CN106816273A - 灌封式磁性元件的散热方法及其产品 - Google Patents
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Abstract
灌封式磁性元件的散热方法,灌封式磁性元件包括铁心与线圈的绕组组件、向上开口的外壳和灌封介质,灌封介质将绕组组件灌封在外壳内,其特征在于在所述的灌封式磁性元件中设置至少一处热管,所述的热管与外壳接触将灌封式磁性元件的内部热量传导至外壳。本发明符合灌封式磁性元件模块化尺寸限制要求的前提下,提升磁性元件的散热性能,实现换热效率的提高,有效控制磁性元件的工作温升,使灌封式磁性元件的使用可靠性更高,使用寿命更长。本发明还提供一种灌封式磁性元件。
Description
技术领域
本发明涉及一种灌封式磁性元件的散热方法,用于提高灌封式磁性元件的换热效率和散热性能,本发明还涉及一种灌封式磁性元件。
背景技术
随着电子技术的发展,为了实现变流器的功率密度提高,功率模块一直朝小型化,模块化,高效化进一步发展。尤其在轨道交通领域,磁性元件作为功率模块重要组成之一,在其单位容积的发热量逐年增大,而体积不断减少的状况下,因散热导致的高温失效问题严峻性日益凸显,甚至开始逐渐制约功率器件的发展速度。其中部分对器件有着抗冲击振动、抗恶劣环境、防尘防潮防腐、降低噪声等要求而采用灌封结构的大功率磁性元件,尤其以变压器或电抗器居多,因其功率大、散热面积小、散热形式单一,使其导热、散热问题已经成为大功率电力电子器件技术和产业发展的主要瓶颈,当灌封器件内部绕组和铁心产生的热量不能及时散发出去时,就会造成热量积聚温度升高,甚至超过器件所能够承受的极限温度,从而引发烧损功率器件,导致电子设备的失效率升高等严重问题,使得整个辅助系统的故障率大大提高,从而影响系统部件的使用寿命、安全性、可靠性以及稳定性。
在以往采用灌封结构的磁性元件中,填料以有机硅胶和环氧树脂居多,热量主要通过铜/铝/不锈钢等金属壳体的底板固定在散热器基板上导热,依靠本体自冷和重力热传导至底板实现散热,部分热量通过封装金属壳体侧壁自然散热。换热效率低,散热面积小,热量分布不平衡是制约元件散热的主要原因。
而现有大部分磁性元件提升散热效率都是采用在元件中增加散热器或设置散热系统等方式,如要从根本上提高灌封结构的磁性元件的散热或换热效率,需要对目前磁性元件的灌封结构进行换热改造,而传统的散热器基本以水冷、风冷为主,对冷却介质、冷却系统的要求较高,灌封结构的磁性元件因其体积局限及模块内部的空间限制,难以设置如风冷、水冷的散热系统。
以下为检索得到的与本发明相关的现有技术:
CN 103747657 A,公开了一种散热装置,用于对安装于电路板上的磁性元件和功率管散热,该散热装置包括散热器和导热金属盒,导热金属盒固定在散热器上,磁性元件放置在导热金属盒内部,功率管固定在导热金属盒的外壁上。磁性元件用灌封的方式放置在导热金属盒内部能使线包的温度快速导出,使磁性元件达到良好的散热效果 ;导热金属盒固定在散热器上,整体散热效果更佳,结构简单操作方便,此方案中磁性元件的散热主要通过导热金属盒底部的散热器进行散热,导热金属盒及灌封介质也可散发一定热量,但其换热效率低,容易导致元件中热量分布不均,影响散热效果。
CN 105680609 A 公开了一种空压机用直驱永磁同步电机,包括定子组件、转子模块、冷却壳体和外壳体,所述定子组件位于所述冷却壳体的内部,所述转子模块套装在所述定子组件的内部,所述外壳体的前端设置有前法兰,所述冷却壳体的后端设置有后法兰,所述后法兰上连接有后盖板,所述冷却壳体外表面设置有相互交错的筋和沟槽,所述外壳体压装在所述冷却壳体外并与所述沟槽相互配合形成循环管道,所述循环管道的两端分别与外壳体上的进口和出口相连通。此方案在冷却壳体与外壳体间形成循环管道,用于冷却壳体内电机的冷却散热,但电机在工作时,中间部位的发热量最高,热量需从电机中间部位传导至冷却壳体上,其导热速度较低,换热效率还有待提高。
因此,在满足灌封式磁性元件模块化尺寸限制要求的前提下,提升磁性元件的散热性能,实现换热效率的提高,降低磁性元件的工作温升是本发明研究的方向。
发明内容
本发明提供一种灌封式磁性元件的散热方法,在满足灌封式磁性元件模块化尺寸限制要求的前提下,提升磁性元件的散热性能,实现换热效率的提高,有效控制磁性元件的工作温升,使灌封式磁性元件的使用可靠性更高,使用寿命更长。本发明还提供一种灌封式磁性元件。
为达到上述目的本发明采用的技术方案是:灌封式磁性元件的散热方法,灌封式磁性元件包括铁心与线圈的绕组组件、向上开口的外壳和灌封介质,灌封介质将绕组组件灌封在外壳内,其特征在于在所述的灌封式磁性元件中设置至少一处热管,所述的热管与外壳接触将灌封式磁性元件的内部热量传导至外壳。
优选的,在所述外壳的侧壁中设置热管,并将热管从外壳的侧壁中沿伸至外壳的底板中。
优选的,处于所述外壳底板中的热管与绕组组件接触。
优选的,将所述的热管与绕组组件接触的面加工成平面,使热管与绕圈绕组底面贴合接触。
优选的,在所述的灌封介质中设置热管,热管从灌封介质中通入至外壳上。
优选的,所述的热管从灌封式磁性元件的中央位置通入至外壳的底板和/或侧壁上。
优选的,所述的灌封介质中的热管为分段间隔分布的管道结构和/或一体设置的管路结构。
优选的,所述外壳内表面设置与热管贴合接触的凹槽。
优选的,在所述的外壳底部加装散热器,在外壳的侧面加装散热翅片。
采用以上所述的灌封式磁性元件的散热方法的灌封式磁性元件,包括铁心与线圈组件的绕组组件、向上开口的外壳和灌封介质,灌封介质将绕组组件灌封在外壳内,其特征在于在所述的灌封式磁性元件中设置至少一处热管,所述的热管将灌封式磁性元件的内部热量传导至外壳。
本发明的有益效果是:
1、本发明通过热管将磁性元件的内部热量传导至外壳上,形成绕组组件、灌封介质、热管至外壳的热量传导系统,加速磁性元件工作时热量从绕组组件至外壳的传导速度,使磁性元件散热过程中,热量分布均匀,换热效率和散热性能更高。
2、利用热管无需外动力,即可通过很小的截面传输远距离热量,散热效率高的特点,在灌封式磁性元件中设置热管,在磁性元件产生工作温升时,通过热管将灌封式磁性元件的内部热量传导至外壳上,从而提升磁性元件的散热效率,有效控制其工作温升,而且热管的空间占用率小,设置于磁性元件中对磁性元件的体积和内部空间造成影响较小甚至不影响其体积和内部空间,符合灌封结构的磁性元件小型化和模块化的设计要求。
3、在外壳的侧壁中设置热管,并将热管从外壳侧壁沿伸至外壳的底板中,使绕组组件产生的热量通过热管的毛细作用从外壳底板上传导至侧壁上或从外壳侧壁上传导至外壳底板上,实现热量的快速流转,减少热量局部堆积,达到磁性元件均匀散热的效果。
4、在灌封介质中设置热管,并从灌封式磁性元件的中央位置通入至外壳的底板和/或侧壁上,通过热管将磁性元件热量堆积最集中的中央位置的热量快速流转至外壳上,有效控制绕组组件的工作温升,避免磁性元件内部形成热量集中,避免绕组组件因热量过高引发烧损,提高磁性元件的使用可靠性并延长其使用寿命。
5、在磁性元件的外壳上加装散热器或散热翅片,有利于磁性元件换热效率和散热性能的进一步提高。
6、将热管设置于外壳壳体中及灌封介质中,其安装工艺简单,即不影响磁性元件的外观,又不需做绝缘处理,便于进行批量生产。
附图说明
图1为具体实施方式中灌封式磁性元件的结构示意图。
图2为壳体中设置热管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1~2对本发明的实施例做详细说明。
灌封式磁性元件的散热方法,灌封式磁性元件包括铁心与线圈的绕组组件1、向上开口的外壳2和灌封介质3,灌封介质3将绕组组件1灌封在外壳2内,其特征在于在所述的灌封式磁性元件中设置至少一处热管4,所述的热管4与外壳2接触将灌封式磁性元件2的内部热量传导至外壳2。
如图1所示的灌封式磁性元件,绕圈绕组1被灌封在外壳2中,绕组组件1为圆筒式结构,在实际结构中绕圈绕组1也可以为矩形或其它结构,在灌封式磁性元件中设置了两处热管4,一处位于外壳2中,一处位于磁性元件中央位置的灌封介质3中,两处热管4均与外壳2接触,通过热管4的毛细作用力将磁性元件内部的热量传导至外壳2上,便于磁性元件内部热量的快速发散,提高磁性元件的换热效率和散热性能。在实际设计中,热管4的设计可以为单处也可以为多处,可以为多处隔开设置也可以为整体管路设置,只要能够现实将磁性元件的内部热量流转至外壳2上便可。
其中,从图1中可以看出在所述外壳2的侧壁中设置热管4,并将热管4从外壳2的侧壁中沿伸至外壳2的底板中。当灌封式磁性元件产生工作温升时,磁性元件内部由于重力热传导,使热量逐渐从绕组组件1通过灌封介质3传至外壳2的底板,部分热量传至过外壳侧壁,因此将设置于外壳2侧壁中的热管4沿伸至外壳2的底板中,便于将外壳底板处的热量通过热管4的毛细作用快速流转至外壳2侧壁中,使磁性元件的热量分散更均匀,换热的效率更高,同样当外壳2侧壁的热量高于底板热量时,热量便通过热管4的毛细作用从外壳2的侧壁流转至底板。
为了加快热管4对磁性元件内部热量传导,将处于所述外壳2底板中的热管4与绕组组件1接触,使热管4直接吸收绕组组件1的热量,并通过热管4的毛细作用将热量流转至外壳的底板及侧壁,有效控制绕组组件的工作温升,防止绕组组件因热量堆积,而温度超限。具体的,将所述的热管4与绕组组件1接触的面加工成平面,使热管4与绕圈绕组1底面贴合接触,增大热管4与绕组组件1的接触面积,提高热管4的热量传导率。
其中,在所述的灌封介质3中设置热管4,热管4从灌封介质3中通入至外壳2上。由于灌封介质3为绝缘胶体,在绕组组件产生工作热量时也用于热量传导,为了提高灌封介质3中热量的传导率,避免热量在灌封介质3内部聚集,在灌封介质3中也设置热管4,热管4从灌封介质中通入至外壳2上,使热量4从灌封介质3中通过热管4的毛细作用快速流转至外壳2上,从而有效控制灌封介质3内部的热量聚集。
具体的,由于绕组组件通常为圆筒形或长方体形状,在磁性元件的中央位置热量堆积集中率最高,因此为防止热量在磁性元件内部堆积集中,将所述的热管4从灌封式磁性元件的中央位置通入至外壳2的底板和/或侧壁上,使磁性元件中央位置的热量通过热管4的毛细作用流转至外壳2上,有效防止磁性元件中央位置因热量堆积而产生烧损。
具体的,所述的灌封介质3中的热管4为分段间隔分布的管道结构和/或一体设置的管路结构。热管4的结构可根据磁性元件的散热需求确定,例如可使用多根U型热管或L型热管隔开分布,使热管4从磁性元件的中央位置通入至外壳的侧壁及底板上。而且为了增大外壳2与热管4的接触面积,且方便在灌封前定位热管4的位置,在所述外壳2内表面设置与热管4贴合接触的凹槽21。如图1和2所示,灌封介质中的热管4沿绕组组件1的中轴线设置,在外壳2底板上设置凹槽21,使凹槽21与热管4紧密配合,便于热量的传导和灌封前热管4在外壳2底板上的定位。
其中,为了进一步提高磁性元件的换热效率,在所述的外壳2底部加装散热器,在外壳2的侧面加装散热翅片。通过散热器和散热翅片帮助磁性元件更快散热,当然散热器和散热翅片的设置,由磁性元件的散热需求及模块化尺寸要求决定。
本发明还保护采用以上所述的灌封式磁性元件的散热方法的灌封式磁性元件,包括铁心与线圈组件的绕组组件1、向上开口的外壳2和灌封介质3,灌封介质3将绕组组件1灌封在外壳2内,其特征在于在所述的灌封式磁性元件中设置至少一处热管4,所述的热管4将灌封式磁性元件2的内部热量传导至外壳2。
以上所述的灌封式磁性元件的制作流程为:
一、根据磁性元件的功率需求制备绕圈绕组1;
二、制备与绕组组件1相适应的外壳2,制备过程中在外壳的侧壁和底板上形成用于设置热管4的沟槽,并在外壳4的内表面形成与热管4贴合接触的凹槽21,将热管4需与绕组组件1接触的面加工成平面,再将热管4置入外壳2的侧壁及底板中,通过焊接将外壳的侧壁与底板合围形成外壳2;
三、将设置在灌封介质3中的热管4在灌封前置于外壳2中,并与外壳2内表面的凹槽21贴合接触;
四、将灌封介质胶体灌入外壳2中,待灌封胶体凝固后即形成灌封式磁性元件。
虽然从图1中可以看出热管4均完全置于磁性元件内,但需要说明的是,本发明的灌封式磁性元件中的热管4,即可以完成置于磁性元件中,也可以从磁性元件中伸出,热管4是否从磁性元件中伸出应根据磁性元件的模块化尺寸限制要求来确定,如设置在外壳2侧壁上的热管4,在满足灌封式磁性元件模块化尺寸限制要求的前提下,可以设置为从侧壁中伸出。
以上所述的灌封式磁性元件的散热方法及灌封式磁性元件的优点在于:
1、利用热管所占空间小的物点,将热管设置于磁性元件中对磁性元件的体积和内部空间造成影响较小甚至不影响其体积和内部空间,符合灌封结构的磁性元件小型化和模块化的设计要求。
2、利用热管导热效率高的特点,使磁性元件内部的热量通过热管的毛细作用及时传导至外壳上,形成绕组组件、灌封介质、热管和外壳依次传热的导热系统,散热性能好。
3、将外壳侧壁上的热管沿伸至底板中,便于热量从底板至侧壁或侧壁至底板的及时流传,使散热过程中热量均匀分散,换热效率更高。
4、将底板中的热管直接至绕组组件接触,热管直接对绕组组件进行热量传导,可有效控制绕组组件的工作温升。
5、热管与绕组组件平面贴合接触,增大热管与绕组组件的接触面积,提高热管的热量传导率。
6、热管设置于灌封介质中,将灌封介质中的热量及时传导至外壳上,有效防止灌封介质内热量堆积,温度超限。
7、热管置于磁性元件中央位置的灌封介质中,将磁性元件中央位置的热量及时传导至外壳上,防止磁性元件中央位置热量堆积,避免绕组组件绕损或失效现象产生,磁性元件的使用可靠性更高,使用寿命更长。
8、在外壳内表面设置凹槽,使凹槽与热管紧密配合,便于热量的传导和灌封前热管在外壳内表面上的定位。
9、在磁性元件的外壳上加装散热器或散热翅片,有利于磁性元件换热效率和散热性能的进一步提高。
10、将热管设置于外壳壳体中及灌封介质中,其安装工艺简单,即不影响磁性元件的外观,又不需做绝缘处理,便于进行批量生产。
以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述,需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.灌封式磁性元件的散热方法,灌封式磁性元件包括铁心与线圈的绕组组件(1)、向上开口的外壳(2)和灌封介质(3),灌封介质(3)将绕组组件(1)灌封在外壳(2)内,其特征在于在所述的灌封式磁性元件中设置至少一处热管(4),所述的热管(4)与外壳(2)接触将灌封式磁性元件(2)的内部热量传导至外壳(2)。
2.根据权利要求1所述的灌封式磁性元件的散热方法,其特征在于在所述外壳(2)的侧壁中设置热管(4),并将热管(4)从外壳(2)的侧壁中沿伸至外壳(2)的底板中。
3.根据权利要求2所述的灌封式磁性元件的散热方法,其特征在于处于所述外壳(2)底板中的热管(4)与绕组组件(1)接触。
4.根据权利要求3所述的灌封式磁性元件的散热方法,其特征在于将所述的热管(4)与绕组组件(1)接触的面加工成平面,使热管(4)与绕圈绕组(1)底面贴合接触。
5.根据权利要求1所述的灌封式磁性元件的散热方法,其特征在于在所述的灌封介质(3)中设置热管(4),热管(4)从灌封介质(3)中通入至外壳(2)上。
6.根据权利要求5所述的灌封式磁性元件的散热方法,其特征在于所述的热管(4)从灌封式磁性元件的中央位置通入至外壳(2)的底板和/或侧壁上。
7.根据权利要求5所述的灌封式磁性元件的散热方法,其特征在于所述的灌封介质(3)中的热管(4)为分段间隔分布的管道结构和/或一体设置的管路结构。
8.根据权利要求5~7任一项所述的灌封式磁性元件的散热方法,其特征在于所述外壳(2)内表面设置与热管(4)贴合接触的凹槽(21)。
9.根据权利要求1所述的灌封式磁性元件的散热方法,其特征在于在所述的外壳(2)底部加装散热器,在外壳(2)的侧面加装散热翅片。
10.采用权利要求1至权利要求9任一项所述的灌封式磁性元件的散热方法的灌封式磁性元件,包括铁心与线圈组件的绕组组件(1)、向上开口的外壳(2)和灌封介质(3),灌封介质(3)将绕组组件(1)灌封在外壳(2)内,其特征在于在所述的灌封式磁性元件中设置至少一处热管(4),所述的热管(4)将灌封式磁性元件(2)的内部热量传导至外壳(2)。
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