CN103366926A - 散热电磁装置布置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热电磁装置布置。电磁装置布置包括变压器组件，变压器组件具有铁芯、绕组和围绕铁芯和绕组的至少一部分设置的壳体。外壳至少部分地包围所述变压器组件。变压器组件被安装到外壳的第一部分，使得热量从变压器组件转移到外壳的第一部分。外壳的第二部分具有从其延伸的延伸部，使得延伸部处于与变压器组件热接触，以使热量从变压器组件传递到延伸部。

Description

散热电磁装置布置

技术领域

本发明涉及一种散热电磁装置布置。

背景技术

电磁装置，例如电感器和电力变压器，可以许多不同的方式来构造。一种常见方式是使绕组至少部分地被铁芯环绕，该铁芯可以例如由铁氧体材料制成。铁芯可以由使用粘合材料例如环氧树脂相互粘合的两片或多片材料制成。绕组和铁芯可以用灌封材料覆盖，并由壳体包围，该壳体允许变压器被安装到另一结构，例如底板或安装焊盘。

电磁装置越来越多地被用在电子装置中，其中，例如，变压器，包括变压器壳体，可被放在更大的外壳内。这可能引起散热的问题，例如，由于在所述外壳内的变压器上方缺乏对流气流。虽然在变压器和底板或安装焊盘之间可能有一些热传递，但这实际上可以导致另外的问题。

具体地，当铁芯的一个部分将其热量的大部分热量消散到底板，而铁芯的其它部分不消散热量时，在变压器铁芯的不同部分之间可以产生热梯度。当变压器铁芯的不同部分在明显不同的温度下时，铁芯的所述部分之间的温度梯度可以产生热导应力，该热导应力然后可能导致铁芯破裂或以其它方式损坏。因此，存在对一种变压器布置的需要，该变压器布置被配置为有效地散热，以便即使当变压器被设置在一个有利于热量聚集的更大的外壳内时抑制变压器内的热梯度的形成。

发明内容

本发明的实施方式包括一种具有电磁装置的电磁装置布置，所述电磁装置包括铁芯、多个绕组和围绕铁芯和绕组的至少一部分设置的壳体。一个外壳至少部分地包围所述电磁装置。所述外壳的第一部分具有安装在其上的电磁装置，使得热量从电磁装置被传递到所述外壳的第一部分。所述外壳的第二部分具有从其延伸的延伸部，使得所述延伸部处于与所述电磁装置热接触，因此热量从所述电磁装置被传递到所述延伸部。

本发明的实施方式包括一种具有电磁装置的电气装置，所述电磁装置包括多个绕组、用粘合材料粘合在一起的分开的铁芯和至少部分地围绕所述绕组和铁芯设置的壳体。基底或底板使电磁装置安装在其上，并且它与所述电磁装置热接触，使得来自铁芯的第一部分的热量实质上转移到底板。盖可附接到底板，以形成至少部分地包围电磁装置的外壳。所述盖包括从其延伸的延伸部，当所述盖被附接到底板时，该延伸部与电磁装置热接触。延伸部和电磁装置之间的热接触使得来自铁芯的第二部分的热量实质上转移到所述延伸部。

本发明的实施方式包括一种具有外壳的电磁装置布置，所述外壳包括第一部分和第二部分。电磁装置包括铁芯、多个绕组以及围绕铁芯和绕组的至少一部分设置的壳体。电磁装置被安装到并与所述外壳的第一部分热接触，并且所述外壳的第二部分被配置成当所述外壳的第一和第二部分附接到彼此时与电磁装置热接触。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施方式的电磁装置布置；以及

图2示出了根据本发明的实施方式的另一种电磁装置布置。

具体实施方式

根据需要，本发明的详细实施方式在本文中被公开；然而，应理解，所公开的实施方式仅仅是可被体现在各种形式和替代形式的本发明的示例。图形不一定按比例绘制；某些特征可被放大或最小化，以显示特定组件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为用于教导本领域技术人员多样地利用本发明的代表性基础。

图1示出了根据本发明的实施方式的一种电磁装置布置或变压器布置10。在图1所示的实施方式中，变压器布置10包括电气装置或电池充电器12。利用根据本发明的实施方式的电磁装置的其它类型的电气装置包括例如开关电源这样的电气装置，其被用在许多电子装置中，以及光伏电池或风力发电机，其产生需要被逆变成更高压交流（AC）电力用于一般消耗的低压直流（DC）电力。应理解，虽然图1和图2所示的电磁装置为变压器，但是本发明的实施方式可包括其它电磁装置，如电感器和其它电磁装置。

变压器装置10包括电磁装置或由铁芯16和绕组18、20组成的变压器组件14。铁芯16是一种分开的铁芯，其具有第一部分或下部22和第二部分或上部24。铁芯，如铁芯16，可由铁氧体材料制成，虽然压缩时铁氧体材料非常强固，但当受到拉伸应力时可以不那么强固。粘合下部22和上部24的是粘合剂26，粘合剂26可以是例如一种具有高的扬氏模量的材料，其不允许显著差别的热膨胀和收缩发生在铁芯16的下部22和上部24之间。在其它实施方式中，C形金属夹子或U型金属夹子可用来将铁芯的部分固定在一起。变压器组件14还包括壳体28，其被设置在铁芯16和绕组18、20的至少一部分周围。灌封材料29包围铁芯16和绕组18、20，且通常填充铁芯16和绕组18、20及壳体28之间的空隙。

外壳30包围变压器组件14。外壳30包括第一部分或变压器组件14的壳体28被安装到的底板32。虽然在图1中未示出，但壳体28可使用螺钉、其它紧固件或通过有效地使变压器组件14与底板32热接触的任何方法被附接到底板32。虽然壳体，例如壳体28，通常可包围变压器的铁芯和绕组，但是这样的壳体还可以是以带夹或其它附接功能的形式，其有效地将铁芯和绕组附接到另一结构，例如底板32。

如上所述，变压器组件14与底板32“热接触”。如本文中所使用的，术语热接触暗指结构之间的直接或间接的物理接触，并且特别是在两个结构之间或者有直接的接触，或者通过另一固体结构或设置在其间的结构而有间接接触。例如，铁芯16借助设置在铁芯16和壳体28之间的热传导灌封材料29与壳体28热接触。此外，如图1所示，壳体28的下部与底板32直接接触，并因此提供变压器组件14和底板32之间的热接触。为了增强从变压器组件14到底板32的散热，电气装置，例如电池充电器12，可以使用流经底板32中的通道（未示出）的冷却剂流体。

外壳30还包括第二部分或盖，在图1所示的实施方式中，其包括顶部34和侧部36、38。在使用变压器的装置的一些实施方式中，所述侧部36、38可以考虑为所述装置壳体的一部分，而顶部34本身被称为“盖”。如图1所示，顶部34包括从其向内延伸的延伸部40。延伸部40可与顶部34一体地形成——即，顶部34和延伸部40可由单片材料制成。可替代地，延伸部40可被附接到顶部34，因此，这两个结构34、40相互热接触。如在下面更详细地解释的，这将允许热量从变压器组件14的上部通过延伸部40消散，并最终通过外壳30的顶部34消散。

为了从变压器组件14的上部且特别是从铁芯16的上部24有效地消散热量，延伸部40处于与壳体28热接触。为便于热传递，延伸部40可被制造成使其与壳体28之间的接触面积最大化。它也将由具有良好的热传导性的材料制成，并且其表面可被制造成特别光滑并与壳体28的顶部共平面，以进一步便于良好的热传递。

设置在壳体28和延伸部40之间的是一片热传导材料42。虽然在一些实施方式中，来自外壳的延伸部，例如延伸部40，可被配置为直接接触壳体28，但是，延伸部40具有被设置在延伸部40和壳体28之间的热传导材料，例如材料42，使得制造和装配过程更容易。如果延伸部40被配置为直接接触壳体28，则它在制造和装配时可能要求非常严格的公差。

为了减小或消除潜在的公差叠加问题，热传导材料，例如材料42，可被选择为由大致顺应性的固体制成，所述大致顺应性的固体可以填充当电池充电器12被组装时延伸部40和壳体28之间的间隙。具体地，当变压器组件14被附接到底板32且外壳30的第一部分和第二部分被相互连接时——即，侧部36、38被附接到底板32，且顶部34被附接到侧部36、38——材料42将接触延伸部40和壳体28，从而使这两个结构相互热接触。这种配置是特别有利的，因为底板32被设置在变压器组件14与延伸部40的相对侧上。这有助于解决前面提到的铁芯16的下部22和上部24之间的不均匀冷却的问题。

铁芯的不同部分之间的热梯度的形成——例如，铁芯16的下部22和上部24——可以通过使用金属夹子（如上所述）而不是粘合剂将这些部分固定在一起而减少；然而，凡是封装或其它设计考虑导致使用粘合材料，例如粘合剂26的地方，铁芯部分之间的热梯度可能是不可接受地大的。即使使用金属夹子，可能还是没有从铁芯的较暖部分到较冷部分的足够散热来避免大的热梯度。因此，在图1所示的实施方式中，铁芯16的每个部分具有其自身的散热器——即，来自铁芯16的下部22的热量实质上将传递到底板32，而来自铁芯16的上部24的热量实质上将传递到延伸部40，从而减少这两个部分之间的热梯度。底板32可通过如上文所述的冷却通道散热，并且如果顶部34以热有效的方式例如，通过侧部36、38被连接到底板32，则底板32还可以动作以从顶部34散热。此外或可替代地，顶部34可通过对流将热量消散到周围空气中。

图2示出了根据本发明的另一实施方式的变压器布置10′。如图2所示，撇符号（′）被用在某些参考标号上以指示与图1所示的类似特征相对应的特征。在图2所示的实施方式中，延伸部40′包括两个部分44、46。正如在图1所示的延伸部40′的情况下，延伸部40′可与外壳30′的顶部34′一体形成，或者它可被单独地附接。此外，所述两个部分44、46可由单个片材形成，或者它们可以是接合在一起的单独的片材。

变压器组件14′的壳体28′包括在顶部中的开口48，其在铁芯16′的上部24′的正上方。延伸部40′的下部46被配置成设置为通过开口48，以便它与铁芯16′的上部24′热接触，而无需壳体28′被设置在其之间。在其它实施方式中，延伸部或其部分可被配置为接触变压器组件的绕组，而不是铁芯。延伸部40′的上部44与壳体28′热接触，这与图1所示的配置类似。

热传导材料50，其可以是或可以不是与材料42、42′相同的材料，被设置在延伸部40′的下部46和铁芯16′的上部24之间。材料，例如材料50，也可被设置在变压器铁芯和变压器壳体例如图1所示的铁芯16的上部24和壳体28之间。除便于热传导之外，材料，例如材料50，可作为电介质以使变压器铁芯与其壳体电隔离。如图2所示，热传导材料50的一部分也被设置在铁芯16′的上部24′和壳体28′之间。除此之外，热传导材料50可以是对原本将被设置在铁芯16′的上部24′的顶表面周围的灌封材料29′的补充或替换。

开口50可被配置成使延伸部40′的下部46和铁芯16′的上部24′之间的接触面积最大化，制造和装配考虑被理解可以限制开口50和延伸部40′的下部46的大小或形状。例如，基于上部24′的冷却需要和变压器组件14′的结构要求，下部46与铁芯16′的上部24′热接触的表面面积可被确定。如上所述，本发明的实施方式可以特别有益于具有铁氧体铁芯的电磁装置，铁氧体铁芯具有低的拉伸强度；然而，对于具有带有更高拉伸强度的金属铁芯的装置，通过使热量从绕组中消散，本发明的实施方式还可以是有益的，该散热可以是显著的。

尽管示例性实施方式在上面被描述，但不旨在这些实施方式描述本发明的所有可能的形式。相反，本说明书中所使用的词语是描述性而不是限制性的词语，且应理解，可以进行各种改变，而不脱离本发明的精神和范围。另外，各种实现实施方式的特征可被组合以形成本发明的另外的实施方式。

Claims (20)

1.一种电磁装置布置，包括：

电磁装置，其包括铁芯、多个绕组和围绕所述铁芯和所述绕组的至少一部分设置的壳体；以及

外壳，其至少部分地包围所述电磁装置，所述外壳的第一部分使所述电磁装置安装在其上，使得热量从所述电磁装置传递到所述外壳的所述第一部分，所述外壳的第二部分具有从其延伸的延伸部，使得所述延伸部处于与所述电磁装置热接触，以使热量从所述电磁装置传递到所述延伸部。

2.如权利要求1所述的电磁装置布置，其中所述外壳的所述第一部分是基底，且所述外壳的所述第二部分是连接到所述基底以形成所述外壳的盖。

3.如权利要求2所述的电磁装置布置，其中所述延伸部在所述电磁装置与所述基底相对的一侧上处于与所述电磁装置热接触。

4.如权利要求1所述的电磁装置布置，其中所述延伸部与所述电磁装置处于热接触，使得所述延伸部与所述壳体热接触。

5.如权利要求1所述的电磁装置布置，其中所述壳体包括在其中的开口，且所述延伸部被配置成设置为穿过所述开口，使得所述延伸部的至少一部分与所述铁芯热接触，而无需所述壳体被设置在其之间。

6.如权利要求1所述的电磁装置布置，其中所述延伸部处于与所述电磁装置热接触，使得所述延伸部的一部分与所述壳体热接触，且所述延伸部的另一部分与所述铁芯热接触，而无需所述壳体被设置在其之间。

7.如权利要求1所述的电磁装置布置，还包括设置在所述延伸部和所述电磁装置之间的热传导材料。

8.如权利要求1所述的电磁装置布置，其中所述铁芯包括用粘合材料连接到彼此的第一部分和第二部分，所述电磁装置相对于所述外壳被设置成使得来自所述铁芯的所述第一部分的热量实质上转移到所述外壳的所述第一部分，且来自所述铁芯的所述第二部分的热量实质上转移到所述延伸部。

9.一种电气装置，包括：

电磁装置，其包括多个绕组、用粘合材料粘合在一起的分开的铁芯和至少部分地围绕所述绕组和所述铁芯设置的壳体；

底板，其使所述电磁装置安装在其上并与所述电磁装置热接触，使得来自所述铁芯的第一部分的热量实质上转移到所述底板；以及

盖，其可附接到所述底板，以形成至少部分地包围所述电磁装置的外壳，所述盖包括从其延伸的延伸部，并且当所述盖被附接到所述底板时，所述延伸部与所述电磁装置热接触，所述延伸部和所述电磁装置之间的所述热接触使得来自所述铁芯的第二部分的热量实质上转移到所述延伸部。

10.如权利要求9所述的电气装置，其中所述延伸部处于与所述电磁装置热接触，使得从所述铁芯的所述第二部分传递到所述延伸部的热量抑制所述铁芯的所述第一部分和所述第二部分之间的热梯度。

11.如权利要求9所述的电气装置，其中所述延伸部处于与所述电磁装置热接触，使得所述延伸部与所述壳体和所述铁芯的至少一个热接触，而无需所述壳体被设置在其之间。

12.如权利要求9所述的电气装置，还包括设置在所述延伸部和所述电磁装置之间的热传导材料。

13.一种电磁装置布置，包括：

外壳，其包括第一部分和第二部分；以及

电磁装置，其包括铁芯、多个绕组以及围绕所述铁芯和所述绕组的至少一部分设置的壳体，且所述电磁装置被安装到所述外壳的所述第一部分并与所述外壳的所述第一部分热接触，所述外壳的所述第二部分被配置成当所述外壳的所述第一部分和所述第二部分附接到彼此时热接触所述电磁装置。

14.如权利要求13所述的电磁装置布置，其中所述外壳的所述第二部分包括从其突出的延伸部，使得当所述外壳的所述第一部分和所述第二部分被附接到彼此时所述延伸部热接触所述电磁装置。

15.如权利要求14所述的电磁装置布置，其中所述壳体包括在其中的开口，且所述延伸部被配置成设置为穿过所述开口，使得所述延伸部的至少一部分与所述铁芯热接触，而无需所述壳体被设置在其之间。

16.如权利要求14所述的电磁装置布置，其中所述延伸部处于与所述电磁装置热接触，使得所述延伸部的一部分与所述壳体热接触，且所述延伸部的另一部分与所述铁芯热接触，而无需所述壳体被设置在其之间。

17.如权利要求14所述的电磁装置布置，还包括设置在所述延伸部和所述电磁装置之间的热传导材料。

18.如权利要求14所述的电磁装置布置，其中所述外壳的所述第一部分包括基底，且所述外壳的所述第二部分包括连接到所述基底以形成所述外壳的盖。

19.如权利要求18所述的电磁装置布置，其中所述延伸部在所述电磁装置与所述基底相对的一侧上处于与所述电磁装置热接触。

20.如权利要求18所述的电磁装置布置，其中所述铁芯包括用粘合材料连接到彼此的第一部分和第二部分，所述电磁装置相对于所述外壳被设置成使得来自所述铁芯的所述第一部分的热量实质上转移到所述基底，且来自所述铁芯的所述第二部分的热量实质上转移到所述延伸部。

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