CN112582141A - 一种变压器的散热结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及变压器的冷却技术，尤其涉及一种带有扁平热管的变压器的散热结构。在本发明提供的上述变压器的散热结构中，所述变压器与电路的变流单元集成安装于一密封的绝缘箱体内部。所述变压器的散热结构包括：彼此连接的多根扁热管，设于所述绝缘箱体内部，并设于所述变压器的铁芯的表面，用于吸收所述铁芯的热量；以及连接所述多根扁热管的冷板，设于所述绝缘箱体内部，所述冷板内部通有冷却液，所述冷却液在所述冷板和外接的散热器之间循环流动，用于带走所述冷板的热量。本发明能够在绝缘箱体内部的狭小空间中冷却变压器，并在带走变压器热量的同时减少向绝缘箱体内部的散热量。
Description
技术领域
本发明涉及变压器的冷却技术，尤其涉及一种带有扁平热管的变压器的散热结构。
背景技术
变压器(Transformer)是一种利用电磁感应原理来改变交流电压的装置，主要构件包括初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。在变压器运行时，线圈绕组和铁芯会因损耗而产生热量。这些因损耗而产生的热量必须被及时地引导出变压器，以免造成线圈绝缘层的过热损坏。
现有的变压器的冷却技术可以通过油浸自冷和油浸风冷的方式，将因损耗而产生的热量引导出变压器。在油浸自冷的冷却方案中，需要将变压器的线圈绕组浸没在变压器油中，依靠油的自然热循环将热量带到油管散热器中，再通过油管散热器进行自然通风冷却。在油浸风冷的冷却方案中，需要将变压器的线圈绕组浸没在变压器油中，依靠油的自然热循环将热量带到油管散热器中，再由风扇吹风进行冷却。
然而，在变压器于轨道交通的实际应用中，通常需要将变压器和电路的变流单元集成安装于同一密封的绝缘箱体内。因此，变压器需要具有较高的耐电压击穿能力和紧凑的结构。此外，由于集成安装于绝缘箱体内的变流单元和电容等器件的耐热能力普遍较差，在冷却变压器的同时必须限制变压器冷却装置向绝缘箱体内部的散热量。
因此，为了满足变压器于轨道交通的实际应用中的上述需求，本领域亟需一种变压器的冷却技术，用于在绝缘箱体内部的狭小空间中为变压器散热，并在带走变压器热量的同时减少向绝缘箱体内部的散热量。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
为了满足变压器于轨道交通的实际应用中的上述需求，本发明提供了一种带有扁平热管的变压器的散热结构，用于在绝缘箱体内部的狭小空间中冷却变压器，并在带走变压器热量的同时减少向绝缘箱体内部的散热量。
在本发明提供的上述变压器的散热结构中，所述变压器与电路的变流单元集成安装于一密封的绝缘箱体内部。所述变压器的散热结构包括：彼此连接的多根扁热管，设于所述绝缘箱体内部，并设于所述变压器的铁芯的表面，用于吸收所述铁芯的热量；以及连接所述多根扁热管的冷板，设于所述绝缘箱体内部，所述冷板内部通有冷却液，所述冷却液在所述冷板和外接的散热器之间循环流动，用于带走所述冷板的热量。
可选地，在本发明提供的上述变压器的散热结构中，所述多根扁热管的扁平面可以以面接触的方式彼此连接；和/或所述多根扁热管的扁平面与所述冷板可以以面接触的方式连接。
可选地，在本发明提供的上述变压器的散热结构中，所述多根扁热管的扁平面之间可以涂有导热胶或导热硅脂；和/或所述多根扁热管的扁平面与所述冷板之间可以涂有导热胶或导热硅脂。
可选地，在本发明提供的上述变压器的散热结构中，所述多根扁热管的扁平面与所述铁芯可以以面接触的方式连接。
可选地，在本发明提供的上述变压器的散热结构中，所述多根扁热管的扁平面与所述铁芯之间可以涂有导热胶或导热硅脂。
可选地，在本发明提供的上述变压器的散热结构中，所述多根扁热管可以均匀地覆盖于所述铁芯的外表面，用于隔离所述铁芯和所述变流单元。
可选地，在本发明提供的上述变压器的散热结构中，所述多根扁热管可以包括U型、L型、I型和/或O型结构，用于贴合所述铁芯的外表面。
可选地，在本发明提供的上述变压器的散热结构中，所述多根扁热管可以均匀地设于所述铁芯和所述变压器的灌封体之间，用于吸收所述铁芯和所述灌封体的热量。
可选地，在本发明提供的上述变压器的散热结构中，所述扁热管可以包括铝制中空管，以及填充于所述铝制中空管内的易相变液体，所述易相变液体响应于受热而气化，响应于受冷而液化。
可选地，在本发明提供的上述变压器的散热结构中，所述冷却液的流速可调，所述冷板的温度和所述扁热管的温度可以通过调节所述冷却液的流速来调节。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了根据本发明的一方面提供的变压器散热结构与变压器的装配示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例提供的变压器散热结构的结构示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例提供的变压器散热结构与铁芯的装配示意图。
附图标记：
11 变压器；
111 灌封体；
112 铁芯；
21 扁热管；
22 冷板。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
如上所述，在变压器于轨道交通的实际应用中，通常需要将变压器和电路的变流单元集成安装于同一密封的绝缘箱体内。因此，变压器需要具有较高的耐电压击穿能力和紧凑的结构。此外，由于集成安装于绝缘箱体内的变流单元和电容等器件的耐热能力普遍较差，在冷却变压器的同时必须限制变压器散热结构向绝缘箱体内部的散热量。
为了满足变压器于轨道交通的实际应用中的上述需求，本发明提供了一种带有扁平热管的变压器的散热结构，用于在绝缘箱体内部的狭小空间中冷却变压器，并在带走变压器热量的同时减少向绝缘箱体内部的散热量。
请参考图1，图1示出了根据本发明的一方面提供的变压器散热结构安装于变压器的示意图。
如图1所示，变压器11可以包括用于包裹线圈绕组的灌封体111，以及围绕在灌封体111之外的铁芯112。上述铁芯112可以由纳米晶新型导磁材料制成。纳米晶新型导磁材料本身的热导率远低于金属，并且铁芯112结构中存在环氧树脂等隔断。因此，纳米晶新型导磁材料制成的铁芯112存在导热性能很差的问题。
变压器11与电路的变流单元可以集成安装于一个密封的绝缘箱体内部。上述变流单元包括但不限于轨道车辆的整流模块、逆变模块、电容器以及弱电控制板等电路元件。由于上述变流单元的耐热能力普遍较差，变压器的散热结构在对变压器11进行冷却的同时，必须限制变压器11向绝缘箱体内部的散热量，从而防止电路的变流单元的过热损坏。
请进一步参考图2，图2示出了根据本发明的一个实施例提供的变压器散热结构的结构示意图。
如图2所示，变压器的散热结构可以包括彼此连接的多根扁热管21，以及连接该多根扁热管21的冷板22。变压器散热结构中的多根扁热管21及冷板22，可以和变压器11一同设置于绝缘箱体内部，用于在绝缘箱体内部的狭小空间中冷却变压器。
具体来说，上述扁热管21可以为铝制的中空管，其内部可以灌注有易于相变的液体。上述易于相变的液体包括但不限于酒精、甲醇、丙酮和水，可以响应于受热而气化，也可以响应于受冷而液化。通过上述易于相变液体的气化和液化，扁热管21可以具有远高于普通金属管的导热能力，从而减小变压器散热结构中各点的温度差异。
在一个实施例中，变压器散热结构可以包括U型、L型、I型和O型等多种不同结构的扁热管21，用于贴合铁芯112各部分的外表面。各扁热管21的厚度可以在1mm-3mm之间，而其长度和宽度可以根据变压器尺寸而灵活设定，可以在40mm-100mm之间不等。
由于各扁热管21的厚度在1mm-3mm之间，扁热管21在垂直于其扁平面方向上的机械硬度较低，从而具有可加工弯折的特性。因此，在一个优选的实施例中，还可以对上述U型、L型、I型和O型等多种不同结构的扁热管21进行进一步的加工弯折，从而使各扁热管21更好地贴合铁芯112各部分的外表面，以取得更好的散热效果。可以理解的是，不同于预加工以获得的上述U型、L型、I型和O型等多种不同结构的扁热管21的工艺，上述加工弯折可以是在为变压器11装配散热结构时进行的，因此可以更好地适应具有各种不同外表面形状的变压器铁芯112，从而扩大变压器散热结构的适用范围。
请参考图3，图3示出了根据本发明的一个实施例提供的变压器散热结构与铁芯的装配示意图。
如图3所示，变压器散热结构中的多根扁热管21可以均匀地覆盖于变压器11铁芯112的外表面，通过面接触的方式连接变压器11的铁芯112，从而吸收铁芯112产生的热量。优选地，多根扁热管21的扁平面与铁芯112之间可以进一步涂有导热胶或导热硅脂，用于提升各扁热管21吸收铁芯112热量的效率。通过将多根扁热管21均匀地覆盖于变压器11的铁芯112的外表面，变压器散热结构可以将铁芯112和绝缘箱体内部的其他变流单元进行隔离，从而限制变压器散热结构向绝缘箱体内部的散热量。此外，由于采用上述覆盖的连接方式可以保持变压器11线包和灌封层的完整性，变压器的散热结构可以不对变压器11的绝缘耐压等级产生负面影响。变压器散热结构中的多根扁热管21可以在变压器11主体完工后再进行覆盖安装，因此有利于降低安装难度和降低制造成本。
可选地，在一个实施例中，变压器散热结构中的多根扁热管21的扁平面可以通过面接触的方式彼此搭接，从而在各扁热管21之间传导热量。多根扁热管21的扁平面可以通过面接触的方式连接冷板22，从而将从变压器11的铁芯112吸收的热量传导到冷板22。优选地，多根扁热管21的扁平面之间可以进一步涂有导热胶或导热硅脂，用于提升各扁热管21之间的热量传导效率。多根扁热管21的扁平面与冷板22之间也可以涂有导热胶或导热硅脂，用于提升各扁热管21将热量传导到冷板22的效率。
在本发明提供的一个实施例中，变压器散热结构中的冷板22可以设于绝缘箱体内部，并连接设于绝缘箱体之外的散热器(未绘示)。冷板22内部可以通有冷却液。上述冷却液包括但不限于水、油、或其他液体冷媒，可以在冷板22和外接的散热器(未绘示)之间循环流动，用于将冷板22的热量引导到绝缘箱体之外。
在一个优选的实施例中，冷板22内部冷却液的流速可以通过流体泵来调节。上述流体泵可以设于绝缘箱体之外，用于驱动冷却液在冷板22与散热器的连接管路中循环流动。
具体来说，流体泵可以不断地驱动吸收了变压器11热量的高温冷却液流向绝缘箱体之外的散热器以进行散热，并不断地驱动完成散热的低温冷却液流向冷板22来为变压器11散热。通过增大冷却液的流速可以提升冷却液携带热量的能力，从而降低扁热管21和冷板22的温度。反之，可以通过减小冷却液的流速来降低冷却液携带热量的能力，从而提升扁热管21和冷板22的温度。
本领域的技术人员可以理解，图1-图3所示的设于变压器11顶部的冷板22只是本发明提供的一个实施例，主要用于清楚地展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。在其他实施例中，基于本发明的构思，变压器散热结构的冷板22也可以设于变压器11的顶部、底部和侧面中的任意一处或多处，用于吸收各扁热管21的热量并将其引导到绝缘箱体之外。
本领域的技术人员还可以理解，图1-图3所示的覆盖于铁芯112外表面的多根扁热管21只是本发明提供的一个实施例，主要用于清楚地展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。
在本发明的另一个实施例中，基于本发明的构思，变压器散热结构中的多根扁热管21也可以均匀地设于变压器11的灌封体111和铁芯112之间，用于同时吸收灌封体111和铁芯112产生的热量。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
Claims (10)
1.一种变压器的散热结构，所述变压器与电路的变流单元集成安装于一密封的绝缘箱体内部，其特征在于，所述散热结构包括：
彼此连接的多根扁热管，设于所述绝缘箱体内部，并设于所述变压器的铁芯的表面，用于吸收所述铁芯的热量；以及
连接所述多根扁热管的冷板，设于所述绝缘箱体内部，所述冷板内部通有冷却液，所述冷却液在所述冷板和外接的散热器之间循环流动，用于带走所述冷板的热量。
2.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述多根扁热管的扁平面以面接触的方式彼此连接；和/或所述多根扁热管的扁平面与所述冷板以面接触的方式连接。
3.如权利要求2所述的散热结构，其特征在于，所述多根扁热管的扁平面之间涂有导热胶或导热硅脂；和/或所述多根扁热管的扁平面与所述冷板之间涂有导热胶或导热硅脂。
4.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述多根扁热管的扁平面与所述铁芯以面接触的方式连接。
5.如权利要求4所述的散热结构，其特征在于，所述多根扁热管的扁平面与所述铁芯之间涂有导热胶或导热硅脂。
6.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述多根扁热管均匀地覆盖于所述铁芯的外表面，用于隔离所述铁芯和所述变流单元。
7.如权利要求6所述的散热结构，其特征在于，所述多根扁热管包括U型、L型、I型和/或O型结构，用于贴合所述铁芯的外表面。
8.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述多根扁热管均匀地设于所述铁芯和所述变压器的灌封体之间，用于吸收所述铁芯和所述灌封体的热量。
9.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述扁热管包括铝制中空管，以及填充于所述铝制中空管内的易相变液体，所述易相变液体响应于受热而气化，响应于受冷而液化。
10.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述冷却液的流速可调，所述冷板的温度和所述扁热管的温度通过调节所述冷却液的流速来调节。
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