DE102007057471A1

DE102007057471A1 - Kühlkörper

Info

Publication number: DE102007057471A1
Application number: DE102007057471A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Hino Yamamoto; Yoshihisa Hatozaki
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: JP2008140803A; US20080130232A1; DE102007057471B4; CN101193546A

Abstract

Es wird ein Kühlkörper geschaffen, der verhindern kann, dass die Geschwindigkeit der zwischen Rippen in der Nähe des Komponentenmontageraums (23) fließenden Luft abnimmt. Bei dem Kühlkörper sind eine Vielzahl von Rippen und der Komponentenmontageraum (23) auf der Seite einer Rippeneinheit (22) der Basis (21) angeordnet. Ein Seitenend-Rippenabschnitt (22b) in der Nähe des Komponentenmontageraums (23) ist mit einer Öffnung (24; 25) für den Einlass von Luft und/oder für den Auslass von Luft an einer Seite vorgesehen.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühlkörper, und insbesondere einen Kühlkörper für einen Umrichter, der Wechselstrom von einer handelsüblichen Stromversorgung oder ähnlichem in einen Wechselstrom einer vorbestimmten Frequenz und Spannung umrichtet und den resultierenden Strom in einen Elektromotor oder dergleichen einspeist.
4 ist ein Schaltbild, das eine typische Schaltungskonfiguration eines Umrichters des vorgenannten Typs zeigt. Der Umrichter 10 in 4 umfasst einen Gleichrichter 11, der Wechselspannung, die von einer handelsüblichen Stromquelle oder dergleichen über einen Anschluss 19a eines Anschlussblocks 19 (vgl. 5) geliefert wird, gleichrichtet, einen Elektrolytkondensator 12, der die gleichgerichtete Spannung glättet, einen Wechselrichter 14, der die am Elektrolytkondensator 12 geglättete Spannung in eine Wechselspannung mit einer gewünschten Frequenz umrichtet, die über einen Anschluss 19b des Anschlussblocks 19 ausgegeben wird, eine Steuerschaltung 15, welche Steuerungen dafür liefert, einen IGBT und andere den Wechselrichter 14 bildende Elemente in gewünschte Betriebszustände zu bringen, und einen Gleichstromsteller 16, der als Stromversorgungsschaltung dient, die eine Gate-Stromversorgung für den Wechselrichter 14 sowie eine Steuerstromversorgung für die Steuerschaltung 15 schafft. In 4 bezeichnet die Bezugszahl 13 eine einen Dämpfungswiderstand 13a, einen Transistor 13b usw. umfassende Widerstandsentladungsschaltung zum Verhindern, dass die Spannung am Elektrolytkondensator 12 aufgrund von wiedergewonnener elektrischer Energie von Lasten des Umrichters 10 oder dergleichen auf einen vorbestimmten Wert oder größer ansteigt.
Ein Beispiel von Umrichtern dieser Art, bei denen ein Dämpfungswiderstand auf einer Luftführungsplatte montiert ist, die auf der distalen Rippenendseite eines Kühlkörpers so vorgesehen ist, dass der Dämpfungswiderstand gekühlt wird, ist in der JP 2004-187462 A offenbart.
Andererseits hat es einen Fall gegeben, bei dem ein Komponentenmontageraum zum Montieren eines Dämpfungswiderstands in ihm auf der Rippenseite eines Kühlkörpers vorgesehen ist, und dies wird nun unter Bezug auf die 5 bis 8 beschrieben. 5 ist eine Schnittansicht, die ein herkömmliches Umrichtergerät mit dem in ihm eingebauten Umrichter 10 zeigt, 6 ist eine perspektivische Ansicht, die den Kühlkörper von oben zeigt, 7 ist eine perspektivische Ansicht, die den Kühlkörper von unten zeigt, und 8 ist eine Ansicht des Kühlkörpers von unten.
In den 5 bis 8 bezeichnet die Bezugszahl 20 einen Kühlkörper, bei dem aufheizende Komponenten wie der Gleichrichter 11 und der Wechselrichter 14 auf einer Fläche einer Basis 21 angeord net sind, eine Mehrzahl von flachen Rippen 22 im Wesentlichen parallel in regelmäßigen Abschnitten auf der anderen Fläche der Basis 21 angeordnet sind, und ein Komponentenmontageraum 23 zum Montieren von Komponenten wie beispielsweise dem Dämpfungswiderstand 13a in ihm in einem Tei des Kühlkörpers 20 auf der Seite der Rippen 22 gebildet ist.
Andererseits sind, wie in 5 gezeigt, der Anschlussblock 19, der Elektrolytkondensator 12, ein Trenntrafo 16a und ein den Gleichstromsteller 16 bildender Elektrolytkondensator 16b usw. auf einer Komponentenmontagefläche (Vorderseite) auf einer Hauptumformerschaltung/Stromversorgungsschaltungsplatine 17 innerhalb eines Gehäuses 1 angeordnet. Der Gleichrichter 11 und der Wechselrichter 14 als Hauptumformerschaltungen sind auf der Rückseite der Hauptumformerschaltung/Stromversorgungsschaltungsplatine 17 angeordnet, und eine Oberfläche des Gleichrichters 11 und des Wechselrichters 14 ist dicht an einer Montagefläche der Basis 21 des Kühlkörpers 20 gehalten und daran befestigt. Außerdem ist die in 4 gezeigte Steuerschaltung 15 auf einer Steuerschaltungsplatine 18 angeordnet, die durch einen Gehäuseabschnitt 2 an dem Gehäuse 1 gehaltert ist, so dass verhindert wird, dass eine Aufheizung der Hauptumformerschaltung/Stormversorgungsschaltungsplatine 17 die Steuerschaltungsplatine 18 beeinträchtigt.
Im Allgemeinen wird der Umrichter 10 längs auf einem Platinenmontagerahmen 3 mit dem Anschlussblock 19 auf der unteren Seite montiert, und der Kühlkörper 20 führt Wärme, die von aufheizenden Komponenten erzeugt wird, durch natürliche Konvektion gemäß Darstellung in 5 von unten nach oben ab. Der für den Umrichter 10 verwendete Kühlkörper 20 wird oft unter Verwendung eines mit Aluminiumdruckguss bezeichneten Verfahrens hergestellt, insbesondere dann, wenn ein an den Umrichter 10 angeschlossener Motor klein an Kapazität und Größe ist. Im Vergleich zu einem Kühlkörper mit einer kammartigen Rippe, der durch Montage einer dünnen Aluminiumplatte auf einer Basisfläche durch Einpassen oder Hartlöten hergestellt wird, weist der durch Aluminiumdruckguss hergestellte Kühlkörper 20 den Vorteil auf, dass er nicht nur als Abstrahler dienen kann, sondern auch als Montageabschnitt für verschiedene Komponenten, d.h. als ein Gehäuse.
In dem Fall, in dem der Komponentenmontageraum 23 zum Montieren von Komponenten wie einem Dämpfungswiderstand in ihm auf der Seite der Rippeneinheit 22 wie bei der herkömmlichen Technik vorgesehen ist, tritt das Problem auf, dass die Kühlungsluft in einem Bereich A der Rippeneinheit 22a, die stromabwärts des Komponentenmontageraums 23 gebildet ist, wie durch strichpunktierte Linien in 8 dargestellt ist, stehen bleibt bzw. stockt, und als Folge davon nimmt die Rate des Wärmetransports über die Oberfläche der Rippeneinheit 22 lokal ab.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kühlkörper zu schaffen, der selbst dann, wenn ein Komponentenmontageraum in einem Teil einer Rippeneinheit vorgesehen ist, verhindern kann, dass die Geschwindigkeit von Luft, die zwischen Rippen strömt, die in der Nähe des Komponentenmontageraums gelegen sind, abnimmt.
Um diese Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung einen Kühlkörper, umfassend eine Basis; eine Mehrzahl von Rippenabschnitten und einen Komponentenmontageraum, die auf der Seite einer Rippeneinheit der Basis angeordnet sind. Ein Seitenend-Rippenabschnitt der Rippenabschnitte ist mit einer Öffnung in der Nähe des Komponentenmontageraums versehen.
Erfindungsgemäß wird eine Strömungsbahn für einen ansteigenden Luftstrom durch die Öffnung und den Rippenabschnitt um die Öffnung herum gebildet, so dass die Bildung eines Kühlungsluft-Staubereichs um den Komponentenmontageraum herum unterdrückt werden kann, wodurch verhindert wird, dass die Transportrate über die Rippenoberfläche abnimmt, und auch die Menge an von dem Kühlkörper abgeführter Wärme kann erhöht werden, was zu einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Wärmeabfuhr des Kühlkörpers führt. Als Folge kann eine Verkleinerung des Kühlkörpers, der den Anstieg der Temperatur der aufheizenden Komponenten auf einen vorbestimmten Wert oder weniger begrenzen soll, erzielt werden, und demzufolge können die Materialkosten reduziert werden.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen besser hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird unter Bezug auf bestimmte bevorzuge Ausführungsformen und die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Kühlkörpers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Ansicht des Kühlkörpers gemäß der ersten Ausführungsform von unten;
3 eine Ansicht des Kühlkörpers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von unten;
4 ein Blockschaltbild eines Umrichtergeräts;
5 eine Schnittansicht eines herkömmlichen Umrichtergeräts;
6 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Kühlkörpers von oben;
7 eine perspektivische Ansicht des herkömmlichen Kühlkörpers von unten; und
8 eine Ansicht des herkömmlichen Kühlkörpers von unten.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Kühlkörper gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist eine Ansicht von unten, die den Kühlkörper gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In den 1 und 2 sind die Elemente, die gleich sind wie die in den 4 bis 8 vorhandenen, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und deren Beschreibung wird weggelassen.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist auf der Stromaufwärts-Seite der natürlichen Konvektion ein Komponentenmontageraum 23 zum Montieren eines Dämpfungswiderstands 13a in ihm auf der Seite der Rippeneinheit 22 des Kühlkörpers 20 vorgesehen, und ein Rippenabschnittsbereich 22a ist stromabwärts des Komponentenmontageraums 23 und in einem vorbestimmten Abstand von dem Komponentenmontageraum 23 gebildet. In den 1 und 2 bezeichnet die Bezugszahl 22b einen außerhalb der Rippeneinheit 22 gebildeten Seitenend-Rippenabschnitt; der Seitenend-Rippenabschnitt 22b sowie ein Gehäuse 1 (vgl. 4) bilden eine Baugruppe für ein Umrichtergerät und dienen als ein Teil der Baugruppe. Der Seitenend-Rippenabschnitt 22b in der Nähe des Komponentenmontageraums 23 ist mit einer Lufteinlassöffnung 24 versehen, die in Verbindung mit dem Außenraum steht.
Somit wird für die Luft stromabwärts des Komponentenmontageraums 23 mit ihrer aufgrund des Temperaturanstiegs reduzierten Dichte eine Strömungsbahn für einen ansteigenden Luftstrom B (in 2 gezeigt) externer Luft gebildet, die über die in der Seite des Kühlkörpers 20 gebildete Lufteinlassöffnung 24 hereingezogen wird und nach oben fließt. Dementsprechend beseitigt das Vorsehen der Lufteinlassöffnung 24 zur Schaffung einer Strömungsbahn für den ansteigenden Luftstrom B einen bei einem herkömmlichen Kühlkörper gebildeten Luftstaubereich und verbessert somit die Leistungsfähigkeit der Wärmeabfuhr des Kühlkörpers.
3 ist eine Ansicht eines Kühlkörpers gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von unten. Gemäß 3 ist auf der Stromabwärts-Seite der natürlichen Konvektion ein Komponentenmontageraum 23 zum Montieren eines Dämpfungswiderstands 13a darin auf der Seite der Rippeneinheit 22 des Kühlkörpers vorgesehen, und ein Rippenabschnitt 22a ist stromaufwärts des Komponentenmontageraums 23 und in einem vorbestimmten Abstand von dem Komponentenmontageraum 23 gebildet. Außerdem ist ein Seitenend-Rippenabschnitt 23b in der Nähe des Komponentenmontageraums 23 mit einer Luftauslassöffnung 25 vorgesehen, die in Verbindung mit einem Außenraum steht.
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist im Gegensatz zur in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform eine Strömungsbahn für einen von dem Rippenabschnitt 22a durch die Luftauslassöffnung 25 nach außen fließenden ansteigenden Luftstrom C gebildet. Das Vorsehen der Luftauslassöffnung 25 zur Schaffung einer Strömungsbahn für den ansteigenden Luftstrom C beseitigt einen bei einem herkömmlichen Kühlkörper gebildeten Luftstaubereich und verbessert somit die Leistungsfähigkeit der Wärmeabfuhr des Kühlkörpers.
Die Erfindung ist unter Bezug auf bestimmte bevorzuge Ausführungsformen beschrieben worden. Es ist jedoch klar, dass Modifikationen und Variationen innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche möglich sind. Die dargestellten Ausführungsformen zeigen beispielsweise die Lufteinlassöffnung 24 und die Luftauslassöffnung 25 in Form eines im Wesentlichen vertikalen Schlitzes oder Spaltes, der sich durch die gesamte Dicke des Seitenend-Rippenabschnitts 22b erstreckt, aber es ist klar, dass die Öffnung eine beliebige Form (beispielsweise seitliche Schlitze oder Spalte, ein oder mehrere Löcher, einen V-förmigen Ausschnitt, mehrere Schlitze anstatt nur eines etc.) annehmen kann, solange ein Luftstrom erzielt wird, der dafür ausreicht, die Bildung eines Luftstaubereichs zu verhindern.

Claims

Kühlkörper, umfassend: eine Basis (21); eine Mehrzahl von Rippenabschnitten (22a) und einen Komponentenmontageraum (23), die auf der Seite einer Rippeneinheit (22) der Basis (21) angeordnet sind, wobei ein Seitenend-Rippenabschnitt (22b) der Rippenabschnitte (22a) mit einer Öffnung (24; 25) in der Nähe des Komponentenmontageraums (23) versehen ist.
Kühlkörper nach Anspruch 1, bei dem der Seitenend-Rippenabschnitt (22b) eine Seitenwand des Komponentenmontageraums (23) bildet.
Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Rippenabschnitte (22a) einen Rippenabschnittsbereich umfassen, der Rippenabschnitte mit beträchtlich kürzerer Länge als der Seitenend-Rippenabschnitt (22b) umfasst, wobei der Rippenabschnittsbereich mit dem Komponentenmontageraums (23) ausgerichtet ist.
Kühlkörper nach Anspruch 3, wobei der Kühlkörper (20) nach Maßgabe einer definierten Strömungsrichtung aufgebaut ist, und wobei der Rippenabschnittsbereich bezüglich der definierten Strömungsrichtung stromaufwärts des Komponentenmontageraums (23) gelegen ist.
Kühlkörper nach Anspruch 3, wobei der Kühlkörper (20) nach Maßgabe einer definierten Strömungsrichtung aufgebaut ist, und wobei der Rippenabschnittsbereich bezüglich der definierten Strömungsrichtung stromabwärts des Komponentenmontageraums (23) gelegen ist.