专利名称：一种变流器热管散热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到一种电力设备的散热器件，尤其是指一种电力设备变流器的热 管散热器，国际专利分类号为B61F05/02，主要用于各种轨道交通(电力、内燃机车、动车组 和地铁车辆等)变流器或其他电力设备变流器的大容量散热器。
背景技术：
当轨道交通车车辆(电力、内燃机车和地铁车辆)和电力设备变流器工作时会产
生功率损耗(热量)，因此需要散热，功耗越大，散热的容量越大。目前变流器的散热方式主 要有风冷、水冷和热管散热三种，只有热管散热器和水冷具有大容量散热能力，然而水冷却 系统复杂，不如热管散热器冷却效果好，结构简单，节约材料，所以越来越多采用热管散热
器。 一般的热管散热器如附图1所示，图中铝质散热器基板1、热管2、散热片3和电子元件 基板4。热管2通过压力或者焊接方法与铝质(或者铜质)底板基板l紧密连接，而形成了 热管散热器。 而当元件基板4通过紧固件压装在铝基板1上，元件的功耗转化的热量，从元件 基板4传递到铝质底板基板1，再通过焊接层，再传递铜质热管，由于元、器件发热面与热 管的接触是间接的，功耗转化热量的传递到冷却空气的路径中，存在的多个串联热阻，包括 Rl、 R2、 R3和R4等组成，Rl——元、器件与铝基板的接触热阻；R2——铝基板的传导热阻； R3——铝基板与热管的接触热阻；R4——热管本身的热阻；R5——是热管与散热片的接触 热阻；R6——散热片到空气的热阻。 这类型的散热器为了减少电阻R2和R3，必须采用焊接方法来实现，这种方法对于 单个晶闸管或者IGBT模块的功率损耗限制3000W左右，热阻0. 020K/W是可以适用的。但 应用于多个晶闸管或者IGBT模块，或功率损耗大于3000W时，就会不仅效率低，而且焊接质 量会影响到接触热阻R3，焊接层本身的热阻R2也是无法避免的，这样，总热阻等于各个热 阻之和就降低不下来。因此很有必要对此加以改进。
实用新型内容本专利实用新型所要解决的问题是针对现有变流器热管散热器结构的不足，在 不改变现有IGBT变流器相模块对外接口和通风条件下，提出一种通过散热器结构的改变 使散热性能更好，且热阻更低，可以达到单个IGBT模块的功率损耗在6000W以上，而热阻在 0. 010K/W以下的变流器热管散热器。 本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的一种变流器热管散热器，包括散 热器基板、热管、散热片和变流器发热基板(IGBT或其它形式发热元件)，热管的根部插入 在散热器基板内；其特征在于热管是竖直斜插入散热器基板主平面并穿过基板，热管根 部底面直接与变流器发热基板的表面直接接触；且热管的横截面是变化的，为上小下大的 阶梯状结构，其中根部的截面比上部截面大，也即下面根部截面加大(传统热管是等截面 的)；热管截面包括圆管形或者正多边形，且热管的上部和根部分别为不同直径的二节组
3合结构，其中热管的上部为一个直径的圆形或多边形柱状体，热管的根部为比热管上部要 粗的圆形或多边形柱状体；热管制成的材料可以是铜质或者其他导热材料；热管的根部与 基板是压紧配合或者焊接的。 本实用新型方法制造出来的热管散热器由于采用热管根部底面直接与元件基板 的表面直接接触，就没有常规散热方式的R2(经过基板厚度的传导热阻)和R3(基板与热 管的接触热阻)，因此总热阻大大减小；同时，由于采用的根部扩大结构，增加了该种结构 的热管根部散热面积，有效改变了原来等面积热管散热面积不够的问题，散热性能优良。 应轨道交通车辆上变流器的位置需要，散热器基板是竖直的、热管与水平有一定 倾角，这是重力式热管的正常工作要求，因此热管前端、顶端散热片面积比中间的小，以增 加限定空间内散热片数量。 本实用新型制成的热管散热器，其总热阻可以比原来的降低很多(降低20 30%);散热功率增加的许多(100X)(约达到6000W)，所以散热效率大大提高。由于性能 优良，用于地铁和动车组或者机车上IGBT主变流器、IGBT辅助变流器的列车走行风冷却或 者强迫通风冷却，以及地面上类似的电力变流器散热器，可以取得极大的经济效益。
图2是本实用新型的热管散热器结构结构示意图； 图中1、散热器基板；2、热管；3、散热片；4、元件基板；5、热管根部；6、热管上部。
具体实施方式
附图2给出了本实用新型的一个实施例，下面将结合附图对本实用新型作进一步 的描述。 从附图2中可以看出，本实用新型为一种变流器热管式散热器，采用热管进行散 热，热管插入散热器基板内，散热器基板紧贴在变流器发热基板上，其特点是热管是竖直 斜插入散热器基板主平面并穿过基板，热管根部底面直接与变流器发热基板的表面直接接 触；且热管的横截面是变化的，为上小下大的阶梯状结构，根部的截面比上部截面大，变流 器发热基板的散热是通过与变流器发热基板的表面直接接触的热管根部底面直接传导出 去的。 所述的变流器热管式散热器包括散热器基板1、热管2、散热片3和元件基板 4(IGBT或其它形式)，热管2的根部插入在散热器基板1内。为了使散热器能适应轨道交 通车车辆的位置要求，取得良好散热效果，热管与水平有一定的倾角a (a为与变流器发 热基板主平面夹角65。 -75° )，热管是竖直斜插入散热器基板主平面并穿过基板，热管根 部底面直接与变流器发热基板的表面直接接触；且热管的横截面是变化的，为上小下大的 阶梯状结构，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(传统热管是等截 面的)；热管截面包括圆管形或者正多边形，且热管的上部6和根部5分别为不同直径的二 节组合结构，其中热管的上部6为一个直径的圆形或多边形柱状体，热管的根部5为比热管 上部要粗的圆形或多边形柱状体；热管制成的材料可以是铜质或者其他导热材料；热管的 根部与基板是压紧配合或者焊接的。热管上下的散热片面积不同，两端的比中间面积均匀 减小，可增多限定空间内的散热片数。[0015] 本实用新型热管的结构特征是热管2的横截面是变化的，热管2分为两段，热管 的上部为散热段，热管的下部为热管根部；热管根部的截面比上部的散热段截面大，也即下 面根部截面加大(传统热管是等截面的)；热管根部与热管上部的散热段变截面过渡相接。 热管根部插入基板l内，与基板1是压紧配合或者焊接在一起的，且热管2的根部底面(热 管底面)，与元件基板4(即元、器件的发热面)是直接接触的。热管截面包括圆管形或者其 它异形状，也可以热管的上部散热段为圆形，热管下部的热管根部为方形。热管制成的材料 可以是铜质或者其他导热材料。采用本专利结构特征制成的热管散热器可应用于各种电力 (内燃)机车、动车组和地铁车辆上(或者其它电力设备)变流器装置。
权利要求一种变流器热管散热器，包括散热器基板、热管、散热片和变流器发热基板，热管的根部插入在散热器基板内；其特征在于热管是竖直斜插入散热器基板主平面并穿过基板，热管根部底面直接与变流器发热基板的表面直接接触；且热管的横截面是变化的，为上小下大的阶梯状结构，其中根部的截面比上部截面大。
2. 如权利要求1所述的变流器热管散热器，其特征在于所述的热管截面包括圆管形或者正多边形，且热管的上部和根部分别为不同直径的二节组合结构，其中热管的上部为一个直径的圆形或多边形柱状体，热管的根部为比热管上部要粗的圆形或多边形柱状体。
3. 如权利要求1所述的变流器热管散热器，其特征在于所述的热管的材料是铜质导热材料。
4. 如权利要求1所述的变流器热管散热器，其特征在于所述的热管的根部与基板是压紧配合或者焊接的。
专利摘要一种变流器热管散热器，包括散热器基板、热管、散热片和变流器发热基板(IGBT或其它形式发热元件)，热管的根部插入在散热器基板内；其特征在于热管是竖直斜插入散热器基板主平面并穿过基板，热管根部底面直接与变流器发热基板的表面直接接触；且热管的横截面是变化的，为上小下大的阶梯状结构，其中根部的截面比上部截面大，也即下面根部截面加大；热管截面包括圆管形或者正多边形，且热管的上部和根部分别为不同直径的二节组合结构，其中热管的上部为一个直径的圆形或多边形柱状体，热管的根部为比热管上部要粗的圆形或多边形柱状体。本实用新型其总热阻可以比原来的降低20～30％；散热功率增加100％。
文档编号H05K7/20GK201515306SQ20092006588
公开日2010年6月23日 申请日期2009年9月14日 优先权日2009年9月14日
发明者廖向前, 朱继贤, 李春阳, 李纯 申请人:株洲时代散热技术有限公司;株洲变流技术国家工程研究中心有限公司