一種高性能的翅片式水冷板的制作方法
1.本技術涉及電力電子設備技術領域，特別涉及一種高性能的翅片式水冷板。
背景技術：
2.電力電子行業的功率模塊和運算能力越來越大，其發熱功率及其散熱需求也越來越大，傳統的自然冷卻和風冷已無法滿足散熱需求，水冷板已經成為這些發熱源的關鍵冷卻結構。
3.目前用于電力電子行業的水冷板主要以純機加為主，存在以下問題：水冷板流道機加工作量大，加工效率低；水冷板本體質量大，不便于包裝、運輸以及安裝；水冷板流道數量、寬度受機加工藝限制。
4.相關技術中，將帶翅片的水冷板將翅片應用在機加水冷板上，很好地解決了上述問題，但是又出現了如下新的技術工藝問題：這些水冷板采用的是同一種翅片，無法有效地解決因流阻不均造成各通道間流量分配不均的問題；機加類水冷板的進出口一般通過cnc來鉆孔攻絲，其過程往往會殘留部分鋁屑在水冷板內部，在水冷板工作時，這些鋁屑要么堵在翅片中，導致流阻變大，要么被帶出水冷板，進入冷卻系統的其他部件，對其他部件造成不同程度的損害，如鋁屑在水泵中，會嚴重磨損水泵的葉片，降低了水泵的性能和壽命。為了解決上述兩個技術工藝問題，有必要提出一種高性能的翅片式水冷板。
技術實現要素：
5.本技術的目的是提供一種高性能的翅片式水冷板，以解決上述現有技術存在的問題。
6.技術方案：為實現上述目的，本技術采用的技術方案為：
7.一種高性能的翅片式水冷板，包括基板、蓋板以及功率元件igbt，所述蓋板蓋合在所述基板上，所述功率元件igbt置于所述蓋板上；
8.所述基板內開設有內部流道，所述高性能的翅片式水冷板的一側壁上具有與所述內部流道連通的進口以及出口；
9.所述內部流道呈凹槽狀，所述內部流道包括防鋁屑結構區、主流道區以及翅片區，所述防鋁屑結構區與所述主流道區連通，所述主流道區與所述翅片區連通；
10.所述翅片區包括至少三組翅片。
11.在一種可能的實現方式中，所述防鋁屑結構區包括第一防鋁屑結構區以及第二防鋁屑結構區，所述主流道區包括第一主流道區以及第二主流道區；
12.所述第一主流道區以及所述第二主流道區分別位于所述翅片區的兩側，所述第一防鋁屑結構區以及所述第二防鋁屑結構區分別位于所述進口以及所述出口處；
13.所述進口、所述第一防鋁屑結構區、所述第一主流道區、所述翅片區、所述第二主流道區、所述第二防鋁屑結構區以及所述出口順次連通。
14.在一種可能的實現方式中，所述翅片區包括第一翅片、第二翅片以及第三翅片；
15.所述第一翅片、所述第二翅片以及所述第三翅片之間相互平行。
16.在一種可能的實現方式中，所述翅片區的兩側均具有定位筋，所述定位筋的高度低于所述第一翅片、所述第二翅片以及所述第三翅片的高度。
17.在一種可能的實現方式中，所述第一翅片、所述第二翅片以及所述第三翅片的間距均為兩毫米；
18.所述第一翅片的節距為十七毫米，所述第二翅片的節距為十二毫米，所述第三翅片的節距為十毫米。
19.在一種可能的實現方式中，所述防鋁屑結構區呈鉤子狀。
20.在一種可能的實現方式中，所述主流道區的深度大于所述翅片區的深度。
21.本技術提供的技術方案帶來的有益效果至少包括：
22.1、通過設置不同類型的翅片來調節內部流道內冷卻液的流量均勻性：現有翅片式水冷板是采用統一種類型的翅片，各翅片通道內冷卻液的速度均勻性較差，導致單個功率元件igbt內部的溫度一致性較差，本技術在不同區域布置了不同性能參數的翅片，提高了冷卻液整體的速度均勻性。
23.2、通過防鋁屑結構區的設置來減少鉆孔攻絲過程中水冷板內部鋁屑的殘留量：對于現有翅片式水冷板，在cnc鉆孔攻絲過程中會殘留大量鋁屑在其內部，導致翅片堵塞，流阻變大，水泵性能和壽命降低，本技術在進出口位置設計了防鋁屑結構區，可以有效地防止鋁屑在水冷板內部殘留。
24.3、通過多功能的定位筋的設計：對于現有翅片式水冷板，在安裝翅片時一般通過人工排布定位，不特定設計用于定位、加強等作用的結構，本技術在翅片安裝區設計了多功能的定位筋，既對翅片安裝起到定位作用，又對水冷板起到強度提升作用，而且可阻擋大顆粒的沉積雜質。
25.4、通過主流道區的降阻設計：對現有翅片式水冷板，一般主流道區和翅片區的深度是一樣的，本技術的水冷板將主流道區的深度加深，使主流道區和翅片區形成高度差，可以有效降低主流道區的壓力損失，提高翅片區內冷卻液的速度均勻性。
附圖說明
26.附圖用來提供對本技術的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本技術的實施例一起用于解釋本技術，并不構成對本技術的限制。在附圖中：
27.圖1示出了本技術一個示例性實施例提供的一種高性能的翅片式水冷板的整體結構示意圖；
28.圖2示出了本技術一個示例性實施例提供的一種高性能的翅片式水冷板的基板內部的結構示意圖；
29.圖3示出了本技術一個示例性實施例提供的一種普通水冷板的鉆孔攻絲過程示意圖；
30.圖4示出了本技術一個示例性實施例提供的一種高性能的翅片式水冷板的鉆孔攻絲過程示意圖：
31.圖5示出了本技術一個示例性實施例提供的一種高性能的翅片式水冷板的翅片區的局部放大示意圖；
32.圖中：
33.1、高性能的翅片式水冷板；
34.11、基板；12、蓋板；13、功率元件igbt；14、進口；15、出口；
35.111、第一防鋁屑結構區；112、第一主流道區；113、翅片區；114、第二主流道區；115、第二防鋁屑結構區；116、定位筋；
36.1131、第一翅片；1132、第二翅片；1133、第三翅片。
具體實施方式
37.下面將結合本技術實施例中的附圖，對本技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本技術保護的范圍。
38.下面結合附圖和實施例對本技術作更進一步的說明。
39.首先，對本技術實施例中涉及的名詞進行簡單的介紹：
40.功率元件igbt：絕緣柵雙極型晶體管，是由bjt(雙極型三極管)和 mos(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有mosfet(金氧半場效晶體管)的高輸入阻抗和gtr(電力晶體管)的低導通壓降兩方面的優點；gtr飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大；mosfet驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小； igbt綜合了以上兩種器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低；非常適合應用于直流電壓為600v及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。
41.翅片：是基本的傳熱元件，其作用是擴大換熱面積，提高熱傳遞的效率；翅片可以看成是隔板的延伸和擴展；其次，翅片的不同形式使空氣在流道內形成了強烈的擾流，并使流動邊界層和熱邊界層斷裂、重組，從而強化換熱；最后，翅片還可以提高散熱器整體強度，有效擴大其應用范圍；常用的翅片結構形式有平直翅片、百葉窗翅片、鋸齒翅片、多孔翅片和波紋翅片。
42.圖1示出了本技術一個示例性實施例提供的一種高性能的翅片式水冷板的整體結構示意圖，該高性能的翅片式水冷板1包括基板11、蓋板12以及功率元件igbt13，蓋板12密封的蓋合在基板11上，功率元件igbt13 用螺栓固定在蓋板12上；基板11內開設有內部流道，高性能的翅片式水冷板1的一側壁上具有與內部流道連通的進口14以及出口15。請參閱圖2，內部流道呈凹槽狀，內部流道包括防鋁屑結構區、主流道區以及翅片區113，防鋁屑結構區與主流道區連通，主流道區與翅片區113連通；翅片區113 包括至少三組翅片。其中，防鋁屑結構區呈鉤子狀。
43.在本技術實施例中，蓋板12與基板11通過釬焊連接，冷卻液從該進口14進入，經內部流道對功率元件igbt13進行冷卻后從出口15流出離開該高性能的翅片式水冷板1。
44.在本技術實施例中，在進口14以及出口15的位置均設計了一個防鋁屑結構區，用于減少鉆孔攻絲過程中殘留在水冷板內部的鋁屑。
45.具體的，請參閱圖3，示出了本技術一個示例性實施例提供的一種普通水冷板的鉆孔攻絲過程示意圖，其中a為cnc鉆頭，由圖3可知對于普通翅片式水冷板，鉆孔攻絲過程中產生多余的鋁屑會在重力作用下從進口14 以及出口15向水冷板內部掉落，大部分被殘留
在水冷板內部深處，真空清理設備無法伸入內部對鋁屑進行有效清理，這些鋁屑會在后期冷卻液的擾動下進入翅片流道內部。此外，在下落過程中少量鋁屑也會直接被氣流、 cnc冷卻液等直接帶入翅片入口或者內部。上述這些殘留在水冷板內部的鋁屑使水冷板阻力急劇增大，從而增加了水泵的運行功耗。此外，當小顆粒鋁屑被冷卻液帶入水泵內時，會造成水泵的嚴重磨損，降低水泵的揚程和壽命。
46.然而，請參閱圖4，示出了本技術一個示例性實施例提供的一種高性能的翅片式水冷板的鉆孔攻絲過程示意圖，本技術在進口14以及出口15的位置設計了一個呈鉤子狀的防鋁屑結構區，當鉆孔攻絲過程中的鋁屑會被攔截在一個圖4中的b處(即“鋁屑存儲區”)，該防鋁屑結構區的“迷宮式流道”為一個反重力設計，即流道方向上斜，該結構防止了鋁屑下降過程被氣流或者cnc冷卻液帶入主流道區，從而污染水冷板內部的翅片。因防鋁屑結構區靠近進口14以及出口15位置，當鉆孔攻絲結束后，可將真空吸塵設備的吸嘴伸入b處(即“鋁屑存儲區”)進行鋁屑清理，可以有效地防止鋁屑在水冷板內部殘留。
47.在一個可選的實施例中，請參閱圖2，防鋁屑結構區包括第一防鋁屑結構區111以及第二防鋁屑結構區115，主流道區包括第一主流道區112以及第二主流道區114；第一主流道區112以及第二主流道區114分別位于翅片區113的兩側，第一防鋁屑結構區111以及第二防鋁屑結構區115分別位于進口14以及出口15處；進口14、第一防鋁屑結構區111、第一主流道區 112、翅片區113、第二主流道區114、第二防鋁屑結構區115以及出口15 順次連通。
48.在本技術實施例中，冷卻液從該進口14進入，順次流過第一防鋁屑結構區111、第一主流道區112、翅片區113、第二主流道區114以及第二防鋁屑結構區115后，從出口15流出離開該高性能的翅片式水冷板1。
49.需要說明的是，當冷卻液從進口14進入該高性能的翅片式水冷板1后，如果選用的翅片為同一種類型，那么這些所有翅片支流道的流阻均相同，但各支路與進口14以及出口15的距離不同，造成主流道區對各翅片支路造成流阻影響不同，最終導致各翅片支路的流量不均勻。本技術通過調整和優化翅片類型來補償因為上述主流道區對翅片支流道造成的影響，主要的思路為：
50.首先，將整個翅片區13劃分為3～5個子區域，可以是等分，也可以是非等分，實際性能需求而定；
51.其次，按照理論計算或者經驗選擇一種翅片，排布上上述所有子區域中，并通過cfd流體模擬分析評估采用同一種翅片時的速度均勻性，以及主流道對各支路流量的影響程度；
52.最后，綜合cfd分析結果，在3～5個子區域分別放置不同類型的翅片，這些翅片一般為同一個大類，但是至少一個參數發生了變化；翅片大類為鋸齒型、波紋型、百葉窗型、平直型，每個大類的翅片都具有各自的特性，比如鋸齒型和百葉窗型的換熱性能好，但流阻會大一些，平直型則剛好相反，波紋型的換熱性能和流動性能適中，翅片的主要參數和翅片類型相關。在本技術實施例中，翅片區113包括第一翅片1131、第二翅片1132以及第三翅片1133；第一翅片1131、第二翅片1132以及第三翅片1133之間相互平行；第一翅片1131、第二翅片1132以及第三翅片1133的類型均不同。本實例中，第一翅片1131、第二翅片1132以及第三翅片1133均選用大類為鋸齒型的翅片。請參考圖5，這類翅片的主要參數是間距x和節距y，本實例中第一翅片1131、第二翅片1132以及第三翅片1133的小類參數均不同，將間距x定
位常值(2mm)，將節距y作為變量，第一翅片1131的節距為17mm，第二翅片1132的節距為12mm，第三翅片1133的節距為 10mm。
53.在一個可選的實施例中，請參閱圖2，翅片區113的兩側均具有定位筋 116，定位筋116的高度低于第一翅片1131、第二翅片1132以及第三翅片 1133的高度。
54.在本技術實施例中，在翅片區13設計了定位筋116，一方面是為了翅片定位安裝，另外一方面也對該高性能的翅片式水冷板1起到一個強度提升作用。此外，由于該定位筋116高出主流道區5～8mm，可以有效地阻擋沉淀在底部的大顆粒雜質，阻止它們進入翅片區13流道內。對于定位筋116 的高度需要通過cfd和cae來迭代優化，定位筋116太高容易堵住翅片區13流道，使流阻提高；定位筋116太低可能無法完全對翅片進行限位。本實例中定位筋116比翅片底部高出1mm，比主流道區高出5mm。
55.在一個可選的實施例中，請參閱圖2，主流道區的深度大于翅片區113 的深度。
56.在本技術實施例中，因主流道區上方無冷卻元件，且主流道區流通寬度比翅片區13要小，因此本技術將主流道區的流道深度加深，比翅片區13 的流道要深4～7mm(本技術為5mm)，這樣有效地降低了主流道區的整體壓力損失，對提高翅片區13的冷卻液速度均勻性起到了提升作用。
57.綜上所述，本技術一方面，通過設置不同類型的翅片來調節內部流道內冷卻液的流量均勻性：現有翅片式水冷板是采用統一種類型的翅片，各翅片通道內冷卻液的速度均勻性較差，導致單個功率元件igbt內部的溫度一致性較差，本技術在不同區域布置了不同性能參數的翅片，提高了冷卻液整體的速度均勻性。另一方面，通過防鋁屑結構區的設置來減少鉆孔攻絲過程中水冷板內部鋁屑的殘留量：對于現有翅片式水冷板，在cnc鉆孔攻絲過程中會殘留大量鋁屑在其內部，導致翅片堵塞，流阻變大，水泵性能和壽命降低，本技術在進出口位置設計了防鋁屑結構區，可以有效地防止鋁屑在水冷板內部殘留。另一方面，通過多功能的定位筋的設計：對于現有翅片式水冷板，在安裝翅片時一般通過人工排布定位，不特定設計用于定位、加強等作用的結構，本技術在翅片安裝區設計了多功能的定位筋，既對翅片安裝起到定位作用，又對水冷板起到強度提升作用，而且可阻擋大顆粒的沉積雜質。另一方面，通過主流道區的降阻設計：對現有翅片式水冷板，一般主流道區和翅片區的深度是一樣的，本技術的水冷板將主流道區的深度加深，使主流道區和翅片區形成高度差，可以有效降低主流道區的壓力損失，提高翅片區內冷卻液的速度均勻性。
58.以上所述僅是本技術的優選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本技術的保護范圍。
技術特征：
1.一種高性能的翅片式水冷板(1)，其特征在于，包括基板(11)、蓋板(12)以及功率元件igbt(13)，所述蓋板(12)蓋合在所述基板(11)上，所述功率元件igbt(13)置于所述蓋板(12)上；所述基板(11)內開設有內部流道，所述高性能的翅片式水冷板(1)的一側壁上具有與所述內部流道連通的進口(14)以及出口(15)；所述內部流道呈凹槽狀，所述內部流道包括防鋁屑結構區、主流道區以及翅片區(113)，所述防鋁屑結構區與所述主流道區連通，所述主流道區與所述翅片區(113)連通；所述翅片區(113)包括至少三組翅片。2.根據權利要求1所述的高性能的翅片式水冷板(1)，其特征在于，所述防鋁屑結構區包括第一防鋁屑結構區(111)以及第二防鋁屑結構區(115)，所述主流道區包括第一主流道區(112)以及第二主流道區(114)；所述第一主流道區(112)以及所述第二主流道區(114)分別位于所述翅片區(113)的兩側，所述第一防鋁屑結構區(111)以及所述第二防鋁屑結構區(115)分別位于所述進口(14)以及所述出口(15)處；所述進口(14)、所述第一防鋁屑結構區(111)、所述第一主流道區(112)、所述翅片區(113)、所述第二主流道區(114)、所述第二防鋁屑結構區(115)以及所述出口(15)順次連通。3.根據權利要求1所述的高性能的翅片式水冷板(1)，其特征在于，所述翅片區(113)包括第一翅片(1131)、第二翅片(1132)以及第三翅片(1133)；所述第一翅片(1131)、所述第二翅片(1132)以及所述第三翅片(1133)之間相互平行。4.根據權利要求3所述的高性能的翅片式水冷板(1)，其特征在于，所述翅片區(113)的兩側均具有定位筋(116)，所述定位筋(116)的高度低于所述第一翅片(1131)、所述第二翅片(1132)以及所述第三翅片(1133) 的高度。5.根據權利要求3所述的高性能的翅片式水冷板(1)，其特征在于，所述第一翅片(1131)、所述第二翅片(1132)以及所述第三翅片(1133)的間距均為兩毫米；所述第一翅片(1131)的節距為十七毫米，所述第二翅片(1132)的節距為十二毫米，所述第三翅片(1133)的節距為十毫米。6.根據權利要求1所述的高性能的翅片式水冷板(1)，其特征在于，所述防鋁屑結構區呈鉤子狀。7.根據權利要求1所述的高性能的翅片式水冷板(1)，其特征在于，所述主流道區的深度大于所述翅片區(113)的深度。
技術總結
本申請關于一種高性能的翅片式水冷板，涉及電力電子設備領域。該高性能的翅片式水冷板包括基板、蓋板以及功率元件IGBT，蓋板蓋合在基板上，功率元件IGBT置于蓋板上；基板內開設有內部流道，高性能的翅片式水冷板的一側壁上具有與內部流道連通的進口以及出口；內部流道呈凹槽狀，內部流道包括防鋁屑結構區、主流道區以及翅片區，防鋁屑結構區與主流道區連通，主流道區與翅片區連通；翅片區包括至少三組翅片。本申請提升了水冷板的換熱性能和壽命，提高了功率元件和水泵的壽命，降低了水泵的運行功耗。功耗。功耗。
