水冷散热器结构设计模块
水冷电机内部结构
水冷电机内部结构一、引言水冷电机是一种利用水冷技术进行散热的电机，其内部结构设计合理、高效。
本文将介绍水冷电机的内部结构，包括散热系统、电机部件等。
二、散热系统1. 水冷电机的散热系统由水冷器、水泵、水管等组成。
水冷器负责将电机产生的热量传递给水，水泵则将热水循环送回水冷器进行散热。
2. 水冷器通常采用铜管和铝片制成，具有良好的导热性能。
水泵则选用高效、低噪音的电动水泵，保证水的循环顺畅。
三、电机部件1. 水冷电机的转子是电机的核心部件，由铁芯和导体组成。
铁芯采用硅钢片制成，具有较低的磁导率和电阻，减小能量损耗。
导体则采用高导电率的铜材料，以提高电机的效率。
2. 定子是另一个重要的电机部件，由铁芯、绕组和绝缘层组成。
铁芯的结构与转子类似，绕组则采用绝缘导线绕制，以确保电流正常流动而不发生短路。
3. 除了转子和定子，水冷电机还包括其他部件，如轴承、端盖等。
轴承用于支撑转子和定子，确保其正常旋转；端盖则起到固定和密封的作用。
四、工作原理1. 水冷电机的工作原理与传统电机相似，通过电流在绕组中产生磁场，进而与转子磁场相互作用，产生转矩。
不同之处在于水冷电机通过水冷系统将电机产生的热量快速散发出去，以保持电机的正常工作温度。
2. 当电机工作时，电流经过绕组，产生磁场。
磁场与转子的磁场相互作用，产生转矩，使转子旋转。
同时，电机产生的热量通过水冷系统传递给水，并通过水泵循环散热，确保电机的温度不会过高，避免损坏电机。
五、优势和应用领域1. 水冷电机相对于空冷电机具有散热效果好、工作温度稳定的优势，特别适用于高功率、高负载的应用场景。
2. 水冷电机广泛应用于工业领域，如机械制造、航空航天、能源等行业。
在这些领域中，电机通常承受较高的负载和温度，水冷技术可以有效延长电机的使用寿命。
六、总结水冷电机的内部结构包括散热系统和电机部件。
散热系统由水冷器、水泵和水管组成，通过循环水来散热。
电机部件包括转子、定子、轴承等，各部件相互配合，实现电机的正常工作。
浅述一种直接水冷IGBT模块的散热仿真
散热性能进行仿真对比，通过对比结果得出本文设计的这种散 热结构使得模块的热分布更均匀，有利于模块的均流特性，同 时对不同水流速度的散热性能进行仿真，仿真结果表明，在实 际工况允许的条件下，可以通过提高水流速度来提高结构的散 热能力。
近年来随着人们对电力电子装置要求的日渐提高，电子设 备及系统正向小型化、多功能方向发展，IGBT 模块也正在向 小尺寸、大功率的方向发展。随之而来的是模块内所产生的高 热流密度带来的散热问题，该问题是制约IGBT模块可靠性的重 要因素之一，当IGBT工作温度超出限制范围时，元器件的性能 及稳定性下降，进而影响系统的可靠性，这就迫使人们对传统 的热设计技术进行进一步的研究，探索适应这一新趋势的有效 散热措施。而当采用了一项新型热设计技术时，产品的身价也 随之增加。因此， IGBT模块散热系统的设计对模块的性能和价 值有重要影响[1-2]。
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浅述一种直接水冷IGBT模块的散热仿真
王晓丽 于凯 黄小娟 西安中车永电电气有限公司 陕西 西安 710012
摘 要 IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块散热性能的好坏是影响IGBT模块可靠性的一个重要因素，本文设计了一种 直接水冷散热结构的IGBT模块，应用Ansys软件对该结构进行散热仿真，并与英飞凌同类结构的散热仿真结果做对 比，对比结果表明文中结构的散热分布更均匀，更有利于模块的均流特性。 关键词 IGBT；结构；散热仿真
随着计算机辅助设计软件的发展，有限元分析软件在模块 结构设计中占举足轻重的地位，该软件可以对影响热分布的诸 多因素 (部件几何尺寸、分布状态、导热材料的传输系数、周 围环境等)进行模拟，计算结果通过图形化显示直观的温度场分 布，可以高效、高速地应用在精度要求不是很苛刻的产品的热 设计中[3]。本文通过Ansys软件对所设计结构的IGBT模块进行散 热仿真，并与英飞凌同类结构模块的散热仿真结果进行对比， 来验证所设计结构的必要性。
基于SolidWorks的电机控制器水冷散热器热分析
耗。
IGBT导通损耗的计算公式如下。
（1）设计要求，电机控制器所要求的峰值输考虑到电流要增加一点裕度，故设定I CP=500CE(sat)=1.5 V。
由于占空比不断在变化，取经验值=600 W。
（2）开关损耗。
开关损耗是指由IGBT在控制极收到控制信号时，对电路进行开关操作所产生的能量损耗。
由于每一次开关操作都会产生损耗，所以随着IGBT开关的频率提高，开关损耗会越来越大。
得到开关损耗最精确的方法是测量在开关过程中图1 IGBT导通电流与压降关系曲线=500 A，从上图可得：E (on)=42 mJ，E (off =15 kHz，P sw_I=1 755 W。
1.2 续流二极管导通损耗和开关损耗（1）导通损耗。
二极管的导通损耗与IGBT类似，计算公式如下。
F(sat)×I cp ×D F (4)为续流二极管压降，D F 为二极管占空比因子，极管导通损耗。
FF900R12IE4型号的续流二极管压降与电流关系如图3所示。
图2 IGBT开通和关断损耗与电流关系曲线图4 续流二极管反向恢复损耗与电流关系图3 续流二极管压降与电流关系曲线由图可得E rec =58 mJ。
故P sw_F=870 W。
1.3 IGBT控制单元总损耗IGBT控制单元的总损耗为IGBT芯片和续流二极管的导通损耗与开关损耗之和，故总损耗P t 可由下公式（6）求得。
+P sw_I+P sat_F +P sw_F (6）估算出的总损耗P t =3 365 W。
2 散热器的设计1 散热器材料的选择散热器材料的选择要从多方面来考虑，不仅要有良好的机械强度和加工工艺性，还应具有抗腐蚀性与优良的热传导性，更要考虑表2 平直肋片尺寸参考值散热功率与基板厚度之间的计算公式如下[4]。
t =7×log P 总-6 （7）其中t 为基板的厚度，单位为mm；P 总为IGBT控制单元的热损耗，单位为kW。
计算可得基板的厚度为18.6 mm，这里计算的基板厚度还包括了IGBT控制单元中PCB板与其焊层，以及铝基板的图5 平直肋片式意图图6 肋片的尺寸符号参数值T/mm 2～44～66～88～10≥10t/mm 1.0 1.5 2.0 2.0 2.5h/mm≥6≥8≥8≥10≥10图7 散热器模型图8 散热器流动示意图3 散热器热仿真分析本文选用SolidWorks中的Flow Simulation模块流体分析工具进图9 模型设置3.3 网格的划分在Flow Simulation中，网格的划分有2种形式，分别为自动的网格划分和手工的网格划分。
水冷散热器的结构
水冷散热器是一种常用于电子设备或计算机系统中的散热器，通过水流来帮助散热。
其结构一般包括以下几个主要部分：散热片（Heat Sink）：散热片是水冷散热器的核心组件，通常由金属材料（如铝或铜）制成。
它具有大面积的散热表面，用于吸收和分散热量。
水冷板（Water Block）：水冷板是散热片与水流之间的接口。
它通常位于散热片的底部，接触到需要散热的设备或组件上。
水冷板中有一系列的细小水道，用于水流通过并与散热片进行热交换。
水泵（Water Pump）：水泵用于循环水流，将冷却液从散热器的水冷板中吸入，然后通过管道输送到设备或组件的散热区域。
水泵通常由电动机驱动。
水箱（Reservoir）：水箱是存储冷却液的容器，通常位于散热器的一侧。
它提供一个供水泵吸入水流的来源，并具有补充冷却液的功能。
冷却液（Coolant）：冷却液是水冷散热器中的介质，通常是蓄电池防腐液或专用的散热液。
它具有良好的热导性和防腐性，用于吸收和带走散热片吸收的热量。
管道和连接件：管道和连接件用于连接散热器的各个部分，形成一个闭合的循环水流系统。
它们通常由耐高温和耐腐蚀的材料制成，如塑料、金属或橡胶。
以上是水冷散热器的常见结构，不同型号和设计的水冷散热
器可能在细节上有所差异。
水冷散热器通过水流来帮助散热，将热量从散热源传递到冷却液中，再通过水泵将热量带走，从而实现有效的散热和降温。
水冷散热系统的设计
水冷散热系统的设计(总2页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--水冷散热系统的设计水冷又称为液冷。
水冷散热的原理非常简单：在一个密闭的液体循环装置，通过泵产生的动力，推动密闭系统中的液体循环，将热沉吸收的芯片产生的热量，通过液体的循环，带到面积更大的散热装置，进行散热。
冷却后的液体在次回流到吸热设备，如此循环往复。
由于水冷散热效率高，热传导率为传统风冷方式的20倍以上，可以解决几百至数千瓦的散热问题，在激光、军工、医疗、电力电子、工业设备等行业有着广泛的应用。
水冷散热系统的分类：根据二次换热器换热方式的不同，一般情况下可以将水冷散热系统分为以下三种类型：空气冷却系统、液体冷却系统、冷水机组冷却系统。
空气冷却系统一般主要由：水冷板、水泵、水箱、热交换器和风机组成。
该系统结构简单，是最经济的水冷系统。
冷水机组冷却系统：由压缩机、水冷板、冷却塔等部分组成。
这种方式水温可以精确的控制在环境温度以下，制冷量大。
水冷式冷水机组工作原理图:液体冷却系统：它不含压缩机，主要由液体交换器、水泵、水箱等组成。
低噪音、体积比冷水机组小一半以上。
水冷板的选择和计算冷板作为水冷系统的重要组成部分，主要是将发热元器件产生的热量与冷却液充分交换。
为了确保器件的发热表面在被液体冷却时能把所耗散的热量尽量全部带走，器件与冷板的接触和冷板的热阻就显得尤为重要！设计适当的冷板，需要确定如下参数：冷却液体流速，冷却液体进口温度，安装在冷板上发热器件的热耗散功率，冷板表面允许的最高温度Tmax。
已知这些参数，您就可以确定冷板的最大的允许热阻并且通过热仿真分析验证。
Tout：冷却液体出口温度Tin：冷却液体进口温度Q：冷板上发热器件的总热耗散功率ρ：液体的密度V：冷却液体流速CP：冷却液体的比热容计算冷却液体出口最高温度Tout。
这个是非常重要的，如果Tout大于Tmax，那么，冷板将不能解决发热问题。
液冷散热系统结构设计
液冷散热系统结构设计1 液冷散热系统结构设计随着科技的进步和计算机的出现，人们对电脑的要求也越来越高，性能越来越强大，但是这也带来了一个问题，就是过热。
因此，液冷散热系统作为目前比较流行的一种散热方式，被越来越多的用户所关注和采用。
那么在设计液冷散热系统的时候，应该要注意哪些方面呢？2 散热元件的选择散热元件是液冷散热系统中最重要的组成部分，主要包括散热器、水泵、水管、冷头和水冷块。
在选择散热元件时，应该要根据所需散热功率、流量、进出水口等因素来进行选购。
一般而言，散热器的面积越大，散热效果越好，但是也需要考虑到整个机箱的空间和重量限制，不能过于夸张。
同时，水泵的流量也需要根据要散热的主板和CPU 进行搭配，以保证散热系统的正常运行。
3 水路设计液冷散热系统的水路设计直接影响着系统的散热效果。
在设计中，应该要减少水路的弯头和连接处，以减少流量和水压的损失。
同时，水管的长度也需要尽量缩短，以减少损耗。
另外，在水路设计中最好使用一些高质量的硬管和接头，避免漏水和管道老化。
4 散热系统封闭性液冷散热系统封闭性是保证系统稳定运转的关键所在，一旦发现出现漏水等问题，必须要立即进行检修。
因此，在设计中需要注意采用优质的硬管和接头，加强系统的密封，同时对于每一处连接和水管都要进行检查，并在系统正常运行前进行漏水测试，以确保系统的稳定性和安全性。
在使用过程中也需要定期检查，检修，以防止漏水和散热效果下降。
5 散热风扇的运转控制液冷散热系统在运行过程中，配上一些散热风扇，可以有效的增加系统的散热效果。
但是，为了提高其功效，风扇的运转控制也需要进行相应的设计和调节。
在设计中，可以采用PWM控制模块，以实现风扇的智能化运行，同时也能提高系统的稳定性和可靠性。
总之，液冷散热系统的结构设计需要综合考虑散热元件的选择、水路设计、封闭性、散热风扇的运转控制等多方面的因素，并对系统进行检查、检修和维护，以获得最佳的散热效果。
水冷散热系统的设计
水冷散热系统的设计水冷又称为液冷。
水冷散热的原理非常简单：在一个密闭的液体循环装置，通过泵产生的动力，推动密闭系统中的液体循环，将热沉吸收的芯片产生的热量，通过液体的循环，带到面积更大的散热装置，进行散热。
冷却后的液体在次回流到吸热设备，如此循环往复。
由于水冷散热效率高，热传导率为传统风冷方式的20倍以上，可以解决几百至数千瓦的散热问题，在激光、军工、医疗、电力电子、工业设备等行业有着广泛的应用。
水冷散热系统的分类：根据二次换热器换热方式的不同，一般情况下可以将水冷散热系统分为以下三种类型：空气冷却系统、液体冷却系统、冷水机组冷却系统。
空气冷却系统一般主要由：水冷板、水泵、水箱、热交换器和风机组成。
该系统结构简单，是最经济的水冷系统。
冷水机组冷却系统：由压缩机、水冷板、冷却塔等部分组成。
这种方式水温可以精确的控制在环境温度以下，制冷量大。
水冷式冷水机组工作原理图:液体冷却系统：它不含压缩机，主要由液体交换器、水泵、水箱等组成。
低噪音、体积比冷水机组小一半以上。
水冷板的选择和计算冷板作为水冷系统的重要组成部分，主要是将发热元器件产生的热量与冷却液充分交换。
为了确保器件的发热表面在被液体冷却时能把所耗散的热量尽量全部带走，器件与冷板的接触和冷板的热阻就显得尤为重要！设计适当的冷板，需要确定如下参数：冷却液体流速，冷却液体进口温度，安装在冷板上发热器件的热耗散功率，冷板表面允许的最高温度Tmax。
已知这些参数，您就可以确定冷板的最大的允许热阻并且通过热仿真分析验证。
Tout：冷却液体出口温度Tin：冷却液体进口温度Q：冷板上发热器件的总热耗散功率ρ：液体的密度V：冷却液体流速CP：冷却液体的比热容计算冷却液体出口最高温度Tout。
这个是非常重要的，如果Tout大于Tmax，那么，冷板将不能解决发热问题。
假设Tout小于Tmax，下一步需要确定冷板的标准化热阻，使用如下方程：：热阻Tmax：冷板表面允许的最高温度Tout：冷却液体出口温度A：被冷却区域的面积Q：冷板上发热器件的总热耗散功率系统其他部分设计：管道系统和阀门是水冷系统硬件重要组成部分，主要包括快速接头、管道、各种功能阀门（流量控制阀）、过滤器、其它管接头及密封件等。
模块化功率单元散热结构的设计
模块化功率单元散热结构的设计邢新波王江涛刘宏王磊上海电气输配电集团上海200042摘要：介绍了模块化功率单元结构设计的作用，进而对模块化功率单元的散热结构进行了设计。
在设计中.对热量损耗进行了计算，对散热风机和散热器进行了选型.并进行了仿真分析。
关键词：功率单元；散热；结构；设计中图分类号：TN305.94文献标志码：A文章编号：1674-540X(2021)01-025-04Abstract:The role of modular-type power unit structure design was introduced,and then the heat dissipation structure of the modular-type power unit was designed.In the design,the heat loss was calculated,the cooling fan and the radiator were selected,and simulation analysis was performed.Keywords:Power Unit；Heat Dissipation;Structure;Design1设计背景随着电力电子技术和市场经济的快速发展，电力电子产品的设计趋向于个性化.用户群体对产品提出的要求越来越高，包括体积小、质量轻、容量大、可扩容、外观简洁大方、性能稳定优良、便于安装维修等。
同等功率单元向体积小型化发展的同时.防护等级要求越来越高，对功率单元的整体散热设计提出了更高的要求。
笔者针对综合电能质量系列化产品，设计了模块化功率单元的散热结构.将控制系统与易发热器件分层布局，并将易发热器件设置在独立的散热风腔体内.提高了模块化功率单元的功率密度。
2模块化概述所谓模块化，指对一个整体的生产线或机械设备进行拆分，以求在不同情况下通过不同的组合达到不同的效果。
IGBT(晶闸管)用水冷散热器(水冷板)的工艺与设计-钻孔式-压管式-密封圈式-搅拌摩擦焊-真空电子束-E
焊缝强度高 批量生产成本较低 缺点： 对铝合金材质有一定要求
Passive Power Electronics Components Integrated Solution
all for you , all for inverter
z鹰峰(EAGTOP)冷板工艺与分类
长度（Lengh）*宽度（Width）*厚度(Thickness)：<1000*1000*50mm _______ ___ KW
内丝 □ 外丝□ -30℃---60℃
快速接头□
纯水或者水与乙二醇的混合液
<80L/min
<30℃
0.8Mpa---2.0MPa <30kW <4℃/kw(根据热源分布而定)
鹰峰eagtop冷板工艺分类鹰峰eagtop冷板工艺分类冷板技术冷板技术冷板技术冷板技术优点优点优点优点缺点缺点缺点缺点钻孔?工艺简单?成本低?性能低下?表面温度不均匀?重量轻?重量轻?低压降?成本低?不能双面安装热源?不能双面安装热源?对加工工艺要求高?管伸出冷板外体积大压管o圈组装o圈组装?成本相对较低?依靠o形圈密封存在泄漏隐患?不适应高频振动环境摩擦电子束焊?性能较好?可靠性高?设计灵活?设计灵活?成本偏高?工艺门槛高真空钎焊?双面冷却?性能好?表面温度均匀?设计灵活?成本高?工艺门槛高passivepowerelectronicscomponentsintegratedsolutionpassivepowerelectronicscomponentsintegratedsolutionallforyouallforinverter
Passive Power Electronics Components Integrated Solution
模块式风冷冷(热)水机组
10
工作原理
2台单冷模块机串联工作原理 11
4 3
10
1
7
进水 9 8
出水
4 3
10 1
进水 9
出水
7 8
4 3
10
1
7
进水 9 8
出水
4 3
10 1
进水 9
出水
7 8
工作原理
2台热泵模块机串联工作原理 12
2 1 进水 出水
2 1 进水 出水
制冷 制热 4
3
10 9
5 11
12 7 6 8
4
机组故障自诊疗功能；
5
单机运营时间均衡功能；
6
机组定时开、停机；
7
远距离开、停机；
8 冬天自动防冻结运营功能（辅助功能）；
9
具有控制水泵启停功能；
10 具有控制辅助电加热器旳功能；
11 各模块分时开启功能 。
6
保护功能
1
压缩机高下压保护
2
空气开关保护
3
逆（缺）相保护
4
压缩机过流保护
5
机组防冻保护
6
机组防过热保护
7
风机过载保护
8
频繁启停保护
9
水流开关保护
7
显示功能
1
温度检测显示
2
时间设定显示
3
工作模式显示
4
工作状态显示
5
顾客参数显示
6 故障查询显示
7
调试参数显示（需密码才干进入）
8 调试功能显示（需密码才干进入）
8
制 冷 工 作 原 理：
工作原理
4 3
电机控制器IGBT模块水冷散热研究
电机控制器IGBT模块水冷散热研究姜坤;李涛;张永亮【摘要】电机控制器的散热性能影响着电机的输出性能.为了解决IGBT模块高热流密度的问题,以直接水冷IG-BT模块翅针散热器为研究对象,采用有限元方法建立翅针散热器及电机控制器冷却水槽的散热模型,并利用有限元软件ICEPAK对不同流量、结构参数下IGBT模块翅针散热器的散热性能进行仿真分析,总结了各主要参数对散热性能的影响规律.结果表明,在满足散热器压降的条件下,翅针直径为2.6 mm,翅针长度为8 mm,翅针间距为7.2 mm×4.2mm,流量为10时翅针散热器具有更好的散热效果,其结论对翅针散热器的优化设计提供了参考.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2017(030)002【总页数】4页(P68-71)【关键词】电机控制器;IGBT模块;翅针散热器;热仿真【作者】姜坤;李涛;张永亮【作者单位】上海理工大学机械工程学院,上海200093;上海鑫国动力科技有限公司,上海200093;上海理工大学机械工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TM571.1电动汽车与传统汽车最大的不同就在于其电驱动系统，而电机控制器是电驱动系统中的关键部件。
电机控制器箱体内的IGBT功率模块会因长时间的运行以及频繁起动、关闭而大量发热，而电机控制器的散热性能直接影响电动机的输出性能及电驱动系统运行的可靠性。
因此，为了保证IGBT功率模块工作性能的稳定，需要开发更好的散热系统，使IGBT功率模块工作在允许的温度范围内。
电机控制器的冷却方式主要有风冷和液冷两种。
风冷散热成本相对较低，但散热能力有限，随着电力电子器件功率不断增加，这时需要采用具有更强散热能力的液冷散热器来提高系统的散热能力。
目前，关于IGBT模块散热器的研究主要有风冷散热器[1-2]、冷板散热器[3-5]、热管散热器[6]等，而对于采用直接水冷的翅针散热器[7-8]的研究较少。
IGBT_水冷散热器的仿真与试验
看出，基板厚度增加时其表面最高温度逐渐上
升，这是因为基板厚度增加导致 IGBT 和冷却
液之间的传递热阻也随着增加，散热性能变
差。
间断式肋片长度影响对流换热面积的大
小，从而影响散热。该文研究了肋片长度为
5mm~40mm 时，散热器基板表面最高温度的
变化如图 2（b）所示。可以看出，当长度为
5mm~20mm 时，随着肋片长度增加，基板表面
利用机组和水冷测试平台对样机进行额定工况温升测试，试验数据与仿真结果相吻合。研究表明，平直肋片散热
器不仅工艺简单、成本低，而且能很好地满足 IGBT 的散热需求。
关键词 ：变频器 ；水冷散热器 ；IGBT ；Flotherm
中图分类号 ：TB 657
文献标志码 ：A
随着大功率电力电子器件的迅速发展，变频器广泛地 应用于工业领域中。各行业对变频器体积结构要求越来越紧 凑，这就意味着产品的体积热流密度越来越大，对系统的散 热设计要求也不断提高。为提高产品的可靠性，实现设备的 高效散热是非常重要的环节。IGBT 作为变频器的主要功率 器件，其单位体积发热量较大，系统的功率密度和发热量急 剧增大，所以 IGBT 的散热就成为整机散热设计的关键。
4 试验研究
该研究使用 30kW 电机机组和水冷测试平台进行额定工
况下样机温升测试，受试验条件限制，水冷散热器在测试条
件下，其环境温度和冷却液体的温度不能满足 65℃的条件，
在分析试验结果的过程中，采用测试点温升值与仿真结果进
行对比。水冷测试平台装有装配时将热电偶线布置在
1 变频器功率单元结构
该文以 30kW 变频器功率单元模块为研究对象，其主要 结构由壳体、面盖及内部的 IGBT、母线电容和铜排等组成， 其中水冷散热器作为一个冷板结构件，IGBT 安装在水冷散 热器基板上，其发热量通过基板传递给肋片并通过冷却液体 将热量带走，散热器内部流道采用间断式的平直肋片，与普 通肋片相比增加水道内体流体扰动、提高散热效率和减少流 道内压力。冷却水道的密封方式采用橡胶圈和密封盖板通过 螺栓锁紧，满足国标的压强要求。
汽车水冷散热器毕业设计论文[管理资料]
![汽车水冷散热器毕业设计论文[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/35d2d9fd4a7302768f993910.png)
湖北国土资源职业学院毕业设计题目：汽车水冷散热器的构造与维护学生姓名: 蔡建指导教师:系（部）：机电工程系专业：机电一体化班级：机电0901 学号：52209101 提交日期2012年6月日答辩日期2012年6月日2012 年6 月日汽车水冷散热器的构造与维护摘要水冷散热器是水冷式内燃机冷却系统中必不可少的一个组成部分。
散热器是汽车发动机冷却系统中起核心作用的部件。
散热器性能的好坏直接影响汽车发动机的散热效果,进而对汽车的动力性、经济性和可靠性会产生很大影响。
汽车散热器是一台汽车的全部零部件中占有较重要的地位。
本文论述了汽车水冷散热器的作用、组成、主要构造、工作原理、日常维护、故障的检测步骤和排除方法，同时论述了汽车水冷散热器系统化、模块化设计方法，以及冷却系统的智能控制。
关键词：汽车散热器构造水冷系统维护目录一．引言1二．散热器构造 11236三. 常用散热材料7778四. 散热器制造新技术——铜硬钎焊技术 8五．汽车水冷散热水箱的故障与维护 991011六. 结论14七．谢辞15 八．参考文献16一引言汽车发动机的冷却系统，一般是由水泵、散热器、节温器、冷却风扇、风扇电机、电机开关、护风罩等部分组成。
发动机在工作时机内的温度很高，因此为包管其可以正常工作，一定对其进行冷却。
散热器的作用是应用冷风（既可以是汽车行驶时迎面流动空气造成的冷风，也可以是冷却风扇提供的冷风）来冷却被发动机高温零件加热的发动机冷却液。
散热器是汽车发动机冷却系统中起核心作用的部件。
散热器性能的好坏直接影响汽车发动机的散热效果,进而对汽车的动力性、经济性和可靠性会产生很大影响，它的工作效率逐渐下降,对发动机的整体工作能力产生较大影响。
汽车散热器原本是用铜和锡制造的。
这是由于铜的导热性能优良，可以耐腐蚀，易于钎焊加工。
但由于铜的资源难题及价格难题，对散热器不但从材料厚度方面有所改进，并且从结构上也有重大的突破（意为打开缺口突破难关）。
关于水冷电机散热结构的优化设计分析
关于水冷电机散热结构的优化设计分析摘要：以电动汽车电机采用的特殊结构为切入点，结合定子机壳内周向螺旋水槽的结构，对其水冷系统进行了优化设计，分析与计算了其散热能力以及流阻损失影响因素，最终得出了对电机水槽结构设计的有益之处。
关键词：水冷电机；散热结构；优化设计作为新时期电动汽车的关键技术，汽车的电机驱动系统对于其各功能的运行意义重大，需要其电机具备疝效率、高可黑性等特点，高功率密度驱动电机的持续运行会加剧电机温升，降低系统可靠性，因此，合理设计电机冷却结构，对于降低电机温升，保证电机可靠性意义重大，本文将结合定子机壳内周向矩形水槽的结构，对其水冷系统进行了优化设计。
1电机水冷套内流体流动及传热相关计算1.1流体运动基本方程借助于连续性方程和纳斯一斯托克斯方程表示不可压缩流体的运动，具体可用式(1)表示圆管中流体的雷诺数如下［1-2］：V(1)式中，V为流体动力粘度，且,d为圆管直径，_U则为平均流速，对非圆形截面的管道，对应的尺寸为管道当量直径为 ,其满足以下关系:d Qc s(2)其中，S为道润湿周长，A为管道截面面积。
管道内总阻力损失具备以下关系：(3)其中，L为管道长度，为沿程阻力系数，为水流平均速度，d为圆管直径，则局部阻力损失可表示如下：h/z =(4)其中沿程阻力系数用表示，其山道的结构形状决定。
1.2电机水冷套传热基本方程用冷却公式表示电机冷却水道表面的对流换热悄况如下:(5)其中，A为散热面积，h为流换热系数，为流体温度，为固体壁面温度，则表示单位时间内对流换热量。
结合图斯-贝尔特公式及管内紊流换热规律，对对流换热系数进行讣算得：Nu = 0.0237?e O8Pr°4(6)其中，Re为流体雷诺数，Nu为努塞尔数，流体普朗特殊则用Pr表示。
其中Nu包含对流换热系数h,其可用下式计算得到：.Nu•入h = ------£(7)2水冷电机周向水槽水冷结构及流场2. 1螺旋水槽水冷电机结构具体说来，轴向结构和周向结构为常用的典型结构，将水冷电机的水槽内置于电机壳内，如图1,为周向水槽水冷电机结构。
大功率mos管水冷散热设计方案_概述
大功率mos管水冷散热设计方案概述1. 引言1.1 概述大功率MOS管作为一种常见的功率开关器件，广泛应用于电力电子领域，其散热问题一直是制约其稳定性和可靠性的主要因素之一。
传统的散热方式主要采用风冷散热或散热片散热，但随着功率需求的不断增加以及器件尺寸的减小，这些传统散热方案已经无法满足高功率MOS管的热量排放需求。
因此，本文提出了一种新颖而有效的水冷散热设计方案来解决这一问题。
1.2 文章结构本文共分为五个部分进行论述。
引言部分介绍了大功率MOS管水冷散热设计方案的概述和背景意义。
正文部分将对现有散热设计方案进行分析与评价，并提出水冷散热设计方案的可行性和优势。
接下来，我们将详细讨论水冷散热设计方案的细节，包括散热材料选择与参数设定、水路设计与流体动力学分析、系统冷却效果评估及优化方法等。
在实施与实验结果分析部分，我们将介绍如何制造大功率MOS管水冷散热系统原型，并进行实验测试以得出实验结果，并对结果进行分析和对比总结。
最后，在结论部分，我们将总结全文并给出进一步的展望。
1.3 目的本文的目的是通过对大功率MOS管水冷散热设计方案进行详细研究和探讨，提供一种可行且高效的散热解决方案，以改善大功率MOS管散热问题。
通过比较传统的风冷散热或散热片散热方式和水冷散热设计方案之间的差异，我们将验证水冷散热方案在提高MOS管稳定性、降低温度、减少体积等方面的优势。
希望本文能够为相关领域提供有价值的参考和指导，并促进大功率MOS管水冷散热技术的应用与发展。
2. 正文：2.1 大功率MOS管水冷散热的背景与意义大功率MOS 管是电子设备中常用的高频功率放大器元件，其工作时会产生较多的热量。
对于散热不佳的MOS 管而言，温度过高会导致其性能下降、寿命缩短甚至损坏。
因此，针对大功率MOS 管进行有效散热设计具有重要意义。
2.2 现有散热设计方案的分析与评价目前市面上存在多种不同的散热设计方案用于大功率MOS 管，如风扇散热、铝板式散热器等。
基于水冷的IGBT模块散热结构设计及优化
选用的冷却液为水，入口温度为 ５０℃，查得
水在定性温度 Ｔｆ为 ５０℃时的物性参数，水的导热 率为 ０．６４８Ｗ·（ｍ·ｋ）－１，运动黏度为 ０．５５３×
１ 几何模型建立
通过三维建模软件 ＵＧ对 ＩＧＢＴ模型进行简 化处理，图 １为 ＩＧＢＴ模 型 简 化 后 的 物 理 模 型。 ＩＧＢＴ模块主 要 由 芯 片、基 板、散 热 器 以 及 水 槽 组 成，芯片共 ２４个，尺寸为 ９ｍｍ×９ｍｍ×０．３ｍｍ； 基板共 １个，尺寸为 ２１４ｍｍ×７８ｍｍ×３ｍｍ；水槽 共 １个，尺寸为 １９０ｍｍ×６４ｍｍ×１２ｍｍ，进口与 出口的直径为 １０ｍｍ。为增大散热针柱与冷却液 之间的接触 面 积，设 计 了 圆 环 形 和 螺 旋 形 散 热 针 柱。图 ２（ａ）为常规形散热针柱，针柱高 ８ｍｍ，直 径 ２ｍｍ，与另外 ２种散热针柱的高和直径相同。
程中，总热阻主要由 ３个部分组成：① ＩＧＢＴ热源
产生的热能传递到散热器时产生的接触热阻 Ｒｊｄ； ② 热能在散热器中所受的固体传热热阻 Ｒｊｖ；③ 散热器 与 冷 却 液 直 接 接 触 时 产 生 的 对 流 换 热 热 阻 Ｒｊａ［１３］。
总热阻为：
Ｒ ＝Ｒｊｄ ＋Ｒｊｖ ＋Ｒｊａ Ｒｊｄ ＝ＫｃＳ
面面积；ｎ为散热针柱的个数。
Ｒｊａ
＝１ ｈｖＡｖ
（４）
式中：Ａｖ表示总的有效对流换热面积；ｈｖ表示冷却
液的对流换热系数。
其中：
ｈｖ ＝ ＬｋＮｕ
（５）
式中：ｋ为水的导热率；Ｌ为特征长度；Ｎｕ 为努塞 尔数。
仿真部分 流 体 状 态 选 择 湍 流 模 型，故 此 处 选
择迪图斯 －贝尔特（ＤｉｔｔｕｓＢｏｅｌｔｅｒ）公式对努塞尔
度和形状对 ＩＧＢＴ模块结温的影响，结果表明在冷 却水道中加入高度为 ０．７ｍｍ且形状为菱形的扰 流块时，ＩＧＢＴ模块的散热性能可达到最优。Ｗａｎｇ Ｙ等［１２］研究了纯电动汽车中 ＩＧＢＴ模块中的集成 液体对模块 温 度 的 影 响，结 果 表 明 通 过 集 成 液 体 直接冷却可消除导热油脂层，ＩＧＢＴ到散热器之间 的热阻下降了 ５０％以上，降低了模块的结温。综 上发现，目前 大 多 研 究 仅 在 风 冷 散 热 器 的 结 构 特 征、扰流块以 及 冷 却 液 的 流 动 特 性 等 方 面 进 行 研 究，在水冷的 针 柱 散 热 器 的 结 构 特 征 方 面 研 究 较 少。针对这种 情 况，在 常 规 散 热 针 柱 的 基 础 上 设 计了圆环形和螺旋形散热针柱。分别对 ３种散热 针柱的 ＩＧＢＴ模块进行理论计算和数值模拟，通过 对比分析，得到散热能力最好的螺旋形散热针柱， 并进一步对螺旋形散热针柱进行优化处理。
高功率芯片的新型水冷散热板结构仿真分析
型水冷板结构零件的 组 装 进 行 分 析,确 定 了 易 于 加 工
和易于组装的结构方案;之后采用 F
l
o
t
he
rm 软件对三
种结构的水冷板进行 有 限 元 仿 真,比 较 了 在 芯 片 发 热
和水冷板散热达到热 平 衡 后 水 冷 板 的 温 度,并 通 过 试
摘要:介绍了一种应用于高功率芯片的新型水冷散 热 板 结 构 (简 称 水 冷 板),采 用 有 限 元 法 分 析 比 较 了 三 种
同材料、同体积、不同结构的水冷板在同一环境条件下的散热能力,并通过试验对这三种结构的水冷板 的 散
热能力做了比较,试验结果与有限元分析结果一致.最终得出结论:新型结构的水冷板易于加工,散 热 能 力
尺寸、精度 和 表 面 粗 糙 度 等,沟 槽 设 计 时 需 保 证 易 加
工、易安 装 密 封 圈 等,具 体 设 计 标 准 可 参 照 国 标 GB
１１４
机 械 工 程 与 自 动 化 ２０１９ 年第 ６ 期
３４５２．
１ 内对 O 形密封圈设计的规定.
验验证了新型结构的水冷板比其他结构的水冷板散热
能力更强.
１ 水冷板结构
１．
１ 常规水冷板结构
常规的水冷板由铝板和无氧铜加工和镶嵌共同完
成,然后再通过打磨或者飞面的工艺处理,使得整块水
冷散热板形成一个平整的平面,使用一段时间后,镶嵌
处缝隙变大,使得铜管与铝板融合的平面度降低,影响
散热性能.常规水冷板结构如图 １ 所示.
连接到主体结构上,通过 O 形密封圈 密 封 以 避 免 使 用
过程中漏水现象的发生.
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水冷散热器结构设计模块更改信息登记表
目录
前言 ................................................ 错误!未定义书签。
摘要：................................................ 错误!未定义书签。
关键词：................................................ 错误!未定义书签。
一.来源............................................. 错误!未定义书签。
二.适用范围........................................... 错误!未定义书签。
三.水冷散热器的结构设计............................... 错误!未定义书签。
四.典型应用案例：..................................... 错误!未定义书签。
五.结构设计要点....................................... 错误!未定义书签。
参考文献................................................ 错误!未定义书签。
前言
摘要：
本设计模块介绍了水冷散热器的结构形式，该结构主要应用于风能产品功率模块散热器结构设计中。
关键词：
散热器水冷结构密封接头
一. 来源
当前风力发电所处环境地恶劣性，以及机舱内体积的狭小，需要对功率器件部分有较高的防护等级
和高效的散热，水冷具有高效的散热性能和可以完全密封，我们采用水冷的方式对主功率系统进行散
热；主功率模块上IGBT的散热需要通过水冷散热器将热量带走，由于需要充分考虑水冷散热器的结构
设计。
本设计模块中的结构形式来源于水冷预研项目及风能产品线上电水冷变流器产品。
相关产品已经通
过生产并得到验证。
二. 适用范围
该结构形式可用于大功率、高密度、高防护等级的功率器件散热，如风能和大功率变频器等。
由于
应用情况各有不同，请根据推荐使用范围合理选择。
三. 水冷散热器的结构设计
1、水冷散热器的结构形式
水冷散热器是通过流经其内部的流体将安装在其上的器件的热量带走，其包含了内部有流道的散热
器本体及连接外部进出流体的进出接头（如图1）。
散热器
进、出水
接头
图1
水冷散热器可按照器件安装在散热器上的安装散热面，将散热器分为单面水冷散热器、双面水冷散
热器以及多面水冷散热器。
图2为单面水冷散热器。
图 2 单面水冷散热器
图3为双面水冷散热器：
图 3 双面水冷散热器
从两种布局方式可以看出：单面水冷散热器的器件布局简单，但整个散热器的尺寸较大，不易加工；相对于单面水冷散热器，双面水冷散热器的器件布局紧凑，水冷散热器的尺寸小，易于加工。
2、水冷散热器的流道形式
水冷散热器的内部流道形式决定了整个散热器的散热效果，按照流体在内部流动方式可区分为：纯并联流道、纯串连流道以及串联并联结合流道。
每种流道方式有各自特点：串联流道：阻力大，流速较高；并联流道：阻力较串联流道小，流速低。
参考热仿真建议采用串并联组合的方式，在功率器件下方的流道设计为并联流道，各个器件下方的并联流道之间采用汇流流道相串联（如下图）。
水冷散
I
图 4 串联并联结合流道
3、水冷散热器本体的结构形式及密封
水冷散热器本体是散热器的最主要部分，在设计时一定要考虑到加工方式和密封。
按照加工方式可分为：机械加工水冷散热器、钎焊水冷散热器、型材水冷散热器。
通过钻孔、铣槽的方式加工出流道板的流道及流道的连接，将流道板同盖板连接形成机械加工水冷散热器本体，盖板同流道板可采用螺钉连接和焊接的方法；使用螺钉连接需在盖板和流道板间增加O 型圈，利用O型圈的弹性变形保证密封（如图5）；使用焊接方法焊接流道板和盖板，需要保证焊接质量，保证不会有泄漏；工艺孔可采用螺纹堵头加螺纹密封胶的方法封堵，保证密封（如图6）。
图 5 机械加工水冷散热器
机械加工水冷散热器的流道主要用钻孔方法获得，加工工艺简单，机加工量大，但不可避免其流道转折为直角、存在死角，会增加流道的流阻和在死角处留有气体，直接影响水冷散热器的散热效率；同时由于钻孔工艺的限制，散热器的尺寸不能太大，有一定的限制（同孔的尺寸有关）。
对于使用O型圈密封的散热器，由于要铣出标准的沟槽来放置O型圈，会导致散热器尺寸加大。
图 6 机械加工水冷散热器
在盖板上铣出需要的流道，再将盖板和中间焊接板钎焊形成钎焊水冷散热器本体（如图7）；此焊接为平面钎焊接，其密封由焊接质量保证，必要时可钎焊后再在散热器的一周焊缝增加氩弧焊。
钎焊水冷散热器的流道是在盖板上铣加工出来，流道的转角可以采用园角和很平滑过渡，可以很大程度上减小散热器内部流道的流阻。
图 7 钎焊水冷散热器
型材水冷散热器利用型材作为散热器中间体，形成水冷散热器的主要流道，在端盖上铣加工除内部流道连接，再将端盖同中间体焊接而成型材水冷散热器的本体（如图8）。
型材水冷散热器中间体采用了型材，其流道可以由型材直接加工而成，对于复杂流道及难以型材加工的流道，也可以采用几个组合的方法，将简单流道同简单的零件组合而成。
端盖同中间体的连接为焊接，其密封质量同型材水冷散热器相同，也是取决于焊接质量。
图8 型材水冷散热器
4、水冷散热器接头连接及密封
水冷散热器接头与主体的连接也是有两种方式：焊接（如图7焊接接头）和机械连接（如图8机械连接接头）。
设计接头时，不仅要考虑接头同散热器主体的连接方法和密封方式，还要考虑接头同主管道间连接方法和密封方式，由此确定接头的材料；采用焊接方法连接接头同主体时需要考虑接头同散热器主体之间材料的可焊性；接头同主管道间以软管通过螺纹连接，需要考虑接头螺纹强度，保证重复拆装螺纹不会损坏。
四. 典型应用案例：
在风能上电水冷项目中，功率大，功率柜防护等级为IP54, 功率模块和电容组采用了水冷散热，下部电感采用了风冷散热。
功率模块采用了双面布IGBT的双面水冷散热器，三个功率模块水平放置，整个功率柜的布局紧凑，三个功率模块放置在同一水平位置，在功率模块下方安装一接水板，保证在偶然功率模块漏液发生的情况下，漏液也不会影响到电容、电感等电气件，容易实现功率模块漏液的防护。
图 9 风能项目端
端
中
功率软
主
图 10 功率模块
此散热器由于双面安装IGBT，采用了双层流道，两个盖板分别铣加工出流道，整个散热器从进水口经过一层盖板流道后，从中间焊接板到另一层盖板，最后到出水口，总的流道为串联流道，在每个器件下方，为保证散热的均匀，流道设计为并联。
这样的串、并联流道，保证了散热器上每个IGBT器件的散热平均。
图 11 水冷散热器
在加工方式上，每个盖板铣加工出流道后，同中间焊接板通过钎焊，形成了散热器的本体，为了保证散热器不会从焊接处出现泄漏，在散热器的焊缝四周再进行氩弧焊，保证了焊接的可靠；
为了不使盖板上器件安装孔处泄漏，需要控制器件安装孔的深度，不会打穿盖板。
由于盖板为铣加工，设计中可以将流道的每个转角处倒圆处理，使流道没有尖角出现，大大减少了在散热器内部流道中的压力损失。
盖板材料为防锈铝3A21,中间焊接板也采用防锈铝3A21材料，中间焊接板主要起到将两层流道隔离，防止流道内泄漏而影响散热效率；盖板同中间焊接板加工完成后，清洗、组装定位加预紧力、进真空炉钎焊。
由于在真空炉钎焊过程有高温、降温过程，对于材料相当于回火，因此螺纹不能够在钎焊前加
工，需要在钎焊后再进行加工螺纹。
散热器接头同主管道之间用软管连接，接头同软管接头部分按照德国DIN标准接头尺寸设计，采用24°锥面加O形圈密封形式密封(DIN3865)（如下图）。
图 12 管接头
接头同散热器主体的连接，最初采用了焊接接头，接头材料选择铝合金，此种接头加工简单，容易同散热器主体焊接，但软管接头为钢制螺纹，与软管接头配合，散热器上的接头容易损坏，接头损坏，整个散热器只能报废。
图 12 焊接接头
将散热器接头优化后，将散热器接头材料更改为不锈钢304，提高螺纹连接强度，接头同散热器本体以螺钉连接紧固。
图 13 螺钉连接接头
螺钉连接接头同散热器本体的连接密封，设计上采用多个方面进行密封，直径15的凸出插入散热器本体孔中，减少外泄漏间隙；在接头上设计标准沟槽，放置标准20*的O型圈，使用O型圈进行密封；在接头和散热器本体间涂加防水胶，保证无泄漏。
图 14 螺钉连接接头
五. 结构设计要点
这里只是提出钎焊水冷散热器设计中需要考虑的部分重要问题，具体设计需要根据选用的水冷散热器的形式具体分析，最重要的是保证散热效果、保证密封、无泄漏。
1、钎焊水冷散热器本体
流道设计要无尖角，减少流道面积突变，保证小的流阻。
保证本体的密封，无泄漏；可采用充压检验、氦检方法检验，检验时要全检。
盖板上的螺纹孔必须是盲孔，不可打穿。
2、钎焊水冷散热器接头
接头要考虑同外接管路的连接强度、密封问题，与散热器本体连接方法、加工方法、密封。
参考文献
1、《》液体冷却散热器检验标准
2、 TS-E000001850 液冷散热器设计总结。