CN103138533B - 牵引变流器箱体及牵引变流器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种牵引变流器箱体及牵引变流器，其中牵引变流器箱体包括箱体板以及由所述箱体板围成的腔体，所述箱体板上开设有与所述腔体连通的进风口和出风口，所述进风口和出风口分设在所述腔体的两端，所述进风口的位置不低于所述出风口的位置，所述腔体用于容置功率模块、散热风机和输入电抗器。本发明提供的牵引变流器箱体及牵引变流器，通过设置进风口和出风口的位置和相对高度，使得进入牵引变流器箱体的气体能够在弥散在整个腔体空间，且经由出风口排出的风能够带走腔体内各个部件产生的热量。

Description

牵引变流器箱体及牵引变流器

技术领域

本发明涉及轨道交通技术，尤其涉及一种牵引变流器箱体及牵引变流器。

背景技术

牵引变流器是轨道车辆上的重要设备之一，其吊挂在车架下。牵引变流器包括箱体以及设置在箱体内部的功率模块，功率模块包括牵引控制模块和制动斩波器模块。牵引变流器的作用是为牵引电力机提供电压变压变频电源。输入电抗器(Input Reactor)，主要应用于工业自动化控制系统中，安装在变频器、调速器与电网电源之间，用于抑制变频器、调速器等产生的浪涌电压和电流，最大限度的衰减系统中的高次谐波及畸变谐波。

随着集成化程度的提高，目前的发展趋势之一是将输入电抗器集成在牵引变流器的箱体中。目前，这种集成了输入电抗器的牵引变流器主要应用在地铁车辆中。地铁车辆尺寸有限，其牵引变流器箱体的尺寸也较小，有些功率模块只能卧式安装。但是，地铁车辆牵引变流器的功率比较大，其数量级能达到1MW，牵引变流器在工作过程中产生的热量多，这就要求牵引变流器的散热性能一定要好。

目前常用的散热方式有三种，一种是走行风冷，一种是强迫风冷、另一种是水冷。采用走行风冷时，需要牵引变流器内部的各个功率模块的散热基板都是竖直设置，车辆运行过程产生的风直接将热量带走，但是地铁牵引变流器的箱体高度小，有些功率模块很难竖直设置。采用水冷方式时，需要在牵引变流器的箱体内部设置水管和水泵，这需要较大的安装空间，所以很少使用于地铁牵引变流器的散热。综上，某些情况下，走行风冷和水冷散热很难解决牵引变流器的散热问题。

发明内容

本发明提供一种牵引变流器箱体及牵引变流器，用于优化现有的牵引变流器结构，提高其散热性能。

本发明提供了一种牵引变流器箱体，其中，

包括箱体板以及由所述箱体板围成的腔体，所述箱体板上开设有与所述腔体连通的进风口和出风口，所述进风口和出风口分设在所述腔体的两端，所述进风口的位置不低于所述出风口的位置，所述腔体用于容置功率模块、散热风机和输入电抗器。

如上所述的牵引变流器箱体，优选的是，

所述箱体板包括顶板、底板和侧板，上述各板围成的腔体呈长扁矩形状，所述进风口开设在所述侧板上，所述出风口开设在所述底板远离所述进风口的一端。

如上所述的牵引变流器箱体，优选的是，

所述腔体内顺次设置有第一隔板、第二隔板和第三隔板，以将所述腔体分为第一空腔、第二空腔、第三空腔和第四空腔，各个隔板上都设置有通口，以连通各个空腔；

所述进风口开设在第一空腔的侧板上，所述出风口开设在第四空腔的底板上；

所述第二空腔用于容置所述功率模块，所述第三空腔用于容置所述散热风机，所述第四空腔用于容置所述输入电抗器。

如上所述的牵引变流器箱体，优选的是，

所述第一空腔的侧板为网格状，以作为所述进风口，和/或

所述第四空腔的底板为网格状，以作为所述出风口。

本发明还提供一种牵引变流器，其中，包括本发明任一所述的牵引变流器箱体，所述箱体的腔体内设置有功率模块、散热风机和输入电抗器。

如上所述的牵引变流器，优选的是，

所述腔体内顺次设置有第一隔板、第二隔板和第三隔板，以将所述腔体分为第一空腔、第二空腔、第三空腔和第四空腔，各个隔板上都设置有通口，以连通各个空腔；

所述腔体的第二空腔内放置功率模块，所述腔体的第三空腔内放置散热风机，所述腔体的第四空腔内放置输入电抗器，所述进风口开设在所述腔体的第一空腔的侧板上，所述出风口开设在所述第四空腔的底板上。

如上所述的牵引变流器，优选的是，

所述第二空腔内还设置有散热翅片，所述功率模块设置在所述散热翅片上，所述散热翅片上的沟槽方向与腔体内空气的流动方向一致。

如上所述的牵引变流器，优选的是，

所述第一空腔的侧板为网格状，以作为所述进风口，和/或

所述第四空腔的底板为网格状，以作为所述出风口。

如上所述的牵引变流器，优选的是，

所述散热风机为离心式散热风机。

本发明提供的牵引变流器箱体及牵引变流器，设置了进风口和出风口的位置和相对高度，在使用时，箱体内部需设置散热风机，散风机工作，会在进风口和出风口之间形成一个风道，进入牵引变流器箱体的气体能够在弥散在整个腔体空间，所以经由出风口排出的风能够带走腔体内各个部件产生的热量。

附图说明

图1a为本发明实施例一提供的牵引变流器箱体立体示意图；

图1b为图1a的俯视图；

图2a为本发明实施例二提供的牵引变流器的立体示意图；

图2b为图2a的主视图；

图2c为图2a的俯视图；

图2d为进入图2a所示的牵引变流器中风的流动方向示意图。

附图标记：

1-箱体板；    2-腔体；        3-进风口；

4-出风口；    11-顶板         12-底板；

13-侧板；     5-第一隔板；    6-第二隔板；

7-第三隔板；  21-第一空腔；   22-第二空腔；

23-第三空腔； 24-第四空腔；   8-功率模块；

9-散热风机；  10-输入电抗器； 15-散热翅片。

具体实施方式

本发明提供的牵引变流器箱体，使用于地铁上，以及类似需要使用低高度牵引变流器箱体的工况。

参见图1a和图1b，图1a为本发明实施例一提供的牵引变流器箱体立体示意图，图1b为图1a的俯视图。该牵引变流器箱体包括箱体板1以及由箱体板1围成的腔体2，箱体板1上开设有与腔体2连通的进风口3和出风口4，进风口3和出风口4分设在腔体2的两端，进风口3的位置不低于出风口4的位置，腔体2用于容置功率模块、散热风机和输入电抗器。

进风口和出风口分设在腔体的两端是指各个工作部件能够位于进风口和出风口之间，以使进入腔体的风能够经过每个工作部件。进风口的位置不低于出风口的位置使得风能够在腔体内有一定的停留时间，以实现散热效果。

实际应用中，牵引变流器箱体内需设置散热风机，上述方案通过设置进风口和出风口的位置和相对高度，使得进入牵引变流器箱体的气体能够在弥散在整个腔体空间，以带走腔体内各个部件产生的热量。

进一步地，箱体板1包括顶板11、底板12和侧板13，上述各板围成的腔体2呈长扁矩形状，进风口3开设在侧板13上，出风口4开设在底板12远离进风口3的一端。

上述顶板、底板和侧板的数量可能不止一块，实际应用中，可以围成封闭腔体即可，而不限制上述各板的数量。腔体体积一般较大，顶板、底板和侧板可以采用一个板形成，也可以采用多块板拼接形成。长扁矩形状的腔体便于在其内部设置工作部件，也便于吊装在地铁的车架下方。

设置在腔体内的各个工作部件在工作过程中产生的热量是不相同的，一般来说功率模块产生的热量要小于输入电抗器产生的热量，为了减小各个部件之间的热传递，更进一步地，腔体2内顺次设置有第一隔板5、第二隔板6和第三隔板7，以将腔体分为第一空腔21、第二空腔22、第三空腔23和第四空腔24，各个隔板上都设置有通口(图未示出)，以连通各个空腔；进风口3开设在第一空腔21的侧板13上，出风口4开设在第四空腔24的底板12上；第二空腔22用于容置功率模块，第三空腔23用于容置散热风机，第四空腔24用于容置输入电抗器。

设置隔板后，形成每个空腔的侧板、顶板和底板可以采用相同的材质，也可采用不同的材质；可以一体成型，也可拼接形成。本实施例中以第一空腔的侧板来表示整个侧板上处于第一空腔范围内的那部分，同理类推，其他空腔也采用类似的描述；顶板和底板可同理来理解。

本实施例中，第一空腔用于设置一些辅助部件，比如传感器等，实际应用中，若无需设置上述辅助部件，也可以减少隔板的数量。另外，将第一空腔单独隔离出来还有一个好处在于，可以在第一空腔内设置过滤装置，以过滤进入腔体的空气中的杂质，比如在进风口的内侧设置过滤网等。

隔板上设置的通口尺寸没有严格的要求，采用上述设置是为了一定程度上减小各个工作部件的之间的热传递。另外，设置隔板还有以下好处：牵引变流器箱体长度较长，隔板可以起到加强筋板的作用，以提高牵引变流器箱体的强度。

实际应用中，需要进风口的尺寸尽量大一些，以减小进入腔体内的空气的压力，但是进风口尺寸太大，外界的大体积异物很容易进入到腔体内部，从而影响了腔体内部的功率模块、散热风机和输入电抗器的安全工作。所以此处优选的是，第一空腔21的侧板13为网格状，以作为进风口3，和/或第四空腔24的底板12为网格状，以作为出风口4。此处以第一空腔21的三块侧板13都设置为网格状，且第四空腔24的底板12设置为网格状为例，只为示意而非限定。

将第一空腔的侧板设置为网格状一是增加了进风口的尺寸，二是网格可以起到过滤大体积异物的作用，保证了腔体内部设备的正常运行。此处以第一空腔的三块侧板都是网格状为例，这样整个牵引变流器箱体可以实现三面进风。

需要说明的是，牵引变流器箱体上除了上述进风口和出风口，箱体板的其他位置最好选用密实的板材，以提高箱体的封闭性，使得进入腔体内部的风能量大，散热效果好。

本发明实施例提供的牵引变流器箱体，通过设置进风口和出风口的位置及高度，使得进腔体内部的风能够带走腔体内各个工作部件产生的热量，且设计巧妙，便于制造加工。

图2a为本发明实施例二提供的牵引变流器的立体示意图，图2b为图2a的主视图，图2c为图2a的俯视图，图2d为进入图2a所示的牵引变流器中风的流动方向示意图。本发明实施例二提供一种牵引变流器，其中，包括本发明任意实施例所述的牵引变流器箱体，箱体的腔体内设置有功率模块8、散热风机9和输入电抗器10。

功率模块、散热风机和输入电抗器的设置顺序不加以限定，不过为了排热方便，较宜的是将产热多的部件放置在靠近出风口的位置。

上述结构的牵引变流器，其内部设置有散热风机，结合进风口和出风口的相对位置和高度，不管车辆处于停止状态或运行状态，只要散热风机工作，都能够实现良好的散热作用。

进一步地，腔体2内顺次设置有第一隔板5、第二隔板6和第三隔板7，以将腔体分为第一空腔21、第二空腔22、第三空腔23和第四空腔24，各个隔板上都设置有通口，以连通各个空腔；腔体2的第二空腔22内放置功率模块8，腔体2的第三空腔23内放置散热风机9，腔体2的第四空腔24内放置输入电抗器10，进风口3开设在腔体2的第一空腔21的侧板13上，出风口4开设在第四空腔24的底板12上。

将功率模块和设置在散热风机的两侧，且输入电抗器靠近出风口设置，主要是因为输入电抗器产热更多，如此设置，使得腔体内的风先流过功率模块再经过输入电抗器，所以不会进一步增加功率模块所在第二空腔的温度。

为了改善功率模块的散热，可选的是，第二空腔22内还设置有散热翅片15，功率模块8设置在散热翅片15上，散热翅片15上的沟槽方向与腔体内空气的流动方向一致。优选是散热翅片15水平设置，固定在第二空腔22的内壁上，功率模块8设置在散热翅片15上。例如，功率模块8包括牵引控制模块、制动斩波器模块、接地故障检测模块和电压变流器模块等可分离设置的硬件元器件，可分散设置于散热翅片15上。牵引变流器箱体高度小，仅为600mm左右，功率模块8只能卧式设置，功率模块8若贴着第二空腔22的侧板或底板设置，这样功率模块8产生的热量不便于排放到第二空腔22内，而散热翅片15上有多道平行的沟槽且散热翅片15高度低，将功率模块8卧式设置在散热翅片15上便于排热。

散热风机9可为离心式散热风机，离心式散热风机产生的离心力大，排热速度更快。

进一步地，第一空腔21的侧板13为网格状，以作为进风口3，和/或第四空腔24的底板12为网格状，以作为出风口4。此处以第一空腔21的三块侧板13都设置为网格状，且第四空腔24的底板12设置为网格状为例，只为示意而非限定，具体介绍请参见其他实施例，此处不再赘述。

参见图2a-图2d，下面介绍使用过程中，牵引变流器内部风的流向方向。此处以散热翅片15设置在第二空腔22的底板上、第一空腔21的三面侧板都为网格状、且散热风机9安装在第三空腔23为例。具体地，散热风机9通过风机安装支架固定在第三空腔23内。散热风机9的进风通道正对着第二隔板上的通口，散热风机9的出风通道，即风机叶翅，朝向第三隔板上的通口。

散热风机9转动，位于散热风机9进风通道一侧的空腔内形成负压，即第一空腔21和第二空腔22内形成负压，外部空气被从进风口3中被吸入到第一空腔21内部形成风。风流过第二空腔22，经过散热翅片15的沟槽时带走功率模块8产生的热量。进入第三空腔23的风在散热风机9离心力的作用下被甩向第四空腔24，由于散热风机9不断向第四空腔24输入风，使得第四空腔24内的大气压强大于外界大气压强，第四空腔24内的风被压出，以实现散热。进风口3和出风口4都采用网格状的形式，不仅可以隔离杂质，还增大了进风口3和出风口4的面积。由于整个箱体呈长扁矩形状，整个箱体内风的流动速度还是较快的，散热效果可以满足实际工况需求。当采用现有技术中的箱体时，也可实现散热，但效果不如长扁矩形状箱体的效果好。

参见图2d，进一步描述上述风的流动方向，风经由进风口3进入；然后流动至功率模块8；散热风机9的进气通道接收到风之后，将其向上排出，这是由于输入电抗器10散热面所在高度决定的；风经过输入电抗器10后，从输入电抗器10下方的出风口4输出。从图2d来看，整个风的流动方向带有一个的回旋角度，这样可以增强散热效果。

本发明实施例二提供的牵引变流器，通过在箱体上进风口和出风口位置的设置，使得进入箱体的风可以按照一定的走向流动，从而能够及时带走腔体内各部件产生的热量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种牵引变流器箱体，其特征在于，

包括箱体板以及由所述箱体板围成的腔体，所述箱体板上开设有与所述腔体连通的进风口和出风口，所述进风口和出风口分设在所述腔体的两端，所述进风口的位置不低于所述出风口的位置，所述腔体用于容置功率模块、散热风机和输入电抗器；

所述箱体板包括顶板、底板和侧板，上述各板围成的腔体呈长扁矩形状，所述进风口开设在所述侧板上，所述出风口开设在所述底板远离所述进风口的一端；

所述腔体内顺次设置有第一隔板、第二隔板和第三隔板，以将所述腔体分为第一空腔、第二空腔、第三空腔和第四空腔，各个隔板上都设置有通口，以连通各个空腔；

所述进风口开设在第一空腔的侧板上，所述出风口开设在第四空腔的底板上；

所述第二空腔用于容置所述功率模块，所述第三空腔用于容置所述散热风机，所述第四空腔用于容置所述输入电抗器；

所述第一空腔的侧板为网格状，以作为所述进风口，和/或

所述第四空腔的底板为网格状，以作为所述出风口。

2.一种牵引变流器，其特征在于，包括权利要求1所述的牵引变流器箱体，所述箱体的腔体内设置有功率模块、散热风机和输入电抗器。

3.根据权利要求2所述的牵引变流器，其特征在于，

所述第二空腔内还设置有散热翅片，所述功率模块设置在所述散热翅片上，所述散热翅片上的沟槽方向与腔体内空气的流动方向一致。

4.根据权利要求2所述的牵引变流器，其特征在于，

所述散热风机为离心式散热风机。