[發明專利]雙向螺旋流道水冷散熱裝置

在審

• 申請號: 201710578285.0
• 申請日: 2017-07-16
• 公開（公告）號: CN107396600A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 李守蓉;楊春宇;王雷;趙一潔;鄭旭陽
• 申請（專利權）人: 中車永濟電機有限公司
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙)14100
• 代理人: 溫彪飛

技術領域

本發明涉及大功率器件水冷散熱裝置，具體為雙向螺旋流道水冷散熱裝置。

背景技術

功率器件如IGBT、功率二極管、功率電阻、SiC-IGBT等廣泛應用在風電、太陽能、軌道交通、汽車等行業。特別是在軌道交通行業，由于大功率交流傳動技術的快速發展，大功率功率器件應用日益廣泛，其散熱問題也日益突出。水冷散熱裝置能夠解決10kW及以上功耗的功率器件散熱問題，已經廣泛應用在軌道交通行業。現有的水冷散熱裝置為內部設置有水流道的基板，所述基板兩邊側棱設置有與水流道貫通的平行于基板面的水接頭。所述基板面上設置有功率器件，用于功率器件的散熱。上述水冷散熱裝置在安裝時由于水接頭平行于基板面，安裝、拆卸、維護極為不便，且加工精度要求較高，水接頭多為自動對接。并且現有的水冷散熱基板的水流道布局設計存在一定的缺陷，流道內有流體阻力較大的直角、尖角，不利于功率器件在水冷散熱基板上的布局，不利于水冷散熱基板對功率器件進行散熱。

隨著電力機車和高速動車的發展，對內部各元器件小型化的要求越來越高。散熱裝置外部除IGBT外還布置有其他關鍵元器件，現有的散熱裝置在其上安裝其他關鍵部件時，需要在水冷散熱基板外圍設置金屬框架組件用于支撐。這不僅加大了水冷散熱基板的占據面積，且二者之間互相配合關系，相互干涉問題的解決提出了更高的加工精度要求。

因此，設計一種加工精度要求不高、安裝拆卸維護方便、能夠便于支撐安裝其他關鍵部件、利于散熱的小型化輕量化水冷散熱裝置是十分有必要的。

發明內容

本發明解決現有水冷散熱裝置占據面積大、流道設計布局不合理、安裝拆卸維護不便、加工精度要求高、水接頭與外圍金屬支撐框架相干涉的問題，提供一種雙向螺旋流道水冷散熱裝置。

本發明是通過以下技術方案實現的：雙向螺旋流道水冷散熱裝置，包括冷卻主板、釬焊板、蓋板三層疊加而成；所述冷卻主板上開有中心對稱且對稱中心平滑貫通的雙向螺旋流道，（兩條流道呈螺旋形分布，且螺旋中心圓滑貫通連接，該流道可為圓形或橢圓形），所述蓋板上垂直于蓋板面設置有兩個水接頭，所述水接頭分別與流道的兩端貫通；所述蓋板及冷卻主板的板面上開有多個安裝螺紋孔。冷卻主板上開有流道，冷卻主板、釬焊板、蓋板三層疊加形成水冷散熱裝置。雙向螺旋流道最大限度利用散熱裝置板面空間，且沒有尖角、直角，流道平滑，冷卻液流速由外圈至內圈，再由內圈至外圈，所遇阻力均勻，變化不大，完美解決了散熱板整體散熱不均勻，散熱板表面溫度跟隨冷卻液的流向變化、流阻大處不易散熱和功率器件布局受流道限制等問題。冷卻液在平滑的流道內不受尖角直角阻礙，流動順暢。雙螺旋結構的流道的出口可根據需要設置在板面的任意方向的邊角處，方便布置散熱板上元器件的布置和設置水接頭的方向。水接頭不受流道方向限制，可與板面垂直或設置于水冷主板側棱，與水冷主板平行設置，方便安裝拆卸維護，且不與周圍器件發生干涉，采用手動對接的方式，加工精度要求更低。

本發明具有以下優點：1、流道設計合理，充分解決了散熱板整體散熱不均勻，散熱板表面溫度跟隨冷卻液的流向變化、流阻大處不易散熱的問題；2、水接頭垂直于板面設置，方便安裝拆卸維護，且不與周圍器件發生干涉，采用手動對接的方式，加工精度要求更低；3、流道內沒有尖角、直角，冷卻液在平滑的流道內不受尖角直角阻礙，流動順暢，散熱快速而均勻，功率器件布局不受流道影響。4、無需在水冷散熱裝置外圍設置金屬框架，減小了占用面積，更加適合元器件輕量化、小型化設計。

附圖說明

圖1為水冷散熱裝置結構示意圖；

圖2為流道示意圖；

圖中：1-冷卻主板，2-釬焊板，3-蓋板。

具體實施方式

雙向螺旋流道水冷散熱裝置，包括冷卻主板1、釬焊板2、蓋板3三層疊加而成；所述冷卻主板1上開有中心對稱且對稱中心平滑貫通的雙向螺旋流道，所述蓋板3上垂直于蓋板面設置有兩個水接頭，所述水接頭分別與流道的兩端貫通；所述蓋板3及冷卻主板1的板面上開有多個安裝螺紋孔。

具體實施時，所述水接頭設置于水冷主板1側棱，與水冷主板1平行設置。

具體安裝使用時，根據外部接口的安裝需要合理布局水接頭與流道的對接位置，在水冷散熱裝置的單面依次將IGBT、復合母排、驅動電路板、屏蔽支撐裝置通過安裝螺紋孔安裝固定，最后手動對接水接頭。將冷卻液通過其中一個水接頭注入水冷散熱裝置的流道內，由于雙向螺旋流道的特殊結構，外圍一圈流道長，流速較緩，越向內圈流道越短，流速逐漸加快，相同時間冷卻液帶走的熱量越多，散熱效果越明顯，然后通過中心逐漸向外時與上述過程相反，最后冷卻液又另一個水接頭流出。整個過程完美解決了水冷散熱裝置因中心部位發熱量高，熱量不易散失的問題。使得整塊水冷散熱裝置的板面均勻降溫，避免局部散熱不良的問題出現。