專利名稱：器具、器具的結構系列、帶有殼體件的裝置、方法、空氣冷卻器的應用和液體冷卻器的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種器具、器具的結構系列、 一種帶有殼體件的裝置、一 種方法、空氣冷卻器的應用和液體冷卻器的應用。
背景技術：
由DE 198 47 789已知一種作為帶有空氣冷卻器的器具的逆變器 (Umrichter)。其中，設計成空氣冷卻器的冷卻裝置具有冷卻筋。該器具 的功率受冷卻裝置散熱效率的限制。
由DE 102 36 525 Al已知一種閥構件組，其中IGBT-模塊和冷凝器通 過一匯流排系統(tǒng)導電連接，IGBT-模塊與加熱棒一起安裝在具有筋條的冷 卻體上，用于冷卻的空氣從這些筋旁流過。
由DE 202 00 484 Ul已知一種用于構件的冷卻裝置，在該冷卻裝置中 設置一被冷卻劑流過的熱交換器。
由DE 43 22 647 Al已知一種冷卻體，該冷卻體由兩根梳狀地相互嵌 入的型材制成。
由DE 20 2004 017 950 Ul已知一種用于電子構件的安勤良，該安fj^ 包括一被冷卻液流過的冷卻體，其中一用于與電子構件形成螺紋連接的螺 母可不能旋轉地(verdrehsicher)裝入一在冷卻體上延伸的固定裝置內(nèi)。
由DE 199 08 160 Al已知一種電子組件結構，該組件結構包括處理器 和電源模塊，它們通過一共同的支架保持在一起，在該支架上可安裝風扇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，改進功率密度高但成本低的器具的結構系列。 按照本發(fā)明，所述目的由根據(jù)權利要求l所述特征的電器具、根據(jù)權利要求25所述特征的結構系列、根據(jù)權利要求28所述特征的裝置、根據(jù) 權利要求30所述特征的方法和根據(jù)權利要求33、 34和36所述特征的應用 來實現(xiàn)。
本發(fā)明在電器具方面的重要特征是，包括產(chǎn)生熱量的電元件特別是功 率半導體和用于散發(fā)這些熱量的冷卻裝置，其中冷卻裝置包括一空氣冷卻 器，在該空氣冷卻器上安裝有一液體冷卻器，該空氣冷卻器設置在液體冷 卻器和產(chǎn)生熱量的電元件之間。此外，本發(fā)明在器具方面的重要特征是， 該器具包括產(chǎn)生熱量的元件和用于散發(fā)這些熱量的冷卻裝置，其中該冷卻 裝置可選擇地設計成用空氣工作或用液體工作，例如用水工作。產(chǎn)生熱量 的元件例如是功率半導體、電阻特別是制動電阻、其它發(fā)熱大的電子構件 例如線圏。本發(fā)明的優(yōu)點是，該器具在功率要求小時可以不用水冷，而在 功大率時可配備同時附加的水冷(裝置)。因此，在一種結構系列內(nèi)可制 造一種基本方案和一種附加方案。實現(xiàn)了一種所謂的模塊組合系統(tǒng)，其中 根據(jù)應用，亦即設備及其對器具的要求不同，可輸出高的功率或器具可空 冷和/或液冷運行。下面采用水作為液體的例子。
水冷卻器也可始終理解為液體冷卻器，空氣冷卻器可始終理解為氣體
冷卻器。
在一種有利的改進結構中，空氣冷卻器包括一冷卻體，該冷卻體具有 筋和/或指以將熱量^給從旁邊流過的空氣，產(chǎn)生熱量的電元件特別是導 熱地連接在一基板上、內(nèi)或旁，其中基板和冷卻體設計成一體，冷卻體具 有用于與液體冷卻器可拆卸連接的機械接口。因此，在冷卻體中不需要兩 個零件之間的熱傳遞，而是熱量在其中一個零件內(nèi)擴散，特別是擴散至冷 卻指或冷卻筋內(nèi)。在本發(fā)明中特別有利的是，液體冷卻器可連接在包括基 板和冷卻筋的空氣冷卻器上。因此可實現(xiàn)三種運行方式第一種是僅用空 氣冷卻器空冷，第二種是在連接水冷卻器的情況下僅通過該水冷卻器冷卻， 第三種是在連接水冷卻器的情況下通過空氣冷卻器和水冷卻器冷卻。在第
二種變型方案中，熱量不向周圍空氣散發(fā)?；搴屠鋮s體的一體設計與可 用水冷卻器更換空氣冷卻器的方案相比具有額外的優(yōu)點，即可以避免在產(chǎn)
生熱量的電或電子元件和空氣冷卻器之間的可拆卸的接口或熱傳遞部位。由此使空氣冷卻器在不帶水冷卻器運行時的冷卻效率與帶這種接口的空氣 冷卻器相比顯著提高。特別是避免接口或材料交界對于改善不利于向周圍 空氣散熱的空氣冷卻器的冷卻效率特別有利。在一種有利的實施例中，基板與冷卻筋或冷卻指設計成一體。在此重要的是，冷卻體設計成一體，因此只有盡可能少的、甚至沒有熱傳遞。也 就是說，只存在從產(chǎn)生熱量的元件向空氣冷卻器的熱傳遞。在附加裝上水 冷卻器的情況下，還存在從空氣冷卻器向水冷卻器的熱傳遞。在一種有利的改進結構中，機械接口包括用于安裝液體冷卻器的底板。在一種有利的改進結構中，水冷卻器裝在底板上。其優(yōu)點是，用底板確定 一可方便加工的接口，該接口提供向水冷卻器的良好的熱傳遞，特別是通 過形成一對于水冷卻器的固定產(chǎn)生足夠強度的平接觸面。在一種有利的實施例中，水冷卻器能可拆卸地連接在冷卻體上。其優(yōu)點是，可選擇附加連接或不連接水冷卻器。在此，選擇取決于對于器具所 要求的功率密度，亦即單位器具體積的功率。除空冷外，同時可以進行水 冷，或僅進行水冷。通過附加的水冷可散發(fā)比僅用空冷顯著多的發(fā)熱量。在一種有利的實施例中，器具包括一冷卻體，該冷卻體具有筋或指以 向從旁邊流過的空氣散發(fā)熱量。其優(yōu)點是，規(guī)定了大的散熱表面，因此在 冷卻體內(nèi)保持低的平均溫度。在一種有利的改進結構中，水冷卻器包括一冷卻器板，在該冷卻器板內(nèi)形成平行分布的冷卻劑通道，這些冷卻劑通道優(yōu)選通過連接件和/或封閉 件連接至冷卻劑通道系統(tǒng)，特別是這里冷卻劑通道設計成孔和/或凹槽。水 冷卻器優(yōu)選設計成至少三件式，其中設有一冷卻器板作為中間件，在該冷 卻器板中有利地用簡單的加工方法加工平行分布的冷卻劑通道。水冷卻器 還包括連接這些冷卻劑通道并以此將水冷卻器接入冷卻劑回路的連接件。 這些冷卻劑通道有利地可以串聯(lián)或并聯(lián)連接。也可以考慮組合連接。在一 種改進結構中，代替孔也可設置其它的橫截面輪廓如正方形輪廓，特別是當冷卻器板用連鑄法加工時。在一種有利的改進結構中，水冷卻器包括一冷卻器板，在該冷卻器板內(nèi)形成用于容納和/或?qū)ɡ鋮s液的凹部，其中空氣冷卻器的底板至少部分地形成用于凹部的殼體。其優(yōu)點是，可實現(xiàn)方便的制造。因為可以放棄復 雜的孔，而是可將凹槽做成壓鑄件。其中凹槽有利地這樣設置，使得在理 想的情況下形成一平面圖形。通過冷卻液和空氣冷卻器底板之間的直接接 觸進一步改善了熱量從產(chǎn)生熱量的元件的排出，亦即冷卻效率。在一種有利的改進結構中，代替凹槽或作為凹槽的補充，形成適合于 容納和導通冷卻液的、其它幾何形狀的凹部。在這種情況下，空氣冷卻器 底板的一部分至少部分地形成用于凹部的殼體，并通過裝上水冷卻器形成 冷卻液通道。可選擇的幾何形狀的例子包括圓形凹部、矩形凹部和帶有不同程度分支的不規(guī)則凹部。在一種有利的改進結構中，冷卻器板的凹部設計成之字形/回形槽，所述之字形槽通入設置在冷卻器板的側壁或背壁中的連接裝置特別是連接 管，以與冷卻劑設備連接。之字形槽有利地使熱量很好地從冷卻器板傳遞給冷卻劑。在一種有利的改進結構中，底板具有設計得與冷卻器板的凹部相配的 突起部，特別是用于密封地封閉凹部和/或作為定心輔助結構。這些突起部 有利地促使冷卻液在從其旁邊流過時產(chǎn)生渦流，從而使冷卻液充分混和。 由此改善了冷卻液的吸熱(量)，并最佳地充分利用冷卻液。在一種有利的改進結構中，底板通過冷卻筋和/或冷卻指i殳計成與M隔開一段距離。其優(yōu)點是，冷卻筋和/或冷卻指可用于第二和第三種功能， 即與水冷卻器的導熱連接和機械連接。在一種有利的改進結構中，在冷卻體的基板上形成冷卻筋和/或冷卻 指，另外在基板上設置一底板，以建立與該底板的連接，其中底板和基板 設計成一體。其優(yōu)點是，提供一種可替代的結構幾何形狀，在該結構幾何 形狀中底板與基板特別牢固地連接。因此，有利地使水冷卻器可靠地固定 在空氣冷卻器上，并使冷卻指和/或冷卻筋不受機械載荷和可以有利地設計成細薄的(filigran)。在一種有利的改進結構中，基板與冷卻筋或冷卻指設計成一體。從而使熱量在沒有可避免的材料交界的情況下從產(chǎn)生熱量的元件傳遞到冷卻指 上。通常，本發(fā)明的優(yōu)點是，可放棄不同的材料交界，然而在比較低的零件費用的情況下通過可配置的冷卻裝置實現(xiàn)大的方案多樣性。特別有利的 是，通過模塊化結構可后續(xù)地，亦即在器具構造后通過簡單的改裝提高冷 卻效率。在一種有利的改進結構中，在水冷卻器和冷卻體之間，沒置導熱膏或?qū)?熱膜。其優(yōu)點是，可減小導熱阻力。作為材料這里可優(yōu)選給出石墨或鋁-石蠟涂層(Aluminiumwachsbeschichtuiig)等。在一種有利的改進結構中，機械接口和用于連接的元件構造成，使水 冷卻器和冷卻體可在接觸面上基本上平坦貼合地連接。由此實現(xiàn)特別好的 熱傳遞，并提供高的冷卻效率。在一種有利的實施例中，機械接口和用于連接的元件構造成，使水冷 卻器和冷卻體可在接觸面上基本上平坦貼合地連接。其優(yōu)點是，可無空隙地特別是無氣孔等地實現(xiàn)熱傳遞。在一種有利的改進結構中，用于連接的元件包括夾緊元件。其優(yōu)點是，可迅速而方便地連接水冷卻器。特別是可將水冷卻器壓緊在冷卻器的底板 上。在此，壓緊這樣實現(xiàn)，即夾緊元件引起盡可能均勻的貼合。在一種有利的改進結構中，冷卻體和/或冷卻器板可制成擠壓型材或壓鑄件。因此可實現(xiàn)冷卻器板和/或冷卻體的方便的加工。此外，空腔沿拉延 方向或擠壓方向定向，因此空氣和/或冷卻劑可沿這個方向流通。在一種有利的改進結構中，冷卻體包括在基板和底板之間的冷卻筋， 該底板設置成與水冷卻器連接。其優(yōu)點是，提供了一種緊湊的結構形式。 此外優(yōu)點是，熱量可從基板經(jīng)過冷卻筋傳到底板上，在此熱量或者可M 到從筋旁流過的空氣中，或者可從底板借助于接觸安裝的水冷裝置進一步 散出，其中在接觸區(qū)內(nèi)可設置導熱膏?；蛘叽胬鋮s筋，為冷卻體配備冷卻指。從而可有利地實現(xiàn)各向同性 的冷卻能力，亦即特別是對于對流流動的冷卻空氣不存在優(yōu)先方向。在一種有利的改進結構中，冷卻體包括在一基板上的冷卻筋， 一底板 裝在或一體形成在該基板上，該底板用于與水冷卻器連接。其優(yōu)點是，熱 量可從基板通過冷卻筋傳送給空氣，這里底板設置在側面。因此可實現(xiàn)水 冷卻器的其它的相對布置形式。此外其優(yōu)點還有，提供了一種可選的結構幾何形狀，在這種結構幾何形狀中底板不影響冷卻空氣的對流。因此這種 冷卻體可以在大的功率范圍內(nèi)用作唯一的空氣冷卻器。在一種有利的實施例中，設置一風扇，以產(chǎn)生沿冷卻體的筋的氣流。 其優(yōu)點是，可以在空氣冷卻的冷卻工作方式下改善從筋向流經(jīng)的空氣的熱 傳遞。在釆用水冷工作方式時，熱的外界空氣從筋旁流過并將其熱量向這 些筋散發(fā)，這些筋便將熱量繼續(xù)傳輸給更冷的水冷卻器。在一種有利的改進結構中，器具設置在一封閉的空間區(qū)域內(nèi)，因此來自該空間區(qū)域內(nèi)的空氣的熱量連同元件的熱量可通過筋和水冷卻器散發(fā)。 其優(yōu)點是，所述器具可以在圍繞該器具的空氣比筋或筋的至少大部分熱的 條件下使用。因此熱量便傳輸給底板并從底板傳給水冷卻器。在一種有利的改進結構中，在空間區(qū)域內(nèi)設置其它的器具，所述其它的器具具有向該空間區(qū)域的空氣歉t熱量的元件。其優(yōu)點是，其它器具可被第一器具間接冷卻。這有這樣的優(yōu)點，即裝置的空間區(qū)域，例如配電箱/開關拒內(nèi)部，可用其空氣吸收熱量。熱量^更可通過器具的水冷卻器和筋散發(fā)。但空間區(qū)域空氣的熱量的另一部分也可通過裝置的殼體向其周圍環(huán)境歉良。因此所有熱量不必都通過具有水冷卻器的器具M。在改進結構中，裝置以其殼體件圍成一空間區(qū)域，在該空間區(qū)域內(nèi)設置產(chǎn)生熱量的器具，其中熱量或熱量的一部分可向被該空間區(qū)域包圍的空氣散發(fā)，其中器具中的至少一個包括水冷卻器，該水冷卻器可與該器具的冷卻裝置特別是空氣冷卻器的冷卻筋可拆卸地導熱連接。裝置特別是配電箱。其優(yōu)點是， 一旦該配電箱內(nèi)的空氣比筋的平均溫度熱，便也可以用該 器具冷卻其它的配電箱器具。在一種有利的改進結構中，器具包括電子信號裝置，該電子信號裝置 設計成使得該電子信號裝置的熱量可以向周圍的空間區(qū)域散發(fā)。其優(yōu)點是， 電子信號裝置也可以通過水冷卻器冷卻，盡管為此只需要周圍空氣，而不 需要其它專用的使熱流轉向的元件。在一種有利的改進結構中，器具包括逆變器、電子信號裝置和給電機 供電的功率電子裝置。其優(yōu)點是，可在逆變器的一種類型的殼體內(nèi)設置具 有不同發(fā)熱量的不同功率等級，并可根據(jù)需要在部分配備有冷卻功能的殼體上安裝一 附加的水冷卻裝置。在一種有利的實施例中，器具包括電子器具，例如不間斷的供電裝置、 變頻器或逆變器、電子信號裝置和用于給電機供電的功率電子裝置。其優(yōu) 點是，在裝上水冷卻器的情況下可實現(xiàn)非常高的單位體積的功率。在一種有利的實施例中，器具包括控制裝置、逆變器、軟起動裝置、 電機起動器，或者具有通斷或影響/調(diào)制電機電流的電子裝置，其中器具包 括電子信號裝置和功率電子裝置。其優(yōu)點是，也可以采用用于影響電流的 其它器具。在一種有利的改進結構中，器具具有控制裝置、逆變器、軟起動裝置、 不間斷的供電裝置、備用發(fā)電機組或變頻器、電機起動器或者通常具有通 斷或影響電機電源的電子裝置，其中器具包括電子信號裝置和功率電子裝 置。其優(yōu)點是，本發(fā)明可用于通常發(fā)熱高的應用領域。在一種有利的改進結構中，基板附加地包括連接元件，用于與殼體件 形鎖合地連接，特別是還用于通過所述殼體件向外界環(huán)境發(fā)散部分熱量。 其優(yōu)點是，器具可構造成用于驅(qū)動系統(tǒng)的模塊組合的一部分。本發(fā)明結構系列的重要特征是，規(guī)定這樣的變型方案，其中該結構系 列的變型方案分別包括特別是根據(jù)上述權利要求中至少 一項的電器具，其中-在結構系列的第一種方案中，電器具設置有空氣冷卻器， -在結構系列的第二種方案中，電器具可用裝在空氣冷卻器上的液體冷 卻器工作。其優(yōu)點是，可選擇安裝或不裝用于提高器具功率密度的水冷卻器。因 此，可用唯一一個小的附加件即水冷卻器制造具有不同功率的兩種結構系 列變型方案。但總共可實現(xiàn)三種運行方式。在第一種方式中只有空氣冷卻 器工作，在第二種方式中只有安裝在空氣冷卻器上的水冷卻器工作，其中 熱量通過空氣冷卻器的冷卻體流向水冷卻器，在第三種工作方式中兩個冷 卻器都工作，以提高冷卻效率或者特別是冷卻器具周圍的空氣。在一種有利的改進結構中，根據(jù)所要求的功率密度的不同，器具除空 冷裝置外還可配備水冷裝置，其中空氣冷卻器具有與水冷卻器可拆卸連接12的機械接口。在一種有利的改進結構中，在第 一種或第二種變型方案中在空氣冷卻 器上可分別安裝一風扇。從而在可實現(xiàn)的冷卻效率等級方面進一步增大變 型方案的多樣性。本發(fā)明在裝置方面的重要特征是，殼體件圍成一個空間區(qū)域，在該空 間區(qū)域內(nèi)設置產(chǎn)生熱量的電器具，其中部分熱量可M給被該空間區(qū)域包 圍的空氣，其中電器具中的至少一個包括一水冷卻器，該水冷卻器可與電 器具冷卻裝置的特別是電器具空氣冷卻器的冷卻筋可拆卸地導熱連接，特 別是通過一與冷卻筋或冷卻指連接的底板直接或間接地連接。從而通過所 述空間區(qū)域內(nèi)的空氣，該水冷卻器可用于間接冷卻。在一種有利的改進結構中，裝置是一配電箱。其優(yōu)點是，由空氣冷卻 器和水冷卻器組成的組合冷卻裝置可附加用于冷卻配電箱內(nèi)部。本發(fā)明在用于冷卻逆變器的方法方面的重要特征是，逆變器包括至少 一個液體冷卻器和一個空氣冷卻器及功率半導體，其中功率構件的熱量經(jīng) 過空氣冷卻器的冷卻體傳給液體冷卻器。其優(yōu)點是，描述了一種用于逆變 器的新型冷卻方法，其中一方面在功率小時逆變器通過空氣冷卻器冷卻， 而另一方面具備接通水冷卻器的可能性，這不影響空冷。在一種有利的改進結構中，用水作冷卻液。其優(yōu)點是，可以采用廉價的冷卻'液。在一種有利的改進結構中，功率半導體連接在基板上、內(nèi)或旁，該基 板與冷卻體的冷卻筋或冷卻指構造成一體，其中熱量在基板和冷卻筋或冷 卻指之間沒有熱轉移地擴散。其優(yōu)點是，空氣冷卻器的冷卻效率不會由于 可避免的材料交界而降低。本發(fā)明在空氣冷卻器應用方面的重要特征是，空氣冷卻器被用作產(chǎn)生 熱量的元件和液體冷卻器之間的熱橋，特別是其中在空氣冷卻器和液體冷 卻器之間設有用于可拆卸連接的機械接口。其優(yōu)點是，可給空氣冷卻器設 置第二功能，即在需要時與水冷卻器導熱連接。本發(fā)明在空氣冷卻器應用方面的重要特征是，設置 一 包括液體冷卻器 和產(chǎn)生熱量的元件特別是功率半導體的器具，特別是逆變器，其中空氣冷卻器將熱量從產(chǎn)生熱量的元件特別是功率構件導向液體冷卻器。其優(yōu)點是， 根據(jù)發(fā)出功率的不同，逆變器的熱量可通過空氣冷卻器或水冷卻器散發(fā)， 其中冷卻方法之間的轉換可通過簡單的安裝工步實現(xiàn)。在一種有利的改進結構中，空氣冷卻器將由產(chǎn)生熱量的元件吸收的熱量的大部分(特別是90%或更多)或全部引導到液體冷卻器上。其優(yōu)點是， 水冷卻器使器具有效地冷卻。附加地，可避免周圍空氣發(fā)熱，特別是在裝在配電箱內(nèi)的情況下。本發(fā)明在液體冷卻器應用方面的重要特征是，液體冷卻器特別是這樣 設置在器具的空氣冷卻器上以提高冷卻效率，使得空氣冷卻器將由產(chǎn)生熱 量的元件吸收的熱量的大部分或全部引導到液體冷卻器上。在電器具的 一種有利的實施例中，產(chǎn)生熱量的元件是功率模塊和/或功 率半導體。其優(yōu)點是，特別是還可設置功率電子裝置，以控制大的功率如 數(shù)卡瓦的電機?？商娲?，元件是制動電阻或者它們用在變頻器或不間斷 的供電裝置中。也就是說，本發(fā)明的裝置是這樣的電子器具，該電子器具 至少包括通過冷卻體冷卻的功率構件。其它優(yōu)點由從屬權利要求得到。本發(fā)明不局限于權利要求的特征組合。 對于本領域技術人員來說，特別是從目的提出和/或通過與現(xiàn)有技術的比較附圖中的特征的其它有意義的組合可能。


現(xiàn)在借助于附圖詳細說明本發(fā)明。圖中示出圖1示出具有空氣冷卻器和安裝的水冷卻器的電器具，圖2示出圖1中的具有附加安裝的風扇的電器具，圖3示出具有空氣冷卻器和安裝的水冷卻器的另一電器具，圖4a示出在按圖l的器具中的用于安裝水冷卻器的機械接口，圖4b示出按圖l的器具的剖視圖，圖5示出用于裝在空氣冷卻器機械接口上的水冷卻器的原理圖，圖6a示出用于裝在空氣冷卻器機械接口上的另 一水冷卻器的斜視圖，圖6b示出在按圖6a的水冷卻器在安裝狀態(tài)下面向機械接口的一側上 的俯碎見圖，圖6c示出按圖6a的水冷卻器的剖視圖。
具體實施方式
在圖1中示出本發(fā)明裝置的一部分。這里涉及一種可空冷運行的電子器具。在該電子器具中包括熱源，例 如包含電子功率半導體的功率模塊7或功率半導體，其熱量向一冷卻裝置 散發(fā)。該冷卻裝置包括一帶有冷卻筋5的冷卻體。在按照圖1的實施例中，冷卻筋5設置在基板6和底板4之間。冷卻體可制成擠壓型材，特別是由鋁制成。因此它可以經(jīng)濟地制造， 并且空氣可以沿拉延方向沿著筋條流動，從而吸收熱量。冷卻筋5特別是設計成絲狀擠壓型材，其上下側面區(qū)域分別加厚制成 并相互壓緊和/或焊接，以1更由頂面區(qū)域形成基板6，而由底面區(qū)域形成底 板4。底板4設計成這樣，使得創(chuàng)造一機械接口，以安裝在一包括冷卻器板 13、連接件11和封閉件12的水冷卻器3上。用于水的輸入管l和回流管 2安裝在連接件11上，如圖1中可見。因此，器具能以僅空冷的方式在第一種較經(jīng)濟的運行方式下使用，以 及能以水冷的方式在第二種較昂貴的運行方式下運行。在第一運行方式下，器具借助于其底板安裝在一壁例如配電箱內(nèi)壁或 機壁上，用空氣冷卻，并僅具有第一種最大許可功率。在第二種運行方式下，同樣的器具借助于其底板安裝在水冷卻器3即冷卻器板13上，然后以其下側安裝在一壁例如配電箱內(nèi)壁或機壁上，并僅 具有第二種最大許可功率，當水冷和空冷同時運行時，該第二種最大許可 功率遠大于第一種功率。當僅水冷運行時，熱量由產(chǎn)生熱量的元件通過用 于空冷的冷卻體流向水冷卻器，然后隨流經(jīng)該水冷卻器的水一起散出。因此器具的同一個電子裝置和同一個殼體可用于兩種不同的功率等 級，其中在較高的功率等級下僅須設置一附加的水冷卻器。但是更重要的是，在僅水冷時雖然不能實現(xiàn)更高的功率等級，但熱量不散發(fā)給直接圍繞 器具的空氣，而是通過水冷卻器散發(fā)。也就是說，通過安裝水冷卻器，用本發(fā)明可實現(xiàn)不僅通過空氣還用水 冷卻可空冷的器具。這里重要的是，在安裝水冷卻器的情況下熱量經(jīng)過空 氣冷卻器的冷卻體流向水冷卻器。重要的還有，在水冷卻器和空氣冷卻器的冷卻體的底板之間的接觸面 上設置一機械接口，即這兩個部件可相互連接。圖4a示出圖1中的可空冷的器具，其中拆掉了水冷卻器。功率才莫塊7 裝在基板6上。在功率模塊7和基板6之間的連接面上涂有導熱膏。J416通入冷卻筋5。由此形成了用于功率模塊7的空氣冷卻器。因 此對于每個功率模塊7，在冷卻筋5和功率模塊7之間形成一用于流出熱 量的熱通路即熱橋，該熱通路僅跨越一個材料交界一一功率模塊7和基板 6之間的連接面。從而提供一種冷卻功率大的空氣冷卻器。冷卻筋5的背向基板6的末端分別與底板4連成一體。底板4的背向冷卻筋5的一側具有一平的接觸面41。該接觸面41加 工成這樣，使得可以安裝水冷卻器，這里接觸面41和水冷卻器之間的熱傳 遞阻力很小。特別是接觸面特別平，并可通過特別精心的磨削或更好的方 式達到好的表面質(zhì)量。底板4具有孔42，螺釘可擰入這些孔內(nèi)，以安裝水冷卻器。所用的水 冷卻器具有設計成與接觸面41相配的接觸面。因此在接觸面之間的過渡處 實現(xiàn)了小的熱傳遞阻力。通過在接觸面之間使用導熱骨進一步減小這種熱 傳遞阻力。圖4b示出圖4a中的空氣冷卻器，以及安裝的、設計成三件式的水冷 卻器3。該水冷卻器3包括一冷卻器板，在該冷卻器板內(nèi)設有平行分布的 冷卻劑通道43,以導通冷卻液。這些冷卻劑通道43通過連接件11和封閉 件13在其相應的末端處相互成對連接，以形成之字形分布的冷卻劑通道。 為此，在連接件11和封閉件13內(nèi)設有相應的凹部。因此，可通過將冷卻 劑通道連接在冷卻劑循環(huán)回路上而使水冷卻器3工作。在一種可選的實施例中，平行分布在冷卻器板內(nèi)的冷卻劑通道通過裝在冷卻劑通道端口側上的連接件這樣連接，使得冷卻劑通道形成并聯(lián)。在 這種實施例中，在一個連接件上設置一來自冷卻劑循環(huán)回路的輸入管，而 在另一個連接件上設置通向冷卻劑循環(huán)回路的回流管。連接件以及有時還有封閉件與冷卻器板材料接合地(stoffschltissig ) 連接和/或通過匯流排系統(tǒng)和/或溝槽系統(tǒng)形鎖合地(formschlttssig)保持。 或者設置水冷卻器三個部件的可拆卸的連接。在一種改進結構中，孑L 42還可從面向冷卻筋5的一側接近。因此孔 42可用于將空氣冷卻器裝在壁上，例如通過采用其螺紋直徑小于孔42的 內(nèi)徑凈寬的螺釘。在另一個實施例中，底板不是設計成平的，而是具有其它幾何形狀， 該幾何形狀引起與產(chǎn)生熱量的元件良好的導熱接觸。在另一個實施例中，連接管不是裝在冷卻器板側面，而是裝在其背面 上?？商娲兀B接管裝在冷卻器板的不同側面上。在另一個實施例中，連接管設計成螺紋孔，冷卻管可擰入該螺紋孔內(nèi) 以連接在冷卻劑設備上。圖6a示出本發(fā)明水冷卻器的另 一 實施例，該水冷卻器可與空氣冷卻器 的底板4連接。冷卻器板60具有一凹槽61，該凹槽通入用于連接冷卻回 路的連接管63內(nèi)。此外，冷卻器板60具有一平的、磨削過的表面68，該 表面形成到空氣冷卻器底板4的機械接口。該機械接口借助于螺釘壓緊在 底板4的設計得同樣平的面上，以安裝水冷卻器。這些螺釘以規(guī)則的間距， 優(yōu)選2cm至約15cm的間距設置，以產(chǎn)生均勻的壓緊力和可靠的密封。由 此凹槽61凈皮封閉，并形成一封閉的冷卻劑通道，該冷卻劑通道與連接管 63連通并特別適合于導通冷卻液。在可選的改進結構中，根據(jù)冷卻器板的材料性能特別是彈性，設置較 大的螺釘間距。圖6b示出水冷卻器在磨削表面68和帶有突起部64的槽底67上的俯 視圖。圖6c示出沿圖6b中A-A線的剖面。所示的一段槽61通過通道69與 相鄰的一段槽61連接，從而形成一之字形分布的槽61，如圖6a和6b所17示。突起部64以規(guī)則間距設置，并具有小于槽61深度一半的高度。突起 部64的間距選擇得大于突起部64的縱向尺寸，即沿凹槽方向的尺寸。在一種可選的實施例中，突起部以不規(guī)則的布局設置和/或其各縱向尺 寸不^L則地分布。在一種改進結構中，底板附加地具有定心元件如凹槽、凸起和/或臺階， 水冷卻器具有設計成與之相配的定心元件。因此可將水冷卻器和空氣冷卻器方便地安裝在規(guī)定的相對位置上。定心元件優(yōu)選設計成這樣，使得用于 連接水冷卻器和空氣冷卻器的螺釘免受剪切載荷。在一種可選方案或改進 結構中，水冷卻器的冷卻器板具有這種定心元件，而空氣冷卻器的底板設 計成之相對應。在一種可選的實施例中，水冷卻器可借助于夾緊裝置安裝在空氣冷卻 器的底板上。夾緊裝置特別包括卡箍、杠桿和鉤，其中卡箍被放入鉤內(nèi)以 進行夾緊，并通過一與卡箍連接的杠桿的翻轉將水冷卻器壓緊在底板4上。 從而提供快速的安裝可能。在一些改進結構中設有其它的固定元件，例如夾箍或卡合機構，以將 冷卻器板固定在底板上。在一種可選的實施例中，水冷卻器以一側裝入底板的槽形凹部內(nèi)，而 以另 一側可拆卸地固定在底板上，例如通過所述類型的夾緊裝置或通過螺 釘連接。在其它實施例中，底板和冷卻器板之間的機械接口不是設計成平面， 而是設置其它幾何形狀，用該幾何形狀使底板和冷卻器板之間良好地導熱 接觸。例如機械接口沿假想球面的一部分分布。圖5示出水冷卻器的一種可選實施例。圖中示出水冷卻器在一個面上 的俯視原理圖，該面規(guī)定用于和空氣冷卻器的底板連接。水冷卻器包括一冷卻器板50，在該冷卻器板中形成有之字形凹槽51。 該凹槽51在其末端通入孔52內(nèi)，而該孔52本身終止于連接管53。冷卻 回路可通過連接管53與水冷卻器連接。如果冷卻器板50以其帶有槽的面固定在空氣冷卻器的底板4上，那么 現(xiàn)在被封閉的凹槽51便構成一與連接管53相連接的封閉通道。從而水冷卻器在安裝位置準備好工作，并可以通過連接管供給冷卻液例如水。通過在水冷卻器內(nèi)不完整地形成冷卻劑通道，可以降低水冷卻器的制 造成本。冷卻器板50內(nèi)的孔56接納螺釘，通過這些螺釘可連接水冷卻器與空 氣冷卻器的底板4。冷卻器板50具有環(huán)形密封件55形式的密封裝置。在一種改進結構中， 該密封件55放置在一未示出的凹槽內(nèi)或構造成樂泰(Loctite)膠帶。使用 凹槽的優(yōu)點是，在安裝水冷卻器時放入的O型圏被以規(guī)定的方式擠壓。從 而防止O型圏被不合理地使用并由此導致?lián)p壞，提供了可靠、牢固的密封。水冷卻器特別是冷卻器板優(yōu)選用鑄鋁法制造。在一些可選實施例中，水冷卻器由銅制成。在一種有利的改進結構中，凹槽51的槽底57具有突起部54。這些突 起部使流過的冷卻劑產(chǎn)生渦流，從而提高冷卻效率。在一種改進結構中，底板具有突起部，這些突起部配合在冷卻器板的 槽形凹部中并部分填滿這些凹部。從而將凹部密封地封閉，并形成冷卻劑 通道。此外底板上的突起部在冷卻器板裝在底板上時起輔助定心作用，并 在安裝狀態(tài)下使固定元件卸荷。突起部的幾何形狀優(yōu)選設計成這樣，使得 通過將冷卻器板壓緊在底板上使冷卻劑通道密封地封閉。在按圖3的可選實施例中，同樣設有一本身可安M1^31上的水冷 卻器34。為此該基板設計成T形，使得水冷卻器可裝在側面。這里基板 31不僅包括冷卻筋32,還包括用于與殼體件形鎖合連接的連接元件33, 即另一機械接口。產(chǎn)生熱量的元件特別是功率半導體裝在141 31的背面 上。如果采用金屬殼體件，則另一部分熱量可通過這些金屬殼體件向周圍 環(huán)境散發(fā)?；灞旧硪仓辽俨糠值匦纬蓺んw。水冷卻器設計成三件式，其中在冷卻器板38內(nèi)部設置冷卻劑通道，并 在端面上安裝一連接件36和一封閉件37。連接件36使冷卻劑通it^目互連 接，并與冷卻劑循環(huán)回路的輸入管1和回流管2連接。封閉件37使冷卻劑 通il^目互連接。冷卻器板38、封閉件37和連接件36相互材料接合地特別 是通過焊接或粘接連接。設置一銑削部35，以接納風扇。從而可形成另一種變型方案，在該變 型方案中借助于風扇提高空氣冷卻器的冷卻效率。 在一種可選實施形式中，水冷卻器設計成一體。在按照本發(fā)明的第一實施例中，器具是工業(yè)應用的逆變器。該逆變器 給電機供電并控制該電機。為此，逆變器具有電子信號裝置，該電子信號 裝置設計成具有相對于功率電子裝置的熱防護屏。該熱防護屏可通過導熱 性比金屬差的導熱材料形成，和/或通過相應規(guī)定的空氣運動，即分隔與功 率電子裝置和信號電子裝置接觸的氣流。在按照本發(fā)明的另一實施例中，器具用于向一初級導線系統(tǒng) (Primarleitersystem )供給中頻電流，在該初級導線系統(tǒng)上設有可運動地 布置的負載，該負載可由與初級導線系統(tǒng)感應耦合的次級線圏供電。在按照本發(fā)明的另 一實施例中，器具是軟起動裝置或電機電流切換裝 置或具有功率級的控制裝置。或者，器具也可以是電子器具例如不間斷的 供電裝置，亦即備用發(fā)電機組等，或變頻器或者整流器。在按照本發(fā)明的一個實施例中，器具設置在配電箱或其它空氣封閉的 空間區(qū)域內(nèi)。這里帶有冷卻筋5的冷卻體承擔另一功能，即冷卻器具周圍 的空氣，亦即例如配電箱內(nèi)的空氣。從而還可借助于通過冷卻筋向水冷卻 器歉t的熱量冷卻設置在配電箱內(nèi)的其它電子器具。如圖2所示，在按照本發(fā)明的另一實施例中這樣設置一電機驅(qū)動的風 扇20，使得可主動驅(qū)動和/或控制沿冷卻筋的氣流。從而在第一運行方式下 可實現(xiàn)更大的最大許可功率，因為空氣不僅被對流驅(qū)動地流動，而且單位 時間內(nèi)有更多的空氣量流過空氣冷卻器。在第二運行方式下，同樣可實現(xiàn) 更高一些的功率。但還可以附帶冷卻器具周圍的空氣，亦即可冷卻其它器 具。按照圖2的風扇20連同另兩個風扇設置在一個風扇模塊內(nèi)，該風扇模 塊可與冷卻器特別是冷卻器的筋條5力鎖合(kraftschltissig)和/或形鎖合 地連接。在按照本發(fā)明的另 一 實施例中，器具的信號電子裝置的熱量可向外界 環(huán)境排出。這可通過一冷卻體直接或間接地進行。因此，如果器具安裝在一配電箱或封閉空間區(qū)域內(nèi)，則信號電子裝置又可通過周圍空氣冷卻，而 周圍空氣又可通過器具的空氣冷卻器的冷卻筋冷卻，因為該空氣冷卻器被_ 水冷卻器冷卻。在按照本發(fā)明的另一實施例中，水冷卻器設計成比包括冷卻筋5的空 氣冷卻器更具機械彈性。此外，用于可拆卸地連接水冷卻器和空氣冷卻器 的元件設計成這樣，使得在連接時板3平坦地放置在底板4上。在兩個板 之間可以設置導熱膏或?qū)崮?。這些元件包括穿過空氣冷卻器并可擰緊在 水冷卻器上的連接螺釘。可替代地，設置夾緊元件作為連接元件，這些夾 緊元件這樣設置，使得彈性較好的板3被壓緊在底板4上，這時實現(xiàn)盡可 能均勻的貼合。在改進結構中，夾緊元件包括夾緊鉤或其它的夾緊元件。 在按照本發(fā)明的另一實施例中，與圖l不同，冷卻體由銅型材制成。 按照未決的專利申請DE 10 2006 020 801的冷卻系統(tǒng)的特征可有利地 與這里介紹的由空氣冷卻器和水冷卻器組成的冷卻裝置的特征相組合。在 這方面參看DE 10 2006 020 801，其有關公開內(nèi)容特別是作為這些所述冷 卻系統(tǒng)的實施例和改進結構而納入本i兌明書的內(nèi)容。附圖標記表1 輸入管2 回流管 3、 34 水冷卻器 4 底板5、 32 冷卻筋6、 317 功率模塊11、 36連接件12、 37 封閉件13、 38 冷卻器板 20 風扇33 用于和殼體件形鎖合連接的連接元件35 銑削部41 接觸面42 孑匕43 冷卻劑通道50、 60 冷卻器板51、 61 凹槽%i部件掩4^f封 底面道孔連突密孔槽表通3 4 76 6 65 5 5 5 5 5 6 權利要求
1.一種電器具，包括產(chǎn)生熱量的電元件特別是功率半導體和用于散發(fā)所述熱量的冷卻裝置，其特征在于，所述冷卻裝置包括空氣冷卻器，在該空氣冷卻器上安裝有液體冷卻器，其中該空氣冷卻器設置在所述液體冷卻器和所述產(chǎn)生熱量的電元件之間。
2. 根據(jù)權利要求1所述的器具，其特征在于，所述空氣冷卻器包括 冷卻體，該冷卻體具有筋和/或指，以向從旁邊流過的空氣散發(fā)熱量，所述 產(chǎn)生熱量的電元件特別是導熱地連接在基板上、內(nèi)或旁，其中該基板與所 述冷卻體設計成一體，所述冷卻體具有用于與液體冷卻器可拆卸地連接的 機械接口。
3. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，所述機 械接口包括一底板，以安裝液體冷卻器。
4. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，在所述 底板上安裝有水冷卻器。
5. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，所述水 冷卻器包括冷卻器板，在該冷卻器板內(nèi)形成平行分布的冷卻劑通道，所述 冷卻劑通道優(yōu)選通過連接件和/或封閉件連接成冷卻劑通道系統(tǒng)，特別是其 中所述冷卻劑通道設計成孔和/或凹槽。
6. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，所述水 冷卻器包括冷卻器板，在該冷卻器板內(nèi)形成用于容納和/或?qū)ɡ鋮s液的凹 部，其中空氣冷卻器的底板至少部分地形成用于所述凹部的殼體。
7. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，所述冷 卻器板的凹部設計成之字形槽，所述之字形槽通入裝在冷卻器板側面或背 面上的連接裝置特別是連接管，以連接在冷卻劑設備上。
8. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，所述底 板具有突起部，所述凸起部設計成與冷卻器板的凹部相配，特別是用于密 封地封閉凹部和/或作為定心輔助結構。
9. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，所述底 板通過冷卻筋和/或冷卻指設計成與M隔開。
10. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，在所述 冷卻體的基板上形成冷卻筋和/或冷卻指，另外設置一底板以建立與該底板的連接，其中特別是底板和J41設計成一體。
11. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，所述基 板與冷卻筋或與冷卻指設計成一體。
12. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，在水冷 卻器和冷卻體之間設置導熱骨或?qū)崮ぁ?br> 13. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，所述機 械接口和用于連接的元件設計成，使得水冷卻器和冷卻體可在接觸面上基 本上平坦貼合地連接。
14. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，所述用 于連接的元件包括夾緊元件。
15. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，所述冷 卻體和/或冷卻器板可制成擠壓型材或壓鑄件。
16. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，所述冷卻體包括在J4aL和底板之間的冷卻筋，該底板用于與水冷卻器連接。
17. 根據(jù)上述權利要求1至10之至少一項所述的器具，其特征在于， 所述冷卻體在基板上包括冷卻筋，在該基板上安裝或一體形成一底板，該 底板"i殳置成與水冷卻器連接。
18. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，設置一 風扇以產(chǎn)生沿冷卻體的筋的氣流。
19. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，所述器 具設置在一封閉的空間區(qū)域內(nèi)，使得來自該空間區(qū)域空氣的熱量連同元件 的熱量可通過筋和水冷卻器歉&。
20. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，在所述 空間區(qū)域內(nèi)設有其它的器具，所述其它的器具具有向所述空間區(qū)域的空氣歉t熱量的元件。
21. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，所述器 具包括信號電子裝置，該信號電子裝置設計成使該信號電子裝置的熱量可 向周圍空間區(qū)域歉t。
22. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，所述器 具是包括信號電子裝置和用于給電機供電的功率電子裝置的逆變器。
23. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，所述器 具是控制裝置、逆變器、軟起動裝置、不間斷供電裝置、備用發(fā)電機組或 變頻器、電機起動器或者具有通斷或影響電機電流的電子裝置，其中所述 器具包括信號電子裝置和功率電子裝置。
24. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具，其特征在于，所述基 板附加地包括連接元件，用于與殼體件形鎖合地連接，特別是還用于通過 所述殼體件向外界環(huán)境散發(fā)部分熱量。
25. 電器具的結構系列，其中該結構系列的變型方案分別包括特別是 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的電器具，其特征在于，-在該結構系列的第 一種變型方案中，電器具配備有空氣冷卻器。 陽在該結構系列的第二種方案中，電器具可用安裝在所述空氣冷卻器上 的液體冷卻器工作。
26. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具的結構系列，其特征在 于，根據(jù)所需功率密度的不同，所述器具除空冷外還可配備水冷，其中空 氣冷卻器具有用于與水冷卻器可拆卸地連接的機械接口 。
27. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的器具的結構系列，其特征在 于，在第一種和第二種變型方案的一種變型方案中可分別在空氣冷卻器上 安裝風扇。
28. —種具有殼體件的裝置，所述殼體件圍成一空間區(qū)域，在該空間 區(qū)域內(nèi)部設有產(chǎn)生熱量的電器具，其中部分熱量可向被所述空間區(qū)域包圍 的空氣散發(fā)，其特征在于，電器具中的至少一個包括一水冷卻器，該水冷 卻器可與該電器具的冷卻裝置的特別是該電器具的空氣冷卻器的冷卻筋可拆卸地導熱連接，特別是直接或間接通過與冷卻筋或冷卻指相連接的底板。
29. 根據(jù)上述權利要求之至少一項所述的裝置，其特征在于，所述裝 置是配電箱。
30. —種用于冷卻逆變器的方法，其中所述逆變器包括至少一個液體 冷卻器和一個空氣冷卻器及功率半導體，功率構件的熱量通過空氣冷卻器 的冷卻體被導向液體冷卻器。
31. 根據(jù)上述權利要求之任一項所述的方法，其特征在于，采用7JC作 為冷卻液。
32. 根據(jù)上述權利要求之任一項所述的方法，其特征在于，所述功率 半導體連接在基板上、內(nèi)或旁，該基板與冷卻體的冷卻筋或冷卻指設計成 一體，其中熱量在基板和冷卻筋或冷卻指之間沒有熱量轉遞地擴散。
33. 空氣冷卻器作為在產(chǎn)生熱量的元件和液體冷卻器之間的熱橋的應 用，其中特別是在空氣冷卻器和液體冷卻器之間設置一用于可拆卸連接的 機械接口。
34. 空氣冷卻器在器具特別是逆變器上的應用，其中器具特別是逆變 器包括液體冷卻器和產(chǎn)生熱量的元件特別是功率半導體，其特征在于，所 述空氣冷卻器將熱量從產(chǎn)生熱量的元件特別是功率構件導向液體冷卻器。
35. 根據(jù)權利要求34所述的空氣冷卻器的應用，其特征在于，所述空 氣冷卻器將由產(chǎn)生熱量的元件吸收的熱量的大部分或全部引導到液體冷卻 器上。
36. 液體冷卻器的應用，其特征在于，所述液體冷卻器特別是這樣設 置在器具的空氣冷卻器上以提高冷卻效率，即空氣冷卻器將由產(chǎn)生熱量的 元件吸收的熱量的大部分或全部引導到液體冷卻器上。
37. 根據(jù)權利要求32或33所述的應用，其特征在于，所述空氣冷卻 器具有用于安裝液體冷卻器的接口 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種器具、結構系列和裝置，包括產(chǎn)生熱量的元件和用于散發(fā)所述熱量的冷卻裝置，其中所述冷卻裝置可選擇地設計成用空氣運行或用水運行。特別是在用空氣運行的冷卻裝置上形成一接口，在該接口上可安裝一用水運行的冷卻裝置。
文檔編號H05K7/14GK101326866SQ200680045977
公開日2008年12月17日 申請日期2006年12月6日 優(yōu)先權日2005年12月8日
發(fā)明者C·默茨魯夫特-保夫勒, H·J·科拉爾, J·尼可拉, K·馬拉倫斯, W·格拉姆 申請人:索尤若驅(qū)動有限及兩合公司