[发明专利]高耐压强散热的混合材料变压器骨架组成的变压器

说明书

公开了一种变压器，包括由内到外分别布置的磁芯(7)、低压侧骨架(3)、低压侧线圈绕组(4)、高压侧骨架(1)、高压侧线圈绕组(2)、外套筒(5)，高压侧绕组(2)绕制在高压侧骨架(1)套筒外壁，低压侧绕组(4)绕制在低压侧骨架(3)套筒外壁，底盖设置在低压侧骨架、高压侧骨架、外套筒两端部，低压侧骨架与高压侧骨架之间的间隙、高压侧骨架与外套筒之间的间隙以及底盖与低压侧骨架、高压侧骨架和外套筒之间的间隙均由高导热绝缘胶填充。线圈绕组产生的热量一部分通过低压侧骨架、高压侧骨架传导到底盘上进行散热，另一部分通过高导热的绝缘胶将热量传递到外套筒进行散热。

技术领域

本发明涉及大功率磁性元件设计领域，特别涉及一种高耐压强散热的混合材料变压器骨架组成的变压器。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，大功率隔离型开关电源的应用也越来越广泛。变压器作为隔离型大功率开关电源的核心器件，它不仅仅起着电气隔离的作用，同时还可实现电压等级转换以及能量传输等重要作用。因此，变压器性能的好坏将直接影响隔离型开关电源的可靠稳定运行，而变压器的性能除合理的设计，还取决于其热稳定性和绝缘特性。

首先，影响变压器热稳定性的主要因素是磁芯损耗和绕组损耗。磁芯损耗是磁芯在交变或脉动磁场而引起的功率损耗，以热的形式存在；而绕组损耗是指由于线圈绕组存在寄生的欧姆电阻产生的功率损耗，同样是以热的形式存在。且变压器的工作频率越高，磁芯损耗和绕组损耗越大，而变压器产生的热量无法导出，热量不断积累，温度逐渐升高，将会影响变压器的热稳定性，造成变压器损坏电力电子装置崩溃。其次，当变压器的电压等级较高时，常由于高压击穿造成变压器损坏，引发高压击穿的原因主要有两种，一种是爬电距离不够引起的空气击穿；另一种是由于变压器骨架材料的耐压能力不够引起的击穿。不管是哪种击穿均会使得变压器损坏，进而使系统崩溃。

因此，变压器的热稳定性和绝缘特性成为了制约大功率电力电子发展的关键，目前市面上线圈骨架材料一般常用塑胶(电胶木)，或塑料(尼龙)，这些材料仅能保证线圈与骨架或线圈与铜皮之间的电气绝缘，其骨架本身并不能传导热量，这就致使热量不断积累，温度升高，损坏变压器进而使系统崩溃；并且在高电压等级的应用场合下，传统骨架常因为绝缘耐压不够造成击穿，进而损坏电力电子装置。因此，就迫切需要一种同时具有良好散热能力与绝缘能力的变压器骨架，来增强电力电子装置的热稳定性和装置可靠性。为解决这一难题，本发明提出了一种高耐压强散热的混合材料变压器骨架。

发明内容

本发明提出了一种高耐压强散热的混合材料变压器骨架，采用新型的导热氧化铝陶瓷材料与3D打印的尼龙材料结合，氧化铝陶瓷材料具有很高的导热系数，与尼龙材料相比导热性能更好；耐热特性好，可以承受2000℃的极热；绝缘性能远高于普通绝缘塑胶和塑料；热膨胀系数与介电常数均较低；其材质机械强度高，在严酷的条件下仍能工作，非常适合作绝缘导热材料。因此，低压侧骨架采用3D打印的尼龙材料，方便设计出最优的形状，将氧化铝陶瓷材料制作成变压器高压侧骨架，将变压器线圈绕组产生的热量通过骨架传导到外部散热，帮助变压器散热降温，提高其热稳定性，同时降低成本。

根据本发明实施例的一方面，提供一种变压器，包括：

低压侧骨架，所述低压侧骨架为空心圆柱体；

磁芯，所述磁芯设置在所述低压侧骨架内；

低压侧绕组，所述低压侧绕组绕制在所述低压侧骨架外壁；

高压侧骨架，所述高压侧骨架为与所述低压侧骨架结构相同且高度一致的空心圆柱体，其套在所述低压侧绕组外侧，所述高压侧骨架采用绝缘、耐高温、高导热率的非金属材料；

高压侧绕组，所述高压侧绕组绕制在所述高压侧骨架外壁；

外套筒，所述外套筒套在所述高压侧绕组外侧；以及