CN203761682U - 绕线集成于印刷电路板的磁元件及绕线的散热结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁元件，包括第一磁芯、第二磁芯和集成于印刷电路板中的绕线，所述绕线位于第一磁芯和第二磁芯形成的磁路中。本实用新型还公开了磁元件中绕线的散热结构，包括冷却板、第一绝缘导热垫片、第一磁芯和第二绝缘导热垫片，第一绝缘导热垫片安装在冷却板上，第一磁芯底面与第一绝缘导热垫片贴合，第二绝缘导热垫片的一部分与第一磁芯贴合，其余部分与冷却板贴合，印刷电路板安装在第二绝缘导热垫片上，位于绕线外侧与第二绝缘导热垫片贴合的印刷电路板形成有导热过孔。本实用新型提高了磁元件与周边结构的兼容性，简化了连接结构，降低了成本并保证整个产品的一致性，同时提高了散热能力和电流密度，缩小了磁元件的体积。

Description

绕线集成于印刷电路板的磁元件及绕线的散热结构

技术领域

本实用新型与新能源电动汽车中的电力电子转换器有关，尤其涉及一种绕线集成于（厚铜）印刷电路板中的磁元件结构，以及该磁元件结构中绕线的散热结构。

背景技术

在新能源汽车中，电力电子转换器用于将新能源车中高压电池输出的高压直流电转化为低压直流电，其中，转换器的原边将高压直流电转化为高压交流电，通过变压器以后，高压交流电转变为低压交流电，转换器的副边再将低压交流电转换为低压直流电。

在车用的电力电子转换器中，用于将高压交流电转换为低压交流电的变压器以及转换器副边用于LC滤波的电感都是非常重要的磁元件。

现有的磁元件大多为直接采购的零部件，这种磁元件自身的结构和功能相对独立，与周边电路的集成性、兼容性和参数一致性很差，而且直接采购的独立磁元件与其周边零部件连接的结构成本很高，不易实现。如果采用厚铜印刷电路板集成磁元件的绕线，虽然实现了磁元件与电路的集成，但是，由于车用磁元件中线圈产生的热量较大，因此造成电流密度受到限制，导致磁元件体积庞大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种绕线集成于印刷电路板的磁元件及绕线的散热结构，可以提高磁元件与周边结构的集成度，同时保证多个磁元件之间的一致性，降低集成于电路板中的绕线温升，提高电流密度，降低磁元件的体积。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的绕线集成于印刷电路板的磁元件，所述磁元件的绕线集成于印刷电路板中，该磁元件还包括第一磁芯和第二磁芯，所述绕线位于第一磁芯和第二磁芯形成的磁路中。

其中，所述第一磁芯包括下方的平面部以及形成于平面部上的左突起部、中间突起部和右突起部，所述中间突起部低于左突起部和右突起部，所述第二磁芯为平面型。

同时，所述绕线在印刷电路板中呈环状，且印刷电路板在绕线的内部和外侧形成有供第一磁芯的三个突起部穿过的开孔，所述绕线位于左突起部、中间突起部和右突起部围成的区域内。

进一步地，绕线所在位置的印刷电路板的厚度小于中间突起部的高度。

优选的，所述左突起部和右突起部高度相同，二者关于第一磁芯的横向中心线上下对称，且关于第一磁芯的纵向中心线左右对称。更佳的，所述左突起部和右突起部靠近中间突起部的内侧面呈弧形，所述中间突起部为圆柱形。

在上述技术方案中，所述第二磁芯的底部与第一磁芯的左突起部和右突起部接触，第一磁芯的底部与第二磁芯的中间突起部的顶部留有间隙。

本实用新型还提供所述绕线集成于印刷电路板的磁元件中绕线的散热结构，其中：

所述磁元件包括第一磁芯、第二磁芯和集成于印刷电路板中的绕线，所述第一磁芯包括下方的平面部以及形成于平面部上的左突起部、中间突起部和右突起部，所述中间突起部低于左突起部和右突起部，所述第二磁芯为平面型，所述绕线在印刷电路板中呈环状，且印刷电路板在绕线的内部和外侧形成有供第一磁芯的三个突起部穿过的开孔，所述绕线位于左突起部、中间突起部和右突起部围成的区域内；

所述散热结构包括冷却板、第一绝缘导热垫片、第一磁芯和第二绝缘导热垫片，所述第一绝缘导热垫片安装在冷却板上，第一磁芯的平面部的底面与第一绝缘导热垫片贴合，所述第二绝缘导热垫片的一部分位于左突起部、中间突起部和右突起部围成的区域内并且与第一磁芯贴合，其余部分与第一磁芯外侧的冷却板贴合，所述印刷电路板安装在第二绝缘导热垫片上且与第二绝缘导热垫片贴合；

位于绕线外侧与第二绝缘导热垫片贴合的印刷电路板形成有贯通印刷电路板的导热过孔。

其中，所述绕线所在位置的印刷电路板的厚度小于第一磁芯的中间突起部的高度。

优选的，所述左突起部和右突起部高度相同，二者关于第一磁芯的横向中心线上下对称，且关于第一磁芯的纵向中心线左右对称。

更佳的，所述左突起部和右突起部靠近中间突起部的内侧面呈弧形，所述中间突起部为圆柱形。

与现有的电力电子转换器中采用的独立封装的磁元件相比，本实用新型具有以下优势：

1）磁元件的绕线集成于印刷电路板中，自行优化的空间较大，提高了磁元件与周边结构的兼容性，简化了与其他电路和电子元器件的连接结构，降低了成本；

2）绕线结构的一致性保证了多个磁元件自身以及相互之间的参数一致性，有利于大批量生产，可以保证整个产品的一致性；

3）本实用新型的磁元件为集成于印刷电路板中的绕线提供了两条散热途径，二者共同为绕线提供散热，因此提高了散热能力，降低了绕线温升，提高了绕线的电流密度限制，进而缩小了集成印刷电路板的磁元件的体积。

附图说明

图1是本实用新型的磁元件中第一磁芯的俯视图；

图2是本实用新型的磁元件中第一磁芯的侧视图；

图3是本实用新型的磁元件中第二磁芯的俯视图；

图4是本实用新型的磁元件中第二磁芯的侧视图；

图5是本实用新型的磁元件中与印刷电路板集成在一起的绕线的示意图；

图6本实用新型的绕线散热结构中第二绝缘导热垫片的俯视图；

图7是第二绝缘导热垫片的立体图；

图8是本实用新型的绕线散热结构中第一绝缘导热垫片的俯视图；

图9是本实用新型的绕线散热结构中冷却板的俯视图；

图10至图14是本实用新型中磁元件的绕线散热结构的组装流程图；

图15是本实用新型中绕线散热结构的磁路外散热路径示意图；

图16是本实用新型中绕线散热结构的磁路内散热路径示意图。

其中附图标记说明如下：

1为冷却板；2为第一绝缘导热垫片；3为第一磁芯；30为平面部；31为中间突起部；32为左突起部；33为右突起部；4为第二绝缘导热垫片；5为印刷电路板；6为绕线；7为第二磁芯；8为导热过孔。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型提供的磁元件，其绕线集成于印刷电路板（内含4层PCB）中，可用于电力电子转换器中。在车用的电力电子转换器中，将高压交流电转换为低压交流电的变压器以及用于LC滤波的电感都属于磁元件，因此，一般的电力电子转换器都包括至少两个磁元件，故在以下实施例和附图中，以同时形成两个磁元件为例说明，其中如图14所示，右边形成的磁元件为变压器，左边形成的磁元件为电感。

本实用新型的磁元件，除了包括集成有绕线6的印刷电路板5，还包括第一磁芯3和第二磁芯7，所述绕线6位于第一磁芯3和第二磁芯7形成的磁路中。两个磁芯和印刷电路板共同构成磁元件。

其中，第一磁芯3，如图1、图2所示，包括下方的平面部30以及形成于平面部30上的左突起部32、中间突起部31和右突起部33，中间突起部31低于左突起部32和右突起部33。

在本实施例中，如图1所示，左突起部32和右突起部33靠近中间突起部31的内侧面呈弧形，中间突起部31为圆柱形。左突起部32和右突起部33的高度相同，二者关于第一磁芯3的横向中心线上下对称，且关于第一磁芯3的纵向中心线左右对称。

如图3、图4所示，第二磁芯7为平面型，组成磁元件后，第二磁芯7的底部与第一磁芯3的左突起部32和右突起部33接触，第一磁芯3的底部与第二磁芯3的中间突起部31的顶部留有间隙。

如图5所示，磁元件的绕线6在印刷电路板5中呈环状，且印刷电路板5在绕线6的内部和外侧形成有供第一磁芯3的三个突起部穿过的开孔，绕线所在位置的印刷电路板5的厚度小于中间突起部31的高度。所述绕线6位于左突起部32、中间突起部31和右突起部33围成的区域内。

上述磁元件用于车用的电力电子转换器时，印刷电路板内部的绕线会产生大量的热量，因此需要为绕线提供散热途径，否则会降低绕线的电流密度。

为此，本实用新型为上述磁元件提供了绕线散热结构，如图6至图9所示，包括冷却板1、第一绝缘导热垫片2、第一磁芯3和第二绝缘导热垫片4，第一绝缘导热垫片2安装在冷却板1上，第一磁芯3的平面部30的底面与第一绝缘导热垫片2贴合，第二绝缘导热垫片4的一部分位于左突起部32、中间突起部31和右突起部33围成的区域内并且与第一磁芯3贴合，其余部分与第一磁芯3外侧的冷却板1贴合，印刷电路板5安装在第二绝缘导热垫片4上且与第二绝缘导热垫片4贴合；位于绕线5外侧与第二绝缘导热垫片4贴合的印刷电路板5形成有贯通印刷电路板5的若干导热过孔8，如图5所示，导热过孔8的数量可以根据实际需要设置。

上述散热结构可以为磁元件的绕线同时提供两种散热方式，分别是磁路内散热和磁路外散热，其中：

磁路内散热的路径，如图16所示，包括绕线6所在位置的印刷电路板5、第二绝缘导热垫片4、第一磁芯3、第一绝缘导热垫片2和冷却板1，位于第一磁芯左突起部32、中间突起部31和右突起部33围成区域内的印刷电路板5通过第二绝缘导热垫片4与第一磁芯3平面部30的顶面接触，第一磁芯3的底面通过第一绝缘导热垫片2与冷却板1接触，绕线6产生的热量依次通过第二绝缘导热垫片4、第一磁芯3、第一绝缘导热垫片2传递至冷却板1进行散热；

磁路外散热的路径，为绕线提供额外的散热面积，如图15所示，包括绕线6外侧且形成有导热过孔8的印刷电路板5、第二绝缘导热垫片4和冷却板1，绕线外侧且形成有导热过孔的印刷电路板5通过第二绝缘导热垫片4与冷却板1接触，绕线6产生的热量还通过导热过孔8、第二绝缘导热垫片4传递至冷却板1进行散热。

上述磁元件及磁元件所需的散热结构用于电力电子转换器时，其绕线直接集成在电力电子转换器的整体电路板上，散热结构中的冷却板也属于电力电子转换器中整体冷却板的一部分，通常是在转换器的整体冷却板的相应位置上布置磁元件及绝缘导热垫片。

本实用新型的磁元件及对应的绕线散热结构在电力电子转换器中集成安装步骤如下：

1）在转换器的整体冷却板上布置供磁元件安装的区域；

2）在该区域内放置第一绝缘导热垫片2，如图10所示；

3）在第一绝缘导热垫片2上放置第一磁芯3，如图11所示；

4）放置第二绝缘导热垫片4，如图12所示，第二绝缘导热垫片4的一部分位于第一磁芯3的左突起部32、中间突起部31和右突起部33围成的区域内，其余部分伸出第一磁芯3且与冷却板1接触；

5）安装集成有绕线6的印刷电路板5（即转换器的整体电路板），使绕线6与第二绝缘导热垫片4贴合，如图13所示，并将电路板通过螺钉与冷却板固定；

6）安装并固定第二磁芯7，如图14所示，由于第一磁芯3的中间突起部31低于左突起部32和右突起部33，故第二磁芯7与第一磁芯3的左突起部32和右突起部33接触，与中间突起部31留有一定的间隙，可以通过粘结剂直接将第二磁芯7与第一磁芯3的左右两突起部32、33粘结固定。

本实用新型磁元件的绕线集成于印刷电路板中，自行优化的空间较大，提高了磁元件与周边结构的兼容性，简化了与其他电路和电子元器件的连接结构，降低了成本；绕线结构的一致性保证了多个磁元件自身以及相互之间的参数一致性，有利于大批量生产，可以保证整个产品的一致性。

本实用新型的磁元件为集成于印刷电路板中的绕线提供了两条散热途径，二者共同为绕线提供散热，因此提高了散热能力，降低了绕线温升，提高了绕线的电流密度限制，进而缩小了集成印刷电路板的磁元件的体积。

以上通过具体实施例对本实用新型进行了详细的说明，该实施例仅仅是本实用新型的较佳实施例，其并非对本实用新型进行限制。在不脱离本实用新型原理的情况下，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下对第一磁芯的形状、各突起部的形状、绝缘导热垫片的形状及导热过孔的分布等方面通过任何修改、等同替换、改进等方式所获得的所有其它实施例，均应视为在本实用新型所保护的技术范畴内。

Claims (11)

1.一种绕线集成于印刷电路板的磁元件，所述磁元件的绕线集成于印刷电路板中，其特征在于，还包括第一磁芯和第二磁芯，所述绕线位于第一磁芯和第二磁芯形成的磁路中。

2.根据权利要求1所述的绕线集成于印刷电路板的磁元件，其特征在于，所述第一磁芯包括下方的平面部以及形成于平面部上的左突起部、中间突起部和右突起部，所述中间突起部低于左突起部和右突起部，所述第二磁芯为平面型。

3.根据权利要求2所述的绕线集成于印刷电路板的磁元件，其特征在于，所述绕线在印刷电路板中呈环状，且印刷电路板在绕线的内部和外侧形成有供第一磁芯的三个突起部穿过的开孔，所述绕线位于左突起部、中间突起部和右突起部围成的区域内。

4.根据权利要求3所述的绕线集成于印刷电路板的磁元件，其特征在于，绕线所在位置的印刷电路板的厚度小于中间突起部的高度。

5.根据权利要求2所述的绕线集成于印刷电路板的磁元件，其特征在于，所述左突起部和右突起部高度相同，二者关于第一磁芯的横向中心线上下对称，且关于第一磁芯的纵向中心线左右对称。

6.根据权利要求5所述的集成于印刷电路板的磁元件结构，其特征在于，所述左突起部和右突起部靠近中间突起部的内侧面呈弧形，所述中间突起部为圆柱形。

7.根据权利要求2所述的绕线集成于印刷电路板的磁元件，其特征在于，所述第二磁芯的底部与第一磁芯的左突起部和右突起部接触，第一磁芯的底部与第二磁芯的中间突起部的顶部留有间隙。

8.一种绕线集成于印刷电路板的磁元件的绕线散热结构，其特征在于，

所述磁元件包括第一磁芯、第二磁芯和集成于印刷电路板中的绕线，所述第一磁芯包括下方的平面部以及形成于平面部上的左突起部、中间突起部和右突起部，所述中间突起部低于左突起部和右突起部，所述第二磁芯为平面型，所述绕线在印刷电路板中呈环状，且印刷电路板在绕线的内部和外侧形成有供第一磁芯的三个突起部穿过的开孔，所述绕线位于左突起部、中间突起部和右突起部围成的区域内；

所述散热结构包括冷却板、第一绝缘导热垫片、第一磁芯和第二绝缘导热垫片，所述第一绝缘导热垫片安装在冷却板上，第一磁芯的平面部的底面与第一绝缘导热垫片贴合，所述第二绝缘导热垫片的一部分位于左突起部、中间突起部和右突起部围成的区域内并且与第一磁芯贴合，其余部分与第一磁芯外侧的冷却板贴合，所述印刷电路板安装在第二绝缘导热垫片上且与第二绝缘导热垫片贴合；

位于绕线外侧与第二绝缘导热垫片贴合的印刷电路板形成有贯通印刷电路板的导热过孔。

9.根据权利要求8所述的绕线散热结构，其特征在于，所述绕线所在位置的印刷电路板的厚度小于第一磁芯的中间突起部的高度。

10.根据权利要求8所述的绕线散热结构，其特征在于，所述左突起部和右突起部高度相同，二者关于第一磁芯的横向中心线上下对称，且关于第一磁芯的纵向中心线左右对称。

11.根据权利要求8所述的绕线散热结构，其特征在于，所述左突起部和右突起部靠近中间突起部的内侧面呈弧形，所述中间突起部为圆柱形。