CN102340247B - 矩阵变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种矩阵变换器，其具备：第1～第3AC电抗器，分别串联连接于3相交流电源的第1～第3相的输出；及第1冷却风扇，产生用于使第1～第3AC电抗器冷却的冷却风，第1～第3AC电抗器并列配置在与冷却风的流动方向交叉的方向上。

Description

矩阵变换器
技术领域
所公开的实施方式涉及一种矩阵变换器。
背景技术
2009年4月9日公开的日本国公开公报特开2009-77518号公报记载了一种电力变换器。在该电力变换器的框体中，在IGBT（Insulated Gate BipolarTransistor）模块的输入侧设置有构成AC滤波器的3个AC电抗器。而且，在框体上设置有向外部排出框体内部的热量的冷却风扇。
3个AC电抗器沿由冷却风扇产生的冷却风的流动方向依次排列。
通常，使3个AC电抗器沿冷却风的流动方向依次排列时，更为下游侧的AC电抗器的冷却效率变差，其温度上升。在此，AC电抗器的电感具有在超过某个一定的温度时极端变小的温度特性。因此，在电力变换器中为了不超过该温度，而选择温度上存在富余的尺寸大的AC电抗器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使AC电抗器的尺寸小型化的矩阵变换器。
本发明的一个观点为，矩阵变换器具备：第1～第3AC电抗器，分别串联连接于3相交流电源的第1～第3相的输出；多个AC电容器模块，其分别在内部具有多个AC电容器；及第1冷却风扇，产生用于使所述第1～第3AC电抗器冷却的冷却风。
所述第1～第3AC电抗器并列配置在与所述冷却风的流动方向交叉的方向上。
在所述第1～第3AC电抗器的输出侧，通过所述多个AC电容器进行Y联结，在收容有所述第1～第3AC电抗器及所述AC电容器模块的框体内具备：第1固定部件，固定所述第1～第3AC电抗器；第2固定部件，固定有所述多个AC电容器模块；及第3固定部件，固定有分别设置有半导体双向开关的多个半导体开关模块，所述第2固定部件与所述第3固定部件相比高度位置低，所述AC电容器模块的端子及与该端子连接的所述半导体开关模块的端子实质上位于同一高度位置，通过未向厚度方向弯折的铜条而相互连接。
根据本发明，与不采用本发明的结构相比，能够使AC电抗器小型化。
附图说明
图1（A）是第1实施方式所涉及的矩阵变换器的内部接线图，（B）是（A）所示的一部分IGBT模块的详细的接线图。
图2是表示第1实施方式所涉及的矩阵变换器的内部结构的立体图。
图3是从与图2不同的角度观察第1实施方式所涉及的矩阵变换器的内部的立体图。
图4是表示第1实施方式所涉及的矩阵变换器的内部结构的平面图。
图5是表示第1实施方式所涉及的矩阵变换器的内部结构的侧剖视图。
图6是表示第1实施方式所涉及的矩阵变换器的内部结构的前部剖视图。
图7是表示第2实施方式所涉及的矩阵变换器所具有的第2冷却风扇的安装的立体图。
图8是表示第2实施方式所涉及的矩阵变换器的内部结构的侧剖视图。
具体实施方式
参照附图说明使本发明具体化的实施方式。另外，为了便于说明，定义图2～图8所示的上方A、下方B、左方C、右方D、前方E、后方F。但是，根据矩阵变换器的实际使用状态，设置方法在各图中不同，例如存在如下情况，使图2～图8所示的上方为前方，下方为后方，前方为下方，后方为上方。而且，在各图中，存在与说明无关的部分省略图示的情况。
本发明第1实施方式所涉及的矩阵变换器10能够将所输入的3相交流电力变换为频率、电压不同的交流电力。矩阵变换器10的容量例如为160kW。
如图1（A）所示，矩阵变换器10具备第1～第3AC电抗器L1、L2、L3、电容器C1、C2、C3及IGBT模块（半导体开关模块的一个例子）Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9，可对马达M进行驱动。
第1～第3AC电抗器L1、L2、L3分别串联连接于3相交流电源11的R相、S相及T相的输出。
电容器C1、C2、C3在第1～第3AC电抗器L1、L2、L3的输出侧相对于R相、S相及T相进行Y联结（星形联结）。通过第1～第3AC电抗器L1、L2、L3及电容器C1、C2、C3构成输入滤波器。
电容器C1、C2、C3实际上是分别并联连接多个AC电容器而构成（在图1（A）中并未详细示出）的。
IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9连接于第1～第3AC电抗器L1、L2、L3的输出侧。各IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9例如具有树脂成型的半导体双向开关及设置在上部的外围电路基板。IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9的半导体双向开关通过未图示的控制电路而被控制为接通、断开，输出U相、V相及W相的电压。如图1（B）所示，在IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9上连接有缓冲模块SM。缓冲模块SM的内部设置有多个用于构成缓冲电路的二极管及电容器，该缓冲电路吸收因半导体双向开关的开关动作所产生的电涌电压。另外，在缓冲模块SM上连接外部的放电电路14。
如图2～图5所示，在矩阵变换器10的框体15内设置有：第1～第3AC电抗器L1、L2、L3；多个AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33；多个IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9；多个缓冲模块SM；及冷却风扇17、18（分别是第1及第3冷却风扇的一个例子）。第1～第3AC电抗器L1、L2、L3、AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33及IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9通过铜条而电连接。
在框体15内的后部大致水平地设置有第1隔板（第1固定部件的一个例子）21。在框体15内的除后部以外的部分上设置有第2隔板（第2固定部件的一个例子）22及位于第2隔板22右侧的第3隔板（第3固定部件的一个例子）23。框体15内部的空间通过第1～第3隔板21、22、23而被部分地上下隔开。第1及第3隔板21、23与第2隔板22分别被设置为上下方向的位置不同，第1隔板21被设置在第1上下方向位置H1上（参照图5）。第2隔板22被设置在比第1上下方向位置H1低的第2上下方向位置H2上。第3隔板23被设置在第1上下方向位置H1上（参照图6）。另外，只要是比第2上下方向位置H2高的位置，则第3隔板23也可以被设置在与第1上下方向位置H1不同的位置上。
而且，在框体15内的除后部以外的部分上设置有第4隔板24，其从框体15的底板25向上方延伸，部分地左右隔开框体15内部的空间（参照图3及图6）。在第4隔板24上结合有第2隔板22的右端部及第3隔板23的左端部。
下面，对收容在框体15内的冷却风扇17、18、第1～第3AC电抗器L1、L2、L3、AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33及IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9详细地进行说明。
冷却风扇17、18能够产生用于冷却框体15内部的冷却风。通过所产生的冷却风向框体15的后方排出框体15内的热量。附带说一下，根据矩阵变换器10的使用状态，有时向上方排出热量。如图5所示，冷却风扇17配置在框体15内的后端部上侧，冷却风扇18配置在冷却风扇17的下侧。
第1～第3AC电抗器L1、L2、L3固定在第1隔板21上，配置在框体15的前后方向中央的偏后侧。而且，如图4所示，第1～第3AC电抗器L1、L2、L3并列配置在相对于由冷却风扇17产生的冷却风的流动方向例如在70～110度的范围内交叉的方向上。因而，由于在第1～第3AC电抗器L1、L2、L3上实质上均等地接触冷却风，因此冷却效率被保持为良好。另外，冷却风的流动方向和第1～第3AC电抗器L1、L2、L3的配置方向以如下程度进行交叉即可，即不必因冷却效率恶化而选择温度上存在富余的更大尺寸的AC电抗器的程度。
第1～第3AC电抗器L1、L2、L3一体地构成。
在第1～第3AC电抗器L1、L2、L3上具有向前侧突出，分别上下设置的第1端子及第2端子（参照图4）。在第1端子及第2端子的前端分别形成有用于连接铜条的孔。在第1端子（输入端子）上连接与输入侧（电源侧）相连的铜条。在第2端子（输出端子）上连接与AC电容器模块CM11～CM33相连的铜条。
图1（A）所示的电容器C1、C2、C3例如通过图2～图4所示的9个AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33而实现。
各AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33的内部分别设置有例如3个AC电容器。如此，由于图1（A）所示的电容器C1、C2、C3是分割为多个AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33而构成的，因此电容器的电容变更较为容易。例如想要使电容器C1、C2、C3的电容分别降低时，则拆下对应的AC电容器模块。
AC电容器模块CM11、CM12、CM13固定在第2隔板22上，配置在框体15的前侧。AC电容器模块CM21、CM22、CM23固定在第2隔板22上，分别配置在AC电容器模块CM11、CM12、CM13的后侧。AC电容器模块CM31、CM32、CM33固定在第2隔板22上，分别配置在AC电容器模块CM21、CM22、CM23的后侧。而且，AC电容器模块CM31、CM32、CM33分别在俯视下配置在第1～第3AC电抗器L1、L2、L3的前侧。
由于AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33分别固定在第2隔板22上，因此其固定在比固定于第1隔板21的第1～第3AC电抗器L1、L2、L3低的位置上。因此，在第1～第3AC电抗器L1、L2、L3的前方（输入输出端子所突出的一侧）且AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33的上方形成有空间。
各AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33具有向上侧突出的第1～第4端子（参照图4）。上述4个端子中的第1端子设置在左侧，连接于电容器的中性点N（参照图1（A））。第2～第4端子设置在右侧，分别连接于第1AC电抗器L1的第2端子（R相）、第2AC电抗器L2的第2端子（S相）及第3AC电抗器L3的第2端子（T相）。前述的设置在各AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33内部的3个AC电容器的一个端子一起内部连接于AC电容器模块的第1端子，另一个端子分别内部连接于第2端子、第3端子及第4端子。
第1～第4端子的前端向内弯折，分别形成有用于连接铜条的螺纹孔。
IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9固定在第3隔板23上，沿前后方向并列配置在AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33的右侧。
由于IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9分别固定在第3隔板23上，因此其固定在比固定于第2隔板22的AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33的除端子以外的本体部高的位置上。
各IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9在俯视下，在右侧具有第1端子及第2端子，在左侧具有第3端子及第4端子（参照图4）。第1～第4端子是从上方插入端子固定用螺栓的螺栓端子。在各IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9的第2端子上一起拧紧连接与负载侧相连的铜条29及缓冲模块SM的端子。在第4端子上一起拧紧连接从AC电容器模块的端子延伸的铜条30及缓冲模块SM的端子。另外，第1端子和第3端子仅连接缓冲模块SM。
在此，如前所述，AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33及IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9分别设置在第2隔板22及第3隔板23上。因此，与AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33的端子前端部连接的IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9的端子实质上分别位于同一高度位置。其结果，如图6所示，连接AC电容器模块的端子和IGBT模块的第4端子的铜条30从前方观察时呈直线状，由于该直线状的铜条30并未中途向厚度方向弯折，因此电感小。因此，抑制了电涌电压。另外，“实质上同一高度位置”是指如下宗旨，容许能够通过并未中途向厚度方向弯折的直线状的铜条连接AC电容器模块的端子及IGBT模块的端子的程度的偏差。因而，例如5mm以下的偏差将被容许。
在成为IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9相反侧的第3隔板23的下侧面上设置有散热器32（参照图2、图6及图7）。通过散热器32放出由IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9产生的热量。散热器32主要通过冷却风扇18进行冷却。
接下来，对本发明第2实施方式所涉及的矩阵变换器50进行说明。对于与第1实施方式所涉及的矩阵变换器10相同的构成要素，标注相同的符号并省略详细的说明。
首先，对图7所示的在第1实施方式中省略了说明的安装板（第4固定部件的一个例子）54进行说明。安装板54位于AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33的上方，在俯视下设置在前后方向中央部。安装板54的左右两端固定在框体15的左右板（形成框体15的相对的两侧的板）56、57上。因而，该安装板54能够作为框体15的强度构件而发挥作用，因此，框体15的刚性提高。
在安装板54的上面设置有：控制电路基板60，控制设置于IGBT模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9的各半导体双向开关；操作单元61，用于用户进行矩阵变换器50的各种设定；以及电源基板62，用于向控制电路基板60及操作单元61供电。
矩阵变换器50与第1实施方式所涉及的矩阵变换器10相比，还具备冷却风扇（第2冷却风扇）65。如前所述，由于第1～第3AC电抗器L1、L2、L3与AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33被配置为上下方向位置不同，因此在第1～第3AC电抗器L1、L2、L3的前方（输入输出端子所突出的一侧）且AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33的上方生成有空间。冷却风扇65配置在该空间内。
具体为，如图8所示，冷却风扇65被支撑在支撑部件66的下侧，通过该支撑部件66而被固定在设置于框体15上部的安装板54上。在安装板54上形成有比冷却风扇65的外形大的矩形孔67。该孔67在俯视下形成在AC电抗器L2的前侧。冷却风扇65从上方被插入孔67（参照图7所示的箭头），通过支撑部件66而被固定在安装板54上。
如此，由于在第1～第3AC电抗器L1、L2、L3前侧设置有冷却风扇65，因此第1～第3AC电抗器L1、L2、L3的冷却效率更加提高。
另外，本发明并未限定于前述的实施方式，可在不变更本发明要旨的范围内进行变更。例如，对前述的各个实施方式、变形例的一部分或全部进行组合来构成本发明时也属于本发明的技术范围。
只要是构成为在与第1～第3AC电抗器L1、L2、L3所配置的方向交叉的方向上流过冷却风，则冷却风扇17的配置位置可以任意。
虽然图1（A）所示的电容器C1、C2、C3是分割为9个AC电容器模块CM11～CM33而构成的，但是并未限定于9个。而且，虽然在各AC电容器模块CM11、CM12、CM13、CM21、CM22、CM23、CM31、CM32、CM33的内部分别设置有3个AC电容器，但是并未限定于3个。电容器C1、C2、C3由多个AC电容器构成，可根据规格而拆下从而调节电容即可。

Claims (6)

1.一种矩阵变换器，其特征在于，具备：
第1～第3AC电抗器，分别串联连接于3相交流电源的第1～第3相的输出；
多个AC电容器模块，其分别在内部具有多个AC电容器；
及第1冷却风扇，产生用于使所述第1～第3AC电抗器冷却的冷却风，
所述第1～第3AC电抗器并列配置在与所述冷却风的流动方向交叉的方向上，
在所述第1～第3AC电抗器的输出侧，通过所述多个AC电容器进行Y联结，
在收容有所述第1～第3AC电抗器及所述AC电容器模块的框体内具备：
第1固定部件，固定所述第1～第3AC电抗器；
第2固定部件，固定有所述多个AC电容器模块；
及第3固定部件，固定有分别设置有半导体双向开关的多个半导体开关模块，
所述第2固定部件与所述第3固定部件相比高度位置低，
所述AC电容器模块的端子及与该端子连接的所述半导体开关模块的端子实质上位于同一高度位置，通过未向厚度方向弯折的铜条而相互连接。
2.根据权利要求1所述的矩阵变换器，其特征在于，
俯视下在所述第1～第3AC电抗器的输入输出端子所突出的一侧具备所述多个AC电容器模块。
3.根据权利要求2所述的矩阵变换器，其特征在于，
所述多个AC电容器模块为9个，
所述多个AC电容器为3个，该3个AC电容器的一侧端子一起连接于中性点，另一侧端子分别连接于所述第1～第3AC电抗器的输出端子。
4.根据权利要求1所述的矩阵变换器，其特征在于，
所述第2固定部件与所述第1固定部件相比高度位置低，
在所述AC电容器模块的上方且所述第1～第3AC电抗器的输入输出端子所突出的一侧形成的空间内还具备冷却该第1～第3AC电抗器的第2冷却风扇。
5.根据权利要求4所述的矩阵变换器，其特征在于，
在所述AC电容器模块的上方具备固定有所述第2冷却风扇的第4固定部件，
该第4固定部件的两端部分别固定在形成所述框体的相对的两侧的板上。
6.根据权利要求5所述的矩阵变换器，其特征在于，
还具备在下侧支撑所述第2冷却风扇的支撑部件，
所述第2冷却风扇从上方被插入形成于所述第4固定部件的孔，
通过所述支撑部件而被固定在该第4固定部件上。
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