CN105682415B - 一种散热装置、驱动器以及所述驱动器的散热方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电气技术领域，特别涉及一种散热装置、驱动器以及所述驱动器的散热方法；散热装置包括散热器和散热风扇，散热器包括基板、两片档风侧板、档风盖板和散热柱群，散热柱群和两片档风侧板均固定于所述基板的一侧面，所述基板的另一侧面与发热源接触，以实现发热源将高温通过基板传导至散热柱群，档风盖板与两片档风侧板连接，基板、两片档风侧板以及档风盖板共同形成气流流通通道，散热柱群置于气流流通通道中，气流流通通道包括有进风口和出风口，散热风扇位于进风口处；本发明通过提高冷风与散热器的热交换量来提高散热装置及使用该散热装置的驱动器的散热效率。

Description

一种散热装置、驱动器以及所述驱动器的散热方法

技术领域

本发明涉及电气技术领域，具体而言，是涉及一种散热装置及使用其的驱动器。

背景技术

驱动器是现有技术中常用的电元器件，在驱动器中含有大量的功率器件，如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、圆柱状电容、电路板、整流桥、滤波器等等，这些功率器件在工作过程中会产生一定的热量，特别是IGBT具有较大的发热量，需要通过散热装置进行散热。

现有技术中的用于驱动器的散热装置是由散热风扇和散热器组成，散热器呈鳍片式结构，散热风扇则置于散热器鳍片方向的一侧，以使散热风扇吹出的冷风能够顺着鳍片之间的间隙吹出。但现有技术的驱动器在实际使用过程，驱动器依然存在过热的问题，也即是散热不理想，因此，进一步提高散热装置的散热效率是本领域技术共同需要解决的技术问题。

在本领域中，技术人员为解决上述技术问题时，多是在保持鳍片式结构的基础上增加散热器的散热面积来提高散热装置的散热效率，但这又会产生其他的问题，如散热装置过大等，而本发明的申请人在改进的过程中，发现由于散热器的鳍片式结构，现有技术散热装置中散热风扇吹出的冷风过快地从散热器中流出，致使冷风未能与散热器充分地进行热交换，即热交换量低，因此，针对此发现，为提高散热装置的散热效率，本发明所需要解决的技术问题可通过提高冷风与散热器的热交换量来实现。

发明内容

本发明的目的之一在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种散热装置，通过提高冷风与散热器的热交换量来提高散热装置整体的散热效率。

解决本发明目的之一其技术问题采用的技术方案是，提供一种散热装置，包括散热器和散热风扇，所述散热器包括基板、两片档风侧板、档风盖板和散热柱群，所述散热柱群和所述两片档风侧板均固定于所述基板的一侧面，所述基板的另一侧面与发热源接触，以实现发热源将高温通过所述基板传导至所述散热柱群，所述档风盖板与所述两片档风侧板连接，所述基板、所述两片档风侧板以及所述档风盖板共同形成气流流通通道，所述散热柱群置于所述气流流通通道中，所述气流流通通道包括有进风口和出风口，所述散热风扇位于所述进风口处；

所述散热柱群包括多组沿所述气流流通通道的方向设置的散热柱组，每组散热柱组包括多个间隔设置的散热柱，相邻的散热柱组中的散热柱在垂直于所述气流流通通道的方向上错位排列。

其中，所述散热柱组组间等间距设置，每组散热柱组包括的多个散热柱柱间等间距设置；

任意一散热柱群中间部分的散热柱的旋转轴为散热旋转轴，该散热柱相邻散热柱组中最近的两个散热柱的对称轴线为散热对称轴线，所述散热旋转轴位于所述散热对称轴线的一侧。

其中，所述基板、所述散热柱群和所述两档风板一体成型。

其中，所述档风盖板通过螺钉与所述两片档风侧板可拆卸连接。

其中，所述散热柱呈圆锥柱状或直圆柱状。

其中，所述散热柱的圆锥状外周面与其中心轴线所成的角度β范围值是0.5度～1.5度。

其中，所述散热柱之间间距L的范围值为其底面半径R的15％～30％。

其中，沿所述气流流通路径上还设置有用于容纳至少一个圆柱状电容的收容区域，所述收容区域位于所述进风口和所述散热柱群之间。

本发明的目的之二在于提供一种散热效率良好的驱动器。

解决本发明目的之二其技术问题采用的技术方案是，提供一种驱动器，包括壳体电路板、IGBT、圆柱状电容，以及上述的散热装置，IGBT设置于壳体内，所述IGBT和所述圆柱状电容均电连接至所述电路板，所述IGBT与所述基板接触，并将高温通过所述基板传导至所述散热柱群，所述圆柱状电容置于所述收容区域。

其中，所述圆柱状电容设置有四个，且呈矩形等间距设置。

解决本发明目的之三其技术问题采用的技术方案是，提供一种驱动器的散热方法，该驱动器为上述的驱动器，其散热过程如下：

a、所述散热风扇将冷风从所述进风口抽进所述散热装置；

b、冷风先流经过所述收容区域，所述收容区域中放置有所述圆柱状电容，并导致气流流通通道发生变化，以使冷风能从紊流的气流状态转变为平稳的气流状态，且冷风流经所述收容区域时还与所述圆柱状电容进行热交换；

c、平稳气流状态的冷风再流经所述散热柱群，冷风在所述散热柱群中环绕流动，并与散热柱进行热交换；

d、冷风最后从所述出风口流出。

采用上述技术方案以后，本发明可以获得以下有益技术效果：采用散热柱群替换掉现有技术中鳍片，利用散热柱群中散热柱自身的结构特性以及相邻的散热柱组中的散热柱在垂直于气流流通通道的方向上的错位排列，使得散热风扇吹出的冷风会在散热柱群的散热柱之间环绕的流动，环绕的流动路线比现有技术中冷风走直线的流动路线长从而使冷风能在散热器中滞留更长的时间，而冷风滞留在散热器的气流流通通道中滞留的时间越长，冷风与散热柱直接能够发生热交换的时间就越长，这就提高了热交换量，既是从整体上提高了散热装置的散热效率。

对于使用了该散热装置的驱动器，同样具有散热效率高的特点。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例一的分解结构示意图。

图2为本发明实施例一的未显示档风盖板的结构示意图。

图3为本发明实施例一的散热柱群的横截面示意图。

图4为图3中A内a、b、c、d四个散热柱的放大结构示意图。

图5为图4中c散热柱四周的气流流向示意图。

图6为本发明实施例二的分解结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术散热装置散热效率不高的技术问题，本发明提出一种采用散热柱群替换掉现有技术中鳍片，利用散热柱群中散热柱21自身的结构特性以及相邻的散热柱组2中的散热柱21在垂直于气流流通通道的方向上的错位排列，延长冷风在散热器里流动的时间，以提高冷风与散热器的热交换量。

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例一

本发明实施例的一种散热装置，如图1所示，包括散热器和散热风扇3，散热器包括基板11、两片档风侧板12、档风盖板13以及散热柱群，散热柱群和两片档风侧板12均固定于基板11的一侧面，而基板11的另一面则是用于与IGBT接触，以实现IGBT将高温通过基板11传导至散热柱群，档风盖板13与两片档风侧板12连接，以使基板11、两片档风侧板12以及档风盖板13共同形成气流流通通道，散热柱群置于气流流通通道中，散热风扇3位于气流流通通道的一端侧，并向气流流通通道吹冷风。

上述中，档风盖板13通过螺钉与两片档风侧板12是可拆卸连接的，该可拆卸连接，一方面能够便于散热装置后续维修，另一方面也便于清理散热器里淤积的灰尘。

本具体实施例中，如图2和图3所示，散热柱群包括七组沿气流流通通道方向(即图1、图2中所示的箭头方向)设置的散热柱组2，且散热柱组2等间距设置，每组散热柱组2包括九或十个且等间距设置的散热柱21，且散热柱21呈直圆柱状，相邻的散热柱组2中的散热柱21在垂直于气流流通通道的方向上错位排列。

在工作过程中，散热风扇3吹出冷风并流向散热器，并经气流流通通道流出。本实施例中，采用散热柱群替换现有技术中鳍片，利用散热柱群中散热柱21自身的结构特性，冷风刚吹至散热柱群时，一方面，冷风可以分为两部分，一部分是直接吹向散热柱21的冷风，另一部分是未直接吹向散热柱21的冷风，对于吹向散热柱21的那部分冷风，由于散热柱21的柱面半圆形结构，使得冷风会流向散热柱21的两侧，即该部分的冷风的风向会偏离最初的风向，同时，未直接吹向散热柱21的冷风则由于直接吹向散热柱21的那部分冷风的影响，也偏离最初的风向，同时相邻的散热柱组2中的散热柱21在垂直于气流流通通道的方向上的错位排列，使得偏离最初的风向易流至相邻的散热柱组2中相邻的两个散热柱21的间隙之间，因而使冷风在气流流通通道中的流动并不是直线流动的，而是会从一个散热柱组2中的散热柱21的柱面流到另外一个散热柱组2的散热柱21的柱面，也即是冷风会在散热柱群的散热柱21间成环绕的流动路线，环绕的流动路线比现有技术中冷风走直线的流动路线长，从而使冷风能在散热器中滞留更长的时间，而冷风滞留在散热器的气流流通通道中滞留的时间越长，冷风与散热柱21直接能够发生热交换的时间就越长，这就提高了热交换量，既是从整体上提高了散热装置的散热效率。

上述工作过程中，还有另一部分冷风气流会贴附于散热柱21进行流动，根据卡门涡街可知，该部分冷风气流会流向散热柱21的背面，增加了散热柱21与冷风气流的接触，也能提高散热效率。

为进一步对本发明进行清楚的说明，在此先定义气流流通通道方向是从上到下的。

任意一散热柱群中间部分的散热柱21的旋转轴为散热旋转轴，该散热柱21相邻散热柱组2中最近的两个散热柱21的对称轴线为散热对称轴线，散热旋转轴位于散热对此轴线的一侧。

本实施例中，如图4所示，a散热柱21的散热旋转轴E在b、c两散热柱21之间散热对称轴线B-B的下侧，在此应该强调说明的是，如a散热柱21的散热旋转轴E在b、c两散热柱21之间散热对称轴线B-B的上侧，并不影响在散热柱群中形成类似a、b、c、d四个散热柱21围成不规则的四边形结构。

a、b、c、d这四个散热柱21围成的不规则四边形结构，结构关系如图4所示，L1的长度是小于L2的，在冷风气流流量相同的情况下，冷风于L1处的气流流速是增加的。

而根据卡门涡街频率与流体速度、旋涡发生体宽度存在的方程关系：

f＝SrV/d

其中：

f＝卡门涡街频率；

Sr＝斯特劳哈尔数(～0.2)；

V＝流体速度；

d＝阻流体迎面宽度。

在c散热柱21(即是旋涡发生体)尺寸大小不变的情况下，增加散热柱21两侧边的冷风流速(即是流体速度)，则增加了卡门涡旋频率，使冷风的气流能够更好地吹向c散热柱21的背面，如图5所示，冷风的气流更容易在s2到s3点之间形成卡门涡街。

因此，a、b、c、d四个散热柱21围成的不规则四边形结构有利于冷风气流吹响c散热柱21的背面，c散热柱21会有更多的面积与冷风气流接触，并进行充分的热交换，从而进一步提高了c散热柱的散热效果，同时，对于散热柱群中位置处于类似c散热柱21的，均能提高其散热效率，因而能进一步提高散热装置的整体散热效果。

基板11、散热柱群和两档风板12一体成型，一体成型能够提高散热器生产效率，而基板11、散热柱群和两档风板12由具有高导热系数的铝合金制成，则有利于进一步提高散热装置的散热效率。

散热柱21呈圆锥柱状，散热柱21的锥状外周面与其中心轴线所成的角度β值是1度，而角度β的范围值可在0.5度～1.5度以内即可，便于散热器在生产过程中脱模。

散热柱21之间间距L为其底面半径R的18％，而散热柱21之间间距L的范围值可以为其底面半径R的15％～30％，通过适当的散热柱21之间间距值，有利于迫使冷风环绕散热柱21流动。

最后，本实施例中沿所述气流流通路径上还设置有用于容纳至少一个圆柱状电容的收容区域3，收容区域3位于所述进风口和散热柱群之间，便于驱动器在使用本散热装置时，能同时对圆柱状电容5及IGBT进行散热，以提高散热效率。

实施例二

本发明实施例的一种驱动器，如图3所示，包括壳体4、电路板、IGBT、四个圆柱状电容5，以及上述实施例的散热装置，IGBT设置于壳体4内，IGBT和圆柱状电容5均电连接至电路板，IGBT与基板11接触，并将高温通过基板11传导至散热柱群，圆柱状电容5置于收容区域14，圆柱状电容5呈矩形等间距设置。

对于本实施例中的散热装置，已在实施例一论述，在此不再赘述。

由上述可知，本实施例散热风扇3吹出的冷风是先经圆柱状电容5后再流至气流流通通道的。

本领域技术人员公知的是，圆柱状电容5会产生一定热量的，但圆柱状电容5产生的热量远小于IGBT，因此，现有技术的散热装置一般只是对IGBT进行散热即可，而不对圆柱状电容5进行散热的，因此，现有技术中圆柱状电容是置于壳体4内的，但圆柱状电容5长时间的工作依然会产生较多的热量，致使驱动器整体较热。同时，在此还应当特别说明的是，本领域技术人员对于“将电容置于散热风扇3与气流流通通道之间”的认知是由于圆柱状电容5也是发热器件，因此，本领域技术人员对于这样的设置存在的技术偏见是至少不会提高驱动器整体的散热效果。

而，在本实施例中恰恰是将圆柱状电容5设置于散热风扇3与气流流通通道之间，以进一步提高了整个驱动器的散热效率，本实施例能够提高驱动器整体散热效率的原因在于，圆柱状电容5的发热量远小于IGBT的发热量，散热风扇3吹出的冷风在经过圆柱状电容5时并未发生过多的热交换，冷风并未有明显的提高温度，因此，在冷风在气流流通通道中与散热柱21时，依然可以保持未“将圆柱状电容5设置于散热风扇3与气流流通通道之间”时的热交换量，从而使本实施例可以同时对圆柱状电容5及IGBT进行散热，避免了圆柱状电容5在壳体内积累热量，故，本实施例能整体上进一步提高驱动器的散热效果。

另一方面，散热风扇吹出冷风的气流状态是紊流状态，紊流状态的冷风经过圆柱状电容5时，由于气流流通通道形状的变化，即在经过圆柱状电容5时流速突变，使冷风完全流过圆柱状电容5后，冷风的气流状态转变为平稳的气流状态，因而冷风吹向散热柱群的气流更加稳定，不会出现聚集吹到某一处的现象，均衡地对散热器进行散热，也有利于提高整体散热效果。

实施例三

一种驱动器的散热方法，该驱动器为上述实施例二的驱动器，其散热过程如下：

a、所述散热风扇3将冷风从所述进风口抽进所述散热装置；

b、冷风先流经过所述收容区域14，所述收容区域14中放置有所述圆柱状电容5，并导致气流流通通道发生变化，以使冷风能从紊流的气流状态转变为平稳的气流状态，且冷风流经所述收容区域14时还与所述圆柱状电容5进行热交换；

c、平稳气流状态的冷风再流经所述散热柱群，冷风在所述散热柱群中环绕流动，并与散热柱21进行热交换；

d、冷风最后从所述出风口流出。

采用该散热方法，能有效提高驱动器的整体散热效果。

综上所述，本发明的主要设计在于采用散热柱群替换掉现有技术中鳍片结构，利用散热柱群中散热柱21自身的结构特性以及相邻的散热柱组2中的散热柱21在垂直于气流流通通道的方向上的错位排列，延长冷风在散热器里的时间，提高冷风与散热器的热交换量，因此，在不脱离本发明原理的前提下，本领域技术人员应理解，可以根据上述说明加以改进或变换，在没有做出创造性劳动的前提下做出的改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种驱动器，包括壳体(4)、电路板、IGBT、圆柱状电容(5)以及散热装置，所述散热装置包括散热器和散热风扇，其特征在于：所述散热器包括基板(11)、两片档风侧板(12)、档风盖板(13)和散热柱群，所述散热柱群和所述两片档风侧板(12)均固定于所述基板(11)的一侧面，所述基板(11)的另一侧面与发热源接触，以实现发热源将高温通过所述基板(11)传导至所述散热柱群，所述档风盖板(13)与所述两片档风侧板(12)连接，所述基板(11)、所述两片档风侧板(12)以及所述档风盖板(13)共同形成气流流通通道，所述散热柱群置于所述气流流通通道中，所述气流流通通道包括有进风口和出风口，所述散热风扇(3)位于所述进风口处；

所述散热柱群包括多组沿所述气流流通通道的方向设置的散热柱组(2)，每组散热柱组(2)包括多个间隔设置的散热柱(21)，相邻的散热柱组(2)中的散热柱(21)在垂直于所述气流流通通道的方向上错位排列；

所述散热柱组(2)组间等间距设置，每组散热柱组(2)包括的多个散热柱(21)柱间等间距设置；

任意一散热柱群中间部分的散热柱(21)的旋转轴为散热旋转轴，该散热柱(21)相邻散热柱组(2)中最近的两个散热柱(21)的对称轴线为散热对称轴线，所述散热旋转轴位于所述散热对称轴线的一侧；

任意一散热柱群中包括a散热柱、b散热柱、c散热柱和d散热柱四个散热柱围成的不规则四边形结构，其中，c散热柱与a散热柱、d散热柱之间最近的距离L1小于b散热柱与a散热柱、d散热柱之间最近的距离L2；

所述基板(11)、所述散热柱群和所述两片档风侧板(12)一体成型；

所述散热柱(21)之间间距L的范围值为其底面半径R的15％～30％；

沿所述气流流通路径上还设置有用于容纳至少一个圆柱状电容的收容区域(14)，所述收容区域(14)位于所述进风口和所述散热柱群之间；

IGBT设置于壳体(4)内，所述IGBT和所述圆柱状电容(5)均电连接至所述电路板，所述IGBT与所述基板(11)接触，并将高温通过所述基板(11)传导至所述散热柱群，所述圆柱状电容(5)置于所述收容区域(14)；

所述圆柱状电容(5)设置有四个，且呈矩形等间距设置。

2.根据权利要求1所述的一种驱动器，其特征在于：所述档风盖板(13)通过螺钉与所述两片档风侧板(12)可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的一种驱动器，其特征在于：所述散热柱(21)呈圆锥柱状或直圆柱状。

4.根据权利要求3所述的一种驱动器，其特征在于：所述散热柱(21)的圆锥状外周面与其中心轴线所成的角度β范围值是0.5度～1.5度。

5.一种驱动器的散热方法，该驱动器为权利要求1-4任一项所述的驱动器，其散热过程如下：

a、所述散热风扇(3)将冷风从所述进风口抽进所述散热装置；

b、冷风先流经过所述收容区域(14)，所述收容区域(14)中放置有所述圆柱状电容(5)，并导致气流流通通道发生变化，以使冷风能从紊流的气流状态转变为平稳的气流状态，且冷风流经所述收容区域(14)时还与所述圆柱状电容(5)进行热交换；

c、平稳气流状态的冷风再流经所述散热柱群，冷风在所述散热柱群中环绕流动，并与散热柱(21)进行热交换；

d、冷风最后从所述出风口流出。