CN1860607A - 电力电子设备的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一用于机动车电力电子设备的冷却装置，所述冷却装置通过一液体在一冷却回路(22)中的循环实施冷却，所述冷却回路安装在电力电子设备(9)的支撑板(21)的下面。所述冷却回路可以具有导流体和/或湍流发生器，以便提高冷却回路与冷却液之间的交换系数。本发明还涉及用于制造所述装置的方法。

Description

电力电子设备的冷却装置

技术领域

[01]本发明涉及一电力电子设备(électronique de puissance)的冷却装置，所述电力电子设备特别是可以控制机动车的交流发电机或交流发电机-启动机(alterno-démarreur)的电力电子设备。本发明可以应用在电力电子设备领域内。它可以应用于机动车的电力电子设备。特别是，所述发明可以应用于机动车的DC/DC转换器。

背景技术

[02]在机动车上，交流发电机可以将施感转子的旋转运动转换成为在定子绕组中的一感应电流，所述施感转子由机动车的热机驱动。

[03]当前，存在可逆交流发电机，其可以构成一电动马达，所述电动马达通过转子的轴杆，可以驱动机动车的热机旋转。这样的可逆交流发电机被称为交流发电机-启动机。所述启动机可以将一机械能转换为一电能，反之亦然。因此，一交流发电机-启动机可以启动机动车的马达并构成一辅助马达，其可以辅助机动车的热机以便驱动所述机动车。

[04]机动车的交流发电机，或交流发电机-启动机，部分是由一电力电子设备控制的，所述电力电子设备可以形成一动力装置，所述动力装置与交流发电机分开，并且通过电缆联接至所述交流发电机。

[05]总的来讲，所述的动力装置(如同机动车中存在的大部分动力装置)包括至少一个钎焊或粘接在一基板上的电力电子元件。所述基板可以是一DBC型(英文为“Direct Bounded Copper”)基板。所述基板包括三层：一第一层由形成电连接的一蚀刻金属轨线构成；一中间第二层是一电绝缘材料如陶瓷制成的板；而一第三层是由铜或镀镍铜构成的一金属板。接着将由DBC基板和电力电子元件构成的组件钎焊到一铜板上，从而形成一机械支撑体和一散热器。

[06]基板也可以是SMI型(绝缘金属基板)。在这种情形下，陶瓷板被一树脂板代替，所述树脂板可以支撑一第一层，所述第一层是由铜质的一条非常细的金属轨线构成。在这种情形下，第三散热层可由一铝制金属板构成。

[07]金属板——其用于SMI型基板是铝制的而用于DBC型基板是铜制——包括一冷却面，所述冷却面用于与空气式冷却装置相接触，所述冷却装置一般是在动力装置的外部。

[08]所述冷却装置通常是一置于动力装置下面的带叶片的散热器。在散热器叶片之间流动的环境空气保证动力装置的冷却。但是，所述环境空气可能被加热，例如通过自身也散热的周围的不同元件和回路被加热。所述通过空气冷却的冷却装置因而可能表现出冷却能力不足，特别是当动力装置产生一强大的功率，因而也就散发出大量的热时。

发明内容

[09]本发明的目的正是用于弥补前面所述技术的不足。为此目的，本发明提出一装置，所述装置用于通过一液体在一位于电力电子设备下方的冷却回路中的循环，来冷却电力电子设备，所述电力电子设备例如用于控制或操纵交流发电机或交流发电机-启动机，所述液体可以是水或者一用于冷却的特殊液体。

[10]为此，本发明涉及一电力电子设备的一冷却装置，所述冷却装置包括一支撑板，电力电子设备放置在所述支撑板上，其特征在于，所述冷却装置包括一冷却回路，所述冷却回路通过一液体的循环进行冷却，它放置在所述支撑板的下面。

[11]有利的是，通过如下不同的特征——它们可以单独考虑也可以根据它们各种可能的组合予以考虑，本发明得以完善：

[12]-冷却回路包括一液体输入通道和一液体输出通道，以及在输入通道和输出通道之间的液体环流通道。

[13]-冷却回路包括位于液体环流通道中的导流体。

[14]所述导流体可以很好地引导在通道中的流体并因此降低压力损失。所述导流体还可以通过增大热交换面积来提高冷却性能。

[15]-冷却回路包括湍流发生器，其分布在液体环流通道内，以便进一步改善冷却。

[16]-冷却回路的通道通过将一第一金属板冲压实施而成，这构成冷却装置的一简单并且经济的实施方式，所述装置可以包括一复杂的通道、导流体和湍流发生器网。另外，通过冲压实施冷却通道可以获得一轻型的冷却装置。

[17]-冷却回路通过钎焊固定在支撑板下面。因此，冷却通道的实施通过一简单的钎焊操作来进行。

[18]-冷却回路包括一固定在支撑板和第一金属板之间的第二金属板。因此所述第二板可以很容易地增加支撑板的厚度。

[19]-第二金属板是平的，其钎焊在第一金属板上。

[20]-冷却回路包括一装配在冷却回路上的金属管道。

[21]-所述金属是铝。

[22]-所述装置的配装是通过钎焊实施的。

[23]本发明同样涉及一用于制造电力电子设备的所述冷却装置的方法。所述方法的特征在于它包括如下操作：

[24]-通过第一金属板的冲压而实施一冷却回路。

[25]-将冷却回路钎焊在电力电子设备的一支撑板上，并且

[26]-钎焊至少一个冷却液输入及输出管道。

附图说明

[27]图1示出具有一根据本发明的冷却装置的一交流发电机的电力电子设备。

[28]图2示出本发明装置的冷却回路。

[29]图3示出图2的冷却回路的冲压板实施例。

[30]图4示出冷却液输入管和输出管之间的一接头和所述冷却回路。

[31]图5示出根据本发明的冷却装置实施例的分解图。

[32]图6示出图5冷却装置的透视图。

具体实施方式

[33]图1示出一安装在根据本发明的冷却装置上、用于交流发电机或交流发电机-启动机的电力电子设备回路的实施例。在图1中，电力电子设备或动力装置用附图标记9表示。电力电子设备9可以包括例如DBC型基板，在所述基板上装有一个或多个集成电路90。所述集成电路90例如可以连接到分离组件例如电容器92上。所述连接可以通过例如接合引线93(英语称为“wire-bonding”)或者通过称为母线的导电轨线91实施。

[34]电力电子设备9的组件固定在一用于支撑的板上，该板称为支撑板21。

[35]当然，在图1中示出的动力装置9只是动力装置的一实施例。其它动力装置完全可以安装在本发明冷却装置的支撑板21上。一般的情况下，所述电力电子设备可以采用将其安装在现有技术的散热板上的相同方式而安装在支撑板上。

[36]图1示出安装在本发明的冷却装置上的电力电子设备9。所述冷却装置用附图标记20表示，包括支撑板21，在所述支撑板上安装并固定有电力电子设备9。所述装置还包括一位于支撑板21下面的冷却回路22。冷却回路22包括一冲压板23，所述板又称第一板，其包括用于冷却液如水循环的通道。所述冲压板位于支撑板21的下面。事实上，正是冲压板本身通过其冲压纹槽(motifs d’emboutissage)以及支撑板21的下表面21i，形成水的环流通道。由此，冷却液在所述冲压板23上并因此在支撑电力电子设备的支撑板21下方的循环可以冷却所述电力电子设备。

[37]如刚才谈到的，冷却液可以是水。在下面的描述中谈及水冷却。当然，尽管如此，在本发明的装置中完全可以利用所有已知的冷却流体。

[38]图1示出：本发明的冷却装置也包括至少一水输入和输出管道27。所述管道27可以分别引入及排出冷却回路22中的水。

[39]图2以更详细的方式示出本发明的冷却装置。正如前面看到的，本发明的冷却装置20有一支撑板21，要冷却的电力电子设备安装在所述支撑板上。在图1的实施方式中，示出被直接安放在支撑板21下方的冷却回路22。

[40]在本发明的一实施方式中，冷却回路22除冲压板23之外，还包括一第二板24，其固定在冲压板23之上。所述第二板24是平的，固定在支撑板21的下面。在这种情况下，利用一技术——该技术可以与将冲压板23和平板24装配在一起的装配技术相同，将平板24装配到支撑板21的下表面21i上。

[41]由支撑板21和平板24构成的组件形成一用于电力电子设备的基座。所述第二中间板24，其放置在支撑板21和冲压板23之间，因而可以获得一更大厚度的支撑板。可以考虑设置多块中间板。由支撑板和所述的一块或多块中间板24构成的组件形成一支撑板，在所述支撑板上一侧安装要冷却的电力电子设备，另一侧放置电力电子设备的冷却装置。所述第二板也可以带有如下文描述的管道。

[42]依照本发明的一实施方式，冲压板23通过钎焊固定在平板24上。附图标记26表示用于将冲压板23和平板24通过钎焊装配在一起的钎焊接合部。在图1的实施方式中，通过一钎焊技术，冲压板23直接装配到支撑板21上。这种钎焊技术在于装配两块同一材料如铝制成的板，所述两板通过在涂敷在其中一板上的一贴覆层(couche de plaquage)又称钎焊接合部而被隔开。接着，所述两板再放置于处在贴覆部熔融温度的炉中加热。在要钎焊的所述两板是铝制的情况下，所述贴覆层也是由铝制成，而且贴覆层的熔融温度要低于待连接的两板的熔融温度。在此是铝制的所述贴覆层根据一共轧技术，涂敷在所述两块待钎焊的板中的至少之一的一表面上，所述表面对着另外一待钎焊的表面。贴覆部与待接合的两板的材料相同，因而不会增加热障，这样可以获得良好的导热率。

[43]在不具有中间板24的情况下，按照这种利用共轧板的钎焊技术，一共轧板是一备有其贴覆部的板，因而或者支撑板21在其下表面具有一贴覆部，或者冲压板23在其上表面具有一贴覆部。

[44]支撑板21和平板24可以有不同的厚度。同样，冲压板23的厚度可以不同于平板24和支撑板21的厚度。

[45]支撑板可以通过厚度在约1mm到10mm之间的单块金属板制成。所述支撑板也可以由采用前述的钎焊技术装配在一起的多个板构成。

[46]每块板，无论平板或是冲压板，本身可以由通过钎焊装配在一起的多块板构成。

[47]冲压板23的厚度约在0.5mm到3mm之间。冲压板的上表面，也就是与支撑板21或平板24装配在一起的平面，可以在钎焊装配时用作供料部(apport de matière)。所述供料部由与要钎焊的另一板或支撑板相接触的贴覆部构成。

[48]换言之，不形成通道28的冲压板部分直接与平板24或支撑板21相接触。所述接触部分形成钎焊接合部26。

[49]有利的是，冲压板23与平板24都由一金属材料如铝制成。铝的优点是具有良好的导热率。铝因此可以使本发明的装置具有一良好的交换系数。

[50]如同板23和24，支撑板21可以由一金属材料例如铝制成。由具有很强导热性的同一材料实施冷却装置整体，可以获得从支撑板21到冲压板23的一较好的热传播。换言之，一单一材料装置可以获得较好的导热性。

[51]如在图2中看到的，冲压板23通过它的冲压纹槽形成水的环流通道。这些通道的实施例用附图标记25a和25b表示。所述通道形成密封水室，在所述水室中的水处于连续的运动。水室25a和25b的密封性以及乃至冷却回路的密封性是由钎焊接合部26予以确保的，所述接合部26的厚度和面积直接影响抗压性。

[52]通道的尺寸和数量确定为：可以使支撑板21和冷却回路22之间的交换系数达到最佳。同样，通道中的水的速率选择用于优化该交换系数。实际上，在本发明中提出：通过在环流通道中插入导流体31来调整水的速率，所述导流体一方面可以引导在通道中的水，另一方面可以改变所述通道中的水流量。因而可以优化在冷却回路22中的水的速率。

[53]在图3中，示出一冲压板23的实施例。在这个实施例中，水环流通道用附图标记28表示。所述通道可以基本对应图2中示出的通道25a和25b。除水环流通道28外，冲压板23还包括一水输入通道29和一水输出通道30。水输入通道29确保将水引入通道28中，而水输出通道30确保把水排出通道28。因此，水通过输入通道29进入冷却回路22，接着在环流通道28内前进直至到达输出通道30。

[54]通道28可以具有多个导流体31，从而形成水的引导轨道。在通道中对水进行引导可以降低压力损失，并且特别是降低由于方向改变而造成的损失，特别是在通道的转弯处。另外，所述导流体31的存在可以增加水和冲压板23之间的接触区域，这样可以提高冷却装置的冷却能力。

[55]水环流通道28优选为恒定的截面，以避免压力损失。所述通道还可以包括一湍流发生器32。所述湍流发生器是插置在通道28内的小元件，用来产生湍流，也就是水的运动。可以利用具有不同形状的小元件来实施所述湍流发生器，所述小元件例如设置在通道内的小尖体或小洞。所述湍流发生器可以通过两种效应增加水的湍流：要么通过水流经所述洞内，要么通过水流经过窄槽。因而可以使水循环加速。所述湍流的好处是为水和冷却回路之间提供一更好的交换系数，并且因此可以更快冷却电力电子设备。

[56]如同导流体31，湍流发生器32优选的是在冲压板23的冲压时实施，也就是所述湍流发生器与通道28、29和30同时实施。

[57]在图4中，作为示例示出本发明冷却装置的一细部。更确切地，其示出管道27，所述管道保证水输入和输出冷却回路22。所述管道27是一种金属管，例如由铝制成，固定在水的输入通道29和输出通道30的端部。所述管道27垂直于冷却回路22布置，并且，更确切地讲，是垂直于冲压板23布置。

[58]管道27，例如通过下面的方式被安装在冷却回路22上：

[59]-所述管道通过紧固安装或轻压嵌，首先被装配到由支撑板21和/或平板24形成的基座上。

[60]-所述管道再进行钎焊，以便与冷却回路22连成一体。

[61]利用位于板24上表面的一贴覆部，对管道27进行的钎焊可以与钎焊冲压板23同时进行。

[62]在冷却装置没有平板24的情况下，管道27因而例如通过一钎焊接缝被直接固定在支撑板21上。

[63]一钎焊环33同样可以设置在所述管道与基座之间，以便进一步保证组件更好的密封性。

[64]图5示出本发明冷却装置的一实施例的分解透视图。图5示出形成冷却装置的不同的板，特别是支撑板21、平板24和冲压板23。依照图5的实施方式，管道27具有一水输入管道27a和一水输出管道27b，这两个管道相互平行。所述两管道27a和27b安装在平板24上。当装配不同板时，管道27a和27b分别插入支撑板21的孔21a和21b中。接着将冲压板23放置在平板24的下方，以便管道27a对着冲压板23的输入通道29，并且管道27b对着冲压板23的输出通道30。

[65]图6示出，当不同的板按照前面说明的方法装配时，图5的本发明冷却装置的实施方式。因此在图6上可以看到，支撑板21与平板24和冲压板23装配在一起。输入管道27a穿过支撑板21的孔21a，而输出管道27b穿过所述支撑板21的孔21b，从而可以相应地连通外部水输入管和外部水输出管。

[66]在没有中间板24的情况下，除了所述管道被安装在支撑板21上以外，图5和图6示出的装配是一致的。

[67]在本发明的一变型中，管道27可以是具有一进水口和一出水口的一单体构件。在这种情况下，冲压板23的水的输入通道和输出通道的形状适配于从/通过所述构件接收并排出水。

[68]在本发明的另外一变型中，管道27可以有多个水输入管道和/或多个水输出管道。

[69]为了更容易地将不同元件集成在支撑板21上，并且特别是为了插入电力电子设备9，可以预先将待装配的不同构件冲孔，也就是说标示一选定形状的冲点(poincon)。例如，所述冲点可以是具有一特殊的直径或形状的孔40。所述冲点在每一个构件上形成一机械标记。例如通过穿过每个板上排齐整的孔的凸缘将每一个构件的冲点叠置起来，因而可以确保正确地叠放所述构件。因此，所述冲孔可以使构件相互对准，特别是在进行钎焊操作时。

[70]所述冲孔的实施可以在穿以下孔的同时进行，所述穿的孔用于将电子装置9安装在支撑板21上。实际上，为了在冷却装置上固定电子装置9，必须在冷却装置的至少一个部分上穿孔，以便可以在所述孔中嵌入存在于电子装置下面的定位尖体，或者可以将电子装置的固定螺钉穿过。所述孔可以实施在支撑板21中，或者实施在基座21/24内，或者实施在冷却装置整体上。在图5和图6上示出的是最后一种情况，在图中孔用附图标记40表示。冷却装置的一块或多块板穿孔的选择是根据每块板的和支撑板的厚度决定的。

[71]所述冲孔的实施可以避免在装置钎焊后进行昂贵的额外加工。

[72]前面描述的冷却装置可以利用一钎焊技术制造。在这种情况下，

[73]-通过冲压一第一金属板以获得冲压板23，首先实施一冷却回路22。

[74]-把一管道27固定到一平板24上，

[75]-将所述平板24放置到冲压板23上，

[76]-将一支撑板21放置在平板24上，

[77]-装配所述三块板并将它们放入炉中，炉内温度被提升到所希望的熔融温度。

[78]需注意：一贴覆层已经通过共轧预先涂覆在所述板中的至少一板上，以便产生所述板两两之间的熔接。例如，一贴覆层涂覆在支撑板21的下表面上和平板24的下表面上，以便保证支撑板21和平板24之间、以及相应地平板24与冲压板23之间的熔接。

[79]在另外一实施方式中，例如，只有中间板24在它的两个表面上都具有一贴覆部。

[80]优选地，支撑板21的上表面，也就是与电力电子设备接触的表面，没有任何贴覆部，以保证钎焊后具有一较好的表面状态。

[81]正如前面谈到的，将冲压板23钎焊在平板上以及将平板钎焊在支撑板上可以同时实施。同样，将板23和24钎焊在一起的同时，可以将管道27钎焊到冷却回路22上。不过，针对实际问题，钎焊可以分多步实施。

[82]本发明冷却装置的不同板的钎焊可以获得一冶金连续性，因此即获得在所述不同板之间的一热连续性。

[83]另外，在一材料如铝上实施钎焊技术，可以获得一与目前装置相比更轻的冷却装置。

[84]本发明的冷却装置也可以采用除钎焊以外的技术实施，比如通过在一金属板例如铝板上采用丝网漏印法(sérigraphie)制出冷却回路的纹槽。接着将所述丝网漏印板与一平板和一支撑板装配在一起，并且利用一轧机轧制所述组件。最后，丝网漏印板例如通过由管道27输送的压缩空气被置于受压状态，从而使得丝网漏印板的非漏印区域与所述平板分开，因此形成水环流通道。

[85]也可以设想其他技术来实施本发明的冷却装置。

Claims (19)

1.电力电子设备(9)的冷却装置，所述冷却装置包括一支撑板(21)，所述电力电子设备安装在所述支撑板上，其特征在于，所述冷却装置包括一冷却回路(22)，所述冷却回路安装在所述支撑板的下面，通过一液体的循环实施冷却。

2.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却回路包括一液体输入通道(29)、一液体输出通道(30)，以及在所述液体输入通道和所述液体输出通道之间的液体环流通道(28)。

3.如权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却回路包括位于所述液体环流通道中的导流体(31)。

4.如权利要求2或3所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却回路包括湍流发生器(32)，所述湍流发生器分布在所述液体环流通道内。

5.如权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却回路通道通过将一第一金属板(23)冲压实施而成。

6.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却回路通过钎焊固定在所述支撑板的下面。

7.如权利要求5所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却回路包括至少一个第二中间金属板(24)，其固定在所述支撑板(21)和所述第一冲压金属板(23)之间。

8.如权利要求7所述的冷却装置，其特征在于，所述第二金属板是平的，它钎焊在所述第一冲压金属板(23)上。

9.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置包括一装配在所述冷却回路上的金属管道(27)。

10.如权利要求5所述的冷却装置，其特征在于，所述金属是铝。

11.如权利要求6或10所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置包括至少一板，所述板具有通过共轧获得的贴覆部。

12.如权利要求5所述的冷却装置，其特征在于，所述冲压板(23)通过钎焊直接固定在所述支撑板(21)的下面。

13.如权利要求12所述的冷却装置，其特征在于，所述冲压板(23)或所述支撑板(21)为一具有通过共轧制成的贴覆部的板。

14.如权利要求13所述的冷却装置，其特征在于，所述板是铝制的。

15.如权利要求12所述的冷却装置，其特征在于，所述支撑板(21)支撑有管道。

16.电力电子设备的冷却装置的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下操作：

—通过将一第一金属板(23)冲压来实施一冷却回路(22)，

—将所述冷却回路钎焊到所述电力电子设备(9)的一支撑板(21)上，

—将一冷却液的输入和输出管道(27)钎焊到所述冷却回路上。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述冷却回路的实施包括一钎焊操作：即将所述第一板(23)钎焊到所述第二中间金属板(24)下面，并且将所述第二板(24)钎焊到所述支撑板(21)的下面。

18.如权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述第一金属板(23)的冲压包括环流通道(28)和/或导流体(31)和/或湍流发生器(32)的冲压。

19.用于机动车的交流发电机或交流发电机-启动机，其特征在于，它包括上述权利要求中任一项所述的电力电子设备的一冷却装置。

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