CN110323041A - 用于车辆的转换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于车辆的转换器，该转换器包括电感器，该电感器包括：至少一个线圈；芯体，具有环形平面形状，并且包括缠绕至少一个线圈的第一区域和具有至少一个第一通孔的第二区域；壳体，容纳至少一个线圈和芯体，并且包括至少一个冷却杆，至少一个冷却杆插入至少一个第一通孔中；以及固定螺栓，紧固到通过至少一个第一通孔暴露的至少一个冷却杆，以将芯体固定到壳体。

Description

用于车辆的转换器

技术领域

本公开涉及一种用于车辆的转换器。

背景技术

近来，随着对环境污染和资源枯竭的担忧增加，已经积极地开发与环保车辆相关的技术。特别地，为了满足严格的车辆排气排放法规的要求并提高车辆的燃料效率，已经开发混合动力车辆并且现在可以从市场上买到混合动力车辆。

混合动力车辆和诸如插电式混合动力车辆、电动车辆、燃料电池车辆等的其他环保车辆采用与高压电池相关的各种转换器。近来，为了增加车辆的里程和动力性能，环保车辆的电池容量增加，使得转换器的功率增加。

随着转换器的功率增加，高容量转换器中包括的电感器的尺寸变得更大。因此，需要一种有效承受振动的设计，并且正在积极地研究减小设计尺寸的方法。

发明内容

本公开的示例性实施例涉及一种用于车辆的转换器，该转换器基本上消除了由于相关技术的限制和缺点导致的一个或多个问题。

实施例的目的是提供一种用于车辆的转换器，该转换器具有能够承受诸如车辆晃动的振动的优异固定性能并且表现出改善的冷却性能。

在一个实施例中，用于车辆的高容量转换器可以包括电感器，电感器包括：至少一个线圈；芯体，具有环形平面形状，并且包括缠绕至少一个线圈的第一区域和具有至少一个第一通孔的第二区域；壳体，容纳至少一个线圈和芯体并且包括至少一个冷却杆，至少一个冷却杆插入至少一个第一通孔中；以及固定螺栓，紧固到通过至少一个第一通孔暴露的至少一个冷却杆，以将芯体固定到壳体。

至少一个冷却杆可以包括至少一个第二通孔，固定螺栓紧固到至少一个第二通孔。至少一个第二通孔可以位于芯体的第二区域中的至少一个第一通孔内。

电感器可以进一步包括衬套，衬套设置在至少一个第二通孔中固定螺栓和至少一个冷却杆之间。

至少一个线圈可以包括第一线圈和第二线圈，第一线圈和第二线圈缠绕在芯体的第一区域周围以在第一方向上彼此面对。

至少一个第一通孔可以包括第1-1通孔和第1-2通孔，第1-1通孔和第1-2通孔形成在第二区域中并在与第一方向交叉的第二方向上彼此面对。

第一方向可以对应于壳体的长度方向，并且第二方向可以对应于壳体的宽度方向。

至少一个第二通孔可以包括第2-1通孔和第2-2通孔，第2-1通孔和第2-2通孔分别通过第1-1通孔和第1-2通孔暴露，并且固定螺栓可以包括第一固定螺栓和第二固定螺栓，第一固定螺栓和第二固定螺栓分别紧固到第2-1通孔和第2-2通孔。

在平面图中观察时，第一固定螺栓和第二固定螺栓可以彼此对称地设置。

壳体可以包括导热材料。

电感器可以进一步包括模制构件，模制构件填充周围缠绕有至少一个线圈的芯体和壳体的内表面之间的空间。

模制构件可以包括具有导热性的硅和环氧树脂中的一种。

至少一个冷却杆的导热率可以高于芯体、至少一个线圈和模制构件中的每一个的导热率。

在平面图中观察时，第1-1通孔和第1-2通孔可以基于芯体的中空部的中心彼此对称地设置，中空部形成在具有环形平面形状的芯体的中心。

至少一个冷却杆可以具有圆柱形状和六角棱柱形状中的一种形状。

套管可以包括导热材料。

附图说明

可以参照以下附图详细描述设置和实施例，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1是示出根据本公开的实施例的用于车辆的高容量转换器中包括的电感器的部分耦合状态的立体图；

图2A至图2C是分别示出图1所示的芯体、至少一个线圈和壳体的立体图；

图3是示出沿图1中的线A-A'截取的电感器的截面的立体图；

图4是示出冷却杆和固定螺栓彼此紧固的状态的局部截面图。

图5是示出根据比较例的用于车辆的高容量转换器的电感器的外观的立体图；

图6是用于说明根据图3所示的实施例的电感器中产生的热量散发到外部所沿的路线的视图；以及

图7是示意性地示出设置根据实施例的电感器的壳体的概念图。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更全面地描述本公开，附图中示出各个实施例。然而，实施例可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将更加彻底和完整，并且将更加全面地向本领域技术人员传达本公开的范围。

此外，如本文所使用的，诸如“第一”、“第二”、“上”/“上部”/“上方”、“下”/“下部”/“下方”等的关系术语仅用于将一个实体或元件与另一个实体或元件区分开，而不一定要求或暗示这些实体或元件之间的任何物理或逻辑关系或顺序。

在下文中，将使用笛卡尔坐标系(x，y，z)来描述根据实施例的用于车辆的高容量转换器中包括的电感器100。然而，可以使用其他不同的坐标系。在附图中，笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴彼此垂直。然而，本公开不限于此。也就是说，x轴、y轴和z轴可以彼此交叉。

图1是示出根据实施例的用于车辆的高容量转换器中包括的电感器100的部分耦合状态的立体图。

通常，用于车辆的高容量转换器可以包括电感器和功率半导体。例如，功率半导体可以是绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarMode，IGBT)。然而，实施例不限于构成用于车辆的高容量转换器的除电感器100之外的特定种类或类型的元件。

参照图1，电感器100可以包括芯体10、至少一个线圈20、壳体30和固定螺栓40。

图2A至图2C是分别示出图1所示的芯体10、至少一个线圈20和壳体30的立体图。

参照图2A，芯体10具有环形平面形状。也就是说，芯体10可以以中心形成中空部TH0的环形平面形状形成。如图所示，中空部TH0可以具有矩形平面形状。可选地，与附图不同，中空部TH0可以具有圆形平面形状。实施例不限于中空部TH0的特定平面形状。在平面图中观察时，中空部TH0的尺寸可以与缠绕在芯体10周围的线圈20的匝数成比例地确定。

芯体10可以包括第一区域和第二区域。

第一区域是缠绕至少一个线圈20的区域。参照图2A，第一区域可以包括第1-1部分P11和第1-2部分P12彼此交叉的部分以及第1-1部分P11和第1-3部分P13彼此交叉的部分。

至少一个线圈20可以包括第一线圈22和第二线圈24，第一线圈22和第二线圈24在第一方向上(例如，在y轴方向上)彼此面对并且缠绕在芯体10的第一区域周围。第一方向可以对应于壳体30的长度方向。

缠绕在芯体10周围的第一线圈22和第二线圈24中的每一个的匝数可以根据电感器100所要实现的电感来确定。

在平面图中观察时，芯体10的第二区域是形成第一通孔TH1的区域。例如，第一通孔TH1可以包括第1-1通孔TH11和第1-2通孔TH12。

在平面图中观察时，第1-1通孔TH11和第1-2通孔TH12可以基于中空部TH0的中心彼此对称地设置。

根据一个实施例，如图2A所示，第1-1通孔TH11和第1-2通孔TH12可以形成在第二区域中，并在与第一方向交叉的第二方向上(例如，在x轴方向上)彼此面对。设置第1-1通孔TH11和第1-2通孔TH12的第二区域可以是第2-1部分P21和第2-2部分P22中的每一个与第2-3部分P23交叉的区域。也就是说，第1-1通孔TH11可以形成在第二区域的第2-1部分P21和第2-3部分P23彼此交叉的部分中，并且第1-2通孔TH12可以形成在第二区域的2-2部分P22和第2-3部分P23彼此交叉的部分中。例如，第二方向可以是壳体30的宽度方向。

根据另一实施例，不同于图2A中所示的构造，设置第1-1通孔TH11和第1-2通孔TH12的第二区域可以是第1-2部分P12和第2-1部分P21彼此交叉的部分以及第1-3部分P13和第2-2部分P22彼此交叉的部分。也就是说，第1-1通孔TH11可以形成在第1-2部分P12和第2-1部分P21彼此交叉的部分中，并且第1-2通孔TH12可以形成在第1-3部分P13和第2-2部分P22彼此交叉的部分。

然而，形成第一通孔TH1(TH11和TH12)的第二区域不限于上述实施例。也就是说，第一通孔TH1(TH11和TH12)可以形成在芯体10中的各种其他位置，只要在平面图中观察时，彼此对称地设置即可。

尽管在图1和图2A中示出第一通孔TH1的数量是两个，但实施例不限于任何特定数量的第一通孔TH1。也就是说，第一通孔TH1的数量可以是一个，或者可以是三个或更多个。

壳体30用于容纳线圈20和芯体10。壳体30可以包括冷却杆，冷却杆插入第一通孔TH1中。

参照图2C，壳体30可以包括主体32以及冷却杆34和36。冷却杆34和36可以从主体32朝向芯体10突出，并且可以与主体32一体地形成。

尽管在图2C中示出冷却杆34和36的数量是两个，但实施例不限于特定数量的冷却杆34和36。因为冷却杆34和36插入第一通孔TH1中，因此冷却杆34和36的数量可以等于或少于第一通孔TH1的数量。因此，为了将冷却杆34和36插入第一通孔TH1中，第一通孔TH1中的每一个的内径可以大于冷却杆34和36中的各冷却杆的外径。

冷却杆34和36中可以具有第二通孔TH2。第二通孔TH2可以包括通过第一通孔TH1(TH11和TH12)暴露的第2-1通孔TH21和第2-2通孔TH22。第二通孔TH2，即第2-1通孔TH21和第2-2通孔TH22，在后面描述的图3中示出。

如图2C所示，冷却杆34和36中的每一个可以具有圆柱形状。然而，实施例不限于此。根据另一实施例，冷却杆34和36中的每一个可以具有六角棱柱形状。

图3是示出沿图1中的线A-A'截取的电感器100的截面的立体图。

固定螺栓40用于将芯体10固定到壳体30。为此目的，固定螺栓40可以通过分别形成在冷却杆34和36中的第二通孔TH2(TH21和TH22)紧固到冷却杆34和36。例如，固定螺栓40可以包括第一固定螺栓42和第二固定螺栓44，第一固定螺栓42和第二固定螺栓44分别通过第2-1通孔TH21和第2-2通孔TH22紧固到冷却杆34和36。第二通孔TH2(TH21和TH22)中的每一个可以位于芯体10的第二区域中的第一通孔TH1(TH11和TH12)中的各通孔内。

第二通孔TH2的数量可以等于第一通孔TH1的数量或冷却杆34和36的数量。然而，实施例不限于此。尽管在附图中示出第二通孔TH2的数量是两个，但是实施例不限于任何特定数量的第二通孔TH2。也就是说，第二通孔TH2的数量可以是一个，或者可以是三个或更多个。

在平面图中观察时第1-1通孔TH11和第1-2通孔TH12为对称设置的原因是在平面图中观察时，第一固定螺栓42和第二固定螺栓44基于中空部TH0的中心彼此对称地设置。

为了散发芯体10和线圈20由于损耗而产生的热量，壳体30可以包括导热材料。例如，壳体30的主体32以及冷却杆34和36中的每一个可以由铝(Al)形成。

图4是示出冷却杆34和固定螺栓42彼此紧固的状态的局部截面图。

根据实施例的电感器100可以进一步包括衬套60。衬套60可以设置在固定螺栓40(42和44)和冷却杆34和36之间。例如，如图4所示，衬套60可以设置在固定螺栓42和冷却杆34之间。如图4所示，固定螺栓40中的一个固定螺栓42和一个冷却杆34在衬套60插置在固定螺栓42和冷却杆34之间的情况下彼此紧固。以与图4所示相同的方式，固定螺栓40中的另一个固定螺栓44和另一个冷却杆36也可以在衬套60插置在固定螺栓44和冷却杆36之间的情况下彼此紧固。也就是说，如图4所示，衬套60也可以设置在另一个固定螺栓44和另一个冷却杆36之间。为了通过冷却杆34和36以及固定螺栓40将芯体10和线圈20产生的热量散发到外部，衬套60可以由例如金属的导热材料形成。然而，实施例不限于此。

当固定螺栓40(42和44)紧固到冷却杆34和36时，上述衬套60可以防止冷却杆34和36被固定螺栓40(42和44)损坏。这是因为当固定螺栓40(42和44)紧固到冷却杆34和36时，衬套60可以分散施加到冷却杆34和36的力。此外，由于设置了衬套60，芯体10可以更牢固地固定到壳体30。可以根据需要省略衬套60。

再次参照图1和图3，根据实施例的电感器100可以进一步包括模制构件50。模制构件50填充周围缠绕有线圈20的芯体10与壳体30的内表面之间的空间，并且用于将芯体10和线圈20产生的热量快速传递到壳体30。为此目的，模制构件50可以包括具有导热性的硅或环氧树脂。

在下文中，将描述制造根据上述实施例的电感器100的方法。

首先，将线圈20缠绕在芯体10的第一区域周围。

随后，将周围缠绕有线圈20的芯体10安装到壳体30。此时，冷却杆34和36插入并装配在芯体10中形成的第一通孔TH1中。

随后，通过将固定螺栓40(42和44)联接到第二通孔TH2(TH21和TH22)，并通过冷却杆34和36将芯体10固定到壳体30。当固定螺栓40装配并紧固到第二通孔TH2时，如图4所示，可以使用衬套60。

随后，将具有高导热率的硅或环氧树脂模制溶液注入到周围缠绕有线圈20的芯体10与壳体30的内表面之间的空间中。随后，将模制溶液固化以形成模制构件50，从而完成电感器100的制造。

可选地，根据另一实施例，可以在形成模制构件50之后，将固定螺栓40装配在第二通孔TH2中。

在下文中，将描述根据比较例的电感器与根据实施例的电感器之间的比较。

图5是示出根据比较例的用于车辆的高容量转换器的电感器200的外观的立体图。

图5所示的电感器200包括固定夹202、壳体204、线圈206、芯体208和螺栓210。图5所示的壳体204、线圈206、芯体208分别执行与图1所示的壳体30、线圈20和芯体10相同的功能。因此，将省略对这些组件204、206和208的功能的重复描述。

因为包括电感器200的高容量转换器用于车辆，因此需要将电感器200设计成承受车辆的振动。为此目的，根据比较例的电感器200采用固定夹202以将芯体208固定到壳体204。

固定夹202的一端按压芯体208。螺栓210将固定夹202的两端中的每一个固定到壳体204。如此，在比较例的情况下，为了将芯体208固定到壳体204，额外需要设置固定夹202和螺栓210的空间。因此，电感器200的整体尺寸可能不可避免地增加。此外，因为在平面图中观察时固定夹202位于芯体208的最外边缘，因此固定芯体208的性能可能降低。

相反，在根据实施例的电感器100中，不需要设置固定夹202和螺栓210的额外空间。这是因为芯体10以固定螺栓40设置在芯体10处并且固定螺栓40紧固到冷却杆34和36的方式固定到壳体30。因此，与根据比较例的电感器200相比，根据实施例的电感器100可以紧凑地形成。另外，根据实施例的电感器100不需要额外的固定夹202，从而降低了制造成本。

此外，与在平面图中观察时螺栓42和44不对称地设置或者仅一个固定螺栓设置在芯体10的一侧的构造相比，在平面图中观察时固定螺栓42和44彼此对称地设置的根据实施例的构造可以将芯体10更牢固地固定到壳体30，并且可以更显著地改善承受车辆的振动的固定性能。

此外，在导热模制构件50填充周围缠绕有线圈20的芯体10与壳体30的内表面之间的空的空间的情况下，芯体10和线圈20产生的热量经由模制构件50快速传递到壳体30，从而进一步改善冷却性能。

此外，与在平面图中观察时螺栓42和44不对称地设置时或当仅一个固定螺栓设置在芯体10的一侧时相比，在平面图中观察时固定螺栓42和44彼此对称地设置时，芯体10和线圈20产生的热量可以更快速且更有效地散发到外部。

此外，由于冷却杆34和36插入根据实施例的电感器100中的芯体10中形成的第一通孔TH1(TH11和TH12)中，因此芯体10和线圈20产生的热量经由冷却杆34和36通过壳体30散发，从而可以进一步提高冷却效率。

在根据比较例的电感器200中，电感器200中的热量散发到外部所沿的路线如下。

电感器200的线圈206和芯体208产生的热量传递到电感器200的壳体204。随后，传递到壳体204的热量传递到位于电感器200的底面上的导热油脂(thermal grease)。最后，导热油脂的热量可以通过形成在壳体中的流动通道散发到外部。

如上所述，由于电感器200的热量可以通过电感器200的下部散发到外部，因此电感器200的上部的温度始终高于电感器200的下部的温度。此外，电感器200的上部的区域中靠近壳体204的部分处的热量可以通过壳体204传递到电感器200的下部。如此，根据比较例的电感器200中产生的热量被分散成电感器200的上部的中心的温度高于电感器200的其余部分的温度。因此，根据比较例的电感器200可能由于相对较高的温度而难以执行其功能。

在根据实施例的电感器100中，热量散发到外部所沿的路线如下。

图6是用于说明根据图3所示的实施例的电感器100中产生的热量散发到外部所沿的路线的视图。

图7是示意性地示出设置根据实施例的电感器100的壳体400的概念图。

如图6中的箭头300和302所指示的，芯体10和线圈20产生的热量传递到插入芯体10中形成的第一通孔TH1(TH11和TH12)中的冷却杆34和36。随后，传递到冷却杆34和36的热量传递到壳体30的主体32。芯体10和线圈20产生的热量也可以通过模制构件50传递到壳体30的主体32。传递到壳体30的主体32的热量可以通过壳体400散发到外部。

冷却剂沿箭头所指示的方向通过壳体400的入口402被引入壳体400中。随后，在流过冷却通道的同时，冷却剂吸收安装到壳体400的电感器100的壳体30的热量。吸收了热量的冷却剂可以通过出口404排出到壳体400的外部。

冷却杆34和36以及壳体400中的每一个可以具有导热率(被称为“第一导热率”)，第一导热率可以大于芯体10、线圈20和模制构件50中的每一个的导热率(被称为“第二导热率”)。例如，第一导热率可以是大约1000W/mk，第二导热率的范围可以是大约1W/mk至大约10W/mk。因此，将冷却杆34和36插入芯体10中形成的第一通孔TH1(TH11和TH12)中可以提高根据实施例的电感器100的冷却性能。

如从以上描述显而易见的是，根据实施例的用于车辆的高容量转换器具有能够承受外部振动的优异固定性能，表现出改善的冷却性能，并且能够以低成本制造成紧凑的。

虽然已经参考本公开的示例性实施例具体示出并描述了本公开，但是这些实施例仅出于说明性目的而提出，并不限制本公开，并且对本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本文阐述的实施例的基本特征的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。例如，可以修改和应用实施例中阐述的各配置。此外，这些修改和应用的差异应被解释为落入如所附权利要求书限定的本公开的范围内。

Claims (16)

1.一种用于车辆的转换器，所述转换器包括电感器，所述电感器包括：

至少一个线圈；

芯体，具有环形平面形状，并且包括缠绕所述至少一个线圈的第一区域和具有至少一个第一通孔的第二区域；

壳体，容纳所述至少一个线圈和所述芯体，并且包括至少一个冷却杆，所述至少一个冷却杆插入所述至少一个第一通孔中；以及

固定螺栓，紧固到通过所述至少一个第一通孔暴露的所述至少一个冷却杆，以将所述芯体固定到所述壳体。

2.根据权利要求1所述的转换器，其中，

所述至少一个冷却杆包括至少一个第二通孔，所述固定螺栓紧固到所述至少一个第二通孔。

3.根据权利要求2所述的转换器，其中，

所述至少一个第二通孔位于所述芯体的第二区域中的所述至少一个第一通孔内。

4.根据权利要求2所述的转换器，其中，

所述电感器进一步包括衬套，所述衬套设置在所述至少一个第二通孔中所述固定螺栓和所述至少一个冷却杆之间。

5.根据权利要求1所述的转换器，其中，

所述至少一个线圈包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈缠绕在所述芯体的第一区域周围以在第一方向上彼此面对。

6.根据权利要求5所述的转换器，其中，

所述至少一个第一通孔包括第1-1通孔和第1-2通孔，所述第1-1通孔和所述第1-2通孔形成在所述第二区域中并在与所述第一方向交叉的第二方向上彼此面对。

7.根据权利要求6所述的转换器，其中，

所述第一方向对应于所述壳体的长度方向，并且

所述第二方向对应于所述壳体的宽度方向。

8.根据权利要求6所述的转换器，其中，

所述至少一个第二通孔包括第2-1通孔和第2-2通孔，所述第2-1通孔和所述第2-2通孔分别通过所述第1-1通孔和所述第1-2通孔暴露，并且

所述固定螺栓包括第一固定螺栓和第二固定螺栓，所述第一固定螺栓和所述第二固定螺栓分别紧固到所述第2-1通孔和所述第2-2通孔。

9.根据权利要求8所述的转换器，其中，

在平面图中观察时，所述第一固定螺栓和所述第二固定螺栓彼此对称地设置。

10.根据权利要求1所述的转换器，其中，

所述壳体包括导热材料。

11.根据权利要求1所述的转换器，其中，

所述电感器进一步包括模制构件，所述模制构件填充周围缠绕有所述至少一个线圈的所述芯体和所述壳体的内表面之间的空间。

12.根据权利要求11所述的转换器，其中，

所述模制构件包括具有导热性的硅和环氧树脂中的一种。

13.根据权利要求11所述的转换器，其中，

所述至少一个冷却杆的导热率高于所述芯体、所述至少一个线圈和所述模制构件中的每一个的导热率。

14.根据权利要求6所述的转换器，其中在平面图中观察时，所述第1-1通孔和所述第1-2通孔基于所述芯体的中空部的中心彼此对称地设置，所述中空部形成在具有环形平面形状的所述芯体的中心。

15.根据权利要求1所述的转换器，其中，

所述至少一个冷却杆具有圆柱形状或六角棱柱形状。

16.根据权利要求4所述的转换器，其中，

所述套管包括导热材料。