CN204271881U - 变频器专用水冷散热器和变频器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变频器专用水冷散热器和变频器，其中变频器专用水冷散热器包括散热基板(1)、水道板(3)、密封元件(5)和连接元件(8)，其中所述散热基板(1)一面用于安装功率模块(4)，另一面用于安装所述水道板(3)，所述水道板(3)包括进水口(6)、出水口(2)和水道(7)，所述散热基板(1)和所述水道板(3)均为平板状，两者由所述连接元件(8)连接，形成冷却水水流通道，并采用所述密封元件(5)密封，用于防止冷却水从所述散热基板(1)和所述水道板(3)的安装结合面外泄。本实用新型还公开了一种变频器，包括前述的散热器。本实用新型提供的散热器热交换效果好、散热能力强，可以直接驳接现场的工业用自来水，利于维护保养。

Description

变频器专用水冷散热器和变频器

技术领域

本实用新型属于变频器技术领域，具体涉及一种变频器专用水冷散热器。

背景技术

变频器(Variable-frequency Drive，VFD)是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

变频器工作时一般会产生一定热量，产生的热量会影响变频器的正常工作，为了使变频器的工作更加稳定，常常需要对变频器进行降温处理；而且随着大功率变流技术的飞速发展，对变频器功率模块散热的要求越来越高。

目前散热方法应用较多的有风冷、水冷和热管冷却。水冷散热也有多种形式，通常将所有需要冷却的功率模块安装在一个或多个铝制冷却模块上，冷却模块内部通入纯净去离子冷却水，通过水流将热量带走；或者将冷却模块做成平板，功率模块安装在冷却基板面上，基板内部或者背面镶嵌蛇形(亦称为S形)冷却水管，水管内通入纯净冷却水，将功率模块通过基板传导的热量带走。

上述水冷散热器存在以下缺点：

一、需要纯净水甚至去离子纯净水进行冷却，造价较高；

二、通常要采取双循环通过水-水热交换器与外界进行热传递， 受水管密度限制，管径不可能太大，一方面影响散热能力，另一方面影响抗震能力；

三、对于恶劣环境(如野外钻探、矿山采掘、海洋作业等)适应能力差。

例如，中国专利CN201328069Y公开了一种平板形式的水冷散热器，用于防爆变频器，它在散热基板上直接加工了水道，采用铜垫加盖板密封。该散热器在煤矿井下工作时，就地使用井下冷却水，水质较硬，极易在水道内形成水垢，维护去垢比较困难且不彻底，严重影响散热基板的热传导能力；同时散热基板作为隔爆壳体的一部分，机械强度和刚度由于水道而大大降低，严重影响防爆变频器的隔爆性能；另外铜垫不适宜高压密封，极易引起漏水现象。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺点，本实用新型的发明目的在于提供一种变频器专用水冷散热器，热交换效果好、散热能力强，可以直接驳接现场的工业用自来水，利于维护保养。

本实用新型技术方案提供了一种变频器专用水冷散热器，包括散热基板、水道板、密封元件和连接元件，其中所述散热基板一面用于安装功率模块，另一面用于安装所述水道板，所述水道板包括进水口、出水口和水道，所述散热基板和所述水道板均为平板状，两者由所述连接元件连接，形成冷却水水流通道，并采用所述密封元件密封，用于防止冷却水从所述散热基板和所述水道板的安装结合面外泄。

优选地，所述连接元件为紧固螺栓，所述散热基板具有多组螺孔，所述水道板具有与所述散热基板的所述螺孔相对应的螺栓安装孔。

优选地，所述散热基板的材料为铜板或者铝合金板，所述水道板 的材料为钢板。

优选地，所述密封元件为O型密封橡胶圈，设置在外圈的所述紧固螺栓的内侧。

优选地，所述O型密封橡胶圈还设置在内圈的所述紧固螺栓的外侧。

优选地，所述进水口和所述出水口从所述水道板的背面或侧面通过水管接头与外供水路相连。

优选地，所述水道的横截面为扁长方形。

优选地，所述水道为S形或并列直线形。

优选地，所述水道与所述功率模块的安装位置相对应。

优选地，散热器用冷却水为工业用自来水。

优选地，被冷却的所述功率模块为阻性、容性或感性负载元器件，或半导体功率器件。

优选地，所述半导体功率器件为IGBT、可控硅或二极管。

本实用新型技术方案还提供了一种变频器，包括所述的散热器，所述散热器的散热基板具有安装孔，用于直接安装在所述变频器机柜中需要冷却的位置。

本实用新型技术方案还提供了一种变频器，包括所述的散热器，还包括功率部件和隔爆箱体，所述散热器的散热基板两面中的任意一面作为隔爆面与所述隔爆箱体的法兰隔爆面接合安装。

由此，本实用新型提供的变频器专用水冷散热器及变频器，克服了现有技术的缺点，具有以下优点：

一、该水冷散热器结构简单，易于装配，密封效果好，散热能力高，适用于大功率变流器散热冷却；

二、对冷却水要求不高，可以直接驳接现场的工业用自来水；

三、由于直接使用工业自来水冷却，无噪音，环境污染小；

四、由于水道与功率模块分置在散热基板的两侧，有利于电水分离，提高变频器的运行安全性；

五、散热基板背面为整版平面，也是围成冷却水水流通道的一面，与冷却水直接接触，且接触面大，热交换效果好，散热能力强；加工工艺简单，成本低；利于维护保养，拆卸水道板，即可对水道进行抛光去垢；

六、散热基板背面不加工任何水槽和密封槽，增加了基板机械强度，当其用作防爆产品的隔爆箱外壁时，具有很好的隔爆效果，满足相关安全要求；

七、水道板结构简单，无特殊要求，利于经济加工，降低成本。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

附图说明

为了更好地描述本实用新型的实施例，绘制了以下附图。应当理解的是，附图仅是以示例的方式示出了本实用新型的优选实施例，而不应将附图解释为对本实用新型的限制，其中：

图1为本实用新型提供的一实施例的散热器结构示意图；

图2为图1的横向剖视图；

图3为图1的纵向剖视图；

图4为图2的局部放大图；

图5为本实用新型提供的另一实施例的水道示意图；

图6为本实用新型提供的一种防爆变频器的示意图。

附图标记对照表：

1-散热基板；            2-出水口；            3-水道板；

4-功率模块；            5-密封元件；          6-进水口；

7-水道；                8-连接元件；          21-散热器；

22-法兰隔爆面；         23-功率部件；         24-隔爆箱体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型进行具体描述。应当理解的是：在下文的描述中，“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等术语仅用于表示参照附图所指示的方向；而“第一”、“第二”、“第三”等术语用于描述多个组成部分，但是这些组成部分之间不存在先后顺序，这些术语仅仅是为了将一个组成部分与另一组成部分区分。

本实用新型提供的变频器柜，电水分离，布局合理、紧凑，易于维护，可有效地解决变频器柜的结构设计中遇到的一系列问题，保证变频器运行的安全性、稳定性和可靠性。

图1～4示出了本实用新型提供的一实施例的变频器专用水冷散热器结构。如图所示，本实用新型水冷散热器由散热基板1、水道板3和密封元件5组成；散热基板1和水道板3采用连接元件8联接，连接元件8优选为螺栓，并采用密封元件5密封。

散热基板1呈平板状，两面分别加工有若干组螺孔，一面用于安装功率模块4等发热元件，另一面用于安装水道板3；其材料优选为铜板或者铝合金板，其功能就是将功率模块4工作时发出的热量通过自身传导给水道中的冷却水。

水道板3也呈平板状，其材料优选为钢板，抗腐蚀性能优于散热基板1。水道板3与散热基板1配合安装的平面上加工有供冷却水通过的水道7和供密封元件5安装的密封圈槽；在水道7中设有进水口 6和出水口2。优选地，进、出水口6和2从水道板3的背面或侧面通过水管接头与外供水路相连。由于水道7与功率模块4分置在散热基板1的两侧，有利于电水分离，提高了变频器的运行安全性。水道板3加工有与散热基板1螺孔组对应的螺栓安装孔。

本实用新型中，由于散热基板1和水道板3为分体设计，散热基板1背面为平面，其上不用加工任何水槽和密封圈槽，因此加工工艺简单，成本低，并且有利于维护保养，拆卸水道板，即可对水道进行抛光去垢。本实用新型的平板形式的水冷散热器取代了镶嵌水管，采用与水道板3贴合形成冷却水管路，其管路截面积大，且呈扁状长方形，使管路与散热基板1接触面大，热交换效果好，散热能力强，抗震性好；无需双循环热交换装置，可以直接驳接现场的工业用自来水，对冷却水要求不高，可以直接驳接现场的工业用自来水，无噪音，环境污染小。

如图2和4所示，密封元件5用于水道的密封，防止冷却水从散热基板1和水道板3的安装接合面外泄。

如图4所示，密封元件5优选采用O型密封橡胶圈，利用O形密封橡胶圈提供一种挤压型密封，其基本工作原理是依靠密封件发生弹性变形，在密封接触面上造成接触压力，使接触压力大于被密封介质的内压，从而不发生泄漏。除了外圈螺栓的内侧设置封闭密封圈，对应于中间紧固螺栓8，还需在内圈螺栓的外侧设置封闭密封圈，防止冷却水从这些螺栓8处外泄。

水道板3上的水道7与散热基板1贴合装配后，形成了冷却水管路。优选地，该管路的布局与散热基板1上的功率模块4安装位置相应，确保功率模块1的安装面与管路重合最大化，以获得散热效率最大化。功率模块4可以为半导体功率器件(如IGBT、可控硅、二极管)或阻性、容性和感性负载元器件。

如图5所示，本实用新型的管路可以采取蛇形(亦称为S形)， 也可以采取如图4所示的并列直线形。本实用新型的水道板结构简单，无特殊要求，有利于经济加工，降低成本。

本实用新型的变频器专用水冷散热器的工作原理如下：在变频器工作时，散热基板1上的功率模块4发出热量，经散热基板1传导至水道7；冷却水经进水口6流入水道7，在水道7中将由散热基板1导入的热量吸入，并经过出水口2排出，从而起到散热的效果。

本实用新型的水冷散热器如果应用在一般工业场合和需要防尘的场合时，可在散热基板1上加工安装孔，直接安装在变频器机柜中，采用水冷方式进行变频器冷却，以防止含尘空气进入变频器机柜内，导致变频器损坏。为防止冷却水对电气系统的影响，可在散热基板1的安装座加设密封装置。

本实用新型的水冷散热器如果应用在具有防爆要求的工业场合(如煤矿防爆、工厂防爆)时，如图6所示，可选择水冷散热器21的散热基板1的其中一个面作为隔爆面与隔爆箱体24的法兰隔爆面22接合安装，这样散热基板1既作为功率模块部件(例如整流器、逆变器等)的散热器，又作为隔爆箱体24外围墙板的一部分，将冷却水完全排除在隔爆箱体24之外，可以真正做到电水分离，确保变频器23运行安全。

由于散热基板1的背面不加工任何水槽和密封槽，增加了基板机械强度，用作防爆产品的隔爆箱体24外壁时，具有很好的隔爆效果，能够满足相关安全要求。

根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。

以上所述的仅是本实用新型的原理和较佳的实施例。应当指出，尽管为说明本实用新型的目的公开了本实用新型的较佳实施例和附图，但是熟悉本领域技术的人员，在不脱离本实用新型及所附的权利 要求的精神和范围内，可作各种替换、变化和润饰。因此在本实用新型原理的基础上，做出的若干其它变型，也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (14)

1.一种变频器专用水冷散热器(21)，其特征在于，所述散热器(21)包括散热基板(1)、水道板(3)、密封元件(5)和连接元件(8)，其中

所述散热基板(1)一面用于安装功率模块(4)，另一面用于安装所述水道板(3)，

所述水道板(3)包括进水口(6)、出水口(2)和水道(7)，

所述散热基板(1)和所述水道板(3)均为平板状，两者由所述连接元件(8)连接，形成冷却水水流通道，并采用所述密封元件(5)密封，用于防止冷却水从所述散热基板(1)和所述水道板(3)的安装结合面外泄。

2.根据权利要求1所述的散热器(21)，其特征在于，所述连接元件(8)为紧固螺栓，所述散热基板(1)具有多组螺孔，所述水道板(3)具有与所述散热基板(1)的所述螺孔相对应的螺栓安装孔。

3.根据权利要求1或2所述的散热器(21)，其特征在于，所述散热基板(1)的材料为铜板或者铝合金板，所述水道板(3)的材料为钢板。

4.根据权利要求2所述的散热器(21)，其特征在于，所述密封元件(5)为O型密封橡胶圈，设置在外圈的所述紧固螺栓的内侧。

5.根据权利要求4所述的散热器(21)，其特征在于，所述O型密封橡胶圈还设置在内圈的所述紧固螺栓的外侧。

6.根据权利要求1所述的散热器(21)，其特征在于，所述进水口(6)和所述出水口(2)从所述水道板(3)的背面或侧面通过水管接头与外供水路相连。

7.根据权利要求1所述的散热器(21)，其特征在于，所述水道(7)的横截面为扁长方形。

8.根据权利要求1所述的散热器(21)，其特征在于，所述水道(7)为S形或并列直线形。

9.根据权利要求1、7或8所述的散热器(21)，其特征在于，所述水道(7)与所述功率模块(4)的安装位置相对应。

10.根据权利要求1所述的散热器(21)，其特征在于，散热器(21)用冷却水为工业用自来水。

11.根据权利要求1所述的散热器(21)，其特征在于，被冷却的所述功率模块(4)为阻性、容性或感性负载元器件，或半导体功率器件。

12.根据权利要求11所述的散热器(21)，其特征在于，所述半导体功率器件为IGBT、可控硅或二极管。

13.一种变频器，其特征在于，包括权利要求1～12之一所述的散热器(21)，所述散热器(21)的散热基板(1)具有安装孔，用于直接安装在所述变频器机柜中需要冷却的位置。

14.一种变频器，其特征在于，包括权利要求1～12之一所述的 散热器(21)，还包括功率部件(23)和隔爆箱体(24)，所述散热器(21)的散热基板(1)两面中的任意一面作为隔爆面与所述隔爆箱体(24)的法兰隔爆面(22)接合安装。