CN101397015B

CN101397015B - 用于轨道车辆的冷却设备

Info

Publication number: CN101397015B
Application number: CN2008101689444A
Authority: CN
Inventors: 渡边德清; 平原明
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: CN101397015A; ZA200808164B; JP5025405B2; JP2009083675A

Abstract

一种用于轨道车辆的冷却设备，包括滤波电抗器(20a)，该滤波电抗器具有空气通过其流动的线圈部分(22)，在线圈部分中延伸的内流动通路(30)，以及调节流过内流动通路的空气的量的整流叶片(37)；第二电气组件，该第二电气组件需要比线圈部分更大量的冷却空气；供给冷却空气的鼓风机；以及通风管道，该通风管道将滤波电抗器、第二电气组件以及鼓风机按顺序串联的方式彼此联接，并且使冷却空气流过滤波电抗器和第二电气组件。整流叶片配置成使一定量的空气流过内流动通路，该空气的量等于第二电气组件所需的冷却空气的量与线圈部分所需的冷却空气的量之间的差。

Description

用于轨道车辆的冷却设备

技术领域

本发明涉及一种用于轨道车辆的冷却设备，用于冷却设置在轨道车辆上的电气组件。

背景技术

通常，在轨道上行进的轨道车辆上提供多个电气组件，如主电动机、变压器的油冷器、变换器装置以及通过操作产生热的电抗器。使用将冷却空气从鼓风机提供到电气组件的强制空气冷却系统冷却这些如上所述的产生热的电气组件。

当执行强制空气冷却时，考虑提供相应的具有鼓风机的电气组件。然而，在这种情况下，由于增加了鼓风机的数量，因而需要较大的安装空间，并且增加了轨道车辆的重量和噪声。

为了解决上面的问题，例如，日本专利申请特许公开No.2001-18791公开了一种使用单个鼓风机冷却多个电气组件的冷却设备。电气组件通过通风管道串联连接到鼓风机。根据该冷却设备，变压器的油冷器和电抗器从上游顺序布置，并且它们通过通风管道彼此串联连接。要冷却的油冷器和电抗器具有不同的冷却所需的供气数量。通常，油冷器需要的通风空气的量大约是电抗器的1.5倍。因此，所用的鼓风机根据油冷器的容量具有额定的设置。

根据冷却设备，鼓风机和电抗器之间的通风管道形成具有分支管道的分支空气通路，以便将从鼓风机提供的一部分冷却空气通过分支管道排出到电抗器的外部，特别是排出到地面。根据这种布置，通过消除鼓风机的额定值与电抗器从分支管道所需的冷却空气的量之间的差，可以减少电抗器造成的压力损失，并且可以减少鼓风机的尺寸。

然而，在如上所述布置的轨道车辆的冷却设备中，由于提供从通风管道突出的分支管道或延伸到电抗器外部的分支管道，因而全面地增加了冷却设备的尺寸，并且需要较大的安装空间。在轨道车辆中，由于安装空间有限，因而不宜增加冷却设备的尺寸。

而且，在空气从分支管道向下即向着地面排出的布置中，排出空气扬起灰尘、小石子等，由此对周围环境产生不利的影响。因为扬起的灰尘、沙子等吸进安装在车辆上的其它电气组件和其它冷却设备，所以可能出现故障。

发明内容

本发明是在考虑到上面的情况而作出的，其目的是提供一种轨道车辆的冷却设备，其可以减少尺寸和重量，并且可以防止排出空气造成的不利影响。

根据本发明的一个方面，提供一种冷却轨道车辆的电气组件的冷却设备，其特征在于包括：

滤波电抗器，该滤波电抗器具有空气通过其流动的线圈部分，在线圈部分中延伸并且使空气穿过其的内流动通路，以及调节流过该内流动通路的空气的量的整流叶片；

第二电气组件，该第二电气组件需要比线圈部分更大量的冷却空气；

供给冷却空气的鼓风机；以及

通风管道，该通风管道将滤波电抗器、第二电气组件以及鼓风机按顺序串联的方式彼此联接，并且使冷却空气流过该滤波电抗器和第二电气组件，

该整流叶片配置成使一定量的空气流过该内流动通路，该空气的量等于该第二电气组件所需的冷却空气的量与该线圈部分所需的冷却空气的量之间的差。

根据本发明的一个方面，提供一种轨道车辆的冷却设备，其减少了尺寸和重量，并且可以防止排出空气造成的不利影响。

本发明额外的目的和优点在下面的描述中阐述，并且部分是从该描述中显而易见的，或者可以通过实践本发明而学习的。可以借助在下文中特别指出的手段以及组合实现并得到本发明的目的和优点。

附图说明

合并且构成说明书一部分的附图说明本发明的实施方式，并且与上面给出的一般描述以及下面给出的对实施方式的详细描述一起用于解释本发明的原理。

附图1是示出具有根据本发明第一个实施方式的冷却设备的电气机车的截面图；

附图2是示出冷却设备的侧视图；

附图3是示出冷却设备的滤波电抗器的平面图；

附图4是滤波电抗器的截面图；

附图5是示意性地示出滤波电抗器的截面图；

附图6是示出根据本发明第二个实施方式的冷却设备的截面图；

附图7是示出根据本发明第三个实施方式的冷却设备的截面图；

附图8是示出根据本发明第四个实施方式的冷却设备的截面图；以及

附图9是示出根据本发明第五个实施方式的冷却设备的截面图。

具体实施方式

参照附图详细地解释具有根据本发明实施方式的冷却设备的轨道车辆，如电气机车。

附图1示意性地示出在其上提供冷却设备的电气机车，附图2示出冷却设备和要冷却的电气组件。

如图1所示，作为轨道车辆的电气机车具有布置相应的车轮14的轨道转向架(未示出)，以及通过弹簧等支承在轨道转向架上的主体12。在轨道转向架上，在车轮14附近布置主电动机、齿轮箱、联接器等(未示出)，以便驱动车轮。车轮14放置在轨道15上。电气机车10通过由主电动机旋转车轮14在轨道15上行进。

在主体12上安装不同的电气组件以及冷却设备18。如图1和2所示，冷却设备18包括要冷却的第一电气组件和第二电气组件，鼓风机44以及用于使它们串联的通风管道50。

在该实施方式中，电抗器单元20具有同轴叠加的滤波电抗器20a、20b，该电抗器单元作为第一电气组件安装，变压器40的油冷器42作为第二电气组件安装。将油冷器42所需的冷却空气的量设置成大于电抗器单元20所需的。

电抗器单元20安装在主体12的地板上，并且近似垂直地延伸。变压器40通过支柱41悬挂在主体12的地板下方，油冷器42连接到变压器40，并且布置在主体的地板下方。

鼓风机44具有旋转刀片44a，驱动旋转刀片旋转的电动机44b，以及覆盖它们的圆柱壳体44c。在主体12的地板下方，鼓风机44布置在电抗器单元20和油冷器42之间，并且通过支柱45悬挂到主体。布置鼓风机44，使得其旋转轴与主体12的地板近似平行地延伸，并且在其附近面对油冷器42的上游侧。

通风管道50包括吸入通道51，其连接到电抗器单元20的上游侧端部，并且延伸到主体12的天花板附近；联接通道52，其连接电抗器单元20的下游端部与鼓风机44的上游端部，并且近似以直角弯曲；以及联接通道54，其连接鼓风机44的下游端部与油冷器42的上游端部。可以在吸入通道51中提供吸滤器，以除去灰尘等。

如上所述，电抗器单元20、鼓风机44和油冷器42通过通风管道50串联连接，并且在冷却空气流动通路中，鼓风机44定位在电抗器单元20和油冷器42之间。当操作鼓风机44时，通过吸入通道51吸进外部空气。在用作冷却空气的外部空气穿过电抗器单元20并且冷却电抗器单元之后，将其提供到油冷器42，顺序穿过联接通道52、鼓风机44和联接通道54。在其穿过油冷器42并且冷却油冷器之后，冷却空气在近似与主体12的地板平行的方向上排出。如上所述，可以使用单个鼓风机44将冷却空气提供到两个电气组件，并且冷却该电气组件。

详细地解释电抗器单元20。附图3是电抗器单元的平面图，附图4是电抗器单元的纵向截面图，附图5是示意性地示出空气是如何穿过电抗器单元和整流叶片的截面图。

如图3至5所示，电抗器单元20具有一对滤波电抗器20a、20b，这些滤波电抗器彼此同轴叠加。由于滤波电抗器20a、20b具有相同的布置，因而在此详细地解释滤波电抗器20a。

滤波电抗器20a具有圆柱形线圈部分22以及用于支承线圈部分的支承框架24。线圈部分22具有多个圆柱形线圈。多个线圈26具有不同的直径，并且径向方向上同轴地间隔布置。在线圈部分22的外周边周围与其同轴地提供外圆柱28a，其通过间隙面向最远的周边线圈。在线圈部分22的内侧与其同轴地布置内圆柱件28b，其通过间隙面向最里面的周边线圈26。外圆柱28a和内圆柱件28b分别由绝缘材料如环氧树脂形成。

多个线圈26之间的间隔、外圆柱28a和线圈之间的间隔以及内圆柱件28b和线圈之间的间隔限定了冷却空气流动的流动通路。内流动通路30可以使冷却空气通过其流动，在此，该内流动通路由线圈部分22的内周边即内圆柱件28b限定。

支承框架24具有环形上框架24a，其支承线圈部分的上端；环形下框架24b，其支承线圈部分22的下端；以及多个联接杆24c，其联接上框架和下框架的外周边。支承框架24由铝等形成。而且，上框架24a和下框架24b的外周边通过多个双头螺栓25彼此联接。

上框架24a具有多个分别向着框架中心延伸的支承臂32a，这些支承臂在圆周方向上以相等的间隔布置。杆形压板34a通过绝缘部件33a连接到相应的支承臂32a，并且这些压板邻接线圈部分22的上端。下框架24b象上框架24a一样布置，具有多个支承臂32b、绝缘部件33b以及压板34b，并且压板34b邻接线圈部分22的下端。上侧的支承臂32a、绝缘部件33a和压板34a由通过线圈部分22延伸的双头螺栓36与下侧的支承臂32b、绝缘部件33b和压板34b联接。通过这种布置，在夹在上压板34a和下压板34b之间的状态下，线圈部分22由框架24支承。

电流输入/输出终端35连接到上框架24a，并且通过配线电连接到线圈26。

在线圈部分22的内孔即内流动通路30提供整流叶片37，以调节冷却空气的量即在内流动通路中流动的冷却空气的流量。整流叶片37通过上框架24a的多个支承臂32a经由多个金属配件39支承，并且布置成关闭内流动通路30的入口端。整流叶片37可以与内圆柱件28b整体形成，或者布置在内流动通路30的除了其入口端的任何部分。

在整流叶片37中形成通孔38，以调节冷却空气的流量。整流叶片37的压力损失根据通孔38的直径而变化，由此改变穿过整流叶片37的空气的量。设置通孔38的直径，以使一定量的空气流动，该量对应于鼓风机44的空气供给能力(即冷却油冷却器42所需的冷却空气的量)与冷却滤波电抗器20a、20b的线圈部分22所需的冷却空气的量之间的差。

例如，假设鼓风机44的空气供给能力是187.5m³/min，冷却油冷却器42所需的空气的量是187.5m³/min，油冷却器42的压力损失是490Pa，冷却滤波电抗器20a、20b的线圈部分22所需的空气的量是120.5m³/min，线圈部分22的压力损失是490Pa，通风管道50的空气的量是187.5m³/min，以及通风管道50的压力损失是330Pa。

在这种情况下，穿过整个滤波电抗器的空气的量是187.5m³/min，上面量的空气流到线圈部分22的空气的量是120.5m³/min(压力损失是490Pa)。因而，必须如下地将在滤波电抗器20a、20b的内流动通路30中流动的空气的量设置成67.5m³/min。

187.5-120.5＝67.5m³/min

因此，调节通孔38的直径，以便67.5m³/min量的空气流过整流叶片37，并且其压力损失设置成490Pa。然而，在本实施方式中，由于两个滤波电抗器20a、20b是叠加的，因而两个整流叶片37是确定的。结果，每个整流叶片37所需的压力损失是490/2＝245Pa。

通过下面的公式确定压力损失PL

PL＝η×(Y/2g)×V²

其中，η：压力损失系数，Y：空气的比重＝1.2，g：重力加速度＝9.807，V：空气速度。

压力损失系数η可以通过将内流动通路30的截面面积A1与整流叶片37的通孔38的截面面积A2的比应用于预先确定的相关图表(未示出)得到。如图5所示，例如，当将内流动通路30的直径D设置成417mm，整流叶片37的通孔38的直径d设置成310mm时，建立下面的公式。

A2/A1＝(310²×π/4)/(417²×π/4)＝0.55

然后，从相关图表和A2/A1得到η＝1.83。

可以从上述公式得到压力损失PL＝1.83×(1.2/2g)×14.9²＝24.9mAq＝244Pa。因此，可以通过整流叶片37产生所需的压力损失，并且通过将通孔38的直径d设置成上述值而将流过内流动通路30的冷却空气调节成所需量的空气。

根据如上布置的冷却设备18，当操作鼓风机44时，外部空气作为冷却空气通过吸入通道51吸入，并且穿过电抗器单元20的滤波电抗器20a、20b。在外部空气冷却这些滤波电抗器20a、20b之后，将其提供到油冷器42，顺序穿过联接通道52、鼓风机44和联接通道54。在冷却空气穿过油冷器42，并且冷却油冷器之后，将其在与主体12的地板近似平行的方向上排出。

当冷却空气流过电抗器单元20时，冷却空气冷却滤波电抗器20a、20b所需量的空气流过线圈部分22，剩余的空气流过整流叶片37以及滤波电抗器的内流动通路30。在冷却空气穿过电抗器单元20之后，其加入剩余空气，以便将所需数量的冷却空气提供到油冷器42。

通过如上布置的冷却设备，可以使用单个鼓风机44冷却两个电气组件。因而，与将鼓风机布置到相应的电气组件的情况相比，可以减少鼓风机的数量，可以节省电气机车消耗的能量，以及可以减少制造成本。而且，由于可以通过滤波电抗器的内流动通路提供冷却空气，并且通过内流动通路中的整流叶片调节通风空气的量，因而可以使鼓风机的空气供给能力即冷却油冷器所需的冷却空气的量与冷却滤波电抗器的线圈部分22所需的冷却空气的量之间的差的量的空气在内流动通路中流动。通过这种操作，冷却空气的压力损失由具有少量所需的冷却空气的滤波电抗器而减少，并且可以减少鼓风机上的载荷。结果，可以使用具有小空气供给能力即小额定值的鼓风机，并且可以减少制造成本、重量以及产生的噪声。

不需要如传统设备一样提供延伸到设备外部的分支管道、延伸到电抗器外部的分支管道等等，并且可以减少冷却设备的尺寸和重量。由于冷却设备的冷却空气在实质上平行于车辆地板的方向上排出，由此不会扬起灰尘、小石子等，因而可以防止排出空气对周边环境造成的不利影响。

如上所述，可以得到一种轨道车辆的冷却设备，其可以减少尺寸和重量，并且防止排出空气造成的不利影响。

注意到，虽然在上述实施方式中滤波电抗器是两级叠加的，但是本发明不限于此，并且可以提供有单个滤波电抗器。

第一电气组件、第二电气组件以及鼓风机的配置不限于上述实施方式，并且可以以不同方式变化。例如，电抗器单元不限于垂直于主体的地板布置的情况，冷却设备可以整体水平地即在平行于主体地板的方向上布置。

根据附图6所示的第二个实施方式，滤波电抗器20a、联接通道52、鼓风机44、联接通道54以及冷却设备的油冷器42直线地、并排串联布置。

根据附图7所示的第三个实施方式，另一个滤波电抗器70作为冷却设备的第二电气组件提供。当滤波电抗器70用作第二电气组件时，滤波电抗器70的内流动通路完全关闭。

第一电气组件、第二电气组件以及鼓风机布置的顺序可以以不同的方式变化。

根据附图8所示的第四个实施方式，变压器的油冷器42位于冷却空气的上游，滤波电抗器20a位于冷却空气的下游。鼓风机44布置在油冷器42和滤波电抗器20a之间。根据上面的布置，穿过线圈部分22的冷却空气可以通过流过滤波电抗器20a的内流动通路30的冷却空气冷却，并且以冷却状态排出到外部。

根据附图9所示的第五个实施方式，在冷却设备中的最下游侧提供鼓风机44，冷却空气从鼓风机排出，顺序穿过滤波电抗器20a以及另一个作为第二电气组件的滤波电抗器70a。注意到：可以在滤波电抗器的上游侧以及第二电气组件提供鼓风机44。

根据第五个实施方式，冷却设备的另一种布置与上述第一个实施方式相同，相同的组件由相同的附图标记表示，并且省略对其详细的描述。也可以通过第二至第五实施方式得到与第一个实施方式相同的操作和效果。

本发明不限于上述实施方式，并且在不脱离本发明的要点的范围内，可以通过修改组件而体现。而且，可以通过适当地结合多个在上面的实施方式中公开的组件来形成不同的发明。可以将几个组件从实施方式所示的全部组件中删除，或者可以适当地结合不同的实施方式的组件。

要冷却的第二电气组件不限于油冷器和滤波电抗器，并且可以是其它电气组件如变换器、发动机或功率变换装置。整流叶片的材料、形状等可以以不同的方式变化，只要其产生所希望的压力损失，并且通孔的数量不限于一个，而是可以形成多个通孔。

Claims

1.一种冷却轨道车辆的电气组件的冷却设备，其特征在于包括：

滤波电抗器，所述滤波电抗器具有线圈部分、内流动通路和整流叶片，空气流动通过所述线圈部分，所述内流动通路在所述线圈部分中延伸并且空气穿过所述内流动通路，所述整流叶片调节流过所述内流动通路的空气的量；

第二电气组件，用于所述第二电气组件的冷却空气的量必须比用于所述线圈部分的冷却空气的量大；

供给冷却空气的鼓风机；以及

通风管道，所述通风管道将所述滤波电抗器、第二电气组件以及鼓风机按顺序串联的方式彼此联接，并且使冷却空气流过所述滤波电抗器和第二电气组件，

所述整流叶片配置成使一定量的空气流过所述内流动通路，所述一定量的空气的量等于所述第二电气组件所需的冷却空气的量与所述线圈部分所需的冷却空气的量之间的差。

2.根据权利要求1所述的冷却设备，其特征在于，所述整流叶片具有通孔，空气流动通过所述通孔，并且所述通孔具有产生一压力损失的面积，所述压力损失用于得到所述差的量的空气。

3.根据权利要求1或2所述的冷却设备，其特征在于，所述滤波电抗器的线圈部分包括多个圆柱线圈和一内圆柱件，所述圆柱线圈具有不同的直径，并且以空气通过其流动的间隔同轴地布置，所述内圆柱件定位成面向最里面的周边线圈，并且限定所述内流动通路，所述整流叶片设置在所述内圆柱件中，以便关闭所述内流动通路。

4.根据权利要求3所述的冷却设备，其特征在于，所述滤波电抗器具有支承所述线圈部分的支承框架，所述整流叶片由所述支承框架支承。

5.根据权利要求3所述的冷却设备，其特征在于，所述整流叶片与所述内圆柱件整体地形成。

6.根据权利要求1所述的冷却设备，其特征在于，所述鼓风机布置在所述滤波电抗器和所述第二电气组件之间。

7.根据权利要求1所述的冷却设备，其特征在于，所述第二电气组件设置在所述鼓风机的下游，并且定位成与所述车辆的地板平行。

8.根据权利要求1所述的冷却设备，其特征在于，所述滤波电抗器设置在所述鼓风机的下游，并且定位成与所述车辆的地板平行。

9.根据权利要求1所述的冷却设备，其特征在于，所述滤波电抗器设置在所述鼓风机的上游，并且布置成与所述车辆的地板垂直。