CN1011563B - 具有多个要冷却的电气元件的电路装置 - Google Patents

Abstract

将低电阻高功率源中要冷却的电气元件(111-138)经由电导体(9、211、311、10、215、315、……)中的冷却通道(60-63、66、67、70-72、76-80)作为平行冷却循环系统连接到冷却介质分配器(8)上。电路装置的整个机械设计取层状结构，形成一个在电动力学上稳定、省空间的布局方式，在各要冷却的元件之间无需另设附件。

Description

本发明涉及一种电路装置，它具有：

多个要冷却的电气元件（111-118，121-128，131-138）;

多个包括冷却通道（60-63，66，67，70-72，76-80）的电导体（9，10，211，311，212，312，215，315），用以电连接和冷却所述电气元件（111-118，121-128，131-138）;

所述电导体（9，10，211，311，212，312，215，315）和所述电气元件（111-118，121-128，131-138）成行排列;

其特征在于，该电路装置还包括：

一个呈条形的冷却介质分配器（8），具有冷却介质的一个入口腔（11）和一个出口腔（12）;

所述成排的电导体（9，10，211，311，212，312，215，315）和电气元件（111-118，121-128，131-138）沿所述分配器（8）的第一和第二边排列;

所述分配器（8）和所述成排导体（9，10，211，311，212，312，215，315）和元件（111-118，121-128，131-138）按夹层状的形式固定在一起，分配器（8）在中间，而冷却通道（60-63，66，67，70-72，76-80）与分配器（8）的空腔（11，12）并联连接。

本发明的一个目的是提供一种结构紧凑即使在低电阻高电流电路的情况下在电动力学上也是稳定的电路装置，这种电路装置确保各元件得到最佳状态和均匀的冷却，而且只需要一个冷却介质入口和一个冷却介质出口而无需另外敷设冷却质管路和附件。

本发明即论及这个问题的解决方法。

本发明的优点主要是通过以下措施获得的：采用将电导体作为冷却介质循环路径的设计从而取消另设冷却介质设施的作法，具体体现在并行冷却方式将所有电路元件冷却到大致相同的温度，从而使各电路元件与热有关的电气效率保持在同等高度的水平。

有利的一点是，冷却介质分配器是集中在一个中间条上形成的，该条系作为通向各电路元件的出入口兼电导体，各电路元件和它们的导体在所有情况下都是以紧凑、简单装配和机械稳定的方式呈层状结构设置在中间条两侧，形成联合的冷却介质分配器。

下面参照附图更详细地说明本发明的一个实施例。附图中：

图1是带一些半导体二极管的一个三相变压器的电路装置的电路图;

图2是图1的部分电路装置的示意透视图;

图3是电路装置的一些压力板的侧视图;

图4是在图2中带点划线的平面中在箭头Ⅳ方向的剖面。

本发明的电路装置可用于直流电阻焊接机中。它包括一个具有初级绕组5、6、7和次级绕组1、2、3的三相大电流变压器4。次级绕组1、2、3各端连接到铜条101/102、201/202和301/302上，且在所有情况下次级绕组的各中间抽头则连接到中间抽头条13（由铜制成）上（图1、2、3）。条13上用螺钉（图中未示出）压接有一个中间条（冷却介质分配器）8，从而使条8和13以能导电、机械上稳定的方式连接起来。条101、201、301排成一行，平行于条13配置在条13的右侧，如图2所示，且与条13保持一段距离藉绝缘板53使其与条13绝缘（图2和3）。条102、202、302相应地成排配置在条13左侧，藉绝缘板54与条13隔离。于是条13、101、102、201、202、301、302和绝缘板53、54就形成一个组件配置在变压器4的正面。绝缘薄片55和56配置在成排条101、201、301和/或102、202、302的表面之间，偏离变压器和下面即将谈到的电路装置的其它部分。

在所有情况下，整流是由四个半导体二极管对各相的半波进行的。各二极管由细长板9、10形成的输出导体其输出电压的极性为正，但必要时可将所有二极管装进它们各相反极性的管座中使极性为负。

二极管总共24个，配置成两行，每行十二个，各行设在中间条8的两侧，各二极管用1字开头的三位数字进行编号。第二个数字1至3表示相位，从1至4连续编号的第三个数字是给中间条8右侧的诸二极管编的号，5至8的连续编号是供中间条8左侧的诸二极管编的号。

二极管111至138的散热是在诸电导体中通冷却水进行的。矩形的中间条8其下端表面各有一个接头17、18，供冷却水流进和流出之用，直接通到其内部空腔11和12中。空腔11、12系设计成彼此相对的U字形切口，从而使图4中的空腔11向左开，空腔12向右开，两空腔之间彼此用横档19隔开，横档19的宽度足以容纳将中间条8固定到中间抽头13上用的螺钉（图中未示出）的螺孔。冷却水在空腔11中借助于设在中间条8与板10之间的密封绝缘薄片52在板10中密封起来，同样，空腔12借助于密封绝缘薄片51与板9密封起来。鉴于中间条8与两个板9和10的电位不同，因而密封绝缘薄片51、52既起电绝缘的作用也起对液体密封的作用。

带薄片51的板9和带薄片52的板10各个系在中间条8的一侧与含二极管呈层状结构的一个组件用组件的四个螺钉20固定在一起。各组件由里向外包括一毗邻板9或10的内连接导线板、带弹性中间板的二极管、外连接导线板、一双导体、一外绝缘薄片和一压力板。

以下称靠在二极管各电极（阴极和阳极）的连接导线板为电极板。

两电极板、弹性中间材料、两连接件、外绝缘薄片和压力板的命名仿照二极管用三个数字命名，因而二极管与板9或10之间的内电极板以2开头的数字编号，跟着而来的弹性中间板以7字开头，外电极板以3字开头，双导体以8字开头，外绝缘薄片以6字开头，压力板则以4字 开头。由内电极板211、外电极板311、弹性中间板711、双导体811、外绝缘薄片611、压力板411和二极管111组成的组件用四个螺钉20与板9和密封绝缘薄片51固定在一起，固定到中间条8上，用压力板411作为副板。为获取使二极管111电接触良好所需的压力，压力板411具有一个带圆柱形头15的压力螺钉14、一个压力弹簧16和一个压力垫圈21。同样地，其余包括二极管112-114、121-124和131-134的组件系与板9及薄片51固定在一起，包括二极管115-118、125-128和135-138的组件则与板10及薄片52固定在一起，固定到中间条8的右侧或左侧。

螺钉20都导电，且装在绝缘包皮中，从而使压力板411-438与中间条8同电位，且中间各部件与板411-438及条8绝缘。板9和10以及内电极板211、212……借助于绝缘薄片51和中间板711、712……与中间条8和外电极板311、312绝缘，它们的电位相同。电位相同的还有外电极板311、312……与双导体811、812……，它们借助于绝缘薄片611、612……与板411、412……绝缘，借助于中间板711、712……与内电极板211、212……绝缘。

二极管111至114、121至124和131至134完全直接靠在有关各内电极板211至214、221至224和231至234上，该诸电极板又靠在板9上;其余的二极管115至118、125至128和135至138同样靠在板215、216……这些板又靠在板10上。板9和10同电位，彼此加以隔开仅仅是由于机械结构上的原因。

二极管各阳极至与变压器4的次级绕组1、2、3相连的条101、102、201、202、301、302的电气连接是借助于双导体811、812……以及外电极板311、312……进行的。双导体811、812……用螺钉22固定到条101、102……上。四个二极管的阳极是逐条或逐个次级绕组101、102、201、202、301、302的各端进行连接的。因此，举例说，二极管111、112、113、114的阳极系借助于双导体811、 812……和外电极板311、312固定到第一相绕组1的条101上。

板9和10的宽度比中间条8的毗邻表面的宽度略宽一些（宽几毫米，图2），从而可借助于板状导体（图中未示出）将同电位的两个板9和10进行电气连接，而无需在其上和其上方与中间条8接触。

整个层状结构设计使其可以将焊接机之类的用电设备与中间条8以及板9和10连接起来。中间条8和板9和10各侧已设有将接触条连接到用电设备所需用的钻孔（图中未示出），（在冷却水钻孔和空腔外侧）背向变压器4。

现在按图4以二极管111和112的冷却介质管路为例说明二极管111-138的冷却介质管路。其它二极管的冷却介质管路按类似的方式装设。

在层状结构组件方向走向的两个钻孔60和61系配置在图4所示的内电极板211的各上边和下边上。这些钻孔60和61在所有情况下通过板9经由与其在中间条8的方向上成一直线的钻孔62和63延续，且在所有情况下由中间条8上的钻孔64和65与板10上相应的钻孔66和67连接起来。钻孔64和钻孔65分别通过平行于横档19的切口68和69分别连接到空腔12和11。

钻孔61系经由从内电极板211的边缘通过盖25径向走向的另一钻孔71与冷却通道72的内端连接，冷却通道72由一个具有若干处在平行于二极管的阻挡层的平面的绕组（例如螺旋形绕组）的槽构成，钻孔60则由钻孔70与同一个冷却通道72的外端相连。盖25盖住冷却通道72，盖25的末端接内电极板211，由此形成紧密的冷却水系统。钻孔70从内电极板211外边缘通到钻孔60的孔壁的部分以及钻孔71的相应部分都设有孔塞73。

弹性中间板711的直径，与内电极板211上的钻孔60和61比较，在其轴线方向上具有扩大了的钻孔74和75。

弹性中间板711上的钻孔74和75在外电极板311上沿同一个轴线方向延伸，分别终止于盲孔76和77上。

钻孔79从电极板311上的盲孔77从电极板311的边缘通过其中径向延伸，盖26则通到，例如，螺旋形冷却通道80的内端，螺旋形冷却通道80则与冷却通道71在电极板211和盖25中的情况类似由一个槽构成。

在钻孔62、63、66、67终止在背向中间条8的表面上的出口处设有若干凹口，供装设可靠密封着孔接合处的密封环57之用。

水从热交换器或冷水接头（图中未示出）的冷却介质进口接头17流入，从空腔11借助于平行的冷却循环路径分配到待冷却的各二极管，然后经由空腔12及其出口18引回到热交换器或废水管路中。这里再次以相对于中间条8对称配置的两个二极管111和115为例介绍冷却介质流到各二极管的情况。冷却水从空腔11流入切口69，在那里分支流入钻孔65往右拐，流到二极管111和115往左拐。右进的通路经过钻孔63、61，并经由钻孔71在冷却通道72的方向上分支入内电极板211，例如，在其沿螺旋路径通过其中的过程中冷却着二极管111的阴极，然后通过钻孔70、60、62、64和切口68经由空腔12流回到出口18。分支的另一流到电极板211的冷却水路径进一步经由钻孔61通到钻孔75、盲孔77和钻孔79到冷却水通道80，在这时冷却着二极管111的阳极，然后经由钻孔78、盲孔76、钻孔74流回，在钻孔60与阴极的冷却水汇合，然后沿上述路径流到出口18。左边路径从切口69经由钻孔65、67通到内电极板215中的分支，从而使二极管115的阴极和阳极如上所述受到冷却，冷却水则通过钻孔66、64和切口68流到空腔12。

其它一些可冷却的电气元件，举例说电阻，可代替二极管111至138，与相应的经改装的电极板211至238和311至338装在一起。

但在所有情况下也可以只采用1至3个半导体二极管，而不是在所有情况下对各相半波都采用四个二极管111至138。还可以将其它要冷 却的电气元件，例如电阻，与相应的经改装的电极板211至238和311至338装在一起，以取代二极管111至138。

三相大电流变压器4也可用三个单相大电流变压器代替，三个单相大电流变压器的次级绕组的一侧接到铜条101/102、201/202和301/302上，且在所有情况下接到一中心抽头条13上。也可用桥式整流电路代替带二次侧中间抽头的三个单相大电流变压器，在此情况下，不用中间条8，直流导体的一个或两个板或空腔11或12各个承接空腔11、12，供冷却水流进或流出之用。还可以采用三相以下的开关装置。

冷却水输送组件较好的材料是电解铜。历来都知道，不象，例如，铝那样，电解铜在以自来水作为冷却介质时不腐蚀或只轻微腐蚀。

在进行本发明的一般情况下，我们意外地发现，一般（导电的）自来水可用作冷却材料。这是基于这样的研究结果，即电气上用绝缘材料51、52、711、712……加以绝缘但有相同的冷却介质在其上流动的各组件之间的电位差是极小的。对所有与冷却流体接触的导体采用铜和铜合金可以可靠地防止电化材料腐蚀，但采用例如，铝则会产生腐蚀。当然也可以采用象去离子水或油之类的导电能力差或绝缘的冷却流体而不用普通的自来水。

冷却水的入口和出口17和18适宜设在中间条8的前下端，但也可以装在中间条8的上表面的端部而不致损害工作状态。

当板9、10、211和215……是由电解铜（即软质材料）组成时，密封环57可以不同，而可将板9和10的表面和/或毗邻板211和215……的表面以皱纹搞粗，使它们以后通过上紧压力板411、412……与中间条8之间的螺钉20进行组装时形成一个密封。

Claims (10)

1、一种电路装置，它具有：

多个要冷却的电气元件(111-118，121-128，131-138)；

多个包括冷却通道(60-63，66，67，70-72，76-80)的电导体(9，10，211，311，212，312，215，315)，用以电连接和冷却所述电气元件(111-118，121-128，131-138)；

所述电导体(9，10，211，311，212，312，215，315)和所述电气元件(111-118，121-128，131-138)成行排列；

其特征在于，该电路装置还包括：

一个呈条形的冷却介质分配器(8)，具有冷却介质的一个入口腔(11)和一个出口腔(12)；

所述成排的电导体(9，10，211，311，212，312，215，315)和电气元件(111-118，121-128，131-138)沿所述分配器(8)的第一和第二边排列；

所述分配器(8)和所述成排导体(9，10，211，311，212，312，215，315)和元件(111-118，121-128，131-138)按夹层状的形式固定在一起，分配器(8)在中间，而冷却通道(60-63，66，67，70-72，76-80)与分配器(8)的空腔(11，12)并联连接。

2、根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，它包括：

一变压器（4），具有至少一个带中间抽头（13）的次级绕组（1，2，3）;

所述电气元件为整流元件（111-118，121-128，131-138），所述电导体（9，10，211，311，212，312，215，315）大致上呈板状，所述分配器（8）则取大致上矩形导电条的形式;

所述分配器的第三边与所述次级绕组（1，2，3）的所述中间抽头（13）电连接。

3、根据权利要求2所述的电路装置，其特征在于，

所述变压器（4）的所述次级绕组（1）具有第一端接头（102）和第二端接头（101）;

所述整流元件（111-118，121-128，131-138）个个配置在一对所述电导体（211/311，212/312，215/315）之间;

所述次级绕组（1）的所述第一端接头（102）与成行配置在所述分配器（8）的所述第一边的各对所述电导体（215/315）的一个电导体（315）电连接;且

所述次级绕组（1）的所述第二端接头（101）与成行配置在所述分配器（8）的所述第二边的各对所述电导体（211/311，212/312）的一个电导体（311，312）电连接。

4、根据权利要求2所述的电路装置，其特征在于，

所述变压器（4）具有多个次级绕组（1，2，3），各次级绕组具有第一端接头（102，202，302）和第二端接头（101，201，301）;

所述多个整流元件（111-118，121-128，131-138）具有各次级绕组（1，2，3）用的一组整流元件（111-118，121-128，131-138），各组整流元件包括彼此对置在分配器（8）的所述第一和所述第二边的第一和第二整流元件;

各所述第一整流元件（115-118，125-128，135-138）配置在第一对所述电导体（215/315）之间，而各所述第二整流元件（111-114，121-124，131-134）配置在第二对所述电导体（211/311，212/312）之间，从而使彼此对置在分配器的所述第一和第二边的一组第一和第二整流元件和一组第一和第二对电导体属于各次级绕组（1，2，3）;

各次级绕组（1，2，3）的第一端接头（102，202，302）与属于相应的次级绕组（1，2，3）的各所述第一对电导体（215/315）的一个电导体（315）电连接;且

各次级绕组（1，2，3）的第二端接头（101，201，301）与属于相应的次级绕组（1，2，3）的各所述第二对电导体（211/311，212/312）的一个电导体（311/312）电连接。

5、根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，

所述电气元件为整流元件（111-118，121-128，131-138），所述电导体（9，10，211，311，212，312，215，315）大致上呈板状，而所述分配器（8）则取大致上矩形导电条的形式;

各所述整流元件（111-118，121-128，131-138）配置在一对所述电导体（211/311，212/312，215/315）之间;

具有冷却介质流通孔（74，75）的密封薄片或密封板（51，52，711，712）将各所述对电导体的两个电导体（9，10，211，311，212，312，215，315）在电气上彼此绝缘起来。

6、根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，

所述入口腔（11）和出口腔（12）在所述分配器（8）的所述第一和所述第二边彼此分开配置，且延伸到所述成排电导体（9，10，211，311，212，312，215，315）和电气元件（111-118，121-128，131-138）的整个长度。

7、根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，

设有冷却介质孔的电绝缘薄片（51，52）将所述成排的所述电导体（9，10，211，311，212，312，215，315）和电气元件（111-118，121-128，131-138）与所述分配器（8）的所述第一和所述第二边隔离开来。

8、根据权利要求5所述的电路装置，其特征在于，

各所述整流元件（111-118，121-128，131-138）是一个包括有一个截断层的半导体二极管;

所述成对导体的各所述导体具有冷却通道（72，80），在大致上平行于二极管载断层的平面中有若干绕组;

冷却通道（72，80）的一端与所述分配器（8）的所述入口腔（11）连通，另一端与所述分配器（8）的所述出口腔（12）连通。

9、根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，

所述冷却介质分配器（8）和所述电导体（9，10，211，311，212，312，215，315）由导电材料制成，其表面在压力的作用下可模塑。

10、根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，

所述冷却介质分配器（8）和所述电导体（9，10，211，311，212，312，215，315）分别由铜或铜合金，电解铜制成。

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