專利名稱：一種高散熱結(jié)構(gòu)的功率單元箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高散熱結(jié)構(gòu)的功率單元箱，是一種應(yīng)用于大功率電力 電子產(chǎn)品的模塊化功率單元箱，特別適用于大功率逆變器。屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
模塊化的功率單元箱是大功率電力電子產(chǎn)品的重要組成部分，涉及高 壓、大功率或高壓大功率的整流、逆變、變頻等功率轉(zhuǎn)換產(chǎn)品，它對(duì)大功率 電力電子產(chǎn)品的體積、重量、可靠性等性能有直接的影響。因此功率單元箱 的設(shè)計(jì)需考慮功能、安裝、散熱等因素，特別是散熱性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的體積 大小(功率密度)、工作穩(wěn)定性、器件的壽命都有重要的影響。目前，市場(chǎng)上使用的功率單元箱一般采用風(fēng)道較長(zhǎng)的單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電 力電子器件在散熱器的安裝布局主要采用縱向設(shè)置，即主要器件布局連線基 本分布于散熱器風(fēng)道的前后方向。這種功率單元箱存在如下缺點(diǎn)由于在散 熱器風(fēng)道的阻力相對(duì)較大，前端冷風(fēng)與后端熱風(fēng)的溫差相對(duì)較大，造成位于 散熱器風(fēng)道后端的元件散熱溫差小、需要較大散熱面積，因此為保證散熱器 風(fēng)道后端的元件溫升在允許范圍，散熱器的體積相對(duì)較大，這樣， 一方面造 成散熱材料浪費(fèi)、產(chǎn)品的成本較高，另一方面會(huì)造成產(chǎn)品的體積較大，不利 于搬運(yùn)和使用，是一種低散熱結(jié)構(gòu)的功率單元箱。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的功率單元箱散熱器風(fēng)道阻力 大、要求散熱器面積相對(duì)較大的缺點(diǎn)，提供一種散熱器風(fēng)道阻力小、要求散 熱器面積相對(duì)較小的高散熱結(jié)構(gòu)的功率單元箱本實(shí)用新型的目的可以通過(guò)如下措施達(dá)到一種高散熱結(jié)構(gòu)的功率單元箱，包括殼體、濾波電容器、電力電子器件、 散熱器和母線/母排，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是散熱器采用寬截面、短風(fēng)道結(jié)構(gòu)，散熱器的風(fēng)道長(zhǎng)度《500mm，散熱器的進(jìn)風(fēng)口寬度為150mm 1 OOOmm;電力電子器件橫向設(shè)置在散熱器上并與散熱器緊密連接，濾波電容器和散熱器固定 安裝在殼體上；電力電子器件與濾波電容器之間通過(guò)母線/母排連接、形成電 流電壓電路。本實(shí)用新型的目的還可以通過(guò)如下措施達(dá)到本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是電力電子器件可以由大功率可控硅、整 流橋和IGBT中的一種或二種以上器件構(gòu)成，分別獨(dú)立安裝于散熱器上。本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是電力電子器件的端口還連接有控制電路 板，控制電路板設(shè)有信號(hào)檢測(cè)端和控制信號(hào)輸出端，分別與電力電子器件的 相應(yīng)信號(hào)端子連接。本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是殼體可以由金屬、塑料或復(fù)合材料制成； 濾波電容器可以由電解電容器或無(wú)極性電力電容器構(gòu)成。本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是散熱器可以由鋁、鋁合金、銅或銅合金 材料構(gòu)成，并采用強(qiáng)迫風(fēng)冷方式散熱。本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是母線/母排可以由印制電路板、銅箔、銅 板或銅排構(gòu)成。本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是電力電子器件通過(guò)螺釘固定安裝于散熱 器并構(gòu)成橫向設(shè)置結(jié)構(gòu)，使發(fā)熱器件連線與散熱器風(fēng)道方向垂直或基本垂直。本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是濾波電容器和散熱器或以通過(guò)螺釘固定 安裝在殼體上。本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是還設(shè)有與殼體配套的殼蓋，殼體呈"U" 形狀、構(gòu)成安裝濾波電容器和散熱器的支撐架。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型由于設(shè)計(jì)采用截面寬、風(fēng)道較短的散熱器設(shè)計(jì)，即冷卻風(fēng)流 過(guò)的散熱器時(shí)的路徑小于500mm，進(jìn)風(fēng)口寬度根據(jù)功率單元容量大小、散熱 量多少采用150mm 1000mm不等的設(shè)計(jì)。做到主要電力電子器件在散熱器 的安裝布局主要采用橫向，即主要器件布局連線基本垂直于風(fēng)道方向，散熱 器風(fēng)道的阻力相對(duì)較小，后端熱風(fēng)與前端冷風(fēng)的溫升相對(duì)小，位于散熱器風(fēng) 道左右的元件溫差較小，為保證相同溫升的散熱器的設(shè)計(jì)可相對(duì)較小，提高 功率單元的功率密度，對(duì)于相同容量的功率單元，采用以上設(shè)計(jì)的功率單元 箱體具有散熱效果好、體積相對(duì)小的特點(diǎn)。


圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中電容器一散熱器平式單元電力電子器件布局示意圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖3中電容器一散熱器疊式單元電力電子器件布局示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型根據(jù)電容器與散熱器安裝位置的不同，功率單元箱可有電容 器一散熱器平式功率單元箱結(jié)構(gòu)和電容器一散熱器疊式功率單元箱結(jié)構(gòu)。具體實(shí)施例1:如圖1所示，本實(shí)施例由殼體1、濾波電容器2、電力電子器件3、散熱 器4、母線/母排5以及相關(guān)控制電路板6組成；散熱器4采用寬截面、短風(fēng) 道結(jié)構(gòu)，散熱器4的風(fēng)道長(zhǎng)度《500mm，散熱器4的進(jìn)風(fēng)口寬度為150mm 1000mm;電力電子器件3橫向設(shè)置在散熱器4上并與散熱器4緊密連接， 濾波電容器2和散熱器4固定安裝在殼體1上；電力電子器件3與濾波電容 器2之間通過(guò)母線/母排5連接、形成電流電壓電路。控制電路板6設(shè)有信號(hào) 檢測(cè)端和控制信號(hào)輸出端，分別與電力電子器件6的相應(yīng)信號(hào)端子連接。本實(shí)施例中單元箱的殼體(含蓋板)1為單元箱的結(jié)構(gòu)支架，濾波電 容器2、散熱器4均采用螺釘固定于殼體1上，電力電子器件3 (包括可控 硅、整流橋、IGBT中的一種或二種以上)采用螺釘分別獨(dú)立固定安裝于散 熱器4上；散熱器4由鋁質(zhì)或鋁合金或銅質(zhì)或銅合金材料構(gòu)成，電力電子器 件3與濾波電容器2之間通過(guò)采用印制電路板或銅板、銅箔等母線排連接， 形成電流電壓電路；控制電路板6作為核心控制部分安裝于功率單元箱的殼 體1內(nèi)，用作電力電子器件3的檢測(cè)、保護(hù)電路。殼體1可以由金屬、塑料 或復(fù)合材料制成；濾波電容器2可以由電解電容器或無(wú)極性電力電容器構(gòu)成。 電力電子器件3通過(guò)螺釘固定安裝于散熱器4并構(gòu)成橫向設(shè)置結(jié)構(gòu)，使發(fā)熱 器件連線與散熱器風(fēng)道方向垂直或基本垂直。參見(jiàn)圖2，本實(shí)施例構(gòu)成電容器—散熱器平式功率單元箱結(jié)構(gòu)。具體實(shí)施例2:如圖3所示，本實(shí)施例的特點(diǎn)是在本實(shí)用新型功率單元箱中，單元設(shè) 計(jì)采用的截面寬、風(fēng)道較短的散熱器4，其冷卻風(fēng)流過(guò)的散熱器時(shí)的路徑小于500mm,進(jìn)風(fēng)口寬度根據(jù)功率單元容量大小、散熱量多少采用150mm 1000mm不等的設(shè)計(jì)。作為需要散熱的電力電子器件(功率器件)2在散熱 器4上安裝排列的布局連線垂直于風(fēng)道方向(箭頭方向)，這樣功率器件的 散熱效率高，相對(duì)于功率器件分布于風(fēng)道方向采用前后布置、散熱器進(jìn)風(fēng)口 窄、風(fēng)道長(zhǎng)的功率單元比較，在材料相同、體積相同的情況下，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的散熱效果要好。參見(jiàn)圖4，本實(shí)施例構(gòu)成電容器一散熱器疊式功率單元箱結(jié)構(gòu)。采用上述設(shè)計(jì)方案為本設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)之一，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不 限于此方案，所有基于本實(shí)用新型技術(shù)方案上的等效變換、布局、材料以及 安裝角度等的變化均在此保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種高散熱結(jié)構(gòu)的功率單元箱，包括殼體(1)、濾波電容器(2)、電力電子器件(3)、散熱器(4)和母線/母排(5)，其特征是散熱器(4)采用寬截面、短風(fēng)道結(jié)構(gòu)，散熱器(4)的風(fēng)道長(zhǎng)度≤500mm，散熱器(4)的進(jìn)風(fēng)口寬度為150mm～1000mm；電力電子器件(3)橫向設(shè)置在散熱器(4)上并與散熱器(4)緊密連接，濾波電容器(2)和散熱器(4)固定安裝在殼體(1)上；電力電子器件(3)與濾波電容器(2)之間通過(guò)母線/母排(5)連接、形成電流電壓電路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高散熱結(jié)構(gòu)的功率單元箱，其特征是 電力電子器件(3)由大功率可控硅、整流橋和IGBT中的一種或二種以上器 件構(gòu)成，分別獨(dú)立安裝于散熱器(4)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高散熱結(jié)構(gòu)的功率單元箱，其特征是-電力電子器件(3)的端口還連接有控制電路板(6)，控制電路板(6)設(shè)有 信號(hào)檢測(cè)端和控制信號(hào)輸出端，分別與電力電子器件(6)的相應(yīng)信號(hào)端子 連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高散熱結(jié)構(gòu)的功率單元箱，其特征是 殼體(1)由金屬、塑料或復(fù)合材料制成；濾波電容器(2)由電解電容器或 無(wú)極性電力電容器構(gòu)成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高散熱結(jié)構(gòu)的功率單元箱，其特征是 散熱器(4)由鋁、鋁合金、銅或銅合金材料構(gòu)成，并通過(guò)散熱風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫風(fēng) 冷方式散熱。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高散熱結(jié)構(gòu)的功率單元箱，其特征是 母線/母排(5)由印制電路板、銅箔、銅板或銅排構(gòu)成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高散熱結(jié)構(gòu)的功率單元箱，其特征是 電力電子器件(3)通過(guò)螺釘固定安裝于散熱器(4)并構(gòu)成橫向設(shè)置結(jié)構(gòu)， 使發(fā)熱器件連線與散熱器風(fēng)道方向垂直或基本垂直。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高散熱結(jié)構(gòu)的功率單元箱，其特征是濾波電容器(2)和散熱器(3)或通過(guò)螺釘固定安裝在殼體(1)上。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高散熱結(jié)構(gòu)的功率單元箱，其特征是還設(shè)有與殼體(1)配套的殼蓋，殼體(1)呈"u"形狀、構(gòu)成安裝濾波電 容器(2)和散熱器(4)的支撐架。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高散熱結(jié)構(gòu)的功率單元箱，包括殼體(1)、濾波電容器(2)、電力電子器件(3)、散熱器(4)和母線/母排(5)，其特征是散熱器(4)采用寬截面、短風(fēng)道結(jié)構(gòu)，散熱器(4)的風(fēng)道長(zhǎng)度≤500mm，散熱器(4)的進(jìn)風(fēng)口寬度為150mm～1000mm；電力電子器件(3)橫向設(shè)置在散熱器(4)上并與散熱器(4)緊密連接，濾波電容器(2)和散熱器(4)固定安裝在殼體(1)上；電力電子器件(3)與濾波電容器(2)之間通過(guò)母線/母排(5)連接、形成電流電壓電路。本實(shí)用新型由于設(shè)計(jì)采用截面寬、風(fēng)道較短的散熱器設(shè)計(jì)，對(duì)于相同容量的功率單元，具有散熱效果好、體積相對(duì)小的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02B1/00GK201113773SQ20072005569
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2007年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月17日
發(fā)明者姜新宇, 楊忠民, 王衛(wèi)宏, 石本星 申請(qǐng)人:廣州智光電機(jī)有限公司