CN103179843B - 一种高功率密度变频控制器的散热结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高功率密度变频控制器的散热结构，属于电机变频控制器液冷却技术领域，包括上下对称的水冷式散热器，从其对称面由里向外依次设置散热基板内部散热翅片、打孔的换热隔板、局部突台内部散热翅片和换热面，发热元器件采用上下对称的布局结构，发热量大的功率器件安装在局部突台上，各局部突台的夹缝之间设置有小尺寸的元器件，在散热基板上布置发热相对较低的元器件。本发明结构紧凑，散热面积利用率高，散热效率高，实现了满足特种车辆高功率密度变频控制器散热要求的散热结构。

Description

一种高功率密度变频控制器的散热结构

技术领域

本发明属于电机变频控制器液冷却技术领域，具体涉及一种高功率密度变频控制器的散热结构。

背景技术

某型特种车辆首次采用机电复合动力传动方式。通过发动机带动高功率发电机输出大功率高压电能，高压电能为驱动电机提供能量，驱动电机驱动车辆行驶。高功率密度变频控制器是复合传动系统中发电机及驱动电机的控制装置。该控制器内部的高功率驱动模块需要进行散热处理才能保证控制器的正常工作。

电子元器件的散热技术目前主要有空气冷却技术和液体冷却技术两大类。空气冷却技术包括自然对流空气冷却技术和强制对流空气冷却技术。自然对流空气冷却技术主要用于单位体积发热较小的电子器件；强制对流空气冷却技术一般结合热管技术使用，但热管存在有效传热面积小、与散热器之间热阻较大、单根传热效率低以及紧凑化性能差等问题。目前通常采用液体冷却技术解决单位体积发热较大的电子器件的冷却问题。针对特种车辆高功率密度变频控制器的工作使用环境温度高、空间体积紧凑、控制功率大，需要一种能够满足上述要求的散热装置对控制器进行散热处理。采用普通的液冷冷板难以满足高功率密度变频控制器的散热需求，目前无有效针对高功率密度变频控制器的散热解决方法。

发明内容

本发明为解决特种车辆高功率密度变频控制器的散热问题，适应其特点(控制器内部空间紧凑、热密度高、工作环境温度高、只有水路循环系统且入水温度较高)，变频控制器采用水冷式散热器的散热方式，利用液体流动带走电子元器件产生的热量。

本发明的技术方案为：一种高功率密度变频控制器的散热结构，其特征在于：包括水冷式散热器，所述水冷式散热器为上下对称结构，包括散热基板1、与散热基板一体成型的局部突台2、散热器入水口3、散热器出水口5、局部突台内部散热翅片8和散热基板内部散热翅片10；从其对称面由里向外依次设置散热基板内部散热翅片10、打孔的换热隔板9、局部突台内部散热翅片8和换热面，所述换热面固定在局部突台2内表面上，散热基板内部散热翅片10设置在散热基板1内部，局部突台内部散热翅片8设置在局部突台2和散热基板内部散热翅片10之间的空间内；散热器入水口3和散热器出水口5设置在散热基板1的一侧；相邻的上下两个散热基板内部散热翅片10之间通过隔板隔开；高功率密度变频控制器中的发热量较大的功率器件安装在局部突台上，各局部突台的夹缝之间设置封装尺寸较小的的元器件，在散热基板上布置发热相对较低的元器件。

各元器件与水冷式散热器之间涂抹导热系数≥2.0的导热脂，并添加铝粉。

局部突台上的散热元器件安装孔采用嵌桩7打孔。

通过换热隔板两侧的焊料层在钎焊过程中融化，将局部突台内部散热翅片8和散热基板内部散热翅片10焊接牢固；散热基板内部散热翅片10两侧与散热基板1之间焊接固定。

本发明的有益效果：1)散热布局采用散热器表面对称安装，提高散热表面积和空间利用率；2)根据被散热元件的发热特点和安装方式，采用散热表面局部突出的结构设计，提高局部散热能力；3)散热器内部采用双层水道设计，提高散热效率；4)采用散热元器件安装孔局部嵌桩设计，保证散热器的密封性，降低安装孔对水道的阻断；5)冷板与控制器之间涂抹高换热系数导热硅脂，并添加金属粉末，提高散热器与元器件之间的热传导率。本发明的散热结构结构紧凑，散热面积利用率高，散热效率高，实现了满足特种车辆高功率密度变频控制器散热要求的散热结构。

附图说明

图1为本发明的水冷式散热器主体结构图。

图2为本发明的水冷式散热器的散热基板和局部突台结构图。

图3为本发明的变频控制器的散热结构布局图。

图4为本发明的变频控制器的散热结构的散热翅片三维示意图。

其中：1.散热基板、2.局部突台、3.散热器入水口、4.元器件安装孔、5.散热器出水口、6.散热器安装孔、7.安装孔局部嵌桩、8.局部突台内部散热翅片、9.翅片之间打孔隔板、10.散热基板内部散热翅片、11.发热相对较低元器件、12.尺寸较小元器件、13.发热较大的功率器件、14.底部对称的发热元器件

具体实施方式

本发明提供了一种高功率密度变频控制器的散热结构，所述高功率密度是指400mm*400mm*650mm体积下变频控制器的控制功率可达900-1000kw，其特征在于：包括水冷式散热器，所述水冷式散热器为上下对称结构，包括散热基板1、与散热基板一体成型的多个局部突台2、散热器入水口3、散热器出水口5、局部突台内部散热翅片8和散热基板内部散热翅片10；从其对称面由里向外依次设置散热基板内部散热翅片10、打孔的换热隔板9、局部突台内部散热翅片8和换热面，所述换热面固定在局部突台2内表面上，散热基板内部散热翅片10设置在散热基板1内部，局部突台内部散热翅片8设置在局部突台2和散热基板内部散热翅片10之间的空间内；散热器入水口3和散热器出水口5设置在散热基板1的一侧；相邻的上下两个散热基板内部散热翅片10之间通过隔板隔开，使水冷式散热器内部形成上下双水道；发热元器件采用上下对称的布局结构，发热量较大的功率器件13(指的是主要的功率模块)安装在局部突台2上，各局部突台的夹缝之间设置有封装尺寸较小的元器件12以充分利用空间，在散热基板上布置发热相对较低的元器件11(指的是辅助或支撑电路模块)。散热基板内部散热翅片10两侧与散热基板1之间焊接固定。

水冷式散热器结构主体为内嵌翅片的散热基板1，散热基板上装有强化传热作用的局部突台2；散热基板与局部突台采用一体化加工方式，保证之间良好的热传导及密封性；散热器内部采用双水道设计，即沿中心对称的上下两个水道；同时将打孔的换热隔板9布置于每层水道之间，即局部突台内部散热翅片8与散热基板内部散热翅片10之间，保证散热器一体钎焊制成，提高散热效率；局部突台内表面依次设置换热面和散热翅片8，局部突台内部散热翅片8与散热基板内部散热翅片10之间用换热隔板分开，钎焊过程中隔板两侧的焊料层融化，将翅片焊接牢固，在保证强度的基础上提高局部散热能力。散热元器件安装孔局部采用嵌桩7打孔设计，保证散热器的密封性，降低安装孔对水道的阻断。散热器上的发热元器件采用上下对称的布局结构，充分利用散热器的有效换热表面。针对发热量大的功率器件13，将其安装在散热器上的强化传热局部突台位置，局部突台夹缝之间有空气流通，提高散热器局部散热能力。同时利用局部突台之间的夹缝间隙布置尺寸较小的元器件12，充分利用空间，提高布局紧凑性。在散热冷板其位置布置发热相对较低的元器件11。各元器件与散热器之间涂抹导热系数≥2.0的导热脂，并添加铝粉，提高热传导能力，使散热器能够达到更高的导热率。发热的电子元器件安装在散热基板两侧，散热器两侧分别与电子元器件充分接触，将电子元器件产生的热量导入散热翅片。散热翅片的结构如图4所示，散热介质从散热器入水口3流入，按照一定方向(如图4所示箭头方向)在水冷式散热器中流过，由散热器出水口5流出，将热量带走，从而保证电子元器件在适宜的温度下工作。

Claims (5)

1.一种高功率密度变频控制器的散热装置，其特征在于：包括水冷式散热器，所述水冷式散热器为上下对称结构，包括散热基板(1)、与散热基板一体成型的局部突台(2)、散热器入水口(3)、散热器出水口(5)、局部突台内部散热翅片(8)和散热基板内部散热翅片(10)；从其对称面由里向外依次设置散热基板内部散热翅片(10)、打孔的换热隔板(9)、局部突台内部散热翅片(8)和换热面，所述换热面固定在局部突台(2)内表面上，散热基板内部散热翅片(10)设置在散热基板(1)内部，局部突台内部散热翅片(8)设置在局部突台(2)和散热基板内部散热翅片(10)之间的空间内；散热器入水口(3)和散热器出水口(5)设置在散热基板(1)的一侧；相邻的上下两个散热基板内部散热翅片(10)之间通过隔板隔开。

2.根据权利要求1所述的一种高功率密度变频控制器的散热装置，其特征在于：高功率密度变频控制器中的发热量较大的功率器件安装在局部突台上，各局部突台的夹缝之间用来设置封装尺寸较小的元器件，在散热基板上布置发热相对较低的元器件。

3.根据权利要求1或2所述的一种高功率密度变频控制器的散热装置，其特征在于：各元器件与水冷式散热器之间涂抹导热系数≥2.0的导热脂，并添加铝粉。

4.根据权利要求1或2所述的一种高功率密度变频控制器的散热装置，其特征在于：局部突台上的散热元器件安装孔采用嵌桩(7)打孔。

5.根据权利要求1或2所述的一种高功率密度变频控制器的散热装置，其特征在于：通过换热隔板两侧的焊料层在钎焊过程中融化，将局部突台内部散热翅片(8)和散热基板内部散热翅片(10)焊接牢固；散热基板内部散热翅片(10)两侧与散热基板(1)之间焊接固定。