CN102739073A - 电力变换器 - Google Patents

Abstract

一种电力变换器，该电力变换器包括：多个热发生器，该多个热发生器中的至少一些热发生器被设置在风道部分内；以及外壳，该外壳用于包围冷却空气流过的所述风道部分。所述风道部分包括第一管道和第二管道，该第一管道和第二管道各自具有冷却空气入口、冷却空气出口、冷却空气流动路径和风扇。而且，所述冷却空气流动路径按照平行排布结构关系彼此交叠；所述第一管道的冷却空气入口与所述第二管道的冷却空气入口彼此相邻地设置，所述第一管道的冷却空气出口与所述第二管道的冷却空气出口彼此相邻地设置；并且所述多个热发生器分开地设置在所述第一管道和所述第二管道内。

Description

电力变换器

技术领域

本发明涉及包括设置在外壳内的多个热发生器的电力变换器。

背景技术

一般来说，用于将直流电力变换成交流电力或者将交流电力变换成直流电力的电力变换器包括外壳和设置在该外壳内的多个热发生器，诸如用于执行切换操作的半导体装置以及散热片(散热片在严格意义上不是热发生器，但因其接收来自半导体装置的热并且变热，所以在广泛意义上可以被视为热发生器)。为了冷却热发生器，提出了一种通过使得冷却空气能够流过其中设置有散热片的风道部分来冷却热发生器的技术(例如，参见日本专利申请公报2002-280779)。

通常，电力变换器不仅包括半导体装置和散热片，而且包括多个其它热发生器，诸如消耗可再生能源的电阻器、用于改进功率因数和滤波电容器的电抗器。如果将上述现有技术应用至这种电力变换器，则造成了以下情况。

在上述现有技术中，风道部分由单个管道形成。如果将这种构造应用至电力变换器，则将多个热发生器分散地设置在限定在单个管道内的宽的中空空间中。冷却空气从一个指定点引入。在这种情况下，冷却空气扩散到该中空空间中，并且在被单独的组件反射的同时流通。这导致增加的流动阻力和减少的冷却空气量，由此，急剧地降低冷却效率。为了执行充分的冷却操作，因此，必需增加鼓风风扇的尺寸。因此，电力变换器的总体尺寸变得更大。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种能够增强冷却效率并且缩减电力变换器的尺寸的电力变换器。

根据本发明的一方面，提供了一种电力变换器，该电力变换器包括：多个热发生器，该多个热发生器中的至少一些热发生器设置在风道部分内；以及外壳，该外壳用于包围冷却空气流过的所述风道部分。所述风道部分包括：第一管道，该第一管道具有冷却空气入口、冷却空气出口、在该冷却空气入口与该冷却空气出口之间延伸的冷却空气流动路径以及设置在该冷却空气入口中的第一鼓风风扇；以及第二管道，该第二管道具有冷却空气入口、冷却空气出口、在该冷却空气入口与该冷却空气出口之间延伸的冷却空气流动路径以及设置在该冷却空气出口中的第二鼓风风扇，所述第一管道的冷却空气流动路径与所述第二管道的冷却空气流动路径按平行排布结构关系彼此交叠，所述第一管道的冷却空气入口与所述第二管道的冷却空气入口彼此相邻地设置，所述第一管道的冷却空气出口与所述第二管道的冷却空气出口彼此相邻地设置，所述多个热发生器分开地设置在所述第一管道和所述第二管道内。

利用这种构造，可以增强冷却效率，并且缩减该电力变换器的尺寸。

附图说明

根据结合附图给出的优选实施方式的以下描述，本发明的目的和特征将变得清楚。

图1A和图1B是示出根据本发明的一个实施方式的逆变器的外壳的总体构造的局部透明立体图和分解立体图。

图2是图1所示的逆变器的外壳的正视图。

图3是沿图1A和图2中的线III-III截取的侧视图。

图4是示出多个鼓风风扇中的一个具有经增加的直径的修改例的侧视图。

图5是示出两个管道被形成为直线形状的另一修改例的侧视图。

具体实施方式

现在将参照附图对本发明的实施方式进行描述。如果在相应的图中存在标明为“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”的注解，则主题说明书的详细描述中的前、后、左、右、上和下的方向是指由该注解指定的方向。虽然在下面将逆变器描述为电力变换器的示例，但是本发明不限于此。本发明可以应用于包括多个热发生器和风道部分的任何装置。

参照图1、图2和图3，本实施方式的逆变器1(电力变换器)是用于控制附图中未示出的电动机的操作的装置。该逆变器包括：具有大致长方体形状的外壳2、下鼓风风扇11、上鼓风风扇12、电阻器13、电抗器14、电容器15、半导体装置16、散热器17以及电路板18。

首先参照图1和图2，通过将金属板连接在一起作为外壁部分来将外壳2形成大致长方体形状。在所示的示例中，外壳2按照其纵向方向沿上下方向延伸的姿势安装。外壳2包括外壳体2a和外壳盖2b。外壳体2a具有形成在表面上的、在安装状态下面对前方的开口。外壳盖2b可分开地附接至外壳体2a的开口，并被设置成覆盖该开口。

当将外壳盖2b附接至外壳体2a时，外壳2的内部作为整体变为可以存放不同组件的中空结构。在本实施方式中，将冷却空气流过的风道部分5设置在外壳体2a内。该风道部分5包括两个管道，即，外管道3和内管道4，该外管道3和内管道4彼此独立地设置，以便彼此不连通。

在下面的描述中，将当在合适的位置安装外壳2时存在开口的那侧定义为前方向。与前方向相反的方向被定义为后方向。与前后方向水平相交的方向被定义为左右方向。与前后方向垂直相交的方向被定义为上下方向。上下方向、前后方向和左右方向的定义被同等地应用于设置在外壳2内的外管道3和内管道4。

外管道3包括具有大致L状形状(在图中为垂直翻转的大致L状形状)的中空空间。外管道3被外壳体2a的外后壁部分21、在外后壁部分21的向前方向按与该外后壁部分21平行相对的关系设置的内后壁部分22、外壳体2a的外顶壁部分23、在外顶壁部分23下面按与该外顶壁部分23平行相对的关系设置的内顶壁部分24以及外壳体2a的左外侧壁部分和右外侧壁部分25包围。

内管道4包括具有大致L状形状的中空空间。该内管道4被内后壁部分22、在内后壁部分22的向前方向按与该内后壁部分22平行相对的关系设置的内前壁部分26、内顶壁部分24、在内顶壁部分24下面按与该内顶壁部分24平行相对的关系设置的内下壁部分27以及在外侧壁部分25的向内方向按与该外侧壁部分25平行相对的关系设置的内侧壁部分28包围。

外管道3和内管道4在其下端部和上前端部处开口，以与周围的空气连通。在所示的示例中，能够提供足够的通风的通风盖部分2c被设置在外管道3的上前开口中和内管道4的下开口中(附图中未示出用于内管道4的下开口的通风盖部分)。周围的空气从作为冷却空气入口31o和31i的下开口引入到外管道3和内管道4中。这样引入的空气流过外管道3和内管道4，作为冷却空气。该冷却空气从作为冷却空气出口32o和32i的上前开口排出。

换句话说，外管道3和内管道4充当冷却空气流动路径。在所示的示例中，冷却空气出口32o和32i稍微向前突出，超出外壳盖2b的安装位置。外管道3和内管道4的冷却空气流动路径按照大致平行的关系彼此交叠。冷却空气入口31o和31i彼此相邻地设置。同样地，冷却空气出口32o和32i彼此相邻地设置。

外管道3、内管道4和外壳体2a通过共用如上所述的相邻的壁部分而形成为一体。另选的是，外管道3、内管道4和外壳体2a可以由它们自己的壁部分独立地形成。外管道3和内管道4的相应部分的尺寸依照下述热发生器的尺寸和下述鼓风风扇的鼓风面积恰当地设置。

接着，参照图3，本实施方式的下鼓风风扇11由轴流式风扇形成，并且设置在外管道3的下端部分的冷却空气入口31o中。虽然附图中未具体示出，但是优选的是，将多个下鼓风风扇11设置在冷却空气入口31o中，处于该冷却空气入口31o的整个开口上方。还优选的是，冷却空气入口31o的开口面积被设置成大致等于下鼓风风扇11的总鼓风面积。

在本实施方式中，上鼓风风扇12由轴流式风扇形成，并且设置在内管道4的上前端部分的冷却空气出口32i中。虽然附图中未具体示出，但是优选的是，正如下鼓风风扇11，将多个上鼓风风扇12设置在冷却空气出口32i中，处于该冷却空气出口32i的整个开口上方。还优选的是，冷却空气出口32i的开口面积被设置成大致等于上鼓风风扇12的总鼓风面积。

在将所谓的动态制动施加至由逆变器1控制操作的电动机(未示出)时，电阻器13消耗可再生能量。为此，在操作动态制动时，电阻器13生成相对高温的热。

电抗器14是交变电流流过的线圈，以改进被变换成该交变电流的电功率的功率因数。为此，电抗器14在高频交变电流流过时发热。

电容器15用于对源功率进行滤波。电容器15接收大的交变电流，并且存储增加量的电荷。为此，电容器15一直发热。

半导体装置16由例如IGBT(绝缘栅双极型晶体管)装置形成。半导体装置16执行用于将直流电力变换成交流电力的切换操作。为此，在切换操作期间，半导体装置16生成相对高温的热。半导体装置16紧密地附接至散热片17。

散热片17由易于传热的金属(例如，铝或铜)形成。散热片17通过例如并排地设置多个相同形状的薄板而被形成为长方体形状。如果半导体装置16发热，则该热被传递至散热片17并且在该散热片17中扩散。由此，散热片17变热。

涉及操作逆变器1的电子电路被设置在电路板18中。电路板18被固定至外壳2，并且通过连接器6连接至多个接线线路7。虽然附图中未具体示出，但是接线线路7向下拖拉穿过外壳2的前侧处的底部。

在所示的示例中，除了电路板18以外的组件(即，电阻器13、电抗器14、电容器15、半导体装置16和散热片17)成为热发生器。在这些热发生器当中，电阻器13、电抗器14、电容器15和散热片17被设置在风道部分5内。电容器15延伸穿过内前壁部分26，以使该电容器15的端部作为主要发热部分可以定位在内管道4内。四个热发生器的发热量按照电阻器13、散热片17、电容器15和电抗器14的顺序变大。

在这方面，该发热量是指每单位小时的发热的量。在本实施方式中，具有最大发热量的电阻器13和具有最小发热量的电抗器14被设置在外管道3内。具有第二大发热量的散热片17和具有第三大发热量的电容器15被设置在内管道4内。然而，热发生器的设置不限于此而是可以相反。

利用上述设置和构造，如果操作下鼓风风扇11和上鼓风风扇12，则周围的空气从下冷却空气入口31o和31i引入到外管道3和内管道4中。这样引入的周围的空气向上流动作为冷却空气。向上流动的冷却空气对相应的热发生器进行冷却。用于对相应的热发生器进行冷却的冷却空气的流动方向被外顶壁部分23和内顶壁部分24改变，以使得该冷却空气可以向前流动。接着，该冷却空气从相应的管道3和管道4的上前冷却空气出口32o和32i排出。

在上述的本实施方式的逆变器1中，需要经受强制空气冷却的多个热发生器分开地存放在两个管道3和4内，并且由流过相应的管道3和管道4的冷却空气进行空气冷却。

在本实施方式中，风道部分5由两个管道3和4形成，并且使得冷却空气能够流过相应的管道3和管道4。这使得可以防止流动阻力增加，并且强化地且强制地仅对需要进行空气冷却的热发生器进行空气冷却。

下鼓风风扇11被设置在外管道3的冷却空气入口31o中。上鼓风风扇12被设置在内管道4的冷却空气出口32i中。如果鼓风风扇11和12按照这种交错设置来安装，则与鼓风风扇11和12并排地设置在冷却空气入口31o和31i或者并排地设置在冷却空气出口32o和32i中的情况相比，可以恰当地调节管道4和3中的每一个的与鼓风风扇11和12中的每一个邻接的部分的直径(即，冷却空气入口31i和冷却空气出口32o的直径)。这使得可以缩减逆变器的总体尺寸。

因为外管道3的冷却空气流动路径与内管道4的冷却空气流动路径彼此交叠并且按照彼此平行排布结构关系延伸，所以可以缩减外管道3和内管道4的总容积。

外管道3和内管道4被设置为使得它们的冷却空气入口31o和31i可以彼此邻接并且冷却空气出口32o和32i可以彼此邻接。在外管道3中，下鼓风风扇11仅设置在冷却空气入口31o中。在内管道4中，上鼓风风扇12仅设置在冷却空气出口32i中。在这种情况下，外管道3中的下鼓风风扇11用于将冷却空气引入到外管道3的冷却空气入口31o中，并且帮助将冷却空气引入到与冷却空气入口31o邻接的、内管道4的冷却空气入口31i中。

同样地，内管道4中的上鼓风风扇12用于将冷却空气从内管道4的冷却空气出口32i排出，并且帮助将冷却空气从与冷却空气出口32i邻接的、外管道3的冷却空气出口32o排出。因为相应的鼓风风扇11和鼓风风扇12在冷却空气流通穿过管道3和管道4时彼此帮助，所以可以利用简单的鼓风机构有效地流通冷却空气并冷却热发生器。

在将逆变器1固定在静态空间中的情况下，可以通过彼此相邻地设置管道3和管道4的冷却空气入口31o和31i并且彼此相邻地设置管道3和管道4的冷却空气出口32o和32i，来在外壳2的周围空间中形成平滑流通的气流。这使得可以有效地引入冷却空气并排出冷却空气。

利用本实施方式，由此可以增强冷却效率，并缩减该逆变器的总体尺寸。

鼓风风扇11和12是以相对高的频率更换的组件。在本实施方式中，外管道3的下鼓风风扇11设置在外壳2的下侧处。内管道4的上鼓风风扇12设置在外壳2的上前侧处。因此，至少上鼓风风扇12可以容易地更换，而不会被朝向外壳2的前下侧延伸的接线线路7影响。

因此，与鼓风风扇11和12都被设置在外壳2的下部中的情况相比，可以增强风扇更换工作的简易性。另外，由两个管道3和4形成的双管道结构提供了改进外壳2的总体强度的优点。

在本实施方式中，热发生器当中的具有最大发热量的电阻器13和具有第二大发热量的散热片17分开地设置在外管道3和内管道4内。这使得可以防止在管道3和管道4中的一个管道中集中发热，并且按有效的方式执行冷却。

另外，具有最大发热量的电阻器13和具有最小发热量的电抗器14被组合并设置在外管道3内。具有第二大发热量的散热片17和具有第三大发热量的电容器15被组合并设置在内管道4内。这有助于大致均衡相应的管道3和管道4中的发热量的总和，使得可以按有效的方式执行冷却。

在本实施方式中，如图1所示，管道3和管道4都在其中间位置处弯曲，以具有大致L状的形状。这提供了从整体上增强外壳2的强度的优点。

在本实施方式中，上鼓风风扇12和下鼓风风扇11中的每一个的鼓风面积大致等于安装有鼓风风扇11和鼓风风扇12的冷却空气入口31o和冷却空气出口32i中的每一个的开口面积。因此，冷却空气可以按适于在任何位置中进行有效冷却的流动速率来流动，而不会增加相应的管道3和管道4内的流动阻力。这使得可以强制地冷却相应的热发生器。

另选的是，上鼓风风扇12可以安装在形成在外管道3的上前端处的冷却空气出口32o中。下鼓风风扇11可以安装在形成在内管道4的下端处的冷却空气入口31i中。在这种情况下，可以获得与上述情况相同的效果。

本发明不限于上述实施方式，而是可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下按照许多不同的形式进行修改。下面，逐个地对多个修改例进行描述。

(1)鼓风风扇具有经增加的直径的修改例

在前述实施方式中，如图3的截面图所示，冷却空气入口31o和31i以及冷却空气出口32o和32i的厚度被设置成等于相应的管道3和管道4的端部的流动路径的厚度。安装在对应的位置中的鼓风风扇11和12的直径等于冷却空气入口31o和冷却空气出口32i的厚度。然而，本发明不限于此。

例如，如图4所示，冷却空气入口31oA的厚度可以被设置成大于外管道3A的靠近冷却空气入口31oA的端部的流动路径的厚度。具有经增加的直径的鼓风风扇11A可以安装在冷却空气入口31oA中。在此使用的术语“流动路径的厚度”是指在与冷却空气流垂直的横截面上的沿与外壳2的左右方向垂直的方向的流动路径的尺寸。

换句话说，如果冷却空气的流动路径是弯曲的，如在图3和图4所示的外管道3和内管道4中一样，则该流动路径的厚度表示沿上下流动路径部分的前后方向的尺寸或者沿前后流动路径部分的上下方向的尺寸。

图4是与图3类似的侧视图，图4示出了外管道3A的冷却空气入口31oA具有经增加的直径并且将具有经增加的直径的鼓风风扇11A安装在该冷却空气入口31oA中的修改例。参照图4，T1o是基准厚度，T1o是指沿外管道3A和内管道4A的较长侧的交叠方向(即，沿所示的示例中的外壳2的前后方向)测量的、冷却空气入口31oA上方的外管道3A的上下延伸部分的厚度。T1i是基准厚度，T1i是指冷却空气入口31iA上方的内管道4A的上下延伸部分的厚度。

外管道3A的下端部分的冷却空气入口31oA的厚度被设置成比基准厚度T1o大指定偏差值F。具有等于冷却空气入口31oA的厚度的经增加的直径的下鼓风风扇11A被安装在冷却空气入口31oA中。冷却空气入口31oA的厚度沿冷却空气的流动方向连续缩减，最终变得等于基准厚度T1o。

另一方面，内管道4A的下端部分的冷却空气入口31iA的厚度被设置成比基准厚度T1i小指定偏差值F。冷却空气入口31iA的厚度沿冷却空气的流动方向连续增加，最终变得等于基准厚度T1i。因此，彼此交叠的外管道3A和内管道4A的厚度的改变被抵消(offset)。外管道3A和内管道4A的总厚度保持不变。

在上述的本修改例的逆变器1A中，由具有经增加的鼓风面积的下鼓风风扇11A抽取的大量冷却空气流动到具有较小基准厚度T1o的流动路径中。由此，冷却空气的流动速度在外管道3A中增加，这使得可以增强冷却功能。在内管道4A中，具有小开口面积的冷却空气入口31iA用于压缩冷却空气的流动路径。由此，冷却空气的流动速度在靠近冷却空气入口31iA的流动路径中增加，这使得可以增强冷却功能(具体地说，相对于设置在冷却空气入口31iA附近的电容器15来说)。

利用本修改例，可以增强外管道3A和内管道4A内的冷却性能，同时缩减彼此交叠的相应的管道3A和管道4A的总体尺寸。

虽然在本修改例中，具有经增加的直径的鼓风风扇被设置在冷却空气入口31oA和31iA一侧，但是本发明不限于此。另选的是，具有经增加的直径的鼓风风扇可以设置在冷却空气出口32o和32i一侧或者设置在冷却空气入口31oA和31iA以及冷却空气出口32o和32i一侧。在任一情况下，可以获得与上述相同的效果。

(2)将管道形成为直线形状的修改例

在前述实施方式和上述修改例中，外管道3或3A以及内管道4或4A被形成为具有大致L状形状的弯曲结构。然而，本发明不限于此。例如，如图5所示，可以沿上下方向设置具有大致直线形状的两个管道3B和4B。在图5所示的修改例中，还提供了一种将大直径的鼓风风扇11B和12B设置在冷却空气入口31oB和31iB以及冷却空气出口32oB和32iB一侧的构造。

如果外管道3B和内管道4B的流动路径都按照这种方式被形成为大致直线形状，则冷却空气平滑地流过该流动路径，这使得可以进一步增强冷却性能。

除了上述情况以外，前述实施方式和修改例可以组合使用。

在前述实施方式和上述修改例中，鼓风风扇被设置在外管道的冷却空气入口和内管道的冷却空气出口中。然而，本发明不限于此。另选的是，鼓风风扇可以被设置在外管道的冷却空气出口和内管道的冷却空气入口中。在这种情况下，可以获得与上述情况相同的效果。

虽然以上对本发明的一个优选实施方式进行了描述，但是本发明不限于该具体实施方式，而是可以在不脱离权利要求书中限定的本发明的范围的情况下，按照许多不同的形式进行修改或改变。

Claims (7)

1.一种电力变换器，该电力变换器包括：

多个热发生器，该多个热发生器中的至少一些热发生器被设置在风道部分内；以及

外壳，该外壳用于包围冷却空气流过的所述风道部分，

其中，所述风道部分包括：第一管道，该第一管道具有冷却空气入口、冷却空气出口、在该冷却空气入口与该冷却空气出口之间延伸的冷却空气流动路径以及设置在该冷却空气入口中的第一鼓风风扇；以及第二管道，该第二管道具有冷却空气入口、冷却空气出口、在该冷却空气入口与该冷却空气出口之间延伸的冷却空气流动路径以及设置在该冷却空气出口中的第二鼓风风扇，

所述第一管道的所述冷却空气流动路径与所述第二管道的所述冷却空气流动路径按照平行排布结构关系彼此交叠，所述第一管道的所述冷却空气入口与所述第二管道的所述冷却空气入口彼此相邻地设置，所述第一管道的所述冷却空气出口与所述第二管道的所述冷却空气出口彼此相邻地设置，所述多个热发生器分开地设置在所述第一管道和所述第二管道内。

2.根据权利要求1所述的电力变换器，其中，所述多个热发生器包括被分开地设置在所述第一管道和所述第二管道内的、具有最大发热量的热发生器和具有第二大发热量的热发生器。

3.根据权利要求1或2所述的电力变换器，其中，所述第一管道的所述冷却空气入口和所述第二管道的所述冷却空气出口中的至少一个的厚度比沿所述第一管道与所述第二管道的交叠方向测量的、所述第一管道和所述第二管道中的每一个的基准厚度大指定偏差值，并且其中，与所述第一管道的所述冷却空气入口和所述第二管道的所述冷却空气出口中的所述一个邻接的、所述第二管道的所述冷却空气入口和/或所述第一管道的所述冷却空气出口的厚度比所述基准厚度小所述指定偏差值。

4.根据权利要求1或2所述的电力变换器，其中，所述第一管道的所述冷却空气流动路径和所述第二管道的所述冷却空气流动路径在中间位置处弯曲。

5.根据权利要求1或2所述的电力变换器，其中，所述第一管道的所述冷却空气流动路径和所述第二管道的所述冷却空气流动路径被形成为直线形状。

6.根据权利要求1或2所述的电力变换器，其中，所述第一鼓风风扇和所述第二鼓风风扇中的每一个的鼓风面积大致等于安装有所述第一鼓风风扇和所述第二鼓风风扇的所述冷却空气入口和所述冷却空气出口的开口面积。

7.根据权利要求1所述的电力变换器，其中，所述第一管道、所述第二管道和所述外壳通过共用相邻的壁部分而形成为一体。

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