阅读说明：本技术 特别是用于航空器的功率组件 (Power module, in particular for an aircraft ) 是由 塞巴斯蒂安·豪德 雅克斯·萨拉特 雷米·珀卡特 于 2019-03-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种功率组件(1),其包括：至少两个功率模块,每个功率模块包括安装在底部上的至少一个要冷却的部件,例如电子芯片,冷却元件(4)从该底部延伸；以及中空主体,该中空主体包括用于冷却流体(29)的流动的通道(13),每个功率模块被安装在所述主体上,以使冷却元件(4)通过主体的开口至少部分地延伸到所述通道(13)中,至少一个导流器(21、22、23、24)被安装在两个模块(2)的冷却元件(4)之间的所述通道(13)中,以迫使冷却流体(29)流入到包括冷却元件(4)的通道(13)的区域中。(The invention relates to a power assembly (1) comprising: at least two power modules, each power module comprising at least one component to be cooled, such as an electronic chip, mounted on a base from which a cooling element (4) extends; and a hollow body comprising a channel (13) for the flow of a cooling fluid (29), each power module being mounted on said body such that the cooling element (4) extends at least partially into said channel (13) through an opening of the body, at least one flow director (21, 22, 23, 24) being mounted in said channel (13) between the cooling elements (4) of two modules (2) to force the cooling fluid (29) to flow into the area of the channel (13) comprising the cooling element (4).)

特别是用于航空器的功率组件

技术领域

本发明涉及一种功率组件，特别是用于航空器的功率组件。

背景技术

功率模块包括例如由硅或碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)制成的电子芯片，诸如特别是MOSFET类型的功率晶体管、绝缘栅双极晶体管(IGBT)或二极管。这些芯片趋于发出需要消散的热量，因为此类芯片必须在限定的温度范围内操作。这样的功率模块可以装备航空器，并位于高度暴露于高热量的环境中，从而难以疏散由功率模块产生的热量。这样的模块常常需要被容纳在与冷却空气流相隔离的封闭壳体中。此外，这种功率模块的操作模式要求越来越高，因为必须能够补偿要在较长时段内疏散的高功率密度和/或以较短的休息时段间隔开的较高的散热峰值。

文献JP 2016-225530公开了一种功率组件，其包括具有冷却芯片的功率模块，该冷却芯片被安装在经由热接口而被附接到壳体的上壁的底部上。热接口通过补偿由于制造公差引起的轻微平整度偏差，确保了底部和上壁之间的良好热接触。壳体界定了具有用于液体冷却剂的入口和出口的通道，冷却剂在所述通道中循环。圆柱销从壳体的上壁延伸到通道中以形成热交换装置。

在操作期间，来自功率模块的热量经由热接口、上壁和圆柱销而被传递到冷却剂。

然而，这种冷却具有较低的效率。事实上，热接口形成了热绝缘体，从而减少了功率模块底部与壳体上壁之间的热交换。上壁的存在也限制了热交换并增加了组件的重量。最后，液体流体的使用需要诸如泵和管道之类的装备的集成以及密封装置的集成。在实践中，使用圆柱销与使用空气进行冷却几乎不兼容。

发明内容

本发明旨在以简单、可靠和廉价的方式补救这些各种约束。

为此目的，本发明涉及一种功率组件，该功率组件包括：至少两个功率模块，每个功率模块包括安装在底部上的至少一个要冷却的部件，例如电子芯片，冷却元件从该底部延伸；以及中空主体，该中空主体包括用于冷却流体的流动通道，每个功率模块被安装在所述主体上，以使冷却元件通过主体中的开口至少部分地延伸到所述通道中，至少一个导流器被安装在两个模块的冷却元件之间的所述通道中，从而迫使冷却流体流入到具有冷却元件的通道的区域中。

冷却元件和底部形成同一部分，从而可以直接消散热量，而不必穿过绝缘的热接口。另外，导流器的存在确保了通过通道的整个空气流都被用来对模块的冷却元件进行冷却。这提高了功率模块的冷却性能。而且，同一主体允许同时冷却若干模块，这允许限制整个组件的重量。

空气速度可以适应于导流器的形状和尺寸。

冷却元件可以具有平坦的翅片或冷却销，例如圆柱形或圆锥形形状。当然可以考虑任何其他形式。

冷却元件可以在通道的整个高度上延伸。

主体可以包括上壁、下壁和两个侧壁，上壁、下壁和两个侧壁界定了它们之间的通道。

通道可以是直的。通道可以具有形成空气入口的第一端和形成空气出口的第二端。

冷却元件可以彼此平行并且可以定向在通道的方向上。

底部可以具有被***到主体开口中的上部，冷却元件从底部的下部延伸。

底部可以具有上部，该上部形成围绕底部的下部的肩部，底部的上部搁置在主体上。

特别地，底部的上部可以搁置在上主体壁上。

底部的上部可以被固定到主体——例如通过螺丝接合。

上壁可以具有减薄区域，其厚度大约对应于底部的下部的厚度。

上壁的局部减薄进一步减小了组件的质量。

导流器可以在通道的方向上延伸并且具有圆形的或异形的上游端。

术语上游是相对于流体通过通道的方向而定义的。

组件可以包括：至少一个中央导流器，该至少一个中央导流器被布置在一方面第一功率模块的冷却元件和另一方面第二功率模块的冷却元件之间；第一侧导流器，该第一侧导流器位于第一功率模块的冷却元件和通道的第一侧边缘之间；以及第二侧导流器，该第二侧导流器位于第二功率模块的冷却元件和通道的第二侧边缘之间。

第一侧导流器和第二侧导流器可以均为单一结构的导流模块的形式，中央导流器包括两个相邻的导流模块。

因此，可以使用相同的导流模块结构来制造组件中的所有导流器。然后，中央导流器包括相对于通道轴线对称并排放置的两个导流模块。同样，形成侧导流器的两个导流模块可以相对于通道轴线对称地放置。

在这种情况下，导流模块的两端可以是圆形的或异形的，每个端可以相对于冷却流体的流动方向在上游，这取决于导流模块在通道中的定向和位置。

每个导流器可以被螺丝接合到主体上。也可以通过其他过程(铆接或粘合)将其固定。

每个导流器可以在通道的整个高度上延伸。

导流器还有助于增强主体结构，特别是上壁的较薄区域。

例如，电子部件是诸如MOSFET的功率晶体管、IGBT(绝缘栅双极晶体管)或二极管。

底部和冷却元件例如由铝或铝合金制成。根据模块的规格，它们也可以由其他材料制成。

冷却剂优选是空气。当然，也可以使用液体传热流体或两相流体。

组件例如被用来控制电子致动器或马达。

本发明还涉及一种包括前述类型的功率组件的航空器。

本发明此外还涉及在航空电子应用中使用的电子设备，其包括上述类型的功率组件。

当参考附图阅读以下作为非限制性示例给出的描述时，将更好地理解本发明，并且本发明的其他细节、特征和优点将显现。

附图说明

-图1是根据本发明的一个实施例的功率组件的前视截面图；

-图2是图1中的功率组件的俯视截面图；

-图3是用来形成导流器的导流模块的立体图；

-图4是功率模块的立体图；

-图5是功率模块的正视图；

-图6是主体的立体图。

具体实施方式

图1-图6图示出了根据本发明的一个实施例的功率组件1。功率组件1包括功率模块2，这里是三个功率模块2，每个功率模块2包括具有所谓的上部3a和所谓的下部3b的底部3，在图5中更好地可见。术语“上”和“下”是相对于附图而定义的。当然，实际上可以以不同的定向放置功率模块2。

翅片4从底部3的下部延伸，垂直于底部3的平面。翅片4是平坦的并且基本上彼此平行。翅片4的数目可以取决于模块的宽度、目标性能或最大目标空气速度而变化。翅片将交换表面增加了一个在1到50之间变化的系数。以适于需求的间距将它们分布在模块的整个宽度上。翅片4由与底部3相同的材料制成，这些元件例如由铝制成。底部3具有固定孔5(图4)，例如在底部3的拐角处。

底部3的上部3a形成肩部，该肩部界定了围绕下部3b和翅片4的***支承表面6(图5)。

功率模块2还包括经由电绝缘接口而被安装在底部3上的电子芯片，该电子芯片在附图中不可见。这些芯片例如是功率晶体管——特别是MOSFET类型的功率晶体管，IGBT(绝缘栅双极晶体管)或二极管。此外，连接模块2具有用于将所述功率模块2连接至电缆的连接装置7。

此外，功率组件1具有主体8，其在图6中最佳地可见，主体8包括上壁9、下壁10、第一侧壁11和第二侧壁12。所述壁9、10、11、12是平坦的。下壁10和上壁9彼此平行。侧壁11、12彼此平行并且垂直于下壁10和上壁9。所述壁9、10、11、12界定了沿轴线A延伸的矩形截面的通道13，该通道13开口于旨在形成空气入口的第一端14处以及旨在形成空气出口的第二端15处。

上壁9具有减薄区域16。例如，减薄区域16的形状为正方形或矩形。所述减薄区域16具有例如0.5mm至3mm的厚度。上壁9的其余部分具有例如1mm至5mm的厚度。减薄区域16的厚度大约对应于底部3的下部3b的厚度。

减薄区域16具有至少一个开口17，在这里是三个开口17，其开口通向通道13中。每个开口17的形状为正方形或矩形，形状与底部3的下部3b互补，以避免大的表面不连续性。以如下方式将每个模块2安装在主体8上，使得底部3的上部3b的支承表面6搁置在主体8的减薄区域16的外表面18上。底部3的下部被容纳在减薄区域16的对应开口17中，并且翅片4完全延伸到主体8的通道13中。将翅片4定向为平行于通道13的轴线A。翅片4在通道13的整个高度上延伸。螺钉(未示出)被用来将底部3固定到主体8的上壁9，所述螺钉被***在底部3的孔5中以及主体8的孔19中。

组件1还包括导流模块20，该导流模块20形成所谓的中央导流器21、22(特别参见图2)以及侧导流器23、24，特别地，第一中央导流器21位于第一模块2的翅片4和第二模块2的翅片4之间，并且第二中央导流器22位于第二模块的翅片4和第三模块2的翅片4之间。第一侧导流器23位于第一模块2的翅片4和第一侧壁11之间。第二侧导流器24位于第三模块2的翅片4和第二侧壁12之间。导流器21、22、23、24由相同结构的导流模块20组成。每个导流模块20沿着主体8的轴线A延伸，具有旨在与空气接触的第一侧边缘25，以及第二侧边缘26。第一侧边缘25在每一端处应具有圆形、弯曲或异形的区域27。另外，每个导流模块20具有位于导流模块20的两个轴向端27中央的凹入区域28，例如在第二边缘26处开口。

每个中央导流器21、22包括相对于通道13的轴线A对称并排放置的两个导流模块20，从而使两个导流模块20的第二侧边缘26相邻。形成侧导流器23、24的两个导流模块20相对于通道13的轴线A对称地定位，从而使所述导流模块20的第二侧边缘26与对应的侧表面11、12接触。导流模块20在通道13的整个高度上延伸，以便完全阻塞通道13的受影响区域。

利用螺钉将导流模块20固定在主体8上，螺钉也被用来固定功率模块2的底部3。

导流器21、22、23、24帮助增强主体8的结构，特别是上壁9的较薄区域16。

在操作期间，冷却空气29通过通道13的第一端14或上游端被引入，并被均匀地分为三部分，每部分分别通过不同功率模块2的翅片区域4。确定导流器21、22、23、24的尺寸以使得用翅片4填充主体8的侧壁11、12与相邻功率模块2的区域之间或者用翅片4填充相邻功率模块2的区域之间留下的间隙，如图2中最佳所示的那样。通过这种方式，导流器21、22、23、24迫使空气29穿过通道13的提供有翅片4的不同区域，从而有利于所述翅片4和冷却空气29之间的热交换，并且因此冷却功率模块2。然后，空气29通过第二端15或下游端从通道13排出。