专利名称：一种新型电机控制器散热系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及散热器领域，特别是涉及一种用于电动汽车控制器的散热系统。
背景技术：
随着社会的进步，人们对能源的需求越来越大，而地球上石油等不可再生资源则是急剧减少，这严重制约了人类文明的长期持续发展，为此人们开始积极探索新的可再生资源来取代传统的能源。正是这种发展的迫切需求，各种新能源汽车应运而生，其中纯电动汽车在最近几十年得到了极大的发展。电机控制系统是电动汽车的关键技术之一，电机控制器作为电动汽车的核心部件，直接影响到电动汽车的质量。控制系统的发热绝大部分是由功率器件的热损耗引起的，而功率器件对温度又比较敏感，温度过高会影响控制器的性能，甚至造成功率器件的不可逆转的损坏，影响控制器的正常使用。10°C法则表明，当器件温度降低10°C，器件的可靠性将增长一倍。由于IGBT等功率元件的发热比较集中，如何有效的降低其工作温度，延长其使用寿命，已经成为世界各国电动汽车行业的研究热点。目前世界上的成品电动车控制器主要使用风冷和水冷方式进行冷却。风冷散热器散热极限较低且体积与重量较大；若使用传统水冷散热器，水冷板与功率器件紧密连接封装，一旦有水渗入控制器内部，将导致极大的安全事故，造成人身安全和财产损失。当今大规模集成电路和IGBT等所需冷却的面热通量已经达到了轻水炉反应堆的炉心热通量的量级，单纯的强制空冷和水冷方式已难以满足系统散热要求，而其他一些传统散热方法也暴露出了尺寸大、装置复杂、效率低等缺陷。因此，针对电机控制器的具体应用环境，开发新型微冷技术刻不容缓。微槽群相变散热器具有取热极限高、体积小等优点，工程应用前景广阔，其工作原理是通过在微槽壁上开设具有毛细吸附作用的微槽道，使微槽壁下部的相变介质通过毛细作用沿微槽流动，在槽中形成薄液膜蒸发和核态沸腾蒸发强化换热过程，带走发热元件上的热量。如中国专利文献CN2834120Y公开了一种微槽群式散热器，包括内壁设有微槽群的蒸发器和自然对流式冷凝器，蒸发器和冷凝器之间用软管相连形成一个回路，制冷剂在蒸发器和冷凝器之间通过相变来完成热的传递。这种散热器由于采用了微槽群结构，散热效率大大提高，但是，这种微槽群相变散热器目前主要用于固定的电子元器件的散热，而电动汽车在运动的过程中时刻处于晃动的状态，这种晃动会使介质在密封腔内剧烈飞溅，飞溅的液体击打在微槽壁面上，破坏了微槽壁面上的薄液膜层的蒸发，进而影响了散热的效率。因此这种高效的微槽群散热技术目前还不能应用于电动汽车等运动物体的散热。
发明内容
本发明要解决的问题就是克服汽车晃动对微槽壁表面液膜的影响，从而把散热效率高的薄膜蒸发冷却技术应用到电动汽车领域，提出一种适合电动汽车的电机控制器的新型的散热系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案
一种新型电机控制器散热系统，包括一密封腔体，在所述腔体内设置有液态相变介质，所述腔体壁包括至少一个微槽壁和至少一个散热壁，所述微槽壁的外表面用于紧贴发热元件，在所述微槽壁的内表面上设置有微槽道，所述散热壁上设置有冷却装置，所述的密封腔体内设有微槽保护挡板，所述的微槽保护挡板靠近于微槽壁设置，所述微槽保护挡板的两端设有供气态和液态相变介质通过的通道。所述的微槽道为纵向和横向垂直交错的凹槽。所述的冷却装置为设置在散热壁外表面上的散热翅片。所述散热壁为凹凸起伏的波浪状曲面。所述散热壁凹凸起伏曲面的横截面为矩形。所述的散热翅片为垂直于散热壁的圆柱状或矩形柱状。所述的冷却装置为水冷板盖与散热壁围成的水冷装置，所述的水冷板盖与散热壁围成冷却空腔，所述水冷板盖的侧面设有进水口和出水口，冷却水从进水口进入冷却空腔，与散热壁热量交换后从出水口流出。所述的液态相变介质为新氟碳化合物。所述密封腔体的腔体壁上设有供注入液态相变介质的介质注入口。本发明的有益效果是1、本发明设计的电机控制器散热系统，包括一密封腔体，在所述腔体内密封有液态相变介质，腔体壁包括至少一个微槽壁和至少一个散热壁，微槽壁的外表面紧贴散热兀件，在微槽壁的内表面上设置有微槽道，密封腔体内设有微槽保护挡板，所述的微槽保护挡板靠近于微槽壁设置，微槽保护挡板的两端设有供液态和气态相变介质通过的通道。本发明在密封腔体内设微槽壁保护挡板，并且微槽保护挡板靠近微槽壁设置，这样的设置使微槽保护挡板和微槽壁之间空间较小，相变介质在狭小的空间内无法产生剧烈的飞溅而破坏微槽板表面薄液膜蒸发，而散热壁与微槽保护挡板之间的相变介质由于晃动而产生的飞溅则直接击打在微槽保护板上，这样就保证了汽车在运动中的微槽壁蒸发散热的正常进行，极大提高了散热极限，为电动汽车散热系统提供了新的优化方向。2、本发明的电机控制器散热系统，所述的微槽道为纵向和横向垂直交错的凹槽，微槽道的深度和宽度适宜于产生毛细作用，这种微槽道横向和纵向交错设置，可以使相变介质液膜均匀的分布在微槽壁的表面，可以提高整个微槽壁的效率，从而提高系统的散热效率。3、本发明的电机控制器散热系统，散热壁的外表面设置的冷却装置，可以根据实际的情况来选择不同的散热方法。如可以直接在散热壁的外侧设散热翅片，并把散热翅片正向设置于汽车的迎风面，这样可以充分利用自然风冷对散热壁进行冷却；同时也可以采用水冷技术，在散热壁的外侧设置一个水冷板盖，利用车身自带的冷却水系统对散热壁散热。这种设计应用灵活，可以根据不同的车型选择不同的散热装置，具有较广的适用范围。4、现有技术中的相变介质为乙醇、去离子水、甲醇、丙酮等易燃、有毒介质，本发明中散热器因用于电动汽车，采用了新氟碳化合物为相变介质，其具有高绝缘性、沸点低、无毒、防爆、物化性质稳定等优点，无需在介质腔内涂绝缘涂层，使得散热器加工工序减少，散热器在防爆、耐腐蚀性等方面得到改进，可靠性和安全性得到极大提高。
图1是本发明采用风冷时的结构示意 图2是本发明采用水冷时的拆解示意 图3是本发明风冷时的剖视 图4是本发明散热壁另一实施例的结构示意 图中1-微槽壁，10-发热元件，11-微槽道，12-横向微槽道，2-微槽保护挡板，3-散热壁，31-介质注入口，32-散热翅片，4-相变介质，5-密封腔体，6-水冷板盖，61-进水口，62-出水口。
具体实施例方式实施例一
参见图1和图3，一种新型电机控制器散热系统，包括一密封腔体5，在所述腔体内设置有液态相变介质4，所述的相变介质4为新氟碳化合物，如氟碳氮化合物Fla或3000，该类化合物具有沸点合适、不腐蚀金属，而且具有高绝缘性，这使散热器在防爆、耐腐蚀性等方面得到改进，可靠性和安全性得到极大提高。相对于传统水冷散热器，本发明可以使电机控制器免于受漏水和结露的影响而损坏功率元器件。所述腔体壁具有一个微槽壁I和一个散热壁3，所述微槽壁I的外表面用于紧贴发热元件10，在所述微槽壁I的内表面上设置有微槽道11，所述散热壁3上设有冷却装置，此处的冷却装置可以是自然风冷或通过管路外接的水冷系统。所述的密封腔体5内设有微槽保护挡板2，所述的微槽保护挡板2靠近于微槽壁I设置，所述微槽保护挡板2的两端设有供液态和气态相变介质4通过的通道，也就是在所述微槽保护挡板2与密封腔体5的底面之间设有供液态相变介质4通过的通道，所述微槽保护挡板2与密封腔体5的顶面之间设有供气态相变介质4通过的通道。本实施例中的微槽保护挡板2靠近微槽壁I设置，主要是为了防止行车过程中由于汽车晃动而引起的相变介质4的飞溅破坏微槽壁I表面的薄液膜蒸发。参见图3，微槽保护挡板2的底部低于相变介质4的液面，微槽保护挡板2又靠近于微槽壁I设置，这样就使得微槽保护挡板2与微槽壁I之间的空间较小，二者之间的介质在狭小的空间内不会因车的晃动而产生剧烈飞溅，进而破坏微槽壁I表面的液膜蒸发；而微槽保护挡板2与散热壁3之间的相变介质4由于汽车的晃动产生的飞溅则直接击打在微槽保护挡板2上，也不会影响微槽壁I表面的薄膜蒸发。这样就解决了把微槽群散热技术运用到运动中的电动汽车上的问题。作为其它可以变换的实施方式，所述相变介质还可以采用其它具有相变性质的相变介质，如甲醇。使用其它相变介质时，要根据该相变介质的物理化学性质，做好防爆、防腐蚀等相关工作。为了便于注入相变介质4，可以在所述的密封腔体5的腔体壁上设有供注入相变介质4的介质注入口 31，所述的介质注入口 31在相变介质4注入密封腔体5、对介质的液面高度和密封腔体内部压力检测合格后，要进行完全密封。也可以不用开设介质注入口 31，直接把适量的相变介质4注入密封腔体5内，然后通过焊接等方式对密封腔体5进行密封。实施例二 在上述实施例的基础上，本实施例中的微槽道11横向和纵向交错设置，纵向的微槽道相邻紧密设置，布满整个微槽壁面，用于把密封腔体5底部的相变介质通过毛细作用吸附上来在微槽壁面上形成一层薄液膜；横向的微槽道12间隔设置，主要是为了使吸附上来的相变介质更加均匀的分布在微槽壁上，这样可以提高微槽壁的蒸发效率。在本实施例中，散热壁3可正向设置于电动汽车的迎风面，为了使散热壁3的较冷效果更好，散热壁3空格去掉的外表面上设有的散热翅片32，参见图1，所述的散热翅片32为垂直于散热壁的板面凸起结构，所述的凸起可为圆柱状、针状、波纹片状等。汽车在运动的过程中，可以利用自然风对散热壁进行降温。这样，所述密封腔体5的一面为微槽板蒸发面(即微槽壁I的内表面)，另一面为相变介质的冷却面(即散热壁3的内表面)，在密封腔内部就实现了换热过程，不仅节约了空间，而且提高了散热效率。作为其他可以变换的实施方式，本实施例中所述散热壁3可以设置为凹凸起伏的波浪状曲面，这种波浪状曲面有效增大了散热壁的风冷面积，使散热的效果更好。为了便于加工，所述散热壁3凹凸起伏的波浪状曲面的横截面可设为为矩形，参见图4，散热翅片32为垂直于散热面的片状结构。在本实施例中，相变介质4通过微槽道11、12的毛细作用分布在贴紧发热元件10的腔体壁上，利用微槽群的薄液膜蒸发和厚液膜处核态沸腾的双重相变原理，将热量由相变介质4从发热面(即微槽壁)迅速带走，气态相变介质遇到布满散热翅片32的散热壁3冷凝，散热翅片32所在面放置于车头等通风处，翅片热量被自然风带走，冷凝后的介质11在重力作用下在介质腔底部聚集，并通过微槽道11、12的毛细作用回流至贴紧发热元件10的微槽壁I上，完成一个无外部动力的循环。实施例三
本发明中位于散热壁3上的冷却装置可以采用冷却板的形式，作为本发明的另一种实施例，在本实施例中如图2中所示，冷却装置为水冷板盖6与散热壁3围成的水冷装置，所述水冷板盖6与散热壁3围成冷却空腔，所述水冷板盖6的侧面设有进水口 61和出水口62，冷却水从进水口 61进入冷却空腔，与散热壁3热量交换温度升高后从出水口 62流出。本实施例中的水冷板盖6可以直接对没有设置散热翅片32的散热壁3进行冷却，这种设计适于功率较小的电机控制器的散热。也可以把散热翅片32在设置在所述的空腔内，这种设计可以增大散热壁的散热面积，适用于功率较大的电机控制器的散热。采用水冷方法可以更加有效的对散热壁进行降温，从而提高散热系统的效率。同时，由于水冷的效率比风冷要高，相同的散热量可以把水冷设备的体积做的更小，这样会使整个的散热系统所占的空间更小。本实施例中的水冷设备不同于传统汽车中的水冷设备，传统的水冷设备直接对发热元器件进行冷却，散热效率远低于本发明的散热器。另外，水冷设备有漏水、结露的可能，紧贴其上的元器件有潜在安全隐患。而本实施例中的水冷设备是对散热壁进行冷却，电机控制器的发热元件由相变介质的蒸发冷却过程对其进行冷却，这样不仅提高了散热效率，同时也为电机控制器提供了一个更加安全的工作环境。本发明并不仅限于上述具体实施方式
，本领域的技术人员应该明白，凡是在本发明创造精神及原则范围之内所做的任何改动和替换，都应在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种新型电机控制器散热系统，包括一密封腔体(5),在所述腔体内设置有液态相变介质(4)，所述腔体壁包括至少一个微槽壁(I)和至少一个散热壁(3)，所述微槽壁(I)的外表面用于紧贴发热元件，在所述微槽壁(I)的内表面上设置有微槽道(11)，所述散热壁(3)上设置有冷却装置，其特征在于所述的密封腔体(5)内设有微槽保护挡板(2)，所述的微槽保护挡板(2 )靠近于微槽壁(I)设置，所述微槽保护挡板(2 )两端设有供气态和液态相变介质通过的通道。
2.根据权利要求1所述的一种新型电机控制器散热系统，其特征在于所述的微槽道(11)为纵向和横向垂直交错的凹槽。
3.根据权利要求1或2所述的一种新型电机控制器散热系统，其特征在于所述的冷却装置为设置在散热壁(3)外表面上的散热翅片(32)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种新型电机控制器散热系统，其特征在于所述散热壁(3)为凹凸起伏的波浪状曲面。
5.根据权利要求4所述的一种新型电机控制器散热系统，其特征在于所述散热壁(3)凹凸起伏曲面的横截面为矩形。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的一种新型电机控制器散热系统,其特征在于所述的散热翅片(32)为垂直于散热壁的圆柱状或矩形柱状凸起。
7.根据权利要求1或2所述的一种新型电机控制器散热系统，其特征在于所述的冷却装置为水冷板盖(6)与散热壁(3)围成的水冷装置，所述水冷板盖(6)与散热壁围成冷却空腔，其侧面设有进水口( 61)和出水口( 62 )，冷却水从进水口( 61)进入冷却空腔，与散热壁(3)热量交换温度升高后从出水口(62)流出。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种新型电机控制器散热系统，其特征在于所述的液态相变介质(4)为新氟碳化合物。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种新型电机控制器散热系统，其特征在于所述密封腔体(5)的腔体壁上设有供注入液态相变介质(4)的介质注入口(31)。
全文摘要
本发明公布了一种新型电机控制器散热系统，包括一密封腔体，在所述腔体内设置有液态相变介质，所述腔体壁包括至少一个微槽壁和至少一个散热壁，所述微槽壁的外表面适于紧贴发热元件，在所述微槽壁的内表面上设置有微槽道，所述散热壁上设有冷却装置，所述的密封腔体内设有微槽保护挡板，该微槽保护挡板靠近于微槽壁设置，所述微槽保护挡板上下端分别设有供相变介质通过的通道。通过在密封腔体内设置微槽保护挡板，保护了微槽薄液膜的形成，使其在汽车运动中仍然可以实现蒸发散热，提高了电机控制器的散热效率。此设计使得整个系统结构简单，相同散热效率下体积更小，散热极限更高。
文档编号H05K7/20GK103068210SQ20121057695
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者徐国卿, 刘玢玢, 李卫民, 林桂林 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院