FI118397B - Nestejäähdytetty kuristin - Google Patents

Description

118397

Nestejäähdytetty kuristin

Keksinnön tausta

Keksintö liittyy nestejäähdytettyyn kuristimeen, joka käsittää kuristimen sydämen, kuristimen käämin ja jäähdytysnesteen kulkureitin kuristimen 5 jäähdyttämiseksi.

Kuristimessa syntyy häviöitä lämmön muodossa sekä sydämessä että käämissä. Tämä lämpö pitäisi pystyä siirtämään tehokkaasti jäähdytysnesteeseen, jottei kuristin kuumenisi liikaa, vaan pysyisi sille määritellyllä optimaalisella toimintalämpötilanalueella.

10 Eräs tunnettu ratkaisu esitetään US-patentissa 1790906, jossa kak siosainen käämi on koteloitu siten, että jäähdytysnestettä kierrätetään vierekkäisten käämien välissä ja niiden reunoilla kotelon keskelle ja päätyihin järjestetyissä vesikanavissa. Toteutus on suhteellisen monimutkainen kuristimen perusrakennetta ajatellen ja ainoastaan käämi tulee jäähdytetyksi.

15 Eräs toinen uudempi järjestely nähdään esimerkiksi EP-patentista 459326, jossa jäähdytysnestekanavat on sovitettu käämin eri kerrosten väliin käämin valuhartsirunkoon. Tämäkin on erittäin hankalasti toteutettava rakenne eikä ota huomioon sydämen jäähdytystarvetta.

·'.*]: Aikaisemmille rakenteille on tyypillistä, että jäähdytys on toteutettu 20 tavalla tai toisella käämin yhteyteen. Lisäksi nämä toteutukset ovat sellaisia, :*·.· että ne tekevät kuristimen kokoonpanon ja rakenteen hankalaksi ja monimut- .·**. kaiseksi.

• · ··· ···· Keksinnön yhteenveto • · ***** Esillä olevan keksinnön tavoitteena on siten aikaansaada kuristin, 25 jolla edellä kuvatut epäkohdat saadaan poistetuksi ja sydämen ja käämin hä-: *·· viölämmöt pystytään siirtämään tehokkaasti jäähdytysnesteeseen.

Tähän päämäärään päästään keksinnön mukaisella kuristimella, jol-.·!·. le on pääasiallisesti tunnusomaista, että kuristimen sydän on jaettu ainakin .···, kahteen osaan, jotka on sovitettu jäähdytysprofiiliin, johon mainittu jäähdytys- 30 nesteen kulkureitti on järjestetty ja joka samalla muodostaa kuristimen rungon ...*:* ja kokoonpanoalustan.

*“*: Keksinnön ensimmäisessä edullisessa toteutuksessa kuristimen sy dän muodostuu kahdesta levypakasta, ja jäähdytysprofiili käsittää syvennykset levypakkoja varten profiilin kahdella vastakkaisella sivulla, jolloin jäähdytyspro-35 fiili ulottuu levypakkojen väliin ja siitä kummankin levypakan kahdelle sivulle, ja 2 118397 levypakkoja peittävien jäähdytysprofiilin sivujen ja levypakkojen kahden paljaana olevan sivun ympärille on jäljestetty eriste ja eristeen päälle mainittu kuristimen käämi.

Keksinnön toisessa edullisessa toteutuksessa kuristimen sydän 5 muodostuu kolmesta levypakasta, ja jäähdytysprofiili käsittää reunoillaan tai kehällään tasaisin keskinäisin välein syvennykset levypakkoja varten, jolloin levypakat sijaitsevat symmetrisesti jäähdytysprofiilin keskiakselin suhteen ja jolloin jäähdytysprofiili ulottuu levypakkojen keskelle ja siitä kunkin levypakan kahdelle sivulle, ja levypakkojen välissä olevien profiiliosuuksien ja kunkin le- 10 vypakan paljaana olevan sivun ympärille on jäljestetty eriste ja eristeen päälle mainittu kuristimen käämi. Tämä ratkaisu mahdollistaa tehokkaamman jäähdytyksen sekä sydämelle että käämille. Lisäksi levypakkoja voidaan lyhentää ja jäljestää haluttaessa kolme kuristinta samaan jäähdytysprofiilipilariin eristämällä ainoastaan sydämen levypakat toisistaan, jolloin säästyy materiaalia ja tilaa.

15 Keksinnön kolmannessa edullisessa toteutuksessa kuristimen sy dän muodostuu kolmesta pylväästä, ja jäähdytysprofiili käsittää kolme samalle ympyränkaarelle yhtä suurin välein muodostettua reikää, joihin kulloinkin eristeellä ja eristeen päälle järjestetyllä käämillä vaippapinnaltaan ympäröidyt pylväät on sijoitettu. Tässä ikään kuin kolme erillistä kuristinta on liitetty samaan 20 keksinnön mukaiseen jäähdytysrunkoon yhdeksi kuristinyksiköksi. Jos kuristi- :·.·. mia käytetään esimerkiksi puolijohdetehokytkinyksikön haaroissa, yhtä muutta- .*·.*; jaa varten tarvitaan kolme kolmepylväistä kuristinta. Vastaavasti ensimmäisen • · · .I./ toteutuksen mukaisia "yksipylväisiä” kuristimia tarvitaan yhdeksän.

**·;* Kussakin toteutuksessa jäähdytysnesteen kulkureitti jäähdytysprofii- •;;j 25 liin on järjestetty symmetrisesti kuristimen sydämen osien keskelle jäähdytys- *···* profiilin materiaalin ollessa edullisesti alumiinia tai sen seosta. Tarvittaessa jäähdytysprofiiliin voidaan toki jäljestää jäähdytystehon vaatimusten mukaisesti : *·· lisäjäähdytyskanavia haluttuihin kohtiin.

··· • ·

Kuvioluettelo • · • · 9 30 Keksintöä selostetaan nyt lähemmin kolmen edullisen toteutusesi- merkin avulla viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa ·:· kuvio 1 esittää poikkileikkauksena keksinnön ensimmäistä toteutus- »··· esimerkkiä; kuvio 2 esittää poikkileikkauksena keksinnön toista toteutusesimerk- 35 kiä; 3 118397 kuvio 3 esittää kuristinpylvästä, jossa käytetään kuvion 2 mukaisia kuristimia; ja kuvio 4 esittää poikkileikkauksena keksinnön kolmatta toteutusesi- merkkiä.

5 Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Invertterin lähdössä käytetään tyypillisesti lähtökuristinta yhtenä suodattimen osana rajoittamaan du/dt:tä, jännitteen (U) muuttumista ajan (t) funktiona, ja yhteismuodon virtoja, jotka edelleen aiheuttavat laakerivirtoja ja eristeiden rasitusta moottorille. Kuristintyyppinä käytetään ikeetöntä kuristinta. 10 Viitaten kuvioon 1 siinä on esitetty "yksipylväinen" keksinnön mu kainen nestejäähdytetty kuristin, joka käsittää kuristimen sydämen 1, kuristimen käämin 2 ja jäähdytysnesteen kulkureitin 3 kuristimen jäähdyttämiseksi.

Kuristimen sydän on jaettu kahteen osaan 1a ja 1b, jotka on sovitettu jäähdytysprofiiliin 4, johon mainittu jäähdytysnesteen kulkureitti 3 on jäijes-15 tetty ja joka samalla muodostaa kuristimen rungon ja kokoonpanoalustan, kuten seuraavassa kuvataan.

Kuristimen jaettu sydän 1 muodostuu kahdesta identtisestä rautaa olevasta levypakasta 1a ja 1b, joita varten jäähdytysprofiili 4 käsittää tarkasti .*··, mitoitetut syvennykset 5 sen kahdella vastakkaisella sivulla. Kuristinta kokoon- • · 20 pantaessa levypakkojen 1a ja 1b levyt ladotaan syvennyksiin 5 siten, että \ \ jäähdytysprofiili 4 ulottuu levypakkojen 1a ja 1b väliin ja Siitä kummankin levy- pakan 1a ja 1b kahdelle sivulle, tiiviiseen kosketukseen levypakkojen 1a ja 1b • · *··;* kanssa. Sitten näitä levy- tai sydänpakkoja 1a ja 1 b peittävien jäähdytysprofiilin ··.:* 4 sivujen ja sydänpakkojen 1a ja 1b kahden paljaana olevan, ts. jäähdytyspro- • * · 25 fiililla 4 peittämättä jätetyn sivun ympärille on kääritty eriste 6 ja eristeen päälle on käämitty kuristimen muotokuparia oleva käämi 2. Lopuksi näin muodostettu paketti eristetään ja lakataan.

:***: Jäähdytysnesteen kulkureitti on tässä muodostettu yhtenä jäähdy- • · · tysprofiiliin 4 porattuna tai pursotusvaiheessa tehtynä kanavana 3, joka kulkee 30 jäähdytysprofiilin 4 läpi sydänpakkojen 1a ja 1b keskeltä. Jäähdytysnesteen kierrättämiseksi tarvitaan ainoastaan kaksi liitäntää, tulo ja lähtö. Sydänpakat /l· 1a ja 1b jäähtyvät näin tehokkaasti, ja koska käämi 2 sijaitsee suurimmalta ·;··· osaltaan jäähdytysprofiilin 4 päällä, on myös käämin 2 tehokas jäähdytys var mistettu. Edullinen jäähdytysprofiilin 4 materiaali on alumiinia tai sen sopivaa 35 seosta.

4 118397

Kuviossa 2 esitetty kuristin poikkeaa kuvion 1 mukaisesta rakenteesta pääasiallisesti siinä, että kuristimen sydän 10 muodostuu kolmesta le-vypakasta 10a, 10b ja 10c. Jäähdytysprofiili 40 käsittää reunoillaan tai kehällään tasaisin keskinäisin välein levypakkoja 10a, 10b ja 10c varten olevat sy-5 vennykset 50, jotka on muodostettu kuviota 1 vastaavalla tavalla. Levypakat 10a, 10b ja 10c sijaitsevat tässä symmetrisesti jäähdytysprofiiiin 40 keskiakse-lin suhteen ja jäähdytysprofiili 40 ulottuu levypakkojen 10a, 10b ja 10c keskelle ja siitä kunkin levypakan kahdelle sivulle. Kuten kuviossa 1, tässäkin että levy-pakkojen 10a, 10b ja 10c välissä olevien profiiliosuuksien ja kunkin levypakan 10 10a, 10b ja 10c paljaana olevan sivun ympärille on jäljestetty eriste 60 ja eristeen päälle kuristimen käämi 20. Jäähdytysnesteen kulkureitti 30 on tässäkin muodostettu jäähdytysprofiiliin 40 porattuna tai pursotusvaiheessa tehtynä kanavana 30, joka kulkee jäähdytysprofiiiin 40 läpi levypakkojen 10a, 10b ja 10c keskeltä. Lisäksi tähän on hahmoteltu mahdollisia lisäjäähdytyskanavia 31, jot-15 ka voivat sijaita esimerkiksi aina kahden sydänpakan välissä. Nämä kanavat 31 voi olla liitetty pääkanavaan 30 yhdyskanavilla 32. Jäähdytysprofiiiin 40 poikkileikkaus on edullisesti kolmion ja ympyrän välimuoto, jolloin kaikki terävät kulmat on vältetty ja käämitys on helppo toteuttaa.

Kuvion 2 mukainen ratkaisu mahdollistaa tehokkaamman jäähdy-20 tyksen sekä sydämen ievypakoille 10a, 10b ja 10c että käämille 20, kuten jo alussa todettiin. Lisäksi levypakkoja 10a, 10b ja 10c voidaan lyhentää ja jäijes-tää haluttaessa kuvion 3 mukaisesti kolme erillistä kuristinta samaan jäähdy- • · · tysprofiilipilariin 41 eristämällä eristeillä 70 ainoastaan kuristimien levypakat ’*·;* 10a, 10b ja 10c toisistaan. Mittauksissa on osoittautunut, että ylikuuluminen M» ·;·; 25 tapahtuu niin päin, että puolijohdetehokytkinyksikön keskimmäisen haaran, jo- ka on myös kuumin, virta pienenee sopivasti. Ylikuulumista voidaan säätää käämien 20 etäisyyttä muuttamalla.

·· : '·· Ennestään tunnettuun tekniikkaan verrattuna jäähdytysprofiileilla 4 ja 40 varustettu kuristin poistaa jäähdyttämiseen liittyvien ongelmien lisäksi 30 myös perinteisissä kuristimissa esiintyneen rautasydänpakan kieroutumisen • · · käämiä sen ympärille käämittäessä. Nimittäin paksun muotokuparin käämintä pelkästään kulmatuilla varustetun levypakan ympärille Ilman pakan kieroutu- ..*·* mistä on vaikeaa.

*:**: Tehokkaalla jäähdytyksellä pystytään tinkimään myös käämin 2 ja 35 20 (siis kuparikerroksen) poikkipinnasta. Tämä poikkipinnan pienentäminen li- 5 118397 sää resistanssia, mikä on hyödyksi tiettyyn rajaan saakka invertterin ilmeettömässä lähtökuristimessa.

Kuviossa 4 on esitetty kolmas keksinnön mukaisen kuristimen toteutus. Siinä kuristimen sydän 100 muodostuu kolmesta pylväästä 100a, 100b ja 5 100c, ja jäähdytysprofiili 140 käsittää kolme samalle ympyränkaarelle yhtä suurin välein muodostettua reikää 150, joihin kulloinkin eristeellä 160 ja eristeen päälle jäljestetyllä käämillä 120 vaippapinnaltaan ympäröidyt pylväät on sijoitettu. Tässä ikään kuin kolme erillistä kuristinta on liitetty samaan keksinnön mukaiseen jäähdytysrunkoon yhdeksi kuristinyksiköksi, kuten jo alussa todet-10 tiin.

Jäähdytysnesteen kulkureitti on tässäkin jäljestetty jäähdytysprofii-liin kuristimen sydämen osien keskellä kulkevaksi kanavaksi 130 kuten kuvioiden 1 ja 2 tapauksissakin, ja jäähdytysprofiili on edullisesti alumiinia tai alumiiniseosta.

15 Edellä oleva keksinnön selitys on vain tarkoitettu havainnollista maan keksinnön mukaista perusajatusta. Alan ammattilainen voi kuitenkin muunnella keksinnön yksityiskohtia oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

··· • 1 • · • · · «V « • · · • · * • · • « · • ·# • 1 • t · « · • · ··· • •f ··#» ··· • • » ·« · • m • · • · · « · • · • · • · · • · * · · • · · • · • · · • · * · ·«· * • · « «

• •M

·

Claims (7)

118397

1. Nestejäähdytetty kuristin, joka käsittää kuristimen sydämen (1; 10; 100) kuristimen käämin (2; 20; 120) ja jäähdytysnesteen kulkureitin (3; 30; 130) kuristimen jäähdyttämiseksi, tunnettu siitä, että kuristimen sydän (1; 5 10; 100) on jaettu ainakin kahteen osaan (1a, 1b; 10a, 10b, 10c; 100a, 100b, 100c), jotka on sovitettu jäähdytysprofiiliin (4; 40; 140), johon mainittu jäähdytysnesteen kulkureitti (3; 30; 130) on järjestetty ja joka samalla muodostaa kuristimen rungon ja kokoonpanoalustan; ja että kuristimen sydän (1) muodostuu kahdesta levypakasta (1a, 1b), ja jäähdytysprofiili (4) käsittää syvennykset (5) 10 levypakkoja varten profiilin kahdella vastakkaisella sivulla, jolloin jäähdytysprofiili (4) ulottuu levypakkojen (1a, 1b) väliin ja siitä kummankin levypakan kahdelle sivulle, ja että levypakkoja (1a, 1b) peittävien jäähdytysprofiilin (4) sivujen ja levypakkojen kahden paljaana olevan sivun ympärille on järjestetty eriste (6) ja eristeen päälle mainittu kuristimen käämi (2).

2. Nestejäähdytetty kuristin, joka käsittää kuristimen sydämen (1; 10; 100) kuristimen käämin (2; 20; 120) ja jäähdytysnesteen kulkureitin (3; 30; 130) kuristimen jäähdyttämiseksi, tunnettu siitä, että kuristimen sydän (1; 10; 100) on jaettu ainakin kahteen osaan (1a, 1b; 10a, 10b, 10c; 100a, 100b, 100c), jotka on sovitettu jäähdytysprofiiliin (4; 40; 140), johon mainittu jäähdy-20 tysnesteen kulkureitti (3; 30; 130) on järjestettyjä joka samalla muodostaa ku- "·*. ristimen rungon ja kokoonpanoalustan; ja että kuristimen sydän (10) muodos- • · tuu kolmesta levypakasta (10a, 10b, 10c), ja jäähdytysprofiili (40) käsittää reu- .···! noillaan tai kehällään tasaisin keskinäisin välein syvennykset (50) levypakkoja • · "j, varten, jolloin levypakat (10a, 10b, 10c) sijaitsevat symmetrisesti jäähdytyspro- ".Ϊ. 25 fiilin (40) keskiakselin suhteen ja jolloin jäähdytysprofiili ulottuu levypakkojen • * ***** keskelle ja siitä kunkin levypakan kahdelle sivulle, ja että levypakkojen (10a, 10b, 10c) välissä olevien profiiliosuuksien ja kunkin levypakan paljaana olevan : *“ sivun ympärille on järjestetty eriste (60) ja eristeen päälle mainittu kuristimen käämi (20). .*.·. 30 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kuristin, tunnettu siitä, että • · · ' ,···. kolme erillistä kuristinta on järjestetty samaan jäähdytysprofiilipilariin (41), joi- • * *’’ loin päällekkäisten kuristimien levypakat (10a, 10b ja 10c) on eristetty toisis- taan suojauseristyksillä (70).

4. Nestejäähdytetty kuristin, joka käsittää kuristimen sydämen (1; 35 10; 100) kuristimen käämin (2; 20; 120) ja jäähdytysnesteen kulkureitin (3; 30; 130. kuristimen jäähdyttämiseksi, tunnettu siitä, että kuristimen sydän (1; 118397 10; 100) on jaettu ainakin kahteen osaan (1a, 1b; 10a, 10b, 10c; 100a, 100b, 100c), jotka on sovitettu jäähdytysprofiiliin (4; 40; 140), johon mainittu jäähdytysnesteen kulkureitti (3; 30; 130) on järjestettyjä joka samalla muodostaa kuristimen rungon ja kokoonpanoalustan; ja että kuristimen sydän (100) muodos-5 tuu kolmesta pylväästä (100a, 100b, 100c), ja jäähdytysprofiili (140) käsittää kolme samalle ympyränkaarelle yhtä suurin välein muodostettua reikää (150), joihin kulloinkin eristeellä (160) ja eristeen päälle järjestetyllä käämillä (120) vaippapinnaltaan ympäröidyt pylväät (100a, 101b, 100c) on sijoitettu.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kuristin, t u n -10 n e 11 u siitä, että jäähdytysnesteen kulkureitti (3; 30; 130) on järjestetty jäähdytysprofiiliin kuristimen sydämen (1a, 1b; 10a, 10b, 10c; 100a, 100b, 100c) osien keskelle.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kuristin, tunnettu siitä, että jäähdytysprofiiliin (40) on järjestetty lisäjäähdytyskanavia 15 (31) haluttuihin kohtiin.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kuristin, tunnettu siitä, että jäähdytysprofiili (4; 40; 140) on alumiinia tai alumiiniseosta. «·· • · • · ··· ·· · • · ♦ • · • # • · S · · * ♦· • · ♦ ·· : : ·♦· ··· ···· ·1· : : • · • ·· ··· • ♦ « ♦ ··· • » • · · ♦ · · • · ·♦· • ♦ • · ·#· t MM 118397