用于磁性电力单元的导热性绕线筒的制作方法

文档序号:33903565发布日期:2023-04-21 10:37阅读:21来源:国知局
本发明属于用于磁性电力单元(magnetic power unit,磁性电源装置)的电感线圈元件的领域,且主要涉及一种绕线筒(bobbin),其首先是导热性的,同时还具有高的介电强度(dielectric rigidity),即高电阻率。本发明还涉及包含磁芯和绕线筒的电感单元(inductive unit,感应单元),并且涉及电感组件,特别是呈包括数个电感单元的变压器形式的电感组件,这些电感单元被封装(encase,封围)在呈模制壳形式的导热性单体件内。
背景技术
::1、us6143819a披露了一种复合片材,其在导热率(导热系数)、热耐受性、电气特性、化学耐受性、机械特性等方面表现优异,该复合片材包括纤维状有机复合物、无机填料和基质树脂(matrix resin),其中所述纤维状有机复合物包括聚芳基酰胺纤维,并且所述填料的导热率在20℃时为1w/mk或更高,从而适合用作回转式机械或变压器领域中的电绝缘材料。2、ep1772877b1(es2337279t3)涉及一种改善了散热性的mf变压器,且还披露了一种电感元件(例如变压器)或扼流装置(choke,轭部),但具体而言是一种借助电流隔离的中频变压器(mf变压器),诸如那些在例如铁路运输技术及产业内使用的中频变压器。3、ep3796342a1(属于premo所有)披露了一种包含数个磁性单元的变压器组件,这些磁性单元设置在金属盒中对应的数个腔室内。该金属盒(其可由铝、铝合金或镁合金制成)包括多个金属导热壁以封围/限定每个磁芯及对应的第一线圈、第二线圈和盖。金属盒的材料的导热率高于70w/mk,且该变压器组件还包含限位部(stopper,止挡部),其在该实施例中为密封的电端,使得磁性单元的初级/次级绕组的连接处于爬电/间隙电绝缘(creepage/clearance electrical isolation)的极限范围之内。这一点对于避免对导热性复合物的电绝缘性的依赖而言很重要,该复合物对爬电/间隙距离短的区域填补差距。此外,这种限位器还有助于将磁芯稳固地保持在金属盒的每个腔室内。4、ep3796342a1的金属盒被定制设计有基部,其包含一个或多个开口以适应绕组区域的公差。这些开口使得当磁芯被安装成附接到液冷散热板时,从绕组到冷却铝板的距离可以极小,由于传热回路减小到其材料厚度的最小值而允许进行最优的传热。这样,在铜(绕组)中产生的损失因此在更短的时间间隔内以可能的最有效方式被消除。类似地,该金属盒被设计为具有专门调整过的、内部升高的支撑部,以与磁芯的均一表面相容。这种内支撑部与磁芯直接接触,使得因磁芯中的电力损失而产生的热量能够最大化的消散。这些热量从磁性材料直接传递到金属盒,后者则将热量传递到液冷板。该金属盒还包括多个安装孔以将金属盒附接到安装位置。5、此内支撑部安装位置与磁芯直接接触。这使得因磁芯中的电力损失而产生的热量能够最大化的消散。这些热量从磁性材料直接传递到金属盒,后者则将热量传递到液冷板。6、此外,ep3796342a1中的磁性单元的磁芯被安装在金属盒的不同腔室内,其中央部分在同一高度,即处于同一水平位置,使得电力变压器组件的工作过程下的等温梯度被实现。7、除了上述方面之外,将切换频率增大到五倍会使每周期的损失增加,进而要消散的热量也增加。类似这种情况的一种最佳设计使每周期的损失降低,但同时也加快散热以保持温度低于故障风险水平(<180℃)。8、ep2188200(属于premo所有)专利申请也披露了一种电力变压器组件,包括数个磁性单元,每个磁性单元具有多个磁芯和绕线圈,其设置在金属盒的一个或多个腔室内,并由sintered spark plasma(sps)生产的金属导热壁、纳米石墨和盖所限定。9、cn111161940a(egston)介绍了一种多相变压器,其包括壳体(housing)和电感变压器单元,该电感变压器单元包含磁组件、初级线圈、次级线圈和电感线圈。在壳体中形成有至少三个放置空间,并且该壳体包含阻挡在两个相邻的放置空间之间的阻隔壁,每个放置空间都设有一个电感变压器单元。10、kr20080047015a(lg)披露了一种由可注射及可聚合的热塑性组合物制成的导热性绕线筒,其包括:含量为相对于组合物总重量的5%至15%之间的塑性聚合物、薄铝片、相对于组合物总重量的5%至90%之间的碳化硅微颗粒;以及相对于组合物总重量的至多10%的添加剂。此方案并不会使导热性绕线筒具有高的介电强度。11、绝大多数导热塑性材料包含有导电性的配料(charge,装料),因此当有磁场存在时会引起涡流损耗。由此,极少数高频电力变压器能够与导热性绕线筒一起操作使用。目前市场上已知的这些导热可注射材料有诸如celanese的产品“coolpoly”,或包含石墨的lord或lati的产品(极具导电性)。为确保这些材料不具有导电性,它们使用al2o2氧化铝纳米球,即一种高纯度的传导性的陶瓷,且是电绝缘的。这使得此种材料非常复杂且昂贵,而且在注射时存在流变学问题。12、因此,尽管存在上文提及的电力单元的相关领域的技术背景中描述的技术发展,但仍然需要一种可供选择的改进,以进一步增强磁性电力单元的散热,且同时并不使其尺寸和成本增加,为此目的,本发明提出:容置绕组的一个或多个绕线筒、即线圈架(coilformer),也应当对这种散热做出显著贡献。13、为此目的,我们建议制造由聚合组合物形成的塑性材料的绕线筒,该材料中使用了绝缘性金属配料和半导体sic填料的混合物。技术实现思路1、为实现超出前文提及的
背景技术
:的结果的前述提高磁性电力单元中的散热性之目的,并且为控制成本,本发明提出每个电磁元件要使用这样的绕线筒:其不仅具有高的电热传导性,而且具有极高的电绝缘性。2、本发明提供了一种用于磁性电力单元的导热性绕线筒,该绕线筒是由可注射(injectable)的热塑性组合物制成,该热塑性组合物被注入模具内并进行聚合,所述可注射的热塑性组合物包括:3、塑性聚合物,其含量为相对于所述可注射的热塑性组合物总重量的5重量%至15重量%之间;4、矿物油中的铝纳米颗粒分散体,其含量为相对于组合物总重量的25重量%至55重量%之间;5、碳化硅微颗粒,相对于组合物总重量的20重量%至45重量%之间;以及6、相对于组合物总重量的至多10重量%的添加剂,7、导热性绕线筒是将可注射的热塑性组合物加以聚合及网状化(reticulation)而制成的,并具有高于5kv/mm的介电强度。8、为实现一电磁元件,如本领域内所知的,一磁场(其是借助或不借助磁芯产生的)围绕所述导热性绕线筒闭合。9、根据本发明的原理,前文所指的塑性聚合物是从包括如下材料的组群中选择的:聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚己内酰胺、聚(已二酰胺)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮(polyether ether ketone)和聚酰亚胺,并且添加剂为分散剂、润滑剂(诸如硅油)、阻燃剂(例如氢氧化铝)、或者它们的组合。10、根据一优选实施例,该分散剂是聚乙烯亚胺与聚羰基烯氧基(polycarbonylalkylenoxy)的缩合产物(已知为solperse)。11、在一实施例中,铝纳米颗粒的d50(中位径)等于或小于100nm,而碳化硅微颗粒的d50等于或小于10μm。12、当上述的可注射组合物聚合及交联并被构造成绕线筒的形式时,对其进行的测试显示其具有高于10kω/mm的电阻率以及大于1.8w/mk的导热率。13、这里披露的导热性绕线筒的材料,由于借助无机立体分散剂(stericdispersants)、借助聚合物基质和矿物油而使其配料彼此隔绝,因此该材料具有高的电阻率,从而支持对磁场导致的电流感应的高阻抗。14、本发明还涉及一种电感单元,其包含至少一个磁芯和绕线筒;以及涉及一种呈变压器形式的电感组件,其包含数个电感单元,优选在至少400khz的切换频率下操作。15、在这种电感组件的一实施例中,所述数个电感单元被封装在一导热性单体件内,该单体件由纯铝制成并呈具有多个竖向壁的注射模制外壳的形式,这些竖向壁限定了多个壳体,每一壳体的尺寸被设计为能至少容纳一个电感单元。该注射模制外壳填充有导热率高于0.8w/mk的聚酰亚胺绝缘材料。16、应理解的是,对几何位置的规定(如平行、垂直、相切等)允许有从以该术语定义的理论位置偏离至多±5°的偏差。17、还应理解的是,任何给定的数值范围可能在极值方面都并非最佳,合适的是可能需要本发明适应这些极值,这种适应是本领域技术人员能够做到的。18、本发明的其他特征通过以下对实施例的详细描述而显现。当前第1页12当前第1页12
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