用于冷却线圈的装置
阅读说明：本技术 用于冷却线圈的装置 (Device for cooling coil ) 是由 王勇 J·特佩尔 翁嘉华 于 2020-03-10 设计创作，主要内容包括：一种用于冷却线圈(2)的装置,包括至少部分地包含或容纳线圈(2)的壳体(3)以及用于生成空气流(5)以冷却线圈(2)的装置(4,4’),其中,线圈(2)包括用于引导空气流(5)通过线圈(2)的绕组(7)的至少一个冷却通道(6)以及在径向上位于线圈的外周向区域中或位于线圈的外部分(8a)下方的径向内侧的外空气管道(8),其特征在于,空气引导板(9)放置在外空气管道(8)和/或线圈(2)的一个纵向端部处或附近,以防止空气流(5)旁通和/或至少部分地阻挡空气流(5)通过和/或沿着外空气管道(8),从而以使用节省空间的装置按有效的方式达到冷却线圈、尤其是变压器的线圈的目的。(An arrangement for cooling a coil (2), comprising a housing (3) at least partly containing or accommodating the coil (2) and means (4, 4') for generating an air flow (5) for cooling the coil (2), wherein the coil (2) comprises at least one cooling channel (6) for guiding the air flow (5) through windings (7) of the coil (2) and an outer air duct (8) located radially in an outer circumferential region of the coil or radially inside below an outer portion (8a) of the coil, characterized in that an air guide plate (9) is placed at or near one longitudinal end of the outer air duct (8) and/or the coil (2) to prevent the air flow (5) from bypassing and/or at least partly blocking the air flow (5) through and/or along the outer air duct (8), thereby achieving cooling of the coil in an efficient manner using space-saving means, Especially for the purpose of the coil of the transformer.)
技术领域
本发明涉及一种用于冷却线圈的装置，包括至少部分地包含或容纳线圈的壳体，以及用于生成空气流以冷却线圈的装置，其中，线圈包括用于引导空气流通过线圈的绕组的至少一个冷却通道以及在径向上位于线圈的外周向区域中或位于线圈的外部分下方的径向内侧的外空气管道。
背景技术
通过引导空气通过线圈的绕组来冷却变压器的线圈的绕组是已知的。因此，在变压器的壳体的空气入口区域处，由风扇产生过压。通过这种方式，空气流被产生为从入口朝出口流动，并且然后通过格栅进入环境中。
优选的是，大量空气流动通过绕组中的冷却通道。这通常通过使用装置在紧靠线圈的空气引导板来实现。通过这种方式，通过冷却通道的流动阻力变得比线圈周围的流动阻力小。图1示意性地示出了现有技术的这种原理。该原理有一些缺点。为了确保足够的空气流通过冷却通道，必须产生过压以克服壳体中的阻力。
这需要大量操作以及具有高功率的通风机。这种通风机涉及大尺寸，并且因此对于其安装，需要大量空间。此外，大量空气低效地流动通过外空气管道。这降低了冷却效率。为了采取措施，通常将密封件放置到线圈的空气引导板所放置的表面上，使得在线圈的该表面周围不存在空气流的泄漏。
发明内容
因此，本发明的目的是使用节省空间的装置以有效的方式冷却线圈，尤其是变压器的线圈。
本发明的目的通过权利要求1的特征来实现。
根据该权利要求，空气引导板放置在外空气管道和/或线圈的一个纵向端部处或附近，以防止空气流旁通和/或至少部分地阻挡空气流通过和/或沿着外空气管道。
根据本发明，已经发现空气引导板必须以不同于现有技术的方式定位。本发明涉及对至少一个空气引导板的特定定位。根据本发明，通过这种定位，外空气管道被阻挡到期望程度，使得用于冷却的空气主要流动通过绕组的冷却通道。结果是冷却效率更高。由于冷却效率增加，可以使用具有更低功率的风扇或通风机。用于产生空气流的装置可以是紧凑且节省空间的。
有利地，空气引导板放置在外空气管道和/或线圈的纵向端部处或附近，从而至少部分地或完全地阻挡空气流通过外空气管道，其中，在该纵向端部处，绝缘件的径向外部分比绝缘件的径向内部分短，和/或其中，在该纵向端部处，径向外屏障悬垂部比径向内屏障悬垂部短。通过缩短绝缘件或屏障悬垂部(其也是绝缘件)的一部分，可以将空气引导板装置得非常靠近外空气管道的纵向端部。空气引导板位于相对于未缩短的径向内屏障悬垂部或绝缘件的未缩短的径向内部分的纵向端部的纵向内侧。
还有利地，绝缘件的径向外部分相对于绝缘件的径向内部分被缩短，其中，绝缘件围绕至少一个或多个冷却通道，并且其中，空气引导板装置在相对于径向内部分的纵向端部的纵向内侧。因此，空气引导板装置为与绝缘件的径向内部分的纵向端部至少齐平或对齐，并且不超过该径向内部分的纵向端部。
有利地，位于相对于至少一个或多个冷却通道的径向外侧的至少一个第一屏障悬垂部相对于另一屏障悬垂部被缩短，该另一屏障悬垂部位于相对于第一屏障悬垂部的径向内侧。因此，空气引导板装置为与未缩短的一个或多个屏障悬垂部的纵向端部至少齐平或对齐，并且不超过该未缩短的屏障悬垂部的纵向端部。
还有利地，外空气管道具有在30mm至40mm之间的范围内的缝隙宽度，并且其中，两个绕组之间的冷却通道具有在7mm至10mm之间的范围内的缝隙宽度。空气流被空气引导板促使流动通过更窄或更紧的一个或多个冷却通道，该空气引导板至少部分或完全地阻挡更宽的外空气管道。
有利地，在空气引导板和外空气管道的纵向端部之间存在纵向定向的空气间隙，其具有在10mm至30mm之间的范围内的宽度。一些灰尘颗粒可能会通过该空气间隙，而可能无法阻塞该空气间隙。
还有利地，空气引导板以一个端部抵靠在绝缘件的径向内部分上，而没有任何径向定向的空气间隙。由此，外空气管道以非常有效的方式被至少部分地阻挡，并且此外，不需要其它密封件。
有利地，空气引导板在一个端部或一个边缘处固定在壳体上，并且以另一端部或另一边缘延伸至线圈。通过这种方式，消除了线圈和/或壳体上的密封件以及组装这些密封件的对应劳动。此外，通过冷却通道的流动阻力变得比线圈外部的流动阻力小。
还有利地，空气引导板优选直接放置到线圈的高压侧的下部分上。高压侧是变压器的线圈的高压绕组一侧。就介电应力而言，下部分受应力更小。在此范围内，下部分也可称为线圈的冷部分。高压绕组在一侧(即，冷部分)上连接至地或接地。因此，空气引导板可以容易且直接地装置到高压绕组的冷部分。通过这种方式，通过冷却通道的流动阻力变得比线圈外部的流动阻力小。此外，位于线圈的外表面下方的径向内侧的外空气管道可以被阻挡到期望程度，使得通过绕组中的冷却通道的空气流变得更加有效。
有利地，在空气引导板和线圈的高压侧之间存在至少一个空气间隙。通过这种方式，不必在线圈的表面上使用密封件。可以节省用于密封的成本。此外，位于线圈的外表面下方的径向内侧的外空气管道可以以这样的方式阻挡到期望程度，使得通过绕组中的冷却通道的空气流变得更有效。由于在空气引导板和线圈的表面之间允许或期望存在空气间隙，因此定制的空气引导板的尺寸容差更大。线圈和空气引导板之间的小空气间隙也允许灰尘流动通过外空气管道。
还有利的，甚至线圈的下部分的绝缘件的一部分也被缩短以放置空气引导板。通过在纵向上被缩短甚至线圈的下侧上的绝缘件的一部分，空气引导板可以直接放置在线圈的高压侧。
如上所述的壳体优选地是变压器的壳体，其中，多个线圈容纳在壳体中。用于生成空气流的装置可以定位于壳体旁边和/或外部或壳体内。
因此，变压器优选地包括如上所述的装置。变压器可以封闭在带有强制空气冷却的壳体中。变压器可以包括多个线圈，尤其是三个线圈。每个线圈均配备有如上所述的一个或多个空气引导板。
变压器优选为干式变压器或牵引变压器。特别地，变压器是一种用于轨道车辆应用的干式变压器。变压器优选用于火车中。干式变压器在具有强制空气冷却的壳体中。
附图说明
在附图中：
图1示意性地示出了根据现有技术的装置，其中，使用空气引导板通过空气流进行冷却，该空气引导板径向放置在壳体和外空气管道之间，
图2示意性地示出了一种装置，其中，使用在壳体和线圈之间的空气引导板通过空气流进行冷却，其中，绝缘件的一部分已经在纵向上被缩短，
图3示意性地示出了一种装置，其中，使用在壳体和线圈之间的空气引导板通过空气流进行冷却，其中，绝缘件的一大部分已经在纵向上被缩短，以及
图4示意性地示出了另一装置，其中，使用在壳体和线圈之间的空气引导板通过空气流进行冷却，其中，绝缘件的一部分已经相对于绝缘件的剩余较长部分在纵向上被缩短，并且其中，在空气引导板和绝缘件的较长部分之间不存在径向定向的空气间隙。
具体实施方式
图1示出了变压器1，包括根据现有技术的用于冷却线圈2的装置。该装置包括壳体3，其至少部分地包含或容纳线圈2或多个线圈2。该装置还包括用于生成空气流5以冷却线圈2的装置4。线圈2包括用于引导空气流5通过线圈2的绕组7的至少一个冷却通道6以及位于线圈的外部分8a下方的径向内侧的外空气管道8。
为了冷却变压器1的线圈2的绕组7，空气被引导通过绕组7。因此，装置4或风扇在变压器1的壳体3的空气入口区域处产生过压。
通过这种方式，空气流5被产生为从入口朝出口流动，并且然后通过格栅进入环境中。优选的是，大量空气流动通过绕组7中的冷却通道6。
这通常通过使用装置在紧靠线圈2处的空气引导板9来实现。通过这种方式，通过冷却通道6的流动阻力变得小于线圈2周围的流动阻力。现有技术的该原理在图1中示意性示出。
该原理有一些缺点。为了确保足够的空气流通过冷却通道6，过压必须产生为克服壳体3中的阻力。这需要大量操作以及具有高功率的装置4。这种装置4或通风机涉及大尺寸，并且因此对于其安装需要大量空间。此外，大量空气在流动通过外空气管道8时发生损失。这降低了冷却效率。
为了采取措施，密封件10被放置到线圈表面上，空气引导板9被放置于该线圈表面上，使得在线圈表面周围没有空气流泄漏。图1还示出了，外部分8a包括导体11并且线圈2包括具有绝缘件12的屏障13。
图2和图3各自示出了变压器1’、1”，其包括根据本发明的用于冷却线圈2的装置。
为了冷却变压器1的线圈2的绕组7，空气被引导通过绕组7。因此，由装置4’或风扇在变压器1的壳体3的空气入口区域处产生过压。通过这种方式，空气流5被产生为从入口朝出口流动，并且然后可选地通过格栅进入环境中。优选的是，大量空气流动通过绕组7中的冷却通道6。
出口处的可以由出口处的风扇或空气压缩机产生的负压也可以起作用。这意味着图2和图3所示的入口也可以是出口，如虚线箭头所示。空气可以从线圈的一侧流动到另一侧。这可以通过过压或负压来实现。
因此，该装置包括壳体3，其至少部分地包含或容纳至少一个线圈2，优选地多个线圈2。该装置还包括用于生成空气流5以冷却线圈2的装置4’。线圈2包括至少一个冷却通道6以引导空气流5通过线圈2的绕组7以及位于线圈的外部分8a下方的径向内侧的至少一个外空气管道8。外部分8a可以是线圈的外层。线圈的外部分8a环绕或围绕绕组7。
至少一个空气引导板9被放置在外空气管道8和线圈2的一个纵向端部处或附近，以防止空气流5旁通并至少部分地阻挡空气流5通过并沿着外空气管道8。空气引导板9在一个端部或一个边缘处固定在壳体3上并以另一端部或另一边缘延伸至线圈2，即外空气管道8的纵向端部。
空气引导板9放置到线圈2的高压侧的下部分上。在线圈2的高压侧和空气引导板9之间存在纵向定向的空气间隙14a。在空气引导板9的边缘和线圈2的高压侧之间还存在径向定向的空气间隙14b。
图2特别地示出了线圈2的绝缘件15的一部分被缩短以放置空气引导板9，该部分在图3中完全示出并且没有被缩短。
绝缘件15的径向内部分15a长于绝缘件15的径向外部分15b，其中，径向外部分15b相对于径向内部分15a在纵向上被缩短。这些部分15a、15b或层在图4中详细示出。
图3特别地示出了线圈2的屏障悬垂部12被缩短以放置空气引导板9，其中，绝缘件15没有被缩短。
可以在图4中看到的绝缘件15的径向内部分15a与绝缘件15的未被缩短的径向外部分15b一样长，但是位于径向外部分15b和径向内部分15a之间的径向外屏障悬垂部12至少相对于径向内屏障悬垂部12被缩短，该径向内屏障悬垂部12位于绝缘件15的径向内侧。
屏障悬垂部12也是电绝缘件并且通常由聚合物制成。在图3中，存在位于相对于绝缘件15的内部分15a的径向内侧的三个屏障悬垂部12以及位于相对于绝缘件15的内部分15a的径向外侧的两个屏障悬垂部12。
两个径向外屏障悬垂部12相对于三个径向内屏障悬垂部12被缩短，使得空气引导板9可以设置得非常窄或靠近线圈2或外空气管道8的纵向端部，并且可以阻挡外空气管道8。
外空气管道8位于绝缘件15的径向内部分15a和径向外部分15b之间。径向外屏障悬垂部12相对于线圈2的冷侧(这指变压器1”的低压侧)上的径向内屏障悬垂部12被缩短。
图2和图3各自示出了包括根据本发明的装置的变压器1’、1”。变压器1’、1”是干式变压器。变压器1’、1”是火车的部分或用于轨道车辆应用。
图4还示出了包括根据本发明的装置的变压器1”’。变压器1”’是干式变压器。变压器1”’是火车的部分或用于轨道车辆应用。
图4再次示出了，空气引导板9放置在外空气管道8和线圈2的纵向端部处或附近，从而至少部分地阻挡空气流5通过外空气管道8，其中，在该纵向端部处，绝缘件15的径向外部分15b比绝缘件15的径向内部分15a短。同样，在该纵向端部处，径向外屏障悬垂部12比径向内屏障悬垂部12短。
绝缘件15的径向外部分15b相对于绝缘件15的径向内部分15a被缩短，其中，绝缘件15围绕冷却通道6，并且其中，空气引导板9设置在相对于径向内部分15a的纵向端部的纵向内侧。
位于相对于冷却通道6的径向外侧的至少一个第一屏障悬垂部12相对于另一屏障悬垂部12被缩短，该另一屏障悬垂部位于相对于第一屏障悬垂部12的径向内侧。
外空气管道8具有在30mm至40mm之间的范围内的缝隙宽度并且位于两个绕组7、7a、7b之间的冷却通道6具有在7mm至10mm之间的范围内的缝隙宽度。
在外空气管道8的纵向端部和空气引导板9之间存在纵向定向的空气间隙14a，其宽度在10mm至30mm之间的范围内。空气引导板9以一个端部抵靠在绝缘件15的径向内部分15a上，而没有任何径向定向的空气间隙。
图4原则上示出了图2的装置，此外不存在径向定向的空气间隙14b，并且其中，空气引导板9抵靠在绝缘件15的径向内部分15a上，该径向内部分比绝缘件15的径向外部分15b长。绝缘件15由硅树脂制成。
绝缘件15的径向内部分15a比绝缘件15的径向外部分15b长约40mm至100mm，其中，径向外部分15b相对于径向内部分15a在纵向上被缩短。这些部分15a、15b是绝缘装置或绝缘件15的一种层。
空气引导板9也抵靠在壳体3上，使得根本不存在径向定向的间隙。纵向定向的空气间隙14a在纵向方向上具有大约20mm的宽度。
空气引导板9放置在此处所示的变压器1’、1”、1”’的有源部分的冷侧上，其中，所述有源部分包括线圈2和芯16。所有绕组7围绕该芯16。
冷侧是指变压器1’、1”、1”’的有源部分的低压侧。在图4中，由图4的顶部处的长箭头行示出了电压从右侧到左侧的增加。这种沿箭头方向的电压增加也相对于图2和3给出。
此处示出的装置4’或通风机可以放置在该有源部分的任一侧上。装置4’或通风机可以吸入和/或吹出空气以生成空气流5。
所述有源部分的热源是芯16、至少LV部分7a以及HV部分7b。LV是指低压并且HV是指高压。LV部分7a和HV部分7b是绕组7。
LV部分7a或HV部分7b各自可以包括多个部分，这些部分由冷却通道6隔开。
冷却通道6在径向方向上的宽度可以为7mm至10mm。外空气管道8在径向方向上的宽度可以为30mm至40mm。
需要大部分的冷却空气流动通过LV部分7a和HV部分7b。最外的空气管道8或外部分8a和那些HV部分7b之间的空气管道是大间隙，这允许大量空气通过。
因此，该大间隙降低了对LV部分7a和HV部分7b的冷却效果。本发明是为了阻挡外部分8a和HV部分7b之间的这种大空气间隙。
附图标记
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