CN104812209B - 冷却设备、电子装置以及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及结合的安装和冷却设备、电子装置、以及车辆。一种结合的安装和冷却设备，其包括：具有构造为接收待冷却的电子构件的第一安装表面的壳体主体，和在第一安装表面下延伸穿过壳体主体的热耗散通道。成阵列的冷却翅片布置在热耗散通道中。该设备构造为用作用于电子构件的安装表面、用于电子构件的壳体、以及冷源来冷却电子构件。

Description

冷却设备、电子装置以及车辆
相关申请的交叉引用
本申请主张对美国临时专利申请No.61/932,272的优先权，其在2014年1月28日申请，据此将其内容通过参照它的全部而合并入本文。
技术领域
本发明的实施例大体涉及冷却系统。其它实施例涉及用于车辆的控制和功率电子的冷却系统。
背景技术
大型非公路车辆(“OHV”)，例如用于托运从露天矿挖出的重型载荷的采矿车，可采用机动式车轮以用于以节能的方式推进或制动车辆。在一些这种车辆中，通过采用大马力柴油发动机连同交流发电机和电驱动系统而获得该效率，该电驱动系统可包括主牵引逆变器和容纳在车辆的后轮外胎内的一对车轮驱动组件。柴油发动机的驱动轴机械地联接至交流发电机，以用于驱动交流发电机来产生电力。由交流发电机产生的电力发送至主牵引逆变器，其将具有控制的电压和频率的电功率供应至两个车轮驱动组件的电驱动电动机。各个车轮驱动组件容纳行星齿轮变速器，其将相关的驱动电动机能量的旋转转换成高扭矩、供应至后轮的低速旋转能量输出。
适于用于OHV的功率转换器包括，例如孤立的双向H桥转换器，其特征为通过功率变压器连接的两个完整的半导体桥。这种转换器可传输在两个方向上的功率，其中，电压处于在范围内变化的初级和次级侧，并且可包括功率元件，该功率元件通过以交变方式驱动电路来产生输出AC波形而接通和关闭。功率元件可包括绝缘栅双极晶体管(IGBTs)，功率双极晶体管、功率场效应管、集成门极换向晶闸管(IGCT)、门极可关断晶闸管(GTO)等。
如将容易理解的，因而OHV和其它车辆可包括功率和控制电子，利用其来控制和管理机械能向电功率的转换并且来控制电功率向车辆的牵引电动机的供应。这些功率和控制电子也需要包装系统来安装和保护其构件，和冷却系统来最大化寿命并且确保其正确运行。
用于包装和冷却功率和控制电子的现有系统和方法典型地依赖将功率和控制电子包装在塑料壳体组件中，并且利用分离地安装的外部冷源冷却构件。但是，用于包装和冷却功率和控制电子的这种现有系统和方法可能是昂贵的、组装冗长的，并且倾向于公差累积问题。
发明内容
在实施例中，设备(例如用于电子装置的的电子构件的安装和冷却设备)包括壳体和成阵列的冷却翅片。壳体包括限定第一安装表面的壳体主体，该第一安装表面构造为接收待冷却的多个电子构件。壳体主体还限定热耗散通道，其在第一安装表面下延伸穿过壳体主体。该成阵列的冷却翅片布置在热耗散通道中。壳体主体构造为，当将设备安装作为电子装置的部分，其中，多个电子构件固连至安装表面时，将来自电子构件的热传导至冷却翅片，以用于从冷却翅片向行进穿过热耗散通道的第一冷却流体(例如空气)的热的耗散。
根据一方面，壳体主体可为通过例如铸造或加工形成的整体式金属主体，其用作用于电子构件的安装表面、用于电子构件的壳体、以及冷源来冷却电子构件。
方案1：一种设备，包括：
壳体，包括壳体主体，壳体主体限定构造为接收待冷却的多个第一电子构件的第一安装表面，其中，壳体主体还限定在第一安装表面下延伸穿过壳体主体的热耗散通道；以及
成阵列的冷却翅片，其布置在热耗散通道中；
其中，壳体主体构造为将来自第一电子构件的热传导至冷却翅片，以用于从冷却翅片向行进穿过热耗散通道的第一冷却流体的热的传输。
方案2：根据方案1的设备，其特征在于，壳体主体限定延伸穿过壳体主体的至少一个冷却通道，至少一个冷却通道构造为接收第二冷却流体，其与第一冷却流体不同并且流体地隔离。
方案3：根据方案1的设备，其特征在于，壳体主体限定第二安装表面，其构造为接收待冷却的多个第二电子构件，第一安装表面定位在壳体主体的顶部侧上，而第二安装表面定位在壳体主体的底部侧上，并且其中，热耗散通道定位在第一安装表面和第二安装表面之间。
方案4：根据方案3的设备，其特征在于：
壳体主体限定第一凹部和第二凹部，并且第一安装表面和第二安装表面分别定位在第一凹部和第二凹部内；以及
壳体主体限定在与壳体主体一体的第一凹部和第二凹部中的相应的安装件，以用于将多个第一电子构件和多个第二电子构件分别安装至第一安装表面和第二安装表面。
方案5：根据方案1的设备，其特征在于，壳体主体包括整体式金属主体。
方案6：根据方案1的设备，其特征在于，冷却翅片与整体式金属主体结合。
方案7：根据方案5的设备，其特征在于：
第一安装表面是平面的：
整体式金属主体是大体矩形立方体形，并且包括顶部和底部侧、前部和后部侧、以及左部和右部侧；
整体式金属主体限定在顶部侧中的第一凹部，其中，第一凹部至少部分地由第一安装表面和垂直于第一安装表面的至少两个顶部侧壁限制，至少两个顶部侧壁是整体式金属主体的前部与后部侧和左部与右部侧中的至少两个的部分；以及
热耗散通道在第一安装表面下从前部侧至后部侧延伸穿过整体式金属主体，热耗散通道基本与第一安装表面共同扩张。
方案8：根据方案7的设备，其特征在于，壳体还包括第一覆盖件，其构造为用于在整体式金属主体的顶部侧向至少两个顶部侧壁的顶部边缘的连接，以用于至少部分地包封第一凹部。
方案9：根据方案7的设备，其特征在于：
整体式金属主体限定构造为接收待冷却的多个第二电子构件的第二安装表面，其中，第二安装表面是平面的，并且在整体式金属主体的底部侧上定位成与来自第一安装表面的热耗散通道相反。
整体式金属主体限定在底部侧中的第二凹部，其中，第二凹部至少部分地由第二安装表面和垂直于第二安装表面的至少两个底部侧壁限制，至少两个底部侧壁是整体式金属主体的前部与后部侧和左部与右部侧中的至少两个的部分；以及
热耗散通道布置在第二安装表面下并且基本与第二安装表面共同扩张。
方案10：根据方案9的设备，其特征在于，壳体还包括：
第一覆盖件，其构造为用于在整体式金属主体的顶部侧向至少两个顶部侧壁的顶部边缘的连接，以用于至少部分地包封第一凹部；以及
第二覆盖件，其构造为用于在整体式金属主体的底部侧处向至少两个底部侧壁的顶部边缘的连接，以用于至少部分地包封第二凹部。
方案11：一种电子装置，包括：
方案9的设备；以及
固连至第一安装表面的多个第一电子构件；以及
固连至第二安装表面的多个第二电子构件；
其中，在至少一个运行模式中，电子装置的功率输出为从10kW至3000kW。
方案12：根据方案11的电子装置，其特征在于，电子装置包括H桥功率转换器，其构造为，在至少一个运行模式中的一个或更多个中，将电输入转换成功率输出。
方案13：一种车辆，包括：
下列中至少一个：牵引电动机、和用于对牵引电动机电性地供能来移动车辆的驱动系统；或辅助负载、和用于对辅助负载电性地供能的辅助系统；
其中，驱动系统或辅助系统中的至少一个包括方案11的电子装置，并且其中，车辆的总运行重量为至少150公吨。
方案14：一种电子装置，包括：
方案7的设备；以及
固连至第一安装表面的多个第一电子构件；
其中，在至少一个运行模式中，电子装置的功率输出为从10kW至3000kW。
方案15：根据方案14的电子装置，其特征在于，电子装置包括H桥功率转换器，其构造为，在至少一个运行模式中的一个或更多个中，将电输入转换成功率输出。
方案16：一种车辆，包括：
下列中至少一个：牵引电动机、和用于对牵引电动机电性地供能来移动车辆的驱动系统；或辅助负载、和用于对辅助负载电性地供能的辅助系统；
其中，驱动系统或辅助系统中的至少一个包括方案14的电子装置，并且其中，车辆的总运行重量为至少150公吨。
方案17：一种电子装置，包括：
方案5的设备；以及
固连至第一安装表面的多个第一电子构件；
其中，在至少一个运行模式中，电子装置的功率输出为从10kW至3000kW；
方案18：根据方案17的电子装置，其特征在于，电子装置包括H桥功率转换器，其构造为，在至少一个运行模式中的一个或更多个中，将电输入转换成功率输出。
方案19：一种车辆，包括：
下列中至少一个：牵引电动机、和用于对牵引电动机电性地供能来移动车辆的驱动系统；或辅助负载、和用于对辅助负载电性地供能的辅助系统；
其中，驱动系统或辅助系统中的至少一个包括方案17的电子装置，并且其中，车辆的总运行重量为至少150公吨。
方案20：一种电子装置，包括：
方案1的设备；以及
固连至第一安装表面的多个第一电子构件；
其中，在至少一个运行模式中，电子装置的功率输出为从10kW至3000kW。
方案21：根据方案20的电子装置，其特征在于，电子装置包括H桥功率转换器，其构造为，在至少一个运行模式中的一个或更多个中，将电输入转换成功率输出。
方案22：一种车辆，包括：
下列中至少一个：牵引电动机、和用于对牵引电动机电性地供能来移动车辆的驱动系统；或辅助负载、和用于对辅助负载电性地供能的辅助系统；
其中，驱动系统或辅助系统中的至少一个包括方案20的电子装置，并且其中，车辆的总运行重量为至少150公吨。
方案23：一种设备，包括：
壳体，包括整体式金属主体，整体式金属主体限定构造为接收待冷却的多个电子构件的平面安装表面，其中，整体式金属主体还限定在平面安装表面下延伸穿过整体式金属主体的热耗散通道；以及
成阵列的冷却翅片，其布置在热耗散通道中；其中：
整体式金属主体构造为将来自电子构件的热传导至冷却翅片，以用于从冷却翅片向行进穿过热耗散通道的第一冷却流体的热的传输；
整体式金属主体是大体矩形立方体形，并且包括顶部和底部侧、前部和后部侧、以及左部和右部侧；
整体式金属主体限定在顶部侧中的第一凹部，其中，第一凹部至少部分地由平面安装表面和垂直于平面安装表面的至少两个顶部侧壁限制，至少两个顶部侧壁是整体式金属主体的前部与后部侧和左部与右部侧中的至少两个的部分；以及
热耗散通道在平面安装表面下从前部侧至后部侧延伸穿过整体式金属主体，热耗散通道基本与第一安装表面共同扩张。
方案24：一种电子装置，包括：
方案23的设备；以及
固连至平面安装表面的多个电子构件；
其中，在至少一个运行模式中，电子装置的功率输出为从10kW至3000kW。
方案25：一种车辆，包括：
下列中至少一个：牵引电动机、和用于对牵引电动机电性地供能来移动车辆的驱动系统；或辅助负载、和用于对辅助负载电性地供能的辅助系统；
其中，驱动系统或辅助系统中的至少一个包括方案24的电子装置，并且其中，车辆的总运行重量为至少150公吨。
附图说明
本发明将参照附图从阅读非限制实施例的下列描述而更好理解，其中，在下面：
图1是根据本发明的实施例的安装和冷却设备的示意前侧立视图；
图2是图1的设备的示意顶视俯视图；
图3是图1的设备的示意透视图；
图4是安装和冷却设备的另一实施例的示意前侧立视图；
图5是安装和冷却设备的另一实施例的示意顶视俯视图；
图6是图5的设备的示意前视侧视立视图；
图7是安装和冷却设备的另一实施例的示意前侧立视图；
图8是安装和冷却设备的另一实施例的示意前侧立视图；
图9是根据本发明的实施例的电子装置的顶视透视图；
图10是图9的电子装置的示意仰视图(部分地剖视来显示内在构件)；
图11是图9的电子装置的后侧立视图；以及
图12是根据本发明的实施例的车辆的示意图。
具体实施方式
下面将详细地参照在附图中示出其实例的本发明的示范实施例。只要有可能，遍及附图使用的相同的标号意指相同的或相似的部分。尽管相对用于车辆的控制和功率电子描述了本发明的实施例，但是通常实施例相等地可应用于用于采用这种控制和功率电子的任何类型的车辆或机器的控制和功率电子。例如，合并本发明的方面的电子装置可应用于在轨道车辆、采矿托运卡车、在采矿产业中利用的地下机器、海船、固定发电机、水力压裂钻井平台等中的使用。如在本文中所使用的，“电子构件”指构造为影响电场或其相关场的装置。“功率电子构件”指构造为用于电功率的控制和/或转换的这种构件。实例包括某些二极管、绝缘栅双极晶体管和其它晶体管、汇流条、电容器等。“控制电子构件指构造为用于电功率的转换和_/或传输的这种构件。实例包括控制卡、电流和电压传感器、用于切换晶体管的门驱动器等。功率电子构件可在比孔子电子构件(例如毫安培和毫伏特)相对更高的功率等级(例如数百伏特和数十安培或更多)下运行。“电子装置”指包括电子构件的装置。
本发明的实施例涉及用于电子装置的设备，其用作i)用于电子装置的电子构件的壳体、ii)冷源，来冷却电子构件、以及iii)用于电子构件的安装表面。例如，设备可包括壳体主体(例如，整体式金属主体)和成阵列的冷却翅片。壳体主体限定构造为接收多个电子构件的安装表面，和在第一安装表面下延伸穿过主体的热耗散通道。该成阵列的冷却翅片布置在热耗散通道中。安装表面可定位于在主体中的凹部中，可借助覆盖件将其覆盖来包封电子构件。在运行中,当将设备配置成用作电子装置的部分(其中，电子构件安装至安装表面并且适当地互相连接成回路)，将来自电子构件的热穿过壳体主体并传导至冷却翅片，以用于传输至行进穿过热耗散通道的冷却流体(例如，空气)。
图1至图3显示了用于电子装置的设备10的第一实施例，其用作冷源、安装表面、以及用于电子装置的电子构件的壳体。设备10包括具有壳体主体13的壳体12。壳体主体13限定第一安装表面11，其构造为接收待冷却的多个第一电子构件(见，例如，如在下面所讨论的在图9中显示的构件22)。即，安装表面11尺寸确定为用于将附接至其的多个电子构件，例如共面关系。壳体主体13还限定热耗散通道28，其延伸穿过在第一安装表面11下的壳体主体。设备10还包括布置在热耗散通道28中的冷却翅片36的阵列34。壳体主体13构造为，当设备是电子装置的部分且该电子装置在运行中时，其中，将来自电子构件的热传导至冷却翅片36，以用于从冷却翅片36向行进穿过热耗散通道28的第一冷却流体17(例如空气)的热的传输。
在实施例中，壳体主体13是金属主体，即壳体主体由金属组成。在另一实施例中，壳体主体是通过例如铸造或加工形成的整体式金属主体。因而，在这种实施例中，主体由金属组成，并且主体的所有部分由相同的金属片(块或铸件)形成。在任一情况(整体式金属主体，或者更通常为金属主体)下，金属可为银、铜、铝或具有相对高的热传导性的另一种金属、或者它们的合金。冷却翅片36可由不同(或相同)的材料形成，并且附接至壳体主体13。备选地，如果主体壳体是整体式金属主体，那么冷却翅片36可与整体式金属主体结合，例如铸造、加工、或者否则与整体式金属主体一起形成，使得翅片和壳体主体由相同的金属片形成。
在另一实施例(可应用于其中，壳体包括整体式金属壳体主体，更通常为金属壳体主体，或者此外更通常为壳体主体)中，第一安装表面11是平面的。壳体主体13通常为矩形立方体形，指的是其包括顶部和底部侧，前部30和后部32侧，以及左部和右部侧，各个均包括相应的平面部分和四个边缘，该四个边缘的至少部分是平直的。壳体主体限定在顶部侧的第一空腔或凹部14。第一凹部14至少部分地由第一安装表面11和垂直于第一安装表面11的至少两个顶部侧壁19a、19b、19c限制。(图1至图3显示了具有三个侧壁的实施例，但是壳体主体可包括两个侧壁19a、19c，或四个侧壁，例如侧壁19a、19b、19c以及与侧壁19b相似但连接侧壁19a、19c的开放端部的第四侧壁)。顶部侧壁是壳体主体的前部与后部侧和左部与右部侧中的至少两个的部分。热耗散通道28在第一安装表面11下从前部侧至后部侧延伸穿过壳体主体13。为了促进从电子构件向冷却翅片的热传输，热耗散通道可基本与第一安装表面共同扩张，指的是从顶视俯视透视图(见，例如图2)，热耗散通道至少75％地与第一安装表面共同扩张。热耗散通道可为大体矩形立方体形。
在另一实施例中，参照图4，壳体12还包括第一覆盖件21，其构造为用于在壳体主体的顶部侧处向顶部侧壁19a、19b、19c的顶部边缘的连接，以用于在覆盖件附接至壳体主体时至少部分地包封第一凹部11。
在另一实施例中，参照图5和图6，壳体主体13限定了延伸穿过壳体主体的至少一个冷却通道38。冷却通道(或多个通道)可构造为接收第二冷却流体25，其与第一冷却流体17不同，和/或流体地隔离。例如，第二冷却流体25可为液体(从例如车辆发动机冷却液系统接收，并且返回至其)，并且第一冷却流体可为空气(例如，从送风机接收和返回至外界)。冷却通道可从壳体主体的一侧向另一侧延伸穿过壳体主体(例如，从前部侧至后部侧)，并且它们可通过铸造工序(例如)形成作为壳体主体的部分，或例如通过钻孔运行作为通孔加工进入壳体主体。冷却通道30可包围冷却导管40(见图10)，该冷却导管40接收例如第二冷却流体，冷却导管可由不同于壳体主体材料的材料形成，并且该材料在与第二冷却流体的交互作用方面提供不同的材料特性(例如，耐腐蚀性)。
在另一实施例(再次，可应用于其中，壳体包括整体式金属壳体主体，更通常为金属壳体主体，或者此外更通常为壳体主体)中，转至图7，壳体主体13限定了第二安装表面27，其构造为接收待冷却的多个第二电子构件29(在其它图中显示，如在下面所讨论的)。第二安装表面27布置在与第一安装表面相反的热耗散通道28上方，即，第一安装表面在壳体主体的顶部侧上，而第二安装表面在壳体主体的底部侧上，其中，热耗散通道放置于两者之间。壳体主体可限定第一凹部和第二凹部14、16，其中，第一安装表面11和第二安装表面27分别定位在第一凹部和第二凹部14、16内。第二安装表面27可为平面的。
在壳体主体具有在第一凹部和第二凹部内的第一安装表面和第二安装表面的实施例中，第二凹部可至少部分地由第二安装表面和垂直于第二安装表面的至少两个底部侧部31a、31b、31c限制。底部侧壁31a、31b、31c是整体式金属主体的前部与后部侧和左部与右部侧中的至少两个的部分。热耗散通道可布置在第二安装表面下并且基本与第二安装表面共同扩张。
在壳体主体具有在第一凹部和第二凹部内的第一安装表面和第二安装表面的另一实施例中，参照图8，壳体还包括：第一覆盖件21，其构造为用于在壳体主体的顶部侧处向顶部侧壁的顶部边缘的连接，以用于至少部分地包封第一凹部14；和第二覆盖件33，其构造为用于在壳体主体的底部侧处向底部侧壁的顶部边缘的连接，以用于至少部分地包封第二凹部16。
在任何本文中的实施例中，第一和/或第二凹部14、16可为大体矩形立方体形，并且从顶视俯视透视(见，例如图2)，可占有壳体主体的顶部平面区域的至少70％(并且在另一实施例中，至少80％)。这最大化了(或至少增加了)可适应在用于给出的壳体/设备尺寸的凹部内的电子装置的数量。
在带有两个安装表面的壳体主体的实施例中，例如如图7和图8所示，壳体主体可包括冷却通道38，例如如图5和图6所示。
如在本文中所描述的，另一实施例涉及包括设备10的电子装置(例如，电源、功率转换器等)。电子装置还包括固连至设备10的壳体主体的第一安装表面的多个第一电子构件。如果壳体主体附加地包括第二安装表面，那么电子装置还包括固连至第二安装表面的多个第二电子构件。第一电子构件(和第二电子构件，如果出现)可电气地互相连接在运转的回路中。在至少一个运行模式中，电子装置的功率输出可为从10kW至3000kW。这反应了，在实施例中，设备10调节在相对高功率水平(数十安培和数百伏特或更多)下运行的相对大、高功率电子构件(功率晶体管等)，以用于安装、容纳、冷却。
图9至图11显示了这种电子装置35的实施例。电子装置35包括设备10，其转而包括具有充分开放的顶部侧的壳体主体13，该顶部侧限定第一安装表面11和第一凹部14。电子装置35还包括固连至第一安装表面11的多个第一电子构件22。壳体主体13还可具有充分开放的底部侧，其限定第二安装表面27和第二凹部16，电子装置还可包括固连至第二安装表面27的多个第二电子构件29(见图11)。第一和/或第二电子构件可为相同类型的构件，或者可存在不同的垫子构件，例如绝缘栅双极晶体管模块、汇流条、电容器等。因而，“第一”和“第二”仅仅被标注来区分构件的组，并且不必指构件均彼此相同，在多数电子装置中，将存在构件的混合，其在设有电源时，互相连接成回路来执行一个或更多个指定的功能，例如将电功率从一种形式转换成另一种。电子构件可包括功率构件(额定的以用于运用相对较高的功率水平)、控制构件(用于控制功率构件的构件)、微信号构件(额定的以用于运用相对较低的功率水平)、和/或它们的混合。
在实施例中，电子装置35包括全部或部分的H桥功率转换器，其构造为在至少一个运行模式中将电输入转换成不同的电输出(例如，如上面所注意到的，从10kW至3000kW的功率输出)。H桥功率转换器的实例在申请于2012年11月21的美国公开No.2013/0308344A1中出现，因此其内容通过参照它的全部而合并入本文。
在实施例中，电子装置35的第一凹部和第二凹部14、16被覆盖(见如图8所示的覆盖件21、33)完全地或至少充分可包封，该覆盖件可经由安装孔18固定至壳体主体13。
如在图9中最佳可见，设备10可包括用于接收和安装待冷却的各种电子构件22、29的各种结构特征。(用于执行该功能的结构特征通常称作“安装件”)。安装件可包括与将固连至壳体主体13的各种电子构件的形状相对应的螺纹柱24和底座26。可将电子构件用螺钉或其它固定件、粘合剂、焊接等安装至壳体主体13。第一凹部和第二凹部14、16(即，安装表面和相关的侧壁)中的一个或两个可设有安装件，和/或第一凹部和第二凹部可具有相同的安装件的构造，或不同的安装件的构造。在实施例中，螺纹柱24、底座26以及其它安装件与壳体主体13一体地形成。例如，包括凹部14、16以及安装件的壳体主体13可铸造成单个一体单元(例如整体式金属主体)。备选地或附加地，壳体主体13可包括在壳体主体的一个或更多个侧中的一个或更多个中断器或侧壁孔20，以用于调节某些电子构件和/或向构件的接近方法。
如上面所讨论的，电子装置35的壳体主体13包括热耗散通道28，其从壳体主体13的前部30至后部32延伸穿过壳体主体13。如图10所最佳显示，通道28定位在第一凹部和第二凹部14、16中间(即，之间)。(再图10中已经将安装件、第二凹部、以及第二安装表面部分地省略来示出冷却翅片和通道)。冷却翅片36的阵列34定位在通道28内并且纵向地从在通道28内的前部向后部延伸。在实施例中，翅片36成波状或否则包括多个折痕。
在电子装置35的实施例中，冷却翅片36是铸造的或否则与壳体主体13一体地形成，并且由与壳体主体13相同的材料形成。在另一实施例中，翅片36由与壳体主体13的材料不同的材料形成。在该布置中，包括具有热耗散通道28的壳体主体13的设备10作为流体冷却(例如，空气冷却)冷源起作用，该热耗散通道28包含冷却翅片36的阵列34。尤其是，在运行中，安装在壳体主体13的第一凹部和第二凹部14、16内的电子构件将热传输至壳体主体13，并且转而，传输至翅片36。行进穿过通道28的空气用来耗散热并且携带来自电子装置35的热，因而冷却了电子装置。
在电子装置的另一实施例中，设备的热耗散部分还可为液体冷却布置，其铸造在壳体主体13中或附接至其。包封冷却导管40的冷却通道38还可附接至壳体主体13来有助于热耗散性能。在该实施例中，可使冷却流体循环穿过壳体来进一步有助于热耗散。而且，壳体主体13可具有围绕热耗散通道28的多个冷却表面，从而允许多个构件在不同的表面上冷却。
电子装置35可合并入车辆。例如，在实施例中，车辆包括牵引电动机、用于对牵引电动机电性地供能来移动车辆的驱动系统、以及是驱动系统的部分的电子装置。在另一实施例中，车辆包括辅助负载、用于对辅助负载电性地供能的辅助系统、以及是辅助系统的部分的电子装置。(在本文中“辅助”指除用于移动车辆的牵引系统之外)。在另一实施例中，车辆包括牵引电动机、用于对牵引电动机电性地供能来移动车辆的驱动系统、是驱动系统的部分的第一电子装置35、辅助负载、用于对辅助负载电性地供能的辅助系统、以及是辅助系统的部分的第二电子装置35。在任何这些实施例(或在合并如在本文中所描述的设备10或电子装置35的车辆的其它实施例中)中，车辆的总运行重量可为至少150公吨，从而反映了在一方面，设备/电子装置构造为用于用来对在重型车辆中的牵引和/或辅助负载供能的类型的相对较高功率输出。
图12示出了车辆100，在其中可合并一种或更多种电子装置35。车辆100包括车辆框118和多个车轮120，该车轮可操作地联接至车辆框(例如，经由轮轴和悬挂系统)。一个或更多个车轮120可为驱动车轮，其联接至向车辆提供动力的驱动系统122。电驱动系统122至少部分地容纳在车辆100内，并且包括三相交变电流(AC)发电机/交流发电机108，将其联接来被发动机106(例如柴油发动机)机械地驱动。将发电机108的AC输出供应入一个或更多个整流器110，其构造为将发电机/交流发电机108的AC输出转换成直流(DC)输出。将整流器110的DC输出供应至DC汇流条，其(在其它负载中)供应入一组变极器112、114.该变极器112、114构造为将来自DC汇流条的DC功率转换成受控的三相、可变频率AC功率。变极器112、114的输出电连接至电电动机102、104(分别地)，并且由变极器112、114输出的AC功率输出具有适于驱动电电动机102、104的波形。电电动机102、104可操作地联接至驱动车轮120。例如，电动机102、104可为三相、AC感应车轮电动机。驱动系统控制单元116电联接至驱动系统122。例如，驱动系统控制单元可连接至变极器112、114。驱动系统控制单元116在其它任务中，构造为确定并发送期望的扭矩请求信号至变极器112、114。扭矩请求信号通过控制单元处理以用于变极器112、114驱动电动机102、104至期望的扭矩输出量，并且处于与车辆运动的意图方向相对应的期望的旋转方向。(多个)电子装置35可为整流器110、变极器112、114等的部分。
应当理解的是，设备10是多功能的，因为其不仅冷却电子构件，其还同时用作安装表面和用于其被设计来冷却的电子构件的机械壳体。以这种方式，设备10作为结合的冷源和壳体起作用，其同时安装、容纳、保护并且冷却功率和控制电子以及涉及设备10的所有其它硬件。如上面所讨论的，在实施例中，待冷却的构件可安装至壳体主体的任一侧，因而允许同时、双侧强迫通风或电子构件的其它冷却。
而且，设备的实施例解决涉及功率电子、控制电子以及电子装置所要求的其它硬件的空间、结构以及冷却问题。更具体地，实施例提供了用于安装、机械地包装以及冷却功率与控制电子和变极器所要求的其它硬件，以及采矿托运卡车、其它非公路车辆、以及其它大型车辆的电气化系统的次级H桥的设备。
设备的实施例可降低包装成本并且改进空气流密封，这降低了粉尘和脏物污染。此外，与现有装置相比该设备可易于制造，作为单个壳体主体(例如，通过铸造形成)起作用来即冷却又包装附接至其的电子构件。由于设备的实施例是单个、结合的单元，因而该设备比具有多个部分并因而遭受公差叠加问题的现有装置更加可重复。与这相关的是，通过结合冷源、壳体、以及安装表面，使电子装置(合并该设备)所要求的部分的数量降低。此外，在具有整体式壳体主体的实施例中，使构件的硬件安装简化，并且在将标准塑料材料用于包装后可实现重量降低。
如上面所注意到的，本发明的实施例可应用于相对大的车辆，例如托运卡车、机车、以及具有至少150公吨的总车辆运行重量的其它车辆。但是，虽然已经具体参照非公路车辆和这种类型的其它大型车辆描述了本发明，但是本发明的实施例通常可应用于如下车辆，包括但不限于：电动非公路车辆、自动车等。
在实施例中，设备包括壳体和成阵列的冷却翅片。壳体包括限定第一安装表面的壳体主体，该第一安装表面构造为接收待冷却的多个第一电子构件。壳体主体还限定热耗散通道，其在第一安装表面下延伸穿过壳体主体。该成阵列的冷却翅片布置在热耗散通道中。壳体主体构造为将来自第一电子构件的热传导至冷却翅片，以用于从冷却翅片向行进穿过热耗散通道的第一冷却流体的热的传输。
在设备的另一实施例中，壳体主体13限定了延伸穿过壳体主体的至少一个冷却通道。该至少一个冷却通道构造为接收第二冷却流体，其与第一冷却流体不同，和/或流体地隔离。
在设备的另一实施例中，壳体主体限定构造为接收待冷却的多个第二电子构件的第二安装表面。第一安装表面定位在壳体主体的顶部侧上，而第二安装表面定位在壳体主体的底部侧上，其中，热耗散通道定位于第一安装表面和第二安装表面之间。
在设备的另一实施例中，壳体主体限定第一凹部和第二凹部，并且第一安装表面和第二安装表面分别定位在第一凹部和第二凹部内。壳体主体限定在与壳体主体一体的第一凹部和第二凹部中的相应的安装件，以用于将多个第一电子构件和多个第二电子构件分别安装至第一安装表面和第二安装表面。
在设备的另一实施例中，壳体主体包括整体式金属主体。
在设备的另一实施例中，冷却翅片与整体式金属主体结合。
在设备的另一实施例中，第一安装表面可为平面，并且整体式金属主体是大体矩形立方体形，并且包括顶部和底部侧、前部和后部侧、左部和右部侧。整体式金属主体限定在顶部侧中的第一凹部。第一凹部至少部分地由第一安装表面和垂直于第一安装表面的至少两个顶部侧壁限制。该至少两个顶部侧壁是整体式金属主体的前部与后部侧和左部与右部侧中的至少两个的部分。热耗散通道在第一安装表面下从前部侧至后部侧延伸穿过整体式金属主体。热耗散通道与第一安装表面基本共同扩张。
在设备的另一实施例中，壳体还包括第一覆盖件，其构造为用于在整体式金属主体的顶部侧处向至少两个顶部侧壁的顶部边缘的连接，以用于至少部分地包封第一凹部。
在设备的另一实施例中，整体式金属主体限定构造为接收待冷却的多个第二电子构件的第二安装表面。第二安装表面是平面的，并且在整体式金属主体的底部侧上定位成与来自第一安装表面的热耗散通道相反。整体式金属主体限定在底部侧中的第二凹部。第二凹部至少部分地由第二安装表面和垂直于第二安装表面的至少两个底部侧壁限制。该至少两个底部侧壁是整体式金属主体的前部与后部侧和左部与右部侧中的至少两个的部分。热耗散通道布置在第二安装表面下并且基本与第二安装表面共同扩张。
在设备的另一实施例中，壳体还包括：第一覆盖件，其构造为用于在整体式金属主体的顶部侧处向至少两个顶部侧壁的顶部边缘的连接，以用于至少部分地包封第一凹部；和第二覆盖件，其构造为用于在整体式金属主体的底部侧处向至少两个底部侧壁的顶部边缘的连接，以用于至少部分地包封第二凹部。
在另一实施例中，电子装置包括：设备(如在本文中的任何实施例中所描述的，具有带有一个或两个安装表面的壳体主体)、固连至第一安装表面的多个第一电子构件、以及(在一些实施例中)固连至第二安装表面的多个第二电子构件。在至少一个运行模式中，电子装置的功率输出为从10kW至3000kW。电子装置可包括H桥功率转换器，其构造为，在至少一个运行模式中的一个或更多个中，来将电输入转换成功率输出。
在另一实施例中，车辆包括牵引电动机、和用于对牵引电动机电性地供能来移动车辆的驱动系统、和/或辅助负载、以及用于对辅助负载电性地供能的辅助系统。驱动系统和/或辅助系统包括一种或更多种电子装置(如在本文中的任何实施例中所描述的)。车辆的总运行重量为至少150公吨。
在另一实施例中，设备包括壳体和成阵列的冷却翅片。壳体包括限定平面安装表面的整体式金属主体，该平面安装表面构造为接收待冷却的多个电子构件。整体式金属主体还限定热耗散通道，其在平面安装表面下延伸穿过整体式主体。该成阵列的冷却翅片布置在热耗散通道中。整体式金属主体构造为将来自电子构件的热传导至冷却翅片，以用于从冷却翅片向行进穿过热耗散通道的第一冷却流体的热的传输。整体式金属主体是大体矩形立方体形，并且包括顶部和底部侧、前部和后部侧、以及左部和右部侧。整体式金属主体限定在顶部侧中的第一凹部。第一凹部至少部分地由平面安装表面和垂直于平面安装表面的至少两个顶部侧壁限制。该至少两个顶部侧壁是整体式金属主体的前部与后部侧和左部与右部侧中的至少两个的部分。热耗散通道在平面安装表面下从前部侧至后部侧延伸穿过整体式金属主体。热耗散通道与平面安装表面基本共同扩张。
在另一实施例中，电子装置包括设备和多个电子构件。该设备包括壳体和成阵列的冷却翅片。壳体包括限定平面安装表面的整体式金属主体，多个电子构件附接至该平面安装表面。整体式金属主体还限定热耗散通道，其在平面安装表面下延伸穿过整体式主体。该成阵列的冷却翅片布置在热耗散通道中。整体式金属主体构造为将来自电子构件的热传导至冷却翅片，以用于从冷却翅片向行进穿过热耗散通道的第一冷却流体的热的传输。整体式金属主体是大体矩形立方体形，并且包括顶部和底部侧、前部和后部侧、以及左部和右部侧。整体式金属主体限定在顶部侧中的第一凹部。第一凹部至少部分地由平面安装表面和垂直于平面安装表面的至少两个顶部侧壁限制。该至少两个顶部侧壁是整体式金属主体的前部与后部侧和左部与右部侧中的至少两个的部分。热耗散通道在平面安装表面下从前部侧至后部侧延伸穿过整体式金属主体。热耗散通道与平面安装表面基本共同扩张。在至少一个运行模式中，电子装置的功率输出为从10kW至3000kW。
在另一实施例中，车辆包括牵引电动机、和用于对牵引电动机电性地供能来移动车辆的驱动系统、和/或辅助负载、以及用于对辅助负载电性地供能的辅助系统。车辆还包括一种或更多种电子装置，该电子装置是驱动系统和/或辅助系统的部分。车辆的总运行重量为至少150公吨。各个电子装置包括相应的设备和相应的多个电子构件。该设备包括壳体和成阵列的冷却翅片。壳体包括限定平面安装表面的整体式金属主体，多个电子构件附接至该平面安装表面。整体式金属主体还限定热耗散通道，其在平面安装表面下延伸穿过整体式主体。该成阵列的冷却翅片布置在热耗散通道中。整体式金属主体构造为将来自电子构件的热传导至冷却翅片，以用于从冷却翅片向行进穿过热耗散通道的第一冷却流体的热的传输。整体式金属主体是大体矩形立方体形，并且包括顶部和底部侧、前部和后部侧、以及左部和右部侧。整体式金属主体限定在顶部侧中的第一凹部。第一凹部至少部分地由平面安装表面和垂直于平面安装表面的至少两个顶部侧壁限制。该至少两个顶部侧壁是整体式金属主体的前部与后部侧和左部与右部侧中的至少两个的部分。热耗散通道在平面安装表面下从前部侧至后部侧延伸穿过整体式金属主体。热耗散通道与平面安装表面基本共同扩张。在至少一个运行模式中，电子装置的功率输出为从10kW至3000kW。
应当理解的是，上面的描述意图为说明性的且不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可彼此结合地使用。此外，可进行许多修改以使具体的条件或材料适应本发明的教导而不脱离其范畴。虽然在本文中描述的材料的尺寸和类型意图限定本发明的参数，但是它们决不意图限制并且为示范实施例。回顾上面的描述后，许多其它实施例对本领域技术人员将是显而易见的。本发明的范围因此应当参照附属权利要求，连同这种权利要求授权的等同的全部范围而确定。在附属权利要求中，术语“包含的”和“在其中”用作相应的术语“包括的”和“其中”的口语等同。而且，在下列权利要求中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“较高”、“较低”、“底部”、“顶部”等仅仅用作标记，并且不意图对它们的目的强加数字或位置要求。此外，下列权利要求的限制不书写成方式加功能格式，并且不意图根据35U.S.C.§112、第六个图释义，除非或直至这种权利要求限制清楚地使用短语“意味着”，其跟随有缺乏进一步结构的陈述和功能。
本书面说明使用实例来公开包括最佳模式的本发明的数个实施例，并且还使本领域技术人员能够实践本发明的实施例，包括制造和使用任何设备或系统并且执行任何合并的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括由本领域技术人员想到的其它实例。这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。
如在本文中所使用的，以单数叙述并且用单词“一”或“一个”进行的元件或步骤应当理解为不排除复数个所述元件或步骤，除非明确地声明这种排除。此外，对本发明的“一个实施例”的引用不意图理解为排除也合并叙述的特征的附加实施例的存在。而且，除非相反地明确地陈述，“包括”、“包含”、或“具有”具有特定特性的一个元件或多个元件的实施例可包括附加的不具有那种特性的这种元件。
因为在本文中描述的实施例中可进行某些改变，而不脱离在本文中包括的本发明的精神和范围，因而意图为，上面的描述或在附图中显示的全部主题应当仅仅理解为在本文中示出发明性构思的实例，并且不应解释为限制本发明。

Claims (20)

1.一种冷却设备，包括：
壳体，包括壳体主体，所述壳体主体限定构造为接收待冷却的多个第一电子构件的第一安装表面，其中，所述壳体主体还限定在所述第一安装表面下延伸穿过所述壳体主体的热耗散通道，其中所述壳体主体包括整体式金属主体；以及
一排冷却翅片，其布置在所述热耗散通道中；
其中，所述壳体主体构造为将来自所述第一电子构件的热传导至所述冷却翅片，以用于从所述冷却翅片向行进穿过所述热耗散通道的第一冷却流体的热的传输；以及
其中：
所述第一安装表面是平面的：
所述整体式金属主体是大体矩形立方体形，并且包括顶部侧和底部侧、前部侧和后部侧、以及左部侧和右部侧；
所述整体式金属主体限定在所述顶部侧中的第一凹部，其中，所述第一凹部至少部分地由所述第一安装表面和垂直于所述第一安装表面的至少两个顶部侧壁限制，所述至少两个顶部侧壁是所述整体式金属主体的所述前部侧与后部侧和左部侧与右部侧中的至少两个的部分；以及
所述热耗散通道在所述第一安装表面下从所述前部侧至所述后部侧延伸穿过所述整体式金属主体，所述热耗散通道基本与所述第一安装表面共同扩张。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述壳体主体限定延伸穿过所述壳体主体的至少一个冷却通道，所述至少一个冷却通道构造为接收第二冷却流体，其与所述第一冷却流体不同并且流体地隔离。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述壳体主体限定第二安装表面，其构造为接收待冷却的多个第二电子构件，所述第一安装表面定位在所述壳体主体的顶部侧上，而所述第二安装表面定位在所述壳体主体的底部侧上，并且其中，所述热耗散通道定位在所述第一安装表面和所述第二安装表面之间。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：
所述整体式金属主体限定第二凹部，并且所述第一安装表面和所述第二安装表面分别定位在所述第一凹部和第二凹部内；以及
所述整体式金属主体限定在与所述整体式金属主体一体的所述第一凹部和第二凹部中的相应的安装件，以用于将所述多个第一电子构件和所述多个第二电子构件分别安装至所述第一安装表面和所述第二安装表面。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述冷却翅片与所述整体式金属主体结合使得所述冷却翅片与所述壳体主体由相同的金属件一起形成。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述壳体还包括第一覆盖件，其构造为用于在所述整体式金属主体的所述顶部侧向所述至少两个顶部侧壁的顶部边缘的连接，以用于至少部分地包封所述第一凹部。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
所述整体式金属主体限定构造为接收待冷却的多个第二电子构件的第二安装表面，其中，所述第二安装表面是平面的，并且在所述整体式金属主体的所述底部侧上定位成与来自所述第一安装表面的所述热耗散通道相反；
所述整体式金属主体限定在所述底部侧中的第二凹部，其中，所述第二凹部至少部分地由所述第二安装表面和垂直于所述第二安装表面的至少两个底部侧壁限制，所述至少两个底部侧壁是所述整体式金属主体的所述前部与后部侧和左部与右部侧中的至少两个的部分；以及
所述热耗散通道布置在所述第二安装表面下并且基本与所述第二安装表面共同扩张。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述壳体还包括：
第一覆盖件，其构造为用于在所述整体式金属主体的所述顶部侧向所述至少两个顶部侧壁的顶部边缘的连接，以用于至少部分地包封所述第一凹部；以及
第二覆盖件，其构造为用于在所述整体式金属主体的所述底部侧处向所述至少两个底部侧壁的顶部边缘的连接，以用于至少部分地包封所述第二凹部。
9.一种电子装置，包括：
权利要求7所述的设备；以及
固连至所述第一安装表面的所述多个第一电子构件；以及
固连至所述第二安装表面的所述多个第二电子构件；
其中，在至少一个运行模式中，所述电子装置的功率输出为从10kW至3000kW。
10.根据权利要求9所述的电子装置，其特征在于，所述电子装置包括H桥功率转换器，其构造为，在所述至少一个运行模式中的一个或更多个中，将电输入转换成所述功率输出。
11.一种车辆，包括：
下列中至少一个：牵引电动机、和用于对所述牵引电动机电性地供能来移动所述车辆的驱动系统；或辅助负载、和用于对所述辅助负载电性地供能的辅助系统；
其中，所述驱动系统或所述辅助系统中的至少一个包括权利要求9所述的电子装置，并且其中，所述车辆的总运行重量为至少150公吨。
12.一种电子装置，包括：
权利要求1所述的设备；以及
固连至所述第一安装表面的所述多个第一电子构件；
其中，在至少一个运行模式中，所述电子装置的功率输出为从10kW至3000kW。
13.根据权利要求12所述的电子装置，其特征在于，所述电子装置包括H桥功率转换器，其构造为，在所述至少一个运行模式中的一个或更多个中，将电输入转换成所述功率输出。
14.一种车辆，包括：
下列中至少一个：牵引电动机、和用于对所述牵引电动机电性地供能来移动所述车辆的驱动系统；或辅助负载、和用于对所述辅助负载电性地供能的辅助系统；
其中，所述驱动系统或所述辅助系统中的至少一个包括权利要求12所述的电子装置，并且
其中，所述车辆的总运行重量为至少150公吨。
15.一种冷却设备，包括：
壳体，包括整体式金属主体，所述整体式金属主体限定构造为接收待冷却的多个电子构件的平面安装表面，其中，所述整体式金属主体还限定在所述平面安装表面下延伸穿过所述整体式金属主体的热耗散通道；以及
一排冷却翅片，其布置在所述热耗散通道中；其中：
所述整体式金属主体构造为将来自所述电子构件的热传导至所述冷却翅片，以用于从所述冷却翅片向行进穿过所述热耗散通道的第一冷却流体的热的传输；
所述整体式金属主体是大体矩形立方体形，并且包括顶部和底部侧、前部和后部侧、以及左部和右部侧；
所述整体式金属主体限定在所述顶部侧中的第一凹部，其中，所述第一凹部至少部分地由所述平面安装表面和垂直于所述平面安装表面的至少两个顶部侧壁限制，所述至少两个顶部侧壁是所述整体式金属主体的所述前部与后部侧和左部与右部侧中的至少两个的部分；以及
所述热耗散通道在所述平面安装表面下从所述前部侧至所述后部侧延伸穿过所述整体式金属主体，所述热耗散通道基本与第一安装表面共同扩张。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述冷却翅片与所述整体式金属主体结合使得所述冷却翅片与所述壳体主体由相同的金属件一起形成。
17.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述整体式金属主体限定延伸穿过所述壳体主体的至少一个冷却通道，所述至少一个冷却通道构造为接收第二冷却流体，其与所述第一冷却流体不同并且流体地隔离。
18.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述壳体还包括覆盖件，所述覆盖件构造为用于在所述整体式金属主体的所述顶部侧向所述至少两个顶部侧壁的顶部边缘的连接，以用于至少部分地包封所述第一凹部。
19.一种电子装置，包括：
权利要求15所述的设备；以及
固连至所述平面安装表面的所述多个电子构件；
其中，在至少一个运行模式中，所述电子装置的功率输出为从10kW至3000kW。
20.一种车辆，包括：
下列中至少一个：牵引电动机、和用于对所述牵引电动机电性地供能来移动所述车辆的驱动系统；或辅助负载、和用于对所述辅助负载电性地供能的辅助系统；
其中，所述驱动系统或所述辅助系统中的至少一个包括权利要求19所述的电子装置，并且
其中，所述车辆的总运行重量为至少150公吨。
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