本发明涉及一种用于从待冷却对象、例如功率电子构件导出热量的(高效)冷却机构。此外,本发明涉及一种尤其用于电动车辆的功率电子单元,所述功率电子单元具有多个带有这种冷却机构的功率电子构件。
背景技术:
1、用于功率电子构件、如功率电子半导体模块的冷却机构必须是特别高效或高性能的。在这种具有由金属或金属合金制成的冷却体的冷却机构中,该冷却体具有平坦的或者说平面的吸热侧,该吸热侧在使用冷却机构的情况下为了优化热传递而应该尽可能靠近地(必要时在直接贴靠的情况下或者在中间连接由导热材料、尤其是导热膏制成的中间层的情况下)布置在待冷却对象的(例如同样平面的)散热侧上,通常得到如下情况,即,要么冷却体或者更确切地说其平坦的吸热侧必须同时布置在多个待冷却的对象上,这些对象的散热侧由于对象的相应不同的高度尺寸和/或由于基于不同材料的所参与的部件的不同变形而在不同的平面中延伸,要么冷却体或者更确切地说其吸热侧必须布置在单独的待冷却对象的不连续平坦延伸的散热侧上。
2、在这两种情况下,在一方面一个或多个待冷却对象的一个或多个散热侧与另一方面冷却体的平坦的吸热侧之间可以局部地产生更大的对于有效的热传递不利的距离,这对冷却机构的冷却效率产生不利影响。
3、出于该原因,部分地使用相对大的层厚度的导热膏,以便桥接相应的否则仅通过不良地导热的空气填充的距离。然而,这种解决方案不是最佳的。除其它原因外还有由于可使用的导热膏通常具有比冷却体的金属/金属合金更低的导热能力。
技术实现思路
1、由此出发,本发明的任务是,进一步开发开头所述类型的冷却机构或功率电子单元。
2、该任务通过具有权利要求1的特征的冷却机构和具有权利要求27的特征的功率电子单元解决。
3、在此,根据本发明的冷却机构具有第一(尤其是长形的)混合冷却构件,冷却流体能够被引导穿过所述第一混合冷却构件并且所述第一混合冷却构件具有尤其是刚性的、流体密封地与所述第一混合冷却构件的由塑料构成的基体连接的、尤其是板状的由金属或金属合金构成的冷却体,所述冷却体用于布置在待冷却对象上。此外,所述冷却机构具有与第一冷却构件尤其是可拆卸地连接的第二(尤其长形的)混合冷却构件,冷却流体能够被引导穿过所述第二混合冷却构件并且所述第二混合冷却构件具有多个、优选至少三个冷却构件区段,各所述冷却构件区段尤其是通过连接铰链(成对地)铰接地互相连接。在此,冷却构件区段分别具有优选板状的、由金属或金属合金构成的用于布置在待冷却对象上的冷却体,该冷却体与所述第二冷却构件的由塑料构成的基体流体密封地连接,其中,这两个混合冷却构件在形成布置在这两个混合冷却构件之间的、用于待冷却对象的容纳空间的情况下彼此间隔开地定位并且尤其是可拆卸地互相连接。
4、通过使用两个这种不同的混合冷却构件,所述混合冷却构件尤其具有用于待冷却对象、例如用于功率电子半导体模块的容纳空间,待冷却对象一方面能够有效地从两侧被冷却。另一方面,尤其对于多个待冷却对象同时应由混合冷却构件冷却的情况(这些待冷却对象的散热侧不精确地在同一平面中延伸),还提供了这样的可能性,即,由此产生的高度偏移通过第二混合冷却构件的彼此铰接地连接的冷却构件区段来补偿。因为这种铰接连接能够实现各个冷却构件区段相应地同样在不同的平面中运动并且单独地适配于或者更确切地说贴靠于不同高度的散热侧。
5、因此,根据本发明,有利地至少不(再)需要为了桥接尤其是这样的较大距离而必须使用大的层厚度的导热膏,结果,这与现有技术的解决方案相比,导致根据本发明的冷却机构的更高的冷却效率。但是,应当理解,在根据本发明的解决方案中,当然也可以此外在上述侧之间使用导热膏,尤其是为了补偿例如由于除此之外平坦的散热侧的相应结构可能导致的较小公差。
6、在该方案的进一步具体化方案中,第二混合冷却构件的每个冷却构件区段的每个冷却体的热吸收侧能够分别具有尤其是通过相应的冷却体的相应的下侧形成的吸热面,所述吸热侧在冷却机构的使用中应布置在相应待冷却对象上,其中,各个冷却体的吸热面然后可以根据需要相对于彼此在不同的平面中运动。关于第二混合冷却构件的相邻的冷却构件区段,相应的一个冷却构件区段的冷却体的吸热面于是自然可以相对于相应另外的冷却构件区段的吸热面运动。
7、应理解的是,冷却机构可以具有(但不必一定具有)多对分别这样铰接地互相连接的冷却构件区段。
8、例如至少三个冷却构件区段或者说两对冷却构件区段可以设置有中间的冷却构件区段,该中间冷却构件区段在(中间冷却构件区段的)第一侧上与外部的第一冷却构件区段铰接地连接以形成第一对,并且该中间冷却构件区段在(中间冷却构件区段的)第二侧上与外部的第二冷却构件区段铰接地连接以形成第二对。
9、关于与相邻的冷却构件区段铰接地连接的所述连接铰链或每个连接铰链,则所述连接铰链能够具有两个彼此间隔开的、尤其平行的旋转轴线,围绕所述旋转轴线,所述两个冷却构件区段相对于彼此在不同的平面中能运动、即能枢转。
10、优选地,所述第二混合冷却构件的冷却构件区段的冷却体可以分别与由塑料制成的共同的(长形的)基体连接,所述基体具有柔性的、尤其是易弯曲的、被构造为尤其是扁平的空心体的连接区段,这些连接区段形成在所述第二混合冷却构件的相邻的冷却构件区段之间的连接铰链并且同时使这些冷却构件区段导流地互相连接,从而冷却介质通过这些连接铰链能够在相邻的冷却构件区段之间流动。
11、在此,所述共同的基体可以在每个冷却构件区段的区域中分别具有凹陷,相应的冷却构件区段的相应的冷却体至少部分地插入到所述凹陷中,优选完全地直至冷却体的侧向的、尤其垂直地从所述冷却体的基本长方形的主部分伸出的连接边缘,所述共同的基体与所述连接边缘流体密封地连接、尤其材料锁合地和/或形锁合地连接。
12、关于冷却机构的容纳空间,则该容纳空间可以通过冷却机构的布置在所述两个混合冷却构件之间的、尤其是由塑料构成的、优选构造为注塑件的框架件划分为多个用于待冷却对象的单独的子容纳空间。
13、在此,每个子容纳空间可以通过所述框架件的侧向限制支柱限制,尤其是通过一对彼此间隔开地相对的横向支柱和一对彼此间隔开地相对的纵向支柱限制。
14、在此,相邻的子容纳空间优选可以共享同一个横向支柱或者在一侧通过同一个布置在相邻的子容纳空间之间的横向支柱限制,其中,第二混合冷却构件的每个连接铰链以与这种横向支柱的(小)距离地无侧向偏移地布置在横向支柱旁边,尤其是布置在横向支柱上方。
15、在本发明的另外的构造方案中可以规定,第二混合冷却构件的每个冷却构件区段分别配设给一个子容纳空间,冷却构件区段、尤其是冷却构件部的冷却体至少部分地沉入并且适配到所述子容纳空间中。这尤其是使得所述框架件的彼此间隔开地相对的、侧向限制相应的子容纳空间的纵向支柱分别相邻地、尤其是平行于所述冷却构件区段的所配设的纵向侧延伸并且限制或防止所述冷却构件区段的可能的横向于所述横向支柱延伸的运动。
16、附加地或备选地,所述框架件的彼此间隔开地相对的、侧向限制相应的子容纳空间的横向支柱分别相邻地、尤其是平行于所述冷却构件区段的所配设的横向侧延伸并且限制或防止所述冷却体的可能的横向于所述横向支柱延伸的运动。
17、关于尤其构造为注塑件的框架件,该框架件可以——尤其借助于螺纹连接——优选可拆卸地紧固在第一混合构件上,优选紧固在第一混合构件的冷却体上。
18、此外,所述框架件可以具有与该框架件连接的电接触元件(由导电材料(金属或金属合金,必要时也经涂层)制成),以用于接触待冷却的(电子)对象的相应的电接触元件和/或其他/另外的电子构件,例如pcb构件。
19、相应的电接触元件的连接可以尤其被构造成,使得接触元件不可拆卸地固定地集成到框架件中。
20、接触元件可以具有一个或多个连接区段,所述一个或多个连接区段(必要时分别)优选布置在接触元件的一个端部上,并且所述一个或多个连接区段可以与相应待冷却对象的或相应其他的/另外的电子构件的相应的电接触元件连接。
21、关于相应的接触元件集成到框架件中,则该集成优选可以在留出接触元件的一个或多个这种连接区段的情况下进行。
22、所述相应的电接触元件可以尤其具有尤其布置在所述电接触元件的一个端部上的、优选在集成到所述注塑件的范围内留出的第一连接区段和尤其布置在所述接触元件的另一个端部上的、优选在集成或者嵌入到所述注塑件的范围内留出的第二连接区段,利用所述第一连接区段使得所述电接触元件能够与待冷却对象的电接触元件连接,利用所述第二连接区段使得所述电接触元件能够与其他/另外的电子构件的电接触元件导电地连接,优选与pcb构件导电地连接。
23、此外,相应的电接触元件优选不可拆卸地集成到所述框架件中,方法是:优选在相应留出一个或多个所述连接区段的情况下,所述电接触元件至少局部地由所述框架件的注塑塑料注塑包封。
24、此外,相应的接触元件的所述连接区段或每个连接区段可以具有压配合几何结构。备选地,该连接区段例如也可以构造为钎焊触点。例如使得连接区段能够与电子构件的与其配合的电接触元件形锁合地和/或摩擦锁合地和/或材料锁合地电连接。
25、当连接区段具有例如压配合几何结构时,方法是:连接区段插入到pcb构件的相应的接触孔中。当连接区段构造为钎焊触点时,方法是:连接区段相应地与其他电子构件的配合的电接触元件的连接区段钎焊。
26、关于框架件,则该框架件还可以具有至少一个、优选至少两个、尤其是与所述框架件一体连接的或者说材料一体地与所述框架件构造的定位辅助件,用于定位电子构件、尤其是pcb构件。
27、此外,根据本发明的冷却机构还可以具有夹紧机构,以用于将第一混合冷却构件与第二混合冷却构件夹紧,从而所述混合冷却构件的冷却体能够分别将通过所述夹紧机构引起的压力施加到能布置或被布置在所述冷却体之间的待冷却对象上。
28、在此,夹紧机构可以包括弹性构件,所述弹性构件布置在所述第二混合冷却构件的每个冷却构件区段的如下侧上并且在所述侧上朝着所述第一混合冷却构件的方向施加压力,所述侧与相应布置有相应的冷却构件区段的冷却体的侧相对。该弹性构件在此可以与第一混合冷却构件夹紧。尤其是方法是:该弹性构件与紧固在第一混合冷却构件上的框架件优选可拆卸地紧固,优选与该框架件螺纹连接。
29、弹性构件又可以具有多个弹性元件(尤其是弹性臂)。尤其每个冷却构件区段至少有两个弹性元件,这些弹性元件弹动地压靠或能够压靠到第二混合冷却构件的相应冷却构件区段的相应上述的侧上。这优选地使得每个弹性元件、尤其是其相应的自由端部压靠或能够压靠在相应布置在该侧上的突出部上或布置在那里的突起上。
30、此外,每个混合冷却构件的每个冷却体可以与相应混合冷却构件的分别与其固定地且流体密封地、尤其是液体密封地连接的基体完全或部分地包围或者向外限制冷却流体室或冷却流体管路。
31、此外,第一混合冷却构件的所述或每个冷却体和/或第二混合冷却构件的冷却体可以具有通过(尤其平行的)冷却肋限制的、引入(例如铣入)到冷却体中的冷却流体管路区段。
32、第一混合冷却构件还可以此外分别具有多个在空间上彼此分开的冷却区,这些冷却区与冷却机构的尤其对于这两个混合冷却构件共同的入口导流地连接,使得当冷却机构通过冷却机构的入口被供应冷却介质时,第一混合冷却构件的冷却区分别并行地以并行流被冷却介质穿流。
33、备选地或附加地可以规定,第二混合冷却构件具有相应多个在空间上彼此分开的冷却区,这些冷却区与冷却机构的入口或尤其对于这两个混合冷却构件共同的所述入口导流地连接,使得当冷却机构通过冷却机构的入口被供应冷却介质时,第一混合冷却构件的冷却区分别相继地以串行流被冷却介质穿流。
34、优选地,第一和第二混合冷却构件的冷却区在此可以这样构造并且导流地与冷却机构的尤其是共同的入口连接,使得通过第一混合冷却构件的能并行地被冷却介质穿流的冷却区的冷却介质体积流量随着相应的冷却区与冷却机构的入口的距离的增加而从冷却区到冷却区变大。这尤其是为了补偿第二混合冷却构件的由于在第二混合冷却构件中的冷却介质串行流随着第二混合冷却构件的相应的冷却区与入口的距离的增加而从冷却区至冷却区降低的冷却效率。
35、此外,第二混合冷却构件的每个冷却构件区段优选可以配设有自己的冷却区,该冷却区尤其由相应的冷却构件区段的相应的冷却体的如下区域构成,在该区域中该冷却体具有由(尤其平行的)冷却肋限制的、引入冷却体中的冷却流体管路区段。
36、所述第一混合冷却构件的在空间上分开的冷却区之中的每个冷却区又可以由所述第一混合冷却构件的所述冷却体的如下区域构成,在所述区域中所述冷却体具有通过(尤其平行的)冷却肋限制的引入所述冷却体中的冷却流体管路区段。
37、关于第二混合冷却构件的基体,则该基体可以具有第二混合冷却构件的流体引导区段,这些流体引导区段在其朝向容纳空间的一侧上分别通过第二混合冷却构件的相应的冷却体流体密封地封闭。
38、所述第一混合冷却构件的基体又可以具有所述第一混合冷却构件的冷却流体管路区段,所述冷却流体管路区段在朝向所述容纳空间的一侧上通过所述第一混合冷却构件的冷却体流体密封地封闭。
39、此外,第一混合冷却构件的基体可以具有第一混合冷却构件的流体引导区段,这些流体引导区段在背离容纳空间的一侧上通过尤其是板状的、优选刚性的、与基体流体密封地连接的、由金属或金属合金制成的另外的冷却体封闭。优选通过这种另外的冷却体,在该另外的冷却体上可布置或已布置另外的待冷却对象以用于冷却。
40、所述冷却机构的入口和/或所述冷却机构的出口还可以包括如下区段,所述区段由所述第一混合冷却构件的基体形成(或者说与该基体一体地连接),冷却介质在穿流所述冷却机构、尤其是所述两个混合冷却构件的冷却区之后能够通过所述出口流出。
41、所述入口和/或所述出口在此可以布置在所述基体的背离所述容纳空间的一侧上。
42、关于第一混合冷却构件的所述基体或每个基体和/或第二混合冷却构件的所述基体或每个基体,则所述基体是由塑料制成的注塑件。