwierig zu kühlen sind und vergleichsweise hohe Gewichte und Volumina aufweisen. Dies ist besonders unangenehm, wenn solche Bauteile in Schränke eingebaut werden sollen.In rectifier-fed plants, throttles often have to be used for smoothing and filtering purposes which produce high losses, are difficult to cool and have comparatively high weights and volumes. This is particularly unpleasant when such components are to be installed in cabinets.

Im unteren industriellen Leistungsbereich bis etwa 1MW Anlagenleistung werden induktive Leistungskomponenten aus Aufwandgründen oft natürlich, d.h. mit Umgebungsluft gekühlt, darüber meist mit forcierter Luftumwälzung. Dabei wird Luft z.B. durch besondere in der Wicklung ausgesparte Luftkanäle gedrückt. Durch diese Massnahmen steigt das Drosselgewicht und Volumen an, sowie ungünstigerweise auch der Kupferbedarf. Eine gute spezifische Kühlwirkung kann ausserdem nur durch Erhöhen der Wicklungstemperatur erreicht werden, was für die Einbauumgebung sehr störend ist.In the lower industrial power range up to about 1MW plant power, inductive power components often become natural, for reasons of economy, i. cooled with ambient air, usually with forced air circulation. In this case, air is e.g. pressed by special in the winding recessed air channels. These measures increase the throttle weight and volume, and unfavorably also the copper demand. A good specific cooling effect can also be achieved only by increasing the winding temperature, which is very disturbing for the installation environment.

Induktive Bauteile für Mittelfrequenzbetrieb, z.B. Transformatoren für induktive Erwärmungsanlagen, die im kHz-Bereich arbeiten, erzeugen hohe Verluste, die praktisch nur mittels Wasserkühlung abzuführen sind. Hier ist Stand der Technik, die Wicklung aus Rohren oder speziellen Hohlleitern zu bilden, wobei diese Rohre von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden. Da diese Kühlflüssigkeit das elektrische Potential des umgebenden Leiters aufweist, muss sie isolierend sein, z.B. bei Verwendung von Wasser muss das Wasser entionisiert werden. Aufbau und Kühlung sind bei direkter Leiterkühlung aufwendig und werden bei konventionellen Industrieanlagen deshalb kaum eingesetzt.Inductive components for medium frequency operation, eg transformers for inductive heating systems, which work in the kHz range, generate high losses, which are dissipate practically only by means of water cooling. Here is state of the art to form the winding of tubes or special waveguides, these tubes are flowed through by a cooling liquid. Since this cooling liquid has the electrical potential of the surrounding conductor, it must be insulating, for example, when using water, the water must be deionized. Construction and cooling are costly in direct conductor cooling and therefore in conventional industrial plants hardly used.

Nach dem Patentdokument DE 10 57 219 ist ein Mittel- und Hochfrequenztransformator bekannt, der geteilte oder ungeteilte Scheibenwicklungen aufweist, wobei abwechselnd primäre und sekundäre Scheibenspulen übereinandergeschichtet vorliegen. Die Scheibenwicklungen sind nur teilweise direkt mit Wasser, Öl oder einem gasförmigen Kühlmittel gekühlt, während die Verlustwärme in den übrigen Teilen durch Wärmeleitung an die direkt gekühlten Teile abgeführt wird. Die Sekundärwicklung weist einen Kühlkanal auf, in dem das Kühlmittel fliesst. Ein Nachteil dieser Anordnung ist, dass das Kühlmittel in direktem Kontakt zur Cu-Wicklung ist, was unerwünscht ist und vermieden werden soll. Patentanmeldung US 4 485 289 A offenbart einen Transformator mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bauform bzw. eine Technologie für magnetische Komponenten und deren Kühlung vorzuschlagen, mit der Folgendes erreicht wird:

Erhebliche Reduktion von Gewicht und Volumen um mindestens einen Faktor zwei;
insbesondere eine Reduktion des spezifischen Kupferanteiles für die Wicklung;
freie Wahl des Kühlmittels insbesondere die Möglichkeit einer Brauchwasserkühlung;
Betrieb der Wicklungen bei Oberflächentemperaturen bis 100 °C, wodurch sich die Komponente für einen Schrankeinbau eignet.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung der Komponente anzugeben.After the patent document DE 10 57 219 For example, there is known a medium and high frequency transformer having split or undivided disc windings, alternately having primary and secondary disc coils stacked on top of one another. The disc windings are only partially cooled directly with water, oil or a gaseous coolant, while the heat loss in the remaining parts is dissipated by heat conduction to the directly cooled parts. The secondary winding has a cooling channel in which the coolant flows. A disadvantage of this arrangement is that the coolant is in direct contact with the Cu winding, which is undesirable and should be avoided. Patent application US 4,485,289 A discloses a transformer having the features of the preamble of claim 1. The object of the invention is to propose a design and technology for magnetic components and their cooling, which achieves the following:

Substantial reduction in weight and volume by at least a factor of two;
in particular a reduction of the specific copper content for the winding;
free choice of the coolant, in particular the possibility of hot water cooling;
Operation of the windings at surface temperatures up to 100 ° C, making the component suitable for cabinet installation.

Another object of the invention is to provide a method for producing the component.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Prinzip einer einfachen, einphasigen Drossel
Fig. 1A: Seitenansicht zu Fig. 1
Fig. 1B: Draufsicht zu Fig. 1
Fig. 2: wassergekühlte dreiphasig ausgeführte Filter-Drossel für eine Stromrichteranlage
Fig. 2A: Seitenansicht zu Fig. 2
Fig. 2B: Draufsicht zu Fig. 2
Fig. 3: Geometrie des Flachkühlers
Fig. 3A: Seitenansicht zu Fig. 3
Fig. 3B: Draufsicht zu Fig. 3
Fig. 4: Windungpaket mit 8 Scheibenspulen
Fig. 4A: Seitenansicht zu Fig. 4
Fig. 4B: Draufsicht zu Fig. 4
Fig. 5: Seitenansicht einer erfindungsgemässen Komponente mit wassergekühltem Eisenkern.

The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. Show it:

Fig. 1: Principle of a simple, single-phase choke
Fig. 1A: Side view too Fig. 1
Fig. 1B: Top view to Fig. 1
Fig. 2: Water-cooled three-phase filter choke for a converter system
Fig. 2A: Side view too Fig. 2
Fig. 2B: Top view to Fig. 2
Fig. 3: Geometry of the flat cooler
Fig. 3A: Side view too Fig. 3
Fig. 3B: Top view to Fig. 3
Fig. 4: Winding package with 8 disc coils
Fig. 4A: Side view too Fig. 4
Fig. 4B: Top view to Fig. 4
Fig. 5: Side view of an inventive component with water-cooled iron core.

Die Erfindung betrifft eine Bauform, bzw. eine Technologie für elektromagnetische Bauteile (Drosseln, Transformatoren), die aus einer oder mehreren scheibenförmigen Spulen bestehen mit unmittelbar anliegenden, elektrisch isolierten, plattenförmigen Kühlelementen, die von einem Kühlmedium durchströmt werden.The invention relates to a design, or a technology for electromagnetic components (chokes, transformers), which consist of one or more disc-shaped coils with directly adjacent, electrically insulated, plate-shaped cooling elements, which are flowed through by a cooling medium.

Fig. 1 zeigt das Prinzip einer einfachen, einphasigen Drossel. Eine solche Drossel 10 besteht aus einem Kernblech-Paket 1 mit zwei Schenkeln 2, 2' und 2 Jochen 3, 3'. Die Schenkel tragen z.B. je 2 Spulen 4, 4', die als einlagige Scheibenspulen ausgebildet sind, dazwischen direkt anliegend liegt ein speziell ausgebildeter, beidseitig wirkender Flachkühler 5. Die Einlagigkeit der Scheibenspule bewirkt, dass jede einzelne Windung der Wicklung direkt mit einer Kühlfläche in Verbindung steht. Ein doppelseitiger Kühler kann pro Schenkel somit stets 2 Scheibenspulen kühlen, was sich besonders vorteilhaft erwiesen hat. Fig. 1 shows the principle of a simple, single-phase choke. Such a throttle 10 consists of a core sheet package 1 with two legs 2, 2 'and 2 yokes 3, 3'. The legs carry, for example, each 2 coils 4, 4 ', which are formed as single-layer disc coils, directly in between is a specially designed, double-acting flat cooler 5. The Einlagigkeit the disc coil causes each turn of the winding directly with a cooling surface in combination stands. A double-sided cooler can thus always cool 2 disc coils per leg, which has proven to be particularly advantageous.

Fig. 1A und 1B zeigen die Seitenansicht und die Draufsicht zu Fig. 1. Erkennbar sind die Joche 3, 3', die Spulen 4, 4', der Flachkühler 5, sowie der Schenkel 2 in Fig. 1B. Fig. 1A and 1B show the side view and the top view Fig. 1 , Visible are the yokes 3, 3 ', the coils 4, 4', the flat cooler 5, and the leg 2 in Fig. 1B ,

Der Flachkühler 5 muss isolierend ausgeführt sein. Dafür kann ein Kühler in Voll-Kunststofftechnik verwendet werden, wobei das Kühlmedium bzw. die Kühlflüssigkeit vollkommen von Kunststoff umgeben ist und die anliegenden Windungen elektrisch isoliert werden. Möglich ist auch die Verwendung eines Metallkühlers, der mit einer Isolierschicht versehen ist. Der Flachkühler 5 kann als mehrschichtige Metall-Konstruktion mit innenliegender Kühlstruktur und aussenliegender Kunststoffisolation ausgebildet sein, wobei diese Kunststoffschicht den Kühler vollständig umschliesst. Als Metalle eignen sich Aluminium und Stahl sowie deren Legierungen besonders gut. Es hat sich überraschernder Weise gezeigt, dass die Verwendung von rostfreiem, nichtmagnetischem Stahl besonders vorteilhaft ist, da dadurch die schädlichen und unerwünschten Wirbelstromverluste im Vergleich zu Aluminium um einen Faktor grösser als 4 herabgesetzt werden.
Zur Verbesserung des Wärmeüberganges zwischen Spulenscheibe (Scheibenspule) und angrenzender Oberfläche des Flachkühlers wird eine thermisch leitende Kunststofffolie geringer Härte und nachgiebigen bzw. nachgebenden Eigenschaften von einigen Zehntel mm Dicke eingesetzt. Damit der Wärmetransport maximiert werden kann, müssen die Wärmekontaktflächen planparallel und mit genügend Druck kontaktiert werden. Die beteiligten elektrischen Leiter- und Kühlerisolationen müssen eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitiger Spannungsfestigkeit aufweisen. Diese Anforderungen können nurdurch sorgfältige Auswahl moderner Werkstoffe erfüllt werden, wie z.B. durch keramikgefüllte Polymere bzw. Kunststoffe allgemein.
Der Aufbau von Flachkühlern und Scheibenspulen weist in der Regel Luftspälte auf, in denen sich speziell ausgebildete Luftspalteinlagen befinden.The flat cooler 5 must be made insulating. For a cooler can be used in full-plastic technology, wherein the cooling medium or the cooling liquid is completely surrounded by plastic and the adjacent windings are electrically isolated. It is also possible to use a metal cooler, which is provided with an insulating layer. The flat cooler 5 may be formed as a multilayer metal construction with internal cooling structure and external plastic insulation, said plastic layer completely enclosing the radiator. As metals aluminum and steel as well as their alloys are particularly well suited. It has surprisingly been found that the use of stainless, Non-magnetic steel is particularly advantageous, since thereby the harmful and undesirable eddy current losses are reduced compared to aluminum by a factor greater than 4.
To improve the heat transfer between the coil disc (disk coil) and the adjacent surface of the flat cooler, a thermally conductive plastic film of low hardness and yielding properties of a few tenths mm thickness is used. In order to maximize the heat transfer, the heat contact surfaces must be contacted plane-parallel and with sufficient pressure. The electrical conductor and cooler insulations involved must have the highest possible thermal conductivity with simultaneous dielectric strength. These requirements can only be met by careful selection of modern materials, such as ceramic-filled polymers or plastics in general.
The construction of flat coolers and disc coils generally has air gaps, in which there are specially designed air gaps.

Die Spule kann auch mit der Kühleroberfläche elastisch und wärmeleitend verklebt werden.
Zur Verbesserung des Wärmetransportes von der Kühlflüssigkeit auf die Kühlfläche ist der Kühler inwendig zur Vergrösserung der Innenfläche strukturiert.The coil can also be glued to the radiator surface elastic and heat-conducting.
To improve the heat transfer from the cooling liquid to the cooling surface of the cooler is internally structured to increase the inner surface.

Die Anzahl der Flachkühler-Einheiten in einem Bauteil muss aus Aufwandsgründen möglichst niedrig gehalten werden. Im Beispiel gemäss Fig. 1 wird das dadurch erreicht, dass ein waagerecht durchgehender Flachkühler die Spulen beider Schenkel kühlt. Somit kühlt ein Kühler insgesamt 4 Spulen, in einer 3-phasigen Anordnung mit 3 Schenkeln sogar 6 Spulen. Damit werden externe Verbindungen und damit zusätzliches Anschlussmaterial für das Kühlmedium eingespart, da sich diese Verbindungen innerhalb des Flachkühlers befinden.The number of flat cooler units in a component must be kept as low as possible for reasons of expense. In the example according to Fig. 1 This is achieved in that a horizontally continuous flat cooler cools the coils of both legs. Thus, a cooler cools a total of 4 coils, in a 3-phase arrangement with 3 legs even 6 coils. This saves external connections and thus additional connection material for the cooling medium, since these connections are located inside the flat cooler.

Embodiment:

Fig. 2 zeigt eine wassergekühlte Filter-Drossel für eine Stromrichteranlage. Anhand einer 3-phasig ausgeführten, wassergekühlten Filter-Drossel für eine Stromrichteranlage im Leistungsbereich 2 MW wird eine Ausführung der erfindungsgemässen Drossel mit insgesamt 24 Teilspulen beschrieben, die auf 8 Ebenen angeordnet sind. Fig. 2 shows a water-cooled filter throttle for a power converter plant. Based on a 3-phase running, water-cooled filter choke for a converter plant in the power range 2 MW, an embodiment of the inventive throttle with a total of 24 coil sections is described, which are arranged on 8 levels.

Die Drossel besitzt einen Eisenkern mit 3 bewickelten Schenkeln 2, 2', 2". Jeder Schenkel besitzt in diesem Beispiel 8 einlagige Flachspulen 4, 4' (Scheiben). Zwischen jeweils 2 Spulenscheiben jedes Schenkels, die auf gleicher Einbauebene sitzen, ist ein Flachkühler 5 vorgesehen. Dieser Flachkühler ist somit 3-teilig und kühlt insgesamt 8 Spulen. Gesamthaft werden in dieser Anordnung 4 Flachkühler benötigt, wobei erfindungsgemäss jede einzelne Windung der gesamten Wicklung der Drossel mit einer Kühlerfläche in direktem Kontakt steht und so optimal gekühlt werden kann. Der gesamte Stapelaufbau wird über eine Pressvorrichtung 6 zusammengehalten, die den Anpressdruck zwischen Spulenscheiben und den Oberflächen der Flachkühler aufrecht erhält.
In diesem Beispiel sind alle Spulenscheiben, die zu einem Schenkel gehören, elektrisch in Serie geschaltet und werden somit vom gleichen elektrischen Strom durchflossen. Alternativ sind die Spulenscheiben parallel geschaltet. Die Kühlflüssigkeit wird dagegen zur Verbesserung der Kühlwirkung und zur Kleinhaltung des Druckabfalles über einen Wasserverteiler parallel in alle 4 Flachkühler ein- und ausgeleitet. Fig. 2A und 2B zeigen die Seitenansicht und die Draufsicht zu Fig. 2. Erkennbar sind die Einlauf- bzw. Auslaufstutzen 7, 7' des Kühlmediums sowie die elektrischen Anschlüssen 8, 8' für das erste Windungspaket der drei Phasen.The choke has an iron core with 3 wound legs 2, 2 ', 2 "Each leg has in this example 8 single-pancake coils 4, 4' (disks) .In each case 2 coil disks of each leg, which sit on the same installation plane, is a flat cooler 5. In this arrangement, four flat coolers are required, with each individual turn of the entire winding of the throttle being in direct contact with a cooler surface and thus optimally cooled entire stack structure is held together by a pressing device 6, which maintains the contact pressure between the coil disks and the surfaces of the flat cooler.
In this example, all the coil discs that belong to a leg, electrically connected in series and thus flows through the same electric current. Alternatively, the coil disks are connected in parallel. On the other hand, the cooling liquid is introduced and discharged in parallel into all four flat coolers via a water distributor in order to improve the cooling effect and keep the pressure drop small. FIGS. 2A and 2B show the side view and the top view Fig. 2 , Recognizable are the inlet and outlet nozzles 7, 7 'of the cooling medium and the electrical connections 8, 8' for the first winding packet of the three phases.

Fig. 3 zeigt die Geometrie des Flachkühlers. Die Form ist S-förmig und besitzt damit 3 Aussparungen A, womit sichergestellt wird, dass der Kühler infolge der transformatorischen Kopplung nicht als Kurzschlusswindung arbeitet. In diesen Aussparungen können zudem die Serieverbindungen zwischen der jeweils über und der unter dem Flachkühler 5 liegenden Spulenscheiben verlaufen.
Die Flachkühler bestehen aus mehreren zusammengeschweissten Aluminium- oder Stahlplatten, die zusammen eine Dicke von weniger als 8 mm haben. Die mittleren, wasserführenden Platten in diesem Lagenaufbau sind zur Vergrösserung der Wärmeübergangsfläche mittels Noppen strukturiert.
Aus isolationstechnischen Gründen sind die Kühlerplatten durchgehend, d.h. gesamtflächig mit einer Isolierschicht von einigen Zehntel mm überzogen. Das verwendete Isoliermaterial hat eine hohe Isolationsfestigkeit bei ausreichender Wärmeleitfähigkeit und mechanischer Druckfestigkeit. Zur Vergleichmässigung des Auflagedruckes der Spulen auf die Kühlflächen sind letztere mit einer speziellen, relativ weichen, wärmeleitenden Kunststofffolie belegt, die ebenfalls eine Dicke von einigen Zehntel mm aufweist. Fig. 3 shows the geometry of the flat cooler. The shape is S-shaped and thus has 3 recesses A, thus ensuring that the cooler does not work as a short-circuit winding due to the transformer coupling. In addition, in these recesses, the series connections between the respective above and below the flat cooler 5 coil discs can run.
The flat coolers consist of several welded together aluminum or steel plates, which together have a thickness of less than 8 mm. The middle, water-carrying plates in this layer structure are structured to increase the heat transfer surface by means of knobs.
For insulation reasons, the radiator plates are continuous, ie over the entire surface covered with an insulating layer of a few tenths of a mm. The insulating material used has a high insulation strength with sufficient thermal conductivity and mechanical pressure resistance. To equalize the contact pressure of the coils on the cooling surfaces latter with a special, relative soft, heat-conducting plastic film occupied, which also has a thickness of a few tenths of mm.

Fig. 3A und 3B zeigen die Seitenansicht und die Draufsicht zu Fig. 3. Erkennbar sind die Einlauf- bzw. Auslaufstutzen 9, 9' des Kühlmediums des Flachkühlers 5 sowie die Aussparungen A.
Die erwähnten 8 Spulen eines Schenkels können als Einzelspulen gewickelt werden und müssten dann alle einzeln - im Beispiel in Serie - geschaltet werden. Bei der ausgeführten Drossel wurden diese störenden Serieverbindungen durch eine spezielle Wickeltechnik vermieden. Dabei werden im Stapel übereinander liegende Spulen teilweise im Gegensinn gewickelt, wodurch jede zweite Serieverbindung ins Spuleninnere verlagert wird. Dadurch wird es möglich, die Serieverbindungen genau in die oben erwähnten Aussparungen des Flachkühlers zu legen.
Ein Flachkühler 5 kann mehrere Spulen 4, 4' einer Wicklungsanordnung tragen, z.B. jeweils 2 Spulen jeder Phase einer mehrphasigen Anordnung, wobei der Flachkühler durch die Formgebung und die Materialwahl so gestaltet ist, dass er möglichst geringe Wirbelstromverluste aufweist.
Vorteilhafterweise eignet sich als Flachkühlerisolation ein Kunststoff mit Füllung, wofür ein wärmeleitendes, isolierendes Metalloxid wie z.B. Aluminiumoxid oder ein Karbid zwischen 20 - 50% dem Kunststoff beigefügt wird.
Zur Verbesserung des Wärmeüberganges zwischen Spulenscheibe (Scheibenspule) und angrenzender Oberfläche des Flachkühlers kann eine thermisch leitende Kunststofffolie mit Dicken von 0,1 - 0,4 mm eingesetzt werden oder eine Verklebung mit einem wärmeleitenden Kleber. FIGS. 3A and 3B show the side view and the top view Fig. 3 , Recognizable are the inlet and outlet nozzles 9, 9 'of the cooling medium of the flat cooler 5 and the recesses A.
The mentioned 8 coils of a leg can be wound as single coils and then have to be switched individually - in the example in series -. With the choke executed these disturbing series connections were avoided by a special winding technique. In this case, stacked coils are partially wound in the opposite direction in the stack, whereby every second series connection is shifted into the coil interior. This makes it possible to place the series connections exactly in the above-mentioned recesses of the flat cooler.
A flat cooler 5 can carry a plurality of coils 4, 4 'of a winding arrangement, for example, each 2 coils of each phase of a multi-phase arrangement, wherein the flat cooler is designed by the shape and the choice of material so that it has the lowest possible eddy current losses.
Advantageously, as a flat cooler insulation is a plastic with filling, for which a thermally conductive, insulating metal oxide such as alumina or a carbide between 20 - 50% is added to the plastic.
To improve the heat transfer between the coil disc (disc coil) and adjacent surface of the flat cooler, a thermally conductive plastic film with thicknesses of 0.1 - 0.4 mm can be used or a bond with a thermally conductive adhesive.

Fig. 4 zeigt das Windungpaket 11 mit 8 Scheibenspulen. Fig. 4A und 4B die entsprechenden Seitenansicht bzw. Draufsicht. In Fig. 4A ist die einzelne Scheibenspule 4 mit ihrem nach aussen führenden Anschluss 12 dargestellt. Der innen liegende Anschluss 13 führt zur nächsten benachbarten Scheibenspule.
Die Scheibenspulen 4, 4' einer Phase bzw. eines Aufbaustapels werden so gewickelt, dass aussenliegende, im Bereich des Flachkühlers liegende Verbindungen vermieden werden und dass die innenliegenden Serieverbindungen 13 in die hierfür vorgesehenen Aussparungen der zugeordneten Kühlerplatte passen. Fig. 4 shows the winding package 11 with 8 disc coils. FIGS. 4A and 4B the corresponding side view and top view. In Fig. 4A the individual disc coil 4 is shown with its outwardly leading terminal 12. The inner terminal 13 leads to the next adjacent disc coil.
The disk coils 4, 4 'of a phase or a build-up stack are wound in such a way that external connections lying in the region of the flat cooler are avoided and that the internal series connections 13 fit into the recesses of the associated radiator plate provided for this purpose.

Die ausgeführte Drossel zeigt infolge der getroffenen Kühlmassnahmen sowohl eine Gewichtsreduktion, als auch eine Volumenreduktion um etwa Faktor 2,5 gegenüber einer forciert luftgekühlten Drossel gleicher Bauleistung und konventioneller Bauart mit röhrenförmiger Lagenwicklung.
Es ist grundsätzlich möglich, die erfindungsgemässe Kühlanordnung auch bei anderen elektromagnetischen Komponenten anzuwenden, wie etwa bei eisenlosen Drosseln und Transformatoren im Allgemeinen und im Besonderen bei Mittelfrequenztransformatoren.The executed throttle shows as a result of the cooling measures taken both a weight reduction, as well as a volume reduction by about a factor of 2.5 compared to a forced air-cooled throttle equal construction capacity and conventional design with tubular layer winding.
It is basically possible to apply the cooling arrangement according to the invention to other electromagnetic components, such as ironless chokes and transformers in general, and in particular to medium frequency transformers.

Fig. 5 zeigt die Seitenansicht einer erfindungsgemässen Komponente mit wassergekühltem Eisenkern. Erkennbar sind wiederum das aus einem Eisenkern bestehende Joch 3, die Scheibenspulen 4, 4' und der Flachkühler 5. Auf beiden Seiten des Joches 3 sind zwei Metallplatten 14, 14' vorzugsweise Aluminiumplatten angebracht, die jede endseitig aufgeschweisste Rohre 16, vorzugsweise Aluminiumrohre aufweist. Durch die Rohre 16 wird nun ebenfalls das Kühlmedium geleitet, wodurch der Eisenkern zusätzlich effizient gekühlt wird. Sinnvollerweise, aber nicht zwingend, handelt es sich um das gleiche Kühlmedium wie für die Scheibenspulen. Vorteilhafterweise, aber nicht zwingend wird das Kühlmedium zuerst durch die Scheibenspulen geführt und danach noch durch die Rohre 16. Durch eine derartige Kombination der Kühlung des Kupfers und des Eisens mit einem einzigen Kühlmedium ergibt sich ein überaus effizienter Kühlkreislauf bzw. eine überaus effiziente Kühlung der Komponente. Fig. 5 shows the side view of an inventive component with water-cooled iron core. On both sides of the yoke 3, two metal plates 14, 14 'preferably aluminum plates are attached, each end-welded tubes 16, preferably aluminum tubes has. Through the tubes 16, the cooling medium is now also passed, whereby the iron core is additionally cooled efficiently. Usefully, but not necessarily, it is the same cooling medium as for the disc coils. Advantageously, but not necessarily, the cooling medium is first passed through the disc coils and then through the tubes 16. Such a combination of cooling the copper and the iron with a single cooling medium results in a very efficient cooling circuit or an extremely efficient cooling of the component ,

Ein Verfahren zur Herstellung der Komponente zeichnet sich dadurch aus, dass der Flachkühler 5 mit der Scheibenspule 4 wärmeleitend verklebt wird. Dadurch bilden der Flachkühler und die Scheibenspule eine modulare Einheit.A method for producing the component is characterized in that the flat cooler 5 is glued to the disk coil 4 in a thermally conductive manner. As a result, the flat cooler and the disc coil form a modular unit.

Verwendungen finden derartige Komponenten in wassergekühlten Stromrichteranlagen und in Mittelfrequenzanlagen, insbesondere zur induktiven Erwärmung.Uses find such components in water-cooled power converter systems and in medium-frequency systems, in particular for inductive heating.

Claims

Liquid-cooled electromagnetic component, especially a choke or transformer, consisting of a plurality of disc-shaped coils with one or more windings and flat coolers located therebetween, wherein at least two disk coils (4, 4 ') are assigned to a flat cooler (5), wherein each disk coil has winding elements in form of windings of the coil, each of which is in direct thermal contact with the surfaces of the flat coolers via a heat-conducting insulating layer, wherein a cooling medium is provided for cooling, which is potential-isolated from the winding element by the insulating layer, and wherein the flat cooler (5) a multi-layer metal construction having an internal cooling structure and external plastic insulation is used, wherein said plastic layer completely surrounds the cooler, characterized in, characterized in that the metal structure consists of stainless, non-magnetic steel.
Component according to claim 1, characterized in that the plastic contains a filling which improves the thermal conductivity.
Component according to one of claims 1 - 2, characterized in that, in order to improve the heat transfer between the coil disk (disk coil) and adjoining surface of the flat cooler a thermally conductive plastic film of low hardness and yielding or yielding properties of a few tenths of a mm thickness is installed.
Component according to one of claims 1 - 3, characterized in that the disc coils (4, 4') of a winding arrangement are forced into close contact with the surfaces of the flat cooler by means of a mechanical pressing arrangement (6).
Component according to one of claims 1 - 4, characterized in that the disc coils (4, 4') are directly bonded to the radiator surface in a heat-conducting manner.
Component according to one of claims 1 - 5, characterized in that the disc coils (4, 4') of a phase or build-up stack are coiled in such a way that external connections lying in the region of the flat cooler are avoided and that the internal series connections (13) fit into the recesses of an associated radiator plate provided for this purpose.
Component according to one of claims 1 - 6, characterized in that a yoke (3) is surrounded by metal plates (14,14'), preferably aluminum plates, which have metal tubes welded at the ends (16), preferably aluminum tubes, and that the same or a different cooling medium is guided through the metal tubes, whereby an efficient cooling of copper and iron results.
Component according to claim 7, characterized in that the cooling medium passes initially through the flat cooler (5), and only thereafter the metal tubes (16).
Use of the component according to one of claims 1-8 in water-cooled converter systems.
Use of the component according to one of claims 1 -8 in medium-frequency systems, in particular for inductive heating.
Method for producing the component according to one of claims 1 - 8, characterized in that the flat cooler (5) is adhesively bonded in a heat-conducting manner to the disk coil (4) and in that a modular unit is thereby formed.