[發明專利]用于功率電子系統的緊湊型磁性功率單元

有效

• 申請號: 201780068347.1
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN110192256B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: A·羅哈斯奎瓦斯;F·E·納瓦羅佩雷斯;J·羅德里格斯;M·阿克斯莫雷諾;P·弗榭;R·羅德里格斯
• 申請（專利權）人: 普萊默股份公司
• 主分類號: H01F27/18
• 分類號: H01F27/18;H01Q7/06;H01F27/06
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 聶慧荃;閆華

一種用于功率電子系統的緊湊型磁性功率單元。磁性功率單元(100)包括磁芯(10)，其包括分別圍繞相互正交的第一、第二和第三交叉軸線(A?A、B?B、C?C)布置的第一、第二和第三繞組溝槽(2a、2b、2c)，每個所述繞組溝槽(2a、2b、2c)用于接收圍繞磁芯(10)纏繞的一個線圈，每個線圈具有至少一匝。交叉軸線(A?A、B?B、C?C)限定提供八個八分圓的正交平面，每個八分圓包括限定突出間隔件(20)的突起，突出間隔件通過所述繞組溝槽(2a、2b、2c)而彼此間隔開。磁芯(10)是由被組裝在一起的若干不同的局部磁芯形成的組合芯，包括各自包括四個突出間隔件(20)的兩個側局部磁芯(12)。磁芯(10)還包括容納散熱裝置(50)的通孔(30)。

技術領域

本發明涉及一種顯著減小尺寸的集成式磁性功率單元，其包括：磁芯，該磁芯包括分別圍繞相互正交的第一、第二和第三交叉軸線布置的第一、第二和第三繞組溝槽，所述繞組溝槽中的至少兩個繞組溝槽、且通常這三個所述繞組溝槽均接收被纏繞在磁芯周圍的至少一個線圈，每個線圈具有至少一匝，并且磁性功率單元還包括一個用于芯的散熱的裝置，該裝置包括非金屬導熱元件。

所提出的磁性功率單元已被專門設計成用于開關功率電子系統的高頻變壓器，這意味著用于頻率優選地被包括在10KHz與1MHz之間的磁場，其中熱量不能用導電元件來疏散，這是因為損耗將大于被疏散的熱量。

這種磁性功率單元特別適合用作例如電力領域中的變壓器或電感器，并且被設想用于操作高功率電氣裝置，尤其可用于當今正飛快增長的混合電動車輛(HEV)領域。新型電動車輛內部需要越來越多的功率電子設備，不僅適用于具有速度和轉矩控制的電動機電源，還適用于高電壓(HV)電池充電器和穩定的車載連續低電壓(LV)電源。

本發明的磁性功率單元進一步響應于磁性單元上的新體積效率概念(主要是當涉及3D磁通量時高度的復雜性和更好的體積性能)，其中磁芯包括圍繞磁芯的若干正交繞組，以在芯內的所有點處產生兩個或三個基本正交的磁場。

根據該描述將理解的是，對幾何位置(諸如平行、垂直、相切等)的提及，允許從由該術語定義的理論位置偏差達±5°。還應當理解，所給出的任何值的范圍在極值中可能不是最佳的，并且可能需要將本發明調整為使得這些極值可用，這種調整在本領域技術人員可及范圍內。

背景技術

US 4210859公開了一種可用作各種應用中的電感器或變壓器的感應裝置，其包括用于在芯內的所有點處產生兩個或三個基本正交的磁場的磁芯和正交繞組。該專利文獻的圖16和圖17公開了用于在相同芯上容納若干正交繞組的感應裝置結構的實施例。然而，當詳細描述三軸感應裝置時，該公開沒有解決與芯的構造相關以及與電感器的自熱相關的至少兩個問題，而當該三軸感應裝置是變壓器或與變壓器相關聯時，若主要在高功率條件下運行，后一個問題會使得該提議實際上不可行。

已試圖用不同的方法來嘗試并且從磁性功率單元(特別是在功率變壓器的情況下)的芯中移除由產生的傅科電流(Foucault current)引起的熱量。

DE19814896公開了一種用于高電流的功率變壓器，其具有由軟磁高磁導率材料制成的閉合圓柱形芯、高飽和感應值和低磁損耗。該功率變壓器纏繞有初級線圈和次級線圈。芯位于隨后以合適的樹脂填充的殼體內。由金屬體容器制成的至少一個絕緣桿狀或管狀的熱管(9)被設置在附接到芯的中央，該金屬體容器填充有用于冷卻該單元的液體。熱管形成變壓器繞組的至少一部分。

EP0498897(B1)揭示了一種可用作電子設備中的加熱部分的冷卻裝置的電氣布線材料，以及具有也用作冷卻裝置的一側線圈的變壓器。該文獻公開了一種用于電氣布線的具有冷卻功能的材料。該材料的特征在于其包括細長中空導體，操作液體被密封在所述中空導體中。此外，該EP專利涉及一種變壓器，其中用于電氣布線的材料被用作其低電壓側上的線圈。由于被從中流過的大電流加熱的線圈自身消散熱量，所以沒有必要提供其它的盤繞式裝置。