一种绕制电感传热灌封结构及方法与流程

1.本发明属于大功率电源用绕制类元器件灌封技术应用领域，具体涉及一种绕制电感传热灌封结构及方法。


背景技术：

2.绕制电感是新一代大功率电源产品中隔离功率变换功能的重要组成部分，是实现电源滤波功能的核心关键部件，其灌封操作过程中的生产作业工序、效率和灌封后的散热能力是衡量绕制电感的重要技术指标。
3.在新一代大功率电源产品研制过程中，有些电源产品因为功能指标要求、选型规格限制、安装固定机械接口等设计约束需要手工绕制电感实现滤波功能。传统绕制电感的制作过程主要包括磁环缠绕绝缘膜、缠绕绕组、绕组外缠绕绝缘膜等关键生产工序。按此工序完成绕制电感制作成型后，因绕制电感本体无对外安装互联机械接口，通常采用棉线绑扎电感与安装基板或顶部安装压板与底部安装基板上下压装绕制电感的固定方式，电感内外侧实施三防工艺灌封加固处理。
4.在绕制电感灌封过程中，因绕制电感及其安装结构未预留灌封通路，导致绕制电感功能调试与灌封过程中需反复拆装紧固压板结构件才能实现电感灌封操作，灌封生产作业过程比较繁琐，工作效率偏低，耗时费力；同时，绕制电感内侧面无法与安装底板热沉面有效接触，绕组内部间隙不能有效填充导热灌封材料，使得绕制电感难以实现低热阻散热通路，产品存在热积聚设计缺陷，易引起绕制电感散热效率与传热能力偏低的热管理问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种绕制电感传热灌封结构及方法，提高了绕制电感散热效率与传热能力，有效解决了绕制电感存在的热积聚问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
7.一种绕制电感传热灌封结构，包括基板，所述基板的上端面竖直设置有导热柱，所述导热柱上套设有底部位于所述基板上的绕制电感，所述绕制电感与所述导热柱之间设置有灌封腔，所述绕制电感的顶部设置有与所述导热柱可拆卸连接的压板，所述压板上开设有若干与所述灌封腔连通的灌封口；所述绕制电感包括电感磁环、包覆在所述电感磁环上的第一绝缘膜、包覆在所述第一绝缘膜上的第二绝缘膜以及绕制在所述电感磁环上的电感绕组，所述电感绕组位于所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜之间，所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜上均开设有若干与所述灌封腔连通的灌封孔。
8.进一步地，所述基板上设置有绕制电感限位环，所述绕制电感限位环贴合在所述绕制电感的外侧，所述基板上环绕所述绕制电感限位环外侧开设有灌封胶料止流槽，所述绕制电感限位环上开设有若干与所述灌封胶料止流槽连通的灌封胶料引流槽。
9.进一步地，所述绕制电感限位环上的若干所述灌封胶料止流槽环绕所述绕制电感的中心轴线均布开设。
10.进一步地，所述压板与所述导热柱通过螺钉连接。
11.进一步地，所述绕制电感的底部与所述基板之间设置有导热绝缘膜，所述绕制电感的顶部与所述压板之间设置有导热绝缘膜。
12.进一步地，位于所述电感磁环外侧的所述第二绝缘膜上沿高度方向设置有若干灌封标尺线。
13.进一步地，所述压板上的若干所述灌封口环绕所述绕制电感的中心轴线均布开设。
14.进一步地，所述导热柱的中心轴线与所述绕制电感的中心轴线重合。
15.一种绕制电感传热灌封方法，采用所述的灌封结构，将灌封胶料从所述压板上开设的所述灌封口灌入所述灌封腔，灌封胶料填充在所述绕制电感与所述导热柱之间的灌封腔中，并通过所述第二绝缘膜上的灌封孔后填充在所述第二绝缘膜、电感绕组与所述第一绝缘膜之间的缝隙，并通过所述第一绝缘膜上的灌封孔后填充到所述第一绝缘膜与所述电感磁环之间的缝隙。
16.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
17.本发明提供的一种绕制电感传热灌封结构，在灌封时，因压板上开设有若干与灌封腔连通的灌封口，绕制电感的第一绝缘膜和第二绝缘膜上均开设有若干与灌封腔连通的灌封孔，基板的上端面设置有导热柱，即设置有灌封通路，无需拆装压板，即可沿灌封通路快速实现绕制电感强化传热灌封处理。灌封胶料通过灌封口流入灌封腔，灌封胶料填充在绕制电感与导热柱之间的灌封腔中，并通过第二绝缘膜上的灌封孔后填充在第二绝缘膜、电感绕组与第一绝缘膜之间的缝隙，并通过第一绝缘膜上的灌封孔后填充到第一绝缘膜与电感磁环之间的缝隙，实现绕制电感的低热阻散热通路设计，绕制电感产生的热量通过灌封胶料传递到导热柱，绕制电感传热面积增加，最后通过导热柱传导到基板上散发，提高了热设计可靠性和工艺加固抗力学环境适应性，强化了绕制电感的传导散热和热管理能力。整个灌封操作有利于简化绕制电感灌封操作生产过程和工序，提高绕制电感灌封生产效率与性价比，满足绕制电感的与安装结构热沉之间的强化传热和热力学可靠性设计要求。
18.进一步地，本发明在基板上设置有绕制电感限位环，绕制电感限位环贴合在绕制电感的外侧，基板上环绕绕制电感限位环外侧开设有灌封胶料止流槽，绕制电感限位环上开设有若干与灌封胶料止流槽连通的灌封胶料引流槽，灌封过程中，多余的灌封胶料会沿灌封胶料引流槽有序流入灌封胶料止流槽结构内，有效的防止溢流出来的灌封胶料无序流动固化后引起绕制电感位置随胶料流动移位，避免周边元器件存在空间干涉、安全间距不足、遮挡焊点引线、外观形貌不良等装配风险。
19.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明一种绕制电感传热灌封结构的轴测图；
22.图2为本发明一种绕制电感传热灌封结构的俯视图；
23.图3为本发明一种绕制电感传热灌封结构的a-a剖面图；
24.图4为本发明一种绕制电感传热灌封结构中绕制电感外部结构图；
25.图5为本发明一种绕制电感传热灌封结构中绕制电感内部结构图；
26.图6为本发明一种绕制电感传热灌封结构中绕制电感成型尺寸图；
27.图7为本发明一种绕制电感传热灌封结构中绕制电感热阻散热路径示意；
28.图8为实施例中测试产品1温度测量结果。
29.图中：1-基板；2-导热柱；3-绕制电感；301-电感磁环；302-第一绝缘膜；303-第二绝缘膜；304-电感绕组；305-灌封孔；306-引线；4-压板；5-灌封口；6-绕制电感限位环；7-灌封胶料止流槽；8-灌封胶料引流槽；9-螺钉；10-导热绝缘膜；11-灌封标尺线。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.本发明提供一种绕制电感传热灌封结构，以期实现一种大功率电源用绕制电感低成本、快速高效、强化传热灌封结构设计，解决大功率电源研制过程中绕制电感的无拆卸快速灌封和强传传热问题。
32.作为本发明的某一具体实施方式，如图1至图5所示，一种绕制电感传热灌封结构，包括基板1，在基板1的上端面上竖直设置有导热柱2，导热柱2上套设有底部位于基板1上的绕制电感3，绕制电感3与导热柱2之间设置有灌封腔，绕制电感3的顶部设置有与导热柱2可拆卸连接的压板4，压板4上开设有若干与灌封腔连通的灌封口5。绕制电感3包括电感磁环301、包覆在电感磁环301上的第一绝缘膜302、包覆在第一绝缘膜302上的第二绝缘膜303以及绕制在电感磁环301上的电感绕组304，电感绕组304位于第一绝缘膜302和第二绝缘膜303之间，第一绝缘膜302和第二绝缘膜303上均开设有若干与灌封腔连通的灌封孔305。当然，绕制电感3还包括用于提供对外连接的引线306，引线306连接在电感磁环301上。
33.灌封时，将灌封胶料从压板4上开设的灌封口5灌入灌封腔，灌封胶料填充在绕制电感3与导热柱2之间的灌封腔中，并通过第二绝缘膜303上的灌封孔305后填充在第二绝缘膜303、电感绕组304与第一绝缘膜302之间的缝隙，并通过第一绝缘膜302上的灌封孔305后填充到第一绝缘膜302与电感磁环301之间的缝隙。
34.优选的，绕制电感3的底部与基板1之间设置有导热绝缘膜10，绕制电感3的顶部与压板4之间设置有导热绝缘膜10。本实施例中，导热绝缘膜10设置有3层。
35.优选的，压板4与导热柱2通过螺钉9连接，具体地说，在导热柱2的顶部向下开设有螺纹孔，在压板4的顶部中心位置开设有通孔，将螺钉9穿过通孔后旋拧进螺纹孔，实现压板4与导热柱2的连接，安装拆卸方便快捷。
36.优选的，压板4上的若干灌封口5环绕绕制电感3的中心轴线均布开设，导热柱2的中心轴线与绕制电感3的中心轴线重合。
37.本实施例中，导热柱2与基板1为一体成型设计，压板4为与绕制电感3顶部截面匹配的环形压板。
38.在上述实施方式的基础上，作为更加优选的实施方式，在基板1上还设置有绕制电感限位环6，绕制电感限位环6贴合在绕制电感3的外侧，基板1上环绕绕制电感限位环6外侧开设有灌封胶料止流槽7，绕制电感限位环6上开设有若干与灌封胶料止流槽7连通的灌封胶料引流槽8。优选的，绕制电感限位环6上的若干灌封胶料止流槽7环绕绕制电感3的中心轴线均布开设。
39.具体地说，利用绕制电感限位环6对绕制电感3进行限位，利用绕制电感限位环6上开设的灌封胶料引流槽8以及基板1上开设的灌封胶料止流槽7，有效的防止溢流出来的灌封胶料无序流动固化后引起绕制电感位置随胶料流动移位，避免周边元器件存在空间干涉、安全间距不足、遮挡焊点引线、外观形貌不良等装配风险。
40.在上述实施方式的基础上，作为更加优选的实施方式，在整个灌封过程中，为保证灌封结构内灌封胶料充分填充并凝固，整个灌封过程逐步分层完成，因此在位于电感磁环301外侧的第二绝缘膜303上沿高度方向设置有若干灌封标尺线11，通过设置的灌封标尺线11作为参考分多次进行灌封完成。本实施例中，相邻灌封标尺线11的高度为10mm。
41.本发明提供的绕制电感传热灌封结构具有良好的装配导向限位、定向引流止流和强化传热优点，采用预留灌封通路、限位安装结构、强化传热导热柱结构、灌封胶料定向引流槽结构、灌封胶料止流槽结构实现绕制电感快速安装和高效灌封处理，使用导热柱结构实现绕制电感与安装底板的低热阻散热通路，解决了大功率电源研制过程中绕制电感的无拆卸快速灌封和强化传热问题。本发明一次性将压板和导热柱紧固后可直接实现灌封处理，可有效简化灌封操作生产工序，节约灌封生产作业时间与成本，提高灌封作业工作效率与性价比，快速实现绕制电感的无拆卸灌封处理，进一步提高绕制电感热管理能力，增强绕制电感的热设计可靠性与抗力学环境适应性，实现绕制电感的低热阻散热通路设计与强化传热。
42.下面对本发明进行更加详细的解释说明。
43.在进行灌封操作前，选取不易挥发、易于填充后凝固、粘度适中、附着力强、导热绝缘性能良好的导热胶料作为灌封胶料，并在真空灌注机中对灌封胶料进行真空排气处理，直至灌封胶料内部无直径超过1mm的气泡存在，以期使灌封胶料内部充分接触，减小灌封胶料内部填充气泡对灌封胶料传导散热能力的不利影响，满足灌封胶料在真空热环境中的工程应用要求。真空排气完成后灌封胶料在真空23℃
±
5℃温度环境中预热保温，以备后续绕制电感灌封处理使用。
44.如图6所示，本发明所涉及的绕制电感传热灌封结构依据绕制电感外径d、内径d和高度h等成型尺寸设计而成。绕制电感限位环6和强化传热导热柱2组合使用，用以实现绕制电感3自身结构的快速装配导向限位，防止灌封处理过程中绕制电感3无序移位，灌封胶料引流槽8用以实现多余灌封胶料有序定向分流，灌封胶料止流槽7用以承容沿灌封胶料引流槽8流出的多余灌封胶料。
45.装配绕制电感传热灌封结构时，在绕制电感限位环6和导热柱2之间沿轴向方向依次放入三层导热绝缘膜10、绕制电感3、三层导热绝缘膜10、压板4和螺钉9，即可用在合适力矩作用下实现绕制电感3的绝缘安装固定，实现基板1、导热柱2、绕制电感3和环形压板7之
间的可靠绝缘设计，保证其搭接电阻要求。当绕制电感3电性能、功能调试完成后，即可将整个绕制电感传热灌封结构放置于真空灌注机中准备灌封。
46.开始灌封前，使用真空灌封机完成绕制电感传热灌封结构5min-10min真空排气处理，减小空气对灌封胶料传导散热能力的不利影响。整个灌封过程中，为保证灌封结构内灌封胶料充分填充并凝固，整个灌封过程逐步分层完成。
47.第1次灌封胶料填充高度不超过最低处的灌封标尺线11，本实施例中最低处的灌封标尺线11的高度为10mm。因压板4预留灌封口5以及第一绝缘膜302和第二绝缘膜303预留灌封孔305，灌封过程中即可将提前预热的液体状灌封胶料沿压板4上的灌封口5以一定的速度和压力注入。随着灌封过程进行，流动的灌封胶料首先充分填充强化传热导热柱2与绕制电感3内环之间轴向空间(即灌封腔)，然后通过第二绝缘膜303的径向灌封孔305依次充分填充第二绝缘膜303与电感绕组304及第一绝缘膜302之间缝隙、电感绕组304与电感磁环301及第一绝缘膜302之间的缝隙，进而实现绕制电感3第1次无拆卸快速高效灌封处理。灌封后，电感磁环301、电感绕组304、第一绝缘膜302和第二绝缘膜303均与灌封胶料充分接触，有效增加绕制电感3内部、绕制电感3与导热柱2之间的散热面积和传热路径，提高其热设计可靠性和工艺加固抗力学环境适应性。继续使用真空灌封机完成绕制电感传热灌封结构5min-10min真空排气处理，然后取出整个灌封结构放置于烘箱中，在50℃
±
5℃温度条件下持续保温4h～6h，使灌封结构内灌封胶料充分填充并凝固。第1次灌封过程中，多余的灌封胶料沿着绕制电感3外侧面以及绕制电感3底部与导热绝缘膜10缝隙依次通过灌封胶料引流槽8有序定向流入灌封胶料止流槽7，有效避免灌封胶料对绕制电感周边元器件产生重复灌封、遮挡焊点引线、外观形貌不良等不利影响。
48.记第1次灌封胶料后形成的胶料顶面为a面，如此重复上述步骤，即可逐步逐层完成以a面、绕制电感内环、压板4为边界形成的轴向空间强化传热灌封处理，完成绕制电感3内部的强化传热灌封处理，有效增加绕制电感3与导热柱2之间的散热面积，提高其热设计与热管理能力。绕制电感3的低热阻散热通路如图7所示，通过此散热通路即可将绕制电感3产生的热量逐步传递到绕制电感传热灌封结构的基板热沉，实现绕制电感低成本、快速高效、强化传热灌封处理。
49.按照本发明所描述的一种绕制电感传热灌封结构，使用选定导热胶(导热系数:3w/mk)完成某大功率电源产品内部多个绕制电感的强化传热灌封结构设计及三防灌封实施，定义为测试产品1。为对比分析验证该设计方法在强化传热过程中的有效性，另一组产品按照传统方法处理，定义为测试产品2，然后将两组待测产品放入真空罐内进行50℃对比热真空试验，温度测试结果表明：
50.1)同一温度条件下，120min后测试产品1的温度数据逐步收敛稳定，结果如图8所示，其电感磁环温度为94℃，热沉结构温度为50℃，散热路径热阻为2.9℃/w。测试产品2的温度一直上升，120min后电感磁环范围为175℃-200℃。
51.2)测试产品1中绕制电感传热灌封结构的温度一致性较好，等温性有明显优势，强化传热效果良好，满足产品在热真空环境中的工程应用需求，表明该设计方法有效合理可行，能够有效实现绕制电感低成本、快速高效、强化传热灌封结构设计与实施。
52.本发明的绕制电感传热灌封结构包含限位安装结构和强化传热导热柱结构，可高效快速实现绕制电感的限位导向装配操作，进而在轴向压力作用下实现绕制电感的安装紧
固，明显提高作业过程中的装配生产效率。此外本发明的绕制电感传热灌封结构包含灌封胶料定向引流槽和灌封胶料止流槽结构，可有效定向引流并承容多余灌封胶料，避免胶料对其他零部件产生遮挡焊盘引线、外观形貌不良等不利影响。本发明的绕制电感传热灌封结构预留灌封通路，整个灌封过程无需拆卸压板，即可让导热胶充分填充绕制电感与灌封结构之间的间隙，使得整个灌封操作过程简单可靠，成本低廉，快捷方便，有效简化了绕制电感与安装结构热沉之间的灌封操作过程，降低了产品研制生产成本，提高灌封操作生产效率与性价比，能够有效实现绕制电感和灌封结构之间的低热阻散热通路设计，提高绕制电感的热设计可靠性和工艺加固抗力学环境适应性。本发明整个设计方案合理可行，结构简单可靠，产品研制过程容易实现，能充分发挥预留灌封通路、电感限位安装结构、强化传热导热柱定向结构在绕制电感强化传热过程中的优势。
53.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。