CN118039305A - 一种结构紧凑的水冷高频变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及变压器技术领域，具体是涉及一种结构紧凑的水冷高频变压器，包括架体、散热装置、连接装置和辅助控制装置；架体上设有散热片；散热装置包括一个主管道和至少两个副管道；主管道和副管道均设置在架体上，且主管道和副管道覆盖于散热片的表面；副管道通过连接装置与主管道连通；辅助控制装置设置在副管道上且其用于控制连接装置的启闭。本发明实现了按各个位置发热情况自动调节冷却效率的功能，通过多个副管道单元的设置，能够按变压器的结构在发热量较大的位置自行设置冷却单元，在变压器工作过程中，达到按发热量自行启动冷却单元的效果，解决了结构相对紧凑的变压器发热量与冷却效率相差过大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，具体是涉及一种结构紧凑的水冷高频变压器。
背景技术
高频变压器是工作频率超过中频(10kHz)的电源变压器，主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器。而高频开关电源对散热要求严格，但目前的大电流高频开关电源使用铜排、导线作为连接线，具有温升高、空间利用率低等问题，影响运行效率和稳定性。
为此，中国专利CN102646510B公开了一种水冷型高频变压器及次级整流器，其通过四块水冷散热片作为整个电源结构的安装基座及电源的正极、负极。绕有变压器原边绕组的环形磁芯安装在作为电源负极的第一水冷散热片上，第四水冷散热片作为电源正极；两组共阴极整流二极管模块的阴极对称安装在第四水冷散热片上，每组整流二极管模块的阳极各由一块水冷散热片联接在一起，并分别通过穿过环形磁芯的铜排与第一水冷散热片(公共负极)连接，构成变压器副边绕组及次级整流电路。以上结构设计使整个变压器副边绕组及整流电路非常紧凑、简洁，散热效果好，连接电阻小、漏感小、相互干扰小，由于连接电阻小，发热也变小，温升低，提高了可靠性。
但是，在变压器的结构较为紧凑时，受到结构影响，变压器的各个地方发热和散热情况不同，且变压器在工作压力和负载不同时，发热情况也不相同，当变压器采用固定效率的水冷系统进行冷却时，发热量较大可能会影响温度的稳定。具体来说，在大负荷工作状态下，由于热量迅速积累，水冷系统可能无法及时有效地将热量带走，导致变压器温度波动或持续升高。这种情况下，可能会对变压器的性能和寿命产生不良影响。而当变压器发热量较小时，固定效率的水冷系统可能会造成能源浪费。因此，对于变压器冷却系统，仅仅采用固定效率的水冷方式可能无法满足各种工况下的温度控制需求。在发热量较大时，可能导致温度失控；在发热量较小时，则可能造成能源浪费。
发明内容
针对上述问题，提供一种结构紧凑的水冷高频变压器，通过架体、散热装置、连接装置和辅助控制装置解决了结构相对紧凑的变压器发热量与冷却效率相差过大的问题。
为解决现有技术问题，本发明提供一种结构紧凑的水冷高频变压器，包括架体、散热装置、连接装置和辅助控制装置；架体上设有散热片；散热装置包括一个主管道和至少两个副管道；主管道和副管道均设置在架体上，且主管道和副管道覆盖于散热片的表面；副管道通过连接装置与主管道连通；辅助控制装置设置在副管道上且其用于控制连接装置的启闭。
优选的，连接装置包括连接架和阀板；连接架安装在副管道上，且连接架上设有连接通道；连接通道的两端分别与主管道和副管道连通；阀板滑动安装在连接架上；辅助控制装置包括感应组件和传动组件；感应组件设置在副管道内且其用于感应副管道处的温度；传动组件与感应组件传动配合；在工作状态下，当感应组件感应到温度升高时将内能转化为机械能，并通过传动组件开启阀板，打开连接通道。
优选的，感应组件包括感温管、活塞、延伸杆和第一推板；感温管设置在副管道内；活塞活动设置在感温管内且其与感温管的内壁滑动配合；延伸杆的两端分别与活塞和第一推板连接。
优选的，连接装置包括第一弹性件和固定组件；阀板上设置有折弯部；第一弹性件的两端分别与折弯部和连接架连接；固定组件设置在连接架上且其用于固定阀板；传动组件与固定组件传动配合且其用于控制固定组件的启闭。
优选的，固定组件包括安装座、卡块和第二弹性件；安装座安装在连接架上；卡块滑动安装在安装座上；第二弹性件的两端分别与卡块和安装座连接；阀板上开设有与卡块配合的卡槽。
优选的，传动组件包括推架和第三弹性件；卡块上开设有斜向导槽；推架滑动安装在连接架上且其与第一推板连接；第三弹性件的两端分别与推架和连接架连接；在工作状态下，当活塞和延伸杆伸出时，延伸杆克服第三弹性件的弹力推动第一推板和推架，推架克服第二弹性件的弹力挤压卡块的斜向导槽，使得卡块与卡槽分离，阀板和折弯部在第一弹性件的弹力作用下弹出。
优选的，辅助控制装置还包括复位组件，复位组件包括直线驱动器和第二推板；直线驱动器安装在主管道的外壁上；第二推板与直线驱动器的驱动端连接；在工作状态下，当直线驱动器驱动第二推板伸出时，第二推板推动阀板的折弯部。
优选的，连接架内设置有温度传感器。
优选的，连接架内设有导向杆，第一推板与导向杆滑动配合；导向杆的端部设有用于限制第一推板移动范围的限位块。
优选的，架体上设置有横跨变压器的环形管道，环形管道的两端分别与两个相邻的副管道连通。
本发明相比较于现有技术的有益效果是：
1.本发明通过架体、散热装置、连接装置和辅助控制装置实现了按各个位置发热情况自动调节冷却效率的功能，通过多个副管道单元的设置，能够按变压器的结构在发热量较大的位置自行设置冷却单元，在变压器工作过程中，达到按发热量自行启动冷却单元的效果，解决了结构相对紧凑的变压器发热量与冷却效率相差过大的问题。
2.本发明通过连接架、阀板、感应组件与传动组件，成功实现了对副管道连通性的精确控制。这使得系统能够根据副管道处的实时温度，自动调控连接通道的启闭状态，确保温度处于理想范围。这一创新设计不仅提高了系统的智能化水平，也显著提升了温度控制的准确性与稳定性。
3.本发明通过感温管、活塞、延伸杆和第一推板实现了感应副管道内温度并提供驱动力的功能。
附图说明
图1是一种结构紧凑的水冷高频变压器的立体示意图。
图2是一种结构紧凑的水冷高频变压器的立体分解示意图。
图3是一种结构紧凑的水冷高频变压器中副管道、连接装置和辅助控制装置的立体示意图。
图4是一种结构紧凑的水冷高频变压器中连接装置和辅助控制装置的立体示意图。
图5是一种结构紧凑的水冷高频变压器中连接架、固定组件和感应组件的立体示意图。
图6是一种结构紧凑的水冷高频变压器中感应组件的立体示意图。
图7是一种结构紧凑的水冷高频变压器中固定组件的立体分解示意图。
图8是一种结构紧凑的水冷高频变压器中固定组件、导向杆和限位块的立体示意图。
图9是一种结构紧凑的水冷高频变压器中复位组件和连接架的立体示意图。
图中标号为：1-架体；11-散热片；2-散热装置；21-主管道；22-副管道；23-环形管道；3-连接装置；31-连接架；311-连接通道；32-阀板；321-折弯部；33-第一弹性件；34-固定组件；341-安装座；342-卡块；343-第二弹性件；344-卡槽；4-辅助控制装置；41-感应组件；411-感温管；412-活塞；413-延伸杆；414-第一推板；415-导向杆；416-限位块；42-传动组件；421-斜向导槽；422-推架；423-第三弹性件；43-复位组件；431-直线驱动器；432-第二推板；44-温度传感器；45-接触传感器。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参照图1和图2：一种结构紧凑的水冷高频变压器，包括架体1、散热装置2、连接装置3和辅助控制装置4；架体1上设有散热片11；散热装置2包括一个主管道21和至少两个副管道22；主管道21和副管道22均设置在架体1上，且主管道21和副管道22覆盖于散热片11的表面；副管道22通过连接装置3与主管道21连通；辅助控制装置4设置在副管道22上且其用于控制连接装置3的启闭。
本发明通过架体1、散热装置2、连接装置3和辅助控制装置4实现了按各个位置发热情况自动调节冷却效率的功能，通过多个副管道22单元的设置，能够按变压器的结构在发热量较大的位置自行设置冷却单元，在变压器工作过程中，达到按发热量自行启动冷却单元的效果，解决了结构相对紧凑的变压器发热量与冷却效率相差过大的问题。主管道21和副管道22均为水冷管道；在变压器工作过程中，主管道21持续供应冷却液来对变压器进行整体冷却，随着变压器的工作压力、负载、环境温度或电压的变化，各个位置的发热情况也会发生变化，当发热量达到阙值时，辅助控制装置4控制连接装置3连通副管道22，主管道21的冷却液传输至副管道22中，对相应位置进行冷却，而为了提高冷却效果，副管道22内具有不断弯折的盘旋状管道，使得冷却液流动所受的阻力增大，为了保证冷却液的流速，供应冷却液的泵体功率也随之增大，进而提高冷却效率，适应变压器的发热情况。利用连接装置3和辅助控制装置4控制付管道的启闭，实现了自动调节冷却效率的功能，以适应各个位置的发热情况。通过引入多个副管道22单元，我们能够根据变压器的结构，在发热量较大的位置灵活设置冷却单元。在变压器运行过程中，系统能根据发热量自动启动相应的冷却单元，从而解决了结构紧凑的变压器在冷却效率与发热量之间的平衡问题。
参照图1和图3-图5：连接装置3包括连接架31和阀板32；连接架31安装在副管道22上，且连接架31上设有连接通道311；连接通道311的两端分别与主管道21和副管道22连通；阀板32滑动安装在连接架31上；辅助控制装置4包括感应组件41和传动组件42；感应组件41设置在副管道22内且其用于感应副管道22处的温度；传动组件42与感应组件41传动配合；在工作状态下，当感应组件41感应到温度升高时将内能转化为机械能，并通过传动组件42开启阀板32，打开连接通道311。
本发明通过连接架31、阀板32、感应组件41和传动组件42实现了控制副管道22连通的功能，达到根据副管道22处温度自动控制连接通道311启闭的效果。在变压器工作过程中，主管道21持续供应冷却液来对变压器进行整体冷却，随着变压器的工作压力、负载、环境温度或电压的变化，各个位置的发热情况也会发生变化，当发热量达到阙值时，感应组件41感应到温度升高，同时将内能转化为机械能，并通过传动组件42开启阀板32，打开连接通道311，连通主管道21和副管道22，主管道21的冷却液传输至副管道22中，对相应位置进行冷却。
参照图4-图6：感应组件41包括感温管411、活塞412、延伸杆413和第一推板414；感温管411设置在副管道22内；活塞412活动设置在感温管411内且其与感温管411的内壁滑动配合；延伸杆413的两端分别与活塞412和第一推板414连接。
本发明通过感温管411、活塞412、延伸杆413和第一推板414实现了感应副管道22内温度并提供驱动力的功能。每个副管道22上设置有两个连接架31，每个连接架31上滑动安装有一个阀板32，活塞412、延伸杆413和第一推板414设有两个，两个活塞412和感温管411的内壁紧密配合形成密闭腔体，且所述密闭腔体内具有空气或惰性气体。随着变压器的工作压力、负载、环境温度或电压的变化，各个位置的发热情况也会发生变化，当发热量达到阙值时，感温管411内的气体膨胀，进而推动两个活塞412，活塞412通过延伸杆413推动第一推板414，通过第一推板414驱动传动组件42，并通过传动组件42开启阀板32，打开连接通道311，连通主管道21和副管道22，主管道21的冷却液传输至副管道22中，对相应位置进行冷却。
参照图4和图5：连接装置3包括第一弹性件33和固定组件34；阀板32上设置有折弯部321；第一弹性件33的两端分别与折弯部321和连接架31连接；固定组件34设置在连接架31上且其用于固定阀板32；传动组件42与固定组件34传动配合且其用于控制固定组件34的启闭。
本发明通过折弯部321、第一弹性件33和固定组件34实现了控制阀板32启闭的功能。在变压器工作过程中，主管道21持续供应冷却液来对变压器进行整体冷却，随着变压器的工作压力、负载、环境温度或电压的变化，各个位置的发热情况也会发生变化，当副管道22处的发热量达到阙值时，感温管411内的气体膨胀，进而推动两个活塞412，活塞412通过延伸杆413推动第一推板414，通过第一推板414驱动传动组件42，并通过传动组件42取消固定组件34对阀板32的移动限制，阀板32的折弯部321在第一弹性件33的弹力作用下朝远离连接架31的方向移动，折弯部321与阀板32远离连接通道311，连通主管道21和副管道22，主管道21的冷却液传输至副管道22中，对相应位置进行冷却。
参照图4和图7：固定组件34包括安装座341、卡块342和第二弹性件343；安装座341安装在连接架31上；卡块342滑动安装在安装座341上；第二弹性件343的两端分别与卡块342和安装座341连接；阀板32上开设有与卡块342配合的卡槽344。
本发明通过安装座341、卡块342、第二弹性件343和卡槽344实现了固定阀板32的功能。当副管道22处的发热量达到阙值时，感温管411内的气体膨胀，进而推动两个活塞412，活塞412通过延伸杆413推动第一推板414，通过第一推板414驱动传动组件42，并通过传动组件42克服第二弹性件343的弹力控制卡块342朝远离卡槽344的方向移动，在卡块342和卡槽344分离后，取消固定组件34对阀板32的移动限制，阀板32的折弯部321在第一弹性件33的弹力作用下朝远离连接架31的方向移动，折弯部321与阀板32远离连接通道311，连通主管道21和副管道22，主管道21的冷却液传输至副管道22中，对相应位置进行冷却。冷却完成后，操作人员通过工具或手动克服第一弹性件33的弹力推动阀板32的折弯部321，控制阀板32复位，在卡块342与卡槽344对齐后，卡块342在第二弹性件343的弹力作用下卡入卡槽344，再次限制阀板32的移动。
参照图5和图8：传动组件42包括推架422和第三弹性件423；卡块342上开设有斜向导槽421；推架422滑动安装在连接架31上且其与第一推板414连接；第三弹性件423的两端分别与推架422和连接架31连接；在工作状态下，当活塞412和延伸杆413伸出时，延伸杆413克服第三弹性件423的弹力推动第一推板414和推架422，推架422克服第二弹性件343的弹力挤压卡块342的斜向导槽421，使得卡块342与卡槽344分离，阀板32和折弯部321在第一弹性件33的弹力作用下弹出。
本发明通过斜向导槽421、推架422和第三弹性件423实现了推动卡块342移动的功能，达到取消固定组件34对阀板32的移动限制的效果。在变压器工作过程中，主管道21持续供应冷却液来对变压器进行整体冷却，随着变压器的工作压力、负载、环境温度或电压的变化，各个位置的发热情况也会发生变化，当副管道22处的发热量达到阙值时，感温管411内的气体膨胀，进而推动两个活塞412，活塞412通过延伸杆413推动第一推板414，通过第一推板414驱动传动组件42，并通过传动组件42克服第二弹性件343的弹力控制卡块342朝远离卡槽344的方向移动，在卡块342和卡槽344分离后，取消固定组件34对阀板32的移动限制，阀板32的折弯部321在第一弹性件33的弹力作用下朝远离连接架31的方向移动，折弯部321与阀板32远离连接通道311，连通主管道21和副管道22，主管道21的冷却液传输至副管道22中，对相应位置进行冷却。冷却完成后，操作人员通过工具或手动克服第一弹性件33的弹力推动阀板32的折弯部321，控制阀板32复位，在卡块342与卡槽344对齐后，卡块342在第二弹性件343的弹力作用下卡入卡槽344，再次限制阀板32的移动。
参照图3和图9：辅助控制装置4还包括复位组件43，复位组件43包括直线驱动器431和第二推板432；直线驱动器431安装在主管道21的外壁上；第二推板432与直线驱动器431的驱动端连接；在工作状态下，当直线驱动器431驱动第二推板432伸出时，第二推板432推动阀板32的折弯部321。
本发明通过直线驱动器431和第二推板432实现了控制阀板32复位的功能。直线驱动器431优选为直线气缸或直线电机，直线驱动器431与控制器电连接；在副管道22处的冷却单元启动后，副管道22处的温度会降低，完成冷却后，感温管411内的气体恢复至原有状态，活塞412和延伸杆413不再受到气压作用力，推架422在第三弹性件423的弹力作用下复位，通过控制器发送信号给直线驱动器431，直线驱动器431收到信号后驱动第二推板432伸出，第二推板432克服第一弹性件33的弹力推动阀板32的折弯部321，控制阀板32复位，在卡块342与卡槽344对齐后，卡块342在第二弹性件343的弹力作用下卡入卡槽344，再次限制阀板32的移动。
参照图5：连接架31内设置有温度传感器44。
本发明通过温度传感器44实现了感应连接架31处温度的功能，达到在连接架31处温度恢复后自动启动直线驱动器431进行阀板32复位的效果。温度传感器44与控制器电连接；通过温度传感器44的设置，达到实时检测连接架31处温度的效果，而连接架31设置在副管道22上，在副管道22连通主管道21后，对副管道22所处位置进行冷却，温度传感器44感应到温度恢复至阙值以下时，反馈信号给控制器，控制器发送信号给直线驱动器431，直线驱动器431收到信号后驱动第二推板432伸出，第二推板432克服第一弹性件33的弹力推动阀板32的折弯部321，控制阀板32复位，在卡块342与卡槽344对齐后，卡块342在第二弹性件343的弹力作用下卡入卡槽344，再次限制阀板32的移动。
参照图4和图8：连接架31内设有导向杆415，第一推板414与导向杆415滑动配合；导向杆415的端部设有用于限制第一推板414移动范围的限位块416。
本发明通过导向杆415和限位块416实现了限制第一推板414移动范围的功能。限位块416上设置有接触传感器45，接触传感器45与控制器电连接；通过接触传感器45能够感应限位块416与第一推板414之间的接触关系，进一步提高感应组件41的感应精度，在进行复位时能够进一步确认感温管411上的延伸杆413和活塞412的状态。在变压器处于低负载工作状态或其他低发热状态下时，感温管411内的气体处于收缩状态，为了避免活塞412和延伸杆413过度收缩，设置了限位块416来限制第一推板414的移动范围，使得在低温状态下，第一推板414对限位块416具有压力作用，在限制第一推板414移动范围的同时，达到校正第一推板414位置的效果，同时也对感温管411的感温范围进行控制，达到调整阙值的效果。
参照图1和图2：架体1上设置有横跨变压器的环形管道23，环形管道23的两端分别与两个相邻的副管道22连通。
本发明通过环形管道23实现了提高冷却范围的功能，在相邻的副管道22均出现温度较高时，环形管道23两端的冷却液连通，进而进行大跨度的冷却，并且使得两个副管道22的冷却单元进行联合冷却，提高冷却效率，提高对温度的控制，避免变压器出现局部过热的情况。
以上实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种结构紧凑的水冷高频变压器，其特征在于，包括架体(1)、散热装置(2)、连接装置(3)和辅助控制装置(4)；
所述架体(1)上设有散热片(11)；
所述散热装置(2)包括一个主管道(21)和至少两个副管道(22)；
所述主管道(21)和副管道(22)均设置在所述架体(1)上，且所述主管道(21)和副管道(22)覆盖于所述散热片(11)的表面；
所述副管道(22)通过所述连接装置(3)与所述主管道(21)连通；
所述辅助控制装置(4)设置在所述副管道(22)上且其用于控制所述连接装置(3)的启闭。
2.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的水冷高频变压器，其特征在于，所述连接装置(3)包括连接架(31)和阀板(32)；
所述连接架(31)安装在所述副管道(22)上，且所述连接架(31)上设有连接通道(311)；
所述连接通道(311)的两端分别与所述主管道(21)和副管道(22)连通；
所述阀板(32)滑动安装在所述连接架(31)上；
所述辅助控制装置(4)包括感应组件(41)和传动组件(42)；
所述感应组件(41)设置在所述副管道(22)内且其用于感应所述副管道(22)处的温度；
所述传动组件(42)与所述感应组件(41)传动配合；
在工作状态下，当所述感应组件(41)感应到温度升高时将内能转化为机械能，并通过所述传动组件(42)开启阀板(32)，打开所述连接通道(311)。
3.根据权利要求2所述的一种结构紧凑的水冷高频变压器，其特征在于，所述感应组件(41)包括感温管(411)、活塞(412)、延伸杆(413)和第一推板(414)；
所述感温管(411)设置在所述副管道(22)内；
所述活塞(412)活动设置在所述感温管(411)内且其与所述感温管(411)的内壁滑动配合；
所述延伸杆(413)的两端分别与所述活塞(412)和第一推板(414)连接。
4.根据权利要求3所述的一种结构紧凑的水冷高频变压器，其特征在于，所述连接装置(3)包括第一弹性件(33)和固定组件(34)；
所述阀板(32)上设置有折弯部(321)；
所述第一弹性件(33)的两端分别与所述折弯部(321)和连接架(31)连接；
所述固定组件(34)设置在所述连接架(31)上且其用于固定所述阀板(32)；
所述传动组件(42)与所述固定组件(34)传动配合且其用于控制所述固定组件(34)的启闭。
5.根据权利要求4所述的一种结构紧凑的水冷高频变压器，其特征在于，所述固定组件(34)包括安装座(341)、卡块(342)和第二弹性件(343)；
所述安装座(341)安装在所述连接架(31)上；
所述卡块(342)滑动安装在所述安装座(341)上；
所述第二弹性件(343)的两端分别与所述卡块(342)和安装座(341)连接；
所述阀板(32)上开设有与所述卡块(342)配合的卡槽(344)。
6.根据权利要求5所述的一种结构紧凑的水冷高频变压器，其特征在于，所述传动组件(42)包括推架(422)和第三弹性件(423)；
所述卡块(342)上开设有斜向导槽(421)；
所述推架(422)滑动安装在所述连接架(31)上且其与所述第一推板(414)连接；
所述第三弹性件(423)的两端分别与所述推架(422)和连接架(31)连接；
在工作状态下，当所述活塞(412)和延伸杆(413)伸出时，所述延伸杆(413)克服所述第三弹性件(423)的弹力推动所述第一推板(414)和推架(422)，所述推架(422)克服所述第二弹性件(343)的弹力挤压所述卡块(342)的斜向导槽(421)，使得所述卡块(342)与卡槽(344)分离，所述阀板(32)和折弯部(321)在所述第一弹性件(33)的弹力作用下弹出。
7.根据权利要求4所述的一种结构紧凑的水冷高频变压器，其特征在于，所述辅助控制装置(4)还包括复位组件(43)，所述复位组件(43)包括直线驱动器(431)和第二推板(432)；
所述直线驱动器(431)安装在所述主管道(21)的外壁上；
所述第二推板(432)与所述直线驱动器(431)的驱动端连接；
在工作状态下，当所述直线驱动器(431)驱动所述第二推板(432)伸出时，所述第二推板(432)推动所述阀板(32)的折弯部(321)。
8.根据权利要求7所述的一种结构紧凑的水冷高频变压器，其特征在于，所述连接架(31)内设置有温度传感器(44)。
9.根据权利要求3所述的一种结构紧凑的水冷高频变压器，其特征在于，所述连接架(31)内设有导向杆(415)，所述第一推板(414)与所述导向杆(415)滑动配合；
所述导向杆(415)的端部设有用于限制所述第一推板(414)移动范围的限位块(416)。
10.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的水冷高频变压器，其特征在于，所述架体(1)上设置有横跨变压器的环形管道(23)，所述环形管道(23)的两端分别与两个相邻的所述副管道(22)连通。
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