[发明专利]一种电感的设计方法

说明书

一种电感的设计方法，具体步骤包括S1、针对所选的磁芯、绕组及导热介质，建立相应的电感热阻网络；S2、电感磁热（流体）耦合设计。通过建立功率电感的热阻模型，高效计算电感的工作温度，并快速设计功率电感，使设计的功率电感体积小，重量轻，功率密度高，成本低，设计精度高，不需要多次实物迭代，设计速度快。

技术领域

本发明涉及电感领域，具体是一种电感的设计方法。

背景技术

功率电感是新能源汽车核心部件功率变换器的重要零件。功率电感的效率、体积对功率变换器的效率体积有比较大的影响。

现有的功率电感设计，虽然电磁部分已经很成熟，但是电感的热计算部分还依然不成熟，主要还是采用手工计算，在计算出电感的铜损和铁损后，再通过如下两种方法获得新产品：1）使用热仿真（如有限元）设计获得产品；2）直接进行产品试制，直接通过测试进行产品性能验证。但是这两种方法还是存在很大不足，方法一中虽然电感的模型比较简单，但是热仿真（如有限元）是一项费时间的工作，特别不适用于前期的优化设计阶段；而方法二中直接进行产品试制更是费时费力，特别依赖于工程师的水平，如果工程师经验和能力不足，则可能需要多次的迭代。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种电感的设计方法，本发明通过建立功率电感的热阻模型，高效计算电感的工作温度，并快速设计功率电感，使设计的功率电感体积小，重量轻，功率密度高，成本低，设计精度高，不需要多次实物迭代，设计速度快。

技术方案：本发明提供了一种电感的设计方法，具体步骤包括S1、针对所选的磁芯、绕组及导热介质，建立相应的电感热阻网络；

S2、电感磁热（流体）耦合设计；

所述步骤S1包括以下子步骤：

S1-1根据绕组的匝数，把绕组划分为相应数量的单元；

S1-2根据扁铜线的参数，计算单元间的热阻；

S1-3 根据电感的散热路径，分别对导热介质和磁芯划分单元；

S1-4根据上述导热介质和磁芯的单元划分，分别计算各单元的热阻；

S1-5计算界面的热阻值；

S1-6建立整个功率电感的热阻网络模型；

S1-7根据热阻网络的节点，进行热阻网络求解；

相较于传统的电感热仿真设计，需要对整个电感进行网格划分，从而建立相对复杂庞大的有限元热模型，并进行仿真分析，而本发明中只需要分别对绕组、导热介质和磁芯进行有限个单元划分，即可以完成热阻模型的建立，其计算精度和有限元模型相当，但是计算时间大大缩短，从而大大减少了工作量，提高了工作效率。另外，还可以针对不同类型的磁芯类型，预先建立好热阻模型，具有广泛适用性。

所述步骤S2包括以下子步骤：

S 2-1根据选择的磁芯，获得磁芯的尺寸参数及磁性能参数；

S2-2根据设计指标，计算出电感的匝数，以及对应的电感量；

S2-3计算气隙尺寸；

S2-4根据磁芯参数初步计算扁铜线截面积，并与选型表中的扁铜线对照，选择尺寸最接近的扁铜线；

S2-5假定环境温度是电感的初始温度，并作为温度计算起始点；

S2-6根据扁铜线的尺寸、温度、电流计算出绕组的损耗；

S2-7根据磁芯的参数及初始温度计算磁芯的损耗；

S2-8根据步骤S1中建立的电感热阻网络，求解电感绕组的温度，如果求得的温度和上一个温度之差的绝对值小于设定量，则计算完成；如果不满足，则转回步骤S2-6，使用计算得到的温度，计算出新的绕组和磁芯的损耗，以及电感绕组的新温度值，再进行判断，直至满足要求。