CN118119153A - 散热结构及ptc加热器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种散热结构及PTC加热器，散热结构包括壳体、压接组件、换热器、紧固件和功率模块，换热器固定安装于壳体内，压接组件一端压接于功率模块背离换热器的一侧，另一端通过紧固件可拆卸连接于壳体，以使功率模块紧贴于换热器的表面。本申请提供的散热结构及PTC加热器，解决了现有的IGBT模块难以拆装的问题。

Description

散热结构及PTC加热器

技术领域

本申请涉及功率模块的散热装置技术领域，特别是涉及一种散热结构及PTC加热器。

背景技术

通常，IGBT只需通过PTC的铝外壳进行散热就可以满足要求，但是，随着大功率电动车商用车和大功率燃料电池的开发，在大电流时或者高频开关时，IGBT会产生大量热量，原来铝外壳散热模式已经不能满足IGBT散热的要求，长时间的高温会使IGBT停止工作或者降低寿命，同时也会使PTC热效率降低。

如此，在现有技术中，一般会将IGBT模块贴设于水箱底部，以使水箱对IGBT模块进行散热，并且，IGBT模块通常焊接于水箱底部，但是，如此设置，不利于IGBT模块的装配和拆卸。

发明内容

基于此，有必要提供一种散热结构及PTC加热器，以解决现有的IGBT模块难以拆装的问题。

本申请提供的散热结构包括壳体、压接组件、换热器、紧固件和功率模块，换热器固定安装于壳体内，压接组件一端压接于功率模块背离换热器的一侧，另一端通过紧固件可拆卸连接于壳体，以使功率模块紧贴于换热器的表面。

在其中一个实施例中，压接组件包括压盖和弹性压接件，压盖通过紧固件可拆卸连接于壳体，弹性压接件一端连接于压盖，另一端抵接于功率模块，压盖能够对弹性压接件施加压力作用，以使弹性压接件能够产生弹性形变并对功率模块施加弹性压接作用力。

在其中一个实施例中，弹性压接件包括卡接部和压弹片，弹性压接件通过卡接部限位连接于压盖，压弹片一端连接于卡接部，另一端抵接于功率模块，且卡接部能够对压弹片施加压力作用，以使压弹片能够发生弹性弯曲形变并对功率模块施加弹性压接作用力。

在其中一个实施例中，压弹片的一端抵接于功率模块的端面，压弹片相对于功率模块的端面呈倾斜设置。

在其中一个实施例中，每一功率模块对应抵接有两个压弹片，分别定义为第一弹片和第二弹片，第一弹片远离卡接部的一端和第二弹片远离卡接部的一端分别朝向相互远离的方向延伸。

在其中一个实施例中，卡接部设有沿着预设方向延伸的滑槽，第一弹片和第二弹片分别活动卡接于滑槽内并能够沿着预设方向滑移，滑槽内活动设置有第二压缩弹簧，第二压缩弹簧的两端分别连接于第一弹片和第二弹片，当第一弹片和第二弹片产生弹性弯曲形变时，第一弹片和第二弹片能够朝向相互靠近的方向压缩第二弹性件。

在其中一个实施例中，卡接部包括第一翻边、第二翻边和主板，第一翻边和第二翻边分别连接于主板的两端并形成“凵”字形结构，第一翻边、第二翻边和主板围设形成卡接槽，卡接部通过卡接槽卡设于压盖的一端。

在其中一个实施例中，弹性压接件包括第一压缩弹簧，且第一压缩弹簧一端连接于压盖，另一端抵接于功率模块。

在其中一个实施例中，壳体设有开口，压接组件一端穿过开口伸入壳体内并压接于功率模块背离换热器的一侧，另一端通过开口伸出壳体并通过紧固件可拆卸连接于壳体。

本申请还提供一种PTC加热器，该PTC加热器包括以上任意一个实施例所述的散热结构。

与现有技术相比，本申请提供的散热结构及PTC加热器，通过设置压接组件，将功率模块压紧并贴设于换热器的表面，一方面，当需要更换或者维修功率模块时，只需要将压接组件从壳体上拆下，便可实现功率模块在换热器表面的快速拆卸更换。另一方面，压接组件压紧功率模块的过程中，可使功率模块和换热器表面的接触面扩大，防止功率模块发生松动，继而避免影响散热结构的散热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一实施例的PTC加热器的结构示意图；

图2为本申请提供的一实施例的PTC加热器的分解图；

图3为本申请提供的一实施例的散热结构的局部剖视图；

图4为本申请提供的一实施例的压盖、紧固件和弹性压接件的装配结构示意图；

图5为本申请提供的一实施例的弹性压接件的结构示意图；

图6为本申请提供的另一实施例的散热结构的局部剖视图。

附图标记：100、壳体；110、开口；120、凸台；200、换热器；300、紧固件；400、功率模块；500、压接组件；510、压盖；520、弹性压接件；521、卡接部；5211、第一翻边；5212、第二翻边；5213、主板；5214、卡接槽；5215、滑槽；5216、第二压缩弹簧；522、压弹片；5221、第一弹片；5222、第二弹片；523、支撑段。

具体实施方式

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

通常，IGBT只需通过PTC的铝外壳进行散热就可以满足要求，但是，随着大功率电动车商用车和大功率燃料电池的开发，在大电流时或者高频开关时，IGBT会产生大量热量，原来铝外壳散热模式已经不能满足IGBT散热的要求，长时间的高温会使IGBT停止工作或者降低寿命，同时也会使PTC热效率降低。

如此，在现有技术中，一般会将IGBT模块贴设于水箱底部，以使水箱对IGBT模块进行散热，并且，IGBT模块通常焊接于水箱底部，但是，如此设置，不利于IGBT模块的装配和拆卸。

请参阅图1-图6，为了解决现有的IGBT模块难以拆装的问题，本申请提供一种散热结构及PTC加热器，该散热结构包括壳体100、压接组件500、换热器200(包括但不限于水箱)、紧固件300和功率模块400(包括但不限于IGBT模块)，换热器200固定(包括可拆卸连接和不可拆卸连接两种安装方式)安装于壳体100内，壳体100设有开口110，压接组件500一端穿过开口110伸入壳体100内并压接于功率模块400背离换热器200的一侧，另一端通过开口110伸出壳体100并通过紧固件300可拆卸连接于壳体100，以使功率模块400紧贴于换热器200的表面。

需要说明的是，紧固件300包括但不限于螺钉、螺栓和卡扣件。

通过设置压接组件500，将功率模块400压紧并贴设于换热器200的表面，一方面，当需要更换或者维修功率模块400时，只需要将压接组件500从壳体100上拆下，便可实现功率模块400在换热器200表面的快速拆卸更换。另一方面，压接组件500压紧功率模块400的过程中，可使功率模块400和换热器200表面的接触面扩大，防止功率模块400发生松动，继而避免影响散热结构的散热效果。

进一步地，在一实施例中，压接组件500和壳体100通过紧固件300连接的一端设置于壳体100之外，有利于降低压接组件500和壳体100的装配难度。

在一实施例中，功率模块400和换热器200之间设有导热垫(图未示)，一方面，可以减少功率模块400和换热器200之间的间隙，从而增大功率模块400和换热器200的导热面积，另一方面，导热垫可以起到绝缘的作用，防止漏电。

在一实施例中，如图2-图6所示，压接组件500包括压盖510和弹性压接件520，压盖510通过紧固件300可拆卸连接于壳体100，弹性压接件520一端连接于压盖510，另一端抵接于功率模块400，并且，压盖510能够对弹性压接件520施加压力作用，以使弹性压接件520能够产生弹性形变并对功率模块400施加弹性压接作用力。

如此，在弹性压接件520弹性作用力的压接作用下，可以通过控制弹性压接件520的压缩量，对功率模块400受到的压力进行有效调节，既可以防止功率模块400受到压力过大导致发生损坏，也可以防止功率模块400受到压力不足导致发生松动。

在一实施例中，如图1-图2所示，壳体100的开口110处设有环形的凸台120，压盖510插置于凸台120，且多个紧固件300沿着凸台120的延伸方向间隔设置。

进一步地，在一实施例中，弹性压接件520包括第一压缩弹簧(图未示)，且第一压缩弹簧一端连接于压盖510，另一端抵接于功率模块400。

具体地，为了方便第一压缩弹簧的装配，在一实施例中，第一压缩弹簧卡接或者焊接于压盖510。

更进一步地，第一压缩弹簧和功率模块400一一对应设置，以便于每一功率模块400都能被第一压缩弹簧独立压紧。

但不限于此，在其他实施例中，每一第一压缩弹簧还可以对应压接于多个功率模块400，具体地，第一压缩弹簧通过板状结构同步压接于多个功率模块400。

或者，多个第一压缩弹簧压接于同一个功率模块400，以提高弹性压接件520的压接稳定性。

在另一实施例中，如图3-图6所示，弹性压接件520包括卡接部521和压弹片522，弹性压接件520通过卡接部521限位连接于压盖510，压弹片522一端连接于卡接部521，另一端抵接于功率模块400，且卡接部521能够对压弹片522施加压力作用，以使压弹片522发生弹性弯曲形变并对功率模块400施加弹性压接作用力。

在一实施例中，卡接部521和压弹片522为一体加工成型件。

具体地，如图4-图5所示，卡接部521包括第一翻边5211、第二翻边5212和主板5213，第一翻边5211和第二翻边5212分别连接于主板5213的两端形成凵字形结构，并且，第一翻边5211、第二翻边5212和主板5213围设形成卡接槽5214，卡接部521通过卡接槽5214卡设于压盖510的一端。

进一步地，在一实施例中，钣金件的两端分别通过冲压成型或者其他方式的折弯工艺加工出第一翻边5211和第二翻边5212。

在一实施例中，主板5213通过切割和冲压加工的方式加工出压弹片522，也即，在主板5213上切割出凵字形的切口，此时，凵字形切口处的一端连接主板5213，另外三个部位均与主板5213分离，之后，通过冲压的方式使得凵字形切口处的部分主板5213被加工形成压弹片522。

需要注意的是，压弹片522可以是金属件，也可以是弹性塑料件，还可以是纤维件等材料，在此不一一列举。

进一步地，在一实施例中，压弹片522固定连接(包括但不限于焊接和卡接)于卡接部521，以减小压弹片522和卡接部521的装配难度。

在一实施例中，如图3-图6所示，压弹片522的一端抵接于功率模块400的端面，并且，压弹片522相对于功率模块400的端面呈倾斜设置，具体地倾斜角在0.5度到89度之间，优选地，压弹片522和功率模块400端面之间的倾斜角在30度到60度之间。

需要说明的是，功率模块400的端面通常为平面或者近似平面。

如此，有利于压弹片522在卡接部521的挤压作用下发生弯曲形变。

进一步地，为了防止压弹片522抵接于功率模块400的一端划伤功率模块400的表面，在一实施例中，如图2-图6所示，弹性压接件520还包括支撑段523，支撑段523连接于压弹片522远离卡接部521的一端，且支撑段523和功率模块400的表面平行设置，以扩大压弹片522和功率模块400的接触面积。或者，支撑段523呈弧形设置，以避免支撑段523划伤功率模块400。

具体地，压弹片522通过折弯成型的方式加工出支撑段523。

在一实施例中，压弹片522和功率模块400一一对应设置。

在另一实施例中，多个压弹片522对应压接于同一功率模块400，以提高弹性压接件520的压接稳定性。

具体地，在一实施例中，如图2-图6所示，每一功率模块400对应抵接有两个压弹片522，分别定义为第一弹片5221和第二弹片5222，第一弹片5221和第二弹片5222分别抵接于功率模块400的端面，并且，第一弹片5221和第二弹片5222分别相对于功率模块400的端面呈倾斜设置。

进一步地，第一弹片5221远离卡接部521的一端和第二弹片5222远离卡接部521的一端分别朝向相互远离的方向延伸，以使第一弹片5221和第二弹片5222形成类似于八字形的结构。并且，多组第一弹片5221和第二弹片5222沿着功率模块400的排列方向分布。

如此，大大增强了第一弹片5221和第二弹片5222对功率模块400的支撑稳定性。

可以理解的是，由于装配误差的存在，每一功率模块400在装配完成之后的相对高度是不同的，也即，每一功率模块400和卡接部521的间距是不同的，此时，压接于每一功率模块400的压弹片522的弯曲程度也是不同的，如此，会造成每一功率模块400受到的压接作用力不一致，当不同功率模块400受到的压接力差距过大时，可能会造成部分功率模块400受力过大发生损坏，另一部分功率模块400受力不足发生移动。

为了解决上述技术问题，在一实施例中，如图6所示，卡接部521设有沿着预设方向延伸的滑槽5215，第一弹片5221和第二弹片5222分别活动卡接于滑槽5215内并能够沿着预设方向滑移，滑槽5215内活动设置有第二压缩弹簧5216，第二压缩弹簧5216的两端分别连接于第一弹片5221和第二弹片5222。

当第一弹片5221和第二弹片5222产生弹性弯曲形变时，第一弹片5221和第二弹片5222能够朝向相互靠近的方向压缩第二弹性件。

需要说明的是，预设方向可以是沿着卡接部521的长度方向，也可以是其他方向，在此不一一列举。

当弹性压接件520压接于多个功率模块400的表面时，第一弹片5221和第二弹片5222发生弯曲，且第一弹片5221和第二弹片5222抵接于功率模块400的一端继续朝向相互远离的方向移动。此时，由于第一弹片5221远离卡接部521的一端和第二弹片5222远离卡接部521的一端分别朝向相互远离的方向延伸，并且，第一弹片5221和第二弹片5222分别活动卡接于滑槽5215内，因此，在第一弹片5221和第二弹片5222自身的弯曲形变作用力下，第一弹片5221和第二弹片5222卡接于滑槽5215内的一端会朝向相互靠近的方向移动，以释放部分弯曲形变作用力，并将此作用力转移至第二压缩弹簧5216上，此时，第一弹片5221和第二弹片5222整体的弯曲程度均会减小，也即，第一弹片5221和第二弹片5222对功率模块400的压接力会减小。

进一步地，由物理学常识可知，第一弹片5221和第二弹片5222自身的弯曲形变作用力越大，则第二压缩弹簧5216的压缩量越大，此时，不同功率模块400受到来自于第一弹片5221和第二弹片5222的压接力能够趋于一致，从而有效确保了每一功率模块400在安装稳定的前提下不发生损坏。

本申请还提供一种PTC加热器，该PTC加热器包括以上任意一个实施例所述的散热结构。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种散热结构，其特征在于，包括壳体(100)、压接组件(500)、换热器(200)、紧固件(300)和功率模块(400)，所述换热器(200)固定安装于所述壳体(100)内，所述压接组件(500)一端压接于所述功率模块(400)背离所述换热器(200)的一侧，另一端通过所述紧固件(300)可拆卸连接于所述壳体(100)，以使所述功率模块(400)紧贴于所述换热器(200)的表面。

2.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述压接组件(500)包括压盖(510)和弹性压接件(520)，所述压盖(510)通过所述紧固件(300)可拆卸连接于所述壳体(100)，所述弹性压接件(520)一端连接于所述压盖(510)，另一端抵接于所述功率模块(400)，所述压盖(510)能够对所述弹性压接件(520)施加压力作用，以使所述弹性压接件(520)能够产生弹性形变并对所述功率模块(400)施加弹性压接作用力。

3.根据权利要求2所述的散热结构，其特征在于，所述弹性压接件(520)包括卡接部(521)和压弹片(522)，所述弹性压接件(520)通过所述卡接部(521)限位连接于所述压盖(510)，所述压弹片(522)一端连接于所述卡接部(521)，另一端抵接于所述功率模块(400)，且所述卡接部(521)能够对所述压弹片(522)施加压力作用，以使所述压弹片(522)能够发生弹性弯曲形变并对所述功率模块(400)施加弹性压接作用力。

4.根据权利要求3所述的散热结构，其特征在于，所述压弹片(522)的一端抵接于所述功率模块(400)的端面，所述压弹片(522)相对于所述功率模块(400)的端面呈倾斜设置。

5.根据权利要求4所述的散热结构，其特征在于，每一所述功率模块(400)对应抵接有两个所述压弹片(522)，分别定义为第一弹片(5221)和第二弹片(5222)，所述第一弹片(5221)远离所述卡接部(521)的一端和所述第二弹片(5222)远离所述卡接部(521)的一端分别朝向相互远离的方向延伸。

6.根据权利要求5所述的散热结构，其特征在于，所述卡接部(521)设有沿着预设方向延伸的滑槽(5215)，所述第一弹片(5221)和所述第二弹片(5222)分别活动卡接于所述滑槽(5215)内并能够沿着预设方向滑移，所述滑槽(5215)内活动设置有第二压缩弹簧(5216)，所述第二压缩弹簧(5216)的两端分别连接于所述第一弹片(5221)和所述第二弹片(5222)，当所述第一弹片(5221)和所述第二弹片(5222)产生弹性弯曲形变时，所述第一弹片(5221)和所述第二弹片(5222)能够朝向相互靠近的方向压缩所述第二弹性件。

7.根据权利要求3所述的散热结构，其特征在于，所述卡接部(521)包括第一翻边(5211)、第二翻边(5212)和主板(5213)，所述第一翻边(5211)和所述第二翻边(5212)分别连接于所述主板(5213)的两端并形成“凵”字形结构，所述第一翻边(5211)、所述第二翻边(5212)和所述主板(5213)围设形成卡接槽(5214)，所述卡接部(521)通过所述卡接槽(5214)卡设于所述压盖(510)的一端。

8.根据权利要求2所述的散热结构，其特征在于，所述弹性压接件(520)包括第一压缩弹簧，且所述第一压缩弹簧一端连接于所述压盖(510)，另一端抵接于所述功率模块(400)。

9.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述壳体(100)设有开口(110)，所述压接组件(500)一端穿过所述开口(110)伸入所述壳体(100)内并压接于所述功率模块(400)背离所述换热器(200)的一侧，另一端通过所述开口(110)伸出所述壳体(100)并通过所述紧固件(300)可拆卸连接于所述壳体(100)。

10.一种PTC加热器，其特征在于，包括如权利要求1-权利要求9任意一项所述的散热结构。