TWM613014U - 水冷式電感結構 - Google Patents
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Abstract
一種水冷式電感結構，包含：一水冷裝置；一電感組件，裝設於該水冷裝置之上；一高導熱陶瓷基板設置於電感組件與水冷裝置之間；一金屬外殼具有上、下開口，設置於水冷裝置之上，圍繞電感組件與高導熱陶瓷基板；以及一印刷電路板設置於外殼之上開口之上，其中運行電感組件時所產生之熱，係透過與電感組件接觸的高導熱陶瓷基板以及水冷裝置所形成的第一熱傳導路徑散熱。
Description
本創作涉及一種電感結構，更詳而言之，係一種水冷式電感結構。
隨著電力電子系統，例如太陽能逆變器、中/高壓變頻器、不斷電系統(uninterruptible power system,UPS)以及電源管理等設備的普遍應用，電力電子系統的散熱也越來越受到重視。
磁性元件是電力電子系統中的關鍵元件，主要功能包括隔離、限制短路電流、無功補償和平波等。而其中一類電氣元件包括電感器，是具有磁性鐵心的電磁裝置磁性鐵心，通常由鐵磁性金屬製成，並帶有多匝線圈電線。這些包括變壓器、扼流線圈和許多其他使用此類電磁元件的設備。
在現有技術中，許多冷卻此類設備的解決方案包括空氣冷卻和設置附在散熱片上的散熱片組件。傳統的風冷電感器為其體扇熱效率低下(volumetrically inefficient)，需要大表面積才能散熱。然而這些元件尺寸通常很大、並且具有相當的重量。裝有大尺寸電感器的密封盒不能充分的以氣冷方式散熱。
在液冷設備中，已經採用了幾種用過的方法。這些方式包括將液體冷卻管包裹在繞有線圈的鐵芯，在某些情況下，線圈被浸入其外殼內的液體中。在任何方法中都必須注意，不要為了添加了冷卻系統而導致線圈短路或降低電感或其他電氣屬性。
因此，如何有效提升散熱效率，是當前設計具有電感組件的電器設備的重要課題。
為此，本創作提出一種水冷式電感結構，以提升電感結構的散熱能力，從而解決先前技術所提到的困難。
水冷式電感結構，包含：一水冷裝置；一電感組件，裝設於該水冷裝置之上；一高導熱陶瓷基板設置於電感組件與水冷裝置之間；一金屬外殼具有上、下開口，設置於水冷裝置之上，圍繞電感組件與高導熱陶瓷基板；以及一印刷電路板設置於外殼之上開口之上，其中運行電感組件時所產生之熱，係透過與電感組件接觸的高導熱陶瓷基板以及水冷裝置所形成的第一熱傳導路徑散熱。
其中該印刷電路板與該金屬外殼上開口之間更包含一電性絕緣隔板。
其中該電感組件係設置於由該電性絕緣隔板、該金屬外殼、以及該高導熱陶瓷基板所形成的容置空間內。
其中該電感組件包含一個或一個以上的電感元件。
所述之電感結構，更包含一絕緣散熱膠填充於該電感組件與該容置空間所形成的空隙之間，其中運行該電感組件時所產生之熱，係透過該絕緣散熱膠、該金屬外殼、以及與該金屬外殼接觸的該水冷板所形成的第二熱傳導途徑散熱。
其中該絕緣散熱膠是具有導熱係數為5W/(m．K)的果凍膠。
其中該印刷電路板上設置有電子元件，用以操作電感組件，其中該電子元件包含控制IC、開關、電阻以及電容。
其中該高導熱陶瓷基板為氮化鋁基板，其導熱係數為200W/(m．K)。
其中該水冷裝置包含：一高導熱金屬底座，於該高導熱金屬底座內形成一複數個平行的中空路徑；及一高導熱金屬管，彎曲該高導熱金屬管通過該複數個平行的中空路徑並緊密接觸高導熱金屬底座形成一迴繞式路徑，使得冷卻水流動於高導熱金屬管內部以形成一迴繞式冷卻路徑。
其中該高導熱金屬是無氧銅。
以上所述係用以說明本創作之目的、技術手段以及其可達成之功效，相關領域內熟悉此技術之人可以經由以下實施例之示範與伴隨之圖式說明
及申請專利範圍更清楚明瞭本創作。
101:水冷板
103:鋁殼
105:電感組件
107:印刷電路板
101a:高導熱金屬管
105a:電感元件
109:電子元件
111:電性絕緣隔板
113:螺孔
115:槽口
117:高導熱陶瓷基板
如下所述之對本創作的詳細描述與實施例之示意圖，應使本創作更被充分地理解；然而，應可理解此僅限於作為理解本創作應用之參考，而非限制本創作於一特定實施例之中。
圖1顯示本創作之具有水冷設計之電感結構的立體圖。
圖2顯示本創作之具有水冷設計之電感結構的剖面圖。
本創作將以較佳之實施例及觀點加以詳細敘述。下列描述提供本創作特定的施行細節，俾使閱者徹底瞭解這些實施例之實行方式。然該領域之熟習技藝者須瞭解本創作亦可在不具備這些細節之條件下實行。此外，本創作亦可藉由其他具體實施例加以運用及實施，本說明書所闡述之各項細節亦可基
於不同需求而應用，且在不悖離本創作之精神下進行各種不同的修飾或變更。本創作將以較佳實施例及觀點加以敘述，此類敘述係解釋本創作之結構，僅用以說明而非用以限制本創作之申請專利範圍。以下描述中使用之術語將以最廣義的合理方式解釋，即使其與本創作某特定實施例之細節描述一起使用。
本創作提出提出一種水冷式電感結構，以提升電感結構的散熱能力，從而解決先前技術所提到的困難。
請參閱圖1，其顯示本創作所提的具有水冷設計之電感結構的立體圖。請同時參考圖1以及圖2，上述水冷式電感結構包括，一水冷板101、一由鋁殼103包覆的電感組件105、以及一印刷電路板(PCB)107。在一實施例之中，水冷板101是由一高導熱金屬(例如無氧銅)底座，於高導熱金屬底座內形成複數個平行的中空路徑(未顯示)，然後彎曲一高導熱金屬管(例如無氧銅管)101a以通過該複數個平行的中空路徑並緊密接觸高導熱金屬底座，形成一迴繞式路徑，使得冷卻水流動於高導熱金屬管內部(由冷卻水入口進，冷卻水出口流出)形成一迴繞式冷卻路徑。在一實施例之中，由一個或數個電感元件105a構成的電感組件105周圍為一具有上、下開口的鋁殼103包覆，且鋁殼103直接與水冷板101接觸。印刷電路板107裝設於鋁殼上開口並覆蓋電感組件105，印刷電路板107上設置有電子元件109，例如控制IC、開關、電阻以及電容等用以操作電感組件。印刷電路板107與電感組件105之間裝設一電性絕緣隔板111，例如電木，用以絕緣電感組件105與印刷電路板107上的電子元件109。印刷電路板107以及電性絕緣隔板111上均設有複數個螺孔113以及槽口115，用以分別將印刷電路板107固定於鋁殼103上以及與電感組件105卡合。在一實施例之中，電感組件底部與水冷板101之間設置一高導熱陶瓷基板117，除了用以將電感組件105產生的熱經由高導熱陶瓷基板117傳遞至水冷板101之外，高導熱陶瓷基板117亦提供電感組件105與水冷板101之間的電性絕緣，此外高導熱陶瓷基板117除了接觸水冷板101之外亦與鋁殼103接觸。
參考圖2，其顯示圖1所示的水冷設計之電感結構沿著A-A方向的剖面示意圖。由於電感組件於運行時會產生高熱，為有效散熱，本創作於電
感組件105的底部與水冷板101之間裝設一高導熱陶瓷基板117，例如氮化鋁基板，因為氮化鋁基板具有熱傳導係數約為200W/(m．K)的高導熱特性，電感組件105的底部的熱可以直接傳遞到水冷板。以一較佳實施例，電感組件105的底部與高導熱陶瓷基板117、以及高導熱陶瓷基板117與水冷板101之間的接觸面，可以塗上一層導熱膠用以加強散熱效果。電感組件間的空隙(斜線區域)、電感組件與鋁殼間的空隙(斜線區域)以及電感組件與電木之間的空隙(斜線區域)均以液態絕緣散熱膠填充固化(圖2斜線標示區域)，液態絕緣散熱膠即俗稱的果凍膠，其具有熱傳導係數約為5W/(m．K)的導熱特性。因此，電感組件105其他部位的熱可以經由液態絕緣散熱膠傳遞到鋁殼103，再傳遞到水冷板101，藉由水帶走。
本創作所提出的電感裝置結構設計具有以下優點：
一、藉由裝設一高導熱陶瓷基板於電感組件底部與水冷板之間，提供一高效散熱路徑以及一電性絕緣。
二、藉由填充一具有相對高於空氣導熱性質的填充物於電感組件與其他物件間所圍出的空間中，提供電感組件其他部位的有效散熱路徑。
以上敘述係為本創作之較佳實施例。此領域之技藝者應得以領會其係用以說明本創作而非用以限定本創作所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本創作所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。
101:水冷板
103:鋁殼
105:電感組件
107:印刷電路板
101a:高導熱金屬管
105a:電感元件
109:電子元件
111:電性絕緣隔板
113:螺孔
115:槽口
117:高導熱陶瓷基板
Claims (10)
- 一種水冷式電感結構，包含：一水冷裝置；一電感組件，裝設於該水冷裝置之上；一高導熱陶瓷基板設置於該電感組件與該水冷裝置之間；一金屬外殼具有上、下開口，設置於該水冷裝置之上，圍繞該電感組件與該高導熱陶瓷基板；以及一印刷電路板設置於該外殼之上開口之上，其中運行該電感組件時所產生之熱，係透過與該電感組件接觸的該高導熱陶瓷基板以及該水冷裝置所形成的第一熱傳導路徑散熱。
- 如請求項1所述之電感結構，其中該印刷電路板與該金屬外殼上開口之間更包含一電性絕緣隔板。
- 如請求項2所述之電感結構，其中該電感組件係設置於由該電性絕緣隔板、該金屬外殼、以及該高導熱陶瓷基板所形成的容置空間內。
- 如請求項3所述之電感結構，其中該電感組件包含一個或一個以上的電感元件。
- 如請求項4所述之電感結構，更包含一絕緣散熱膠填充於該電感組件與該容置空間所形成的空隙之間，其中運行該電感組件時所產生之熱，係透過該絕緣散熱膠、該金屬外殼、以及與該金屬外殼接觸的該水冷板所形成的第二熱傳導途徑散熱。
- 如請求項5所述之電感結構，其中該絕緣散熱膠是由具有導熱係數為5W/(m．K)的液態絕緣散熱膠填充固化形成。
- 如請求項1所述之電感結構，其中該印刷電路板上設置有電子元件，用以操作電感組件，其中該電子元件包含控制IC、開關、電阻以及電容。
- 如請求項1所述之電感結構，其中該高導熱陶瓷基板為氮化鋁基板，其導熱係數為200W/(m．K)。
- 如請求項1所述之電感結構，其中該水冷裝置包含：一高導熱金屬底座，於該高導熱金屬底座內形成複數個平行的中空路徑；及一高導熱金屬管，彎曲該高導熱金屬管通過該複數個平行的中空路徑並緊密接觸高導熱金屬底座形成一迴繞式路徑，使得冷卻水流動於高導熱金屬管內部以形成迴繞式冷卻路徑。
- 如請求項9所述之電感結構，其中該高導熱金屬是無氧銅。
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