CN223157472U - 一种风冷功率单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风冷功率单元，包括外壳，外壳内安装有整流单元以及位于整流单元上方的逆变单元，整流单元包括整流壳体及第一叠层母排，第一叠层母排将整流壳体分隔为第一风道腔体及第二风道腔体，第一叠层母排上安装有位于第一风道腔体内的至少1个第一母线电容及二极管模块，第一叠层母排安装有位于第二风道腔体内的整流散热器；逆变单元包括逆变壳体及第二叠层母排，第二叠层母排将逆变壳体分隔为第三风道腔体及第四风道腔体，第二叠层母排上安装有位于第三风道腔体内的逆变散热器，第二叠层母排安装有位于第四风道腔体内的至少1个第二母线电容、I GBT模块，I GBT模块上集成有吸收电容；对散热风道进行优化并改进元件布置方式，消除热偶合。

Description

一种风冷功率单元

技术领域

本实用新型涉及高压变频器技术领域，尤其涉及一种风冷功率单元。

背景技术

高压变频器在电力、化工、石油、冶金等多个行业中发挥着关键作用，尤其是在需要精确控制大功率电机速度和提升能效的场景中，功率单元作为高压变频器的核心，它的设计与散热解决方案直接影响到整个系统的性能和可靠性。

风冷是一种经济且维护简便的散热方式，它通过风扇驱动空气流经功率模块表面的散热片，带走热量，这种方式成本较低，安装简单，适合于环境温度适中且功率密度不是特别高的场合，在功率单元中采用风冷方式进行散热时，由于构成器件中具有如IGBT模块、二极管模块、母线电容、电阻等发热元件，按照常规的风流通实现散热容易产生热偶合，即将一个元件散热的温度朝向另一个元件移动，造成位于散热流道后面的元件散热效果变差。

因此，在考虑采用风冷对功率单元进行散热时，需要对散热风道进行优化并改进元件布置方式，消除热偶合现象。

实用新型内容

(一)技术问题

本实用新型的目的在于提供一种风冷功率单元，解决风冷方式散热下，对散热风道进行优化并改进元件布置方式，消除热偶合的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种风冷功率单元，包括外壳，所述外壳内安装有整流单元以及位于所述整流单元上方的逆变单元，所述整流单元与所述逆变单元之间设有连接叠排；所述整流单元包括整流壳体以及设于所述整流壳体内的第一叠层母排，所述第一叠层母排将所述整流壳体分隔为纵向布置的第一风道腔体及位于第一风道腔体下方的第二风道腔体，所述第一叠层母排上安装有位于第一风道腔体内的至少1个第一母线电容及二极管模块，所述第一叠层母排安装有位于第二风道腔体内的整流散热器；所述逆变单元包括逆变壳体以及设于所述逆变壳体内的第二叠层母排，所述第二叠层母排将所述逆变壳体分隔为纵向布置的第三风道腔体及位于第三风道腔体下方的第四风道腔体，所述第二叠层母排上安装有位于第三风道腔体内的逆变散热器，所述第二叠层母排安装有位于第四风道腔体内的至少1个第二母线电容、I GBT模块，所述I GBT模块上集成有吸收电容。

优选的，所述外壳上安装有挡风隔板，所述挡风隔板上设有连通第一风道腔体的第一进风口，连通第二风道腔体的第二进风口，连通第三风道腔体的第三进风口，连通第四风道腔体的第四进风口。

优选的，所述第一进风口与所述第四进风口包括阵列布置的若干圆孔。

优选的，所述圆孔的开孔率为3％-5％。

优选的，所述第二进风口为阵列布置的若干第一条形孔，所述第三进风口为阵列布置的若干第二条形孔。

优选的，所述第一条形孔的开孔率为47％-50％，所述第二条形孔的开孔率为74％-80％。

优选的，所述第一风道腔体与所述第二风道腔体连通。

优选的，所述外壳上设有挡风隔板，所述挡风隔板上设有连通所述第一风道腔体和第二风道腔体的第五进风口。

优选的，所述第五进风口为阵列布置的若干第三条形孔。

优选的，所述第三条形孔的开孔率为47％-50％。

(三)有益效果

通过外壳对整流单元、逆变单元形成独立且纵向隔离安装，通过连接叠排实现导电连接，将整流单元与逆变单元的散热过程进行隔离；具体在整流单元中通过第一叠层母排分隔整流壳体形成隔离的第一风道腔体、第二风道腔体，将二极管产生的热量通过整流散热器布置在第二风道腔内实现独立散热，而产生热量的第一母线电容、二极管模块布置在第一风道腔内独立散热，不产生热偶合的情况；

同时，在逆变单元中通过第二叠层母排对逆变壳体分隔为隔离的第三风道腔体、第四风道腔体，第三风道腔体内布置逆变散热器对产生热量较大的I GBT模块进行导热并实现独立散热，在第四风道腔体内布置第二母线电容、I GBT模块、吸收电容，同样实现独立散热，由此将产生热量进行分散，由于逆变单元中元件散热量均较大，对产生热量较小的元件在风道腔体的前端布置，热量较大的元件在后端布置，并且将热量最大的逆变散热器独立隔离，避免散热热偶合的情况；

由此，通过对整流单元、逆变单元分别进行散热的情况下，继续对构成整流单元、逆变单元的元件散热进一步分隔，提升散热效率并避免热偶合现象。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中整流单元的剖视结构示意图；

图3为本实用新型实施例中逆变单元的剖视结构示意图；

图4为本实用新型实施例中第一种风道布置方式的示意图；

图5为图4的进风口结构示意图；

图6为本实用新型实施例中第二种风道布置方式的示意图；

图7为图6的进风口结构示意图；

在图1至图7中，部件名称或线条与附图编号的对应关系为：

外壳1、整流单元2、整流壳体21、第一叠层母排22、第一风道腔体23、第二风道腔体24、第一母线电容25、二极管模块26、整流散热器27、逆变单元3、逆变壳体31、第二叠层母排32、第三风道腔体33、第四风道腔体34、逆变散热器35、第二母线电容36、IGBT模块37、吸收电容38、连接叠排4、挡风隔板5、第一进风口51、第二进风口52、第三进风口53、第四进风口54、第五进风口55。

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。

参见图1-图3所示，本实用新型的实施例中提出了一种风冷功率单元，应用于高压变频器中，具体电路原理以及构成元器件均可采用成熟技术，本实施方式主要在于对整个功率单元采用风冷方式的散热效率提升，避免产生热偶合现象进行优化，从而能够采用低成本的风冷散热方式对功率单元进行可靠散热。

具体的，风冷功率单元包括外壳1，所述外壳1内安装有整流单元2以及位于所述整流单元2上方的逆变单元3，所述整流单元2与所述逆变单元3之间设有连接叠排4，通过外壳1对整个结构进行封装，将整流单元2和逆变单元3进行隔离设置，形成独立散热，不会产生相互干涉，通过连接叠排4实现整流单元2和逆变单元3之间的电连接。

其中，所述整流单元2包括整流壳体21以及设于所述整流壳体21内的第一叠层母排22，所述第一叠层母排22将所述整流壳体21分隔为纵向布置的第一风道腔体23及位于第一风道腔体23下方的第二风道腔体24，所述第一叠层母排22上安装有位于第一风道腔体23内的至少1个第一母线电容25及二极管模块26，所述第一叠层母排22安装有位于第二风道腔体24内的整流散热器27，通过第一叠层母排22作为公共导电端并分隔整流壳体21内部形成独立的第一风道腔体23和第二风道腔体24，将产生热量较大二极管模块26通过整流散热器27导热后独立设置在第二风道腔体24内，实现独立散热，同时将第一母线电容25、二极管模块26布置在第一风道腔体23内，冷空气分别进入第一风道腔体23、第二风道腔体24内进行独立散热，不会产生热量交汇，避免热偶合现象。

同时，在所述逆变单元3包括逆变壳体31以及设于所述逆变壳体31内的第二叠层母排32，所述第二叠层母排32将所述逆变壳体31分隔为纵向布置的第三风道腔体33及位于第三风道腔体33下方的第四风道腔体34，所述第二叠层母排32上安装有位于第三风道腔体33内的逆变散热器35，所述第二叠层母排32安装有位于第四风道腔体34内的至少1个第二母线电容36、I GBT模块37，所述I GBT模块37上集成有吸收电容38；同样的，通过第二叠层母排32将逆变壳体31内分隔为隔离的第三风道腔体33、第四风道腔体34，由于逆变散热器35主要用于对产生热量较大IGBT模块37进行导热后，独立布置在第三风道腔体33内实现独立散热，而在第四风道腔体34内将发热量较小元件的设置在前端，而发热量较大的I GBT模块37、吸收电容38设置后端，在第四风道腔体34内进行散热时也不会形成热偶合的情况。具体将第三风道腔体33和第四风道腔体34实现隔离并独立散热，避免热偶合现象。

由此，通过将整流单元2、逆变单元3进行分隔，然后在对构成整流单元2、逆变单元3中的器件分隔在不同的散热腔体内进行散热，实现散热独立、隔离进行，避免热量产生耦合的现象。

其中，第一叠层母排22、第二叠层母排32与连接叠排4导电连接，作为内部集成器件的导电端，从外部对连接叠排4进行接线即可。

在外壳1的进风口处对进入不同风道腔体的散热空气进行分流，保证进风量，如图4、图5所示，具体在外壳1上安装有挡风隔板5，所述挡风隔板5上设有连通第一风道腔体23的第一进风口51，连通第二风道腔体24的第二进风口52，连通第三风道腔体33的第三进风口53，连通第四风道腔体34的第四进风口54，通过挡风隔板5对进风口实现分隔后，能够保证进入到第一风道腔体23、第二风道腔体24、第三风道腔体33及第四风道腔体34的风量可以独立控制并有效分流，保证散热风量需求。

在一种实施方式中，如图6、图7所示，让所述第一进风口51与所述第四进风口54包括阵列布置的若干圆孔，且所述圆孔的开孔率为3％-5％；第一风道腔体23和第二风道腔体24内的元件产生热量较低，能流通散热空气就可以满足散热需求。

而第二进风口52为阵列布置的若干第一条形孔，所述第三进风口53为阵列布置的若干第二条形孔，且所述第一条形孔的开孔率为47％-50％，所述第二条形孔的开孔率为74％-80％，其中，整流散热器27的产生热量小于逆变散热器35的热量，根据散热需求对对应的开孔率进行调节，由此能够在满足同时进入到不同风道腔体内的散热空气产生分流，并对应于散热需求进行流动，提高散热效率。

在另一种实施例中，由于整个整流单元2产生的热量可控，将所述第一风道腔体23与所述第二风道腔体24连通，在内部进行散热空气分流，仍然进行热量不同的器件分隔散热。

在此种实施例中，逆变单元3仍然采用现有的单独进风方式，而在所述外壳1上设有挡风隔板5，所述挡风隔板5上设有连通所述第一风道腔体23和第二风道腔体24的第五进风口55，通过第五进风口55替代圆孔方式，具体的，所述第五进风口55为阵列布置的若干第三条形孔，而所述第三条形孔的开孔率为47％-50％。

具体在考虑散热效果时，可以对整流单元2中的第一风道腔体23、第二风道腔体24进行独立导入散热空气，也可以考虑整合统一进风后在内部腔体内进行分流实现散热，均可以获得较好的散热效果，并不会发生热偶合现象。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种风冷功率单元，其特征在于：包括外壳，所述外壳内安装有整流单元以及位于所述整流单元上方的逆变单元，所述整流单元与所述逆变单元之间设有连接叠排；

所述整流单元包括整流壳体以及设于所述整流壳体内的第一叠层母排，所述第一叠层母排将所述整流壳体分隔为纵向布置的第一风道腔体及位于第一风道腔体下方的第二风道腔体，所述第一叠层母排上安装有位于第一风道腔体内的至少1个第一母线电容及二极管模块，所述第一叠层母排安装有位于第二风道腔体内的整流散热器；

所述逆变单元包括逆变壳体以及设于所述逆变壳体内的第二叠层母排，所述第二叠层母排将所述逆变壳体分隔为纵向布置的第三风道腔体及位于第三风道腔体下方的第四风道腔体，所述第二叠层母排上安装有位于第三风道腔体内的逆变散热器，所述第二叠层母排安装有位于第四风道腔体内的至少1个第二母线电容、IGBT模块，所述IGBT模块上集成有吸收电容。

2.根据权利要求1所述的一种风冷功率单元，其特征在于：所述外壳上安装有挡风隔板，所述挡风隔板上设有连通第一风道腔体的第一进风口，连通第二风道腔体的第二进风口，连通第三风道腔体的第三进风口，连通第四风道腔体的第四进风口。

3.根据权利要求2所述的一种风冷功率单元，其特征在于：所述第一进风口与所述第四进风口包括阵列布置的若干圆孔。

4.根据权利要求3所述的一种风冷功率单元，其特征在于：所述圆孔的开孔率为3％-5％。

5.根据权利要求2所述的一种风冷功率单元，其特征在于：所述第二进风口为阵列布置的若干第一条形孔，所述第三进风口为阵列布置的若干第二条形孔。

6.根据权利要求5所述的一种风冷功率单元，其特征在于：所述第一条形孔的开孔率为47％-50％，所述第二条形孔的开孔率为74％-80％。

7.根据权利要求根据权利要求1所述的一种风冷功率单元，其特征在于：所述第一风道腔体与所述第二风道腔体连通。

8.根据权利要求7所述的一种风冷功率单元，其特征在于：所述外壳上设有挡风隔板，所述挡风隔板上设有连通所述第一风道腔体和第二风道腔体的第五进风口。

9.根据权利要求8所述的一种风冷功率单元，其特征在于：所述第五进风口为阵列布置的若干第三条形孔。

10.根据权利要求9所述的一种风冷功率单元，其特征在于：所述第三条形孔的开孔率为47％-50％。