TWI811045B - 具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板、以及具有其的封閉式車用水冷散熱器 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板，其包括有一散熱板體、以及三個鰭片組。散熱板體具有相對的第一散熱面及第二散熱面，第一散熱面用以與三個牽引逆變器功率元件組接觸，第二散熱面用以與冷卻流體接觸。散熱板體在第二散熱面上沿著冷卻流體之流動方向劃分有三個相間隔且大小相同的散熱區域，各個散熱區域對應於各個牽引逆變器功率元件組的投影區，且位在第一散熱區域中的第一鰭片組與冷卻流體形成接觸的表面積是小於等於位在第二散熱區域中的第二鰭片組與冷卻流體形成接觸的表面積，位在第二散熱區域中的第二鰭片組與冷卻流體形成接觸的表面積是小於等於位在第三散熱區域中的第三鰭片組與冷卻流體形成接觸的表面積，並且位在第一散熱區域中的第一鰭片組與冷卻流體形成接觸的表面積是小於位在第三散熱區域中的第三鰭片組與冷卻流體形成接觸的表面積。

Description

具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板、以及具有其的封閉式車用水冷散熱器
本發明涉及一種車用水冷散熱板及車用水冷散熱器，具體來說是涉及一種具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板、以及具有其的封閉式車用水冷散熱器。
散熱器在各種產品上應用非常普遍。一般而言，較高階的產品通常會採用水冷/液冷散熱器，其與風冷散熱器相比具有安靜、降溫穩定等優點，但對於運作速度越來越快的車用功率晶片而言，目前的水冷散熱器在散熱效果上仍無法滿足這些車用功率晶片的散熱需求。因此，如何透過水冷散熱技術更加有效地進行散熱一直是業界所需要解決的問題。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板、以及具有其的封閉式車用水冷散熱器。
本發明一實施例提供一種具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板，包括：散熱板體、以及第一、第二及第三鰭片組，所述散熱板體具有相對的第一散熱面及第二散熱面，所述第一散熱面用以與第一、第二及第三牽引逆變器功率元件組接觸，且所述第一、第二及第三牽引逆變器功率元件組共同組成一逆變器功率模組並用以產生驅動車用馬達的三相交流電，所述第二散熱面用以與冷卻流體形成接觸，所述散熱板體在所述第二散熱面上沿著所述冷卻流體之流動方向劃分有三個相間隔且大小相同的第一、第二及第三散熱區域，所述第一、第二及第三鰭片組分別是位在所述第一、第二及第三散熱區域中，且所述第一、第二及第三牽引逆變器功率元件組在所述第二散熱面上分別形成的第一、第二及第三投影區即定義出所述第一、第二及第三散熱區域，且位在所述第一散熱區域中的所述第一鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積是小於等於(≦)位在所述第二散熱區域中的所述第二鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積；位在所述第二散熱區域中的所述第二鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積是小於等於(≦)位在所述第三散熱區域中的所述第三鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積；並且，位在所述第一散熱區域中的所述第一鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積是小於位在所述第三散熱區域中的所述第三鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積。
本發明一實施例提供一種封閉式車用水冷散熱器，包括：散熱板體、以及第一、第二及第三鰭片組，所述散熱板體具有相對的第一散熱面及第二散熱面，所述第一散熱面用以與第一、第二及第三牽引逆變器功率元件組接觸，且所述第一、第二及第三牽引逆變器功率元件組共同組成一逆變器功率模組並用以產生驅動車用馬達的三相交流電，所述第二散熱面用以與冷卻流體形成接觸，所述散熱板體在所述第二散熱面上沿著所述冷卻流體之流動方向劃分為三個相間隔且大小相同的第一、第二及第三散熱區域，所述第一、第二及第三鰭片組分別是位在所述第一、第二及第三散熱區域中，且所述第一、第二及第三牽引逆變器功率元件組在所述第二散熱面上分別形成的第一、第二及第三投影區即定義出所述第一、第二及第三散熱區域，且位在所述第一散熱區域中的所述第一鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積是小於等於(≦)位在所述第二散熱區域中的所述第二鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積；位在所述第二散熱區域中的所述第二鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積是小於等於(≦)位在所述第三散熱區域中的所述第三鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積；並且，位在所述第一散熱區域中的所述第一鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積是小於位在所述第三散熱區域中的所述第三鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積。所述封閉式車用水冷散熱器還包括一散熱座體，所述散熱座體凹設有一凹槽，所述散熱座體與所述散熱板體相結合，使所述散熱座體的所述凹槽與所述散熱板體的所述第二散熱面之間形成有一腔室，且使所述第一、第二及第三鰭片組位於所述腔室中。
在一優選實施例中，每個鰭片組的每個鰭片為板片狀鰭片且呈平行排列。
在一優選實施例中，每個鰭片組的每個鰭片為針柱狀鰭片且呈高密度排列。
在一優選實施例中，每個鰭片組的每個鰭片的橫截面是橢圓形、圓形、菱形、翼形、水滴形的其一。
在一優選實施例中，每個鰭片組的每個鰭片的高度相同且是介於2~10mm之間。
在一優選實施例中，至少有一個鰭片組中的鰭片的橫截面是非圓形且其外圓角半徑是介於0.1~1mm。
在一優選實施例中，每個鰭片組的每個鰭片的拔模角度是小於5度。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
[第一實施例]
請參閱圖1至圖2所示，其為本發明的其中一種實施例，本發明實施例提供了一種具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板，用於設置在封閉式或是半開放式的車用水冷散熱器。如圖1、2所示，根據本發明實施例所提供的具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板(以下簡稱車用水冷散熱板M1)，其基本上包括有散熱板體10、以及三個鰭片組20(第一、第二及第三鰭片組20a,20b,20c)。
在本實施例中，散熱板體10可採用高導熱性材所製成，例如銅、銅合金、鋁及鋁合金。散熱板體10具有相對的第一散熱面11及第二散熱面12。第一散熱面11用以與第一、第二及第三牽引逆變器功率元件組(Traction inverter power components sets)30a,30b,30c接觸，且第一、第二及第三牽引逆變器功率元件組30a,30b,30c共同組成一逆變器功率模組(inverter power module)並用以產生驅動車用馬達的三相交流電。第二散熱面12用以與冷卻流體(如:水或乙二醇)接觸。
在本實施例中，散熱板體10一端可以是位於冷卻流體的上游側，另一端可以是位於冷卻流體的下游側，並且散熱板體10在第二散熱面12上沿著冷卻流體之流動方向D劃分有三個相間隔且大小相同的散熱區域(第一、第二及第三散熱區域13a,13b,13c)。進一步說，第一散熱區域13a是靠近冷卻流體的上游側，第三散熱區域13c是靠近冷卻流體的下游側，第二散熱區域13b則位在第一散熱區域13a與第三散熱區域13c之間。
在本實施例中，第一、第二及第三鰭片組20a,20b,20c分別是位在第二散熱面12上的第一、第二及第三散熱區域13a,13b,13c中。第一、第二及第三鰭片組20a,20b,20c最佳是以金屬射出成型(Metal Injection Molding；MIM)方式與散熱板體10的第二散熱面12一體地連接，但也可以是以鍛造方式成型在散熱板體10的第二散熱面12，或是以焊接或組接方式連接於散熱板體10的第二散熱面12。並且，第一、第二及第三牽引逆變器功率元件組30a,30b,30c在第二散熱面12上分別形成的第一、第二及第三投影區301,302,303即定義出第一、第二及第三散熱區域13a,13b,13c。再者，位在第一散熱區域13a中的第一鰭片組20a與冷卻流體形成接觸的表面積是小於等於(≦)位在第二散熱區域13b中的第二鰭片組20b與冷卻流體形成接觸的表面積，且位在第二散熱區域13b中的第二鰭片組20b與冷卻流體形成接觸的表面積是小於等於(≦)位在第三散熱區域13c中的第三鰭片組20c與冷卻流體形成接觸的表面積，並且位在第一散熱區域13a中的第一鰭片組20a與冷卻流體形成接觸的表面積是小於位在第三散熱區域13c中的第三鰭片組20c與冷卻流體形成接觸的表面積。藉此，靠近上游側之區域的流體流速可以減緩以減少摩擦力，使整體的流體壓降不會下降太大，可避免水泵的運作能耗需更加的提高，且可確保三個間隔的牽引逆變器功率元件組在散熱冷卻過程中的均溫性。
在本實施例中，每個鰭片組20的每個鰭片21為板片狀鰭片(plate-shaped fin)且呈平行排列，每個鰭片組20的鰭片尺寸大小相同，但第一鰭片組20a的鰭片數量小於第二鰭片組20b的鰭片數量，使得第一鰭片組20a與冷卻流體形成接觸的表面積是小於第二鰭片組20b與冷卻流體形成接觸的表面積。並且，第二鰭片組20b的鰭片數量小於第三鰭片組20c的鰭片數量，使得第二鰭片組20b與冷卻流體形成接觸的表面積是小於第三鰭片組20c與冷卻流體形成接觸的表面積。再者，每個鰭片組20的鰭片之長度方向是與冷卻流體之流動方向D呈平行。
[第二實施例]
請參閱圖3所示，其為本發明的第二實施例，本實施例與第一實施例大致相同，其差異說明如下。
本實施例提供了一種具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板(以下簡稱車用水冷散熱板M2)。在本實施例中，位在第一散熱區域13a中的第一鰭片組20a的鰭片之長度方向是與冷卻流體之流動方向D呈平行或呈小於5度的夾角。位在第二散熱區域13b中的第二鰭片組20b的鰭片之長度方向是與冷卻流體之流動方向D呈15~20度的夾角，而位在第三散熱區域13c中的第三鰭片組20c的鰭片之長度方向是與冷卻流體之流動方向D呈20~25度的夾角，並且第二鰭片組20b與第三鰭片組20c的傾斜方向不同，藉此可引導冷卻流體並增加冷卻流體與鰭片的接觸時間。
[第三實施例]
請參閱圖4所示，其為本發明的第三實施例，本實施例與第一實施例大致相同，其差異說明如下。
本實施例提供了一種具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板(以下簡稱車用水冷散熱板M3)。在本實施例中，每個鰭片組20的鰭片尺寸大小相同，但第一鰭片組20a的鰭片數量是小於第二鰭片組20b的鰭片數量，使得第一鰭片組20a與冷卻流體形成接觸的表面積是小於第二鰭片組20b與冷卻流體形成接觸的表面積。另外，第二鰭片組20b的鰭片數量是等於第三鰭片組20c的鰭片數量，使得第二鰭片組20b與冷卻流體形成接觸的表面積是等於第三鰭片組20c與冷卻流體形成接觸的表面積。
[第四實施例]
請參閱圖5所示，其為本發明的第四實施例，本實施例與第一實施例大致相同，其差異說明如下。
本實施例提供了一種具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板(以下簡稱車用水冷散熱板M4)。在本實施例中，三個鰭片組20分別是位在三個散熱區域中，且三個間隔的牽引逆變器功率元件組在第二散熱面12上形成的三個投影區即定義出三個散熱區域(第一、第二及第三散熱區域13a,13b,13c)。進一步說，三個鰭片組20中的第一鰭片組20a、第二鰭片組20b、以及第三鰭片組20c分別是位在第一散熱區域13a、第二散熱區域13b、以及第三散熱區域13c中。並且，位在第一散熱區域13a中的第一鰭片組20a與冷卻流體形成接觸的表面積是小於等於(≦)位在第二散熱區域13b中的第二鰭片組20b與冷卻流體形成接觸的表面積，且位在第二散熱區域13b中的第二鰭片組20b與冷卻流體形成接觸的表面積是小於等於(≦)位在第三散熱區域13c中的第三鰭片組20c與冷卻流體形成接觸的表面積，並且位在第一散熱區域13a中的第一鰭片組20a與冷卻流體形成接觸的表面積是小於位在第三散熱區域13c中的第三鰭片組20c與冷卻流體形成接觸的表面積。
在本實施例中，每個鰭片組20的每個鰭片21為針柱狀鰭片(pin-fin)且呈高密度排列，但每個鰭片組20的鰭片排列密度不同。第一鰭片組20a的鰭片排列密度小於第二鰭片組20b的鰭片排列密度，使得第一鰭片組20a與冷卻流體形成接觸的表面積是小於第二鰭片組20b與冷卻流體形成接觸的表面積。並且，第二鰭片組20a的鰭片排列密度小於第三鰭片組20c的鰭片排列密度，也就是第三鰭片組20c的鰭片排列密度最高，使得第二鰭片組20b與冷卻流體形成接觸的表面積是小於第三鰭片組20c與冷卻流體形成接觸的表面積。細部來說，第一鰭片組20a與冷卻流體形成接觸的表面積是在10000~11500mm 2之間，第二鰭片組20b與冷卻流體形成接觸的表面積是在11500~13000mm 2之間，第三鰭片組20c與冷卻流體形成接觸的表面積是在13000~14500mm 2之間。
進一步說，各個散熱區域中的針柱狀鰭片的橫截面可以是圓形、方形、菱形、水滴形、橢圓形或其他形狀。在本實施例中，位在第一散熱區域13a中的每個鰭片21的橫截面較佳是橢圓形，位在第二散熱區域13b中的每個鰭片21的橫截面是圓形，位在第三散熱區域13c中的每個鰭片21的橫截面亦是圓形。每個鰭片組20的每個鰭片21的高度相同且較佳是介於2~10mm之間。在一實施例中，如圖6所示意的，鰭片21的橫截面可以是非圓形且其外圓角半徑R可以是介於0.1~1mm。另外，如圖7所示意的，鰭片21的拔模角度 θ需小於5度。在其他實施例中，如圖8、9所示意的，鰭片21的橫截面可以是水滴形或翼形。
[第五實施例]
請參閱圖10所示，其為本發明的第五實施例，本實施例與第一實施例大致相同，其差異說明如下。
在本實施例中，提供了一種封閉式車用水冷散熱器M5。進一步說，本實施例的封閉式車用水冷散熱器M5除了包含有如前述任一實施例中所述之具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板，還包含有一散熱座體40。本實施例的散熱座體40凹設有一凹槽41，且散熱座體40與散熱板體10相結合，使散熱座體40的凹槽41與散熱板體10的第二散熱面12之間形成有一腔室CH，且使第一鰭片組20a、第二鰭片組20b、以及第三鰭片組20c位於腔室CH中。再者，散熱座體40還形成有一入水通孔401及一出水通孔402分別連通於腔室CH，使冷卻流體可由入水通孔401流入腔室CH，並由出水通孔402流出腔室CH，以藉由封閉的流體循環回路來更加的提高散熱性能。
綜合以上所述，本發明提供的具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板，其至少可以通過「散熱板體」、「第一、第二及第三鰭片組」、「散熱板體具有相對的第一散熱面及第二散熱面，第一散熱面用以與第一、第二及第三牽引逆變器功率元件組接觸，且第一、第二及第三牽引逆變器功率元件組共同組成一逆變器功率模組並用以產生驅動車用馬達的三相交流電，第二散熱面用以與冷卻流體接觸」、「散熱板體在第二散熱面上沿著冷卻流體之流動方向劃分有三個相間隔且大小相同的第一、第二及第三散熱區域」、「第一、第二及第三鰭片組分別是位在第一、第二及第三散熱區域中，且第一、第二及第三牽引逆變器功率元件組在第二散熱面上分別形成的第一、第二及第三投影區即定義出第一、第二及第三散熱區域」、「位在第一散熱區域中的第一鰭片組與冷卻流體形成接觸的表面積是小於等於(≦)位在第二散熱區域中的第二鰭片組與冷卻流體形成接觸的表面積」、「位在第二散熱區域中的第二鰭片組與冷卻流體形成接觸的表面積是小於等於(≦)位在第三散熱區域中的第三鰭片組與冷卻流體形成接觸的表面積」、「並且，位在第一散熱區域中的第一鰭片組與冷卻流體形成接觸的表面積是小於位在第三散熱區域中的第三鰭片組與冷卻流體形成接觸的表面積」的整體技術方案，使整體的流體壓降不會下降太大，可避免水泵的運作能耗需更加的提高，且可確保三個間隔的牽引逆變器功率元件組在散熱冷卻過程中的均溫性。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
M1,M2,M3,M4:車用水冷散熱板 M5:封閉式車用水冷散熱器 10:散熱板體 11:第一散熱面 12:第二散熱面 13a:第一散熱區域 13b:第二散熱區域 13c:第三散熱區域 20:鰭片組 20a:第一鰭片組 20b:第二鰭片組 20c:第三鰭片組 21:鰭片 30a:第一牽引逆變器功率元件組 301:第一投影區 30b:第二牽引逆變器功率元件組 302:第二投影區 30c:第三牽引逆變器功率元件組 303:第三投影區 40:散熱座體 401:入水通孔 402:出水通孔 41:凹槽 CH:腔室 R:外圓角半徑 θ:拔模角度 D:流動方向
圖1為本發明第一實施例的俯視示意圖。
圖2為本發明第一實施例的仰式示意圖。
圖3為本發明第二實施例的仰式示意圖。
圖4為本發明第三實施例的仰式示意圖。
圖5為本發明第四實施例的仰式示意圖。
圖6為本發明的一鰭片的橫截面的示意圖(一)。
圖7為本發明的一鰭片的側視示意圖。
圖8為本發明的一鰭片的橫截面的示意圖(二)。
圖9為本發明的一鰭片的橫截面的示意圖(三)。
圖10為本發明第五實施例的側視示意圖。
M4:車用水冷散熱板
10:散熱板體
12:第二散熱面
13a:第一散熱區域
13b:第二散熱區域
13c:第三散熱區域
20:鰭片組
20a:第一鰭片組
20b:第二鰭片組
20c:第三鰭片組
21:鰭片
D:流動方向

Claims (5)

  1. 一種具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板，包括：散熱板體、以及第一、第二及第三鰭片組，所述散熱板體具有相對的第一散熱面及第二散熱面，所述第一散熱面用以與第一、第二及第三牽引逆變器功率元件組接觸，且所述第一、第二及第三牽引逆變器功率元件組共同組成一逆變器功率模組並用以產生驅動車用馬達的三相交流電，所述第二散熱面用以與冷卻流體形成接觸，所述散熱板體在所述第二散熱面上沿著所述冷卻流體之流動方向劃分有三個相間隔且大小相同的第一、第二及第三散熱區域，所述第一、第二及第三鰭片組分別是位在所述第一、第二及第三散熱區域中，且所述第一、第二及第三牽引逆變器功率元件組在所述第二散熱面上分別形成的第一、第二及第三投影區即定義出所述第一、第二及第三散熱區域，且位在所述第一散熱區域中的所述第一鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積是小於等於(≦)位在所述第二散熱區域中的所述第二鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積；位在所述第二散熱區域中的所述第二鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積是小於等於(≦)位在所述第三散熱區域中的所述第三鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積；並且，位在所述第一散熱區域中的所述第一鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積是小於位在所述第三散熱區域中的所述第三鰭片組與所述冷卻流體形成接觸的表面積；其中，所述第一、第二及第三鰭片組中的每個鰭片為針柱狀鰭片且呈高密度排列，且至少有一個所述第一、第二及第三鰭片組中的鰭片的橫截面是非圓形且其外圓角半徑是介於0.1~1mm。
  2. 如請求項1所述的具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板，其中，所述第一、第二及第三鰭片組中的每個鰭片的橫截面是橢圓形、圓形、菱形、翼形、水滴形的其一。
  3. 如請求項1所述的具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板，其中，所述第一、第二及第三鰭片組中的每個鰭片的高度相同且是介於2~10mm之間。
  4. 如請求項1所述的具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板，其中，所述第一、第二及第三鰭片組中的每個鰭片的拔模角度是小於5度。
  5. 一種封閉式車用水冷散熱器，包括如請求項1所述的具有不等表面積鰭片組的車用水冷散熱板、以及一散熱座體，所述散熱座體凹設有一凹槽，所述散熱座體與所述散熱板體相結合，使所述散熱座體的所述凹槽與所述散熱板體的所述第二散熱面之間形成有一腔室，且使所述第一、第二及第三鰭片組位於所述腔室中。
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