具有冷却剂渗透性的电磁线圈制造技术

使用绝缘导线(11)卷绕的具有冷却剂渗透性的电磁线圈(60)包括多个径向布置的层(29)以及每层(29)的绝缘导线(11)的多个轴向布置的匝(19)，其中，绝缘导线(11)具有沿其长度的多个节段(12，13)，任一对两个相邻的节段(12，13)具有不同的截面，当导线(11)围绕芯卷绕时，多个节段(12，13)共同形成轴向冷却剂通道和径向冷却剂通道(110，115)。115)。115)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有冷却剂渗透性的电磁线圈


[0001]本专利技术涉及具有冷却剂渗透性的电磁线圈、构造这样的电磁线圈的绝缘导线、以及制造这样的具有冷却剂渗透性的电磁线圈的方法。

技术介绍

[0002]电磁线圈是大量现代技术的基本组成部件。特别是大功率电磁线圈广泛用于医学、粒子物理学、显微操作和许多其他领域。这样的线圈包括通常使用液体进行主动冷却的电磁线圈绕组，以允许绕组承受高电流密度而不会过热。
[0003]存在各种策略来使这种冷却最有效。一般而言，增加冷却剂流速和导线与冷却剂接触的面积是有利的，而同时最大限度地使导线和冷却剂接近，即传导至冷却剂的任何热量都应当必须以尽可能短的距离穿过导线。此外，如果可能的话，当然优选地使用标准导线和绕组技术。
[0004]文献中已经提出了用于电磁线圈绕组的许多设计和配置，此处描述了最相关的文献。
[0005]US 2,710,947描述了同时卷绕有两个材料带的线圈——第一个是非绝缘导体，并且第二个是波纹状绝缘体——使得该波纹状绝缘带在线圈结构中形成轴向冷却通道。
[0006]EP 2,330,603描述了卷绕有两个导电带的变压器线圈，其中至少一个是波纹状的，以形成轴向延伸的冷却剂通道。
[0007]US 8,284,006描述了空气冷却变压器线圈，该空气冷却变压器线圈在绕组层之间具有形成用于空气流动的轴向通道的间隔件元件。
[0008]通过在绕组内嵌入不同的间隔件元件来创建冷却通道的许多不同方法是已知的。一个示例是US 7,023,312，其公开了在导电绕组层之间间隔开的热塑性管道。
[0009]US 3,579,162描述了具有轴向冷却管道的变压器线圈，线圈导线围绕该轴向冷却管道卷绕。
[0010]US 2,632,041描述了变压器，该变压器具有由轴向间隔件元件分开的绕组节段，从而形成径向冷却通道。
[0011]US 3,056,071描述了由具有浅槽形切口的导线形成的电磁线圈，该浅槽形切口形成轴向冷却通道。

技术实现思路

[0012]现有技术中描述的电磁线圈需要复杂的导线几何形状和/或绕组技术。
[0013]鉴于前面提及的现有技术及其限制，本专利技术的目的尤其是提供一种其固有地出现冷却剂渗透性的线圈。
[0014]根据本专利技术的具有冷却剂渗透性的电磁线圈使用绝缘导线卷绕，该电磁线圈包括多个径向布置的层以及每层的绝缘导线的多个轴向布置的匝，其中，绝缘导线具有沿其长度的多个节段(section)，任一对两个相邻节段具有不同的截面。
[0015]根据本专利技术的线圈包括由于导线的变化的截面形状而固有地出现冷却剂渗透性的线圈。相邻节段的截面的差异可以包括高度的变化或宽度的变化或高度和宽度二者的变化。根据本专利技术的这样的实施方式的特征在于，组合的轴向和径向冷却通道为线圈绕组提供了在轴向方向和径向方向二者上的冷却剂渗透性。
[0016]本专利技术的另一目的是提供一种冷却剂可渗透的线圈，该线圈可以使用常规的线圈绕组技术由标准的、容易获得的绝缘导线形成。
[0017]根据本专利技术的实施方式，线圈由导线卷绕而成，导线具有沿其长度周期性变化的截面形状和/或面积。该导线可以通过由成型工具拉制具有均匀截面的标准绝缘导线来形成，该成型工具沿导线的高度、宽度或二者周期性地压缩导线的节段。由于导线在多个层上以多行形式卷绕，因此变化的截面在轴向方向和径向方向二者上均形成冷却剂通道。可以针对各种目的优化截面的形状和周期性。例如，如果大部分冷却剂在径向方向上流动是有利的，则可以调整导线的截面参数，以主要形成径向冷却剂通道，反之亦然。
[0018]根据本专利技术的线圈导致大的热传递面积，其中冷却剂分配在整个绕组体积中。该线圈不需要单独的间隔件元件，从而简化了卷绕过程，并且允许最大的封装密度(体积铜/总体积)，以实现每个给定输入功率的最大磁场生成。优化与线圈本身和卷绕其的方法二者有关。该线圈不需要间隔件并且可以使用标准做法进行卷绕的事实与该方法有关，但是最佳封装密度的实现是绕组配置本身的属性，而不管其实际上是如何实现的。
[0019]线圈优选地包括具有至少一个入口和至少一个出口的壳体，至少一个入口和至少一个出口连接至线圈的轴向方向和/或径向方向上的间隙，创建用于冷却剂流体的通道，其中，入口和出口适于连接至冷却剂回路以泵送冷却剂流体通过线圈的通道以冷却线圈。
[0020]入口和出口可以在纵向方向上设置在线圈的壳体的相对侧处，例如在距线圈的芯相同的径向距离处，其中，通过施加轴向压力梯度使冷却剂在轴向方向上移动通过绕组，并且径向冷却通道用于在径向流截面上均匀地分配流。
[0021]入口和出口也可以设置在距线圈的芯不同的径向距离处，然后通过施加径向压力梯度使冷却剂在径向方向上(向内或向外)移动通过绕组，并且轴向冷却通道用于在轴向流截面上均匀地分配流。
[0022]本专利技术的另一目的是提供一种用于构建具有冷却剂渗透性的改进线圈的绝缘导线。
[0023]这样的绝缘导线在变形之前具有初始的圆形形状，以实现最佳原材料价格。该绝缘导线也可以具有初始的矩形，特别是方形形状。如果使用的导线在变形之前近似为矩形，则会产生最佳封装密度。
[0024]用于形成冷却剂可渗透的电磁线圈的绝缘导线包括交替的圆形或矩形形状导线的节段和沿导线的高度或宽度压缩的变形节段。沿导线的高度和宽度的截面减小可以是反向对齐的，其中，导线在其平坦的位置是宽的，或者其中，导线在其高的位置是窄的，实现导线的近似恒定的总导线截面。
[0025]可替选地，沿导线的高度和宽度的导线变形可以是对齐的，其中，导线在其高的位置是宽的，并且其中，导线在其平坦的位置是窄的，以实现最佳的流体渗透性。
[0026]本专利技术的另一目的是提供一种生产具有冷却剂渗透性的线圈的改进的方法。
[0027]该目的是通过一种用于生产线圈的方法实现的，该方法包括使用在一个实施方式
中包括两个轮的导线成型工具压缩导线的步骤，两个轮具有与期望的导线厚度对应的轮廓表面。
[0028]该方法允许以传统方式从单个连续绝缘导线卷绕线圈，但不需要使用附加的间隔元件。通过在对导线进行卷绕之前对导线进行挤压和变形，普通绝缘导线的变形过程与卷绕同时发生。
[0029]根据一个实施方式，随机选择从包括厚度、变形周期性、变形节段长度、变形节段宽度和绕组内径的组中提取的导线参数。这允许创建随机形成的冷却剂通道。虽然产生的通道仍然非常有效，但是它们可能不是最佳的。
[0030]根据另一实施方式，导线参数与所得线圈之间的关系是预先限定的，从而确保通道将在多个层上继续彼此对齐，以实现理想的通道配置。一种这样的关系包括以其最简单的形式设置L＝2*pi*t，其中，L是周期性图案的长度，并且t是导线的最大厚度(高度)，其中，pi是鲁道夫数。同时，卷绕有导线的芯的周长被选择为长度L的倍数，使得相同层中的绕组之间的变形节段和未变形节段对齐。换言之，L是卷绕有导线的芯的周长值的因数(div本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种使用绝缘导线(11，21)卷绕的具有冷却剂渗透性的电磁线圈(60，70，80)，包括多个径向布置的层(29)以及每层(29)的绝缘导线(11，21)的多个轴向布置的匝(19)，其特征在于，绝缘导线(11，21)具有沿其长度的多个节段(12，13；22，23)，任一对两个相邻的节段(12，13；22，23)具有不同的截面，使得由绝缘导线的轴向相邻截面和径向相邻截面形成的空的空间共同形成冷却剂通道(110，115，116)。2.根据权利要求1所述的线圈，其中，截面的差异包括高度的变化，或宽度的变化，或高度和宽度二者的变化。3.根据权利要求1或权利要求2所述的线圈，使得线圈包括具有至少一个入口(73；83)和至少一个出口(74；84)的壳体(75，76，77；85，86，87)，至少一个入口(73；83)和至少一个出口(74；84)连接至线圈的轴向(211)方向和/或径向(213)方向上的间隙(88'，89)，从而创建用于冷却剂流体的通道(110，115)，其中，入口(73；83)和出口(74；84)适于连接至冷却剂回路以泵送冷却剂流体通过线圈的通道以冷却线圈。4.根据权利要求3所述的线圈，其中，通过可选地使用流体泵在入口(73；83)与出口(74；84)之间施加轴向压力梯度，使冷却剂在轴向方向上移动通过绕组，并且径向冷却通道(110)用于在径向流截面上均匀地分配流。5.根据权利要求3所述的线圈，其中，通过可选地使用流体泵在入口(73；83)与出口(74；84)之间施加径向压力梯度，使冷却剂在径向方向上(向内或向外)移动通过绕组，并且轴向冷却通道(115)用于在轴向流截面上均匀地分配流。6.根据权利要求1至4中任一项所述的线圈，其中，相邻节段(12，13；22，23)的局部导线变形与线圈上的切线位不协调，并且随机地创建轴向方向和径向方向上的间隙。7.根据权利要求1至4中任一项所述的线圈，其中，相邻节段(12，13；22，23)的局部导线变形与线圈上的切线位协调，并且以协调的方式创建轴向方向和/或径向方向上的冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖恩，
申请(专利权)人：纳诺弗莱克斯机器人技术股份公司，
类型：发明
国别省市：