[發(fā)明專(zhuān)利]一種帶散熱型繞組的電力電子磁性元件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011436035.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112562993B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尉哲元;楊旭;王來(lái)利;王康平;魏高昊;魏吉文;李冰洋;于龍洋;陳文潔;張帆;田莫帆;賈海洋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01F27/28
• 分類(lèi)號(hào): H01F27/28;H01F27/08
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 張海平

本發(fā)明公開(kāi)了一種帶散熱型繞組的電力電子磁性元件，包括：磁芯和繞組；所述繞組為三維繞組；繞組具有被包裹部和外露部；外露部處于被包裹部的兩端，且相互連接形成電流回路；所述磁芯包括能夠正反相扣的兩個(gè)磁芯件，正反相扣的兩個(gè)磁芯件包覆所述繞組的被包裹部；所述外露部占據(jù)所述磁芯兩端的空間。該磁性元件具有在不增加額外的體積的情況下，增大散熱面積，減小磁性元件直流銅損和最大溫度的優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于電力電子變換器的帶散熱器型繞組的磁性元件。

背景技術(shù)

磁性元件(磁件)是電力電子變換器的重要組成部分，幾乎所有電源電路中，都離不開(kāi)磁性元器件。磁性元件通常由繞組和磁芯構(gòu)成，它可以將能量以磁場(chǎng)能的形式存儲(chǔ)和釋放，是儲(chǔ)能、能量轉(zhuǎn)換及電氣隔離所必備的元件，主要包括變壓器和電感器兩大類(lèi)。磁性元件的的好壞與電力電子變換器的效率和功率密度息息相關(guān)。

磁性元件的散熱問(wèn)題一直是電力電子技術(shù)中要解決的重要問(wèn)題之一。磁性元件溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致繞組絕緣層損壞，磁性材料達(dá)居里溫度而失效，這些都會(huì)導(dǎo)致磁性元件失效，從而使得電力電子變換器故障，甚至發(fā)生意外事故。磁性元件的主要散熱方式一般有強(qiáng)制對(duì)流、自然對(duì)流、熱傳導(dǎo)三種。磁性元件繞組的實(shí)現(xiàn)方式有利茲線、PCB繞組、實(shí)心銅線、折疊銅箔等。這些方式下，磁件的繞組往往大部分被磁芯包裹著，露出來(lái)的小部分散熱面積也十分有限，熱量很難傳遞出來(lái)。

針對(duì)上述問(wèn)題，目前沒(méi)有特別直接的解決方法，主流的方法是增大磁件的體積，從而在降低磁件的損耗的同時(shí)增大磁件的散熱面積，但這種方法會(huì)導(dǎo)致變換器體積的增大和功率密度的減小。

發(fā)明內(nèi)容

為解決磁性元件和電力電子器件散熱問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于電力電子變換器的帶散熱器型繞組的磁性元件，該磁性元件具有在不增加額外的體積的情況下，增大散熱面積，減小磁性元件直流銅損和最大溫度的優(yōu)勢(shì)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種帶散熱型繞組的電力電子磁性元件，包括：磁芯和繞組；

所述繞組為三維繞組；繞組具有被包裹部和外露部；外露部處于被包裹部的兩端，且相互連接形成電流回路；

所述磁芯包括能夠正反相扣的兩個(gè)磁芯件，正反相扣的兩個(gè)磁芯件包覆所述繞組的被包裹部；所述外露部占據(jù)所述磁芯兩端的空間。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述繞組一端具有電流流入繞組端子和電流流出繞組端子，繞組一端與電流流入繞組端子連接，另一端經(jīng)過(guò)若干匝數(shù)繞動(dòng)后與電流流出繞組端子連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述繞組為銅繞組；所述磁芯為鐵氧體EI磁芯。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述繞組是3D打印成型。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述外露部的高度與所述磁芯的高度相同。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述被包裹部為無(wú)翅片繞組，所述外露部為帶翅片繞組；

所述外露部通過(guò)設(shè)置貫穿槽形成若干翅片。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述繞組的匝數(shù)為2～3；所述翅片數(shù)量為1～3。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述磁性元件為電感和變壓器。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述外露部底部還設(shè)置有導(dǎo)熱絕緣墊，導(dǎo)熱絕緣墊與電力電子器件連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的磁性元件通過(guò)將繞組設(shè)置為被包裹部和外露部，在不增加額外體積的情況下，不被磁芯包裹部分繞組的截面積大幅增加，繞組直流電阻減小，磁性元件銅損減少，變換器效率提升，最大溫度進(jìn)一步降低。