EP2801987A1 - Induktives Bauteil - Google Patents

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EP2801987A1
EP2801987A1 EP14167388.9A EP14167388A EP2801987A1 EP 2801987 A1 EP2801987 A1 EP 2801987A1 EP 14167388 A EP14167388 A EP 14167388A EP 2801987 A1 EP2801987 A1 EP 2801987A1
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EP
European Patent Office
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winding
inductive component
insulator
housing
heat
Prior art date
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Application number
EP14167388.9A
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English (en)
French (fr)
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EP2801987B1 (de
Inventor
Wilhelm KRÄMER
Christof Gulden
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Sts Spezial Transformatoren Stockach & Co KG GmbH
Sts Spezial-Transformatoren-Stockach & Co KG GmbH
Original Assignee
Sts Spezial Transformatoren Stockach & Co KG GmbH
Sts Spezial-Transformatoren-Stockach & Co KG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sts Spezial Transformatoren Stockach & Co KG GmbH, Sts Spezial-Transformatoren-Stockach & Co KG GmbH filed Critical Sts Spezial Transformatoren Stockach & Co KG GmbH
Publication of EP2801987A1 publication Critical patent/EP2801987A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2801987B1 publication Critical patent/EP2801987B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/02—Casings
    • H01F27/025—Constructional details relating to cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/22—Cooling by heat conduction through solid or powdered fillings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2876—Cooling

Definitions

  • the invention relates to an inductive component having at least one winding according to the preamble of patent claim 1.
  • Such an inductive component is designed as a throttle with a arranged on a magnetizable magnetic core winding, for example, from the DE 10 2011 082 045 A1 generic known.
  • a flat cooling element is provided which is thermally coupled to the surface of the winding facing away from the magnetic core and for this purpose, a heat-conducting electrical insulator in the form of an electrically insulating heat-conducting foil is provided between this cooling element and the winding. Since the winding has a rectangular cross-section as a single-layer winding, this heat-conducting foil rests on a flat surface of this rectangular shape of the winding and is covered by the plane cooling element in a surface-locking manner.
  • EP 1 772 877 B1 an inductive component in which flexible insulating films, in which heat-conductive ceramic or quartz powder-containing fillers are incorporated, are provided. However, there is only provided there to arrange the heat sheets between the primary and secondary windings and other windings or between metallic inner and outer parts of the inductive component.
  • the invention has for its object to provide an inductive component of the type mentioned, in which over the prior art significantly improved heat dissipation is achieved.
  • the lateral surface of the winding is at least partially, preferably completely frictionally surrounded by the insulator and this insulator in turn also surface-locking in contact with the housing, a large thermal contact surface between the winding and the housing formed as a cooling element is achieved, thereby realizing a very high cooling performance becomes.
  • the installation space of the inductive component is minimized by such an arrangement.
  • the insulator is tubular, in particular designed as a heat pipe, whereby a high heat flux from the winding via this heat pipe in the housing comes to a standstill.
  • the insulator can also be formed from one or more shells or shell elements.
  • the insulator is designed as wound around the at least one winding of a heat conducting foil winding.
  • the advantage of using a heat-conducting foil is that it is well adapted to the surface structure of the winding when the winding is wound to produce the coil, thereby realizing a low heat transfer resistance between the coil and the coil made of the heat-conducting foil.
  • the thermally conductive insulator is formed as a pre-bent element.
  • the housing is formed on the outside with cooling fins.
  • the heat dissipation from the winding is substantially improved, since the housing acts with these cooling fins as a heat sink.
  • Such ribs may also or additionally be provided inside the housing.
  • the housing according to the invention is advantageously formed with at least two, each interface surfaces having housing parts, these housing parts are formed with the interface surfaces such that the insulator between the at least one winding and the connected via the interface surfaces housing parts, in particular screwed, is pressed.
  • the at least one winding has a cylindrical shape and is circular, oval, stadion-shaped or approximately four- or polygonal in cross-section, which can thus be manufactured in a manner known per se.
  • the at least one winding is wound on an insulating tube as a bobbin. This is particularly useful when further development according to the one winding is arranged on a magnetic core.
  • This insulating tube may also be formed of a thermally conductive material.
  • Such a magnetic core may be formed according to an embodiment of the invention as a ferrite core, dust core, core corrugated or as consisting of several magnetic segments with intermediate insulating elements existing magnetic core. A combination of these materials is also possible.
  • the mentioned, at least one winding can be known to be formed from a flat wire, a tape roll, round wire or an HF strand.
  • a further embodiment of the invention provides that the insulator protrudes at one or both ends of the at least one winding, viewed in the axial direction of the winding.
  • necessary clearance and creepage distances to the housing of the inductive component can be safely met. It is expedient that these distances are filled by suitable potting material.
  • a further insulation element in particular an insulating film is arranged. This further improves the dielectric strength of the inductive component.
  • the thermally conductive insulator is preferably made of a silicone and polyurethane with ceramic and / or quartz filling and preferably has a Shore hardness in the range of about 70 to 80 for this purpose.
  • thermally conductive insulator can also be used a thermally conductive silicone or polyurethane film.
  • the inductive components 1 according to FIG. 1 represents in an exploded view a throttle with two arranged on a respective magnetic core 6.1 and 6.2 windings 2.1 and 2.2, which in turn are each wound on an insulating tube 5.1 and 5.2 as a bobbin.
  • the FIG. 2 shows this throttle 1 in the assembled state.
  • a hollow cylindrical insulator 4.1 and 4.2 is arranged in each case, wherein the inner lateral surfaces of these two insulators 4.1 and 4.2 to the outer contour, i. are surface-fit adapted to the lateral surfaces of the two windings 2.1 and 2.2 and preferably rest there.
  • these two insulators 4.1 and 4.2 can each be pushed onto the two windings 2.1 and 2.2 as a heat pipe.
  • a heat-conducting foil is used for the two insulators 4.1 and 4.2, which is wound directly onto the two windings 2.1 and 2.2 to form a coil.
  • a cooling element for this throttle 1 is composed of two housing parts 3.1 and 3.2 housing 3, which consists of a lower housing part 3.1 and a housing upper part 3.2.
  • the two housing parts 3.1 and 3.2 each have interface surfaces 3.5 and 3.6, via which the two housing parts 3.1 and 3.2 assembled and bolted together by means of screw connections 7.
  • the housing 3 has two cylindrical inner spaces, which are formed by an inner space 3.11 or 3.12 of the lower housing part 3.1 together with an inner space 3.21 or 3.22 of the upper housing part 3.2.
  • the inner contour of these two cylindrical inner spaces corresponds to the cylindrical outer contour of the two insulators 4.1 and 4.2, so that the inner lateral surfaces of the two inner spaces of the housing parts 3.1 and 3.2 lie on the lateral surfaces of the two windings 2.1 and 2.2 surface-locking, so they touch cylindrical.
  • the throttle 1 has two soft magnetic yokes 8.1 and 8.2 connecting the two magnetic cores 6.1 and 6.2. These two yokes 8.1 and 8.2 are each received by an insulation box 9.1 and 9.2, wherein these two insulation boxes 9.1 and 9.2 are each arranged on one end face of the housing 3 and connected to the same.
  • the front side, the throttle 1 is completed by means of an installation cover 10.1 and 10.2 by 11.1 and 11.2 with fixing screws the installation cover 10.1 and 10.2 are screwed together with the insulation boxes 9.1 and 9.2 with the housing 3.
  • Ferrite cores can be used as magnetic cores 6.1 and 6.2.
  • segmented magnetic cores 6.1 and 6.2 which are each composed of magnet segments 6.11 and 6.21 which are insulated from one another by means of insulating elements 6.12 and 6.22.
  • insulating elements 6.12 and 6.22 instead of or in addition to these insulation segments 6.12, 6.11 and permanent magnet segments can be used.
  • ferrite cores also powder cores, corrugated cores or a combination of these cores can be used.
  • FIG. 3 a further embodiment of an inductive component according to the invention.
  • This embodiment is largely similar to the inductive component of Fig. 1 , However, the in FIG. 1 used, tubular, thermally conductive insulators 4.1, 4.2 now replaced by thermally conductive insulators 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, which are cup-shaped, and as the sectional view of FIG. 4 shows, in each case enclose only the upper region and lower region of the windings 2.1, 2.2 and rest there.
  • each of the shell-shaped insulators 4.3, 4.4, 4.5 and 4.6 surrounds a winding 2.1, 2.2 by about 90 °.
  • other angles can also be provided, e.g. B. 60 ° to 120 °.
  • cup-shaped insulators 4.3, 4.4, 4.5 and 4.6 are again inserted between the housing 3.1 or 2 and the winding 2.1 and the winding 2.2 and the housing part 3.1 and 3.2 and preferably placed pressed via the above-mentioned screw.
  • a remaining, free space between the housing components 3.1, 3.2 and the windings 2.1, 2.2 or the aforementioned shell-shaped insulators 4.3, 4.4, 4.5 and 4.6 is expediently with a suitable material, preferably a cast resin, poured out.
  • This material is in the sectional view of FIG. 4 designated by the reference numeral 20.
  • This material is preferably designed as a thermally conductive material.
  • FIG. 5 is shown a further embodiment of an inductive component according to the invention.
  • This embodiment differs from the aforementioned embodiments in particular in that here a two-layer winding of the throttle is provided.
  • the already described two windings 2.1, 2.2 are provided within which there is a second layer of windings in the form of windings 2.3 and 2.4.
  • the winding 2.3 is located within the winding 2.1.
  • the winding 2.4 is located inside the winding 2.2.
  • the windings 2.3 and 2.4 are wound on the insulation tubes 5.1 and 5.2.
  • these insulating tubes 5.1 and 5.2 can likewise be designed as heat-conducting insulating tubes.
  • a tubular, heat-conducting insulator 4.7, 4.8 is arranged.
  • the two insulators 4.7 and 4.8 are arched, prefabricated insulation elements made of thermally conductive material, with wall sections over the entire length of the insulators 4.7, 4.8 overlapping slightly along the longitudinal extent of these tubular insulators 4.7, 4.8. This overlapping region is marked for the insulator 4.8 by the reference numeral 4.81.
  • tubular insulator 4.9 is placed between the windings 2.1 and 2.3. The same applies to the windings 2.2 and 2.4. There is also interposed a tubular insulator 4.10. The overlapping area is identified by the reference numeral 4.101.
  • FIG. 6 is the sectional view along the in Fig. 5 shown cutting plane shown.
  • the already known reference numerals are also used there. It is particularly good turn to see that the housing parts 3.1, 3.2 are surface-mounted with their inner walls against the insulators 4.7, 4.8 touching to achieve a good heat dissipation.
  • FIG. 5 and 6 only two coaxially arranged winding 2.1, 2.2 and 2.3, 2.4 are shown, the principle shown there can readily be applied to even more nested winding, z. For example, three, four, or more.
  • the insulators 4.1 ... 4.10 also - seen in the axial direction of the windings 2.1, 2.2 and 2.3, 2.4 - over the ends the windings can stand out a bit. This increases the required clearances and creepage distances and thus ultimately the flow resistance of the inductive component.
  • the heat-conducting insulators 4.1 ... 4.10 for example, silicone or polyurethane with ceramic filling or quartz filling can be used. In this case, this material should have a Shore hardness in the range of about 70 to 80. It is particularly favorable if this material has a thermal conductivity of approximately greater than or equal to 1.5 W / mK.
  • the thermally conductive insulator may be, for example, a suitably formed thermally conductive silicone or polyurethane film. Such a film must be wound. It is also advisable, in order to avoid the bending process, to provide a correspondingly preformed element as an insulator.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Insulating Of Coils (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

Induktives Bauteil (1) mit wenigstens einer Wicklung (2.1, 2.2), wobei die Wicklung (2.1, 2.2) über einen wärmeleitenden Isolator(4.1, 4.2) mit einem Kühlelement (3) wärmegekoppelt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Isolator (4.1, 4.2) mantelförmig die wenigstens eine Wicklung (2.1, 2.2) mindestens teilweise flächenschlüssig umschließend ausgebildet ist, und das Kühlelement als die wenigstens eine Wicklung (2.1, 2.2) aufnehmendes Gehäuse (3) mit einem Innenraum (3.11, 3.12, 3.21, 3.22) ausgebildet ist, wobei die Innenkontur des Innenraums (3.11, 3.12, 3.21, 3.22) des Gehäuses (3) der Außenkontur des Isolators (4.1, 4.2) angepasst ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein induktives Bauteil mit wenigstens einer Wicklung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ein solches induktives Bauteil ist als Drossel mit einer auf einem magnetisierbaren Magnetkern angeordneten Wicklung bspw. aus der DE 10 2011 082 045 A1 gattungsbildend bekannt. Zur effizienten Kühlung dieser bekannten Drossel ist ein ebenes Kühlelement vorgesehen, welches thermisch mit der von dem Magnetkern abgewandten Oberfläche der Wicklung gekoppelt ist und hierzu zwischen diesem Kühlelement und der Wicklung ein wärmeleitender elektrische Isolator in Form einer elektrisch isolierenden Wärmeleitfolie vorgesehen ist. Da die Wicklung als einlagige Wicklung einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, liegt diese Wärmeleitfolie auf einer ebenen Fläche dieser Rechteckform der Wicklung an und wird von dem ebenen Kühlelement flächenschlüssig abgedeckt.
  • Des Weiteren ist aus der EP 1 501 106 B1 eine Drossel mit einem segmentierten Magnetkern bekannt, welche mit einem Kühlkörper versehen werden kann, um eine möglichst große Leistungsdichte zu verwirklichen. Sowohl die Wicklung als auch der Magnetkern dieser bekannten Drossel bietet genügend "Angriffsfläche" für einen passiven Kühlkörper.
  • Des Weiteren beschreibt die EP 1 772 877 B1 ein induktives Bauteil, bei welchem flexible Isolierfolien, in die wärmeleitende keramische oder Quarzmehl enthaltende Füllstoffe eingearbeitet sind, vorgesehen werden. Allerdings ist dort lediglich vorgesehen, die Wärmefolien zwischen Primär- und Sekundärwicklung und anderen Wicklungen oder zwischen metallischen Innen- und Außenteilen des induktiven Bauteils anzuordnen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein induktives Bauteil der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbesserte Wärmeabfuhr erzielt wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein induktives Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Ein solches induktives Bauteil mit wenigstens einer Wicklung, wobei die Wicklung über einen wärmeleitenden Isolator mit einem Kühlelement wärmegekoppelt ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass
    • der Isolator mantelförmig die wenigstens eine Wicklung mindestens teilweise flächenschlüssig umschließend ausgebildet ist, und
    • das Kühlelement als die wenigstens eine Wicklung aufnehmendes Gehäuse mit einem Innenraum ausgebildet ist, wobei die Innenkontur des Innenraums des Gehäuses der Außenkontur des Isolators angepasst ist.
  • Da die Mantelfläche der Wicklung mindestens teilweise, vorzugsweise völlig flächenschlüssig von dem Isolator umgeben wird und dieser Isolator seinerseits ebenso flächenschlüssig in Kontakt mit dem Gehäuse steht, wird eine große Wärmekontaktfläche zwischen der Wicklung und dem als Kühlelement ausgebildeten Gehäuse erreicht, wodurch eine sehr hohe Kühlleistung realisiert wird. Gleichzeitig wird durch eine solche Anordnung der Bauraum des induktiven Bauteils minimiert.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Isolator rohrförmig, insbesondere als Wärmeleitrohr ausgebildet, wodurch ein hoher Wärmefluss aus der Wicklung über dieses Wärmeleitrohr in das Gehäuse zu Stande kommt. Der Isolator kann aber auch aus einer oder mehreren Schalen bzw. Schalenelementen gebildet sein.
  • Alternativ ist gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Isolator als um die wenigstens eine Wicklung aus einer Wärmeleitfolie angelegter Wickel ausgebildet ist. Der Vorteil der Verwendung einer Wärmeleitfolie besteht darin, dass diese beim Umwickeln der Wicklung zur Herstellung des Wickels sich gut an die Oberflächenstruktur der Wicklung anpasst und dadurch ein niedriger Wärmeübergangswiderstand zwischen der Wicklung und dem aus der Wärmeleitfolie hergestellten Wickel realisiert wird. Weiterhin ist es möglich, dass der wärmeleitende Isolator als vorgebogenes Element ausgebildet ist.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse außenseitig mit Kühlrippen ausgebildet. Damit wird die Wärmeabfuhr aus der Wicklung wesentlich verbessert, da das Gehäuse mit diesen Kühlrippen als Kühlkörper wirkt. Solche Rippen können aber auch oder zusätzlich im Inneren des Gehäuses vorgesehen sein.
  • Ferner ist in vorteilhafter Weise das Gehäuse erfindungsgemäß wenigstens mit zwei, jeweils Schnittstellenflächen aufweisende Gehäuseteile ausgebildet, wobei diese Gehäuseteile mit den Schnittstellenflächen derart ausgebildet sind, dass der Isolator zwischen der wenigstens einen Wicklung und den über die Schnittstellenflächen verbundenen Gehäuseteile, insbesondere verschraubt, verpresst wird. Durch diese Verpressung des Isolators zwischen der Wicklung und dem Gehäuse wird eine weitere Verbesserung der Wärmeabfuhr über das Gehäuse erreicht. Vorteilhafterweise ist weiterbildungsgemäß die wenigstens eine Wicklung zylinderförmig und im Querschnitt gesehen kreisförmig, oval, stadionsförmig oder annähernd vier- oder mehreckig ausgebildet, die sich somit in bekannterweise einfach herstellen lässt.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die wenigstens eine Wicklung auf einem Isolationsrohr als Spulenkörper gewickelt. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn weiterbildungsgemäß die eine Wicklung auf einem Magnetkern angeordnet ist. Dieses Isolationsrohr kann ebenfalls aus einem wärmeleitenden Material gebildet sein.
  • Ein solcher Magnetkern kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung als Ferritkern, Pulverkern, geblechter Kern oder als aus mehreren Magnetsegmenten mit dazwischenliegenden Isolationselementen bestehender Magnetkern ausgebildet sein. Eine Kombination aus diesen Materialien ist ebenfalls möglich.
  • Die erwähnte, wenigstens eine Wicklung kann bekanntermaßen aus einem Flachdraht, einem Bandwickel, Runddraht oder einer HF-Litze gebildet sein.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Isolator an einem oder beiden Enden der wenigstens einen Wicklung - in Axialrichtung der Wicklung gesehen - übersteht. Hierdurch können notwendige Luft- und Kriechstrecken zum Gehäuse des induktiven Bauteils sicher eingehalten werden. Dabei ist es zweckmäßig, dass diese Abstände durch geeignetes Vergießmaterial ausgefüllt sind.
  • In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem wärmeleitenden Isolator und dem Kühlelement ein weiteres Isolationselement, insbesondere eine Isolationsfolie angeordnet ist. Dies verbessert weiter die Durchschlagsfestigkeit des induktiven Bauteils.
  • Der wärmeleitende Isolator besteht vorzugsweise aus einem Silikon und Polyurethan mit Keramik- und/oder Quarzfüllung und weist hierfür vorzugsweise eine Shorehärte im Bereich von etwa 70 bis 80 auf. Als wärmeleitender Isolator kann auch eine thermisch leitende Silikon- oder Polyurethanfolie eingesetzt sein.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Drossel als induktives Bauteil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
    Figur 2
    eine Darstellung des induktiven Bauteils gemäß Figur 1 im zusammengebauten Zustand,
    Figur 3
    ein zweites Ausführungsbeispiel eines induktiven Bauteils in perspektivischer Explosionsdarstellung mit schalenförmig ausgebildeten, wärmeleitenden Isolatoren,
    Figur 4
    eine Schnittdarstellung des induktiven Bauteils von Figur 3 entlang der dort eingezeichneten Schnittebene,
    Figur 5
    ein weiteres Ausführungsbeispiel eines induktiven Bauteils in perspektivischer Explosionsdarstellung mit einer zweilagigen Wicklung, und
    Figur 6
    eine Schnittdarstellung des induktiven Bauteils von Fig. 5 entlang der dort eingezeichneten Schnittebene.
  • In den nachfolgenden Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen Teile mit gleicher Bedeutung, sofern nicht andersweitig angegeben.
  • Das induktive Bauelemente 1 nach Figur 1 stellt in einer Explosionsdarstellung eine Drossel mit zwei jeweils auf einem Magnetkern 6.1 und 6.2 angeordneten Wicklungen 2.1 und 2.2 dar, die ihrerseits jeweils auf einem Isolationsrohr 5.1 und 5.2 als Spulenkörper gewickelt sind. Die Figur 2 zeigt diese Drossel 1 im zusammengebauten Zustand.
  • Auf den Wicklungen 2.1 und 2.2 ist jeweils ein hohlzylinderförmiger Isolator 4.1 und 4.2 angeordnet, wobei die inneren Mantelflächen diese beiden Isolatoren 4.1 und 4.2 an die äußere Kontur, d.h. an die Mantelflächen der beiden Wicklungen 2.1 und 2.2 flächenschlüssig angepasst sind und vorzugsweise dort aufliegen.
  • So können diese beiden Isolatoren 4.1 und 4.2 jeweils als Wärmeleitrohr auf die beiden Wicklungen 2.1 und 2.2 aufgeschoben werden.
  • Alternativ wird für die beiden Isolatoren 4.1 und 4.2 eine Wärmeleitfolie verwendet, die direkt jeweils auf die beiden Wicklungen 2.1 und 2.2 unter Bildung eines Wickels aufgewickelt wird.
  • Als Kühlelement für diese Drossel 1 dient ein aus zwei Gehäuseteilen 3.1 und 3.2 zusammengesetztes Gehäuse 3, welches aus einem Gehäuseunterteil 3.1 und einem Gehäuseoberteil 3.2 besteht. Die beiden Gehäuseteile 3.1 und 3.2 weisen jeweils Schnittstellenflächen 3.5 bzw. 3.6 auf, über die die beiden Gehäuseteile 3.1 und 3.2 zusammengefügt und mittels Schraubenverbindungen 7 miteinander verschraubt werden. In diesem Zustand verfügt das Gehäuse 3 jeweils zwei zylinderförmige Innenräume, die von einem Innenraum 3.11 bzw. 3.12 des Gehäuseunterteils 3.1 zusammen mit einem Innenraum 3.21 bzw. 3.22 des Gehäuseoberteils 3.2 gebildet werden.
  • Die Innenkontur dieser beiden zylinderförmigen Innenräume entspricht der zylinderförmigen Außenkontur der beiden Isolatoren 4.1 und 4.2, so dass die inneren Mantelflächen der beiden Innenräume der Gehäuseteile 3.1 und 3.2 auf den Mantelflächen der beiden Wicklungen 2.1 und 2.2 flächenschlüssig anliegen, diese also zylinderförmig berühren.
  • Die Verschraubung der beiden Gehäuseteile 3.1 und 3.2 erfolgt über an dem Gehäuseoberteil 3.2 angeformten Flansche 3.7, die auf den Schnittstellenflächen 3.5 des Gehäuseunterteils 3.1 aufliegen, so dass die beiden Isolatoren 4.1 und 4.2 zwischen den beiden Wicklungen 2.1 und 2.2 und den beiden Gehäuseteilen 3.1 und 3.2 verpresst werden. Hierdurch wird die Wärmeleitung zwischen den beiden Wicklungen 2.1 und 2.2 und dem Gehäuse 3 verbessert. Eine verbesserte Kühlung der Drossel 1 wird auch dadurch erreicht, dass sowohl das Gehäuseunterteil 3.1 als auch das Gehäuseoberteil 3.2 mit Kühlflächen 3.3 bzw. 3.4 ausgestattet ist. Diese Kühlflächen 3.3, 3.4 können Kühlrippen aufweisen. Damit übernimmt dieses Gehäuse 3 auch die Funktion eines Kühlkörpers.
  • Gemäß Figur 1 weist die Drossel 1 zwei die beiden Magnetkerne 6.1 und 6.2 verbindende weichmagnetische Joche 8.1 und 8.2 auf. Diese beiden Joche 8.1 und 8.2 werden jeweils von einem Isolationskasten 9.1 und 9.2 aufgenommen, wobei diese beiden Isolationskästen 9.1 und 9.2 jeweils an einer Stirnseite des Gehäuses 3 angeordnet und mit demselben verbunden sind. Stirnseitig wird die Drossel 1 jeweils mittels eines Installationsdeckels 10.1 und 10.2 abgeschlossen, indem mit Fixierschrauben 11.1 und 11.2 die Installationsdeckel 10.1 und 10.2 zusammen mit den Isolationskästen 9.1 und 9.2 mit dem Gehäuse 3 verschraubt werden.
  • Als Magnetkerne 6.1 und 6.2 können Ferritkerne verwendet werden. Alternativ können segmentierte Magnetkerne 6.1 und 6.2 eingesetzt werden, die jeweils aus mittels Isolationselementen 6.12 bzw. 6.22 voneinander isolierten Magnetsegmenten 6.11 bzw. 6.21 zusammengesetzt sind. Anstelle oder zusätzlich an diesen Isolationssegmenten 6.12, 6.11 können auch Permanentmagnetsegmente eingesetzt werden. Neben Ferritkernen können auch Pulverkerne, geblechte Kerne oder eine Kombination aus diesen Kernen eingesetzt werden.
  • In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines induktiven Bauteils nach der Erfindung dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ähnelt weitgehend dem induktiven Bauteil von Fig. 1. Allerdings sind die in Figur 1 eingesetzten, rohrförmig ausgebildeten, wärmeleitenden Isolatoren 4.1, 4.2 jetzt durch wärmeleitende Isolatoren 4.3, 4.4, 4.5, 4.6 ersetzt, die schalenförmig ausgebildet sind, und wie die Schnittdarstellung von Figur 4 zeigt, jeweils nur den oberen Bereich und unteren Bereich der Wicklungen 2.1, 2.2 umschließen und dort aufliegen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umgreift jeder der schalenförmigen Isolatoren 4.3, 4.4, 4.5 und 4.6 eine Wicklung 2.1, 2.2 um etwa 90°. Andere Winkel können selbstverständlich ebenfalls vorgesehen werden, z. B. 60° bis 120°.
  • Wie besonders gut aus der Schnittdarstellung von Figur 4 ersichtlich, sind aber die schalenförmig ausgebildeten Isolatoren 4.3, 4.4, 4.5 und 4.6 wiederum zwischen dem Gehäuse 3.1 bzw. 2 und der Wicklung 2.1 und der Wicklung 2.2 und dem Gehäuseteil 3.1 und 3.2 eingesetzt und vorzugsweise über die oben bereits erwähnte Schraubverbindung verpresst platziert. Ein sich übriger, bildender Freiraum zwischen den Gehäusekomponenten 3.1, 3.2 und den Wicklungen 2.1, 2.2 bzw. den erwähnten schalenförmigen Isolatoren 4.3, 4.4, 4.5 und 4.6 ist zweckmäßigerweise mit einem geeigneten Material, vorzugsweise ein Gießharz, ausgegossen. Dieses Material ist in der Schnittdarstellung von Figur 4 mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet. Dieses Material ist vorzugsweise auch als wärmeleitendes Material gestaltet.
  • In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines induktiven Bauteils nach der Erfindung dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den vorgenannten Ausführungsbeispielen insbesondere dadurch, dass hier eine zweilagige Wicklung der Drossel vorgesehen ist. Hierfür sind die bereits beschriebenen beiden Wicklungen 2.1, 2.2 vorgesehen innerhalb der sich eine zweite Lage von Wicklungen in Form der Wicklungen 2.3 und 2.4 befindet. Die Wicklung 2.3 befindet sich innerhalb der Wicklung 2.1. Die Wicklung 2.4 befindet sich innerhalb der Wicklung 2.2. Die Wicklungen 2.3 und 2.4 sind auf die Isolationsrohre 5.1 und 5.2 aufgewickelt. Diese Isolationsrohre 5.1 und 5.2 können vorliegend, aber auch in den zuvor genannten Ausführungsbeispielen, ebenfalls als wärmeleitende Isolationsrohre ausgebildet sein.
  • Um die beiden Wicklungen 2.1, 2.2 ist wiederum ein rohrförmiger, wärmeleitender Isolator 4.7, 4.8 angeordnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den beiden Isolatoren 4.7 und 4.8 um gewölbte, vorgefertigte Isolationselemente aus wärmeleitendem Material, wobei sich entlang der Längserstreckung dieser rohrförmigen Isolatoren 4.7, 4.8 Wandungs-abschnitte über die gesamte Länge der Isolatoren 4.7, 4.8 etwas überlappen. Dieser überlappende Bereich ist für den Isolator 4.8 mit dem Bezugszeichen 4.81 markiert.
  • Zwischen den Wicklungen 2.1 und 2.3 ist ein ähnlich aufgebauter, rohrförmiger Isolator 4.9 platziert. Ähnliches gilt für die Wicklungen 2.2 und 2.4. Dort befindet sich ebenfalls zwischengelegt ein rohrförmiger Isolator 4.10. Der überlappende Bereich ist mit dem Bezugszeichen 4.101 gekennzeichnet.
  • In Figur 6 ist die Schnittdarstellung entlang der in Fig. 5 gezeigten Schnittebene dargestellt. Die bereits bekannten Bezugszeichen sind auch dort verwendet. Es ist besonders gut wiederum ersichtlich, dass die Gehäuseteile 3.1, 3.2 flächenschlüssig mit ihren Innenwandungen gegen die Isolatoren 4.7, 4.8 berührend angeordnet sind, um einen guten Wärmeabfluss zu erreichen.
  • Obwohl in Figur 5 und 6 nur zwei koaxial zueinander angeordnete Wickel 2.1, 2.2 bzw. 2.3, 2.4 dargestellt sind, kann das dort dargestellte Prinzip ohne Weiteres auf noch mehr ineinander angeordnete Wickel angewendet werden, z. B. drei, vier oder noch mehr.
  • Anzumerken ist in diesem Zusammenhang noch, dass es zweckmäßig ist, dass die Isolatoren 4.1 ... 4.10 auch - in Axialrichtung der Wicklungen 2.1, 2.2 bzw. 2.3, 2.4 gesehen - über die Enden der Wicklungen etwas hinausstehen können. Dies erhöht die erforderlichen Luft- und Kriechstrecken und damit letztlich die Durchlauffestigkeit des induktiven Bauteils.
  • Als Material für die wärmeleitenden Isolatoren 4.1 ... 4.10 kann beispielsweise Silikon oder Polyurethan mit Keramikfüllung oder Quarzfüllung eingesetzt werden. Dabei soll dieses Material eine Shorehärte im Bereich von etwa 70 bis 80 aufweisen. Besonders günstig ist es, wenn dieses Material eine thermische Leitfähigkeit von etwa größer gleich 1,5 W/mK hat. Der wärmeleitende Isolator kann beispielsweise eine entsprechend ausgebildete thermisch leitfähige Silikon- oder Polyurethanfolie sein. Eine solche Folie muss gewickelt werden. Es bietet sich auch an, um den Biegevorgang zu vermeiden, ein entsprechend vorgeformtes Element als Isolator zur Verfügung zu stellen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Induktives Bauteil, Drossel
    2.1
    Wicklung der Drossel 1
    2.2
    Wicklung der Drossel 1
    3
    Kühlelement, Gehäuse
    3.1
    Gehäuseteil, Gehäuseunterteil des Gehäuses 1
    3.11
    Innenraum des Gehäuseunterteils 3.1
    3.12
    Innenraum des Gehäuseunterteils 3.1
    3.2
    Gehäuseteil, Gehäuseoberteil des Gehäuses 1
    3.21
    Innenraum des Gehäuseoberteils des Gehäuses 1
    3.22
    Innenraum des Gehäuseoberteils des Gehäuses 1
    3.3
    Kühlfläche des Gehäuseunterteils 3.1
    3.4
    Kühlfläche des Gehäuseoberteils 3.2
    3.5
    Schnittstellenfläche des Gehäuseunterteils 3.1
    3.6
    Schnittstellenfläche des Gehäuseoberteils 3.2
    3.7
    Flansch des Gehäuseoberteils 3.2
    4.1
    Isolator, Wärmeleitrohr, Wickel der Wicklung 2.1
    4.2
    Isolator, Wärmeleitrohr, Wickel der Wicklung 2.2
    5.1
    Isolationsrohr der Wicklung 2.1
    5.2
    Situationsrohr der Wicklung 2.2
    6.1
    Magnetkern der Wicklung 2.1
    6.11
    Magnetsegment des Magnetkernes 6.1
    6.12
    Isolationselement des Magnetkernes 6.1
    6.2
    Magnetkern der Wicklung 2.2.
    6.21
    Magnetsegment des Magnetkernes 6.2
    6.22
    Isolationselement des Magnetkernes 6.2
    7
    Schraubverbindung
    8.1
    Joch der Magnetkerne 6.1 und 6.2
    8.2
    Joch der Magnetkerne 6.1 und 6.2
    9.1
    Isolationskasten der Drossel 1
    9.2
    Isolationskasten der Drossel 1
    10.1
    Isolationsdeckel der Drossel 1
    10.2
    Isolationsdeckel der Drossel 1
    11.1
    Fixierschrauben
    11.2
    Fixierschrauben
    20
    Material, Gießharz

Claims (17)

  1. Induktives Bauteil (1) mit wenigstens einer Wicklung (2.1, 2.2), wobei die Wicklung (2.1, 2.2) über einen wärmeleitenden Isolator(4.1, 4.2) mit einem Kühlelement (3) wärmegekoppelt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Isolator (4.1, 4.2) mantelförmig die wenigstens eine Wicklung (2.1, 2.2) mindestens teilweise flächenschlüssig umschließend ausgebildet ist, und
    - das Kühlelement als die wenigstens eine Wicklung (2.1, 2.2) aufnehmendes Gehäuse (3) mit einem Innenraum (3.11, 3.12, 3.21, 3.22) ausgebildet ist, wobei die Innenkontur des Innenraums (3.11, 3.12, 3.21, 3.22) des Gehäuses (3) der Außenkontur des Isolators (4.1, 4.2) angepasst ist.
  2. Induktives Bauteil (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator rohrförmig, insbesondere als Wärmeleitrohr (4.1, 4.2) ausgebildet ist.
  3. Induktives Bauteil (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator als um die wenigstens eine Wicklung (2.1, 2.2) aus einer Wärmeleitfolie angelegter Wickel (4.1, 4.2) ausgebildet ist.
  4. Induktives Bauteil (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (4) als Schale (4,3, 4.4, 4.5, 4.6) ausgebildet ist.
  5. Induktives Bauteil (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (4.1, 4.2) als gewölbtes, vorgefertigtes Element (4.7, 4.8) ausgebildet ist.
  6. Induktives Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) außenseitig mit Kühlrippen (3.3, 3.4) ausgebildet ist.
  7. Induktives Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Gehäuse (3) wenigstens mit zwei, jeweils Schnittstellenflächen (3.5, 3.6) aufweisende Gehäuseteile (3.1, 3.2) ausgebildet ist, und
    - die Gehäuseteile (3.1, 3.2) mit den Schnittstellenflächen (3.5, 3.6) derart ausgebildet sind, dass der Isolator (4.1, 4.2) zwischen der wenigstens einen Wicklung (2.1, 2.2) und den über die Schnittstellenflächen (3.5, 3.6) verbundenen Gehäuseteile (3.1, 3.2) verpresst, insbesondere verschraubt wird.
  8. Induktives Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wicklung (2.1, 2.2) insbesondere als Flachdraht, Bandwicklung, Runddraht oder HF-Litze vorzugsweise zylinderförmig, oval, stadionförmig oder mehreckig ausgebildet ist.
  9. Induktives Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wicklung (2.1, 2.2) auf einem Isolationsrohr (5.1, 5.2) gewickelt ist.
  10. Induktives Bauteil (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsrohr (5.1, 5.2) aus einem wärmeleitenden Material gebildet ist.
  11. Induktives Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wicklung (2.1, 2.2) auf einem Magnetkern (6.1, 6.2) angeordnet ist.
  12. Induktives Bauteil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (6.1, 6.2) ein Ferritkern, Pulverkern, geblechter Kern oder eine Kombination aus diesen Kernen ist.
  13. Induktives Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (6.1, 6.2) aus mehreren Magnetsegmenten (6.11, 6.21) mit dazwischenliegenden Isolationselementen (6.12, 6.22) aufgebaut ist.
  14. Induktives Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (4.1, 4.2) an einem oder beiden Enden der wenigstens einen Wicklung (2.1, 2.2) - in Axialrichtung der Wicklung (2.1, 2.2) gesehen - übersteht.
  15. Induktives Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem wärmeleitenden Isolator (4.1, 4.2) und dem Kühlelement (3) ein weiteres Isolationselement, insbesondere eine Isolationsfolie angeordnet ist.
  16. Induktives Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der wärmeleitende Isolator (4.1, 4.2) als thermisch leitfähige Silikonfolie oder Polyurethanfolie ausgebildet ist.
  17. Induktives Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der wärmeleitende Isolator (4.1, 4.2) aus einem Silikon oder Polyurethan mit Keramikfüllung besteht mit einer Shorehärte im Bereich von etwa 70 oder 80.
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