CN101326866A - 器具、器具的结构系列、带有壳体件的装置、方法、空气冷却器的应用和液体冷却器的应用 - Google Patents

器具、器具的结构系列、带有壳体件的装置、方法、空气冷却器的应用和液体冷却器的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种器具、结构系列和装置，包括产生热量的元件和用于散发所述热量的冷却装置，其中所述冷却装置可选择地设计成用空气运行或用水运行。特别是在用空气运行的冷却装置上形成一接口，在该接口上可安装一用水运行的冷却装置。

Description

器具、器具的结构系列、带有壳体件的装置、方法、空气冷却器的应用和液体冷却器的应用
技术领域
本发明涉及一种器具、器具的结构系列、一种带有壳体件的装置、一种方法、空气冷却器的应用和液体冷却器的应用。
背景技术
由DE 198 47 789已知一种作为带有空气冷却器的器具的逆变器(Umrichter)。其中，设计成空气冷却器的冷却装置具有冷却筋。该器具的功率受冷却装置散热效率的限制。
由DE 102 36 525 A1已知一种阀构件组，其中IGBT-模块和冷凝器通过一汇流排系统导电连接，IGBT-模块与加热棒一起安装在具有筋条的冷却体上，用于冷却的空气从这些筋旁流过。
由DE 202 00 484 U1已知一种用于构件的冷却装置，在该冷却装置中设置一被冷却剂流过的热交换器。
由DE 43 22 647 A1已知一种冷却体，该冷却体由两根梳状地相互嵌入的型材制成。
由DE 20 2004 017 950 U1已知一种用于电子构件的安装板，该安装板包括一被冷却液流过的冷却体，其中一用于与电子构件形成螺纹连接的螺母可不能旋转地(verdrehsicher)装入一在冷却体上延伸的固定装置内。
由DE 199 08 160 A1已知一种电子组件结构，该组件结构包括处理器和电源模块，它们通过一共同的支架保持在一起，在该支架上可安装风扇。
发明内容
本发明的目的是，改进功率密度高但成本低的器具的结构系列。
按照本发明，所述目的由根据权利要求1所述特征的电器具、根据权利要求25所述特征的结构系列、根据权利要求28所述特征的装置、根据权利要求30所述特征的方法和根据权利要求33、34和36所述特征的应用来实现。
本发明在电器具方面的重要特征是，包括产生热量的电元件特别是功率半导体和用于散发这些热量的冷却装置，其中冷却装置包括一空气冷却器，在该空气冷却器上安装有一液体冷却器，该空气冷却器设置在液体冷却器和产生热量的电元件之间。此外，本发明在器具方面的重要特征是，该器具包括产生热量的元件和用于散发这些热量的冷却装置，其中该冷却装置可选择地设计成用空气工作或用液体工作，例如用水工作。产生热量的元件例如是功率半导体、电阻特别是制动电阻、其它发热大的电子构件例如线圈。本发明的优点是，该器具在功率要求小时可以不用水冷，而在功大率时可配备同时附加的水冷(装置)。因此，在一种结构系列内可制造一种基本方案和一种附加方案。实现了一种所谓的模块组合系统，其中根据应用，亦即设备及其对器具的要求不同，可输出高的功率或器具可空冷和/或液冷运行。下面采用水作为液体的例子。
水冷却器也可始终理解为液体冷却器，空气冷却器可始终理解为气体冷却器。
在一种有利的改进结构中，空气冷却器包括一冷却体，该冷却体具有筋和/或指以将热量散发给从旁边流过的空气，产生热量的电元件特别是导热地连接在一基板上、内或旁，其中基板和冷却体设计成一体，冷却体具有用于与液体冷却器可拆卸连接的机械接口。因此，在冷却体中不需要两个零件之间的热传递，而是热量在其中一个零件内扩散，特别是扩散至冷却指或冷却筋内。在本发明中特别有利的是，液体冷却器可连接在包括基板和冷却筋的空气冷却器上。因此可实现三种运行方式：第一种是仅用空气冷却器空冷，第二种是在连接水冷却器的情况下仅通过该水冷却器冷却，第三种是在连接水冷却器的情况下通过空气冷却器和水冷却器冷却。在第二种变型方案中，热量不向周围空气散发。基板和冷却体的一体设计与可用水冷却器更换空气冷却器的方案相比具有额外的优点，即可以避免在产生热量的电或电子元件和空气冷却器之间的可拆卸的接口或热传递部位。由此使空气冷却器在不带水冷却器运行时的冷却效率与带这种接口的空气冷却器相比显著提高。特别是避免接口或材料交界对于改善不利于向周围空气散热的空气冷却器的冷却效率特别有利。
在一种有利的实施例中，基板与冷却筋或冷却指设计成一体。在此重要的是，冷却体设计成一体，因此只有尽可能少的、甚至没有热传递。也就是说，只存在从产生热量的元件向空气冷却器的热传递。在附加装上水冷却器的情况下，还存在从空气冷却器向水冷却器的热传递。
在一种有利的改进结构中，机械接口包括用于安装液体冷却器的底板。在一种有利的改进结构中，水冷却器装在底板上。其优点是，用底板确定一可方便加工的接口，该接口提供向水冷却器的良好的热传递，特别是通过形成一对于水冷却器的固定产生足够强度的平接触面。
在一种有利的实施例中，水冷却器能可拆卸地连接在冷却体上。其优点是，可选择附加连接或不连接水冷却器。在此，选择取决于对于器具所要求的功率密度，亦即单位器具体积的功率。除空冷外，同时可以进行水冷，或仅进行水冷。通过附加的水冷可散发比仅用空冷显著多的发热量。
在一种有利的实施例中，器具包括一冷却体，该冷却体具有筋或指以向从旁边流过的空气散发热量。其优点是，规定了大的散热表面，因此在冷却体内保持低的平均温度。
在一种有利的改进结构中，水冷却器包括一冷却器板，在该冷却器板内形成平行分布的冷却剂通道，这些冷却剂通道优选通过连接件和/或封闭件连接至冷却剂通道系统，特别是这里冷却剂通道设计成孔和/或凹槽。水冷却器优选设计成至少三件式，其中设有一冷却器板作为中间件，在该冷却器板中有利地用简单的加工方法加工平行分布的冷却剂通道。水冷却器还包括连接这些冷却剂通道并以此将水冷却器接入冷却剂回路的连接件。这些冷却剂通道有利地可以串联或并联连接。也可以考虑组合连接。在一种改进结构中，代替孔也可设置其它的横截面轮廓如正方形轮廓，特别是当冷却器板用连铸法加工时。
在一种有利的改进结构中，水冷却器包括一冷却器板，在该冷却器板内形成用于容纳和/或导通冷却液的凹部，其中空气冷却器的底板至少部分地形成用于凹部的壳体。其优点是，可实现方便的制造。因为可以放弃复杂的孔，而是可将凹槽做成压铸件。其中凹槽有利地这样设置，使得在理想的情况下形成一平面图形。通过冷却液和空气冷却器底板之间的直接接触进一步改善了热量从产生热量的元件的排出，亦即冷却效率。
在一种有利的改进结构中，代替凹槽或作为凹槽的补充，形成适合于容纳和导通冷却液的、其它几何形状的凹部。在这种情况下，空气冷却器底板的一部分至少部分地形成用于凹部的壳体，并通过装上水冷却器形成冷却液通道。可选择的几何形状的例子包括圆形凹部、矩形凹部和带有不同程度分支的不规则凹部。
在一种有利的改进结构中，冷却器板的凹部设计成之字形/回形槽，所述之字形槽通入设置在冷却器板的侧壁或背壁中的连接装置特别是连接管，以与冷却剂设备连接。之字形槽有利地使热量很好地从冷却器板传递给冷却剂。
在一种有利的改进结构中，底板具有设计得与冷却器板的凹部相配的突起部，特别是用于密封地封闭凹部和/或作为定心辅助结构。这些突起部有利地促使冷却液在从其旁边流过时产生涡流，从而使冷却液充分混和。由此改善了冷却液的吸热(量)，并最佳地充分利用冷却液。
在一种有利的改进结构中，底板通过冷却筋和/或冷却指设计成与基板隔开一段距离。其优点是，冷却筋和/或冷却指可用于第二和第三种功能，即与水冷却器的导热连接和机械连接。
在一种有利的改进结构中，在冷却体的基板上形成冷却筋和/或冷却指，另外在基板上设置一底板，以建立与该底板的连接，其中底板和基板设计成一体。其优点是，提供一种可替代的结构几何形状，在该结构几何形状中底板与基板特别牢固地连接。因此，有利地使水冷却器可靠地固定在空气冷却器上，并使冷却指和/或冷却筋不受机械载荷和可以有利地设计成细薄的(filigran)。
在一种有利的改进结构中，基板与冷却筋或冷却指设计成一体。从而使热量在没有可避免的材料交界的情况下从产生热量的元件传递到冷却指上。通常，本发明的优点是，可放弃不同的材料交界，然而在比较低的零件费用的情况下通过可配置的冷却装置实现大的方案多样性。特别有利的是，通过模块化结构可后续地，亦即在器具构造后通过简单的改装提高冷却效率。
在一种有利的改进结构中，在水冷却器和冷却体之间设置导热膏或导热膜。其优点是，可减小导热阻力。作为材料这里可优选给出石墨或铝-石蜡涂层(Aluminiumwachsbeschichtung)等。
在一种有利的改进结构中，机械接口和用于连接的元件构造成，使水冷却器和冷却体可在接触面上基本上平坦贴合地连接。由此实现特别好的热传递，并提供高的冷却效率。
在一种有利的实施例中，机械接口和用于连接的元件构造成，使水冷却器和冷却体可在接触面上基本上平坦贴合地连接。其优点是，可无空隙地特别是无气孔等地实现热传递。
在一种有利的改进结构中，用于连接的元件包括夹紧元件。其优点是，可迅速而方便地连接水冷却器。特别是可将水冷却器压紧在冷却器的底板上。在此，压紧这样实现，即夹紧元件引起尽可能均匀的贴合。
在一种有利的改进结构中，冷却体和/或冷却器板可制成挤压型材或压铸件。因此可实现冷却器板和/或冷却体的方便的加工。此外，空腔沿拉延方向或挤压方向定向，因此空气和/或冷却剂可沿这个方向流通。
在一种有利的改进结构中，冷却体包括在基板和底板之间的冷却筋，该底板设置成与水冷却器连接。其优点是，提供了一种紧凑的结构形式。此外优点是，热量可从基板经过冷却筋传到底板上，在此热量或者可散发到从筋旁流过的空气中，或者可从底板借助于接触安装的水冷装置进一步散出，其中在接触区内可设置导热膏。
或者代替冷却筋，为冷却体配备冷却指。从而可有利地实现各向同性的冷却能力，亦即特别是对于对流流动的冷却空气不存在优先方向。
在一种有利的改进结构中，冷却体包括在一基板上的冷却筋，一底板装在或一体形成在该基板上，该底板用于与水冷却器连接。其优点是，热量可从基板通过冷却筋传送给空气，这里底板设置在侧面。因此可实现水冷却器的其它的相对布置形式。此外其优点还有，提供了一种可选的结构几何形状，在这种结构几何形状中底板不影响冷却空气的对流。因此这种冷却体可以在大的功率范围内用作唯一的空气冷却器。
在一种有利的实施例中，设置一风扇，以产生沿冷却体的筋的气流。其优点是，可以在空气冷却的冷却工作方式下改善从筋向流经的空气的热传递。在采用水冷工作方式时，热的外界空气从筋旁流过并将其热量向这些筋散发，这些筋便将热量继续传输给更冷的水冷却器。
在一种有利的改进结构中，器具设置在一封闭的空间区域内，因此来自该空间区域内的空气的热量连同元件的热量可通过筋和水冷却器散发。其优点是，所述器具可以在围绕该器具的空气比筋或筋的至少大部分热的条件下使用。因此热量便传输给底板并从底板传给水冷却器。
在一种有利的改进结构中，在空间区域内设置其它的器具，所述其它的器具具有向该空间区域的空气散发热量的元件。其优点是，其它器具可被第一器具间接冷却。这有这样的优点，即装置的空间区域，例如配电箱/开关柜内部，可用其空气吸收热量。热量便可通过器具的水冷却器和筋散发。但空间区域空气的热量的另一部分也可通过装置的壳体向其周围环境散发。因此所有热量不必都通过具有水冷却器的器具散发。
在改进结构中，装置以其壳体件围成一空间区域，在该空间区域内设置产生热量的器具，其中热量或热量的一部分可向被该空间区域包围的空气散发，其中器具中的至少一个包括水冷却器，该水冷却器可与该器具的冷却装置特别是空气冷却器的冷却筋可拆卸地导热连接。装置特别是配电箱。其优点是，一旦该配电箱内的空气比筋的平均温度热，便也可以用该器具冷却其它的配电箱器具。
在一种有利的改进结构中，器具包括电子信号装置，该电子信号装置设计成使得该电子信号装置的热量可以向周围的空间区域散发。其优点是，电子信号装置也可以通过水冷却器冷却，尽管为此只需要周围空气，而不需要其它专用的使热流转向的元件。
在一种有利的改进结构中，器具包括逆变器、电子信号装置和给电机供电的功率电子装置。其优点是，可在逆变器的一种类型的壳体内设置具有不同发热量的不同功率等级，并可根据需要在部分配备有冷却功能的壳体上安装一附加的水冷却装置。
在一种有利的实施例中，器具包括电子器具，例如不间断的供电装置、变频器或逆变器、电子信号装置和用于给电机供电的功率电子装置。其优点是，在装上水冷却器的情况下可实现非常高的单位体积的功率。
在一种有利的实施例中，器具包括控制装置、逆变器、软起动装置、电机起动器，或者具有通断或影响/调制电机电流的电子装置，其中器具包括电子信号装置和功率电子装置。其优点是，也可以采用用于影响电流的其它器具。
在一种有利的改进结构中，器具具有控制装置、逆变器、软起动装置、不间断的供电装置、备用发电机组或变频器、电机起动器或者通常具有通断或影响电机电源的电子装置，其中器具包括电子信号装置和功率电子装置。其优点是，本发明可用于通常发热高的应用领域。
在一种有利的改进结构中，基板附加地包括连接元件，用于与壳体件形锁合地连接，特别是还用于通过所述壳体件向外界环境发散部分热量。其优点是，器具可构造成用于驱动系统的模块组合的一部分。
本发明结构系列的重要特征是，规定这样的变型方案，其中该结构系列的变型方案分别包括特别是根据上述权利要求中至少一项的电器具，其中
-在结构系列的第一种方案中，电器具设置有空气冷却器，
-在结构系列的第二种方案中，电器具可用装在空气冷却器上的液体冷却器工作。
其优点是，可选择安装或不装用于提高器具功率密度的水冷却器。因此，可用唯一一个小的附加件即水冷却器制造具有不同功率的两种结构系列变型方案。但总共可实现三种运行方式。在第一种方式中只有空气冷却器工作，在第二种方式中只有安装在空气冷却器上的水冷却器工作，其中热量通过空气冷却器的冷却体流向水冷却器，在第三种工作方式中两个冷却器都工作，以提高冷却效率或者特别是冷却器具周围的空气。
在一种有利的改进结构中，根据所要求的功率密度的不同，器具除空冷装置外还可配备水冷装置，其中空气冷却器具有与水冷却器可拆卸连接的机械接口。
在一种有利的改进结构中，在第一种或第二种变型方案中在空气冷却器上可分别安装一风扇。从而在可实现的冷却效率等级方面进一步增大变型方案的多样性。
本发明在装置方面的重要特征是，壳体件围成一个空间区域，在该空间区域内设置产生热量的电器具，其中部分热量可散发给被该空间区域包围的空气，其中电器具中的至少一个包括一水冷却器，该水冷却器可与电器具冷却装置的特别是电器具空气冷却器的冷却筋可拆卸地导热连接，特别是通过一与冷却筋或冷却指连接的底板直接或间接地连接。从而通过所述空间区域内的空气，该水冷却器可用于间接冷却。
在一种有利的改进结构中，装置是一配电箱。其优点是，由空气冷却器和水冷却器组成的组合冷却装置可附加用于冷却配电箱内部。
本发明在用于冷却逆变器的方法方面的重要特征是，逆变器包括至少一个液体冷却器和一个空气冷却器及功率半导体，其中功率构件的热量经过空气冷却器的冷却体传给液体冷却器。其优点是，描述了一种用于逆变器的新型冷却方法，其中一方面在功率小时逆变器通过空气冷却器冷却，而另一方面具备接通水冷却器的可能性，这不影响空冷。
在一种有利的改进结构中，用水作冷却液。其优点是，可以采用廉价的冷却液。
在一种有利的改进结构中，功率半导体连接在基板上、内或旁，该基板与冷却体的冷却筋或冷却指构造成一体，其中热量在基板和冷却筋或冷却指之间没有热转移地扩散。其优点是，空气冷却器的冷却效率不会由于可避免的材料交界而降低。
本发明在空气冷却器应用方面的重要特征是，空气冷却器被用作产生热量的元件和液体冷却器之间的热桥，特别是其中在空气冷却器和液体冷却器之间设有用于可拆卸连接的机械接口。其优点是，可给空气冷却器设置第二功能，即在需要时与水冷却器导热连接。
本发明在空气冷却器应用方面的重要特征是，设置一包括液体冷却器和产生热量的元件特别是功率半导体的器具，特别是逆变器，其中空气冷却器将热量从产生热量的元件特别是功率构件导向液体冷却器。其优点是，根据发出功率的不同，逆变器的热量可通过空气冷却器或水冷却器散发，其中冷却方法之间的转换可通过简单的安装工步实现。
在一种有利的改进结构中，空气冷却器将由产生热量的元件吸收的热量的大部分(特别是90％或更多)或全部引导到液体冷却器上。其优点是，水冷却器使器具有效地冷却。附加地，可避免周围空气发热，特别是在装在配电箱内的情况下。
本发明在液体冷却器应用方面的重要特征是，液体冷却器特别是这样设置在器具的空气冷却器上以提高冷却效率，使得空气冷却器将由产生热量的元件吸收的热量的大部分或全部引导到液体冷却器上。
在电器具的一种有利的实施例中，产生热量的元件是功率模块和/或功率半导体。其优点是，特别是还可设置功率电子装置，以控制大的功率如数卡瓦的电机。可替代地，元件是制动电阻或者它们用在变频器或不间断的供电装置中。也就是说，本发明的装置是这样的电子器具，该电子器具至少包括通过冷却体冷却的功率构件。
其它优点由从属权利要求得到。本发明不局限于权利要求的特征组合。对于本领域技术人员来说，特别是从目的提出和/或通过与现有技术的比较而提出的目的可以得出权利要求和/或各权利要求特征和/或说明书中和/或附图中的特征的其它有意义的组合可能。
附图说明：
现在借助于附图详细说明本发明。图中示出：
图1示出具有空气冷却器和安装的水冷却器的电器具，
图2示出图1中的具有附加安装的风扇的电器具，
图3示出具有空气冷却器和安装的水冷却器的另一电器具，
图4a示出在按图1的器具中的用于安装水冷却器的机械接口，
图4b示出按图1的器具的剖视图，
图5示出用于装在空气冷却器机械接口上的水冷却器的原理图，
图6a示出用于装在空气冷却器机械接口上的另一水冷却器的斜视图，
图6b示出在按图6a的水冷却器在安装状态下面向机械接口的一侧上的俯视图，
图6c示出按图6a的水冷却器的剖视图。
具体实施方式
在图1中示出本发明装置的一部分。
这里涉及一种可空冷运行的电子器具。在该电子器具中包括热源，例如包含电子功率半导体的功率模块7或功率半导体，其热量向一冷却装置散发。该冷却装置包括一带有冷却筋5的冷却体。
在按照图1的实施例中，冷却筋5设置在基板6和底板4之间。
冷却体可制成挤压型材，特别是由铝制成。因此它可以经济地制造，并且空气可以沿拉延方向沿着筋条流动，从而吸收热量。
冷却筋5特别是设计成丝状挤压型材，其上下侧面区域分别加厚制成并相互压紧和/或焊接，以便由顶面区域形成基板6，而由底面区域形成底板4。
底板4设计成这样，使得创造一机械接口，以安装在一包括冷却器板13、连接件11和封闭件12的水冷却器3上。用于水的输入管1和回流管2安装在连接件11上，如图1中可见。
因此，器具能以仅空冷的方式在第一种较经济的运行方式下使用，以及能以水冷的方式在第二种较昂贵的运行方式下运行。
在第一运行方式下，器具借助于其底板安装在一壁例如配电箱内壁或机壁上，用空气冷却，并仅具有第一种最大许可功率。
在第二种运行方式下，同样的器具借助于其底板安装在水冷却器3即冷却器板13上，然后以其下侧安装在一壁例如配电箱内壁或机壁上，并仅具有第二种最大许可功率，当水冷和空冷同时运行时，该第二种最大许可功率远大于第一种功率。当仅水冷运行时，热量由产生热量的元件通过用于空冷的冷却体流向水冷却器，然后随流经该水冷却器的水一起散出。
因此器具的同一个电子装置和同一个壳体可用于两种不同的功率等级，其中在较高的功率等级下仅须设置一附加的水冷却器。但是更重要的是，在仅水冷时虽然不能实现更高的功率等级，但热量不散发给直接围绕器具的空气，而是通过水冷却器散发。
也就是说，通过安装水冷却器，用本发明可实现不仅通过空气还用水冷却可空冷的器具。这里重要的是，在安装水冷却器的情况下热量经过空气冷却器的冷却体流向水冷却器。
重要的还有，在水冷却器和空气冷却器的冷却体的底板之间的接触面上设置一机械接口，即这两个部件可相互连接。
图4a示出图1中的可空冷的器具，其中拆掉了水冷却器。功率模块7装在基板6上。在功率模块7和基板6之间的连接面上涂有导热膏。
基板6通入冷却筋5。由此形成了用于功率模块7的空气冷却器。因此对于每个功率模块7，在冷却筋5和功率模块7之间形成一用于流出热量的热通路即热桥，该热通路仅跨越一个材料交界——功率模块7和基板6之间的连接面。从而提供一种冷却功率大的空气冷却器。
冷却筋5的背向基板6的末端分别与底板4连成一体。
底板4的背向冷却筋5的一侧具有一平的接触面41。该接触面41加工成这样，使得可以安装水冷却器，这里接触面41和水冷却器之间的热传递阻力很小。特别是接触面特别平，并可通过特别精心的磨削或更好的方式达到好的表面质量。
底板4具有孔42，螺钉可拧入这些孔内，以安装水冷却器。所用的水冷却器具有设计成与接触面41相配的接触面。因此在接触面之间的过渡处实现了小的热传递阻力。通过在接触面之间使用导热膏进一步减小这种热传递阻力。
图4b示出图4a中的空气冷却器，以及安装的、设计成三件式的水冷却器3。该水冷却器3包括一冷却器板，在该冷却器板内设有平行分布的冷却剂通道43，以导通冷却液。这些冷却剂通道43通过连接件11和封闭件13在其相应的末端处相互成对连接，以形成之字形分布的冷却剂通道。为此，在连接件11和封闭件13内设有相应的凹部。因此，可通过将冷却剂通道连接在冷却剂循环回路上而使水冷却器3工作。
在一种可选的实施例中，平行分布在冷却器板内的冷却剂通道通过装在冷却剂通道端口侧上的连接件这样连接，使得冷却剂通道形成并联。在这种实施例中，在一个连接件上设置一来自冷却剂循环回路的输入管，而在另一个连接件上设置通向冷却剂循环回路的回流管。
连接件以及有时还有封闭件与冷却器板材料接合地(stoffschlüssig)连接和/或通过汇流排系统和/或沟槽系统形锁合地(formschlüssig)保持。或者设置水冷却器三个部件的可拆卸的连接。
在一种改进结构中，孔42还可从面向冷却筋5的一侧接近。因此孔42可用于将空气冷却器装在壁上，例如通过采用其螺纹直径小于孔42的内径净宽的螺钉。
在另一个实施例中，底板不是设计成平的，而是具有其它几何形状，该几何形状引起与产生热量的元件良好的导热接触。
在另一个实施例中，连接管不是装在冷却器板侧面，而是装在其背面上。可替代地，连接管装在冷却器板的不同侧面上。
在另一个实施例中，连接管设计成螺纹孔，冷却管可拧入该螺纹孔内以连接在冷却剂设备上。
图6a示出本发明水冷却器的另一实施例，该水冷却器可与空气冷却器的底板4连接。冷却器板60具有一凹槽61，该凹槽通入用于连接冷却回路的连接管63内。此外，冷却器板60具有一平的、磨削过的表面68，该表面形成到空气冷却器底板4的机械接口。该机械接口借助于螺钉压紧在底板4的设计得同样平的面上，以安装水冷却器。这些螺钉以规则的间距，优选2cm至约15cm的间距设置，以产生均匀的压紧力和可靠的密封。由此凹槽61被封闭，并形成一封闭的冷却剂通道，该冷却剂通道与连接管63连通并特别适合于导通冷却液。
在可选的改进结构中，根据冷却器板的材料性能特别是弹性，设置较大的螺钉间距。
图6b示出水冷却器在磨削表面68和带有突起部64的槽底67上的俯视图。
图6c示出沿图6b中A-A线的剖面。所示的一段槽61通过通道69与相邻的一段槽61连接，从而形成一之字形分布的槽61，如图6a和6b所示。突起部64以规则间距设置，并具有小于槽61深度一半的高度。突起部64的间距选择得大于突起部64的纵向尺寸，即沿凹槽方向的尺寸。
在一种可选的实施例中，突起部以不规则的布局设置和/或其各纵向尺寸不规则地分布。
在一种改进结构中，底板附加地具有定心元件如凹槽、凸起和/或台阶，水冷却器具有设计成与之相配的定心元件。因此可将水冷却器和空气冷却器方便地安装在规定的相对位置上。定心元件优选设计成这样，使得用于连接水冷却器和空气冷却器的螺钉免受剪切载荷。在一种可选方案或改进结构中，水冷却器的冷却器板具有这种定心元件，而空气冷却器的底板设计成之相对应。
在一种可选的实施例中，水冷却器可借助于夹紧装置安装在空气冷却器的底板上。夹紧装置特别包括卡箍、杠杆和钩，其中卡箍被放入钩内以进行夹紧，并通过一与卡箍连接的杠杆的翻转将水冷却器压紧在底板4上。从而提供快速的安装可能。
在一些改进结构中设有其它的固定元件，例如夹箍或卡合机构，以将冷却器板固定在底板上。
在一种可选的实施例中，水冷却器以一侧装入底板的槽形凹部内，而以另一侧可拆卸地固定在底板上，例如通过所述类型的夹紧装置或通过螺钉连接。
在其它实施例中，底板和冷却器板之间的机械接口不是设计成平面，而是设置其它几何形状，用该几何形状使底板和冷却器板之间良好地导热接触。例如机械接口沿假想球面的一部分分布。
图5示出水冷却器的一种可选实施例。图中示出水冷却器在一个面上的俯视原理图，该面规定用于和空气冷却器的底板连接。
水冷却器包括一冷却器板50，在该冷却器板中形成有之字形凹槽51。该凹槽51在其末端通入孔52内，而该孔52本身终止于连接管53。冷却回路可通过连接管53与水冷却器连接。
如果冷却器板50以其带有槽的面固定在空气冷却器的底板4上，那么现在被封闭的凹槽51便构成一与连接管53相连接的封闭通道。从而水冷却器在安装位置准备好工作，并可以通过连接管供给冷却液例如水。
通过在水冷却器内不完整地形成冷却剂通道，可以降低水冷却器的制造成本。
冷却器板50内的孔56接纳螺钉，通过这些螺钉可连接水冷却器与空气冷却器的底板4。
冷却器板50具有环形密封件55形式的密封装置。在一种改进结构中，该密封件55放置在一未示出的凹槽内或构造成乐泰(Loctite)胶带。使用凹槽的优点是，在安装水冷却器时放入的O型圈被以规定的方式挤压。从而防止O型圈被不合理地使用并由此导致损坏，提供了可靠、牢固的密封。
水冷却器特别是冷却器板优选用铸铝法制造。
在一些可选实施例中，水冷却器由铜制成。
在一种有利的改进结构中，凹槽51的槽底57具有突起部54。这些突起部使流过的冷却剂产生涡流，从而提高冷却效率。
在一种改进结构中，底板具有突起部，这些突起部配合在冷却器板的槽形凹部中并部分填满这些凹部。从而将凹部密封地封闭，并形成冷却剂通道。此外底板上的突起部在冷却器板装在底板上时起辅助定心作用，并在安装状态下使固定元件卸荷。突起部的几何形状优选设计成这样，使得通过将冷却器板压紧在底板上使冷却剂通道密封地封闭。
在按图3的可选实施例中，同样设有一本身可安装在基板31上的水冷却器34。为此该基板设计成T形，使得水冷却器可装在侧面。这里基板31不仅包括冷却筋32，还包括用于与壳体件形锁合连接的连接元件33，即另一机械接口。产生热量的元件特别是功率半导体装在基板31的背面上。如果采用金属壳体件，则另一部分热量可通过这些金属壳体件向周围环境散发。基板本身也至少部分地形成壳体。
水冷却器设计成三件式，其中在冷却器板38内部设置冷却剂通道，并在端面上安装一连接件36和一封闭件37。连接件36使冷却剂通道相互连接，并与冷却剂循环回路的输入管1和回流管2连接。封闭件37使冷却剂通道相互连接。冷却器板38、封闭件37和连接件36相互材料接合地特别是通过焊接或粘接连接。
设置一铣削部35，以接纳风扇。从而可形成另一种变型方案，在该变型方案中借助于风扇提高空气冷却器的冷却效率。
在一种可选实施形式中，水冷却器设计成一体。
在按照本发明的第一实施例中，器具是工业应用的逆变器。该逆变器给电机供电并控制该电机。为此，逆变器具有电子信号装置，该电子信号装置设计成具有相对于功率电子装置的热防护屏。该热防护屏可通过导热性比金属差的导热材料形成，和/或通过相应规定的空气运动，即分隔与功率电子装置和信号电子装置接触的气流。
在按照本发明的另一实施例中，器具用于向一初级导线系统(
Figure A20068004597700201
)供给中频电流，在该初级导线系统上设有可运动地布置的负载，该负载可由与初级导线系统感应耦合的次级线圈供电。
在按照本发明的另一实施例中，器具是软起动装置或电机电流切换装置或具有功率级的控制装置。或者，器具也可以是电子器具例如不间断的供电装置，亦即备用发电机组等，或变频器或者整流器。
在按照本发明的一个实施例中，器具设置在配电箱或其它空气封闭的空间区域内。这里带有冷却筋5的冷却体承担另一功能，即冷却器具周围的空气，亦即例如配电箱内的空气。从而还可借助于通过冷却筋向水冷却器散发的热量冷却设置在配电箱内的其它电子器具。
如图2所示，在按照本发明的另一实施例中这样设置一电机驱动的风扇20，使得可主动驱动和/或控制沿冷却筋的气流。从而在第一运行方式下可实现更大的最大许可功率，因为空气不仅被对流驱动地流动，而且单位时间内有更多的空气量流过空气冷却器。在第二运行方式下，同样可实现更高一些的功率。但还可以附带冷却器具周围的空气，亦即可冷却其它器具。
按照图2的风扇20连同另两个风扇设置在一个风扇模块内，该风扇模块可与冷却器特别是冷却器的筋条5力锁合(kraftschlüssig)和/或形锁合地连接。
在按照本发明的另一实施例中，器具的信号电子装置的热量可向外界环境排出。这可通过一冷却体直接或间接地进行。因此，如果器具安装在一配电箱或封闭空间区域内，则信号电子装置又可通过周围空气冷却，而周围空气又可通过器具的空气冷却器的冷却筋冷却，因为该空气冷却器被水冷却器冷却。
在按照本发明的另一实施例中，水冷却器设计成比包括冷却筋5的空气冷却器更具机械弹性。此外，用于可拆卸地连接水冷却器和空气冷却器的元件设计成这样，使得在连接时板3平坦地放置在底板4上。在两个板之间可以设置导热膏或导热膜。这些元件包括穿过空气冷却器并可拧紧在水冷却器上的连接螺钉。可替代地，设置夹紧元件作为连接元件，这些夹紧元件这样设置，使得弹性较好的板3被压紧在底板4上，这时实现尽可能均匀的贴合。在改进结构中，夹紧元件包括夹紧钩或其它的夹紧元件。
在按照本发明的另一实施例中，与图1不同，冷却体由铜型材制成。
按照未决的专利申请DE 10 2006 020 801的冷却系统的特征可有利地与这里介绍的由空气冷却器和水冷却器组成的冷却装置的特征相组合。在这方面参看DE 10 2006 020 801，其有关公开内容特别是作为这些所述冷却系统的实施例和改进结构而纳入本说明书的内容。
附图标记表
1        输入管
2        回流管
3、34    水冷却器
4        底板
5、32    冷却筋
6、31    基板
7        功率模块
11、36   连接件
12、37   封闭件
13、38   冷却器板
20       风扇
33       用于和壳体件形锁合连接的连接元件
35       铣削部
41       接触面
42       孔
43       冷却剂通道
50、60   冷却器板
51、61   凹槽
52       孔
53、63   连接管
54、64   突起部
55       密封件
56       孔
57、67   槽底
68       表面
69       通道

Claims (37)

1.一种电器具，包括产生热量的电元件特别是功率半导体和用于散发所述热量的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置包括空气冷却器，在该空气冷却器上安装有液体冷却器，其中该空气冷却器设置在所述液体冷却器和所述产生热量的电元件之间。
2.根据权利要求1所述的器具，其特征在于，所述空气冷却器包括冷却体，该冷却体具有筋和/或指，以向从旁边流过的空气散发热量，所述产生热量的电元件特别是导热地连接在基板上、内或旁，其中该基板与所述冷却体设计成一体，所述冷却体具有用于与液体冷却器可拆卸地连接的机械接口。
3.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，所述机械接口包括一底板，以安装液体冷却器。
4.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，在所述底板上安装有水冷却器。
5.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，所述水冷却器包括冷却器板，在该冷却器板内形成平行分布的冷却剂通道，所述冷却剂通道优选通过连接件和/或封闭件连接成冷却剂通道系统，特别是其中所述冷却剂通道设计成孔和/或凹槽。
6.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，所述水冷却器包括冷却器板，在该冷却器板内形成用于容纳和/或导通冷却液的凹部，其中空气冷却器的底板至少部分地形成用于所述凹部的壳体。
7.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，所述冷却器板的凹部设计成之字形槽，所述之字形槽通入装在冷却器板侧面或背面上的连接装置特别是连接管，以连接在冷却剂设备上。
8.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，所述底板具有突起部，所述凸起部设计成与冷却器板的凹部相配，特别是用于密封地封闭凹部和/或作为定心辅助结构。
9.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，所述底板通过冷却筋和/或冷却指设计成与基板隔开。
10.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，在所述冷却体的基板上形成冷却筋和/或冷却指，另外设置一底板以建立与该底板的连接，其中特别是底板和基板设计成一体。
11.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，所述基板与冷却筋或与冷却指设计成一体。
12.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，在水冷却器和冷却体之间设置导热膏或导热膜。
13.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，所述机械接口和用于连接的元件设计成，使得水冷却器和冷却体可在接触面上基本上平坦贴合地连接。
14.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，所述用于连接的元件包括夹紧元件。
15.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，所述冷却体和/或冷却器板可制成挤压型材或压铸件。
16.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，所述冷却体包括在基板和底板之间的冷却筋，该底板用于与水冷却器连接。
17.根据上述权利要求1至10之至少一项所述的器具，其特征在于，所述冷却体在基板上包括冷却筋，在该基板上安装或一体形成一底板，该底板设置成与水冷却器连接。
18.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，设置一风扇以产生沿冷却体的筋的气流。
19.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，所述器具设置在一封闭的空间区域内，使得来自该空间区域空气的热量连同元件的热量可通过筋和水冷却器散发。
20.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，在所述空间区域内设有其它的器具，所述其它的器具具有向所述空间区域的空气散发热量的元件。
21.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，所述器具包括信号电子装置，该信号电子装置设计成使该信号电子装置的热量可向周围空间区域散发。
22.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，所述器具是包括信号电子装置和用于给电机供电的功率电子装置的逆变器。
23.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，所述器具是控制装置、逆变器、软起动装置、不间断供电装置、备用发电机组或变频器、电机起动器或者具有通断或影响电机电流的电子装置，其中所述器具包括信号电子装置和功率电子装置。
24.根据上述权利要求之至少一项所述的器具，其特征在于，所述基板附加地包括连接元件，用于与壳体件形锁合地连接，特别是还用于通过所述壳体件向外界环境散发部分热量。
25.电器具的结构系列，其中该结构系列的变型方案分别包括特别是根据上述权利要求之至少一项所述的电器具，其特征在于，
-在该结构系列的第一种变型方案中，电器具配备有空气冷却器。
-在该结构系列的第二种方案中，电器具可用安装在所述空气冷却器上的液体冷却器工作。
26.根据上述权利要求之至少一项所述的器具的结构系列，其特征在于，根据所需功率密度的不同，所述器具除空冷外还可配备水冷，其中空气冷却器具有用于与水冷却器可拆卸地连接的机械接口。
27.根据上述权利要求之至少一项所述的器具的结构系列，其特征在于，在第一种和第二种变型方案的一种变型方案中可分别在空气冷却器上安装风扇。
28.一种具有壳体件的装置，所述壳体件围成一空间区域，在该空间区域内部设有产生热量的电器具，其中部分热量可向被所述空间区域包围的空气散发，其特征在于，电器具中的至少一个包括一水冷却器，该水冷却器可与该电器具的冷却装置的特别是该电器具的空气冷却器的冷却筋可拆卸地导热连接，特别是直接或间接通过与冷却筋或冷却指相连接的底板。
29.根据上述权利要求之至少一项所述的装置，其特征在于，所述装置是配电箱。
30.一种用于冷却逆变器的方法，其中所述逆变器包括至少一个液体冷却器和一个空气冷却器及功率半导体，功率构件的热量通过空气冷却器的冷却体被导向液体冷却器。
31.根据上述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，采用水作为冷却液。
32.根据上述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述功率半导体连接在基板上、内或旁，该基板与冷却体的冷却筋或冷却指设计成一体，其中热量在基板和冷却筋或冷却指之间没有热量转递地扩散。
33.空气冷却器作为在产生热量的元件和液体冷却器之间的热桥的应用，其中特别是在空气冷却器和液体冷却器之间设置一用于可拆卸连接的机械接口。
34.空气冷却器在器具特别是逆变器上的应用，其中器具特别是逆变器包括液体冷却器和产生热量的元件特别是功率半导体，其特征在于，所述空气冷却器将热量从产生热量的元件特别是功率构件导向液体冷却器。
35.根据权利要求34所述的空气冷却器的应用，其特征在于，所述空气冷却器将由产生热量的元件吸收的热量的大部分或全部引导到液体冷却器上。
36.液体冷却器的应用，其特征在于，所述液体冷却器特别是这样设置在器具的空气冷却器上以提高冷却效率，即空气冷却器将由产生热量的元件吸收的热量的大部分或全部引导到液体冷却器上。
37.根据权利要求32或33所述的应用，其特征在于，所述空气冷却器具有用于安装液体冷却器的接口。
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