[发明专利]用于功率电子系统的紧凑型磁性功率单元

说明书

一种用于功率电子系统的紧凑型磁性功率单元。磁性功率单元(100)包括磁芯(10)，其包括分别围绕相互正交的第一、第二和第三交叉轴线(A‑A、B‑B、C‑C)布置的第一、第二和第三绕组沟槽(2a、2b、2c)，每个所述绕组沟槽(2a、2b、2c)用于接收围绕磁芯(10)缠绕的一个线圈，每个线圈具有至少一匝。交叉轴线(A‑A、B‑B、C‑C)限定提供八个八分圆的正交平面，每个八分圆包括限定突出间隔件(20)的突起，突出间隔件通过所述绕组沟槽(2a、2b、2c)而彼此间隔开。磁芯(10)是由被组装在一起的若干不同的局部磁芯形成的组合芯，包括各自包括四个突出间隔件(20)的两个侧局部磁芯(12)。磁芯(10)还包括容纳散热装置(50)的通孔(30)。

技术领域

本发明涉及一种显著减小尺寸的集成式磁性功率单元，其包括：磁芯，该磁芯包括分别围绕相互正交的第一、第二和第三交叉轴线布置的第一、第二和第三绕组沟槽，所述绕组沟槽中的至少两个绕组沟槽、且通常这三个所述绕组沟槽均接收被缠绕在磁芯周围的至少一个线圈，每个线圈具有至少一匝，并且磁性功率单元还包括一个用于芯的散热的装置，该装置包括非金属导热元件。

所提出的磁性功率单元已被专门设计成用于开关功率电子系统的高频变压器，这意味着用于频率优选地被包括在10KHz与1MHz之间的磁场，其中热量不能用导电元件来疏散，这是因为损耗将大于被疏散的热量。

这种磁性功率单元特别适合用作例如电力领域中的变压器或电感器，并且被设想用于操作高功率电气装置，尤其可用于当今正飞快增长的混合电动车辆(HEV)领域。新型电动车辆内部需要越来越多的功率电子设备，不仅适用于具有速度和转矩控制的电动机电源，还适用于高电压(HV)电池充电器和稳定的车载连续低电压(LV)电源。

本发明的磁性功率单元进一步响应于磁性单元上的新体积效率概念(主要是当涉及3D磁通量时高度的复杂性和更好的体积性能)，其中磁芯包括围绕磁芯的若干正交绕组，以在芯内的所有点处产生两个或三个基本正交的磁场。

根据该描述将理解的是，对几何位置(诸如平行、垂直、相切等)的提及，允许从由该术语定义的理论位置偏差达±5°。还应当理解，所给出的任何值的范围在极值中可能不是最佳的，并且可能需要将本发明调整为使得这些极值可用，这种调整在本领域技术人员可及范围内。

背景技术

US 4210859公开了一种可用作各种应用中的电感器或变压器的感应装置，其包括用于在芯内的所有点处产生两个或三个基本正交的磁场的磁芯和正交绕组。该专利文献的图16和图17公开了用于在相同芯上容纳若干正交绕组的感应装置结构的实施例。然而，当详细描述三轴感应装置时，该公开没有解决与芯的构造相关以及与电感器的自热相关的至少两个问题，而当该三轴感应装置是变压器或与变压器相关联时，若主要在高功率条件下运行，后一个问题会使得该提议实际上不可行。

已试图用不同的方法来尝试并且从磁性功率单元(特别是在功率变压器的情况下)的芯中移除由产生的傅科电流(Foucault current)引起的热量。

DE19814896公开了一种用于高电流的功率变压器，其具有由软磁高磁导率材料制成的闭合圆柱形芯、高饱和感应值和低磁损耗。该功率变压器缠绕有初级线圈和次级线圈。芯位于随后以合适的树脂填充的壳体内。由金属体容器制成的至少一个绝缘杆状或管状的热管(9)被设置在附接到芯的中央，该金属体容器填充有用于冷却该单元的液体。热管形成变压器绕组的至少一部分。

EP0498897(B1)揭示了一种可用作电子设备中的加热部分的冷却装置的电气布线材料，以及具有也用作冷却装置的一侧线圈的变压器。该文献公开了一种用于电气布线的具有冷却功能的材料。该材料的特征在于其包括细长中空导体，操作液体被密封在所述中空导体中。此外，该EP专利涉及一种变压器，其中用于电气布线的材料被用作其低电压侧上的线圈。由于被从中流过的大电流加热的线圈自身消散热量，所以没有必要提供其它的盘绕式装置。