换流器功率模块及其水冷散热器

文档序号:651655 发布日期:2021-04-23 浏览:12次 >En<

阅读说明:本技术 换流器功率模块及其水冷散热器 (Converter power module and water-cooling radiator thereof ) 是由 胡四全 刘刚 杜玉格 肖晋 张承 姚志国 屈春雷 宋全刚 于 2019-10-22 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种换流器功率模块及其水冷散热器。用于换流器功率模块的水冷散热器,包括设置在顶部的冷却液管路接口,水冷散热器的顶部设有凹槽,所述冷却液管路接口设置在凹槽的槽底,水冷散热器的顶部设有导水通道,导水通道的一端与所述凹槽连通,导水通道的另一端延伸至水冷散热器的侧面;水冷散热器的侧面设有与导水通道连通的流水槽,流水槽延伸至水冷散热器的底部。通过水冷散热器顶部的凹槽汇集冷却液管路接口与水冷散热器连接处的渗水,并通过导水通道和流水槽将凹槽中的渗水导流至电器元件的下方,避免了渗水沿水冷散热器的轮廓流淌可能接触到电器元件对电器元件的运行造成影响,从而保证了换流器功率模块的可靠运行。(The invention relates to a converter power module and a water-cooling radiator thereof. The water-cooled radiator for the converter power module comprises a cooling liquid pipeline interface arranged at the top, wherein a groove is formed in the top of the water-cooled radiator, the cooling liquid pipeline interface is arranged at the bottom of the groove, a water guide channel is formed in the top of the water-cooled radiator, one end of the water guide channel is communicated with the groove, and the other end of the water guide channel extends to the side face of the water-cooled radiator; the side surface of the water-cooled radiator is provided with a water flowing groove communicated with the water guide channel, and the water flowing groove extends to the bottom of the water-cooled radiator. The water seepage at the joint of the cooling liquid pipeline interface and the water-cooled radiator is collected through the groove at the top of the water-cooled radiator, and the water seepage in the groove is guided to the lower part of the electrical element through the water guide channel and the water flowing groove, so that the influence on the operation of the electrical element caused by the fact that the water seepage flows along the outline of the water-cooled radiator and possibly contacts the electrical element is avoided, and the reliable operation of the converter power module is ensured.)

换流器功率模块及其水冷散热器

技术领域

本发明涉及一种换流器功率模块及其水冷散热器。

背景技术

换流器功率模块是整个柔性直流配网系统的主要组成部分,在功能上起到联接交流系统和直流系统、实现交流和直流能量相互转换的关键作用,换流器功率模块的可靠运转直接影响整个系统的能量传输的可靠性。

现有技术中通常采用水冷方式实现换流器功率模块的散热,如授权公告号为CN106921300B,授权公告日为2019年02月01日的中国发明专利公开了一种桥臂阻尼模块及具有该桥臂阻尼模块的换流阀,上述桥臂阻尼模块中的水冷散热器为竖直布置的板状散热器,水冷散热器的顶部设有出水口与进水口,出水口与进水口通过水管接头分别与供水管道及回水管道连接,以实现冷却水在水冷散热器中的流动。水冷散热器上覆盖有顶盖板,顶盖板上设有供水管接头穿过并伸出的接头过孔,顶盖板与水冷散热器之间的空隙中于接头过孔处设有密封圈,当水管接头与板状散热器的连接处出现渗水时,因密封圈的密封作用,渗水会从顶盖板顶面上的接头过孔与水管接头之间的空隙中渗出,散热器的外侧板面上贴设有绝缘板,绝缘板的四周均设有坡口,坡口与散热器的对应板面围成流水槽,绝缘板的顶部低于水冷散热器的顶部,顶盖板上表面处的渗水经流水槽流至水冷散热器的底部以避免渗水进入顶盖板下方空间对桥臂阻尼模块中的电气件产生影响。

但是部分换流器功率模块侧面不贴设绝缘板,此时上述桥臂阻尼模块中的流水槽没有形成基础,渗水从从顶盖板顶面上的接头过孔与水管接头之间的空隙中渗出后,容易沿板状散热器的轮廓流淌,从而可能接触到电器元件而对桥臂阻尼模块的运行造成影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于换流器功率模块的水冷散热器,适用于水冷散热器上不贴设绝缘板的情况,本发明另外的目的在于提供一种换流器功率模块,适用于不采用贴设绝缘板的水冷散热器的换流器功率模块。

为实现上述目的,本发明中用于换流器功率模块的水冷散热器的技术方案是:用于换流器功率模块的水冷散热器,包括设置在顶部的冷却液管路接口,水冷散热器的顶部设有凹槽,所述冷却液管路接口设置在凹槽的槽底,

水冷散热器的顶部设有导水通道,导水通道的一端与所述凹槽连通,导水通道的另一端延伸至水冷散热器的侧面;

水冷散热器的侧面设有与导水通道连通的流水槽,流水槽延伸至水冷散热器的底部。

本发明中用于换流器功率模块的水冷散热器的有益效果是:通过水冷散热器顶部的凹槽汇集冷却液管路接口与水冷散热器连接处的渗水,并通过导水通道和流水槽将凹槽中的渗水导流至电器元件的下方,能够适用于不不贴合绝缘板的情况,避免了渗水沿水冷散热器的轮廓流淌可能接触到电器元件对电器元件的运行造成影响,从而保证了换流器功率模块的可靠运行。

进一步的,所述流水槽包括竖直段和斜向段,所述竖直段位于靠近导水通道的一侧。

其有益之处在于,设置竖直段能够防止渗水从流水槽与导水通道对接处溢出,设置斜向段能够使渗水从水冷散热器的侧部流出,便于收集,能够适用于布置两层以上的换流器功率模块的情况。

进一步的,所述竖直段的槽宽小于所述斜向段的槽宽。

其有益之处在于,斜向段中的渗水受到的重力沿槽延伸方向的分力较小,将斜向段设置成较大的槽宽利于防止渗水从斜向段溢出。

进一步的,所述斜向段与所述竖直段的连接处的槽宽大于斜向段的槽宽。

其有益之处在于,利于防止渗水从折弯处溢出。

进一步的,所述斜向段与所述竖直段的连接处为圆弧过渡。

其有益之处在于,利于防止渗水在折弯处溢出。

进一步的,所述流水槽包括朝向板面外侧的槽底壁和位于槽底壁的水平方向两侧的槽侧壁,槽底壁的粗糙度小于槽侧壁的粗糙度。

其有益之处在于,利于防止渗水在流水槽中运动时从流水槽中溢出。

进一步的,所述斜向段包括上部槽侧壁、下部槽侧壁和槽底壁,所述下部槽侧壁的粗糙度大于上部槽侧壁的粗糙度。

其有益之处在于,利于防止渗水从斜向段中溢出。

进一步的,冷却液管路接口具有两处以上,所述流水槽与冷却管路接口对应设置,各流水槽靠近出水口的一端具有重合段。

其有益之处在于,使渗水汇集到一处,便于收集或清理。

本发明的换流器功率模块的技术方案是:换流器功率模块,包括散热器、用于遮盖在散热器上的顶盖板、供散热器与外部冷却水源连通的水管接头,

顶盖板上设有供水管接头穿出的接头过孔,水冷散热器,包括设置在顶部的冷却液管路接口,水冷散热器的顶部设有凹槽,所述冷却液管路接口设置在凹槽的槽底,

水冷散热器的顶部设有导水通道,导水通道的一端与所述凹槽连通,导水通道的另一端延伸至水冷散热器的侧面;

水冷散热器的侧面设有与导水通道连通的流水槽,流水槽延伸至水冷散热器的底部,水管接头与冷却液管路接口的连接处位于顶盖板的下方。

本发明的换流器功率模块的有益效果是:通过水冷散热器顶部的凹槽汇集冷却液管路接口与水冷散热器连接处的渗水,并通过导水通道和流水槽将凹槽中的渗水导流至电器元件的下方,能够适用于不不贴合绝缘板的情况,避免了渗水沿水冷散热器的轮廓流淌可能接触到电器元件对电器元件的运行造成影响,从而保证了换流器功率模块的可靠运行。

进一步的,所述流水槽包括竖直段和斜向段,所述竖直段位于靠近导水通道的一侧。

其有益之处在于,设置竖直段能够防止渗水从流水槽与导水通道对接处溢出,设置斜向段能够使渗水从水冷散热器的侧部流出,便于收集,能够适用于布置两层以上的换流器功率模块的情况。请发明人确认。

进一步的,所述竖直段的槽宽小于所述斜向段的槽宽。

其有益之处在于,斜向段中的渗水受到的重力沿槽延伸方向的分力较小,将斜向段设置成较大的槽宽利于防止渗水从斜向段溢出。

进一步的,所述斜向段与所述竖直段的连接处的槽宽大于斜向段的槽宽。

其有益之处在于,利于防止渗水从折弯处溢出。

进一步的,所述斜向段与所述竖直段的连接处为圆弧过渡。

其有益之处在于,利于防止渗水在折弯处溢出。

进一步的,所述流水槽包括朝向板面外侧的槽底壁和位于槽底壁的水平方向两侧的槽侧壁,槽底壁的粗糙度小于槽侧壁的粗糙度。

其有益之处在于,利于防止渗水在流水槽中运动时从流水槽中溢出。

进一步的,所述斜向段包括上部槽侧壁、下部槽侧壁和槽底壁,所述下部槽侧壁的粗糙度大于上部槽侧壁的粗糙度。

其有益之处在于,利于防止渗水从斜向段中溢出。

进一步的,冷却液管路接口具有两处以上,所述流水槽与冷却管路接口对应设置,各流水槽靠近出水口的一端具有重合段。

其有益之处在于,使渗水汇集到一处,便于收集或清理。

进一步的,所述接头过孔中设有密封圈,密封圈的截面为U形,密封圈上具有供顶盖板上的对应开口部位嵌入的U形卡槽。

其有益之处在于,密封圈仅具有用于与水冷散热的顶面配合的一处密封面,降低了密封失效的概率,有利于保证渗水不会从顶盖板与水冷散热器之间渗出。

附图说明

图1为本发明的换流器功率模块的一种具体实施例的使用状态示意图;

图2为本发明的换流器功率模块的一种具体实施例的使用状态示意图(部分结构);

图3为本发明的换流器功率模块的一种具体实施例中部分结构的俯视图;

图4为图3中E处的放大图;

图5为本发明的换流器功率模块的一种具体实施例中水冷散热器的结构示意图;

图6为图5中C处的放大图;

图7为图1中水冷散热器与内侧电器件的结构示意图;

图8为图1中出水口处的三维视图1;

图9为图1中出水口处的三维视图2;

图10为图1中出水口处的剖视图;

图中:1、水冷散热器,2、内侧电气件,3、顶盖板,4、密封圈,5、回水管道,6、供水管道,7、水管接头,8、导水槽,9、出水口流水槽,10、竖直段槽底壁,11、竖直段槽侧壁,12、斜向段槽底壁,13、上部槽侧壁,14、下部槽侧壁,15、漏水汇集口,16、进水口流水槽,17、电容,18、凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明中换流器功率模块的一种具体实施例,如图1和图2所示,换流器功率模块包括水冷散热器1和电容17,水冷散热器1与电容17之间具有间隔。水冷散热器1为竖直布置的板式散热器,其两侧板面处均设有内侧电气件2,内侧电气件2的安装板与对应的水冷散热器1的板面之间具有1厘米的间距。换流器功率模块还包括水冷散热器1的顶部覆盖的顶盖板3,顶盖板3用于对内侧电气件2及水冷散热器1形成保护。

水冷散热器1的顶部设置有出水口和进水口,出水口与进水口通过水管接头7分别与回水管道5及供水管道6连接,出水口和进水口分别形成冷却液管路接口。回水管道5向水冷散热器1中提供低温冷却水,低温冷却水在水冷散热器1中吸收热量后通过回水管道5从水冷散热器1中排出以带走内侧电气件2产生的热量,维持内侧电气件2的温度以保证内侧电气件2的可靠运行。

水管接头7与相应的回水管道5及供水管道6通过螺纹连接,具体连接形式为:回水管道5和供水管道6上设有外螺纹,水管接头7上设有与之适配的内螺纹。水管接头7上还设有外螺纹,水冷散热器1顶部的出水口和进水口处设有与水管接头7上的外螺纹适配的内螺纹,水管接头7与相应的出水口或进水口螺纹连接。顶盖板3上设有供水管接头7穿出的接头过孔,接头过孔中设有密封圈4,密封圈4的周向上设有环形卡接槽,环形卡接槽用于卡接到接头过孔处以将密封圈4固定在顶盖板3上,使密封圈4与顶盖板3形成密封配合。密封圈4对水冷散热器1的顶面与顶盖板3的底面之间的间隔进行密封,通过密封圈4防止液体和固体杂质从水冷散热器1的顶面与顶盖板3的底面之间的间隔流出。

如图7和图8所示,水管接头7与出水口以及水管接头7与进水口的连接处位于顶盖板3的下方,当该连接处出现渗水时,渗水会沿水冷散热器1的外轮廓流淌,可能会接触到内侧电气件2导致内侧电气件2产生故障,从而影响换流器功率模块的可靠运行。

如图9和图10所示,水冷散热器1的顶部设有两处凹槽18,出水口与进水口分别设置在两处凹槽18中,密封圈4的底壁与水冷散热器2的顶面为密封配合,凹槽18水冷散热器1的顶面上设有分别对应两处凹槽18的两处导水槽8,导水槽8的一端连通凹槽18,另一端延伸至水冷散热器1的一侧板面。

如图3和图4所示,水冷散热器1与导水槽8对应的板面上设有两处流水槽,一处流水槽为与出水口对应的出水口流水槽9,另一处流水槽为与进水口对应的进水口流水槽16,两处流水槽分别与两处导水槽8连通。出水口流水槽9分为与导水槽8连通的竖直段和位于竖直段下方的斜向段,斜向段的倾斜角度为50°,从右侧贯穿水冷散热器1,在水冷散热器1的边缘处形成漏水汇集口15。漏水汇集口15对应水冷散热器1与电容17之间的空间,便于渗水的收集。进水口流水槽16沿竖直方向延伸,其下端与出水口流水槽9的斜向段连通,从进水口流水槽16流出的渗水经斜向段流至漏水汇集口15,水管接头7与出水口以及水管接头7与进水口的连接处的渗水从漏水汇集口15流出。

如图5和图6所示,流水槽为U形槽,包括槽底壁和位于槽底壁两侧的槽侧壁。进水口流水槽16的槽底壁的表面粗糙度小于进水口流水槽16的槽侧壁的表面粗糙度。出水口流水槽9的竖直段的竖直段槽底壁10的平面粗糙度为A3,两侧竖直段槽侧壁11的平面粗糙度为A1和A2,出水口流水槽9的斜向段的槽侧壁分为位于上部的上部槽侧壁13和位于下部的下部槽侧壁14,上部槽侧壁13的表面粗糙度为B1,下部槽侧壁14的表面粗糙度为B2,斜向段槽底壁12的平面粗糙度为B3,上述出水口流水槽9中各槽壁的表面粗糙度之间的关系为:A3>B3,A1=A2>A3,B2>B1>B3。表面粗糙度越大,水的附着力越大,槽侧壁的附着力大于槽底壁则水流不易溢出流水槽。表面粗糙度越大,水的表面张力就越大,竖直段槽侧壁处的表面张力大于槽底壁则水不易溢出流水槽。同理,下部槽侧壁14的表面粗糙度大于上部槽侧壁13的表面粗糙度同样利于渗水处于斜向段内。

竖直段中的渗水所受重力沿竖直段延伸方向的分力大于斜向段中的渗水受到的重力沿斜向段延伸方向的分力,所以如果A3=B3,渗水受到的槽底壁对它的阻力不变,但驱动渗水运动的力减小,渗水在斜向段的流动速度会放缓,容易导致渗水堆积在竖直段与斜向段的连接处从而溢出出水口流水槽9,所以斜向段的槽底壁的表面粗糙度小于竖直段的槽底壁的表面粗糙度,使渗水在斜向段和竖直段具有相近的运动速度,利于防止渗水在斜向段和竖直段的连接处溢出。

竖直段的槽宽为d1,斜向段的槽宽为d2,竖直段与斜向段的连接处为圆弧过渡,连接处的槽宽为d3,进水口流水槽16的各部分之间的槽宽的关系为d3>d2>d1。斜向段的槽宽d2大于竖直段的槽宽d1,因为斜向段的下部槽侧壁14对渗水进行支撑的支撑力,该支撑力会影响渗水的形状,可能导致渗水溢出,使斜向段具有较大的槽宽,能够满足渗水的变形需求,利于避免渗水从斜向段溢出。而连接处的槽宽最大且为圆弧形过渡,目的是在渗水转向处平滑过渡并具有较大的缓冲空间,利于防止渗水在转接处溢出。同理,进水口流水槽16与出水口流水槽9连接处也为圆弧过渡并具有较大的槽宽。

本实施例中,导水通道由导水槽形成,在其他实施例中,导水通道也可以为其他形式,例如,设置在水冷散热器的板面顶部的通孔,通孔的两端分别连通凹槽和流水槽。

本实施例中,出水口流水通道与进水口流水通道部分重合并在水冷散热器上形成一处漏水汇集口,在其他实施例中,出水口流水通道与进水口流水通道也可以不重合,以在水冷散热器上分别形成漏水汇集口。

本实施例中,所述出水口流水槽靠近导水通道的一侧为竖直段,出水口流水槽中的还包括与竖直段连通的斜向段,以实现出水口流水槽和进水口流水槽的连通,其他实施例中,可以采取其他方式,例如,出水口流水槽和进水口流水槽呈V形布置,或者Y形布置,或者流水槽仅具有竖直段,此时流水槽可以从水冷散热器的底部边缘贯通,以在底部边缘形成漏水汇集口,或者流水槽的底部也可以不贯通水冷散热器,设置引水收集装置以收集流水槽底部的渗水。

本实施例中,竖直段的槽宽小于斜向段的槽宽,其他实施例中,可以设置成其他形式,例如,竖直段的槽宽等于斜向段的槽宽,或者,竖直段的槽宽大于斜向段的槽宽。

本实施例中,斜向段的槽宽小于竖直段与斜向段的连接处的槽宽,其他实施例中,可以设置成其他形式,例如,斜向段的槽宽等于竖直段与斜向段连接处的槽宽。

本实施例中,斜向段与竖直段的连接处为圆弧过渡,其他实施例中,斜向段与竖直段的连接处也可以设置成其他形式,例如,斜向段和竖直段形成的角为直线构成的角。

本实施例中,流水槽的槽底壁的粗糙度小于流水槽的槽侧壁的粗糙度,在其他实施例中,也可以设置成其他形式,例如,流水槽的槽底壁的粗糙度与流水槽的槽侧壁的粗糙度相等,此时可以将流水槽设置成燕尾槽的形式以更好的防止渗水从流水槽中溢出。

本实施例中,上部槽侧壁的粗糙度小于下部槽侧壁的粗糙度,在其他实施例中,可以采用其他形式,例如,上部槽侧壁的粗糙度等于下部槽侧壁的粗糙度。

本实施例中,流水槽的槽深为2毫米,出水口流水槽和竖直段的槽宽为5毫米,在其他实施例中,槽宽和槽深均可以根据实际使用环境进行更改。

本实施例中,在漏水汇集口15处设有渗水收集装置以收集漏水汇集口流出的渗水,其他实施例中,可以不设置渗水收集装置,漏水汇集口的高度低于内侧电气件的高度,不会对内侧电气件的运行造成影响。

本实施例中,斜向段的倾斜角度为50°,在其他实施例中,斜向段的倾斜角度可以根据实际情况进行调整,斜向段的倾斜角度的范围优选为大于30°小于75°。

本发明的用于换流器功率模块的水冷散热器的具体实施例,与上述换流器功率模块的具体实施例中水冷散热器的结构相同,不再赘述。

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