一种高性能的翅片式水冷板的制作方法
1.本技术涉及电力电子设备技术领域，特别涉及一种高性能的翅片式水冷板。
背景技术：
2.电力电子行业的功率模块和运算能力越来越大，其发热功率及其散热需求也越来越大，传统的自然冷却和风冷已无法满足散热需求，水冷板已经成为这些发热源的关键冷却结构。
3.目前用于电力电子行业的水冷板主要以纯机加为主，存在以下问题：水冷板流道机加工作量大，加工效率低；水冷板本体质量大，不便于包装、运输以及安装；水冷板流道数量、宽度受机加工艺限制。
4.相关技术中，将带翅片的水冷板将翅片应用在机加水冷板上，很好地解决了上述问题，但是又出现了如下新的技术工艺问题：这些水冷板采用的是同一种翅片，无法有效地解决因流阻不均造成各通道间流量分配不均的问题；机加类水冷板的进出口一般通过cnc来钻孔攻丝，其过程往往会残留部分铝屑在水冷板内部，在水冷板工作时，这些铝屑要么堵在翅片中，导致流阻变大，要么被带出水冷板，进入冷却系统的其他部件，对其他部件造成不同程度的损害，如铝屑在水泵中，会严重磨损水泵的叶片，降低了水泵的性能和寿命。为了解决上述两个技术工艺问题，有必要提出一种高性能的翅片式水冷板。
技术实现要素：
5.本技术的目的是提供一种高性能的翅片式水冷板，以解决上述现有技术存在的问题。
6.技术方案：为实现上述目的，本技术采用的技术方案为：
7.一种高性能的翅片式水冷板，包括基板、盖板以及功率元件igbt，所述盖板盖合在所述基板上，所述功率元件igbt置于所述盖板上；
8.所述基板内开设有内部流道，所述高性能的翅片式水冷板的一侧壁上具有与所述内部流道连通的进口以及出口；
9.所述内部流道呈凹槽状，所述内部流道包括防铝屑结构区、主流道区以及翅片区，所述防铝屑结构区与所述主流道区连通，所述主流道区与所述翅片区连通；
10.所述翅片区包括至少三组翅片。
11.在一种可能的实现方式中，所述防铝屑结构区包括第一防铝屑结构区以及第二防铝屑结构区，所述主流道区包括第一主流道区以及第二主流道区；
12.所述第一主流道区以及所述第二主流道区分别位于所述翅片区的两侧，所述第一防铝屑结构区以及所述第二防铝屑结构区分别位于所述进口以及所述出口处；
13.所述进口、所述第一防铝屑结构区、所述第一主流道区、所述翅片区、所述第二主流道区、所述第二防铝屑结构区以及所述出口顺次连通。
14.在一种可能的实现方式中，所述翅片区包括第一翅片、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间相互平行。
16.在一种可能的实现方式中，所述翅片区的两侧均具有定位筋，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.在一种可能的实现方式中，所述第一翅片、所述第二翅片以及所述第三翅片的间距均为两毫米；
18.所述第一翅片的节距为十七毫米，所述第二翅片的节距为十二毫米，所述第三翅片的节距为十毫米。
19.在一种可能的实现方式中，所述防铝屑结构区呈钩子状。
20.在一种可能的实现方式中，所述主流道区的深度大于所述翅片区的深度。
21.本技术提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
22.1、通过设置不同类型的翅片来调节内部流道内冷却液的流量均匀性：现有翅片式水冷板是采用统一种类型的翅片，各翅片通道内冷却液的速度均匀性较差，导致单个功率元件igbt内部的温度一致性较差，本技术在不同区域布置了不同性能参数的翅片，提高了冷却液整体的速度均匀性。
23.2、通过防铝屑结构区的设置来减少钻孔攻丝过程中水冷板内部铝屑的残留量：对于现有翅片式水冷板，在cnc钻孔攻丝过程中会残留大量铝屑在其内部，导致翅片堵塞，流阻变大，水泵性能和寿命降低，本技术在进出口位置设计了防铝屑结构区，可以有效地防止铝屑在水冷板内部残留。
24.3、通过多功能的定位筋的设计：对于现有翅片式水冷板，在安装翅片时一般通过人工排布定位，不特定设计用于定位、加强等作用的结构，本技术在翅片安装区设计了多功能的定位筋，既对翅片安装起到定位作用，又对水冷板起到强度提升作用，而且可阻挡大颗粒的沉积杂质。
25.4、通过主流道区的降阻设计：对现有翅片式水冷板，一般主流道区和翅片区的深度是一样的，本技术的水冷板将主流道区的深度加深，使主流道区和翅片区形成高度差，可以有效降低主流道区的压力损失，提高翅片区内冷却液的速度均匀性。
附图说明
26.附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：
27.图1示出了本技术一个示例性实施例提供的一种高性能的翅片式水冷板的整体结构示意图；
28.图2示出了本技术一个示例性实施例提供的一种高性能的翅片式水冷板的基板内部的结构示意图；
29.图3示出了本技术一个示例性实施例提供的一种普通水冷板的钻孔攻丝过程示意图；
30.图4示出了本技术一个示例性实施例提供的一种高性能的翅片式水冷板的钻孔攻丝过程示意图：
31.图5示出了本技术一个示例性实施例提供的一种高性能的翅片式水冷板的翅片区的局部放大示意图；
32.图中：
33.1、高性能的翅片式水冷板；
34.11、基板；12、盖板；13、功率元件igbt；14、进口；15、出口；
35.111、第一防铝屑结构区；112、第一主流道区；113、翅片区；114、第二主流道区；115、第二防铝屑结构区；116、定位筋；
36.1131、第一翅片；1132、第二翅片；1133、第三翅片。
具体实施方式
37.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
38.下面结合附图和实施例对本技术作更进一步的说明。
39.首先，对本技术实施例中涉及的名词进行简单的介绍：
40.功率元件igbt：绝缘栅双极型晶体管，是由bjt(双极型三极管)和 mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有mosfet(金氧半场效晶体管)的高输入阻抗和gtr(电力晶体管)的低导通压降两方面的优点；gtr饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；mosfet驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小； igbt综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低；非常适合应用于直流电压为600v及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
41.翅片：是基本的传热元件，其作用是扩大换热面积，提高热传递的效率；翅片可以看成是隔板的延伸和扩展；其次，翅片的不同形式使空气在流道内形成了强烈的扰流，并使流动边界层和热边界层断裂、重组，从而强化换热；最后，翅片还可以提高散热器整体强度，有效扩大其应用范围；常用的翅片结构形式有平直翅片、百叶窗翅片、锯齿翅片、多孔翅片和波纹翅片。
42.图1示出了本技术一个示例性实施例提供的一种高性能的翅片式水冷板的整体结构示意图，该高性能的翅片式水冷板1包括基板11、盖板12以及功率元件igbt13，盖板12密封的盖合在基板11上，功率元件igbt13 用螺栓固定在盖板12上；基板11内开设有内部流道，高性能的翅片式水冷板1的一侧壁上具有与内部流道连通的进口14以及出口15。请参阅图2，内部流道呈凹槽状，内部流道包括防铝屑结构区、主流道区以及翅片区113，防铝屑结构区与主流道区连通，主流道区与翅片区113连通；翅片区113 包括至少三组翅片。其中，防铝屑结构区呈钩子状。
43.在本技术实施例中，盖板12与基板11通过钎焊连接，冷却液从该进口14进入，经内部流道对功率元件igbt13进行冷却后从出口15流出离开该高性能的翅片式水冷板1。
44.在本技术实施例中，在进口14以及出口15的位置均设计了一个防铝屑结构区，用于减少钻孔攻丝过程中残留在水冷板内部的铝屑。
45.具体的，请参阅图3，示出了本技术一个示例性实施例提供的一种普通水冷板的钻孔攻丝过程示意图，其中a为cnc钻头，由图3可知对于普通翅片式水冷板，钻孔攻丝过程中产生多余的铝屑会在重力作用下从进口14 以及出口15向水冷板内部掉落，大部分被残留
在水冷板内部深处，真空清理设备无法伸入内部对铝屑进行有效清理，这些铝屑会在后期冷却液的扰动下进入翅片流道内部。此外，在下落过程中少量铝屑也会直接被气流、 cnc冷却液等直接带入翅片入口或者内部。上述这些残留在水冷板内部的铝屑使水冷板阻力急剧增大，从而增加了水泵的运行功耗。此外，当小颗粒铝屑被冷却液带入水泵内时，会造成水泵的严重磨损，降低水泵的扬程和寿命。
46.然而，请参阅图4，示出了本技术一个示例性实施例提供的一种高性能的翅片式水冷板的钻孔攻丝过程示意图，本技术在进口14以及出口15的位置设计了一个呈钩子状的防铝屑结构区，当钻孔攻丝过程中的铝屑会被拦截在一个图4中的b处(即“铝屑存储区”)，该防铝屑结构区的“迷宫式流道”为一个反重力设计，即流道方向上斜，该结构防止了铝屑下降过程被气流或者cnc冷却液带入主流道区，从而污染水冷板内部的翅片。因防铝屑结构区靠近进口14以及出口15位置，当钻孔攻丝结束后，可将真空吸尘设备的吸嘴伸入b处(即“铝屑存储区”)进行铝屑清理，可以有效地防止铝屑在水冷板内部残留。
47.在一个可选的实施例中，请参阅图2，防铝屑结构区包括第一防铝屑结构区111以及第二防铝屑结构区115，主流道区包括第一主流道区112以及第二主流道区114；第一主流道区112以及第二主流道区114分别位于翅片区113的两侧，第一防铝屑结构区111以及第二防铝屑结构区115分别位于进口14以及出口15处；进口14、第一防铝屑结构区111、第一主流道区 112、翅片区113、第二主流道区114、第二防铝屑结构区115以及出口15 顺次连通。
48.在本技术实施例中，冷却液从该进口14进入，顺次流过第一防铝屑结构区111、第一主流道区112、翅片区113、第二主流道区114以及第二防铝屑结构区115后，从出口15流出离开该高性能的翅片式水冷板1。
49.需要说明的是，当冷却液从进口14进入该高性能的翅片式水冷板1后，如果选用的翅片为同一种类型，那么这些所有翅片支流道的流阻均相同，但各支路与进口14以及出口15的距离不同，造成主流道区对各翅片支路造成流阻影响不同，最终导致各翅片支路的流量不均匀。本技术通过调整和优化翅片类型来补偿因为上述主流道区对翅片支流道造成的影响，主要的思路为：
50.首先，将整个翅片区13划分为3～5个子区域，可以是等分，也可以是非等分，实际性能需求而定；
51.其次，按照理论计算或者经验选择一种翅片，排布上上述所有子区域中，并通过cfd流体模拟分析评估采用同一种翅片时的速度均匀性，以及主流道对各支路流量的影响程度；
52.最后，综合cfd分析结果，在3～5个子区域分别放置不同类型的翅片，这些翅片一般为同一个大类，但是至少一个参数发生了变化；翅片大类为锯齿型、波纹型、百叶窗型、平直型，每个大类的翅片都具有各自的特性，比如锯齿型和百叶窗型的换热性能好，但流阻会大一些，平直型则刚好相反，波纹型的换热性能和流动性能适中，翅片的主要参数和翅片类型相关。在本技术实施例中，翅片区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之间相互平行；第一翅片1131、第二翅片1132以及第三翅片1133的类型均不同。本实例中，第一翅片1131、第二翅片1132以及第三翅片1133均选用大类为锯齿型的翅片。请参考图5，这类翅片的主要参数是间距x和节距y，本实例中第一翅片1131、第二翅片1132以及第三翅片1133的小类参数均不同，将间距x定
位常值(2mm)，将节距y作为变量，第一翅片1131的节距为17mm，第二翅片1132的节距为12mm，第三翅片1133的节距为 10mm。
53.在一个可选的实施例中，请参阅图2，翅片区113的两侧均具有定位筋 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.在本技术实施例中，在翅片区13设计了定位筋116，一方面是为了翅片定位安装，另外一方面也对该高性能的翅片式水冷板1起到一个强度提升作用。此外，由于该定位筋116高出主流道区5～8mm，可以有效地阻挡沉淀在底部的大颗粒杂质，阻止它们进入翅片区13流道内。对于定位筋116 的高度需要通过cfd和cae来迭代优化，定位筋116太高容易堵住翅片区13流道，使流阻提高；定位筋116太低可能无法完全对翅片进行限位。本实例中定位筋116比翅片底部高出1mm，比主流道区高出5mm。
55.在一个可选的实施例中，请参阅图2，主流道区的深度大于翅片区113 的深度。
56.在本技术实施例中，因主流道区上方无冷却元件，且主流道区流通宽度比翅片区13要小，因此本技术将主流道区的流道深度加深，比翅片区13 的流道要深4～7mm(本技术为5mm)，这样有效地降低了主流道区的整体压力损失，对提高翅片区13的冷却液速度均匀性起到了提升作用。
57.综上所述，本技术一方面，通过设置不同类型的翅片来调节内部流道内冷却液的流量均匀性：现有翅片式水冷板是采用统一种类型的翅片，各翅片通道内冷却液的速度均匀性较差，导致单个功率元件igbt内部的温度一致性较差，本技术在不同区域布置了不同性能参数的翅片，提高了冷却液整体的速度均匀性。另一方面，通过防铝屑结构区的设置来减少钻孔攻丝过程中水冷板内部铝屑的残留量：对于现有翅片式水冷板，在cnc钻孔攻丝过程中会残留大量铝屑在其内部，导致翅片堵塞，流阻变大，水泵性能和寿命降低，本技术在进出口位置设计了防铝屑结构区，可以有效地防止铝屑在水冷板内部残留。另一方面，通过多功能的定位筋的设计：对于现有翅片式水冷板，在安装翅片时一般通过人工排布定位，不特定设计用于定位、加强等作用的结构，本技术在翅片安装区设计了多功能的定位筋，既对翅片安装起到定位作用，又对水冷板起到强度提升作用，而且可阻挡大颗粒的沉积杂质。另一方面，通过主流道区的降阻设计：对现有翅片式水冷板，一般主流道区和翅片区的深度是一样的，本技术的水冷板将主流道区的深度加深，使主流道区和翅片区形成高度差，可以有效降低主流道区的压力损失，提高翅片区内冷却液的速度均匀性。
58.以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。
技术特征：
1.一种高性能的翅片式水冷板(1)，其特征在于，包括基板(11)、盖板(12)以及功率元件igbt(13)，所述盖板(12)盖合在所述基板(11)上，所述功率元件igbt(13)置于所述盖板(12)上；所述基板(11)内开设有内部流道，所述高性能的翅片式水冷板(1)的一侧壁上具有与所述内部流道连通的进口(14)以及出口(15)；所述内部流道呈凹槽状，所述内部流道包括防铝屑结构区、主流道区以及翅片区(113)，所述防铝屑结构区与所述主流道区连通，所述主流道区与所述翅片区(113)连通；所述翅片区(113)包括至少三组翅片。2.根据权利要求1所述的高性能的翅片式水冷板(1)，其特征在于，所述防铝屑结构区包括第一防铝屑结构区(111)以及第二防铝屑结构区(115)，所述主流道区包括第一主流道区(112)以及第二主流道区(114)；所述第一主流道区(112)以及所述第二主流道区(114)分别位于所述翅片区(113)的两侧，所述第一防铝屑结构区(111)以及所述第二防铝屑结构区(115)分别位于所述进口(14)以及所述出口(15)处；所述进口(14)、所述第一防铝屑结构区(111)、所述第一主流道区(112)、所述翅片区(113)、所述第二主流道区(114)、所述第二防铝屑结构区(115)以及所述出口(15)顺次连通。3.根据权利要求1所述的高性能的翅片式水冷板(1)，其特征在于，所述翅片区(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)之间相互平行。4.根据权利要求3所述的高性能的翅片式水冷板(1)，其特征在于，所述翅片区(113)的两侧均具有定位筋(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.根据权利要求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)的间距均为两毫米；所述第一翅片(1131)的节距为十七毫米，所述第二翅片(1132)的节距为十二毫米，所述第三翅片(1133)的节距为十毫米。6.根据权利要求1所述的高性能的翅片式水冷板(1)，其特征在于，所述防铝屑结构区呈钩子状。7.根据权利要求1所述的高性能的翅片式水冷板(1)，其特征在于，所述主流道区的深度大于所述翅片区(113)的深度。
技术总结
本申请关于一种高性能的翅片式水冷板，涉及电力电子设备领域。该高性能的翅片式水冷板包括基板、盖板以及功率元件IGBT，盖板盖合在基板上，功率元件IGBT置于盖板上；基板内开设有内部流道，高性能的翅片式水冷板的一侧壁上具有与内部流道连通的进口以及出口；内部流道呈凹槽状，内部流道包括防铝屑结构区、主流道区以及翅片区，防铝屑结构区与主流道区连通，主流道区与翅片区连通；翅片区包括至少三组翅片。本申请提升了水冷板的换热性能和寿命，提高了功率元件和水泵的寿命，降低了水泵的运行功耗。功耗。功耗。
