CN102640582B - 冷却构件 - Google Patents

Abstract

公开了用于变速传动装置的冷却构件。该冷却构件包括：至少两个通道，每个通道包括至少一个进口和至少一个出口；第一通路，被配置为通过各个通道的所述至少一个进口提供流体到所述至少两个通道；第二通路，被配置为接收来自所述至少两个通道中的每个通道的所述至少一个出口的流体；以及，连接器，将所述冷却构件连接至第二冷却构件。

Description

冷却构件

相关申请的交叉引用

本申请是2007年10月31日提交的、名称为COOLINGSYSTEMFORVARIABLESPEEDDRIVESANDINDUCTORS（用于变速传动装置和感应器的冷却系统）的美国专利申请No.11/932,479的部分继续申请，并且是2008年3月28日提交的、名称为COOLINGMEMBER（冷却构件）的美国专利申请No.12/057,787的部分继续申请，上述两个美国专利申请均据此通过引用被纳入。

背景技术

本申请总体涉及变速传动装置。更具体地，本申请涉及用于变速传动装置中的功率半导体模块的冷却构件。

用于加热、通风、空气调节和制冷（HVAC&R）系统的变速传动装置（VSD）一般使用金属例如铜冷却构件或冷却块，用于绝缘栅双极型晶体管（IGBT）半导体开关的安装和温度调节。由于与制造金属冷却块相关联的高材料成本和劳动力成本如进行机加工的材料成本和劳动力成本，金属冷却块用于VSD中是昂贵的。VSD也可以使用塑料冷却块进行冷却，这降低了材料成本，但并不降低劳动力成本，因为塑料冷却块也需要机加工。由于塑料冷却块的大尺寸和低容积，通常不使用喷射模塑法。特定冷却块的尺寸由待安装至冷却块的部件例如模块的数量决定。一个冷却块可以被设计为安装任意数量的模块。每个待安装至冷却块的模块都要求将多个通道机加工到冷却块中以形成槽（tub）。因而，根据待安装至单个冷却块的模块的数量，单个冷却块可能具有多个槽。例如，根据VSD的输出要求，用于VSD的冷却块可以具有2－6个槽以容纳对应的模块。

发明内容

本发明的一个实施方案涉及用于变速传动装置的部件的冷却构件，该冷却构件包括：至少两个通道，每个通道包括至少一个进口和至少一个出口；第一通路，被配置为通过各个通道的所述至少一个进口提供流体到所述至少两个通道；第二通路，被配置为接收来自所述至少两个通道中的每个通道的所述至少一个出口的流体；以及，连接器，将所述冷却构件连接至一个第二冷却构件。

本发明的另一实施方案涉及用于冷却变速传动装置的系统，该系统包括至少两个冷却构件，每个冷却构件包括：底座，该底座包括容纳电气部件的第一表面；位于所述第一表面上的至少两个通道，每个通道包括至少一个进口和至少一个出口；第一通路，被配置为通过各个通道的对应的所述至少一个进口提供流体到所述至少两个通道；第二通路，被配置为接收来自所述至少两个通道中的每个通道的所述至少一个出口的流体；以及，连接器，将所述冷却构件连接至另一冷却构件。

本发明的又一实施方案涉及变速传动装置系统，该变速传动装置系统包括：温度被调节的部件，该温度被调节的部件由一个冷却系统调节；以及，所述冷却系统。在该实施方案中，所述冷却系统包括至少两个冷却构件。此外，每个冷却构件包括：底座，该底座包括容纳电气部件的第一表面；位于第一表面上的至少两个槽，每个槽包括至少一个进口和至少一个出口；第一通路，被配置为通过各个槽的对应的所述至少一个进口提供流体到所述至少两个槽；第二通路，被配置为接收来自所述至少两个槽中的每个槽的所述至少一个出口的流体；以及，连接器，将所述冷却构件连接至另一冷却构件。

附图说明

图1示出了一个商业环境下的加热、通风、空气调节和制冷（HVAC&R）系统的一示例性实施方案。

图2示例性图解了可用于图1的示例性实施方案中的蒸汽压缩系统的一示例性实施方案。

图3示出了带有一示例性实施方案的冷却构件的变速传动装置系统的一部分的分解图。

图4示出了一示例性实施方案中位于功率电子组件上的多个冷却构件。

图5示出了冷却构件的一示例性实施方案的顶视立体图。

图6示出了冷却构件的一示例性实施方案的底视立体图。

图7示出了冷却构件的另一示例性实施方案的顶视立体图。

图8示出了冷却构件的另一示例性实施方案的底视立体图。

图9示出了一示例性实施方案中多个冷却构件的立体图。

图10示出了一示例性实施方案中多个冷却构件的底视立体图。

图11示出了冷却构件的一示例性实施方案的立体图。

图12示出了图11中冷却构件的底视立体图。

图13示出了一示例性实施方案中两个冷却构件的分解立体图。

图14示出了一示例性实施方案中两个冷却构件的底视立体图。

图15示出了其上安装有部件的图13中两个冷却构件的顶视立体图。

图16示出了其上安装有部件的图15中两个冷却构件的底视立体图。

图17示出了其上附接有部件和软管倒钩（hosebarb）的冷却构件的一示例性实施方案的顶视立体图。

具体实施方式

图1示出了针对用于一般商业环境的建筑物12中的加热、通风、空气调节系统（HVAC系统）10的一示例性环境。系统10可包括并入蒸汽压缩系统14中的压缩机，蒸汽压缩系统14可供应能用来冷却建筑物12的冷冻液体。系统10还可包括锅炉16以供应可用来加热建筑物12的加热液体，以及使空气循环通过建筑物12的空气分配系统。该空气分配系统可包括空气回返管18、空气供应管20和空气处理器22。空气处理器22可包括通过导管24连接至锅炉16和蒸汽压缩系统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的加热液体或来自蒸汽压缩系统14的冷冻液体。系统10被示为在建筑物12的每一层上具有单独的空气处理器，但是应理解，这些部件可以在两层或更多层之间共享。

图2示意性图解了可用于图1的建筑物12中的带有VSD26的蒸汽压缩系统14的一示例性实施方案。蒸汽压缩系统14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由马达36驱动，马达36由VSD26提供动力。VSD26从AC电源38接收具有特定固定线电压和固定线频率的AC电力，并以期望电压和期望频率提供AC电力到马达36，所述期望电压和期望频率均可改变以满足特定要求。控制面板34可包括多个不同部件，如模数（A/D）转换器、微处理器、非易失性存储器和接口板，以控制蒸汽压缩系统14的运行。控制面板34还可用来控制VSD26以及马达36的运行。

压缩机28压缩制冷剂蒸汽，并通过排出线路将该蒸汽传送至冷凝器30。压缩机28可以是任意合适类型的压缩机，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传送至冷凝器30的制冷剂蒸汽进入与流体例如空气或水的热交换关系，并且作为与流体的热交换关系的结果，经历到制冷剂液体的相变。来自冷凝器30的冷凝液态制冷剂流过膨胀设备（未示出）到蒸发器32。

蒸发器32可包括用于冷却负载的供应线路和回返线路的连接。过程流体例如水、乙二醇、氯化钙卤水或氯化钠卤水经由回返线路行进到蒸发器32中，并经由供应线路流出蒸发器32。蒸发器32中的液态制冷剂进入与过程流体的热交换关系以降低过程流体的温度。作为与过程流体的热交换关系的结果，蒸发器32中的制冷剂液体经历到制冷剂蒸汽的相变。蒸发器32中的蒸汽制冷剂流出蒸发器32并通过吸入线路回返至压缩机28，以完成循环。

图3示出了带有多个开关40的变速传动装置26的一部分，所述多个开关40被置于冷却构件42之上。VSD26可用来提供期望电力到用于不同的应用或HVAC系统的马达。例如，这样的马达可驱动蒸汽压缩系统的压缩机。VSD26的开关40被图示为带有3个双IGBT的Infineon模块，不过需要冷却的其它半导体器件或其它电子部件可用冷却构件42冷却。管道43、45分别连接到进口通路47和出口通路49，以将冷却流体引入冷却构件42或从冷却构件42移除冷却流体。管道43和45或其它合适的流道连接到提供连续的冷却流体流到冷却构件42的冷却系统。冷却流体被施加至管道43，流过构件42，并通过管道45流出。

多种不同的冷却流体——包括冷凝水、水和已知的制冷剂——可在冷却构件42中循环，并用来冷却电子部件。另外，多种不同的冷却系统可用来冷却从冷却构件42流出的冷却流体。

冷却构件42冷却VSD26中用来为HVAC系统的马达提供电力的模块。所述模块可按比例关系连接至冷却构件42。施加至冷却构件42的冷却流体可以是水，该水以闭环流过冷却构件42和热交换器。该热交换器在水被再引入冷却构件42之前冷却水。该热交换器可以是管壳式热交换器，来自HVAC系统的冷却塔的水可用来冷却被施加至冷却构件42的水。

图4示出了待安装至VSD26的部件的多个冷却构件42。这些冷却构件42被竖向放置，并安装在部件74（例如，直流链（dclink）电容器）的那侧。在另一实施方案中，部件74可以任何合适的取向定向，如竖直、水平或对角线定向。

在图5和6中示出的一示例性实施方案中，冷却构件42包括塑料底座44，该底座44具有在顶面48上形成的通道46。在替代实施方案中，冷却构件42可由其它材料如非金属材料构成。一个部件例如一个半导体模块可被安装在顶面48上。在顶面48上形成的通道46提供用于相对于该部件的基板进行密封的O形环（未示出）的空间。底座44具有延伸贯穿该底座44的进口通路47和延伸贯穿该底座44的出口通路49。通路47和49具有预定直径60，或者具有预定横截面积——对于替代轮廓，该预定直径或横截面积被定尺寸以当一起使用多个冷却构件42时满足流动速率和压力降要求。例如，在一个1300hpVSD设计的示例性应用中，一起使用6个冷却构件。应理解，通路47和49不限于圆形轮廓。冷却液体，例如冷凝水，通过通路47和49循环以向部件提供冷却。

底座44具有在顶面48中形成的槽41或通道，用于向部件提供冷却。流过进口通路47的冷却流体的一部分被转向通过槽进口51或通道进口，穿过槽41或通道，并通过槽出口53或通道出口排出。然后，冷却流体流过出口通路49。冷却流体流经槽41或通道，与一部件直接接触。冷却流体与该部件交换热以冷却该部件。

底座44具有至少一个安装孔62，用于安装一部件到底座44。另外，底座44可以具有至少一个VSD安装孔64，用于安装底座44至VSD26的组件。一个连接器或紧固件例如螺钉或其它合适的紧固件可用来将底座44固定至组件75和VSD26。底座44还具有通孔66，该通孔66预定用于贯穿螺栓或其它合适的紧固件以将用于多个部件的多个底座44固定和保持在一起。当贯穿螺栓将多个底座44固定在一起时，O形环或其它合适的密封装置可被压缩在凹槽68中，以在相邻底座44之间提供密封。

图7和8示出了冷却构件42的另一示例性实施方案。底座44可以具有配合零件（feature）或连接器，例如紧固件突出部70和紧固件插孔72。连接器可以将一个或多个冷却构件42相互连接。通过任意合适的机构，冷却构件42的连接可以为永久的、半永久的或可拆卸的。例如，当紧固件突出部70被插入紧固件插孔72中时，冷却构件42可以被永久固定，由此防止在不破坏紧固件突出部72的情况下使冷却构件42分开。替代地，紧固件突出部70可以通过包括一个被配置为接收销或螺丝起子的进入区域而为可拆卸的。将销或螺丝起子插入进入区域可以允许紧固件突出部70从紧固件插孔72释放。当多个底座被紧固在一起时，一个底座的紧固件突出部70可以与相邻底座的紧固件插孔72配合，提供用于将多个底座固定在一起的卡扣机构。该卡扣机构还在用来在底座之间进行密封的O形环上提供足够的压力，该O形环可以是连接器的组成部分。冷却构件42可以通过喷射模塑法或其它合适的划算的工艺或方法制造。

图9和10示出了与待冷却的部件74相连的多个冷却构件42，所述部件74被安装在这些冷却构件42上。当VSD具有不止一个部件74时，每个部件74被安装到一个对应的底座44。如所示的，部件74是具有电路板的半导体模块。例如，如果VSD具有4个部件74，每个部件74被安装到一个单独的底座44，并且每个底座44被固定至相邻底座。底座44可以具有从侧表面54轴向延伸贯穿底座44到相对的侧表面的通孔66。至少一个紧固件，例如螺钉，可以被固定在通孔66中并进入下一个底座44的通孔，从而将多个底座相互固定。当多个底座被固定在一起时，每个底座44的通路47、49彼此流体连通，形成延伸贯穿所有底座的一个大通路。进口47和出口49可具有凹槽68（它可以是连接器的组成部分）以接受O形环或其它合适的密封剂或密封件。当多个底座被紧固在一起时，O形环被压缩在底座之间以密封通路、防止泄漏。多个紧固件78可将部件74固定至冷却构件42。

图11和12示出了冷却构件42的一示例性实施方案，该冷却构件42具有在底座44中形成的不止一个槽41或通道。图11示出冷却构件42具有两个槽41或通道用于冷却部件或装置。换句话说，多达两个部件或装置可以被放在冷却构件42上以被冷却。每个槽41或通道被形成为与冷却构件42的中心相距预定距离，或者与该中心均匀间隔开。例如，每个槽或通道可以与其相应的冷却构件42的末端相距3英寸，以在将多个冷却构件42互连时保持所有冷却构件42的均匀性。流过进口通路47的冷却流体的一部分被转向通过槽进口51，穿过槽41，并通过槽出口53排出。然后，冷却流体流过出口通路49。冷却流体穿过槽41流动，与一部件或装置直接接触以与该部件交换热并冷却该部件。冷却构件42在通路47和49的进口58和出口76处包括连接板56，用于便于连接一个附加冷却构件42或多个附加冷却构件42或终止板。连接器可以包括连接板56，该连接板56包括用于接收O形环或其它合适的密封装置的凹槽68。当冷却构件42配合并连接至彼此时，O形环或其它密封装置被压缩在每个冷却构件42的凹槽68中，以在冷却构件之间提供基本防漏的密封。换句话说，当多个冷却构件42被连接时，O形环或其它密封装置帮助防止或最小化流过通路47和通路49的流体的泄漏。在一示例性实施方案中，为增加组装的便易性，凹槽68可以是包括多个捏紧点（pinch-point）的O形环凹槽，在组装冷却块之前所述捏紧点将O形环保持在位。连接板56还包括多个紧固件孔80，用于接收和固定多个连接器。在另一实施方案中，O形环和密封件可由模制部件形成。

具体参照图12，在底座44内形成多个肋状物84。肋状物84被形成以在一装置或部件被安装在冷却构件42上时为该冷却构件42提供结构强度。图12还示出了装置座架86，用于接收紧固件（未示出）并用于固定一装置或部件如IGBT模块到冷却构件42。图12还示出了延伸贯穿底座44的通路47和通路49，从而提供用于制冷剂或流体穿过冷却构件42的流动路径。

图13示出了通过紧固件孔80利用紧固件88连接的两个冷却构件42，提供用于最多达4个单独的装置或部件的四槽冷却构件42。端板90在通路47和通路49的未连接到另一冷却构件42的一侧固定至该通路47和通路49的末端。端板90防止流体从冷却构件42泄漏或流出，保持流体在通路47和通路49中。O形环可被压缩在端板90和连接板56之间以防止流体从通路47和通路49泄漏。端板90可以是两个单独的端板90，其中每个端板90被固定至通路47和通路49的一个开口；或者，端板90可以是一个延伸跨过通路47和通路49的两个开口的整体式端板90。流体流被保持为经由槽进口51和槽出口53穿过槽41。在另外的实施方案中，冷却构件42可以包括三个或更多个槽。例如，具有两槽冷却构件和三槽冷却构件使得能够仅利用两种配置的冷却构件形成具有四槽、五槽或六槽等的冷却构件，从而消除每个配置对单独染色（dye）的需要。

图14示出了图13的冷却构件42的底视图。紧固件88被示为是通过连接板56将一个冷却构件42固定至第二冷却构件42的带有螺母的螺栓。紧固件88还被示为是将端板90固定至连接板56以防止流体从通路47和通路49泄漏的带有螺母的螺栓。

图15示出了其上安装有两个部件74的图13和14的冷却构件42。部件74被示为是部分IGBT模块，不过部件74可以是任意合适的装置。每个部件74被安装至冷却构件42，使得单个槽41由一个部件74覆盖。

图16示出了图15的冷却构件42的底视图。当部件74被安装在同一冷却构件42上时，接地带94在冷却构件42的底部上被安装在部件74之间。接地带94被安装为使得，接地带94的一端接触第一部件安装孔62并接触第二部件安装孔62。每个部件安装孔62是导电的，可具有内衬于每个部件安装孔62的导电部分96。接地带94不接触不同冷却构件42的部件安装孔62。换句话说，接地带94不跨越连接板56到相邻的冷却构件42。

图17示出了类似于图13、14和15中示出的冷却构件42的、其上附接有部件74的冷却构件42的立体图。软管倒钩92被固定至通路47的末端并被固定为从通路49接收流体，以提供流体到通路47和通路49。软管倒钩92可以具有“L”形状，用于便于附接到流体供应或流体源。软管倒钩92还可以为用于附接到流体供应或流体源和冷却构件42的任意合适形状。软管倒钩92通过连接板56中的紧固件孔80利用紧固件88被固定至冷却构件42。O形环可被压缩在软管倒钩92和连接板56之间，以防止、基本防止或最小化来自通路47和通路49的流体的泄漏。在一个实施方案中，软管倒钩92可以包括被配置为可释放地附接至软管的速接零件，或可释放地附接至该软管倒钩92的其他合适构件。

冷却构件42可以利用喷射模塑法或其它合适方法制造。喷射模塑法或其它类似方法的使用保持最低限度的制造成本以及冷却构件之间的均匀性。冷却构件42可以利用塑料或其它合适的非导电材料制造，并且可以具有不同的性质，所述性质包括但不限于，是无孔的、用于支承安装到其上的部件的强度和/或与流过通路47和通路49的流体的化学兼容性。

尽管仅图解描述了本发明的某些特征和实施方案，但是本领域技术人员可想到多种修改和变化（例如，大小、尺寸、结构、形状和不同元件的比例、参数值（例如，温度、压力等）、安装布置、材料使用、颜色、取向等的改变），而实质上不偏离权利要求书中记载的主题的新颖教导和优点。任何过程或方法步骤的顺序或次序可以根据替代实施方案改变或重新安排。因此，应理解，所附的权利要求书旨在覆盖所有这样的落入本发明本质精神范围内的修改和变化。此外，致力于提供对示例性实施方案的简洁描述，所以可能没有描述实际实现的所有特征（例如，与目前预期的实施本发明的最佳方式不相关的特征，或与使要求保护的发明能够实现不相关的特征）。应理解，在任何这样的实际实现的研发中，如在任何工程或设计项目中一样，可能作出多种实现特定的决定。这样的研发努力可能是复杂、耗时的，但尽管如此，对于受益于本公开内容的本领域普通技术人员来说，它是设计、生产和制造的常规任务，不需要过度的实验。

Claims (14)

1.用于变速传动装置的部件的冷却构件，该冷却构件包括：

至少两个通道，每个通道包括至少一个进口和至少一个出口；

第一通路，被配置为通过各个通道的所述至少一个进口提供流体到所述至少两个通道；

第二通路，被配置为接收来自所述至少两个通道中的每个通道的所述至少一个出口的流体；以及

连接器，将所述冷却构件连接至一个第二冷却构件，该连接器包括：

连接板，位于所述第一通路和所述第二通路的每个入口和出口处,所述连接板包括多个紧固件孔，用于接收和固定多个带有螺母的螺栓，以将所述冷却构件固定至所述第二冷却构件；以及

凹槽，位于每个连接板中，以将垫圈或O形环固定在所述冷却构件与所述第二冷却构件之间。

2.如权利要求1所述的冷却构件，其中所述凹槽包括用于固定所述0形环的捏紧点。

3.如权利要求1所述的冷却构件，包括接地带，该接地带与第一部件安装孔的衬料和第二部件安装孔的第二衬料电通信，所述部件被安装至所述第一部件安装孔。

4.如权利要求1所述的冷却构件，包括至少一个端板，所述至少一个端板连接至所述连接板，以密封所述第一通路和所述第二通路。

5.如权利要求1所述的冷却构件，其中所述冷却构件是喷射模塑冷却构件。

6.如权利要求1所述的冷却构件，包括软管倒钩，该软管倒钩连接至连接板，用于将软管速接至所述冷却构件。

7.用于冷却变速传动装置的电气部件的系统，该系统包括：

至少两个冷却构件，每个冷却构件包括：

底座，该底座包括容纳电气部件的第一表面；

位于所述第一表面上的至少两个通道，每个通道包括至少一个进口和至少一个出口；

第一通路，被配置为通过各个通道的对应的所述至少一个进口提供流体到所述至少两个通道；

第二通路，被配置为接收来自所述至少两个通道中的每个通道的所述至少一个出口的流体；以及

连接器，将所述冷却构件连接至另一冷却构件，该连接器包括：

连接板，位于所述第一通路和所述第二通路的每个入口和出口处，每个连接板包括多个紧固件孔，用于接收和固定多个带有螺母的螺栓，以将所述至少两个冷却构件固定；以及

凹槽，位于每个连接板中，以将垫圈或O形环固定在所述至少两个冷却构件之间。

8.如权利要求7所述的系统，包括至少一个端板，所述至少一个端板连接至所述连接板，以密封所述第一通路和所述第二通路。

9.如权利要求7所述的系统，其中所述至少两个冷却构件中的至少一个冷却构件是喷射模塑冷却构件。

10.如权利要求7所述的系统，所述至少两个冷却构件中的一个冷却构件包括两个通道，所述至少两个冷却构件中的第二冷却构件包括三个通道。

11.如权利要求7所述的系统，包括接地带，该接地带被配置为与所述电气部件、第一部件安装孔的衬料和第二部件安装孔的第二衬料电通信，其中将所述电气部件安装至所述第一部件安装孔将所述电气部件接地。

12.如权利要求7所述的系统，其中所述至少两个冷却构件中的一个冷却构件包括三个通道，所述至少两个冷却构件中的第二冷却构件包括三个通道。

13.如权利要求7所述的系统，其中所述至少两个冷却构件中的一个冷却构件包括两个通道，所述至少两个冷却构件中的第二冷却构件包括两个通道。

14.变速传动装置系统，该系统包括：

电气部件，该电气部件与冷却系统处于热传递关系；以及

该冷却系统包括：

至少两个冷却构件，每个冷却构件包括：

底座，该底座包括容纳电气部件的第一表面；

位于所述第一表面上的至少两个槽，每个槽包括至少一个进口和至少一个出口；

第一通路，被配置为通过各个槽的对应的所述至少一个进口提供流体到所述至少两个槽；

第二通路，被配置为接收来自所述至少两个槽中的每个槽的所述至少一个出口的流体；以及

连接器，将所述冷却构件连接至另一冷却构件，该连接器包括：

连接板，位于所述第一通路和所述第二通路的每个入口和出口处，所述连接板包括多个紧固件孔，用于接收和固定多个带有螺母的螺栓，以将所述至少两个冷却构件固定；以及

凹槽，位于每个连接板中，以将垫圈或O形环固定在所述至少两个冷却构件之间。