CN102468739A - 电力转换装置的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力转换装置的冷却装置。电力转换装置的冷却装置包括：收纳变压器(2)且在上表面配置有排气用顶扇(9a)、(9b)的变压器盘(3)；与该变压器盘(3)连通配置，收纳有电力转换器的转换器盘(5)；至少形成在上述转换器盘的侧面的冷却风吸气部(15a)～(15d)；配置在上述转换器盘(5)的风洞(12)，由上述冷却风吸气部吸入的冷却风经由上述电力转换器被供给，将该冷却风供给到上述变压器(2)的侧面；和使该风洞(12)的上述变压器盘侧出口(16)变窄的分隔板(17)。形成有冷却风通道，该冷却风通道从上述冷却风吸气部经由上述风洞，经由利用分隔板(17)而变窄的变压器盘侧出口(16)，并通过变压器(2)的绕组部到达上述排气用顶扇(9a)、(9b)。

Description

电力转换装置的冷却装置

技术领域

本发明涉及使收纳变压器的变压器盘和收纳电力转换器的转换器盘连通配置的电力转换装置的冷却装置。

背景技术

在半导体电力转换装置中，将构成主电路的半导体电力转换单元、冷却主电路变压器等的发热设备的部分、以及冷却由耐热性比较弱的控制印刷电路板(print board)的电气设备构成的控制单元的部分，分别分离地收纳在个别的盘(箱体)(例如参照专利文献1)。

在该专利文献1记载的现有例中，使监视盘、控制保护盘、电力转换器盘、互联变压器盘、辅机盘连通，用设置在控制保护盘的吸气用风扇吸冷却风，并且用设置在辅机盘的排出用风扇排出，使冷却风通过控制保护盘、电力转换器盘和互联变压器盘，从辅机盘排出到外部。

特别是，收纳放热量多的变压器的变压器盘(箱体)采用至少在正面设置有吸气口、用顶扇排气的强制换气方式(例如参照专利文献2)。在该专利文献2记载的现有例中，在收纳有变压器的盘的顶部，以在前后方向的中央部从上方与变压器相对的方式配置排气风扇，在盘的正面下部设置吸气口。并且，在盘内底部的背面侧配备与送风风扇组合的导风通道，在该导风通道向着变压器的背面形成开口部，将通过吸气口取入到盘内的外部空气的一部分从导风通道的送风口向着变压器的背面分流送风。

另外，下述的变压器盘也为人们所公知：其设置有变压器侧绝缘板、箱体侧绝缘支承部件和吸气整流板，所述变压器侧绝缘板作为箱体内部空间分隔部件，将箱体内分隔成上部空间和下部空间，并且阻止由冷却风扇产生的冷却风在上部空间和下部空间相互流通，并且，将通过冷却风扇旋转而在箱体内产生的冷却风导向包围变压器的线圈的外周部的筒状绝缘物内，冷却变压器的线圈(例如参照专利文献3)。

作为这种电力转换装置的冷却装置的具体结构，如图6～图9所示构成。

即，如图6和图7所示，电力转换装置具有使收纳变压器100的变压器盘101和收纳多个半导体电力转换器102的转换器盘103相互连通配置的结构。

在变压器盘101以如下方式配置变压器100，即，该变压器100的进深方向的中央部与转换器盘103的进深方向的中央部相比成为背面侧，在该变压器100的背面侧的上部侧，左右配置有2台排气用顶扇104a、104b。另外，在变压器盘101的前表面，在其下部侧配置有2个冷却风吸气口105a、105b。

因此，在变压器盘101，通过驱动排气用顶扇104a和104b旋转，从冷却风吸气口105a、105b吸入的冷却风冷却变压器100的线圈部的正面侧后，从排气用顶扇104a、104b排出。

另一方面，转换器盘103如图6所示，在前表面配置有4个吸气口106a～106d。此外，转换器盘103如图7所示，以与上述吸气口106a～106d相对的方式呈左右二列地配置有上下六层共计12台的半导体电力转换器102。进而，转换器盘103如图9所示，在各半导体电力转换器102的背面侧，形成有与变压器盘101连通的风洞108。

因此，在转换器盘103，从吸气口106a～106d吸入的冷却风通过各半导体电力转换器102到达风洞108，通过风洞108冷却变压器盘101的变压器100的背面侧，从排气用顶扇104a、104b排出。

【专利文献1】日本特开2008-35635号公报

【专利文献2】日本特开2009-303354号公报

【专利文献3】日本特开2009-76825号公报

在此，在上述专利文献1记载的现有例中，使监视盘、控制保护盘、电力转换器盘、互联变压器盘、辅机盘连通，通过设置在控制保护盘的吸气用风扇，将从设置在监视盘的吸气用开口部吸入的冷却风送到控制保护盘、电力转换器盘、互联变压器盘，通过设置在辅机盘的排气用风扇排出到外部，该现有例存在冷却结构大型化、整体结构也大型化的未解决的课题。

另外，在上述专利文献2和3记载的现有例中，成为下述的强制换气方式，即，仅从收纳变压器的箱体的正面侧取入空气，使取入到箱体内的冷却风通过变压器的周围，用配置在上方的冷却风扇向外部排气。

但是，在上述专利文献2和3记载的现有例中，由于都是将从箱体的正面取入的冷却风导向变压器的周围，因此需要送风风扇和将冷却风导向导风通道、包围变压器的线圈的外周部的筒状绝缘物及该筒状绝缘部的下部的导风机构，存在结构复杂且变压器盘的箱体大型化的未解决的课题。

进而，如图6～图9所示的现有例中，通过驱动设置在变压器盘101的排气用顶扇104a、104b，如图8所示，从冷却风吸气口105a和105b吸入的冷却风冷却变压器100的线圈部的正面侧。与此同时，从转换器盘103的吸气口106a～106d吸入的冷却风如图9所示，通过半导体电力转换器102到达背面侧的风洞108，从该风洞108到达变压器100的背面侧，冷却变压器100的背面侧。因此，能够提高变压器的冷却效率，但是，从转换器盘侧通过风洞108被供给到变压器100的冷却风因风洞108的截面积大，而供给变压器100的风速变慢，存在不能发挥大的冷却效果的未解决的课题。

发明内容

于是，本发明是着眼于上述现有例的未解决的课题而完成的，本发明的目的在于，提供能够以简单的结构高效地冷却变压器的电力转换装置的冷却装置。

为了实现上述目的，本发明的一个方式涉及的电力转换装置的冷却装置，包括：

变压器盘，其收纳变压器，且在上表面配置有排气用顶扇；

转换器盘，其与该变压器盘连通配置，收纳有电力转换器；

冷却风吸气部，其至少形成在上述转换器盘的侧面；

风洞，其配置在上述转换器盘，由上述冷却风吸气部吸入的冷却风经由上述电力转换器被供给，并将该冷却风供给到上述变压器的侧面；和

分隔板，其使该风洞的上述变压器盘侧出口变窄，其中

形成有冷却风通道，该冷却风通道从上述冷却风吸气部经由上述风洞，经由利用上述分隔板而变窄的变压器盘侧出口，并通过上述变压器的绕组部到达上述排气用顶扇。

根据该结构，通过驱动变压器盘的排气用顶扇，从转换器盘的冷却风吸气部吸入的冷却风通过电力转换器，从风洞被供给到变压器盘。这时，由于能够用分隔板使风洞的变压器盘侧出口变窄，因此，能够以大的风速将冷却风供给到变压器的侧面。因此，能够提高变压器的冷却效率。

此外，本发明的另一方式涉及的电力转换装置的冷却装置，在上述变压器盘构成为上述排气用顶扇配置在上述变压器的背面侧的上部。此外，上述转换器盘构成为：上述冷却风吸气部形成在与上述排气用顶扇的设置位置相反的一侧的正面，并且上述风洞配置在上述排气用顶扇一侧，使从上述冷却风吸气部吸入的冷却风通过上述电力转换器导向上述风洞。进而，上述分隔板配置为将上述风洞的上述变压器盘侧出口的上部侧闭塞。

根据该结构，通过驱动变压器盘的排气用顶扇，从配置在转换器盘的前表面的冷却风吸气部，冷却风通过各电力转换器被导向风洞，从该风洞被供给到收纳在变压器盘的变压器的侧面。这时，用分隔板闭塞风洞的上部，因此，冷却风从风洞的下侧以较大的风速被供给到变压器的侧面，最后从排气用顶扇向外部排出。因此，能够从下侧向变压器的侧面供给风速大的冷却风，能够提高变压器的冷却效率。

此外，本发明的另一方式涉及的电力转换装置的冷却装置的特征在于，上述变压器盘在与上述排气用顶扇相反的一侧的正面下部，形成有与上述冷却风吸气部相比面积小的冷却风吸气口。

根据该结构，形成从变压器盘的正面的吸气口也吸入冷却风，通过变压器从排气用顶扇排出的冷却通道，因此，能够进一步提高变压器的冷却效率。

下面说明本发明的效果。

根据本发明，将排气用顶扇配置在收纳变压器的变压器盘的变压器的背面侧，在与变压器盘连通的收纳有电力转换器的转换器盘的与排气用顶扇相反的一侧的侧面，形成冷却风吸气部，并且在隔着电力转换器与冷却风吸气部相反的一侧形成风洞，用分隔板使该风洞的变压器盘侧出口变窄。

因此，通过驱动排气用顶扇，从转换器盘的冷却风吸气部吸入的冷却风经由电力转换器被供给到风洞，形成从该风洞的因分隔板而变窄的变压器盘侧出口通过变压器的侧面而从排气用顶扇排出的冷却风通道。因此，通过用分隔板使风洞的变压器盘侧出口变窄，冷却风能够以高的风速被供给到变压器的侧面，能够提高冷却效率。

这时，通过用分隔板闭塞风洞的变压器盘侧出口的上部侧，能够从变压器的侧面的下侧以较高的风速供给冷却风，能够进一步提高冷却效率。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的正面图。

图2是卸下图1的正面板部后的正面图。

图3是图2的A-A线上的截面图。

图4是图2的B-B线上的截面图。

图5是表示本发明的另一实施方式的卸下正面板部后的正面图。

图6是表示现有例的正面图。

图7是卸下图6的正面板部后的正面图。

图8是图7的C-C线上的截面图。

图9是图7的D-D线上的截面图。

附图标记说明

1-电力转换装置

2-主电路变压器

3-主电路变压器盘

4-半导体电力转换单元

5-主电路转换器盘

6-箱体

8a、8b-冷却风吸气口

9a、9b-排气用顶扇

11-箱体

12-风洞

13-冷却风通道

15a～15d-冷却风吸气部

16-变压器盘侧出口

17-分隔板

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式，在以下实施方式中，虽然对构成要素，种类，组合，位置，形状，数量，相对配置等作了各种限定，但是，这些仅仅是例举，本发明并不局限于此。

图1～图4是表示本发明的一实施方式的图。

图中，附图标记1为电力转换装置，该电力转换装置1包括：收纳主电路变压器2的主电路变压器盘3；以及与该主电路变压器盘3连通配置的收纳半导体电力转换单元4的主电路转换器盘5。

变压器盘3具有长方体形状的箱体6，在该箱体6的底面板部6a的比前后方向的中央部稍稍后方侧，以位于宽度方向中央部的方式固定有主电路变压器2。在此，主电路变压器2如图2所示，以使三相绕组Lu、Lv和Lw沿着宽度方向并列的状态收纳在箱体6内。

另外，在箱体6的正面，配置有2列2层共计4个开闭门7a～7d，在上述开闭门7a～7d中的下侧的开闭门7c和7d的下部侧，分别形成有冷却风吸气口8a和8b。上述冷却风吸气口8a和8b的合计面积被设定为与主电路转换器盘5的后述的冷却风吸气部15a～15d的合计面积相比足够小的面积(在本实施方式中为1/6左右)。

进而，在箱体6的上面板部6b的变压器2的背面侧，配置有在左右方向上离开规定距离的左右一对的排气用顶扇9a和9b。

另一方面，转换器盘5与变压器盘3同样，具有长方体形状的箱体11，在该箱体11内，左右二列上下六层共计12个半导体电力转换单元4以使得在上述半导体电力转换单元4和背面板部11a之间形成沿着左右方向延伸的风洞12的方式排列配置。在此，半导体电力转换单元4内装有逆变器、变换器等的半导体电力转换器，在前后方向上贯通形成有冷却半导体电力转换器的冷却风通道13。

另外，在箱体11的前表面侧，配置有2列2层的开闭门14a～14d，在上述开闭门14a～14d的各开闭门，形成具有比较大的面积的冷却风吸气部15a～15d(在本实施方式中，具有上述主电路变压器盘3的吸气口8a～8b的合计面积的6倍左右的合计面积)。

风洞12如图4所示，在箱体11的背面板部11a和半导体电力转换单元4的背面之间，为规定的进深(在本实施方式中，为箱体11的进深的1/4.5左右)且在箱体11的上面板部11b和底面板部11c之间延伸的在上下方向形成为细长的截面形状。并且，在箱体6和11的相邻的侧壁6c和11d的背面侧贯通形成的变压器盘侧出口16，配置有从箱体11的上面板部11b一侧向下方延伸的分隔板17，该分隔板17使开口面积变窄例如40％左右(参照图2和图4)，其中，变压器盘侧出口16为该风洞12的主电路变压器盘3和主电路转换器盘4的连通部。

下面，说明上述实施方式的动作。

通过旋转驱动设置在主电路变压器盘3的排气用顶扇9a和9b，主电路变压器盘3的箱体6内成为负压，由此，冷却风从形成在开闭门7c和7d的吸气口8a和8b被吸入，该冷却风如图3所示，从主电路变压器2的绕组Lu～Lw的正面侧的下部侧呈抛物线状地上升，冷却绕组Lu～Lw的正面侧半部，到达排气用顶扇9a和9b，由此形成冷却通道。

与此同时，与主电路变压器盘3连通的主电路转换器盘5的风洞12也成为负压，因此，冷却风如图4所示从在配置于主电路转换器盘5的正面的开闭门14a～14d形成的冷却风吸气部15a～15d被吸入。被吸入的冷却风通过半导体电力转换单元4的周围和冷却风通道13，冷却内置于半导体电力转换单元4的半导体电力转换器，到达背面侧的风洞12。

到达风洞12的冷却风被排气用顶扇9a和9b吸引，移动到主电路变压器盘3一侧。这时，风洞12的变压器盘侧出口16的上部侧由分隔板17闭塞至与主电路变压器2的绕组Lu～Lw的上部相对的位置，该变压器盘侧出口16的开口面积变窄40％左右。

因此，进入风洞12的冷却风如图2所示，通过分隔板17的下方侧的开口部被供给到主电路变压器盘3的箱体6内。这时，变压器盘侧出口16因分隔板17而变窄，因此，与变压器盘侧出口16全开的情况相比，以足够快的风速，且至少上部侧在湍流状态下流入主电路变压器盘3的箱体6内。

因此，从该变压器盘侧出口16供给的较快风速的冷却风通过主电路变压器2的背面侧，被排气用顶扇9a和9b两者吸引，由此能够高效地冷却主电路变压器2的绕组Lu～Lw的背面侧。因此，能够提高主电路变压器2的冷却效率。

如上述图6至图9所示的现有例那样，在使风洞108为全开状态的情况下，流入变压器盘101内的冷却风成为层流状态，因此，风洞的上部侧的冷却风保持原状态不变地被变压器盘101一侧的排气用顶扇104a、104b吸引，不冷却变压器100而向外部排气，变压器的冷却效率大幅度降低。

但是，根据本实施方式，如上所述，风洞12的变压器盘侧出口16的上部侧被分隔板17闭塞，因此，风洞12内的冷却风全部通过主电路变压器2的背面侧，能够进一步提高主电路变压器2的冷却效率。

而且，在上述实施方式中，作为冷却机构，无需设置吸气用风扇，可以仅仅设置排气用冷却风扇9a和9b，因此，能够使整体结构简单而小型化。

此外，相对于主电路变压器盘3一侧的冷却风吸气口8a和8b的合计面积，较大地设定主电路转换器盘5一侧的冷却风吸气部15a～15d的合计面积，因此，使得在主电路转换器盘5一侧的冷却风吸气量比在主电路变压器盘3一侧的冷却风吸气量多，能够效率良好地冷却半导体电力转换单元和内置在其中的半导体电力转换器。

另外，在上述实施方式中，说明了用分隔板17仅仅闭塞主电路转换器盘5的风洞12的上部侧的情况，但是，本发明并不局限于此，也可以如图5所示，在与变压器盘侧出口16的下部侧的与主电路变压器2的脚部相对的位置，设置第二分隔板21，以便形成与主电路变压器2的绕组Lu～Lw相对的开口部。这种情况下，能够更进一步提高主电路变压器2的绕组Lu～Lw的冷却效率。

另外，如图5所示，也可以在分隔板17的主电路变压器2一侧的与主电路变压器2的上端部相对的位置，作为阻挡板，形成延伸到该上端部附近的突出板部22，这种情况下，能够可靠地将通过变压器盘侧出口16的冷却风全量地导向主电路变压器2一侧，能够更进一步提高冷却效率。

进而，在上述实施方式中，说明在正面侧形成冷却风吸气口8a，8b和冷却风吸气部15a～15d的情况，但是，本发明并不局限于此，当在主电路变压器盘3的前表面侧设置排气用顶扇9a、9b的情况下，也可以在背面侧设置冷却风吸气口8a、8b和冷却风吸气部15a～15d。

进而，在上述实施方式中，说明了在主电路变压器盘3设置有2个排气用顶扇9a，9b的情况，但是，本发明并不局限于此，也可以在主电路变压器盘3设置1个或3个以上的排气用顶扇。

另外，在上述实施方式中，说明了应用主电路变压器作为变压器的情况，但本发明并不局限于此，在将任意的变压器收纳在箱体1的情况下也能够应用本发明。

进而，冷却风吸气口8a、8b与冷却风吸气部15a～15d的面积比并不局限于此，能够任意设定。同样，分隔板17对风洞12的变压器盘侧出口16的闭塞面积也不局限于上述实施方式，能够任意设定。

上面参照附图说明了本发明的实施方式，但本发明并不局限于上述实施方式。在本发明技术思想范围内可以作种种变更，它们都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电力转换装置的冷却装置，其特征在于，包括：

变压器盘，其收纳变压器，且在上表面配置有排气用顶扇；

转换器盘，其与该变压器盘连通配置，收纳有电力转换器；

冷却风吸气部，其至少形成在所述转换器盘的侧面；

风洞，其配置在所述转换器盘，由所述冷却风吸气部吸入的冷却风经由所述电力转换器被供给，并将该冷却风供给到所述变压器的侧面；和

分隔板，其使该风洞的所述变压器盘侧出口变窄，其中

形成有冷却风通道，该冷却风通道从所述冷却风吸气部经由所述风洞，经由利用所述分隔板而变窄的变压器盘侧出口，并通过所述变压器的绕组部到达所述排气用顶扇。

2.根据权利要求1所述的电力转换装置的冷却装置，其特征在于：

所述变压器盘中，所述排气用顶扇配置在所述变压器的背面侧的上部，

在所述转换器盘中，所述冷却风吸气部形成在与所述排气用顶扇的设置位置相反的一侧的正面，并且所述风洞配置在所述排气用顶扇一侧，使从所述冷却风吸气部吸入的冷却风通过所述电力转换器导向所述风洞，

所述分隔板配置为将所述风洞的所述变压器盘侧出口的上部侧闭塞。

3.根据权利要求1或2所述的电力转换装置的冷却装置，其特征在于：

所述变压器盘在与所述排气用顶扇相反的一侧的正面下部，形成有与所述冷却风吸气部相比面积小的冷却风吸气口。

4.根据权利要求1或2所述的电力转换装置的冷却装置，其特征在于：

在所述风洞的所述变压器盘侧出口的下部侧配置有第二分隔板，通过所述分隔板和所述第二分隔板，在所述风洞的变压器盘侧出口，形成了与所述变压器的绕组部相对的开口部。

5.根据权利要求1或2所述的电力转换装置的冷却装置，其特征在于：

所述分隔板的在与所述变压器的上端部相对的位置，形成有延伸到该上端部附近的突出板。

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