EP3301694A1

EP3301694A1 - Kühlung von induktiven bauelementen

Info

Publication number: EP3301694A1
Application number: EP16191437.9A
Authority: EP
Inventors: Ludwig Kraus
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2018-04-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Eisenkern (1) für ein induktives Bauelement, wobei der Eisenkern (1) eine Vielzahl von parallel angeordneten Eisenblechen (2) umfasst, wobei der Eisenkern zumindest abschnittsweise mit mindestens einer Wicklung (8) umwickelt ist. Zur Verbesserung der Kühlwirkung wird vorgeschlagen, die Eisenbleche (2) in mindestens zwei Teilpaketen (3) anzuordnen, wobei die Eisenbleche (2) der jeweiligen Teilpakete (3) geschichtet angeordnet sind, wobei die unterschiedlichen Teilpakete zueinander einen Abstand aufweisen, wobei durch den Abstand ein Zwischenraum (4) zwischen den Teilpaketen (3) ausgebildet wird, wobei der Zwischenraum (4) von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Weiter betrifft die Erfindung eine Drossel (7) und einen Transformator mit einem solchen Eisenkern (1). Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kühlen eines solchen Eisenkerns wobei mittels eines Mittels zur Erzeugung einer Kühlmittelströmung, insbesondere mittels eines Lüfters oder einer Kühlmittelpumpe, eine Strömung des Kühlmittels in dem Zwischenraum (4) erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Eisenkern für ein induktives Bauelement, wobei der Eisenkern eine Vielzahl von parallel angeordneten Eisenblechen umfasst, wobei der Eisenkern zumindest abschnittsweise mit mindestens einer Wicklung umwickelt ist. Die Erfindung betrifft weiter eine Drossel, einen Transformator und einen Pulswechselrichter mit einem solchen Eisenkern. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kühlen eines solchen Eisenkerns.
Induktive Bauelemente, auch als Induktivitäten bezeichnet. Die Gruppe dieser Bauelemente umfasst Bauelemente, die einen magnetischen Fluss erzeugen. Eine Vielzahl dieser Bauelemente führt diesen magnetischen Fluss in einem Eisenkern. Der Eisenkern ist aus einem magnetisch gut leitenden Material wie beispielsweise einem Ferrit aufgebaut. Der Eisenkern umfasst dabei häufig Joche und Schenkel. Um den magnetischen Fluss innerhalb des Eisenkerns zu erzeugen, werden Wicklungen um den Eisenkern angeordnet. Mit Hilfe des Magnetfeldes, d.h. dem magnetischen Fluss, ist es auch möglich, Energie zwischen unterschiedlichen Wicklungen oder auch Teilen von Wicklungen auszutauschen. Dieses Prinzip nutzen beispielsweise Transformatoren.
Induktivitäten werden insbesondere dann benötigt, wenn Spannungsquellen mit unterschiedlichen Augenblickswerten elektrisch verbunden werden sollen. Dies trifft beispielsweise zu, wenn mit Hilfe von Pulswechselrichtern, auch als Stromrichter bezeichnet, Leistung aus einem Energieversorgungsnetz bezogen oder in dieses Netz eingespeist werden soll.
Pulswechselrichter erzeugen dabei annähernd rechteckförmige Spannungen, bei denen sich lediglich der zeitliche Mittelwert kontinuierlich verstellen lässt, während die Netzspannung stetig (meist annähernd sinusförmig) verläuft. Als Induktivität werden meist Drosseln eingesetzt, die einen oder mehrere stromdurchflossenen Wicklungen auf einem ferromagnetischen Kern aufweisen.
Im Betrieb entstehen in der Wicklung bzw. den Wicklungen und in dem Kern Verluste, die an ein Kühlmittel, meist Luft, abgeführt werden müssen, damit die maximal zulässige Temperatur der verwendeten Materialien, wie zum Beispiel der elektrischen Isolierung der Wicklung, nicht überschritten wird. Amplitude und Frequenz des Stromes sind die dominanten Größen für die Verluste einer Drossel. Diese müssen abgeführt werden und bestimmen damit maßgeblich die Größe der Drossel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein induktives Bauelement hinsichtlich seiner Kühlung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch einen Eisenkern für ein induktives Bauelement gelöst, wobei der Eisenkern eine Vielzahl von parallel angeordneten Eisenblechen umfasst, wobei der Eisenkern zumindest abschnittsweise mit mindestens einer Wicklung umwickelt ist, wobei die Eisenbleche in mindestens zwei Teilpaketen angeordnet sind, wobei die Eisenbleche der jeweiligen Teilpakete geschichtet angeordnet sind, wobei die unterschiedlichen Teilpakete zueinander einen Abstand aufweisen, wobei durch den Abstand ein Zwischenraum zwischen den Teilpaketen ausgebildet wird, wobei der Zwischenraum von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Ferner wird die Aufgabe durch eine Drossel oder einem Transformator mit einem solchen Eisenkern gelöst. Weiter wird die Aufgabe durch Pulswechselrichter mit einem solchen Eisenkern oder mit einer solchen Drossel oder mit einem solchen Transformator gelöst, wobei der Stromrichter ein Mittel zur Erzeugung einer Kühlmittelströmung, insbesondere einen Lüfter oder eine Kühlmittelpumpe, aufweist. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Kühlen eines solchen Eisenkerns oder einer solchen Drossel oder eines solchen Transformators gelöst, wobei mittels eines Mittels zur Erzeugung einer Kühlmittelströmung, insbesondere mittels eines Lüfters oder einer Kühlmittelpumpe, eine Strömung des Kühlmittels in dem Zwischenraum erzeugt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Kühlung eines induktiven Bauelements durch eine Veränderung des Eisenkerns verbessern lässt. Ein Hauptaspekt liegt dabei darauf, dem Magnetkreis, der durch den Eisenkern gebildet wird, eines induktiven Bauteils eine größere Oberfläche zu geben, sodass die im Volumen entstehenden Verluste leichter an ein Kühlmittel abgegeben werden können. Besonders vorteilhaft wirkt sich die Erfindung bei zunehmender Größe induktiver Bauteile aus, weil ansonsten die Verlustleistung mit dem Volumen stärker wächst als die Oberfläche zur Abgabe dieser Verlustleistung an ein Kühlmittel.
Dabei wird das Blechpaket des Eisenkerns in mehrere Teilpakete aufgeteilt. Die Teilpakete werden in einem Abstand zueinander angeordnet. Der durch den Abstand gebildete Zwischenraum bzw. die gebildeten Zwischenräume zwischen den Teilpaketen werden von Kühlmittel durchströmt. Dabei kann es sich um ein gasförmiges Kühlmedium wie beispielsweise Luft handeln, welches mittels eines Lüfters in Strömung versetzt wird. Alternativ kann als Kühlmittel auch eine Kühlflüssigkeit zum Einsatz kommen, die mit Hilfe einer Kühlmittelpumpe in Zirkulation und damit in eine Strömung versetzt wird. Dabei kann das Kühlmittel direkt entlang der Teilpakete strömen oder es kann ein Kühlkörper, insbesondere ein Flüssigkeitskühlkörper oder ein Luftkühlkörper, zwischen den Teilpaketen angeordnet werden. Mit diesem Aufbau bleibt der magnetisch wirksame Kernquerschnitt erhalten, während sich die für die Kühlung maßgebliche Oberfläche deutlich erhöht.
Durch die signifikante Vergrößerung der Oberfläche, über die die Eisenverluste abgegeben werden, können Menge und/oder Geschwindigkeit des benötigten Kühlmediums, insbesondere Kühlluft deutlich reduziert werden. Die für die Erzeugung einer Strömung des Kühlmediums notwendige Leistung reduziert sich also. Ebenso ist es möglich, die Kühlung derart zu vereinfachen, dass in Fällen, in denen früher eine Flüssigkeitskühlung erforderlich war, nun auch eine weniger leistungsfähige Kühlung mit Luft ausreichend ist.
Durch die verbesserte Kühlung sind höhere Flussdichten (d.h. Ströme) und/oder Frequenzen in der Wicklung möglich. Nicht nur die Verluste des Kerns können besser abgeführt werden, auch die Verluste der Wicklung können durch die vorhandenen Zwischenräume im Kern besser an das Kühlmedium abgegeben werden. Dadurch entsteht eine bessere Kühlung, die bei gleicher Temperatur eine höhere Belastung durch größere Ströme oder höhere Frequenzen ermöglicht.
Der Weg zwischen dem heißesten Punkt im Inneren des Teilpaketes und dessen Oberfläche wird kürzer. Dadurch reduziert sich die maximal auftretende Temperatur innerhalb des Eisenkerns. Ebenso kann bei vorgegebener Maximaltemperatur im Eisenkern eine höhere Temperatur an der Oberfläche des Teilpakets erreicht werden. Mit dieser höheren Temperatur kann die Wärme besser an das Kühlmedium abgegeben werden. Die Kühlwirkung steigt damit und es lassen sich höhere Ströme und/oder Frequenzen in der Wicklung erzielen. Ebenso können damit hohe elektrische Leistungen bei geringer Baugröße und geringem Gewicht realisiert werden.
Diese Effekte können insbesondere für Drosseln und Transformatoren genutzt werden, die im Betrieb ein magnetisches Feld im Innern ihres Eisenkerns erzeugen. Bei der Herstellung von Pulswechselrichter steht oftmals nur ein geringer Bauraum zur Verfügung. Der Einsatz von Drosseln bzw. Transformatoren mit einem erfindungsgemäßen Eisenkern ist dann besonders vorteilhaft, da entsprechend kleine Drosseln und Transformatoren eingesetzt werden können, die aufgrund der guten Kühleigenschaften nicht überlastet werden. Darüber hinaus nimmt auch der Aufwand für die Kühlung ab. Dadurch lässt sich auch Gewicht sparen, so dass das Gehäuse des Stromrichters entsprechend einfacher konstruiert werden kann. Ebenso ist ein Austausch von Komponenten im Wartungsfall bei geringem Gewicht deutlich einfacher möglich.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Zwischenraum ein Kühlkörper, insbesondere ein Flüssigkeitskühlkörper, angeordnet. Der Kühlkörper kann so ausgestaltet sein, dass er die wirksame Oberfläche weiter vergrößert. Bei einem Kühlkörper für das Kühlmedium Luft kann dies beispielsweise durch Kühlrippen geschehen. Damit kann die Kühlleistung noch weiter gesteigert werden. Ebenso ist die Verwendung eines Flüssigkeitskühlkörpers möglich. Mit diesem und weiteren Verbindungsteilen wie Schläuchen wird ein definierter Kühlmittelkreislauf erzeugt. In diesem Kühlkreislauf kann die Kühlflüssigkeit beispielsweise von einer Pumpe in Zirkulation versetzt zirkulieren und von dem Eisenkern und/oder der Wicklung Wärme aufnehmen und an die Umgebung, beispielsweise mittels eines Wärmetauschers, abgeben. Auch durch diese Ausgestaltung lässt sich die elektrische Leitungsfähigkeit des Kerns und damit auch der entsprechenden Drossel oder des Transformators weiter erhöhen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen den Teilpaketen Abstandshalter angeordnet. Diese Abstandshalter gewährleisten, dass der Zwischenraum über die Lebensdauer erhalten bleibt und sich nicht verändert. Darüber hinaus geben die Abstandshalter dem Aufbau des Eisenkerns eine hohe Stabilität.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Abstandshalter durch eine Isolierstoffleiste, einem aufgeschweißtem U-Profil oder einem Abstandsbolzen gebildet. Diese Ausgestaltungsformen des Abstandshalters haben sich als besonders kostengünstig und/oder langlebig erwiesen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Abstandshalter durch ein weiteres Eisenblech gebildet, wobei das weitere Eisenblech baugleich mit einem der parallel angeordneten Eisenbleche ist, wobei das weitere Eisenblech zumindest abschnittsweise eine Aufkantung aufweist. Bei dieser Ausgestaltung kann als Abstandshalter das gleiche Eisenblech verwendet werden wie es auch bei den Teilpaketen zur Anwendung kommt. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass dieses die gleichen magnetischen wie auch thermischen Eigenschaften hat wie die Eisenbleche der Teilpakete. Daher trägt der Abstandshalter zum Führen des magnetischen Flusses bei. Durch die gleichen thermischen Eigenschaften werden Spannungen aufgrund unterschiedlicher Temperaturausdehnungen vermieden. Die Abkantungen entstehen vorzugsweise durch ein Umbiegen der Ränder des Eisenblechs in der Umgebung der Schenkel. Dabei können diese Aufkantungen sich über Teile der Außenkante oder über die volle Länge des Eisenblechs erstrecken. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn im Bereich der Aufkantung Schnitte in das Eisenblech eingebracht sind, um ein Aufkanten durch Umbiegen auf besonders einfache Weise durchführen zu können. Damit lässt sich die Aufkantung auf besonders einfache Weise ohne großen Kraftaufwand herstellen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Eisenkern drei Schenkel auf. Induktive Bauelemente für den Anschluss an ein dreiphasiges Energieversorgungsnetz bzw. an ein Drehstromnetz weisen oftmals drei Schenkel auf. Die drei Schenkel werden dabei zumeist nicht nur parallel sondern auch in einer Ebene angeordnet. Das ergibt bei einem konventionellen Aufbau für den mittleren Schenkel im Vergleich zu den äußeren Schenkeln thermisch deutliche ungünstigere Verhältnisse. Dies betrifft sowohl die Entwärmung, d.h. Kühlung, des Eisenkerns wie auch der Wicklung. Durch den neuen Aufbau lassen sich durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Teilpaketen die thermischen Eigenschaften aller drei Schenkel aneinander derart anpassen, dass gleiche, zumindest nahezu gleiche, thermische Verhältnisse vorliegen. Damit wird der mittlere Schenkel im Betrieb nicht wesentlich stärker erwärmt als die außenliegenden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

FIG 1, FIG 2: den Aufbau einer Drossel aus dem Stand der Technik,
FIG 3: den Querschnitt durch einen Eisenkern mit voneinander beabstandeten Teilpaketen,
FIG 4, FIG 5: den Aufbau eines Eisenkerns mit Teilpaketen,
FIG 6, FIG 7: jeweils ein Ausführungsbeispiel einer Dreischenkeldrossel,
FIG 8 bis FIG 13: Beispiele unterschiedlicher Abstandshalter zwischen den Teilpaketen,
FIG 14: ein Flüssigkeitskühlkörper in einem Zwischenraum

Die FIG 1 und die FIG 2 zeigen jeweils einen Aufbau einer bereits bekannten Drossel 7 mit drei Schenkeln 9, an denen Wicklungen 8 angebracht sind. Eine Drossel 7 mit drei Schenkeln 9 wird auch als Dreischenkeldrossel bezeichnet. In der Realität würden die drei Schenkel 9 gleichartig aufgebaut, nur aus Gründen der Übersichtlichkeit werden die unterschiedlichen Methoden zur Kühlung an einer Drossel 7 hier in nur einer Figur gezeigt. Dabei zeigt die FIG 1 eine Vorderansicht der Drossel 7, während die FIG 2 die Drossel in einem Schnitt durch die Ebene II der FIG 1 darstellt.
Die Drossel 7 umfasst im Wesentlichen den Magnetkreis, der auch als Kern oder Eisenkern 1 bezeichnet wird, und die Wicklungen 8. Der Eisenkern 1 umfasst dabei Schenkel 9 und Joche 10, welche die Schenkel 9 miteinander verbinden. Dadurch kann sich ein geschlossener Magnetkreis durch die Schenkel 9 über die Joche 10 ausbilden. Die Wicklung 8 kann dabei den Kern ohne Abstand umschließen (linker Schenkel 9), mit Abstand zum Kern aufgebracht sein (mittlerer Schenkel 9), die beispielsweise durch Wicklungsabstandshalter 30 realisiert werden, oder in mehreren Lagen mit dazwischenliegenden Kühlkanälen aufgeteilt sein (rechter Schenkel 9), wobei auch hier weitere Wicklungsabstandshalter 30 zwischen den einzelnen Wicklungen 8 zur Stabilisierung zum Einsatz kommen können.
Die kühlbare Oberfläche der Wicklung 8 nimmt von links nach rechts zu. Damit steigt das Vermögen der Wicklung, Verlustleistung in Form von Wärme an die Umgebung abzugeben. Da die rechte Wicklung besser mit dem Kühlmedium durchströmbar ist, sind hier mehr Pfeile dargestellt.
Der Eisenkern 1 kann dabei Verluste abgeben über die Joche 10 und durch die Wicklung 8 hindurch, sofern die Wicklung am Eisenkern anliegt (linker Schenkel 9), über die Joche 10 und die unbedeckten Flächen des Eisenkerns 1 unter der Wicklung 8 (mittlerer und rechter Schenkel 9). Die übrigen Flächen sind durch die Joche 10 abgeschattet und eignen sich daher nur bedingt zur Kühlung. Der in der Mitte dargestellte Schenkel 9 besitzt daher nur die zwei in FIG 2 waagrecht dargestellten freien Flächen unter der Wicklung, die nicht von den Jochen verschattet sind und sich damit für die Kühlung besser eignen als die in FIG 2 senkrecht dargestellten Flächen des Eisenkerns 1, die von den Jochen verschattet sind. Diese waagerechten Flächen eignen sich damit im Besonderen für die Kühlung von Eisenkern 1 und/oder Wicklung 8.
FIG 3 zeigt einen Schnitt durch einen Eisenkern 1, der drei Teilpakete 3 aufweist. Dabei ist der gesamte Eisenkern 1 einschließlich der Joche 10 in diese drei Teilpakete 3 aufgeteilt. Auf die Darstellung des Jochs 10 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Für die Darstellung des Jochs wird auf FIG 7 verwiesen. Zu erkennen sind dabei auch die einzelnen Eisenbleche 2, die geschichtet jeweils ein Teilpaket 3 bilden. Zwischen den Teilpaketen 3 befindet sich ein Zwischenraum 4, durch den das Kühlmedium, insbesondere Luft, strömen kann. In diesem Ausführungsbeispiel sind drei Teilpakete 3 vorhanden. Die Anzahl der Teilpakete 3 kann, beispielsweise in Abhängigkeit von der Verlustleistung des Kerns oder der Wicklung, beliebig gewählt werden. Um den Eisenkern 1 herum ist eine Wicklung 8 angeordnet. Diese Darstellung zeigt nur einen Schenkel 9 und gilt analog für mögliche weitere Schenkel eines geschlossenen Eisenkerns 1. Das Kühlmedium, insbesondere Kühlluft, strömt in der Querschnittdarstellung in vorteilhafter Weise senkrecht zur Zeichenebene. Da auch die Joche 10 in Teilpaketen 3 aufgeteilt sind, wird die für die Kühlung besonders wirksame Oberfläche 31 im Vergleich zu einer Anordnung ohne einzelne Teilpakete 3 vergrößert. Dabei ist auch eine Aufteilung der Wicklung 8 in getrennt gekühlte Lagen möglich. Der Übersichtlichkeit halber sind in diese Figur keine Wicklungsabstandshalter 30 eingezeichnet, obwohl sich diese positiv auf die Stabilität des Aufbaus auswirken können. Während bei einem Kern aus dem Stand der Technik sich die kühlbare Oberfläche aus dem Umfang des Kerns ergibt, vergrößert sich die für die Kühlung wirksame Oberfläche 31 durch die Aufteilung des Kerns 1 auf Teilpakete 3.
Die FIG 4 zeigt den Eisenkern 1 in perspektivischer Darstellung, bei dem kein Abstand zwischen einzelnen Teilpaketen 3 existiert. Bei dieser aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung sind insbesondere die Mitten der Seitenflächen des Kerns schlecht belüftet und damit nur unzureichend gekühlt (schraffiert dargestellte Flächen). Durch die Aufteilung auf Teilpakete 3 gemäß FIG 5 kann das Kühlmedium, insbesondere Luft, zwischen den Teilpaketen 3 durchtreten und sowohl den Eisenkern 1 wie auch die hier nicht dargestellten Wicklungen 8 kühlen. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die Beschreibung zu den Figuren 1 bis 3 sowie auf die dort eingeführten Bezugszeichen verwiesen. Exemplarisch sind vier Strömungsfäden der Kühlmittelströmung 32 eingezeichnet. Man erkennt, dass die im Stand der Technik als schraffiert dargestellten Seitenflächen durch die Realisierung der Teilpakete 3 und deren Beabstandung zueinander deutlich besser gekühlt werden können. Darüber hinaus sind die an dem Zwischenraum 4 angrenzenden Oberflächen für eine Kühlung besser zugänglich. FIG 6 zeigt den Schnitt durch das Ausführungsbeispiel einer Dreischenkeldrossel. Auf die Darstellung des Jochs 10 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Diese weist einen Strömungsbereich 33 auf (strichpunktiert umrandet), in dem eine zufriedenstellende Kühlwirkung durch das strömende Kühlmedium erreichbar ist. Dies wird ausführlicher noch anhand FIG 7 erläutert. Um den Durchtritt des Kühlmediums, wie beispielsweise Luft, durch die Wicklung 8 nicht zu versperren, werden vorzugsweise die Wicklungsabstandshalter 30 in der Wicklung 8 dort angeordnet, wo sie sich in Deckung mit dem Teilpaket 3 des Eisenkerns 1 befinden. Damit wird der Kühlmitteldurchtritt gerade im Bereich der Zwischenräume 4, der sich durch die Wicklung 8 fortsetzt, am wenigsten behindert. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die Beschreibung zu den Figuren 1 bis 5 und die dort eingeführten Bezugszeichen verwiesen.
In FIG 7 ist im Unterschied zu den Figuren 3 und 6 auch das Joch 10 dargestellt. Zur Vermeidung von Wiederholung wird auf die Beschreibung zu diesen Figuren sowie auf die dort eingeführten Bezugszeichen verwiesen. Die Wicklung 8 kann dabei wie in FIG 3 (einlagige Wicklung) oder wie in FIG 6 (mehrlagige/zweilagige Wicklung) ausgeführt sein. An dieser Figur wird deutlich, dass die Aufteilung des Eisenkerns 1 in Teilpakete 3 sich auch über die Joch 10 fortsetzt und auch im Bereiche der Joche 10 Vorteile bringt. Durch die Zwischenräume im Bereich des Jochs 10 kann die Kühlluft hier besser durchströmen, so dass auch im Bereich der Schenkel 9 eine bessere Kühlwirkung erzielt werden kann. Der Strömungsbereich 33 entsteht dadurch, dass sich die Anordnung in Teilpaketen sowohl über Schenkel 9 als auch Joch 10 erstreckt. Die Zwischenräume im Eisenkern im Bereich des Jochs 10 ermöglichen eine bessere Kühlströmung in diesem Bereich, so dass dieser als Strömungsbereich 33 in der FIG 7 gekennzeichnet (strichpunktiert umrandet) ist. Im Falle ohne Zwischenräume 4 zwischen den Teilpaketen 3 wäre die Kühlmittelströmung durch das Joch 10, insbesondere durch die dortigen Jochbleche, derart abgeschattet, dass die Strömungsgeschwindigkeit dort allenfalls sehr gering ausfallen würde. Durch die Kühlschlitze, d.h. Zwischenräume 4 im Eisenkern 1, die sich in den Jochen 10 fortsetzen, gelangt jetzt auch an diese Stellen das Kühlmedium, insbesondere die Kühlluft. Damit kann sowohl insbesondere an den Schenkeln 9 des Eisenkerns 1 als auch an einer auf mehrere Lagen aufgeteilte Wicklung 8, wie beispielsweise in FIG 6 dargestellt, eine bessere Kühlwirkung erzeugt und erreicht werden.
Die Figuren 8 bis 13 zeigen mehrere Ausführungsbeispiele der Abstandshalter 6, die zwischen den Teilpaketen 3 angeordneten sind und somit die dauerhafte Bildung der Zwischenräume 4 sicherstellen. Die einzelnen Teilpakete 3 umfassen auch hier wieder vorteilhafterweise eine Vielzahl von Eisenbleche 2. Im ersten Ausführungsbeispiel der FIG 8 ist als Abstandshalter 6 eine Isolierstoffleiste 61 vorgesehen. Durch einen Druck der jeweiligen Teilpakete 3 bleibt die Isolierstoffleiste in ihrer Position. Ergänzend oder alternativ ist es möglich, die Isolierstoffleiste mittels eines Klebers auf den Teilpaketen 3 zu fixieren.
Das Ausführungsbeispiel der FIG 9 zeigt ein U-Profil 62 vorzugsweise aus Metall, insbesondere Eisen, um den Zwischenraum 4 herzustellen. Dabei kann das U-Profil 62 mit einem oder mit beiden angrenzenden Teilpaketen verschweißt werden um eine dauerhafte und kraftschlüssige Verbindung herzustellen.
Im Ausführungsbeispiel der FIG 10 dient ein Abstandsbolzen 63 zur Herstellung des Zwischenraums 4 zwischen den Teilpaketen 3. Dieser Abstandsbolzen 63 kann vorzugsweise derart mit einer Bohrung ausgeführt sein, so dass eine Schraubverbindung durch den Abstandsbolzen 63 die Teilpakete 3 mit einem dazwischenliegenden Zwischenraum 4 in Position hält.
Die FIG 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Abstandshalter aus einem weiteren Eisenblech 21 geformt wird. Das weitere Eisenblech 21 entspricht dem Eisenblech 2, welches jedoch mindestens einem weiteren Bearbeitungsschritt unterworfen wird. Dazu wird der Rand des weiteren Eisenblechs 21 aufgekantet, d.h. umgebogen. Die Figuren 12 und 13 zeigen Darstellungen, die einer Draufsicht auf das weitere Eisenblech 21 aus FIG 11 entsprechen. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die zuvor erläuterten Figuren sowie auf die dort eingeführten Bezugszeichen verwiesen.
Durch das Umbiegen des weiteren Eisenblechs 21 ergibt sich an den Rändern die Aufkantung 22. Um diese einfach herstellen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, Einschnitte in dem weiteren Eisenblech vorzusehen, die in den Figuren 12 und 13 als Schnittkanten 40 sichtbar sind. Dadurch lässt sich die Aufkantung 22 besonders einfach mit geringerem Kraftaufwand aus einem Eisenblech 2 herstellen. Die Aufkantung 22 kann dabei über eine komplette Seitenlänge ausgebildet sein, wie in FIG 13 dargestellt, oder auch nur abschnittsweise ausgeführt sein, wie in FIG 12 dargestellt.
Die FIG 14 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Kühlkörper 5 im Zwischenraum 4 zwischen zwei der Teilpakete 3 angeordnet ist. Seitlich befinden sich Zu- und Ablauf so dass das flüssige Kühlmedium im Kühlkreislauf zirkulieren kann und dabei Wärme von dem Eisenkern 1 und/oder den Wicklungen 8 wegtransportieren kann. Der hier dargestellten Kühlkörper für eine Flüssigkeitskühlung wird oftmals auch als Kühltasche bezeichnet. Neben einem Kühlkörper für eine Flüssigkeitskühlung kann auch ein Kühlkörper für Luftkühlung, beispielsweise mit Kühlrippen im Zwischenraum 4 zwischen den Teilpaketen 3 angeordnet werden und so eine Luftkühlung hinsichtlich ihrer Wirkung (Kühlverhalten) auch bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmediums und/oder hohen Temperaturen des Kühlmediums verbessern.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Eisenkern für ein induktives Bauelement, wobei der Eisenkern eine Vielzahl von parallel angeordneten Eisenblechen umfasst, wobei der Eisenkern zumindest abschnittsweise mit mindestens einer Wicklung umwickelt ist. Zur Verbesserung der Kühlwirkung wird vorgeschlagen, die Eisenbleche in mindestens zwei Teilpaketen anzuordnen, wobei die Eisenbleche der jeweiligen Teilpakete geschichtet angeordnet sind, wobei die unterschiedlichen Teilpakete zueinander einen Abstand aufweisen, wobei durch den Abstand ein Zwischenraum zwischen den Teilpaketen ausgebildet wird, wobei der Zwischenraum von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Weiter betrifft die Erfindung eine Drossel und einen Transformator mit einem solchen Eisenkern. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kühlen eines solchen Eisenkerns wobei mittels eines Mittels zur Erzeugung einer Kühlmittelströmung, insbesondere eines Lüfter oder einer Kühlmittelpumpe, eine Strömung des Kühlmittels in dem Zwischenraum erzeugt wird.

Claims

Eisenkern (1) für ein induktives Bauelement, wobei der Eisenkern (1) eine Vielzahl von parallel angeordneten Eisenblechen (2) umfasst, wobei der Eisenkern zumindest abschnittsweise mit mindestens einer Wicklung (8) umwickelt ist, wobei die Eisenbleche (2) in mindestens zwei Teilpaketen (3) angeordnet sind, wobei die Eisenbleche (2) der jeweiligen Teilpakete (3) geschichtet angeordnet sind, wobei die unterschiedlichen Teilpakete zueinander einen Abstand aufweisen, wobei durch den Abstand ein Zwischenraum (4) zwischen den Teilpaketen (3) ausgebildet wird, wobei der Zwischenraum (4) von einem Kühlmittel durchströmbar ist.
Eisenkern (1) nach Anspruch 1,
wobei in dem Zwischenraum (4) ein Kühlkörper (5), insbesondere ein Flüssigkeitskühlkörper, angeordnet ist.
Eisenkern (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
wobei zwischen den Teilpaketen Abstandshalter (6) angeordnet sind.
Eisenkern (1) nach Anspruch 3,
wobei der Abstandshalter durch eine Isolierstoffleiste (61), einem aufgeschweißtem U-Profil (62) oder einem Abstandsbolzen (63) gebildet wird.
Eisenkern (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
wobei der Abstandshalter durch ein weiteres Eisenblech (21) gebildet wird, wobei das weitere Eisenblech (21) baugleich mit einem der parallel angeordneten Eisenbleche (2) ist, wobei das weitere Eisenblech (21) zumindest abschnittsweise eine Aufkantung (22) aufweist.
Eisenkern (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei der Eisenkern drei Schenkel (9) aufweist.
Drossel (7) mit einem Eisenkern (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Transformator mit einem Eisenkern (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Pulswechselrichter mit einem Eisenkern (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, oder einer Drossel (7) nach Anspruch 7 oder einem Transformator nach Anspruch 8,
wobei der Stromrichter ein Mittel zur Erzeugung einer Kühlmittelströmung, insbesondere einen Lüfter oder eine Kühlmittelpumpe, aufweist.
Verfahren zum Kühlen eines Eisenkerns nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder einer Drossel (7) nach Anspruch 7 oder eines Transformators nach Anspruch 8,
wobei mittels eines Mittels zur Erzeugung einer Kühlmittelströmung, insbesondere mittels eines Lüfters oder einer Kühlmittelpumpe, eine Strömung des Kühlmittels in dem Zwischenraum (4) erzeugt wird.