CN103299377A - 水冷散热次高频变压器及其散热装置 - Google Patents

Abstract

一种水冷散热次高频变压器，包括磁芯（8）、初级线包（10）、次级线包（9a1、9a2、9b1、9b2、9c1、9c2、9d1、9d2）、变压器次级引出端子以及与变压器次级引出端子相连的整流管电路。该整流管电路包括平面型整流二极管（11、12）、二极管正极引出板（3、4、5、6）、整流器正极输出板（2）和整流器负极输出板（1）。该整流器负极输出板也即变压器的中心抽头。变压器次级电流经该平面型整流二极管整流后，连接到整流器正极输出板，电流由该整流器正极输出板输出。该平面型整流二极管正极引出板、整流器正极输出板和整流器负极输出板均为内部设有散热水道的具有一定厚度的铜板结构。

Description

说 明 书 水冷散热次高频变压器及其散热装置 本发明涉及一种变压器， 尤其是一种点焊机使用的高频变压器。

背景技术

传统的电阻焊电源主要是交流、 直流工频点焊机， 是通过调整可控硅 导通角的大小来完成焊接电流的控制， 技术上比较成熟， 但体积庞大。 因为 是单相输入， 能耗高、 效率低且动态性能差， 控制精度不高。

到了八九年代出现了中频逆变电阻焊， 供电由原来的单相提升为三相， 变压器的工作频率由 50HZ提升到 1000HZ左右。 中频电阻焊机的体积大为减 少， 效率也有所提升。 直流中频电阻焊的悍接效率比交流点焊机有明显的提 高， 节能在 60%— 70%以上。但其体积和重量仍然明显偏大。 次高频逆变点焊 机是在中频点焊机的基础上提高了逆变器的工作频率 （5— 20KHZ) , 降低了 变压器的体积和重量， 与中频点焊机相比具有更好的动态响应、 更高控制精 度和更小的体积。

发明人发现， 上述传统高频变压器存在如下缺点： 散热困难， 随着输出 功率的增加，变压器的温升很高，整流二极管极易损坏，很难提高输出功率。 目前悬挂点焊机逆变压器， 体积大， 功率低， 不能很好的满足悬挂点焊机的 点焊机大电流、 高功率的要求。

发明内容

本发明的发明目的之一是在提高变压器输出功率的同时， 减少变压器的 温升； 本发明的发明目的之二是在提高变压器输出功率的同时， 减小变压器体 积。

本发明提供如下技术方案： 一种水冷散热次高频变压器， 包括磁芯、 初 级线包、 次级线包、 变压器次级引出端子以及与变压器次级引出端子相连的 整流管电路， 其特征在于： 所述整流管电路包括平面型整流整流二级管、 二 极管正极端引线板、 整流器负极输出板和整流器正极输出板， 其中， 所述整 流器负极输出板也即变压器的中心抽头， 所述变压器次级电流经所述平面型 整流整流二级管整流后， 连接到所述整流器正极输出板， 电流由该整流器正 极输出板输出， 且， 所述平面型整流二极管正极引出板、 整流器正极输出板 和整流器负极输出板均为内部设有散热水道的具有一定厚度的铜板结构。

所述水冷散热次高频变压器包括两个并联的子变压器， 每个子变压器包 含一至三组初级线包和一至三组次级线包； 每组初级线包含有三个子线包， 每组次级线包含有两个次级线包， 且两个次级线包是首尾相连； 每个次级线 包首、 尾引线分别接两个上下平行放置的二极管正极端引线板； 在两个次级 线包的首尾连接处将次级线包的中心抽头端子与整流器的负极输出板连接； 两个二极管正极端引线板与平面型整流整流二极管正极端相连接， 负极端与 整流器正极输出板相连接， 所述整流器正极输出板位于两个二极管正极端引 线板中间， 一个平面型整流二极管位于所述上层二极管正极端引线板和整流 器正极输出板之间， 另一个平面型整流二极管位于下层二极管正极端引线板 和整流器正极输出板之间， 这样， 所述两块二极管正极端引线板和所述整流 器正极输出板共三块铜板紧紧的将两个整流平面型整流二极管压在中间。

所述次级线包采用直径为 4一 10毫米的紫铜管绕制， 且， 该紫铜管与所 述整流二级管正极引出板、整流器正极输出板和整流器负极输出板中的散热 水道相通。

所述子变压器的次级线包的中心抽头端子与所述整流器负极输出板焊 接在一起， 其中两个输出端子与上层二极管正极端引线板焊接在一起， 其余 的两个输出端子与下层二极管正极端引线板焊接在一起。

所述二极管正极端引线板、整流器负极输出板和整流器正极板为板状结 构，采用 10-15毫米厚的紫铜板制成，其中，这些板状结构的内部设有通孔， 组成作为散热水循环流动的散热水道， 且， 这些散热水道与组成次级线包的 紫铜管是相互连通的。

一种散热装置， 包括连通的出水口、 入水口和散热水道， 其特征在于： 所述入水口设于所述整流器负极输出板上， 所述出水口设于所述整流器正极 输出板上， 所述散热水道设于所述整流器负极输出板、 整流器正极输出板和 二极管正极端引线板内部， 其中， 所述整流器负极输出板、 整流器正极输出 板和二极管正极端引线板均为具有一定厚度的板状结构， 在上述板状结构的 内部设有若干通孔， 组成作为散热水循环流动的散热水道， 且， 所述散热水 道与组成变压器次级线包的紫铜管相连通。

所述散热装置中冷却水的工作流程为： 所述散热装置中冷却水的工作流 程为： 冷却水从整流器负极输出板上的入水口流入整流器负极板上的散热水 道， 然后分成三至六路： 其中两路从所述整流器负极板上的散热水道出来进 入所述整流器正极输出板上的散热水道， 然后汇总到该板的出水口， 余下的 几路是从所述整流器负极板上的散热水道出来到一组平面型整流二极管正 极板上的散热水道后， 再分两路到两至三个次级线包， 然后到另一组平面型 整流二极管正极板上的散热水道， 再流到所述整流器正极输出板上的散热水 道， 再汇集到所述整流器正极输出板上的出水口。 所述散热装置中冷却水的工作流程为： 所述散热装置中冷却水的工作流 程为： 从整流器负极输出板上的入水口进入整流器负极输出板上的散热水 道， 通过整流器负极输出板上的散热水道， 分为 A、 B、 C.、 1) 四路水路分支 并连， 后流入整流器正极输出板上的散热水道内， 最后汇集到所述整流器正 极输出板上的出水口后流出。

所述水冷散热装置的各个水道和管道之间用带自锁接头的绝缘橡胶管 连接， 所述自锁接头包括自锁头和自锁套， 且， 所述自锁头与橡胶管配合部 分设有两道倒锥槽， 槽口为锐角， 槽与槽之间有部分配合圆柱面， 圆柱面比 橡胶管内径大， 自锁套内径比插入自锁头后涨开橡胶管的外径小。

本发明的有益效果在于：

第一、 整流二极管采用平面型整流二极管， 减少整流二极管数量， 大幅 度减小变压器体积。 只需要用四只平面型整流二极管即可满足输出 12000A 的电流。

第二， 将二极管正极端引线端子和整流器正极输出端子以及整流器负极 端子都设计成具有一定厚度的且设有散热水道的铜板结构， 通过上述三块铜 板紧紧的将两个平面型整流二极管压在中间， 既能保证铜板与二级管之间良 好接触， 又能保证电流及热量的良好传递效果。

第三， 新型的水冷散热装置使变压器内部热量得以及时散热， 降低散热 器温升， 延长变压器内部整流二极管及磁芯等元件的使用寿命。 磁芯温度可 控制在 60Γ以内， 整流二极管的温度控制在 80 C以内。 系统有温度传感器 监控， 这样变压器整体温度大幅度下降， 输出电流波动范围小。 减小了温升 对变压器的影响。

第四， 本发明创造性采用橡胶管和自锁接头来连接散热装置的管道和水 道， 缩小了变压器内部水路连接时的连接空间。 使变压器体积得到一定的縮 小。 同时保证了水路连接的密封性。

第五， 本发明创造性的将变压器的次级线包采用紫铜管绕制， 且将管内 的冷却水与变压器其他部位的散热水道相连通， 既节省了在次级线包上安装 散热管的空间， 散热效果也非常好。

附图说明

图 1为本发明水冷散热变压器及散热装置总体结构示意图。

图 2为本发明的散热装置水路接口位置示意图；

图 3为本发明的水冷散热装置水流流程示意图；

图 4为本发明的左子变压器次级及引线板的结构示意图；

图 5为本发明的右子变压器次级及引线板的结构示意图；

图 6为本发明的平面型整流二级管结构示意图；

图 7为本发明的自锁接头结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明； 如图 1所示， 一种水冷散 热次高频变压器及其散热装置， 它包括 1、整流器负极输出板； 2、 整流器正 极输出板； 3、 二极管正极上引线板； 5、 二极管正极上引线板； 4、 二极管 正极下引线板； 6、 二极管正极下引线板； 7变压器中心抽头； 8、 变压器磁 芯； 9、 变压器二极管正极引出端子； 10、 变压器初级线包； 11、 平面型整 流二级管； 12、 平面型整流二级管； 13、 自锁接头； 14、 自锁套； 15、 绝缘 橡胶管。

一种水冷散热次高频变压器包括初级线包（10)、 次级线包 （9al、 9a2、 9bl、 9b2、 9c K 9c2、 9dl、 9d2)、 以及与次级线包相连的整流管电路， 所 述整流管电路包括平面型整流二级管 （11、 22)， 二极管正极端引线板 （3、 4、 5、 6)、 整流器负极输出板 （1 ) 和整流器正极输出板 （2)， 其中， 所述 整流器负极输出板也即变压器的中心抽头， 所述变压器次级电流经所述平面 型整流二级管整流后， 连接到所述整流器正极输出板， 电流由该整流器正极 输出板输出， 且， 所述二级管正极引出板、 整流器正极输出板和整流器负极 输出板均为内部设有散热水道的具有一定厚度的紫铜板结构。 所述水冷散热次高频变压器包括两个并联的子变压器， 每个子变压器包 线包含有两个次级线包（9al和 9a2)， 且两个次级线包是首尾相连； 每个次 级线包首、 尾引线分别接两个上下平行放置的二极管正极端引线板（3、 4); 在两个次级线包的首尾连接处将次级线包的中心抽头端子 (7a)与整流器的 负极输出板（1)连接； 两个二极管正极端引线板与平面型整流二极管正极端 (3、 4)相连接， 负极端与整流器正极输出板 （2 ) 相连接， 如图 1、 4、 5所 示， 所述整流器正极输出板 （2 ) 位于上下两个二极管正极端引线板中间， 上平面型整流二极管（11 )位于所述上层二极管正极端引线板和整流器正极 输出板之间， 下平面型整流二极管（12)位于下层二极管正极端引线板和整 流器正极输出板之间， 三块铜板紧紧的将两个整流二极管压紧 （压力为 20000N/ C itf ), 保证紫铜板与二级管之间良好接触， 也就保证了电流及热量 的良好传递效果）。

如图 4和图 5所示， 次级线包 （9a.l、 9a.2、 9bl、 9b2、 9cl、 9c2、 9dl、

9d2) 采用直径为 4一 10毫米的紫铜管绕制， 且， 该紫铜管与所述整流二级 管正极引出板、 整流器正极输出板和整流器负极输出板中的散热水道相通。

如图 4、 5所示， 两个子变压器次级分别为左子变压器次级和右子变压 器次级， 其中， 左子变压器的两组次级线包 （9al、 9a2、 9bl、 9b2) 的中心 抽头端子 （7a) 与所述整流器负极输出板 （1 ) 焊接在一起， 另四个引出端 子与二极管正极端引线板 （3、 4) 悍接在一起； 且， 所述两个二极管正极端 引线板内的散热水道， 与组成次级线包的紫铜管， 以及所述整流器负极输出 板内的散热管是相互连通的。

如图 5所示， 右子变压器的两组次级线包 （9a3、 9a4、 9b3、 9b4) 的 中心抽头端子 （7b) 与所述整流器负极输出板 （1 ) 焊接在一起， 另四个引 出端子与二极管正极端引线板 （5)和 （6 ) 焊接在一起； 且， 所述两个二极 管正极端引线板内的散热水道， 与组成次级线包的紫铜管， 以及所述整流器 负极输出板内的散热管是相互连通的。

如图 1 所示， 所述二极管正极端引线板 （3、 4、 5、 6)、 整流器负极输 出板 （1 ) 和整流器正极输出板 （2 )均为板状结构， 采用 10-15毫米厚的紫 铜板制成， 其中， 这些板状结构的内部设有通孔， 组成作为散热水循环流动 的散热水道， 且， 这些散热水道与组成次级线包的紫铜管是相互连通的。

如图 2所示， 一种散热装置， 包括连通的出水口、 入水口和散热水道， 所述入水口设于所述整流器负极输出板（Z1 )上， 所述出水口设于所述整流 器正极输出板 （Z2)上， 所述散热水道设于所述整流器负极输出板、 整流器 正极输出板和二极管正极端引线板内部， 其中， 所述整流器负极输出板、 整 流器正极输出板和二极管正极端引线板均为具有一定厚度的板状结构， 在上 述板状结构的内部设有若干通孔，组成作为散热水循环流动的散热水道，且， 所述散热水道与组成变压器次级线包的紫铜管相连通。

如图 2所示， 所述散热装置中冷却水的工作流程为： 压力为 0, 3Mpa冷 却水从整流器负极输出板入水口 （Z1 )进入整流器负极输出板， 通过整流器 负极输出板中分水路， 分为 A、 B、 C、 D 四路水路分支并连， 后流入整流器 正极输出板汇流后流出。 四路并联支路具体流向如下：

如图 2和图 3所示 路： 从整流器负极输出板 1的入水口 （Z1 )进入经 该板左边水道流入其出水口（ A1 )，流入二极管正极端引线板 3的入水口 ( A2 )， 在二极管正极端引线板 3中分两路水路，一路直接流入次级线包（9bl、 9b2) (带走次级线包及初级线包的热量），再流入二极管正极端引线板 4，经二极 管正极端引线板 4中的水路 （带走二极管正极端引线板 4的热量）， 流入整 流器正极输出板的出水口 （A3 ), 另一路经二极管正极端引线板 3水路 （带 走引线板 3的部分热量）， 进入次级线包 （9al、 9a2)_? 经次级线包 （带走次 级线包 9al、 9a2及初级线包的热量）后， 流入二极管正极端引线板 4, 直到 整流器正极板的出水口（A3)，然后，流入整流器正极输出板 2的入水口（A4)。 再由整流器正极输出板出水口 （Z2 ) 流出。

如图 2和图 3所示 B路： 从整流器负极输出板 1的入水口 （Z1 )进入经 该板右边水道流入其出水口（B1 )流入二极管正极端引线板 5的入水口（B2 ), 在二极管正极端引线板 5中分两路水路， 一路直接流入次级线包单元 9cl、 9c2 (带走次级线包及初级线包的热量）， 再流入二极管正极端引线板 6， 经 二极管正极端引线板 6中的水路 （带走二极管正极端引线板 6的部分热量） 到该板的出水口 （B3 ) 流入整流器正极输出板 2 的入水口 （A4)。 另一路经 二极管正极端引线板 5水路（带走引线板 5的热量），进入次级线包 9dl、9d2， 经次级线包（带走次级线包及初级线包的热量） 后， 流入二极管正极端引线 板 6， 直到该板的出水口 （B3)流入整流器正极输出板 2的入水口 （B4)。 再 由整流器正极输出板出水口 （Z2) 流出。

如图 2和图 3所示 C路： 从整流器负极输出板 1的入水口 （Z1 )进入经 该板左边水道流入其出水口 （A3) 流入整流器正极输出板 2入水口 （A4)， 经整流器正极输出板左侧水路 （带走左边整流二极管负极发热量）， 由整流 器正极输出板出水口 （Z2) 流出；

如图 2和图 3所示 C路： 从整流器负极输出板 1的入水口 （Z1 )进入经 该板右边水道流入其出水口 （B3) 流入整流器正极输出板 2入水口 （B4), 经整流器正极输出板右侧水路 （带走右边整流二极管负极发热量）， 由整流 器正极输出板出水口 (Z2) 流出。

如图 2和图 Ί所示， 整流器中整流器正极板和整流器负极板以及二极管 正极引线之间， 以及它们与组成次级线包紫铜管之间的水路连接， 采用绝缘 橡胶管 （外径 13mm， 内径 6. 5ΠΜ)连接， 橡胶管采用自锁接头连接， 自锁接 头包含自锁头 （13) 和自锁套 （14)。 自锁头与橡胶管 （15 ) 配合部分有两 道倒锥槽， 槽口为锐角， 槽与槽之间有部分配合圆柱面， 圆柱面比橡胶管内 径大 1, 8隨}， 自锁套内径比插入自锁头后涨开橡胶管的外径小 0, 2mm。

如图 7所示，装配时，将橡胶管套入自锁头，使橡胶管紧紧包裹自锁头， 圆柱面与橡胶管无间隙配合， 保证了连接的密封性。 自锁套比涨开后的橡胶 管小 0 2mm， 当自锁套套入涨开口的橡胶管后， 将橡胶管压紧， 使其无向外 扩涨的空间， 同时部分橡胶嵌入自锁头倒锥槽内。 使橡胶管无法丛自锁头上 脱出。

磁芯温度可控制在 60Ό以内， 整流二极管的温度控制在 80Ό以内。 系 统有温度传感器监控， 这样变压器整体温度大幅度下降， 输出电流波动范围 小。 减小了温升对变压器的影响。

本发明缩小了变压器内部水路连接时的连接空间。使变压器体积得到一 定的缩小。 同时保证了水路连接的密封性。

只需要用 4只平面型整流二极管即可满足输出 12000A的电流， 而外形 尺寸只有： 300腿 *168！碰 *100mm; 比传统变压器体积上缩小很多。

虽然本发明的优选实例被以作为例证的目的进行披露， 但本领域的 技术人员可以理解各种修改、 添加和替换是可能的， 只要其不脱离所附 权利要求中详述的本发明的精神和范围

Claims (1)

1、 一种水冷散热次高频变压器， 包括磁芯、 初级线包、 次级线包、 以 及与次级线包相连的整流管电路， 其特征在于： 所述整流管电路包括平面型 整流二极管、二极管正极端引线板、整流器负极输出板和整流器正极输出板， 其中， 所述整流器负极输出板也即变压器的中心抽头， 所述变压器次级电流 经所述平面型整流二极管整流后， 连接到所述整流器正极输出板， 电流由该 整流器正极输出板输出， 且， 所述整流二级管正极引出板、 整流器正极输出 板和整流器负极输出板均为内部设有散热水道的具有一定厚度的铜板结构。

2、 根据权利要求 1 所述的水冷散热次高频变压器， 其特征在于： 包括 两个并联的子变压器， 每个子变压器包含一至三组初级线包和一至三组次级 线包； 每组初级线包含有三个子线包， 每组次级线包含有两个次级线包， 且 两个次级线包是首尾相连； 每个次级线包首、 尾引线分别接两个上下平行放 置的二极管正极端引线板； 在两个次级线包的首尾连接处将次级线包的中心 抽头端子与整流器的负极输出板连接； 两个二极管正极端引线板与平板整流 二极管正极端相连接， 负极端与整流器正极输出板相连接， 所述整流器正极 输出板位于两个二极管正极端引线板中间， 一个平面型整流二极管位于所述 上层二极管正极端引线板和整流器正极输出板之间， 另一个平面型整流二极 管位于下层二极管正极端引线板和整流器正极输出板之间， 这样， 所述两块 二极管正极端引线板和所述整流器正极输出板共三块铜板紧紧的将两个平 面型整流二极管压在中间。

3、 根据权利要求 1或 2所述的水冷散热次高频变压器， 其特征在于： 所述次级线包采用直径为 4一 10毫米的紫铜管绕制， 且， 该紫铜管与所述整 流二级管正极引出板、 整流器正极输出板和整流器负极输出板中的散热水道 相通。

4、 根据权利要求 2或 3所述的水冷散热次高频变压器， 其特征在于： 所述子变压器的次级线包的中心抽头端子与所述整流器负极输出板焊接在 一起， 其中两个输出端子与上层二极管正极端引线板焊接在一起， 其余的两 个输出端子与下层二极管正极端引线板焊接在一起。

5、 根据权利要求 2或 3所述的水冷散热次高频变压器， 其特征在于： 所述二极管正极端引线板、 整流器负极输出板和整流器正极输出板均为板状 结构， 采用 10 15毫米厚的紫铜板制成， 其中， 这些板状结构的内部设有通 孔， 组成作为散热水循环流动的散热水道， 且， 这些散热水道与组成次级线 包的紫铜管是相互连通的。

6、 一种散热装置， 包括连通的出水口、 入水口和散热水道， 其特征在 于； 所述入水口设于所述整流器负极输出板上， 所述出水口设于所述整流器 正极输出板上， 所述散热水道设于所述整流器负极输出板、 整流器正极输出 板和二极管正极端引线板内部， 其中， 所述整流器负极输出板、 整流器正极 输出板和二极管正极端引线板均为具有一定厚度的板状结构， 在上述板状结 构的内部设有若千通孔， 组成作为散热水循环流动的散热水道， 且， 所述散 热水道与组成变压器次级线包的紫铜管相连通。

7、 据权利要求 6所述的散热装置， 其特征在于， 所述散热装置中冷却 水的工作流程为： 冷却水从整流器负极输出板上的入水口流入整流器负极板 上的散热水道， 然后分成三至六路： 其中两路从所述整流器负极板上的散热 水道出来进入所述整流器正极输出板上的散热水道， 然后汇总到该板的出水 口， 余下的几路是丛所述整流器负极板上的散热水道出来到一组平面型整流 二极管正极板上的散热水道后， 再分两路到两至三个次级线包， 然后到另一 组平面型整流二极管正极板上的散热水道， 再流到所述整流器正极输出板上 的散热水道， 再汇集到所述整流器正极输出板上的出水口。

8、 根据权利要求 6所述的散热装置， 其特征在于， 所述散热装置中冷 却水的工作流程为： 从整流器负极输出板上的入水口进入整流器负极输出板 上的散热水道， 通过整流器负极输出板上的散热水道， 分为 A、 B、 C.、 D 四 路水路分支并连， 后流入整流器正极输出板上的散热水道内， 最后汇集到所 述整流器正极输出板上的出水口后流出。

9、 根据权利要求 6所述的散热装置， 其特征在于： 所述水冷散热装置 的各个水道和管道之间用带自锁接头的绝缘橡胶管连接， 所述自锁接头包括 自锁头和自锁套， 且， 所述自锁头与橡胶管配合部分设有两道倒锥槽， 槽口 为锐角， 槽与槽之间有部分配合圆柱面， 圆柱面比橡胶管内径大。