CN215342253U - 直插式集成变压器电感结构及电力电子控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直插式集成变压器电感结构，包括集成变压器电感、盖板、壳体；所述壳体为上开口结构且具有容纳集成变压器电感的内腔；盖板用于封住壳体的开口并与壳体固定连接；盖板形成有供集成变压器电感中的原边插针、副边铜排和电感铜排穿出的多个开槽以及用于向内腔和集成变压器电感填充灌封胶的灌胶口。本实用新型还公开了一种电力电子控制器。本实用新型中磁芯和绕线中的热量通过灌封胶传递，有利于提升产品的功率密度，且集成变压器电感与印刷电路板直接焊接，可以提高电气连接可靠性，同时对铜排轮廓度无要求，有利于提高成品率，而且磁芯碎屑不会引起产品短路。

Description

直插式集成变压器电感结构及电力电子控制器

技术领域

本实用新型与电力电子控制技术有关，具体属于一种直插式集成变压器电感结构及具有该直插式集成变压器电感结构的电力电子控制器。

背景技术

新能源车(EV&HEV，纯电动汽车和混合动力汽车)中都配置有电力电子控制器，其用于将新能源车用高压电池输出的高压直流电转化为低压直流电。在电力电子控制器中，变压器和电感是其中的核心零部件，它们对电力电子控制器的性能起到决定性的作用。具体地，高压直流电通过高压Mosfet转换为高压交流电，通过变压器后，高压交流电转换为低压交流电，低压交流电再经过低压Mosfet和电感转换为低压直流电。

随着汽车工业的发展，对汽车零部件的小型化要求越来越高，但是目前的电力电子控制器中的变压器和电感往往体积大而且重量重，因此对其进行优化的需求也越来越高，磁元件的设计也需要更高的功率密度、更小的体积和更轻的重量。现在的发展趋势是将变压器和电感进行磁集成形成集成变压器电感1，如图1所示，这种集成变压器电感1与印刷电路板2连接，印刷电路板2安装在冷却板3上。在这种集成的变压器电感结构中，变压器和电感共用磁芯，如图2所示，其包括变压器绕组11、电感绕组12、第一磁芯(I型磁芯)13、第二磁芯(E型磁芯)14、副边铜排15和电感铜排16，采用这种集成变压器电感1的结构可以大幅度地减小电力电子控制器的体积和重量。

然而，当前这种集成式的变压器电感结构存在以下不足：

第一，这种集成式结构的散热能力不足，其中磁芯产生的热量主要通过冷却板上的导热胶传递，而变压器绕组和电感绕组产生的热量只能通过空气传递，因此热量难以有效地散出，这就导致电力电子控制器的功率密度难以继续提升；

第二，集成变压器电感1与印刷电路板2采用螺钉连接，螺钉连接处存在较大的损耗，不利于效率的提升，同时，电力电子控制器长期受到振动和温度的冲击，螺钉容易松动，导致集成变压器电感与印刷电路板之间的接触电阻增大，进而引起热问题以及固定可靠性问题；

第三，这种集成式的变压器电感结构对副边铜排15和电感铜排16的轮廓度要求比较高，否则会影响集成变压器电感1与印刷电路板2的电气连接，同时还会加大螺钉连接处的印刷电路板2的变形，使的印刷电路板产生较大的应力；

第四，目前变压器和电感共用磁芯的磁集成方案对磁芯的强度要求非常高，如果磁芯开裂产生碎屑并掉落在印刷电路板上，产品则有很大的短路风险；

第五，集成变压器电感的尺寸较大，在电力电子控制器的宽度方向上占用较大的空间，不利于降低产品的尺寸和提升产品的功率密度。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种直插式集成变压器电感结构，可以解决现有的集成变压器电感结构的散热问题、电气连接可靠性问题、短路问题以及零部件要求高的问题。同时，本实用新型还提供一种电力电子控制器。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的直插式集成变压器电感结构，包括集成变压器电感、盖板、壳体；所述壳体为上开口结构且具有一内腔，所述集成变压器电感竖直地设置在所述内腔中且所述集成变压器电感的原边插针、副边铜排和电感铜排处于上方；所述盖板用于封住所述壳体的开口并与所述壳体固定连接；所述盖板形成有供所述集成变压器电感中的原边插针、副边铜排和电感铜排穿出的多个开槽以及用于向所述内腔和位于所述内腔中的所述集成变压器电感填充灌封胶的灌胶口。

较佳的，所述集成变压器电感的原边插针、副边铜排和电感铜排的顶端高于所述盖板的顶面。

较佳的，所述盖板形成有至少两个灌胶口。

较佳的，所述盖板在端部形成有至少一个灌胶口，并且在中间位置形成有至少一个灌胶口。

优选的，所述盖板在供所述集成变压器电感的原边插针穿出的开槽旁侧形成有至少一个灌胶口。

优选的，所述盖板在供所述集成变压器电感的电感铜排穿出的开槽旁侧形成有至少一个灌胶口。

较佳的，所述盖板和所述壳体通过卡扣结构连接。

较佳的，所述壳体还形成有多个螺孔，所述壳体通过所述螺孔和螺钉与印刷电路板固定连接。

进一步的，通过所述灌胶口注入的所述灌封胶浸入到所述集成变压器电感的铜排和绕线中且包裹所述集成变压器电感中的磁芯。

较佳的，所述壳体的侧面形成有卡块，所述盖板的侧面形成有向下延伸的卡孔板，每个卡孔板上形成有与卡块配合的卡孔。

同时，本实用新型还提供电力电子控制器，包括印刷电路板、冷却板和直插式集成变压器电感结构；所述直插式集成变压器电感结构固定安装在所述印刷电路板上，且所述直插式集成变压器电感结构中的副边铜排、电感铜排、原边插针与所述印刷电路板焊接连接，所述印刷电路板与所述冷却板固定连接，所述冷却板对应所述直插式集成变压器电感结构的区域涂有导热胶。

与现有技术相比，本实用新型的集成变压器电感竖直地装在壳体内，并通过盖板封装，集成变压器电感的原边插针、副边铜排和电感铜排从盖板上的开槽中穿出，通过盖板上形成的灌胶口可以向壳体内填充灌封胶，形成直插式集成变压器电感结构，这种结构的有益效果在于：

第一，本实用新型的结构设置使得集成变压器电感中的磁芯和绕组产生的热量可以通过灌封胶传递，相比于现有技术，散热能力显著提高，从而可以保证更大功率的运行；

第二，本实用新型中集成变压器电感的原边插针、副边铜排和电感铜排从盖板上的开槽中穿出并与印刷电路板焊接连接，这样既可以避免现有螺钉连接产生的损耗，又可以解决长期使用后螺钉松动扭矩下降而导致的电气接触不良问题，从而提高集成变压器电感与印刷电路板的电气连接可靠性；

第三，本实用新型中集成变压器电感中的副边铜排和电感铜排从盖板的开槽中穿出并在竖直方向上露出盖板一定高度，用于后续与印刷电路板的焊接连接，因此对铜排没有轮廓度的要求，只需要保证铜排的位置度，而盖板上的开槽正好可以对铜排进行辅助定位和校正，保证铜排位置度的稳定性；

第四，本实用新型中变压器和电感共用的磁芯被通过灌胶口注入的灌封胶包裹，只要保证磁芯强度大于灌封胶应力，那么当出现极端情况磁芯开裂，磁芯碎屑也不会引起印刷电路板发生短路问题；

第五，本实用新型中集成变压器电感以竖向形式设置，这样印刷电路板和冷却板分别安装在直插式集成变压器电感结构的上方和下方，充分利用了产品的高度方向空间，从而减小了水平面内宽度方向的尺寸，有利于降低电力电子控制器的总体尺寸，提升电力电子控制器的功率密度。

附图说明

图1为现有的集成变压器电感的安装示意图；

图2为现有的集成变压器电感的结构示意图；

图3为本实用新型的直插式集成变压器电感结构的分解示意图；

图4为本实用新型的直插式集成变压器电感结构的立体图；

图5为本实用新型的直插式集成变压器电感结构的主视图；

图6为本实用新型的直插式集成变压器电感结构与印刷电路板的装配示意图；

图7为本实用新型的直插式集成变压器电感结构与印刷电路板、冷却板的装配示意图。

其中附图标记说明如下：

1为集成变压器电感；1A为电感区域；1B为变压器区域；11为变压器绕组；12为电感绕组；13为第一磁芯；14为第二磁芯；15为副边铜排；16为电感铜排；17为原边插针；2为印刷电路板；3为冷却板；4为盖板；41为开槽；42为灌胶口；43为卡孔板；5为壳体；51为卡块；52为螺孔。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其它优点与技术效果。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的技术特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中间”、“竖直”、“内”、“外”、“上”、“下”、“顶”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“具有”、“形成”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本实用新型的核心思想是将共用磁芯的变压器和电感组成的集成变压器电感进行封装，改变集成变压器电感的热量传导方式和固定方式，使得封装后的集成变压器电感的副边铜排、电感铜排和原边插针在竖直方向上可以直接与印刷电路板进行焊接连接，提高与印刷电路板的电气连接可靠性，省去了对铜排的轮廓度要求，而且有利于降低产品的整体尺寸。

图3为本实用新型的直插式集成变压器电感结构的分解示意图，图4为本实用新型的直插式集成变压器电感结构的装配立体示意图。如图3、图4所示，本实用新型较佳实施例的直插式集成变压器电感结构，包括集成变压器电感1、盖板4、壳体5。

其中，集成变压器电感1分为变压器区域1A和电感区域1B，其包括变压器绕线、电感绕线、副边铜排15、电感铜排16、原边插针17、共用磁芯，如图3、图4所示，本实用新型实施例中的集成变压器电感1中副边铜排15、电感铜排16、原边插针17的布置方式为沿竖直方向，这种设置方式可以完全忽略对铜排的轮廓度要求，只要保证铜排的位置度即可，而且这种结构充分利用了竖直方向上的空间，从而降低水平面内的尺寸要求，有利于降低产品的总体尺寸。

所述壳体5为上开口结构且具有一内腔，所述集成变压器电感1竖直地设置在所述内腔中。也就是说，壳体5底部封闭，顶部开口，供集成变压器电感1由上至下放入内腔中，且集成变压器电感1中的原边插针17、副边铜排15和电感铜排17均处于朝上的状态。

所述盖板4用于封住所述壳体5的开口并与所述壳体5固定连接。

所述盖板4形成有供所述集成变压器电感1中的原边插针17、副边铜排15和电感铜排16穿出的多个开槽41以及用于向所述内腔和位于所述内腔中的所述集成变压器电感1填充灌封胶6的灌胶口42，这样集成变压器电感中的磁芯和绕线产生的热量都可以通过灌封胶传递，提高了集成变压器电感的散热能力。

本实用新型实施例的上述直插式集成变压器电感结构的具体装配过程如下：

第一步，将集成变压器电感1竖直地放置到壳体5中；

第二步，安装盖板4，使集成变压器电感1的原边插针17、副边铜排15、电感铜排16分别从盖板4上相对应的开槽41中穿出，通过开槽41对铜排进行辅助定位，从而保证其位置度；

第三步，将盖板4与壳体5固定；

第四步，通过盖板4上的灌胶口42向壳体5内(即内腔)填充灌封胶6，并使注入的灌封胶6浸入到集成变压器电感1的绕线和铜排中，利用该灌封胶6固定集成变压器电感1，并对磁芯和绕线产生的热量进行传导。

所述集成变压器电感1的原边插针17、副边铜排15和电感铜排16的顶端高于所述盖板4的顶面，如图5所示，封装之后的集成变压器电感1的铜排露出盖板1一定高度H，用于后续与印刷电路板2进行焊接连接。这种直插式集成变压器电感结构可以采用铜排与印刷电路板焊接的连接方式，无需通过螺钉进行连接，从而避免了螺钉连接处发生损耗以及螺钉松动导致铜排与印刷电路板的电气连接可靠性降低。

在一较佳实施例中，所述盖板4形成有至少两个灌胶口42。考虑到灌封胶填充的均匀性和填充效率，优选的，所述盖板4在端部形成有至少一个灌胶口42，并且在中间位置形成有至少一个灌胶口42。更优的，所述盖板4在供所述集成变压器电感1的原边插针17穿出的开槽41旁侧形成有至少一个灌胶口42，所述盖板4在供所述集成变压器电感1的电感铜排16穿出的开槽41旁侧形成有至少一个灌胶口42。在其它实施例中，本领域技术人员还可以根据集成变压器电感的尺寸和壳体的形状设置盖板上的灌胶口的数量和位置，只要能够保证集成变压器电感的固定和导热即可。

在本实施例中，如图3、图4所示，盖板上4形成有两个灌胶口42，其中一个灌胶口42位于集成变压器电感1的原边插针17穿出的开槽旁边，另一个灌胶口42则位于电感铜排16穿出的开槽旁边。处于原边插针17穿出的开槽旁边的灌胶口42处于壳体5的内腔的左端上方，通过该灌胶口42注入壳体5的灌封胶6可以很好地对集成变压器电感1进行固定并对集成变压器电感1的磁芯进行包裹。处于电感铜排16穿出的开槽旁边的灌胶口42则位于集成变压器电感1的电感区域1B的上方，通过该灌胶口42注入的灌封胶6可以充分地浸入到绕线和铜排中，从而及时有效地传导绕线产生的热量。

在图3、图4、图5所示的实施例中，所述盖板4和所述壳体5通过卡扣结构连接。其中，所述壳体5的侧面形成有卡块51，所述盖板4的侧面形成有向下延伸的卡孔板43，每个卡孔板43上形成有与卡块51配合的卡孔。为了保证盖板和壳体的可靠连接，壳体5的前侧面和后侧面均形成有两个卡块51，盖板4的前后侧边则分别向下延伸形成两个卡孔板43。在其他实施例中，盖板4和壳体5还可以采用其它连接结构，例如插槽插销结构，只要是可以保证盖板和壳体闭合连接即可。

本实用新型还提供一种电力电子控制器，其包括印刷电路板2、冷却板3和上述的直插式集成变压器电感结构。所述直插式集成变压器电感结构固定安装在所述印刷电路板2上，且所述直插式集成变压器电感结构中的副边铜排15、电感铜排16、原边插针17与所述印刷电路板2的对应焊脚焊接连接，所述印刷电路板2与所述冷却板3固定连接，所述冷却板3对应所述直插式集成变压器电感结构的区域涂有导热胶。

本实用新型实施例的直插式集成变压器电感结构在电力电子控制器中的装配过程如下：

步骤一，将直插式集成变压器电感结构安装到印刷电路板2上，如图6所示，并将二者固定在一起；

在一实施例中，所述壳体5的四周还形成有多个螺孔52，图3所示的壳体5中以四个螺孔为例，通过所述螺孔52和四个螺钉将直插式集成变压器电感结构固定在印刷电路板2上；

步骤二，将副边铜排、电感铜排、原边插针与印刷电路板焊接连接；

步骤三，在冷却板3上对应集成变压器电感安装的区域涂导热胶，这样可以进一步传导集成变压器电感产生的热量；

步骤四，将装有直插式集成变压器电感结构的印刷电路板2安装到冷却板3上，使集成变压器电感处于涂有导热胶的位置，并将印刷电路板2和冷却板3固定，例如通过螺钉，如图7所示。

本实用新型的集成变压器电感竖直地装在壳体内，并通过盖板封装，集成变压器电感的原边插针、副边铜排和电感铜排从盖板上的开槽中穿出，通过盖板上形成的灌胶口可以向壳体内填充灌封胶，形成直插式集成变压器电感结构。

该结构的集成变压器电感中的磁芯和绕组产生的热量通过灌封胶传递，相比于现有技术，散热能力显著提高，从而可以保证更大功率的运行，同时，原边插针、副边铜排和电感铜排从盖板上的开槽中穿出并与印刷电路板焊接连接，这样既可以避免现有螺钉连接产生的损耗，又可以解决长期使用后螺钉松动扭矩下降而导致的电气接触不良问题，从而提高集成变压器电感与印刷电路板的电气连接可靠性。

直插式集成变压器电感结构中的副边铜排和电感铜排从盖板的开槽中穿出并在竖直方向上露出盖板一定高度，并与印刷电路板的焊接连接，因此对铜排没有轮廓度的要求，只需要保证铜排的位置度，而盖板上的开槽正好可以对铜排进行辅助定位和校正，保证铜排位置度的稳定性。

此外，变压器和电感共用的磁芯被通过灌胶口注入的灌封胶包裹，只要保证磁芯强度大于灌封胶应力，那么当出现极端情况磁芯开裂，磁芯碎屑也不会引起印刷电路板发生短路问题。

本实用新型的电力电子控制器中，集成变压器电感以竖向形式设置，这样印刷电路板和冷却板分别安装在直插式集成变压器电感结构的上方和下方，充分利用了产品的高度方向空间，从而减小了水平面内宽度方向的尺寸，有利于降低电力电子控制器的总体尺寸，提升电力电子控制器的功率密度。

本实用新型的结构不仅仅适用于变压器和电感的集成，同样地适用于其他同类型磁元件的结构设计，如独立的变压器或独立的电感，从而为产品尺寸的小型化及优化散热提供可能性。

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，本实用新型并不局限于上述实施方式。在不脱离本实用新型原理的情况下，本领域的技术人员对盖板和壳体的形状及连接方式、盖板上灌胶口的数量和位置等做出的等效置换和改进，均应视为在本实用新型所保护的技术范畴内。

Claims (10)

1.一种直插式集成变压器电感结构，其特征在于，包括集成变压器电感、盖板、壳体；所述壳体为上开口结构且具有一内腔，所述集成变压器电感竖直地设置在所述内腔中；所述盖板用于封住所述壳体的开口并与所述壳体固定连接；所述盖板形成有供所述集成变压器电感中的原边插针、副边铜排和电感铜排穿出的多个开槽以及用于向所述内腔和位于所述内腔中的所述集成变压器电感填充灌封胶的灌胶口。

2.根据权利要求1所述的直插式集成变压器电感结构，其特征在于，所述集成变压器电感的原边插针、副边铜排和电感铜排的顶端高于所述盖板的顶面。

3.根据权利要求1所述的直插式集成变压器电感结构，其特征在于，所述盖板形成有至少两个灌胶口。

4.根据权利要求3所述的直插式集成变压器电感结构，其特征在于，所述盖板在端部形成有至少一个灌胶口，并且在中间位置形成有至少一个灌胶口。

5.根据权利要求4所述的直插式集成变压器电感结构，其特征在于，所述盖板在供所述集成变压器电感的原边插针穿出的开槽旁侧形成有至少一个灌胶口，在供所述集成变压器电感的电感铜排穿出的开槽旁侧形成有至少一个灌胶口。

6.根据权利要求1所述的直插式集成变压器电感结构，其特征在于，所述盖板和所述壳体通过卡扣结构连接。

7.根据权利要求1所述的直插式集成变压器电感结构，其特征在于，所述壳体还形成有多个螺孔，所述壳体通过所述螺孔和螺钉与印刷电路板固定连接。

8.根据权利要求1所述的直插式集成变压器电感结构，其特征在于，通过所述灌胶口注入的所述灌封胶浸入到所述集成变压器电感的铜排和绕线中且包裹所述集成变压器电感中的磁芯。

9.根据权利要求6所述的直插式集成变压器电感结构，其特征在于，所述壳体的侧面形成有卡块，所述盖板的侧面形成有向下延伸的卡孔板，每个卡孔板上形成有与卡块配合的卡孔。

10.一种电力电子控制器，其特征在于，包括印刷电路板、冷却板和如权利要求1至9中任一项所述的直插式集成变压器电感结构；所述直插式集成变压器电感结构固定安装在所述印刷电路板上，且所述直插式集成变压器电感结构中的副边铜排、电感铜排、原边插针与所述印刷电路板焊接连接，所述印刷电路板与所述冷却板固定连接，所述冷却板对应所述直插式集成变压器电感结构的区域涂有导热胶。

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