本發(fā)明涉及一種電導(dǎo)線布置，其包括導(dǎo)線束，所述導(dǎo)線束具有至少一根單獨(dú)的電纜和至少一條冷卻管路，冷卻流體要流過(guò)所述冷卻管路。本發(fā)明還涉及一種用于制造這類電導(dǎo)線布置的工藝。

背景技術(shù)：

水冷式電線形式的電導(dǎo)線布置已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)中已知一段時(shí)間，例如，帶有由電線匝形成的繞組的電線圈或電磁線圈的形式。線圈的電阻引起線圈加熱，從而使得被供應(yīng)較高功率的線圈通常必須冷卻以將線圈保持在某一最佳工作溫度范圍內(nèi)。

從冷卻這類線圈的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)已知將線圈的電導(dǎo)線實(shí)施為空心導(dǎo)線(例如，空心銅導(dǎo)線形式)，電線冷卻流體(通常為水)流過(guò)其空心內(nèi)部來(lái)使產(chǎn)生的焦耳熱效應(yīng)消散。從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中還已知將線圈的繞組做成平整幾何形狀，例如，做成所謂的“煎餅形狀”，從而使得繞組的邊緣冷卻高效。在較低功率密度下，還已知通過(guò)風(fēng)冷來(lái)冷卻繞組。

現(xiàn)有技術(shù)中已知的空心銅導(dǎo)線的缺點(diǎn)在于，對(duì)于小線圈而言，它們相對(duì)低效且昂貴，因?yàn)榱髯瑕央S著冷卻通道半徑的減小而急劇升高，因?yàn)楦鶕?jù)泊肅葉公式，流阻ρ與r^-4成比例(ρ～r^-4)。另一方面，扁平的煎餅形幾何形狀對(duì)于許多應(yīng)用而言不切實(shí)際。已知的風(fēng)冷僅對(duì)于低電輸出和對(duì)于非緊湊幾何形狀而言起作用。

jp3841340b2提出了帶有礦物絕緣電纜(nic)的線圈，其中，例如，銅導(dǎo)線通過(guò)氧化鎂包圍層絕緣，所述氧化鎂包圍層進(jìn)而被銅護(hù)套包圍。為了冷卻線圈，提出了用低熔化溫度金屬包裹線圈的礦物絕緣電纜，所述金屬在電纜與線圈的、水流過(guò)其中的一個(gè)或多個(gè)冷卻管路之間形成熱連接。然而，這種方法的缺點(diǎn)為礦物絕緣電纜的使用不適合于許多應(yīng)用，因?yàn)樗鼈儽容^昂貴，并且特別是由于這類礦物絕緣電纜的直徑比較大，不能以期望的功率密度實(shí)現(xiàn)小的高性能線圈。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的流體冷卻式電導(dǎo)線布置，通過(guò)其可以避免常規(guī)技術(shù)的缺點(diǎn)。具體地，本發(fā)明的目的是提供一種流體冷卻式電導(dǎo)線布置，其可以被緊湊地布置并且同時(shí)甚至在被供應(yīng)高功率密度時(shí)高效地冷卻，并且其優(yōu)選地制造成本低。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于制造這類布置的方法，其具體特征在于簡(jiǎn)化的過(guò)程控制。

這些目的通過(guò)具有獨(dú)立權(quán)利要求1所述的特征的電導(dǎo)線布置和通過(guò)具有獨(dú)立權(quán)利要求2所述的特征的方法實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利實(shí)施例和應(yīng)用是從屬權(quán)利要求的主題并且部分參考各圖在以下描述中進(jìn)行了更詳細(xì)的描述。

根據(jù)本發(fā)明的電導(dǎo)線布置包括導(dǎo)線束，所述導(dǎo)線束具有至少一根單獨(dú)的電纜和至少一條冷卻管路，冷卻流體要流過(guò)所述冷卻管路。單獨(dú)的電纜應(yīng)理解為絕緣金屬電線，即帶有絕緣護(hù)套的金屬電線。金屬電線可以是銅電線。至少一個(gè)冷卻通道可以被實(shí)現(xiàn)為銅管。導(dǎo)線束優(yōu)選地由多根單獨(dú)的電纜組成，但還可以由僅一根單獨(dú)的電纜組成。

根據(jù)本發(fā)明的一般方面，達(dá)到所提到的目的在于，為了將導(dǎo)線束(即，該或這些單獨(dú)的電纜)熱連接到至少一條冷卻管路，所述至少一條冷卻管路的一部分和所述單獨(dú)的電纜嵌入低熔化溫度金屬中，其中，所述單獨(dú)的電纜的絕緣護(hù)套實(shí)施為塑料絕緣材料。

使用根據(jù)本發(fā)明的布置，一方面由于低熔化溫度金屬的通常固有的高導(dǎo)熱性和另一方面由于電線上的薄絕緣護(hù)套形成金屬電線的塑料絕緣材料與低熔化溫度金屬之間的大接觸表面，從單獨(dú)的電纜的金屬電線到冷卻管路之間實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱。

令人驚奇地，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)盡管常規(guī)電線的薄塑料絕緣材料，當(dāng)所述電線嵌入熔化后的導(dǎo)電低熔化溫度金屬時(shí)也不發(fā)生短路。在本發(fā)明的范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)表明市售的電線的電氣塑料絕緣材料足以防止這類短路。

特別優(yōu)選的實(shí)施例在這種情況下提供了塑料絕緣材料是聚酰亞胺絕緣材料或聚酯絕緣材料。特別有利的聚酰亞胺絕緣材料變體是擠出護(hù)套。特別有利的聚酯絕緣材料變體是聚酯漆絕緣材料。這些變體具有以下優(yōu)點(diǎn)：聚酰亞胺或聚酯絕緣材料與常見的低熔化溫度金屬(特別是錫鉍合金)之間不發(fā)生破壞性化學(xué)反應(yīng)。

這些絕緣材料變體相比于礦物絕緣材料還具有以下優(yōu)點(diǎn)：兩種絕緣材料變體均能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)限的電線彎曲半徑并且令人驚奇地關(guān)于有孔或破裂引起的短路比礦物絕緣材料魯棒得多。

聚酯漆絕緣電線的特定優(yōu)點(diǎn)還有它們制造成本低，從而使它們總體上比典型的礦物絕緣電纜便宜高達(dá)50倍。

本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在通過(guò)經(jīng)由低熔化溫度金屬熱連接至單獨(dú)的電纜的單獨(dú)專用冷卻通道進(jìn)行冷卻的過(guò)程中，可以獨(dú)立于電線的直徑指定所述冷卻通道的直徑，這準(zhǔn)許更大幅度高效地優(yōu)化冷卻和獨(dú)立于其指定電壓/電流強(qiáng)度比。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)對(duì)于小線圈特別有意義，因?yàn)樗骶哂袕?qiáng)光線性度(參考泊肅葉公式)。

低熔化溫度金屬(以下簡(jiǎn)稱lmtm))的概念也意在包括低熔化溫度金屬合金。因此，低熔化溫度金屬應(yīng)理解為具有第一熔化溫度的金屬或合金。這類金屬又稱為低熔化金屬或金屬合金。用于熱連接單獨(dú)的電纜的低熔化溫度金屬具有特別高的導(dǎo)熱性。

低熔化溫度金屬優(yōu)選地具有低于260℃的熔點(diǎn)、進(jìn)一步優(yōu)選地低于150℃的熔點(diǎn)。低熔化溫度金屬可以是例如錫鉍合金、錫鉛合金或釬焊合金。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，低熔化溫度金屬可以含有至少一種金屬或選自錫、錫鉛、錫鋅或錫鉍合金的一種合金。

絕緣護(hù)套的材料的所指定的最大目標(biāo)工作溫度優(yōu)選地大于低熔化溫度金屬的熔化溫度，從而使得確保單獨(dú)的電纜的絕緣材料在引入已熔化金屬時(shí)不損壞。

導(dǎo)線束優(yōu)選地通過(guò)使用低熔化溫度金屬鑄造來(lái)永久性地牢固粘結(jié)到至少一條冷卻管路的一部分上以確保良好熱連接。

本發(fā)明的突出應(yīng)用涉及電導(dǎo)線布置的實(shí)施例作為液冷式電線圈或電磁線圈，其中，所述具有至少一根單獨(dú)的電纜的導(dǎo)線束形成所述線圈的至少一個(gè)繞組。在這種情況下，冷卻管路的嵌入低熔化溫度金屬中的部分優(yōu)選地是圓形的。

因?yàn)樗芰辖^緣材料電線的使用，可以緊湊且廉價(jià)地提供以此方式實(shí)現(xiàn)的線圈，并且由于高效冷卻，同時(shí)可以為其提供高性能。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，在這種情況下，線圈可以具有空心圓環(huán)形線圈架，作為所述線圈的至少一個(gè)繞組的載體，所述線圈架圍繞所述至少一個(gè)繞組和冷卻管路的嵌入部分。這類空心圓環(huán)形線圈架另外提供以下優(yōu)點(diǎn)：其在線圈制造過(guò)程中可以同時(shí)用作鑄模。冷卻管路可以例如實(shí)施為銅管和/或基本上在線圈架的空心空間的中心延伸并且因此均勻地被線圈的繞組包圍?？梢杂糜谂趴站€圈架的入流管或排放管形成為真空鑄造工藝的一部分并且對(duì)于引入已熔化低熔化溫度金屬而言可以另外附接至線圈架上。

根據(jù)本發(fā)明，還提出了一種用于制造以上公開的本發(fā)明的電導(dǎo)線布置的方法。根據(jù)本發(fā)明的一般方面，通過(guò)真空鑄造工藝將導(dǎo)線束或單獨(dú)的電纜和至少一條冷卻管路的一部分嵌入低熔化溫度金屬中。

通過(guò)真空鑄造工藝引入已熔化低熔化溫度金屬防止形成氣泡，另外確保甚至在收縮時(shí)電線之間無(wú)間隙。

有利的變化在這種情況下提供了線圈架被配置為真空密閉的并且因此可以用作鑄模。真空鑄造工藝可以包括以下步驟：

各自與線圈架的空心空間流體連通的入流管和出流管附接至所述線圈架。在線圈架排空之前，使用低熔化溫度金屬、優(yōu)選地使用在后續(xù)真空鑄造工藝中引入線圈架中以便熱連接所述線圈架的低熔化溫度金屬密封入流管。入流管可以例如通過(guò)將入流管的開口浸入少量已熔化低熔化溫度金屬(其隨后再次凝固并由此密封所述開口)中來(lái)進(jìn)行密封或堵塞。

然后經(jīng)由出流管排空線圈架的、線圈繞組和冷卻管路的一部分所位于的內(nèi)側(cè)。在這種情況下，已經(jīng)表明使用低真空泵實(shí)現(xiàn)排空是高效的。在排空線圈架之后，密封入流管的低熔化溫度金屬例如通過(guò)為其供應(yīng)電流和由此將線圈加熱至高達(dá)略微高于lmtm的熔化溫度的溫度而熔化。在通過(guò)熔化lmtm而重新打開入流管之前，入流管被定位成使得其進(jìn)入口被浸入液態(tài)lmtm的儲(chǔ)器中，從而使得在入流管中的lmtm熔化之后，通過(guò)線圈架中的真空力驅(qū)出的已熔化lmtm流出所述儲(chǔ)器進(jìn)入線圈架的空心空間，直到線圈架中的其余空心空間中填滿lmtm。lmtm然后通過(guò)冷卻下來(lái)而凝固。

附圖說(shuō)明

為了避免重復(fù)，僅根據(jù)所述裝置公開的任何特征應(yīng)視為被公開并且還可作為所述制造工藝的一部分而要求保護(hù)。以下參考相關(guān)聯(lián)附圖描述了本發(fā)明的另外的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)。附圖示出：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的線圈的一部分的示意性截面圖；

圖2為線圈的透視圖，其中為了說(shuō)明的目的，已經(jīng)省略了外體的四分之一和lmtm的填充；

圖3為圖示了制造工藝的步驟的流程圖；并且

圖4為根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例的線圈的示意性透視圖。

具體實(shí)施方式

下圖描述了水冷式線圈作為本發(fā)明的突出應(yīng)用實(shí)例，及其制造工藝。在所有圖中用相同的參考數(shù)字表示完全相同或功能等效的元件。

圖1和圖2示意性地圖示了水冷式線圈的實(shí)施例。線圈1包括是空心圓環(huán)形的銅質(zhì)外體6。圖1示出了沿圖2的截平面a-a的截面，以圖示圓環(huán)面的子午線，而圖2示出了線圈1的透視圖，其中，省略了外體6的八分之一和在這個(gè)點(diǎn)處的低熔化溫度金屬5以使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰。

在圖1和圖2中可以看出冷卻流體(優(yōu)選地水)要流過(guò)的冷卻管路的圓形部分4在由線圈外體6形成的空心內(nèi)部空間的中心延伸。冷卻通道的部分4由直徑為3mm的空心銅管道的單個(gè)繞組形成。水經(jīng)由入流管路4a進(jìn)入圓形管路部分4并且經(jīng)由出流管路4b再次引出線圈架6。未圖示冷卻回路的以本身已知的方式設(shè)計(jì)的其余部分。

圍繞水冷管4布置銅電線的多個(gè)繞組，從而使得在圖2的圖示中，冷卻管的圓形管路部分4大部分被繞組覆蓋。在本實(shí)例中有60個(gè)繞組。所述繞組因此由單獨(dú)的電纜2組成，所述電纜的電導(dǎo)線由包覆有聚酰亞胺絕緣材料或聚酯絕緣材料3的銅電線形成。單獨(dú)的電纜2或繞組通過(guò)使用低熔化溫度金屬(lmtm)5鑄造來(lái)永久性地牢固粘結(jié)至冷卻管路的圓形部分4上。lmtm5因此填入電纜與冷卻管路的部分4之間的所有間隙空間中，并且因此將在線圈工作期間產(chǎn)生的單獨(dú)的電纜2的熱量傳導(dǎo)至冷卻管路的部分4，當(dāng)線圈工作時(shí)，水流過(guò)所述冷卻管路。

應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，圖1和圖2僅示出了示意圖并且繞組之間的實(shí)際距離小于實(shí)際圖示的距離。單獨(dú)的電纜3的直徑在本實(shí)施例中例如是1.2mm，而冷卻管路的直徑是4mm。這些細(xì)節(jié)僅僅是舉例并且可以取決于應(yīng)用區(qū)域而根據(jù)線圈加以修改。

圖2此外示出了用于為繞組供應(yīng)電流的電連接電纜2a。在本實(shí)例中，擠出用作聚酰亞胺絕緣材料的實(shí)例。根據(jù)制造商的數(shù)據(jù)，電線的最大目標(biāo)工作溫度是230℃并且因此顯著低于所使用的錫鉍合金的熔化溫度。絕緣材料因此當(dāng)引入已熔化的錫鉍合金時(shí)不被損壞。

stefanmaiergmbh的w210型聚酯漆絕緣材料用作聚酯實(shí)例。使用真空鑄造工藝引入線圈架6中的錫鉍合金用作lmtm5。

這類水冷式線圈用于不同的技術(shù)領(lǐng)域中，例如，物理實(shí)驗(yàn)、緊湊型大功率變壓器或各種緊湊型致動(dòng)器裝置。

以下基于圖3更詳細(xì)描述了線圈1的有利制造工藝。

在步驟s1中，線圈架6準(zhǔn)備用于真空鑄造工藝。在這種情況下，將上述單獨(dú)的電纜2的繞組和冷卻管的圓形部分4引入線圈外體6的空心空間中。為此目的，線圈外體6可以例如由兩個(gè)半殼形成，所述半殼圍繞單獨(dú)的電纜2和冷卻管部分4放置，并且通過(guò)釬焊真空密閉連結(jié)在一起。線圈外體6具有用于冷卻回路的入流管路和出流管路4b的通孔。此外，入流管7(參見圖4)和出流管8附接至線圈架6上。出流管8還用作連接的低真空泵的排放管。

入流管7的開口變窄為大致1mm²的空隙，從而使得lmtm流速(參見步驟s6)減小一個(gè)到兩個(gè)數(shù)量級(jí)并且減小至大約一升/分鐘。由此可以確保lmtm在鑄造步驟過(guò)程中以受控方式流入和流出并且不到達(dá)所連接的低真空泵，而是替代地一旦已經(jīng)填滿線圈架6就堵塞排放管8。因此，可以防止線圈中的真空氣泡和對(duì)低真空泵的損壞。

隨后，在步驟s2中，通過(guò)將入流管7浸入少量lmtm(在此為錫鉍合金)中來(lái)密封入流管7。然后，已熔化的錫鉍合金在入流管7中凝固并阻塞所述入流管。然后在步驟s3中，排放管8連接至低真空泵，并且使用線圈繞組排空線圈架6，即，使用低真空泵將其抽干。

然后在步驟s5中將入流管7的之前堵塞的開口浸入容納已熔化狀態(tài)的lmtm的儲(chǔ)器中。此外，通過(guò)為線圈供應(yīng)電流來(lái)將線圈加熱至高達(dá)140℃的溫度，即，略微高于lmtm的熔化溫度(在這種情況下是132℃)的溫度。因此，入流管7的由lmtm材料形成的堵塞熔化，從而使得來(lái)自儲(chǔ)器的、由真空力驅(qū)動(dòng)的lmtm現(xiàn)在經(jīng)由不再阻塞的入流管7流入線圈架6的內(nèi)部并且填滿所述線圈架，從而使得單獨(dú)的電纜2的繞組和線圈架6的內(nèi)部中的冷卻管4完全嵌入有l(wèi)mtm并且因此彼此熱聯(lián)接在一起。然后，冷卻線圈，從而使得lmtm凝固(步驟s6)。

線圈架6的內(nèi)部容積排空(步驟s3)與后續(xù)倒入已熔化的lmtm(步驟s6)之間的分開可靠地防止形成氣泡和改進(jìn)從線圈到冷卻管路并且因此到冷卻流體的熱傳遞。

圖4示出了圖2的線圈1，區(qū)別在于，如上所述，入流管7和出流管8此外設(shè)置在線圈外體6上并且可以在鑄造工藝完成之后移除。

盡管已經(jīng)參考特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言明顯的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以做出各種改變并且等效物可以用作替代品。此外，在不脫離相關(guān)聯(lián)范圍的情況下，可以進(jìn)行許多修改。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于所公開的實(shí)施例，而是本發(fā)明應(yīng)包括落在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。具體地，無(wú)論引用哪個(gè)權(quán)利要求，本發(fā)明還要求保護(hù)從屬權(quán)利要求的主題和特征。