專利名稱：一種變流器及其主功率結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及變流器領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種采用水冷的變流器及其主功 率結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，對(duì)于大多數(shù)變流器系統(tǒng)，其機(jī)柜內(nèi)部都安裝有功率模塊，主要包括網(wǎng)側(cè)模塊 和轉(zhuǎn)子側(cè)模塊。而這些功率模塊作為變流器的核心部分，對(duì)散熱的要求非常高，因此需要很 好的散熱結(jié)構(gòu)。通常采用的都是風(fēng)冷散熱，風(fēng)冷產(chǎn)品也相對(duì)成熟，而采用水冷散熱的則比較 少，但是水冷的效果比風(fēng)冷要好的多，水冷散熱必然成為變流器散熱的主要方式。目前只有國(guó)外少數(shù)幾家公司生產(chǎn)有水冷散熱的變流器，即將散熱器放在功率模塊 的下方，通過(guò)水路管道與功率模塊底面貼合，將功率模塊的熱量用冷水流動(dòng)帶走。由于這些 變流器仍然采用傳統(tǒng)的大模塊結(jié)構(gòu)的功率模塊，也就是將構(gòu)成功率模塊的主體部分的電容 組件和絕緣柵雙極型晶體管(IGBT，InsulatedGate Bipolar Transistor)組件集成為一個(gè) 模塊單元，多個(gè)功率模塊分別位于變流器機(jī)柜內(nèi)部的前、后側(cè)鋪開(kāi)，因此功率模塊底面的總 面積比較大，則要求散熱器也必須鋪設(shè)的面積也較大。采用這樣的大尺寸散熱器，不僅加工困難，制造成本高，而且質(zhì)量較重，使推廣水 冷變流器受到很大的局限。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述變流器的散熱器加工困 難，散熱質(zhì)量不穩(wěn)定的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單小巧、且散熱器保證對(duì)功率模塊散熱充分的 變流器的主功率結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種變流器的主功率結(jié) 構(gòu)，包括功率模塊和散熱系統(tǒng)，所述功率模塊包括IGBT組件和電容組件，所述IGBT組件和 電容組件之間用疊層母排緊固連接且分別位于所述疊層母排兩側(cè)；所述變流器的散熱系 統(tǒng)包括位于所述電容組件散出熱空氣的一側(cè)的風(fēng)扇、位于所述風(fēng)扇吹出熱空氣的一側(cè)的換 熱器、貼在所述IGBT組件上的散熱器以及所述換熱器、散熱器上各自帶有的進(jìn)水管和出水 管。在本實(shí)用新型所述的變流器的主功率結(jié)構(gòu)中，所述功率模塊有多個(gè)，其中每個(gè)功 率模塊包括一個(gè)所述IGBT組件和一個(gè)電容組件，相應(yīng)的多個(gè)所述IGBT組件并排分布在所 述疊層母排的一側(cè)，同樣多個(gè)所述電容組件并排分布在所述疊層母排的另一側(cè)。在本實(shí)用新型所述的變流器的主功率結(jié)構(gòu)中，所述換熱器包括進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口， 且所述吸進(jìn)熱風(fēng)的進(jìn)風(fēng)口位于所述風(fēng)扇出風(fēng)的一側(cè)。在本實(shí)用新型所述的變流器的主功率結(jié)構(gòu)中，所述換熱器安裝在所述功率模塊的 上方、左側(cè)、右側(cè)或者背面。在本實(shí)用新型所述的變流器的主功率結(jié)構(gòu)中，所述變流器的散熱系統(tǒng)還包括與所有進(jìn)水管連通的主進(jìn)水管，以及與所有出水管連通的主出水管。在本實(shí)用新型所述的變流器的主功率結(jié)構(gòu)中，所述換熱器的進(jìn)水管和出水管各有 一根，分別與所述主進(jìn)水管和所述主出水管連通。在本實(shí)用新型所述的變流器的主功率結(jié)構(gòu)中，所述變流器包括多個(gè)所述IGBT組 件均背貼所述散熱器，所述散熱器具有相應(yīng)多個(gè)進(jìn)水管和多個(gè)出水管。在本實(shí)用新型所述的變流器的主功率結(jié)構(gòu)中，所述多個(gè)進(jìn)水管和多個(gè)出水管等 長(zhǎng)，且分別等距地并聯(lián)在所述主進(jìn)水管和所述主出水管上。本實(shí)用新型還涉及一種變流器，其具有上述變流器的主功率結(jié)構(gòu)。實(shí)施本實(shí)用新型的變流器及其主功率結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果由于功率模塊采 用歸一化設(shè)計(jì)，即將IGBT組件與電容組件之間用疊層母排連接，能夠?qū)GBT組件和電容 組件緊湊連接，使得整個(gè)功率模塊的尺寸可以做得相對(duì)小很多，則貼在IGBT組件上的散熱 器，在最大限度的滿足散熱要求的同時(shí)，其尺寸業(yè)可相應(yīng)做得盡可能的小，再配合風(fēng)扇、換 熱器等散熱系統(tǒng)的部件，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)功率模塊的水冷散熱，解決了現(xiàn)有技術(shù)的水冷變流器 的散熱器尺寸大、質(zhì)量大、成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺陷問(wèn)題。

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中圖1是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的變流器功率模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例變流器的主功率結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是圖2所示優(yōu)選實(shí)施例對(duì)電容組件散熱的空氣流向示意圖；圖4是圖2所示優(yōu)選實(shí)施例的散熱器的位置示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的變流器，其內(nèi)部具有主功率結(jié)構(gòu)，而主功率結(jié)構(gòu)包括功率模塊和散 熱系統(tǒng)兩部分，其中下文描述的主功率結(jié)構(gòu)即為本實(shí)用新型的變流器的主功率結(jié)構(gòu)。如圖1所示，本實(shí)用新型中的功率模塊采用歸一化設(shè)計(jì)，也即是說(shuō)，其組成部分 IGBT組件110和電容組件120不是傳統(tǒng)的組合成一個(gè)模塊單元整體，而是分為兩個(gè)物理上 獨(dú)立的小模塊。IGBT組件110與電容組件120之間通過(guò)疊層母排130連接，使二者相對(duì)隔開(kāi) 的并排排布。而利用疊層母排130，功率模塊可以相互之間緊湊地并列排布多個(gè)，這樣設(shè)計(jì) 的功率模塊，其整體體積明顯減小，質(zhì)量大大減小，且維護(hù)方便，可以直接將IGBT組件110 或者電容組件120拆卸下來(lái)。同時(shí)，本實(shí)用新型的功率模塊可以以一縱列排布多個(gè)，本文中的“多個(gè)”是指一個(gè) 和一個(gè)以上。在圖1所示的實(shí)施例中，采用3個(gè)同樣的功率模塊并列排布，且一側(cè)為IGBT 組件110，另一側(cè)為電容組件120。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以知道，對(duì)于功耗大的變流器，其功 率模塊可以更多，而本實(shí)施例中，只需將增加的功率模塊安裝在疊層母排130上即可，操作 簡(jiǎn)單，維護(hù)方便；同時(shí)，也可以將兩個(gè)和兩個(gè)以上的IGBT組件/電容組件通過(guò)一定的電連接 或物理連接組成為一個(gè)大的IGBT組件/電容組件。圖2示出的為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的變流器的主功率結(jié)構(gòu)，其包括功率模塊和 散熱系統(tǒng)，功率模塊包括圖1所示的IGBT組件110和電容組件120，且二者用疊層母排130固定連接；散熱系統(tǒng)包括風(fēng)扇200、換熱器300、散熱器600、進(jìn)水管、出水管和主進(jìn)水管410、 主出水管411。其中，進(jìn)水管包括分別與換熱器300和散熱器600相連通的換熱器進(jìn)水管 510和模塊進(jìn)水管520，出水管也包括分別與換熱器300和散熱器600相連通的換熱器出水 管511和模塊出水管521。如圖2所示，其中，風(fēng)扇200位于電容組件120上方的一側(cè)，用于將電容組件120 所散發(fā)的熱空氣吸入，并將熱空氣吹進(jìn)位于風(fēng)扇200 —旁的換熱器300內(nèi)。換熱器300也 位于電容組件120上方，在兩端分別開(kāi)設(shè)有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，且進(jìn)風(fēng)口與電扇200吹出熱風(fēng) 的一面相對(duì)，出風(fēng)口則靠近電容組件120上方的另一側(cè)。如圖3所示，由于換熱器300內(nèi)部有冷卻液流動(dòng)帶走熱量，使得風(fēng)扇200吹出的熱 空氣進(jìn)入到換熱器300內(nèi)，經(jīng)過(guò)冷卻后得到冷空氣，并被吹入電容組件120內(nèi)使電容組件 120散熱。冷、熱空氣流向如圖3的箭頭方向所示，則風(fēng)扇200與換熱器300共同對(duì)電容組 件120起到風(fēng)冷的作用。散熱器300接出了兩根水管，分別為換熱器進(jìn)水管510和換熱器 出水管511，兩根水管的另一頭分別連通到主進(jìn)水管410和主出水管411上。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以知道，風(fēng)扇200與換熱器300的位置并不只限于電容組件 120上方，只要能實(shí)現(xiàn)對(duì)電容組件120的風(fēng)冷散熱，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)，例 如換熱器300設(shè)置在功率模塊的左側(cè)、右側(cè)或者后方均可。另外還必須說(shuō)明的是，傳統(tǒng)的換熱器300都是安裝在變流器的機(jī)柜柜門(mén)內(nèi)側(cè)的， 因此，在維護(hù)時(shí)，需要將柜門(mén)拆下來(lái)以后才能對(duì)換熱器進(jìn)行維護(hù)。而在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí) 施例中，換熱器300安裝在功率模塊上，使得各方位是敞開(kāi)的，其拆卸和維護(hù)都較傳統(tǒng)的安 裝方式要簡(jiǎn)易得多。根據(jù)上文已知，電容組件120與IGBT組件110之間通過(guò)疊層母排130間隔開(kāi)，散 熱器600則安裝在二者之間并貼在IGBT組件110背面以充分水冷散熱。如圖4所示，在本 實(shí)施例中，IGBT組件110并排有三個(gè)，均背貼在散熱器600上，使得散熱器600能對(duì)其進(jìn)行 充分散熱。本實(shí)施例的散熱器600與現(xiàn)有技術(shù)的位于功率模塊底部的散熱器相比，其尺寸 明顯要小得多，而且直接裝在功率模塊內(nèi)與IGBT組件110貼合，散熱效率更高。為了對(duì)三個(gè)IGBT組件110充分水冷散熱，每一個(gè)IGBT組件110上均裝有模塊進(jìn) 水管520和模塊出水管521，且所述模塊進(jìn)水管520和模塊出水管521分別與主進(jìn)水管410 和主出水管411連通。如圖2所示，為了保證冷卻的均勻性和一致性，三根模塊進(jìn)水管520 的長(zhǎng)度相同，三根模塊出水管521的長(zhǎng)度也相同，并且分別等距地并聯(lián)在主進(jìn)水管410和主 出水管411上。結(jié)合圖2、圖4可知，主進(jìn)水管410的冷液體進(jìn)入模塊進(jìn)水管520，然后流經(jīng)IGBT 組件110，將IBGT組件110的熱量吸收后成為溫度高的熱液體，熱液體在散熱器600內(nèi)部流 動(dòng)，然后從模塊出水管521流出，最后進(jìn)入主出水管411排出。如此循環(huán)，則IGBT組件110 的熱量不斷被水冷帶走，從而實(shí)現(xiàn)充分散熱。通過(guò)設(shè)計(jì)合理的換熱器進(jìn)/出水管510/511 和模塊進(jìn)/出水管520/521的差別，可以調(diào)節(jié)功率模塊與換熱器300的液體流量，使進(jìn)行水 冷的冷卻液的分配更加合理。采用本實(shí)用新型的變流器的主功率結(jié)構(gòu)，對(duì)發(fā)熱量大的IGBT組件110進(jìn)行水冷， 對(duì)電容組件120則以風(fēng)冷為主，兩種冷卻方式結(jié)合，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)功率模塊的散熱。依據(jù)變 流器的功率模塊的尺寸，散熱器600在能實(shí)現(xiàn)充分散熱的同時(shí)尺寸可盡可能小。對(duì)于高功率等級(jí)的變流器，只要在實(shí)施例所示的功率模塊旁邊繼續(xù)增加功率模塊即可，而散熱器600 也可相應(yīng)增大。就現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)性數(shù)據(jù)表明，本實(shí)用新型的主功率結(jié)構(gòu)，在變流器功率相等實(shí) 現(xiàn)同樣的散熱效果時(shí)，其尺寸可減小到只有現(xiàn)有變流器的水冷散熱器尺寸的三分之一，可 見(jiàn)本實(shí)用新型具有很好的散熱效果。這樣的主功率結(jié)構(gòu)使變流器能充分散熱，從而保證其 工作的穩(wěn)定性，增長(zhǎng)設(shè)備的壽命。
權(quán)利要求一種變流器的主功率結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括功率模塊和散熱系統(tǒng)，所述功率模塊包括絕緣柵雙極型晶體管IGBT組件(110)和電容組件(120)，所述IGBT組件(110)和電容組件(120)之間用疊層母排(130)緊固連接且分別位于所述疊層母排(130)兩側(cè)；所述散熱系統(tǒng)包括位于所述電容組件(120)散出熱空氣的一側(cè)的風(fēng)扇(200)、位于所述風(fēng)扇(200)吹出熱空氣的一側(cè)的換熱器(300)、貼在所述IGBT組件(110)上的散熱器(600)以及所述換熱器(300)、散熱器(600)上各自帶有的進(jìn)水管和出水管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變流器的主功率結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述功率模塊有多個(gè)，每 個(gè)功率模塊包括一個(gè)所述IGBT組件(110)和一個(gè)電容組件(120)，相應(yīng)的多個(gè)所述IGBT組 件(110)并排分布在所述疊層母排(130)的一側(cè)，多個(gè)所述電容組件(120)并排分布在所述疊層母排(130)的另一側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變流器的主功率結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述換熱器(300)包括吸 進(jìn)熱風(fēng)的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，且所述進(jìn)風(fēng)口位于述風(fēng)扇(200)出風(fēng)的一側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變流器的主功率結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述換熱器(300)安裝在 所述功率模塊的上方、左側(cè)、右側(cè)或者背面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變流器的主功率結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述變流器的散熱系統(tǒng) 還包括與所有進(jìn)水管連通的主進(jìn)水管(410)，以及與所有出水管連通的主出水管(411)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變流器的主功率結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述換熱器(300)的進(jìn)水 管和出水管各有一根，分別與所述主進(jìn)水管(410)和所述主出水管(411)連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變流器的主功率結(jié)構(gòu)，其特征在于，多個(gè)所述IGBT組件 (110)均背貼在散熱器(600)上，所述散熱器(600)具有分別經(jīng)過(guò)每個(gè)IGBT組件(110)的 相應(yīng)多個(gè)進(jìn)水管和多個(gè)出水管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變流器的主功率結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多個(gè)進(jìn)水管和多個(gè) 出水管等長(zhǎng)，且分別等距地并聯(lián)在所述主進(jìn)水管(410)和所述主出水管(411)上。
9.一種變流器，其特征在于，包括權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的變流器的主功率結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種變流器的主功率結(jié)構(gòu)，包括功率模塊和散熱系統(tǒng)，所述功率模塊包括IGBT組件和電容組件，且二者之間用疊層母排緊固連接且分位于疊層母排兩側(cè)；散熱系統(tǒng)包括位于電容組件散出熱空氣的一側(cè)的風(fēng)扇、位于靠近風(fēng)扇吹出熱空氣的一面的換熱器、貼在IGBT組件上的散熱器以及換熱器、散熱器上各自帶有的進(jìn)水管和出水管。本實(shí)用新型還涉及具有這種主功率結(jié)構(gòu)的變流器。由于疊層母排將IGBT組件和電容組件緊湊地連接，使得散熱器在最大限度滿足散熱的同時(shí)，其尺寸盡可能的小，從而解決了現(xiàn)有水冷變流器的散熱器尺寸大、質(zhì)量大、成本高的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H05K7/20GK201590748SQ20092026078
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者王建偉, 白曉峰, 陳強(qiáng) 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司