CN103390988A - 电力转换器 - Google Patents

Abstract

电力转换器包括：至少一个冷却体，该冷却体具有安装在该冷却体上的至少一个半导体器件，具有流动路径，并且具有配置在该冷却体的外部表面上的供给口和排放口；供给管，该供给管经由供给口连接到冷却体从而将冷却剂供给到冷却体内部；以及排放管，该排放管经由排放口连接到冷却体以将冷却剂排放到冷却体外部，供给管由供给主管和供给支管构成，排放管由排放主管和排放支管构成，并且排放支管的长度被设成比从排放口到供给主管的距离长。

Description

电力转换器

技术领域

本发明涉及电力转换器，具体地涉及其冷却结构。

背景技术

一般而言，出于驱动交流电动机的目的，使用诸如将交流转换成直流的转换器或者将直流转换成交流的转换器之类的电力转换器。特别是在近年来，这种电力转换器的容量增加。因此，在电力转换器中，为了应对诸如发热增加之类的不便，采用水冷却系统作为冷却系统（例如，JP-A-2005-117829）。

在此，参考图3和图4来解释具有水冷却系统的相关电力转换器的冷却结构。

图3是示出相关电力转换器的前侧立体图。图4是示出相关电力转换器的后侧立体图。电力转换器包括半导体开关器件101、冷却体102、主管（给水侧）103、主管（排放侧）104、支管（给水侧）105、支管（排放侧）106、给水口107、以及排放口108。

将解释具有水冷却系统的相关电力转换器的配置。

在图3所示的配置中，两个半导体开关器件101被紧固到一个板式冷却体102上。在冷却体102的一侧配置有主管（给水侧）103，并且在另一侧配置有主管（排放侧）104。主管（给水侧）103通过支管（给水侧）105连接到每一冷却体102。以相同的方式，主管（排放侧）104通过支管（排放侧）106连接到每一冷却体102。多个冷却体102在主管（给水侧）103和主管（排放侧）104的轴的方向上串联配置。

在图4所示的配置中，冷却体102和支管（给水侧）105经由设置在冷却体102的后侧的给水口107连接。以相同的方式，冷却体102和支管（排放侧）106经由设置在冷却体102的后侧的排放口108连接。

设置在每一冷却体102后侧的给水口107被配置在主管（给水侧）103附近在主管（给水侧）103的轴向上大致位于冷却体102的中间的位置处。此外，还设置在每一冷却体102后侧的排放口108被配置在主管（排放侧）104附近在主管（排放侧）104的轴向上大致位于冷却体102的中间的位置处。

在下文中，将解释相关水冷却电力转换器的冷却结构的操作。

在图3和图4所示的电力转换器中，冷却水在主管（给水侧）103内部流动。然后，冷却水穿过支管（给水侧）105，从而经由给水口107流入每一冷却体102的内部。

此时，冷却水穿过每一冷却体102的内部使得紧固到冷却体102的半导体开关器件101冷却。穿过每一冷却体102内部的冷却水经由排放口108穿过支管（排放侧）106，从而排放到主管（排放侧）104。

上述内容是对具有水冷却系统的相关水冷却电力转换器的冷却结构的操作的解释。

[专利文献1]JP-A-2005-117829

在相关电力转换器中，当使用柔性管时，例如对于每一支管，主管（给水侧）103与每一给水口107之间的短距离以及主管（排放侧）104与每一排放口108之间的短距离导致不便于组装。

柔性管的缩短量小。因此，在组装冷却结构时，短柔性管可能未结合有在组装时允许的足够宽泛范围的尺寸误差。在实际组装时，这使得短柔性管被结合到冷却结构中同时为使其缩短而过度压缩。这导致其中迫使在管道系统中的一些地方施加有不适当的力的情形。此外，使用这些短柔性管的电力转换器不仅对组装次序有限制，而且不便于维护工作以及拆卸和部件替换的工作。

此外，其中主管配置在冷却体102的每一侧的相关电力转换器的冷却结构导致转换器的整体宽度尺寸的增加。

发明内容

为了实现该目的，根据本发明的第一方面的电力转换器包括：至少一个冷却体，该冷却体具有安装在该冷却体上的至少一个半导体器件，在内部形成有供冷却剂流动的流动路径，具有配置在该冷却体的外表面上的供给口和排放口；供给管，该供给管经由配置成将冷却剂供给到冷却体内部的供给口连接到冷却体；以及排放管，该排放管经由配置成将冷却剂排放到冷却体外部的排放口连接到冷却体，其中供给管由设置成与冷却体隔离的供给主管以及将供给口连接到供给主管的供给支管构成，排放管由设置成与冷却体隔离的排放主管以及将排放口连接到排放主管的排放支管构成，以及排放支管的长度被设成比从排放口到供给主管的距离长。

根据本发明的第二方面的电力转换器包括：至少一个冷却体，该冷却体具有安装在该冷却体上的至少一个半导体器件，并且在内部形成有供冷却剂流动的流动路径；供给管，该供给管经由设置在冷却体的外部表面上的配置成将冷却剂供给到冷却体内部的供给口连接到冷却体；排放管，该排放管经由设置在冷却体的外部表面上的配置成将冷却剂排放到冷却体外部的排放口连接到冷却体，其中供给管由设置成与冷却体隔离的供给主管以及将供给口连接到供给主管的供给支管构成，排放管由设置成与冷却体隔离的排放主管以及将排放口连接到排放主管的排放支管构成，以及供给支管的长度被设成比从供给口到排放主管的距离长。

根据本发明的第三方面的电力转换器包括：至少一个冷却体，该冷却体具有安装在该冷却体上的至少一个半导体器件，并且在内部形成有供冷却剂流动的流动路径；供给管，该供给管经由设置在冷却剂的外部表面上的配置成将冷却剂供给到冷却体内部的供给口连接到冷却体；排放管，该排放管经由设置在冷却体的外部表面上的配置成将冷却剂排放到冷却体外部的排放口连接到冷却体，其中供给管由设置成与冷却体隔离的供给主管以及将供给口连接到供给主管的供给支管构成，排放管由设置成与冷却体隔离的排放主管以及将排放口连接到排放主管的排放支管构成，排放支管的长度被设成比从排放口到供给主管的距离长，以及供给支管的长度被设成比从供给口到排放主管的距离长。

根据本发明，可提高组装的电力转换器的方便性。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的电力转换器的前侧立体图；

图2是示出根据本发明实施例的电力转换器的后侧立体图；

图3是示出相关电力转换器的前侧立体图；以及

图4是示出相关电力转换器的后侧立体图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图解释本发明的一个实施例。然而，下文中的描述只是对本发明的一个示例的描述，并且本发明不限于此。即，本发明涉及的技术领域中的普通技术人员可在本发明的技术思想内进行多种修改。

首先，将参考图1和图2来解释根据本发明一个实施例的电力转换器的冷却结构的配置。

图1是示出根据本发明实施例的电力转换器的前侧立体图。图2是示出电力转换器的后侧立体图。电力转换器包括半导体开关器件1、冷却体2、主管（给水侧）3、主管（排放侧）4、支管（给水侧）5、支管（排放侧）6、给水口7、以及排放口8。

将参考图1来解释在电力转换器的冷却结构前侧的配置。

在图1所示的配置中，多个冷却体2在主管（给水侧）3和主管（排放侧）4的轴的方向上串联配置。两个半导体开关器件1被紧固到每一单板式冷却体2上。在每一冷却体2后侧的横向上的中间部分附近，主管（给水侧）3和主管（排放侧）4被配置成与冷却体2隔离。主管（给水侧）3通过后侧的支管（给水侧）5连接到每一冷却体2。以相同的方式，主管（排放侧）4通过后侧的支管（排放侧）6连接到每一冷却体2。这将在后面予以解释。

对于冷却体2，可使用例如水冷却的冷却体。在此情况下，在每一冷却体2内部，形成用于允许冷却水流动的空间（冷却剂流动路径）。

作为电力转换器的整体配置，转换器被安装成使冷却水的给水流动的方向变成向下的方向且排水流动的方向变成向上的方向。在向上的一侧，安装泵（未示出）。泵连接到主管（给水侧）3和主管（排放侧）4。通过操作泵，在每一主管内部，冷却水在上述内容中解释的方向上循环。

在主管（给水侧）3和主管（排放侧）4（例如，在下侧）中的每一主管中，设置使排放在维护工作时成为可能的排放阀（未示出）。

在下文中，将参考图2来解释在电力转换器的冷却结构后侧的配置。

在图2所示的配置中，通过支管（给水侧）5，冷却体2和主管（给水侧）3经由给水口7连接。以相同的方式，通过支管（排放侧）6，冷却体2和主管（排放侧）4经由排放口8连接。

给水口7被配置在每一冷却体2后侧下部的角落附近。排放口8被配置在每一冷却体2后侧上部的角落附近。

此外，给水口7连接到主管（给水侧）3以使主管（排放侧）4置于两者之间。对于该连接，使用支管（给水侧）5。支管（给水侧）5穿过连接到给水口7的主管（排放侧）4的后侧。

同时，排放口8连接到主管（排放侧）4以使主管（给水侧）3置于两者之间。对于该连接，使用支管（排放侧）6。支管（排放侧）6穿过连接到排放口8的主管（给水侧）3的后侧。

对于支管（给水侧）5和支管（排放侧）6，可使用例如柔性管。对于柔性管的材料，例如，可使用诸如不锈钢（SUS）、铝、铜和橡胶之类的材料。

在此，主管（给水侧）3和主管（排放侧）4在每一冷却体2的横向上的中心位置附近并联配置。

给水口7和主管（给水侧）3彼此连接以使主管（排放侧）4置于两者之间。即，与给水口7相距较远的主管被确定为连接到给水口7的主管（给水侧）3。由此，与在相关电力转换器的示例中使用的支管（给水侧）105的长度相比，用于连接的支管（给水侧）5的长度变长。

以相同的方式，排放口8和主管（排放侧）4彼此连接以使主管（给水侧）3置于两者之间。即，与排放口8相距较远的主管被确定为连接到排放口8的主管（排放侧）4。由此，与在相关电力转换器的示例中使用的支管（排放侧）106的长度相比，用于连接的支管（排放侧）6的长度变长。

此后，类似地，将参考图1和图2来解释根据本发明实施例的电力转换器的操作。在图1和图2所示的电力转换器中，迫使冷却水从未示出的泵经由主管（给水侧）3的内部传送。然后，所传送的冷却水经由给水口7从支管（给水侧）5流入每一冷却体2的内部。

流入冷却体2内部的冷却水在其内部的流动路径中流动，由此穿过冷却体2的内部。此时，经由冷却体2的表面将由半导体开关器件1中的能量损耗产生的热传输到迫使其在冷却体2内部的流动路径中流动的冷却水。这使得半导体开关器件1冷却，从而可能抑制其温度上升。

然后，穿过每一冷却体2内部的冷却水经由排放口8穿过支管（排放侧）6，从而排放到主管（排放侧）4。

上述内容是对根据本发明实施例的电力转换器的配置和操作的解释。

由此，根据本发明的实施例，给水口7和主管（给水侧）3之间的距离（等于支管（给水侧）5的长度）可被设成比从给水口7到主管（排放侧）4的距离长。此外，排放口8和主管（排放侧）4之间的距离（等于支管（排放侧）6的长度）可被设成比从排放口8到主管（给水侧）3的距离长。因此，当例如柔性管用作支管5和6时，可提高其组装的方便性。

细节如下。

柔性管的缩短量小。然而，在本发明的实施例中，给水口7与主管（给水侧）3之间的距离以及排放口8与主管（排放侧）4之间的距离被设成比相关电力转换器的配置中的相应距离长。这使得柔性管可能结合有在组装冷却结构时允许的足够宽泛范围的尺寸误差。

因此，即使在柔性管用作电力转换器的冷却结构的情况下，当组装冷却结构时，例如也可容易地进行在已在不用柔性管的情况下组装冷却结构之后在两点之间提供柔性管的这种工作。这可能提高组装电力转换器的冷却结构的方便性。

此外，当组装电力转换器的冷却结构时，消除了使得柔性管在过度压缩以使其缩短时结合在冷却结构中的必要性。由此，提高了组装电力转换器的冷却结构的方便性，并且与此同时，也可防止迫使管道系统施加有不适当的力的情形。

此外，当组装电力转换器的冷却结构时，对组装的次序也未施加限制。

另外，可容易地进行电力转换器的冷却结构的维护、拆卸和部件替换的工作。

在本发明的实施例中，在每一冷却体2后侧的横向上的中间部分附近（即，在每一冷却体2的横向中心的位置附近），配置有主管（给水侧）3和主管（排放侧）4。这使电力转换器的冷却结构的宽度尺寸能够变小。因此，可减小整个电力转换器的尺寸。

上述内容是本发明的实施例的优点。

在本实施例中，从给水口7到主管（给水侧）3的距离以及从排放口8到主管（排放侧）4的距离两者都被设成长。然而，即使在只有任一距离被设为较长的情况下，可通过延长距离来提高组装的方便性。

在本实施例中，主管（给水侧）3和主管（排放侧）4被配置在每一冷却体2的横向上的中间部分附近。然而，在将给水口7和排放口8的位置反转到相关电力转换器中的位置的情况下，与相关电力转换器的结构相像地，主管（给水侧）3可被配置在每一冷却体2的一侧且主管（排放侧）4可被配置在另一侧。

即，在相距主管（给水侧）3较远的一位置处设置有给水口7，并且在相距主管（排放侧）4较远的一位置处设置有排放口8。这使得从主管（给水侧）3到给水口7的距离能够变长。此外，从主管（排放侧）4到排放口8的距离也可变长。

另外，在本实施例中，水冷却的冷却体可用作冷却体2。然而，本发明不限于此，但是可使用将另一种冷却剂用作冷却液的任何冷却体。

此外，在本实施例中，柔性管用作每一支管。然而，本发明不限于此，但是可使用诸如柔性管之类的具有柔性材料的任何管。

另外，在本实施例中，冷却体2具有矩形形状。然而，对于冷却体2的形状，不必限于矩形形状，但是其形状可以是诸如正方形或大致圆柱形之类的形状。

此外，也有可能半导体开关器件1按照相位安装在冷却体2中，主管（给水侧）3和主管（排放侧）4也按照相位连接到冷却体2，并且不同相位的多对主管3和4串联连接由此使冷却体2串联连接。具体地，安装在冷却体2上的半导体开关器件1的相序从上到下依次被确定为U相、V相和W相。在此情况下，一对主管（给水侧）3和主管（排放侧）4可根据相序串联连接。这允许电力转换器的冷却结构中的管道配置变得简单。

在本实施例中，冷却对象是半导体开关器件1。然而，本实施例不限于此。除了半导体开关器件1以外，诸如平滑由半导体开关器件1转换的电流的电容器、用于使电容器两端的电压平衡的电阻器、以及用于抑制半导体开关器件1的浪涌电压的电容器和电阻器、以及附加的电抗器和基板之类的元件也可成为冷却对象。

另外，在本实施例中，给水口7和排放口8附连到与其中安装有半导体开关器件1的外表面（前侧）相对的表面（后侧）上的每一冷却体2。然而，本发明不限于此，而是如果有可能，给水口7和排放口8可附连到前侧。

此外，在本实施例中，主管（给水侧）3、主管（排放侧）4、支管（给水侧）5、以及支管（排放侧）6是筒状管。然而，本发明不限于此，而是每一管的形状可以是除筒状以外的形状，诸如板式形状。

Claims (10)

1.一种电力转换器，包括：

至少一个冷却体，所述冷却体具有安装在所述冷却体上的至少一个半导体器件，所述冷却体在内部形成有供冷却剂流动的流动路径，并且具有配置在所述冷却体的外表面上的供给口和排放口；

供给管，所述供给管经由配置成将所述冷却剂供给到所述冷却体内部的所述供给口连接到所述冷却体；以及

排放管，所述排放管经由配置成将所述冷却剂排放到所述冷却体外部的所述排放口连接到所述冷却体，

所述供给管由设置成与所述冷却体隔离的供给主管以及将所述供给口连接到所述供给主管的供给支管构成，

所述排放管由设置成与所述冷却体隔离的排放主管以及将所述排放口连接到所述排放主管的排放支管构成，以及

所述排放支管的长度被设成比从所述排放口到所述供给主管的距离长。

2.一种电力转换器，包括：

至少一个冷却体，所述冷却体具有安装在所述冷却体上的至少一个半导体器件，并且在内部形成有供冷却剂流动的流动路径；

供给管，所述供给管经由设置在所述冷却体的外部表面上的配置成将所述冷却剂供给到所述冷却体内部的供给口连接到所述冷却体；以及

排放管，所述排放管经由设置在所述冷却体的外部表面上的配置成将所述冷却剂排放到所述冷却体外部的排放口连接到所述冷却体，

所述供给管由设置成与所述冷却体隔离的供给主管以及将所述供给口连接到所述供给主管的供给支管构成，

所述排放管由设置成与所述冷却体隔离的排放主管以及将所述排放口连接到所述排放主管的排放支管构成，以及

所述供给支管的长度被设成比从所述供给口到所述排放主管的距离长。

3.一种电力转换器，包括：

至少一个冷却体，所述冷却体具有安装在所述冷却体上的至少一个半导体器件，并且在内部形成有供冷却剂流动的流动路径；

供给管，所述供给管经由设置在所述冷却体的外部表面上的配置成将所述冷却剂供给到所述冷却体内部的供给口连接到所述冷却体；以及

排放管，所述排放管经由设置在所述冷却体的外部表面上的配置成将所述冷却剂排放到所述冷却体外部的所述排放口连接到所述冷却体，

所述供给管由设置成与所述冷却体隔离的供给主管以及将所述供给口连接到所述供给主管的供给支管构成，

所述排放管由设置成与所述冷却体隔离的排放主管以及将所述排放口连接到所述排放主管的排放支管构成，

所述排放支管的长度被设成比从所述排放口到所述供给主管的距离长，以及

所述供给支管的长度被设成比从所述供给口到所述排放主管的距离长。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的电力转换器，其特征在于，所述供给支管和所述排放支管中的至少一个是柔性管。

5.如权利要求1至3中的任一项所述的电力转换器，其特征在于，所述供给主管和所述排放主管被配置在所述冷却体的横向的中心位置附近。

6.如权利要求4所述的电力转换器，其特征在于，所述供给主管和所述排放主管被配置在所述冷却体的横向的中心位置附近。

7.如权利要求1至3中的任一项所述的电力转换器，其特征在于，

所述电力转换器是多相电力转换器；

所述半导体器件按相分设在多个所述冷却体；以及

设置有不同相的所述半导体器件的多个所述冷却体串联地与各个管连接。

8.如权利要求4所述的电力转换器，其特征在于，

所述电力转换器是多相电力转换器；

所述半导体器件按相分设在多个所述冷却体；以及

设置有不同相的所述半导体器件的多个所述冷却体串联地与各个管连接。

9.如权利要求5所述的电力转换器，其特征在于，

所述电力转换器是多相电力转换器；

所述半导体器件按相分设在多个所述冷却体；以及

设置有不同相的所述半导体器件的多个所述冷却体串联地与各个管连接。

10.如权利要求6所述的电力转换器，其特征在于，

所述电力转换器是多相电力转换器；

所述半导体器件按相分设在多个所述冷却体；以及

设置有不同相的所述半导体器件的多个所述冷却体串联地与各个管连接。

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