CN106465563A - 带有用于液体冷却的内部腔体的热沉 - Google Patents

带有用于液体冷却的内部腔体的热沉 Download PDF

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Abstract

具有用于液体冷却的内部腔体的热沉包括：第一部分，其具有延伸到内部腔体中的第一组翅片；第二部分，其附接到第一部分使得形成内部腔体，该第二部分具有延伸到内部腔体中并且被构造成装配在第一组翅片之间的第二组翅片；在第一部分和第二部分中的至少一个部分上的内部腔体的入口；以及在第一部分和第二部分中的至少一个部分上的内部腔体的出口。

Description

带有用于液体冷却的内部腔体的热沉
相关申请的交叉引用
本申请要求美国申请序列号No.14/286,670，其提交于2014年5月23日并且标题为“HEATSINK WITH INTERNAL CAVITY FOR LIQUID COOLING”，其内容通过引用并入本文。
背景技术
一些电气和电子部件在使用期间需要某种形式的冷却。在某些情况下，通过使空气流或液体流(即，冷却剂)与(多个)热产生设备热接触来提供主动冷却。当空气/冷却剂穿过加热区域时，热量被空气/冷却剂吸收，然后热能以某种方式(诸如使用辐射器)从冷却介质消散。
在液体冷却系统中，冷却剂通常通过一个或多个导管循环，该管道被设计成吸收所产生的热量并将其传递到在内部流动的介质。一些这样的导管具有设计成改善到冷却剂中的热传递的内部结构。然而，制造具有内部结构的这种导管可能是具有挑战性的。
发明内容
在第一方面，具有用于液体冷却的内部腔体的热沉包括：第一部分，其具有延伸到内部腔中的第一组翅片；第二部分，其附接到第一部分使得形成内部腔体，该第二部分具有延伸到内部腔体中并且被构造成装配在第一组翅片之间的第二组翅片；在第一部分和第二部分中的至少一个部分上的内部腔体的入口；以及在第一部分和第二部分中的至少一个部分上的内部腔体的出口。
各实施方式可以包括任何或所有以下特征。第一组翅片包括以第一阵列布置的第一引脚(pin)，并且其中第二组翅片包括以第二阵列布置的第二引脚。第一阵列具有与第二阵列中的行交错的行，并且其中第一阵列具有与第二阵列中的列交错的列。第一阵列中的列中的一列具有N个完整引脚，并且其中第二阵列中的相应列具有N-1个完整引脚和两个半引脚，该两个半引脚分别位于N-1个完整引脚的上方和下方。第一部分具有内部腔体，并且其中第二部分是基本上平坦的盖，当第二部分附接到第一部分时，该盖封闭内部腔体。入口和出口位于第一部分上。入口在到达内部腔体之前转向，并且其中热沉在转向处具有翅片。出口在内部腔体之后转向，并且其中热沉在转向处具有翅片。热沉包括由基本上平坦的第一部分和第二部分形成的壳体，热沉还包括在壳体的边缘上的突片，该突片被构造成用于将弹簧定位在壳体上以用于保持电气部件。每个弹簧包括夹具，该夹具被构造成用于保持一对电气部件，在壳体的每一侧上有一个电气部件。第一组翅片与第二组引脚相反地定向。第一组翅片和第二组翅片彼此完全重叠。第一组翅片和第二组翅片具有相同的形状。翅片是引脚，并且相同的形状包括椭圆形轮廓。第一组翅片和第二组翅片中的每组翅片是引脚，并且其中每个引脚具有拔模斜度(draft)。入口被构造成用于连接到具有附接的至少另一个热沉的第一歧管，其中出口被构造成用于连接到也具有附接的至少另一个热沉的第二歧管，并且其中第一歧管和第二歧管提供穿过热沉和另一热沉的平行的冷却剂流。第一部分和第二部分分别由第一铸造部分和第二铸造部分组成。第一部分和第二部分由铝制成。
在第二方面，一种制造具有用于液体冷却的内部腔体的热沉的方法包括：铸造具有延伸到内部腔体中的第一组翅片的第一部分；铸造被构造成附接到第一部分使得形成内部腔体的第二部分，该第二部分具有延伸到内部腔体中并且被构造成装配在第一组翅片之间的第二组翅片，其中内部腔体的入口位于第一部分和第二部分中的至少一个部分上，并且其中内部腔体的出口位于第一部分和第二部分中的至少一个部分上；以及将第二部分附接到第一部分。
各实施方式可以包括任何或所有以下特征。第一组翅片包括以第一阵列布置的第一引脚，其中第二组翅片包括以第二阵列布置的第二引脚，其中第一阵列具有与第二阵列中的行交错的行，其中第一阵列具有与第二阵列中的列交错的列。第一阵列中的列中的一列具有N个完整引脚，并且其中第二阵列中的对应列具有N-1个完整引脚和两个半引脚，该两个半引脚分别位于N-1个完整引脚的上方和下方。第一部分和第二部分由铝铸造。
附图说明
图1示出了包括主体和盖的热沉的示例。
图2示出了来自图1的主体的示例。
图3示出了来自图1的主体和盖被组装以形成热沉的示例。
图4示出了具有通过弹簧附接的部件的热沉的示例。
图5示出了连接到歧管的三个热沉的组件。
图6示出了在组装之后来自图1的热沉的示例性横截面。
图7示出了用于制造热沉的过程的示例。
图8示出了包括主体和盖的热沉的另一示例。
具体实施方式
本文描述了用于使用热沉有效地冷却电气或电子部件的系统和技术的示例。还描述了制造热沉使得其具有翅片的有利内部图案的过程。例如，一个或多个热沉可以安装在电动车辆中以从电动动力系统的部件移除热量。
图1示出了热沉100的示例，热沉100包括主体102和盖104。主体具有中空部分106，该中空部分106具有被构造成促进冷却剂流动的多个翅片，在此为翅片108。翅片布置成规则图案(例如，阵列)，在此为翅片行，其中每个翅片也是对应的翅片列的一部分。例如，特定的列分别具有中间翅片108B、108C和108D，以及在列的顶部和下方的对应的半翅片108A和108E。
主体102还具有入口110和出口112。该入口和出口提供进入当盖104附接到主体时由中空部分106形成的内部腔体的流体通路。在该示例中，入口和出口的位置仅是说明性的，并且在其他实施方式中，入口和/或出口可以在不同的位置。作为另一示例，热沉可以具有多于一个入口和/或出口。入口和出口中的每一个均具有对应的翅片114或116。
盖104具有被构造成装配在主体102的翅片108之间的翅片118。类似于主体的翅片，盖的翅片以规则图案(例如，阵列)布置，在此为翅片行，其中每个翅片也是对应的翅片列的一部分。然而，与主体翅片不同，在该示例中，盖翅片没有半翅片。相反，当组装热沉时，翅片118的第一列118A被构造成装配在翅片108A-E的一侧上，而另一列118B被构造成装配在翅片108A-E的另一侧。也就是说，主体上的翅片行在此与盖上的翅片行交错，并且主体上的翅片列在此与盖上的翅片列交错。
在其他实施方式中，中空部分106可以分布在多个部件之间。例如，两个主体部分中的每个主体部分可以具有中空部分的相应的一半，以便在组装时形成内部腔体。此外，在该示例中的翅片的数量仅是说明性的，并且在其他实施方式中，热沉可以具有不同数量的翅片和/或半翅片。作为另一个示例，具有半翅片的列可以替代地在盖上，或者可以分布在主体与盖之间。
图2示出了来自图1的主体102的示例。该视图示出了入口110和出口112的示例，每个提供从热沉的基部表面到内部腔体的通路。再次参考图1，入口110在到达内部腔体之前进行转向。类似地，在出口端，出口112在其在基部表面处离开之前进行转向。翅片114、116位于相应的转向处。
主体102具有使得热沉在组装时(例如，在附接盖之后)基本上平坦的形状。特别地，平坦主体具有边缘200，在该示例中，边缘200面向与入口和出口相同的方向。在边缘上，热沉具有一个或多个突片202(这里是七个突片)。这些突片可以用于定位，诸如定位热沉本身或附接到其上的部件(例如，通过夹具或弹簧)。
图3示出了来自图1的主体102和盖104被组装以形成热沉的示例。盖当前相对于主体成一定角度，并且在组装过程中将被平放在主体上。特别地，盖具有对应于主体上的边缘302的边缘300，以便允许形成内部腔体并且对于冷却剂是防漏的。
图4示出了具有通过弹簧406附接的部件402、404的热沉400的示例。在此，每个弹簧均是夹具的形式，其保持两个部件，在热沉的每一侧上各一个。突片可用于弹簧的定位。例如，突片202A和202B在此帮助定位弹簧406，以便抵抗由该弹簧保持的(多个)对应的部件的位移。为了简单起见，在此示意性地示出了部件。也就是说，为了清楚起见，省略了引脚、布线或其他连接。
图5示出了连接到歧管504A-B的三个热沉502的组件500。每个热沉附接成在其入口与歧管之一之间以及在其出口与歧管中的另一个之间提供流体连接。歧管具有到它们各自的中空内部的相应开口506A-B。例如，冷却剂可以被引入歧管504A中，以便在通过开口506B离开歧管504B之前提供穿过热沉502的相应的平行的冷却剂流。组件500可以是正被冷却剂的特定循环冷却的唯一单元，或者组件可以是在其循环中由冷却剂流服务的多个部件或组件中的一个。
图6示出了在组装之后来自图1的热沉的示例性横截面600。主体102和盖104在此彼此附接，使得形成内部腔体。引脚和半引脚在内部腔体内。特别地，完整的引脚108B-D以及半引脚108A和108E在此是可见的。类似地，翅片602A-D(在该示例中在盖上)在此处在横截面中可见。例如，翅片602A-D可形成列118A或B(图1)。翅片118A-E在此与翅片602A-D相对地定向。特别地，它们在相反的方向上取向。此外，在设计热沉的部分的过程中，可以选择在一方面的翅片118A-E和另一方面的翅片602A-D之间的重叠量。例如，在翅片118A-E与602A-D之间存在完全重叠。
翅片118A-E和602A-D可以具有任何合适的形状。在一些实施方式中，翅片采取从相应本体和盖延伸的引脚的形状。例如，引脚可以包括具有椭圆形轮廓的完整引脚和对应的半椭圆形的半引脚。引脚形状可以取决于流动条件。例如，菱形或圆形可以用于非常低的流量情况。
翅片602A-D相对于翅片118A-E偏移。例如，翅片602A-D在此可以定位成比翅片108A-E更深(在观察方向上)。这可以为内部腔体中的冷却剂提供有利的流动模式。例如，可以实现显着量的湍流，这有助于提供从翅片(即，从附接到热沉的部件)到冷却剂中的良好热传递。相反，翅片114、116(图1)可以帮助避免入口和出口附近的湍流。例如，使这些区域中的流动为层流而不是湍流可有助于避免冷却剂中不期望的压力下降。
图7示出了用于制造热沉的过程700的示例。在702，设计设备的相应部分。例如，可以限定图1所示的主体和盖的形状，使得它们将适合预期的安装空间，将物理地容纳需要冷却的预期部件，并且使得热沉的散热能力针对预期用途是足够的。
在704，在设计的部分之间分配多个翅片(例如，引脚)。引脚可以被布置在单独零件上的相应阵列中。在一些实施方式中，可以分配引脚，使得其中一个零件上的引脚列具有N个引脚，并且使得另一零件上的对应列具有N个引脚的功能等同物。例如，另一零件可以具有N-1个完整引脚和位于列的末端的两个半引脚。这可以允许来自热沉的相应零件的更均匀的热流，例如当部件安装在其每一侧上时。形状的设计将考虑制造过程的任何要求。例如，当要铸造热沉零件时，引脚108、118(图1)中的每个引脚可以设置有拔模斜度，使得铸造零件可以从模具中移除。
在706，可以创建用于相应部分的模具。例如，模具可以包括对应于图1所示的主体和盖的负形状。模具可以由任何合适的材料制成，包括但不限于沙子。
然后可以将模具安装在合适的制造环境中，诸如在工厂中。使用产生的模具铸造零件的过程然后可以根据需要执行多次，假设模具在一定量的使用之后可能需要翻新或更换。在708，可以液化合适的金属。可以使用适于铸造的任何金属或其合金，包括但不限于铝。在710，例如通过重力进给工艺将液化的金属放置到模具中。在712允许模具冷却，这可以涉及被动冷却或当温度下降时主动控制温度。在714处，铸造零件从相应的模具中移除，并且在716处完成，以确保良好的配合。
在718，这些零件可以组装成热沉，以便形成具有设计的引脚组的内部腔体。可以使用任何合适的附接技术，包括但不限于焊接或钎焊零件或施加粘合剂。焊接或钎焊的一个优点在于两个零件在热量上变成一个。因此，即使其两个半部具有非常不同的尺寸，最终热沉在每侧上的热质量方面也可以非常平衡。
在上述示例中，过程700涉及通过铸造制造热沉。这可以提供一些优点，例如，可以在内部腔体中的相应翅片之间获得基本上任何期望的分离。相比之下，如果内部腔体中的仅有的翅片是在单独零件之一上的那些翅片，而在相对的零件上没有翅片，则翅片分离将受制造工艺的限制。
在其他实施方式中，可以使用除铸造之外的另一种制造技术。例如，单独零件(例如，图1的主体和盖)可以由任何合适的材料加工而成，包括但不限于铝。
图8示出了包括主体802和盖804的热沉800的另一示例。主体具有含多个翅片808的中空部分806。翅片以规则图案布置，在此为行。类似于图1中的示例，主体802在此也具有入口810和出口812，每个具有对应的翅片814或816。
盖804具有根据主体802的翅片808构造的翅片818。类似于主体的翅片，盖的翅片以规则图案布置，在此为行。翅片818交错，以便装配在翅片808之间。例如，翅片818中的特定一个翅片被构造成当组装热沉时装配在翅片808A与808B之间。另一个翅片818继而又构造成当组装热沉时装配在翅片808B与808C之间。翅片808和818被设计成使得在组装时在它们之间存在一些空间，从而提供用于冷却剂的通道。
已经描述了多个实施例作为示例。然而，其他实施方式由所附权利要求覆盖。

Claims (22)

1.一种具有用于液体冷却的内部腔体的热沉，所述热沉包括：
第一部分，具有延伸到所述内部腔体中的第一组翅片；
第二部分，附接到所述第一部分使得形成所述内部腔体，所述第二部分具有延伸到所述内部腔体中并且被构造成装配在所述第一组翅片之间的第二组翅片；
在所述第一部分和所述第二部分中的至少一个部分上的所述内部腔体的入口；以及
在所述第一部分和所述第二部分中的至少一个部分上的所述内部腔体的出口。
2.根据权利要求1所述的热沉，其中所述第一组翅片包括以第一阵列布置的第一引脚，并且其中所述第二组翅片包括以第二阵列布置的第二引脚。
3.根据权利要求2所述的热沉，其中所述第一阵列具有与所述第二阵列中的行交错的行，并且其中所述第一阵列具有与所述第二阵列中的列交错的列。
4.根据权利要求3所述的热沉，其中所述第一阵列中的所述列中的一列具有N个完整引脚，并且其中所述第二阵列中的对应列具有N-1个完整引脚和两个半引脚，所述两个半引脚分别位于所述N-1个完整引脚的上方和下方。
5.根据权利要求1所述的热沉，其中所述第一部分具有所述内部腔体，并且其中所述第二部分是大致平坦的盖，当所述第二部分附接到所述第一部分时，所述盖封闭所述内部腔体。
6.根据权利要求5所述的热沉，其中所述入口和所述出口位于所述第一部分上。
7.根据权利要求1所述的热沉，其中所述入口在到达所述内部腔体之前进行转向，并且其中所述热沉在所述转向处具有翅片。
8.根据权利要求1所述的热沉，其中所述出口在所述内部腔体之后进行转向，并且其中所述热沉在所述转向处具有翅片。
9.根据权利要求1所述的热沉，包括由所述第一部分和所述第二部分形成的大致平坦的壳体，所述热沉进一步包括位于所述壳体的边缘上的突片，所述突片被构造成用于将弹簧定位在所述壳体上以用于保持电气部件。
10.根据权利要求9所述的热沉，其中每个弹簧包括夹具，所述夹具被构造成用于保持一对电气部件，在所述壳体的每一侧上各有一个电气部件。
11.根据权利要求1所述的热沉，其中所述第一组翅片与所述第二组引脚相反地定向。
12.根据权利要求11所述的热沉，其中所述第一组翅片和所述第二组翅片彼此完全重叠。
13.根据权利要求1所述的热沉，其中所述第一组翅片和所述第二组翅片具有相同的形状。
14.根据权利要求13所述的热沉，其中所述翅片是引脚，并且所述相同的形状包括椭圆形轮廓。
15.根据权利要求1所述的热沉，其中所述第一组翅片和所述第二组翅片中的每个翅片是引脚，并且其中所述引脚中的每个引脚具有拔模斜度。
16.根据权利要求1所述的热沉，其中所述入口被构造成用于连接到具有附接的至少另一个热沉的第一歧管，其中所述出口被构造成用于连接到也具有附接的至少另一个热沉的第二歧管，并且其中所述第一歧管和所述第二歧管提供通过所述热沉和另一热沉的平行的冷却剂流。
17.根据权利要求1所述的热沉，其中所述第一部分和所述第二部分由相应的第一铸造部分和第二铸造部分组成。
18.根据权利要求1所述的热沉，其中所述第一部分和所述第二部分由铝制成。
19.一种制造具有用于液体冷却的内部腔体的热沉的方法，所述方法包括：
铸造具有延伸到所述内部腔体中的第一组翅片的第一部分；
铸造被构造成附接到所述第一部分使得形成所述内部腔体的第二部分，所述第二部分具有延伸到所述内部腔体中并被构造成装配在所述第一组翅片之间的第二组翅片，其中所述内部腔体的入口位于所述第一部分和所述第二部分中的至少一个部分上，并且其中所述内部腔体的出口位于所述第一部分和所述第二部分中的至少一个部分上；以及
将所述第二部分附接到所述第一部分。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一组翅片包括以第一阵列布置的第一引脚，其中所述第二组翅片包括以第二阵列布置的第二引脚，其中所述第一阵列具有与所述第二阵列中的行交错的行，其中所述第一阵列具有与所述第二阵列中的列交错的列。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一阵列中的所述列中的一列具有N个完整引脚，并且其中所述第二阵列中的对应列具有N-1个完整引脚和两个半引脚，所述两个半引脚分别位于所述N-1个完整引脚的上方和下方。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一部分和所述第二部分由铝铸造。
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