CN220629894U - 一种散热单元及电气模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种散热单元及电气模块。散热单元包括散热器和导热体；散热器上，本体侧面设有供第一功率元件的安装区；所述安装区沿送风方向延伸；两个鳍片组分别固定于本体的两个侧面且位于安装区上方；导热体适于将第一功率元件所产生的热量传导至本体用于迎向送风方向的一侧，包括连为一体的第一导热片、第二导热片和第三导热片，第一导热片覆盖于安装区且与第一功率元件接触；第二导热片覆盖于用于迎向送风方向的整个端面；第三导热片覆盖于本体的顶面且其沿送风方向的长度小于本体长度。电气模块采用了上述散热单元。本技术方案中导热体沿送风方向、竖直方向及垂直送风方向的水平方向传导热量，使散热器温度更为均衡，并提高散热效率。

Description

一种散热单元及电气模块

技术领域

本实用新型涉及散热技术领域，具体涉及一种散热单元及电气模块。

背景技术

目前电力电子模块功率不断增大，空间越来越小，功率密度越来越大，散热问题也越来越突出。散热技术成为制约模块功率增长的主要因素，提高各功率器件的均温性及散热设备的效率，能够低成本的降低散热因素对功率密度提升的限制并延长设备使用寿命。

现有散热设计，往往是将多种具有不同功能的功率元件集成在一个散热器模块上，不同工作状态下，不同的功率元件的运行状态和损耗不同，因而就会出现散热器上的某些部位热量较大而一些部位热量较低的情况，散热器的热量不均衡，整体散热效率较低；另外，为了满足所有工作状态下(特别是恶劣工况)各功率元件的散热要求，散热器的体积往往被设计得较大，其不仅会耗费较大的成本，而且往往难以满足实际安装时的空间需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种散热效率高、温度均衡且体积小、成本低廉的散热单元及电气模块。

为达成上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

技术方案一提供一种散热单元，其用于接受外部送风并为第一功率元件散热；包括：散热器，其包括本体和两个鳍片组；所述本体沿送风方向延伸，其侧面设有用于供所述第一功率元件安装的安装区；所述安装区沿送风方向延伸；两个所述鳍片组分别固定于所述本体的两个侧面且位于所述安装区上方；导热体，其适于将所述第一功率元件所产生的热量传导至所述本体用于迎向送风方向的一侧，其包括第一导热片、第二导热片和第三导热片；所述第一导热片覆盖于所述安装区且适于与所述第一功率元件接触；所述第二导热片覆盖于所述本体用于迎向送风方向的整个端面且与所述第一导热片连为一体；所述第三导热片覆盖于所述本体的顶面且与所述第二导热片连为一体；沿送风方向，所述第三导热片的长度小于所述本体的长度。

基于技术方案一，还包括技术方案二，技术方案二中，所述本体的两个侧面均设有所述安装区；所述第一导热片的数量与所述安装区的数量对应；各所述第一导热片分别完整地覆盖于各所述安装区且均与所述第二导热片连为一体。

基于技术方案二，还包括技术方案三，技术方案三中，两个所述鳍片组均固定于所述本体侧面的顶部；所述本体的两个侧面位于所述鳍片组下方的部分均构成了所述安装区。

基于技术方案一，还包括技术方案四，技术方案四中，所述鳍片组包括沿竖直方向间隔布设的若干散热鳍片；两个所述鳍片组中位于最上方的所述散热鳍片均与所述本体的顶面齐平。

基于技术方案四，还包括技术方案五，技术方案五中，沿与送风方向垂直的水平方向，所述第三导热片的宽度等于位于最上方的两个所述散热鳍片的侧边之间的距离。

基于技术方案一，还包括技术方案六，技术方案六中，所述导热体还包括第四导热片；所述第四导热片覆盖于所述本体背向送风方向的端面且与各所述第一导热片连为一体。

基于技术方案一，还包括技术方案七，技术方案七中，所述导热体为边缘封闭的柔性薄片状结构，其包括粘结层、石墨烯层和绝缘层；所述粘结层粘结于所述散热器表面；所述石墨烯层用于导热；绝缘层用于与所述第一功率元件接触。

基于技术方案七，还包括技术方案八，技术方案八中，所述导热体的厚度为0.2-0.4mm。

本实用新型同时提供一种电气模块，以下标记为技术方案九，技术方案九中，包括如上述所述的散热单元、若干所述第一功率元件、电路板和送风元件；所述本体固定于所述电路板的表面；所述安装区安装有沿送风方向间隔布设的若干所述第一功率元件；各所述第一功率元件均与所述电路板电性连接；所述送风元件设于所述本体的一端且朝向所述第二导热片。

基于技术方案九，还包括技术方案十，技术方案十中，所述电路板沿与送风方向垂直的水平方向布设有若干所述散热单元；所述送风元件的数量为至少两个，各所述送风元件沿与送风方向垂直的水平方向排布且送风范围覆盖各所述散热单元。

由上述对本实用新型的描述可知，相对于现有技术，本实用新型具有的如下有益效果：

1.技术方案一中，导热体的第一导热片覆盖于本体用于安装第一功率元件的安装区，第一导热片与第一功率元件接触，降低了第一功率元件和散热器本体之间的热阻，使得第一功率元件的所产生的热量能够快速地传导至本体的侧面并迅速地在本体的侧面延展开；第二导热片覆盖于本体用于迎向送风方向的端面；第三导热片覆盖于本体的顶面，其与第一导热片通过第二导热片连为一体，因此，由第一功率元件传导至第一导热片的热量能够沿着第二导热片从竖直方向传递到第三导热片，而由于第二导热片和第三导热片均迎向送风方向且第三导热片沿送风方向的长度小于本体的长度，因此，传导于第二导热片和第三导热片上的热量均集中于散热器的低温带，热量散去的速度快，且散热器沿送风方向的均温性较好，有效地降低了散热器的局部高温点，有利于应对不同的极限工况，且在同等成本的条件下散热效率更高。由于第二导热片覆盖于本体迎向送风方向的整个端面，其导热面积大，散热效率更高。导热体的设置，使得散热器无需通过增大体积即可实现快速散热，因此，其能够降低成本，并且能够方便安装。

2.技术方案二中，每一个安装区均完整地覆盖有第一导热片，因此，安装于各第一安装区上的所有的第一功率元件所产生的热量均能够快速地得到传导，确保散热器具有良好的均温效果和散热效果。

3.技术方案三中，鳍片组固定于本体的顶部，安装区位于鳍片组的底部，实际应用时，散热器的底部与电路板安装到位之后，位于安装区上的各第一安装区能够方便地与电路板实现电性连接。第一导热片沿送风方向和沿竖直方向完整地覆盖安装区，其不仅在送风方向和竖直方向上均具有较大的导热面积以及良好的导热速度，而且由于第一导热片的顶端与鳍片组接触，因此其还能够快速地将热量传导至鳍片组，并由鳍片组实现快速地散热。

4.技术方案四中，鳍片组包括沿竖直方向布设的若干散热鳍片，其具有较大的散热面积，因而能够快速地实现散热。

5.技术方案五中，沿与送风方向垂直的水平方向，第三导热片的宽度等于位于最上方的两个散热鳍片的侧边之间的距离，因此，在该水平方向上，第三导热片还完整地覆盖位于最上方的两个散热鳍片，其能够传导至散热器的热量更多，因而也就能够进一步增大散热效率。

6.技术方案六中，导热体还包括第四导热片，第四导热片覆盖于本体背向送风方向的端面，其有利于使第一导热片的热量进一步地沿竖直方向传导至本体，以进一步提升散热器的均温性及散热效率。

7.技术方案七中，以柔性薄片状的导热体作为第一功率元件和散热器之间的界面材料，在起到提高导热效率的同时，还能够降低安装损耗，这是由于柔性薄片状的导热体在第一功率元件采用螺钉或其他锁接件进行锁紧时不会存在锁裂或隐裂情况；粘接层用于与散热器表面形成粘接，导热体固定于散热器表面的方式较于简单且操作方便；石墨烯层的导热率高，其热阻小，导热性能佳且成本较低；绝缘层与粘接层能够对石墨烯层进行防护，同时在本体供多个第一功率元件安装时，还能够防止各第一功率元件彼此影响，确保各第一功率元件能够独立工作；导热体的边缘封闭，其能够防止石墨烯层泄露而发生短路，提升导热体材料的稳定性及安全性。

8.技术方案八中，导热体的厚度为0.2-0.4mm，厚度较小，因而热阻小，有利于提升导热效率。

9.技术方案九中，电气模块采用技术方案一至技术方案八中的散热单元，其继承了散热单元的优势，具有体积小、成本低，第一功率元件和散热器之间热阻小，散热器均温性好、散热效率高等特点。此外，由于各安装区均安装有沿送风方向布设的若

干第一功率元件，因此，电气模块的承载率高，功率密度高，有利于降低材料成本。

10.技术方案十中，电路板设置有并排的多个散热单元，各散热单元彼此独立且未交叉，并且均位于送风元件的出风侧，由送风元件输送的风能够顺畅地通过各散热单元，并且不会发生串流，散热效果佳。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，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为散热单元与第一功率元件的结构示意图；

图2为散热单元的结构示意图；

图3为散热器的结构示意图；

图4为散热器的前视图；

图5为导热体的结构示意图；

图6为电气模块的结构示意图一；

图7为电气模块的结构示意图二；

图8为电气模块的俯视图。

主要附图标记说明：

散热单元100；第一功率元件200；电路板300；送风元件400；第二功率元件500；

散热器1；本体11；鳍片组12；散热鳍片121；

导热体2；第一导热片21；第二导热片22；第三导热片23；第四导热片24。

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，所描述的实施例是本实用新型的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本实用新型实施例，本领域的普通技术人员在不作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。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本实用新型和简化描述，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或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本实用新型的具体保护范围。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。

参见图1至图8，图1至图8示出了本实施例的电气模块。如图1至图8所示，本实施例提供的电气模块包括散热单元100、若干第一功率元件200、电路板300、送风元件400和第二功率元件500。

其中，散热单元100用于接收外部送风(即本实施例中送风元件400的送风)并为第一功率元件200散热。

如图1至图5所示，散热单元100包括散热器1和导热体2。

散热器1的结构如图3和图4所示，其包括本体11和两个鳍片组12。本体11的结构采取但不限于立方体的板块状结构，其竖直地固定于电路板300的表面且沿送风元件400的送风方向延伸，其侧面设有用于供第一功率元件200安装的安装区，安装区沿送风方向延伸；具体地，本实施例中，本体11的两个侧面均设有安装区，两侧的安装区分别位于两个侧面的底部且均用于第一功率元件200。两个鳍片组12分别固定于本体11的两个侧面，具体地，本实施例中，两个鳍片组12均固定于本体11的顶部，两个鳍片组12对称地布设于本体11的两侧且位于安装区的上方，其具有较大的散热面积并且能够用于实现快速散热；本体11的两个侧面位于鳍片组12下方的部分均全部构成了安装区。如图3和图4所示，本实施例中，两个鳍片组12均与本体11一体成型，每个鳍片组12均包括若干沿竖直方向间隔布设的散热鳍片121，各散热鳍片121均水平设置且均为方形板状结构，各散热鳍片121之间的间距形成适于供风通过的风道。散热鳍片121沿送风方向的长度与本体11的长度相等，且其两端分别与本体11的两端齐平，两个鳍片组12中位于最上方的散热鳍片121均与本体11的顶面齐平。

导热体2整体为柔性的薄片状结构，其用于覆盖于散热器1的外表面以将第一功率元件200产生的热量传导至本体11用于迎向送风方向的一侧，以确保散热器1的均温性及散热效率。

具体地，如图1、图2和图5所示，导热体2包括第一导热片21、第二导热片22、第三导热片23和第四导热片24。

第一导热片21覆盖于安装区且适于与第一功率元件200接触；本实施例中，第一导热片21的数量与安装区的数量对应，即，第一导热片21的数量为两个；各第一导热片21分别完整地覆盖于各安装区且均与第一功率元件200接触，两个第一导热片21的设置降低了第一功率元件200和散热本体11之间的热阻，使得由第一功率元件200产生的热量能够快速地传导至本体11的侧面并迅速地在本体11的侧面延展开，实现快速散热。优选地，本实施例中，第一导热片21沿送风方向和沿竖直方向完整地覆盖本体11侧面位于鳍片组12之下的安装区，其不仅在送风方向和竖直方向上提供了较大的导热面积以及良好的导热速度，而且由于两个第一导热片21还分别与两个鳍片组12接触，因此，其还能够实现将热量快速、直接地传导至鳍片组12，并由鳍片组12实现快速散热。

第二导热片22覆盖于本体11用于迎向送风方向的整个端面，且其与两个第一导热片21均连为一体，两个第一导热片21上的热量还能够传导至第二导热片22，并由第二导热片22实现自下而上以及左右两侧的热量传递，能够进一步地提升导热速度以及提升散热器1上的温度的均衡性，又由于第二导热片22位于散热器1接受强风的位置且覆盖于本体11的整个端面，因此，由第二导热片22传导的热量能够快速、及时地散出。

第三导热片23覆盖于本体11的端面且与第二导热片22连为一体；沿送风方向，第三导热片23的长度小于本体11的长度，由第一功率元件200产生的热量在依次经过第一导热片21和第二导热片22的传导之后到达至第三导热片23，由于第二导热片22位于本体11迎向送风方向的一端，因此，第三导热片23也迎向送风方向设置，即，第二导热片22和第三导热片23均位于散热器1用于接受强风且温度较低的位置上，因此，传导于第二导热片22和第三导热片23上的热量均集中于散热器1的接受强风的区域，热量散去的速度快，散热器1沿送风方向的均温性较好，有效地降低了散热器1的局部高温点，从而能够有利于散热单元100应对不同的极限工况，且在同等成本的调节件散热效率更高。

优选地，本实施例，沿与送风方向垂直的水平方向，第三导热片23的宽度等于位于最上方的两个散热鳍片121的侧边之间的距离，即，在该水平方向上，第三导热片23的两侧分别延伸至与位于最上方的两个散热鳍片121的侧边齐平且完整地覆盖位于最上方的两个散热鳍片121及本体11的顶面，如此，第三导热片23的导热面积更大，其能够传导至散热器1的热量更多且更快速，因而也就能够进一步提升散热器1均温性及提高散热效率。

第四导热片24覆盖于本体11背向送风的端面且与两个第一导热片21连为一体，其顶端和底端分别与第一导热片21的顶端和底端齐平。第四导热片24的设置，使得第一导热片21的热量能够进一步地传导至本体11背向送风方向的一端并实现沿竖直方向传导，以进一步地提升散热器1的均温性及散热效率。

本实施例中，导热体2的设置，使得散热器1无需通过增大体积即可实现快速散热，因此，其能够降低成本，并且能够方便安装。以柔性薄片状的导热体2作为第一功率元件200和散热器1之间的界面材料，在起到提高导热效率的同时，还能够降低安装损耗，这是由于柔性薄片状的导热体2在第一功率元件200采用螺钉或其他锁接件进行锁紧时不会存在锁裂或隐裂情况，因而其在电气模块安装阶段的损耗率较低，有利于保证企业生产成本。

具体地，本实施例中，导热体2包括粘结层、石墨烯层和绝缘层，其中粘结层粘结于散热器1的表面，其具体可为三聚氰胺树脂层；石墨烯层用于导热；绝缘层用于与第一功率元件200接触；由于第一功率元件200通常采用螺钉等螺接件固接于散热器1的本体11上，因此，该导热体2还设有供螺接件穿过的通孔。本实施例中，绝缘层与粘接层的边缘以及通孔的周缘采用密封胶封闭并将石墨烯层包覆于绝缘层和粘接层内，其能够防止石墨烯层泄露而导致发生短路等现象，提升导热体2材料的稳定性及安全性，此外，绝缘层在本体11供多个第一功率元件200安装时，还能够防止各第一功率元件200彼此影响，确保各第一功率元件200能够独立工作。

优选地，导热体2的厚度为0.2-0.4mm，通过将导热体2的厚度设置得较小，使得导热体2的热阻小，并有利于提升导热效率。

第一功率元件200如图1、图2、图6和图7所示，其数量为多个，本体11的两个安装区均沿送风方向间隔布设有若干第一功率元件200，各第一功率元件200均与电路板300电性连接，本体11的承载率高，功率密度高，有利于降低材料成本。本实施例中，本体11的两个侧面所布设的第一功率元件200的数量相同，各第一功率元件200均与导热体2的第一导热片21形成接触。工作时，本体11上的第一功率元件200既可以同时工作，也可以不同时工作，其可根据具体的工况进入或不进入工作状态，在各第一功率元件200不同时进入工作状态的情况下，由工作的第一功率元件200产生的热量能够经过导热体2的第一导热片21传导至本体11的侧面及第二导热片22、第三导热片23和第四导热片24，并由第二导热片22、第三导热片23和第四导热片24进行沿送风方向、竖直方向及与送风方向垂直的方向的导热，使得散热器1上的热量不会集中且更为均衡，从而达到更好的散热效果。

电路板300如图6至图8所示，其可以但不限于是整流电路板300或逆变电路板300。

送风元件400如图6至图8所示，送风元件400为风机，其位于电路板300之外且设于本体11的一端，其朝向本体11贴附有第二导热片22的一端以用于朝下散热单元100送风。

优选地，为了提升功率密度，降低成本，本实施例中，电路板300沿与送风方向垂直的水平方向布设有若干散热单元100。送风元件400的数量为至少两个，本实施例具体为三个，各送风元件400沿与送风方向垂直的水平方向排布且送风范围覆盖各散热单元100。

如图6和图7所示，第二功率元件500的数量根据实际需求设置为多个，各第二功率元件500均与电路板300电性连接，电路板300沿与送风元件400的送风方向垂直的水平方向间隔地布设有若干列第二功率元件500，各列第二功率元件500均设置于散热单元100的旁侧且每一列第二功率元件500均具有沿送风元件400的送风方向布设的若干第二功率元件500，各第二功率元件500均与邻接的散热鳍片121存在安规距离。

本实施例提供的电气模块采用了上述散热单元100，其具有与散热单元100同样的特征，具有体积小、成本低，第一功率元件200和散热器1之间热阻小，散热器1均温性好、散热效率高等特点。由于电路板300设置有并排的多个散热单元100，各散热单元100彼此独立且未交叉，并且均位于送风元件400的出风侧，因此，由送风元件400输送的风能够顺畅地通过各散热单元100，并且不会发生串流，散热效果佳。

上述说明书和实施例的描述，用于解释本实用新型保护范围，但并不构成对本实用新型保护范围的限定。通过本实用新型或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本实用新型实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种散热单元，其用于接受外部送风并为第一功率元件散热；其特征是，包括：

散热器，其包括本体和两个鳍片组；所述本体沿送风方向延伸，其侧面设有用于供所述第一功率元件安装的安装区；所述安装区沿送风方向延伸；两个所述鳍片组分别固定于所述本体的两个侧面且位于所述安装区上方；

导热体，其适于将所述第一功率元件所产生的热量传导至所述本体用于迎向送风方向的一侧，其包括第一导热片、第二导热片和第三导热片；所述第一导热片覆盖于所述安装区且与所述第一功率元件接触；所述第二导热片覆盖于所述本体用于迎向送风方向的整个端面且与所述第一导热片连为一体；所述第三导热片覆盖于所述本体的顶面且与所述第二导热片连为一体；沿送风方向，所述第三导热片的长度小于所述本体的长度。

2.如权利要求1所述的一种散热单元，其特征是，所述本体的两个侧面均设有所述安装区；所述第一导热片的数量与所述安装区的数量对应；各所述第一导热片分别完整地覆盖于各所述安装区且均与所述第二导热片连为一体。

3.如权利要求2所述的一种散热单元，其特征是，两个所述鳍片组均固定于所述本体侧面的顶部；所述本体的两个侧面位于所述鳍片组下方的部分均构成了所述安装区。

4.如权利要求1所述的一种散热单元，其特征是，所述鳍片组包括沿竖直方向间隔布设的若干散热鳍片；两个所述鳍片组中位于最上方的所述散热鳍片均与所述本体的顶面齐平。

5.如权利要求4所述的一种散热单元，其特征是，沿与送风方向垂直的水平方向，所述第三导热片的宽度等于位于最上方的两个所述散热鳍片的侧边之间的距离。

6.如权利要求1所述的一种散热单元，其特征是，所述导热体还包括第四导热片；所述第四导热片覆盖于所述本体背向送风方向的端面且与各所述第一导热片连为一体。

7.如权利要求1所述的一种散热单元，其特征是，所述导热体为边缘封闭的柔性薄片状结构，其包括粘结层、石墨烯层和绝缘层；所述粘结层粘结于所述散热器表面；所述石墨烯层用于导热；绝缘层用于与所述第一功率元件接触。

8.如权利要求7所述的一种散热单元，其特征是，所述导热体的厚度为0.2-0.4mm。

9.一种电气模块，其特征是，包括如权利要求1至8中任一项所述的散热单元、若干所述第一功率元件、电路板和送风元件；

所述本体固定于所述电路板的表面；所述安装区安装有沿送风方向间隔布设的若干所述第一功率元件；各所述第一功率元件均与所述电路板电性连接；所述送风元件设于所述本体的一端且朝向所述第二导热片。

10.如权利要求9所述的一种电气模块，其特征是，所述电路板沿与送风方向垂直的水平方向布设有若干所述散热单元；所述送风元件的数量为至少两个，各所述送风元件沿与送风方向垂直的水平方向排布且送风范围覆盖各所述散热单元。