一种冷却流道装置以及功率变换器的制作方法

1.本发明涉及冷却散热技术领域，具体涉及一种冷却流道装置以及功率变换器。


背景技术：

2.功率变换器内设置由多组电气元件，工作时会产生热量，需要进行冷却散热。目前的方案是在电气元件的壳体底部的外壁设置冷却流道，壳体底部的内壁对应设置有电气元件，这种冷却方式属于单面冷却，冷却效率不高


技术实现要素：

3.本技术提供一种冷却流道装置，包括相对设置的第一壳体和第二壳体，所述第一壳体具有朝向所述第二壳体的第一壁，所述第二壳体具有朝向所述第一壳体的第二壁，所述第一壁和所述第二壁中至少一者设有槽结构，所述第一壁和所述第二壁对接后形成冷却介质流动的流道，所述槽结构构成所述流道的一部分。
4.在一种具体实施方式中，所述流道包括进口流道、出口流道以及冷却流道，所述进口流道、所述冷却流道、所述出口流道串联。
5.在一种具体实施方式中，所述冷却流道装置还包括导流结构，所述导流结构用于引导冷却介质在所述流道中的走向。
6.在一种具体实施方式中，所述流道包括冷却流道，所述冷却流道包括至少两个冷却分流道，至少一个所述冷却分流道设有所述导流结构，所述导流结构将所述冷却分流道分隔出两层沿所述冷却分流道延伸方向延伸的第一流道腔和第二流道腔，所述第一流道腔的一端为入口，另一端为出口，所述第一流道腔的出口连通所述第二流道腔一端的入口，所述第二流道腔的另一端为出口。
7.在一种具体实施方式中，所述导流结构包括沿所述冷却分流道延伸方向延伸的第一隔板、第二隔板、连接板，所述连接板连接所述第一隔板和所述第二隔板；所述第一隔板和所述冷却分流道的壁配合形成第一流道腔，所述第二隔板和所述冷却分流道的壁配合形成第二流道腔。
8.在一种具体实施方式中，所述冷却分流道的壁具有沿所述冷却分流道延伸方向延伸的凸筋，所述第一流道腔和/或所述第二流道腔由对应的所述凸筋分隔为两个或以上的分腔。
9.在一种具体实施方式中，所述导流结构的具有朝向相邻所述冷却分流道的侧部，所述侧部设置有连通腔；所述连通腔连通相邻所述冷却分流道，且所述连通腔连通所述第一流道腔的入口或所述第二流道腔的出口。
10.在一种具体实施方式中，所述导流结构还包括沿所述冷却分流道延伸方向延伸的中部隔板，所述连接板同时连接所述中部隔板，还包括垂直于所述冷却分流道延伸方向的两个分隔板，所述中部隔板、所述分隔板、所述第一隔板、所述第二隔板围合形成所述连通腔。
11.在一种具体实施方式中，所述分隔板的两端连接所述第一隔板和所述第二隔板，连接所述第一隔板、所述第二隔板的端部边缘的一个所述分隔板为第一分隔板，另一个所述分隔板为第二分隔板；所述中部隔板、所述分隔板、所述第一隔板、所述第二隔板围合形成两个所述连通腔。
12.在一种具体实施方式中，所述第一分隔板由所述中部隔板分隔的两部分均具有朝向相邻所述冷却分流道的缺口，所述连通腔通过所述缺口连通所述第二流道腔或所述第一流道腔。
13.在一种具体实施方式中，所述导流结构还包括若干挡板，所述挡板垂直于所述冷却分流道延伸方向，所述挡板连接所述第一隔板、所述中部隔板以及所述第二隔板，所述挡板和所述分隔板沿导流结构的延伸方向排布。
14.在一种具体实施方式中，所述第二隔板的侧部边缘设有缺口。
15.在一种具体实施方式中，所述连接板对应于所述连通腔的部分局部镂空或者全部镂空设置。
16.在一种具体实施方式中，所述冷却流道包括三个并排布置的三个所述冷却分流道，位于两侧的所述冷却分流道均设置有所述导流结构，所述冷却介质经一侧所述冷却分流道中所述导流结构的所述连通腔连通位于中部的所述冷却分流道，且位于中部的所述冷却分流道连通另一侧所述冷却分流道中所述导流结构的所述第一流道腔。
17.在一种具体实施方式中，两侧所述冷却分流道对应的所述第一壳体、所述第二壳体的安装区域安装有第一电气元件，位于中部的所述冷却分流道对应的所述第一壳体、所述第二壳体的安装区域安装有第二电气元件。
18.本技术还提供一种功率变换器，包括上述任一项所述的冷却流道装置。
19.本技术方案中，冷却流道装置在第一壳体和第二壳体之间形成流道，冷却介质在流道中流动时，可以同时为第一壳体以及第二壳体内的电气元件进行冷却散热，实现双面散热，充分利用流道，从而提高散热效率。而且，流道由第一壳体、第二壳体的底部对接形成，这样形成流道的方式简单，并且冷却介质在流道中流动时直接接触第一壳体、第二壳体，散热效果更好。
附图说明
20.图1为本技术实施例中冷却流道装置的示意图；
21.图2为图1中第一壳体内部的示意图；
22.图3为图1中第二壳体内部的示意图；
23.图4为图1中第一壳体底部的示意图；
24.图5为图1第二壳体底部的示意图；
25.图6为图1中第一壳体和第二壳体对接后沿x向的剖视图；
26.图7为1中第二壳体的局部剖视图；
27.图8为图7中安装于第一冷却分流道中的导流结构的示意图；
28.图9为图8中导流结构另一视角的示意图；
29.图10为图7中安装于第二冷却分流道中的导流结构的示意图；
30.图11为图1中第一壳体的剖视图；
31.图12为图5中冷却流道位置的放大图；
32.图13为图1中流道的流动路径原理图。
33.图1-13中附图标记说明如下：
34.1-第一壳体；11-第一槽段；12-第二槽段；13-第三槽段；131-引导筋；13a-第一接口；14-第四槽段；15-第五槽段；
35.2-第二壳体；21-第一槽段；22-第二槽段；23-第三槽段；231-引导筋；23a-第二接口；24-第四槽段；241-凸筋；25-第五槽段；
36.3-导流结构；3a-连通腔；31-第一隔板；32-第二隔板；33-连接板；34-中部隔板；351-第一分隔板；352-第二分隔板；36-挡水板；
37.a-第一冷却分流道；a1-第一流道腔；a2-第二流道腔；b-底部冷却分流道；c-第二冷却分流道；c1-第一流道腔；c2-第二流道腔。
具体实施方式
38.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
39.该实施例提供一种冷却流道装置，该冷却流道装置具体是功率变换器中的一个变换器单元，也可以是用于其他电气设备中，为相应的电气元件进行散热。本实施例主要是以功率变换器为例进行示例说明，其他电气设备可以参照理解。
40.请参考图1-3，图1为本技术实施例中冷却流道装置的示意图；图2为图1中第一壳体1内部的示意图；图3为图1中第二壳体2内部的示意图。
41.该冷却流道装置包括相对设置的第一壳体1和第二壳体2，第一壳体1和第二壳体2中均用于安装上述的电气元件，第一壳体1和第二壳体2中装设的电气元件可以相同也可以不同，第一壳体1和第二壳体2可以是相同的结构，也可以是不同结构。从图2、3可以看出，第一壳体1和第二壳体2均是一侧开口的壳体结构，内部的结构相同，内部为用于安装电气元件的安装区域。其中，第一壳体1的安装区域包括第一安装区域1-1、第二安装区域1-2、第三安装区域1-3，第一安装区域1-1和第三安装区域1-3可以安装第一电气元件，例如是mosfet(金属-氧化物半导体场效应晶体管)和diode(金属半导体二极管)，位于中部的第二安装区域1-2可以安装第二电气元件，例如是功率电感，第二壳体2的安装区域包括第一现状区域2-1、第二安装区域2-2、第三安装区域2-3，与第一壳体1相同。当然，这仅仅是一种电气元件的分布示例，第一壳体1和第二壳体2内部可以装入同一种电气元件，或者更多种的电气元件，本实施例不做限制。
42.请继续参考图4-6理解，图4为图1中第一壳体1底部的示意图；图5为图1第二壳体2底部的示意图；图6为图1中第一壳体1和第二壳体2对接后沿x向的剖视图，x向是垂直于第一安装区域1-1、第二安装区域1-2、第三安装区域1-3的排布方向。
43.图1中，第一壳体1和第二壳体2是一侧开口、底部相对地设置，第一壳体1和第二壳体2的一侧开口，与开口相对的一侧为底部，第一壳体1和第二壳体2还包括环绕在底部四周的周侧部。其中，第一壳体1具有朝向第二壳体2的第一壁，第二壳体2具有朝向第一壳体1的第二壁，第一壁为第一壳体1的底部的壁，第二壁为第二壳体2的底部的壁，第一壁和第二壁相对设置，将第一壳体1和第二壳体2作为一个整体理解，则相当于两个壳体共用一个底部。
44.值得注意的是，本实施例中第一壳体1的第一壁和第二壳体2的第二壁中至少一者设有槽结构，第一壁和第二壁对接后形成冷却介质流动的流道，槽结构则构成流道的一部分。比如，第一壁和第二壁中的任一者设置槽结构，另一者包括平壁，则平壁盖设到槽结构后围合形成流道，或者，第一壁设置第一槽结构，第二壁设置第二槽结构，第一槽结构和第二槽结构的槽口相对，二者对接形成流道。图3中，第一壳体1的第一壁设置第一槽结构，第一槽结构包括多个槽段，分别是第一槽段11、第二槽段12、第三槽段13、第四槽段14、第五槽段15，第二壳体2的第二壁设置第二槽结构，第二槽结构包括多个槽段，分别是第一槽段21、第二槽段22、第三槽段23、第四槽段24、第五槽段25，第一槽结构的每个槽段和第二槽结构对应的槽段对接后形成流道的一部分。
45.如此设置，在第一壳体1和第二壳体2之间形成流道，冷却介质在流道中流动时，可以同时为第一壳体1以及第二壳体2内的电气元件进行冷却散热，实现双面散热，充分利用流道，从而提高散热效率。而且，流道由第一壳体1、第二壳体2的底部对接形成，这样形成流道的方式简单，并且冷却介质在流道中流动时直接接触第一壳体1、第二壳体2，散热效果更好。
46.进一步地，流道包括进口流道、出口流道以及冷却流道，进口流道、冷却流道、出口流道串联。冷却介质例如可以是水，冷却介质从进口流道进入然后流经冷却流道，再经出口流道流出，冷却流道主要分布在第一壳体1、第二壳体2的电气元件的布置区域，例如上述的三个安装区域，这样，一进一出即可实现冷却，冷却介质的引入或流出较为简单，当然，根据安装区域的设计，设置多路并联的流道也可以。
47.具体地，本实施例中的冷却流道在电气元件所在的区域分为多个冷却分流道，其中，第一槽结构的第一槽段11和第二槽结构的第二槽段21对接形成进口流道，第二槽段12和第二槽段22对接形成第一冷却分流道a，第三槽段13和第三槽段23对接形成底部冷却分流道b，第四槽段14和第四槽段24对接形成第二冷却分流道c。
48.可继续参考图7-10理解，图7为1中第二壳体2的局部剖视图，具体是沿x向进行剖视；图8为图7中安装于第一冷却分流道a中的导流结构3的示意图；图9为图8中导流结构3另一视角的示意图；图10为图7中安装于第二冷却分流道c中的导流结构3的示意图。图8-10中以虚线箭头的形式示意出冷却介质在导流结构3处的流动路径。
49.该实施例中的冷却流道装置还包括导流结构3，导流结构3用于引导冷却介质在冷却流道中的走向。即通过在冷却流道中设置导流结构3，可以引导冷却介质根据需求流动，例如形成循环、弯折等走向，使得冷却介质的流向更为灵活，起到更好的冷却效果。
50.本实施例中冷却流道包括至少两个冷却分流道，至少一个冷却分流道设有导流结构3，为了与图2、3中电气元件的分布适应，冷却流道包括第一冷却分流道a、第二冷却分流道c、底部冷却分流道b，第一冷却分流道a对应于第一壳体1的第一安装区域1-1和第二壳体2的第三安装区域2-1，第二冷却分流道c对应于第一壳体1的第三安装区域1-3和第二壳体2的第三安装区域2-3，底部冷却分流道b对应于第一壳体1的第二安装区域1-2、第二壳体2的第二安装区域2-2。
51.如图7所示，位于底部冷却分流道b两侧的第一冷却分流道a和第二冷却分流道c中设置有导流结构3。导流结构3可以将对应的冷却分流道分隔出两层沿冷却分流道延伸方向延伸的第一流道腔和第二流道腔，图7中，第一冷却分流道a被分隔出第一流道腔a1和第二
流道腔a2，第二冷却分流道c被分隔出第一流道腔c1和第二流道腔c2。第一流道腔a1/c1的一端为入口，另一端为出口，第一流道腔a1/c1的出口连通第二流道腔a2/c2一端的入口，第二流道腔a2/c2的另一端为出口。则冷却介质可以沿第一流道腔a1/c1流动，再从第二流道腔a2/c2反向流回，这样将第一冷却分流道a和第二冷却分流道c分层设置，可以加速冷却介质的流动，可更快速地换热，适应于会大量散热的电气元件的散热，比如前述的第一冷却分流道a和第二冷却分流道c对应于mosfet和diode的布置区域，mosfet和diode为发热量较大的电气元件，分层后，可以显著增加冷却介质流速，且形成往复流动路径，分层可以实现冷却介质的立体循环，散热效果得以大幅提升。
52.如图6所示，第一冷却分流道a和第二冷却分流道c的截面厚度高于底部冷却分流道c，较高的截面厚度设计一方面便于实现分层，另一方面，第一冷却分流道a和第二冷却分流道c的外壁与底部冷却分流道b的外壁围合形成凹部，便于注胶固定相应的电气元件，例如固定功率电感。
53.导流结构3的具体结构如图8-10所示，导流结构3包括第一隔板31、第二隔板32，以及位于第一隔板31、第一隔板32之间的连接板33，第一隔板31、第一隔板32、连接板33均沿冷却分流道的延伸方向延伸，即图1、8中所示的y向，第一冷却分流道a和第二冷却分流道c均沿y向延伸。导流结构3的第一隔板31、第一隔板32的板面相对且相对平行设置，连接板33垂直于第一隔板31和第一隔板32。如图6所示，第一隔板31和对应的冷却分流道的壁配合形成第一流道腔a1/c1，具体是和第二槽段22或第四槽段24的侧壁、底壁配合，第一隔板32和冷却分流道的壁配合形成第二流道腔a2/c2，具体是和第二槽段12、第四槽段14的侧壁、底壁配合。
54.以导流结构3设置在第一冷却分流道a为例，第一隔板31和第一壳体1的第一槽结构的第二槽段12的两侧抵接密封，和第二槽段12的底壁具有间距，从而围合形成第二流道腔a1，第二隔板32和第二壳体2的第二槽结构的第二槽段22的两侧抵接密封，并和第二槽段22的底壁具有间距，从而围合形成第二流道腔a1。为了更快速、均匀地流动，提高散热能力，还可以设置凸筋，凸筋将第一流道腔a1/c1和第二流道腔a2/c2分隔为至少两个沿冷却分流道延伸方向延伸的分腔，如图6所示，第一槽结构的第二槽段12、第四槽段14，以及第二槽结构的第二槽段22和第四槽段24，在对应于第一冷却分流道a、第二冷却分流道c的位置的中部设置一条凸筋，图5中示意出凸筋241，则设置凸筋241位置的槽段的横截面轮廓为m形，则第一流道腔a1/c1和第二流道腔a2/c2为m型腔，即大致分隔为两个分腔，第一隔板31、第二隔板32与凸筋之间仍可具有间隙，分隔的分腔相通。
55.上述由第一隔板31、第一隔板32分隔形成第一流道腔a1/c1和第二流道腔a2/c2，结构较为简单，只要将导流结构3置入到对应的第一冷却分流道a、第二冷却分流道c中，即可进行分层设置，相较于直接设置出分层的冷却分流道，加工更易于实现。可知，导流结构分层的方式也不限于此，比如直接利用一个隔板进行分层，上述的分层方式使得第一流道腔a1/c1和第二流道腔a2/c2厚度较小，可以更好地加速冷却介质。
56.进一步地，导流结构3具有侧部，图8中，导流结构3的两个侧部分布于y向的两侧，侧部朝向x向，其靠近相邻冷却分流道的侧部，在靠近导流结构3端部的部分设置连通腔3a。这样通过连通腔3a可以和上游或者下游的冷却分流道形成对接，本实施例中多个冷却分流道沿x向排布，在朝向x向的侧部设置连通腔3a，则可以直接实现相邻冷却分流道的对接，便
于各冷却分流道的连通。
57.具体地，如图8所示，导流结构3还包括沿冷却分流道延伸方向(即y向)延伸的中部隔板34，中部隔板34位于第一隔板31和第二隔板32之间，中部隔板34和第一隔板31、第二隔板32板面相对且相互平行，连接板33同时连接中部隔板34，还包括垂直于第一冷却分流道a或第二冷却分流道c延伸方向的两个分隔板，分别定义为第一分隔板351和第二分隔板352，中部隔板34、两个分隔板，以及第一隔板31或第二隔板32围合形成连通腔3a，图8中，两个分隔板和第一隔板31形成位于中部隔板34上侧的连通腔3a，此实施例中的两个分隔板的两端连接第一隔板31和第二隔板32，故两个分隔板与第二隔板32也围合形成一个位于中部隔板34下侧的连通腔3a。
58.图8中，第一分隔板351连接第一隔板31、第二隔板32的端部边缘，第二分隔板352和第一分隔板351间隔一定距离。第一分隔板351由中部隔板34分隔的两部分均设置缺口351a，这样，位于第一隔板31之上的第二流道腔a2或位于第二隔板32至下的第一流道腔a1可以通过缺口351a连通连通腔3a，继而再通过连通腔3a连接到相邻的冷却分流道。设置缺口351a的方式比较简单，当然，也可以是其他设置方式，例如在第一隔板351上设置通孔等。
59.如图9所示，中部隔板34沿导流结构3的延伸方向的两端均伸出第一隔板31和第二隔板32，其对应于第一流道腔a1/c1出口一端伸出的部分大致为u形，这样形成开口34a，开口34a可以作为第一流道腔a1/c1和第二流道腔a2/c2连通的接口，另一端伸出的部分可以分隔第一流道腔a1/c1和第二流道腔a2/c2，防止冷却介质同时进入第一流道腔a1/c1和第二流道腔a2/c2。
60.结合图11-13理解，图11为图1中第一壳体1的剖视图；图12为图图5中冷却流道位置的放大图；图13为图1中流道的流动路径原理图。
61.如图7、12所示，设置在第一冷却分流道a的导流结构3，冷却介质从进口流道流入，然后进入到导流结构3和第一冷却分流道a的壁配合形成的第一流道腔a1中，其中，部分冷却介质会进入到导流结构3下侧的连通腔3a中，但是不会继续在第一隔板31和第二隔板32中移动。冷却介质沿下侧的连通腔3a流动后，向上进入到第二流道腔a2中，进行反向流动，然后流向导流结构3靠近进口流道的端部位置，此时可以经缺口351a进入到导流结构3上侧的连通腔3a中，可以经连通腔3a流向底部冷却分流道b，如图3所示，底部冷却分流道b设置有第一接口13a，第一接口13a位于第一壳体1的第三槽段13，底部冷却分流道b还设有第二接口23a，第二接口23a设置在第二壳体2的第三槽段23，冷却介质进入底部冷却分流道b后，通过第二接口23a再流向第二冷却分流道c中的导流结构3，该导流结构3与设置在第一冷却分流道a中的导流结构3反向设置，此时，冷却介质经第二冷却分流道c中导流结构3的位于下侧的连通腔3a，并经缺口351a流向第二冷却分流道c的第一流道腔c1，流至第一流道腔c1的端部后向上流向第二流道腔c2，反向流动后从第二流道腔c2的端部流出，进入出口流道，可结合图13理解冷却介质的整体流动路径。
62.上述第二冷却分流道c中导流结构3的设置方向和第一冷却分流道a中导流结构3相反，这样，冷却介质可以在第一冷却分流道a中沿y向从左至右，再从右至左，而在第二冷却分流道c沿y向可以从右至左再从左至右，促进冷却介质的换向，提高换热效率，而且这样使得底部冷却分流道b的第一接口13a和第二接口23a在y向上也错开，进一步使得冷却介质流动更为均衡。
63.可以理解，上述实施例中，第一分隔板351和第二分隔板352分隔形成上、下的两个连通腔3a，图7中，位于第一冷却分流道a中的下侧的连通腔3a实际上不起连通作用，位于第二冷却分流道c中的上侧的连通腔3a实际上不起连通作用，这里设置出两个连通腔3a的目的，是将两个导流结构3可设置为结构完全相同，这样无需分别加工。但可以理解，可以根据实际需要进行设计，比如位于第一冷却分流道a中的导流结构3，其第一分隔板351和第二分隔板352实际上只要连接第一隔板31和中部隔板34即可，位于第二冷却分流道c中的导流结构3，其第一分隔板351和第二分隔板352实际上只要连接第二隔板32和中部隔板34即可。
64.此外，本实施例中的导流结构3还包括挡板36，挡板36垂直于冷却分流道延伸方向，挡板36与上述的分隔板类似，挡板36也连接第一隔板31、中部隔板34以及第二隔板32，挡板36和分隔板沿导流结构3的延伸方向排布，挡板36可以限制冷却介质越过连通腔3a后继续沿冷却分流道的延伸方向流动，以保证冷却介质仅从第一流道腔a1/c1、第二流道腔a2/c2连通，且挡板36和分隔板可以起到加强筋的作用，提高导流结构3的强度。
65.请再看图8，第二分隔板352的侧部边缘也设有缺口352a，这样，冷却介质从连通腔3a实际上还可以流向与之相邻的挡板36之间的空腔，这样相当于可以扩大连通腔3a的体积，以避免冷却介质变相流入连通腔3a后，体积过小而可能引起的较大流阻，促进冷却介质的顺畅流动，以图8为例，即冷却介质从缺口351a进入连通腔3a后，还可以向由继续流动至一个挡板36的位置，即可以进入导流装置3左端的两个格腔中。
66.此外，本实施例中，连接板33在连通腔3a的位置镂空，可以是局部镂空，也可以是在连通腔3a的位置完全镂空，即连接板33不延伸到连通腔3a的位置。此时，第一分隔板351、第二分隔板352不仅仅是设置在连接板33的一侧，也是由连接板33分隔为两部分，这样一方面利于导流结构3可以设置为相同的结构以装配到任一冷却分流道中，适应于任一侧流入或流出冷却介质，而且也可以提高连通腔3a的体积，起到缓冲减小流阻的目的，此时第一分隔板351和第二分隔板352的两侧边缘均设有缺口351a、缺口352a。
67.此外，如图12所示，底部冷却分流道b中还可以设置引导筋231、引导筋131，引导筋231、引导筋131沿y向设置，引导筋131设置在第一壳体1的第三槽段13中，引导筋231设置在第二壳体2的第三槽段23中，引导筋131和引导筋231对接以分隔底部冷却分流道b，引动筋231、131沿y向的长度小于底部冷却分流道b的长度，和底部冷却分流道b的两端具有间距，冷却介质可以从两处间距处流通。这样，冷却介质流向底部冷却分流道b之后，可以在引导筋231的引流下相对均匀地流动，可参照图13的流动路径理解。可知，引导筋231的设置方式和设置数量不限于此，可以根据实际需求进行设计。
68.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。