具有导热成形器的电磁装置制造方法及图纸

一种电磁装置和用于冷却电磁装置的方法，电磁装置包括：具有多个支脚的可导磁芯；位于可导磁芯附近的成形器，其中成形器是导热的；以及至少一个绕组，至少一个绕组被构造成传导通过卷绕在成形器上的至少一个绕组的电流，至少一个绕组包括具有多个匝的线圈。

Electromagnetic device with heat conducting formator

【技术实现步骤摘要】
具有导热成形器的电磁装置
本专利技术涉及一种用于电磁装置的方法和设备，更具体地涉及一种具有可导(permeable)磁芯和成形器的电磁装置，其中可导磁芯和成形器提供热路径。
技术介绍
诸如变压器的电磁装置被用于利用交流电流来变换，改变或修改电压。这些类型的电磁装置的结构通常包括由高磁导率材料构成的中心芯，以提供所需的磁路。铁或钢承载磁通量的能力远大于空气的能力，这被称为芯的磁导率，并且这影响用于变压器的芯部分的材料。
技术实现思路
在一个方面，本公开涉及一种电磁装置，包括：具有多个支脚的可导磁芯；定位成邻近可导磁芯的成形器，其中成形器以等于或高于0.5W/mK的速率导热；以及至少一个绕组，其被构造成传导通过卷绕在成形器上的至少一个绕组中的电流，至少一个绕组包括具有多个匝的线圈，其中成形器被构造成提供用于在操作期间在至少一个绕组中产生的热量的附加热路径。附图说明在附图中：图1是示出根据现有技术的热路径的电磁装置的横截面。图2是根据本专利技术的一个方面的电磁装置的立体图。图3是沿着图2的线III-III截取的电磁装置的横截面。图4是根据本文公开内容的另一方面的电磁装置的立体图。图5是沿图4的线V-V截取的横截面。具体实施方式当磁通量在变压器芯中流动时，出现两种类型的损耗，即涡流损耗和磁滞损耗。由于分子对磁化芯所需的磁力线的流动的摩擦而引起磁滞损失，该磁力线在值和方向上首先在一个方向上不断变化，然后由于交流供应电压的影响而在另一个方向上不断变化，作为非限制性实例，该交流供应电压可以是正弦波，方波或某种其它波形。这种分子摩擦导致产生热量，该热量代表变压器的能量损失。过多的热损失会过时地缩短用于制造绕组和结构的绝缘材料的寿命。因此，变压器的冷却是重要的。当实现高效电源转换器时，希望使所需的冷却基础设施最小化。在典型的固态电源转换器中的主耗散器是主开关半导体，变压器和输入/输出扼流圈。变压器和扼流圈的热管理可以由电磁和封装要求驱动。变压器和扼流圈中的热损失可以分成两类：芯损失和绕组损失，在芯损失中功率在导磁芯中耗散，在绕组损失中功率由于载流绕组中的电阻而耗散。传统的典型变压器包括卷绕在非导热和非导电塑料成形器上的用于变压器或扼流圈的导电绕组。塑料成形器在绕组和芯之间产生显著的热阻。例如，图1示出了具有成形器2的现有技术的E芯电磁装置1。成形器2与E芯电磁装置1的中心支脚3b隔开非导热绝缘材料层4，作为非限制性示例，非导热绝缘材料层4是电绝缘带，灌封料，电屏等。初级绕组5a和次级绕组5b缠绕在成形器2周围，并穿插有非导热绝缘材料层4。另一非导热绝缘材料层4围绕所有的层。绝缘材料层可以是相同或不同的材料。作为非限制性实例，非导热绝缘材料还可以包括耐热硅酮，并且呈硅酮，油，油脂，橡胶，树脂，填缝剂等的形式。初级绕组5a连接到电压源，使得当在形成初级绕组5a的线圈内接收到电流时，初级绕组5a变成第一热源Q1。在次级绕组5b中产生感应电压，使得电流流过形成次级绕组5b的线圈，因此次级绕组5b成为第二热源Q2。电流在初级和次级绕组5a,5b内的流动在E芯电磁装置1的可导磁芯(PMC)6内产生磁通量，该磁通量可以在任何给定时间根据电流的方向而改变方向。磁通量的这种变化在PMC6中产生热量，使得PMC6本身是第三热源Q3。由于E形，在外支脚3a和中心支脚3b之间自然形成热量可沿着其耗散的热路径7。然而，在初级绕组5a和次级绕组5b内产生的热不具有直接路径，这可能导致缓慢的散热速率。电磁装置需要在操作期间冷却基础设施。此外，降低任何周围电力电子设备的工作温度也是有益的。使用高热阻线圈成形器的传统变压器设计趋于导致绕组将显著的功率，并因此将热量传递到周围的电路板/功率电子器件中。本文描述的公开内容降低了绕组和芯之间的热阻抗，从而允许容易地从芯表面提取芯和绕组损耗中产生的热量。除其他事项外，本专利技术涉及一种具有可导磁芯和围绕芯的导热成形器的电磁装置。如本文所述，电磁装置可以是具有E芯的变压器，其中成形器围绕E形变压器的中心支脚。图2是根据本专利技术的一个方面的具有作为非限制性示例的两个可导磁芯半体(PMC)12的电磁装置10的立体图。可以设想，每个芯半体是如图所示的由铁氧体，铁或钢制成的实心芯，然而也可以考虑任何磁性或铁磁材料。还可以设想，本文所述的PMC12可以由多层叠片形成。每个PMC12包括多个支脚14，作为非限制性示例，多个支脚14为两个外支脚14a和中心支脚14b，两个外支脚14a和中心支脚14b通过形成E芯16a的背部14c连接。E芯16a可以耦合到第二E芯16b，以形成标准的“E-E”壳型变压器。电磁装置10可以是其它变压器的形式，包括但不限于“E-I”壳型变压器芯，或包括“L-L”和“U-I”形状的芯型变压器芯。成形器22可以包括在电磁装置10中，并且可以包括在两个帽27之间延伸并限定中空内部26的主柄24。成形器22可位于PMC12附近，其中，中心支脚14b容纳在中空内部26内。成形器22可以是一块材料，例如塑料或复合材料。至少一个绕组28，包括几个线圈48的导电绕组，可以缠绕在主柄24上。绝缘材料的外层30可以位于至少一个绕组28周围。在一个非限制性的例子中，冷壁32可以定位成邻近PMC12，更具体地，沿着PMC12的远端更靠近外支脚14a。导热材料34可以沿着外支脚14a的外壁33位于外支脚14a的远端和冷壁32之间。作为非限制性实例，导热材料34可以是导热硅酮垫。图3示出了电磁装置10的横截面。包括主柄24的导热成形器22由导热材料42制成，作为非限制性实例，导热材料42为等于或高于0.5W/mK的速率的导热塑料聚合物。在本公开的另一个方面，导热材料42可以具有在1和10W/mK之间的热导率。在又一方面，导热材料42的导热率可以在10和100W/mK之间。还考虑的是，导热成形器22，以及因此导热材料42不具有任何显著的磁导率。PMC12的中心支脚14b容纳在主柄24内。主柄24可以与PMC12的中心支脚14b隔开第一导热材料层44a。至少一个绕组28可以包括初级绕组28a和次级绕组28b。次级绕组28b可以与初级柄24隔开第二导热材料层44b。初级绕组28a可以与次级绕组28b隔开第三导热材料层44c。最后，导热材料46的外层可以围绕所有的层。导热材料46的外层也可以是与导热材料层44a,44b和44c相同的材料。作为非限制性实例，本文所公开的导热材料44a、44b、44c和46可以是以等于或高于0.5W/mK的速率导热的硅酮负载间隙填充物。在本公开的另一个方面，导热材料可以具有1和10W/mK之间的热导率。在又一方面，材料的热导率可以在10和100W/mK之间。应该理解的是，具有高热导率和低或零电导率的任何材料都是合适的。还考虑了100W/mK至500W/mK的较高热导率。在操作期间，初级绕组28a可以变成第一热源Q1，而次级绕组28b可以是第二热源Q2，并且PMC12本身可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电磁装置，其特征在于，包括：/n可导磁芯，所述可导磁芯具有多个支脚；/n成形器，所述成形器定位成邻近所述可导磁芯，其中所述成形器以等于或高于0.5W/mK的速率导热；和/n至少一个绕组，所述至少一个绕组被构造成传导通过卷绕在所述成形器上的所述至少一个绕组中的电流，所述至少一个绕组包括具有多个匝的线圈；/n其中，所述可导磁芯形成至少一个热路径，并且所述成形器被构造成在所述至少一个绕组和所述可导磁芯之间提供至少一个附加热路径，用于在操作期间在所述至少一个绕组中产生的热量。/n

【技术特征摘要】
20181126 GB 1819179.11.一种电磁装置，其特征在于，包括：
可导磁芯，所述可导磁芯具有多个支脚；
成形器，所述成形器定位成邻近所述可导磁芯，其中所述成形器以等于或高于0.5W/mK的速率导热；和
至少一个绕组，所述至少一个绕组被构造成传导通过卷绕在所述成形器上的所述至少一个绕组中的电流，所述至少一个绕组包括具有多个匝的线圈；
其中，所述可导磁芯形成至少一个热路径，并且所述成形器被构造成在所述至少一个绕组和所述可导磁芯之间提供至少一个附加热路径，用于在操作期间在所述至少一个绕组中产生的热量。


2.根据权利要求1所述的电磁装置，其特征在于，其中，具有多个支脚的所述可导磁芯是具有中心支脚和两个外支脚的E芯，并且其中所述成形器位于所述中心支脚周围。


3.根据权利要求2所述的电磁装置，其特征在于，其中，所述至少一个绕组包括卷绕在所述成形器上的初级绕组和次级绕组。


4.根据权利要求3所述的电磁装置，其特征在于，进一步包括导热材料，所述导热材料在所述可导磁芯、所述成形器、所述初级绕组或所述次级绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·詹姆斯·汉迪，迈克尔·詹姆斯·史密斯，
申请(专利权)人：通用电气航空系统有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB