CN105810400B - 用于变压器的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够减少从绕组和芯产生的热量的用于变压器的冷却装置。用于变压器的冷却装置包含缠绕在芯的中央部分且彼此隔开的初级绕组和第二绕组。利用导热将从芯、初级绕组和次级绕组产生的热量释放到外部的散热板插入在初级绕组与次级绕组之间。另外，散热板配置为利用初级绕组和次级绕组的暴露边缘释放热量。

Description

用于变压器的冷却装置

技术领域

本公开涉及一种用于变压器的冷却装置，更具体地，涉及一种减少从布置在环境友好型车辆的电池充电器内的变压器产生的热量的变压器用冷却装置。

背景技术

一般来说，环境友好型车辆(例如，插入式混合电动车辆(PHEV)或电动车辆(EV))包含车载充电器(OBC)，其配置成对作为驱动电动机的电源的高电压电池进行充电。OBC从外部电源接收交流电(AC)功率来为电池充电。环境友好型车辆的OBC电路通常以功率因数校正器(PFC)同全桥转换器的组合的形式配置，且变压器安置在PFC与全桥转换器之间以与高电压电池隔开。然而，从OBC电路内的变压器产生的热量可能相当可观，为了减少从变压器产生的热量，已使用例如使用模制结构等各种方法。此类方法可具有若干问题，包括生产成本增加并在制造方面表现出困难。

根据相关技术的OBC的变压器的示例性截面图在图5中示出。参看图5，根据相关技术的OBC的变压器需要漏电感(通常为10uH或更大)来确保相移全桥(PSFB)电路的零电压开关(ZVS)。此外，为产生此漏电感，初级绕组1与次级绕组2隔开。为支承初级绕组1和次级绕组2且维持初级绕组1与次级绕组2之间的间隙，在初级绕组1与第二绕组2之间插入线轴3，且芯5的底部接触散热器(heat sink)4以散热。

在根据现有技术的变压器内，从初级绕组1和第二绕组2产生大量热，所产生的热致使变压器的温度增加。然而，由于初级绕组1和次级绕组2所缠绕的芯5的底部冷却，所以温度规格可能难以满足。

因此，为减少从变压器产生的热，已使用模制变压器的方法，将散热板安装在芯的外侧的方法等。然而，由于上述模制变压器的方法额外需要塑料外壳或铝外壳和注塑液(例如，具有高热导率的硅)，所以生产成本可能大大增加，且变压器的体积会增加。同时，散热板的安装可对芯内侧以及绕组的温度降低具有较低(例如，最小)影响，因为散热板降低芯外侧的温度。

在此部分公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可能含有不构成该国本领域中普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。

发明内容

本公开涉及一种用于变压器的冷却装置，其通过在缠绕在芯的大体中央部分的初级绕组与次级绕组之间插入散热板以将热量从芯的中央部分、初级绕组和次级绕组释放到变压器外部来减少从绕组和芯产生的热量。

本发明提供一种用于变压器的冷却装置，其可包含由磁性材料形成的芯，以及缠绕在芯的大体中央部分(例如，包绕在其周围)且彼此隔开的初级绕组和第二绕组，其中散热板可插入在初级绕组与次级绕组之间以利用导热将从芯、初级绕组和次级绕组产生的热量释放到变压器外部，散热板可配置为利用初级绕组和次级绕组的暴露边缘来释放从芯、初级绕组和次级绕组所传递的热量。

散热板可从第一绕组和次级绕组向外伸出，且可与以堆叠形式布置在芯底部处的散热器以导热方式耦接。此外，冷却装置可包含分别插入在散热板与初级绕组之间以及散热板与次级绕组之间、配置为增加散热板与初级绕组之间以及散热板与次级绕组之间的热导率的热垫。

在另一方面，本发明提供一种用于变压器的冷却装置，其可包含由磁性材料形成的芯，以及缠绕在芯的大体中央部分且布置在右侧和左侧以彼此隔开的初级绕组和次级绕组，其中散热板可安置在芯的顶部处且接触芯的两侧以及初级绕组和次级绕组的上端(例如，布置为与之相邻)以利用导热将从芯、初级绕组和次级绕组产生的热量释放到变压器外部。

散热器可以以堆叠形式布置在芯的底部处且配置为吸收热和释放所吸收的热。另外，散热器可接触初级绕组和次级绕组的下端(例如，布置为与之相邻)且配置为将从初级绕组和次级绕组产生的热量释放到变压器外部。此外，散热器可与布置在芯顶部处的散热板以导热方式耦接。

热垫可插入在散热板与初级绕组和次级绕组的上端之间，且配置为增加初级绕组、次级绕组与散热板之间的热导率。此外，热垫可插入在散热器与初级绕组和次级绕组的下端之间，且配置为增加散热器、初级绕组与次级绕组之间的热导率。

附图说明

现在将参考在附图中图示的示例性实施方式对本发明的以上和其它特征进行详细说明，下文给出的这些实施方式仅仅用于示例说明，因此不是对本发明的限制，其中：

图1是示出根据本公开示例性实施方式的用于变压器的冷却装置的示例性横截面图；

图2是示出根据本公开示例性实施方式的用于变压器的冷却装置的散热板和散热器的示例性透视图；

图3是示出根据本公开示例性实施方式的用于变压器的冷却装置的示例性横截面图；

图4是示出根据本公开示例性实施方式的用于变压器的冷却装置的散热板和散热器的示例性透视图；且

图5是示出根据相关技术的实例的用于车载充电器(OBC)的变压器的冷却结构的示例性横截面图。

应当理解，所附的附图并非必然是按比例的，而只是呈现说明本发明的基本原理的各种特征的一定程度的简化表示。本文公开的本发明的具体设计特征，包括例如具体尺寸、方向、位置和形状，将部分取决于特定的既定用途和使用环境。在附图中，附图标记在附图的几张图中通篇指代本发明的相同或等同部件。

具体实施方式

应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。

本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种、该(a、an、the)”也意在包括复数形式，除非上下文中另外清楚指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising)”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。

现在将在下文中详细地参照本发明的各个示例性实施方式，其实施例在附图中图示，并在下文加以描述。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，但应当理解，本说明书无意于将本发明局限于这些示例性实施方式。相反，本发明不仅要涵盖这些示例性实施方式，还要涵盖由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、修改、等效形式和其它实施方式。

图1是示出根据本公开示例性实施方式的用于变压器的冷却装置的示例性横截面图。如图1所示，根据本公开的示例性实施方式，初级绕组10可与次级绕组20隔开。用于冷却初级绕组10和次级绕组20以及芯30的设备可包含插入在初级绕组10与次级绕组20之间以增加变压器的漏电感的散热板40以及多个热垫51和52。

芯30可为磁性材料且可具有大体上呈“I”形的横截面。另外，在芯30的大体中央部分处，初级绕组10和次级绕组20可布置在彼此的上下方且相互隔开，散热器60可以以堆叠形式布置在芯30的底部。可通过将电线围绕芯30的大体中央部分进行缠绕而形成初级绕组10。此外，可通过将电线围绕芯30的大体中央部分进行缠绕而形成次级绕组20，且次级绕组20安置在初级绕组10的下方。

散热板40可配置为将芯30以及绕组10和20的热量释放到变压器外部。散热板40可使用具有实质上较高的热导率的材料(例如，铜或铝)形成为具有预定厚度的板状。散热板10可插入在初级绕组10与次级绕组20之间。配置为与散热器60耦接的多个紧固部件42(见图2)可布置在散热板10的各角。

散热板40可配置为利用导热将从芯30的大体中央部分以及各个绕组10和20产生的热量释放到变压器外部。散热板40可配置为将热量从暴露的边缘释放到变压器外部。因此，散热板40可从绕组10和20向外伸出。另外，散热板40可配置为支承初级绕组10和次级绕组20，并维持初级绕组10与次级绕组20之间的间隙。此外，通过改变散热板40的厚度，可调节初级绕组10与次级绕组20之间的间隙。

散热器60可接触芯30的底部(例如，布置为与之相邻)且配置为从芯30吸收热并将所吸收的热消散到变压器外部。散热器60可包含具有预定高度的多个耦接部件62，其用于在上表面处与散热板40耦接(例如，以导热方式连接)，其中耦接部件62从散热器60向上(例如，垂直方向上)伸出。

图2是示出根据本公开示例性实施方式的用于变压器的冷却装置的散热板40和散热器60的示例性透视图。如图2所示，该设备可包含散热板40的四个紧固部件42，使用螺钉等使紧固部件42与散热器60的耦接部件62耦接。然而，紧固部件42和耦接部件62的数目不限于四个。即，紧固部件42和耦接部件62的数目可基于散热程度而增加或减少。

热垫51和52可堆叠在散热板40上方和下方。换言之，热垫51和52可分别安置在初级绕组10与散热板40之间以及次级绕组20与散热板40之间。另外，热垫51和52可由具有实质上较高的热导率的较柔软材料制成，且分别接触初级绕组10和次级绕组20以将从初级绕组10和次级绕组20产生的热量传递到散热板40的整个区域。换言之，热垫51和52可配置为提高散热板40与绕组10和20之间的热导率，增加对于绕组10和20的散热面积，这能提供更有效的散热。因此，通过在散热板40与绕组10和20之间插入热垫51和52以增加散热面积并提高热传导，可增进变压器冷却。

由于磁通量交链(magnetic flux interlinkage)致使变压器在芯的内部部分处具有比在芯的外部部分处更高的温度，且绕组产生比芯更大量的热，所以可通过在芯30的布置有初级绕组10和次级绕组20的大体中央部分处插入具有高热导率的散热板40来实现更有效的冷却。散热板40可配置为通过将热量消散到变压器的外部并将热传递到散热器60来使变压器冷却。换言之，散热板40可配置为将从初级绕组10和次级绕组20以及芯30的大体中央部分发出的热量释放到变压器外部，同时将部分热量传递到散热器60以经由散热器60散热。

图3和图4示出根据本公开示例性实施方式的变压器。更具体来说，图3是示出根据本公开示例性实施方式的用于变压器的冷却装置的示例性横截面图。图4是示出根据本公开示例性实施方式的用于变压器的冷却装置的散热板和散热器的示例性透视图。

如图3所示，散热板41、多个热垫53和54以及散热器61可用于更有效地使布置在芯31的大体中央部分处的初级绕组11和次级绕组21的两端冷却。芯31可为具有大体“H”形横截面的磁性材料，且在芯31的中央部分处，初级绕组11和次级绕组21可布置在左侧和右侧且彼此隔开。散热器61可以堆叠形式布置在芯31的底部处。

可通过将电线缠绕在芯31的大体中央部分而形成初级绕组11和次级绕组21，且次级绕组21可位于初级绕组11的左侧或右侧。可呈板状的线轴71可插入在初级绕组11与次级绕组21之间，其配置为支承初级绕组11和次级绕组21并维持初级绕组11与次级绕组21之间的间隙。散热板41可配置为将热量从芯31以及绕组11和21释放到变压器外部。散热板41可由具有实质上较高的热导率的材料(例如，铜或铝)制成。

此外，散热板41的下部部分(例如，底部)的隅角可布置在散热器61的耦接部件63上并与耦接部件63耦接以使芯冷却。另外，散热板41的左侧部和右侧部可接触芯31的两侧以同样使芯31冷却。此外，散热板41的上部部分可经由热垫53和54接触初级绕组11和次级绕组21的上端(例如，顶部)以及芯31的顶部(例如，布置为与之相邻)以使初级绕组11和次级绕组21冷却。

各个绕组11和21的下端以及芯31的底部可经由热垫53和54接触散热器61(例如，布置为与之相邻)。热垫53和54可由具有实质上较高的热导率的较软材料制成。热垫53和54可分别布置在散热板41与绕组11和21的上端(例如，顶部)之间以及散热器61与绕组11和21的下端(例如，底部)之间，以增加绕组11和12的散热面积，这样可以更有效地散热。

由于可通过将电线缠绕在芯31的中央部分来形成初级绕组11和次级绕组21，所以绕组11和21的上端和下端可具有非平面(例如，非平坦)形状。因此，通过将热垫53和54(其可在限度内变形，因为其由具有实质上较高的热导率的较软材料制成)分别布置在散热板41与绕组11和21的上端之间以及散热器61与绕组11和21的下端之间，散热板41与绕组11和21之间以及散热器61与绕组11和21之间的接触面积可使得绕组11和21的散热面积增加。此外，绕组11和21的热量可传递到散热板41和散热器61的整体区域(例如，全部)，这可更有效地散热。

如上文描述，根据本公开的示例性实施方式的用于变压器的冷却装置可更有效地降低经受大量热量产生(归因于磁通量交链)的芯体的大体中央部分的温度。此外，通过在散热板与绕组之间添加热垫，可更有效地耗散热量以改进冷却性能。另外，通过改变散热板的厚度，可调整初级绕组与第二绕组之间的间隙。另外，由于散热板布置在相关技术中线轴的位置处，所以生产成本可能比需要外壳和注塑液的典型模制方法增加得少。

已参考本发明的示例性实施方式详细描述了本发明。然而，所属领域的技术人员将了解，可在不脱离本发明的原理和精神的情况下在这些示例性实施方式中作出改变，本发明的范围在所附权利要求书及其等效物中限定。

Claims (2)

1.一种用于变压器的冷却装置，其中所述变压器包括由磁性材料形成的、具有“I”形截面的芯，以及缠绕在所述芯的大体中央部分且彼此隔开的初级绕组和次级绕组，所述冷却装置包括：

散热板，其布置在所述芯的大体中央部分，在所述初级绕组与所述次级绕组之间且配置为利用导热通过所述散热板的不与所述初级绕组和所述次级绕组接触的暴露边缘将从所述芯、所述初级绕组和所述次级绕组产生的热量释放到所述变压器的外部；

散热器，接触所述芯的底部且配置为从所述芯吸收热并将所吸收的热消散到变压器外部，所述散热器在其上表面包括具有预定高度的多个耦接部件；和

多个紧固部件，配置成与所述散热器耦接，所述多个紧固部件布置在所述散热板的各角，

其中使用螺钉使所述多个紧固部件与所述散热器的耦接部件耦接，

其中所述耦接部件从所述散热器向上伸出，且

所述散热板从所述初级绕组和所述次级绕组向外伸出，且所述散热板的伸出部分与所述耦接部件导热性耦接。

2.一种用于变压器的冷却装置，其中所述变压器包括由磁性材料形成的、具有“I”形截面的芯，以及缠绕在所述芯的中央部分且排列在右侧和左侧以彼此隔开的初级绕组和次级绕组，所述冷却装置包括：

散热板，其布置在所述芯的顶部处；

散热器，其以堆叠形式布置在所述芯的底部处且配置为吸收热和释放所吸收的热；

热垫，其布置在所述初级绕组和所述次级绕组的下端与所述散热器之间，以增加所述初级绕组和所述次级绕组与所述散热器之间的导热性；

线轴，其形成为板状，插入在所述初级绕组与所述次级绕组之间，所述线轴配置为支承所述初级绕组和所述次级绕组并维持所述初级绕组与所述次级绕组之间的间隙；和

多个紧固部件，配置成与所述散热器耦接，所述多个紧固部件布置在所述散热板的各角，

其中使用螺钉使所述多个紧固部件与所述散热器的耦接部件耦接，

其中所述散热板接触所述芯的两侧以及所述初级绕组和所述次级绕组的上端以利用导热将从所述芯、所述初级绕组和所述次级绕组产生的热量释放到所述变压器的外部，

所述散热器接触所述初级绕组和所述次级绕组的下端以将所述初级绕组和所述次级绕组产生的热量释放到所述变压器的外部，

所述散热器在其上表面包括具有预定高度的多个耦接部件，且

所述耦接部件从所述散热器向上伸出，并且所述耦接部件的伸出部分与所述散热板导热地耦接。

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