變流控制器機箱的製作方法

2023-06-30 19:00:36

專利名稱：變流控制器機箱的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及變流器技術領域，特別地，涉及一種變流控制器機箱。
背景技術：
變流器是將電源系統的電壓、頻率、相數和其他電量或特性發生變化的電器設備， 包括整流器(交流變直流，AC/DC)、逆變器(直流變交流，DC/AC)、交流變流器(交交變頻 器，AC/AC)和直流變流器(直流斬波器，DC Chopper)。變流器除主電路(分別為整流電 路、逆變電路、交流變換電路和直流變換電路)外，還需有控制功率開關元件通斷的觸發電 路(或稱驅動電路)和實現對電能調節、控制的控制電路。現有用於軌道交通的變流器通 常是把上述各功能電路製作成獨立的功能單元模塊，例如整流單元模塊、功率單元模塊、斬 波單元模塊、電容濾波單元模塊、電抗器單元模塊、控制單元模塊等，固定在控制器箱體內 部形成變流控制器器機箱。變流器是軌道交通裝備的「心臟」，即「動力源」。按照不同的分類標準，可以分為 輕軌車輛牽引變流器、地鐵牽引變流器、機車和城軌配套輔助變流器、客車電源變換裝置、 礦用機車變流器等。當軌道交通車輛的變流器工作時會產生功率損耗(熱量)，因此需要散熱，功耗越 大，散熱的容量越大。目前常用散熱器的設置方式如圖1所示，散熱器101以單位封裝形式， 在功率模塊102的對應位置，通過螺栓103把接到變流器的箱體104上。變流器的散熱過 程為功率模塊102的功耗轉化的熱量，傳遞給變流控制器機箱的箱體104，再傳遞給散熱 器101。由於散熱中間環節過多，因此導致變流器大功率模塊散熱性能差，無法滿足散熱需 要。另外，由於現有技術提供的變流控制器機箱的箱體與箱蓋的結合，一般採用螺栓 把接的安裝方式，由於箱蓋的平整度難以保證，所以箱蓋與箱體之間難免會有縫隙。並且， 現有箱體一般是由幾個板塊焊接而成的焊接件，密封性差，很難達到設計要求IP65的技術 性能。因此，現有技術提供的箱體很難保證內部的變流器元件、電路不會受外界環境的幹 擾。尤其是對於某些車型，變流控制器是需要放置在車廂的底部，在車輛運行過程中難免受 很多惡劣天氣的影響或外界環境的影響，例如雨水、清洗水注、灰塵等。如果變流控制器箱 體的密封處理不好，這些雨水或灰塵勢必會通過縫隙進入箱體內部，造成對電路的幹擾甚 至破壞電路，影響到控制器正常工作、甚至影響軌道車輛的安全運行。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種變流控制器機箱，能夠提供更好的散 熱條件，增強變流控制器機箱的散熱效果。為了解決上述問題，本實用新型公開了一種變流控制器機箱，包括箱體和箱蓋，上 述箱體和箱蓋緊固連接形成密閉機箱，上述箱體設置一體鑄造成型的散熱器。優選的，上述散熱器與上述箱體的底板一體鑄造成型。[0009]優選的，上述散熱器具體包括散熱器基板和與上述散熱器基板垂直、彼此又相互 平行分布的數個翅片。優選的，在上述箱體底板需要攻絲的位置，箱體底板外表面一側鑄造有圓柱形凸臺。優選的，上述箱體的邊沿開設有凹槽，上述凹槽內裝配有密封條。優選的，上述凹槽為半圓形凹槽。優選的，上述密封條為圓形橡膠條。優選的，上述箱體與箱蓋的鎖緊部件裝配於上述密封條形成密封區域的外部。優選的，上述翅片的寬度為3 5mm;翅片的高度為35 50mm ；翅片間的距離為 12 15mm ；上述散熱器基板厚度為6 12mm。與現有技術相比，本實用新型具有以下優點本實用新型提供的變流控制器機箱的箱體與散熱器一體鑄造成型，使安裝在機箱 內部的功率模塊的散熱面與散熱器直接接觸，並且增大了散熱器的散熱面積，有效提高了 散熱器的散熱效率。在本實用新型的優選實施方式中，在箱體的邊沿開設有設置了密封條的凹槽，密 封條的設置使箱體和箱蓋的結合更加緊密，避免了縫隙的出現，有效阻止了外界環境中的 雨水、灰塵等物質進入變流控制器機箱的內部，避免了變流器電器元件受外界環境的幹擾， 保證了變流器的正常運行，進而加強了軌道車輛的行車安全。本實用新型的其他優選實施方式還提供了散熱器的散熱翅片間距、厚度等重要指 標的優選尺寸，使用這些尺寸可以獲得最佳的散熱效果。

圖1是現有變流器的散熱器設置方式示意圖；圖2是本實用新型變流控制器機箱的分解示意圖；圖3是本實用新型變流控制器機箱組合後的示意圖；圖4是本實用新型變流控制器機箱的箱體實施例一的結構示意圖；圖5是本實用新型變流控制器機箱的箱體實施例二的結構示意圖；圖6是本實用新型變流控制器機箱的散熱器的示意圖；圖7是本實用新型變流控制器機箱箱體實施例三的剖視圖；圖8為圖7的B-B剖視圖；圖9示出了本實用新型變流控制器機箱箱體實施例三的仰視圖；圖10是本實用新型變流控制器機箱的箱體與箱蓋結合的示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，
以下結合附圖和具 體實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明。參照圖2，示出了本實用新型變流控制器機箱的分解示意圖。如圖2所示，本實用 新型提供的變流控制器機箱包括箱體11、上箱蓋12、前箱蓋13、後箱蓋14以及散熱器15。 本實用新型實施例中，箱體11與散熱器15是一體鑄造成型的。對於箱體與散熱器的一體結構將在下面的內容中詳細描述。圖2所示的變流控制器機箱是一個空的機箱，在實際應用中，將組成整流器的整 流單元模塊、功率單元模塊、斬波單元模塊、電容濾波單元模塊、電抗器單元模塊、控制單 元等模塊內置於箱體11後，將上述各箱蓋與箱體緊固密封連接，便組裝成變流器的控制機 箱。可以應用於軌道交通領域的輕軌車輛、地鐵、機車、客車、礦用機車等設備，並根據不同 車輛的需要，設置於車輛的不同位置，為軌道交通裝備提供動力。圖3為變流控制器機箱組 合後的示意圖，上箱蓋12、前箱蓋13、後箱蓋14與箱體11扣合，外加螺栓把接，組裝成密閉 的變流控制器機箱。參照圖4，示出了散熱器15與箱體11 一體鑄造成型結構實施例一的示意圖。其 中，散熱器15具體包括散熱器基板152，即箱體11的底板；多組翅片151。其中，多個翅片 151垂直於散熱器基板152，並且彼此之間相互平行分布。為了提高散熱效果，本實施例散 熱器的翅片設置於整個箱體，即翅片151不僅設置於箱體11的底部，還設置與箱體11的側壁。這種整體設置散熱器翅片的設計，使散熱器的散熱面積最大化，有效增強了散熱 器的散熱效果。這是因為，從理論上分析，散熱效果是發熱源與散熱器的接觸面積成正比， 散熱面積越大散熱效果會越好。如果散熱單元僅僅局限在一定面積的小單元上，那麼這種 散熱效率遠遠比不上把整個箱體都作為散熱器效果來的明顯。通常情況下，變流器的功率模塊設置於控制機箱的底部，對應的，散熱器也設置於 控制機箱的底部。因此，本實用新型提供了一種散熱器與箱體底部一體鑄造成型的機箱，具 體參照圖5所示的變流控制器機箱箱體實施例二的示意圖。散熱器25具體包括散熱器基板252，即箱體21的底板；多組翅片251。其中，每 條翅片251垂直於散熱器基板252，並且彼此之間相互平行分布。與圖4所示的散熱器的翅 片設置情況不同的是本實施例中，翅片251設置於箱體21的底部。此種設計，可以減少箱 體鑄造耗材，節省機箱的製造成本。需要說明的是，為了區分上述兩個實施例，對機箱的組成部件採用了不同的標號， 就部件本身的結構而言並無本質區別。下面結合圖6，說明本實用新型變流控制器機箱底部散熱器的相關參數設置。本 實用新型中，技術人員經過綜合因素的考慮，將散熱器基板152的厚度(即，箱體11的底板 厚度)H2設置為6 12mm ；散熱器翅片151的齒高Hl設置為35 50mm ；齒寬Ll設置為 3 5mm;齒間距L2設置為12 15mm。考慮到自然冷卻時溫度邊界層較厚，如果翅片的齒 間距L2太小，兩個翅片的熱邊界層易交叉，影響翅片表面的對流。所以一般情況下，建議自 然冷卻的散熱器齒間距L2不小於12mm。上述參數設置標準是針對散熱器齒高Hl不低於 IOmm的情況而言的。對於散熱器齒高Hl低於IOmm的情況，可按齒間距不小於1. 2倍齒高來確定散熱 器的齒間距，即L2彡1. 2H1。本實用新型實施例中，箱體底板即為散熱器的基板，根據散熱器的熱傳導公式Q = Δ T/ Δ L 公式(1)其中，Q為熱量，代表熱傳導過程中散熱器帶走的熱量；K為材料的熱傳導係數值(Conductivity)，即散熱器材料的熱傳導係數；[0044]固定材料的熱傳導係數是一個常數，不會發生變化，例如純銅的熱傳導係數值為 396. 4，鋁的熱傳導係數值為240。熱傳導係數值越高，代表該種材料的熱傳導性能越好，上 述銅的熱傳導性能要比鋁的好。A代表傳熱面的面積(或是兩物體的接觸面積)；Δ T代表散熱器兩端的溫度差；AL則代表散熱器兩端的距離，本實施例中，AL等於散熱器基板的厚度。由上述公式(1)可知，Δ L越小，即散熱器基板152的厚度Η2 (箱體底板的厚度) 越小，散熱器的傳熱性能越好。由於在變流控制器機箱內部，一般採用在底板鑽孔攻絲的方式將功率模塊緊固在 箱體11上。倘若箱體底板的厚度太小，不滿足鑽孔攻絲厚度需要，則鑽孔攻絲後將破壞機 箱的密封性；但若底板過厚，則降低散熱器的散熱效率。為了解決該問題，本實用新型的另 一優選實施例，在箱體的底部專門設置了用於底板鑽孔攻絲的凸臺。具體結構參見圖7、圖 8和圖9所示。圖7示出了本實用新型變流控制器機箱箱體實施例三的剖視圖，圖8為圖7 的B-B剖視圖；圖9示出了箱體的仰視圖。箱體的底板152上設置有多個凸臺111，該凸臺 可以是圓柱形凸臺或方形凸臺，在此對凸臺的形狀不作限制。上述凸臺111可以設置箱體 底板的外側。可知，採用在箱體底板需要攻絲的位置鑄造出圓柱形凸臺的結構，可以有效避免 安裝電氣元件時在底面鑽孔攻絲破壞機箱整體密封性的問題，很好地解決了攻絲的問題， 不僅滿足功率模塊的散熱面與散熱器基板直接接觸，增大散熱面積以增強散熱效果，而且， 散熱器基板的厚度也可以減小，進一步增強散熱效果。另外，在本實用新型的變流控制器機箱的另一實施例中，箱體與箱蓋扣合的位置 設置有密封條，具體結構參見圖10所示。箱體11的邊沿設有凹槽160，凹槽160內部裝配密封條161。採用螺釘17等緊固 裝置將箱蓋12與箱體11緊固連接，使中間的密封條161壓縮，從而達到良好的密封效果。本實施例中，凹槽160可以是方型凹槽或半圓型凹槽，對應的，上述密封條161可 以是方型密封條或圓型密封條。上述密封條161可以採用矽橡膠等彈性材料製成。本實施 例中，密封條161具體為直徑3. 5mm、壓縮量小於50%的矽橡膠密封條。在機箱箱體的周圍與箱蓋接觸的部分，都設置有凹槽和對應的密封條進行密封處 理，形成一個完整的密封區域。這裡需要說明的是，螺釘17或其他鎖緊蓋裝配螺絲位於密 封區域的外部。這種在箱體和箱蓋之間設置密封條的結構，當採用螺栓把接的安裝方式後，可以 有效避免箱體、箱蓋之間出現縫隙，進而避免外界的灰塵、雨水、清洗水柱等物質進入箱體 內部，保證機箱內部的電器元件不受幹擾或損害，保障變流器的正常運轉，從而保證軌道車 輛的行車安全。此外，上述各實施例中，箱體與散熱器一體成型的結構可以採用鋁、銅或矽鎂 鋁合金製成，考慮到導熱性能、生產成本以及重量等因素的影響，優選採用鋁或鋁合金 6063 (Al-Mg-Si)材料製成。本說明書中的各個實施例均採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與 其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。
6[0058] 以上對本實用新型所提供的一種變流控制器機箱，進行了詳細介紹，本文中應用 了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助 理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本實用新型 的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解 為對本實用新型的限制。
權利要求1.一種變流控制器機箱，包括箱體和箱蓋，所述箱體和箱蓋緊固連接形成密閉機箱，其 特徵在於，所述箱體設置一體鑄造成型的散熱器。
2.根據權利要求1所述的變流控制器機箱，其特徵在於，所述散熱器與所述箱體的底 板一體鑄造成型。
3.根據權利要求1或2所述的變流控制器機箱，其特徵在於，所述散熱器具體包括散 熱器基板和與所述散熱器基板垂直、彼此又相互平行分布的數個翅片。
4.根據權利要求1所述的變流控制器機箱，其特徵在於，在所述箱體底板需要攻絲的 位置，其外表面一側鑄造有圓柱形凸臺。
5.根據權利要求1所述的變流控制器機箱，其特徵在於，所述箱體的邊沿開設有凹槽， 所述凹槽內裝配有密封條。
6.根據權利要求5所述的變流控制器機箱，其特徵在於，所述凹槽為半圓形凹槽。
7.根據權利要求6所述的變流控制器機箱，其特徵在於，所述密封條為圓形橡膠條。
8.根據權利要求5至7任一所述的變流控制器機箱，其特徵在於，所述箱體與箱蓋的鎖 緊部件裝配於所述密封條形成密封區域的外部。
9.根據權利要求3所述的變流控制器機箱，其特徵在於，所述翅片的寬度為3 5mm； 翅片的高度為35 50mm;翅片間的距離為12 15mm ；所述散熱器基板厚度為6 12mm。
專利摘要本實用新型提供了一種變流控制器機箱，包括箱體和箱蓋，所述箱體和箱蓋緊固連接形成密閉機箱，所述箱體上一體鑄造成型有散熱器。本實用新型提供的變流控制器機箱的箱體與散熱器一體鑄造成型，使安裝在機箱內部的功率模塊的散熱面與散熱器直接接觸，並且增大了散熱器的散熱面積，有效提高了散熱器的散熱效率。
文檔編號H05K7/20GK201781407SQ201020276650
公開日2011年3月30日 申請日期2010年7月30日 優先權日2010年7月30日
發明者孔東曉, 張可飛, 戴碧君 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發中心