用于SMC电感器的热管理系统技术方案

本发明专利技术涉及一种电感器(1)，该电感器具有线圈(2)和芯(3)，其中所述芯(3)由软磁性复合物(SMC)制成，所述线圈(2)由环形缠绕的电导体构成，所述线圈(2)被基本整合到所述芯(3)内以使得所述芯(3)材料充当传导来自所述线圈(2)的热的导热体，所述导热体具有高于1.5W/m*K、更优选地高于2W/m*K、最优选地高于3W/m*K的导热率，其中所述电感器(1)与至少一个热连接固定件(10-25)热连接，其中所述至少一个热连接固定件(10-25)适合于连接至第一外部热接收体(4)以便将来自所述电感器的热传导至所述第一外部热接收体(4)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及制造有用于有效冷却的热管理系统的软磁性可模塑材料电感器。更具体而言，本专利技术涉及用于不管能量储量(energy content)如何冷却此类电感器同时维持高效率的系统。根据能量储量，该系统还具有其他技术益处，诸如例如导致明显更小的单元、更紧凑的设计、以及简化的安装设置。
技术介绍
随着频率增加以及电感器中的能量储量增长，电感器通常是使用例如以下来制造的:1)具有不同厚度(即，0.5mm 0.35mm, 0.22mm, 0.10mm)的层叠钢板，具体取决于频率，2)无定形磁性材料，3)制造为E、C或U形芯或I形或环形线圈形芯的铁氧体或加压软磁性复合(SMC)材料，其可被粘结在一起以制造更大的单元和罐形芯。所有这些技术存在的共同问题在于:将有效的液体冷却引入其结构带来对i的相当大的机械挑战。液体冷却技术通常需要各种连接点，从而产生泄漏风险以及额外的制造步骤。另一个问题在于:用已知且简单的方法(诸如使用平面液体或气冷散热器)同时冷却导线和芯材料是极具挑战性或者不可能的。而且，由于这些单元是从标准芯材料制造这一事实，优化的可能性被限制。而且，由于制造中的挑战，从加压材料制造的一些形状在特定尺寸以上无法获得。此外，用所述技术制造的电感器在芯和线圈材料之间不具有直接热连接且其机械结构如此，使得不可能产生完全热同质的设计。这带来了电感器的结构中的低效和脆弱。具有封装在其结构内的线圈(例如，罐形芯或软磁性可模塑材料芯)的电感器的主要技术挑战是:源自该线圈的与电阻性且高频率有关的损耗被封装在该电感器的结构内。更高的频率进而增大电感器的电阻，从而进一步影响其温度和损耗。高频率还带来线圈内的表皮和邻近效应，从而甚至进一步增加线圈内的温度和损耗。封装在传统罐形芯内的线圈通常绕在标准绕线管上。因为这样的绕线管通常具有非常低的导热性，所以这在此类电感器内的顶部、底部和中心带来了热阻挡。罐形芯要么被制造成半开放式芯以允许对线圈进行气体冷却，要么在连接线缆出口处是开放的。在后一种情况下，通常用基于导热聚合物的材料来填充它们以获得与仅仅空气相比较好的热属性。然而，这些材料的热属性在导热性方面总是相对地，通常不超过1.5ff/m*Ko其他热激励电感器设计包括使用针对电感器的铝外壳，其随后被用如上所述的类似的基于导热聚合物的材料来填充。基于不同的芯材料，此类电感器设计包括C形、U形或E形芯，其中线圈绕在标准绕线管上且随后被置于两个芯之间，这两个芯之间通常有分离的气隙。线圈或芯随后抵靠铝外壳放置，该铝外壳通常安装在或连接到散热器上。此类设计中的一些设计还包括将用于水冷的冷却管线包括在内。这些设计的问题与上面所述的一样。它们在其设计中不是热同质的。在线圈和芯材料之间没有允许热传导的直接热耦合。导热“罐形化材料(potting material) ”具有相对低的导热属性。仅存在将线圈或芯材料抵靠外壳/冷却放置的可能性。如果此类电感器是液体冷却的，则这需要复杂的机械挑战来有效地在其结构中实现这种冷却。液体冷却通常还将需要各种连接点，从而产生泄漏风险以及额外的制造步骤。一个额外且重要的缺点是:需要额外且昂贵的铝外壳以及围绕电感器的罐形化材料，这也增加了重量且在进一步的技术产品内占据了更多空间。对于具有封装在其结构内的线圈(即，罐形芯或软磁性可模塑材料芯)的电感器应用确保制造不变热的电感器的可能性的系统变得尤其重要，该系统即，以最高效的方式提取因在导线中产生的损耗所生成的热的系统。如果没有实现这一点，则单元变得过大、重且昂贵。在一些情况下，即，高于特定能量储量时，此类电感器变得实际上不可能使用当前技术来制造。
技术实现思路
取决于能量储量，下面描述的实施方式被包括在所要求保护的专利技术中。外部因素(诸如环境温度、周围气流强度以及交换频率中包含的电流容量)，脉动或谐波影响该系统的不同等级的划界并可能使其在实用性中重叠。然而，所要求保护的专利技术中的实施方式处于与增加的能量储量相关的适用性的正确量级但是外部因素也可能影响每种方法的可行性，诸如成本、效率要求、空间限制、以及进一步技术产品中的优选冷却方法和材料。本专利技术的一个目标是改善当前最新技术，以解决上述问题，并提供具有增强的冷却的改善的电感器。这些和其他目标通过一种电感器来实现，该电感器具有线圈和芯，其中所述芯由软磁性复合物(SMC)(优选地由包含软磁性可模塑材料的子组)制成，所述线圈由环形缠绕的电导体构成，所述线圈被基本整合到所述芯内以使得所述芯材料充当传导来自所述线圈的热的导热体，所述导热体具有高于1.5W/m*K、更优选地高于2W/m*K、最优选地高于3W/m*K的导热率，其中所述电感器与至少一个热连接固定件热连接，其中所述至少一个热连接固定件适合于连接至第一外部热接收体以便将来自所述电感器的热传导至所述第一外部热接收体。所述热连接固定件是适合于被用来将热从所述电感器传导到所述外部热接收体的导热结构。作为额外特征，所述热连接固定件还可被用来紧固所述电感器并且例如具有用于安装到所述外部热接收体的螺纹。所述外部热接收体可以是传统散热器、适合于连接至散热器的导热安装板、水冷块、将热带走的导热体等。术语“热连接”应当被解释为紧密连接以使得热被从所述电感器芯和/或线圈传输到所述热连接固定件。为确保所述电感器和所述第一外部热接收体之间的良好热传输，可在所述第一外部热接收体的表面和所述电感器和/或所述热连接固定件之间放置热传输胶以促进到所述第一外部热接收体的良好热传导。使用热传输胶的第二个原因是，该胶还减少来自所述电感器的振动的传递，所述振动可能来自所述电感器中的交变电流和磁场。因为该线圈被整合到该芯中，该芯将具有到该芯的良好热连接以使得该芯可将来自该线圈的热传导到例如该至少一个热连接固定件或直接到该热接收体。为了优化该线圈中生成的热的传输，重要的是，该线圈在该线圈的径向上具有良好的导热性以使得热被传导到该芯和/或热连接固定件。即，该导热性在该线圈的各线之间应当很高。也很重要的是，在该线圈和该芯之间所需的电绝缘具有尽可能良好的导热性以便热被高效地从该线圈传导到该芯和/或该至少一个热连接固定件。通过本专利技术，该电感器可被有效冷却且现有技术的不足被减少或避免。因为该热连接固定件高效地散发热，该电感器可被制造得尺寸更小且可在更靠近其他装备的更小腔室内使用。进一步优选的是，所述至少一个热连接固定件被模塑到所述芯中，以优化该热连接固定件和该电感器芯之间的热连接以进而优化到该外部热接收体的热传导。进一步优选的是，所述芯具有一形状，所述形状适合于放大与所述电感器的至少底部侧之间的热连接表面并被调整为被放置在热接收体的平坦表面上，其中所述电感器的直径约为高度的至少两倍。通过与最优的圆环形状比而具有平坦的电感器，以及通过改造该电感器的底部侧以使得其可具有到该外部热接收体的最优热连接，从该电感器到该热接收体的导热性被进一步提升。根据本专利技术的一个方面，所述热连接固定件为沿所述电感器的中心轴凸出穿过所述电感器的中心的居中可拆卸安装的螺丝/杆或具有所述螺丝/杆。因为该电感器是“甜甜圈”形的且通常具有沿该中心轴的空隙，该“甜甜圈”中的“孔”可被用来例如通过穿过该孔的杆或螺丝来紧固该电感器。通过促进该螺丝/杆和该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有线圈(2)和芯(3)的电感器(1)，其中所述芯(3)由软磁性复合物(SMC)制成，所述线圈(2)由环形缠绕的电导体构成，所述线圈(2)被基本整合到所述芯(3)内以使得所述芯(3)材料充当传导来自所述线圈(2)的热的导热体，所述导热体具有高于1.5W/m*K、更优选地高于2W/m*K、最优选地高于3W/m*K的导热率，其中所述电感器(1)与至少一个热连接固定件(10‑25)热连接，其中所述至少一个热连接固定件(10‑25)适合于连接至第一外部热接收体(4)以便将来自所述电感器的热传导至所述第一外部热接收体(4)，其中所述电感器(1)的连接器线缆(7)中的至少一个连接器线缆(7)由冷却设备的热连接(18)在该连接器线缆(7)进入所述芯(3)材料的入口附近被冷却。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：托德·赛德尔，奥斯卡·H·比亚纳森，
申请(专利权)人：麦格康普公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE