CN103166430A - 电力转换装置的冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力转换装置的冷却系统，其包括吸热平板、主冷却套和子冷却套。所述主冷却套与吸热平板相连接并具有设于该主冷却套的第一部件。所述子冷却套在主冷却套的相对侧连接到吸热平板并具有比第一部件产生相对较低热量的第二部件。主进口布置在主冷却套中用于将冷却剂供给主冷却套，且出口布置在子冷却套中用于将流经子冷却套的冷却剂排出。子进口形成在吸热平板内用于将流经主冷却套的冷却剂供给子冷却套。

Description

电力转换装置的冷却系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年12月9日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2011-0132229的优先权和权益，该申请的全部内容结合于此，以用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及一种用于转换装置的冷却系统。更具体而言，本发明涉及一种用于转换装置的冷却系统，例如逆变器系统，其可以应用于混合动力车辆或电动车辆以冷却部件。

背景技术

最近，随着对绿色能源兴趣的增加，混合动力车辆、电动车辆、燃料电池车辆等已经开始代替内燃机车辆。这些环境友好型车辆大部分包括具有永磁体的电动机。所述电动机通过相电流驱动，该相电流经由电力电缆而由逆变器供给。所述相电流根据来自控制器的PWM(脉冲宽度调制)信号从DC电压转换为三相AC电压。

逆变器系统包括含有IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的电力模块、通过开关元件的开关吸收脉动电流的电容器模块、驱动电机或过滤输出电压的感应器等。当操作逆变器系统时，这些组成元件产生热量。特别地，开关元件(如所述电力模块)产生过量的热量，而其它芯部件如感应器产生相对少量的热量。

在传统技术中，通常应用吸热设备以辅助冷却这些部件。在这种情况下，由于部件安装在吸热设备的上下表面，吸热设备通过流经冷却线路的冷却剂来间接冷却这些部件。

然而，在传统技术中，由于这些部件在其中产生的热量不同，被安装在吸热设备的上下表面，并被冷却，因此逆变器系统中这些部件的冷却效率可能变差。

在背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对本发明的背景技术的理解，并且因此，其可以包含不构成在本国已为本领域一般技术人员所公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明已经作出努力来提供一种用于转换装置(如逆变器系统)的冷却系统，其可应用于混合动力车辆或电动车辆以有效地冷却部件。

根据本发明示例性实施例的用于转换装置的冷却系统，可以包括：吸热平板；主冷却套，其与所述吸热平板连接并具有设于该主冷却套的第一部件；子冷却套，其在所示主冷却套的相对侧上与所述吸热平板连接，并具有比所述第一部件产生相对较低热量的第二部件；主进口，其布置在所述主冷却套中并将冷却剂供给所述主冷却套；和出口，其布置在所述子冷却套中并将流经所述子冷却套的冷却剂进行排出。在所述吸热平板内形成了子进口，以允许将流经所述主冷却套的冷却剂供给到所述子冷却套。

所述主冷却套和所述吸热平板在该主冷却套和吸热平板之间可以限定主冷却路径，且所述第一部件可以与流经所述主冷却路径的冷却剂直接接触。此外，可以在所述主冷却套中形成开孔用于使得所述第一部件直接与冷却剂接触。

所述冷却系统可以进一步包括形成到所述第一部件的第一冷却销，其中所述第一冷却销可以通过所述开孔直接与冷却剂接触。所述子冷却套和所述吸热平板在该子冷却套和吸热平板之间可以限定子冷却路径。所述子冷却路径可以使得所述子进口与所述出口连通，并且该子冷却路径可以形成为“U”形，所述子冷却路径可以包括：与所述子进口连通的第一空间、和与所述出口连通的第二空间。所述子冷却路径可以进一步包括连接所述第一空间和所述第二空间的多个通道。

所述冷却系统可以进一步包括紊流器，其形成在所述多个通道的至少一部分中。热界面材料可以插入所述子冷却套和所述第二部件之间。所述热界面材料可以是热衬垫或热润滑脂。

所述冷却系统可以进一步包括形成到所述第二部件的第二冷却销。在某些示例性实施例当中，所述转换装置可以包括用于车辆的逆变器和变流器。所述第一部件可以包括某种开关元件；且所述第二部件包括某种芯元件。

根据本发明示例性实施例的用于转换装置的冷却系统可以包括：吸热平板；主冷却套，其与所述吸热平板连接并具有设置于该主冷却套的第一部件；子冷却套，其在所述主冷却套的相对侧上与所述吸热平板连接，并具有比所述第一部件产生相对较低热量的第二部件；布置在所述主冷却套中将冷却剂供给所述主冷却套的主进口；和布置在所述子冷却套中将流经所述子冷却套的冷却剂排出的出口。可以在所述吸热平板内形成子进口，以用于将流经所述主冷却套的冷却剂供给到所述子冷却套。另外，所述主冷却套和所述吸热平板在该主冷却套和吸热平板之间可以限定主冷却路径，所述第一部件可以直接接触流经主冷却路径的冷却剂，且所述子冷却套和所述吸热平板在该子冷却套和吸热平板之间可以限定子冷却路径。

开孔可以形成在所述主冷却套中以用于使得所述第一部件直接与冷却剂接触，第一冷却销可以突出地形成到所述第一部件，和所述第一冷却销可以通过所述开孔与冷却剂直接接触。

所述子冷却路径可以使得所述子进口和所述出口连通，且该子冷却路径可以形成为“U”形。所述子冷却路径可以包括与所述子进口连通的第一空间、以及与所述出口连通的第二空间。

所述子冷却路径可以进一步包括连接所述第一空间和所述第二空间的多个通道，其中紊流器可以形成在所述多个通道的至少一部分中。

有利的是，根据本发明的示例性实施例，产生相对高热量的部件通过主冷却套直接被冷却且产生相对低热量的部件通过子冷却套间接被冷却。因此，在本发明的示例性实施例中，基于转换系统中部件产生的相关热量可以利用直接和间接冷却来冷却它们，这样可以实现转换装置的有效设计。由于部件的有效冷却，转换装置的操作性能可以通过有效的元件布置和转换装置的整体尺寸减小来改善。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施例且不构成限制本发明的任何方面。

图1是根据本发明示例性实施例的一种用于转换装置的冷却系统的立体图。

图2和图3是图1的分解立体图。

图4是图1的主视图。

图5是图1的横截面图。

图6是根据本发明示例性实施例的应用到用于转换装置的冷却系统的主冷却套的平面图。

图7是根据本发明示例性实施例的应用到用于转换装置的冷却系统的子冷却套的平面图。

附图标记

1：第一部件       2：第二部件

5：第一冷却销     7：第二冷却销

10：冷却模块      20：主冷却套

21：主冷却路径    23：主进口

25：开孔          40：子冷却套

41：子冷却路径    43：出口

45a：第一空间     45b：第二空间

45c：通道         45d：紊流器

60：吸热平板      61：子进口

71：热界面材料。

具体实施方式

在下文中将参照随后的附图更加全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。如本领域技术人员所意识到的，所述实施例可以以各种不同的方式被修正，这均不脱离本发明的精神或范围。

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共车辆、卡车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非汽油的能源的燃料)。

尽管以下示例性实施例描述为使用多个单元执行以上过程，要理解的是以上过程还可以通过单个控制器或单元执行。

而且，本发明的控制逻辑可以体现为在计算机可读介质上的永久计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器或类似单元执行的可执行程序指令。所述计算机可读介质的例子包括，但并不限于ROM、RAM、唱片(CD)-ROMs、磁带、软盘、闪存盘、智能卡以及光学数据存储设备。计算机可读记录介质还可以分布于耦合计算机系统的网络中，以便计算机可读介质可以以分布式方式，例如，通过远程服务器或控制局域网络(CAN)存储并且执行。

将省略那些对用于解释本发明的非必要的部件的说明，且在说明书中通过相同的参考数字表示相同的组成元件。此外，为了更好的理解和简化说明，附图中示出的部件的尺寸和厚度可以与部件的实际尺寸和实际厚度不同。因此，本发明不局限于附图中所示的那些。

图1是根据本发明示例性实施例的一种用于转换装置的冷却系统的立体图。参考图1，根据本发明示例性实施例的用于转换装置的冷却系统100可以应用于具有发电机和高功率电机作为电力源的混合动力车辆、电动车辆、燃料电池车辆等等。然而，在本发明的示例性实施例中，混合动力车辆和电动车辆可以作为例子描述。

在本发明的示例性实施例中，冷却系统100构造为冷却混合动力或电动车辆的转换装置。

所述转换装置包括逆变器和变流器，且电机通过相电流驱动，该相电流由逆变器经由电力电缆供给。相电流根据控制器的PWM(脉冲宽度调制)信号从DC电压转换为三相(U、V和W)AC电压。在说明书中，仅为了示例性目的，将逆变器描述为转换装置。

逆变器系统可包括如电力模块的开关元件和如感应器、变换器、扼流器等的芯元件。在逆变器系统操作期间，开关元件产生相对大量的热量且芯元件产生相对少量的热量。也就是说，逆变器系统包括产生不同热量的部件。由于逆变器系统是现有技术中已知的，且本发明描述的实施例可以相互交换的应用于这些逆变器系统中的任意一个，因此为了简要的目的省略逆变器系统的描述。

在本发明的示例性实施例中，为了方便起见产生相对高热量的开关元件将被称为第一部件1。并且在本发明的示例性实施例中，为了方便起见产生相对低热量的芯元件将被称为第二部件2。

根据本发明示例性实施例的用于转换装置的冷却系统100可以提高每个产生不同热量的第一和第二部件1和2的冷却效率以便改善转换装置的性能。

在本发明的示例性实施例中，用于转换装置的冷却系统100可以根据该部件产生的热量直接或间接地冷却第一和第二部件1和2，因此可以实现转换装置的有效设计。此外，在本发明的示例性实施例中，产生不同热量的部件1和2可以通过来自冷却模块的冷却剂冷却，因此可以实现转换装置的有效元件布置和尺寸减小。此外，产生不同热量的第一和第二部件1和2安装在用于转换装置的冷却系统100中，且冷却剂在冷却模块10内流动以冷却第一和第二部件1和2。

至少一个第一部件1安装到冷却模块10的一侧，且至少一个第二部件2安装在其另一侧。冷却模块10可以直接冷却第一部件1和间接冷却第二部件2。

图2和图3是图1的分解立体图，图4是图1的主视图，且图5是图1的横截面图。

参考图1至图5，根据本发明示例性实施例的冷却模块10包括主冷却套20、子冷却套40和吸热平板60。主冷却套20和子冷却套40以分层的顺序布置在吸热平板60的每一侧。

在图中，主冷却套20布置在吸热平板60的上部且子冷却套40布置在吸热平板60的下部。主冷却套20和吸热平板60限定了冷却剂流动的主冷却路径21(参考图5)。

如图6所示，主冷却套20具有安装到其上的主进口23，以让冷却剂流进主冷却路径21，且开孔25形成在主冷却套20上。第一部件1可以通过开孔25直接与冷却剂接触。

在第一部件1的下部形成有多个第一冷却销5(参考图3和图5)，第一冷却销5可以通过开孔25直接与流进主冷却路径21的冷却剂接触。由于第一部件1的第一冷却销5经由开孔25布置在主冷却路径21中，因此流经主冷却路径21的冷却剂直接与第一冷却销5接触以便可以直接地冷却第一部件1。

子冷却套40布置在吸热平板60的下部，且与吸热平板60限定了子冷却路径41(参考图5)。子冷却套40形成为“U”形，且子冷却路径41可以通过吸热平板60与主冷却套20的主冷却路径21连通。

在吸热平板60中形成有子进口61，其用于将流经主冷却路径21的冷却剂提供给子冷却路径41。此外，出口43形成在子冷却套40中用于将按顺序流经主冷却路径21、子进口61和子冷却路径41的冷却剂排出。

如图7所示，子冷却路径41包括与子进口61连通的第一空间45a，与出口43连通的第二空间45b，以及多个连接第一空间45a和第二空间45b的通道45c。通道45c形成以“U”形样式成形的冷却剂路径，且该冷却剂路径的初始点连接第一空间45a以及该冷却剂路径的终点连接第二空间45b。在至少多个通道45c的一部分中，成形为波纹形或Z字形样式的紊流器45d形成其中。紊流器45d可增大通道45c的接触区域并因此可以提高冷却效果。紊流器45d的配置不限于此，然而，在替代的实施例中相反的各种样式和形状都是可能的。

子冷却套40具有产生相对低热量的第二部件2。第二冷却销7可以从第二部件2突出形成。此外，第二部件2可以通过热界面材料71(HIM)安装在子冷却套40(参考图2)。热界面材料可以是热衬垫或热润滑脂，其可将第二部件2内产生的热传递到子冷却套40。

因为第二部件2安装在子冷却套40，两者之间插入热界面材料71，子冷却套40通过流经子冷却路径41的冷却剂间接冷却第二部件2。

在下文中，将参考附图描述本发明示例性实施例的用于转换装置的冷却系统100的操作。在本发明的示例性实施例中，冷却剂经由主冷却套20的主进口23流入主冷却路径21以冷却第一和第二部件1和2。同时，流经主冷却路径21的冷却剂经由吸热平板60的子进口61流入子冷却套40的子冷却路径41中。

流入子冷却路径41的冷却剂沿通道45c流动并通过热界面材料71间接地冷却第二部件2。子冷却路径41可包括紊流器45d且因此冷却剂可在通道45c内接触相对大的区域以便提高冷却效率。流经子冷却路径41的冷却剂从子冷却套40的出口43排出。因此，在本发明的示例性实施例中，产生相对高热量的第一部件1通过主冷却套20直接冷却且产生相对低热量的第二部件2通过子冷却套40间接冷却。

在本发明的示例性实施例中，用于转换装置的冷却系统100可以基于特定部件产生的热量直接或间接地冷却第一和第二部件1和2，因此可以实现转换装置的有效设计。而且，在本发明的示例性实施例中，产生不同热量的部件1和2通过冷却模块的冷却剂冷却并因此改善了转换装置的性能。

尽管已经结合目前被认为是实用的示例性实施例描述了本发明，但应该理解的是，本发明并不限于公开的实施例，但是，相反，其旨在覆盖包括在所附权利要求的精神与范围内的各种修改与等同装置。

Claims (18)

1.一种用于转换装置的冷却系统，包括：

吸热平板；

主冷却套，其邻近地连接到所述吸热平板的第一侧并具有设于该主冷却套的第一部件；

子冷却套，其邻近地连接到所述吸热平板的第二侧并具有比所述第一部件产生相对较低热量的第二部件，其中所述吸热平板的第二侧是主冷却套的相对侧；

主进口，其布置在所述主冷却套中并将冷却剂供给所述主冷却套；和

出口，其布置在所述子冷却套中并将流经所述子冷却套的冷却剂进行排出，

其中在所述吸热平板内形成了子进口，以允许将流经所述主冷却套的冷却剂供给到所述子冷却套。

2.根据权利要求1所述的用于转换装置的冷却系统，其中：

所述主冷却套和所述吸热平板在该主冷却套和吸热平板之间限定了主冷却路径；和

所述第一部件与流经所述主冷却路径的冷却剂直接接触。

3.根据权利要求2所述的用于转换装置的冷却系统，其中在所述主冷却套中形成开孔用于使得所述第一部件直接与冷却剂接触。

4.根据权利要求3所述的用于转换装置的冷却系统，其中所述冷却系统进一步包括从所述第一部件突出形成的第一冷却销，

其中所述第一冷却销通过所述开孔直接与冷却剂接触。

5.根据权利要求2所述的用于转换装置的冷却系统，其中所述子冷却套和所述吸热平板在该子冷却套和吸热平板之间限定了子冷却路径。

6.根据权利要求5所述的用于转换装置的冷却系统，其中所述子冷却路径使得所述子进口与所述出口进行连通，并且该子冷却路径形成为“U”形。

7.根据权利要求6所述的用于转换装置的冷却系统，其中所述子冷却路径包括：

与所述子进口连通的第一空间；和

与所述出口连通的第二空间。

8.根据权利要求7所述的用于转换装置的冷却系统，其中所述子冷却路径进一步包括连接所述第一空间和所述第二空间的多个通道。

9.根据权利要求8所述的用于转换装置的冷却系统，其中所述冷却系统进一步包括紊流器，其形成在所述多个通道的至少一部分中。

10.根据权利要求5所述的用于转换装置的冷却系统，其中热界面材料插入所述子冷却套和所述第二部件之间。

11.根据权利要求10所述的用于转换装置的冷却系统，其中所述热界面材料是热衬垫或热润滑脂。

12.权利要求4所述的用于转换装置的冷却系统，其中所述冷却系统进一步包括从所述第二部件突出形成的第二冷却销。

13.根据权利要求1所述的用于转换装置的冷却系统，其中所述转换装置包括用于车辆的逆变器和变流器。

14.根据权利要求1所述的用于转换装置的冷却系统，其中：

所述第一部件包括开关元件；且

所述第二部件包括芯元件。

15.一种用于转换装置的冷却系统包括：

吸热平板；

主冷却套，其与所述吸热平板连接并具有设置于该主冷却套的第一部件；

子冷却套，其在所述主冷却套的相对侧上与所述吸热平板连接，并具有比所述第一部件产生相对较低热量的第二部件；

布置在所述主冷却套中将冷却剂供给所述主冷却套的主进口；和

布置在所述子冷却套中将流经所述子冷却套的冷却剂排出的出口，

其中在所述吸热平板内形成子进口，以用于将流经所述主冷却套的冷却剂供给到所述子冷却套，

所述主冷却套和所述吸热平板在该主冷却套和吸热平板之间限定了主冷却路径，

所述第一部件直接接触流经主冷却路径的冷却剂，和

所述子冷却套和所述吸热平板在该子冷却套和吸热平板之间限定了子冷却路径。

16.根据权利要求15所述的用于转换装置的冷却系统，其中：

开孔形成在所述主冷却套中以用于使得所述第一部件直接与冷却剂接触，

第一冷却销形成到所述第一部件，和

所述第一冷却销通过所述开孔与冷却剂直接接触。

17.根据权利要求15所述的用于转换装置的冷却系统，其中所述子冷却路径使得所述子进口与所述出口连通，并且该子冷却路径形成为“U”形，

其中所述子冷却路径包括：

与所述子进口连通的第一空间；和

与所述出口连通的第二空间。

18.根据权利要求17所述的用于转换装置的冷却系统，其中所述子冷却路径进一步包括连接所述第一空间和所述第二空间的多个通道，

其中紊流器形成在所述多个通道的至少一部分中。

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