JP2020534699A - How to cool heatsink segments, heatsinks and components - Google Patents
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Abstract
本発明は、コンポーネント、特にパワーエレクトロニクスコンポーネントを冷却するための、第1のセグメント面および第2のセグメント面を備えたヒートシンクセグメントに関し、複数のヒートシンクセグメントを同心に配置すると、これらのヒートシンクセグメントの全てのセグメント面同士が互いに接し合うように、第1のセグメント面と第2のセグメント面とは互いに心合わせされている。The present invention relates to a heat sink segment having a first segment surface and a second segment surface for cooling a component, particularly a power electronics component, when a plurality of heat sink segments are concentrically arranged, all of these heat sink segments. The first segment surface and the second segment surface are aligned with each other so that the segment surfaces of the above are in contact with each other.
Description
背景技術
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の装置および方法から出発する。
Background Techniques The present invention starts with the devices and methods described in the superordinate concepts of the independent claims.
独国特許出願公開第102010017168号明細書には、ファン冗長ユニットおよびパワーエレクトロニクスコンポーネントを冷却するファン冗長方法が開示されている。 German Patent Application Publication No. 102010017168 discloses a fan redundancy method for cooling a fan redundancy unit and a power electronics component.
発明の利点
この背景に鑑みて本明細書で説明するアプローチを用いて、ヒートシンクセグメント、ヒートシンクならびにコンポーネント、特にパワーエレクトロニクスコンポーネントを冷却する方法を説明する。
Advantages of the Invention In view of this background, the approach described herein will be used to describe methods for cooling heat sink segments, heat sinks and components, especially power electronics components.
コンポーネント、特にパワーエレクトロニクスコンポーネントを冷却するための、第1のセグメント面および第2のセグメント面を備えたヒートシンクセグメントは、第1のセグメント面と第2のセグメント面とが互いに心合わせされており、これにより複数のヒートシンクセグメントを同心に配置すると、これらのヒートシンクセグメントの全てのセグメント面同士が互いに接し合う、という点において優れている。 A heat sink segment with a first segment surface and a second segment surface for cooling components, especially power electronics components, has a first segment surface and a second segment surface aligned with each other. As a result, when a plurality of heat sink segments are arranged concentrically, all the segment surfaces of these heat sink segments are in contact with each other, which is excellent.
ヒートシンクセグメントは、1つのヒートシンクを形成する複数のセグメントのうちの1つを意味していてもよい。この場合、1つのセグメントは、より大きなもしくは上位の本体、つまりヒートシンクの一部もしくは部分領域を意味していてもよい。この場合、ヒートシンクセグメントの第1のセグメント面および第2のセグメント面は互いに心合わせされており、これにより、別のヒートシンクセグメントの別の第1のセグメント面および別の第2のセグメント面は、両方のヒートシンクセグメントを同心に配置すると、第1のヒートシンクセグメントの第1のセグメント面および第2のセグメント面に接することになる。つまり、各セグメント面が位置する平面は全て、1つの共通の交線に沿って交差している。この交線は、1つの共通の中心点に対して垂直に延在しており、中心点を中心として、各ヒートシンクセグメントは同心に配置されている。 The heat sink segment may mean one of a plurality of segments forming one heat sink. In this case, one segment may mean a larger or higher body, i.e. a part or partial area of the heat sink. In this case, the first segment surface and the second segment surface of the heat sink segment are aligned with each other, so that another first segment surface and another second segment surface of another heat sink segment are aligned with each other. When both heat sink segments are arranged concentrically, they come into contact with the first segment surface and the second segment surface of the first heat sink segment. That is, all the planes on which each segment plane is located intersect along one common line of intersection. This line of intersection extends perpendicular to one common center point, and each heat sink segment is concentrically arranged around the center point.
ヒートシンクセグメントは、特にケーキセグメントを意味していてもよい。 The heat sink segment may specifically mean a cake segment.
コンポーネントは、技術的な複合体のコンポーネントもしくは部分コンポーネントまたは個別部品を意味していてもよく、この場合、コンポーネントはその作動中もしくはその使用中に熱を発生させるかまたは熱くなるため、コンポーネントの能動的な冷却もしくは熱導出が必要である。パワーエレクトロニクスコンポーネントは、例えば電動車両のインバータに用いられるような、高出力用のパワーエレクトロニクス構造体を意味していてもよい。この場合、例えば炭化ケイ素または窒化ガリウムから成る絶縁ゲート電極を備えたバイポーラトランジスタ等の電力半導体が使用される。これらの電力半導体は、金属被覆された、例えばAl2O3、Se3N4またはCUまたはAlを含むAlN等の、エッチングされた導体構造を有するセラミック基板に取り付けられてもよい。次いでこの基板と半導体とに、適当なコンパウンドが流し込まれてもよい。さらにコンポーネントは、電力半導体もしくは電力コンポーネントならびに中間回路コンデンサを制御する論理回路を意味していてもよい。 A component may mean a component or subcomponent or individual component of a technical complex, in which case the component is active because it generates or heats up during its operation or during its use. Cooling or heat derivation is required. The power electronics component may mean a power electronics structure for high power, such as used in an inverter of an electric vehicle. In this case, a power semiconductor such as a bipolar transistor having an insulated gate electrode made of silicon carbide or gallium nitride is used. These power semiconductors may be mounted on a metal-coated ceramic substrate having an etched conductor structure, such as Al 2 O 3 , Se 3 N 4 or Al N containing CU or Al. An appropriate compound may then be poured into the substrate and the semiconductor. Further, the component may mean a power semiconductor or a logic circuit that controls a power component and an intermediate circuit capacitor.
ヒートシンクセグメントは、複数のヒートシンクセグメントを同心に配置することにより、電気機械に簡単に組み込まれる対称なヒートシンクが得られる、という利点を有している。さらに、複数のヒートシンクセグメントから成る構成は分割可能である、すなわち、ヒートシンクを形成するヒートシンクセグメントの数は、外形もしくは幾何学形状が変わることなしに可変である。つまり、ヒートシンクセグメントの数が増えると、ヒートシンクの外形もしくは幾何学形状を変えることなしに、冷却されるべきコンポーネントの数も増やすことができる。 The heat sink segment has the advantage that by arranging the plurality of heat sink segments concentrically, a symmetrical heat sink that can be easily incorporated into an electric machine can be obtained. Further, the configuration consisting of a plurality of heat sink segments is divisible, i.e., the number of heat sink segments forming the heat sink is variable without changing the outer shape or the geometric shape. That is, as the number of heatsink segments increases, so does the number of components that need to be cooled without changing the shape or geometry of the heatsink.
従属請求項に記載の手段により、独立請求項に記載の装置の有利な改良および改善が可能である。 The means described in the dependent claims allow for the advantageous improvement and improvement of the apparatus described in the independent claims.
第1のセグメント面および/または第2のセグメント面が、冷却されるべきコンポーネントを収容するように形成されていることにより、コンポーネントを効果的に冷却することができる。特に一方のヒートシンクセグメントのセグメント面は、他方のヒートシンクセグメントのセグメント面に接しているため、コンポーネントは、このコンポーネントに接する全てのセグメント面を介して熱を導出されひいては冷却され得る。 By forming the first segment surface and / or the second segment surface to accommodate the component to be cooled, the component can be effectively cooled. In particular, since the segment surface of one heat sink segment is in contact with the segment surface of the other heat sink segment, the component can derive heat and thus be cooled through all the segment surfaces in contact with this component.
さらに、第1のセグメント面および/または第2のセグメント面が、コンポーネントの表面輪郭に適合する表面輪郭を有しており、これにより、コンポーネントが少なくとも部分的にヒートシンクセグメントにより包囲されると有利である。この場合、表面輪郭は少なくとも1つの凹部を有していてもよく、この凹部に、少なくとも1つのコンポーネントが少なくとも部分的に収容され得る。この場合、凹部は、その内部に少なくとも1つのコンポーネントが完全に埋没可能な形状であってもよい。これによりコンポーネントは、上面および下面を介してのみならず、少なくとも部分的に側面をも介して、その排熱をヒートシンクセグメントに放出することができ、これによりさらに効果的に冷却され得る。 In addition, the first segment surface and / or the second segment surface has a surface contour that matches the surface contour of the component, which is advantageous if the component is at least partially surrounded by the heat sink segment. is there. In this case, the surface contour may have at least one recess, in which at least one component may be accommodated at least partially. In this case, the recess may be shaped so that at least one component can be completely embedded therein. This allows the component to dissipate its exhaust heat to the heat sink segment not only through the top and bottom surfaces, but also at least partially through the sides, which can be cooled more effectively.
さらに、ヒートシンクセグメントの内部に、冷却媒体が通流する冷却構造体を有していると、好都合である。この場合、冷却媒体は、液体または気体の冷却媒体を意味していてもよい。これにより、ヒートシンクセグメントに放出されたコンポーネントの排熱をより迅速に導出することができると共に、コンポーネントのより効果的で効率的な冷却を達成することができる。 Further, it is convenient to have a cooling structure through which the cooling medium passes inside the heat sink segment. In this case, the cooling medium may mean a liquid or gas cooling medium. As a result, the exhaust heat of the component released to the heat sink segment can be derived more quickly, and more effective and efficient cooling of the component can be achieved.
さらに、ヒートシンクセグメントが、冷却されるべき別のコンポーネントを収容するための、平らな面として形成された外面を有していると有利であり、この場合、外面は、第1のセグメント面と第2のセグメント面とを互いにつないでいる。これにより、冷却されるべき別のコンポーネントがヒートシンクセグメントに取り付けられるため、1つもしくは複数のヒートシンクセグメントのセグメント面に配置された、冷却されるべきコンポーネントのより近くに接近することになる。これにより一方では、1つのヒートシンクセグメントにつき、より多くのコンポーネントを冷却することができ、かつ他方では、セグメント面および外面における各コンポーネント間の導線長さを短縮することができるため、寄生インダクタンスが低減される。冷却されるべき別のコンポーネントは、例えば感温性の論理コンポーネントを意味していてもよい。 Further, it is advantageous for the heat sink segment to have an outer surface formed as a flat surface for accommodating another component to be cooled, in which case the outer surfaces are the first segment surface and the first segment surface. The two segment surfaces are connected to each other. This attaches another component to be cooled to the heatsink segment so that it is closer to the component to be cooled, which is located on the segment surface of one or more heatsink segments. This, on the one hand, allows more components to be cooled per heatsink segment, and, on the other hand, reduces the length of the leads between each component on the segment and outer surfaces, thus reducing parasitic inductance. Will be done. Another component to be cooled may mean, for example, a temperature sensitive logical component.
さらに、ヒートシンクセグメントが、第1のセグメント面および/または第2のセグメント面に対して実質的に垂直な、平らな面として形成された少なくとも1つの端面を有していると有利であり、この場合、端面は、冷却されるべき別のコンポーネントを収容するように形成されている。この場合、少なくとも1つの端面はヒートシンクセグメントの上面を形成していてもよく、任意には別の端面は、下面を形成していてもよい。これにより、有利にはヒートシンクセグメントに、より多くの冷却されるべきコンポーネントが配置され得る。 Further, it is advantageous that the heat sink segment has at least one end face formed as a flat surface that is substantially perpendicular to the first segment surface and / or the second segment surface. If so, the end face is formed to accommodate another component to be cooled. In this case, at least one end face may form the upper surface of the heat sink segment, and optionally another end face may form the lower surface. This may advantageously place more components to be cooled on the heatsink segment.
さらに、ヒートシンクセグメントが、ジェネレーティブ製造技術により、特に選択的レーザ溶融により、選択的電子ビーム溶融および/またはバインダジェットにより製造されていると好都合である。択一的または追加的に、ヒートシンクセグメントは、押出加工、粉末射出成形、旋削および/またはフライス加工により製造されていてもよい。ヒートシンクセグメントは、特に銅またはアルミニウム等の金属から製造されていてもよい。1つの択一的な実施形態では、ヒートシンクセグメントは、例えばAl2O3、SeeN4、SiCおよび/またはAlN等のセラミックから製造されていてもよく、例えば粉末射出成形、押出加工、スリップ注型および/またはジェネレーティブ製造法により製造され得る。これにより、ヒートシンクセグメントの表面輪郭を、ヒートシンクセグメントに配置される、冷却されるべきコンポーネントの要求に、極めて正確に適合させることができる。さらにこれにより、ヒートシンクセグメントの内部において、複雑なかつ/または任意の冷却構造体が実現され得る。この場合、冷却能力に対する個々のコンポーネントの要求に応じて、外面および/または端面をそれぞれ異なる強さで冷却することができる。 Further, it is advantageous that the heat sink segments are manufactured by selective electron beam melting and / or binder jet by generative manufacturing techniques, especially by selective laser melting. Alternatively or additionally, the heat sink segment may be manufactured by extrusion, powder injection molding, turning and / or milling. The heat sink segment may be made in particular from a metal such as copper or aluminum. In one alternative embodiment, the heat sink segments, for example Al 2 O 3, Se e N4 , SiC and / or may be fabricated from a ceramic such as AlN, for example, powder injection molding, extrusion, slip casting It can be manufactured by mold and / or generative manufacturing method. This allows the surface contour of the heatsink segment to be very accurately adapted to the requirements of the components to be cooled placed on the heatsink segment. In addition, this may allow complex and / or arbitrary cooling structures to be realized within the heat sink segment. In this case, the outer and / or end faces can be cooled with different strengths, depending on the individual component's requirements for cooling capacity.
前記各利点は同様に、コンポーネント、特にパワーエレクトロニクスコンポーネントを冷却するための、上述した構成に基づく少なくとも1つの第1のヒートシンクセグメントと少なくとも1つの第2のヒートシンクセグメントとを備えたヒートシンクにも当てはまる。当該ヒートシンクは、第1のヒートシンクセグメントおよび第2のヒートシンクセグメントが、ヒートシンクを形成するように同心に配置されている、という点において優れている。このようなヒートシンクは、少なくとも1つの軸線を中心とした回転対称性を有しており、この場合、回転軸線は、個々のセグメント面の平面が交差する交線と合致している。これにより当該ヒートシンクは、特に電気機械への組込みに適している。 Each of the above advantages also applies to heat sinks with at least one first heat sink segment and at least one second heat sink segment based on the above configuration for cooling components, particularly power electronics components. The heat sink is excellent in that the first heat sink segment and the second heat sink segment are concentrically arranged so as to form a heat sink. Such a heat sink has rotational symmetry about at least one axis, in which case the axis of rotation coincides with the line of intersection where the planes of the individual segment planes intersect. This makes the heat sink particularly suitable for incorporation into electromechanical machines.
さらに、2つの異なるヒートシンクセグメントの2つのセグメント面の間に、冷却されるべきコンポーネントが配置されていると好都合である。それというのも、これにより、冷却されるべきコンポーネントの排熱が、2つの側においてセグメント面ひいてはヒートシンクに放出され得るため、コンポーネントの効果的な冷却が達成されるからである。さらにこのようにして、ヒートシンク内に多数のコンポーネントを配置することができる。ヒートシンクセグメントの数を増やすことによりセグメント面の数も増え、これにより、ヒートシンクの大きさおよび形状の変化を生ぜしめることなしに、ヒートシンク内にさらなるコンポーネントを配置しかつ冷却する可能性が増大する。 Further, it is convenient that the component to be cooled is arranged between the two segment surfaces of the two different heat sink segments. This is because the exhaust heat of the component to be cooled can be dissipated to the segment surface and thus to the heat sink on the two sides, thus achieving effective cooling of the component. Moreover, in this way, a large number of components can be placed within the heat sink. Increasing the number of heatsink segments also increases the number of segment faces, which increases the possibility of placing and cooling additional components within the heatsink without causing changes in the size and shape of the heatsink.
さらに、ヒートシンクが中空体、特に中空円筒の形態で形成されていると有利である。それというのも、これにより中空体の凹部に、少なくとも1つの別の冷却されるべきコンポーネントが配置されるからである。さらに凹部は、ヒートシンクを例えば電気機械内で支持または保持するために用いることができる。例えば中心に孔を有する円形ディスクを意味していてもよい中空円筒の場合、個々のヒートシンクセグメントは、有利には同心に配置されると、それ自体が心合わせし合う。 Further, it is advantageous that the heat sink is formed in the form of a hollow body, particularly a hollow cylinder. This is because it places at least one other component to be cooled in the recess of the hollow body. Further, the recess can be used to support or hold the heat sink, for example in an electromachine. For example, in the case of a hollow cylinder, which may mean a circular disk with a hole in the center, the individual heat sink segments are advantageously centered when placed concentrically.
当該ヒートシンクはさらに、1つの容積ユニットにつき極めて多くのコンポーネントを冷却することができ、したがって極めてコンパクトな構成形式を有している、という利点を有している。個々の電気コンポーネント間、特にパワーエレクトロニクスコンポーネントと論理コンポーネントとの間の間隔が短縮されることにより、寄生インダクタンスが低減される。 The heat sink also has the advantage of being able to cool a large number of components per volume unit and thus having a very compact configuration format. Parasitic inductance is reduced by reducing the spacing between the individual electrical components, especially between the power electronics and logic components.
さらに、中空体の中心に、別のコンポーネントが配置されていると有利である。この場合、別のコンポーネントは、例えばヒートシンクセグメントのセンタリングを支援するためのスリーブであってもよい。択一的または追加的に、別のコンポーネントには、特に複数のパワーエレクトロニクスコンポーネントと、実質的に等長の導線を介して接続された中間回路コンデンサが含まれていてもよい。これにより、ヒートシンクが最適に使用されると共に、パワーエレクトロニクス回路の構成形式を、よりコンパクトに構成することができる。この場合、中間回路コンデンサは、スリーブを介して接触接続され得る。 Furthermore, it is advantageous to have another component placed in the center of the hollow body. In this case, another component may be, for example, a sleeve to assist centering of the heat sink segment. Alternatively or additionally, another component may include, among other things, multiple power electronics components and intermediate circuit capacitors connected via substantially equal length leads. As a result, the heat sink is optimally used, and the configuration form of the power electronics circuit can be configured more compactly. In this case, the intermediate circuit capacitors may be contact-connected via the sleeve.
さらに、ヒートシンクが円形の、特に平らな基底面を形成していると有利である。それというのもこれにより、電気機械に簡単に組み込むことができる円形で回転対称のヒートシンクが達成されるからである。それというのも回転対称性に基づき、ヒートシンクの全角度範囲にわたって等しいもしくは均斉のとれた重量分布が達成されるからであり、このことは特に、その回転軸線を中心として回転するコンポーネントユニットにおいて有利であるということが判った。 Further, it is advantageous that the heat sink forms a circular, particularly flat basal plane. This is because it provides a circular, rotationally symmetric heat sink that can be easily incorporated into an electromechanical machine. This is because, based on rotational symmetry, an equal or even weight distribution is achieved over the entire angular range of the heat sink, which is especially advantageous for component units that rotate about their axis of rotation. It turned out that there was.
さらに、ヒートシンクが正方形の、特に平らな基底面を形成していると有利である。このような1つの択一的な実施形態は、正方形のヒートシンクの側面が、冷却されるべき電気コンポーネントのための追加的な冷却面として働くことができる、という利点を有している。 Further, it is advantageous for the heat sink to form a square, particularly flat basal plane. One such alternative embodiment has the advantage that the sides of the square heat sink can act as additional cooling surfaces for the electrical components to be cooled.
前記各利点は同様に、コンポーネント、特にパワーエレクトロニクスコンポーネントを冷却する方法にも当てはまる。この場合、当該方法は、特に上述した実施形態のうちの1つに基づく第1のヒートシンクを用意するステップ、ならびにヒートシンクを能動的に冷却するステップを有しており、この場合、ヒートシンクのヒートシンクセグメントの内部に設けられた冷却構造体を、冷却媒体が通流する。この方法は、コンパクトな構成形式を有するヒートシンクが達成可能であり、ヒートシンクはその分割性に基づき、比較的小さな容積内で多数の電気もしくは電子構成素子またはコンポーネントを効果的に冷却することができる、という利点を有している。 Each of the above advantages also applies to methods of cooling components, especially power electronics components. In this case, the method comprises preparing a first heat sink, particularly based on one of the embodiments described above, as well as actively cooling the heat sink, in which case the heat sink segment of the heat sink. The cooling medium passes through the cooling structure provided inside the heat sink. This method is achievable for heat sinks with a compact configuration form, which, due to its partitionability, can effectively cool a large number of electrical or electronic components or components within a relatively small volume. It has the advantage of.
本発明の実施例を図示すると共に、以下の説明においてより詳細に説明する。 Examples of the present invention will be illustrated and described in more detail in the following description.
以下の、本発明の有利な実施例の説明では、それぞれ異なる図面に示されかつ類似の作用を有する要素について、同一または類似の符号を使用し、この場合、これらの要素の説明の反復は省略する。 In the following description of the advantageous embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for elements shown in different drawings and having similar actions, in which case the repetition of the description of these elements is omitted. To do.
図1には、ヒートシンクセグメント10の概略平面図が示されている。ヒートシンクセグメント10は、ケーキセグメント状の基底面を有している。ヒートシンクセグメント10はさらに、第1のセグメント面11aと第2のセグメント面11bとを有している。第1のセグメント面11aおよび第2のセグメント面11bが位置する各平面は、複数のヒートシンクセグメント10から形成されるヒートシンクにおいて同心な中心点を形成する1つの共通の交線12に沿って交差している。ヒートシンクセグメント10はさらに、第1のセグメント面11aおよび第2のセグメント面11bに対して実質的に垂直に向けられた上面13を有している。さらにヒートシンクセグメント10は、同様に第1のセグメント面11aおよび第2のセグメント面11bに対して実質的に垂直に向けられた下面14(図面の制限のため図示せず)を有している。ヒートシンクセグメント10はさらに、第1のセグメント面11aと第2のセグメント面11bとを互いにつなぎ、交線12を中心として同心に延在する外面15を有している。任意には、ヒートシンクセグメント10は、同様に第1のセグメント面11aと第2のセグメント面11bとを互いにつなぎ、交線12を中心として同心に延在すると共に、交線12に対して外面15よりも近くで同心に延在する内面16を有していてもよい。ヒートシンクセグメント10は、例えばアルミニウムまたは銅等の金属または例えばAl2O3、SeeN4、SiCおよび/またはAlN等のセラミックから製造されていてもよい。さらにヒートシンクセグメント10は、導管系としてヒートシンクセグメント10の内部を管状に蛇行する冷却構造体20を有している。冷却構造体20を通して、ヒートシンクセグメント10を能動的に冷却するための冷却媒体を圧送もしくは案内することができる。
FIG. 1 shows a schematic plan view of the
第1のセグメント面11aおよび/または第2のセグメント面11bは、コンポーネント、特にパワーエレクトロニクスコンポーネントを取り付けかつそれらの排熱を、冷却構造体20を介して導出するために設けられている。ヒートシンクセグメント10は、本実施例では四分円形の基底面を備えたボデーとして図示されている。この場合、第1のセグメント面11aと第2のセグメント面11bとは、実質的に90°の角度を形成している。別の択一的な実施形態では、第1のセグメント面11aと第2のセグメント面11bとの間に、より小さな角度が形成されることも、より大きな角度が形成されることも可能である。
The
図2には、2つの隣り合うヒートシンクセグメント10,10bの概略平面図が示されている。第1のヒートシンクセグメント10の第1のセグメント面11aには、冷却されるべきコンポーネント群30が配置されている。コンポーネント群30には、運転時に強力に加熱されひいては大きな冷却力を必要とする複数の電力半導体31が含まれる。さらにコンポーネント群30には、電力半導体31のすぐ近くに配置された複数の論理コンポーネント32が含まれる。コンポーネント群30は、セラミック基板35に取り付けられており、この場合、セラミック基板35は両面を金属36により被覆されている。個々の電力半導体31と個々の論理コンポーネント32とは、電気的な導線33を介して互いに接続されている。第1のヒートシンクセグメント10に隣接する第2のヒートシンクセグメント10bも同様に、第1のセグメント面11aに対向して配置されたセグメント面11cを有している。セグメント面11c自体は複数の凹部38を有しており、凹部38は、第1のセグメント面11aが別のセグメント面11cに接合されると、電力半導体31を少なくとも部分的にまたは完全に収容することができる。図示の凹部38は、コンポーネント群30の表面輪郭を模倣したものであり、これにより第1のヒートシンクセグメント10と別のヒートシンクセグメント10bとができるだけ互いに近づいて配置もしくは接合され得る。これにより、電力半導体31の作動中に発生する排熱が、第1のヒートシンクセグメント10と別のヒートシンクセグメント10bの両方に対して効率的に放出されることになり、第1のヒートシンクセグメント10および別のヒートシンクセグメント10b自体は、冷却構造体20を介して排熱を導出する。
FIG. 2 shows a schematic plan view of two adjacent
図3には、1つの別の実施例において隣接して配置されるべき2つのヒートシンクセグメント10,10bの2つのセグメント面11a,11cが概略的に示されている。ヒートシンクセグメント10はその第1のセグメント面11aに、両面に金属被覆36を備えたセラミック基板35を有しており、この場合、セラミック基板35には複数の電力半導体31が配置されている。
FIG. 3 schematically shows two
コンポーネント群30、特に電力半導体31を効果的に冷却することにより、論理コンポーネント32を電力半導体31のより近くに位置決めすることができる。これにより、電気的な導線33の長さが短縮され、このこともやはり、寄生インダクタンスに対してポジティブな影響を及ぼす。
By effectively cooling the
第1のヒートシンクセグメント10に対向して配置された別のヒートシンクセグメント10bもやはりそのセグメント面11cに、両面に金属被覆36を備えたセラミック基板35を有している。セラミック基板35には複数の論理コンポーネント32が配置されており、この場合、個々の論理コンポーネント32の間には凹部39が設けられている。凹部39は、第1のヒートシンクセグメント10と別のヒートシンクセグメント10bとを互いに接合する際に、第1のセグメント面11aのセラミック基板35上に位置する電力半導体31を収容するために設けられている。この場合、電力半導体31および論理コンポーネント32は、任意にはそれぞれセラミック基板35上に位置決めされてもよい。1つの択一的または追加的な実施形態では、セラミック基板35はもっぱら論理コンポーネントのためだけに設けられている、ということが想定されていてもよい。これにより、例えば電流容量は小さいが分散能力は高いLTCC等の多層論理基板が使用可能である。これにより、第1のセグメント面11aと別のセグメント面11cとを接合した後に、論理コンポーネント32は、電力半導体31から熱的により良好に分離されていることになる。
Another
図4には、1つの実施例に基づくヒートシンク100の概略平面図が示されている。ヒートシンク100は4つのヒートシンクセグメント10,10b,10c,10dを有しており、これらは全てケーキセグメント状の基底形状を有している。ヒートシンクセグメント10,10b,10c,10dを、交線12上に位置する共通の中心点12aを中心として同心に配置することにより、対称のヒートシンク100が形成される。この場合、ヒートシンク100はケーキ状もしくは中空円筒状の基底形状を有している。それぞれが互いに隣り合う2つのセグメント面11a,11c,11b,11dの間には、ヒートシンク100により冷却されるコンポーネント群30が配置されている。ヒートシンク100は、その内部に円形の切欠き110を有している。
FIG. 4 shows a schematic plan view of the
ヒートシンクセグメント10,10b,10c,10dを接合してヒートシンク100を形成した後、セグメント面11a,11c,11b,11dの間にはギャップ40が残されており、ギャップ40には、コンパウンドを流し込むことができる。これにより、一方ではギャップ40が満たされかつ他方ではヒートシンクセグメント10,10b,10c,10dが互いに接合されることになる。
After the
図5には、1つの別の実施例に基づくヒートシンク100bの概略図が示されている。この場合、ヒートシンク100bはヒートシンク100と、円形の切欠き110内にスリーブ115が配置されているという点においてのみ、異なっている。スリーブ115は、金属を有していてもよくひいてはコンポーネント群30の接触接続に用いられてもよい。スリーブ115はさらに、個々のヒートシンクセグメント10,10b,10c,10dを互いにまたは中心点12aを中心として同心に、より精密に心合わせするために用いられる。択一的または追加的に、円形の切欠き110内には中間回路コンデンサが配置されていてもよく、中間回路コンデンサは、各コンポーネント群30に対して等距離ひいては等長の電気的な接続手段を有している。これにより、寄生インダクタンスが大幅に低減される。中間回路コンデンサは、スリーブ115を介して電気的に接触接続され得る。
FIG. 5 shows a schematic view of the
円形の切欠き110内に中間回路コンデンサだけが配置されている場合、中間回路コンデンサは追加的に、個々のヒートシンクセグメント10,10b,10c,10dのための心合わせ補助もしくはセンタリング補助として働く。
If only the intermediate circuit capacitors are located within the
図6には、3つの実施例に基づくヒートシンクセグメント10,10b,10c,10dの冷却が概略的に示されている(図面の簡単な説明参照)。3つの実施例のそれぞれにおいて、ヒートシンクセグメント10の側面もしくはヒートシンク100をギャップ40に沿って断面した半部が見られる。各セグメント面11上には、金属被覆36を備えたセラミック基板35が見られる。金属被覆された各セラミック基板35上には、各2つの電力半導体31が配置されている。さらに、内面16に隣接するスリーブ115ならびに中心点12a(破線で図示)が示されている。上側の実施例では、下面14における冷却水流入が矢印150aにより示唆されており、上面13における冷却水流出が別の矢印152aにより示唆されている。真ん中の実施例では、下面14からの冷却媒体流入が矢印150bにより示唆されており、やはり下面14における冷却媒体流出が別の矢印152bにより示唆されている。下側の実施例では、下面14の2カ所における冷却媒体流入が矢印150cにより示唆されており、下面14からの冷却媒体流出が2つの別の矢印152cにより示唆されている。冷却媒体は、ヒートシンクセグメント10内に冷却構造体20を的確に製造もしくは配置することにより、3つの実施形態とは関係無く、任意に導くもしくは案内することができる。
FIG. 6 schematically shows the cooling of the
1つの択一的な実施形態では、冷却媒体用の流入部および/または流出部は、例えばろう接または溶接により、下面14および/または上面13に取り付けられる、ということが想定されていてもよい。 In one alternative embodiment, it may be assumed that the inflow and / or outflow for the cooling medium is attached to the bottom 14 and / or top 13 by, for example, brazing or welding. ..
1つの択一的な実施形態では、冷却構造体20は、第1のセグメント面および/または第2のセグメント面に対して平行な、複数の直線的な孔から形成されているように構成されていてもよい。この場合、上面13および/または下面14は、例えば鋼薄板により閉鎖され得、冷却媒体の流入部および流出部に対する接続部が、上面13および/または下面14に設けられていてもよい。
In one alternative embodiment, the cooling
図7には、1つの別の実施例に基づくヒートシンク100cの概略図が示されている。ヒートシンク100cは、図5に示した実施例のヒートシンク100bと、外面15aが中心点12aに対して同心に延在しているのではなく、平らな面を形成している、という点において異なっている。これにより、ヒートシンク100cの中心点12aを中心としてヒートシンクセグメント10,10b,10c,10dを同心に配置した場合には、正方形の基底面を備えたヒートシンク100cが形成されることになる。平らな外面15aに基づき、別の、特に例えばプリント基板34等の冷却されるべきコンポーネントをヒートシンクセグメント10,10b,10c,10dに配置しひいてはヒートシンク100cを介して冷却することができる。
FIG. 7 shows a schematic diagram of the
図8には、1つの別の実施例に基づくヒートシンク100dの概略平面図ならびに概略側方断面図が示されている。ヒートシンク100dは、図5に示した実施例のヒートシンク100bに類似した構成を有している。ヒートシンク100dは、中心点12aを中心として同心に配置されたヒートシンクセグメント10,10b,10c,10dを有しており、ヒートシンクセグメント10,10b,10c,10dは、各セグメント面11の間に配置されたコンポーネント群30を有している。さらに少なくとも1つのヒートシンクセグメント10は、上面13に別のコンポーネント群30および/またはプリント基板34を有しており、別のコンポーネント群30および/またはプリント基板34は、そこで冷却されるように配置されている。さらにヒートシンクセグメント内には、冷却構造体20が複数の導管部分21の形態で示唆されている。導管部分21は、実質的にヒートシンクセグメント10,10b,10c,10dの下面14から上面13に向かって延在しており、この場合、導管部分21は下面14および上面13を貫通してはいない。導管部分21は、上面13および下面14付近に横方向接続部22を有しており、横方向接続部22は、冷却構造体20を通して冷却媒体を案内するためには、例えば下面14において1つの流入開口23および1つの流出開口24だけで足りるように、導管部分21を互いに接続している。
FIG. 8 shows a schematic plan view and a schematic side sectional view of the
本実施例の左側には、ヒートシンクセグメント10dにおいて文字Aにより示唆された、ヒートシンクセグメント10dの断面17が示されている。さらに、これに対応する断面図が本実施例の右側に示されている。この場合、ヒートシンクセグメント10dの、上面13および下面14に対して垂直な断面17が見えている。ヒートシンクセグメント10dの内部には冷却構造体20が、導管区分21および導管区分21の間の横方向接続部22の形態で示されている。冷却構造体20は、冷却媒体がヒートシンクセグメント10dに供給される(矢印150により示唆)流入開口23を有している。さらにヒートシンクセグメント10dはその下面14に、冷却媒体がヒートシンクセグメント10dから導出される(別の矢印152により示唆)流出開口24を有している。この場合、ほぼ任意の冷却構造体20もしくは導管部分21およびその間に位置する横方向接続部22の任意の延在部を達成するためには、特にジェネレーティブ製造技術が適している。
On the left side of this embodiment is a cross section 17 of the
図9には、コンポーネント、特にパワーエレクトロニクスコンポーネントを冷却する方法200のフローチャートが示されている。この場合、第1の方法ステップ201では、特に上述した実施例のうちの1つに基づくヒートシンク100を用意する。第2の方法ステップ202では、ヒートシンク100のヒートシンクセグメント10,10b,10c,10dの内部の冷却構造体20に冷却媒体を通流させることにより、ヒートシンク100を能動的に冷却する。
FIG. 9 shows a flowchart of a
冷却媒体の流れ方向23は、導管部分21において矢印により示唆されている。
The
Claims (13)
複数の前記ヒートシンクセグメント(10,10b,10c,10d)を同心に配置すると、前記ヒートシンクセグメント(10,10b,10c,10d)の全てのセグメント面(11,11a,11b,11c,11d)同士が互いに接し合うように、前記第1のセグメント面(11,11a,11b,11c,11d)と前記第2のセグメント面(11,11a,11b,11c,11d)とが互いに心合わせされていることを特徴とする、ヒートシンクセグメント(10,10b,10c,10d)。 First segment surface (11,11a, 11b, 11c, 11d) and second segment surface (11,11a, 11b, 11c, 11d) for cooling components (30,34), especially power electronics components. In the heat sink segment (10, 10b, 10c, 10d) provided with
When a plurality of the heat sink segments (10, 10b, 10c, 10d) are arranged concentrically, all the segment surfaces (11, 11a, 11b, 11c, 11d) of the heat sink segments (10, 10b, 10c, 10d) are concentrically arranged. The first segment surface (11, 11a, 11b, 11c, 11d) and the second segment surface (11, 11a, 11b, 11c, 11d) are aligned with each other so as to be in contact with each other. Heat sink segments (10, 10b, 10c, 10d).
前記第1のヒートシンクセグメント(10,10b,10c,10d)および前記第2のヒートシンクセグメント(10,10b,10c,10d)は、前記ヒートシンク(100,100b,100c,100d)を形成するように同心に配置されていることを特徴とする、ヒートシンク(100,100b,100c,100d)。 At least one first heat sink segment (10, 10b, 10c, 10d) according to any one of claims 1 to 7 and at least one for cooling the components (30, 34), particularly the power electronics component. In a heat sink (100, 100b, 100c, 100d) with two second heat sink segments (10, 10b, 10c, 10d).
The first heat sink segment (10, 10b, 10c, 10d) and the second heat sink segment (10, 10b, 10c, 10d) are concentric so as to form the heat sink (100, 100b, 100c, 100d). Heat sinks (100, 100b, 100c, 100d), characterized in that they are arranged in.
特に請求項8から12までのいずれか1項記載のヒートシンク(100,100b,100c,100d)を用意するステップ(201)と、
前記ヒートシンク(100,100b,100c,100d)を能動的に冷却するステップ(202)であって、前記ヒートシンク(100,100b,100c,100d)のヒートシンクセグメント(10,10b,10c,10d)の内部の冷却構造体(20,21,22)に冷却媒体を通流させる、ステップ(202)と、
を有する、方法。 A method of cooling components (30, 34), especially power electronics components.
In particular, the step (201) of preparing the heat sink (100, 100b, 100c, 100d) according to any one of claims 8 to 12 and the step (201).
In the step (202) of actively cooling the heat sink (100, 100b, 100c, 100d), the inside of the heat sink segment (10, 10b, 10c, 10d) of the heat sink (100, 100b, 100c, 100d). In step (202), the cooling medium is passed through the cooling structure (20,21,22) of the above.
The method of having.
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