CN211406653U - 冷却式电气装置组件 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种冷却式电气装置组件，该冷却式电气装置组件包括围封件(2)、多个电容器(611至628)、多个扼流线圈(7)、多个半导体模块(11至13)、以及冷却器(9)。冷却器(9)包括冷却器的本体部分(92)和多个冷却翅片(94)。不同的半导体模块(11至13)通过冷却空气流的平行子流被冷却，冷却空气流的平行子流的温度相同或至少彼此接近。对每个半导体模块(11至13)进行冷却的冷却空气子流至少几乎完全是尚未对另一半导体模块(11至13)进行冷却的子流。空气流首先用于冷却多个电容器(611至628)、然后冷却多个半导体模块(11至13)、并且最后冷却多个扼流线圈(7)。

Description

冷却式电气装置组件
技术领域
本实用新型涉及对电气装置组件进行冷却。
背景技术
已知建立了下述冷却式电气装置组件：在该冷却式电气装置组件中，多个半导体模块、多个电容器以及多个扼流线圈通过在冷却通道中流动的冷却空气被冷却。已知的冷却式电气装置组件的问题在于，不同半导体模块的冷却功率彼此不同，由此半导体模块的温度在该电气装置组件的使用情况下彼此不同。
实用新型内容
本实用新型的目的是研发一种冷却式电气装置组件，在该冷却式电气装置组件中，多个半导体模块的温度在该电气装置组件的使用情况下彼此接近。本实用新型的目的通过在以下内容中所描述的冷却式电气装置组件来实现。
本实用新型是基于通过冷却空气流的平行子流来冷却不同的半导体模块，冷却空气流的平行子流的温度相同或至少彼此接近。换句话说，对每个半导体模块进行冷却的冷却空气子流至少几乎完全是尚未对另一半导体模块进行冷却的子流。在根据本实用新型的组件中，空气流首先被用于冷却多个电容器、然后冷却多个半导体模块、并且最后冷却多个扼流线圈。冷却空气从电气装置组件的底部流入、并从电气装置组件的顶部流出，其中，对半导体模块进行冷却的子流被倾斜地向上导引。
本实用新型的冷却式电气装置组件的益处在于，多个半导体模块的温度可以被保持彼此接近。此外，根据本实用新型的电气装置组件就其结构而言是简单的。
附图说明
现将结合优选实施方式并参照附图对本实用新型进行更详细的描述，在附图中：
图1示出了根据本实用新型的实施方式的冷却式电气装置组件；
图2示出了图1的电气装置组件处于电路板系统已经与电气装置组件的其余部分断开连接的状况；
图3是从图1的电气装置组件的底部观察的视图；
图4示出了冷却空气的穿过图1的电气装置组件中的冷却通道的翅片部分的流动路径；以及
图5至图8示出了从不同方向观察的由图1的组件的冷却器和与该冷却器连接的半导体模块所形成的实体。
具体实施方式
图1示出了下述冷却式电气装置组件：该冷却式电气装置组件包括围封件2、十八个电容器611至628、三个扼流线圈7、三个半导体模块、电路板系统88、以及冷却器9。围封件2具有竖向方向、横向方向和深度方向，该竖向方向、横向方向和深度方向是相对于彼此正交的方向。围封件 2包括适于冷却空气的流动的冷却通道4。冷却通道4包括电容器部分46、翅片部分49和扼流线圈部分47。
冷却通道4具有适于将冷却空气供给到冷却通道4中的入口41、以及适于将冷却空气从冷却通道4中移除的出口42。限定入口41的入口边缘位于下述平面中：该平面的法线在竖向方向上。限定出口42的出口边缘位于下述平面中：该平面的法线在竖向方向上。冷却通道4的流动方向从入口41朝向出口42。
当沿冷却通道4的流动方向观察时，电容器部分46位于翅片部分49 的上游，并且扼流线圈部分47位于翅片部分49的下游。当沿竖向方向观察时，冷却通道的入口41位于距该冷却通道的出口42一定距离处。
在图1中，仅示出了位于围封件2的扼流线圈7侧的后壁21和侧壁 22，而围封件2的其他壁仅通过略图的方式呈现，以示出冷却式电气装置组件的内部结构。流动箭头444图示了冷却空气从入口41进入并从出口 42离开的流动、以及图示了介于入口41与出口42之间的冷却空气的流动路径。
图2示出了图1的电气装置组件处于下述状况：在该状况中，电路板装置88已经与该电气装置组件的其余部分断开连接，使得布置在电路板系统88下方的第一半导体模块11、第二半导体模块12和第三半导体模块 13是可见的。从图2中可以看到的是，当沿横向方向观察时，第一半导体模块11、第二半导体模块12和第三半导体模块13位于电容器611至628与扼流线圈7之间。
图3是从图1的电气装置组件的底部观察的视图。图4示出了冷却空气的穿过冷却通道4的翅片部分49的流动路径。在图4中，横向方向平行于水平方向并且深度方向平行于成像平面的法线。
电容器611至628中的每个电容器位于冷却通道4的电容器部分46 中。扼流线圈7中的每个扼流线圈位于冷却通道4的扼流线圈部分47中。在替代性实施方式中，电气装置组件的电容器中的每个电容器部分地位于冷却通道的电容器部分中，并且电气装置组件的扼流线圈中的每个扼流线圈部分地位于冷却通道的扼流线圈部分中。
当沿横向方向观察时，冷却器9位于电容器611至628与扼流线圈7 之间。冷却器9包括冷却器的本体部分92和多个冷却翅片94，所述多个冷却翅片94从冷却器的本体部分92突出并且在其间形成多个翅片通道，其中，图4中的第一翅片通道用附图标记31表示，第二翅片通道用附图标记32表示，并且第三翅片通道用附图标记33表示。所述多个翅片通道中的每个翅片通道由两个冷却翅片94限定。冷却器的本体部分92是限定下述本体部分平面的平面元件：该本体部分平面的法线大致平行于深度方向。冷却翅片94从冷却器的本体部分92沿深度方向突出。
如由图3所图示的，当沿深度方向观察时，电容器611至628位于距围封件2的后壁21一定距离处。在冷却翅片94的深度方向上，冷却翅片 94大致延伸抵靠后壁21，使得在实际中从电容器部分46流至扼流线圈部分47的所有冷却空气流行进穿过翅片通道并且因此参与半导体模块11至 13的冷却。图3示出了冷却通道的翅片部分49的深度方向上的尺寸小于电容器部分46和扼流线圈部分47的深度方向上的尺寸。
电容器611至628的深度方向上的距后壁21的距离使得冷却通道的电容器部分46包括下述旁路流动部分465：该旁路流动部分465适于允许部分冷却空气流从冷却通道的入口41行进至出口42，而不会从电容器 611至628到所讨论的部分冷却空气流进行大幅热传递。旁路流动部分465 适于确保由电容器部分46所引起的针对冷却空气的流动阻力足够低并且确保在热条件下特别是电容器611至628不会使正在流向半导体模块11 至13的冷却空气的温度增加过高。旁路流动部分465另外地适于确保对半导体模块11至13进行冷却的子流具有大致相同的温度。在替代性实施方式中，冷却通道的电容器部分包括下述旁路流动部分：该旁路流动部分通过分隔壁而与其余的电容器部分中隔开。
冷却器9的横向尺寸小于冷却器9的竖向尺寸的四分之一。冷却翅片 94的深度尺寸小于冷却器9的竖向尺寸的十分之一。
在图4中，冷却式电气装置组件在没有电路板装置88的情况下被呈现，并且半导体模块11至13和冷却器9被示出为是部分透明的，使得冷却空气在冷却通道的翅片部分49中的流动路径与半导体模块11至13在同一图中被示出，但实际上，翅片通道31至33与半导体模块11至13位于由导热材料制成的冷却器的本体部分92的不同侧。
所述多个翅片通道适于冷却空气进行流动使得所述多个翅片通道限定冷却通道的翅片部分49。翅片通道中的每个翅片通道具有翅片通道的入口301和翅片通道的出口302。每个翅片通道的入口301定位成：当沿竖向方向观察时比该翅片通道的出口302更靠近冷却通道的入口41、并且当沿横向方向观察时比该翅片通道的出口302更靠近所述多个电容器 611至628。
第一翅片通道31、第二翅片通道32和第三翅片通道33是冷却通道的翅片部分49的平行通道，使得第一翅片通道31适于引导冷却空气流的第一部分穿过该第一翅片通道31、第二翅片通道32适于引导冷却空气流的第二部分穿过该第二翅片通道32、并且第三翅片通道33适于引导冷却空气流的第三部分穿过该第三翅片通道33。冷却空气流的第一部分、第二部分和第三部分是冷却空气流的平行子流，也就是说，子流彼此隔开。冷却通道的翅片部分49中的冷却空气流的量是正在于所述多个翅片通道中流动的冷却空气的子流的总和。
半导体模块11至13中的每个半导体模块包括可控半导体开关。半导体模块11至13定位成当沿竖向方向观察时彼此相距一定距离的一列。半导体模块11至13以热传导方式连接至冷却器的本体部分92，使得第一翅片通道31适于使第一半导体模块11冷却、第二翅片通道32适于使第二半导体模块12冷却、并且第三翅片通道33适于使第三半导体模块13冷却。实际上，这意味着第一翅片通道31和第一半导体模块11相对于彼此定位在冷却器的本体部分92的位于同一位置处的相反两侧，使得冷却器的本体部分92适于在深度方向上将热量从第一半导体模块11传递至第一翅片通道21、并且传递至在冷却翅片94之间限定第一翅片通道31的冷却翅片94。相应地，第二翅片通道32和第二半导体模块12相对于彼此定位在冷却器的本体部分92的位于同一位置处的相反两侧，并且第三翅片通道33和第三半导体模块13相对于彼此定位在冷却器的本体部分92 的位于同一位置处的相反两侧。
冷却翅片94中的每个冷却翅片是限定下述翅片平面的平面元件：该翅片平面相对于由深度方向和横向方向限定的参考平面成一翅片角度。在图1的冷却式电气装置组件中，该翅片角度为45°。在替代性实施方式中，该翅片角度为30°至60°。在第二替代性实施方式中，冷却翅片是弯曲的使得：每个翅片通道的入口定位成当沿竖向方向观察时比该翅片通道的出口更靠近冷却通道的入口并且当沿横向方向观察时比该翅片通道的出口更靠近所述多个电容器。
在图1的组件中，电容器布置在两个竖向列中，每个竖向列具有九个电容器。电容器的列是平行的并且当沿横向方向观察时位于彼此相距一定的距离处。电容器包括位于冷却器9侧的电容器列中且在竖向方向上彼此相距一定距离的第一电容器611和第二电容器614。
第一电容器611和第二电容器614从冷却空气流的视角看以平行的方式定位在冷却通道4的电容器部分46中，使得冷却第一电容器611的子流和冷却第二电容器614的子流就大部分而言是冷却空气流的平行子流。换句话说，冷却第一电容器611的子流的最大部分在通过电容器部分46 时不冷却第二电容器614，并且冷却第二电容器614的子流的最大部分在通过电容器部分46时不冷却第一电容器611。
电容器611至628中的每个电容器是大致圆柱形部件：该大致圆柱形部件的中心线平行于深度方向。扼流线圈7中的每个扼流线圈的中心线平行于竖向方向，并且扼流线圈7的中心线彼此连接。
在实施方式中，冷却式电气装置组件包括适于在冷却通道的入口与出口之间建立冷却空气流的鼓风机系统。在替代性实施方式中，冷却空气的流动是借助于重力而产生的。
图1的冷却式电气装置组件包括直流输入部、交流输出部和逆变器系统，该逆变器系统适于将在直流输入部中所馈送的直流电转换成交流电、并且适于将交流电从逆变器系统馈送通过交流输出部。逆变器系统包括半导体模块11至13。电路板系统88适于控制半导体模块11至13的可控半导体开关。电容器611至628连接至直流输入部，并且扼流线圈7连接至交流输出部。
与半导体模块11至13相比电容器611至628能够在更低的温度下运行。与半导体模块11至13相比扼流线圈7对于其部分而言能够在更高的温度下运行。因此有利的是，冷却空气流适于首先冷却电容器611至628、然后冷却半导体模块11至13、并且最后冷却扼流线圈7。在冷工况下，电容器611至628在半导体模块之前预热冷却空气，并且在热工况下，即使冷却空气的温度较高，位于冷却空气的流动路径最后的扼流线圈7也被充分冷却。
对于本领域的技术人员而言将明显的是，本实用新型的基本思想可以以多种不同的方式来实施。因此，本实用新型及其实施方式不受限于上面所描述的示例，而可以在权利要求的范围内改变。

Claims (9)

1.一种冷却式电气装置组件，包括：
围封件(2)，所述围封件(2)具有竖向方向、横向方向和深度方向，所述竖向方向、所述横向方向和所述深度方向是相对于彼此正交的方向，并且所述围封件(2)包括冷却通道(4)，所述冷却通道(4)适于冷却空气的流动，使得所述冷却通道具有适于将冷却空气供给到所述冷却通道(4)中的入口(41)以及适于将冷却空气从所述冷却通道(4)中移除的出口(42)，由此，所述冷却通道(4)的流动方向从所述入口(41)朝向所述出口(42)；
多个电容器(611至628)，所述多个电容器(611至628)包括第一电容器(611)和第二电容器(614)，并且所述多个电容器(611至628)中的每个电容器至少部分地位于所述冷却通道(4)的电容器部分(46)中；
多个扼流线圈(7)，所述多个扼流线圈(7)中的每个扼流线圈至少部分地位于所述冷却通道(4)的扼流线圈部分(47)中；
多个半导体模块(11至13)，所述多个半导体模块(11至13)包括第一半导体模块(11)和第二半导体模块(12)，并且所述多个半导体模块(11至13)中的每个半导体模块包括至少一个可控半导体开关；
冷却器(9)，所述冷却器(9)包括所述冷却器的本体部分(92)和多个冷却翅片(94)，所述多个冷却翅片(94)从所述冷却器的所述本体部分(92)突出并且在所述多个冷却翅片(94)之间形成多个翅片通道(31至33)，所述多个翅片通道(31至33)限定所述冷却通道的翅片部分(49)，并且所述多个翅片通道(31至33)中的每个翅片通道具有该翅片通道的入口(301)和该翅片通道的出口(302)，并且所述多个半导体模块(11至13)以热传导的方式连接至所述冷却器的所述本体部分(92)，使得所述多个翅片通道(31至33)包括适于冷却所述第一半导体模块(11)的第一翅片通道(31)和适于冷却所述第二半导体模块(12)的第二翅片通道(32)，其特征在于，
当沿所述冷却通道(4)的流动方向观察时，所述电容器部分(46)位于所述翅片部分(49)的上游，并且所述扼流线圈部分(47)位于所述翅片部分(49)的下游，
当沿所述竖向方向观看时，所述冷却通道的所述入口(41)位于距所述冷却通道的所述出口(42)一定距离处，
每个翅片通道的所述入口(301)定位成：当沿所述竖向方向观察时比该翅片通道的所述出口(302)更靠近所述冷却通道的所述入口(41)，并且当沿所述横向方向观察时比该翅片通道的所述出口(302)更靠近所述多个电容器(611至628)，并且
所述第一翅片通道(31)和所述第二翅片通道(32)是所述冷却通道的所述翅片部分(49)的平行通道，使得所述第一翅片通道(31)适于引导冷却空气流的第一部分穿过所述第一翅片通道(31)、并且所述第二翅片通道(32)适于引导所述冷却空气流的第二部分穿过所述第二翅片通道(32)，所述第一部分和所述第二部分是所述冷却空气流的平行子流。
2.根据权利要求1所述的冷却式电气装置组件，其特征在于，所述冷却器(9)的横向尺寸小于所述冷却器(9)的竖向尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的冷却式电气装置组件，其特征在于，所述冷却器的所述本体部分(92)限定本体部分平面，所述本体部分平面的法线大致平行于所述深度方向，所述冷却翅片(94)从所述冷却器的所述本体部分(92)沿所述深度方向突出，并且所述冷却翅片(94)在所述深度方向上的尺寸小于所述冷却器(9)在所述竖向方向上的尺寸。
4.根据权利要求1所述的冷却式电气装置组件，其特征在于，所述冷却器的所述本体部分(92)限定本体部分平面，所述本体部分平面的法线大致平行于所述深度方向，并且所述冷却翅片从所述冷却器的所述本体部分沿所述深度方向突出。
5.根据权利要求1所述的冷却式电气装置组件，其特征在于，所述冷却翅片(94)中的每个冷却翅片限定相对于由所述深度方向和所述横向方向限定的参考平面成一翅片角度的翅片平面，所述翅片角度在30°至60°的范围内。
6.根据权利要求1所述的冷却式电气装置组件，其特征在于，所述第一电容器(611)和所述第二电容器(614)从冷却空气流的视角看以平行的方式定位在所述冷却通道(4)的所述电容器部分(46)中，使得冷却所述第一电容器(611)的子流和冷却所述第二电容器(614)的子流至少就大部分而言是所述冷却空气流的平行子流。
7.根据权利要求1所述的冷却式电气装置组件，其特征在于，所述多个电容器(611至628)中的每个电容器是大致圆柱形部件，所述大致圆柱形部件的中心线大致平行于所述深度方向，并且所述多个扼流线圈(7)的每个扼流线圈的中心线大致平行于所述竖向方向。
8.根据权利要求1所述的冷却式电气装置组件，其特征在于，所述冷却式电气装置组件包括鼓风机系统，所述鼓风机系统适于在所述冷却通道的所述入口(41)和所述出口(42)之间建立冷却空气流。
9.根据权利要求1所述的冷却式电气装置组件，其特征在于，所述冷却式电气装置组件包括直流输入部、交流输出部、以及逆变器系统，所述逆变器系统适于将所述直流输入部中所馈送的直流电转换成交流电并且适于将交流电从所述逆变器系统馈送通过所述交流输出部，所述逆变器系统包括所述多个半导体模块(11至13)，所述多个电容器(611至628)连接至所述直流输入部，并且所述多个扼流线圈(7)连接至所述交流输出部。
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