专利名称：一种变流器及其主功率结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及变流器领域，更具体地说，涉及一种采用水冷的变流器及其主功 率结构。
背景技术：
目前，对于大多数变流器系统，其机柜内部都安装有功率模块，主要包括网侧模块 和转子侧模块。而这些功率模块作为变流器的核心部分，对散热的要求非常高，因此需要很 好的散热结构。通常采用的都是风冷散热，风冷产品也相对成熟，而采用水冷散热的则比较 少，但是水冷的效果比风冷要好的多，水冷散热必然成为变流器散热的主要方式。目前只有国外少数几家公司生产有水冷散热的变流器，即将散热器放在功率模块 的下方，通过水路管道与功率模块底面贴合，将功率模块的热量用冷水流动带走。由于这些 变流器仍然采用传统的大模块结构的功率模块，也就是将构成功率模块的主体部分的电容 组件和绝缘栅双极型晶体管(IGBT，InsulatedGate Bipolar Transistor)组件集成为一个 模块单元，多个功率模块分别位于变流器机柜内部的前、后侧铺开，因此功率模块底面的总 面积比较大，则要求散热器也必须铺设的面积也较大。采用这样的大尺寸散热器，不仅加工困难，制造成本高，而且质量较重，使推广水 冷变流器受到很大的局限。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述变流器的散热器加工困 难，散热质量不稳定的缺陷，提供一种结构简单小巧、且散热器保证对功率模块散热充分的 变流器的主功率结构。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种变流器的主功率结 构，包括功率模块和散热系统，所述功率模块包括IGBT组件和电容组件，所述IGBT组件和 电容组件之间用叠层母排紧固连接且分别位于所述叠层母排两侧；所述变流器的散热系 统包括位于所述电容组件散出热空气的一侧的风扇、位于所述风扇吹出热空气的一侧的换 热器、贴在所述IGBT组件上的散热器以及所述换热器、散热器上各自带有的进水管和出水 管。在本实用新型所述的变流器的主功率结构中，所述功率模块有多个，其中每个功 率模块包括一个所述IGBT组件和一个电容组件，相应的多个所述IGBT组件并排分布在所 述叠层母排的一侧，同样多个所述电容组件并排分布在所述叠层母排的另一侧。在本实用新型所述的变流器的主功率结构中，所述换热器包括进风口和出风口， 且所述吸进热风的进风口位于所述风扇出风的一侧。在本实用新型所述的变流器的主功率结构中，所述换热器安装在所述功率模块的 上方、左侧、右侧或者背面。在本实用新型所述的变流器的主功率结构中，所述变流器的散热系统还包括与所有进水管连通的主进水管，以及与所有出水管连通的主出水管。在本实用新型所述的变流器的主功率结构中，所述换热器的进水管和出水管各有 一根，分别与所述主进水管和所述主出水管连通。在本实用新型所述的变流器的主功率结构中，所述变流器包括多个所述IGBT组 件均背贴所述散热器，所述散热器具有相应多个进水管和多个出水管。在本实用新型所述的变流器的主功率结构中，所述多个进水管和多个出水管等 长，且分别等距地并联在所述主进水管和所述主出水管上。本实用新型还涉及一种变流器，其具有上述变流器的主功率结构。实施本实用新型的变流器及其主功率结构，具有以下有益效果由于功率模块采 用归一化设计，即将IGBT组件与电容组件之间用叠层母排连接，能够将IGBT组件和电容 组件紧凑连接，使得整个功率模块的尺寸可以做得相对小很多，则贴在IGBT组件上的散热 器，在最大限度的满足散热要求的同时，其尺寸业可相应做得尽可能的小，再配合风扇、换 热器等散热系统的部件，共同实现对功率模块的水冷散热，解决了现有技术的水冷变流器 的散热器尺寸大、质量大、成本高、结构复杂的缺陷问题。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中图1是本实用新型优选实施例的变流器功率模块结构示意图；图2是本实用新型优选实施例变流器的主功率结构的示意图；图3是图2所示优选实施例对电容组件散热的空气流向示意图；图4是图2所示优选实施例的散热器的位置示意图。
具体实施方式
本实用新型的变流器，其内部具有主功率结构，而主功率结构包括功率模块和散 热系统两部分，其中下文描述的主功率结构即为本实用新型的变流器的主功率结构。如图1所示，本实用新型中的功率模块采用归一化设计，也即是说，其组成部分 IGBT组件110和电容组件120不是传统的组合成一个模块单元整体，而是分为两个物理上 独立的小模块。IGBT组件110与电容组件120之间通过叠层母排130连接，使二者相对隔开 的并排排布。而利用叠层母排130，功率模块可以相互之间紧凑地并列排布多个，这样设计 的功率模块，其整体体积明显减小，质量大大减小，且维护方便，可以直接将IGBT组件110 或者电容组件120拆卸下来。同时，本实用新型的功率模块可以以一纵列排布多个，本文中的“多个”是指一个 和一个以上。在图1所示的实施例中，采用3个同样的功率模块并列排布，且一侧为IGBT 组件110，另一侧为电容组件120。本领域的技术人员可以知道，对于功耗大的变流器，其功 率模块可以更多，而本实施例中，只需将增加的功率模块安装在叠层母排130上即可，操作 简单，维护方便；同时，也可以将两个和两个以上的IGBT组件/电容组件通过一定的电连接 或物理连接组成为一个大的IGBT组件/电容组件。图2示出的为本实用新型优选实施例的变流器的主功率结构，其包括功率模块和 散热系统，功率模块包括图1所示的IGBT组件110和电容组件120，且二者用叠层母排130固定连接；散热系统包括风扇200、换热器300、散热器600、进水管、出水管和主进水管410、 主出水管411。其中，进水管包括分别与换热器300和散热器600相连通的换热器进水管 510和模块进水管520，出水管也包括分别与换热器300和散热器600相连通的换热器出水 管511和模块出水管521。如图2所示，其中，风扇200位于电容组件120上方的一侧，用于将电容组件120 所散发的热空气吸入，并将热空气吹进位于风扇200 —旁的换热器300内。换热器300也 位于电容组件120上方，在两端分别开设有进风口和出风口，且进风口与电扇200吹出热风 的一面相对，出风口则靠近电容组件120上方的另一侧。如图3所示，由于换热器300内部有冷却液流动带走热量，使得风扇200吹出的热 空气进入到换热器300内，经过冷却后得到冷空气，并被吹入电容组件120内使电容组件 120散热。冷、热空气流向如图3的箭头方向所示，则风扇200与换热器300共同对电容组 件120起到风冷的作用。散热器300接出了两根水管，分别为换热器进水管510和换热器 出水管511，两根水管的另一头分别连通到主进水管410和主出水管411上。本领域的技术人员可以知道，风扇200与换热器300的位置并不只限于电容组件 120上方，只要能实现对电容组件120的风冷散热，均属于本实用新型的保护范围之内，例 如换热器300设置在功率模块的左侧、右侧或者后方均可。另外还必须说明的是，传统的换热器300都是安装在变流器的机柜柜门内侧的， 因此，在维护时，需要将柜门拆下来以后才能对换热器进行维护。而在本实用新型的优选实 施例中，换热器300安装在功率模块上，使得各方位是敞开的，其拆卸和维护都较传统的安 装方式要简易得多。根据上文已知，电容组件120与IGBT组件110之间通过叠层母排130间隔开，散 热器600则安装在二者之间并贴在IGBT组件110背面以充分水冷散热。如图4所示，在本 实施例中，IGBT组件110并排有三个，均背贴在散热器600上，使得散热器600能对其进行 充分散热。本实施例的散热器600与现有技术的位于功率模块底部的散热器相比，其尺寸 明显要小得多，而且直接装在功率模块内与IGBT组件110贴合，散热效率更高。为了对三个IGBT组件110充分水冷散热，每一个IGBT组件110上均装有模块进 水管520和模块出水管521，且所述模块进水管520和模块出水管521分别与主进水管410 和主出水管411连通。如图2所示，为了保证冷却的均勻性和一致性，三根模块进水管520 的长度相同，三根模块出水管521的长度也相同，并且分别等距地并联在主进水管410和主 出水管411上。结合图2、图4可知，主进水管410的冷液体进入模块进水管520，然后流经IGBT 组件110，将IBGT组件110的热量吸收后成为温度高的热液体，热液体在散热器600内部流 动，然后从模块出水管521流出，最后进入主出水管411排出。如此循环，则IGBT组件110 的热量不断被水冷带走，从而实现充分散热。通过设计合理的换热器进/出水管510/511 和模块进/出水管520/521的差别，可以调节功率模块与换热器300的液体流量，使进行水 冷的冷却液的分配更加合理。采用本实用新型的变流器的主功率结构，对发热量大的IGBT组件110进行水冷， 对电容组件120则以风冷为主，两种冷却方式结合，共同实现对功率模块的散热。依据变 流器的功率模块的尺寸，散热器600在能实现充分散热的同时尺寸可尽可能小。对于高功率等级的变流器，只要在实施例所示的功率模块旁边继续增加功率模块即可，而散热器600 也可相应增大。就现有的实验性数据表明，本实用新型的主功率结构，在变流器功率相等实 现同样的散热效果时，其尺寸可减小到只有现有变流器的水冷散热器尺寸的三分之一，可 见本实用新型具有很好的散热效果。这样的主功率结构使变流器能充分散热，从而保证其 工作的稳定性，增长设备的寿命。
权利要求一种变流器的主功率结构，其特征在于，包括功率模块和散热系统，所述功率模块包括绝缘栅双极型晶体管IGBT组件(110)和电容组件(120)，所述IGBT组件(110)和电容组件(120)之间用叠层母排(130)紧固连接且分别位于所述叠层母排(130)两侧；所述散热系统包括位于所述电容组件(120)散出热空气的一侧的风扇(200)、位于所述风扇(200)吹出热空气的一侧的换热器(300)、贴在所述IGBT组件(110)上的散热器(600)以及所述换热器(300)、散热器(600)上各自带有的进水管和出水管。
2.根据权利要求1所述的变流器的主功率结构，其特征在于，所述功率模块有多个，每 个功率模块包括一个所述IGBT组件(110)和一个电容组件(120)，相应的多个所述IGBT组 件(110)并排分布在所述叠层母排(130)的一侧，多个所述电容组件(120)并排分布在所述叠层母排(130)的另一侧。
3.根据权利要求1所述的变流器的主功率结构，其特征在于，所述换热器(300)包括吸 进热风的进风口和出风口，且所述进风口位于述风扇(200)出风的一侧。
4.根据权利要求1所述的变流器的主功率结构，其特征在于，所述换热器(300)安装在 所述功率模块的上方、左侧、右侧或者背面。
5.根据权利要求1所述的变流器的主功率结构，其特征在于，所述变流器的散热系统 还包括与所有进水管连通的主进水管(410)，以及与所有出水管连通的主出水管(411)。
6.根据权利要求5所述的变流器的主功率结构，其特征在于，所述换热器(300)的进水 管和出水管各有一根，分别与所述主进水管(410)和所述主出水管(411)连通。
7.根据权利要求1所述的变流器的主功率结构，其特征在于，多个所述IGBT组件 (110)均背贴在散热器(600)上，所述散热器(600)具有分别经过每个IGBT组件(110)的 相应多个进水管和多个出水管。
8.根据权利要求7所述的变流器的主功率结构，其特征在于，所述多个进水管和多个 出水管等长，且分别等距地并联在所述主进水管(410)和所述主出水管(411)上。
9.一种变流器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的变流器的主功率结构。
专利摘要本实用新型涉及一种变流器的主功率结构，包括功率模块和散热系统，所述功率模块包括IGBT组件和电容组件，且二者之间用叠层母排紧固连接且分位于叠层母排两侧；散热系统包括位于电容组件散出热空气的一侧的风扇、位于靠近风扇吹出热空气的一面的换热器、贴在IGBT组件上的散热器以及换热器、散热器上各自带有的进水管和出水管。本实用新型还涉及具有这种主功率结构的变流器。由于叠层母排将IGBT组件和电容组件紧凑地连接，使得散热器在最大限度满足散热的同时，其尺寸尽可能的小，从而解决了现有水冷变流器的散热器尺寸大、质量大、成本高的问题。
文档编号H05K7/20GK201590748SQ20092026078
公开日2010年9月22日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者王建伟, 白晓峰, 陈强 申请人:艾默生网络能源有限公司