本公開內(nèi)容一般來說涉及用于對(duì)部件進(jìn)行冷卻的系統(tǒng)、方法和物品。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代飛機(jī)包含在飛行期間產(chǎn)生電力并將所產(chǎn)生電力提供給機(jī)載電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)。這些發(fā)電機(jī)利用飛機(jī)引擎的旋轉(zhuǎn)來使用各種發(fā)電技術(shù)產(chǎn)生ac電力。以此方式產(chǎn)生的電力可以例如是230v400hz的ac電力。當(dāng)飛機(jī)在地面上時(shí)，飛機(jī)引擎可以關(guān)閉，機(jī)載發(fā)電機(jī)停止產(chǎn)生電力，并且機(jī)載電力系統(tǒng)反而可以從地面車輛接收ac電力。從地面車輛提供的電力可以例如是115v400hz的ac電力。

雖然電源提供ac電力，但飛機(jī)部件經(jīng)常需要dc電力、而非ac電力。ac-dc電源轉(zhuǎn)換可以借助多個(gè)二極管對(duì)完成，其中每一對(duì)連接到ac輸入的不同相以提供經(jīng)整流的dc輸出。然而，此類ac-dc轉(zhuǎn)換可導(dǎo)致對(duì)發(fā)電和配電系統(tǒng)造成污染的大量電流諧波。為減少電流諧波，可以采用多相自耦變壓器來增加供應(yīng)到整流器單元的ac相的數(shù)目。例如，在18脈沖無源ac-dc轉(zhuǎn)換器中，自耦變壓器用于將相間隔120°的三相ac輸入變換成具有間隔40°的九個(gè)相的系統(tǒng)。這具有減小與ac-dc轉(zhuǎn)換相關(guān)聯(lián)的諧波的效果。

變壓器通常包含導(dǎo)電材料(例如導(dǎo)線)的繞組。這些繞組間隔得足夠靠近在一起，以便當(dāng)連接到負(fù)載時(shí)，流過一個(gè)繞組的電流將導(dǎo)致電流在另一繞組中流動(dòng)。電流被驅(qū)動(dòng)所通過的繞組通常稱為初級(jí)繞組，而電流在其中被感應(yīng)的繞組通常稱為次級(jí)繞組。變壓器還可以包含繞組纏繞在其上的芯體，例如磁芯或鐵芯。

整流器通常包含多個(gè)被配置成將ac信號(hào)轉(zhuǎn)換為dc信號(hào)的二極管或半導(dǎo)體閘流管。例如，可以采用全橋整流器來將ac信號(hào)轉(zhuǎn)換為dc信號(hào)。可以采用額外設(shè)備來提供電源調(diào)節(jié)，例如相間變壓器、平衡電感器、相間電抗器、濾波器等。

在許多應(yīng)用中，變壓器大小和/或重量是實(shí)現(xiàn)實(shí)用和/或商業(yè)成功設(shè)備的重要因素。例如，用于航空電子設(shè)備中的電源轉(zhuǎn)換器通常必須重量輕，并且需要占用小體積。然而，此類應(yīng)用通常需要高性能，例如大電流低噪聲電源轉(zhuǎn)換。另外或另一選擇為，許多應(yīng)用可能需要低成本電源轉(zhuǎn)換器。成本可由多個(gè)因素決定，包含材料類型、材料的量和/或制造復(fù)雜性以及其它因素。

許多電磁設(shè)備或部件在使用期間產(chǎn)生熱，并且需要冷卻以保持設(shè)備或周圍環(huán)境的溫度足夠低。某些設(shè)備(包含變壓器和電感器)包含產(chǎn)生需要消散的大量熱的載流繞組。然而，由于這些繞組通常緊密纏繞并且可能涂覆有絕緣材料，因此在內(nèi)部產(chǎn)生的熱必須橫跨數(shù)個(gè)絕緣層傳遞，傳遞通過芯體材料(其可以展現(xiàn)不良熱導(dǎo)率)或沿著繞組傳導(dǎo)路徑傳遞并傳遞到連接到設(shè)備的布線中或高壓線與總線的連接中。這些熱流路徑均不是特別有效的。

當(dāng)電磁設(shè)備在高功率電平下操作時(shí)，散熱變得越來越重要。由這些設(shè)備產(chǎn)生的高溫限制了設(shè)備可以在其下操作的功率電平。因此，此類溫度限制還可不利地影響包含電磁設(shè)備的裝備的體積和重量性能。在高環(huán)境溫度下操作的高功率密度的裝備中或者在其中需要有效冷卻的應(yīng)用中(例如在航空航天應(yīng)用中)尤其如此。已知散熱器用于冷卻電子裝備，但通常僅用于將熱從電磁設(shè)備的暴露表面去除。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種電磁部件可以概括為包含：芯體，其包括具有至少一個(gè)繞組表面的芯體繞組部分；繞組，其在至少一個(gè)繞組表面上纏繞在芯體繞組部分上；以及整體散熱器元件，其包含位于芯體的繞組表面與繞組的至少一部分之間的熱接收部分，散熱器元件的熱接收部分由導(dǎo)熱材料形成并且其中具有至少一個(gè)接收流體的流體通道。

散熱器元件可以包含聚集形成散熱器元件的、經(jīng)燒結(jié)的或經(jīng)熔化的材料層的堆疊。至少一個(gè)流體通道的第一部分可以在第一平面中延伸，并且至少一個(gè)流體通道的第二部分可以在第二平面中延伸，第二平面不同于第一平面。熱接收部分中可以包含至少兩個(gè)接收流體的流體通道，所述至少兩個(gè)流體通道的相應(yīng)第一部分可以在第一平面中延伸，并且所述至少兩個(gè)流體通道的相應(yīng)第二部分可以在第二平面中延伸，第二平面不同于第一平面。第一平面可以是x-y平面。芯體的繞組部分可以包含四個(gè)平坦繞組表面，并且散熱器元件的熱接收部分可以與四個(gè)平坦繞組表面中的一者相鄰。散熱器元件可以由銅、銅合金、鋁或鋁合金中的至少一者形成。散熱器元件的熱接收部分可以與繞組表面相鄰并且位于繞組下方。散熱器元件的熱接收部分可以包含面向至少一個(gè)繞組表面中的至少一者的第一界面表面，并且至少一個(gè)繞組表面可以包含與散熱器元件的熱接收部分的第一界面表面互補(bǔ)的第二界面表面。熱接收部分可以由導(dǎo)熱材料形成并且具有多個(gè)流體通道，每個(gè)流體通道接收通過其中的流體的。電磁部件可以包含電感器或變壓器中的至少一者。流體通道可以包含第一開口端和第二開口端，散熱器元件可以進(jìn)一步包含：流體聯(lián)接到流體通道的第一端的入口端口；以及流體聯(lián)接到流體通道的第二端的出口端口。

電磁部件可以進(jìn)一步包含：流體冷卻系統(tǒng)，其包含：至少一個(gè)使流體移動(dòng)的流體泵；以及至少一個(gè)流體聯(lián)接到至少一個(gè)流體泵的熱交換器；其中入口端口和出口端口流體聯(lián)接到流體泵和熱交換器。

流體冷卻系統(tǒng)中的流體可以包含水、水/乙二醇溶液、介電流體、油或合成碳?xì)浠衔锪黧w中的至少一者。散熱器元件的熱接收部分可以具有長(zhǎng)度和寬度，并且至少一個(gè)流體通道可以包含相互平行并平行于熱接收部分的長(zhǎng)度延伸的多個(gè)流體通道。

一種電源轉(zhuǎn)換器裝置可以概括為包含：至少部分由碳纖維增強(qiáng)聚合物形成的圍罩；以及安置在圍罩內(nèi)的電源轉(zhuǎn)換器電子器件組件。電源轉(zhuǎn)換器電子器件組件包含：至少一個(gè)磁性部件，其包含具有至少一個(gè)繞組表面的芯體和在至少一個(gè)繞組表面上纏繞在芯體上的繞組；以及整體散熱器元件，其包含位于芯體的繞組表面與繞組的至少一部分之間的熱接收部分，散熱器元件的熱接收部分由導(dǎo)熱材料形成并且其中具有通過第一開口端接收流體并通過與第一開口端相對(duì)的第二開口端排出流體的至少一個(gè)流體通道。

散熱器元件可以包含聚集形成散熱器元件的、經(jīng)燒結(jié)的或經(jīng)熔化的材料層的堆疊。

一種制造電磁部件的方法可以概括為包含：提供芯體，芯體包括具有至少一個(gè)繞組表面的芯體繞組部分；提供繞組，繞組在至少一個(gè)繞組表面上纏繞在芯體繞組部分上；提供三維設(shè)計(jì)文件，設(shè)計(jì)文件指定整體散熱器元件的三維設(shè)計(jì)，整體散熱器元件包含其中具有至少一個(gè)接收流體的流體通道的熱接收部分；將三維設(shè)計(jì)文件提供給加性制造系統(tǒng)；使用加性制造系統(tǒng)基于三維設(shè)計(jì)文件形成散熱器元件；以及將散熱器元件的熱接收部分置于芯體的繞組表面與繞組的至少一部分之間。

形成散熱器元件可以包含將高能束指引到連續(xù)層中的構(gòu)建材料上，以便使此類層結(jié)合成由設(shè)計(jì)文件指定的用于散熱器元件的三維設(shè)計(jì)。形成散熱器元件可以包含使用選自一組加性制造工藝的加性制造工藝形成散熱器元件，這些加性制造工藝包括：直接金屬激光燒結(jié)(dmls)、選擇性激光熔化(slm)、選擇性激光燒結(jié)(sls)、電子束熔化(ebm)、激光金屬成形(lmf)、激光工程化凈成形(lens)或直接金屬沉積(dmd)。形成散熱器元件可以包含：將設(shè)計(jì)文件中的三維信息轉(zhuǎn)換成多個(gè)切片，每個(gè)切片限定散熱器元件的橫截面層；以及通過使用激光能量來熔融金屬粉末從而連續(xù)形成散熱器元件的每一層。

附圖說明

在附圖中，相同附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)類似元件或動(dòng)作。附圖中元件的大小和相對(duì)位置未必按比例繪制。例如，各種元件的形狀和角度未按比例繪制，并且這些元件中的一些元件被任意放大和定位以提高附圖易讀性。此外，所繪制元件的特定形狀并不打算傳達(dá)關(guān)于特定元件的實(shí)際形狀的任何信息，并且已經(jīng)為便于在附圖中的識(shí)別而被單獨(dú)選擇。

圖1是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的電源轉(zhuǎn)換器的示意性表示。

圖2是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的飛機(jī)電力系統(tǒng)的示意性表示。

圖3是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的包含流體冷卻的散熱器元件的電磁部件的等距視圖。

圖4是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的圖3的電磁部件的等距分解圖。

圖5是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的圖3的電磁部件的俯視圖。

圖6是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的圖3的電磁部件的正視圖。

圖7是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的圖3的電磁部件的右視圖。

圖8是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的圖3的電磁部件沿著圖5的線8—8截取的等距截面圖。

圖9是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的圖3的電磁部件沿著圖5的線9—9截取的等距截面圖。

圖10a是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的流體冷卻的散熱器元件的側(cè)視圖。

圖10b是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的流體冷卻的散熱器元件的俯視圖。

圖10c是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的流體冷卻的散熱器元件的等距視圖。

圖11是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的包含流體冷卻的散熱器元件的電磁部件的一部分的等距截面圖。

圖12是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的自耦變壓器整流器單元(atru)和與atru相關(guān)聯(lián)的流體冷卻系統(tǒng)的等距視圖。

圖13a是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的atru和流體冷卻系統(tǒng)的等距視圖，其中顯示了atru的內(nèi)部部件。

圖13b是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的atru和流體冷卻系統(tǒng)的俯視圖，其中顯示了atru的內(nèi)部部件。

圖14是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的包含多個(gè)流體通道的atru的整流器散熱器底板的等距視圖。

圖15是根據(jù)一個(gè)所示出實(shí)施例的atru的流體冷卻系統(tǒng)的部件的等距視圖。

具體實(shí)施方式

在以下描述中，闡述某些具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)各種所公開實(shí)施例的透徹理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，實(shí)施例可以在無這些具體細(xì)節(jié)中的一者或多者的情況下或者借助其它方法、部件、材料等實(shí)踐。在其它情況下，尚未詳細(xì)顯示或描述與電力電子器件相關(guān)聯(lián)的眾所周知結(jié)構(gòu)以避免不必要地模糊實(shí)施例的描述。

除非上下文另外要求，否則在以下整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中，詞語“包括(comprising)”與“包括(including)”同義，并且是包含性或開放式的(即，并不排除額外未引用元件或方法動(dòng)作)。

在整個(gè)說明書中對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”的引用意味著結(jié)合該實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，短語“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在一實(shí)施例中”在整個(gè)說明書中各個(gè)地方的出現(xiàn)未必全部指代相同實(shí)施例。此外，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中按任何合適方式組合。

如本說明書和所附權(quán)利要求中所使用的，單數(shù)形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”包含復(fù)數(shù)指示物，除非上下文另外明確規(guī)定。還應(yīng)注意，術(shù)語“或”通常按其最廣泛意義采用，即，意指“和/或”，除非上下文另外明確規(guī)定。

本文中提供的標(biāo)題和說明書摘要僅為方便起見，并且并不解釋實(shí)施例的范圍或意義。

本公開內(nèi)容的實(shí)施例涉及允許電子器件部件(例如變壓器整流器單元(tru)或自耦變壓器整流器單元(atru))的重量和大小減小的系統(tǒng)和方法。

在一些實(shí)施方案中，利用輕質(zhì)流體冷卻系統(tǒng)來通過在tru或atru的變壓器組件的繞組(其通常是此類組件中最熱點(diǎn))與磁性芯體之間的界面處提供熱界面來為該變壓器組件提供高散熱。該輕質(zhì)冷卻系統(tǒng)可以包含流體冷卻的繞組散熱器元件或“指部”，其可以是其中具有定位在變壓器的芯體與繞組之間或變壓器的繞組的線匝之間的微通道的導(dǎo)熱棒。流體(例如，液體、氣體)穿過散熱器指部的微通道以向變壓器的產(chǎn)熱繞組提供直接冷卻。

散熱器元件可以由任何合適相對(duì)高熱導(dǎo)率材料形成，例如銅、鋁、合金(例如，鋁合金1050a、6061和6063、銅合金)。例如，銅可以具有多于300瓦/米開爾文(w/(m·k))的熱導(dǎo)率，而鋁或鋁合金可以具有多于150w/(m·k)的熱導(dǎo)率。

在一些實(shí)施方案中，散熱器元件可以通過加性制造技術(shù)生產(chǎn)，該加性制造技術(shù)是根據(jù)三維(3d)模型數(shù)據(jù)聯(lián)接材料以制成物體的工藝，通常一層層的，如與減性制造技術(shù)相反。加性制造技術(shù)的非限制性示例包含直接金屬激光燒結(jié)(dmls)、選擇性激光熔化(slm)、選擇性激光燒結(jié)(sls)、電子束熔化(ebm)、激光金屬成形(lmf)、激光工程化凈成形(lens)或直接金屬沉積(dmd)。

dmls是使用激光來燒結(jié)粉末材料(例如，金屬)的加性制造工藝，其將激光自動(dòng)瞄準(zhǔn)由3d模型限定的空間中的點(diǎn)并將材料結(jié)合在一起以產(chǎn)生固體結(jié)構(gòu)。slm使用可比較概念，但是在slm中，材料完全熔化、而非燒結(jié)，從而允許所得產(chǎn)品中的不同性質(zhì)。

dmls工藝涉及3dcad模型的使用，由此創(chuàng)建文件(例如，.stl文件)并將其發(fā)送到在dmls機(jī)器上執(zhí)行的軟件。技術(shù)人員可以借助3d模型工作以正確定向部件建造的幾何結(jié)構(gòu)，并且可以視情況添加支撐結(jié)構(gòu)。一旦此“構(gòu)建文件”已經(jīng)完成，該模型便將被切片成機(jī)器將構(gòu)建并下載到dmls機(jī)器的層厚度。dmls機(jī)器可以使用相對(duì)高功率的激光，例如，200瓦yb光纖激光器。在構(gòu)建室區(qū)域內(nèi)部，可存在材料分配平臺(tái)和構(gòu)建平臺(tái)以及用于在構(gòu)建平臺(tái)上方移動(dòng)粉末的重涂機(jī)刮刀。該技術(shù)通過使用聚焦激光束局部燒結(jié)金屬粉末而使其熔融成固定部件。部件被逐層疊加構(gòu)建，通常使用極薄層(例如，20微米厚的層)。此工藝允許高度復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)完全自動(dòng)、在幾小時(shí)內(nèi)、在無任何工具的情況下直接從3dcad數(shù)據(jù)創(chuàng)建。dmls是網(wǎng)形工藝，生產(chǎn)具有高精度和細(xì)節(jié)分辨率、良好表面質(zhì)量、優(yōu)越機(jī)械性能的部件。

一種現(xiàn)有解決方案使用一個(gè)或兩個(gè)固體金屬棒來使熱傳導(dǎo)通過長(zhǎng)路徑到達(dá)附接到變壓器外部的冷板。在內(nèi)部產(chǎn)生的熱還通過繞組的外部表面?zhèn)鲗?dǎo)到冷板，盡管該熱必須首先從較靠近于變壓器繞組的芯體的熱點(diǎn)傳導(dǎo)到線圈的外部表面。

在本文中論述的實(shí)施方案中，從產(chǎn)熱元件(例如，繞組)到冷卻流體的熱傳導(dǎo)路徑顯著縮短。這會(huì)減小繞組與冷卻流體之間的溫度差。

本公開內(nèi)容的實(shí)施方案還提供從變壓器繞組到冷卻流體的較高熱傳遞速率，因?yàn)槔@組的產(chǎn)熱表面與散熱器指部之間的較高壓縮力。通過界面的熱傳導(dǎo)與所施加壓力成正比。這相對(duì)于現(xiàn)有解決方案是有利的，現(xiàn)有技術(shù)中通過硅橡膠柔順材料將變壓器繞組的外部表面壓靠在冷板上。此材料具有低熱導(dǎo)率，并且通過界面施加的壓力通常低。因此，本公開內(nèi)容的實(shí)施方案提供高得多的熱傳遞效率。

常規(guī)空氣冷卻或冷板冷卻解決方案需要導(dǎo)熱電源圍罩(“機(jī)殼”)來消散所產(chǎn)生的熱。如下文進(jìn)一步詳細(xì)論述，上述輕質(zhì)流體冷卻系統(tǒng)的使用允許使用碳纖維環(huán)氧樹脂材料來形成容納tru或atru的機(jī)殼。有利地，碳纖維環(huán)氧樹脂機(jī)殼具有比由導(dǎo)熱材料(例如，鋁)形成的機(jī)殼低的重量和高的強(qiáng)度。

圖1是可以提供本公開內(nèi)容的實(shí)施方案的示例電源轉(zhuǎn)換器100的構(gòu)建塊的示意性表示。電源轉(zhuǎn)換器100被配置成將三相ac輸入轉(zhuǎn)換為dc輸出。為了圖解，電源轉(zhuǎn)換器100包括三相至n相自耦變壓器102、n脈沖整流器104和可以用于冷卻該自耦變壓器和/或該整流器的一個(gè)或多個(gè)部件的流體冷卻系統(tǒng)105?？梢圆捎闷渌问胶?或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源轉(zhuǎn)換器。

自耦變壓器102被配置成接收三相輸入信號(hào)106并包括三相初級(jí)繞組108和n相次級(jí)繞組110。自耦變壓器102被配置成提供n相ac信號(hào)112。整流器104包括聯(lián)接到n相ac信號(hào)112的相應(yīng)輸出的多個(gè)分支114。如圖示出，每一分支包括兩個(gè)二極管116?？梢圆捎闷渌髟O(shè)備，例如半導(dǎo)體閘流管等。整流器104產(chǎn)生dc輸出118。

較高脈沖整流通常提供dc輸出上的較低紋波和較低ac輸入電流畸變，并且因此通常導(dǎo)致電源轉(zhuǎn)換器的較高電力質(zhì)量。通常，6脈沖轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以被視為適用于一些額定值小于35va的航空電子裝備。對(duì)于相當(dāng)大量航空航天應(yīng)用，12脈沖轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常是可接受的。例如，對(duì)于較高功率裝備或在期望或指定高電力質(zhì)量時(shí)，可以使用24脈沖拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

航空電子設(shè)備應(yīng)用可以通常采用＝tru或atru(例如，圖1的電源轉(zhuǎn)換器100)來將三相ac電源(例如以固定頻率(例如400hz)操作的115伏ac電源、115伏ac360hz至800hz變頻電源、230伏ac360hz至800hz變頻電源等)轉(zhuǎn)換為dc電源(例如28伏dc電源、270伏dc電源、540伏dc電源等)。呈現(xiàn)給電源轉(zhuǎn)換器100的負(fù)載可以通常例如在4安培與400安培之間。用于航空電子設(shè)備中的電源轉(zhuǎn)換器的典型功能可以包含供應(yīng)短期過載以清除下游故障、在飛機(jī)ac電源與dc電源之間提供電流隔離、進(jìn)行電源調(diào)節(jié)以針對(duì)飛機(jī)電力系統(tǒng)和電力負(fù)載的適當(dāng)功能在電源轉(zhuǎn)換器的ac和dc側(cè)上提供可接受電力質(zhì)量、進(jìn)行自我監(jiān)視和故障報(bào)告等。tru在需要電流隔離和/或輸入電壓與輸出電壓的比值較大時(shí)使用。tru用于從115伏ac或230伏ac飛機(jī)電源產(chǎn)生28伏dc飛機(jī)總線。atru并不提供電流隔離。atru在此隔離不被需要時(shí)使用，并且在輸入電壓與輸出電壓的比為低時(shí)最有效。atru通常用于將115伏ac3相電源轉(zhuǎn)換為270伏dc或?qū)?30伏ac3相電源轉(zhuǎn)換為540伏dc，以提供這些電壓作為飛機(jī)上的配電總線或給個(gè)別大負(fù)載(例如電機(jī))供電。電源轉(zhuǎn)換器(例如圖1的電源轉(zhuǎn)換器100)可以在其它應(yīng)用中采用并且被配置成提供其它功能。tru和atru可以采用使用額外設(shè)備(例如相間變壓器、平衡電感器、相間電抗器、濾波器等)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以便提供所期望功能，例如可接受電力質(zhì)量。

圖2是示例性飛機(jī)電力系統(tǒng)150的功能框圖。如圖示出，飛機(jī)引擎或渦輪機(jī)152驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)154。發(fā)電機(jī)154向電源轉(zhuǎn)換器156(例如圖1中示出的電源轉(zhuǎn)換器100)提供ac電力信號(hào)。電源轉(zhuǎn)換器156可以根據(jù)下文論述的實(shí)施方案中的一者或多者由流體冷卻系統(tǒng)157冷卻。在飛機(jī)上產(chǎn)生的電力可以例如是處于400hz或可變頻率的115伏ac電力?？梢圆捎闷渌妷弘娖胶皖l率。電源轉(zhuǎn)換器156聯(lián)接到dc總線158并且向該dc總線提供dc電力信號(hào)。一個(gè)或多個(gè)負(fù)載160(例如飛行裝備，包含關(guān)鍵飛行裝備)可以聯(lián)接到dc總線158并且可以從該dc總線提取電力。通常，飛行裝備可以使用28伏dc電力來操作?？梢圆捎闷渌敵鲭妷弘娖健?/p>

圖3至圖9顯示呈自耦變壓器形式的電磁設(shè)備或部件170。電磁部件170還可以采用其它類型的電磁部件的形式，例如，變壓器或電感器。如圖4中所示，電磁部件170包含芯體元件172，其包括第一和第二“e-形”芯體子元件172a和172b。第一芯體子元件172a具有本體部分174a、從該本體部分的第一端部延伸的第一外部支腿176a、從該本體部分的中間延伸的第二中心支腿178a和從該本體部分的與該第一端部相對(duì)的第二端部延伸的第三外部支腿180a。第一芯體子元件172a包含頂部表面182a和與該頂部表面相對(duì)的底部表面184a(圖6)，“頂部”和“底部”參考圖3中所示的定向。第二芯體子元件172b具有本體部分174b、從該本體部分的第一端部延伸的第一外部支腿176b、從該本體部分的中間延伸的第二中心支腿178b和從該本體部分的與該第一端部相對(duì)的第二端部延伸的第三外部支腿180b。該第二芯體子元件包含頂部表面182b和與該頂部表面相對(duì)的底部表面184b。

第一芯體子元件172a的支腿176a、178a和180a分別抵靠第二芯體子元件172b的對(duì)應(yīng)支腿176b、178b和180b，以使第一和第二芯體子元件共同充當(dāng)具有第一外部支腿176、第二中心支腿178和第三外部支腿180的單個(gè)芯體元件172。在一些實(shí)施方案中，第一芯體子元件172a的支腿176a、178a和180a中的一者或多者可以與第二芯體子元件172b的支腿176b、178b和180b中的對(duì)應(yīng)者分開一間隙，這取決于電磁部件的具體應(yīng)用。

芯體元件172可以由高磁導(dǎo)率材料形成，例如高磁導(dǎo)率鋼、鐵或鐵氧體。芯體元件172可以由實(shí)心材料片構(gòu)造而成或者可以通過堆疊相互絕緣的薄層壓層而形成。此外，芯體子元件172a和172b可以按其它形狀形成，例如“u”形、“e-i”形等。

包括多圈絕緣導(dǎo)線的第一繞組186a在第一絕緣層188a上纏繞在芯體元件172的第一支腿176上(圖4)。包括多圈絕緣導(dǎo)線的第二繞組186b在第二絕緣層188b上纏繞在芯體元件172的第二支腿178上。包括多圈絕緣導(dǎo)線的第三繞組186c在第三絕緣層188c上纏繞在芯體元件172的第三支腿180上。繞組186a、186b和186c(統(tǒng)稱為“繞組186”)可按基于電磁部件的特定應(yīng)用的方式電連接到電源和/或負(fù)載(未顯示)。

電磁部件170顯示為使用多個(gè)緊固件192(例如，螺釘?shù)?安裝在底板190上，該底板可以通常實(shí)施支撐和散熱功能。電磁部件170可以按多種方式中的任一方式連接到底板190。例如，在所示出實(shí)施例中，可以提供夾具194a和194b以借助相應(yīng)支架196a和196b以及一個(gè)或多個(gè)緊固件192分別將第一和第二芯體子元件172a和172b固定到支撐底板190。墊片198a和198b分別安置在相應(yīng)芯體子元件172a和172b的本體部分174a和174b上以分別接納夾具194a和194b。墊片198可以例如由硅橡膠柔順材料形成，并且可以用于最小化分別由夾具194a和194b賦予在芯體子元件172a和172b上的應(yīng)力或壓力，尤其因在使用期間的移動(dòng)或振動(dòng)。墊片198可以具有粘合劑表面，以使其粘附到芯體子元件或夾具。在一些實(shí)施方案中，墊片198可以是導(dǎo)熱的。此外，第一芯體子元件172a和第二芯體子元件172b可以通過使用條帶或環(huán)帶200而緊固在一起，條帶或環(huán)帶200的端部通過夾子202聯(lián)接。

電磁部件170包含與該電磁部件的芯體元件172的相應(yīng)支腿176、178和180相關(guān)聯(lián)的散熱器元件204a、204b和204c(統(tǒng)稱為“散熱器元件204”)。散熱器元件204的結(jié)構(gòu)最佳示出在圖10a至圖10c中。散熱器元件204a、204b和204c可以分別與支腿176、178和180以及相應(yīng)繞組186a、186b和186c相關(guān)聯(lián)。散熱器元件204可以由導(dǎo)熱材料(例如鋁或銅，或者其它金屬或金屬合金)一體地形成。

如圖10a至圖10c中的散熱器元件204的部分透視圖中所示，每個(gè)散熱器元件包含第一端部部分206和通過實(shí)質(zhì)上平坦熱界面或熱接收部分210與該第一端部部分間隔開的第二端部部分208。熱接收部分210包含頂部表面212和與該頂部表面間隔開的底部表面214。在所示出實(shí)施例中，熱接收部分210具有大約4.25英寸(10.8厘米)的長(zhǎng)度l、大約1.125英寸(2.86厘米)的寬度w以及在頂部表面212與底部表面214之間大約0.25英寸(0.64厘米)的高度h。第一和第二端部部分206和208包含可聯(lián)接到流體配件218的面朝上的各流體端口216(圖3)。四個(gè)微通道220橫跨熱接收部分210的長(zhǎng)度l在每一流體端口216的下部部分222之間按平行流動(dòng)配置進(jìn)行延伸。在一些實(shí)施方案(例如所示出實(shí)施方案)中，散熱器元件204使用3d加性制造工藝制造，其允許將微通道220安置在多于一個(gè)x-y平面中的能力。在所示出實(shí)施例中，微通道220具有圓形橫截面，并且各自具有大約0.13英寸(0.33厘米)的直徑。因此，熱接收部分210中的微通道中的每一者的頂部和底部分別距熱接收部分210的頂部表面212和底部表面214約0.06英寸。在其它實(shí)施方案中，這些微通道可以具有其它形狀的橫截面，例如，矩形、正方形、橢圓形等。散熱器元件204還可以包含一個(gè)或多個(gè)面朝下的膛孔224，其接納緊固件(例如，螺釘)以將該散熱器元件固定到支撐件(例如底板190)(圖4)。在操作中，流體可以流到散熱器元件204的流體端口216中的一者中、流過微通道220中的每一者并且從這些流體端口中的另一者流出。如下文所論述，流體冷卻系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)管子可以聯(lián)接到散熱器元件204的流體端口216以將多個(gè)散熱器元件的微通道220按一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)配置流體地聯(lián)接在一起(參見圖15)。

參見圖3、圖8和圖9，散熱器元件204的熱接收部分210被定大小和成形為在芯體元件172的第一支腿176的底部表面184與第一繞組186a的最內(nèi)一個(gè)或多個(gè)線匝之間延伸以從電磁部件170向外傳導(dǎo)在該第一繞組中產(chǎn)生的熱。如圖9和圖10c中所示，散熱器元件204的熱接收部分210的底部表面214的邊緣226可以是圓形的以維持該散熱器元件與第一繞組186a之間的優(yōu)質(zhì)熱界面，并且使得第一繞組的最內(nèi)線匝不受其它鋒利邊緣的損壞。散熱器元件204的熱接收部分210的長(zhǎng)度l、寬度w和/或形狀可以變化，但是可以大致類似于第一繞組186a纏繞在其上的芯體元件172的第一支腿176的長(zhǎng)度、寬度和/或形狀。例如，在其中芯體元件的支腿為圓柱形的情況下，熱接收部分可以按部分(例如，一半、四分之一)圓柱形殼體的形狀形成，該部分圓柱形殼體具有與芯體元件的圓柱形支腿的外半徑類似的內(nèi)表面半徑，以使熱接收部分的內(nèi)表面鄰接芯體元件的支腿的外表面的至少一部分。

圖11示出散熱器元件230的另一實(shí)施方案，其中該散熱器元件的熱接收部分238可以被定大小和成形為在繞組244的相鄰線匝240與242之間延伸，而不與芯體元件236的支腿234的底部表面232相鄰。在這些實(shí)施方案中，散熱器元件230的熱接收部分238的頂部表面和底部表面兩者都可以與繞組244物理接觸。

參考回到圖3至圖9，第二和第三散熱器元件204b和204c實(shí)質(zhì)上與第一散熱器元件204a相同，因此本文中為簡(jiǎn)潔起見不再重復(fù)對(duì)第二和第三散熱器元件的功能的描述。

散熱器元件的特定形狀和大小以及每一散熱器元件中的微通道220的形狀、大小和數(shù)目可以基于若干因素選擇，例如該散熱器元件將與其一起使用的電磁部件的大小和功率電平以及所需冷卻量。此外，散熱器元件的形狀可以容易縮放到不同大小的電磁部件。有利地，由于在一些實(shí)施方案中散熱器元件的形狀大致對(duì)應(yīng)于電磁部件的占用面積，因此這些散熱器元件并不增加該部件的占用面積，并且僅稍微增加由該部件占據(jù)的空間的體積。因此，散熱器元件在多種條件下為多種部件提供有效冷卻。

如上所述，可以提供夾具194a和194b以借助相應(yīng)支架196a和196b以及一個(gè)或多個(gè)緊固件192分別將第一芯體子元件172a和第二芯體子元件172b固定到支撐底板190。有利地，以此方式夾緊第一和第二芯體子元件172a和172b會(huì)將芯體子元件、散熱器元件204和繞組186更緊密地壓在一起，此改善繞組與散熱器元件之間的熱傳導(dǎo)。

圖12顯示聯(lián)接到包含圖3至圖9的電磁部件170的atru254的圍罩或機(jī)殼252的流體冷卻系統(tǒng)250。圖13a和圖13b顯示atru254在機(jī)殼252內(nèi)部的內(nèi)部部件。在所示出實(shí)施方案中，機(jī)殼252的形狀實(shí)質(zhì)上為矩形，并且由前部面板256、后部面板258(圖13a)、頂部面板260、底部面板262(圖13a)、左側(cè)面板264和右側(cè)面板266形成。機(jī)殼252還包含分別定位在前部面板256和后部面板258上的手柄268和270以允許用戶更容易攜帶和運(yùn)輸atru254。

如圖13a和圖13b中所示，atru254包含圖3至圖9的電磁部件170、可以例如是相間變壓器的電磁部件272以及整流器單元273。上文論述了電磁部件170的部件。電磁部件272在許多方面類似于電磁部件170，因此不需要對(duì)電磁部件272的詳細(xì)論述。

電磁部件272包含在其芯體元件278的相應(yīng)支腿下方、相鄰該電磁部件的相應(yīng)繞組276a和276b定位的散熱器元件274a和274b(參見圖15)。散熱器元件274a和274b類似于圖3至圖9的電磁部件170的散熱器元件204，并且包含允許流過其中的流體消散在繞組276a和276b中產(chǎn)生的熱的類似載流微通道(未顯示)。流體配件218聯(lián)接到散熱器元件274a和274b，以使流體冷卻系統(tǒng)250的管子可以流體聯(lián)接到散熱器元件內(nèi)部的微通道。

整流器單元273包含多個(gè)緊固到散熱器底板282的二極管280。如圖14(其繪示散熱器底板282的等距部分透視圖)中所示，該底板包含多個(gè)在第一流體端口284與第二流體端口286之間延伸的微通道283。在一些實(shí)施方案中，散熱器底板282可以通過加性制造工藝生產(chǎn)，這與分別與電磁部件170和272相關(guān)聯(lián)的散熱器元件204和274相似。參考回到圖13a，散熱器底板282的流體端口284和286可以聯(lián)接到流體配件218，流體配件218可以聯(lián)接到流體冷卻系統(tǒng)250的管子或管道。

流體冷卻系統(tǒng)250可以包含流體泵288以使流體循環(huán)通過管子和散熱器元件的網(wǎng)絡(luò)。流體冷卻系統(tǒng)250還可以包含流體地聯(lián)接到泵的、對(duì)流過其中的流體進(jìn)行冷卻的熱交換器290(例如，散熱器)。

圖15示出流體冷卻系統(tǒng)250的連接的示例性配置。在此圖解中，流體可以通過入口流體配件218a進(jìn)入后部面板258處的機(jī)殼252。入口流體配件218a聯(lián)接到管子292a，管子292a又聯(lián)接到與電磁部件170相關(guān)聯(lián)的散熱器元件204a的近端(如圖所示)處的流體配件218b。管子292b通過配件218c和218d將散熱器元件204a和204b的遠(yuǎn)端聯(lián)接在一起，并且管子292c通過配件218e和218f將散熱器元件204b和204c的近端聯(lián)接在一起，以使流體可以順序流過散熱器元件204a、204b和204c。散熱器元件204c的遠(yuǎn)端處的管子292d聯(lián)接到散熱器元件204c的遠(yuǎn)端處的流體配件218g并且聯(lián)接到整流器散熱器底板282的第一流體配件218h。另一管子292e聯(lián)接在整流器散熱器底板282的第二流體配件218i與電磁部件272的散熱器元件274a的流體配件218j之間。分別聯(lián)接到散熱器元件274a和274b的近端處的流體配件218k和218l的管子292f允許流體順序流過散熱器元件。散熱器元件274b的遠(yuǎn)端處的管子292g聯(lián)接在流體配件218m與聯(lián)接到機(jī)殼252后部面板258的出口流體配件218n之間。管子274或本文中所述的通道可以具有為圓形、矩形或任何其它形狀的橫截面形狀。

使用此示例性配置，流體可以循環(huán)通過atru254的各種散熱器元件。

機(jī)殼252的面板256、258、260、262、264、266由碳纖維環(huán)氧樹脂材料形成，與由導(dǎo)熱材料(例如鋁)制成的機(jī)殼相比，其實(shí)質(zhì)上減小atru254的重量，同時(shí)提高其耐久性。如上所述，散熱器元件消散足夠熱，以使atru254并不需要導(dǎo)熱機(jī)殼。與常規(guī)atru相比，碳纖維環(huán)氧樹脂機(jī)殼252與本公開內(nèi)容的流體冷卻系統(tǒng)250組合有利地為atru254的機(jī)械和結(jié)構(gòu)部分提供30％至50％重量減小。通過直接冷卻磁性設(shè)備的最熱點(diǎn)，此設(shè)備可以針對(duì)較小大小重新設(shè)計(jì)，從而進(jìn)一步改進(jìn)大小和重量上的減小。

此外，雖然本公開內(nèi)容的實(shí)施方案可以針對(duì)具有5千瓦和更高(例如，50千瓦)的輸出功率的atru或tru中的相對(duì)大磁性設(shè)備，但是這些實(shí)施方案還可以應(yīng)用于不同大小的其它磁性設(shè)備。

本公開內(nèi)容的實(shí)施方案最小化流體冷卻的散熱器元件的大小并將此散熱器元件直接放置在其最有效的位置處。如上所述，散熱器元件的熱接收部分或指部構(gòu)建到磁性部件中并且定位在繞組與芯體之間，或者任選地，部分通過繞組。

可以使用采用3d金屬打印的加性制造工藝來生產(chǎn)散熱器元件，其提供使用其它方法(例如，常規(guī)機(jī)加工)無法實(shí)現(xiàn)的益處或?qū)⑿枰~外動(dòng)作。這些益處在于：具有在多于一個(gè)x-y平面中的冷卻通道的能力和3d打印通道的固有表面粗糙度在產(chǎn)生湍流而非層流過程中的益處。具體來說，與傳統(tǒng)機(jī)加工工藝相比，由3d打印過程產(chǎn)生的表面粗糙度對(duì)流體產(chǎn)生更高熱傳遞速率。此外，在某些線性流體速度和粘度下，粗糙表面產(chǎn)生較低摩擦，因此在流體冷卻系統(tǒng)中產(chǎn)生較低壓力損失。

此外，3d打印散熱器元件可以具有對(duì)流體的流動(dòng)更呈流線型的維度通道，其產(chǎn)生較少阻力并減小壓力損失。3d打印流體通道還允許流體通過傳統(tǒng)上難以到達(dá)的區(qū)域以向此類區(qū)域中的熱點(diǎn)提供直接冷卻。此外，可以自由實(shí)現(xiàn)對(duì)流體壓力損失重要的小區(qū)域(例如3d半徑)，而不受特殊工具和/或工具進(jìn)入的限制。通常，可以自由選擇3d打印散熱器元件的流體通道的橫截面，因此這些通道可具有可行的最小厚度。

另外，3d打印散熱器元件具有比由常規(guī)方法(例如鑄造和/或釬焊)生產(chǎn)的散熱器元件高得多的密度。因此，3d打印散熱器元件中的孔隙率較少受到關(guān)注。因此，3d打印散熱器元件的壁可以設(shè)計(jì)成比使用常規(guī)方法制造的散熱器元件的壁薄，這可減小3d打印散熱器元件的總大小。

另一選擇為，可以提供較大散熱器元件，其僅在一個(gè)x-y平面中具有冷卻通道，其中該散熱器元件使用傳統(tǒng)機(jī)加工按在制造期間結(jié)合在一起的兩個(gè)半部制成。這些散熱器元件可以與需要用于對(duì)組件中的其它部件進(jìn)行冷卻的微通道散熱器串聯(lián)連接在一起。這些其它散熱器可以借助加性制造技術(shù)或借助傳統(tǒng)機(jī)加工技術(shù)生產(chǎn)。

前述具體實(shí)施方式已經(jīng)通過使用框圖、示意圖和示例闡述了設(shè)備和/或工藝的各種實(shí)施例。只要此類框圖、示意圖和示例包含一個(gè)或多個(gè)功能和/或操作，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員便將理解，此類框圖、流程圖或示例內(nèi)的每一功能和/或操作可以通過許多各種不同硬件、軟件、固件或幾乎其任何組合個(gè)別和/或共同實(shí)現(xiàn)。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本文中陳述的許多方法或算法可以采用額外動(dòng)作、可以省略一些動(dòng)作和/或可以按不同于指定次序的次序執(zhí)行動(dòng)作。

另外，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，本文中教示的機(jī)制能夠作為多種形式的程序產(chǎn)品分發(fā)，并且示例性實(shí)施例同樣適用、而不管用于實(shí)際執(zhí)行分發(fā)的非暫時(shí)信號(hào)承載媒體的特定類型。非暫時(shí)信號(hào)承載媒體的示例包含(但不限于)以下媒體：可記錄型媒體，例如軟盤、硬盤驅(qū)動(dòng)器、cdrom、數(shù)字磁帶和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器。

上文所述各種實(shí)施例可以組合以提供其它實(shí)施例。在本說明書中提及和/或在申請(qǐng)數(shù)據(jù)表中列出的所有美國專利、美國專利申請(qǐng)公開案、美國專利申請(qǐng)、外國專利、外國專利申請(qǐng)和非專利出版物(包含但不限于美國專利申請(qǐng)序列號(hào)14/627,556)都以全文引用方式并入本文中。如果需要，可以修改實(shí)施例的若干方面以采用各種專利、申請(qǐng)案和公開案的系統(tǒng)、電路和概念以提供其它實(shí)施例。

可以根據(jù)以上具體實(shí)施方式對(duì)實(shí)施例作出這些改變和其它改變。通常，在以下權(quán)利要求書中，所使用的術(shù)語不應(yīng)被解釋為將權(quán)利要求限于在說明書和權(quán)利要求書中公開的具體實(shí)施例，而應(yīng)被解釋為包含所有可能實(shí)施例以及此類權(quán)利要求賦予的等效內(nèi)容的全部范圍。因此，權(quán)利要求不受本公開內(nèi)容的限制。