CN108513490B - 使用模块式冷却装置的散热装置 - Google Patents

Abstract

本文公开了使用模块化冷却装置的散热装置。该散热装置包括一个或多个模块化装置，以及插入有模块化装置的壳体。该壳体包括外框架和支撑该外框架中的模块化冷却装置的一个或多个桥接件。在外框架和桥接件上形成有台阶以在其上安装散热板。

Description

使用模块式冷却装置的散热装置

技术领域

本公开涉及一种使用模块化冷却装置的散热装置。

背景技术

通常，逆变器接收AC电源电力以将其转换成DC功率，然后再次将其转换成适合于电动机的AC功率来供应它。

这样的逆变器有效地控制电动机，从而降低电动机的功率消耗以提高能量效率。

这种逆变器包括多个输入和输出端子、用于DC至AC转换的功率半导体以及用于向外部释放在转换期间产生的热量的冷却系统等。其中，在逆变器中，提供诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)的功率半导体，其是对高效率和高速电力系统至关重要的最重要的部件之一。不幸的是，当作为高速开关器件的IGBT被驱动时，产生功率损耗并且功率损耗转换成大量的热量，导致逆变器内的温度升高。结果，逆变器的性能下降，使用寿命缩短。鉴于以上情况，需要一种用于吸收在电子器件内部产生的热量并将热量传递到外部空气的冷却系统。

图1是用于说明逆变器的现有冷却系统的图。

如图1所示，在用于电力电子装置的现有冷却系统中，冷却风扇130和散热器140安置在电力电子装置的机匣110的内部，并且功率半导体100安置在散热器140的上方，以进行散热。

由功率半导体100产生的热量通过如图1所示的空气冷却散热结构散热。散热器140是用于释放功率半导体100中产生的热量的冷却系统的基本元件。

典型地，通常使用挤压散热器140，其可以以低成本生产并且具有优异的散热性能。大型冷却系统需要大尺寸散热器。由于制造设施和生产价格等实际制约因素，还使用了通过结合分别制作的翅片和上下板而生产的型锻散热器或粘接散热器。然而，由于翅片与上下板之间的热阻大于上下部分集成的挤压散热器的热阻，所以型锻散热器或结合的散热器具有稍低的散热性能。

近来，随着大容量逆变器的广泛使用，IGBT模块的数量和尺寸也在增加。因此，需要具有更高性能的散热器。因此，对于具有低生产成本和优异的散热性能的挤压式散热器的需求日益增长。

然而，由于需要能够提供高挤出压力的大型设施来制造这样的大型挤压散热器，所以难以生产大型的挤压散热器。

发明内容

本公开的目的是提供一种使用模块化冷却装置的散热装置，其使得更容易制造大型挤压散热器并且通过实施作为一个模块的用于冷却生热元件的散热器来提高冷却效率。

本公开的另一个目的是提供一种使用模块化冷却装置的散热装置，其通过利用安置在模块化冷却装置之间的导风件控制空气流来改善散热效果。

根据本公开的一个方面，一种散热装置包括：多个模块化冷却装置，每个模块化冷却装置具有散热板，在该散热板上安置有生热元件；以及壳体，其将模块化冷却装置相互可拆卸地联接。壳体包括：外框架；形成在外框架上的开口；以及一个或多个桥接件，其安装在外框架上以分隔开口并且支撑插入开口中的模块化冷却装置。

模块化冷却装置的每个还可以包括多个散热翅片，所述多个散热翅片沿散热板的纵向方向安置在散热板下方，散热翅片可以插入到开口中，并且散热板可以安装在外框架和桥接件上。

安置散热翅片的区域沿其宽度方向的长度可以小于散热板在宽度方向上的长度。

安置散热翅片的区域沿其长度方向的长度可以小于散热板在长度方向上的长度。

可以在外框架和桥接件上形成台阶，散热板安装在台阶上。

散热板可以具有矩形或正方形形状。

散热板可以由金属材料制成。

散热装置还可以包括至少一个导风件，该至少一个导风件插入在模块化冷却装置之间，以控制引入到模块化冷却装置中的空气流。

导风件的宽度可以等于模块化冷却装置之间的宽度，导风件的长度可以等于模块化冷却装置的长度，并且导风件的正面的高度可以等于散热翅片的高度，并且可以朝向其背面减小。

形成在壳体内部的空间可以由桥接件隔开以用于安装模块化冷却装置，桥接件被布置在外框上，使得它们能够在其上移动，并且随着桥接件移动，由桥接件隔开的空间的尺寸或形状被改变。

轨道可以形成在外框架处，移动部件可以沿着轨道可移动地安装，并且桥接件可以与移动部件联接并且可移动地安装在外框架处。

根据本公开的示例性实施例，可以利用模块化冷却装置实现大容量冷却装置，其容易处理和安装大容量冷却装置，并且可以通过利用安装在模块之间的导风件控制气流而增加散热性能。

此外，根据本公开的示例性实施例的散热装置采用能够以最佳效率释放热量的模块化冷却装置，从而能够提高冷却效率。此外，当周围环境诸如海拔、温度和湿度发生变化时，可以通过简单地移动壳体来改变主要部件的位置，使得可以以最佳效率冷却生热元件，有效和快速地应对变化。

附图说明

图1是示出逆变器的现有散热装置的视图。

图2和图3是根据本公开的示例性实施例的模块化冷却装置的透视图；

图4和图5是用于示出插入到壳体中的根据本公开的示例性实施例的模块化冷却装置的视图；

图6是用于示出根据本公开的示例性实施例的模块化冷却装置与壳体的联接方式的横截面图；

图7A和图7B是示出导风件的示例的视图。

图8和图9是用于示出根据本公开的示例性实施例的散热装置的视图；

图10A至图10C是用于示出利用根据本公开的示例性实施例的模块化冷却装置的壳体的另一些示例的视图；

图11是用于示出利用根据本公开的示例性实施例的模块化冷却装置的壳体的另一些示例的视图；以及

图12是用于示出利用根据本公开的示例性实施例的模块化冷却装置的壳体的另一些示例的视图。

具体实施方式

现在将参考附图详细描述本公开的示例性实施例，以便于理解其配置和效果。然而，本公开的范围可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。提供这些实施例使得本公开将是彻底且完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明主题的范围。在附图中，一些元件的尺寸为了便于说明可能被夸大，并且为了说明的目的未按比例绘制。

应当理解，当诸如层、区域、衬底或面板的元件被称为在“另一元件”上或“连接到”另一元件时，其可以直接在另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在”另一元件上或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。这同样也适用于描述诸如“之间”和“直接在之间”的元素之间的关系的其它表述。

说明书和权利要求中的诸如第一、第二等的术语用于区分相似的元件，而不一定用于描述相继顺序或时间顺序。这些术语仅用于区分一个部件和其它部件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的。

如本文所使用的，除非上下文另有明确规定，否则单数形式的“一”，“一个”和“该”包括复数。将进一步理解，在本说明书中使用的术语“包括”或“具有”指定所述特征、步骤、操作、部件、零件或其组合的存在，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、部件、零件或其组合。

本文使用的术语(包括技术术语)具有与本领域技术人员通常理解的术语相同的含义，前提是这些术语不被明确地不同地定义。

在下文中，将参照附图详细描述本公开的示例性实施例。

图2和图3是根据本公开的示例性实施例的模块化冷却装置的透视图。图2示出了竖向冷却装置1，并且图3示出了水平冷却装置2。

参考图2，根据本公开的示例性实施例的竖向冷却装置1包括其中安置有生热元件10的散热板20和多个散热翅片30，每个散热翅片30在散热板20的下方沿散热板20的纵向方向垂直延伸和布置。散热翅片30在y方向上的宽度的总和可以等于散热板20在y方向上的长度。

生热元件10可以是但不限于诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)等半导体开关元件。生热元件10也可以是逆变器的各种生热元件。此外，应当注意，本公开的示例性实施例不限于逆变器，而是可以用于冷却各种电子装置的生热元件的冷却装置。

生热元件10可以安置在散热板20的一侧上。生热元件10可以安置成更靠近散热板20的被引入空气的区域。然而，这仅仅是说明性的。生热元件10也可以安置在中心。生热元件10可以通过例如螺钉固定到散热板20。然而，这仅仅是说明性的。生热元件10可以用粘合剂等固定到散热板20上。

散热板20可以由具有高散热效率的金属材料制成。散热板20可以形成为但不限于具有与生热元件10的宽度相等的宽度的矩形形状。例如，散热板20可以形成为诸如正方形等各种形状。

散热翅片30可以彼此等间距地隔开，或者可以从中心部分到两侧变得更接近，从而可以提高散热效率。

散热板20和散热翅片30可以通过挤压形成。应当注意，这仅仅是说明性的。散热板20和散热翅片30可以通过对散热板20和散热翅片30进行型锻或粘合来形成。

借助于竖向冷却装置1，可以沿着散热板20和散热翅片30释放在生热元件10中产生的热量。

如图3所示，根据本公开的示例性实施例的水平冷却装置2可以包括其中安置有生热元件10的散热板25和多个散热翅片35，所述多个散热翅片35在散热板25下方沿着散热板25的y方向垂直延伸并布置。也就是说，水平冷却装置2的散热翅片35可以垂直于图2的散热翅片30安置。散热翅片30在y方向上的长度可以等于散热板20在y方向上的长度。

图4和图5是用于说明插入到壳体中的根据本公开的示例性实施例的模块化冷却装置的视图。图4示出了图2的竖向冷却装置1与其它竖向冷却装置组合的示例。图5示出了图2的水平冷却装置2与其它水平冷却装置的组合的示例。

参考图4，可以看出竖向冷却装置通过壳体40联接。参照图5，可以看出水平冷却装置2通过壳体45联接。

根据本公开的示例性实施例，三个竖向冷却装置1通过壳体40相互联接，或者三个水平冷却装置2通过壳体45相互联接，分别如图4和图5所示。然而，这仅仅是说明性的。

在竖向冷却装置1中，散热翅片30的宽度在x方向上比散热板20的宽度稍窄，并且散热板20可以安装在壳体40的台阶上。类似地，在水平冷却装置2中，散热翅片35的宽度可以比散热板25的宽度略窄，使得散热板25可以安装在壳体45的台阶45a上。将参考附图描述这一点。

图6是用于说明根据本公开的示例性实施例的模块化冷却装置与壳体的联接的方式的横截面图。

参考图5和图6，散热板25的宽度略大于散热翅片35的宽度，使得散热板25可以安装在壳体45的台阶45a上。

具有等于散热板25的尺寸的尺寸的开口45b可以形成在壳体45中。模块化冷却装置2可以经由开口45b安装在壳体45上。竖向冷却装置1的壳体40也可以具有与上述水平冷却装置2的壳体45相似的构造。如上所述，通过使用安置有模块化冷却装置1和2的壳体40和45的各种形状，可以实现各种大容量冷却装置。

参照图4，导风件可以插入在由壳体40组合并且相互间隔开布置的竖向冷却装置1之间的区域30a中。图7A和图7B是示出了导风件的示例的图。

如图所示，导风件50和55可以插入竖向冷却装置1之间的区域30a中，以控制模块化冷却装置1的空气流动。其宽度w可以等于在冷却装置1之间的区域30a的宽度，其长度d可以等于竖向冷却装置1在y方向上的长度。

导风件50和55的正面的高度h可以等于散热翅片30的高度，并且可以朝向背面以锥形形状变得越来越小。可以减小高度，使得横截面具有如图7A所示的直线形状，或者使得横截面具有如图7B所示的弯曲形状。导风件50和55的横截面的形状可以根据如何控制气流而变化。

图8和图9是用于示出根据本公开的示例性实施例的散热装置的视图。图8示出了利用图2的竖向冷却装置的示例。图9示出了利用图3的水平冷却装置的示例。

如图8所示，竖向冷却装置1通过壳体40彼此联接，并且可以安装在机匣80的内部。通气孔60可以安置在多个竖向冷却装置1的前面，而冷却风扇70可以设在其后面。

外部空气通过由冷却风扇70的运转产生的气流而流经多个竖向冷却装置1。另外，空气与竖向冷却装置1进行热交换，然后能将热量释放到外部，从而消散生热元件10的热量。

空气的流动使得通过通气孔60引入的外部空气可能流出到冷却风扇70，或者流经冷却风扇70的外部空气可以通过通气孔60流出。尽管在附图中未示出，图4的导风件50和55可以安置在多个竖向冷却装置1之间，并且可以引导空气流，使得通过装置1的外部空气能够有效地流动。

如图9所示，多个水平冷却装置2通过壳体45相互联接，并且可以安装在机匣80的内部。通气孔60可以安置在多个水平冷却装置2的前面，而冷却风扇70可以设置在其后部。

外部空气通过冷却风扇70的运转产生的气流而经过多个水平冷却装置2。同时，空气与水平冷却装置2进行热交换，然后能将热量释放到外部，从而消散生热元件10的热量。

空气的流动使得通过通气孔60引入的外部空气可以流出到冷却风扇70，或者流经冷却风扇70的外部空气可以通过通气孔60流出。

换句话说，根据图8和图9所示的示例性实施例的散热装置可以通过使用模块化冷却装置1和2来实现，使得它们能够容易地组装和拆卸，且更容易、更有效地维护。此外，通过导风件的作用能够进一步提高散热性能。

另外，根据本公开的示例性实施例，可以使用模块化冷却装置实现大容量散热装置，容易处理和安装大容量散热装置，并且通过安装在模块之间的导风件来控制气流能够增加散热性能。

此外，根据本公开的示例性实施例的散热装置采用能够以最佳效率释放热量的模块化冷却装置，从而可以提高冷却效率。此外，当周围环境诸如海拔、温度和湿度发生变化时，可以通过简单地移动壳体来改变主要部件的位置，使得可以以最佳效率冷却生热元件，并且有效且快速地应对变化。

根据本公开的示例性实施例，可以以各种方式安置模块化冷却装置。图10A至图10C是用于说明利用根据本公开的示例性实施例的模块化冷却装置的壳体的其它示例的视图，其是插入壳体42中的冷却装置1的底视图。

如图10A所示，壳体42可以包括外框架42a、第一桥接件42b和第二桥接件42c。尽管在图10A所示的示例中安置了三个冷却装置，但是这仅仅是说明性的。为了安置多于或少于三个的冷却装置，可以设置多于或少于两个的桥接件。在下面的描述中，为了便于说明，以竖向冷却装置1为例进行描述。然而，应当理解，水平冷却装置2同样也可以适用。

第一桥接件42b可以通过分别设置在外框架42a的相对侧上的上移动部件6A和下移动部件6B可移动地安置在外框架42a上。尽管在附图中没有具体示出，但也可以在外框架42a上安置轨道，并且上移动部件6A和下移动部件6B可以可移动地安装在轨道上。此外，外框架42a可以以各种方式与上下移动部件6A和6B联接。类似地，第二桥接件42c可以通过上移动部件6C和下移动部件6D可移动地安装在外框架42a上。

如图10B所示，第一桥接件42b可以移动到一侧以与该侧上的冷却装置1A连接，而第二桥接件42c可以移动到另一侧以与在该另一侧上的冷却装置1B连接。通过这样做，三个冷却装置1A、1B和1C可以相互间隔足够的间隔。

或者，如图10C所示，通过将第一和第二桥接件42b和42c移动到一侧并且沿同一方向移动三个冷却装置1A、1B和1C，可以使冷却装置1A、1B和1C之间的间隙尽可能窄(即，等于桥接件的宽度)，并且另一侧可能变空。

也就是说，壳体42的内部的尺寸可以通过在壳体42内部移动桥接件42b和42c来调节。这样的调节可以基于冷却效率来确定。例如，当多个冷却风扇中的一个发生故障时，从而需要在冷却风扇以外的区域中安置冷却装置时，上述壳体42将是有用的。

图11是用于示出利用根据本公开的示例性实施例的模块化冷却装置的壳体的又一示例的视图，其是插入壳体43中的冷却装置1的底视图。

如附图中所示，在根据本公开的示例性实施例的壳体43中，一个冷却装置1A可以竖直地安置，而另外两个冷却装置1B和1C可以水平地安置。在这样的构造中，当将冷却风扇71、72和73安置在各冷却装置的前面时，可以根据冷却装置的构造来控制空气流。在图12中，空气流分别由箭头7A、7B和7C表示。

根据上述结构，通过简单地改变壳体的形状，可以根据气流来构造冷却装置，从而可以简单地实现各种形状的冷却装置。

图12是用于示出利用根据本公开的示例性实施例的模块化冷却装置的壳体的又一示例的视图，其中生热元件10安置在矩形散热板27的中心处。图12是示出将冷却装置3插入壳体47中的顶视图。因为当从顶部看时，散热翅片37实际上是可见的，所以以虚线示出散热翅片37。

如图12所示，生热元件10可以根据空气流8A、8B、8C和8D安置在正方形散热板27上。

也就是说，可以通过简单地改变壳体的形状来构造取决于空气流的冷却装置，因此可以简单地实现各种形状的冷却装置。

尽管已经详细描述了本公开的示例性实施例，但这仅仅是说明性的。本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，各种修改和等同方案是可能的。因此，寻求保护的本公开的真实范围仅由所附权利要求限定。

Claims (9)

1.一种用于冷却生热元件的散热装置，所述散热装置包括：

多个模块化冷却装置，每个模块化冷却装置具有散热板，在所述散热板上安置有所述生热元件；以及

壳体，所述壳体将所述模块化冷却装置相互可拆卸地联接，

其中，所述壳体包括：

外框架；

形成在所述外框架中的开口；以及

一个或多个桥接件，所述一个或多个桥接件安装在所述外框架处，以分隔所述开口并且支撑插入所述开口中的模块化冷却装置，

形成在所述壳体内部的空间被桥接件分隔以便安装所述模块化冷却装置，

其中，所述桥接件被安置在所述外框架处，使得所述桥接件能够在所述外框架上移动，并且

其中，由所述桥接件分隔的空间的大小或形状随着所述桥接件移动而改变。

2.根据权利要求1所述的散热装置，其中，所述模块化冷却装置中的每一个还包括多个散热翅片，所述多个散热翅片沿所述散热板的纵向方向安置在所述散热板下方，

其中，所述散热翅片插入所述开口中，并且

其中，所述散热板安装在所述外框架和所述桥接件上。

3.根据权利要求2所述的散热装置，其中，安置所述散热翅片的区域沿其宽度方向的长度小于所述散热板在所述宽度方向上的长度。

4.根据权利要求2所述的散热装置，其中，安置所述散热翅片的区域沿其长度方向的长度小于所述散热板在所述长度方向上的长度。

5.根据权利要求1所述的散热装置，其中，在所述外框架和所述桥接件上形成台阶，其中，所述散热板安装在所述台阶上。

6.根据权利要求1所述的散热装置，其中，所述散热板具有矩形或正方形形状。

7.根据权利要求2所述的散热装置，还包括：至少一个导风件，所述至少一个导风件插入所述模块化冷却装置之间，以控制被引入到所述模块化冷却装置中的空气流。

8.根据权利要求7所述的散热装置，其中，所述导风件的宽度等于所述模块化冷却装置之间的宽度，

其中，所述导风件的长度等于所述模块化冷却装置的长度，并且

其中，所述导风件的正面的高度等于所述散热翅片的高度，并且朝向其背面减小。

9.根据权利要求1所述的散热装置，其中，轨道形成在所述外框架处，其中，移动部件能够沿着所述轨道移动地安装，并且

其中，所述桥接件与所述移动部件联接并且能够移动地安装在所述外框架处。

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