一种大功率风冷模块变压器及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种大功率风冷模块变压器及其设计方法,其是将该变压器设计为一种区域分部的结构，借助所述区域分布法将该变压器的窗口划分为三个区域：第一绕线区域A、第二绕线区域B及避气隙区域C，并将中间部分的避气隙区域C设计为具风道结构的避气隙部分，绕线时是分别在第一绕线区域A和第二绕线区域B内进行，从而能在有效利的用风道散热的同时又使线包完美避开了气隙，以提高变压器内部线包和磁芯以及该变压器后方被遮挡器件的散热，并避免气隙磁场切割导致线包异常发热。

A high power air cooling module transformer and its design method

【技术实现步骤摘要】
一种大功率风冷模块变压器及其设计方法
本专利技术涉及变压器设计领域，尤指一种大功率风冷模块变压器及其设计方法。
技术介绍
目前，随着新能源汽车的使用量越来越多，作为配套设施，充电桩的架设需求也就越来越多，但是受制于设置场地的限制，虽然充电桩模块功率越来越大，体积却需要保持不增加。因此，对于模块内部最为关键的主功率器件之一变压器的设计就要受到空间和功率的双重约束。需要变压器的体积尽量小，线经尽量粗，磁芯窗口利用率尽量高，且绕制线包需避开气隙，这对主变压器的设计提出了更高的要求。而传统的主功率变压器，随着功率的增加，变压器体积会相应增加，且其绕制所使用的线经也会增加，因而导致磁芯窗口会被高度占据，进而导致基本无风可以吹到变压器后侧。因此带来的后果是，处于背风侧的磁芯、线包以及变压器后方被遮挡的器件散热能力很差，给充电模块设计带来了很高的技术难度。一般来说，磁性元器件的设计需要考虑磁材、线经、圈数、电感量等参数。磁材的选型，受空间体积的限制，通常需要选择Aw(窗口面积)尽量大、Ae(磁芯有效截面积)尽量大的型材；线材的选型，在保证可以完成绕制的前提下，需要根据流经变压器的电流有效值和电流密度(风冷模块电流密度一般小于8A/mm2)选择线经尽量大的；圈数设计时需要考虑ΔB，以使得磁芯不会出现饱和，根据公式可以计算出圈数(其中，Lm为变压器初级电感量；工作频率在100k以上时，ΔB一般应小于0.2，且越小越好)；主网络设计好电感量参数，磁材完成选型后，则可以计算出气隙的大小，根据公式可以发现电感量越小，圈数越多，型材Ae越大，则必然会导致气隙越大，而气隙带来的散磁会因切割线包而增加线包的损耗，导致线包的温升急剧增加，设计时必须要考虑使线包避开气隙。目前，常见的大功率变压器避气隙的方法多采用“挡墙”来避开气隙，“挡墙”是一个封闭的实体空间，既不能绕线又不能通风，降低了磁芯窗口的利用率。为减小变压器的漏感，常用的设计方法多采用“三明治”绕制，即初次级线包采用互相包裹的方式绕制，这样绕制的线包会多次穿过气隙磁场，其不仅不能有效规避气隙，还会降低磁材的窗口利用率；并且由此导致变压器磁芯和线包的中心部分(热量最集中的位置)被完全遮盖难以有效散热。在采用风冷方式的变压器中，这一问题尤其明显，为此，专利技术人经长期研究，提供了一种主功率变压器及其设计方法，通过该方法设计的变压器可应用于风冷模块中，以解决因主功率变压器本身引起的温升过高，以及变压器后方被遮挡器件温升过高的问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术主要目的在于，提供一种大功率风冷模块变压器及其设计方法，其可有效规避气隙，并提高磁材的窗口利用率；以及同时能解决由于变压器最热的磁芯或线包的中心部分被完全遮盖难以有效散热的问题，并且进一步解决变压器后方被遮挡器件温升过高的问题。为达上述目的，本专利技术提供了一种大功率风冷模块变压器设计方法,其是将该变压器设计为一种区域分部的结构，借助所述区域分布法将该变压器的窗口划分为三个区域：第一绕线区域A、第二绕线区域B及避气隙区域C，并将中间部分的避气隙区域C设计为具风道结构的避气隙部分，绕线时是分别在第一绕线区域A和第二绕线区域B内进行，从而能在有效利的用风道散热的同时又使线包完美避开了气隙，以提高变压器内部线包和磁芯以及该变压器后方被遮挡器件的散热，并避免气隙磁场切割导致线包异常发热。其中，优选的是，该方法可将所述变压器化分为两部分变压器，且两个线包分别在第一绕线区域A、第二绕线区域B中进行绕制，最后再进行并联使用，以使所述绕制方式方法完全一致，使得两部分线包的特性参数高度一致，且处于同一磁芯下，基本可以不用担心不均流问题。较佳的是：区域A、区域B两部分的磁芯可以采用均分气隙，即上下两部分的气隙打磨同样大小，一方面使得气隙正好平分在区域C部分，一方面使得上下部分的磁芯保持一致性，同线包一样提高了可生产性。其中，较佳的是，在所述第一绕线区域A的绕组出线时，使该出线设在线包层外侧，以使其远离气隙。并且所述出线进一步的可设于变压器磁芯不遮挡风道的一端。优选的是，在该方法中将第一绕线区域A及第二绕线区域B分别设置为绕线槽，所述绕线槽邻近避气隙区域C的分隔板之间通过连接部连接，使所述分隔板、连接部及磁芯之间形成前后连通的风道。此时所述连接部可包围磁芯的芯柱部分，并且包裹部分对应磁隙可设有至少一条长条状的开窗。本专利技术还提供了一种由此方法设计的一种大功率风冷模块变压器,该变压器的窗口具有三个区域：第一绕线区域A、第二绕线区域B及避气隙区域C，其中，线圈分别缠绕在第一绕线区域A和第二绕线区域B内，而位于中间部分的避气隙区域C与该变压器磁芯的磁隙位置相对应，同时该避气隙区域C具有用于散热的风道结构，以能在有效利的该用风道结构散热的同时又使所述线包避开气隙，以提高变压器内部线包和磁芯以及该变压器后方被遮挡器件的散热，并避免气隙磁场切割导致线包异常发热。其中，较佳的是，所述风道结构由所述线区域的绕线槽端面及磁芯侧壁构成。并且进一步的，将其中避气隙区域C设为禁止绕线部分，并能同时作为通风道使用；而第一绕线区域A和第二绕线区域B分别为绕线区，且绕线时禁止交叉。进一步的，所述第一绕线区域A及第二绕线区域B的所述绕线槽端面之间设有连接部，所述连接部可为导流肋条或者是变压器容置磁芯的骨架。优选的所述连接部包裹该变压器的磁芯。并且在不影响强度的基础上，可在所述连接部对应于磁隙的位置设置多个散热窗口。本专利技术有益效果在于，借助上述技术方案，充分利用了充电桩模块是风冷模式的特点，设计了一种区域分部变压器，有效利用风道的同时又完美避开了气隙。既提高了变压器内部线包和磁芯的散热，又避免了气隙磁场切割导致线包异常发热，实现了双赢。附图说明图1为本专利技术的设计方法设计的大功率风冷模块的区域分部式变压器的内部结构示意图；图2为本专利技术的设计方法设计的具专用骨架的区域分部式变压器变的3D效果图；图3为图2所述的变压器绕制示意图。其中：A第一绕线区域B第二绕线区域C避气隙区域11风道N1-A、N2-A、N1-B、N2-B为线号，最终N1-A和N1-B并联到期一起，作为N1绕组；N2绕组同理。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案做进一步具体的说明。针对以上问题，本专利技术提出了一种大功率风冷模块的区域分部式变压器设计方法，其是通过将变压器设计为一种区域分部的结构的设计方法，借助区域分布法将所述变压器的窗口划分为三个区域(第一绕线区域A、第二绕线区域B及避气隙区域C)，将中间部分也就是位于避气隙区域C的避气隙部分设计为风道结构，并以避气隙部分为分界线，在其余的部分绕线，从而能在有效利的用风道散热的同时又使线包完美避开了气隙。既提高了变压器内部线包和磁芯的散热，又避免了气隙磁场切割导致线包异常发热，实现了双赢。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1及图3所示，本专利技术借本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率风冷模块变压器设计方法,其特征在于，其是将该变压器设计为一种区域分部的结构，借助所述区域分布法将该变压器的窗口划分为三个区域：第一绕线区域A、第二绕线区域B及避气隙区域C，并将中间部分的避气隙区域C设计为具风道结构的避气隙部分，绕线时是分别在第一绕线区域A和第二绕线区域B内进行，从而能在有效利的用风道散热的同时又使线包完美避开了气隙，以提高变压器内部线包和磁芯以及该变压器后方被遮挡器件的散热，并避免气隙磁场切割导致线包异常发热。/n

【技术特征摘要】
1.一种大功率风冷模块变压器设计方法,其特征在于，其是将该变压器设计为一种区域分部的结构，借助所述区域分布法将该变压器的窗口划分为三个区域：第一绕线区域A、第二绕线区域B及避气隙区域C，并将中间部分的避气隙区域C设计为具风道结构的避气隙部分，绕线时是分别在第一绕线区域A和第二绕线区域B内进行，从而能在有效利的用风道散热的同时又使线包完美避开了气隙，以提高变压器内部线包和磁芯以及该变压器后方被遮挡器件的散热，并避免气隙磁场切割导致线包异常发热。


2.根据权利要求1所述的一种大功率风冷模块变压器设计方法，其特征在于，该方法将所述变压器化分为两部分变压器，两个线包分别在第一绕线区域A、第二绕线区域B进行绕制，最后再进行并联使用，以使所述两个线包绕制方式方法完全一致，使得两部分线包的特性参数高度一致，且处于同一磁芯下，避免了不均流问题。


3.根据权利要求2所述的一种大功率风冷模块变压器设计方法，其特征在于，在所述第一绕线区域A的绕组出线时，使该出线设在线包层外侧，以使其远离气隙。


4.根据权利要求3所述的一种大功率风冷模块变压器设计方法，其特征在于：所述出线设于变压器磁芯不遮挡风道的一端。


5.根据权利要求1所述的一种大功率风冷模块变压器设计方法，其特征在于：将...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐艳超，张现民，陈超飞，李金洁，李维旭，
申请(专利权)人：石家庄通合电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13