本發(fā)明涉及一種散熱裝置，具體地，涉及一種用于可控硅元件的散熱器以及具有該散熱器的電力機(jī)車整流器。

背景技術(shù)：

目前，我國(guó)的直流傳動(dòng)電力機(jī)車的整流器都采用可控硅元件組成的相控整流橋，將電氣化鐵路供電系統(tǒng)的接觸網(wǎng)側(cè)的單相輸入電壓整流成直流電來輸出給機(jī)車的牽引電機(jī)。由于可控硅元件的發(fā)熱熱流密度大，發(fā)熱量高，因此可控硅元件若長(zhǎng)時(shí)間工作發(fā)熱量會(huì)很大，需要對(duì)可控硅元件進(jìn)行散熱，以便將可控硅元件的溫度維持在規(guī)定的溫度下。若可控硅元件沒有充分散熱，則會(huì)導(dǎo)致可控硅元件的結(jié)溫超過規(guī)定值而被擊穿。

目前，為了使得整流器不采用均壓均流措施，多數(shù)機(jī)車的整流器采用了5英寸的大功率可控硅元件，實(shí)現(xiàn)一個(gè)橋臂只由一個(gè)可控硅元件構(gòu)成。如圖1所示，銅散熱器的位于5英寸可控硅元件9左側(cè)的多個(gè)散熱片7分別是具有中間通孔的矩形片材，多個(gè)散熱片7并排布置，與可控硅元件9接觸的銅制圓柱體從中間通孔穿過。散熱片7還布置在可控硅元件9的右側(cè)，圖7中未示出。套設(shè)有散熱片的圓柱體與可控硅元件9預(yù)先通過中心定位銷8進(jìn)行定位，然后壓裝機(jī)通過對(duì)四個(gè)壓緊螺栓5擰緊，將該圓柱體的表面與可控硅元件緊密接觸，從而對(duì)該可控硅元件進(jìn)行散熱。但是，由于銅散熱器重量大，壓裝機(jī)對(duì)5英寸可控硅元件的壓緊力常常超出5英寸可控硅元件要求的100kN，造成了設(shè)備的組裝和拆卸困難且費(fèi)用較高。而且上述的圓柱體的直徑需要大于5英寸可控硅元件的直徑，才能使與5英寸可控硅元件的接觸表面應(yīng)力均勻，這樣套設(shè)在圓柱體上的散熱片的面積也會(huì)相應(yīng)地減少。

另外，若將銅散熱器更換為重量輕的鋁散熱器，由于鋁的導(dǎo)熱系數(shù)比銅低，因此鋁散熱片需要數(shù)量上加多或面積加大才能保證5英寸可控硅元件的散熱要求。并且，如圖1所示，由于散熱片7并排布置，來自5英寸可控硅元件的熱量沿著圓柱體從距離5英寸可控硅元件最近的散熱片傳導(dǎo)至最遠(yuǎn)的散熱片，這樣，熱量傳導(dǎo)的距離很長(zhǎng)，導(dǎo)致熱量散熱不充分。因此，在機(jī)車整流器的空間已經(jīng)限制的情況下，難以在有限的空間內(nèi)將并排布置的鋁散熱片加多或面積加大，從而導(dǎo)致5英寸的可控硅元件的散熱不充分而燒損。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，對(duì)于能夠在機(jī)車整流器的有限空間內(nèi)使得一個(gè)橋臂僅由一個(gè)可控硅元件構(gòu)成的這種大功率可控硅元件充分散熱的新型散熱器存在需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于可控硅元件的散熱器以及具有該散熱器的電力機(jī)車整流器，其中所述散熱器能夠使得可控硅元件到散熱器的散熱元件的傳熱路徑短，且散熱面積大，從而能夠獲得相對(duì)良好的散熱效果。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于可控硅元件的散熱器，所述散熱器可包括：骨架，其包含基部以及從所述基部的第一側(cè)表面伸出的多個(gè)支腿部，多個(gè)所述支腿部包括鄰近所述第一側(cè)表面兩端的兩個(gè)端部支腿部，所述基部的與所述第一側(cè)表面相反的第二側(cè)表面用于與所述可控硅元件接觸；以及多個(gè)主散熱片，其在兩個(gè)相鄰的所述支腿部之間從所述骨架上沿離開所述基部的方向延伸。

優(yōu)選地，所述散熱器可還包括多個(gè)側(cè)散熱片，所述多個(gè)側(cè)散熱片在各個(gè)所述端部支腿部與所述第一側(cè)表面之間從所述骨架上伸出。

優(yōu)選地，所述骨架可為包含所述兩個(gè)端部支腿部的K形骨架，各個(gè)所述端部支腿部的末端可形成有沿垂直于所述第二側(cè)表面的方向延伸的足部，各個(gè)所述端部支腿部可均具有面對(duì)所述第一側(cè)表面的第一支腿側(cè)表面和與所述第一支腿側(cè)表面相反的第二支腿側(cè)表面，所述兩個(gè)端部支腿部之間可形成有凸出于所述第一側(cè)表面的平部，所述多個(gè)主散熱片可從所述第二支腿側(cè)表面以及所述平部沿平行于所述足部的方向延伸。

優(yōu)選地，所述多個(gè)主散熱片的自由端和所述多個(gè)側(cè)散熱片的自由端的端面可為平面，且所述主散熱片的所述自由端與所述足部的自由端可平齊，所述側(cè)散熱片的自由端與所述足部的背向所述主散熱片的表面平齊以及與所述基部相應(yīng)一端的端面平齊。

優(yōu)選地，所述第一側(cè)表面的所述兩端端部部分可朝向所述第二側(cè)表面傾斜，且所述第一支腿側(cè)表面和所述第二支腿側(cè)表面可在遠(yuǎn)離所述基部的方向上逐漸靠近，所述多個(gè)側(cè)散熱片可從所述第一支腿側(cè)表面沿平行于所述第二側(cè)表面的方向延伸。

優(yōu)選地，兩個(gè)所述足部的相對(duì)的表面、所述第一側(cè)表面的所述兩端端部部分、所述多個(gè)主散熱片以及所述多個(gè)側(cè)散熱片可均為鋸齒狀。

優(yōu)選地，所述多個(gè)主散熱片沿離開所述基部的方向逐漸變薄，且所述多個(gè)側(cè)散熱片沿離開所述第一支腿側(cè)表面的方向逐漸變薄。

優(yōu)選地，所述第一側(cè)表面的所述兩端之間的距離可為所述散熱器的高度方向的距離，該高度方向的距離為195～205mm；所述基部的端部的厚度可為4～6mm，所述基部的與所述平部對(duì)應(yīng)的中間部分的厚度可為25～35mm，且該平部沿所述高度方向的尺寸可為55～60mm；所述兩個(gè)端部支腿部各自的所述第一支腿側(cè)表面與所述第一側(cè)表面的相交線之間沿所述高度方向的距離為100～115mm；所述足部的厚度可為8～15mm，且所述足部在垂直于所述第二側(cè)表面方向上的尺寸可為35～45mm；所述第一側(cè)表面的所述兩端端部部分與所述第二側(cè)表面之間的夾角可分別為1.5°～3.5°；所述足部的面對(duì)所述第一側(cè)表面的表面與所述第一支腿側(cè)表面形成的夾角可為125°～135°；所述平部的平面與所述第二支腿側(cè)表面形成的夾角可為145°～155°，所述多個(gè)主散熱片中的兩個(gè)相鄰的主散熱片的間隔為11.5～13.5mm，且所述多個(gè)側(cè)散熱片中的兩個(gè)相鄰的側(cè)散熱片的間隔為11.5～12.5mm；各個(gè)所述主散熱片和側(cè)散熱片的在厚度方向相對(duì)的兩個(gè)表面之間的夾角可分別為1.5°～3°。

優(yōu)選地，所述基部的所述第二側(cè)表面可包括凸起面部分和用于與所述可控硅元件接觸的接觸面部分，其中所述凸起面部分可形成有向外凸出的多個(gè)方塊狀凸起，所述接觸面部分的面積可大于所述可控硅元件的散熱接觸面的面積。

優(yōu)選地，所述散熱器可還包括導(dǎo)電板，所述導(dǎo)電板形成在一個(gè)所述足部上，且與所述足部形成為L(zhǎng)形。

優(yōu)選地，所述散熱器形成為一體結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述散熱器由鋁材制成。

本發(fā)明的散熱器由于具有基部和多個(gè)支腿部的骨架、以及形成在所述骨架上的多個(gè)主散熱片和多個(gè)側(cè)散熱片，熱量從基部與可控硅元件接觸的接觸面經(jīng)由所述骨架傳導(dǎo)至各個(gè)散熱片，以發(fā)散形式散發(fā)出去，實(shí)現(xiàn)了從所述接觸面至各個(gè)散熱片的傳熱路徑短，且保證了各個(gè)散熱片的面積較大。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的散熱器在空間有限的整流器內(nèi)，能夠充分地利用空間，且既保證了散熱器的與5英寸這種大功率可控硅元件接觸的接觸面部分的面積大于該可控硅元件的散熱接觸面的面積，又增加了各個(gè)散熱片的散熱面積。此外，本發(fā)明的散熱器與可控硅元件壓裝在一起的重量較輕，拆裝方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低。

本發(fā)明還提供一種整流器，所述整流器具有可控硅元件，其中所述整流器可包括根據(jù)本發(fā)明提供的上述散熱器。

所述整流器與上述散熱器相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)所具有的優(yōu)勢(shì)相同，在此不再贅述。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是依照現(xiàn)有技術(shù)的銅散熱器與大功率的可控硅元件壓裝在一起的示意圖。

圖2是依照本發(fā)明的實(shí)施方式的散熱器與大功率的可控硅元件壓裝在一起的示意圖。

圖3是圖1的側(cè)視示意圖。

圖4是依照本發(fā)明的實(shí)施方式的散熱器的骨架的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是依照本發(fā)明的實(shí)施方式的散熱器的主散熱片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是依照本發(fā)明的實(shí)施方式的散熱器的側(cè)散熱片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是依照本發(fā)明的實(shí)施方式的散熱器的骨架、主散熱片和側(cè)散熱片整體結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明

1-骨架；2-主散熱片；21-主散熱片的自由端；3-側(cè)散熱片；31-側(cè)散熱片的自由端；4-導(dǎo)電板；5-壓緊螺栓；6-螺紋孔；7-散熱片；8-中心定位銷；9-可控硅元件；11-足部；12-端部支腿部；121-第一支腿側(cè)表面；122-第二支腿側(cè)表面；13-基部；131-第一側(cè)表面；132-第二側(cè)表面；133-凸起；14-平部

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

如圖2至圖4所示，依照本發(fā)明的用于可控硅元件的散熱器可包括骨架1、主散熱片2和側(cè)散熱片3。骨架1可包含基部13以及從所述基部的第一側(cè)表面131伸出的多個(gè)支腿部。多個(gè)所述支腿部可包括鄰近所述第一側(cè)表面131兩端的兩個(gè)端部支腿部12，基部13的與第一側(cè)表面131相反的第二側(cè)表面132可用于與可控硅元件接觸。多個(gè)主散熱片2在兩個(gè)相鄰的支腿部之間從骨架1上沿離開基部13的方向延伸。由此，熱量從基部13的第二側(cè)表面132與可控硅元件接觸的那個(gè)部分沿著骨架1傳導(dǎo)至形成在骨架1上的多個(gè)主散熱片2，從而熱量以發(fā)散形式傳導(dǎo)，使得散熱器的導(dǎo)熱路徑短，散熱更加充分。

進(jìn)一步地，多個(gè)側(cè)散熱片3在各個(gè)端部支腿部12與第一側(cè)表面131之間從骨架1上伸出，這樣使得熱量更加充分地以發(fā)散形式傳導(dǎo)出去。

具體地，骨架1可為包含兩個(gè)端部支腿部12的K形骨架，這樣，與例如具有三個(gè)支腿部的骨架相比，主散熱片2和側(cè)散熱片3布置在K形骨架上的數(shù)量可更多，從而更加充分地散熱。各個(gè)端部支腿部12的末端形成有沿垂直于第二側(cè)表面132的方向延伸的足部11。具體參考圖2，在將本發(fā)明的散熱器與可控硅元件通過四個(gè)壓緊螺栓5的擰緊而壓裝在一起時(shí)，與例如足部11沿相對(duì)于第二側(cè)表面132傾斜的方向延伸的情況相比，在垂直于第二側(cè)表面132的方向上延伸的足部11可以承受較大的由壓緊螺栓5所施加的壓緊力。

此外，各個(gè)端部支腿部12可均具有面對(duì)第一側(cè)表面131的第一支腿側(cè)表面121和與所述第一支腿側(cè)表面相反的第二支腿側(cè)表面122。兩個(gè)端部支腿部12之間可形成有凸出于第一側(cè)表面131的平部14，多個(gè)主散熱片2從第二支腿側(cè)表面122以及平部14沿平行于足部11的方向延伸。這里，平部14的厚度大于基部13的厚度，從而提高了骨架1的基部13的強(qiáng)度。換句話說，在端部支腿部12之間部分的厚度等于基部13厚度的情況下，端部支腿部12和基部13在壓緊期間由于基部13的強(qiáng)度不夠而會(huì)發(fā)生折彎現(xiàn)象。另外，多個(gè)主散熱片2沿平行于足部11的方向延伸，能夠使得各個(gè)主散熱片之間的間隔小、均勻，且各個(gè)主散熱片之間無(wú)交叉，從而能夠使得主散熱片進(jìn)行充分地散熱。

現(xiàn)在，參考圖5至圖7，多個(gè)主散熱片2的自由端21和多個(gè)側(cè)散熱片3的自由端31的端面可為平面，且主散熱片的自由端21與足部11的自由端平齊，側(cè)散熱片的自由端31與足部11的背向主散熱片2的表面平齊以及與基部13相應(yīng)一端的端面平齊。由此，多個(gè)主散熱片2和多個(gè)側(cè)散熱片3在散熱的同時(shí)，還能夠與足部11和基部13一起承受壓緊螺栓5施加的壓緊力。

參考圖4、圖6和圖7，第一側(cè)表面131的兩端端部部分朝向第二側(cè)表面132傾斜，且第一支腿側(cè)表面121和第二支腿側(cè)表面122在遠(yuǎn)離基部13的方向上逐漸靠近，以增大骨架1上的布置多個(gè)散熱片3的區(qū)域。并且多個(gè)側(cè)散熱片3從第一支腿側(cè)表面121沿平行于第二側(cè)表面132的方向延伸，以便在上述區(qū)域增加的同時(shí)，使得多個(gè)側(cè)散熱片3之間的間隔小、均勻，且各個(gè)側(cè)散熱片之間無(wú)交叉，從而進(jìn)行更好地散熱。

如圖4至圖6所示，兩個(gè)足部11的相對(duì)的表面、第一側(cè)表面131的兩端端部部分、多個(gè)主散熱片2以及多個(gè)側(cè)散熱片3均為鋸齒狀，以增加足部11、多個(gè)主散熱片2和多個(gè)散熱片3的散熱面積。而且，如圖4至圖6所示，鋸齒的齒形的橫截面優(yōu)選為半圓形，這樣將足部11、多個(gè)主散熱片2和多個(gè)側(cè)散熱片3三者表面的散熱面積增加了大概1.5倍，散熱效果更好。

參考圖6至圖7，多個(gè)主散熱片2沿離開基部13的方向逐漸變薄，且多個(gè)側(cè)散熱片3沿離開第一支腿側(cè)表面121的方向逐漸變薄，以便多個(gè)主散熱片2和多個(gè)側(cè)散熱片3的靠近骨架1的部分厚，而多個(gè)主散熱片2中的相鄰兩個(gè)主散熱片末端之間相隔較大，以及多個(gè)側(cè)散熱片3中的相鄰兩個(gè)側(cè)散熱片末端之間相隔較大。而由此，能夠使得在相鄰兩個(gè)側(cè)散熱片末端和相鄰兩個(gè)主散熱片末端處的熱量得以充分地散發(fā)，且使得多個(gè)主散熱片2更好地承受壓緊螺栓5所施加的壓緊力。

本發(fā)明的散熱器通過大量的實(shí)驗(yàn)，在其尺寸等方面進(jìn)行了優(yōu)化。下面，將詳細(xì)說明本發(fā)明的散熱器的具體大小。本發(fā)明的散熱器的K形骨架1的基部13的第一側(cè)表面131的兩端之間的距離可為散熱器的高度方向的距離，該高度方向的距離可為195～205mm；基部13的端部的厚度可為4～6mm，基部的與平部14對(duì)應(yīng)的中間部分的厚度可為25～35mm；且該平部14沿高度方向的尺寸可為55～60mm；兩個(gè)端部支腿部12各自的第一支腿側(cè)表面121與第一側(cè)表面131的相交線之間沿所述高度方向的距離可為100～115mm；足部11的厚度可為8～15mm，且足部11在垂直于第二側(cè)表面132方向上的尺寸可為35～45mm；第一側(cè)表面131的兩端端部部分與第二側(cè)表面132之間的夾角γ可為1.5°～3.5°；足部11的面對(duì)第一側(cè)表面131的表面與第一支腿側(cè)表面121形成的夾角α可為125°～135°；平部14的平面與第二支腿側(cè)表面122形成的夾角β可為145°～155°。

此外，多個(gè)主散熱片中的兩個(gè)相鄰的主散熱片的間隔P1可為11.5～13.5mm，且多個(gè)側(cè)散熱片中的兩個(gè)相鄰的側(cè)散熱片的間隔P2可為11.5～12.5mm；各個(gè)主散熱片的在厚度方向相對(duì)的兩個(gè)表面之間的夾角δ可為1.5°～3°，各個(gè)側(cè)散熱片的在厚度方向相對(duì)的兩個(gè)表面之間的夾角η也可為1.5°～3°。本發(fā)明的上述大小的散熱器在整流器的空間尺寸被限制且固定的情況下，本發(fā)明的散熱器可以最大限度地利用整流器的空間，同時(shí)該散熱器的強(qiáng)度和散熱效果也能夠得到保證。而且，本發(fā)明的散熱器的實(shí)測(cè)熱阻小于0.018k/w，滿足了機(jī)車整流器的設(shè)計(jì)要求。

如圖4所示，基部13的第二側(cè)表面132可包括凸起面部分和用于與可控硅元件接觸的接觸面部分，其中凸起面部分形成有向外凸出的多個(gè)方塊狀凸起133，接觸面部分的面積大于可控硅元件的散熱接觸面的面積。這里，多個(gè)方塊狀凸起133增加了第二側(cè)表面132的散熱面積。上述的接觸面部分的面積大于可控硅元件的散熱接觸面的面積，以在第二側(cè)表面132的散熱面積增加的情況下，能夠保證第二側(cè)表面132與可控硅元件充分接觸。返回參考圖3，接觸面部分的形狀優(yōu)選為在四個(gè)螺紋孔6之間的以虛線形式形成的圓形，以與可控硅元件的圓形形狀相對(duì)應(yīng)，且更好地接觸可控硅元件。

此外，本發(fā)明的散熱器還可包括導(dǎo)電板4，該導(dǎo)電板形成在一個(gè)足部11上，且與該一個(gè)足部形成為L(zhǎng)形。返回參考圖1，現(xiàn)有技術(shù)的導(dǎo)電板4為兩個(gè)單獨(dú)構(gòu)件，且分別緊挨著距離可控硅元件最遠(yuǎn)的散熱片并將各個(gè)散熱片7夾在其之間。如圖1所示，導(dǎo)電板4距離可控硅元件較遠(yuǎn)，導(dǎo)電期間的電損耗較大。再參考圖2，本發(fā)明的散熱器的導(dǎo)電板4形成在一個(gè)足部上且與該一個(gè)足部形成為L(zhǎng)形，使得導(dǎo)電板4距離可控硅元件的距離近，這樣能夠降低導(dǎo)電期間的電損耗。

此外，本發(fā)明的散熱器可形成為一體結(jié)構(gòu)，這樣各個(gè)主散熱片2和各個(gè)側(cè)散熱片3能夠更好地將骨架1的從可控硅元件吸收的熱量傳導(dǎo)至其上，且導(dǎo)電板4能夠更好地將可控硅元件整流成的直流電導(dǎo)出。

再次參考圖2和圖3，本發(fā)明的散熱器的K形骨架對(duì)稱地布置在可控硅元件的兩側(cè)，且將可控硅元件夾在中間。四個(gè)壓緊螺栓5沿垂直于第一側(cè)表面131的方向穿過兩個(gè)K形骨架，進(jìn)而穿過整流器上的四個(gè)螺紋孔6。壓裝機(jī)通過對(duì)四個(gè)壓緊螺栓5進(jìn)行擰緊，從而本發(fā)明的散熱器的主散熱片的平面末端和足部均抵接在整流器的殼體上，由此將兩個(gè)K形骨架和在其之間的可控硅元件壓裝在一起。

本發(fā)明的散熱器可由鋁材制成。這樣，能夠使得散熱器與大功率可控硅元件組裝在一起的整體重量輕，確保了設(shè)備的拆裝容易且費(fèi)用較低。同時(shí)，還能夠使得可控硅元件在空間有限的整流器內(nèi)充分散熱。

本發(fā)明還提供一種整流器，該整流器具有可控硅元件，所述整流器包括上文所述的散熱器。

另外，需要說明的是，本發(fā)明的散熱器除了能夠用于一個(gè)橋臂僅由一個(gè)可控硅元件構(gòu)成的這種大功率可控硅元件，還能夠用于多個(gè)可控硅元件串并聯(lián)組成一個(gè)橋臂的情況。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。

此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。