CN113825807A - 用于密封电力变压器组件的导热复合物和电力变压器组件 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于密封电力变压器组件的导热复合物和一种电力变压器组件。导热复合物包括硅树脂和填料。填料至少包括第一填料或主填料和第二填料。第一填料是天然矿物填料，包括细碎的石英、石英岩、大理石、沙子和/或碳酸钙。第二填料包括给定量的氢氧化铝，以降低硅树脂的线膨胀系数并增加热导率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于密封和封装电力变压器组件的导热复合物。本发明还涉及一种包括所述导热复合物的电力变压器组件。
针对电力变压器和电力磁性部件，已经专门开发了包括柔性有机硅基树脂和多种填料的导热复合物，该电力变压器和电力磁性部件可能会因其工作循环而面临高热要求并且具有1.4W/mK至2.6W/mK的热导率。
背景技术
日本专利JP4172113B2公开了一种能够提供注塑成型产品的阻燃树脂组合物，其是通过使用无卤阻燃剂而被赋予阻燃性能，并且同时具有优异的防潮性和正面阻力以及驻留稳定性。该树脂组合物的耐热性、耐湿性和保持稳定性优异，并且用于电线涂覆材料和成型品，例如连接器、继电器、开关、外壳构件、变压器构件、线圈骨架等电气和电子元件，等等。
日本专利JP3807139B2公开了一种电气和电子元件，例如点火线圈，其具有长寿命和高耐用性，适用于更高的封装密度和更高的集成度。该电子元件用环氧树脂或硅树脂密封。此外，为了降低线膨胀系数并提高热导率，一般可以添加诸如二氧化硅和氢氧化铝这样的无机填料。
日本专利申请JP2003163131A公开了一种制造树脂成型线圈的方法，其中在线圈周围涂覆树脂。
专利文献US5021494、US7566500B1、US6025435A、US20080111111A1和US2015376488A1公开了不同的导热硅组合物，它们可用于例如电子封装中的热界面材料的应用以及用作变压器、电源、线圈和其他需要改进散热性能的电子装置的导热复合材料。
专利文献US2003050419A揭示了一种用于封装电路的高导热性可旋转浇注复合物，其包括导热硅凝胶。
专利文献US9074108公开了一种适于灌封电子元件的灌封料；特别是大体积线圈，例如梯度线圈，其由支撑基质组成，其中分布有至少一种由聚合物纳米颗粒制成的第一填料。支撑基质还包括：至少一种用作阻燃剂的第二填料以及至少一种包括无机颗粒的第三填料。无机颗粒可以由二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、碳酸钙镁(CaMg(CO3)2)、二氧化钛(TiO2)、合成陶瓷、沸石、白垩、滑石(Mg3Si4O10(OH)2)、硅灰石(CaSiO3)和/或纯碳基颗粒组成。
尽管引用了已知的技术方案，但是仍然期望具有增加的散热性并保持部件完整性的密封变压器组件的新实施方式。还需要用于密封和封装这种电力变压器组件或其他电子元件的新型导热复合物。
发明内容
为此，本发明根据第一方面提供一种用于密封电力变压器组件的导热复合物。导热复合物如本领域已知的那样包括填料，该填料至少包括第一填料(或主填料)和第二填料。第二填料包括给定量的氢氧化铝。
与已知提议不同的是，第一填料是天然矿物填料，例如细碎的石英、石英岩、大理石、沙子、碳酸钙和/或它们的组合。此外，导热复合物还包括硅树脂。
氢氧化铝特别是降低了硅树脂的线膨胀系数，并且还增加了硅树脂的热导率。
在一些实施例中，导热复合物还可以包括第三填料，所述第三填料包括给定的有限量的导电颗粒，其确保导热复合物在高于10KV的电压下的电绝缘。
根据第二方面，提供一种电力变压器组件，该电力变压器组件如本领域已知的那样包括(至少一个)磁芯，该磁芯具有(至少)第一和第二缠绕线圈，这些元件由具有机械灌封能力的导热复合物密封，导热复合物包括填料。
填料可以包括第一填料(或主填料)和第二填料。第二填料特别包括给定量的氢氧化铝。
与上述已知提议不同的是，在本发明中，导热复合物还包括硅树脂，并且第一填料包括天然矿物填料，例如由细碎的石英、石英岩、大理石、沙子、碳酸钙和/或它们的组合制成。
所计划的是在相同的导热复合物中使用具有不同粒度的不同的天然矿物填料，通过细碎和压实相结合。
在一实施例中，第一填料在导热复合物中的比例在60％与90％之间。相对于包括硅树脂的导热复合物的总重量，所述给定量的氢氧化铝以重量计可以在1-5％的范围内。
在一实施例中，导热复合物还包括第三填料，该第三填料包括给定量的导热和导电颗粒，例如金属颗粒、金属氧化物、石墨等，它们为导热复合物提供电阻，但所述颗粒的数量被限制为能保证导热复合物在低于10KV电压下电绝缘。第三填料中导热和/或导电颗粒的存在决定了导热复合物的热导率的显著增加，并因此决定了其排热能力的提升。
所提出的电力变压器可以包括多个部件或磁性单元，每个部件或磁性单元均包括磁芯和绕组，所述多个部件或磁性单元被布置为它们的中心部分处于同一水平，从而在包括所述磁性部件或磁性单元的电力变压器的工作运行下实现了温度的等温梯度。
此外，根据一特定实施例的磁芯和缠绕线圈被布置在由金属导热壁界定的壳体(例如带盖的金属盒)内。金属盒可以由不同的材料制成，例如热导率高于70W/mK的铝、铝合金或镁合金。
在一实施例中，金属盒在盒底壁上设有开口并与所述绕组相对应，并根据该绕组调整尺寸，该开口允许朝向位于邻近位置中的散热装置(例如液体冷却散热板)有最佳的热传递。
附图说明
参照附图并基于以下实施例的详细描述，将更充分地理解前述的和其他的优点及特征，附图必须以说明性和非限制性的方式来考量，其中：
图1以分解立体图示出了所提出的具有多个磁性单元的电力变压器组件的示例。
图2示出了根据图1的电力变压器组件的磁性单元之一的横截面图。
图3以另一分解立体图示出了用于装载电力变压器组件的磁性单元的金属盒。
具体实施方式
本发明提出一种电力变压器组件1和一种用于密封电力变压器组件1的导热复合物10。导热复合物10为电力变压器组件1提供热传导能力和机械封装。
参照图1和图2，根据本发明的第一示例性实施例的电力变压器组件1包括多个磁芯12A、12B，每个磁芯包括缠绕于其的第一线圈和第二线圈(应当注意的是，电力变压器组件可以包括单个磁芯12A、12B和更多的线圈)。电力变压器组件1被导热复合物10密封，该导热复合物由硅树脂(silicone resin)以及第一填料和第二填料制成。
通过受控的超压将导热复合物注入电力变压器组件1中，去除空气并以导热复合物代替，然后导热复合物被固化。这使得电力变压器组件1的材料之间的所有热界面从实际的0W/mk(空气)增加到最低1.4W/mk，并显著增加了变压器组件1的散热能力。
第一填料由天然矿物填料制成，例如细碎的石英、石英岩、大理石、沙子、碳酸钙和/或它们的组合。由此，在提高变压器的散热能力的同时也显著降低了电力变压器组件1的制造成本。
第二填料由给定量的氢氧化铝或其衍生物制成，从而降低了硅树脂的线膨胀系数并增加了热导率。此外，该化合物通过添加金属氢氧化物而在经受大功率时提供了针对磁芯12A、12B的居里点的热保护，该金属氢氧化物通过相变焓吸收热量并将固体转变为气体(升华阶段)，从而在释放OH基团转变为水的整个过程中保持温度稳定并低于居里温度。
导热复合物10中的第一填料的比例可以在60％至90％之间变化。根据导热复合物10的其余部分(即，硅树脂和第二填料)，可以得到不同的导热结果。例如，使用40％的硅酮(silicone)和60％的氢氧化铝，可达到1.05W/mk。使用35％的硅酮和65％的氢氧化铝，可达到1.2W/mk。
在一些实施例中，导热复合物10还可以包括第三填料，第三填料包括有限量的导电颗粒。由此为导热复合物提供了电阻，这保证了导热复合物在高于10KV的电压下的电绝缘。
再参照图1和图2，所提出的电力变压器组件1在该示例中包括多个磁性单元，这些磁性单元被布置/放置在金属盒15B的多个空腔内(金属盒15B的放大图参见图3)。金属盒15B可以由铝、铝合金或镁合金中的任何一种制成，该金属盒包括：金属导热壁16A、16B，用于包围/界定各个磁芯12A、12B和对应的第一线圈和第二线圈；和盖15A。金属盒15B的材料特别是具有高于70W/mK的热导率。如图1中所示，该组件特别是还包括止挡件11，该止挡件在该实施例中是封装的电端子，其允许在爬电/间隙电隔离的限制内连接磁性单元的初级/次级绕组。这对于避免对填充在具有短的爬电/间隙距离的区域中的间隙的导热复合物10的电绝缘的依赖性是重要的。此外，止挡件11还有助于将磁芯12A、12B牢固地保持在金属盒15B的每个空腔内。
金属盒15B是定制设计的，其底部具有一个或多个开口18，这些开口根据绕组区域(winding area)的公差进行调整。当磁芯12A、12B被安装附接到液体冷却散热板、例如铝板时，所述开口18使得从绕组到冷却铝的距离最小，从而由于将传热回路减少到其厚度和材料的最小表达(expression)而能够实现最佳的热传递。由此，能够在更短的时间内以最有效的方式消除铜(绕组)中产生的损耗。同样，金属盒还配置有专门调整的内部凸起支撑17以容纳磁芯12A、12B的均匀的表面。该内部支撑17与磁芯12A、12B直接接触。这允许实现对由磁芯12A、12B中的功率损耗所引起的热量的最大消散。热量直接从磁性材料传递到金属盒15B，然后从金属盒传递到液体冷却板。金属盒15B还包括安装孔20，用以将金属盒15B附接到安装点。
特别地，将磁芯12A、12B布置在金属盒15B的不同空腔中，其中心部分处于同一水平，即一水平位置上，使得在电力变压器组件1的工作运行下实现了温度的等温梯度。
如前所述的，本发明还涉及一种特定的导热复合物10，用于密封具有热传导能力和机械封装能力的电力变压器组件。该导热复合物10是专为其在磁性电力单元中的应用而开发的，提供了1.4W/mK至2.6W/mK的热导率。
该导热复合物10包括硅树脂和填料，填料至少包括第一填料(或主填料)和第二填料。第二填料包括给定量的氢氧化铝，以降低硅树脂的线膨胀系数并增加热导率。第一填料是天然矿物填料，例如细碎的石英、石英岩、大理石、沙子、碳酸钙和/或它们的组合。
在一实施例中，导热复合物10还包括第三填料，第三填料包括导电颗粒，但数量有限，以确保导热复合物在高于10KV的电压下的电绝缘。
本公开和/或一些其他的实施例已经在上文中进行了描述。根据以上描述，可以实现各种改变/修改。特别地，本发明适于密封和封装其他的电力磁性部件。权利要求中需要保护的所有修改和变更都可以落入本公开的保护范围内。
还应当注意的是，由于导热复合物是基于硅树脂，即，基于密封和封装磁性电力部件的“软”型化合物，这决定了磁性部件除了被封装外还受到机械保护，这使得能够避免铁氧体磁芯上的机械应力及其由于磁限制效应而导致的磁导率变化，例如在电力变压器的情况下。
本发明的范围在以下权利要求书中限定。
Claims (12)
1.一种用于密封电力变压器组件的导热复合物，所述导热复合物(10)包括填料，所述填料至少包括第一填料或主填料，和第二填料，所述第二填料包括给定量的氢氧化铝，其特征在于：
-所述导热复合物(10)还包括硅树脂；
-所述第一填料是天然矿物填料，包括细碎的石英、石英岩、大理石、沙子和/或碳酸钙。
2.根据权利要求1所述的导热复合物，其中，所述导热复合物(10)还包括第三填料，所述第三填料包括给定有限量的导热和导电颗粒，以确保所述导热复合物在保持低于10KV电压下的电绝缘。
3.根据权利要求2所述的导热复合物，其中，所述导热和/或导电颗粒包括金属颗粒、金属氧化物和/或石墨。
4.一种电力变压器组件(1)，包括至少一个磁芯(12A，12B)，所述磁芯至少具有由导热复合物(10)密封的第一缠绕线圈和第二缠绕线圈，所述导热复合物(10)包括填料，其中，所述填料至少包括第一填料或主填料，和第二填料，所述第二填料包括给定量的氢氧化铝，其特征在于：
-所述导热复合物(10)还包括硅树脂；
-所述第一填料是天然矿物填料，包括细碎的石英、石英岩、大理石、沙子和/或碳酸钙。
5.根据权利要求4所述的电力变压器，其中，所述第一填料在所述导热复合物(10)中的比例在60％至90％之间。
6.根据权利要求4-5中任一项所述的电力变压器，其中，所述天然矿物填料包括两种或更多种具有不同粒度的不同的填料。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的电力变压器，其中，所述导热复合物(10)还包括第三填料，所述第三填料包括有限量的导热和导电颗粒，用以为所述导热复合物(10)提供电阻，以确保所述导热复合物(10)在高于10KV时的电绝缘。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的电力变压器，其中，所述给定量的氢氧化铝以重量计占所述导热复合物(10)的总重量的1-5％的范围内。
9.根据权利要求4-8中任一项所述的电力变压器，其中，所述电力变压器包括多个布置在金属盒(15B)内的磁性单元，所述磁性单元包括：磁芯(12A，12B)和缠绕线圈，其被布置在所述金属盒(15B)的空腔内并由金属导热壁(16A，16B)和盖(15A)来界定。
10.根据权利要求9所述的电力变压器，其中，所述多个磁性单元的磁芯(12A、12B)被布置为，所述磁芯的中心部分处于同一水平，使得在所述电力变压器组件(1)的工作运行下实现温度的等温梯度。
11.根据权利要求9所述的电力变压器，其中，所述金属盒(15B)由热导率高于70W/mK的铝、铝合金或镁合金制成。
12.根据权利要求9或11所述的电力变压器，其中，所述金属盒(15B)在其底部中包括开口(18)，以允许通过所述开口(18)实现朝向位于邻近位置中的散热元件或装置的最佳的热传递。
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