CN110431924B - 用于容纳电子元件的套管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于容纳电子元件的套管，包括：围绕套管内部区域用于容纳电子元件的套管壁结构(1)，所述套管壁结构限定用于热调节流体的流体流动通道，在套管壁结构内延伸的流体流动通道从入口(2)到出口(4)与所述套管内部区域隔开，所述入口(2)和出口(4)在套管壁结构处，其特征在于，套管壁结构(1)完全包围套管内部区域以使其成为封闭的内部空间(3)，并且套管壁结构是具有内壳(16)和外壳(14)的双壁结构，在内壳(16)和外壳(14)之间形成与入口(2)和出口(4)连通的间隔，使得在内壳(16)和外壳(14)之间的流体流动通道限定为连续且连贯的流动空间(6)，所述流动空间(6)完全包围套管壁结构的内部空间(3)。

Description

用于容纳电子元件的套管

本发明涉及一种围绕套管内部区域、用于容纳电子元件的套管壁结构，该套管壁结构限定用于热调节流体的流体流动通道，流体流动通道在套管壁结构内延伸，其中流体流动通道通过所述套管内部区域从入口到出口分隔开。

电子元件的组件的示例是电力电子组件，其可在汽车工业中应用，例如作为电池充电器。特别是在除了传统内燃机之外、使用电动机的混合动力车辆中，电力电子组件用于将车辆减速时产生的机械能转换成电能，并且利用产生的电能给电池充电。

除了其他电路元件之外，电力电子组件还利用固态电子电路元件来控制和转换电力。在现有技术的电力电子组件中，功率转换由诸如二极管、晶闸管、三端双向可控硅元件和晶体管的半导体元件执行。典型的电力电子设备是AC/DC转换器(整流器)。与用于传输和处理电子信号及数据的电子设备相比，电力电子设备处理明显更高量的电能。因此，用于转换和处理大量电能的半导体元件产生大量的热量，从而需要将其冷却以避免元件损坏或失效。为此目的，已知将半导体元件安装在与冷却管热接触的套管中，冷却流体流经冷却管以对半导体元件散热。

汽车电力电子组件的例子是申请人的电力驱动车载充电器(E-Power OnboardCharger)，其包括铸造金属盖板。在盖板的第一表面上形成凹槽，并且将大致U形的冷却管压配合在盖板的凹槽中。U形冷却管的入口和出口从盖板的其中一个侧边缘突出以连接到冷却流体回路。在盖板的与第一表面相对的第二表面上，存在用于电力电子组件的电气元件的安装结构。散热体与盖板的第二表面导热接触，并与待冷却的电子元件导热接触。盖板和覆盖第二表面的第二壳体部件形成围绕套管内部区域、包含电子元件的套管壁结构。在盖板的凹槽中延伸的冷却管不能建立有效且广泛的热交换接触。此外，需要许多机械加工和组装步骤来制造套管。

根据权利要求1的前序部分，US 2005/0007736 Al公开了一种用于容纳电子元件的套管。套管包括具有开口端面的、大体上圆柱形的套管壁结构。套管壁结构围绕套管内部区域，并且电子元件安装在套管内部区域中的套管壁结构的内表面上。套管壁结构限定用于热调节流体的流体流动通道，该流体流动通道在套管壁结构内延伸并且与套管内部区域隔开，从而与安装在套管内部区域中的套管壁结构的内表面上的电子元件进行热交换。流体流动通道限定为多个流道，这些流动通道沿着圆柱形壁结构的轴向方向在壁结构内延伸，并且与套管内部区域隔开。由于套管的开口端面，套管内的电子元件暴露于环境空气，并且因此暴露于因空气温度和湿度变化的各种环境空气。此外，形成流体流动通道的各个流体流道并不提供与电子元件的有效和广泛的热交换关系。

在大多数情况下，热调节流体将用作冷却流体，从而将热量从电子元件带走。然而，还可以有这样的应用，其中要保持套管中电子元件的稳定的预定温度。在这种情况下，还可能存在热调节流体具有的预定温度高于一些或所有电子元件的温度的情况。

本发明的目的是提供一种用于容纳电子元件的套管，其通过与在套管壁结构内流动的热调节流体的热交换接触，实现了对容纳在套管内部区域中的电子元件的高效温控。

该目的通过包括权利要求1中特征的用于容纳电子元件的套管实现。本发明优选的实施例在从属权利要求中陈述。

根据本发明，套管壁结构完全地包围套管内部区域以使其形成密闭的内部空间。此外，套管壁结构是双壁结构并且包括内壳和比内壳尺寸更大的围绕外壳，使得内壳和外壳在其中间形成间隔，该间隔与入口和出口连通。以这种方式，内壳和外壳之间的间隔将流体流动通道限定为连续的并且连贯的流动空间，其连续的并且连贯的流动空间完全地包围了套管壁结构的内部空间。换言之，套管的内部空间完全由外壳和内壳之间的流动空间包围，并因此由流动的热调节流体的封闭层或圆泡包围。连续和连贯的流动空间完全包围内壳和其中的内部空间并不意味着排除在内壳和外壳之间可能存在单独的间隔件和/或挡板，从而以内壳和外壳之间的预定距离将内壳保持在外壳内的限定位置，并引导流动。内壳和外壳之间的距离不必是均匀的，但是在内壳的外表面的所有位置(除了可能的间隔件)之外必须大于零，使得流动空间完全包围内壳。在套管壁结构中还可以具有通道，用于容纳通向内部空间和其中的电子元件的电缆。

流动空间作为连续且连贯的空间完全包围内部空间这一特征意味着，对于内部空间内的任何位置，在每个视线方向上都会看到内壁，该内壁具有与热调节流动流体接触的相对的后侧。

在这种设计下，热调节流体和套管的内部空间之间的热交换界面面积最大化。容纳在套管的内部空间中的电子元件将会与内壳的内壁接触，从而与在内壳的相对表面侧上流动的相邻热调节流体紧密地热交换接触。

将理解到，本发明的套管将被设计为包括非常少的部件并且由金属和/或塑料制成。因此，根据本发明的套管的设计还允许简单且有效的制造和组装过程。在这方面，还应该理解的是，双壁套管壁结构必须由至少两个部件组成，例如主套管部件和盖子，它们彼此连接(例如在电子元件已经安装在套管的内部空间之后，通过焊接彼此连接)。

还将理解到，完全包围套管内部区域的套管壁结构允许将套管设计为气密的，即，套管的封闭的内部空间不与环境空气连通。这种设计在套管安装在恶劣的环境条件下的应用中是有利的，例如在汽车的电动机室中。对于气密套管，任何用于将电缆延伸到内部空间中的通道都是密封的。

在优选的实施例中，套管壁结构是管状形状，具有带密封端面。根据该优选的实施例，入口位于一个端面处并且与内管道连通，该内管道延伸穿过管状套管壁结构的内部空间直到相对端面的内壁，在这里其合并到内壳和外壳之间剩余的流动空间中。出口设置在与入口相同的端面上，使得通过入口注射的热调节流体穿过内管道到达相对的端面，并且通过管状套管壁结构的内壳和外壳之间的空间返回，以便在它进入入口的相同端面上的出口离开。在该实施例中，内管道形成流动空间的一部分。该设计是具有优势的，因为外部的连续流动空间由在套管的内部空间中延伸的内管道补充。此外，优势还在于，入口和出口位于套管的相同的端面上，这简化了安装和组装，因为仅需要在套管的一个端面上接近用于连接入口和出口的套管。

管状套管壁结构可以具有圆形、椭圆形、三角形、矩形、正方形或其他多边形横截面形状。

在优选的实施例中，在内壳和外壳的内部或外部至少有一个额外壳，其中该额外壳在内壳的内部或外壳的外部限定另外连续且连贯的流动空间，其中该另外的流动空间同样完全包围套管壁结构的内部空间。换言之，可以有多于一层的热调节流体流包围套管的内部空间。

在优选的实施例中，另外的流动空间设置有与入口和出口分开的另外的入口和出口。这允许供应不同温度的热调节流体，以沿着流动空间和围绕套管的内部空间的另外的流动空间提供期望的温度梯度。

在优选的实施例中，内管道在内部空间中分支成两个或多个内管道，这两个或多个内管道在合并到套管壁结构的剩余流动空间中之前再次合并，或者单独地合并到套管壁结构的剩余流动空间中。该实施例允许更灵活的设计，以在套管的内部空间中的所需位置处提供热调节流体流过内管道。

在优选的实施例中，内管道设置有扩展凸起部分，该扩展凸起部分围绕封闭的内管道壳体，该内管道壳体包围管道壳体内部空间，该内部空间完全由连续且连贯的流动空间封闭，其中流动空间限定在扩展凸起部分和内管道壳体之间。该设计允许提供另外的单独的内部空间部分，每个内部空间部分除了套管壁结构的流动空间之外还被内管道的扩展凸起部分和内管道壳体之间的单独的另外的流动空间围绕。

在优选的实施例中，至少一个印刷电路板安装在套管壁结构的内部空间中，其中印刷电路板设置为使得安装在其上的电子元件设置在与内部空间邻接的最内部壳体的附近或设置在内管道的附近。

在优选的实施例中，套管壁结构包括至少两个彼此连接的套管壁结构元件，并且这两个套管壁结构元件以气密的方式包围套管的内部空间。正如已经提到的，这种设计对于将套管安装在暴露于恶劣环境条件下的位置的应用可能是有利的。

在优选的实施例中，套管壁结构包括一些套管壁结构元件，这些元件由塑料、金属、复合物或其任意混合物组成。套管壁结构元件可以通过焊接、增材制造、静电粘合、通过粘合剂或通过模内注塑或包覆成型来连接。

在优选的实施例中，套管壁结构元件由导热塑料制成，导热塑料的导热率至少为1W/mK。导热塑料可以是导热聚丙烯、导热聚邻苯二甲酰胺、导热聚碳酸酯、导热聚苯硫醚或导热聚醚醚酮。也可以是复合导热聚合物，其导热率约为10W/mK。

在优选的实施例中，入口和出口形成同心布置，其中心端口形成入口和出口中的一个，并且环绕的环形端口形成入口和出口的另一个端部区段。

在优选的实施例中，套管壁结构包括在其中延伸的通道，用于容纳通向内部空间的电缆，电缆用于连接其中的电子元件。

在优选的实施例中，设置有至少一个挡板或间隔件，其连接套管壁结构的内壳和外壳。这改善了套管的结构完整性。此外，可以设置挡板以在流动空间中实现期望的流动模式。

在优选的实施例中，套管壁结构配置为向封闭在其中的内部空间提供电磁屏障。这可以通过套管壁结构的材料、其几何形状或包含在流动空间中的材料添加剂来实现，该添加剂具有电磁屏蔽性能。该材料添加剂可以添加到热调节流体中。

现在将参考附图中所示的实施例来描述本发明，其中：

图1示出了套管的透视图；

图2示出了套管的透视的剖视图；

图3示出了两个剖视图，横剖视图和纵剖视图，以说明通过套管的套管壁结构的热调节流体的流动路径；以及

图4-7示出了套管的替代实施例的示意性的剖视图。

根据优选的实施例，用于容纳电子元件的套管的设计将参考图1-3进行描述，这些附图分别示出了套管的透视图和套管的对应的纵剖切图。套管具有套管壁结构1，套管壁结构1完全包围套管的内部空间3。套管壁结构1包括用于热调节流体(TRF)的入口2和出口4。封闭的套管壁结构1具有双壁结构，该双壁结构包括被外壳14围绕的内壳16。内壳16和外壳14尺寸被设计并设置为使得流动空间6形成在两者之间，其中流动空间6与入口2和出口4连通。

入口2合并到内管道8，其中内管道8延伸穿过套管的内部空间3。套管壁结构大体上是管状形状，具有带封闭端面10和12。入口2位于面10的一端处。内管道8延伸穿过套管壁结构的内部空间3直到相对的端面12的内侧，内管道8在这里合并到形成在内壳16和外壳14之间的剩余流动空间6中。在该实施例中，内管道8是流动空间6的延伸，并因此形成其一部分。在内管道8合并到剩余的流动空间6的区域中，设置有中心凸起18。从中心凸起18开始，流动空间6中的流动路径在所有方向上发散并径向扩展，其中中心凸起18支撑流体流动路径从内管道8径向向外到所有方向的散开。应注意到，除了出口4之外，套管壁结构的设计围绕内管道8的中心轴线旋转对称。

现在参考图3描述TRF穿过流动空间6的流动路径。图3在其上部示出了横剖视图，在下部示出了穿过套管的纵剖视图。TRF从入口2进入到内管道8，如其中的中心箭头示意性地表示的那样。在图3的上部的剖视图中，包括十字形的小圆圈表示箭头(箭头表示流动的方向)的后端，而包括中心点的圆圈表示箭头的前端。TRF沿着内管道8流向套管壁结构的相对端，在该相对端内管道8合并到内壳16和外壳14之间剩余的流动空间6中。当TRF到达延伸到内管道8的端部中的中心凸起时，流动路径开始分散并且相对于内管道8的中心轴线以旋转对称的方式在所有方向上均匀地展开。TRF径向地向外流动直到到达流动空间6的大体上圆柱形的部分。如图3的上部所示，由箭头示意性地表示的TRF流均匀地分布在双壁套管壁结构的圆柱形部分的圆周周围。最后，TRF流在端面10处到达内壳和外壳之间的流动空间，在这里TRF流体流开始朝向出口4汇聚。

如图3所示，套管的内部空间3完全被流动空间6和TRF流体流封闭。换言之，套管的内部空间3由TRF流的圆泡封闭或包围。这种完全由TRF流包围意味着，从内部空间3内的任何位置在任何方向上观看，将看到与内部空间3邻接的壁，该壁在其相对侧上与TRF流接触。这种完全由TRF流包围在TRF和位于套管的内部空间3中的电子元件20和22之间提供了非常有效的热能交换。

在图2和3所示的优选的实施例中，电子元件20和22安装在固定在内部空间3中的印刷电路板24上，使得电子元件20邻近内管道8的外壁部分，并且电子元件22靠近内壳16的内表面，以提供与相邻TRF流的有效热能交换。

图4-7示出了示意性的剖视图，其中图4对应于图3的上部的横截面，并且图5-7示出了穿过套管的内部空间的内管道的替代设计。在图4中，从入口到套管的相对端有一个单独的内管道，在那里它与套管壁结构的剩余流动空间合并，如参照图1-3所示的实施例所述。

在图5中所示的第一替代设计中，两个内管道8延伸穿过内部空间。这两个内管道8可以是完全分开的内管道，每个内管道具有入口并且每个内管道合并到套管壁结构的剩余流动空间中。可替代地，可以存在与第一单个内管道部分连通的单个入口，该第一单个内管道部分在内部空间中分叉成两个内部导管8。这两个内管道8可以在到达相对的端面之前再次合并，或者可以单独地合并到套管壁结构的剩余流动空间中。

图6示出了另一个替代的设计，其中内管道8形成有扩展的凸起部分，该凸起部分围绕中空、封闭的内管道壳体。该内管道壳体封闭管道壳体内部空间，该管道壳体内部空间完全被连续且连贯的流动空间包围，其中流动空间限定在扩展的凸起部分和内管道壳体之间。在可替代的设计中，虽然内管道8的环形流动空间可能不是扩展的凸起部分的结果，但是内管道8在其整个长度上形成为从入口开始的环形管道，直到它合并到套管壁结构的剩余流动空间中。在管道壳体内部空间中可设置有电子元件。

图7示出了两个内管道8的进一步变型，以及双壁内部壁结构9，其内部形成了流动空间的一部分，TRF通过该流动空间返回到出口。

Claims (13)

1.用于容纳电子元件的套管，包括：

围绕套管内部区域、用于容纳电子元件的套管壁结构(1)，所述套管壁结构限定用于热调节流体的流体流动通道，所述流体流动通道在套管壁结构内延伸，从入口(2)到出口(4)与所述套管内部区域隔开，所述入口(2)和出口(4)在套管壁结构处，

其特征在于，套管壁结构(1)完全包围套管内部区域以使其成为封闭的内部空间(3)，并且套管壁结构是具有内壳(16)和外壳(14)的双壁结构，在内壳(16)和外壳(14)之间形成与入口(2)和出口(4)连通的间隔，使得在内壳(16)和外壳(14)之间的流体流动通道限定为连续且连贯的流动空间(6)，所述流动空间(6)完全包围套管壁结构的内部空间(3)；

其中，套管壁结构是管状形状，具有带封闭端面(10、12)，所述入口(2)位于一个端面(10)处并且与内管道(8)连通，所述内管道(8)延伸穿过管状套管壁结构的内部空间(3)直到相对端面(12)的内壁，在所述相对端面(12)处其合并到内壳(16)和外壳(14)之间的流动空间中，以及出口(4)设置在与入口相同的端面(10)上，使得通过入口(2)注入的热调节流体穿过内管道(8)到达相对端面(12)并且通过流动空间(6)返回到出口(4)，在其进入入口(2)的相同端面上离开出口。

2.根据权利要求1所述的用于容纳电子元件的套管，其特征在于，在内壳和外壳的内部或外部至少有一个额外壳，其中所述额外壳在内壳的内部或外壳的外部限定连续且连贯的额外流动空间，其中所述额外流动空间同样完全包围套管壁结构的内部空间。

3.根据权利要求2所述的用于容纳电子元件的套管，其特征在于，所述额外流动空间设置有与入口和出口分开的额外入口和额外出口。

4.根据权利要求1-3任一项所述的用于容纳电子元件的套管，其特征在于，内管道在内部空间中分支成至少两个内管道，所述两个内管道在合并到流动空间之前合并到套管壁结构的流动空间中，或者单独地合并到套管壁结构的流动空间中。

5.根据权利要求1-3任一项所述的用于容纳电子元件的套管，其特征在于，内管道设置有扩展凸起部分，所述扩展凸起部分围绕封闭的内管道壳体，所述内管道壳体包围管道壳体内部空间，所述管道壳体内部空间完全由连续且连贯的流动空间封闭，其中流动空间被限定在扩展凸起部分和内管道壳体之间。

6.根据权利要求1-3任一项所述的用于容纳电子元件的套管，其特征在于，至少一个印刷电路板(24)安装在内部空间中并且设置为使得安装在其上的电子元件(20、22)设置在与内部空间(3)邻接的最内部壳体(16)的附近或设置在内管道(8)的附近。

7.根据权利要求1-3任一项所述的用于容纳电子元件的套管，其特征在于，套管壁结构包括多个彼此连接的套管壁结构元件，并且所述套管壁结构元件以气密的方式包围内部空间。

8.根据权利要求7所述的用于容纳电子元件的套管，其特征在于，所述套管壁结构包括多个由塑料、金属、复合物或其任意组合制成的套管壁结构元件。

9.根据权利要求8所述的用于容纳电子元件的套管，其特征在于，所述套管壁结构元件由导热率至少为1W/mK的导热塑料制成。

10.根据权利要求1-3任一项所述的用于容纳电子元件的套管，其特征在于，入口和出口形成同心布置，中心端口形成入口和出口中的一个，并且环绕的环形端口形成入口和出口中的另一个。

11.根据权利要求1-3任一项所述的用于容纳电子元件的套管，其特征在于，所述套管壁结构(1)包括在其中延伸的通道，所述通道用于容纳通向内部空间和其中的电子元件的电缆。

12.根据权利要求1-3任一项所述的用于容纳电子元件的套管，其特征在于，设置有挡板或间隔件，所述挡板或间隔件连接套管壁结构的内壳(16)和外壳(14)。

13.根据权利要求1-3任一项所述的用于容纳电子元件的套管，其特征在于，所述套管壁结构(1)配置为向其中封闭的内部空间提供电子屏障。

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