CN108428533A - 一种安装在印制线路板上的水冷电感模块的安装方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种安装在印制线路板上的水冷电感模块的安装方法及其应用，包括相对设置且对应扣合形成空腔的底座和上盖，设置在空腔内的树脂灌封电感，设置在空腔两端的端盖以及水冷管；其中，树脂灌封电感两端分别设置有电感引出线并自空腔穿出，底座的两侧一体地对称设置有开口向上的U形槽，水冷管固定设置在U形槽内。本发明的水冷电感模块将电感、水冷管和散热片集成在一起，在缩小水冷电感模块体积的同时保证了良好的散热效率；能够安装在印制线路板(PCB)上，满足高功率密度电力电子变换设备的使用需求；主体分为底座和上盖两部分，拆装方便，便于树脂灌封电感的维修与更换；使用时能够实现多个串联使用，满足高功率的需求。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子领域使用的功率水冷电感，具体涉及一种安装在印制线路板(以下简称PCB)上的大功率水冷电感模块的安装方法及其应用。
背景技术
电感是用绝缘导线绕制而成的电磁感应元件，能够把电能转化为磁能而存储，是电子电路中常用的元器件之一，结构与变压器类似，但只有一个绕组。主要作用是对交流信号进行隔离、滤波或与电容器、电阻器等组成谐振电路，在电力电子领域常应用于升压、降压、功率因数校正及逆变输出滤波等电路中。目前常用的大功率电感多采用强制对流冷却或者自然对流冷却的方式，为保证散热效率通常体积较大，且功能单一，不利于在密闭空间中的使用，不能满足电力电子变换设备功率密度进一步提升的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种安装在印制线路板(PCB)上的水冷电感模块，能够在增强电感散热效率的同时缩小电感体积，满足电力电子变换电路中功率器件的散热需求，同时可实现在印制线路板(PCB)上安装，满足高功率密度电力电子变换设备的使用需求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种安装在印制线路板上的水冷电感模块，包括相对设置且对应扣合形成空腔的底座和上盖，设置在所述的空腔内的树脂灌封电感，设置在所述的空腔两端的端盖，以及水冷管；
其中，所述的树脂灌封电感两端分别设置有电感引出线并自空腔穿出，所述底座的两侧一体地对称设置有开口向上的U形槽，所述水冷管固定设置在U形槽内。
在上述技术方案中，所述U形槽靠近树脂灌封电感侧的侧壁高度小于远离树脂灌封电感侧的侧壁高度，远离树脂灌封电感侧的侧壁固定连接有用于固定水冷管的固定块。
在上述技术方案中，所述的U形槽的长度大于底座的长度。
在上述技术方案中，所述水冷管的形状为U形，两侧平直管体分别放置在所述的U形槽内。
在上述技术方案中，所述U形槽的一端或者两端开设有便于引出导线的出线槽。
在上述技术方案中，所述水冷管的材质为纯铜或者铝合金。
在上述技术方案中，所述固定块与U形槽远离底座的侧壁之间、上盖与底座之间、端盖顶端与上盖之间以及端盖底端与底座之间通过螺钉连接。
在上述技术方案中，所述底座的底面开设有用于将水冷模块安装在PCB板上的固定孔。
在上述技术方案中，所述U形槽的外壁固定设置有陶瓷材质的散热片，所述的散热片上固定设置有功率器件或者所述的散热片与功率器件相接触。
在上述技术方案中，所述的散热片为长方形薄片结构并沿U形槽的外壁均匀排列。
在上述技术方案中，所述的上盖与底座接触的接触面上设置有凸缘，所述底座上设置有与上述凸缘相对应的凹槽。
在上述技术方案中，所述底座和上盖之间形成的空腔与树脂灌封电感表面紧密贴合且无明显缝隙。
在上述技术方案中，所述的固定块、水冷管和U形槽之间紧密贴合且无明显缝隙。
本发明的一种安装在印制线路板上的水冷电感模块的安装方法包括以下步骤：
1)将所述树脂灌封电感放置在底座和上盖形成的空腔内并将电感引出线引出；
2)在散热片正反两面均匀涂敷导热硅脂后安装固定于所述U形槽的外壁上，将功率器件安装在散热片上或者安装在散热片周围并使其与散热片接触；
3)将水冷电感模块安装到PCB板上，在水冷管表面均匀涂敷导热硅脂后将其放置于U形槽内并利用固定块固定，最后将电感引出线和功率器件连接在PCB板的接线端子上。
一种安装在印制线路板上的水冷电感模块在电力电子变换电路中的应用，能够满足电力电子变换电路中功率器件的散热需求，且可实现PCB安装，满足高功率密度电力电子变换设备的使用需求，在应用中将30kVA变频器的体积缩小为650-700mm*400-450mm*150-200mm。
本发明的优点和有益效果为：
(1)本发明的水冷电感模块将电感、水冷管和散热片集成在一起，在缩小水冷电感模块体积的同时保证了良好的散热效率。
(2)本发明的水冷电感模块能够安装在印制线路板(PCB)上，满足高功率密度电力电子变换设备的使用需求。
(3)本发明的水冷电感模块的主体分为底座和上盖两部分，拆装方便，便于树脂灌封电感的维修与更换。
(4)本发明的水冷电感模块在使用时能够实现多个串联使用，满足高功率的需求。
(5)本发明的水冷电感模块的上盖与底座接触的接触面上设置有相匹配的凸缘和凹槽，提高了空腔的密封性，达到了水电隔离的目的。
附图说明
图1是本发明一种安装在印制线路板上的水冷电感模块的结构示意图。
图2为图1的爆炸图。
其中：
1：底座，2：上盖，3：端盖，4：水冷管，5：固定块，6：树脂灌封电感，7：电感引出线，8：U形槽，9：散热片，10：出线槽。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
下面结合附图与具体的实施例对本发明作进一步详细描述。需要说明的是：下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
实施例一
一种安装在印制线路板上的水冷电感模块，包括相对设置的底座1和上盖2，底座1和上盖2上分别对应形成有半圆形凹腔，对扣构成与圆柱形树脂灌封电感6对应的圆筒形空腔，树脂灌封电感6设置在空腔内，空腔两端为开放式设置，利用端盖3密封，上盖2和底座1之间夹持有纯铜制成的水冷管4且该水冷管4与空腔相互隔离，树脂灌封电感6两端设置的电感引出线7自端盖3穿出；
所述水冷管4的形状为U形，U形两侧的平直管体分别通过固定块5固定，固定块5与底座1之间、上盖2与底座1之间、端盖3顶端与上盖2之间以及端盖3底端与底座1之间通过螺钉连接。水冷电感模块的主体分为底座1和上盖2两部分，拆装方便，便于树脂灌封电感6的维修与更换。
所述底座1的底面开设有用于将水冷模块安装在PCB板上的固定孔(图中未显示)；底座1的外壁固定设置有陶瓷材质的散热片9，该散热片9用于传导相邻功率器件(如IGBT芯片)产生的热量，散热片9为长方形薄片结构，厚度为1mm，沿底座1的外壁均匀排列，为了保证功率器件的散热效果，散热片9在安装时正反面需要均匀涂敷导热硅脂。为了保证树脂灌封电感6的散热效果要确保底座1与上盖2的加工精度，装配后应无明显缝隙，使装配后圆柱形空腔的腔体密闭且与树脂灌封电感6良好贴合；为了保证水冷效果，要确保固定块5的加工精度，使得固定块5和水冷管4之间紧密贴合且无明显缝隙，同时在水冷管4安装时需要均匀涂敷导热硅脂。本发明的水冷电感模块将树脂灌封电感6、水冷管4和散热片9集成在一起，在缩小水冷电感模块体积的同时保证了良好的散热效率。
一种安装在印制线路板上的水冷电感模块的安装方法：将所述树脂灌封电感6放置于所述底座1与上盖2之间的圆筒形空腔内，将电感引出线7从端盖3穿出并固定端盖3，使得底座1、上盖2与端盖3之间形成一个密闭且与树脂灌封电感6良好接触的密闭空间，在散热片9正反两面均匀涂敷导热硅脂后安装固定底座1的外壁上，将水冷电感模块安装到PCB板上，在水冷管4表面均匀涂敷导热硅脂后放置在底座1和上盖2之间并利用固定块5固定，最后将电感引出线7连接在PCB板的接线端子上。
实施例二
一种安装在印制线路板上的水冷电感模块，包括相对设置的底座1和上盖2，底座1和上盖2上分别对应形成有半圆形凹腔，对扣构成与圆柱形树脂灌封电感6对应的圆筒形空腔，树脂灌封电感6设置在空腔内，空腔一端为开放式设置，利用端盖3密封，另一端封闭设置；
所述树脂灌封电感6两端分别设置有电感引出线7，为便于电感引出线7引出，在空腔的端盖3上对应设置出线孔，所述底座1的两侧对称设置有开口向上的U形槽8，该U形槽8与底座1一体制成，U形槽8内放置有铝合金制成的水冷管4，所述水冷管4的形状为U形，U形两侧的平直管体分别放置在所述的U形槽8内并通过固定块5固定，所述U形槽8的底面与底座1的底面共面，U形槽8靠近底座1的侧壁高度小于远离底座1的侧壁高度，便于安装所述固定块5。U形槽8的长度大于底座1的长度，增大了散热面积，同时便于开设出线槽10，固定块5与U形槽8远离底座1的侧壁之间、上盖2与底座1之间、端盖3顶端与上盖2之间以及端盖3底端与底座1之间通过螺钉连接。水冷电感模块的主体分为底座1和上盖2两部分，拆装方便，便于树脂灌封电感6的维修与更换。
所述底座1的底面开设有用于将水冷模块安装在PCB板上的固定孔；所述U形槽8的外壁通过螺钉固定设置有陶瓷材质的散热片9，该散热片9用于传导相邻功率器件(如IGBT芯片)产生的热量，散热片9为长方形薄片结构，厚度为3mm，沿U形槽8的外壁均匀排列，为了保证功率器件的散热效果，散热片9在安装时正反面需要均匀涂敷导热硅脂。为了保证树脂灌封电感6的散热效果要确保底座1与上盖2的加工精度，装配后应无明显缝隙，使装配后圆柱形空腔的腔体密闭且与树脂灌封电感6良好贴合；为了保证水冷效果，要确保U形槽8及固定块5的加工精度，使得固定块5、水冷管4和U形槽8之间紧密贴合且无明显缝隙，同时在水冷管4安装时需要均匀涂敷导热硅脂。本发明的水冷电感模块将树脂灌封电感6、水冷管4和散热片9集成在一起，在缩小水冷电感模块体积的同时保证了良好的散热效率。
所述的上盖2与底座1接触的接触面上设置有凸缘，所述底座1上设置有与上述凸缘相对应配合的凹槽，装配时将凸缘嵌入凹槽内能够增强水冷电感模块的密封性，达到隔离水电的目的。
一种安装在印制线路板上的水冷电感模块的安装方法：将所述树脂灌封电感6放置于所述底座1与上盖2之间的圆筒形空腔内，将电感引出线7分别从空腔两端穿出，使得底座1、上盖2与端盖3之间形成一个密闭且与树脂灌封电感6良好接触的密闭空间，在散热片9正反两面均匀涂敷导热硅脂后安装固定于所述U形槽8的外壁上，将功率器件安装在散热片9周围并使其与散热片9接触，将水冷电感模块安装到PCB板上，在水冷管4表面均匀涂敷导热硅脂后将其放置于U形槽8内并利用固定块5固定，最后将电感引出线7和功率器件(如IGBT芯片)连接在PCB板的接线端子上。
实施例三
一种安装在印制线路板上的水冷电感模块，包括相对设置的底座1和上盖2，底座1和上盖2上分别对应形成有半圆形凹腔，对扣构成与圆柱形树脂灌封电感6对应的圆筒形空腔，树脂灌封电感6设置在空腔内，空腔两端为开放式设置，利用端盖3密封，上盖2和底座1之间夹持有纯铜制成的水冷管4且该水冷管4与空腔相互隔离，树脂灌封电感6两端设置的电感引出线7自端盖3穿出。
该水冷电感模块应用于电力电子变换电路中，能够满足电力电子变换电路中功率器件的散热需求，且可实现PCB安装，满足高功率密度电力电子变换设备的使用需求，在应用中成功将30kVA电力电子变换设备(变频器)体积从800mm*500mm*1500mm缩小为650mm*440mm*175mm。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种安装在印制线路板上的水冷电感模块，其特征在于：包括相对设置且对应扣合后形成空腔的底座和上盖，设置在所述的空腔内的树脂灌封电感，设置在所述的空腔两端的端盖，以及水冷管；
其中，所述的树脂灌封电感两端分别设置有电感引出线并自空腔穿出，所述底座的两侧一体地对称设置有开口向上的U形槽，所述水冷管固定设置在U形槽内。
2.根据权利要求1所述的安装在印制线路板上的水冷电感模块，其特征在于：所述U形槽靠近树脂灌封电感侧的侧壁高度小于远离树脂灌封电感侧的侧壁高度，远离树脂灌封电感侧的侧壁固定连接有用于固定水冷管的固定块。
3.根据权利要求1所述的安装在印制线路板上的水冷电感模块，其特征在于：所述的U形槽的长度大于底座的长度。
4.根据权利要求1所述的安装在印制线路板上的水冷电感模块，其特征在于：所述水冷管的形状为U形，两侧平直管体分别放置在所述的U形槽内。
5.根据权利要求1所述的安装在印制线路板上的水冷电感模块，其特征在于：所述U形槽的一端或者两端开设有便于引出导线的出线槽。
6.根据权利要求1所述的安装在印制线路板上的水冷电感模块，其特征在于：所述水冷管的材质为纯铜或者铝合金。
7.根据权利要求2所述的安装在印制线路板上的水冷电感模块，其特征在于：所述固定块与U形槽远离底座的侧壁之间、上盖与底座之间、端盖顶端与上盖之间以及端盖底端与底座之间通过螺钉连接。
8.根据权利要求1所述的安装在印制线路板上的水冷电感模块，其特征在于：所述底座的底面开设有用于将水冷模块安装在PCB板上的固定孔。
9.根据权利要求1所述的安装在印制线路板上的水冷电感模块，其特征在于：所述U形槽的外壁固定设置有陶瓷材质的散热片，所述的散热片上固定设置有功率器件或者所述的散热片与功率器件相接触。
10.根据权利要求9所述的安装在印制线路板上的水冷电感模块，其特征在于：所述的散热片为长方形薄片结构并沿U形槽的外壁均匀排列。
11.根据权利要求1所述的安装在印制线路板上的水冷电感模块，其特征在于：所述的上盖与底座接触的接触面上设置有凸缘，所述底座上设置有与上述凸缘相对应的凹槽。
12.一种如权利要求9或10所述的安装在印制线路板上的水冷电感模块的安装方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)将所述树脂灌封电感放置在底座和上盖形成的空腔内并将电感引出线引出；
2)在散热片正反两面均匀涂敷导热硅脂后安装固定于所述U形槽的外壁上，将功率器件安装在散热片上或者安装在散热片周围并使其与散热片接触；
3)将水冷电感模块安装到PCB板上，在水冷管表面均匀涂敷导热硅脂后将其放置于U形槽内并利用固定块固定，最后将电感引出线和功率器件连接在PCB板的接线端子上。
13.一种如权利要求1-11任一项所述的安装在印制线路板上的水冷电感模块在电力电子变换电路中的应用。
14.根据权利要求13所述的安装在印制线路板上的水冷电感模块在电力电子变换电路中的应用，其特征在于：所述应用中的电力电子变换设备为30kVA变频器，体积为600-700mm*400-450mm*150-200mm。
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