KÜHLUNG EINER ELEKTRISCHEN DROSSEL

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine elektrische Drossel (1) mit einem Drosselkern (2), einem Wickelgut (3) und mindestens einer Kühlplatte (4), wobei das Wickelgut (3) zumindest um einen Teil des Drosselkerns (2) in Form einer Wicklung angeordnet ist. Zur Verbesserung der Kühleigenschaften der elektrischen Drossel (1) wird vorgeschlagen, dass die Kühlplatte (4) und das Wickelgut (3) derart zueinander angeordnet sind, dass das Wickelgut (3) in axialer Richtung thermisch mit der Kühlplatte (4) verbunden ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine elektrische Drossel mit einem Drosselkern, einem Wickelgut und mindestens einer Kühlplatte, wobei das Wickelgut zumindest um einen Teil des Drosselkerns in Form einer Wicklung angeordnet ist.

[0002] Eine elektrische Drossel erwärmt sich im Betrieb insbesondere dann, wenn diese mit hohen Strömen von beispielsweise mehr als 100A betrieben wird. Um die Komponenten der Drossel vor Beschädigung durch hohe Temperaturen zu schützen, wird die Drossel mit einer Kühlung versehen. Besonders wirkungsvoll ist hierbei eine Flüssigkeitskühlung. In flüssigkeitsgekühlten Drosseln müssen dazu mehrere elektrisch isolierte Kühlplatten untereinander hydraulisch mittels Kühlleitungen aus Kunststoff verschaltet werden.

[0003] Es wird je Wicklungsspule mindestens eine oder zwei Kühlplatten eingesetzt. Diese wird üblicherweise zwischen Drosselkern und der Wicklung angeordnet. Oftmals wird für den Kern eine weitere Kühlplatte vorgesehen, so dass insgesamt bis zu acht Kühlplatten für eine Drossel eingesetzt werden. Die Verbindungen werden als Kunststoffleitungen ausgeführt. Für die Anschlüsse der Verbindungsleitungen (Fittinge) werden häufig Materialien benutzt, die aufgrund der in Drosselspulen, existierenden elektromagnetischen Felder, induzierten Wirbelströme eine begrenzte Lebensdauer haben. Die vorhandenen Lösungen sehen eine Kühlmittelführung in der Aluminium Trägerplatte, oder durch Edelstahlrohre, die mit der Aluminium Trägerplatte verbunden sind, vor.

[0004] Zum Erreichen einer hinreichenden Kühlleitung müssen mehrere Kühlplatten die die Verlustwärme partiell aufnehmen eingesetzt werden. Nachteilig dabei ist, dass das System aufwendig und fehleranfällig ist.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Kühlung einer elektrischen Drossel zu verbessern.

[0006] Die Aufgabe wird durch eine elektrische Drossel aufweisend einen Drosselkern, ein Wickelgut und mindestens eine Kühlplatte gelöst, wobei das Wickelgut zumindest um einen Teil des Drosselkerns in Form einer Wicklung angeordnet ist, wobei die Kühlplatte und das Wickelgut derart zueinander angeordnet sind, dass das Wickelgut in axialer Richtung thermisch mit der Kühlplatte verbunden ist.

[0007] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0008] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Kühlung einer Drossel mit einem Kern, insbesondere mit einem Eisenkern dadurch verbessern lasst, dass die Wicklung durch eine Kühlplatte entwärmt wird, welche die Wicklung an ihrer Stirnseite, also in axialer Richtung, thermisch kontaktiert. Bisher ist es üblich, Kühlkörper entlang des Kerns zwischen Kern und Wicklung anzuordnen. Dabei muss die Wärme, die durch den Kühlkörper abzuführen ist, durch die einzelnen Wicklungen hindurch transportiert werden. Da die einzelnen Schichten der Wicklungen zumindest elektrisch und damit auch thermisch voneinander isoliert sind, ist der Wärmeübergang vom äußeren Teil der Wicklung bis zum Kühlkörper schlecht. Mit der Kontaktierung der Kühlplatte in axialer Richtung kann die Wärme an jeder Stelle der Wicklung durch das Wicklungsmaterial, beispielsweise Kupfer, besonders effektiv transportiert werden. Zwischen dem Wickelgut und dem Kühlkörper kann in vorteilhafterweise noch eine Materialschicht eingefügt werden, die thermisch leitend und elektrisch isolierend ist. Zur elektrischen Isolation der Kühlplatte werden beispielsweise elektrische isolierende Wärmeleitfolien eingesetzt. Mit diesen ist man in der Lage, die Kühlplatte so anzuordnen, dass die Verlustwärme sowohl aus der Drosselspule als auch aus dem Kern des Wickelgutes abgeführt werden kann. In diesem Fall ist neben der Kühlung des Wickelgutes auch eine Kühlung des Kerns auf einfache Weise möglich.

[0009] Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn es sich bei den Kühlkörpern um Flüssigkeitskühlkörper handelt, die von der Flüssigkeit durchflossen werden. Diese Flüssigkeit nimmt die Wärme auf und transportiert sie von der elektrischen Drossel weg.

[0010] Durch Einbringen von Turbulenzgeneratoren in den Flüssigkeitskreislauf kann darüber hinaus sowohl der Wärmewiderstand als auch der Druckabfall der Kühlplatte mit diesen eingestellt werden. Somit kann die Kühlung auf einfache Weise an die Verlustleitung oder die klimatischen Randbedingungen angepasst werden.

[0011] Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die elektrische Drossel zwei Kühlplatten auf, wobei das Wickelgut in axialer Richtung auf beiden Seiten des Wickelguts thermisch mit jeweils einer der zwei Kühlplatten verbunden ist. Damit kann die Kühlleistung in etwa verdoppelt werden, da die doppelte Fläche, also beide Stirnseiten der einen Wicklung für die Kühlung genutzt wird. Damit kann die Kühlplatte entsprechend klein ausgeführt sein. Darüber hinaus ist es möglich, auf einfache Weise die Kühlung zu erhöhen und damit die Leistungsfähigkeit der elektrischen Drossel zu vergrößern.

[0012] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die mindestens eine Kühlplatte das Material CuNi10Fe auf. Die Kühlmittelführung kann direkt durch die Trägerplatten stattfinden. Es können alternativ aber auch Rohre eingeformt werden. Ist der Kühlkörper oder sind diese Rohre aus dem Material CuNi10Fe, so ist das System für das Kühlmittel Frischwasser geeignet. Dieses ist einfach beschaffbar und senkt die Kosten bei Wartung der Kühlung (Neubefüllung).

[0013] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Kühlplatte derart ausgebildet, den Drosselkern und das Wickelgut mechanisch miteinander zu verbinden. Durch die Anbringung der Kühlplatte an den Stirnfläche oder den beiden Stirnflächen, kann die Wicklung auch mechanisch fixiert werden. Auf eine zusätzliche Halterung, um die Wicklung zu fixieren kann verzichtet werden. Die Kühlplatte bzw. die Kühlplatten sind in der Lage, die von dem Wickelgut ausgehenden Kräfte aufzunehmen.

[0014] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrische Drossel als dreiphasige Drossel ausgebildet, wobei die einzelnen Phasen der elektrischen Drossel jeweils einen Teil des Drosselkerns, das Winkelgut und die mindestens eine Kühlplatte aufweisen, wobei die Kühlplatte mittels Verbindungsteilen derart miteinander verbunden sind, dass ein Kühlmittel zwischen den Kühlplatten der einzelnen Phasen zirkulieren kann, wobei mittels der Verbindungsteile die Kühlplatten der elektrischen Drossel starr miteinander verbunden sind. Mit Hilfe der Kühlplatten und den entsprechenden Verbindungsteilen zwischen den Kühlplatten ist es möglich, sowohl die Zirkulation der Kühlflüssigkeit zu ermöglichen als auch die einzelnen Phasen miteinander derart zu verbinden, dass sich eine bauliche Einheit ergibt. Es wird dazu ein System aufgebaut, bei dem drei gleiche Kühlplatten mittels eines Verbindungsteiles hydraulisch verbunden sind. Die Verbindungen sind Bestandteil des Systems. Externe zum Fixieren der einzelnen drei Phasen aneinander sind nicht erforderlich.

[0015] Die einzelnen Trägerplatten können so ausgeformt werden, dass drei gleichartige Phasen einer elektrischen Drossel miteinander durch die Verbindungsteile, ggf. unter Verwendung kleinerer Umlenkteile, zu dem gesamten dreiphasigen System verbunden werden können. Sowohl für die Umlenkteile als auch dem Verbindungsteil können kostengünstige Kunststoffteile eingesetzt werden. Durch die Ausführung des Verbindungsteiles in Kunststoff wird eine für Wirbelströme relevante Verbindung zwischen den Kühlplatten verhindert. Die Teilkreise in den Kühlplatten für den Schenkelkern des Wickelgutes und der Durchführung für den elektrischen Leiter bilden eine Barriere für Wirbelströme innerhalb einer Kühlplatte.

[0016] Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

FIG 1

den Aufbau einer elektrischen Drossel,

FIG 2

den Aufbau einer dreiphasigen elektrischen Drossel und

FIG 3

den Aufbau eines Verbindungsteils.

[0017] FIG 1 zeigt den Aufbau einer elektrischen Drossel 1. Das Wickelgut 3 ist dabei um einen Teil des Drosselkerns 2 angeordnet. Dieser Teil des Drosselkerns 2, ist nicht sichtbar, da dieser in der Darstellung durch das Wickelgut 3 verdeckt ist. Lediglich ein weiterer Teil des Drosselkerns 2, der in der Darstellung waagrecht verläuft, ist zu erkennen. Die Kühlplatten 4 sind dabei an den beiden Stirnseiten der Wicklungen angebracht. Die Stirnseite ist diejenige Seite, die in Bezug auf die Achse, um die das Wickelgut gewickelt ist, sich in radialer Richtung befindet. Somit existierten für das Wickelgut 4 zwei Stirnseiten. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden beide Stirnseiten mit jeweils einer Kühlplatte 4 thermisch verbunden. Zwischen Wickelgut 3 und Kühlplatte 4 ist dabei jeweils eine Wärmeleitfolie 11 angeordnet. Diese sorgt für einen guten thermischen Übergang zwischen Wickelgut 3 und Kühlkörper sowie einer elektrischen Isolierung zwischen diesen Komponenten.

[0018] In diesem Ausführungsbeispiel ist der weitere Teil des Drosselkerns 2, der in der Darstellung waagrecht verläuft, thermisch mit der Kühlplatte verbunden. Auch dies kann mittels der Wärmeleitfolie 11 erfolgen. Diese thermische Verbindung erlaubt neben der Kühlung des Wickelgutes 3 auch die Kühlung des Drosselkerns 2. Aufgrund der im Allgemeinen guten thermischen Leitfähigkeit des Drosselkerns 2, der beispielsweise aus Eisen gefertigt ist, kann auch, wenn nur Teile des Drosselkerns mit der Kühlplatte in thermischen Kontakt stehen, der gesamte Drosselkern 2 hinreichend gut gekühlt werden.

[0019] In diesem Ausführungsbeispiel sind die Kühlplatten 4 mittels eines Kühlmittelschlauchs 10 miteinander verbunden, der ein Zirkulieren der Kühlflüssigkeit zwischen den Kühlplatten ermöglicht. Alternativ kann die Verbindung zum Zirkulieren des Kühlmittels auch mittels eines Verbindungsteils realisiert werden.

[0020] FIG 2 zeigt den Schnitt durch eine dreiphasige elektrische Drossel 1. Zu erkennen sind die Kühlplatten 4, die mittels Verbindungsteilen 5 miteinander verbunden sind. Dabei sind durch die durchgezogenen Pfeile die mechanischen Verbindungen zwischen Kühlplatte 4 und Verbindungsteil 5 dargestellt. Neben der mechanischen Verbindung dienen die Verbindungsteile 5 auch dazu, die Kühlkanäle der einzelnen Kühlplatten 4 miteinander zu verbinden, so dass die Kühlflüssigkeit in Richtung der gestrichelten Pfeile fließen kann.

[0021] Die kreisrunden Öffnungen dienen zur Aufnahme des Drosselkerns. Die weitere Öffnung zwischen der kreisrunden Öffnung und dem Rand dient der einfachen elektrischen Verbindbarkeit der elektrischen Anschlüsse des Wickelgutes.

[0022] FIG 3 zweigt ein Ausführungsbeispiel des Verbindungsteils 5. Dieses muss derart beschaffen sein, die einzelnen Phasen der elektrischen Drossel mechanisch miteinander zu verbinden. Gleichzeitig weist das Verbindungsteil 5 Kühlkanäle auf, um die einzelnen Kühlplatten mit Kühlflüssigkeit versorgen zu können. Somit ist sichergestellt, dass die Kühlflüssigkeit zwischen den Kühlkörpern, beispielsweise wie mittels der gestrichelten Pfeile in FIG 2 dargestellt, zirkulieren kann.

[0023] Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

[0024] Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine elektrische Drossel mit einem Drosselkern, einem Wickelgut und mindestens einer Kühlplatte, wobei das Wickelgut zumindest um einen Teil des Drosselkerns in Form einer Wicklung angeordnet ist. Zur Verbesserung der Kühleigenschaften der elektrischen Drossel wird vorgeschlagen, dass die Kühlplatte und das Wickelgut derart zueinander angeordnet sind, dass das Wickelgut in axialer Richtung thermisch mit der Kühlplatte verbunden ist.

Ansprüche

1. Elektrische Drossel (1) aufweisend

- einen Drosselkern (2),

- ein Wickelgut (3) und

- mindestens eine Kühlplatte (4),

wobei das Wickelgut (3) zumindest um einen Teil des Drosselkerns (2) in Form einer Wicklung angeordnet ist, wobei die Kühlplatte (4) und das Wickelgut (3) derart zueinander angeordnet sind, dass das Wickelgut (3) in axialer Richtung thermisch mit der Kühlplatte (4) verbunden ist.

2. Elektrische Drossel (1) nach Anspruch 1, wobei die elektrische Drossel (1) zwei Kühlplatten (4) aufweist, wobei das Wickelgut (3) in axialer Richtung auf beiden Seiten des Wickelguts (3) thermisch mit jeweils einer der zwei Kühlplatten (4) verbunden ist.

3. Elektrische Drossel (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die mindestens eine Kühlplatte (4) das Material CuNi10Fe aufweist.

4. Elektrische Drossel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kühlplatte (4) derart ausgebildet ist, den Drosselkern (2) und das Wickelgut (3) mechanisch miteinander zu verbinden.

5. Elektrische Drossel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektrische Drossel (1) als dreiphasige Drossel ausgebildet ist, wobei die einzelnen Phasen der elektrischen Drossel (1) jeweils einen Teil des Drosselkerns (2), das Winkelgut (3) und die mindestens eine Kühlplatte (4) aufweisen, wobei die Kühlplatte (4) mittels Verbindungsteilen (5) derart miteinander verbunden sind, dass ein Kühlmittel zwischen den Kühlplatten (4) der einzelnen Phasen zirkulieren kann, wobei mittels der Verbindungsteile (5) die Kühlplatten (4) der elektrischen Drossel (1) starr miteinander verbunden sind.

Zeichnung