CN116325137A - 用于冷却的装置和马达模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于冷却半导体组件(T1，T2，T3)的装置(1)，其包括具有组件侧(BS)和与组件侧(BS)相对置的结构元件侧(SES)的冷却体基部(KKB)，其中，在冷却介质(11)的流动方向(10)上能够依次布置半导体组件(T1，T2，T3)，其中，结构元件侧(SES)为了扩大其表面而设计有结构元件(SE)，其中，结构元件侧(SES)设计为，使得参与冷却的结构元件(SE)的密度(D)相对于冷却区(K1，K2，K3)在流动方向(10)上增加。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于冷却半导体组件的装置，包括具有组件侧和与组件侧相对置的结构元件侧的冷却体基部，其中，在冷却介质的流动方向上能够依次布置半导体组件，其中，结构元件侧为了扩大其表面而设计有结构元件。
此外，本发明涉及一种用于驱控马达的变流器、尤其是逆变器。
背景技术
从实践中已知并且常见的是：使用冷却体来冷却半导体组件。从EP 0340 520B1中已知一种用于对组件进行对流冷却的装置，所述装置具有冷却体，所述冷却体由两个彼此上下布置的部件组成。
出于制造技术原因以及由于半导体组件的更简单设计的结构和/或节省空间的布置(例如在马达模块中)，为了驱控马达所需的半导体组件通常布置在公共的冷却体上，以用于散热。所述半导体组件相对于冷却介质流的方向依次安置，由此形成热串联。相应的待冷却的半导体组件距冷却介质入口越远，所述热串联就导致冷却作用下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于冷却半导体组件的装置，其中，冷却介质即使在待冷却的构件距入口较远的情况下仍然具有足够的温度，进而为更远离入口的构件提供冷却能力。
对于开头提到的装置，该目的通过以下来实现，即结构元件侧设计为，使得参与冷却的结构元件的密度相对于冷却区在流动方向上增加
结构元件处于那里，以便改进将热传递给环境进而改进冷却。结构元件通常与冷却介质接触。因为现在有效参与冷却的结构元件的密度在装置的纵向扩展的方向上增加，所以离入口更远的构件仍然能够被充分冷却，因为冷却介质还没有在更靠近入口的第一构件中已经在冷却能力方面饱和进而无法再提供冷却能力。
就本发明的意义而言，将密度理解为每单位面积的(特别是在冷却区中)有效的结构元件的数量，其中，可关于冷却效果来理解“有效”。
该装置的一个改进形式提出：结构元件侧具有均匀分布的结构元件，其中，布置在结构元件侧上的成型件设置用于对结构元件的至少一部分进行热绝缘。
在一个可行的实施方式中，成型件能够作为套筒插到针翅片上。在具有针翅片的市售的冷却体中，相应地具有均匀分布的结构元件，其中，针脚被视为结构元件。
这种绝缘套筒能够在其一端部处闭合，并且在其另一端部处敞开。有利地，套筒安置在冷却体的区域中，即设置在位于冷却介质入口附近的第一冷却区内，在所述区域中应尽可能地抑制将热量传输至冷却介质。设有套筒的针翅片因此在热学方面几乎被“关断”。借此，更多温度较低的冷却介质到达进一步远离入口的区域并在那里增加冷却能力。
如上所述，成型件能够设计为套筒并且被移到结构元件上。因此，获得如下装置，其中，至少一个成型件设计为套筒并且布置在结构元件上。
在成型件的另一设计方案中，该装置设计为，使得至少一个成型件设计为第一类型的流动屏障并且被移到结构元件上，其中，第一类型的流动屏障的第一翼贴靠另一个直接相邻的结构元件，并且第一类型的流动屏障的第二翼贴靠另外的直接相邻的结构元件。
成型件的第三设计变型提出，在该装置中，至少一个成型件借助于第二类型的流动屏障来设计，并且被移到结构元件上，其中，第二类型的流动屏障的第一翼贴靠相邻的另一个结构元件，并且第二类型的流动屏障的第二翼贴靠另外的相邻的结构元件，其中，翼具有纵向扩展，所述纵向扩展仅允许第二类型的流动屏障倾斜于流动方向布置。
在成型件的另一个特别的设计变型中，该装置具有至少一个成型件，所述成型件被设计为介质引导带，以便实现对冷却介质的有针对性的引导。
开头提到的目的同样通过开头提到的、具有上述用于冷却的装置的变流器来实现。
此外，现在有利的是，能够放弃对冷却体进行复杂的加工，因为现在例如能够使用标准冷却体或具有均匀分布的结构元件的冷却体，并且通过有针对性地加工成型件、尤其在冷却区中匹配于相应的冷却条件。期望的热分布通过附加的成型件实现，事后地、例如直至最终产品(例如驱动逆变器)制成时才引入所述成型件。根据应用情况，也能够在相同的冷却体中考虑不同的成型件。然后，差异形成能够在生产过程中很晚才确定，以有利于制造成本，因此简化了仓储管理还有备件库存。
特别是在使用模块化冷却体或用于冷却半导体组件的装置时，单个部件能够几乎相同地构造，由此，有利地将生产过程中的和仓储管理中的差异最小化。
变流器有利地设置用于竖直安装在开关柜中，其中，装置的纵轴线竖直布置，进而借此平行于纵轴线形成穿过变流器的流动方向，并且用于冷却介质的入口布置在下方，并且用于冷却介质的出口布置在上方。
能够有利地为多个功率半导体构造马达模块，其中，第一装置和另一个基本上相同的装置在流动方向上依次布置。
附图说明
附图示出本发明的实施例。在此示出
图1示出用于冷却的装置的立体图，
图2示出图1中已知的装置的不同的立体图，
图3示呈套筒的设计方案中的成型件，
图4示出第一类型流动屏障的设计方案中的成型件，
图5示出第二类型的流动屏障的成型件的设计方案，
图6示出作为介质引导带的成型件的设计方案，
图7示出具有插接的成型件的针翅片式冷却体，
图8示出具有半导体组件的组形成的两个依次布置的装置，和
图9示出开关柜中的马达模块。
具体实施方式
图1示出用于冷却半导体组件T1、T2、T3的装置1，所述半导体组件在共同的冷却体基部KKB的组件侧BS上沿冷却介质11的流动方向10依次布置。组件侧BS为了安置半导体组件T1、T2、T3具有第一冷却区K1、第二冷却区K2和第三冷却区K3。
根据图2，选择结构元件侧SES的立体图。多个结构元件SE布置在结构元件侧SES上。借助图1所示的冷却区K1、K2、K3在图2的视图中以虚线示意性地示出。
结构元件侧SES具有均匀分布的结构元件SE，其中，通过将热绝缘的成型件布置在结构元件SE的一部分之间和/或在其上，结构元件SE的该部分在冷却效果方面是无效的。由于第一冷却区K1位于用于冷却介质11的入口附近，所以在此能够插接多个呈套筒H形式的成型件，使得穿流的冷却介质11不如此快地升温，并且仍然对于位于后方的第二冷却区K2和第三冷却区K3能够带来足够的冷却能力。
因此，将九个套筒H插接在第一冷却区K1中，仅还有七个套筒H插接在第二冷却区K2中，并且而根本没有套筒H插接在第三冷却区K3中。因此，对于冷却区K1、K2、K3，参与冷却的结构元件SE的密度增加。
在成型件的第一设计变型中，图3示出具有盲孔的套筒H，所述盲孔设计用于精确地插接到针脚(即结构元件SE)上。
借助图4示出作为第一类型的流动屏障SSK的成型件的设计变型。所述第一类型的流动屏障SSK同样能够被移到结构元件SE上。附加地，第一类型的流动屏障SSK具有第一翼F1和第二翼F2。第一翼F1和第二翼F2设计为，使得翼F1、F2分别能够形状配合地贴靠第一相邻的结构元件SE'和另外的第二相邻的结构元件SE”(例如参见图7)。
与示出第一类型的流动屏障SSK的图4相反，在图5中示出稍大的第二类型的流动屏障SSK。第二类型的流动屏障SSG也设计为能够被移到结构元件SE上，其中，第二类型的流动屏障SSK的第一翼F1能够贴靠另一相邻的结构元件SE，并且第二类型的流动屏障SSF的第二翼F2也能够贴靠相邻的结构元件SE。但是，与第一类型的流动屏障SSK相反，在第二类型的流动屏障SSG中，翼F1、F2的纵向扩展长至使得这种类型的成型件只能够倾斜于流动方向10布置在结构元件SE之间。
根据图6示出另一特殊类型的成型件。成型件现在设计为介质引导带MLB，以实现对冷却介质的有针对性的引导。为此，介质引导带MLB具有如下纵向扩展，所述纵向扩展在结构元件SE的多个间距上延伸。第一针脚容纳件PA1布置在介质引导带MLB的第一端部处，并且第二针脚容纳件PA2布置在介质引导带MLB的第二端部处。由于介质引导带MLB被设计为耐热的和柔性的，所以，能够利用介质引导带MLB影响流动通道，因为能够将其以简单的方式和方法(如橡胶带那样)插接到结构元件SE之间。
例如，借助图7例如示出配备有前述实施变型的成型件的冷却装置。在用于冷却介质11的入口的下部中，例如设有多个套筒H和多个第一类型的流动屏障SSK。如果更靠近第二冷却区K2，则在第二冷却区K2之前不远使用第二类型的流动屏障SSG，用于将流动引导到第二冷却区K2中。因此，已经偏转的冷却介质流通过第二冷却区K2不完全从结构元件SE中逸出并仍然到达第三冷却区K3，通过介质引导带MLB作为一种扰流器并且最初偏转的冷却流又沿另一个方向被偏转。
借助图8说明，用于冷却半导体组件第一装置1如何能够通过用于冷却半导体组件的另一第二装置2被模块化地补充。例如，在变流器20(参见图9)中能够出现，所述变流器设计为能够同时控制两个马达的2轴逆变器。相应地，具有由第一装置1和第二装置2构成的模块化组合的装置，其中，产生第一组G1的待冷却的半导体组件T1、T2、T3，和产生第二组G2的待冷却的半导体组件T4、T5、T6。
在第一组G1中，相应的半导体组件T1、T2、T3安置在相应的的冷却区K1、K2、K3中。在第二组G2中，相应地将另外的半导体组件T4、T5、T6安置在第四冷却区K4、第五冷却区K5和第六冷却区K6中。
根据图9，示出在开关柜24中的变流器20。变流器20或内部集成的装置1的纵轴线21竖直布置，进而穿过变流器20的流动方向10平行于纵轴线21，并且用于冷却介质11的入口22布置在下方，并且用于冷却介质11的出口23布置在上方。在变流器20中，用于冷却组件的第一装置1和第二装置2在流动方向10上依次布置。特别地，为了将温度均匀分布到两个装置1、2上，第一装置1的第一、第二、第三冷却区K1、K2、K3配备有成型件，其中，成型件的数量在流动方向上减少。马达模块20能够经由线路L控制马达M。
Claims (9)
1.一种用于冷却半导体组件(T1，T2，T3)的装置(1)，所述装置包括冷却体基部(KKB)，所述冷却体基部具有组件侧(BS)和与所述组件侧(BS)相对置的结构元件侧(SES)，其中，在冷却介质(11)的流动方向(10)上能够依次布置所述半导体组件(T1，T2，T3)，
其中，所述结构元件侧(SES)设计成利用结构元件(SE)扩大所述结构元件侧的表面，
其特征在于，所述结构元件侧(SES)设计成使得参与冷却的所述结构元件(SE)的密度(D)相对于冷却区(K1，K2，K3)在流动方向(10)上增加。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述结构元件侧(SES)具有均匀分布的结构元件(SE)并且具有热绝缘的成型件，其中，布置在所述结构元件侧(SES)上的所述成型件设置用于将所述结构元件(SE)的至少一部分热绝缘。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，至少一个成型件设计为套筒(H)并且移到所述结构元件(SE)上。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其中，至少一个成型件设计为第一类型的流动屏障(SSK)并且移到结构元件(SE)上，其中，所述第一类型的流动屏障(SSK)的第一翼(F1)贴靠另一个相邻的结构元件(SE')，并且所述第一类型的流动屏障(SSK)的第二翼(F1)贴靠另外的直接相邻的结构元件(SE”)。
5.根据权利要求2或3或4所述的装置，其中，至少一个成型件设计为第二类型的流动屏障(SSG)并且移到结构元件(SE)上，其中，所述第二类型的流动屏障(SSK)的第一翼(F1)贴靠另一个相邻的结构元件(SE')，并且所述第二类型的流动屏障(SSK)的第二翼(F1)贴靠另外的相邻的结构元件(SE”)，其中，所述翼(F1，F2)具有纵向扩展，所述纵向扩展仅允许使所述第二类型的流动屏障(SSK)倾斜于所述流动方向(10)布置。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的装置，其中，至少一个成型件设计为介质引导带(MLB)，以便实现对所述冷却介质(11)的有针对性的引导。
7.一种用于驱控马达(M)的变流器(20)，所述变流器包括根据权利要求1至6中任一项所述的装置(1)。
8.根据权利要求7所述的变流器(20)，设置用于竖直安装到开关柜(24)中，其中，所述装置(1)的纵轴线(21)竖直布置，进而生成穿过所述变流器(20)的平行于所述纵轴线(21)的所述流动方向(10)，并且用于冷却介质(11)的入口(22)布置在下方，并且用于所述冷却介质(11)的出口(23)布置在上方。
9.根据权利要求7或8所述的变流器(20)，其中，第一装置(1)和相同的第二装置相对于所述结构元件侧(SES)在流动方向(10)上依次布置，其中，在所述第二装置上布置更少的成型件。
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