【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于冷却功率电子器件的能流体穿流的冷却器的冷却肋布置结构。特别地，本专利技术涉及一种冷却肋布置结构，通过该冷却肋布置结构能够实现对功率电子器件的经优化的冷却。此外，本专利技术涉及一种具有至少一个这类冷却肋布置结构的能流体穿流的冷却器，并且涉及一种包括功率电子器件和这类冷却器的布置结构。
技术介绍
1、功率电子器件中的功率半导体导致高电流。由此导致的传导损耗连同切换损耗一起导致高损耗热功率，必须在非常小的面上引走该高损耗热功率。最大允许的半导体温度在此是导致故障的关键，因此使半导体与冷却剂之间的热阻最小化是至关重要的。为了高效冷却而将功率基板应用到能流体穿流的冷却器上。这种冷却器由铝合金、aisic(铝碳化硅)合金或铜合金构成。在冷却器内部中布置有销或肋条，其用于增大热传递表面并且用于强化热传导。为了实现功率基板、尤其amb/dbc功率基板(amb：active metal braze(活性金属钎焊)；dbc：direct copper bonding(直接铜键合))与冷却器之间的低热阻，而借助于软钎焊工艺、可选地也借助于烧结工艺将功率基板接合到冷却器上。为此，该冷却器必要时表面涂覆有适合于软钎焊工艺或烧结工艺的材料。在汽车技术中经常已知铝冷却器、还有铝碳化硅冷却器或铜冷却器，其由尤其通过硬钎焊工艺所接合的多个构件构成。
2、经常在能流体穿流的冷却器中实现由冲压板构成的肋条。已有的肋条几何形状无法满足对用于冷却功率电子器件的能流体穿流的冷却器的要求。基本上通过在流体与肋条表面之间的热传导、肋条表面和肋
技术实现思路
1、用于冷却功率电子器件的能流体穿流的冷却器的按照本专利技术的冷却肋布置结构具有的优点是，能够实现对功率电子器件的最佳冷却。特别地，通过冷却肋布置结构能够得到冷却肋布置结构的热性能与冷却器中的所导致的压力损失之间的良好关系。因此，按照本专利技术的冷却肋布置结构特别适用于使用在用于高功率电子应用的能流体穿流的冷却器中。这一点通过下述方式来实现，即：用于冷却功率电子器件的能流体穿流的冷却器的冷却肋布置结构包括至少一个冷却肋，该冷却肋由沿重复方向周期性地重复的波形轮廓(wellenprofil)形成，其中，重复方向垂直于穿流方向。穿流方向尤其对应于用作冷却剂的下述冷却剂的主流动方向，该冷却剂流动通过由至少一个冷却肋所形成的贯通开口。在此，主流动方向尤其是流体主要流动所沿的方向、也就是说下述方向，沿该方向流体的速度分量大于流体沿与重复方向平行的方向的速度分量。主流动方向优选对应于流体到能流体穿流的冷却器中的导入方向。重复方向尤其对应于冷却器的宽度方向。要注意的是，术语“波形轮廓”表示具有呈波浪结构的形状的横截面的任何轮廓，其中，波浪结构能够具有任意的形状，只要该形状包括具有最大高度的区域以及具有最小高度的区域。尤其也就是说，波浪结构不一定必须构造为曲线，而是其能够仅包括直线区段或者包括由弯曲区段和直线区段构成的组合。此外要注意的是，在本专利技术的框架中，术语“轮廓”尤其表示下述元件、尤其板状的元件，该元件的横截面在其整个长度上保持不变。轮廓的长度的方向能够被称为轮廓的纵向方向或延伸方向。也就是说，在本专利技术的框架中，至少一个冷却肋的波形轮廓沿重复方向重复并且沿延伸方向延伸。能够理解的是，通过由周期性地重复的波形轮廓构成的冷却肋的构造方案，至少一个冷却肋本身成形为波形轮廓，该波形轮廓具有下述横截面，该横截面由前面所提到的、重复的波形轮廓的各个横截面共同形成。因此，在本专利技术的框架中，至少一个冷却肋能够尤其被称为冷却肋波形轮廓，以便表明冷却肋作为一个单元构造为波形轮廓。通过至少一个冷却肋作为重复的轮廓的设计方案，所述冷却肋用作经表面增大的、流动引导的且增加热传导的结构，由此能够实现对功率电子器件的经提高的散热和因此也经改善的冷却。至少一个冷却肋优选能够以冲压-和/或滚动成型工艺来产生，以用于实现在最高的肋条效率的情况下的理想的表面利用。
2、从属权利要求示出了本专利技术的优选的改进方案。
3、优选波形轮廓重复整数次数或非整数次数。也就是说，在波形轮廓的整数重复次数的情况下，冷却肋对应于周期性地重复的波形轮廓的整数倍。另一方面，非整数次数意味着冷却肋不是周期性的重复的波形轮廓的整数倍。波形轮廓重复多少次以有利的方式依赖于功率电子器件的、尤其功率电子器件结构单元的宽度，该功率电子器件应该通过包括冷却肋布置结构的冷却器来被冷却。
4、优选至少一个冷却肋的横截面具有曲折结构的形状。在本专利技术的框架中，曲折结构尤其是一种波浪结构，其包括直线的或基本上直线的、相对于彼此垂直或基本上垂直的区段。换句话说，区段相对于彼此如此布置，使得在邻近的或者说直接与彼此连接的区段之间构造直角的或基本上直角的转向。术语“基本上垂直”意味着尤其与垂直位置偏离最大10度、优选最大8度。
5、至少一个冷却肋优选由下述材料构造而成和/或涂覆有下述材料，该材料具有大于200w/(m·k)的导热系数。
6、以有利的方式，至少一个冷却肋能够由铝构造而成或者涂覆有铝。
7、根据本专利技术的一种有利的设计方案，至少一个冷却肋能够包括多个冷却肋。换句话说，根据本专利技术的替代的有利的设计方案，冷却肋布置结构能够具有多个冷却肋。在此，冷却肋由沿重复方向周期性地、尤其以相同的周期重复的波形轮廓形成并且平行地彼此并排地布置。因此，设置了冷却肋的分别由周期性地重复的波形轮廓所形成的排列。波形轮廓在此优选以相同的周期重复。冷却肋彼此并排地平行的布置尤其意味着，冷却肋沿穿流方向平行于彼此布置。具有多个冷却肋的冷却肋布置结构的设计方案具有的优点是，冷却肋能够如此个性化地构造和/或如此相对于彼此布置，使得尤其根据应用场合而能够提高散热和/或降低用作冷却剂的流体的通过冷却肋所引起的压力损失。特别地，由此能够优化借助于冷却肋所实现的散热与所导致的压力损失的关系。要注意的是，直接彼此并排布置的冷却肋在本专利技术的框架中尤其被称为邻近的冷却肋。
8、由冷却肋的沿与重复方向垂直的方向的尺寸构成的总和在此对应于冷却器的冷却通道的对应的尺寸和/或功率电子器件结构单元的对应的尺寸。换句话说，由冷却肋沿与重复方向垂直的方向的尺寸构成的总和在此与冷却器的冷却通道的对应的尺寸和/或功率电子器件结构单元的尺寸相适配。
9、优选至少一个冷却肋、优选每个冷却肋的重复的波形轮廓沿重复方向与邻近的冷却肋的重复的波形轮廓错位地布置。也就是说，冷却肋沿重复方向相对于彼此错位。因此能够如此设定用作冷却剂的流体通过冷却肋的流动，从而实现经提高的热传递。特别地，能够如此选择冷却肋的相对于彼此的布置方式，使得得到较长的流体路径并且/或者引起流体的湍流流动。不同于仅通过热传导来传递热量的层状流动，湍流流动不仅通过传导而且也通过对流来运输热量，这明显提高了冷却效率。
10、优选邻近的冷却肋的重复的波形轮廓之间的沿重复方向的偏移处在0.8×t/4和1.2×t/4之间。在此，“t”对应于冷却肋的节距。冷却肋的节距在此本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于冷却功率电子器件(200)的能流体穿流的冷却器的冷却肋布置结构(1)，该冷却肋布置结构包括至少一个冷却肋(10)，该冷却肋由沿重复方向(501)周期性地重复的波形轮廓形成，其中，所述重复方向(501)垂直于穿流方向(500)。
2.根据权利要求1所述的冷却肋布置结构(1)，其中，所述波形轮廓重复整数次数或非整数次数。
3.根据权利要求1或2所述的冷却肋布置结构(1)，其中，所述至少一个冷却肋(10)的横截面具有曲折结构的形状。
4.根据前述权利要求中任一项所述的冷却肋布置结构(1)，其中，所述至少一个冷却肋(10)包括多个冷却肋(10)，这些冷却肋由沿重复方向(501)周期性地、尤其以相同的周期重复的波形轮廓形成并且平行地彼此并排地布置。
5.根据权利要求4所述的冷却肋布置结构(1)，其中，至少一个冷却肋(10)、优选每个冷却肋(10)的所述重复的波形轮廓沿所述重复方向(501)与邻近的冷却肋(10)的重复的波形轮廓错位地布置，优选：
6.根据权利要求4或5所述的冷却肋布置结构(1)，其中，至少一个冷却肋(10)
7.根据权利要求4或5所述的冷却肋布置结构(1)，其中，至少一个冷却肋(10)的重复的波形轮廓的区域以第一角度(602)并且至少一个冷却肋(10)的重复的波形轮廓的区域以第二角度(603)相对于与所述重复方向(501)垂直的方向(502)安放，其中，尤其所述冷却肋(10)的重复的波形轮廓的区域交替地以第一角度(602)和第二角度(603)相对于与所述重复方向(501)垂直的方向(502)安放，其中，所述第一角度(602)是正的并且所述第二角度(603)是负的，优选：
8.根据权利要求7所述的冷却肋布置结构(1)，其中：
9.根据权利要求7或8所述的冷却肋布置结构(1)，其中，所述冷却肋布置结构(1)的冷却肋(10)中的多个冷却肋包括用于冷却第一功率电子器件结构单元(210)的至少一个第一冷却肋组(11)以及用于冷却第二功率电子器件结构单元(211)的第二冷却肋组(12)，其中，优选所述第一冷却肋组(11)和所述第二冷却肋组(12)如此构造，使得配属于所述第一冷却肋组(11)的功率电子器件结构单元(210)的至少一个功率半导体(201)的温度与配属于所述第二冷却肋组(12)的功率电子器件结构单元(211)的至少一个功率半导体(201)的温度相同。
10.根据权利要求9所述的冷却肋布置结构(1)，其中，所述冷却肋布置结构(1)的冷却肋(10)中的多个冷却肋此外包括第三冷却肋组(13)，并且其中，对于沿穿流方向(500)的第一冷却肋组(11)而言，所述第一角度(602)的量值和/或所述第二角度(603)的量值为优选10度，对于沿穿流方向(500)的第二冷却肋组(12)而言，所述第一角度(602)的量值和/或所述第二角度(603)的量值优选为15度，并且对于沿穿流方向(500)的第三冷却肋组(13)而言，所述第一角度(602)的量值和/或所述第二角度(603)的量值优选为20度。
11.根据权利要求4或5所述的冷却肋布置结构(1)，其中，至少一个冷却肋(10)、优选每个冷却肋(10)垂直于所述重复方向(501)延伸，优选其中：
12.能流体穿流的冷却器(100)，其用于冷却功率电子器件(200)，该冷却器包括根据前述权利要求中任一项所述的冷却肋布置结构(1)。
13.根据权利要求12所述的能流体穿流的冷却器(100)，其中，所述冷却肋布置结构(1)的冷却肋(10)中的多个冷却肋包括用于冷却第一功率电子器件结构单元(210)的至少一个第一冷却肋组(11)以及用于冷却第二功率电子器件结构单元(211)的第二冷却肋组(12)，其中，优选所述第一冷却肋组(11)和所述第二冷却肋组(12)如此构造，使得配属于所述第一冷却肋组(11)的功率电子器件结构单元(210)的至少一个功率半导体(201)的温度与配属于所述第二冷却肋组(12)的功率电子器件结构单元(211)的至少一个功率半导体(201)的温度相同。
14.根据权利要求13所述的能流体穿流的冷却器(100)，其中，所述冷却肋布置结构(1)的所有冷却肋(10)由单个部件变形而成。
15.功率电子器件布置结构(1000)，其包括根据权利要求12至14中任一项所述的能流体穿流的冷却器(100)以及功率电子器件(200)，其中，所述功率电子器件(200)布置、尤其固定在所...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.用于冷却功率电子器件(200)的能流体穿流的冷却器的冷却肋布置结构(1)，该冷却肋布置结构包括至少一个冷却肋(10)，该冷却肋由沿重复方向(501)周期性地重复的波形轮廓形成，其中，所述重复方向(501)垂直于穿流方向(500)。
2.根据权利要求1所述的冷却肋布置结构(1)，其中，所述波形轮廓重复整数次数或非整数次数。
3.根据权利要求1或2所述的冷却肋布置结构(1)，其中，所述至少一个冷却肋(10)的横截面具有曲折结构的形状。
4.根据前述权利要求中任一项所述的冷却肋布置结构(1)，其中，所述至少一个冷却肋(10)包括多个冷却肋(10)，这些冷却肋由沿重复方向(501)周期性地、尤其以相同的周期重复的波形轮廓形成并且平行地彼此并排地布置。
5.根据权利要求4所述的冷却肋布置结构(1)，其中，至少一个冷却肋(10)、优选每个冷却肋(10)的所述重复的波形轮廓沿所述重复方向(501)与邻近的冷却肋(10)的重复的波形轮廓错位地布置，优选：
6.根据权利要求4或5所述的冷却肋布置结构(1)，其中，至少一个冷却肋(10)、优选每个冷却肋(10)的重复的波形轮廓的区域以角度(602、603)、优选以同一角度相对于与所述重复方向(501)垂直的方向(502)安放。
7.根据权利要求4或5所述的冷却肋布置结构(1)，其中，至少一个冷却肋(10)的重复的波形轮廓的区域以第一角度(602)并且至少一个冷却肋(10)的重复的波形轮廓的区域以第二角度(603)相对于与所述重复方向(501)垂直的方向(502)安放，其中，尤其所述冷却肋(10)的重复的波形轮廓的区域交替地以第一角度(602)和第二角度(603)相对于与所述重复方向(501)垂直的方向(502)安放，其中，所述第一角度(602)是正的并且所述第二角度(603)是负的，优选：
8.根据权利要求7所述的冷却肋布置结构(1)，其中：
9.根据权利要求7或8所述的冷却肋布置结构(1)，其中，所述冷却肋布置结构(1)的冷却肋(10)中的多个冷却肋包括用于冷却第一功率电子器件结构单元(210)的至少一个第一冷却肋组(11)以及用于冷却第二功率电子器件结构单元(211)的第二冷却肋组(12)，其中，优选所述第一冷却肋组(11)和所述第二冷却肋组(12...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·F·贝克，M·佩里施，M·洛伦兹，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：
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