DE202014105157U1 - Inductive component with improved cooling - Google Patents
Inductive component with improved cooling Download PDFInfo
- Publication number
- DE202014105157U1 DE202014105157U1 DE202014105157.0U DE202014105157U DE202014105157U1 DE 202014105157 U1 DE202014105157 U1 DE 202014105157U1 DE 202014105157 U DE202014105157 U DE 202014105157U DE 202014105157 U1 DE202014105157 U1 DE 202014105157U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- heat
- transformer core
- transformer
- layers
- heat sink
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/24—Magnetic cores
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/08—Cooling; Ventilating
- H01F27/22—Cooling by heat conduction through solid or powdered fillings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F2013/001—Particular heat conductive materials, e.g. superconductive elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/02—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of carbon, e.g. graphite
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Transformer Cooling (AREA)
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
Abstract
Transformatorkern (10), umfassend: – einen ferromagnetischen Grundkörper (5) mit mehreren Abschnitten (11, 12, 13), – mehrere Wärmeableitschichten (1, 2, 3) eines hoch-wärmeleitfähigen, elektrisch isolierenden Materials, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Abschnitten (11, 12, 13) des Grundkörpers (5) eine Wärmeableitschicht (1, 2, 3) angeordnet ist.Transformer core (10), comprising: - a ferromagnetic base body (5) with a plurality of sections (11, 12, 13), - a plurality of heat dissipation layers (1, 2, 3) of a highly thermally conductive, electrically insulating material, between each two adjacent sections (11, 12, 13) of the base body (5) a heat dissipation layer (1, 2, 3) is arranged.
Description
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Einrichtung zur Abführung von Wärme aus induktiven Bauelementen, insbesondere aus Transformatoren, spezifischer für die Kühlung von Mittelfrequenz-Transformatorkernen. Ferner betrifft sie entsprechende Transformatorkerne und Transformatoren. The present disclosure relates to a device for removing heat from inductive components, in particular from transformers, more specifically for the cooling of medium frequency transformer cores. Furthermore, it relates to corresponding transformer cores and transformers.
Die Steigerung der Leistungsdichte einer induktiven Komponente wie eines Transformators oder einer Drosselspule ist vor allem durch die maximal zulässige Betriebstemperatur begrenzt. Die Betriebstemperatur ergibt sich unter anderem aus der Umgebungstemperatur, den auftretenden Verlusten im ferromagnetischen Kern und den Wicklungen, dem Wärmewiderstand zwischen den Haupt-Entstehungsregionen von Verlustwärme und der Oberfläche des Bauteils, sowie dem thermischen Widerstand zwischen der Bauteil-Oberfläche und der Umgebung, der vor allem durch Konvektion bestimmt wird. The increase in the power density of an inductive component such as a transformer or a choke coil is limited mainly by the maximum permissible operating temperature. The operating temperature results inter alia from the ambient temperature, the losses occurring in the ferromagnetic core and the windings, the thermal resistance between the main regions of origin of heat loss and the surface of the component, as well as the thermal resistance between the component surface and the environment, the before everything is determined by convection.
Eine Reduzierung der thermischen Widerstände führt somit zu einer möglichen höheren Leistungsdichte, da die gleiche maximal zulässige Betriebstemperatur dann erst bei höherer Leistung bzw. höherem Strom auftritt. A reduction of the thermal resistances thus leads to a possible higher power density, since the same maximum permissible operating temperature then occurs only at higher power or higher current.
Bei gleicher Bauteil-Nennleistung bzw. Nennstrom führt die mögliche höhere Leistungsdichte somit auch zu einer Reduzierung von Volumen, Gewicht und damit Kosten des Bauteils. Diesen Bestrebungen steht entgegen, dass die insbesondere bei Mittel- und Hochspannungsbauteilen notwendige elektrische Isolierung einen begrenzenden Faktor für die Reduzierung der Wärmewiderstände darstellt, da sich Maßnahmen zur Isolierung in der Regel in einer Steigerung des effektiven Gesamt-Wärmewiderstands niederschlägt. With the same component rated power or rated current, the possible higher power density thus also leads to a reduction of volume, weight and thus costs of the component. These efforts are opposed by the fact that the necessary in particular for medium and high voltage components electrical insulation is a limiting factor for the reduction of thermal resistance, since measures for insulation usually reflected in an increase in the effective total thermal resistance.
Es sind aus dem Stand der Technik Verfahren bekannt, um die Wärmeableitung aus Transformatorkernen zu verbessern bzw. zu erleichtern. Methods are known in the art for improving heat dissipation from transformer cores.
So ist aus der
Aus der
Die bekannten Lösungen lassen Raum für Verbesserungen. Ein Ziel der Erfindung ist es daher, einen Transformatorkern bzw. einen Transformator mit verbesserter Wärmeableitung bzw. Kühlung bereitzustellen. The known solutions leave room for improvement. An object of the invention is therefore to provide a transformer core or a transformer with improved heat dissipation or cooling.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung Brief summary of the invention
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Transformatorkern bereitgestellt. Der Transformatorkern umfasst einen ferromagnetischen Grundkörper mit mehreren Abschnitten und mehrere Wärmeableitschichten eines hoch-wärmeleitfähigen, elektrisch isolierenden Materials, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Abschnitten des Grundkörpers eine Wärmeableitschicht angeordnet ist. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Transformator mit einem derartigen Transformatorkern bereitgestellt. According to a first aspect of the invention, a transformer core is provided. The transformer core comprises a ferromagnetic base body with a plurality of sections and a plurality of heat dissipation layers of a highly thermally conductive, electrically insulating material, a heat dissipation layer being arranged between each two adjacent sections of the base body. In another aspect, a transformer is provided with such a transformer core.
Vorteile von Ausführungsformen sind eine deutliche Gewichtsreduktion und/oder ein Rückgang der äußeren Abmessungen, je nachdem mit welcher konventionellen Technologie verglichen wird. Zudem ergibt sich eine homogene Temperaturverteilung über den Magnetkern, begleitet von einer Reduzierung lokaler Hot Spots. Durch die direkte Abführung der Wärme an die Oberfläche sind sehr einfache und kostengünstige Kühlkonzepte einsetzbar, es ergibt sich eine verbesserte direkte Kühlung des Magnetkerns. Trotz verbesserter Kühlung kann auf komplexe Kühlstrukturen verzichtet werden, die etwa aus Rohren und Kanälen zum Führen von Kühlflüssigkeiten bestehen, die sich herkömmlich innerhalb der Strukturen und Isolationsräume innerhalb der induktiven Komponente erstrecken. Advantages of embodiments are a significant weight reduction and / or a decrease in external dimensions, depending on which conventional technology is compared. In addition, there is a homogeneous temperature distribution over the magnetic core, accompanied by a reduction of local hot spots. The direct dissipation of heat to the surface very simple and inexpensive cooling concepts can be used, there is an improved direct cooling of the magnetic core. Despite improved cooling, it is possible to dispense with complex cooling structures, such as pipes and channels for guiding cooling liquids, which conventionally extend within the structures and insulation spaces within the inductive component.
Weitere Merkmale, Vorteile und Ziele werden von der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung offensichtlich werden. Other features, advantages, and objects will become apparent from the following detailed description of the invention.
Beschreibung der Figuren Description of the figures
Die vorliegende Beschreibung wird nun nur beispielhaft mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben werden, die Ausführungsformen der Erfindung zeigen. Es zeigen: The present description will now be described by way of example only with reference to the accompanying drawings which illustrate embodiments of the invention. Show it:
Detaillierte Beschreibung der Figuren Detailed description of the figures
Generell wird in Ausführungsbeispielen die maximale Leistungsdichte eines induktiven Bauelements erhöht, während gleichzeitig ein sehr einfach aufgebautes externes Kühlsystem verwendet werden kann. In general, in embodiments, the maximum power density of an inductive component is increased, while at the same time a very simple external cooling system can be used.
Vorgeschlagen wird ein Design für einen Transformator mit Flüssigkeits- oder Feststoff-basierter elektrischer Isolierung, wie zum Beispiel Silikongel, Öl oder Epoxid-Vergussmasse, bei dem thermisch gut leitfähige Schichten bzw. Platten als zusätzliche Wärmeableitschichten im Transformatorkern eingesetzt werden. Diese Wärmeableitschichten sind dazu in den Grundkörper des Transformatorkerns eingebettet bzw. als Zwischenschichten in dem ferromagnetischen Grundmaterial ausgeführt. Dabei ist unerheblich, aus welchem Grundmaterial der Kern besteht. Möglich sind z.B. herkömmliches Trafoblech, Ferrit, oder nanokristalline Kerne. A design is proposed for a liquid or solid based electrical insulation transformer, such as silicone gel, oil or epoxy potting compound, in which highly thermally conductive layers or plates are used as additional heat sink layers in the transformer core. For this purpose, these heat-dissipating layers are embedded in the main body of the transformer core or designed as intermediate layers in the ferromagnetic base material. It does not matter which basic material consists of the core. Possible are e.g. conventional transformer plate, ferrite, or nanocrystalline cores.
Die Wärmeableitschichten teilen den Kern in mehrere Abschnitte und dienen dabei jeweils als Wärmesenke und Ableitungspfad für die in den Kernabschnitten produzierte Verlustwärme. Insgesamt wird somit die mittlere thermische Leitfähigkeit des Transformatorkerns erhöht. The heat sink layers divide the core into multiple sections, each serving as a heat sink and drain path for the heat loss produced in the core sections. Overall, thus the average thermal conductivity of the transformer core is increased.
Generell sind die Wärmeableitschichten
Ein mögliches Material für die Wärmeableitschichten ist hochorientierter pyrolytischer Graphit (HOPG). Dieser weist in einer Materialrichtung eine Wärmeleitfähigkeit von 600 W/Km oder höher auf. Die Ausrichtung des HOPG-Materials wird in Bezug auf die Wärmeableitschicht in Ausführungsbeispielen zweckmäßigerweise so festgelegt, dass sie in Richtung des Wärmeflusses zum Rand der Wärmeableitschicht
Die Isolierung dient in Ausführungsbeispielen, insbesondere bei Verwendung von Silikongel oder Öl, auch als thermische Schnittstelle zwischen den Wärmeableitschichten und der Oberfläche der angrenzenden Kernschichten bzw. Abschnitte
In weiteren Ausführungsbeispielen wird das in Bezug auf einen Transformatorkern beschriebene Konzept in anderen induktiven Bauteilen verwendet, etwa in Drosselspulen. Zudem kann das Konzept auch in Dreiphasen-Transformatoren umgesetzt werden. Unter anderem wegen der bei Mittelfrequenz-Transformatoren – im Vergleich zu Netztrafos – höheren Hystereseverluste im Transformatorkern treten die Vorteile des beschriebenen Konzepts bei Mittelfrequenz-Transformatoren gemäß Ausführungsbeispielen besonders deutlich hervor. In other embodiments, the concept described with respect to a transformer core is used in other inductive components, such as inductors. In addition, the concept can be implemented in three-phase transformers. Due in part to the higher hysteresis losses in the transformer core in the case of medium-frequency transformers-in comparison to mains transformers-the advantages of the described concept are particularly evident in the case of medium-frequency transformers according to exemplary embodiments.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2990524 [0006] US 2990524 [0006]
- DE 19637211 [0007] DE 19637211 [0007]
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202014105157.0U DE202014105157U1 (en) | 2014-10-28 | 2014-10-28 | Inductive component with improved cooling |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202014105157.0U DE202014105157U1 (en) | 2014-10-28 | 2014-10-28 | Inductive component with improved cooling |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202014105157U1 true DE202014105157U1 (en) | 2014-11-13 |
Family
ID=52010914
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE202014105157.0U Expired - Lifetime DE202014105157U1 (en) | 2014-10-28 | 2014-10-28 | Inductive component with improved cooling |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202014105157U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017103075A1 (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-22 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Monolithic inductance cores comprising a heat sink |
WO2017103078A1 (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-22 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Electronic device including at least one inductor comprising passive heat management means |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2990524A (en) | 1960-02-01 | 1961-06-27 | Hughes Aircraft Co | Pulse modulator having improved ring neutralized transformer coupling network |
DE19637211A1 (en) | 1996-09-12 | 1998-04-02 | Siemens Matsushita Components | Device for dissipating heat from ferrite cores of inductive components |
-
2014
- 2014-10-28 DE DE202014105157.0U patent/DE202014105157U1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2990524A (en) | 1960-02-01 | 1961-06-27 | Hughes Aircraft Co | Pulse modulator having improved ring neutralized transformer coupling network |
DE19637211A1 (en) | 1996-09-12 | 1998-04-02 | Siemens Matsushita Components | Device for dissipating heat from ferrite cores of inductive components |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017103075A1 (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-22 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Monolithic inductance cores comprising a heat sink |
WO2017103078A1 (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-22 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Electronic device including at least one inductor comprising passive heat management means |
FR3045923A1 (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-23 | Commissariat Energie Atomique | MONOLITHIC INDUCTANCE CORES INTEGRATING THERMAL DRAIN |
FR3045922A1 (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-23 | Commissariat Energie Atomique | ELECTRONIC DEVICE COMPRISING AT LEAST ONE INDUCTANCE INCLUDING PASSIVE THERMAL MANAGEMENT MEANS |
US10629353B2 (en) | 2015-12-17 | 2020-04-21 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Electronic device including at least one inductor comprising passive heat management means |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69916038T2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR COOLING A TRANSFORMER | |
EP2463871B1 (en) | Amorphous transformer core | |
DE102018115654A1 (en) | Actively cooled coil | |
WO2018197267A1 (en) | Induction charging device with cooling arrangement | |
DE102013205389A1 (en) | WärmeableitendeElektromagnetvorrichtungs arrangement | |
CH698904A2 (en) | Water-cooled reactor. | |
DE102012203796A1 (en) | Housing for electrical device | |
DE102018116323A1 (en) | Three-phase choke | |
DE102016216237A1 (en) | Capacitor assembly | |
DE202014105157U1 (en) | Inductive component with improved cooling | |
DE102019208685A1 (en) | Power cables | |
DE102011007334A1 (en) | Liquid-cooled inductive component | |
DE202009007819U1 (en) | High voltage socket and high voltage device comprising such a socket | |
DE102015203791A1 (en) | Multifunction housing for electronic components | |
DE102017222243A1 (en) | Throttle with cooling device | |
EP2079604B1 (en) | Magnet pole for magnetically levitated vehicles | |
DE102015118652A1 (en) | coil assembly | |
DE102011082046A1 (en) | Transformer and related manufacturing process | |
EP3288046B1 (en) | Coil device | |
DE202015101501U1 (en) | Structure of the bobbin of a transformer | |
DE102012217607A1 (en) | Device for cooling | |
EP2337040A1 (en) | Transformer core | |
DE102018109565A1 (en) | coil assembly | |
DE102019218854A1 (en) | Current collector arrangement | |
DE202013103599U1 (en) | Electrical component |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20141224 |
|
R163 | Identified publications notified | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: ABB SCHWEIZ AG, CH Free format text: FORMER OWNER: ABB TECHNOLOGY AG, ZUERICH, CH |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: ZIMMERMANN & PARTNER PATENTANWAELTE MBB, DE |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R157 | Lapse of ip right after 6 years |