冷卻元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種冷卻元件并且更確切地設(shè)及一種用于冷卻電氣部件的冷卻元件。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，已知具有用于接納電氣部件的第一表面的冷卻元件。冷卻元件的第二表面 設(shè)置有翅片，該翅片用于將經(jīng)由第一表面從電氣部件接收的熱載荷經(jīng)由翅片轉(zhuǎn)送至周圍環(huán) 境中。
[0003] 該種類型的冷卻元件通常沿水平定向安裝，但是沿其它定向安裝也是可能的。水 平定向指的是在第一表面面朝上而同時(shí)冷卻翅片向下凸出時(shí)的定向。在那種情況中，用于 氣流的通道可能定位在翅片之間，換言之，定位在附接至第一表面的電氣部件的下方。
[0004] 該種冷卻元件的缺點(diǎn)是不充分的冷卻性能。特別是當(dāng)與在使用期間產(chǎn)生大量熱載 荷的功率半導(dǎo)體模塊結(jié)合使用時(shí)，難W確保對電氣部件的充分冷卻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是解決上述缺點(diǎn)并且提供具有改進(jìn)的能力的冷卻元件。該個(gè)目的和 其它目的通過根據(jù)如下方面的冷卻元件實(shí)現(xiàn)。一種冷卻元件，包括：第一表面，所述第一表 面用于接納電氣部件；第二表面，所述第二表面設(shè)置有用于將經(jīng)由所述第一表面從所述電 氣部件接收的熱載荷轉(zhuǎn)送至周圍環(huán)境中的翅片，其中，所述翅片中的一個(gè)或更多個(gè)翅片設(shè) 置有用于使流體在每個(gè)相應(yīng)的翅片內(nèi)通過的流動通道，所述流動通道具有用于提供脈動熱 管的曲折形狀和毛細(xì)管尺寸。
[0006] 使用包括具有用于使流體通過的流動通道的翅片的冷卻元件使得能夠獲得具有 改進(jìn)的冷卻能力的冷卻元件。
【附圖說明】
[0007] W下將通過示例的方式并參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中 [000引圖la和圖化示出了脈動熱管的工作原理，
[0009] 圖2示出了冷卻元件的第一實(shí)施方式，
[0010] 圖3示出了翅片的第一實(shí)施方式，
[0011] 圖4和圖5示出了翅片的第二實(shí)施方式，化及
[0012] 圖6和圖7示出了冷卻元件的第二實(shí)施方式。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 圖la和圖化示出了脈動熱管（PHP)的工作原理。圖la示出了閉式回路PHP并 且圖化示出了開式回路PHP。
[0014] 脈動熱管包含具有毛細(xì)管尺寸的曲折的流動通道1，換言之，足夠小的橫截面W使 得毛細(xì)管力支配重力。適當(dāng)?shù)牧黧w能夠經(jīng)由注入閥4引入流動通道1中。因而，流體通過 由壓力不穩(wěn)定而產(chǎn)生的脈動而移動。由于通道內(nèi)側(cè)的蒸汽的雙向膨脹，在小通道回路中產(chǎn) 生振蕩。在操作期間，由于通過限制在小通道中的氣泡的快速膨脹而引起的流體力學(xué)不穩(wěn) 定性，液塞和長形蒸汽氣泡將在冷區(qū)域和熱區(qū)域之間振蕩，并且因此提供幾乎不依賴于重 力的流體速度。該使得脈動熱管對定向相當(dāng)?shù)夭幻舾?，從而具有將該脈動熱管操作為"倒 置"的可能性一-即，蒸發(fā)器2位于頂部且冷凝器3位于底部。
[0015] 在冷卻元件中使用脈動熱管的優(yōu)勢在于冷卻元件能夠在沒有對冷卻元件內(nèi)的流 體循環(huán)引起問題的情況下而沿任何定向使用。
[0016] 圖2示出了冷卻元件10的第一實(shí)施方式。冷卻元件10包括用于接納電氣部件 12-一比如，功率半導(dǎo)體模塊一-的第一表面11，該電氣部件12可W通過例如螺釘附接至 第一表面。一個(gè)可替代的方案是：冷卻元件10是對至電動馬達(dá)的電力供給進(jìn)行控制的馬 達(dá)驅(qū)動裝置一一比如，頻率控制器一一的一部分。例如，在那種情況中，電氣部件12可W是 IGBT (絕緣柵雙極晶體管）模塊。
[0017] 冷卻元件的第二表面13設(shè)置有翅片14,用于將從電氣部件12接收的熱載荷經(jīng)由 翅片轉(zhuǎn)送至周圍環(huán)境中。在所示出的示例中，翅片14實(shí)施為從冷卻元件10的第二表面13 向下凸出的長形板狀元件。在翅片之間可W布置有間隔件16并且間隔件16與第二表面13 接觸W在翅片之間獲得間隙。氣流15可W產(chǎn)生為在翅片14之間通過使得翅片將熱消散至 該氣流15中。
[0018] 為了獲得有效的冷卻元件10,翅片中的一個(gè)或更多個(gè)翅片設(shè)置有用于使流體在每 個(gè)相應(yīng)的翅片14內(nèi)通過的流動通道1。優(yōu)選地每個(gè)翅片都具有流動通道，然而，在一些裝置 中，僅在翅片的一部分翅片中具有流動通道可能是足夠的。優(yōu)選地，為了避免每個(gè)翅片的流 動通道1需要被單獨(dú)地填充，不同的翅片14的流動通道1可W彼此流體連通。該種流體連 通可W經(jīng)由基板17獲得，電氣部件12附接至該基板17并且翅片14熱連接至該基板17。 在該種解決方案中，布置在基板17的第一表面中的一個(gè)單獨(dú)填充閥4可W用于將流體引入 所有翅片14中。
[0019] 通過在翅片14中具有流體通道所獲得的優(yōu)勢在于實(shí)現(xiàn)了將熱載荷更有效地分配 至翅片的不同部分。由于流體通道1中的流體在翅片14的不同部分之間有效地傳遞熱，因 此，翅片的大部分區(qū)域能夠有效地被用于將熱消散至周圍環(huán)境中。
[0020] 圖3示出了翅片14的第一實(shí)施方式。在圖2的實(shí)施方式中使用的翅片可W實(shí)施 為圖3中所示。
[0021] 所示出的翅片14包括抵靠彼此布置的一疊板21至23。中間板22具有狹縫，該狹 縫用作將流體分配至翅片14的不同部分的流體通道1。例如，該狹縫可W通過沖壓或切削 來制造。兩個(gè)外部板21和23是在中間板22的兩側(cè)上為翅片14提供流體密封外壁的非穿 透實(shí)屯、板。
[0022] 翅片14在流動通道1的兩端中具有兩個(gè)開口 24和25。開口 24和開口 25布置在 翅片14的面向冷卻元件10的第二表面13的側(cè)邊緣中。該些開口促進(jìn)了翅片14的流體通 道1與冷卻元件的其它部分之間的流體連通。
[0023] 如果流動通道1內(nèi)的流體循環(huán)應(yīng)當(dāng)在不需要外部設(shè)備一一比如，累一一并且不依 賴?yán)鋮s元件的定向的情況下獲得，則流動通道1可W是毛細(xì)管尺寸的W便使得冷卻元件的 翅片用作脈動熱管。確定流體通道是否具有毛細(xì)管尺寸的一種方法是計(jì)算E6tv6s數(shù)，該 E6tv6s數(shù)應(yīng)當(dāng)?shù)陀诖蠹s4。EikvSs數(shù)E〇能夠計(jì)算如下：
[0024]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種冷卻元件（10、40)，包括； 第一表面（11)，所述第一表面（11)用于接納電氣部件（12); 第二表面（13)，所述第二表面（13)設(shè)置有用于將經(jīng)由所述第一表面（11)從所述電氣 部件（12)接收的熱載荷轉(zhuǎn)送至周圍環(huán)境中的翅片（14、14'），其特征在于， 所述翅片（14、14')中的一個(gè)或更多個(gè)翅片設(shè)置有用于使流體在每個(gè)相應(yīng)的翅片內(nèi)通 過的流動通道（1)，所述流動通道（1)具有用于提供脈動熱管的曲折形狀和毛細(xì)管尺寸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻元件，其中，不同的所述翅片（14、14')的所述流動通道 (I) 彼此流體連通。
3. 權(quán)利要求1所述的冷卻元件，其中，不同的所述翅片（14、14')的所述流動通道（1) 彼此流體連通并且所述冷卻元件包括用于將流體引入不同的所述翅片（14、14')的所述流 體通道（1)的共同入口（4)。
4. 權(quán)利要求1所述的冷卻元件，其中，所述翅片（14)中的一個(gè)翅片包括一疊板，其中， 所述流體通道（1)由中間板（22)中的狹槽構(gòu)成并且位于所述中間板的兩側(cè)上的兩個(gè)外部 板（21、23)提供所述流體通道（1)的流體密封側(cè)壁。
5. 權(quán)利要求1所述的冷卻元件，其中，所述翅片（14')中的一個(gè)翅片包括一疊板，其 中，所述流體通道（1)由多個(gè)單獨(dú)的狹槽（35、36)構(gòu)成，所述多個(gè)單獨(dú)的狹槽（35、36)設(shè)置 在第一中間板（32)和第二中間板（33)中W使得所述第一中間板（32)和所述第二中間板 (33)中的所述狹槽（35、36)彼此部分地重疊W提供穿過所述翅片（14'）的連續(xù)的流體通 道（1)，并且位于所述第一中間板和所述第二中間板的兩側(cè)上的兩個(gè)外部板（21、23)提供 所述流體通道（1)的流體密封側(cè)壁。
6. 權(quán)利要求1所述的冷卻元件，其中，所述冷卻元件（40)包括： 第一板（47)，所述第一板（47)具有用于接納所述電氣部件（12)的所述第一表面 (II) ，W及 第二板（41)，所述第二板（41)具有設(shè)置有翅片（14、14'）的所述第二表面（13)， 所述第二板（41)疊置于所述第一板（47)使得所述第一表面（11)和所述第二表面 (13)面向相反的方向， 設(shè)置有流動通道的所述一個(gè)或更多個(gè)翅片（14、14'）在相應(yīng)的流動通道（1)的兩端中 包括兩個(gè)相應(yīng)的開口（24、25)，所述開口（24、25)面向所述第二板（41)，并且 所述第二板（41)在所述開口（24、25)的位置處設(shè)置有通孔（42) W使得兩個(gè)相鄰的翅 片（14)的一個(gè)開口（24)經(jīng)由設(shè)置在所述第二板（41)中的一個(gè)通孔（42)彼此流體連通。
7. 權(quán)利要求1所述的冷卻元件，其中，所述冷卻元件（40)包括： 第一板（47)，所述第一板（47)具有用于接納所述電氣部件（12)的所述第一表面 (11)，W及 第二板（41)，所述第二板（41)具有設(shè)置有翅片（14、14'）的所述第二表面（13)， 所述第二板（41)疊置于所述第一板（47)使得所述第一表面（11)和所述第二表面 (13)面向相反的方向， 設(shè)置有流動通道的所述一個(gè)或更多個(gè)翅片（14、14'）在相應(yīng)的流動通道（1)的兩端中 包括兩個(gè)相應(yīng)的開口（24、25)，所述開口（24、25)面向所述第二板（41)， 所述第二板（41)在所述開口（24、25)的位置處設(shè)置有通孔（42) W使得兩個(gè)相鄰的翅 片（14)的一個(gè)開口（24)經(jīng)由設(shè)置在所述第二板（41)中的一個(gè)通孔（42)彼此流體連通， 并且 所述第二板（41)設(shè)置有長形狹槽（43)，所述長形狹槽（43)在定位得距彼此最遠(yuǎn)的兩 個(gè)翅片（14、14'）的一個(gè)相應(yīng)的開口（24)之間提供流體連通。
8.權(quán)利要求1所述的冷卻元件，其中，所述冷卻元件（40)包括在所述第二表面（41)上 所設(shè)置的所述翅片（14)之間延伸的輔助翅片（44)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種冷卻元件(40)，該冷卻元件(40)包括第一表面(11)和第二表面(13)，第一表面(11)用于接納電氣部件(12)，第二表面(13)設(shè)置有用于將經(jīng)由第一表面(11)從電氣部件(12)接收的熱載荷轉(zhuǎn)送至周圍環(huán)境中的翅片(14)。為了獲得提供有效冷卻的冷卻元件，翅片(14)中的一個(gè)或更多個(gè)翅片設(shè)置有用于使流體在每個(gè)相應(yīng)的翅片內(nèi)通過的流動通道(1)。
【IPC分類】H05K7-20
【公開號】CN104661494
【申請?zhí)枴緾N201410659642
【發(fā)明人】托馬斯·格拉丁格爾, 布魯諾·阿戈斯蒂尼
【申請人】Abb公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年11月18日
【公告號】EP2876400A1, US20150136358