FI121863B - Elektroniikkalaitteen kuristin - Google Patents

Description

Elektroniikkalaitteen kuristin

Keksinnön ala Tämä keksintö liittyy kuristimen käämin jäähdyttämiseen jäähdy-tyselementin avulla.

5 Tekniikan tason kuvaus

Elektroniikkalaitteen kuristimeen häviöiden vuoksi generoituva läm-pökuorma on poistettava kuristimesta, jotta kuristimen lämpötila ei nousisi liikaa.

Eräs tekniikan tason mukainen ratkaisu kuristimen jäähdyttämiseksi 10 on jäähdytyselementin järjestäminen kuristimen yhteyteen siten, että jäähdy-tyselementti järjestetään kosketukseen kuristimen käämin kanssa. Tällöin jäähdytyselementti voi sijaita kuristimen sydämen yhteydessä tai käämiksi käämityn johtimen kerrosten välissä. Näissä tunnetuissa ratkaisuissa jäähdytyselementin läpi syötetään jäähdytysnestettä jäähdytyselementissä olevan 15 jäähdytyskanavan läpi. Tällöin jäähdytysneste virtaa jäähdytyskanavassa suunnassa, joka on käytännössä lähes kohtisuora suhteessa käämiksi käämityn johtimen pituussuuntaan.

Edellä mainitun tekniikan tason mukaiseen ratkaisuun liittyy kuitenkin se ongelma, että käytännössä on ollut hankalaa saada aikaan riittävä jääh-20 dytysteho ilman, että kuristimen sähköiset ominaisuudet tästä kärsivät.

Keksinnön yhteenveto Tämän keksinnön tarkoitus on ratkaista edellä selostettu ongelma ja δ saada aikaan uusi kuristinrakenne, jonka ansiosta kuristimelle voidaan saada cv ^ aikaan tarvittava jäähdytys ilman, että kuristimen sähköiset ominaisuudet tästä ^ 25 kärsivät. Tämä päämäärä saavutetaan itsenäisen patenttivaatimuksen 1 mu- ^ kaisella elektroniikkalaitteen kuristimella.

X

£ Keksinnössä hyödynnetään käämiä vasten järjestettyä jäähdytä tyselementtiä, jonka jäähdytyskanavan läpi voidaan syöttää jäähdyttävää vä- io liainetta käämin johtimen suuntaisesti. Tällaisella rakenteella käämin ja jäähdy tä g 30 tyselementin välille saadaan aikaan huomattava kosketuspinta, jonka ansiosta syntyvä lämpökuorma saadaan tehokkaasti siirtymään viilaavaan väliaineeseen ilman, että kuristimen sähköiset ominaisuudet kärsivät.

2

Keksinnön mukaisen kuristimen edulliset suoritusmuodot ilmenevät oheisista epäitsenäisistä patenttivaatimuksista.

Kuvioiden lyhyt kuvaus

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkinomaisesti lähemmin 5 viittaamalla oheisiin kuvioihin, joista: kuviot 1 ja 2 esittävät keksinnön mukaisen kuristimen ensimmäistä edullista suoritusmuotoa, kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen kuristimen toista edullista suoritusmuotoa, ja 10 kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen kuristimen kolmatta edullista suoritusmuotoa.

Ainakin yhden suoritusmuodon kuvaus

Kuviot 1 ja 2 esittävät keksinnön mukaisen kuristimen ensimmäistä edullista suoritusmuotoa. Kuviossa 1 kuristin 1 nähdään yläviistosta katsottu- 15 na, ja kuviossa 2 leikattuna.

Kuristimeen 1 kuuluu ainakin yksi johdin 2 joka on käämitty käämiksi siten, että johtimen 2 eri kierrokset on käämitty toistensa päälle. Kuvioissa 1 ja 2 on kaksi käämiksi käämittyä johdinta 2, 3 sekä näiden johtimien muodostaminen käämien väliin järjestetty jäähdytyselementti 4.

20 Jäähdytyselementin 4 jäähdytyskanava, jonka läpi käämiä jäähdyt tävä väliaine syötetään, muodostuu tässä esimerkissä käämiksi käämitystä putkesta, joka on järjestetty ulottumaan johtimia 2, 3 pitkin. Jäähdytysväliaine T- saadaan täten virtaamaan johtimien suuntaisesti.

° Kuvioiden 1 ja 2 järjestelyn ansioista jäähdytyselementti 4 tulee käy- gj 25 tännössä kosketukseen johtimien 2, 3 kanssa lähes koko johtimen pituudella, oo Suuren kosketuspinta-alan ansioista käämeissä häviöistä johtuva lämpökuor-

CM

x ma saadaan tehokkaasti johdettua pois jäähdytyselementin 4 läpi viilaavan väliaineen avulla.

Jäähdytyselementti 4 voidaan kuvioiden 1 ja 2 suoritusmuodossa

CD

j£> 30 valmistaa muoviputkesta, joka käämitään käämiksi. Tällöin jäähdytyselementin o ja johtimen välissä ei tarvita erillistä sähköeristystä, jonka lisäksi valmistukses ta tulee suhteellisen yksinkertaista, koska muoviputki on helppo muotoilla oi- 3 kean muotoiseksi. Kuvioiden esimerkistä poiketen muoviputki voi jatkua myös käämin ulkopinnalle vieläkin tehokkaamman jäähdytyksen saavuttamiseksi.

Muoviputken lämmönjohtavuus on suhteellisen huono. Siksi muoviputken ja jäähdytettävän johtimen välille on pyrittävä saamaan aikaan mahdol-5 lisimman suuri kosketuspinta-ala. Suurempi kosketuspinta-ala voidaan saavuttaa muotoilemalla johdin ja muoviputki toisiinsa soveltuviksi, eli esimerkiksi siten, että kun käytössä on kuvioiden 1 ja 2 kaltainen suorakulmion muotoinen johdin muotoillaan muoviputken johtimen kanssa kosketukseen tuleva pinta tasomaiseksi. Eräs mahdollisuus on valmistuksen yhteydessä imeä joustavaan 10 muoviputkeen alipaine kun käämi ja jäähdytyselementti asetetaan toisiaan vasten. Vaihtoehtoisesti johtimen ja putken väliset tyhjät tilat voidaan täyttää säh-köeristemateriaalilla joka johtaa hyvin lämpöä (esimerkiksi epoksi) mahdollisimman suuren kosketuspinta-alan saavuttamiseksi.

Muovimateriaalin sijasta jäähdytyselementti 4 voidaan valmistaa 15 metallimateriaalista, jolla on muovia parempi lämmönjohtavuus. Tällöin valmistus on hankalampaa, mutta lopputuloksena on tehokkaampi jäähdytys. Sähköä johtavan jäähdytyselementin yhteydessä on jäähdytyselementin ja käämin välille järjestettävä eristemateriaalia. Tästä huolimatta on sähköä johtavalla jääh-dytyselementillä vaikutusta kuristimen 1 sähköisiin ominaisuuksiin. Suurilla 20 taajuuksilla indusoituu sähköä johtaviin jäähdytysmateriaaleihin pyörrevirtoja. Tämä on havaittavissa jo alle 1 kHz taajuuksilla. Suuremmilla taajuuksilla pyör-revirrat pienentävät kuristimen induktanssia. Samalla metalliin aiheutuu pyör-revirtahäviöitä, mikä lisää jäähdytystehon tarvetta. Sähköä johtavaa materiaalia tulisi välttää käämin keskiosassa, missä magneettivuon tiheys on suurimmil- ^ 25 laan, sillä se vaikuttaa sieltä eniten kuristimen sähköisiin arvoihin heikentäväs- o w ti.

i o Keksinnön mukaisesti jäähdytyselementin 4 materiaali valitaan edul- c3 lisesti kuristimen 1 käyttökohteen, käytännössä taajuuden mukaan. Kuvioiden * 1 ja 2 kuristimen induktanssi on taajuudella 50 Hz noin 5,4 pH kun jäähdy-

CL

30 tyselementti on valmistettu muovista, ja noin 5,0 pH kun jäähdytyselementti on

Is" ^ valmistettu alumiinista. Alhaisilla taajuuksilla jäähdytyselementti voidaan siten

LO

£ valmistaa sähköä johtavista materiaaleista ilman, että kuristimen sähköiset ^ ominaisuudet merkittävästi kärsivät. Esimerkiksi taajuusmuuttajan tulokuristi- men virrat ovat taajuudeltaan matalia, jolloin tulokuristimen jäähdytyselementti 35 voi olla valmistettu sähköä johtavasta metallimateriaalista. Sitävastoin suu- 4 remmillä taajuuksilla tilanne on toinen. Kuvioiden 1 ja 2 kuristimen induktanssi on taajuudella 100 kHz noin 3,7 μΗ kun jäähdytyselementti on valmistettu muovista, ja noin 0,5 μΗ kun jäähdytyselementti on valmistettu alumiinista. Näin ollen suuremmilla taajuuksilla sähköä johtavien materiaalien käyttöä tulisi 5 välttää jäähdytyselementissä. Esimerkiksi taajuusmuuttajan lähtökuristimen taajuudet ovat sellaisia, että jäähdytyselementti valmistetaan edullisesti materiaalista, joka ei johda sähköä, kuten sopivasta muovista tai keraamista.

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen kuristimen toista edullista suoritusmuotoa. Kuvion 3 suoritusmuoto vastaa erittäin pitkälle kuvioiden 1 ja 2 10 suoritusmuotoa, minkä vuoksi kuvion 3 suoritusmuotoa selostetaan seuraa-vassa ensisijaisesti tuomalla esille näiden suoritusmuotojen välisiä eroja.

Kuviossa 3 kuristin 11 on esitetty leikattuna vastaavasti kuin kuviossa 2. Suuremman jäähdytystehon saavuttamiseksi jäähdytyselementin 14 muodostavat putket 14 on kuitenkin järjestetty eri tavoin käämejä muodostavi-15 en johtimien 12, 13 ja 15 suhteen. Näin ollen johtimia jäähdytetään useammalta suunnalta.

Kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen kuristimen kolmatta edullista suoritusmuotoa. Kuvion 4 suoritusmuoto vastaa erittäin pitkälle kuvioiden 1 ja 2 suoritusmuotoa, minkä vuoksi kuvion 4 suoritusmuotoa selostetaan seuraa-20 vassa ensisijaisesti tuomalla esille näiden suoritusmuotojen välisiä eroja.

Kuvion 4 suoritusmuodossa kuristimen 21 käämiksi käämittyä johdinta 22 jäähdytetään jäähdytyselementillä 24, joka muodostuu renkaasta. Kuviosta 4 poiketen on ajateltavissa, että myös jäähdytyselementin 2 yläpuolelle järjestetään toinen käämiksi käämitty johdin, jota jäähdytetään samalla jäähdy-^ 25 tyselementillä 24, jolla johdinta 22 jäähdytetään.

^ Kuvion 4 renkaasta muodostuva jäähdytyselementti 24 on keskellä

C\J

o aukon omaavan kiekon muotoinen. Jäähdytyselementti 24 voidaan aikaisem- c3 pien suoritusmuotojen mukaisesti valmistaa muovista tai metallista. Erityisesti g metallin yhteydessä tämä suoritusmuoto on edullinen, koska sen ansioista väl-

CL

30 tetään tarve muotoilla metalliputki käämin muotoon.

5 Jäähdytyselementtiin syötetään jäähdytysväliainetta syöttöaukon 25 tn £5 kautta ja vastaavasti jäähdytysväliainetta poistetaan jäähdytyselementistä 24 ° poistoaukon 26 kautta. Jäähdytyselementin sisään järjestetyn ja katkoviivoilla esitetyn seinämän 27 avulla varmistetaan, että jäähdytysväliaine kiertää koko 35 renkaan läpi johtimen 22 suuntaisesti ennen kuin se poistuu jäähdytyselemen- 5 tistä 24. Käämin muodostavan johdin 22 tulee täten lähes koko matkaltaan kosketukseen jäähdytyselementin kanssa, jolloin jäähdytys on tehokasta.

Kuviossa 4 on katkoviivoilla havainnollistettu kuristimen rautasydän-tä 28. Toteutuksesta riippuen tällainen rautasydän voi olla käytössä kuvion 4 5 suoritusmuodossa tai vaihtoehtoisesti se voidaan jättää pois. Sama koskee keksinnön muita suoritusmuotoja, eli ne voidaan myös toteuttaa sydämellä tai ilman sydäntä (ilmasydän). Sydäntä käytettäessä voi sen materiaalina olla mikä tahansa kuristimen sydämessä käytettäväksi soveltuva materiaali.

On ymmärrettävä, että edellä oleva selitys ja siihen liittyvät kuviot on 10 ainoastaan tarkoitettu havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Alan ammattimiehelle tulevat olemaan ilmeisiä erilaiset keksinnön variaatiot ja muunnelmat ilman että poiketaan keksinnön suojapiiristä.

δ

(M

i

(M

O

00

(M

X

en

CL

h-· δ m h-· o o

(M

Claims (7)

1. Elektroniikkalaitteen kuristin (1,11,21), johon kuuluu ainakin yksi johdin (2, 3), joka on käämitty käämiksi, jossa johtimen 5 eri kierrokset on käämitty toistensa päälle, ja kuristinta jäähdyttävä jäähdytyselementti (4), tunnettu siitä, että pitkänomaisesta putkesta muodostuva jäähdytyselementti (4), joka on käämitty käämiksi jossa putki ulottuu pitkin mainittua ainakin yhtä käämiksi käämittyä johdinta (2, 3), ja jossa putken eri kierrokset on käämitty toistensa 10 päälle, on järjestetty vasten mainittua käämiä jäähdyttämään kuristimen käämiksi käämittyä johdinta (2, 3) jäähdytyselementtiin kuuluvan jäähdytyskana-van läpi johtimen (2, 3) suuntaisesti viilaavan väliaineen välityksellä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuristin, tunnettu siitä, että mainittu jäähdytyselementti (4) on valmistettu muovimateriaalista tai keräämisiä ta.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kuristin, tunnettu siitä, että mainittu kuristin (1, 11, 21) on taajuusmuuttajan lähtökuristin.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuristin, tunnettu siitä, että mainittu jäähdytyselementti (4) on valmistettu metallista.

5. Patenttivaatimuksen 2 tai 4 mukainen kuristin, tunnettu siitä, että mainittu kuristin (1, 11, 21) on taajuusmuuttajan tulokuristin.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen kuristin, tunnettu siitä, että mainittu kuristin (1, 11,21) on ilmasydäminen kuristin.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen kuristin, tunnettu ° 25 siitä, että mainittu kuristin (1, 11,21) käsittää rautasydämen (28). i (M O 00 (M X cc CL h-· CD tn h-· o o (M