CN216563107U - 一种工业电源用igbt模块水冷散热器 - Google Patents

一种工业电源用igbt模块水冷散热器 Download PDF

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刘光辉
王明阳
郭朋超
陶成林
郭子义
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Abstract

本实用新型公开了一种工业电源用IGBT模块水冷散热器,包括散热器机体、IGBT模块、薄翅片,散热器机体一侧设置有进水管,另一侧设置有出水管和管式温度传感器,散热器机体上端设置有IGBT模块,冷却水通过进水管流入散热器机体内部,并通过散热器机体上表面设置的多个开口与IGBT模块底板表面接触。本实用新型,通过在散热器机体内部设置薄翅片,使冷却水在流动过程中撞击薄翅片被激起形成湍流,从而增加了IGBT模块底板表面处的水流速度,从而带走更多的热量,并且由于增设了薄翅片,增加了散热器机体的换热面积,进一步提高了冷却效率,有效控制了IGBT模块的温度,保障了其性能和稳定性。

Description

一种工业电源用IGBT模块水冷散热器
技术领域
本实用新型涉及电子器件散热技术领域,具体为一种工业电源用IGBT模块水冷散热器。
背景技术
IGBT模块因其载流密度大、开关速度快、驱动功率小而饱和压降低等优势被作为能源变换与传输的核心器件,广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天等领域,但是其在工作状态下温升严重,若控制不当,将直接影响IGBT的性能和稳定性。因此,设计一种高效的IGBT模块散热器具有重要意义。
现阶段的专利公开以及文献资料显示:1)专利(CN202022734368.4)通过在散热器的散热片上安装冷凝管来加快散热片的散热效果,从而增加整个IGBT散热器的散热效果,结构复杂,且对IGBT模块局部的温升控制效果不佳;专利(CN201921070169.9)通过在水冷器机身内部冷却腔增设漾水块来激起水流,将水溅在IGBT模块下表面,从而提高散热面积,但是在漾水块结构尺寸确定时未进行数值模拟和实验测试,漾水块散热效果未完全释放,且漾水块为实心结构,极大的增加了散热器的自重,给设备轻量化设计带来了负担。综上,现有的IGBT散热器虽然在一定程度上解决了IGBT模块散热的问题,但是仍存在诸多不足,因此,研制了一种工业电源用IGBT模块水冷散热器。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是克服现有的缺陷,提供一种工业电源用IGBT模块水冷散热器,其结构简单、便于拆卸、成本低,可通过薄翅片结构增加换热面积,激起浪涌、形成湍流,从而提高散热器机体内部液冷水流速,尤其是IGBT模块底板表层的液冷水流速,从而提高冷却效率,保障IGBT模块的性能和稳定性,且薄翅片为薄壁结构,在提高冷却效率的情况下增加的重量较少,可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的,本实用新型提供如下技术方案:一种工业电源用IGBT模块水冷散热器,包括散热器机体、IGBT模块和薄翅片;所述散热器机体的内部空腔为冷却腔,散热器机体的上表面设置有多个与冷却腔连通的开口,开口对应安装有IGBT模块;所述散热器机体的冷却腔设有多个对应位于开口下方的薄翅片,多个薄翅片相互平行并错开布置,每一个薄翅片的一端均与散热器机体的冷却腔侧壁留有间隙,且多个薄翅片与散热器机体的冷却腔组成S型流道;所述散热器机体连通有进水管和出水管,进水管对应位于S型流道的进水端,出水管对应位于S型流道的出水端。
优选的,所述散热器机体的两相背侧交替设置有供薄翅片插入到散热器机体的冷却腔内的卡槽,且卡槽与薄翅片间隙配合,薄翅片与卡槽结合处涂有防水密封胶,散热器机体的冷却腔底面设有与薄翅片配合的滑道。
优选的,所述薄翅片为钣金件,薄翅片具有与开口对应的凸起部,薄翅片的端部对称设有两个折边,薄翅片的两个折边对应位于散热器机体外侧;所述散热器机体的冷却腔侧壁对应卡槽的两侧均通过铆钉固定有托板螺母,薄翅片端部的两个折边通过螺钉分别与两个托板螺母对应连接。
优选的,所述IGBT模块通过螺栓固定于散热器机体的上表面,散热器机体的上表面围绕开口设有凹槽,凹槽内卡装有硅橡胶圈;所述IGBT模块焊接有接线头。
优选的,所述进水管位于散热器机体的一侧并与其冷却腔连通,出水管位于散热器机体的另一侧并与其冷却腔连通;所述进水管和出水管与散热器机体螺纹连接,且螺纹连接处缠有生料带。
优选的,所述出水管的一端设有管式温度传感器,管式温度传感器与出水管螺纹连接,且螺纹连接处缠有生料带。
优选的,所述散热器机体的材质为铝合金,薄翅片的材质为铝合金,进水管和出水管的材质为铜合金,硅橡胶圈的材质为含硅橡胶。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:本工业电源用IGBT模块水冷散热器,通过优化设计,在散热器机体的内部空腔设置薄翅片,当液冷水进入到散热器机体内部时,水流撞击薄翅片被激起产生湍流,增加了IGBT模块底板表面处的水流速度,从而带走更多的热量,提高冷却效率,并且增设薄翅片后,增加了散热器机体的换热面积,进一步提高了冷却效率,经过验证,可使冷却效率提高30%以上。薄翅片为薄壁结构,在提高冷却效率的情况下增加的重量较少,且在设计薄翅片时,用COMSOL软件在流速场和温度场下进行数值模拟,通过优化薄翅片结构尺寸使散热效率最大化,结构简单、便于拆卸、成本低、有效控制了IGBT模块的温度,保障了IGBT模块的性能和稳定性。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图;
图2为本实用新型俯视图;
图3为本实用新型主视全剖视图;
图4为本实用新型左视图;
图5为本实用新型薄翅片的结构示意图;
图6为本实用新型薄翅片的连接示意图。
图中:1为散热器机体、2为开口、3为IGBT模块、4为接线头、5为滑道、6为薄翅片、7为进水管、8为出水管、9为管式温度传感器、10为硅橡胶圈、11为托板螺母、12为卡槽。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-6,本实用新型提供一种技术方案:一种工业电源用IGBT模块水冷散热器,包括散热器机体1、IGBT模块3和薄翅片6,散热器机体1的内部为空腔结构,材质为铝合金,散热器机体1上表面设置有多个开口2,散热器机体1的上表面围绕开口2设置有凹槽,凹槽内卡装有硅橡胶圈10,硅橡胶圈10为含硅橡胶耐高温材料,与工作状态下的IGBT模块3接触不会出现热融现象,硅橡胶圈10上端设置有IGBT模块3,IGBT模块3的型号为FF150R12RT4,IGBT模块3与散热器机体1通过螺栓连接,IGBT模块3上端设置有接线头4,接线头4与IGBT模块3通过焊接连接,散热器机体1的内部下表面设置有滑道5,滑道5滑动安装有薄翅片6,散热器机体1的两相背侧交替设置有供薄翅片6插入到散热器机体1的冷却腔内的卡槽12,卡槽12与薄翅片6间隙配合,滑道5和卡槽12倒圆角处理,便于薄翅片6由卡槽12插入到散热器机体1内,多个薄翅片6相互平行并错开布置,每一个薄翅片6的一端均与散热器机体1的冷却腔侧壁留有间隙,且多个薄翅片6与散热器机体1的冷却腔组成S型流道,薄翅片6为钣金件,厚度为1.5mm,材质为铝合金,薄翅片6与散热器机体1结合处经过密封防水处理,散热器机体1一侧设置有进水管7,散热器机体1相对进水管7另一侧设置有出水管8,进水管7、出水管8与散热器机体1通过螺纹连接且螺纹连接处缠有生料带,进水管7、出水管8的材质为铜合金,出水管8一侧设置有管式温度传感器9,管式温度传感器9的型号为WZP-E,管式温度传感器9与出水管8通过螺纹连接,螺纹连接处缠有生料带,管式温度传感器9用于测试安装不同尺寸的薄翅片6的冷却效率,测试结束后,拆下管式温度传感器9,更换橡胶水管,薄翅片6的端部对称设有两个折边,薄翅片6的两个折边对应位于散热器机体1外侧,散热器机体1的冷却腔侧壁对应卡槽12的两侧均通过铆钉固定有托板螺母11,薄翅片6端部的两个折边通过螺钉分别与两个托板螺母11对应连接,多个薄翅片6与散热器机体1的冷却腔组成S型流道,通过在散热器机体1内部设置薄翅片6不仅增大了换热面积,而且薄翅片6具有与开口2对应的凸起部,液冷水流经凸起部时可以将液冷水激起,形成湍流,从而增大液冷水在IGBT模块3下表面的流动速度,提高散热效率。
本实用新型在确定薄翅片6尺寸时,用COMSOL软件进行数值模拟,并对散热器机体1和薄翅片6进行模型简化,简化掉倒角、孔、槽、局部凸起、连接件等结构,在流速场和温度场下进行数值模拟,确定散热效率高的薄翅片6尺寸。
工作原理:在使用时,冷却水通过进水管7进入到散热器机体1内部的空腔,然后液冷水在流动过程中撞击薄翅片6被激起形成湍流,从而增加了IGBT模块3底板表面处的水流速度,从而带走更多的热量,提高了冷却效率,并且由于增设了薄翅片6,增加了散热器机体1的换热面积,进一步提高了冷却效率。另外,在设计薄翅片6时,用COMSOL软件在流速场和温度场下进行数值模拟,通过优化薄翅片6结构尺寸使散热效率最大化,其中在实验验证不同结构尺寸的薄翅片6的散热效率时,通过管式温度传感器9进行测温评判,有效控制了IGBT模块3的温度,保障了IGBT模块3的性能和稳定性。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种工业电源用IGBT模块水冷散热器,其特征在于:包括散热器机体(1)、IGBT模块(3)和薄翅片(6);所述散热器机体(1)的内部空腔为冷却腔,散热器机体(1)的上表面设置有多个与冷却腔连通的开口(2),开口(2)对应安装有IGBT模块(3);所述散热器机体(1)的冷却腔设有多个对应位于开口(2)下方的薄翅片(6),多个薄翅片(6)相互平行并错开布置,每一个薄翅片(6)的一端均与散热器机体(1)的冷却腔侧壁留有间隙,且多个薄翅片(6)与散热器机体(1)的冷却腔组成S型流道;所述散热器机体(1)连通有进水管(7)和出水管(8),进水管(7)对应位于S型流道的进水端,出水管(8)对应位于S型流道的出水端。
2.根据权利要求1所述的一种工业电源用IGBT模块水冷散热器,其特征在于:所述散热器机体(1)的两相背侧交替设置有供薄翅片(6)插入到散热器机体(1)的冷却腔内的卡槽(12),且卡槽(12)与薄翅片(6)间隙配合,薄翅片(6)与卡槽(12)结合处涂有防水密封胶,散热器机体(1)的冷却腔底面设有与薄翅片(6)配合的滑道(5)。
3.根据权利要求2所述的一种工业电源用IGBT模块水冷散热器,其特征在于:所述薄翅片(6)为钣金件,薄翅片(6)具有与开口(2)对应的凸起部,薄翅片(6)的端部对称设有两个折边,薄翅片(6)的两个折边对应位于散热器机体(1)外侧;所述散热器机体(1)的冷却腔侧壁对应卡槽(12)的两侧均通过铆钉固定有托板螺母(11),薄翅片(6)端部的两个折边通过螺钉分别与两个托板螺母(11)对应连接。
4.根据权利要求1所述的一种工业电源用IGBT模块水冷散热器,其特征在于:所述IGBT模块(3)通过螺栓固定于散热器机体(1)的上表面,散热器机体(1)的上表面围绕开口(2)设有凹槽,凹槽内卡装有硅橡胶圈(10);所述IGBT模块(3)焊接有接线头(4)。
5.根据权利要求1所述的一种工业电源用IGBT模块水冷散热器,其特征在于:所述进水管(7)位于散热器机体(1)的一侧并与其冷却腔连通,出水管(8)位于散热器机体(1)的另一侧并与其冷却腔连通;所述进水管(7)和出水管(8)与散热器机体(1)螺纹连接,且螺纹连接处缠有生料带。
6.根据权利要求1所述的一种工业电源用IGBT模块水冷散热器,其特征在于:所述出水管(8)的一端设有管式温度传感器(9),管式温度传感器(9)与出水管(8)螺纹连接,且螺纹连接处缠有生料带。
7.根据权利要求1所述的一种工业电源用IGBT模块水冷散热器,其特征在于:所述散热器机体(1)的材质为铝合金,薄翅片(6)的材质为铝合金,进水管(7)和出水管(8)的材质为铜合金,硅橡胶圈(10)的材质为含硅橡胶。
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