專利名稱：一種變流器熱管散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及到一種電力設(shè)備的散熱器件，尤其是指一種電力設(shè)備變流器的熱 管散熱器，國(guó)際專利分類號(hào)為B61F05/02，主要用于各種軌道交通(電力、內(nèi)燃機(jī)車、動(dòng)車組 和地鐵車輛等)變流器或其他電力設(shè)備變流器的大容量散熱器。
背景技術(shù)：
當(dāng)軌道交通車車輛(電力、內(nèi)燃機(jī)車和地鐵車輛)和電力設(shè)備變流器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)
生功率損耗(熱量)，因此需要散熱，功耗越大，散熱的容量越大。目前變流器的散熱方式主 要有風(fēng)冷、水冷和熱管散熱三種，只有熱管散熱器和水冷具有大容量散熱能力，然而水冷卻 系統(tǒng)復(fù)雜，不如熱管散熱器冷卻效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)約材料，所以越來越多采用熱管散熱
器。 一般的熱管散熱器如附圖1所示，圖中鋁質(zhì)散熱器基板1、熱管2、散熱片3和電子元件 基板4。熱管2通過壓力或者焊接方法與鋁質(zhì)(或者銅質(zhì))底板基板l緊密連接，而形成了 熱管散熱器。 而當(dāng)元件基板4通過緊固件壓裝在鋁基板1上，元件的功耗轉(zhuǎn)化的熱量，從元件 基板4傳遞到鋁質(zhì)底板基板1，再通過焊接層，再傳遞銅質(zhì)熱管，由于元、器件發(fā)熱面與熱 管的接觸是間接的，功耗轉(zhuǎn)化熱量的傳遞到冷卻空氣的路徑中，存在的多個(gè)串聯(lián)熱阻，包括 Rl、 R2、 R3和R4等組成，Rl——元、器件與鋁基板的接觸熱阻；R2——鋁基板的傳導(dǎo)熱阻； R3——鋁基板與熱管的接觸熱阻；R4——熱管本身的熱阻；R5——是熱管與散熱片的接觸 熱阻；R6——散熱片到空氣的熱阻。 這類型的散熱器為了減少電阻R2和R3，必須采用焊接方法來實(shí)現(xiàn)，這種方法對(duì)于 單個(gè)晶閘管或者IGBT模塊的功率損耗限制3000W左右，熱阻0. 020K/W是可以適用的。但 應(yīng)用于多個(gè)晶閘管或者IGBT模塊，或功率損耗大于3000W時(shí)，就會(huì)不僅效率低，而且焊接質(zhì) 量會(huì)影響到接觸熱阻R3，焊接層本身的熱阻R2也是無法避免的，這樣，總熱阻等于各個(gè)熱 阻之和就降低不下來。因此很有必要對(duì)此加以改進(jìn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本專利實(shí)用新型所要解決的問題是針對(duì)現(xiàn)有變流器熱管散熱器結(jié)構(gòu)的不足，在 不改變現(xiàn)有IGBT變流器相模塊對(duì)外接口和通風(fēng)條件下，提出一種通過散熱器結(jié)構(gòu)的改變 使散熱性能更好，且熱阻更低，可以達(dá)到單個(gè)IGBT模塊的功率損耗在6000W以上，而熱阻在 0. 010K/W以下的變流器熱管散熱器。 本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種變流器熱管散熱器，包括散 熱器基板、熱管、散熱片和變流器發(fā)熱基板(IGBT或其它形式發(fā)熱元件)，熱管的根部插入 在散熱器基板內(nèi)；其特征在于熱管是豎直斜插入散熱器基板主平面并穿過基板，熱管根 部底面直接與變流器發(fā)熱基板的表面直接接觸；且熱管的橫截面是變化的，為上小下大的 階梯狀結(jié)構(gòu)，其中根部的截面比上部截面大，也即下面根部截面加大(傳統(tǒng)熱管是等截面 的)；熱管截面包括圓管形或者正多邊形，且熱管的上部和根部分別為不同直徑的二節(jié)組
3合結(jié)構(gòu)，其中熱管的上部為一個(gè)直徑的圓形或多邊形柱狀體，熱管的根部為比熱管上部要 粗的圓形或多邊形柱狀體；熱管制成的材料可以是銅質(zhì)或者其他導(dǎo)熱材料；熱管的根部與 基板是壓緊配合或者焊接的。 本實(shí)用新型方法制造出來的熱管散熱器由于采用熱管根部底面直接與元件基板 的表面直接接觸，就沒有常規(guī)散熱方式的R2(經(jīng)過基板厚度的傳導(dǎo)熱阻)和R3(基板與熱 管的接觸熱阻)，因此總熱阻大大減??；同時(shí)，由于采用的根部擴(kuò)大結(jié)構(gòu)，增加了該種結(jié)構(gòu) 的熱管根部散熱面積，有效改變了原來等面積熱管散熱面積不夠的問題，散熱性能優(yōu)良。 應(yīng)軌道交通車輛上變流器的位置需要，散熱器基板是豎直的、熱管與水平有一定 傾角，這是重力式熱管的正常工作要求，因此熱管前端、頂端散熱片面積比中間的小，以增 加限定空間內(nèi)散熱片數(shù)量。 本實(shí)用新型制成的熱管散熱器，其總熱阻可以比原來的降低很多(降低20 30%);散熱功率增加的許多(100X)(約達(dá)到6000W)，所以散熱效率大大提高。由于性能 優(yōu)良，用于地鐵和動(dòng)車組或者機(jī)車上IGBT主變流器、IGBT輔助變流器的列車走行風(fēng)冷卻或 者強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，以及地面上類似的電力變流器散熱器，可以取得極大的經(jīng)濟(jì)效益。

圖2是本實(shí)用新型的熱管散熱器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中1、散熱器基板；2、熱管；3、散熱片；4、元件基板；5、熱管根部；6、熱管上部。
具體實(shí)施方式
附圖2給出了本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步 的描述。 從附圖2中可以看出，本實(shí)用新型為一種變流器熱管式散熱器，采用熱管進(jìn)行散 熱，熱管插入散熱器基板內(nèi)，散熱器基板緊貼在變流器發(fā)熱基板上，其特點(diǎn)是熱管是豎直 斜插入散熱器基板主平面并穿過基板，熱管根部底面直接與變流器發(fā)熱基板的表面直接接 觸；且熱管的橫截面是變化的，為上小下大的階梯狀結(jié)構(gòu)，根部的截面比上部截面大，變流 器發(fā)熱基板的散熱是通過與變流器發(fā)熱基板的表面直接接觸的熱管根部底面直接傳導(dǎo)出 去的。 所述的變流器熱管式散熱器包括散熱器基板1、熱管2、散熱片3和元件基板 4(IGBT或其它形式)，熱管2的根部插入在散熱器基板1內(nèi)。為了使散熱器能適應(yīng)軌道交 通車車輛的位置要求，取得良好散熱效果，熱管與水平有一定的傾角a (a為與變流器發(fā) 熱基板主平面夾角65。 -75° )，熱管是豎直斜插入散熱器基板主平面并穿過基板，熱管根 部底面直接與變流器發(fā)熱基板的表面直接接觸；且熱管的橫截面是變化的，為上小下大的 階梯狀結(jié)構(gòu)，其中根部5的截面比上部6截面大，也即下面根部截面加大(傳統(tǒng)熱管是等截 面的)；熱管截面包括圓管形或者正多邊形，且熱管的上部6和根部5分別為不同直徑的二 節(jié)組合結(jié)構(gòu)，其中熱管的上部6為一個(gè)直徑的圓形或多邊形柱狀體，熱管的根部5為比熱管 上部要粗的圓形或多邊形柱狀體；熱管制成的材料可以是銅質(zhì)或者其他導(dǎo)熱材料；熱管的 根部與基板是壓緊配合或者焊接的。熱管上下的散熱片面積不同，兩端的比中間面積均勻 減小，可增多限定空間內(nèi)的散熱片數(shù)。[0015] 本實(shí)用新型熱管的結(jié)構(gòu)特征是熱管2的橫截面是變化的，熱管2分為兩段，熱管 的上部為散熱段，熱管的下部為熱管根部；熱管根部的截面比上部的散熱段截面大，也即下 面根部截面加大(傳統(tǒng)熱管是等截面的)；熱管根部與熱管上部的散熱段變截面過渡相接。 熱管根部插入基板l內(nèi)，與基板1是壓緊配合或者焊接在一起的，且熱管2的根部底面(熱 管底面)，與元件基板4(即元、器件的發(fā)熱面)是直接接觸的。熱管截面包括圓管形或者其 它異形狀，也可以熱管的上部散熱段為圓形，熱管下部的熱管根部為方形。熱管制成的材料 可以是銅質(zhì)或者其他導(dǎo)熱材料。采用本專利結(jié)構(gòu)特征制成的熱管散熱器可應(yīng)用于各種電力 (內(nèi)燃)機(jī)車、動(dòng)車組和地鐵車輛上(或者其它電力設(shè)備)變流器裝置。
權(quán)利要求一種變流器熱管散熱器，包括散熱器基板、熱管、散熱片和變流器發(fā)熱基板，熱管的根部插入在散熱器基板內(nèi)；其特征在于熱管是豎直斜插入散熱器基板主平面并穿過基板，熱管根部底面直接與變流器發(fā)熱基板的表面直接接觸；且熱管的橫截面是變化的，為上小下大的階梯狀結(jié)構(gòu)，其中根部的截面比上部截面大。
2. 如權(quán)利要求1所述的變流器熱管散熱器，其特征在于所述的熱管截面包括圓管形或者正多邊形，且熱管的上部和根部分別為不同直徑的二節(jié)組合結(jié)構(gòu)，其中熱管的上部為一個(gè)直徑的圓形或多邊形柱狀體，熱管的根部為比熱管上部要粗的圓形或多邊形柱狀體。
3. 如權(quán)利要求1所述的變流器熱管散熱器，其特征在于所述的熱管的材料是銅質(zhì)導(dǎo)熱材料。
4. 如權(quán)利要求1所述的變流器熱管散熱器，其特征在于所述的熱管的根部與基板是壓緊配合或者焊接的。
專利摘要一種變流器熱管散熱器，包括散熱器基板、熱管、散熱片和變流器發(fā)熱基板(IGBT或其它形式發(fā)熱元件)，熱管的根部插入在散熱器基板內(nèi)；其特征在于熱管是豎直斜插入散熱器基板主平面并穿過基板，熱管根部底面直接與變流器發(fā)熱基板的表面直接接觸；且熱管的橫截面是變化的，為上小下大的階梯狀結(jié)構(gòu)，其中根部的截面比上部截面大，也即下面根部截面加大；熱管截面包括圓管形或者正多邊形，且熱管的上部和根部分別為不同直徑的二節(jié)組合結(jié)構(gòu)，其中熱管的上部為一個(gè)直徑的圓形或多邊形柱狀體，熱管的根部為比熱管上部要粗的圓形或多邊形柱狀體。本實(shí)用新型其總熱阻可以比原來的降低20～30％；散熱功率增加100％。
文檔編號(hào)H05K7/20GK201515306SQ20092006588
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日
發(fā)明者廖向前, 朱繼賢, 李春陽, 李純 申請(qǐng)人:株洲時(shí)代散熱技術(shù)有限公司;株洲變流技術(shù)國(guó)家工程研究中心有限公司