具有3D打印微通道散热器的基于变压器的电源转换器的制作方法

本公开内容一般来说涉及用于对部件进行冷却的系统、方法和物品。

背景技术：

现代飞机包含在飞行期间产生电力并将所产生电力提供给机载电力系统的发电机。这些发电机利用飞机引擎的旋转来使用各种发电技术产生ac电力。以此方式产生的电力可以例如是230v400hz的ac电力。当飞机在地面上时，飞机引擎可以关闭，机载发电机停止产生电力，并且机载电力系统反而可以从地面车辆接收ac电力。从地面车辆提供的电力可以例如是115v400hz的ac电力。

虽然电源提供ac电力，但飞机部件经常需要dc电力、而非ac电力。ac-dc电源转换可以借助多个二极管对完成，其中每一对连接到ac输入的不同相以提供经整流的dc输出。然而，此类ac-dc转换可导致对发电和配电系统造成污染的大量电流谐波。为减少电流谐波，可以采用多相自耦变压器来增加供应到整流器单元的ac相的数目。例如，在18脉冲无源ac-dc转换器中，自耦变压器用于将相间隔120°的三相ac输入变换成具有间隔40°的九个相的系统。这具有减小与ac-dc转换相关联的谐波的效果。

变压器通常包含导电材料(例如导线)的绕组。这些绕组间隔得足够靠近在一起，以便当连接到负载时，流过一个绕组的电流将导致电流在另一绕组中流动。电流被驱动所通过的绕组通常称为初级绕组，而电流在其中被感应的绕组通常称为次级绕组。变压器还可以包含绕组缠绕在其上的芯体，例如磁芯或铁芯。

整流器通常包含多个被配置成将ac信号转换为dc信号的二极管或半导体闸流管。例如，可以采用全桥整流器来将ac信号转换为dc信号。可以采用额外设备来提供电源调节，例如相间变压器、平衡电感器、相间电抗器、滤波器等。

在许多应用中，变压器大小和/或重量是实现实用和/或商业成功设备的重要因素。例如，用于航空电子设备中的电源转换器通常必须重量轻，并且需要占用小体积。然而，此类应用通常需要高性能，例如大电流低噪声电源转换。另外或另一选择为，许多应用可能需要低成本电源转换器。成本可由多个因素决定，包含材料类型、材料的量和/或制造复杂性以及其它因素。

许多电磁设备或部件在使用期间产生热，并且需要冷却以保持设备或周围环境的温度足够低。某些设备(包含变压器和电感器)包含产生需要消散的大量热的载流绕组。然而，由于这些绕组通常紧密缠绕并且可能涂覆有绝缘材料，因此在内部产生的热必须横跨数个绝缘层传递，传递通过芯体材料(其可以展现不良热导率)或沿着绕组传导路径传递并传递到连接到设备的布线中或高压线与总线的连接中。这些热流路径均不是特别有效的。

当电磁设备在高功率电平下操作时，散热变得越来越重要。由这些设备产生的高温限制了设备可以在其下操作的功率电平。因此，此类温度限制还可不利地影响包含电磁设备的装备的体积和重量性能。在高环境温度下操作的高功率密度的装备中或者在其中需要有效冷却的应用中(例如在航空航天应用中)尤其如此。已知散热器用于冷却电子装备，但通常仅用于将热从电磁设备的暴露表面去除。

技术实现要素：

一种电磁部件可以概括为包含：芯体，其包括具有至少一个绕组表面的芯体绕组部分；绕组，其在至少一个绕组表面上缠绕在芯体绕组部分上；以及整体散热器元件，其包含位于芯体的绕组表面与绕组的至少一部分之间的热接收部分，散热器元件的热接收部分由导热材料形成并且其中具有至少一个接收流体的流体通道。

散热器元件可以包含聚集形成散热器元件的、经烧结的或经熔化的材料层的堆叠。至少一个流体通道的第一部分可以在第一平面中延伸，并且至少一个流体通道的第二部分可以在第二平面中延伸，第二平面不同于第一平面。热接收部分中可以包含至少两个接收流体的流体通道，所述至少两个流体通道的相应第一部分可以在第一平面中延伸，并且所述至少两个流体通道的相应第二部分可以在第二平面中延伸，第二平面不同于第一平面。第一平面可以是x-y平面。芯体的绕组部分可以包含四个平坦绕组表面，并且散热器元件的热接收部分可以与四个平坦绕组表面中的一者相邻。散热器元件可以由铜、铜合金、铝或铝合金中的至少一者形成。散热器元件的热接收部分可以与绕组表面相邻并且位于绕组下方。散热器元件的热接收部分可以包含面向至少一个绕组表面中的至少一者的第一界面表面，并且至少一个绕组表面可以包含与散热器元件的热接收部分的第一界面表面互补的第二界面表面。热接收部分可以由导热材料形成并且具有多个流体通道，每个流体通道接收通过其中的流体的。电磁部件可以包含电感器或变压器中的至少一者。流体通道可以包含第一开口端和第二开口端，散热器元件可以进一步包含：流体联接到流体通道的第一端的入口端口；以及流体联接到流体通道的第二端的出口端口。

电磁部件可以进一步包含：流体冷却系统，其包含：至少一个使流体移动的流体泵；以及至少一个流体联接到至少一个流体泵的热交换器；其中入口端口和出口端口流体联接到流体泵和热交换器。

流体冷却系统中的流体可以包含水、水/乙二醇溶液、介电流体、油或合成碳氢化合物流体中的至少一者。散热器元件的热接收部分可以具有长度和宽度，并且至少一个流体通道可以包含相互平行并平行于热接收部分的长度延伸的多个流体通道。

一种电源转换器装置可以概括为包含：至少部分由碳纤维增强聚合物形成的围罩；以及安置在围罩内的电源转换器电子器件组件。电源转换器电子器件组件包含：至少一个磁性部件，其包含具有至少一个绕组表面的芯体和在至少一个绕组表面上缠绕在芯体上的绕组；以及整体散热器元件，其包含位于芯体的绕组表面与绕组的至少一部分之间的热接收部分，散热器元件的热接收部分由导热材料形成并且其中具有通过第一开口端接收流体并通过与第一开口端相对的第二开口端排出流体的至少一个流体通道。

散热器元件可以包含聚集形成散热器元件的、经烧结的或经熔化的材料层的堆叠。

一种制造电磁部件的方法可以概括为包含：提供芯体，芯体包括具有至少一个绕组表面的芯体绕组部分；提供绕组，绕组在至少一个绕组表面上缠绕在芯体绕组部分上；提供三维设计文件，设计文件指定整体散热器元件的三维设计，整体散热器元件包含其中具有至少一个接收流体的流体通道的热接收部分；将三维设计文件提供给加性制造系统；使用加性制造系统基于三维设计文件形成散热器元件；以及将散热器元件的热接收部分置于芯体的绕组表面与绕组的至少一部分之间。

形成散热器元件可以包含将高能束指引到连续层中的构建材料上，以便使此类层结合成由设计文件指定的用于散热器元件的三维设计。形成散热器元件可以包含使用选自一组加性制造工艺的加性制造工艺形成散热器元件，这些加性制造工艺包括：直接金属激光烧结(dmls)、选择性激光熔化(slm)、选择性激光烧结(sls)、电子束熔化(ebm)、激光金属成形(lmf)、激光工程化净成形(lens)或直接金属沉积(dmd)。形成散热器元件可以包含：将设计文件中的三维信息转换成多个切片，每个切片限定散热器元件的横截面层；以及通过使用激光能量来熔融金属粉末从而连续形成散热器元件的每一层。

附图说明

在附图中，相同附图标记标识类似元件或动作。附图中元件的大小和相对位置未必按比例绘制。例如，各种元件的形状和角度未按比例绘制，并且这些元件中的一些元件被任意放大和定位以提高附图易读性。此外，所绘制元件的特定形状并不打算传达关于特定元件的实际形状的任何信息，并且已经为便于在附图中的识别而被单独选择。

图1是根据一个所示出实施例的电源转换器的示意性表示。

图2是根据一个所示出实施例的飞机电力系统的示意性表示。

图3是根据一个所示出实施例的包含流体冷却的散热器元件的电磁部件的等距视图。

图4是根据一个所示出实施例的图3的电磁部件的等距分解图。

图5是根据一个所示出实施例的图3的电磁部件的俯视图。

图6是根据一个所示出实施例的图3的电磁部件的正视图。

图7是根据一个所示出实施例的图3的电磁部件的右视图。

图8是根据一个所示出实施例的图3的电磁部件沿着图5的线8—8截取的等距截面图。

图9是根据一个所示出实施例的图3的电磁部件沿着图5的线9—9截取的等距截面图。

图10a是根据一个所示出实施例的流体冷却的散热器元件的侧视图。

图10b是根据一个所示出实施例的流体冷却的散热器元件的俯视图。

图10c是根据一个所示出实施例的流体冷却的散热器元件的等距视图。

图11是根据一个所示出实施例的包含流体冷却的散热器元件的电磁部件的一部分的等距截面图。

图12是根据一个所示出实施例的自耦变压器整流器单元(atru)和与atru相关联的流体冷却系统的等距视图。

图13a是根据一个所示出实施例的atru和流体冷却系统的等距视图，其中显示了atru的内部部件。

图13b是根据一个所示出实施例的atru和流体冷却系统的俯视图，其中显示了atru的内部部件。

图14是根据一个所示出实施例的包含多个流体通道的atru的整流器散热器底板的等距视图。

图15是根据一个所示出实施例的atru的流体冷却系统的部件的等距视图。

具体实施方式

在以下描述中，阐述某些具体细节以便提供对各种所公开实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，实施例可以在无这些具体细节中的一者或多者的情况下或者借助其它方法、部件、材料等实践。在其它情况下，尚未详细显示或描述与电力电子器件相关联的众所周知结构以避免不必要地模糊实施例的描述。

除非上下文另外要求，否则在以下整个说明书和权利要求书中，词语“包括(comprising)”与“包括(including)”同义，并且是包含性或开放式的(即，并不排除额外未引用元件或方法动作)。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包含在至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”在整个说明书中各个地方的出现未必全部指代相同实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中按任何合适方式组合。

如本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”包含复数指示物，除非上下文另外明确规定。还应注意，术语“或”通常按其最广泛意义采用，即，意指“和/或”，除非上下文另外明确规定。

本文中提供的标题和说明书摘要仅为方便起见，并且并不解释实施例的范围或意义。

本公开内容的实施例涉及允许电子器件部件(例如变压器整流器单元(tru)或自耦变压器整流器单元(atru))的重量和大小减小的系统和方法。

在一些实施方案中，利用轻质流体冷却系统来通过在tru或atru的变压器组件的绕组(其通常是此类组件中最热点)与磁性芯体之间的界面处提供热界面来为该变压器组件提供高散热。该轻质冷却系统可以包含流体冷却的绕组散热器元件或“指部”，其可以是其中具有定位在变压器的芯体与绕组之间或变压器的绕组的线匝之间的微通道的导热棒。流体(例如，液体、气体)穿过散热器指部的微通道以向变压器的产热绕组提供直接冷却。

散热器元件可以由任何合适相对高热导率材料形成，例如铜、铝、合金(例如，铝合金1050a、6061和6063、铜合金)。例如，铜可以具有多于300瓦/米开尔文(w/(m·k))的热导率，而铝或铝合金可以具有多于150w/(m·k)的热导率。

在一些实施方案中，散热器元件可以通过加性制造技术生产，该加性制造技术是根据三维(3d)模型数据联接材料以制成物体的工艺，通常一层层的，如与减性制造技术相反。加性制造技术的非限制性示例包含直接金属激光烧结(dmls)、选择性激光熔化(slm)、选择性激光烧结(sls)、电子束熔化(ebm)、激光金属成形(lmf)、激光工程化净成形(lens)或直接金属沉积(dmd)。

dmls是使用激光来烧结粉末材料(例如，金属)的加性制造工艺，其将激光自动瞄准由3d模型限定的空间中的点并将材料结合在一起以产生固体结构。slm使用可比较概念，但是在slm中，材料完全熔化、而非烧结，从而允许所得产品中的不同性质。

dmls工艺涉及3dcad模型的使用，由此创建文件(例如，.stl文件)并将其发送到在dmls机器上执行的软件。技术人员可以借助3d模型工作以正确定向部件建造的几何结构，并且可以视情况添加支撑结构。一旦此“构建文件”已经完成，该模型便将被切片成机器将构建并下载到dmls机器的层厚度。dmls机器可以使用相对高功率的激光，例如，200瓦yb光纤激光器。在构建室区域内部，可存在材料分配平台和构建平台以及用于在构建平台上方移动粉末的重涂机刮刀。该技术通过使用聚焦激光束局部烧结金属粉末而使其熔融成固定部件。部件被逐层叠加构建，通常使用极薄层(例如，20微米厚的层)。此工艺允许高度复杂的几何结构完全自动、在几小时内、在无任何工具的情况下直接从3dcad数据创建。dmls是网形工艺，生产具有高精度和细节分辨率、良好表面质量、优越机械性能的部件。

一种现有解决方案使用一个或两个固体金属棒来使热传导通过长路径到达附接到变压器外部的冷板。在内部产生的热还通过绕组的外部表面传导到冷板，尽管该热必须首先从较靠近于变压器绕组的芯体的热点传导到线圈的外部表面。

在本文中论述的实施方案中，从产热元件(例如，绕组)到冷却流体的热传导路径显著缩短。这会减小绕组与冷却流体之间的温度差。

本公开内容的实施方案还提供从变压器绕组到冷却流体的较高热传递速率，因为绕组的产热表面与散热器指部之间的较高压缩力。通过界面的热传导与所施加压力成正比。这相对于现有解决方案是有利的，现有技术中通过硅橡胶柔顺材料将变压器绕组的外部表面压靠在冷板上。此材料具有低热导率，并且通过界面施加的压力通常低。因此，本公开内容的实施方案提供高得多的热传递效率。

常规空气冷却或冷板冷却解决方案需要导热电源围罩(“机壳”)来消散所产生的热。如下文进一步详细论述，上述轻质流体冷却系统的使用允许使用碳纤维环氧树脂材料来形成容纳tru或atru的机壳。有利地，碳纤维环氧树脂机壳具有比由导热材料(例如，铝)形成的机壳低的重量和高的强度。

图1是可以提供本公开内容的实施方案的示例电源转换器100的构建块的示意性表示。电源转换器100被配置成将三相ac输入转换为dc输出。为了图解，电源转换器100包括三相至n相自耦变压器102、n脉冲整流器104和可以用于冷却该自耦变压器和/或该整流器的一个或多个部件的流体冷却系统105。可以采用其它形式和/或拓扑结构的电源转换器。

自耦变压器102被配置成接收三相输入信号106并包括三相初级绕组108和n相次级绕组110。自耦变压器102被配置成提供n相ac信号112。整流器104包括联接到n相ac信号112的相应输出的多个分支114。如图示出，每一分支包括两个二极管116。可以采用其它整流设备，例如半导体闸流管等。整流器104产生dc输出118。

较高脉冲整流通常提供dc输出上的较低纹波和较低ac输入电流畸变，并且因此通常导致电源转换器的较高电力质量。通常，6脉冲转换器拓扑结构可以被视为适用于一些额定值小于35va的航空电子装备。对于相当大量航空航天应用，12脉冲转换器拓扑结构通常是可接受的。例如，对于较高功率装备或在期望或指定高电力质量时，可以使用24脉冲拓扑结构。

航空电子设备应用可以通常采用＝tru或atru(例如，图1的电源转换器100)来将三相ac电源(例如以固定频率(例如400hz)操作的115伏ac电源、115伏ac360hz至800hz变频电源、230伏ac360hz至800hz变频电源等)转换为dc电源(例如28伏dc电源、270伏dc电源、540伏dc电源等)。呈现给电源转换器100的负载可以通常例如在4安培与400安培之间。用于航空电子设备中的电源转换器的典型功能可以包含供应短期过载以清除下游故障、在飞机ac电源与dc电源之间提供电流隔离、进行电源调节以针对飞机电力系统和电力负载的适当功能在电源转换器的ac和dc侧上提供可接受电力质量、进行自我监视和故障报告等。tru在需要电流隔离和/或输入电压与输出电压的比值较大时使用。tru用于从115伏ac或230伏ac飞机电源产生28伏dc飞机总线。atru并不提供电流隔离。atru在此隔离不被需要时使用，并且在输入电压与输出电压的比为低时最有效。atru通常用于将115伏ac3相电源转换为270伏dc或将230伏ac3相电源转换为540伏dc，以提供这些电压作为飞机上的配电总线或给个别大负载(例如电机)供电。电源转换器(例如图1的电源转换器100)可以在其它应用中采用并且被配置成提供其它功能。tru和atru可以采用使用额外设备(例如相间变压器、平衡电感器、相间电抗器、滤波器等)的拓扑结构以便提供所期望功能，例如可接受电力质量。

图2是示例性飞机电力系统150的功能框图。如图示出，飞机引擎或涡轮机152驱动发电机154。发电机154向电源转换器156(例如图1中示出的电源转换器100)提供ac电力信号。电源转换器156可以根据下文论述的实施方案中的一者或多者由流体冷却系统157冷却。在飞机上产生的电力可以例如是处于400hz或可变频率的115伏ac电力。可以采用其它电压电平和频率。电源转换器156联接到dc总线158并且向该dc总线提供dc电力信号。一个或多个负载160(例如飞行装备，包含关键飞行装备)可以联接到dc总线158并且可以从该dc总线提取电力。通常，飞行装备可以使用28伏dc电力来操作。可以采用其它输出电压电平。

图3至图9显示呈自耦变压器形式的电磁设备或部件170。电磁部件170还可以采用其它类型的电磁部件的形式，例如，变压器或电感器。如图4中所示，电磁部件170包含芯体元件172，其包括第一和第二“e-形”芯体子元件172a和172b。第一芯体子元件172a具有本体部分174a、从该本体部分的第一端部延伸的第一外部支腿176a、从该本体部分的中间延伸的第二中心支腿178a和从该本体部分的与该第一端部相对的第二端部延伸的第三外部支腿180a。第一芯体子元件172a包含顶部表面182a和与该顶部表面相对的底部表面184a(图6)，“顶部”和“底部”参考图3中所示的定向。第二芯体子元件172b具有本体部分174b、从该本体部分的第一端部延伸的第一外部支腿176b、从该本体部分的中间延伸的第二中心支腿178b和从该本体部分的与该第一端部相对的第二端部延伸的第三外部支腿180b。该第二芯体子元件包含顶部表面182b和与该顶部表面相对的底部表面184b。

第一芯体子元件172a的支腿176a、178a和180a分别抵靠第二芯体子元件172b的对应支腿176b、178b和180b，以使第一和第二芯体子元件共同充当具有第一外部支腿176、第二中心支腿178和第三外部支腿180的单个芯体元件172。在一些实施方案中，第一芯体子元件172a的支腿176a、178a和180a中的一者或多者可以与第二芯体子元件172b的支腿176b、178b和180b中的对应者分开一间隙，这取决于电磁部件的具体应用。

芯体元件172可以由高磁导率材料形成，例如高磁导率钢、铁或铁氧体。芯体元件172可以由实心材料片构造而成或者可以通过堆叠相互绝缘的薄层压层而形成。此外，芯体子元件172a和172b可以按其它形状形成，例如“u”形、“e-i”形等。

包括多圈绝缘导线的第一绕组186a在第一绝缘层188a上缠绕在芯体元件172的第一支腿176上(图4)。包括多圈绝缘导线的第二绕组186b在第二绝缘层188b上缠绕在芯体元件172的第二支腿178上。包括多圈绝缘导线的第三绕组186c在第三绝缘层188c上缠绕在芯体元件172的第三支腿180上。绕组186a、186b和186c(统称为“绕组186”)可按基于电磁部件的特定应用的方式电连接到电源和/或负载(未显示)。

电磁部件170显示为使用多个紧固件192(例如，螺钉等)安装在底板190上，该底板可以通常实施支撑和散热功能。电磁部件170可以按多种方式中的任一方式连接到底板190。例如，在所示出实施例中，可以提供夹具194a和194b以借助相应支架196a和196b以及一个或多个紧固件192分别将第一和第二芯体子元件172a和172b固定到支撑底板190。垫片198a和198b分别安置在相应芯体子元件172a和172b的本体部分174a和174b上以分别接纳夹具194a和194b。垫片198可以例如由硅橡胶柔顺材料形成，并且可以用于最小化分别由夹具194a和194b赋予在芯体子元件172a和172b上的应力或压力，尤其因在使用期间的移动或振动。垫片198可以具有粘合剂表面，以使其粘附到芯体子元件或夹具。在一些实施方案中，垫片198可以是导热的。此外，第一芯体子元件172a和第二芯体子元件172b可以通过使用条带或环带200而紧固在一起，条带或环带200的端部通过夹子202联接。

电磁部件170包含与该电磁部件的芯体元件172的相应支腿176、178和180相关联的散热器元件204a、204b和204c(统称为“散热器元件204”)。散热器元件204的结构最佳示出在图10a至图10c中。散热器元件204a、204b和204c可以分别与支腿176、178和180以及相应绕组186a、186b和186c相关联。散热器元件204可以由导热材料(例如铝或铜，或者其它金属或金属合金)一体地形成。

如图10a至图10c中的散热器元件204的部分透视图中所示，每个散热器元件包含第一端部部分206和通过实质上平坦热界面或热接收部分210与该第一端部部分间隔开的第二端部部分208。热接收部分210包含顶部表面212和与该顶部表面间隔开的底部表面214。在所示出实施例中，热接收部分210具有大约4.25英寸(10.8厘米)的长度l、大约1.125英寸(2.86厘米)的宽度w以及在顶部表面212与底部表面214之间大约0.25英寸(0.64厘米)的高度h。第一和第二端部部分206和208包含可联接到流体配件218的面朝上的各流体端口216(图3)。四个微通道220横跨热接收部分210的长度l在每一流体端口216的下部部分222之间按平行流动配置进行延伸。在一些实施方案(例如所示出实施方案)中，散热器元件204使用3d加性制造工艺制造，其允许将微通道220安置在多于一个x-y平面中的能力。在所示出实施例中，微通道220具有圆形横截面，并且各自具有大约0.13英寸(0.33厘米)的直径。因此，热接收部分210中的微通道中的每一者的顶部和底部分别距热接收部分210的顶部表面212和底部表面214约0.06英寸。在其它实施方案中，这些微通道可以具有其它形状的横截面，例如，矩形、正方形、椭圆形等。散热器元件204还可以包含一个或多个面朝下的膛孔224，其接纳紧固件(例如，螺钉)以将该散热器元件固定到支撑件(例如底板190)(图4)。在操作中，流体可以流到散热器元件204的流体端口216中的一者中、流过微通道220中的每一者并且从这些流体端口中的另一者流出。如下文所论述，流体冷却系统的一个或多个管子可以联接到散热器元件204的流体端口216以将多个散热器元件的微通道220按一个或多个串联或并联配置流体地联接在一起(参见图15)。

参见图3、图8和图9，散热器元件204的热接收部分210被定大小和成形为在芯体元件172的第一支腿176的底部表面184与第一绕组186a的最内一个或多个线匝之间延伸以从电磁部件170向外传导在该第一绕组中产生的热。如图9和图10c中所示，散热器元件204的热接收部分210的底部表面214的边缘226可以是圆形的以维持该散热器元件与第一绕组186a之间的优质热界面，并且使得第一绕组的最内线匝不受其它锋利边缘的损坏。散热器元件204的热接收部分210的长度l、宽度w和/或形状可以变化，但是可以大致类似于第一绕组186a缠绕在其上的芯体元件172的第一支腿176的长度、宽度和/或形状。例如，在其中芯体元件的支腿为圆柱形的情况下，热接收部分可以按部分(例如，一半、四分之一)圆柱形壳体的形状形成，该部分圆柱形壳体具有与芯体元件的圆柱形支腿的外半径类似的内表面半径，以使热接收部分的内表面邻接芯体元件的支腿的外表面的至少一部分。

图11示出散热器元件230的另一实施方案，其中该散热器元件的热接收部分238可以被定大小和成形为在绕组244的相邻线匝240与242之间延伸，而不与芯体元件236的支腿234的底部表面232相邻。在这些实施方案中，散热器元件230的热接收部分238的顶部表面和底部表面两者都可以与绕组244物理接触。

参考回到图3至图9，第二和第三散热器元件204b和204c实质上与第一散热器元件204a相同，因此本文中为简洁起见不再重复对第二和第三散热器元件的功能的描述。

散热器元件的特定形状和大小以及每一散热器元件中的微通道220的形状、大小和数目可以基于若干因素选择，例如该散热器元件将与其一起使用的电磁部件的大小和功率电平以及所需冷却量。此外，散热器元件的形状可以容易缩放到不同大小的电磁部件。有利地，由于在一些实施方案中散热器元件的形状大致对应于电磁部件的占用面积，因此这些散热器元件并不增加该部件的占用面积，并且仅稍微增加由该部件占据的空间的体积。因此，散热器元件在多种条件下为多种部件提供有效冷却。

如上所述，可以提供夹具194a和194b以借助相应支架196a和196b以及一个或多个紧固件192分别将第一芯体子元件172a和第二芯体子元件172b固定到支撑底板190。有利地，以此方式夹紧第一和第二芯体子元件172a和172b会将芯体子元件、散热器元件204和绕组186更紧密地压在一起，此改善绕组与散热器元件之间的热传导。

图12显示联接到包含图3至图9的电磁部件170的atru254的围罩或机壳252的流体冷却系统250。图13a和图13b显示atru254在机壳252内部的内部部件。在所示出实施方案中，机壳252的形状实质上为矩形，并且由前部面板256、后部面板258(图13a)、顶部面板260、底部面板262(图13a)、左侧面板264和右侧面板266形成。机壳252还包含分别定位在前部面板256和后部面板258上的手柄268和270以允许用户更容易携带和运输atru254。

如图13a和图13b中所示，atru254包含图3至图9的电磁部件170、可以例如是相间变压器的电磁部件272以及整流器单元273。上文论述了电磁部件170的部件。电磁部件272在许多方面类似于电磁部件170，因此不需要对电磁部件272的详细论述。

电磁部件272包含在其芯体元件278的相应支腿下方、相邻该电磁部件的相应绕组276a和276b定位的散热器元件274a和274b(参见图15)。散热器元件274a和274b类似于图3至图9的电磁部件170的散热器元件204，并且包含允许流过其中的流体消散在绕组276a和276b中产生的热的类似载流微通道(未显示)。流体配件218联接到散热器元件274a和274b，以使流体冷却系统250的管子可以流体联接到散热器元件内部的微通道。

整流器单元273包含多个紧固到散热器底板282的二极管280。如图14(其绘示散热器底板282的等距部分透视图)中所示，该底板包含多个在第一流体端口284与第二流体端口286之间延伸的微通道283。在一些实施方案中，散热器底板282可以通过加性制造工艺生产，这与分别与电磁部件170和272相关联的散热器元件204和274相似。参考回到图13a，散热器底板282的流体端口284和286可以联接到流体配件218，流体配件218可以联接到流体冷却系统250的管子或管道。

流体冷却系统250可以包含流体泵288以使流体循环通过管子和散热器元件的网络。流体冷却系统250还可以包含流体地联接到泵的、对流过其中的流体进行冷却的热交换器290(例如，散热器)。

图15示出流体冷却系统250的连接的示例性配置。在此图解中，流体可以通过入口流体配件218a进入后部面板258处的机壳252。入口流体配件218a联接到管子292a，管子292a又联接到与电磁部件170相关联的散热器元件204a的近端(如图所示)处的流体配件218b。管子292b通过配件218c和218d将散热器元件204a和204b的远端联接在一起，并且管子292c通过配件218e和218f将散热器元件204b和204c的近端联接在一起，以使流体可以顺序流过散热器元件204a、204b和204c。散热器元件204c的远端处的管子292d联接到散热器元件204c的远端处的流体配件218g并且联接到整流器散热器底板282的第一流体配件218h。另一管子292e联接在整流器散热器底板282的第二流体配件218i与电磁部件272的散热器元件274a的流体配件218j之间。分别联接到散热器元件274a和274b的近端处的流体配件218k和218l的管子292f允许流体顺序流过散热器元件。散热器元件274b的远端处的管子292g联接在流体配件218m与联接到机壳252后部面板258的出口流体配件218n之间。管子274或本文中所述的通道可以具有为圆形、矩形或任何其它形状的横截面形状。

使用此示例性配置，流体可以循环通过atru254的各种散热器元件。

机壳252的面板256、258、260、262、264、266由碳纤维环氧树脂材料形成，与由导热材料(例如铝)制成的机壳相比，其实质上减小atru254的重量，同时提高其耐久性。如上所述，散热器元件消散足够热，以使atru254并不需要导热机壳。与常规atru相比，碳纤维环氧树脂机壳252与本公开内容的流体冷却系统250组合有利地为atru254的机械和结构部分提供30％至50％重量减小。通过直接冷却磁性设备的最热点，此设备可以针对较小大小重新设计，从而进一步改进大小和重量上的减小。

此外，虽然本公开内容的实施方案可以针对具有5千瓦和更高(例如，50千瓦)的输出功率的atru或tru中的相对大磁性设备，但是这些实施方案还可以应用于不同大小的其它磁性设备。

本公开内容的实施方案最小化流体冷却的散热器元件的大小并将此散热器元件直接放置在其最有效的位置处。如上所述，散热器元件的热接收部分或指部构建到磁性部件中并且定位在绕组与芯体之间，或者任选地，部分通过绕组。

可以使用采用3d金属打印的加性制造工艺来生产散热器元件，其提供使用其它方法(例如，常规机加工)无法实现的益处或将需要额外动作。这些益处在于：具有在多于一个x-y平面中的冷却通道的能力和3d打印通道的固有表面粗糙度在产生湍流而非层流过程中的益处。具体来说，与传统机加工工艺相比，由3d打印过程产生的表面粗糙度对流体产生更高热传递速率。此外，在某些线性流体速度和粘度下，粗糙表面产生较低摩擦，因此在流体冷却系统中产生较低压力损失。

此外，3d打印散热器元件可以具有对流体的流动更呈流线型的维度通道，其产生较少阻力并减小压力损失。3d打印流体通道还允许流体通过传统上难以到达的区域以向此类区域中的热点提供直接冷却。此外，可以自由实现对流体压力损失重要的小区域(例如3d半径)，而不受特殊工具和/或工具进入的限制。通常，可以自由选择3d打印散热器元件的流体通道的横截面，因此这些通道可具有可行的最小厚度。

另外，3d打印散热器元件具有比由常规方法(例如铸造和/或钎焊)生产的散热器元件高得多的密度。因此，3d打印散热器元件中的孔隙率较少受到关注。因此，3d打印散热器元件的壁可以设计成比使用常规方法制造的散热器元件的壁薄，这可减小3d打印散热器元件的总大小。

另一选择为，可以提供较大散热器元件，其仅在一个x-y平面中具有冷却通道，其中该散热器元件使用传统机加工按在制造期间结合在一起的两个半部制成。这些散热器元件可以与需要用于对组件中的其它部件进行冷却的微通道散热器串联连接在一起。这些其它散热器可以借助加性制造技术或借助传统机加工技术生产。

前述具体实施方式已经通过使用框图、示意图和示例阐述了设备和/或工艺的各种实施例。只要此类框图、示意图和示例包含一个或多个功能和/或操作，所属领域的技术人员便将理解，此类框图、流程图或示例内的每一功能和/或操作可以通过许多各种不同硬件、软件、固件或几乎其任何组合个别和/或共同实现。

所属领域的技术人员将认识到，本文中陈述的许多方法或算法可以采用额外动作、可以省略一些动作和/或可以按不同于指定次序的次序执行动作。

另外，所属领域的技术人员将了解，本文中教示的机制能够作为多种形式的程序产品分发，并且示例性实施例同样适用、而不管用于实际执行分发的非暂时信号承载媒体的特定类型。非暂时信号承载媒体的示例包含(但不限于)以下媒体：可记录型媒体，例如软盘、硬盘驱动器、cdrom、数字磁带和计算机存储器。

上文所述各种实施例可以组合以提供其它实施例。在本说明书中提及和/或在申请数据表中列出的所有美国专利、美国专利申请公开案、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利出版物(包含但不限于美国专利申请序列号14/627,556)都以全文引用方式并入本文中。如果需要，可以修改实施例的若干方面以采用各种专利、申请案和公开案的系统、电路和概念以提供其它实施例。

可以根据以上具体实施方式对实施例作出这些改变和其它改变。通常，在以下权利要求书中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限于在说明书和权利要求书中公开的具体实施例，而应被解释为包含所有可能实施例以及此类权利要求赋予的等效内容的全部范围。因此，权利要求不受本公开内容的限制。