一种散热结构，包括该结构的车载变流器及其散热方法与流程

本发明涉及电气设备领域，尤其是涉及一种应用于车载吊装卧式变流器的风道式散热结构，包括该结构的车载变流器及其散热方法。

背景技术：

随着机车的不断发展，系统对变流器可靠性、内部环境、整体外形结构等有着越来越高的要求，而良好的散热是保证设备可靠正确运行的必要条件。对于目前国内应用的动车车底吊装式变流器，车底空间限制非常苛刻，因此如何在充分利用车底空间的基础上，实现良好的散热，是国产动车车载变流器亟需解决的技术问题。国内动车车底吊装式高压变流器在功能上要求：系统整体尺寸满足装车要求、系统内各单元散热良好、系统内部环境较好以保证内部材料及设备性能。而在目前现有技术的风冷冷却系统中，系统的风道通常包括外循环和内循环两种结构形式。

现有技术1（由苏州爱科博瑞电源技术有限责任公司于2013年11月07日申请，并于2014年04月30日公告，公告号为CN203574528U的中国实用新型专利《多功率单元集中散热结构》），以及现有技术2（由常州博瑞电力自动化设备有限公司于2013年08月22日申请，并于2014年02月12日公开，公开号为CN 103580452A的中国发明专利申请《一种链式SVG功率柜》）均采用了外循环系统。在此类结构中，风道出入口需与外界环境相连，灰尘、盐雾等因素极大地影响了系统的内环境，降低了系统内部材料的电气和绝缘等性能。

现有技术3（由浙江海得新能源有限公司于2012年10月23日申请，并于2014年05月07日公开，公开号为CN103780060A的中国发明专利申请《一种大功率变流器散热系统》）虽然采用内循环系统结构，但其所有器件均散置于柜体，无明确的引导性风道路径，风量损失较大，也易造成风分配不合理的技术问题，风不能充分有效地利用。

现有技术4（由深圳市生瑞科技有限公司于2011年06月08日申请，并于2012年12月12日公开，公开号为CN102821562A的中国发明专利申请《一种柜外顶置通讯电源机柜》）采用内循环系统结构，其无特设风道，仅通过设备面板与安装面将柜体分隔为送风与回风两部分，虽然使结构较为简单，但是缺点也十分明显。其一是无特设送风风道，则会对所有设备进行冷却，极易造成风量损失。其二是无特设回风风道，仅利用冷热气流的流动特性，回风风道难以高效利用。

另外，其它一些常见的内循环风道结构及其技术缺陷如下：

（1）散热单元散置于风道中；

（2）构建专门封闭风道送风回风；

（3）采用额外的分隔板将散热单元四周封闭成一面入风、一面出风的密封单元。

上述结构1的缺陷是，极易造成风冷分配不均，上述结构2和结构3的共同缺陷是均需进行额外的结构设计，增大外形的同时也增加了设计任务量，对于空间限制要求较大的车底吊装卧式变流器难以实现。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种散热结构，包括该结构的车载变流器及其散热方法，在满足车底吊装严苛的空间要求条件下，同时保证了车载变流器的高效散热，解决了车底有限空间内功率单元的散热问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种散热结构的技术实现方案，一种散热结构，对设置在变流器的柜体内的功率单元进行散热，包括：设置在所述柜体内的送风风道、气液换热器和离心风机，所述离心风机包括进风口和出风口。若干个所述功率单元在水平方向并排设置在所述柜体内的一侧，彼此相邻或相接触的气液换热器和离心风机设置在位于所述柜体内与所述功率单元相对的一侧，所述送风风道设置在所述功率单元与所述离心风机之间。利用所述离心风机出风口的正压，将自然风通过所述送风风道送入所述功率单元，再通过所述离心风机的进风口的负压，使风进入在所述功率单元与所述柜体之间的间隙形成的自然回风风道，从而形成一个柜体内部完整的风冷循环。

本发明还具体提供了另一种散热结构的技术实现方案，一种散热结构，对设置在变流器的柜体内的功率单元进行散热，包括：设置在所述柜体内的送风风道、气液换热器和离心风机，所述离心风机包括进风口和出风口，所述出风口进一步包括出风口一和出风口二。若干个所述功率单元设置在所述柜体内的相对两侧，彼此相邻或相接触的气液换热器和离心风机设置在位于所述柜体两侧的功率单元之间，所述送风风道设置在所述功率单元与所述离心风机之间。利用所述离心风机的出风口一和出风口二的正压，将自然风通过所述送风风道送入所述功率单元，再通过所述离心风机的进风口的负压，使风进入在所述功率单元与所述柜体之间的间隙形成的自然回风风道，从而形成一个柜体内部完整的风冷循环。

优选的，所述散热结构还包括设置在所述柜体内的密闭腔体，所述密闭腔体设置在所述功率单元靠近所述离心风机的一端。所述密闭腔体靠近所述离心风机的一侧设置有密闭腔体入风口，来自于所述出风口的自然风通过所述送风风道、密闭腔体入风口进入所述密闭腔体的内部，再通过所述密闭腔体送入所述功率单元。

优选的，所述散热结构进一步包括设置在所述功率单元前部的前端面出口，以及设置在所述功率单元后部的后端面入口。位于所述密闭腔体内部送风风道的自然风通过所述后端面入口进入所述功率单元的内部，再由所述前端面出口排出至所述功率单元的外部，并进入所述功率单元与所述柜体之间的自然回风风道。

优选的，所述出风口连通所述送风风道。

优选的，所述进风口设置在所述离心风机的侧部，所述气液换热器设置在所述离心风机的进风口处，所述自然回风风道排出的风通过所述气液换热器进行气液热交换冷却后进入所述离心风机的进风口，所述气液换热器中的冷却水通过水冷管道与冷却柜连接。

本发明还另外具体提供了一种具备上述散热结构的车载变流器的技术实现方案，一种车载变流器，包括：柜体和若干个设置在所述柜体内部的功率单元。

优选的，所述车载变流器还包括若干个设置在所述柜体内部的功能单元，所述功能单元与所述功率单元沿水平纵向相对布置，并与所述离心风机沿水平横向并排布置，所述送风风道位于所述功率单元与所述功能单元之间。

优选的，所述车载变流器还包括设置在所述柜体内，与所述离心风机沿水平纵向相对布置，并与所述功率单元沿水平横向并排布置的功能单元。

优选的，所述柜体采用密闭卧式结构。

本发明还另外具体提供了一种具备上述散热结构的车载变流器的散热方法的技术实现方案，一种如上所述车载变流器的散热方法，包括以下步骤：

A：通过离心风机出风口处的正压，将自然风经特设的送风风道、密闭腔体复用送风风道、功率单元复用送风风道送入各个功率单元的内部；

B：利用所述离心风机入风口处的负压，在所述功率单元与柜体之间的间隙形成非特设的自然回风风道，所述功率单元排出的风进入所述自然回风风道；

C：来自于所述自然回风风道的风冷热量通过气液换热器进行热量交换冷却后进入所述离心风机的进风口，从而形成一个柜体内部的完整风冷循环。

优选的，自然风从所述离心风机的出风口处，经过特设的送风风道后，通过所述密闭腔体的密闭腔体入风口依次进入密闭腔体的内部、后端面入口、功率单元的内部、前端面出口。所述密闭腔体与所述功率单元的配合处紧密连接，以确保所述密闭腔体复用送风风道、功率单元复用送风风道在所述配合处的密闭。所述密闭腔体入风口作为所述密闭腔体复用送风风道的入风口，所述密闭腔体复用为送风风道，位于所述密闭腔体与所述功率单元配合面的前端面出口为所述功率单元复用送风风道的出风口。

优选的，所述功率单元的内部间隙复用为送风风道，所述后端面入口作为所述功率单元复用送风风道的入风口，所述前端面出口作为所述功率单元复用送风风道的出风口。通过所述离心风机进口处的负压在所述功率单元与所述柜体之间的间隙形成非特设的自然回风风道。

通过实施上述本发明提供的散热结构，包括该结构的车载变流器及其散热方法的技术方案，具有如下有益效果：

（1）本发明在满足车底吊装严苛的空间要求条件下，同时保证了车载变流器的高效散热，解决了车底有限空间内功率单元的散热问题；

（2）本发明无特设回风风道，简化了风道结构，节约了系统空间；

（3）本发明利用离心风机的负压保证了自然回风风道的高效形成与运行；

（4）本发明利用离心风机正压，经由送风风道，保证了风冷的有效分配与利用；

（5）本发明复用车载变流器自身功能结构，使风道结构简单紧凑、节省了系统空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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实施例。

图1是具备本发明散热结构的车载变流器一种具体实施方式的结构示意俯视图；

图2是具备本发明散热结构的车载变流器一种具体实施方式的结构示意前视图；

图3是本发明散热结构一种具体实施方式中离心风机的结构示意图；

图4是本发明散热结构一种具体实施方式中复用风道的结构示意图；

图5是本发明散热结构一种具体实施方式中密闭腔体与功率单元配合面的纵向剖面结构示意图；

图6是本发明散热结构一种具体实施方式中密闭腔体与功率单元配合面的横向剖面结构示意图；

图7是具备本发明散热结构的车载变流器另一种具体实施方式的结构示意俯视图；

图中：1-柜体，2-密闭腔体，3-功率单元，4-功能单元，5-送风风道，6-气液换热器，7-离心风机，8-前端面出口，9-进风口，10-出风口一，11-出风口二，12-密闭腔体入风口，13-后端面入口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图7所示，给出了本发明散热结构，包括该结构的车载变流器及其散热方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如附图7所示，一种散热结构的具体实施例，采用单送风风道内循环结构，对设置在变流器的柜体1内的功率单元3进行散热。柜体1是一个由6个密封面组成密闭柜体，柜体1的6个面均设有金属面板，其中功率单元3的内部器件需要进行强制风冷冷却。柜体1采用密闭结构，能够使车载变流器免受外界环境中灰尘、盐雾等的影响，保证较好的柜体内部环境，有利于材料电气、绝缘等性能的稳定性。散热结构包括：设置在柜体1内的送风风道5、气液换热器6和离心风机7。离心风机7进一步包括进风口9和出风口。若干个功率单元3在水平方向并排设置在柜体1内的一侧，彼此相邻或相接触的气液换热器6和离心风机7设置在位于柜体1内与功率单元3相对的一侧，送风风道5设置在功率单元3与离心风机7之间。利用离心风机7出风口的正压，将自然风通过送风风道5送入功率单元3，再通过离心风机7的进风口9的负压，使风进入在功率单元3与柜体1之间的间隙形成的自然回风风道，保证回风的高效稳定进行，从而形成一个柜体1内部完整的风冷循环。

散热结构还进一步包括设置在柜体1内的密闭腔体2，密闭腔体2设置在功率单元3靠近离心风机7的一端。密闭腔体2靠近离心风机7的一侧设置有密闭腔体入风口12，出风口连通送风风道5，来自于出风口的自然风通过送风风道5、密闭腔体入风口12进入密闭腔体2的内部，再通过密闭腔体2送入功率单元3。

散热结构进一步包括设置在功率单元3前部的前端面出口8，以及设置在功率单元3后部的后端面入口13。位于密闭腔体2内部送风风道的自然风通过后端面入口13进入功率单元3的内部，再由前端面出口8排出至功率单元3的外部，并进入功率单元3与柜体1之间的自然回风风道。

进风口9设置在离心风机7的侧部，气液换热器6设置在离心风机7的进风口9处，自然回风风道排出的风通过气液换热器6进行气液热交换冷却后进入离心风机7的进风口9，气液换热器6中的冷却水通过水冷管道与冷却柜连接。

在本实施例中，散热结构的风流路径为：离心风机7的出风口→特设的送风风道5→密闭腔体2→功率单元3→离心风机7进风口处负压形成的非特设的自然回风风道→气液换热器6→离心风机7的进风口9。

其中，特设的送风风道5保证了冷风自离心风机7排出后，仅送往需散热的功率单元3，使风充分利用，保证了风分配的合理性及有效性，避免了风量在无需散热单元上的损失。整个送风风道包括特设的送风风道5、密闭腔体复用送风风道和功率单元复用送风风道三部分。此处的风流路径具体为：送风风道5→密闭腔体2→功率单元3的后端面入口13→功率单元3的内部→功率单元3的前端面出口8。其中，密闭腔体2、功率单元3都为车载变流器自身的功能性结构，在此将其复用为送风风道，避免了额外的风道结构设计，使风道结构简洁紧凑，节约了变流器有限的柜体空间。

离心风机7进风口处的负压形成非特设的自然回风风道：这种设计无特设的回风风道结构，功率单元3与密闭的柜体1之间的间隙形成了自然的回风风道，利用离心风机7的进风口处的负压，保证了回风高效稳定的进行，同时节约了回风风道的空间，简化了车载变流器的结构。

实施例2：

如附图1所示，一种散热结构的具体实施例，采用双送风风道内循环结构，对设置在变流器的柜体1内的功率单元3进行散热。散热结构包括：设置在柜体1内的送风风道5、气液换热器6和离心风机7。离心风机7包括进风口9和出风口，离心风机7采用双出风口结构，出风口进一步包括出风口一10和出风口二11。若干个功率单元3设置在柜体1内的相对两侧，彼此相邻或相接触的气液换热器6和离心风机7设置在位于柜体1两侧的功率单元3之间。散热结构包括对称地设置在离心风机7两侧的两个送风风道5。送风风道5同时位于功率单元3与离心风机7之间。利用离心风机7的出风口一10和出风口二11的正压，将自然风通过送风风道5送入功率单元3，再通过离心风机7的进风口9的负压，使风进入在功率单元3与柜体1之间的间隙形成的自然回风风道，从而形成一个柜体1内部完整的风冷循环。

散热结构还进一步包括设置在柜体1内的密闭腔体2，两个密闭腔体2设置在位于柜体1内相对两侧的功率单元3靠近离心风机7的一端。密闭腔体2靠近离心风机7的一侧设置有密闭腔体入风口12，出风口连通送风风道5，来自于出风口的自然风通过送风风道5、密闭腔体入风口12进入密闭腔体2的内部，再通过密闭腔体2送入功率单元3。

在本实施例中，散热结构的完整风流路径为：离心风机7的双出风口→特设的送风风道5→密闭腔体2→功率单元3的后端面入口13→功率单元3的内部→功率单元3的前端面出口8→功率单元3与柜体1之间的间隙（沿附图1中箭头所指方向)→气液换热器6→离心风机7的进风口9。上述风流路径形成了一个完整的内循环，风冷热量通过气液换热器6带走。其中，气液换热器6中的冷却水通过水冷管道与其它冷却柜连接。

如附图3所示，双出风口结构的离心风机7包括：进风口9、出风口一10和出风口二11。利用双出风口结构的离心风机7，分为两个风道出风散热，缩短了风道的总长，降低了风压损失，同时也使结构更为紧凑，空间利用更为充分。

如附图2所示，本发明散热结构的整个送风风道由特设的送风风道5、密闭腔体复用风道、功率单元复用风道三部分组成。自然风从离心风机7的出风口处（出风口一10和出风口二11），经特设的送风风道5后，依次进入密闭腔体入风口12、密闭腔体2的内部、功率单元3的后端面入口13、功率单元3的内部、功率单元3的前端面出口8。

密闭腔体2用于与功率单元3配合，在腔体的内部实现功率单元3的各类功能接口连接，在密闭腔体2与功率单元3的配合面处紧密连接，保证风道在此处的密闭。基于密闭腔体2直通式结构的特点，在此将其复用为送风风道的一部分，可减少额外的风道空间。密闭腔体入风口12作为此段送风风道的入风口、密闭腔体2复用为送风风道、密闭腔体2与功率单元3的配合面处的前端面出口8为此段送风风道的出风口，如附图4、5和6所示。

车载变流器的功率单元3 的壳体被制成四周密闭的结构，仅保留后端面入口13和前端面出口8。此处可将功率单元3的内部间隙复用为送风风道，后端面入口13可作为此段送风风道的入风口，前端面出口8可作为送风风道的出风口，如附图4、5和6所示。对功率单元3自身结构的复用，一方面节省了风道空间，另一方面直接将风送入到了功率单元3的内部。

以上复用风道结构充分利用了车载变流器的自身结构，不增加额外的风道，简化了车载变流器的风道结构设计。

如附图4所示，本发明散热结构无特设的回风风道，而是由离心风机7的进风口9处的负压形成非特设的自然回风风道。自然风从离心风机7的出风口处，经过特设的送风风道5后，通过密闭腔体入风口12依次进入密闭腔体2的内部、后端面入口13、功率单元3的内部、前端面出口8。风从前端面出口8排出后，利用离心风机7的进风口9处的负压，在功率单元3与密闭腔体2之间的间隙形成自然的回风风道，较大的负压保证了回风风道的高效稳定进行。这种结构不但节约了回风风道的空间，还极大地简化了车载变流器的结构。

该具体实施例进一步采用双出风口结构的离心风机7，实现两个风道共用一个离心风机7，根据散热需求将功率单元3与功能单元4分隔集中布置，有利于风道的集中散热。复用车载变流器自身的结构（密闭腔体2和功率单元3）作为风道，有效简化了风道结构，节约了变流器的柜体空间。同时，结合离心风机7的作用，采用仅特设送风风道而非特设自然回风风道的内循环结构设计，即保证了需散热的功率单元3的有效送风，又省去了回风风道结构。实施例2利用功率单元3与密封的柜体1之间的间隙形成自然回风风道，并通过离心风机7进风口处的负压保证自然回风风道的高效形成与运行。

实施例3：

一种包括上述散热结构的车载变流器的具体实施例，在上述实施例1和实施例2的基础上，包括：柜体1和若干个设置在柜体1内部的功率单元3。作为本发明一种典型的具体实施例，柜体1进一步采用密闭卧式结构。

作为本发明一种典型的具体实施例，车载变流器还包括若干个设置在柜体1内部的功能单元4，功能单元4与功率单元3沿水平纵向（如附图1中方向B所示）相对布置，并与离心风机7沿水平横向（如附图1中方向A所示）并排布置，送风风道5位于功率单元3与功能单元4之间。其中，功能单元4是指除功率单元3以外的其余单元，功率单元3为主散热单元（主要为一些功率模块），而功能单元4具体指的是车载变流器中无需进行风道散热的单元。功能单元4主要为发热量较低的辅助模块、控制模块等，例如：控制系统、信号转换系统、电源系统、辅助冷却系统、显示检测系统等车载变流器的相关功能单元。

作为本发明一种典型的具体实施例，车载变流器还包括设置在柜体1内，与离心风机7沿水平纵向相对布置，并与功率单元3沿水平横向并排布置的功能单元4。

实施例3针对吊装卧式结构的车载变流器对散热要求高、空间限制严格的特点，提出了一种结构简单紧凑、散热良好、性能可靠的复用式单送风风道的内循环散热结构地车载变流器。通过离心风机7出风口处的高正压，经由送风风道，实现风的目标性送达，使风有效利用。同时，离心风机7进风口处产生的负压，使车载变流器无需特设而自动形成回风风道，并使回风高效稳定地进行，实现了送风回风的循环。另外，自然的回风风道以及车载变流器本身密闭腔体2和功率单元3的风道复用，使车载变流器的结构大为简化，节约了有限的柜体空间。在满足车底吊装严苛的空间要求条件下，保证了车载变流器的高效散热，解决了车底有限空间内功率单元的散热问题。具体实施例3在保证功率单元3有效散热的同时，简化了车载变流器的结构，满足了空间要求。同时，本具体实施例基于车载变流器内部环境的考虑，设计了一种内循环风道结构，避免了外循环风道结构的风道出入口与外界环境相连，从而导致灰尘、盐雾等因素极大地影响车载变流器内环境，降低车载变流器内部材料的电气性能、绝缘性能等技术问题。

实施例4：

一种上述车载变流器的散热方法的具体实施例，包括以下步骤：

A：通过离心风机7出风口处的正压，将自然风经特设的送风风道5、密闭腔体复用送风风道、功率单元复用送风风道送入各个功率单元3的内部；

B：利用离心风机7入风口处的负压，在功率单元3与柜体1之间的间隙形成非特设的自然回风风道，功率单元3排出的风进入自然回风风道；

C：来自于自然回风风道的风冷热量通过气液换热器6进行热量交换冷却后进入离心风机7的进风口9，从而形成一个柜体1内部的完整风冷循环。

自然风从离心风机7的出风口处，经过特设的送风风道5后，通过密闭腔体2的密闭腔体入风口12依次进入密闭腔体2的内部、后端面入口13、功率单元3的内部、前端面出口8。密闭腔体2与功率单元3的配合处紧密连接，以确保密闭腔体复用送风风道、功率单元复用送风风道在配合处的密闭。密闭腔体入风口12作为密闭腔体复用送风风道的入风口，密闭腔体2复用为送风风道，位于密闭腔体2与功率单元3配合面的前端面出口8为功率单元复用送风风道的出风口。

功率单元3的内部间隙复用为送风风道，后端面入口13作为功率单元复用送风风道的入风口，前端面出口8作为功率单元复用送风风道的出风口。通过离心风机7进口处的负压在功率单元3与柜体1之间的间隙形成非特设的自然回风风道。

实施例4利用车载变流器柜体安装用的密闭腔体2，以及密封的功率单元3的内部空隙，将其作为专门的送风风道，保证了自然风对功率单元3的有效冷却。另外，不特设回风风道，但通过离心风机7进风口处的负压使功率单元3与柜体1之间形成非特设的自然回风风道，节约了车载变流器的柜体结构空间。

在上述具体实施例中，可以修改功率单元3和功能单元4的数量、结构，以及密闭腔体2的结构形式，同样能够实现送风风道的复用，而并不构成对本发明请求保护范围的限制。

通过实施本发明具体实施例描述的散热结构，包括该结构的车载变流器及其散热方法的技术方案，能够产生如下技术效果：

（1）本发明具体实施例描述的散热结构，包括该结构的车载变流器及其散热方法在满足车底吊装严苛的空间要求条件下，同时保证了车载变流器的高效散热，解决了车底有限空间内功率单元的散热问题；

（2）本发明具体实施例描述的散热结构，包括该结构的车载变流器及其散热方法无特设回风风道，简化了风道结构，节约了系统空间；

（3）本发明具体实施例描述的散热结构，包括该结构的车载变流器及其散热方法利用离心风机的负压保证了自然回风风道的高效形成与运行；

（4）本发明具体实施例描述的散热结构，包括该结构的车载变流器及其散热方法利用离心风机正压，经由送风风道，保证了风冷的有效分配与利用；

（5）本发明具体实施例描述的散热结构，包括该结构的车载变流器及其散热方法复用车载变流器自身功能结构，使风道结构简单紧凑、节省了系统空间。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。