CN116530224A - 冷却体装置和功率转换器装置 - Google Patents

冷却体装置和功率转换器装置 Download PDF

Info

Publication number
CN116530224A
CN116530224A CN202180072332.9A CN202180072332A CN116530224A CN 116530224 A CN116530224 A CN 116530224A CN 202180072332 A CN202180072332 A CN 202180072332A CN 116530224 A CN116530224 A CN 116530224A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cooling
cooling body
section
inlet
intermediate space
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180072332.9A
Other languages
English (en)
Inventor
罗曼·克格勒
卢茨·纳米斯洛
托马斯·施温
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN116530224A publication Critical patent/CN116530224A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20509—Multiple-component heat spreaders; Multi-component heat-conducting support plates; Multi-component non-closed heat-conducting structures
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20009—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
    • H05K7/20136—Forced ventilation, e.g. by fans
    • H05K7/20145—Means for directing air flow, e.g. ducts, deflectors, plenum or guides
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20909—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于多个半导体构件(T1，...，T6)的冷却体装置(KKA)，该冷却体装置包括第一冷却体(1)和第二冷却体(2)，第一冷却体和第二冷却体各自具有构件侧(BS1，BS2)和装有冷却肋片(F)的冷却肋片侧(KR1，KR2)，它们连续地布置，使得冷却介质(11)在流动方向(10)上首先流过由第一冷却体(1)的冷却肋片(F)形成的冷却通道(K1i)，然后流过由第二冷却体(2)的冷却肋片(F)形成的冷却通道(K2i)，其中，第一入口横截面(Q1)借助分隔件相对于第二入口横截面(Q2)减小，该第一入口横截面在第一冷却体(1)的入口侧(E1)由第一冷却体(1)的配属的冷却通道(K1i)的单独横截面(EQK1i)组成，该分隔件在第一冷却体(1)的入口侧(E1)上至少部分地覆盖冷却通道(K1i)，该第二入口横截面在第二冷却体(2)的入口侧(E2)上由第二冷却体(2)的配属的冷却通道(K2i)的单独横截面(EQK2i)组成。

Description

冷却体装置和功率转换器装置
技术领域
本发明涉及一种用于多个半导体构件的冷却体装置，冷却体装置包括第一冷却体和第二冷却体，第一冷却体和第二冷却体各自具有构件侧和配备有冷却肋片的冷却肋片侧，它们连续地布置，使得冷却介质在流动方向上首先流过由第一冷却体的冷却肋片形成的冷却通道，再流过由第二冷却体的冷却肋片形成的冷却通道。
也能够设想具有两个以上连续地布置的冷却体的冷却体装置。
此外，本发明涉及一种用于向电机供电的功率转换器装置，功率转换器装置包括开头提到的冷却体装置。
背景技术
在实践中，已知且通常使用冷却体来冷却半导体构件。从EP 0 340 520B1中已知一种用于构件的对流冷却的装置，该装置具有冷却体，该冷却体由重叠地布置的两个部分组成。
出于制造技术的原因和由于更简单的结构设计和/或节省空间的布置，例如在功率转换器装置中，特别是转换器中，控制电机所需的半导体构件通常布置在公共冷却体上以用于散热。这些半导体构件相对于冷却介质流动的方向依次放置，由此产生热串联。该热串联导致待冷却的相应半导体构件离冷却介质的入口越远，冷却效果越差。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于冷却半导体构件的装置，其中，冷却介质即使对于远离入口安置的待冷却构件仍然具有足够的温度，以便为远离入口的构件提供足够的冷却能力。
开头提到的目的是这样实现的，即相对于第二入口横截面借助分隔件减小第一入口横截面，该第一入口横截面位于第一冷却体的入口侧，该第一入口横截面由第一冷却体的配属的冷却通道的单个横截面组成，该分隔件至少部分地覆盖在第一冷却体的入口侧上的冷却通道，该第二入口横截面位于第二冷却体的入口侧处，该第二入口横截面由第二冷却体的配属的冷却通道的单个横截面组成。
由于兼容性，例如在具有限定的客户接口的现有变流器范畴中，两个冷却体的并联连接是不可能的，因此两个冷却体串联连接。第一冷却体能够称为热学上较冷的冷却体，而第二冷却体能够称为热学上较热的冷却体。
根据本发明，单独的中间冷却空间的部分热解耦用于较冷的冷却体中，这使其整体冷却能力变差。在例如通过具有强制对流的风扇导致的体积流量相同的情况下，风扇的存储空间中的压力增加并且剩余“开放”的冷却通道中的体积流量增加。从较冷的冷却体中流出的冷却介质现在比第一冷却体中没有使用分隔件的传统串联连接更冷。因此，第一冷却体的静态温度增加。这对应于装配有例如塑料梳的冷却体的散热的“恶化”。塑料不一定要完全封闭冷却肋片，梳子部分断裂和孔洞也是能够设想的。
例如经由在肋的整个长度上呈锥形延伸的插入件对冷却通道的分段的部分分隔也是能够设想的。
该措施能够用于影响参与冷却的多个主动冷却肋片。
冷却体装置的一个特别有利的改进方案提出，在第一冷却体与第二冷却体之间布置有中间空间，该中间空间借助遮盖物覆盖，其中，中间空间和遮盖物形成涡流室。
来自第一冷却体的冷却通道的单独的流现在能够在中间空间中打旋并且形成用于第二冷却体的新流，该新流流入到通常完全打开的冷却通道中。带遮盖物的中间空间充当冷却介质的一种扩散器。为了使在所有冷却肋片或冷却通道上从第一冷却体流出的冷却介质均匀地提供给串联连接的第二冷却体，需要前室，前室保证冷却介质的涡流和均匀分布。
在另一个有利的设计方案中，分隔件被构造为梳状物，用于插入到第一冷却体的入口侧中。
在中间空间中布置有用于改进涡流的涡流元件和/或引导元件，。
通过在两个冷却体之间插入塑料部件能够覆盖中间空间。该中间空间用于将冷却介质均匀地分布到第二冷却体的其他冷却通道。在一个有利的设计方案中，塑料部件能够设计为，使得其具有一种内部结构，该内部结构承担必要的最佳涡流和冷却介质偏转的功能。涡流元件能够设计为例如导流板或翼型或类似扰流板的形式。
开头提到的目的也通过用于向电机供电的功率转换器装置来实现。在此，功率转换器装置包括用于多个半导体构件的冷却体装置，该冷却体装置包括第一冷却体和第二冷却体，第一冷却体和第二冷却体各自具有构件侧和配备有冷却肋片的冷却肋片侧，它们连续地布置，使得冷却介质在流动方向上先流过由第一冷却体的冷却肋片形成的冷却通道，然后流过由第二冷却体的冷却肋片形成的冷却通道。在此，相对于第二入口横截面借助分隔件减小第一入口横截面，该第一入口横截面位于第一冷却体的入口侧，该第一入口横截面由第一冷却体的配属的冷却通道的单个横截面组成，该分隔件至少部分地覆盖在第一冷却体的入口侧上的冷却通道，该第二入口横截面位于第二冷却体的入口侧处，该第二入口横截面由第二冷却体的配属的冷却通道的单个横截面组成。
为了进一步提高该装置的散热性，在第一冷却体与第二冷却体之间设置有中间空间，该中间空间由遮盖物覆盖，其中，该中间空间与遮盖物形成涡流室。
特别地，关于用于控制电机的变流器，功率转换器装置设置用于竖直安装在开关柜中，其中，冷却体装置的纵向轴线竖直布置并进而使得通过功率转换器装置的流动方向平行于纵向轴线，并且用于冷却介质的入口布置在第一冷却体的入口侧的下方以及用于冷却介质的出口布置在与第二冷却体的入口侧相对的出口侧的上方。
有利地，对于这种结构设计的功率转换器装置，对于冷却体装置现在不再需要附加的旁路；这种附加的旁路只会减少剩余的可用设备体积，而这更需要容纳电子部件和机械部件。因此，现在能够提供更多设备构件所需的空间，例如保险丝、中间电路电容器。
不再需要以前使用的昂贵的旁路构件，并且在设计和安装方面简化了功率转换器装置的设备结构。根据分隔件或插入梳的设计方案(闭合冷却通道的数量)和冷却体之间可用的存储空间，能够优化串联连接的两个冷却体的散热，使得在运行时两个冷却体达到约相同的温度。这导致功率转换器装置的使用寿命增加，因为没有上述措施，热学上更热的冷却体决定了半导体构件的使用寿命。由于使用可能更小的功率半导体，成本的降低也是能够设想的，因为半导体夹不再必须设计用于二次流过空气管道的更热的冷却体。
附图说明
附图示出了实施例，其中
图1示出了用于冷却半导体构件的冷却体装置，
图2以冷却肋片侧的俯视图的另一立体图示出了冷却体装置，
图3示出了图2中已知的冷却体装置，重点放在中间空间上，
图4示出了用于中间空间的遮盖物，
图5以其他的立体图示出了图4的遮盖物，
图6示出了作为分隔件的梳状物，
图7示出了有效入口横截面的图示，
图8示出了中间空间中的流动线的涡流的图示，
图9示出了开关柜中的功率转换器装置。
具体实施方式
根据图1，示出了用于多个半导体构件T1，...，T6的冷却体装置KKA。冷却体装置KKA包括第一冷却体1和第二冷却体2，第一冷却体和第二冷却体各自具有构件侧BS1、BS2，在构件侧能够放置半导体构件T1、...、T6用于冷却。装配有冷却肋片F的冷却肋片侧KR1、KR2分别位于构件侧BS1、BS2对面。冷却肋片F连续地布置，使得冷却介质11在根据图2的流动方向10上首先流过由第一冷却体1的冷却肋片F形成的冷却通道K1i，然后流过由第二冷却体2的冷却肋片F形成的冷却通道K2i。
图2以冷却肋片侧KR1、KR2的视角示出了冷却体装置KK1。
冷却介质11能够在第一入口侧E1处进入冷却体装置KKA并且经由第二冷却体2的出口侧A2再次离开。遮盖物4将两个冷却体1，2在流动方面彼此连接。借助梳状物6减小第一入口侧E1的横截面。
图3示出了第一入口横截面Q1，其在第一冷却体1的入口侧E1上由第一冷却体的配属的冷却通道K1i的单独横截面EQK1i组成。借助于至少部分地覆盖第一冷却体1的入口侧E1上的冷却通道K1i的梳状物6，第一入口横截面Q1相对于第二入口横截面Q2(参见图3)减小，该第二入口横截面在第二冷却体2的入口侧E2上通过第二冷却体2的配属的冷却通道K2i的单独横截面EQK2i组成。
根据图3，中间空间3布置在第一冷却体1与第二冷却体2之间。根据图2，中间空间3被遮盖物4覆盖。中间空间3和遮盖物4形成涡流室。被覆盖的中间空间3用于将冷却介质11均匀地分布到第二冷却体2的所有冷却通道K2i。
图4和图5示出了遮盖物4，其中，遮盖物4设置有第一引导元件7和第二引导元件8。
图6示出了梳状物6的形式的分隔件。各个梳状元件被设计成使得它们精确地适配到两个冷却肋片F的中间空间中并且因此能够分隔冷却通道。
图7示出了第一入口横截面Q1相对于第二入口横截面Q2的减小。从第一冷却体1的冷却肋片F1，...，F19来看，还能够看到相应的冷却通道K11，K12，...，K117，K118。借助插入冷却通道K1i中的梳状物6分别以偶数系数关闭冷却通道K1i。具有奇数系数的冷却通道K1i保持打开。对于第一入口横截面Q1，得到以下公式
并且对于位于其后的第二冷却体2的第二入口横截面，其中，没有冷却通道K2i关闭，对于第二入口横截面Q2，得到以下公式
图8示出了冷却介质11流入中间空间3中的流的提及的涡流。由于在第一冷却体1的入口侧E1上插入的梳状物6，冷却介质分流只能从具有奇数系数的冷却通道K1i流出。所得到的九个流出的分流随后分布在第二冷却体2的冷却通道K2i上，其中，在第一冷却体中还没有完全加热的冷却介质11随后完全流过第二冷却体。
根据图9，示出了用于为开关柜24中的电机M供电的功率转换器装置20。功率转换器装置20或内部集成的冷却体装置KKA的纵向轴线21竖直地布置，并且因此通过转换器装置20的流动方向10平行于纵向轴线21地布置，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。在功率转换器装置20中，第一冷却体1和另外的基本上相同的冷却体2在流动方向10上连续地布置，以用于冷却构件。功率转换器装置20能够经由线路L控制马达M。
通过使用根据本发明的冷却体装置KKA，其中，第一冷却体1的入口横截面Q1通过分隔件减小，这种功率转换器装置20能够有利地设计为具有小的结构尺寸，因为能够利用根据本发明的冷却体装置KKA有效地对串联连接的半导体构件T1，...，T6进行散热。

Claims (7)

1.一种用于多个半导体构件(T1，..，T6)的冷却体装置(KKA)，所述冷却体装置包括第一冷却体(1)和第二冷却体(2)，所述第一冷却体和所述第二冷却体各自具有构件侧(BS1，BS2)和配备有冷却肋片(F)的冷却肋片侧(KR1，KR2)，所述第一冷却体和所述第二冷却体连续地布置，以使冷却介质(11)在流动方向(10)上首先流过由所述第一冷却体(1)的冷却肋片(F)形成的冷却通道(K1i)，并且然后流过由所述第二冷却体(2)的冷却肋片(F)形成的冷却通道(K2i)，
其特征在于，
-借助于在所述第一冷却体(1)的所述入口侧(E1)上至少部分地覆盖冷却通道(K1i)的分隔件，在所述第一冷却体(1)的入口侧(E1)上由所述第一冷却体(1)的配属的冷却通道(K1i)的单独横截面(EQK1i)组成的第一入口横截面(Q1)与
-在所述第二冷却体(2)的入口侧(E2)上由所述第二冷却体(2)的配属的冷却通道(K2i)的单独横截面(EQK2i)组成的第二入口横截面(Q2)相比减小。
2.根据权利要求1所述的冷却体装置(KKA)，其中，在所述第一冷却体(1)与所述第二冷却体(2)之间布置有中间空间(3)，借助于遮盖物(4)覆盖所述中间空间，其中，所述中间空间(3)和所述遮盖物(4)形成涡流室。
3.根据权利要求1或2所述的冷却体装置(KKA)，其中，所述分隔件被实施为梳状物(6)，所述梳状物用于插入到所述第一冷却体(1)的入口侧(E1)中。
4.根据权利要求2或3所述的冷却体装置(KKA)，其中，在所述中间空间(3)中布置有涡流元件和/或引导元件。
5.一种用于为电机(M)供电的功率转换器装置(20)，所述功率转换器装置包括用于多个半导体构件(T1，...，T6)的冷却体装置(KKA)，所述冷却体装置包括第一冷却体(1)和第二冷却体(2)，所述第一冷却体和所述第二冷却体各自具有构件侧(BS1，BS2)和配备有冷却肋片(F)的冷却肋片侧(KR1，KR2)，所述第一冷却体和所述第二冷却体连续地布置，以使冷却介质(11)在流动方向(10)上首先流过由所述第一冷却体(1)的冷却肋片(F)形成的冷却通道(K1i)，并且然后流过由所述第二冷却体(2)的冷却肋片(F)形成的冷却通道(K2i)，
其特征在于，
-借助于在所述第一冷却体(1)的所述入口侧(E1)上至少部分地覆盖冷却通道(K1i)的分隔件，在所述第一冷却体(1)的入口侧(E1)上由所述第一冷却体(1)的配属的冷却通道(K1i)的单独横截面(EQK1i)组成的第一入口横截面(Q1)与
-在所述第二冷却体(2)的入口侧(E2)上由所述第二冷却体(2)的配属的冷却通道(K2i)的单独横截面(EQK2i)组成的第二入口横截面(Q2)相比减小。
6.根据权利要求5所述的功率转换器装置(20)，其中，在所述第一冷却体(1)与所述第二冷却体(2)之间布置有中间空间(3)，借助于遮盖物(4)覆盖所述中间空间，其中，所述中间空间(3)和所述遮盖物(4)形成涡流室(5)。
7.根据权利要求5或6所述的功率转换器装置(20)，所述功率转换器装置设置用于竖直安装到开关柜(24)中，其中，所述冷却体装置(KKA)的纵向轴线(21)竖直布置，进而使得通过所述功率转换器装置(20)的所述流动方向(10)平行于所述纵向轴线(21)，并且用于所述冷却介质的入口(22)布置在所述第一冷却体(1)的入口侧(E1)的下方，以及用于所述冷却介质(11)的出口(23)布置在与所述第二冷却体(2)的入口侧(E2)相对置的出口侧的上方。
CN202180072332.9A 2020-10-23 2021-08-19 冷却体装置和功率转换器装置 Pending CN116530224A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20203605.9A EP3989689A1 (de) 2020-10-23 2020-10-23 Kühlkörper-anordnung und stromrichteranordnung
EP20203605.9 2020-10-23
PCT/EP2021/073020 WO2022083920A1 (de) 2020-10-23 2021-08-19 Kühlkörper-anordnung und stromrichteranordnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116530224A true CN116530224A (zh) 2023-08-01

Family

ID=73014318

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180072332.9A Pending CN116530224A (zh) 2020-10-23 2021-08-19 冷却体装置和功率转换器装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240032254A1 (zh)
EP (2) EP3989689A1 (zh)
CN (1) CN116530224A (zh)
WO (1) WO2022083920A1 (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0340520B1 (de) 1988-05-05 1992-12-02 Siemens Nixdorf Informationssysteme Aktiengesellschaft Anordnung zur konvektiven Kühlung von elektronischen Bauelementen, insbesondere von integrierten Halbleiterschaltungen
JPH07249885A (ja) * 1994-03-10 1995-09-26 Nemitsuku Ramuda Kk 冷却構造
US8593812B2 (en) * 2009-05-11 2013-11-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Heat exchanger, semiconductor device, method for manufacturing the heat exchanger, and method for manufacturing the semiconductor device
CN103547115A (zh) * 2012-07-13 2014-01-29 台达电子工业股份有限公司 散热器、电子装置与热交换装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20240032254A1 (en) 2024-01-25
EP3989689A1 (de) 2022-04-27
WO2022083920A1 (de) 2022-04-28
EP4190138A1 (de) 2023-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI511654B (zh) 大功率機櫃散熱系統及靜止無功補償系統
EP3001786B1 (en) Inverter heat-dissipation device and inverter
US8619424B2 (en) Electronic device
US8810087B2 (en) Motor unit
TW201249322A (en) Rack mounted computer system and cooling structure thereof
US11044831B2 (en) Electrical enclosure arrangement comprising an electrical enclosure line and a cooling device connected into the line
US11477920B2 (en) Power module
KR102561873B1 (ko) 변압기 냉각 시스템 및 변압기 설비
JP2000308311A (ja) 回転電機
US11937412B2 (en) Arrangement for cooling power semiconductor devices of a converter
US20180183301A1 (en) Electrical Machine and Method for Cooling the Electrical Machine
CN116530224A (zh) 冷却体装置和功率转换器装置
EP2814144A1 (en) An air-to-air heat exchanger
CN111386754B (zh) 具有规定的冷却布置的低压开关设备
WO2017034653A1 (en) Forced and natural convection liquid cooler for personal computer
US20180053593A1 (en) Transformer embedded with thermally conductive member
JP7122184B2 (ja) 電力変換装置
CN114077292A (zh) 导风罩及散热装置
CN216958226U (zh) 一种散热结构及具有密封壳体的设备
Gradinger et al. Two-phase cooling of hot-swappable modular converters
CN115209701A (zh) 一种散热风道结构及电网模拟器
CN218160074U (zh) 一种散热结构及断路器
CN215733993U (zh) 变频器
CN219679064U (zh) 一种防干扰散热结构及超声波装置
CN219477407U (zh) 一种具备主动式安全隔离和通风功能的低压柜

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination