[發明專利]用于電氣裝置的冷卻裝置和冷卻電氣裝置的方法

無效

• 申請號: 201210213657.7
• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN102842407A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: R.G.瓦戈納;H.庫恩
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H01F27/22
• 分類號: H01F27/22;H01F41/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 金飛;譚祐祥

技術領域

本說明書所描述的主題涉及冷卻電氣裝置，并且特別地，涉及用于冷卻磁電感器的熱傳遞元件。

背景技術

一種類型的電氣裝置包括電感器，所述電感器是將能量存儲在由穿過電感器的電流所產生的磁場中的無源電氣部件。電感器包括圍繞空氣磁芯或鐵磁材料(磁芯)纏繞的材料(例如，金屬絲或箔)的導電線圈。將電流穿過導電線圈生成磁通量Ф_m，所述磁通量在磁芯中傳導并且與電流成比例。

電感器的特征在于高磁導率(例如μ_m(＞1000))并且因此在于低磁阻(例如R_m～1/(μ_mμ))。然而高電容率材料對溫度、壓力、電壓和頻率敏感。此外，存儲在感應部件中的磁能與磁通量Ф_m的平方成比例并且與材料的磁導率μ_m成反比。因此，好的磁電感器可以導致低能量存儲。

為了最小化這些敏感性和缺點，將一個或多個氣隙插入電感器中。在一些已知的電感器中，氣隙填充有間隙材料。間隙材料包括諸如紙、尼龍或玻璃這樣的材料。然而將氣隙插入電感器中促進磁通量在越過氣隙時離開磁芯。在越過氣隙過程中，通量邊緣化。總磁通量Ф_m的邊緣化的部分被稱為邊緣通量Ф_m，fring。

電感器可能由于磁場波動而受到能量損失，例如渦電流損失和磁滯損失。該能量損失被稱為磁芯損失。磁芯損失由勵磁電壓和磁路的通量密度之間的非線性磁滯相互關系導致。由于磁性材料中的交變通量，因此在磁芯中感生渦電流。渦電流的強度和因此渦電流損失取決于磁芯材料的電導率。此外，線圈的內阻將流過線圈的電流的一部分轉換成熱能，導致感應質量的損失。該損失被稱為線圈損失。在邊緣通量的區域中的任何導電材料將具有高功率損失。

線圈和磁芯損失在電感器內作為熱生成。由于線圈損失和磁芯損失引起的熱的積累可以降低電感器的性能，并且導致電氣裝置的故障。為了減小渦電流損失，一些已知的導體包括層狀結構(lamination)以減小磁芯的電導率。

已知的導體也將液體冷卻散熱器應用于磁芯。散熱器的材料通常是熱導體以便于磁芯和散熱器之間的熱傳遞。靠近氣隙，交變邊緣通量Ф_m，fring進入并且穿透散熱器。一般而言，具有良好的熱傳導性能的材料也是良好的電導體。如上所述，穿透導電化合物的通量導致渦電流損失。因此，渦流損失靠近或接近氣隙發生在散熱器中。因此，電感器損失能量，同時冷卻液體由源自電感器的損失加熱。

發明內容

在一個方面中，提供了一種用于冷卻具有氣隙的電氣裝置的冷卻裝置。所述冷卻裝置包括聯接到所述電氣裝置的磁芯的熱傳遞元件。所述熱傳遞元件包括第一材料以便于將熱傳遞到所述磁芯之外。所述冷卻裝置還包括聯接到所述熱傳遞元件的電絕緣體。所述絕緣體包括第二材料以便于磁通量流動越過所述氣隙。

進一步的，所述第一材料包括不同于所述第二材料的組成。

進一步的，所述第一材料包括熱傳導材料。

進一步的，所述第二材料包括非熱傳導材料。

進一步的，所述第二材料包括低電導率和高電阻材料。

進一步的，所述第二材料包括非導電材料。

進一步的，所述第二材料包括塑料、玻璃和有機硅材料中的至少一種。

進一步的，所述熱傳遞元件包括冷卻通道。

進一步的，所述絕緣體包括軟管。

進一步的，還包括熱緊固件，所述熱緊固件被配置成便于將所述熱傳遞元件和所述電絕緣體聯接在一起。

在另一個方面中，提供了一種電氣裝置。所述電氣裝置包括具有氣隙的磁芯、導電線圈和冷卻裝置。所述冷卻裝置包括聯接到所述電氣裝置的磁芯的熱傳遞元件。所述熱傳遞元件包括第一材料以便于將熱傳遞到所述磁芯之外。所述冷卻裝置還包括聯接到所述熱傳遞元件的電絕緣體。所述絕緣體包括第二材料以便于磁通量流動越過所述氣隙。

進一步的，所述第一材料包括不同于所述第二材料的組成。

進一步的，所述第一材料包括熱傳導材料。

進一步的，所述第二材料包括非熱傳導材料。

進一步的，所述第二材料包括低電導率和高電阻材料。

進一步的，所述第二材料包括非導電材料。

進一步的，所述第二材料包括塑料、玻璃和有機硅材料中的至少一種。

進一步的，所述熱傳遞元件包括冷卻通道。

進一步的，所述絕緣體包括軟管。