CN120957399A - 变频器功率单元散热装置、变频器功率单元及变频器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变频技术领域，且公开了变频器功率单元散热装置、变频器功率单元及变频器，包括导热基板，导热基板顶部安装有液冷散热器，导热基板底部安装有导热铜管，导热铜管与液冷散热器连通，导热基板侧部设置有第一均热板、第二均热板、开合板和第三均热板，导热基板正下方设置有第四均热板，导热铜管一端与液冷散热器连接，导热铜管的另一端与第二均热板连接，导热基板底部还安装有回水管，回水管一端与液冷散热器连接，回水管另一端与第一均热板连接，第四均热板分别和第一均热板、第二均热板、第三均热板连通。本方案减少分布温差，提高变频器功率单元散热效果，以及提高变频器功率单元及变频器运行时内部温度均衡性。

Description

变频器功率单元散热装置、变频器功率单元及变频器

技术领域

本发明涉及变频技术领域，具体地，涉及变频器功率单元散热装置、变频器功率单元及变频器。

背景技术

相关技术中，在工业自动化快速发展的背景下，变频器的应用日益广泛，尤其是大功率变频器的功率密度不断提升，其功率单元的散热问题愈发关键。功率单元内的IGBT模块、整流二极管等功率器件在高频运行时会产生大量热量，对散热系统提出了极高要求。

部分高端变频器采用液冷铜管散热，将散热铜管与铜板导热结合，形成嵌入式热管，并利用变频器外表面翅片与空气对流实现热交换。但是这种散热设计导致铜板模块边角区域散热盲区，多层功率单元堆叠时，难以满足绝缘耐压要求；因此，不满足现有的需求，对此我们提出了变频器功率单元散热装置、变频器功率单元及变频器。

发明内容

本发明提供了变频器功率单元散热装置、变频器功率单元及变频器，该变频器功率单元散热装置、变频器功率单元及变频器解决了上述背景技术中所提到现有的散热设计导致铜板模块边角区域散热盲区，多层功率单元堆叠时，难以满足绝缘耐压要求的问题。

为了实现上述目的，本公开提供变频器功率单元散热装置，包括导热基板，所述导热基板顶部安装有液冷散热器，所述导热基板底部安装有导热铜管，所述导热铜管与所述液冷散热器连通，所述导热基板侧部设置有第一均热板、第二均热板、开合板和第三均热板，所述导热基板正下方设置有第四均热板，所述导热铜管一端与所述液冷散热器连接，所述导热铜管的另一端与所述第二均热板连接，所述导热基板底部还安装有回水管，所述回水管一端与所述液冷散热器连接，所述回水管另一端与所述第一均热板连接，所述第四均热板分别和所述第一均热板、所述第二均热板、所述第三均热板连通。

可选地，所述开合板设置为单层铜板，所述开合板连接在所述第一均热板和所述第三均热板之间，所述开合板一侧与所述第三均热板铰接，所述第二均热板与所述开合板相对设置。

可选地，所述第一均热板包括第一铜板和第二铜板，所述第一铜板与所述第二铜板之间固定安装有若干毛细铜柱，所述第二均热板和所述第四均热板的结构与所述第一均热板相同，所述导热铜管内部采用烧结铜粉吸液芯，所述导热铜管呈螺旋设置，且所述导热铜管与所述第一均热板、所述第二均热板和所述第三均热板的侧壁嵌合。

可选地，所述液冷散热器顶部设置有散热翅片，所述液冷散热器底部连接有注水口一和回水口，所述注水口一与所述导热铜管连接，所述回水口与所述回水管连接，所述液冷散热器还连接有注水口二，所述注水口二连接有辅热铜管，所述辅热铜管中部连接有降温管，所述降温管另一端与所述第三均热板连接，所述辅热铜管底部连接有直降管，所述直降管与所述导热铜管连接，所述辅热铜管中部设置有控制阀机构，所述控制阀机构根据工况温度改变所述辅热铜管的补给水路流向；常态时，所述辅热铜管通过所述降温管与所述第三均热板保持连通；工况温度异常时，所述辅热铜管通过所述直降管与所述导热铜管连通。

可选地，所述控制阀机构包括固定安装在所述辅热铜管内部的阀芯环，所述阀芯环中部滑动插接有阀轴，所述阀轴顶端固定连接有第一阀板，所述阀轴底端固定连接有第二阀板，所述辅热铜管邻近所述直降管的方向上设置有阻拦口，所述第二阀板与所述阻拦口间歇滑动贴合；所述阀轴与所述阻拦口滑动贴合时，所述降温管畅通；所述第二阀板与所述阻拦口错开时，所述第一阀板封堵所述降温管，所述直降管畅通。

可选地，所述阀芯环中部开设有换位滑槽，所述阀轴轴侧固定安装有换位环，所述换位环滑动安装在所述换位滑槽中，并且所述换位环与所述换位滑槽之间设置有热膨胀填充物，所述热膨胀填充物位于所述换位环邻近所述第一阀板的方向。

可选地，所述第三均热板包括固定安装在所述第四均热板上的固定铜板和滑动安装在所述第四均热板上的活动铜板，所述活动铜板侧部固定安装有活动铜柱，所述固定铜板的侧壁开设有调节孔，所述活动铜柱与所述活动铜板滑动插接，所述第四均热板表面开设有复位槽，所述活动铜板与所述复位槽滑动卡合，并且所述复位槽设置为内部有复位橡胶的卡槽。

可选地，所述导热铜管设置为方形铜管，所述导热铜管和所述第一均热板中的介质为纯水。

根据本公开的第二个方面，提供一种变频器功率单元，包括如上所述的变频器功率单元散热装置，还包括变频功率单元壳体，所述第四均热板固定安装在所述变频功率单元壳体上。

根据本公开的第三个方面，提供一种变频器，包括如上所述的变频器功率单元，所述变频器功率单元设置若干个，所述变频器顶部设置有散热风扇，若干所述变频器功率单元的散热翅片经同一组所述散热风扇散热。

通过上述技术方案，本公开提供的变频器功率单元散热装置、变频器功率单元及变频器在使用时：通过侧向布置的第一均热板、第二均热板和第三均热板与底部第四均热板形成立体散热架构，配合螺旋嵌合的导热铜管，消除传统直线铜管的散热盲区，通过将导热铜管与回水管配合，将传统铜管的功能分开，并且将传统技术中的铜板设置为均热板，使导热铜管不仅与均热板表面嵌合，其内部纯水还会进入均热板内实现热均衡，减少分布温差，提高变频器功率单元散热效果，以及提高变频器功率单元及变频器运行时内部温度均衡性；

通过辅热铜管的设置，在常态时，冷却水直接进入第三均热板中，可大幅降低第三均热板内部和表面的温度，进一步消除温差，提高散热效果；工况异常时，变频器内部温度超高，热膨胀填充物膨胀带动阀轴移动，从而改变第一阀板与第二阀板的位置，使得辅热铜管的纯水流进直降管中，实现对导热铜管的直接降温。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1为本发明的整体立体结构示意图。

图2为本发明的整体立体爆炸结构示意图。

图3为本发明图2的A处放大结构示意图。

图4为本发明图2的B处放大结构示意图。

图5为本发明图2的C处放大结构示意图。

图6为本发明的导热铜管立体结构示意图。

图7为本发明的辅热铜管立体结构示意图。

图8为本发明的常态时辅热铜管截面结构示意图。

图9为本发明的高温散热时辅热铜管截面结构示意图。

附图标记说明：10、变频功率单元壳体；110、导热基板；120、液冷散热器；130、散热翅片；140、导热铜管；141、注水口一；142、出水口；150、回水管；151、回水口；210、注水口二；220、降温管；230、直降管；240、辅热铜管；241、阻拦口；310、第一均热板；311、第一铜板；312、第二铜板；313、毛细铜柱；320、第二均热板；330、开合板；340、第三均热板；341、固定铜板；342、活动铜板；343、调节孔；344、活动铜柱；345、复位槽；350、第四均热板；410、第一阀板；420、阀轴；430、第二阀板；440、阀芯环；450、换位滑槽；460、换位环；470、热膨胀填充物。

具体实施方式

为使本公开的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本公开的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开。但是本公开能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本公开内涵的情况下做类似改进，因此本公开不受下面公开的具体实施例的限制。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。使用的术语“第一、第二”是为了区分一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。此外，下面的描述在涉及附图时，不同附图中的相同附图标记表示相同或相似的元素，本公开在此不作赘述。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

根据本公开的一些实施方式，提供变频器功率单元散热装置，参考图1-图9中所示，该变频器功率单元散热装置包括导热基板110，导热基板110顶部安装有液冷散热器120，导热基板110底部安装有导热铜管140，导热铜管140与液冷散热器120连通，导热基板110侧部设置有第一均热板310、第二均热板320、开合板330和第三均热板340，导热基板110正下方设置有第四均热板350，导热铜管140一端与液冷散热器120连接，导热铜管140的另一端与第二均热板320连接，导热基板110底部还安装有回水管150，回水管150一端与液冷散热器120连接，回水管150另一端与第一均热板310连接，第四均热板350分别和第一均热板310、第二均热板320、第三均热板340连通。

如此，通过将导热铜管140与回水管150配合，将传统铜管的功能分开，并且将传统技术中的铜板设置为均热板，使导热铜管140不仅与均热板表面嵌合，其内部纯水还会进入均热板内实现热均衡，减少分布温差，提高变频器功率单元散热效果，以及提高变频器功率单元及变频器运行时内部温度均衡性。

另外，开合板330设置为单层铜板，开合板330连接在第一均热板310和第三均热板340之间，开合板330一侧与第三均热板340铰接，第二均热板320与开合板330相对设置。

第一均热板310包括第一铜板311和第二铜板312，第一铜板311与第二铜板312之间固定安装有若干毛细铜柱313，第二均热板320和第四均热板350的结构与第一均热板310相同，导热铜管140内部采用烧结铜粉吸液芯，导热铜管140呈螺旋设置，且导热铜管140与第一均热板310、第二均热板320和第三均热板340的侧壁嵌合。

进一步地，液冷散热器120顶部设置有散热翅片130，液冷散热器120底部连接有注水口一141和回水口151，注水口一141与导热铜管140连接，回水口151与回水管150连接，液冷散热器120还连接有注水口二210，注水口二210连接有辅热铜管240，辅热铜管240中部连接有降温管220，降温管220另一端与第三均热板340连接，辅热铜管240底部连接有直降管230，直降管230与导热铜管140连接，辅热铜管240中部设置有控制阀机构，控制阀机构根据工况温度改变辅热铜管240的补给水路流向；常态时，辅热铜管240通过降温管220与第三均热板340保持连通；工况温度异常时，辅热铜管240通过直降管230与导热铜管140连通。

具体地，控制阀机构包括固定安装在辅热铜管240内部的阀芯环440，阀芯环440中部滑动插接有阀轴420，阀轴420顶端固定连接有第一阀板410，阀轴420底端固定连接有第二阀板430，第一阀板410和第二阀板430均设置为活塞板。辅热铜管240邻近直降管230的方向上设置有阻拦口241，第二阀板430与阻拦口241间歇滑动贴合；阀轴420与阻拦口241滑动贴合时，降温管220畅通；第二阀板430与阻拦口241错开时，第一阀板410封堵降温管220，直降管230畅通。

见图8和图9，阀芯环440中部开设有换位滑槽450，阀轴420轴侧固定安装有换位环460，换位环460滑动安装在换位滑槽450中，并且换位环460与换位滑槽450之间设置有热膨胀填充物470，热膨胀填充物470位于换位环460邻近第一阀板410的方向。

通过控制阀机构的设置，由于阀芯环440内部有热膨胀填充物470，因此当变频器内部温度升高且超高时，热膨胀填充物470膨胀带动阀轴420移动，从而改变第一阀板410与第二阀板430的位置，使得辅热铜管240的纯水流进直降管230中，实现对导热铜管140的直接降温，降温后的纯水经螺旋流动及与均热板的金属热传递，实现散热效能的全面提升。

本实施例还提出了变频器功率单元，包括上述变频器功率单元散热装置，还包括变频功率单元壳体10，第四均热板350固定安装在变频功率单元壳体10上。

本实施例还提出了变频器，包括上述变频器功率单元，变频器功率单元设置若干个，变频器顶部设置有散热风扇，若干变频器功率单元的散热翅片130经同一组散热风扇散热。

需要说明的是，液冷散热器120设置为带有水泵的液冷散热器。热膨胀填充物470设置为石蜡或氮气，也可根据实际需求选择其他适合的具有热膨胀性能的安全材料。

通过上述技术方案，本公开提供的变频器功率单元散热装置、变频器功率单元及变频器在使用时，通过辅热铜管240的设置，在常态时，冷却纯水一分为二，一份纯水经过导热铜管140进行螺旋流动，利用铜管进行散热，另一份冷却纯水由辅热铜管240流进第三均热板340中，由于回水管150分别与第一均热板310、第二均热板320和第三均热板340连通，并且导热铜管140的水流进第二均热板320中、回水管150与第一均热板310连接，因此导热铜管140的水路路径是从液冷散热器120到导热铜管140的螺旋分布到第二均热板320到第四均热板350到第一均热板310，再从第一均热板310回到液冷散热器120中，在这个水路中，虽然第四均热板350与第三均热板340连通，但第三均热板340的换热和均衡效果落后，因此辅热铜管240的冷却水直接进入第三均热板340中，可大幅降低第三均热板340内部和表面的温度，进一步消除温差，提高散热效果，且该部分冷却纯水从第三均热板340进入第四均热板350后与导热铜管140带来的纯水再次混合均衡，形成闭环散热路径，大幅提升散热效果与内部温度均衡性，加速主循环散热效率。

在本公开的一些实施方式中，参考图2-图5中所示，第三均热板340包括固定安装在第四均热板350上的固定铜板341和滑动安装在第四均热板350上的活动铜板342，活动铜板342侧部固定安装有活动铜柱344，固定铜板341的侧壁开设有调节孔343，活动铜柱344与活动铜板342滑动插接，第四均热板350表面开设有复位槽345，活动铜板342与复位槽345滑动卡合，并且复位槽345设置为内部有复位橡胶的卡槽。

导热铜管140设置为方形铜管，导热铜管140和第一均热板310中的介质为纯水。

通过上述技术方案，本公开提供的变频器功率单元散热装置、变频器功率单元及变频器在使用时，在辅热铜管240水路切换后，通过将第三均热板340特殊设置，利用活动铜柱344与调节孔343的滑动插接，使得固定铜板341与活动铜板342的间距可以改变，并且通过复位槽345的设置，在辅热铜管240的纯水直接进入导热铜管140时，第三均热板340内纯水量变小，因此活动铜板342靠近固定铜板341，使得第三均热板340的厚度变薄，有效缩短热传递路径，进一步提高热传递效率。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.变频器功率单元散热装置，包括导热基板（110），所述导热基板（110）顶部安装有液冷散热器（120），所述导热基板（110）底部安装有导热铜管（140），所述导热铜管（140）与所述液冷散热器（120）连通，其特征在于：所述导热基板（110）侧部设置有第一均热板（310）、第二均热板（320）、开合板（330）和第三均热板（340），所述导热基板（110）正下方设置有第四均热板（350），所述导热铜管（140）一端与所述液冷散热器（120）连接，所述导热铜管（140）的另一端与所述第二均热板（320）连接，所述导热基板（110）底部还安装有回水管（150），所述回水管（150）一端与所述液冷散热器（120）连接，所述回水管（150）另一端与所述第一均热板（310）连接，所述第四均热板（350）分别和所述第一均热板（310）、所述第二均热板（320）、所述第三均热板（340）连通。

2.根据权利要求1所述的变频器功率单元散热装置，其特征在于：所述开合板（330）设置为单层铜板，所述开合板（330）连接在所述第一均热板（310）和所述第三均热板（340）之间，所述开合板（330）一侧与所述第三均热板（340）铰接，所述第二均热板（320）与所述开合板（330）相对设置。

3.根据权利要求1所述的变频器功率单元散热装置，其特征在于：所述第一均热板（310）包括第一铜板（311）和第二铜板（312），所述第一铜板（311）与所述第二铜板（312）之间固定安装有若干毛细铜柱（313），所述第二均热板（320）和所述第四均热板（350）的结构与所述第一均热板（310）相同，所述导热铜管（140）内部采用烧结铜粉吸液芯，所述导热铜管（140）呈螺旋设置，且所述导热铜管（140）与所述第一均热板（310）、所述第二均热板（320）和所述第三均热板（340）的侧壁嵌合。

4.根据权利要求1所述的变频器功率单元散热装置，其特征在于：所述液冷散热器（120）顶部设置有散热翅片（130），所述液冷散热器（120）底部连接有注水口一（141）和回水口（151），所述注水口一（141）与所述导热铜管（140）连接，所述回水口（151）与所述回水管（150）连接，所述液冷散热器（120）还连接有注水口二（210），所述注水口二（210）连接有辅热铜管（240），所述辅热铜管（240）中部连接有降温管（220），所述降温管（220）另一端与所述第三均热板（340）连接，所述辅热铜管（240）底部连接有直降管（230），所述直降管（230）与所述导热铜管（140）连接，所述辅热铜管（240）中部设置有控制阀机构，所述控制阀机构根据工况温度改变所述辅热铜管（240）的补给水路流向；常态时，所述辅热铜管（240）通过所述降温管（220）与所述第三均热板（340）保持连通；工况温度异常时，所述辅热铜管（240）通过所述直降管（230）与所述导热铜管（140）连通。

5.根据权利要求4所述的变频器功率单元散热装置，其特征在于：所述控制阀机构包括固定安装在所述辅热铜管（240）内部的阀芯环（440），所述阀芯环（440）中部滑动插接有阀轴（420），所述阀轴（420）顶端固定连接有第一阀板（410），所述阀轴（420）底端固定连接有第二阀板（430），所述辅热铜管（240）邻近所述直降管（230）的方向上设置有阻拦口（241），所述第二阀板（430）与所述阻拦口（241）间歇滑动贴合；所述阀轴（420）与所述阻拦口（241）滑动贴合时，所述降温管（220）畅通；所述第二阀板（430）与所述阻拦口（241）错开时，所述第一阀板（410）封堵所述降温管（220），所述直降管（230）畅通。

6.根据权利要求5所述的变频器功率单元散热装置，其特征在于：所述阀芯环（440）中部开设有换位滑槽（450），所述阀轴（420）轴侧固定安装有换位环（460），所述换位环（460）滑动安装在所述换位滑槽（450）中，并且所述换位环（460）与所述换位滑槽（450）之间设置有热膨胀填充物（470），所述热膨胀填充物（470）位于所述换位环（460）邻近所述第一阀板（410）的方向。

7.根据权利要求1所述的变频器功率单元散热装置，其特征在于：所述第三均热板（340）包括固定安装在所述第四均热板（350）上的固定铜板（341）和滑动安装在所述第四均热板（350）上的活动铜板（342），所述活动铜板（342）侧部固定安装有活动铜柱（344），所述固定铜板（341）的侧壁开设有调节孔（343），所述活动铜柱（344）与所述活动铜板（342）滑动插接，所述第四均热板（350）表面开设有复位槽（345），所述活动铜板（342）与所述复位槽（345）滑动卡合，并且所述复位槽（345）设置为内部有复位橡胶的卡槽。

8.根据权利要求1所述的变频器功率单元散热装置，其特征在于：所述导热铜管（140）设置为方形铜管，所述导热铜管（140）和所述第一均热板（310）中的介质为纯水。

9.变频器功率单元，其特征在于：包括权利要求1-8任一所述的变频器功率单元散热装置，还包括变频功率单元壳体（10），所述第四均热板（350）固定安装在所述变频功率单元壳体（10）。

10.变频器，其特征在于：包括权利要求9所述的变频器功率单元，所述变频器功率单元设置若干个，所述变频器顶部设置有散热风扇，若干所述变频器功率单元的散热翅片（130）经同一组所述散热风扇散热。