CN101193547A

CN101193547A - 散热器

Info

Publication number: CN101193547A
Application number: CN200710196372.6A
Authority: CN
Inventors: 山本勉; 鸠崎芳久
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2008-06-04
Also published as: US20080144279A1; DE102007057472A1; JP2008140802A

Abstract

本发明提供一种能够使各散热片间的风速均匀化以改善散热能力，与此相伴实现重量减轻，且性能价格比高的散热器。散热片(31)的冷却风流通方向的前端位置配置成使位于冷却风扇(23)的大致正面的散热片(31d～31g)的前端位置位于最上游侧，使散热器的宽度方向两侧的散热片(31a、31j)的前端位置位于最下游侧。另外，在各散热片(31a～31j)上，以从冷却风的流通方向的上游侧向下游侧、散热片距离基座表面的高度从前端位置开始逐渐增加的方式设置有倾斜部(31m)。

Description

散热器

技术领域

本发明涉及利用冷却风扇进行强制空冷的散热器(heat sink)，尤其涉及将来自商用电源等的交流电力变换为任意频率和电压的交流电力并向电动机等供电的逆变器(inverter)装置的散热器。

背景技术

图7是这种逆变器装置的代表性的电路结构图，该逆变器装置10包括：对从商用电源等通过端子台19(参照图8)的端子19a施加的交流电进行整流的整流器11；使该整流后的电压平滑的电解电容器12；将该平滑后的电解电容器12的两端电压变换为通过端子台19的端子19b输出的期望频率的交流电压的逆变器14；提供控制信号，将构成该逆变器14的IGBT等控制在期望的动作状态的控制电路15；和作为生成逆变器14的栅极电源和控制电路15的控制电源等的电源电路的DC/DC转换器(converter)16。另外，13是用于抑制电解电容器12的两端电压因来自逆变器装置10的负载的再生电力等而上升到规定值以上的由制动电阻13a和晶体管13b等构成的电阻放电电路，23是对后述的散热器(heat sink)20进行冷却的冷却风扇，该散热器20用于对来自整流器11、逆变器14等发热部件的热进行散热。

图8是装入有图7所示的逆变器装置10的现有的逆变器装置的截面图。在该图中，散热器20被构成为在基座(base)22的一个面上配置有整流器11和逆变器14等发热部件、并且在基座22的另一个面上配置有平板状的多个散热片21。该散热器20通过利用冷却风扇23向散热片21强制地流通空气等冷却流体，对从发热部件产生的热进行散热。

另一方面，如图8所示，在框体外壳1内的主变换电路·电源电路基板17的部件安装面(表面)上配置有端子台19、电解电容器12、形成DC/DC转换器16的绝缘变压器16a和电解电容器16b等，另外，在主变换电路·电源电路基板17的背面上配置有整流器11和逆变器14作为主变换电路，这些整流器11和逆变器14的一个面被紧密地固定在散热器20的基座22的安装面上。另外，在控制电路基板18上配置有图7所示的控制电路15，该控制电路基板18由被固着在框体外壳1上的框体隔壁2保持，防止主变换电路·电源电路基板17的发热对控制电路基板18造成影响。

用于逆变器装置10的散热器20，特别是在应用的电动机的容量小、其尺寸也小时，大多由被称为铝压铸法的制造方法进行制造。由铝压铸法制作的散热器20，与通过将铝薄板铆接或焊接在基座表面上而制作的梳子型散热片类型的加热器比较，不仅具有作为散热部件的功能，而且还具有作为各种部件的安装部即框体的功能。

图9～11表示利用铝压铸法制作的现有的散热器20，图9是从上部观察散热器20时的立体图，图10是从下部观察散热器20时的立体图，图11是散热器20的仰视图。如图9～11所示，在基座22的一个面上配置有整流器11和逆变器14等发热部件，并且，在基座22的另一个面上，平板状的多个散热片21a～j相互保持适当的间隔并大致并列地整列配置，在冷却风的流入侧设置有冷却风扇23。另外，在散热器20的一部分上，设置有用于设置制动电阻13a等部件的空间24。关于装置内的冷却风扇23的配置，由于近年来对逆变器装置的小型化要求的提高，如图8～10所示，冷却风扇23的高度尺寸比散热片21的高度尺寸大的情况在增加。

在现有的逆变器装置的散热器20中，通常为了尽可能地扩大散热表面积，在基座表面的除了部件安装空间24以外的区域的宽度方向和冷却风流通方向的大致整个面上设置有散热片21。即，如图10和图11所示，散热片21由大致同一长度的散热片21a～j构成，所有散热片21a～j的冷却风的流入侧的前端位置50(冷却风流通方向的前端位置)，与基座22的端面52的距离相同。

另外，在日本特开2003-60135号公报的例子中，为了减少通过散热器的各散热片间的冷却风的通风阻力，使各散热片的前端位置交替地前后错开而配置。

图12表示图9～11所示的散热器20的各散热片间的风速分布测定例，对在图11的各散热片21a～21j间用箭头表示的流路A～K中的冷却风的风速的分布进行测定。

如图12所示，当利用冷却风扇23向各散热片21a～21j之间送冷却风时，由于流动的直进性，冷却风难以流动到散热器的宽度方向两端的散热片上，其结果，在宽度方向两侧的散热片之间风速下降。而且，在冷却风扇23的高度尺寸比散热片21的高度尺寸大的情况下，冷却风扇23的旋转方向会对散热片21上的风速分布造成影响。例如，当风扇的旋转方向为图10的箭头α所示的方向时，由于与风扇的旋转相伴的旋转流动的影响，位于旋转滞后侧的流路(图11、12的流路J、K)中的散热片间的风速尤其会下降。

在散热器中，在风速低的区域，从散热片表面的热传导率当然会下降。因此，现有的散热器，虽然表面积大，但是由于风速的偏差，整体的散热能力不一定高。而且，在散热器由铝压铸法制作的情况下，因为通过使用模具的批量生产来制造，所以散热器的制造成本主要由铝材料的重量决定。因此，现有的散热器存在当在基座表面上设置同样长度的散热片时，相对于成本，冷却性能不高的问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题而做出，其目的是提供一种能够使各散热片间的风速均匀化以改善散热能力，与此相伴实现重量减轻，且性能价格比(cost performance)高的散热器。

具体地说，本发明提供一种散热器，其特征在于，包括：具有第一基座端面和第二基座端面的基座；和设置在上述基座的表面上的多个散热片，上述散热片的前端设置在上述基座的表面上，使得上述第一基座端面的中央区域以外的散热片的前端比位于上述第一基座端面的上述中央区域的散热片的前端远离上述第一基座端面。

在一个优选的实施方式中，在至少一些散热片上或最优选在全部散热片上，以该散热片距离上述基座表面的高度在从上述第一基座端面向上述第二基座端面的方向上增加的方式设置有倾斜部。优选：上述中央区域以外的散热片的前端距离上述中央区域越远，距离上述第一基座端面越远。

上述散热器还可以包括与上述第一基座端面相邻的冷却风扇。在该情况下，优选：上述冷却风扇旋转方向的滞后侧的至少一些散热片的前端位于上述冷却风扇旋转方向的超前侧的一些散热片的前端的下游侧。

根据本发明，散热片的冷却风流通方向的前端位置使冷却风扇附近以外的区域的散热片前端位置位于冷却风扇附近的散热片前端位置的下游侧，由此，使各散热片之间的风速分布平均化，其结果，能够提高散热片整体的冷却效率，从而能够构成每单位重量的冷却性能高的散热器。

另外，使冷却风扇旋转方向的滞后侧的区域的散热片前端位置位于冷却风扇旋转方向的超前侧的区域的散热片前端位置的下游侧，由此，能够使以往风速下降特别大的旋转滞后侧的风速增加，从而能够使各散热片间的风速分布进一步平均化，因此，能够进一步提高每单位重量的散热器的冷却性能。

附图说明

参照一些优选实施方式和附图对本发明进行说明。

图1是表示本发明的第一实施方式的散热器的立体图。

图2是表示第一实施方式的散热器的仰视图。

图3是表示第一实施方式的散热器的各散热片间的风速分布测定例的图。

图4是表示本发明的第二实施方式的散热器的立体图。

图5是表示第二实施方式的散热器的仰视图。

图6是表示第二实施方式的散热器的各散热片间的风速分布测定例的图。

图7是逆变器装置的电路结构图。

图8是现有的逆变器装置的截面图。

图9是从上部观察现有的散热器时的立体图。

图10是从下部观察现有的散热器时的立体图。

图11是现有的散热器的仰视图。

图12是表示现有的散热器的各散热片间的风速分布测定例的图。

符号说明

11 整流器

14 逆变器

23 冷却风扇

31 散热片(fin)

31m 倾斜部

41 散热片

41m倾斜部

具体实施方式

图1是表示本发明的第一实施方式的散热器的立体图，图2是散热器的仰视图，在该图中，对于与图7～11相同的部件，标注相同的符号并省略其说明。

如图1和图2所示，在本实施方式中，散热片31的冷却风流通方向的长度形成为在端面52的中央区域的冷却风扇23附近较长(例如散热片31d～31g)、在该中央区域的冷却风扇23附近以外较短(例如散热片31a～31c和31h～31j)，并且，散热片31的冷却风流通方向的前端50配置成使得在中央区域的冷却风扇23附近以外的散热片的前端50位于冷却风扇23附近的散热片的前端50的下游侧(即，距离基座端面52更远)。即，各散热片与冷却风扇23或基座端面52的中央区域的侧向距离(lateral distance)越远，其在冷却风流通方向上的长度越短，位于冷却风扇23的大致正面的散热片31d～31g的长度最长，位于散热器的宽度方向两侧的散热片31a、31j的长度最短。另外，各散热片的冷却风流通方向的前端距离冷却风扇23越远越位于下游侧，位于冷却风扇23的大致正面的散热片31d～31g的前端50位于最上游侧(与散热器的冷却风流入侧的流入基座端面52的距离短)，宽度方向两侧的散热片31a、31j的前端位于最下游侧(与散热器的冷却风流入侧的流入基座端面52的距离长)。此外，散热片31a～31j的冷却风流通方向的后端位置54(与散热器的冷却风流出侧的流出基座端面54的距离)基本相同。在所举的例子中，由于在散热器的角部设置有紧固部(fastener portion)56，所以散热片31i和31j的后端稍短。另外，在各散热片31a～31j上，以从冷却风的流通方向的上游侧向下游侧或从流入基座端面52向流出基座端面54、散热片距离基座表面22的高度从前端位置50开始逐渐增加的方式，设置有倾斜部31m。此外，倾斜部31m与基座表面所成的角度如果接近直角，则风速的平均化的效果会降低，如果该角度过小，则散热片的表面积会减少，因此，根据为了将发热部件的温度上升值抑制在容许值以下所需要的表面积，优选将该角度设为30°～60°左右。

图3是表示第一实施方式的散热器的各散热片间的风速分布测定例的图，对在图2的各散热片31a～31j间用箭头表示的流路A～K中的冷却风的风速的分布进行测定。如图3所示的那样，与图12所示的现有例的风速分布相比较，风速被平均化，并且平均风速也增加。

该风速分布的平均化的一个理由是：通过将冷却风扇23附近以外的区域的散热片31a～31c和31h～31j的长度减少、并且使其前端位置50位于下游侧或远离流入端面52，压力损失减少。另外，以散热片31距离基座表面的高度随着从流动的上游侧向下游侧而逐渐增加的方式设置有倾斜部31m，由此，在冷却风扇23与散热片31之间的空间中，从冷却风扇23流出的冷却风容易在散热器的宽度方向上移动，这也是一个理由。

在此，为了使冷却风容易在散热器的宽度方向上移动，不像本发明那样在散热片31上形成倾斜部31m，而将冷却风流通方向的散热片31的长度本身缩短，将散热片31与冷却风扇23的间隔扩大，也能够实现。但是，通常，随着散热片距离基座表面的高度增加，散热效率降低，因此，如果表面积相同，则像本发明这样在散热片上形成倾斜部，能够提高作为散热器的散热性能。

另外，通常，由强制对流产生的热传导率与风速的0.5～0.8次方成比例，在从整个基座表面大致均匀地进行散热时，与有极端的风速分布的情况相比，风速分布平均化的情况下，散热器的散热能力更高。因此，在像本实施方式这样使在各散热片之间流动的冷却风的风速平均化的散热器中，散热片表面的平均热传导率、即每单位面积的散热量增加，能够使为了将由功率模块(power module)形成的整流器11、逆变器14等发热部件的温度上升值抑制在容许值以下所需要的表面积、即重量减少。

接着，图4是表示本发明的第二实施方式的散热器的立体图，图5是该散热器的仰视图，在这些图中，对于与第一实施方式相同的部件，标注相同的符号并省略其说明。

在图4和图5所示的第二实施方式中，散热片41形成为使得位于冷却风扇23的旋转方向(箭头α)的旋转滞后侧(图5的右侧)的散热片的长度比位于旋转超前侧(图5的左侧)的散热片的长度短，并且，使旋转滞后侧的区域的散热片41f～41j的前端位置位于旋转超前侧的区域的散热片41a～41e的前端位置的下游侧。

图6是表示第二实施方式的散热器的各散热片间的风速分布测定例的图，对在图5的各散热片41a～41j间用箭头表示的流路A～K中的冷却风的风速的分布进行测定。如图6所示的那样，与图3的风速分布相比，流路J、K的风速增加，风速更加平均化。因此，在第二实施方式的散热器中，每单位面积的散热量比第一实施方式的散热器进一步增加，能够使为了将功率模块的温度上升值抑制在容许值以下所需要的表面积、即重量进一步减少。

此外，如图4和图5所示，在位于冷却风扇23的旋转的超前侧的散热片41a～41e上，以从冷却风的流通方向的上游侧向下游侧、散热片距离基座表面的高度从前端位置开始逐渐增加的方式设置有倾斜部41m，而在位于旋转滞后侧的散热片41f～41j上没有设置倾斜部。其理由是因为即使不设置倾斜部，也能够如图6所示使风速大致平均化，因此，为了使散热片的表面积增大，使散热片41f～41j的前端部分与基座表面垂直。当然，根据为了将发热部件的温度上升值抑制在容许值以下所需要的表面积，也可以在位于冷却风扇23的旋转滞后侧的散热片41f～41j上设置倾斜部41m。当在散热片41f～41j上设置倾斜部41m的情况下，能够使位于旋转滞后侧的散热片41f～41j间的风速进一步增加，并且能够进一步减轻散热器的重量。

以上，参照一些优选实时方式对本发明进行了说明。但是，应当明白，在权利要求范围内能够进行各种变更和变形。例如，以由铝压铸法制造散热器对本发明进行了说明，但本发明也能够应用于由切削(machining)或铣削(milling)等任何类型的制造方法制造的散热器结构。

Claims

1.一种散热器，其特征在于，包括：

具有第一基座端面和第二基座端面的基座；和

设置在所述基座的表面上的多个散热片，

所述散热片的前端设置在所述基座的所述表面上，使得所述第一基座端面的中央区域以外的散热片的前端比位于所述第一基座端面的所述中央区域的散热片的前端远离所述第一基座端面。

2.如权利要求1所述的散热器，其特征在于：

在至少一些散热片上，以该散热片距离所述基座表面的高度在从所述第一基座端面向所述第二基座端面的方向上增加的方式设置有倾斜部。

3.如权利要求1所述的散热器，其特征在于：

所述中央区域以外的散热片的前端距离所述中央区域越远，距离所述第一基座端面越远。

4.如权利要求1所述的散热器，其特征在于：

还包括与所述第一基座端面相邻的冷却风扇。

5.如权利要求4所述的散热器，其特征在于：

所述冷却风扇旋转方向的滞后侧的至少一些散热片的前端位于所述冷却风扇旋转方向的超前侧的一些散热片的前端的下游侧。

6.如权利要求2所述的散热器，其特征在于：

全部散热片均设置有倾斜部。

7.如权利要求1所述的散热器，其特征在于：

所述散热片为大致平坦形状的散热片，并且以规定间隔大致平行地设置在所述基座的表面上。

8.如权利要求1所述的散热器，其特征在于：

所述散热片的后端距离所述第二基座端面大致相同距离。

9.如权利要求2所述的散热器，其特征在于：

所述倾斜部与所述基座的表面之间的角度为30°～60°。

10.如权利要求1所述的散热器，其特征在于：

还包括设置在所述基座的表面上的元件安装空间。