CN101843184A - 冷却构件 - Google Patents
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Abstract
一种用于变速驱动装置(26)的冷却构件(42)。所述变速驱动装置具有一个部件(74)和一个基底，所述部件(74)在驱动装置的运行期间产生热。所述基底具有一个接收所述部件的表面、一个在所述基底表面内形成的流道(46)，以及一个在所述基底内形成且接收流经流体的通道(47，49)。流经所述通道的流体向所述部件提供冷却，以及所述基底是通过注塑成型方法制造的。
Description
相关申请的互相参引
本专利申请要求于2007年10月31日提交的题为“用于变速驱动装置和感应器的冷却系统(COOLING SYSTEM FOR VARIABLE SPEEDDRIVES AND INDUCTORS)”的美国专利申请No.11/932,479的利益，要求该美国专利申请的优先权，并且该美国专利申请的公开内容特此通过引证的方式纳入。
背景技术
本申请总体涉及变速驱动装置(variable speed drive)。更具体地，本申请涉及变速驱动装置中的一个液体冷却的功率半导体模块。
用于暖通空调及制冷(HVAC & R)工况的变速驱动装置(VSD)通常使用金属(例如铜)冷却构件或冷却块来对绝缘双极型晶体管(IGBT)半导体开关进行安装和热管理。由于与制造例如机械加工相关的高材料和劳动成本，金属冷却块非常昂贵。VSD还可以使用塑料冷却块来冷却，塑料冷却块虽然降低了材料成本，但是并没有降低劳动力成本，因为塑料冷却块也需要进行机械加工。由于其尺寸大和年使用量很低，塑料冷却块通常不适合使用注塑成型方法来制造。一个具体的冷却块的尺寸是由部件的数量决定的，所述部件例如是安装至冷却块的模块。冷却块可安装至两个或者多达六个或更多的模块。安装至冷却块的每个模块都需要在冷却块中加工多个流道以形成一个槽。因此，单个冷却块可能具有六个或者更多的槽，这取决于安装至其的模块的数量。由于冷却块的物理尺寸，使得用来形成冷却块的注塑成型方法不切实际。此外，应用范围覆盖从低功率到高功率的VSD需要具有两个到六个槽的冷却块。在这种应用中，每个单一尺寸的使用量很低，由此导致用于注塑成型每个单一尺寸的冷却块的成本很大。
发明内容
本发明的一个实施方案涉及一种变速驱动装置，该变速驱动装置具有一个在其运行期间产生热的部件，以及一个具有用于接收所述部件的表面的基底。所述基底还具有一个在其表面内形成的槽；以及一个在其内形成且配置为接收流经流体的通道。流经所述通道的流体的一部分改道到所述槽，并且所述流体向所述部件提供冷却。所述基底是通过注塑成型方法制造的。
本发明的另一实施方案涉及一种变速驱动装置，该变速驱动装置具有一个基底，该基底具有一个用于接收一部件的表面。该基底还具有一个在其表面内形成的槽，以及一个在其内形成且配置为接收流经流体的通道。流经所述通道的流体的一部分改道到所述槽，并且所述流体向所述部件提供冷却。所述基底是通过注塑成型方法制造的。
本发明的又一实施方案涉及一种变速驱动装置，该变速驱动装置具有在其运行期间产生热的至少两个部件，以及至少两个基底，该至少两个基底具有一配置为接收所述至少两个部件的表面。每个基底都具有一个在其表面内形成的槽；以及一个在其内形成以接收流经流体的通道。流经所述通道的流体的一部分改道到所述槽，并且所述流体向所述部件提供冷却。所述至少两个基底是通过注塑成型方法制造的，且所述两个基底相连接以形成一个连续的流经通道。
附图说明
图1示出了在商业环境中的暖通空调及制冷(HVAC & R)系统的一个示例性实施方案。
图2示意性地示出了可在图1中的示例性实施方案中使用的HVAC & R系统的一个示例性实施方案。
图3以分解图方式示出了带有冷却构件的变速驱动系统的一部分的一个示例性实施方案。
图4示出了根据本申请的多方面的冷却构件的一个实施方案的俯视立体图。
图5示出了根据本申请的多方面的冷却构件的一个实施方案的仰视立体图。
图6示出了根据本申请的多方面的冷却构件的一个实施方案的俯视图。
图7示出了根据本申请的多方面的冷却构件的一个实施方案的仰视图。
图8示出了根据本申请的多方面的多个相互连接的冷却构件。
图9示出了根据本申请的多方面的多个相互连接的冷却构件的仰视图。
具体实施方式
图1示出了用在典型商业环境的建筑物12中的暖通空调系统(HVAC系统)10的一个示例性环境。系统10可包括压缩机，该压缩机包含在可以供应可用于建筑物12冷却的冷却液体的冷却器14中。系统10还可包括一个锅炉16以供应可用于建筑物12供热的加热液体；以及一个空气分配系统，其使得空气在建筑物12中循环。空气分配系统可包括一个空气返回管道18、一个空气供应管道20和一个空气处理器22。空气处理器22可包括一个通过导管24连接至锅炉16和冷却器14的热交换器。空气处理器22中的热交换器可根据系统10的运行模式接收来自锅炉16的加热液体或来自冷却器14的冷却液体。示出的系统10在建筑物12的每一楼层上都带有一个单独的空气处理器，但应理解的是，这些部件可在两个或多个楼层之间共享。
图2示意性地示出了可在图1的建筑物12中使用的、带有VSD 26的系统10的一个示例性实施方案。系统10可包括压缩机28、冷凝器30、液体冷却器或蒸发器32以及控制面板34。压缩机28由电动机36驱动，而电动机36是由VSD 26供电的。VSD 26从AC电源38接收具有特定固定线电压和固定线频率的交流电，并且向电动机36提供具有期望电压和期望频率的交流电，所述期望电压和期望频率都可被改变以满足具体需求。控制面板34可包括各种不同的部件以控制系统10的运行，所述各种不同的部件例如为模数(A/D)转换器、微处理器、非易失性存储器以及接口板。控制面板34还可用于控制VSD 26和电动机36的运行。
压缩机28压缩制冷剂蒸气，并通过排出管线将所述蒸气输送至冷凝器30。压缩机28可以是任何合适类型的压缩机，例如螺杆式压缩机、离心式压缩机、往复式压缩机、涡旋式压缩机等。由压缩机28输送至冷凝器30的制冷剂蒸气与一种流体(例如，空气或水)产生热交换，且由于与流体的热交换，制冷剂蒸气经历相变而成为一种制冷剂液体。来自冷凝器30的冷凝的液态制冷剂流动通过一个膨胀装置(未示出)到达蒸发器32。
蒸发器32可包括用于冷却负载的供应管线和返回管线的连接。辅助液体——例如水、乙烯、氯化钙盐水或者氯化钠盐水——经由返回管线进入蒸发器32以及经由供应管线离开蒸发器32。蒸发器32中的液态制冷剂与辅助液体发生热交换，以降低辅助液体的温度。由于与辅助液体的热交换，蒸发器32中的制冷剂液体经历相变而成为一种制冷剂蒸气。蒸发器32中的蒸气制冷剂离开蒸发器32且通过抽吸管线回到压缩机28，以完成循环。应理解的是，在系统10中可使用任何合适结构的冷凝器30和蒸发器32，只要使制冷剂在冷凝器30和蒸发器32中获得适合的相变。
系统10可包括在图2中未示出的许多其他特征。为了图示简便，这些特征有意地被省略以简化视图。系统10可具有多个压缩机，该多个压缩机是由图2中示出的单个VSD供电的，或是由连接至一个或多个制冷回路中的每一个的多个VSD供电的。
图3示出了带有多个放置在冷却构件42上方的开关40的变速感应电动机驱动装置26的一部分。VSD 26可用于向用于不同应用或HVAC系统的电动机或压缩机提供期望功率。例如，这种电动机可驱动冷却系统的压缩机。VSD 26的开关40描述为包含3个双IGBT的Infineon模块，但需要冷却以优化运行的其他半导体器件和其他电子元件可以用该构件42进行冷却。冷却流体管道43、45分别连接至入口通道47和出口通道49，以将冷却流体引入到构件42。管道43和45连接至一个冷却系统，该冷却系统向构件42提供连续流动的冷却流体。冷却流体例如冷凝水施加给管道43，穿过构件42流动，如下文所述，并从管道45中流出。端板39可以固定至最后的冷却构件42，以引导流体从管道43流向管道45。
各种不同的冷却流体，包括水和已知的制冷剂，可被引入到冷却构件42且用来冷却电子部件。另外，各种不同的冷却系统，例如已知的热交换器，可用来冷却施加至冷却构件42以及从冷却构件42流出的冷却流体。
冷却构件42冷却用于驱动HVAC系统中的电动机或压缩机的模块。这些模块以密封的方式固定至冷却构件42。施加至冷却构件42的冷却流体优选地是以闭环的方式流动穿过冷却构件42和热交换器的水。在水被重新引入到冷却构件42之前，热交换器对其进行了冷却。优选地，所述热交换器是一个管壳式热交换器，其中来自HVAC系统的冷却塔中的水用于冷却施加至冷却构件42的水。
在一个实施方案中，如图4和5所示，冷却构件42包括一个塑料基底44，该塑料基底44具有一个在顶部表面48上形成的流道46。在替换的实施方案中，构件42可以由其他材料例如非金属材料构成。一个部件(未示出)，例如，一个半导体模块，被安装在顶部表面48上。在顶部表面48上形成的流道46提供一个用于O-型环(未示出)的空间，以密封在该部件的基底板上。基底44具有一个穿过基底44延伸的入口通道47，以及一个穿过基底44延伸的出口通道49。通道47和49具有预定的直径或替代构型60的横截面面积，所述替代构型60被定尺寸为当多个冷却构件42一起使用时，满足流速和压降的要求。例如，在一个1300hp VSD设计的示例性应用中，六个冷却构件一起使用。应理解的是，通道47和49并不限于圆形的构型。一种冷却液体，例如冷凝水，穿过通道47和49循环以向该部件提供冷却。
基底44具有一个槽41，该槽41在顶部表面48上形成以向一部件(未示出)提供冷却。流过入口通道47的一部分冷却流体改道穿过槽入口51，流经槽41，并通过槽出53排出。接着，该冷却流体流经出口通道49。冷却液体流经槽41，且与一部件(未示出)有直接接触。冷却流体与该部件进行热交换以冷却该部件。
基底44具有至少一个安装孔62用于将一部件(未示出)安装至基底44。另外，基底44可具有至少一个VSD安装孔64用于将基底44安装至具有VSD 26的一组件(未示出)。一个紧固件(未示出)，例如螺钉，可用于将基底44紧固至所述部件(未示出)和VSD 26。可使用其他类型的紧固件。基底44还具有通孔66，其用于贯穿螺栓或其他合适的紧固件以将用于多个部件的多个基底44紧固和保持在一起。当贯穿螺栓将多个基底44紧固在一起时，O-型环或其他合适的密封器件在凹槽68中压缩，这在相邻的基底44之间产生了密封。
图6和7示出了基底44的另一实施方案。基底44可能具有配合特征，例如紧固件接头70和紧固件插孔72。当多个基底被紧固在一起时，一个基底的紧固件接头70可与相邻基底上的紧固件插孔72配合，提供一种扣合式(snap-in)机构以将基底紧固在一起。这种扣合式机构还提供足够的压力在用于密封在相邻基底之间的O-型环上。冷却构件42可以通过注塑成型方法或其他合适的有成本效益的方法来制造。
图8和9示出了多个冷却构件42，该多个冷却构件42与安装在冷却构件42上的部件74相互连接以用于冷却。当一个VSD(未示出)具有不止一个部件74时，每个部件74都安装至基底44的相应表面上。如图所示的，部件74是一个带有电路板的半导体模块。例如，如果VSD具有四个部件74，则每个部件74都安装至一个分立的基底44，且每个基底44都紧固至相邻的基底。基底44可具有一个通孔66，该通孔66被设置且从侧表面54到相对的侧表面穿过基底44轴向延伸。至少一个紧固件(未示出)，例如螺钉，可在通孔66中紧固，且进入到下一个基底44的通孔，由此将多个基底相互紧固在一起。当多个基底紧固在一起时，每个基底44的通道47和49相互流体连通，从而形成一个延伸穿过所有基底的大通道。入口47和出口49可具有一个凹槽68，以接收一个O-型环(未示出)或其他合适的密封胶或者密封件。当多个基底紧固在一起时，O-型环在基底之间压缩以密封通道及防止渗漏。多个紧固件78可将部件74紧固到冷却构件42。
尽管仅示出和描述了本发明的一些特征和实施方案，但是本领域的技术人员可想到许多修改和变化(例如，在各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例；参数值(例如温度、压力等)；安装布置；材料的使用；颜色；定向等方面的变化)，而在本质上不偏离权利要求所述的主题的新颖性教导和优点。任何过程或方法步骤的次序或顺序可根据替代实施方案而改变或重新排序。因此，应理解的是，所述权利要求书旨在覆盖所有这种落在本发明真实精神内的修改和改变。此外，为了提供示例性实施方案的简要说明，也许没有描述实际实施方案的所有特征(例如，那些与实施本发明得目前所预期的最佳模式无关的特征，或那些与所要求保护的本发明无关的特征)。应理解的是，在任何该种实际实施方案的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施决策。如此的开发工作可能是复杂和费时的，但仍然是对于受益于本公开内容的普通技术人员的设计、加工和生产的常规任务，而无需过度的实验。
Claims (20)
1.一种变速驱动装置，包括：
该驱动装置的一个部件，其在该驱动装置的运行期间产生热；
一个冷却构件，其包括一个基底，该基底具有一个配置为接收所述部件的表面且还包括：
一个槽，其在该基底的所述表面内形成；
一个通道，其在该基底内形成且配置为接收流经的流体；以及
其中流经所述通道的流体的一部分改道到所述槽，其中所述流体向所述部件提供冷却，以及其中所述基底是通过注塑成型方法制造的。
2.根据权利要求1所述的变速驱动装置，包括一个流道，该流道在所述基底的所述表面内形成，该流道被配置为接收一密封件以防止流体泄漏。
3.根据权利要求1所述的变速驱动装置，包括一个入口通道和一个出口通道，其中流体通过该入口通道进入基底，且通过该出口通道流出基底。
4.根据权利要求3所述的变速驱动装置，包括一个槽入口和一个槽出口，其中位于入口通道中的流体的一部分改道通过该槽入口且流经该槽，以及其中流体通过该槽出口排出到该出口通道。
5.根据权利要求1所述的变速驱动装置，其中所述通道的横截面面积是被定尺寸为满足预定的流体流量和流体压降的要求。
6.根据权利要求1所述的变速驱动装置，其中所述基底是非金属材料。
7.一种用于变速驱动装置的冷却构件，包括：
一个基底，其具有一个配置为接收一部件的表面，该基底还包括：
一个槽，其在所述基底的所述表面内形成；
一个通道，其在所述基底内形成且配置为接收流经的流体；以及
其中流经所述通道的流体的一部分改道到所述槽，其中所述流体向一部件提供冷却，以及其中所述基底是通过注塑成型方法制造的。
8.根据权利要求7所述的冷却构件，包括一个流道，该流道在所述基底的所述表面内形成，且配置为接收一密封件以防止流体泄漏。
9.根据权利要求7所述的冷却构件，包括一个入口通道和一个出口通道，其中流体通过该入口通道进入基底，且通过该出口通道流出基底。
10.根据权利要求9所述的冷却构件，包括一个槽入口和一个槽出口，其中位于该入口通道中的流体的一部分改道通过槽入口且流经该槽，以及其中流体通过该槽出口排出到该出口通道。
11.根据权利要求7所述的冷却构件，其中所述通道的横截面面积是被定尺寸为满足预定的流体流量和流体压降的要求。
12.根据权利要求7所述的冷却构件，其中所述基底是非金属材料。
13.一种变速驱动装置，包括：
该驱动装置的至少两个部件，该至少两个部件在该驱动装置的运行期间产生热；
至少两个基底，该至少两个基底具有一个配置为接收所述至少两个部件的表面，所述至少两个基底的每个基底还包括：
一个槽，其在所述基底的所述表面内形成；
一个通道，其在所述基底内形成且配置为接收流经的流体；以及
其中流经所述通道的流体的一部分改道到所述槽，其中所述流体向一部件提供冷却，其中所述至少两个基底是通过注塑成型方法制造的，以及其中所述至少两个基底相连接以形成一个连续的流经通道。
14.根据权利要求13所述的变速驱动装置，包括一个流道，该流道在所述基底的所述表面内形成，且配置为接收一密封件以防止流体泄漏。
15.根据权利要求13所述的变速驱动装置，包括一个入口通道和一个出口通道，其中流体通过该入口通道进入基底，且通过该出口通道流出基底。
16.根据权利要求15所述的变速驱动装置，包括一个槽入口和一个槽出口，其中位于该入口通道中的流体的一部分改道通过该槽入口且流经该槽，以及其中所述流体通过该槽出口排出到该出口通道。
17.根据权利要求13所述的变速驱动装置，其中所述通道的横截面面积是被定尺寸的为满足预定的流体流量和流体压降的要求。
18.根据权利要求13所述的变速驱动装置，其中所述基底是非金属材料。
19.根据权利要求13所述的变速驱动装置，其中所述至少两个基底中的每个基底都包括一个用于接收一紧固件的通孔，以及其中所述紧固件在所述至少两个基底之间提供紧固连接。
20.根据权利要求13所述的变速驱动装置，其中所述至少两个基底中的每个基底都包括一个紧固件接头和一个紧固件插孔，所述紧固件插孔配置为接收相邻基底的紧固件接头，以及其中当一个紧固件接头被紧固在紧固件插孔中时，形成了与所述相邻的基底的一个紧固连接。
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