[實用新型]一種可構成導熱網絡的導線

有效

• 申請號: 202021096492.6
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN212303177U
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 董明偉;車禮林;俞群英
• 申請（專利權）人: 杭州偉峰電子有限公司
• 主分類號: H01B7/42
• 分類號: H01B7/42;H01B3/34;H01B3/30
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

本實用新型是針對現有在堆疊使用或繞制成多層線圈時，相互接觸的導線間因為接觸熱阻導致內部導線嚴重散熱不良的問題，提供一種可構成導熱網絡的導線。其包括導電線芯和絕緣層，絕緣層外包裹有熱膨脹層，熱膨脹層包括熱膨脹基層和彌散在熱膨脹基層中的熱膨脹填料，熱膨脹填料的熔點不高于90攝氏度，熱膨脹填料的熱膨脹系數是熱膨脹基層的熱膨脹系數的20至50倍。本實用新型能夠大幅度降低堆疊的導線之間的接觸熱阻，進而明顯改善現有技術中嚴重散熱不良的導線的散熱能力，通過加強導線束整體電阻熱的散熱性大幅度提高了這些導線的許用電流，最終減小電動機、發電機、電感線圈、變壓器、電磁鐵、互感器等器件的生產，使用成本和零部件體積。

技術領域

本實用新型涉及電線線纜相關技術領域，具體地說，涉及一種在堆疊使用或繞制成多層線圈時，各導線可構成空間導熱網絡的導線。

背景技術

在電子設備領域，導線不但用于導電，還被廣泛用于電動機、發電機、電感線圈、變壓器、電磁鐵、互感器等等大量器件中。

由于現有技術下，任何導線都存在電阻，所以其導電纖芯在工作時必然會產生電阻熱，又稱歐姆熱。導線自身產生的電阻熱導致絕緣層的絕緣性明顯降低；以及絕緣層對水蒸氣和氧氣的阻隔性大大降低同時導電金屬的化學還原性明顯加強導致導電線芯快速氧化；此外各種線圈中的導線溫度過高時往往會導致固定導線的固定膠塑性和流動性增加，進而導致導線在交變電磁力作用下發生震動產生尖銳的高頻噪音，并逐漸磨損絕緣層最終造成元器件內部發生短路事故。此時電路或者電子器件中的導線電阻熱不斷積累和提高，是導線或者電子器件在使用中逐漸失效或突然燒毀的主要原因之一。

尤其是對于電動機、發電機、電感線圈、變壓器、電磁鐵、互感器等器件內部經過繞制的線圈導線來說，因為器件的小型化，或者在高頻交流電路中減少趨膚效應需要，線圈導線往往必須捆扎成大量平行導線組成的導線束，每一匝線圈都需要由幾十根甚至幾百根細導線層疊繞制。此時，每一根導電纖芯都會產生電阻熱，層疊的導線束等于大量捆扎的電阻發熱絲，其熱量都需要對外界進行熱傳導和散熱。因此在電路或電器件設計中，保證線圈的電阻熱和散熱平衡往往是最困難的設計瓶頸。也正是因為這個原因，在“電機拖動”技術設計領域中，連續運行電機的熱平衡校核需求往往比動力和功率需要高很多倍。也就是說，對電機進行選型時，往往需要選用功率儲備比實際所需高幾倍的電動機，才能保證該電動機長期工作在輕載工況下，進而保證電機在連續運行時熱負荷不會超載燒毀——這顯然會帶來不必要的使用成本。由于相同原因，在電感線圈和變壓器的設計領域中也有這個問題。

對于上述問題，設法提高單一導線的散熱能力的技術解決方案比較簡單。比如本申請人之前開發了若干能夠有效提高絕緣層導熱性能的導線技術專利，能夠通過大幅度提高絕緣層向外界傳導導電纖芯產生的電阻熱，從而明顯提高導線的許用電流數值。但是，當導線層疊堆積，或者被繞制成線圈后，單純提高單根導向絕緣層本身的導熱性能，對大量導線組成的導線束來說，提高其整體散熱性能的效果就十分有限了。其原因在于，相互層疊的導線絕緣層之間，總是存在大量空隙，在空隙內分布有大量不易自由流動的空氣。在標況下，流動受限（即不能自由對流散熱）的空氣，其導熱系數僅為0.0262W/mk。作為對比，常作為導線原料的純銅的導熱系數是401 W/mk（導熱系數是受約束空氣的一萬五千多倍）。此時，因為導線和導線絕緣層之間不可能徹底壓實（在反復熱脹冷縮的壓力變化下很容易破壞絕緣層），不同導線的絕緣層之間往往只能形成線接觸甚至發生未接觸的懸空，所以導線和導線之間會因為空氣的巨大熱阻，產生非常大的接觸熱阻（實際熱阻往往比絕緣層本身的導熱系數高一兩個數量級）。此時，離開線圈外自由流動空氣越遠的導線，在工作時電阻熱越難向外部散發，工作狀態越嚴苛，越容易因為過熱首先發生絕緣破壞導致的短路，或導電纖芯氧化等失效事故。此時無論最外層線圈是否受到了風冷散熱等強制散熱的保障，在熱傳導路徑上的每一層或者每一圈導線間都存在嚴重的接觸熱阻，而最內圈的導線永遠處于最易失效的嚴重散熱困難狀態下。