CN110534487B - 带有经插入元件优化的冷却功率的构件和带构件的机动车 - Google Patents

带有经插入元件优化的冷却功率的构件和带构件的机动车 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带有经插入元件优化的冷却功率的构件和带构件的机动车，具体而言所公开的是一种尤其用于车辆的构件，具有至少一个待冷却的部件，其与冷却板的第一侧导热地相连接，并且具有用于遮盖冷却板的第二侧且用于在冷却板的第二侧与壳体区段的至少一个凹口之间构造至少一个冷却通道的壳体区段，并且具有布置在所构造的冷却通道中的插入元件，其中，插入元件具有至少一个与冷却通道经由冷却介质开口导流地相联结的流动体，以用于至少暂时容纳流动穿过冷却通道的冷却介质，并且至少一个流动体可经由至少一个遮盖面与冷却板的第二侧相连接。此外公开了一种机动车。

Description

带有经插入元件优化的冷却功率的构件和带构件的机动车
技术领域
本发明涉及一种尤其用于车辆的构件，具有至少一个待冷却的部件，其与冷却板的第一侧导热地相连接，并且具有用于遮盖冷却板的第二侧且用于在冷却板的第二侧与壳体区段的至少一个凹口之间构造至少一个冷却通道的壳体区段，并且具有在所构造的冷却通道中布置的插入元件。此外，公开了一种机动车。
背景技术
用于操控高功率的不同的部件且尤其电子部件(如例如功率半导体或电子功率模块)需要主动的或被动的冷却器以用于导出多余的热。通常在这样的部件处至少在一侧布置有导热的冷却板。冷却板用作主动的冷却器并且联接到冷却循环处并且可将接收的热量放出到冷却介质处。
功率电子设备的电子部件，如例如IGBT，可具有特别高的冷却要求，使得物美价廉且平地设计的冷却板不可足够地将热导出到冷却介质处。为此使用特别复杂地轮廓化的冷却板，如例如所谓的针肋(Pin-Fins，有时称为扰流柱)。这种轮廓化的冷却板虽然具有放大的表面，然而在其制造上复杂且成本密集。
为了提高导出的热量可通过使用插入件来有助于冷却介质在冷却板的区域中的涡流流动。这样的插入件常常由塑料成型并且引起冷却介质的涡旋。
由文件DE102012107684A1已知一种用于结构元件的冷却体。冷却体具有在基板与盖板之间构造的用于导引冷却介质的流体通道。在流体通道中布置有至少一个带有用于提高导出热的表面的肋结构的涡流器。涡流器、基板和盖板借助于感应焊法相互遮盖面地相连接。文件DE4131739C2同样公开了一种带有大面积的插入元件的冷却体，其定位在所构造的冷却通道中。插入元件在此设计成波纹板件。
发明内容
本发明所基于的任务在于，实现开头提到的类型的带有局部提高的冷却功率的构件。该任务通过根据本发明的特征来解决。
根据本发明的一方面提供一种尤其用于车辆的构件。构件具有至少一个待冷却的部件，其与冷却板的第一侧导热地相连接。此外，构件具有用于遮盖冷却板的第二侧且用于在冷却板的第二侧与壳体区段的至少一个凹口之间构造至少一个冷却通道的壳体区段。构件具有在所构造的冷却通道中布置的插入元件，其中，插入元件具有至少一个与冷却通道经由冷却介质开口导流地联结的流动体，以用于至少暂时容纳流动穿过冷却通道的冷却介质，并且至少一个流动体可经由至少一个遮盖面与冷却板的第二侧相连接。
构件可具有至少一个待冷却的部件。这样的部件可例如是功率半导体、换向器、电动马达、电气开关、伺服驱动装置、充电站的部件、风力设备的部件等。这些部件可在运行中产生以焦耳热形式的热。为了实现长期的运行且为了遵循预设的运行条件必须热调节这样的部件。为此可将至少一个部件经由热传导介质与冷却板的第一侧相联结。至少一个部件可在此直接或间接与冷却板的第一侧相连接。
冷却板可优选地具有带有两侧的面式的伸展。冷却板的与第一侧相对而置地定向的第二侧可例如平地且没有轮廓化地来成形。冷却板的第二侧具有与冷却介质的直接接触，由此可通过冷却介质至少一侧地将冷却板的热导出。通过布置在冷却通道中的插入元件的流动体可产生冷却介质的局部集中的涡旋。由此，冷却通道的区域可有针对性地具有更高的热运输。至少一个流动体可设计成扩散器式的(diffusorartig，有时称为喉管式的)置入件并且与插入元件形状配合地、力配合地或材料配合地相连接。例如，至少一个流动体可与插入元件焊接或粘接。流动体的至少一个遮盖面可将在部件中产生的热功率经由冷却板接收并且不仅导出到插入元件中而且放出到冷却介质处。
优选地，冷却介质可流入到至少一个流动体中并且通过该过程被涡旋。之后，冷却介质可重新从流动体中流出。这样的涡流的流动引起更高的冷却功率。至少一个部件的这样的冷却方案可将小的成本与高的冷却功率在功率电子设备的狭窄的结构空间中联合。
插入元件可至少局部地在冷却板的第二侧与构件的壳体区段之间机械地夹紧。由此可在插入元件或至少一个流动体与冷却板的第二侧之间产生力配合的连接。由此可将至少一个流动体作为导热元件置入在冷却板与插入元件之间。
为了将至少一个插入元件夹紧在冷却板与壳体区段之间可通过壳体区段将力施加到插入元件上。为此，壳体区段可与构件的壳体区域或冷却板旋接、粘接、焊连或焊接。
通过至少一个在流体通道中在壳体区段与冷却板的第二侧之间置入的插入元件和/或至少一个流动体的可热传导的且至少局部可弹性形变的设计可在插入元件或至少一个流动体与冷却板之间建立局部最优的热过渡。插入元件可由此通过弹性区段补偿冷却板的不平性并且将恒定的压力施加到冷却板的第二侧上。
根据构件的一实施形式，插入元件和/或至少一个流动体是冲压的和/或弯曲的板件。由此可例如利用冲压弯曲过程以确定的制模(有时称为铸造)快速且成本有效地制造至少一个插入元件和至少一个流动体。优选地，金属板件可用于制造插入元件，由此可实现插入元件和流动体的高的可热传导性和可弹性形变性。
当至少一个流动体设计成中空体并且具有至少一个用于将冷却介质导入和/或导出到流动体的流动体腔中的冷却介质开口时，至少一个流动体可尤其物美价廉地来制造。由此还可提高冷却介质在流动体中的涡旋度和停留时间。
此外，当至少一个流动体具有至少一个带有用于将冷却介质导入和/或导出到流动体腔中的冷却介质开口的侧面时，至少一个流动体可在冷却功效方面有利地布置在冷却通道中。冷却介质由此可经由侧面流入到流动体腔中并且从流动体腔流出。
根据构件的一实施例，插入元件的至少一个流动体在冷却介质开口的区域中具有用于作用到冷却介质流动上的引导元件。通过引导元件可使作用到冷却介质上的流动体的横截面放大。此外，冷却介质可最优地被引导到冷却介质开口中且由此减小穿过流动体的压力损失。优选地，引导元件可设计成尤其展开的搭板，其为了制造冷却介质开口从流动体腔径向向外弯曲。由此能以一个步骤不仅将冷却介质开口而且将引导元件带入到流动体中。
根据构件的另一实施例，至少一个遮盖面具有冷却介质开口。通过该措施可如此将冷却介质开口带入到遮盖面中，使得冷却介质通过所产生的涡旋朝向冷却板冲刷。由此可提高热运输。此外，可在遮盖面的区域中(通过相应的弯曲过程引起)构建伸入到流动体腔中的引导元件。由此可进一步提高冷却介质的涡旋度。
当至少一个流动体成型为立方体、多面体、圆柱体、带有椭圆的或U形的基面的柱体时，冷却功率可特别灵活且有效地来调整。基本原理是在到流动体或扩散器插入件的给出的热传递的情况下在其同时的穿流的情况下的表面的放大。由此可在冷却通道中实现可能的冷却面的放大，其通过插入元件和至少一个流动体三维地来制模。当引导元件仅仅布置在侧壁处且布置在遮盖面的区域中时，尤其在带有U形基面的流动体的设计方案的情况中可减小冷却介质的相对压力损失。
优选地，至少一个流动体可设计成带有展开的且由此形成引导面的装饰(Ausstattung)的所谓的深冲罐(Tiefziehtopf)。由此可将流动体置入到插入元件中的相应的钻孔或凹入部中。根据流动体的尺寸可将蚀刻技术和变型用于制造冷却介质开口和引导元件。对于更小热负载的构件而言还可将热修改的塑料注塑用作用于插入元件和流动体的制造方法。
根据构件的一实施形式，冷却通道的至少一个冷却介质流入部和至少一个冷却介质流出部布置在壳体区段中和/或在壳体区段与冷却板之间和/或在冷却板中。在此，冷却介质流入部和冷却介质流出部优选地延伸穿过插入元件。由此可实现插入元件通过冷却介质的多侧的环流。此外可将冷却介质通道灵活地联接到冷却循环处。冷却流体可例如是空气、水或含水的溶液。至少一个冷却介质流入部和/或冷却介质流出部可垂直或平行于插入元件的面式的伸展导流地与冷却通道相连接。由此可如此控制冷却介质的涌流，使得通过冷却介质与插入元件和流动体的相互作用实现尽可能高的涡流度。
当冷却通道的流动横截面通过插入元件在冷却介质出口的方向上持续减小时,冷却介质可分级地或以可变化的流动速度从冷却通道流出。例如，冷却通道可通过插入元件锥形地在其横截面中减小。由此可通过插入元件成型一种类型的流动通道。
在冷却板的第二侧与插入元件之间的最优的且持续的热传递可通过插入元件来产生，其设计成机械弹性件，使得流动体的至少一个遮盖面在插入元件的置入状态中可压靠冷却板的第二侧。由此可将流动体的所谓的“罐底”压靠冷却板。为了构造弹性力，插入元件可具有S形的板件外翻部，其可作为轴向弹性件起作用，使得待冷却的部件或冷却板可通过与壳体区段的旋接压到扩散器置入件或流动体上。在需要的情况下可附加地使用导热胶以用于改善热传递。
根据本发明的另一方面提供带有至少一个根据本发明的构件的机动车，其中，至少一个构件的冷却通道与车辆冷却介质循环导流地相连接。
至少一个构件可例如是用于一个或多个电气驱动装置的功率电子设备。至少一个构件具有冷却部，其用于运行热的导出。为了能尽可能成本有效地制造至少一个构件，构件的冷却面设计成平的或平整的。可能的冷却功率可通过布置在流体通道中的带有至少一个流动体的插入元件来提高。插入元件和流动体优选地由冲压的和/或弯曲的金属板件成型。由此可除了冷却流体的涡旋之外实现冷却板的放出热的面的放大。
附图说明
接下来根据附图更详细阐述本发明的实施例。其中：
图1显示了根据本发明的一实施形式的流动体的透视图，
图2显示了带有来自图1的流动体的根据本发明的一实施形式的构件的截面图，
图3显示了根据本发明的一实施形式的插入元件的俯视图，
图4显示了来自图3的插入元件的透视图，
图5显示了朝向来自图3的插入元件的仰视图，
图6显示了根据本发明的另一实施形式的插入元件的俯视图，
图7显示了根据本发明的另一实施形式的插入元件的俯视图，
图8显示了根据本发明的另一实施形式的插入元件的俯视图，
图9显示了根据本发明的一实施形式的机动车的示意图。
附图中相同结构的元件分别具有相同的附图标记。
附图标记清单
100 构件
200 机动车
210 机动车的冷却介质循环
10 流动体
11 侧面
12 侧面的冷却介质开口
13 流动体腔
14 侧面的引导元件
15 遮盖面
16 遮盖面的冷却介质开口
17 遮盖面的引导元件
18 宽的冷却介质开口
20 插入元件
21 插入元件的第一凹口
22 插入元件的第二凹口
23 插入元件的第一壁
24 插入元件的第二壁
30 部件
40 冷却板
41 冷却板的第一侧
42 冷却板的第二侧
50 壳体区段
51 凹口
52 冷却介质流入部
53 冷却介质流出部
60 冷却通道
X 冷却介质流
B 流动体的宽度。
具体实施方式
在图1中显示了根据本发明的一实施形式的流动体10的透视图。流动体10布置在插入元件20上并且具有柱状的形状。流动体10尤其设计成不带有底部的中空柱体。多个冷却介质开口12被带入到流动体10的侧面11中。
冷却介质开口12这里通过局部冲制的且从流动体腔13径向向外展开的搭板制造到侧面11中。搭板根据该实施例用作用于作用到冷却介质流动上的引导元件14。
流动体10的遮盖面15同样具有冷却介质开口16，其通过冲制且轴向向内翻入的板件区段制造。板件区段在此形成引导元件17，其在遮盖面15处伸入到流动体腔13中。
流动体腔13通过侧面11和遮盖面15限制。冷却介质可通过侧面11的冷却介质开口12与流动体腔13相连接。
图2显示了带有来自图1的流动体10的根据本发明的一实施形式的构件100的截面图。构件100具有电子部件30，其在运行中产生损耗热并且由此必须被冷却。
部件30与冷却板40的第一侧41导热地相连接。在与第一侧41相对而置的第二侧42上布置有壳体区段50。壳体区段50具有凹口51，其设计成用于在冷却板40的第二侧42之间构造冷却通道60。
冷却介质流入部52与冷却介质流出部53被带入到壳体区段50中。冷却介质流入部52和冷却介质流出部53在此延伸穿过插入元件20进入到冷却通道60中。箭头清楚说明了穿过冷却通道60的冷却介质流X。
插入元件20被机械地夹紧在壳体区段50与冷却板40之间的冷却通道60中，使得流动体10的遮盖面15压靠冷却板40的第二侧42。
图3、图4和图5从不同的透视显示了插入元件20。根据实施例，插入元件20具有六个流动体10。插入元件20在冷却介质流入部52和冷却介质流出部53的区域中具有凹口21,22，冷却介质可无阻碍地流动穿过所述凹口并且由此偏转到流动体10上。流动体10在此以相对于每三个流动体10的两列布置在插入元件20上。
图6以俯视图阐明了根据本发明的另一实施形式的插入元件20。插入元件20具有三个布置成列的流动体10。不同于已经示出的实施例，流动体10具有基面，其成型为椭圆形的。
在图7中示出了根据本发明的另一实施形式的插入元件20的俯视图。在此流动体10成型为矩形的并且布置在插入元件20上。
图8显示了根据本发明的另一实施形式的插入元件20的俯视图。布置在插入元件20上的流动体10设计成U形的并且在冷却介质流入部52的方向上具有冷却介质开口18，其在相应的流动体10的整个宽度B上延伸。由此，冷却介质可无阻碍地到达进入到流动体10中并且在从流动体10离开时才涡旋。备选地，冷却介质还可相反地通过冷却介质通道60来引导，使得冷却介质可通过宽的冷却介质开口18从相应的流动体10离开。根据实施例，插入元件具有用于调整冷却介质通道60的横截面的侧壁23,24。通过沿冷却介质通道60的变化的横截面可改变冷却介质的流动速度。
图9显示了根据本发明的一实施形式的机动车200的示意图。机动车200是电气驱动的车辆或混动车辆。为了驱动电气驱动装置，机动车200具有设计成功率电子设备的构件100。为了冷却构件100，设置冷却介质流入部52和冷却介质流出部53到机动车200的冷却介质循环210处的连结。

Claims (13)

1.一种带有冷却功率的构件(100)，具有至少一个待冷却的部件(30)，其与冷却板(40)的第一侧(41)导热地相连接；并且具有壳体区段(50)，该壳体区段(50)用于遮盖所述冷却板(40)的第二侧(42)且用于在所述冷却板(40)的第二侧(42)与所述壳体区段(50)的至少一个凹口(51)之间构造至少一个冷却通道(60)；并且具有布置在所构造的冷却通道(60)中的插入元件(20)，其特征在于，所述插入元件(20)具有与所述冷却通道(60)经由冷却介质开口导流地相联结的至少一个流动体(10)，以用于至少暂时容纳流动穿过所述冷却通道(60)的冷却介质，并且所述至少一个流动体(10)能够经由至少一个遮盖面(15)与所述冷却板(40)的第二侧(42)相连接。
2.根据权利要求1所述的构件，其中，所述插入元件(20)和/或所述至少一个流动体(10)是可热传导的且至少局部可弹性形变的。
3.根据权利要求1或2所述的构件，其中，所述插入元件(20)和/或所述至少一个流动体(10)是冲压的和/或弯曲的板件。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的构件，其中，所述至少一个流动体(10)设计成中空体并且具有至少一个用于将所述冷却介质导入和/或导出到所述流动体(10)的流动体腔(13)中的冷却介质开口(12,18)。
5.根据权利要求4所述的构件，其中，所述至少一个流动体(10)具有至少一个带有用于将所述冷却介质导入和/或导出到所述流动体腔(13)中的冷却介质开口(12,18)的侧面(11)。
6.根据权利要求5所述的构件，其中，所述插入元件(20)的至少一个流动体(10)在所述冷却介质开口(12,18)的区域中具有用于作用到冷却介质流动(X)上的第一引导元件(14)。
7.根据权利要求1至2中任一项所述的构件，其中，所述至少一个遮盖面(15)具有冷却介质开口(16)。
8.根据权利要求7所述的构件，其中，所述插入元件(20)的至少一个流动体(10)在所述冷却介质开口(16)的区域中具有用于作用到冷却介质流动(X)上的第二引导元件(17)。
9.根据权利要求1至2中任一项所述的构件，其中，所述至少一个流动体(10)成型为立方体、圆柱体、带有椭圆的或U形的基面的柱体。
10.根据权利要求1至2中任一项所述的构件，其中，所述冷却通道(60)的至少一个冷却介质流入部(52)和至少一个冷却介质流出部(53)布置在所述壳体区段(50)中和/或在所述壳体区段(50)与所述冷却板(40)之间和/或在所述冷却板(40)中，并且延伸穿过所述插入元件(20)。
11.根据权利要求10所述的构件，其中，所述冷却通道(60)的流动横截面通过所述插入元件(20)在所述冷却介质流出部(53)的方向上持续减小。
12.根据权利要求1至2中任一项所述的构件，其中，所述构件(100)为用于机动车(200)的构件。
13.根据权利要求1至2中任一项所述的构件，其中，所述至少一个流动体(10)成型为多面体。
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