CN108024484A - 自然对流散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自然对流散热器，包括基座，所述基座一端设置的与发热元件紧密接触的导热面，所述基座上连接有多个曲面翅型散热片，所述曲面翅片式散热片为向上弯曲的弧形，相邻曲面翅型散热片之间形成向上弯曲的弧形散热通道，各曲面翅型散热片与导热面的夹角为一锐角。本发明具有不需要采用水冷装置和散热风扇就能达到较高散热效果的优点。
Description
技术领域
本发明涉及散热元件，尤其是涉及一种不需要采用水冷装置和散热风扇 就能达到较高散热效果的自然对流散热器。
背景技术
现有技术针对电机控制器及其相关电子元器件的散热提供了几种常规 类型的散热方式：功率密度高的电子器件一般采用水冷方式或者强制风冷方 式，功率密度小的一般采用自然冷却方式，根据实际需要，采用不同的冷却 方式降低控制器或电子元器件的温度，保证其工作温度控制在合适的范围 内。水冷和强制风冷散热效果十分明显，但需要采用水冷设备和安装风扇， 占用系统空间，一般小型家用轿车因舱内空间有限且处于密闭环境，此外水 冷对密封性要求较严，影响系统可靠性；一般自然对流方式，结构简单性能 可靠，但对流效果很差，散热性能低，不能满足日功率日益增大且器件益集 中布置时的散热要求。目前，电机控制器散热器基本是经验估算、粗糙设计， 结构上既采用空气自然对流方式，却未考虑空气对流原理，只一味地增加散 热面从而占用了更多空间；材料上单纯地追求高导热材料，并未考虑到热量 传递路径上扩散热阻的影响，未意识到热量均布传递的优势和意义；另外对 于接触热阻的重视也不够。
发明内容
为解决上述问题，本发明目的在于提供一种不需要采用水冷装置和散热 风扇就能达到较高散热效果的自然对流散热器。
本发明通过以下技术措施实现的，一种自然对流散热器，包括基座，所 述基座一端设置的与发热元件紧密接触的导热面，所述基座上连接有多个曲 面翅型散热片，所述曲面翅片式散热片为向上弯曲的弧形，相邻曲面翅型散 热片之间形成向上弯曲的弧形散热通道，各曲面翅型散热片与导热面的夹角 为一锐角。
作为一种优选方式，各曲面翅型散热片叠层间隔排列，所述曲面翅型散 热片的一端吸热部连接在基座上，所述曲面翅型散热片的另一端的散热部分 从中心呈放射状伸展开。
作为一种优选方式，所述基座中间设置为中空的进气腔，各弧形散热通 道的一端与进气腔连通。
作为一种优选方式，所述曲面翅型散热片采用压延工艺制作而成。
作为一种优选方式，所述曲面翅型散热片镶嵌压入基座内。
作为一种优选方式，所述曲面翅型散热片采用真空钎焊镶嵌压入基座 内。
作为一种优选方式，所述曲面翅型散热片和基座为铝合金或铜合金。
作为一种优选方式，所述导热面为石墨散热片。
作为一种优选方式，所述自然对流散热器为方形。
作为一种优选方式，所述曲面翅型散热片为石墨散热片。
本发明考虑了热空气流动特性，采取向上弯曲的曲面翅片式散热片及弧 形散热通道，使空气自然上升形成较强自然对流，提高散热性能；曲面翅片 式散热片密度根据发热元件发热量确定；同时散热器上设置有较大的导热基 座，其热容大，热源发热异常增大时，也能保证温度不会过高，且散热器设 计为符合热流流动原理的结构，充分降低扩散热阻的影响。曲面翅片式散热 片沿圆面以一定角度环绕盘旋而上，各曲面翅型散热片与导热面的夹角为一 锐角，形成散热面和空气流通渠道，根据空气动力学原理，符合上升热气流低流阻流动的通道，利用空气吸热膨胀上升的流动机理，形成较强的自然对 流，提高散热器的散热性能。曲面翅型散热片界面曲线及流道曲线根据热空 气运动相关机理进行确定，分布间距也根据热源散热大小进行计算匹配，可 以达到最佳的散热效果。本发明不需要采用水冷装置和散热风扇，即能达到 较高的散热效果，与常规的片式散热器相比，热源及其他条件相同，且散热 面积与体积也基本相同的情况下，能够更有效地降低控制器及电子元器件的 工作温度。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例的仰视图。
图3为本发明实施例相邻二片曲面翅型散热片的结构示意图。
图4为本发明实施例与传统散热器的底板温度随发热功率的变化对比 表。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。
本实施例的一种自然对流散热器，请参考附图1至图3，包括基座1， 所述基座1一端设置的与发热元件紧密接触的导热面5，所述基座1上连接 有多个曲面翅型散热片2，所述曲面翅片式散热片2为向上弯曲的弧形，相 邻曲面翅型散热片2之间形成向上弯曲的弧形散热通道3，各曲面翅型散热 片2与导热面5的夹角为一锐角。
本自然对流散热器考虑了热空气流动特性，采取向上弯曲的曲面翅片式 散热片2及弧形散热通道3，使空气自然上升形成较强自然对流，提高散热 性能；曲面翅片式散热片2密度根据发热元件发热量确定；同时散热器上设 置有较大的导热基座，其热容大，热源发热异常增大时，也能保证温度不会 过高，且散热器设计为符合热流流动原理的结构，充分降低扩散热阻的影响。 曲面翅片式散热片2沿圆面以一定角度环绕盘旋而上，各曲面翅型散热片2 与导热面5的夹角为一锐角，形成散热面和空气流通渠道，根据空气动力学 原理，符合上升热气流低流阻流动的通道，利用空气吸热膨胀上升的流动机 理，形成较强的自然对流，提高散热器的散热性能。曲面翅型散热片2界面 曲线及流道曲线根据热空气运动相关机理进行确定，分布间距也根据热源散 热大小进行计算匹配，可以达到最佳的散热效果。本自然对流散热器不需要 采用水冷装置和散热风扇，即能达到较高的散热效果，与常规的片式散热器 相比，热源及其他条件相同，且散热面积与体积也基本相同的情况下，底板 温度随发热功率(变化范围100W-700W)变化的差值高达35℃，具体见图 4，其中横轴为热源功率/W，纵轴为底板温度/℃，t1为常规散热器底板的温 度曲线，t2为本发明实施例自然对流散热器底板的温度曲线；可见，与常规 的片式散热器相比，本自然对流散热器能够有效降低控制器及电子元器件的 工作温度。
在一自然对流散热器的实施例，请参考图1至图3，在前面技术方案的 基础上具体还可以是，各曲面翅型散热片2叠层间隔排列，所述曲面翅型散 热片2的一端吸热部连接在基座1上，所述曲面翅型散热片2的另一端的散 热部分从中心呈放射状伸展开。相邻两曲面翅型散热片2的结构形状及安装 后的位置关系，见附图3，沿着热流方向，曲面翅型散热片2之间的间隙增 大，符合热空气受热膨胀原理，最大限度的降低了空气对流阻力，且曲面翅型散热片2与竖直方向存在一夹角，使得热空气盘旋上升时能充分与曲面翅 型散热片2的表面接触，增大了空气流程的同时，还有助于破坏流体边界层， 使得热空气在较低的流速下即能达到紊流状态，极大的提供了对流换热系 数。
在一自然对流散热器的实施例，请参考图1至图3，在前面技术方案的 基础上具体还可以是，基座1中间设置为中空的进气腔4，各弧形散热通道 的一端与进气腔4连通。制作好的曲面翅型散热片2镶嵌压入散热基座进气 腔4内，为达到很好的接触效果，可配合采用真空钎焊技术，避免缝隙存在 而产生接触热阻。
在一自然对流散热器的实施例，请参考图1至图3，在前面技术方案的 基础上具体还可以是，曲面翅型散热片2采用压延工艺制作而成。
在一自然对流散热器的实施例，请参考图1至图3，在前面技术方案的 基础上具体还可以是，曲面翅型散热片2和基座1为铝合金或铜合金。散热 器采用特殊性能铝合金材料，有较高的导热系数和较好的硬度；选用性能优 良的基座材料——特殊性能铝合金材料，并设计合理的基座形状降低扩散热 阻。基座形状沿着热流扩散的方向导热界面逐步减小，符合热流逐步扩散减 小的变化规律，合理的利用了材料，减小了散热器的体积。对于基座材料和 曲面翅型散热片2材料，亦可根据需要选用铜合金材料，但材料加工性能必 须满足要求，采用铜合金材料能够进一步提高散热器的散热性能，但是相应 重量也增大较多，这对于系统减重方面有不利影响，应根据实际情况酌情选 用。
在一自然对流散热器的实施例，请参考图1至图3，在前面技术方案的 基础上具体还可以是，导热面5为石墨散热片，界面导热材料选用高性能石 墨散热片，可将热量快速均匀地传递至整个吸热面，降低扩散热阻和接触热 阻。
在一自然对流散热器的实施例，请参考图1至图2，在前面技术方案的 基础上具体还可以是，自然对流散热器为方形。可进一步推进散热器的小型 化、集成化，方形便于在散热底板上密布一定数量的小型散热器，将能够达 到更好的散热效果。
在一自然对流散热器的实施例，请参考图1至图3，在前面技术方案的 基础上具体还可以是，曲面翅型散热片2可采用石墨散热片。选用高性能石 墨散热片降低了扩散热阻和界面接触热阻，由于石墨特殊的层片状分子结 构，石墨散热片层面内的导热系数高达1500W/mK、层间热扩散的导热系数 为20W/mK，极低的层内导热热阻使得热量迅速均匀地分布在散热器底板平 面上，极大的降低了扩散热阻；石墨散热片由于较高的导热率，可以将热量 快速地传递和散发出去，综合散热效果是金属铜、铝的两倍以上；超薄的石 墨散热片还能减轻器件重量，能提供更加优异的导热散热性能，又具有优良 的柔韧性，能做出较大较薄的片层状结构，可很好地适应任何表面，能有效 地降低接触热阻。
以上是对本发明自然对流散热器进行了阐述，用于帮助理解本发明，但 本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作 的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发 明的保护范围的内。
Claims (10)
1.一种自然对流散热器，其特征在于:包括基座，所述基座一端设置的与发热元件紧密接触的导热面，所述基座上连接有多个曲面翅型散热片，所述曲面翅片式散热片为向上弯曲的弧形，相邻曲面翅型散热片之间形成向上弯曲的弧形散热通道，各曲面翅型散热片与导热面的夹角为一锐角。
2.根据权利要求1所述的自然对流散热器，其特征在于：各曲面翅型散热片叠层间隔排列，所述曲面翅型散热片的一端吸热部连接在基座上，所述曲面翅型散热片的另一端的散热部分从中心呈放射状伸展开。
3.根据权利要求1所述的自然对流散热器，其特征在于：所述基座中间设置为中空的进气腔，各弧形散热通道的一端与进气腔连通。
4.根据权利要求1所述的自然对流散热器，其特征在于：所述曲面翅型散热片采用压延工艺制作而成。
5.根据权利要求1所述的自然对流散热器，其特征在于：所述曲面翅型散热片镶嵌压入基座内。
6.根据权利要求1所述的自然对流散热器，其特征在于：所述曲面翅型散热片采用真空钎焊镶嵌压入基座内。
7.根据权利要求1所述的自然对流散热器，其特征在于：所述曲面翅型散热片和基座为铝合金或铜合金。
8.根据权利要求1所述的自然对流散热器，其特征在于：所述导热面为石墨散热片。
9.根据权利要求1所述的自然对流散热器，其特征在于：所述自然对流散热器为方形。
10.根据权利要求1所述的自然对流散热器，其特征在于：所述曲面翅型散热片为石墨散热片。
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