CN114388250A - 基于3d光固化打印的电力电子变压器的封装工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于3D光固化打印的电力电子变压器的封装工艺，涉及变压器封装技术领域。所述工艺包括如下步骤：打印骨架网络、浇注、施加电压、施加超声波、通电流、热固化、打磨；在封装最初采用环氧树脂打印骨架网络对铁芯和绕组进行定位固定，有效防止绕组在封装过程中松动或变形，采用含有填料的环氧树脂作为浇注体能够显著降低热阻和膨胀系数，提高散热性能，降低开裂风险；环氧树脂在高压电场中容易对固体发生电润湿；超声波具有提高浸润能力的特性，进一步提高含填料树脂与骨架网络的浸润效果；向绕组中通电，使绕组先发热，浇注体由内往外固化，允许外部树脂对缩孔进行自动补缩，从而显著降低封装内部缺陷，提高封装的可靠性。

Description

基于3D光固化打印的电力电子变压器的封装工艺
技术领域
本发明涉及变压器封装技术领域，具体涉及一种基于3D光固化打印的电力电子变压器的封装工艺。
背景技术
近年来，电力电子技术在电力系统中的应用愈来愈广泛而深入。高频变压器的绝缘设计影响变压器整体的安全性、适用性和功率密度，特别是大容量高频变压器，其电压等级高，对绝缘设计提出了更高的要求，如何保证在高电压高热的环境下绝缘的稳定性成为研究的难题。而模块的封装技术是电力电子系统集成的重要组成部分，可能会直接影响到其电气性能和热性能等，所以研究其封装方法具有重要意义与价值。
随着对电力电子变压器研究的深入，对其绝缘材料的选取也有了进一步突破。其中以环氧树脂、硅胶为代表的固体灌封材料，因其优异的绝缘性能及高安全性、易维护性，得到了广泛应用。
但灌封材料对工艺要求高，传统封装工艺下存在易开裂、散热困难等缺陷。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于3D光固化打印的电力电子变压器的封装工艺，解决了变压器封装易开裂、散热困难的问题。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于3D光固化打印的电力电子变压器的封装工艺，所述工艺包括如下步骤：
S1、打印骨架网络
根据变压器铁芯和绕组尺寸，设计骨架网络，采用环氧树脂通过3D光固化打印的方式将骨架网络打印在变压器铁芯和绕组周围，以此对变压器铁芯和绕组进行包围定位；
S2、浇注
将带有骨架网络的变压器铁芯和绕组放入模具中，将含有填料的环氧树脂在真空状态下充入模具；
S3、施加电压
对变压器绕组施加高压直流电压；
S4、施加超声波
对浇注体施加超声波；
S5、通电流
向绕组中通入直流电；
S6、热固化
对浇注体进行加热固化；
S7、打磨
树脂固化完全后，取出打磨平整得到完整的封装。
优选的，所述填料包括：氧化铝、氧化硅、氮化硼、氮化铝、蒙脱土、云母粉中的一种或多种的混合物；所述含有填料的环氧树脂内还加有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或两种的混合物。
优选的，所述高压直流电压大于1kV。
优选的，所述超声波的频率范围包括1kHz~1MHz。
优选的，所述直流电的电流密度范围包括2A/mm2~40A/mm2。
优选的，所述热固化的温度不低于70℃。
优选的，所述浇注的过程中，在接线口和孔洞的对应位置设置预埋件，待树脂固化成型后抽出预埋件。
优选的，所述预埋件包括环氧管和/或橡胶棒。
（三）有益效果
本发明提供了一种基于3D光固化打印的电力电子变压器的封装工艺。与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明中，所述工艺包括如下步骤：打印骨架网络、浇注、施加电压、施加超声波、通电流、热固化、打磨；
在封装最初采用环氧树脂打印骨架网络对铁芯和绕组进行定位固定，有效防止绕组在封装过程中松动或变形，采用含有填料的环氧树脂作为浇注体能够显著降低热阻和膨胀系数，提高散热性能，降低开裂风险；
环氧树脂在高压电场中容易对固体发生电润湿，也会沿着电场方向流动；施加高压电场，提高树脂对骨架网络的浸润能力，加快浸润速度，同时能够提高含填料树脂与骨架网络的界面结合，防止封装内界面缺陷的产生；
超声波具有提高浸润能力的特性，进一步提高含填料树脂与骨架网络的浸润效果；
浇注体在固化过程中会发生收缩，从而产生缩孔；目前的方法是通过外部烘箱或者磨具加热的方法对树脂进行固化，这种方法会使环氧树脂材料从外往内固化，由于外部固化在前，内部固化过程中产生的缩孔没法进行补缩，从而形成永久性缩孔，缩孔的存在导致变压器的绝缘能力降低；
向绕组中通电，使绕组先发热，浇注体由内往外固化，这种固化次序允许外部树脂对缩孔进行自动补缩，从而显著降低封装内部缺陷，提高封装的可靠性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
本申请实施例通过提供一种基于3D光固化打印的电力电子变压器的封装工艺，解决了变压器封装易开裂、散热困难的问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明实施例中，所述工艺包括如下步骤：打印骨架网络、浇注、施加电压、施加超声波、通电流、热固化、打磨；
在封装最初采用环氧树脂打印骨架网络对铁芯和绕组进行定位固定，有效防止绕组在封装过程中松动或变形，采用含有填料的环氧树脂作为浇注体能够显著降低热阻和膨胀系数，提高散热性能，降低开裂风险；
环氧树脂在高压电场中容易对固体发生电润湿，也会沿着电场方向流动；施加高压电场，提高树脂对骨架网络的浸润能力，加快浸润速度，同时能够提高含填料树脂与骨架网络的界面结合，防止封装内界面缺陷的产生；
超声波具有提高浸润能力的特性，进一步提高含填料树脂与骨架网络的浸润效果；
浇注体在固化过程中会发生收缩，从而产生缩孔；目前的方法是通过外部烘箱或者磨具加热的方法对树脂进行固化，这种方法会使环氧树脂材料从外往内固化，由于外部固化在前，内部固化过程中产生的缩孔没法进行补缩，从而形成永久性缩孔，缩孔的存在导致变压器的绝缘能力降低；
向绕组中通电，使绕组先发热，浇注体由内往外固化，这种固化次序允许外部树脂对缩孔进行自动补缩，从而显著降低封装内部缺陷，提高封装的可靠性。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例：
本发明提供了一种基于3D光固化打印的电力电子变压器的封装工艺，所述工艺包括如下步骤：
S1、打印骨架网络
根据变压器铁芯和绕组尺寸，设计骨架网络，采用环氧树脂通过3D光固化打印的方式将骨架网络打印在变压器铁芯和绕组周围，以此对变压器铁芯和绕组进行包围定位；
S2、浇注
将带有骨架网络的变压器铁芯和绕组放入模具中，将含有填料的环氧树脂在真空状态下充入模具；
S3、施加电压
对变压器绕组施加高压直流电压；
S4、施加超声波
对浇注体施加超声波；
S5、通电流
向绕组中通入直流电；
S6、热固化
对浇注体进行加热固化；
S7、打磨
树脂固化完全后，取出打磨平整得到完整的封装。
在封装最初采用环氧树脂打印骨架网络对铁芯和绕组进行定位固定，有效防止绕组在封装过程中松动或变形，采用含有填料的环氧树脂作为浇注体能够显著降低热阻和膨胀系数，提高散热性能，降低开裂风险；
环氧树脂在高压电场中容易对固体发生电润湿，也会沿着电场方向流动；施加高压电场，提高树脂对骨架网络的浸润能力，加快浸润速度，同时能够提高含填料树脂与骨架网络的界面结合，防止封装内界面缺陷的产生；
超声波具有提高浸润能力的特性，进一步提高含填料树脂与骨架网络的浸润效果；
浇注体在固化过程中会发生收缩，从而产生缩孔；目前的方法是通过外部烘箱或者磨具加热的方法对树脂进行固化，这种方法会使环氧树脂材料从外往内固化，由于外部固化在前，内部固化过程中产生的缩孔没法进行补缩，从而形成永久性缩孔，缩孔的存在导致变压器的绝缘能力降低；
向绕组中通电，使绕组先发热，浇注体由内往外固化，这种固化次序允许外部树脂对缩孔进行自动补缩，从而显著降低封装内部缺陷，提高封装的可靠性。
所述填料包括：氧化铝、氧化硅、氮化硼、氮化铝、蒙脱土、云母粉中的一种或多种的混合物；所述含有填料的环氧树脂内还加有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或两种的混合物，以促进填料在树脂中的分散，提高两者的相容性。
所述高压直流电压大于1kV。
所述超声波的频率范围包括1kHz~1MHz。
所述直流电的电流密度范围包括2A/mm2~40A/mm2。
所述热固化的温度不低于70℃。
所述浇注的过程中，在接线口和孔洞的对应位置设置预埋件，待树脂固化成型后抽出预埋件。
所述预埋件包括环氧管和/或橡胶棒，便于封装固化成型后抽出。
综上所述，与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
本发明实施例中，所述工艺包括如下步骤：打印骨架网络、浇注、施加电压、施加超声波、通电流、热固化、打磨；
在封装最初采用环氧树脂打印骨架网络对铁芯和绕组进行定位固定，有效防止绕组在封装过程中松动或变形，采用含有填料的环氧树脂作为浇注体能够显著降低热阻和膨胀系数，提高散热性能，降低开裂风险；
环氧树脂在高压电场中容易对固体发生电润湿，也会沿着电场方向流动；施加高压电场，提高树脂对骨架网络的浸润能力，加快浸润速度，同时能够提高含填料树脂与骨架网络的界面结合，防止封装内界面缺陷的产生；
超声波具有提高浸润能力的特性，进一步提高含填料树脂与骨架网络的浸润效果；
浇注体在固化过程中会发生收缩，从而产生缩孔；目前的方法是通过外部烘箱或者磨具加热的方法对树脂进行固化，这种方法会使环氧树脂材料从外往内固化，由于外部固化在前，内部固化过程中产生的缩孔没法进行补缩，从而形成永久性缩孔，缩孔的存在导致变压器的绝缘能力降低；
向绕组中通电，使绕组先发热，浇注体由内往外固化，这种固化次序允许外部树脂对缩孔进行自动补缩，从而显著降低封装内部缺陷，提高封装的可靠性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于3D光固化打印的电力电子变压器的封装工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：
S1、打印骨架网络
根据变压器铁芯和绕组尺寸，设计骨架网络，采用环氧树脂通过3D光固化打印的方式将骨架网络打印在变压器铁芯和绕组周围，以此对变压器铁芯和绕组进行包围定位；
S2、浇注
将带有骨架网络的变压器铁芯和绕组放入模具中，将含有填料的环氧树脂在真空状态下充入模具；
S3、施加电压
对变压器绕组施加高压直流电压；
S4、施加超声波
对浇注体施加超声波；
S5、通电流
向绕组中通入直流电；
S6、热固化
对浇注体进行加热固化；
S7、打磨
树脂固化完全后，取出打磨平整得到完整的封装。
2.如权利要求1所述的基于3D光固化打印的电力电子变压器的封装工艺，其特征在于，所述填料包括：氧化铝、氧化硅、氮化硼、氮化铝、蒙脱土、云母粉中的一种或多种的混合物；所述含有填料的环氧树脂内还加有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或两种的混合物。
3.如权利要求1所述的基于3D光固化打印的电力电子变压器的封装工艺，其特征在于，所述高压直流电压大于1kV。
4.如权利要求1所述的基于3D光固化打印的电力电子变压器的封装工艺，其特征在于，所述超声波的频率范围包括1kHz~1MHz。
5.如权利要求1所述的基于3D光固化打印的电力电子变压器的封装工艺，其特征在于，所述直流电的电流密度范围包括2A/mm2~40A/mm2。
6.如权利要求1所述的基于3D光固化打印的电力电子变压器的封装工艺，其特征在于，所述热固化的温度不低于70℃。
7.如权利要求1~6任一所述的基于3D光固化打印的电力电子变压器的封装工艺，其特征在于，所述浇注的过程中，在接线口和孔洞的对应位置设置预埋件，待树脂固化成型后抽出预埋件。
8.如权利要求7所述的基于3D光固化打印的电力电子变压器的封装工艺，其特征在于，所述预埋件包括环氧管和/或橡胶棒。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115116723A (zh) * 2022-08-30 2022-09-27 合肥工业大学 基于电场驱动浸润的变压器封装方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006196928A (ja) * 2006-04-14 2006-07-27 Toshiba Fa Syst Eng Corp モールドコイルの金型及びモールドコイルの製造方法
CN101469133A (zh) * 2007-12-26 2009-07-01 国家纳米科学中心 具疏水、自清洁和自修复功能的高聚物复合材料及其用途
CN106252019A (zh) * 2016-07-09 2016-12-21 西北工业大学 一种多层三维磁场发射线圈
CN107362936A (zh) * 2017-09-20 2017-11-21 黄河三角洲京博化工研究院有限公司 一种连续浸压超声波上胶机
CN111686828A (zh) * 2020-05-08 2020-09-22 杭州领挚科技有限公司 电浸润微流控背板及其制备方法
CN112007840A (zh) * 2016-01-18 2020-12-01 奥赛拉公司 具有外围电连接到柔性印刷电路板的环形超声波阵列的紧凑型超声波装置及其组装方法
CN112086279A (zh) * 2020-09-09 2020-12-15 珠海多创科技有限公司 一种磁性骨架的制备方法
CN112172179A (zh) * 2020-09-18 2021-01-05 沈阳航空航天大学 一种树脂基复合材料超声-电阻混合焊接方法
CN114121445A (zh) * 2021-11-30 2022-03-01 武汉大学 高耐压强散热的混合材料变压器骨架组成的变压器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006196928A (ja) * 2006-04-14 2006-07-27 Toshiba Fa Syst Eng Corp モールドコイルの金型及びモールドコイルの製造方法
CN101469133A (zh) * 2007-12-26 2009-07-01 国家纳米科学中心 具疏水、自清洁和自修复功能的高聚物复合材料及其用途
CN112007840A (zh) * 2016-01-18 2020-12-01 奥赛拉公司 具有外围电连接到柔性印刷电路板的环形超声波阵列的紧凑型超声波装置及其组装方法
CN106252019A (zh) * 2016-07-09 2016-12-21 西北工业大学 一种多层三维磁场发射线圈
CN107362936A (zh) * 2017-09-20 2017-11-21 黄河三角洲京博化工研究院有限公司 一种连续浸压超声波上胶机
CN111686828A (zh) * 2020-05-08 2020-09-22 杭州领挚科技有限公司 电浸润微流控背板及其制备方法
CN112086279A (zh) * 2020-09-09 2020-12-15 珠海多创科技有限公司 一种磁性骨架的制备方法
CN112172179A (zh) * 2020-09-18 2021-01-05 沈阳航空航天大学 一种树脂基复合材料超声-电阻混合焊接方法
CN114121445A (zh) * 2021-11-30 2022-03-01 武汉大学 高耐压强散热的混合材料变压器骨架组成的变压器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115116723A (zh) * 2022-08-30 2022-09-27 合肥工业大学 基于电场驱动浸润的变压器封装方法
CN115116723B (zh) * 2022-08-30 2022-11-15 合肥工业大学 基于电场驱动浸润的变压器封装方法

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