CN102474193B - 功率变换装置 - Google Patents

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Abstract

一种功率变换装置，设置在安装于电力机车的车辆地板下的框体（20）中，具备：在被堵塞检查口（23）的盖板（21）堵塞的框体（20）的密封部（1）中收容的电容器单元（6）和功率半导体模块（5）；以及设置在开放部（2）中并对从功率半导体模块（5）产生的热进行冷却的冷却器（4），其中，该功率变换装置具备：母线（8），对功率半导体模块（5）和电容器单元（6）进行电连接；以及导体条（3），对电容器单元（6）和母线（8）进行电连接，导体条（3）从电容器单元上表面（12）引出，折弯形成为曲柄状。

Description

功率变换装置
技术领域
本发明涉及在电力机车的车辆地板下安装的框体中收容的功率变换装置，特别涉及以母线（bus bar）连接功率半导体模块和电容器单元的构造。 
背景技术
对功率变换装置（power converter）中的功率半导体模块和电容器单元进行连接的布线优选是低电感的，作为实现低电感的单元有时使用母线。在使用母线的功率变换装置中，研究使母线构造简单来谋求生产性的提高，反复钻研功率半导体模块和电容器单元的配置来使生产性提高。 
历来，在下述专利文献1中示出的现有技术中，通过使用弯曲构造的母线对功率半导体模块和电容器单元进行连接，从而实现低电感化。 
此外，在下述专利文献2中示出的现有技术中，通过使用多个母线或没有弯曲的母线对功率半导体模块和电容器单元进行连接，从而与上述同样地实现低电感化。 
现有技术文献 
专利文献
专利文献1：日本特开平11-332253号公报；
专利文献2：日本特开2005-065412号公报。
发明内容
发明要解决的问题 
可是，在上述专利文献1中示出的现有技术中，由于是在功率半导体的前表面配置电容器单元、并且将电容器单元端子（导体条，conductor bar）设为上表面的方式，所以需要使用弯曲构造的母线。因此，存在不能抑制由于母线的弯曲加工导致的成本增加的课题。
此外，在上述专利文献2中示出的现有技术中，由于使用没有弯曲的平板构造的母线，所以像是解决了上述专利文献1的课题，但在采用了该现有技术的情况下，存在电容器单元等的维护性差的问题。对该情况进行说明，功率半导体装置通常以如下的方式构成，即,将要求防尘性的功率半导体模块和电容器单元配设在密封部中，在开放部中设置冷却装置。特别优选考虑从在车辆地板下部的侧面设置的检查口的维护性来配置功率半导体模块和电容器单元。可是，在上述专利文献2所示的现有技术中，没有考虑从上述方式的功率变换装置的检查口的维护性，例如在将用于对导体条和母线进行电连接的螺栓拆除时，用于装卸该螺栓的空间被限制。因此，在将各设备划分在密封部和开放部中的方式的功率变换装置中，仅采用平板构造的母线有产生维护性恶化的情况、不能进行螺栓的紧固扭矩管理的情况等课题。 
本发明正是鉴于上述问题而完成的，其目的在于获得一种功率变换装置，该功率变换装置即使在各设备分开配置在框体的密封部和开放部中的情况下，也能够不损害所述框体的维护性地使用没有弯曲的母线。 
用于解决课题的方案 
为了解决上述的课题，实现目的，本发明的功率变换装置设置在安装于电力机车的车辆地板下的框体中，具备：收容在被堵塞检查口的盖板堵塞的所述框体的密封部中的电容器单元和功率半导体模块；以及设置在所述框体的开放部中并对从所述功率半导体模块产生的热进行冷却的冷却器，所述功率变换装置的特征在于，具备：母线，对所述功率半导体模块和所述电容器单元进行电连接；以及导体条，对所述电容器单元和所述母线进行电连接，所述导体条从所述电容器单元的上表面引出，折弯形成为曲柄状（crank）。
发明效果 
根据本发明，因为使用从电容器6的上表面引出的、折弯形成为曲柄状的导体条3，所以即使在各设备分开配置在框体的密封部和开放部中的情况下，也会获得能够不损害所述框体的维护性地使用没有弯曲的母线的效果。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的功率变换装置的构造的图。 
图2是沿着图1的A-A线的剖面图。 
图3是用于说明本发明的实施方式的导体条的构造的电容器单元立体图。 
图4是用于说明本发明的实施方式的导体条的构造的电容器单元侧面图。 
图5是用于说明从电容器单元背面取出导体条的情况下的问题的图。 
图6是用于说明在采用了没有弯曲的母线的情况下产生的问题的图。 
图7是用于说明在采用了没有弯曲的母线的情况下产生的其它问题的图。 
图8是用于说明在采用了弯曲构造的母线的情况下产生的问题的图。 
具体实施方式
以下，基于附图详细地说明本发明的功率变换装置的实施方式。再有，本发明并不被该实施方式所限定。 
实施方式 
图1是表示本发明的实施方式的功率变换装置的构造的图，图2是沿着图1的A-A线的剖面图，图3是用于说明本发明的实施方式的导体条的构造的电容器单元立体图，图4是用于说明本发明的实施方式的导体条的构造的电容器单元侧面图。
在图1中，功率变换装置构成为作为主要的结构具有：电容器单元（以下仅称为“电容器”）6；功率半导体模块（以下仅称为“模块”）5；以及冷却器4。图1示出了从车辆上部向轨道侧观察时的框体20，概念性地表示在安装于电力机车的车辆地板下的框体20中组装的功率变换装置的构造。 
在图1中，作为一个例子，2组功率变换装置以使冷却器4相向的方式配设，冷却风的导入口是车辆的行进方向，盖板（cover）21的安装处所是车辆的侧面方向。在图1所示的框体20中，在作业人员对功率变换装置，特别是电容器6、模块5进行维修的情况下，一般的流程例如是拆卸该盖板21，从检查口23使用规定的工具等拆卸螺栓9a，进而拆卸用于将母线8固定于功率半导体模块5的螺栓9b和螺栓9c。 
在框体20的中心部设置有开放部2，其通过隔板24而被间隔开，配设有冷却器4和鼓风机（blower）22。冷却器4对在模块5中产生的热进行吸热，鼓风机22通过从车辆行进方向导入的冷却风，强制地使在冷却器4中积蓄的热散热。从鼓风机22排出的空气例如向轨道侧排出。 
在密封部1中收容有模块5、电容器6，模块5的端子面和母线8通过螺栓9b和螺栓9c进行电连接。此外，导体条3和模块5的端子面经由母线8配置在同一面上。再有，由于在密封部1内以虚线表示的空间中收容有其它的设备，所以本发明的功率变换装置不会与这些设备干扰，并且有效地利用有限的空间来进行收容。在图2中，导体条3从电容器6的上表面引出，折弯形成为曲柄状。此外，导体条3不隔断从检查口23起将母线8和导体条3的连接端估计在内的空间25，而是从电容器6的上表面引出。再有，空间25表示在从框体盖板21侧进行螺栓9a的装卸时所需要的作业空间。母线8和导体条3通过从检查口23朝向母线8插入的螺栓9a而连接。 
（导体条的形状） 
以下，使用图3和图4详细地说明导体条3的形状。如图3所示，在电容器6配设有2个导体条3（+端子和-端子），各导体条的一端3a例如从电容器单元上表面12引出。此外，在导体条的另一端3b，形成有用于将电容器6固定于母线8的螺栓插通孔15。
接着，如图4所示，从电容器单元上表面（以下仅称为“电容器上表面”）12取出的导体条3具有如下这样的形状：向电容器单元背面（以下仅称为“电容器背面”）14的方向与电容器上表面12大致平行地折弯，在从电容器单元背面14起隔开规定的间隔（A）的位置，向电容器上表面12的方向即与电容器6相反侧折弯。再有，规定的间隔（A）是为了确保图2所示的螺栓9b和螺栓9c的螺栓头部分的空间而决定的间隔。 
使用图2说明导体条3的形状，导体条3从电容器6朝向母线8侧折弯，进而在从电容器6隔开规定的间隔（A）的位置，向与电容器6相反侧与母线8大致平行地折弯。 
以下，关于导体条3的形状，示出了具体例来说明在现有技术中发现的问题。图5是用于说明从电容器背面14取出导体条3的情况下的问题的图。图5所示的导体条3是在现有技术中采用的形状，其具有如下这样的形状：向电容器背面14的方向与电容器上表面12大致平行地延伸，在从电容器背面14起空出规定的间隔（B）的位置，向电容器上表面12的方向与电容器背面14大致平行地折弯。 
在这里，由于在电力机车搭载的电容器6通常其重量达到数kg～数十kg，所以考虑到机械的强度，导体条3以规定的厚度形成。因此，导体条3的弯曲半径有电容器6的重量越增加就变得越大的倾向。如图5所示，在电容器背面14配设有导体条3的情况下，图5的规定的间隔（B）有根据电容器6的重量，比图4的规定的间隔（A）变宽的倾向。由于在不仅要求维护性，还要求省空间化的功率变换装置中，不能随意地扩展规定的间隔（B），所以本实施方式的功率变换装置作为实现维护性和省空间化的单元，采用图4所示的形状的导体条3。 
（母线） 
接着，关于母线8的形状，示出具体例来说明在现有技术中发现的问题。图6是用于说明在采用了没有弯曲的母线的情况下产生的问题的图，图7是用于说明在采用了没有弯曲的母线的情况下产生的其它问题的图，图8是用于说明在采用了弯曲构造的母线的情况下产生的问题的图。
图6所示的功率变换装置是在开放部2配置有冷却器4和电容器6的方式。该功率变换装置虽然使用了没有弯曲的母线8，但在该功率变换装置的方式中，产生要求防尘性的电容器6突出到开放部2的问题。进而，在该功率变换装置的方式中，由于冷却器4和电容器6配置在同一平面上，所以产生冷却器4与电容器6的配置发生竞争、妨碍省空间化的问题。 
图7所示的功率变换装置与图6同样地，使用了没有弯曲的构造的母线8，但将电容器6收容在密封部1中。但是，在该功率变换装置的方式中，从电容器背面14插入螺栓9a来将电容器6固定于母线8。因此，在该功率变换装置的方式中，在从电容器前表面7的方向（检查口23的方向）对电容器6进行检查时，产生难以装卸螺栓9a的问题。 
在图8所示的功率变换装置中，采用了弯曲构造的母线8，因此与图7的情况相比维护性好。但是，图8所示的弯曲构造的母线8如在上述课题中叙述的那样，与没有弯曲的构造的母线相比，产生制造成本高的问题。 
另一方面，在图2～图4所示的本实施方式的功率变换装置中，导体条3不隔断从检查口23起将螺栓9a的安装位置估计在内的空间（例如，电容器上表面12附近、螺栓9a的螺栓头附近），而从电容器6的除了与母线8相向的面（例如，电容器背面14）之外的与母线8和导体条3的连接端最接近的电容器面（例如电容器上表面12）引出。其结果，能够兼顾电容器6的良好的维护性和母线8的成本降低。 
如以上说明的那样，在本实施方式的功率变换装置中，使用从电容器6的上表面引出的折弯形成为曲柄状的导体条3，因此能够采用没有弯曲的构造的母线8。其结果，与在现有的功率变换装置中采用的弯曲构造的母线8相比，能够降低其制造成本。此外，即使使用没有弯曲的构造的母线8，作业人员也能够容易地从检查口23对螺栓9a进行装卸，与使用弯曲构造的母线的情况同样地，能够确保良好的维护性。 
再有，在图2～图4中，导体条3的形状具有A-A剖面大致直角地折弯成曲柄状的形状，但例如A-A剖面形成为Z字状或N字状也可。 
产业上的利用可能性 
如上所述，本发明能够应用于功率变换装置，该功率变换装置被收容在安装于电力机车的车辆地板下的框体中，以设置在框体的开放部中的冷却器、以及设置在框体的密封部中的功率半导体模块和电容器单元构成，特别作为能够不损害维护性地使用没有弯曲的母线的发明是有用的。
附图标记的说明 
1 密封部；
2 开放部；
3a 导体条的一端；
3b 导体条的另一端；
4 冷却器；
5 功率半导体模块；
6 电容器单元；
7 电容器单元前表面；
8 没有弯曲的母线；
9a、9b、9c 螺栓；
12 电容器单元上表面；
14 电容器单元背面；
15 螺栓插通孔；
20 框体；
21 盖板；
22 鼓风机；
23 检查口；
24 隔板；
25 空间。

Claims (7)

1.一种功率变换装置，设置在安装于电力机车的车辆地板下的框体中，具备：收容在被堵塞检查口的盖板堵塞的所述框体的密封部中的电容器单元和功率半导体模块；以及设置在所述框体的开放部中并对从所述功率半导体模块产生的热进行冷却的冷却器，所述功率变换装置的特征在于，具备：
母线，对所述功率半导体模块和所述电容器单元进行电连接；
导体条，对所述电容器单元和所述母线进行电连接；以及
螺栓，从所述检查口侧经由所述母线朝向所述功率半导体模块插入并设置在所述电容器单元和所述母线之间，
所述导体条从所述电容器单元的上表面引出，向所述母线侧延伸设置从所述电容器单元引出的部分到与所述螺栓侧相对的所述电容器单元的面的长度和所述螺栓的头的高度的合计值的量，折弯形成为曲柄状。
2.一种功率变换装置，设置在安装于电力机车的车辆地板下的框体中，具备：收容在被堵塞检查口的盖板堵塞的所述框体的密封部中的电容器单元和功率半导体模块；以及设置在所述框体的开放部中并对从所述功率半导体模块产生的热进行冷却的冷却器，所述功率变换装置的特征在于，具备：
母线，对所述功率半导体模块和所述电容器单元进行电连接；
一对导体条，对所述电容器单元和所述母线进行电连接；以及
螺栓，从所述检查口侧经由所述母线朝向所述功率半导体模块插入并设置在所述电容器单元和所述母线之间，
所述导体条从所述电容器单元的上表面引出，向所述母线侧延伸设置为将从所述电容器单元引出的部分到与所述螺栓侧相对的所述电容器单元的面的长度和所述螺栓的头的高度合计了的长度以上。
3.一种功率变换装置，设置在安装于电力机车的车辆地板下的框体中，具备：收容在被堵塞检查口的盖板堵塞的所述框体的密封部中的电容器单元和功率半导体模块；以及设置在所述框体的开放部中并对从所述功率半导体模块产生的热进行冷却的冷却器，所述功率变换装置的特征在于，具备：
母线，对所述功率半导体模块和所述电容器单元进行电连接；
导体条，对所述电容器单元和所述母线进行电连接；以及
螺栓，从所述检查口侧经由所述母线朝向所述功率半导体模块插入并设置在所述电容器单元和所述母线之间，
所述导体条从所述电容器单元的上表面引出，向所述母线侧延伸设置为将从所述电容器单元引出的部分到与所述螺栓侧相对的所述电容器单元的面的长度和所述螺栓的头的高度合计了的长度以上，并且在从所述电容器单元隔开规定的间隔的位置，向与所述电容器单元相反侧与所述母线大致平行地折弯。
4.根据权利要求3所述的功率变换装置，其特征在于，作为所述规定的间隔，确保用于将所述母线固定于所述功率半导体模块的螺栓头部分的空间。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的功率变换装置，其特征在于，所述导体条不隔断从所述检查口起将所述母线和所述导体条的连接端估计在内的空间，而从所述电容器单元的上表面引出。
6.根据权利要求1～4的任一项所述的功率变换装置，其特征在于，所述母线和所述导体条通过从所述检查口朝向所述母线插入的螺栓而被连接。
7.根据权利要求5所述的功率变换装置，其特征在于，所述母线和所述导体条通过从所述检查口朝向所述母线插入的螺栓而被连接。
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