一種採用熱管自冷散熱的功率胞結構的製作方法
2023-05-02 11:19:11 1
一種採用熱管自冷散熱的功率胞結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種熱管自冷散熱的功率胞結構。所述一種熱管自冷散熱的功率胞結構，包括後部鏤空的殼體，在殼體內設有散熱器和多個電容器、功率元件，其特徵在於：所述散熱器是由平行設置在殼體內的多個熱管散熱器組成；所述功率元件的個數與熱管散熱器的個數相等，對應安裝在每個熱管散熱器的上方；所述多個電容器設置在功率元件與熱管散熱器的後方，並通過複合母排與多個功率元件連接；在殼體的前方擋板上開設有多個進風口。本實用新型散熱過程中熱量通過熱管的工作原理被排出殼體外部，實現熱量的交換，因熱管散熱器靠自身冷卻液的蒸發凝結帶出熱量,無需風機或其他外部散熱因素,達到等溫性好,免設備維護，可以實現優質的散熱和方便的安裝。
【專利說明】一種採用熱管自冷散熱的功率胞結構
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於電力電子變壓器，變流器領域，涉及一種功率胞的設計，具體說是一種採用熱管自冷散熱方式的功率胞的結構設計。
【背景技術】
[0002]電力電子變壓器(power electronic trans-former，PET)，又稱固態變壓器(solid trans-former)，是一種通過電力電子技術實現電力系統電壓變換和能量傳遞的新型變壓器。相對於傳統變壓器而言，電力電子變壓器具有如下優點:(I)體積小，重量輕，環境汙染小；(2)運行時二次側輸出電壓恆定，不隨負載變化，且平滑可調；(3) —次、二次側電壓為正弦波形，功率因數可調；(4) 一次、二次側電壓、電流和功率均高度可控；(5)本身具有斷路器的功能，無需傳統的變壓器繼電保護裝置；
[0003]電力電子變壓器是集電力電子、電力系統、計算機、數位訊號處理以及自動控制理論等領域為一體的電力系統前沿研宄課題。目前在國內外，都有很多相關的研宄和開發。在電力電子變壓器的設計和研發中，大規模的電力電子器件以及相應的電力電子變流技術得到了廣泛的應用。
[0004]電力電子變壓器內使用的功率胞主要散熱方式有風冷和水冷兩種散熱方式。水冷散熱系統是通過循環水來傳遞熱量，通過熱交換器、循環系統、水箱、水泵和去離子水等若干部分組成。水冷系統有非常強的散熱能力，但因其結構複雜，維護成本高等問題，在傳統電力電子變壓器系統中較少使用。
[0005]風冷散熱主要是通過風扇開啟時攪動氣流和散熱片熱量傳遞將熱抽出當前使用環境。其系統具有結構簡單，成本低廉，技術成熟等特點，是目前電子電力變壓器採用的主要的散熱方式。
[0006]功率胞是一種集功率元件(IGBT，可控矽類)，散熱器，複合母排，電容器類高度集成化的功率組件，因為其結構類似於生物體的細胞結構，故取名為功率胞，功率胞(功率組件)具有安裝、使用方便；外型美觀、可靠性高、綜合成本低，利於成套化、設計選型簡單、整機設備開發周期縮短等一系列優點。對於電力電子設備製造而言，大部分的功率器件電連接形式都可用功率胞組合連接得到。電力電子變壓器中使用的功率胞主要發熱源為IGBT類高頻率開關器件，傳統電子電力變壓器功率胞散熱方式如圖1和圖1-1所示:功率組件(IGBT等)安裝在散熱器上部，功率胞前部安裝風機(扇)，風機啟動，功率胞內產生的熱量通過風機攪動氣流，從功率胞尾部排出。此種功率胞結構設計的弊端在於風道需要嚴密配合，使得風機(扇)攪動氣流時產生風壓，逼迫熱量排出功率胞外；另一方面，攪動的風機(扇)帶著灰塵從功率胞經過，會使功率胞內產生大量灰塵沉積，如若不及時清理，必定會對功率胞內元器件(電路板等)造成影響。
【發明內容】
[0007]本實用新型根據現有技術的不足提供一種採用熱管自冷散熱的功率胞結構，通過熱管吸收熱量並交換熱量的工作原理排出功率胞外部，實現熱量的交換，從而達到自冷散熱。
[0008]本實用新型提供的技術方案:所述一種熱管自冷散熱的功率胞結構，包括後部鏤空的殼體，在殼體內設有散熱器和多個電容器、功率元件，其特徵在於:所述散熱器是由平行設置在殼體內的多個熱管散熱器組成；所述功率元件的個數與熱管散熱器的個數相等，對應安裝在每個熱管散熱器的上方，且多個功率元件之間並聯連接；所述多個電容器設置在功率元件與熱管散熱器的後方，並通過複合母排與多個功率元件連接；在殼體的前方擋板上開設有多個進風口，多個進風口通過每個熱管散熱器中熱管之間的間隙與殼體後側鏤空部分連通形成自然空氣通道。
[0009]本實用新型較優的技術方案:所述熱管散熱器有四個，且兩鄰熱管散熱器之間設有等距間隙，多個進風口通過每個熱管散熱器中熱管之間的間隙以及兩相鄰熱管散熱器之間的間隙與殼體後側鏤空部分連通形成自然風道。
[0010]本實用新型較優的技術方案:所述進風口為長條狀進風口，多個進風口等距設置。
[0011]本實用新型所述的功率胞結構中的採用熱管散熱器，散熱過程中熱量通過熱管的工作原理被排出外殼，實現熱量交換，從而達到自冷散熱，散熱快，散熱效果好。由於熱量排出的過程中，不存在傳統散熱器依靠風機(扇)逼迫氣流攪動的特點，因此，功率胞可以保持較高的IP等級，且功率胞極易安裝。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是傳統的風冷功率胞結構示意圖，
[0013]圖1-1是傳統的風冷功率胞內部結構示意圖，
[0014]圖2是本實用新型的正面示意圖，
[0015]圖3是本實用新型的側面示意圖，
[0016]圖4是本實用新型結構示意圖，
[0017]圖5是本實用新型內部結構示意圖；
[0018]圖6是本實用新型的風向走勢圖。
[0019]圖中:I一散熱器，2—功率元件，3—電容器，4一複合母排，5—外殼，6—進風口。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型進一步說明。如圖2-4中所述的一種熱管自冷散熱的功率胞結構，包括後部鏤空的殼體5，在殼體5的前方擋板上開設有多個條狀進風口 6，多個條狀進風口 6等距設置，也可以設置成兩排，每排中的多個進風口也等距設置。如圖5所示，在殼體5內設有多個熱管散熱器1、多個電容器3和多個功率元件2，最佳方案設置有四個熱管散熱器和四個功率元件，四個熱管散熱器I平行設置在殼體5內靠近前擋板的位置，四個散熱器I固定在殼體5的其中一側板上，四個功率元件2對應安裝在每個熱管散熱器I的上方，且四個功率元件2之間並聯連接；所述多個電容器3設置在功率元件3與熱管散熱器I的後方，並通過複合母排4 (層疊母排)與多個功率元件2連接；多個進風口 6通過每個熱管散熱器I中熱管之間的間隙與及兩相鄰熱管散熱器之間的間隙與殼體後側鏤空部分連通形成自然風道。所述功元件2為IGBT元件。
[0021]本實用新型工作時，功率元件2在產生大量熱量，如圖6所示，安裝在功率元件2底部的熱管散熱器I首先獲得這些熱量，通過熱管散熱器I內部的工作(冷卻介質蒸發，冷凝)，將功率元件2產生的熱量傳導至熱管散熱器I上，熱管散熱器I通過其快速的熱量交換的功能(冷卻介質蒸發，冷凝)把熱量帶出，由於負壓的關係(熱量排出，殼體5內氣壓降低)，會自動從進風口 6進風口吸進外部空氣，形成一種自然風循環，從而達到熱管自冷散熱的方式。
【權利要求】
1.一種熱管自冷散熱的功率胞結構，包括後部鏤空的殼體(5)，在殼體(5)內設有散熱器(I)和多個電容器(3)、功率元件(2)，其特徵在於:所述散熱器(I)是由平行設置在殼體(5)內的多個熱管散熱器組成；所述功率元件(2)的個數與熱管散熱器的個數相等，對應安裝在每個熱管散熱器(I)的上方，且多個功率元件(2)之間並聯連接；所述多個電容器(3)設置在功率元件(2)與熱管散熱器(I)的後方，並通過複合母排(4)與多個功率元件(2)連接；在殼體(5)的前方擋板上開設有多個進風口 ￠)，多個進風口(6)通過每個熱管散熱器(I)中熱管之間的間隙與殼體後側鏤空部分連通形成自然空氣通道。
2.根據權利要求1所述的熱管自冷散熱的功率胞結構，其特徵是:所述熱管散熱器有四個，且兩鄰熱管散熱器(I)之間設有等距間隙，多個進風口(6)通過每個熱管散熱器(I)中熱管之間的間隙以及兩相鄰熱管散熱器之間的間隙與殼體後側鏤空部分連通形成自然風道。
3.根據權利要求1或2所述的熱管自冷散熱的功率胞結構，其特徵是:所述進風口(6)為長條狀進風口，多個進風口(6)等距設置。
【文檔編號】H02M1/00GK204179931SQ201420731037
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】張 浩, 周宇, 蔡昌偉, 舒歡歡, 朱久 申請人:長江三峽能事達電氣股份有限公司