專利名稱：散熱器及其散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及散熱器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于為功率模塊散熱的散熱器及其散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
電動汽車用電機控制器是電動汽車動力源一電機的機電轉(zhuǎn)換控制裝置，其性能的優(yōu)劣直接決定了電機系統(tǒng)的性能。在電機系統(tǒng)進行機電轉(zhuǎn)換過程中，電機控制器內(nèi)的功 率模塊工作在高頻開通和關(guān)斷狀態(tài)，存在的開關(guān)損耗和通態(tài)損耗以熱能形式釋放；由功率模塊的特性可知，若釋放的熱量不能及時被散熱器系統(tǒng)帶走，將使功率模塊溫度升高致使其性能降低，因此，要保證電機控制器的性能和可靠性，就必須對功率模塊進行良好的散熱。目前，綜合考慮冷卻效果、使用環(huán)境和成本，電機控制器中的功率模塊的散熱系統(tǒng)通常采用水循環(huán)冷卻系統(tǒng)。在現(xiàn)有的水循環(huán)冷卻系統(tǒng)中，其水道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要有以下三類如圖I所示，為現(xiàn)有技術(shù)中的第一類水道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括橫截面相同且沿直線延伸的水道1，該水道的兩端分別對應(yīng)設(shè)置有冷卻水入口 5及冷卻水出口 6。其中，水道I的有效寬度與發(fā)熱部件2、3、4的寬度相當(dāng)，即水道I可以覆蓋到發(fā)熱部件2、3、4的邊緣。該類水道橫截面積大、結(jié)構(gòu)單一，致使水流在水道內(nèi)以層流形式流動，緊貼水道表面的冷卻水與水道表面之間的摩擦阻力，大于水道中央水流與水流之間的摩擦阻力，形成水道中心區(qū)域流速快，表層區(qū)域流速慢的特點，整個水流的速度呈圖4所示的拋物線型分布。此種情況，水道表層附近，即黏性流底層7的流速較低，而此區(qū)域內(nèi)的水溫較高，水流中心的水溫較低，但流速較快，這種水流溫度的不均勻性使得整個散熱系統(tǒng)的效率較低。如圖2所示，為現(xiàn)有技術(shù)中的第二類水道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，此類結(jié)構(gòu)的水道系統(tǒng)是在第一類水道系統(tǒng)的水道中設(shè)置了一組平行的隔板8，這一組平行的隔板8將圖I所示的水道分隔成多個并排的小水道，此種結(jié)構(gòu)在減小水力半徑的同時，水流沿程與散熱器冷卻水道表面的接觸面積也大大的增加,水流速度的不均勻性如圖5所示得到了大大的改善。但是，由于增加了水流沿程與水道表面摩擦，水阻較大，其水流平均速度較低，水流動能損失較大。對于非發(fā)熱體區(qū)域的水流動能損失就使整個散熱系統(tǒng)的效率降低。如圖3所示，為現(xiàn)有技術(shù)中的第三類水道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其是將第一類水道分隔成兩個小水道后，在一端將兩個小水道進行串聯(lián)形成為一個水道。新形成的水道的冷卻水入口 13和冷卻水出口 14位于同一側(cè)。這類水道結(jié)構(gòu)比第一類水道的效率高，比第二類水道的水阻小。但對于此結(jié)構(gòu)的水道，同一塊功率模塊10、11、12由較冷的流入水和較熱的流出水同時通過，致使同一功率模塊10、11、12上下溫度不均而產(chǎn)生熱應(yīng)力，此熱應(yīng)力會對功率模塊10、11、12造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。由此可見，對水道結(jié)構(gòu)的優(yōu)化來提高散熱器的散熱性能，進而降低功率模塊部位的溫度，確保電機控制器的性能和可靠性是本領(lǐng)域技術(shù)人員所要解決的技術(shù)問題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時還提供一種散熱器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，達到提高散熱能力，保證電機控制器的性能和可靠性的目的。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括至少兩個串聯(lián)設(shè)置的與待散熱部件相匹配的熱交換腔，所述熱交換腔具有前后位置對應(yīng)的冷卻水入口和冷卻水出口，所述熱交換腔通過連接于所述冷卻水入口和所述冷卻水出口之間的冷卻水通道相互串聯(lián)，所述冷卻水通道的寬度小于熱交換腔的覆蓋寬度，所述熱交換腔內(nèi)設(shè)置有一組從冷卻水入口向冷卻水出口延伸的隔板，所述隔板將熱交換腔內(nèi)的空腔分隔為一組小水道。優(yōu)選地，所述冷卻水入口和所述冷卻水出口均位于熱交換腔寬度方向的中部。優(yōu)選地，所述隔板的長度從中間一塊向兩側(cè)依次變短，所述小水道的寬度從中間一條向兩側(cè)依次變寬。 優(yōu)選地，所述隔板平行設(shè)置。優(yōu)選地，所述隔板為直板或S形板。 本發(fā)明還提供一種散熱器,包括散熱器殼體，所述散熱器殼體內(nèi)設(shè)置有上述任一散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，整個水道系統(tǒng)的截面是不相等的，在需要散熱部位的截面積大于非散熱部位的截面積，同時，在截面積較大的熱交換腔內(nèi)設(shè)置了一組隔板，使得熱交換腔內(nèi)的水流由層流現(xiàn)象嚴(yán)重的一股水流變?yōu)閷恿鳜F(xiàn)象不嚴(yán)重的一組小水流，使冷卻水的有效散熱比例大大提高，使得冷卻水可以最大限度的吸收待散熱部件因損耗而釋放的熱量。另外，在熱交換腔內(nèi)設(shè)置隔板后，熱交換腔內(nèi)的水流形式由在冷卻水通道內(nèi)的層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?，湍流提高了熱交換腔內(nèi)小水道表層區(qū)域的水流速度，因為表層區(qū)域水流的速度是對散熱效率其決定性作用的，隨著表層區(qū)域水流速度的提高，其冷卻效率也相應(yīng)的得以提升。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中圖I為現(xiàn)有技術(shù)中第一類水道的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中第二類水道的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中第三類水道的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4水流層流速度分布圖；圖5水流湍流速度分布圖；圖6為本發(fā)明散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明散熱器實施例的剖視圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
如圖6所示，本發(fā)明散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實施例，在該實施例中共設(shè)置了三個相互串聯(lián)的與待散熱部件18、19、20相匹配的熱交換腔15、16、17，熱交換腔的個數(shù)不僅僅只限于三個，可以根據(jù)實際的應(yīng)用需要來設(shè)定相應(yīng)個數(shù)的熱交換腔。其中，各熱交換腔均具有前后位置對應(yīng)的冷卻水入口和冷卻水出口，熱交換腔是通過連接在冷卻水入口和所述冷卻水出口之間的冷卻水通道30實現(xiàn)串聯(lián)的，并且冷卻水通道的寬度小于熱交換腔的覆蓋寬度(冷卻水通道的寬度是指圖6中冷卻水通道上邊緣到下邊緣的距離；熱交換腔的覆蓋寬度是指圖6中熱交換腔上邊緣到下邊緣的距離)并且，熱交換腔的覆蓋寬度略大于待散熱部件的寬度，這樣才能完全覆蓋到待散熱部件，有利于均勻散熱。在熱交換腔內(nèi)設(shè)置了一組相互平行的，從冷卻水入口向冷卻水出口延伸的直的隔板21，當(dāng)然也可以是S形的隔板(這里所說的隔板呈S形是指，在圖6所示的視角內(nèi)，隔板從冷卻水入口向冷卻水出口沿正弦曲線或余弦曲線延伸)，而且隔板不僅僅限于上述兩種結(jié)構(gòu)，設(shè)置隔板主要是為了使熱交換腔區(qū)域內(nèi)水流的流速均勻，從而提高冷卻水的有效散熱比例，因此，其他結(jié)構(gòu)形式隔板只要是 用來提高冷卻水的有效散熱比例，均落入本發(fā)明的保護范圍。這一組隔板21將熱交換腔內(nèi)的空腔分隔成了一組小水道22。為了使水阻相等，隔板21的長度從中間一塊向兩側(cè)依次變短，小水道22的寬度從中間一條向兩側(cè)依次變寬。冷卻水入口和冷卻水出口均位于熱交換腔寬度方向的中部，這樣可以使得同一熱交換腔內(nèi)上下小水道之間具有相同的流速，便于保證對同一待散熱部件進行均勻散熱。由不可壓縮流體定常流動的連續(xù)方程“％ XA1 = V2XA2 =常數(shù)”可知，介質(zhì)流過較大截面的流速較小，而流過較小截面的流速較大。本發(fā)明實施例中，冷卻水通道的寬度小于熱交換腔的覆蓋寬度，則冷卻水通道內(nèi)的流速大于熱交換腔內(nèi)的流速，因為在熱交換腔內(nèi)設(shè)置了隔板，使得水流的平均流速滿足散熱的要求，即提高了緊貼水道表面的冷卻水即冷卻水散熱的有效部分的流速，進而有利于將熱量迅速的帶走，因此提高了散熱能力。另外，由于隔板將熱交換腔分隔成一組小水道后，使得熱交換腔區(qū)域內(nèi)的水流由如圖4所示的層流轉(zhuǎn)變?yōu)槿鐖D5所示的湍流，提高了表層水流速度，在進行熱交換時，水流表層是最主要的熱交換區(qū)域，表層水流速度提高之后，單位時間內(nèi)就有更多的冷卻水參與熱交換，提高了冷卻效率。還有，由于隔板的長度從中間一塊向兩側(cè)依次變短，小水道的寬度從中間一條向兩側(cè)依次變寬，這就使得熱交換腔內(nèi)，中心及兩側(cè)的水阻相等，流速相同，即該熱交換腔對同一待散熱部件的散熱也比較均勻，避免了現(xiàn)有技術(shù)中第三類水道結(jié)構(gòu)帶來的因上下散熱不均而產(chǎn)生熱應(yīng)力，致使元器件(如功率模塊)損壞的問題發(fā)生。還有，僅僅在需要散熱的部位設(shè)置熱交換腔，不需要散熱的部位采用寬度小于熱交換腔寬度的冷卻水通道，冷卻水通道的水阻小于熱交換腔的水阻，這就使得在優(yōu)化了散熱效果的情況下，達到系統(tǒng)總水阻最小，系統(tǒng)總水阻小則降低了水流動能損耗，提高了整體散熱系統(tǒng)的效率。由上可見，采用該散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的散熱系統(tǒng)，其散熱性能及散熱效率均比較高，將其用于功率模塊的散熱上，可更好的帶走功率模塊因損耗釋放的熱能，有效的降低了功率模塊最高工作溫度，提高了功率模塊的抗沖擊性能，提高了系統(tǒng)的安全等級及使用壽命。另外，由于散熱性能的提升，在功率等級相同的電流轉(zhuǎn)換設(shè)備中，可選用工作電流較小的功率模塊，減低了功率模塊的選用等級，進而也有利于節(jié)約成本。最后需要指出的是，上述的散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了系統(tǒng)水阻最小和均勻冷卻協(xié)調(diào)統(tǒng)一的設(shè)計思想，該設(shè)計思想同樣適用于油冷及風(fēng)冷系統(tǒng)中。圖7所示，本發(fā)明散熱器的實施例，包括散熱器殼體28，在散熱器殼體內(nèi)設(shè)置有圖6所示，散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實施例中的散熱水道系統(tǒng)31。采用上述散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的散熱器，由于其對功率模塊的散熱性能優(yōu)良，使得功率模塊可以充分利用其工作特性，在功率等級相同的電流轉(zhuǎn)換設(shè)備中，散熱器可以做的比較小，節(jié)省了制作散熱器的成本，降低了加工難度，并且提高了冷卻系統(tǒng)的可靠性，減小了安裝空間，有利于系統(tǒng)的集成。最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù) 方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括至少兩個串聯(lián)設(shè)置的與待散熱部件相匹配的熱交換腔，所述熱交換腔具有前后位置對應(yīng)的冷卻水入口和冷卻水出口，所述熱交換腔通過連接于所述冷卻水入口和所述冷卻水出口之間的冷卻水通道相互串聯(lián)，所述冷卻水通道的寬度小于熱交換腔的覆蓋寬度，所述熱交換腔內(nèi)設(shè)置有一組從冷卻水入口向冷卻水出口延伸的隔板，所述隔板將熱交換腔內(nèi)的空腔分隔為一組小水道。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述冷卻水入口和所述冷卻水出口均位于熱交換腔寬度方向的中部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隔板的長度從中間一塊向兩側(cè)依次變短。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述小水道的寬度從中間一條向兩側(cè)依次變寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隔板平行設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隔板平行設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隔板為直板或S形板。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隔板為直板或S形板。
9.一種散熱器，包括散熱器殼體，其特征在于，所述散熱器殼體內(nèi)設(shè)置有如權(quán)利要求1-8任一所述散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種散熱器及其散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中，散熱水道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括至少兩個串聯(lián)設(shè)置的與待散熱部件相匹配的熱交換腔，所述熱交換腔具有前后位置對應(yīng)的冷卻水入口和冷卻水出口，所述熱交換腔通過連接于所述冷卻水入口和所述冷卻水出口之間的冷卻水通道相互串聯(lián)，所述冷卻水通道的寬度小于熱交換腔的覆蓋寬度，所述熱交換腔內(nèi)設(shè)置有一組從冷卻水入口向冷卻水出口延伸的隔板，所述隔板將熱交換腔內(nèi)的空腔分隔為一組小水道。上述結(jié)構(gòu)的水道系統(tǒng)具有系統(tǒng)總水阻小、散熱均勻、效率高的優(yōu)點。
文檔編號H05K7/20GK102647884SQ201110039949
公開日2012年8月22日 申請日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月17日
發(fā)明者王榮華, 蔣榮勛, 邵桂欣 申請人:北汽福田汽車股份有限公司