CN205123565U - 一种变流器功率单元水冷管路系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变流器功率单元水冷管路系统，包括进水管、进水直行管、出水管和出水直行管，所述进水管和所述进水直行管连接，所述进水直行管和所述出水直行管之间连接有至少一个散热器，所述出水直行管和所述出水管连接。本实用新型提供的变流器功率单元水冷管路系统结构简单、紧凑，高集成度，散热效率高，散热可靠。

Description

一种变流器功率单元水冷管路系统

技术领域

本实用新型涉及一种冷却系统，更具体地说，是涉及一种变流器功率单元水冷管路系统。

背景技术

大功率变流器的可靠性体现在系统中器件的安全、持续、稳定运行，同时，变流器要求具有空间体积尽量小、结构紧凑、功率等级高、高功率密度的特点。大功率变流开关器件因工作电压高、导通及关断电流大，单个功率器件的损耗可达到数KW，器件采用压接方式的模块化功率单元设计后，器件之间空间体积小，器件电气特性要求能够保证其瞬态安全，持续、稳定运行的关键在于将器件芯片的温度控制在一定的范围以下，PN结结温小于125℃，封装外壳温度低于85℃，否则会增加器件的失效率、运行时降额使用、减小器件的安全运行区域，最终体现出系统的可靠性降低、故障率增加，采用传统的风冷散热根本无法满足散热要求，目前，主要实践应用已基本采用循环冷却水散热，但是，大功率变流实现水冷散热存在以下主要问题：

1、采用的散热器散热效率不高，导致散热水冷管路体积过大，模块的体积和重量均较大，难以满足功率单元模块功率密度要求，现有技术中，有采用方形的散热器结构，其不利于模块整体紧凑分布，将直接影响系统整体外观、增大体积、不利于安装和维护。

2、模块冷却水进出设计不合理，水冷管长度过长，增大了循环冷却水回路阻尼和循环回路，降低了散热效率，同时增大了模块维护难度。

3、水冷管路分布不合理，导致功率器件散热不可靠，散热不均匀，难以保持器件工作特性，模块故障率将大大增加，给安全可靠工作带来隐患。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种结构简单，高集成的，散热效率高，散热可靠的变流器功率单元水冷管路系统。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种变流器功率单元水冷管路系统，包括进水管、进水直行管、出水管和出水直行管，所述进水管和所述进水直行管连接，所述进水直行管和所述出水直行管之间连接有至少一个散热器，所述出水直行管和所述出水管连接。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述进水直行管设有两根，分别为第一进水直行管、第二进水直行管，所述出水直行管设有两根，分别为第一出水直行管、第二出水直行管，所述第一进水直行管和所述第一出水直行管之间连接有至少一个散热器，所述第二进水直行管和所述第二出水直行管之间连接有至少一个散热器。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述散热器为圆饼状散热器。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述进水管位于所述出水管的下方。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述进水直行管和所述出水直行管均通过细软管和所述散热器连接。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述进水直行管和所述出水直行管均通过直快插接头或弯快插接头和所述细软管一端连接，所述散热器通过直快插接头或弯快插接头和所述细软管另一端连接。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述进水管和所述进水直行管采用螺纹连接。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述出水管和所述出水直行管采用螺纹连接。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述进水管和所述出水管均采用弯管。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述进水管和所述出水管的端部均螺纹连接有快速接头。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：本实用新型提供的变流器功率单元水冷管路系统结构简单、紧凑，高集成度，散热效率高，散热可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型另一角度的结构示意图。

附图标记：1、进水管，2、出水管，3、进水直行管，4、出水直行管，5、直快插接头，6、散热器，61、散热器组，62、散热器组，63、散热器组，7、细软管，8、快速接头，9、弯快插接头。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1~2所示，一种变流器功率单元水冷管路系统，包括进水管1、进水直行管3、出水管2和出水直行管4，所述进水管1和所述进水直行管3连接，所述进水直行管3和所述出水直行管4之间连接有至少一个散热器6，所述出水直行管4和所述出水管2连接。

本实施例中，所述进水直行管3设有两根，分别为第一进水直行管、第二进水直行管，所述出水直行管4设有两根，分别为第一出水直行管、第二出水直行管，所述第一进水直行管和所述第一出水直行管之间连接有至少一个散热器6，所述第二进水直行管和所述第二出水直行管之间连接有至少一个散热器6。

本实施例中，进水管1和两根直行进水管3构成主进水管，两根直行进水管3位于进水管1同侧，进水管1和进水直行管3之间通过螺纹连接，将主进水管贯通，出水管2和两根直行出水管4构成主出水管，两根直行出水管4位于出水管同侧，出水管2和出水直行管4之间通过螺纹连接，将主出水管贯通，两根直行进水管3和两根直行出水管4位于进水管1和出水管2的同一侧。

本实施例中，所述散热器6为圆饼状散热器，采用圆形散热器，与功率器件具有较为一致的外形和尺寸，便于压接，易于实现紧凑型结构，散热器6与器件充分接触，增大了散热面积，提高散热效率。

本实施例中，所述进水管1位于所述出水管2的下方，进水管1和出水管2分布于模块同一侧，放置时，进水管1位于下部，出水管2位于上部，循环水路构成下进上出的循环形式，水从模块一侧进，对面侧出的方式，使水循环回路简单明了，只需较短的水冷管即可实现进出回路的联接，散热效率高，维护简便，有利于排出冷却水中的气泡。

本实施例中，所述进水直行管3和所述出水直行管4均通过细软管7和所述散热器6连接，设有多个散热器6时，多个散热器6通过细软管7串联连接。

本实施例中，贯通各支路的细软管7可采用多种形状规格，有效匹配各支路的流量和压力分配，使模块结构更加简洁、管路更加清晰。

本实施例中，所述进水直行管3和所述出水直行管4均通过直快插接头5或弯快插接头9和所述细软管7一端连接，所述散热器6通过直快插接头5或弯快插接头9和所述细软管7另一端连接，直行进水管3和直行出水管4均开有螺纹连接口，可直接拧入带垫圈的直快插接头5或弯快插接头9，散热器6的进水口和出水口通过螺纹孔连接带垫圈的直快插接头5或弯快插接头9。

本实施例中，细软管7的一端连接直行水管的快插接头，一端连接散热器6上的快插接头，贯通主水管与散热器6，联接方便快速，并且可灵活配置成多种形状，可有效改善循环回路的阻尼，减小系统散热功率。

本实施例中，从直行水冷管中引出水接头，通过细软管7将其与散热器6联接，可以有效布局水路，提高器件散热可靠性，实现器件散热均匀。

本实施例中，直行水管采用空心钢管，同时构成功率单元上下支撑板支柱，为保证散热器与直行水管间电气的有效隔离，彼此间连接的细软管7长度根据电压等级灵活设置，细软管7采用立体折弯成型，在整体管路紧凑连接的同时确保了管路连接的电气隔离，减小了模块的体积。

本实施例中，直行水管采用空心不锈钢管，可兼具模块支撑板支柱和水冷主管作用，使半导体模块整体结构更加简洁。

本实施例中，铝合金材质的散热器6共有3组，分别为61、62、63，每个散热器组均包括三个散热器6，散热器61通过细软管7分别和进水直行管3和出水直行管4连接，散热器组62和散热器组63串联连接，散热器组62中的三个散热器6和散热器组63中的三个散热器6分别对应串联连接，串联连接后一端通过细软管7和进水直行管3连接，另一端通过细软管7和出水直行管4连接，散热器6采用压接方式与功率器件充分接触，减小与功率器件之间的热阻，其圆形的外形尺寸可充分利用其散热面积，有效提高散热效率。

本实施例中，散热器组61与散热器组62、63分配流量不同，可根据半导体器件功耗大小选择组装位置，比如全控开关器件功耗一般比二极管大，可将全控开关器件放置于散热器组61侧，二极管可放置于散热器组62、63侧，有效保证了散热可靠性。

根据器件功耗，对于全控开关器件，均为单独的器件冷却，即其冷却回路为直进水管-单个散热器6-直出水管；对于二极管器件，散热器6采用串联联接的方式即冷却水回路为直进水管-单个散热器6-单个散热器6-直出水管，散热优先顺序按照器件功耗分布灵活配置，提高了器件的散热可靠性，更加合理。

本实施例中，所述进水管1和所述出水管2均采用弯管形式，有效匹配了前后两根直行管的流量，弯头处采用弧形弯头，降低了阻尼，避免气泡的产生。

本实施例中，所述进水管1和所述出水管2的端部均螺纹连接有快速接头8，进水管1和出水管2均接有螺纹连接的快速接头8，可以将功率单元与外冷却循环水直接通过快速插拔的形式连接，快速贯通和分离，简化了操作，有利于功率单元的安装和维护，提高维护效率。

本实用新型结构简单、易于操作、散热可靠，进出水口分布更加合理，能够有效的减小器件散热时热阻，改善散热冷却水管路阻尼，实现器件均匀散热，另外，管路与模块集成于一体，有效简化模块结构，减小模块的空间体积，通过细软管7联接散热器6和直行水冷管，便于模块的维护操作，模块功率提升时相应改变散热器6和水冷管的尺寸即可满足散热需求，实现了功率单元结构的简统化。

本实用新型提出了一种变流器功率单元水冷管路系统，其目的是为了采用更加合理的管路布局方式以改善循环水散热时管路阻尼，减小散热器6与器件间的热阻，以有效提高模块的散热效率；同时，使结构更加紧凑，减小模块的空间体积，提高产品的功率密度。本实用新型提出的管路系统还具有易于安装操作和维护，模块物料简统化，能够适应模块输出功率提升，产品竞争力更强的特点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变流器功率单元水冷管路系统，其特征在于，包括进水管、进水直行管、出水管和出水直行管，所述进水管和所述进水直行管连接，所述进水直行管和所述出水直行管之间连接有至少一个散热器，所述出水直行管和所述出水管连接。

2.如权利要求1所述的变流器功率单元水冷管路系统，其特征在于，所述进水直行管设有两根，分别为第一进水直行管、第二进水直行管，所述出水直行管设有两根，分别为第一出水直行管、第二出水直行管，所述第一进水直行管和所述第一出水直行管之间连接有至少一个散热器，所述第二进水直行管和所述第二出水直行管之间连接有至少一个散热器。

3.如权利要求1或2所述的变流器功率单元水冷管路系统，其特征在于，所述散热器为圆饼状散热器。

4.如权利要求1或2所述的变流器功率单元水冷管路系统，其特征在于，所述进水管位于所述出水管的下方。

5.如权利要求1或2所述的变流器功率单元水冷管路系统，其特征在于，所述进水直行管和所述出水直行管均通过细软管和所述散热器连接。

6.如权利要求5所述的变流器功率单元水冷管路系统，其特征在于，所述进水直行管和所述出水直行管均通过直快插接头或弯快插接头和所述细软管一端连接，所述散热器通过直快插接头或弯快插接头和所述细软管另一端连接。

7.如权利要求1所述的变流器功率单元水冷管路系统，其特征在于，所述进水管和所述进水直行管采用螺纹连接。

8.如权利要求1所述的变流器功率单元水冷管路系统，其特征在于，所述出水管和所述出水直行管采用螺纹连接。

9.如权利要求1所述的变流器功率单元水冷管路系统，其特征在于，所述进水管和所述出水管均采用弯管。

10.如权利要求1所述的变流器功率单元水冷管路系统，其特征在于，所述进水管和所述出水管的端部均螺纹连接有快速接头。