專利名稱：改進的散熱器組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種運輸車輛，其使用需要冷卻系統(tǒng)的高功率電子裝置(power electronics)，且更特別地涉及一種用于減少氣路堵塞的散熱器組件。
背景技術：
機車和相關運輸車輛裝備有功率電子裝置，其冷卻系統(tǒng)使用具帶散熱片的散熱器來幫助散熱。這些散熱器通過強制通風冷卻。先前的散熱器設計使用具有均勻間隔的散熱片設置。散熱片的數(shù)目和間隔和形狀和尺寸確定了散熱器的冷卻性能。當前在機車中使用的典型的散熱器是Aavid Thermalloy開發(fā)的。
在一些情況下，氣流被引導以流動穿過散熱器。這樣的設計可能容易被例如柴油機煙霧、粉塵、泥土等氣載沉降物阻塞。當阻塞時，散熱器的效率顯著降低，導致功率電子裝置的較差的冷卻，且導致由于這些電子裝置可能經(jīng)受過高的溫度而增加故障率。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及改良的散熱器，其用于減少散熱器內(nèi)的氣路阻塞。為此，揭示了一種包括在冷卻系統(tǒng)中的帶散熱片的散熱器，所述冷卻系統(tǒng)用于冷卻機車上的功率電子裝置，所述散熱器使得空氣穿過進口氣流通道，以到達多個散熱片，其中可減少所述多個散熱片的氣載沉降物阻塞，該散熱器包括至少一個旁路區(qū)域，該旁路區(qū)域在一區(qū)域沒有散熱片，在那里沉降物穿過所述多個散熱片；轉(zhuǎn)向引導部，其在特定位置處引導所述多個散熱片之間的空氣；所述多個散熱片中至少一個散熱片上的降低阻塞散熱片結(jié)構；和/或大致在所述進口氣流通道內(nèi)的散熱片。
在另一優(yōu)選實施例中，揭示了一種散熱器組件，其最小化了由沉降物導致的氣路阻塞。該組件包括限定所述散熱器組件的兩個尺寸的基座元件、連接到所述基座元件且從所述基座元件延伸的多個散熱片。該組件進一步包括進口氣流通道，空氣穿過該通道行進以到達所述多個散熱片。該組件包括至少一個旁路區(qū)域，該旁路區(qū)域在一區(qū)域沒有散熱片，在那里沉降物穿過所述多個散熱片；轉(zhuǎn)向引導部，其在特定位置處引導所述多個散熱片之間的空氣；所述多個散熱片中至少一個散熱片上的降低阻塞散熱片結(jié)構；和/或大致在所述進口氣流通道內(nèi)的散熱片。


參考附圖中所示的具體實施例，將對上面簡要描述的本發(fā)明進行更詳細的說明。 理解這些附圖僅描述了本發(fā)明的典型實施例，且不認為是對本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明通過使用附圖進行描述和解釋附加特征和細節(jié)，其中
圖1是具有現(xiàn)有技術的帶散熱片的散熱器的現(xiàn)有技術外殼的示意圖2是帶散熱片的散熱器的典型實施例的橫截面， 示出了中心旁路區(qū)域；
圖3是保持帶散熱片的散熱器的外殼內(nèi)的外殼引導葉片的典型實施例；
圖4是外殼內(nèi)的帶散熱片的散熱器的典型實施例的頂視圖，其中外殼的實心分隔部被去除；
圖5是外殼內(nèi)的帶散熱片的散熱器的典型實施例的頂視圖，其中散熱器擴張到進口通道區(qū)域內(nèi)；
圖6是散熱片和外殼之間的過渡密封件的詳細視圖7示出了外殼中的散熱器，其中外殼沒有分隔壁；
圖8示出了用于散熱器散熱片的典型引導邊緣設計；
圖9示出了各種散熱片設置的典型實施例
圖10示出了散熱片如何被分隔以提供對于散熱片的支撐的典型現(xiàn)有技術實施例；
圖1lA和IlB是不同長度的散熱片的典型實施例的視圖12是具有波狀外形(contoured)的散熱片的典型實施例的視圖。
具體實施方式
參考附圖，現(xiàn)在將描述本發(fā)明的典型實施例。然而，應注意，盡管本發(fā)明描述了各種發(fā)明或改進，其可被用在散熱器上，這些改進也可以單獨用在單獨的應用中或各種組合中，包括所有的曾經(jīng)的版本，可被一起使用。為此，此處所述的典型實施例不應被視為單獨的發(fā)明，因為它們也可被一起使用。
圖1示出了典型散熱器，其是當前使用的用于冷卻機車上的功率電子裝置。該散熱器10容納在外殼12中，該外殼引導氣流13穿過散熱器10。散熱器10通過設置在把散熱器從進口氣流通道19隔開的兩個實心分隔壁27之間而被保持在適當位置。散熱器10 具有散熱片14，氣流被引導穿過該散熱片。由于氣流13前進通過進口氣流通道或過道19 穿過外殼，且在外殼12中經(jīng)過彎曲部15，較重的沉降物顆粒被強制到彎曲部分的外側(cè)，且撞擊在散熱器面18的中心部17上，在那里兩個進口通道匯聚。通過散熱器10的沉降物攝取實驗，該現(xiàn)象已被進一步驗證。一旦沉降物阻塞出現(xiàn)在散熱器的中心部17，該阻塞則繼續(xù)橫穿散熱器的面18發(fā)展。
圖2描述了帶散熱片的散熱器橫截面的典型實施例，示出了中心旁路區(qū)域。通過在散熱器10中建立中心旁路20，穿過散熱器散熱片14的中心的開口通道20被建立，其允許沉降物穿過給散熱器10，而不沉淀在散熱器10的入口面18上。為了彌補去除的散熱器散熱片14，在整體寬度、散熱片高度、長度和散熱片的數(shù)目方面對散熱器10的整體尺寸進行了修改，以實現(xiàn)與原始散熱器相比時的等效的熱性能。這是通過散熱片14的恒定間隔和旁路區(qū)域20內(nèi)的較大的間隔或通過朝向散熱器10的中心部17逐漸增加散熱片14的間隔而實現(xiàn)的。本領域技術人員容易認識到，依賴于氣流被引導的位置和預期的沉降物的最高濃度的沉積位置，旁路區(qū)域20不需要位于面18的中心部17內(nèi)，而位于預期的沉降物最高濃度的位置。
圖3描述了固定在保持帶散熱片的散熱器的外殼內(nèi)的外殼引導葉片的典型實施例。在外殼12內(nèi)包括轉(zhuǎn)向葉片25可進一步增強上述旁路配置的效率 。這些葉片25可用于更準確地控制穿過旁路17轉(zhuǎn)向的氣流13的特定部分和量。轉(zhuǎn)向葉片25引導較重的微粒到較大的開口，以延遲和/或避免阻塞的開始。盡管示出了兩個葉片25，但可使用多個葉片25。
如上所述，本散熱器10安裝在兩個實心分隔壁27內(nèi)，該壁用于定位散熱器10，以引導氣流13。另外的包裝散熱器10的方法可用于增加散熱器10的體積而不增加其總體尺寸和/或重量。增加體積允許散熱片14被去除/移動，其由此允許增加散熱片間隙，而沒有明顯的傳熱面積的相應損失。
圖4和5示出了具有兩個可供選擇的方法的本設計。具體地，圖4描述了外殼內(nèi)帶散熱片的散熱器的典型實施例的頂視圖，其中外殼的實心分隔壁被去除。在該典型實施例中，分隔壁27被去除。在典型實施例中，外側(cè)散熱器散熱片可制造的比內(nèi)部散熱片厚，以提供額外的結(jié)構支撐和/或改善冷卻系統(tǒng)的熱傳遞速度。
圖6描述了散熱散熱片和外殼之間的過渡密封件的詳細視圖。壁27被去除，除了傾斜部分31設置在外殼12的端部，以在散熱器10和組件12之間具有過渡密封件，所述組件12包括進口氣流通道19、和焊接件33。而且，有肋的槽35設置在外殼12內(nèi)，以便于容易地定位和使用密封件37，例如墊圈，優(yōu)選地在一側(cè)具有壓力敏感粘合劑，盡管可使用任意密封材料。
散熱器10構造有外部實心散熱片14，其具有與傾斜部分31匹配的半徑和適當?shù)暮穸?，以安裝到有肋的槽35內(nèi)和沿散熱片14的長度擠壓墊圈37。通過這樣的方式，散熱器 10取代了原來的分隔物27。
盡管揭示了過渡密封件和傾斜部分 以在散熱器和基座之間提供密封，本領域技術人員將容易地認識到，其它實施例可以實現(xiàn)同樣的連接，其中散熱器散熱片14與基座熱連接。例如，具有矩形形狀的散熱片14可具有延伸到焊接件的端部。類似地，可位于進口氣流通道19內(nèi)的散熱片14還可與氣流通道19熱連接。
除了保持壓降恒定以允許分配空氣穿過多個平行散熱器之外，還設置受控限制元件40。如圖7所示，限制元件40安裝到外殼組件12。本領域技術人員將認識到，如果不使用外殼，該元件可以是散熱器的一部分。該元件40用于控制和/或調(diào)節(jié)由于散熱片124的增加的間隔造成穿過散熱器的壓降。另外，對于外殼12，設置了進口 41 (在圖7中未示出， 但用箭頭41中表示其位置)以便于檢測散熱器阻塞和/或散熱器10的清潔。
在典型實施例中，多個散熱器，多達36個，可用在機車上。橫跨所有散熱器的壓降是均勻的。因此，如果新散熱器代替機車上的現(xiàn)有散熱器，橫跨該新散熱器的壓降必須與跨其它散熱器的現(xiàn)有壓降是一致的。為此，限制元件40被確定尺寸，以確?？缣鎿Q的散熱器的均勻壓降。這樣，一個散熱器與其它相比可具有不同尺寸的限制元件40。這允許用于確保所有未來的散熱器與例如機車的系統(tǒng)內(nèi)的當前散熱器向后兼容。
圖5描述了外殼組件內(nèi)的帶散熱片的散熱器的典型實施例的頂視圖，在該外殼組件中，散熱器延伸進入外殼的進口通道區(qū)域中。在該實施例中，分隔壁27被去除，且鑒于進口空氣通道19轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎玫纳崞黧w積，散熱器10較大。
圖8描述了用于散熱器散熱片的典型引導邊緣設計。改進的引導邊緣設計有助于降低散熱器10的堵塞速度。在傳統(tǒng)的散熱器散熱片設計中，引導引導邊緣具有平坦表面， 如圖8 (a)所示。在改進的設計中，引導邊緣形成帶尖的、帶斜面的邊緣，如圖8 (b)所示， 或倒圓的邊緣，如圖8 (c)所示。這些改進的引導邊緣設計可用于散熱片14的引導邊緣和/或尾緣。在散熱片不是實心或連續(xù)的例子中，例如下述分段的或擴充的散熱片，這些改進的引導邊緣設計還可用于每個散熱片段的引導邊緣和/或尾緣。
另一個思路是改善表面光潔度，以減少微粒粘附到散熱片表面的傾向。為了實現(xiàn)不沾散熱片，該散熱片可被處理以具有非常好的表面光潔度，或者可以涂覆涂層以產(chǎn)生不沾表面。特富龍、含氟聚合物、PFA、PTFE和FEP是一些正好可使用的工業(yè)用常用涂層。
圖9描述了各種散熱片設置的典型實施例。如所示，揭示了用于散熱片設置的四個不同的思路。在圖9(a)中示出這些選項，擴充的散熱片，和圖9(b)，直的散熱片，是現(xiàn)有技術的概念。擴充的散熱片具有延伸到氣流通過區(qū)域的部分散熱片，其由此可能導致湍流。 湍流的區(qū)域可導致沉降物聚集或阻塞。圖9 (C)描述的配置是分段的散熱片設計，其提供與擴張的散熱片類似的湍流，而不提供突入氣流的邊緣。由于沒有延伸到氣流中的散熱片部分，減少了阻塞的可能性。圖9 (d)描述了波紋散熱片設計，其同樣試圖增加湍流和熱傳遞，同時去除引導邊緣，該引導邊緣促使沉降物增加。
除了提供增強的抗阻塞性，散熱片的邊緣處理和各種散熱片配置可執(zhí)行或與諸如散熱片幾何(即厚度、高度等)和散熱片間隔這樣的其它關鍵參數(shù)組合，以調(diào)整和/或減少散熱片的氣流導致的噪音產(chǎn)生。例如，如圖10進一步所示，跨騎安裝散熱片支撐系統(tǒng)典型地用于把每個散熱片14安裝到散熱器10上的基板29。由于散熱片的厚度通常較小，該支撐是通過散熱片14沿相對方向的彎曲和然后把其支撐在散熱器基座29上而完成的。但是， 該技術增加了散熱器10的總成本。通過使用這里討論的技術，其中使用了較厚的散熱片14 且散熱片14之間設置更大的間隔，該散熱片14可制造的較厚，如圖2所示，以具有更好的熱傳遞速度并能支撐而沒有復雜/高成本的支撐結(jié)構，該機構要求散熱片沿相對方向的彎曲部分。
在傳統(tǒng)的散熱器中，散熱片14用于冷卻,外殼12的分隔壁27和蓋子用于氣流控制。在本發(fā)明中，散熱片用于散熱和氣流控制。參考圖5，散熱片位于氣流通道19中。圖1lAUlB和圖12是變化長度的散熱片設置的典型實施例。這些圖示僅顯示了散熱器的散熱片的一側(cè)，例如沿圖5的A-A線的散熱器的一側(cè)，其中散熱片配置與圖5所示的不同。具體地，在每個圖中的表示為“進口”的區(qū)域是散熱器上的散熱片，其位于氣流通道的一側(cè)中。 如所示，散熱片位于通道19中，該區(qū)域內(nèi)的散熱片可具有不同的長度，以引導氣流13的路徑。本領域技術人員將容易認識到，這些圖僅是示例性的，其中在其它不同長度散熱片中也可使用此處揭示的本發(fā)明，以實現(xiàn)類似的結(jié)果。
如圖1lA所示，氣流通道中的散熱片在散熱器的外側(cè)邊緣處較長，然后越靠近用作汽流出口的散熱器散熱片則散熱片的長度越小。。出口散熱片也改變長度，其中靠近進口散熱片的散熱片14比更遠離進口散熱片的散熱片短。在另一典型實施例中，盡管未示出，出口散熱片的具有恒定的長度，其中進口散熱片的階式長度把氣流轉(zhuǎn)向出口散熱片。在另一典型實施例中，圖1lB所示，進口散熱片被去除，且氣流通道引導氣流到不同長度散熱片。
在另一典型實施 例中，如圖12所示，散熱片具有較長的長度且是彎曲的，因此將上述的轉(zhuǎn)向葉片結(jié)合到散熱片中而不是成為殼體的一部分。不是每個散熱片都需要葉片。 例如，如所示，每隔一個散熱片具有作為散熱片一部分的葉片。該葉片具有不同的長度，且用于改善轉(zhuǎn)向效率和氣流的流動分配。盡管葉片示出在進口散熱片上，在其它實施例中進口散熱片也可不包括葉片。
當使用不同長度的散熱片時，如上所述，可不再需要散熱器的外殼。該外殼不再需要是因為散熱器引導和控制氣流。為此，在冷卻系統(tǒng)內(nèi)需要較少的零件，其導致成本節(jié)省。
雖然本發(fā)明在優(yōu)選實施例中予以討論，許多變化和修改將對于本領域技術人員是顯而易見的。因此，本發(fā)明不限于特定的示出的實施例，但被認為落入所附的權利要求書的全部精神和范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種散熱器組件(10)，其最小化了由沉降物導致的氣路阻塞，該組件(10)包括a)限定所述散熱器組件(10)的兩個尺寸的基座元件(29)；b)連接到所述基座元件(29)且從所述基座元件(29)延伸的多個散熱片(14); c )進口氣流通道(19 )，空氣穿過該通道行進以到達所述多個散熱片；d)旁路區(qū)域(20)，該旁路區(qū)域(20)在沉降物穿過所述多個散熱片(14)的區(qū)域沒有散熱片；該散熱器組件具有散熱片(14)的恒定間隔和旁路區(qū)域(20)內(nèi)的較大的間隔，或朝向散熱器組件(10)的中心部(17)逐漸增加散熱片(14)的間隔。
全文摘要
一種散熱器組件，其最小化了由沉降物導致的氣路阻塞，該組件包括限定所述散熱器組件的兩個尺寸的基座元件；連接到所述基座元件且從所述基座元件延伸的多個散熱片；進口氣流通道，空氣穿過該通道行進以到達所述多個散熱片；旁路區(qū)域，該旁路區(qū)域在沉降物穿過所述多個散熱片的區(qū)域沒有散熱片；該散熱器組件具有散熱片的恒定間隔和旁路區(qū)域內(nèi)的較大的間隔，或朝向散熱器組件的中心部逐漸增加散熱片的間隔。
文檔編號H01L23/367GK103066034SQ20131000208
公開日2013年4月24日 申請日期2006年11月27日 優(yōu)先權日2005年12月1日
發(fā)明者阿吉思.K.庫馬, 西奧多.C.布朗, 羅蘭.多納杰科斯基 申請人:通用電氣公司