CN105210467A - 电子设备的冷却用框体和电子设备以及建筑机械 - Google Patents

电子设备的冷却用框体和电子设备以及建筑机械 Download PDF

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Abstract

一种电子设备的冷却用框体和电子设备以及建筑机械，电子设备(10)的冷却用框体(11)具有：底板部(15)，在其内部形成有供冷却液流动的冷却用流路(15D)；第一配置部(16)，其设置在底板部的正面和背面中的一面并配置有第一电子部件(22、33、34)；第二配置部(17)，其设置在底板部的正面和背面中的另一面并配置有第二电子部件(31、32)；第三配置部(18)，通过设置在底板部的开口部(15A)与第一配置部和第二配置部连通。平滑电容器组件(41)横跨底板部配置在第三配置部上，该平滑电容器组件一体具有设置于第一电子部件(21)的电路用的第一蓄电部(41A)以及设置于第二电子部件的电路用的第二蓄电部(41B)。

Description

电子设备的冷却用框体和电子设备以及建筑机械
技术领域
本发明涉及一种电子设备的冷却用框体和电子设备以及建筑机械。
背景技术
作为近年的工程作业机械，公知的是，来自利用发动机驱动的液压泵的工作油驱动大臂、小臂和铲斗等工作装置，并且利用电动旋转马达对上部旋转体进行旋转驱动的混合型液压挖掘机(例如，参照专利文献1)。图6表示专利文献1中用在液压挖掘机上的混合装置的配置。
在图6所示的液压挖掘机1中，在设置于上部旋转体2的后方的发动机室2A内，以未图示的曲轴的轴向与车宽方向(与车辆前后方向正交的水平方向)平行的方式搭载有发动机3。另外，相对于发动机3在车宽方向的一侧，朝向外侧依次配置有：将冷却空气从外部引入发动机室2A内的冷却风扇4、利用引入的冷却空气冷却的发动机散热器5、混合散热器6和多个混合设备。
作为混合设备，具有：配置在发动机3的另一侧并由发动机3驱动的未图示的发电马达、对发电马达产生的电力进行蓄电的电容器7、控制该电力向电容器7的蓄电以及从电容器7供给的逆变器8、利用来自电容器7的电力驱动的电动旋转马达9。电容器7和逆变器8与端子箱一起被单元化，通过打开开关自如的侧罩2B配置在可操作的位置上。
另一方面，电容器7、逆变器8和电动旋转马达9被包括混合散热器6的专用的冷却水回路冷却。混合散热器6冷却的冷却水利用冷却水泵P通过配管W1首先被送至电容器7。对电容器7进行了冷却的冷却水通过配管W2被送至载置于电容器7的上部的逆变器8。对逆变器8进行了冷却的冷却水通过配管W3被送至电动旋转马达9。对电动旋转马达9进行了冷却的冷却水通过配管W4返回到混合散热器6。
另一方面，公知的是，作为电子设备的逆变器的冷却用框体(例如，参照专利文献2)。该冷却用框体具有：上下具有开口的框体外框；将框体外框的内部上下分隔，并形成有使冷却液在内部流通的冷却回路的冷却底板；在由框体外框包围的空间内，被在上方开口的侧壁围绕的凹状的配置部。
在冷却用框体的内部，在冷却底板的上表面上配置有开关模块，该开关模块构成电动机用驱动电路，在冷却底板的下表面上配置有平滑电容器，该平滑电容器使在驱动电路进行开关动作时产生的脉动电流平滑化；在配置部内以接触侧壁的方式配置有升压用变压器。
在这种逆变器中，各开关模块、平滑电容器和变压器的温度会升高，但是能够通过冷却底板的上表面良好地冷却各开关模块，经由下表面良好冷却电容器，经由与冷却底板连续的侧壁良好地冷却变压器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2012-112102号公报
专利文献2：(日本)特开2008-218713号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
但是，在专利文献2记载的以往的冷却用框体中，由于开关模块和平滑电容器分别配置在冷却底板上表面和下表面上，所以能够对它们良好地进行冷却。但是，例如，在需要对变压器进行升压控制的其他开关模块和抑制该开关模块中的脉动电流的其他平滑电容器的情况下，由于开关模块与电容器之间的距离限制，需要将电动机的驱动控制用开关模块和电容器并列设置在冷却底板的上下一个面上，并将升压控制用开关模块和电容器并列设置在另一面上。另外，在将电容器分别配置在上下两面时，在系统方面，为了在两面的电子部件上进行电力授受，进一步需要送电用部件。因此，随着在冷却底板的上下两面上配置的部件量增加，部件的配置结构复杂化，会产生逆变器的组装作业等变得繁琐的问题。
本发明的目的在于提供一种电子设备的冷却用框体和电子设备以及建筑机械，其能够提高组装作业等的作业性，并且能够满足电子部件与电容器之间在距离上的限制。
用于解决技术课题的技术方案
本发明的电子设备的冷却用框体具有：底板部，在其内部形成有供冷却液流动的冷却用流路；第一配置部，其设置在所述底板部的正面和背面中的一面并配置有第一电子部件；第二配置部，其设置在所述底板部的正面和背面中的另一面并配置有第二电子部件；第三配置部，其通过设置在所述底板部的开口部与所述第一配置部和所述第二配置部连通。平滑电容器组件横跨所述底板部配置在所述第三配置部上，该平滑电容器组件一体具有设置于所述第一电子部件的电路用的第一蓄电部以及设置于所述第二电子部件的电路用的第二蓄电部。
根据本发明，冷却用框体构成为第三配置部经由开口部与第一、第二配置部连通，在该开口部上配置有平滑电容器，所以，作为平滑电容器，第一、第二蓄电部可以是一体设置的一个部件，从而控制零件的个数，提高组装作业等的生产率。另外，通过使平滑电容器横跨底板部，可以使第一、第二电子部件的例如开关模块等可靠地靠近平滑电容器并与其连接，能够满足各电子部件与平滑电容器在距离上的制约。
在本发明中的电子设备的冷却用框体中，优选为，所述冷却用流路形成在所述底板部的一面侧的第一面状部与另一面侧的第二面状部之间，在所述冷却用流路内至少设置有从所述第一面状部向所述第二面状部突出的第一叶片和从所述第二面状部向所述第一面状部突出的第二叶片中的任意一个。
在本发明中的电子设备的冷却用框体中，优选为，所述冷却用流路形成在所述底板部的一面侧的第一面状部与另一面侧的第二面状部之间，所述第一面状部和第二面状部的任意一方由相对于另一方固定的罩板形成。
在本发明中的电子设备的冷却用框体中，优选为，所述冷却用框体形成为在俯视时具有长边和短边的大致矩形，所述开口部设置为靠近所述冷却用框体的一个长边，所述冷却流路设置为靠近所述冷却用框体的另一个长边。
在本发明中的电子设备的冷却用框体中，优选为，在所述平滑电容器组件的外部设置有多个端子，在所述平滑电容器组件的内部埋设有使所述端子彼此导通的直流总线基板。
本发明的电子设备具有上述说明的任一冷却用框体。
本发明的建筑机械搭载有该电子装置。
附图说明
图1是本发明一实施方式的从底面侧观察具有冷却用框体的电子设备的分解立体图。
图2是表示电子设备的主要部分的俯视图。
图3是表示电子设备的主要部分的底面图。
图4是电子设备的剖视图，从图2的箭头IV-IV观察的剖视图。
图5是表示本发明的变形例的示意图。
图6是为了说明现有技术的立体图。
具体实施方式
[逆变器的概略说明]
以下，参照附图对本发明实施方式进行说明。
图1是从底面侧观察本实施方式中的作为具有冷却用框体(以下称为框体)的电子设备的逆变器的分解立体图。
在图1中，关于逆变器10，其功能和用途与基于图6说明的所述逆变器8一样，逆变器10搭载于作为建筑机械的混合型液压挖掘机1。逆变器10具有：在图1中以实线表示的框体11、覆盖框体11上方的由压铸铝制成的上部盖12、覆盖框体11下方的由压铸铝制成的下部盖13、安装于框体11和各盖12、13的各种电子电气部件。
[框体的说明]
图2是表示逆变器10的主要部分的俯视图，图3是其底面图，图4是其剖视图，从图2的箭头IV-IV观察的剖视图。需要注意的是，图4中省略了下部盖13的图示。
在图1至图4中，框体11形成为俯视时具有长边和短边的矩形，由同样在俯视时形成为大致矩形的外框部14和将外框部14上下分隔的底板部15构成。并且，框体11具有：设置于上表面的第一配置部16，该上表面为底板部15的正面和背面中的一面；设置在下表面的第二配置部17，该下表面为底板部15的正面和背面中的另一面；第三配置部18，其经由设置在底板部15上的开口部15A与第一配置部16和第二配置部17连通。
底板部15由其上表面侧的第一面状部15B、下表面侧的第二面状部15C、第一面状部15B与第二面状部15C之间的冷却用流路15D形成。其中，第一面状部15B由板状的罩板19形成，该板状的罩板19相对于第二面状部15C由螺栓等可装卸地固定。在第二面状部15C上设置有在第一面状部15B侧开口的槽状部15E。冷却用流路15D形成为由该槽状部15E和覆盖该槽状部15E的罩板19划分的冷却液的流通空间。关于冷却用流路15D的形状的具体说明虽被省略，但在俯视时，被设置为具有沿框体11的长边方向的直线状的前进通路和返回通路的U形，设置在其一端的冷却水的入口部15F和设置在另一端的出口部15G并列设置在框体11的短边侧的一侧面上。
外框部14和底板部15的第二面状部15C是由压铸铝制成的一体成型品，罩板19由铝的挤压型材制成。在冷却用流路15D内设置有从第一面状部15B向第二面状部15C突出的多个第一叶片15H和从第二面状部15C向第一面状部15B突出的多个第二叶片15I。这种罩板19的制作方法是，在一个面的大致整个区域形成有叶片的挤压型材上，保留与冷却用流路15D的直线部分相对应的部位的第一叶片15H。
在此，开口部15A形成为在俯视时为大致L形，相对于在俯视时时成为矩形的底板部15，在其长度方向的大致整个区域，并且在短边方向的大致三分之一左右的区域开口。开口部15A还在靠近沿底板部15的长度方向的一个长边15J的位置开口。因此，在底板部15中，设置在开口部15A以外的部分的冷却用流路15D位于靠近另一个长边的位置。
[第一配置部的说明]
在第一配置部16中，第一面状部15B上并列设置有作为第一电子部件的多个升压器用开关模块22。在升压器用开关模块22的内部设置有未图示的升压器用开关元件，该升压器用开关元件由成为发热源的绝缘栅双极型晶体管构成。在升压器用开关模块22的上方配置有栅基板21，该栅基板21由内部的开关元件和未图示的连接机构导通。在栅基板21上安装有电源变压器23等部件。
各升压器用开关模块22与第一面状部15B的上表面紧密接触，内部的开关元件产生的热量经由第一面状部15B向在冷却用流路15D内流动的冷却水释放。其结果是，开关元件被冷却。另外，在第一配置部16上配置有作为发热源的升压变压器24，来自该升压变压器24的热量同样被释放。
在各个升压器用开关模块22的彼此相对的每个侧面上，分别突出设置有一对与内部的开关元件导通的端子台22A、22B。在位于远离第三配置部18一侧的端子台22A上，连接有与栅基板21的一级侧导通的未图示的一对缆线的基端。各缆线的前端连接于升压变压器24的一级侧。另外，在升压变压器24的二级侧上，连接有其他的未图示的一对缆线的基端，各缆线的前端连接于其他的端子台22A，通过这些端子台22A与二级侧的开关元件导通。
[第二配置部的说明]
在第二配置部17中，在第二面状部15C上并列设置有作为第二电子部件的一对发电电动机用开关模块33和同样作为第二电子部件的多个旋转马达用开关模块34。在各开关模块33、34的内部设置有由成为发热源的绝缘栅双极型晶体管构成的未图示的发电电动机用开关元件以及旋转马达用开关元件。在各开关模块33、34的上方配置有通过未图示的连接机构与内部的开关元件导通的栅基板31、32，在栅基板31、32上安装有电源变压器35、36等部件。内部的各开关元件产生的热量通过第二面状部15C向在冷却用流路15D内流动的冷却水释放。其结果是，各开关元件得到冷却。
进一步地，在第二配置部17中，在并列设置的发电电动机用开关模块33的周围，支撑部件37、38设置在除了远离第三配置部18一侧以外的位置。其中一对支撑部件37分别设置在发电电动机用开关模块33的相互分离并相对的一侧，支撑部件38设置为靠近第三配置部18。
在各支撑部件37上设置有三个端子台37A。端子台37A与发电电动机用开关模块33内的开关元件通过未图示的导通机构电连接。支撑部件38上设置有4个端子台38A。端子台38A与发电电动机用开关模块33内的开关元件同样通过未图示的导通机构电连接。
各支撑部件37的端子台37A上分别连接有三根未图示的缆线的前端侧。这些总计六根缆线的基端连接于设置在上部盖12的端子箱内的端子台上，进一步利用六根电缆线将该端子台与未图示的发电电动机连接起来，该发电电动机由发动机3(参照图6)驱动。这些电缆线用于将发电电动机所产生的电力输送到逆变器10。
进一步地，在旋转马达用开关模块34的彼此相对的侧面上，分别突出设置有一对端子台34A、34B。端子台34A、34B与旋转马达用开关模块34内的开关元件由未图示的导通机构电连接。在位于远离第三配置部18一侧的端子台34A上，连接有三根未图示的缆线的基端侧。各缆线的前端连接于设置在上部盖12的端子箱内的端子台上，该端子台与电动旋转马达9(参照图6)进一步利用三根电缆线连接。这些电缆线用于将储存在电容器7的电力经由逆变器10输送到电动旋转马达9。
[第三配置部的说明]
在第三配置部18上横跨底板部15设置有平滑电容器组件41，平滑电容器组件41由升压器用开关模块22的第一蓄电部41A以及发电电动机用开关模块33和旋转马达用开关模块34用的第二蓄电部41B一体设置而成。平滑电容器组件41由例如薄膜电容器等构成，如图1所示，利用沿开口部15A的长度方向的长度较短上部侧与长度较长的下部侧，形成为从侧面观察时为大致L形。
平滑电容器组件41的上部侧的长度和与平滑电容器组件41接近并相对的栅基板21的相对边的长度大致相等，下部侧的长度与栅基板31、32合起来的相对边的长度大致相等。并且，在平滑电容器组件41内，如图4所示，第一蓄电部41A与第一配置部16对应地设置在上部侧，第二蓄电部41B与第二配置部17对应地设置在下部侧。
这种平滑电容器组件41，其上部侧从下方插通开口部15A，并且如图2、图3所示，该平滑电容器组件41在开口部15A内被设置为靠近第一、第二配置部16、17侧，在长度方向的两侧固定于底板部15的下表面。另外，平滑电容器组件41在配置于第三配置部18的状态下，具有占开口部15A的开口面的大致一半的厚度尺寸。开口部15A的除了该平滑电容器组件41所占区域之外的部分被用作连接在端子台34A、37A上的所述缆线的配线用空间，或者被用作设置用来安装这些缆线的安装部件等的空间。
需要说明的是，各缆线的一端通过第二配置部17与位于远离开口部15A一侧的位置的端子台34A、37A连接，各缆线的另一端通过该开口部15A与位于其上方的端子箱内的端子台连接。因此，这些缆线在逆变器10内以整体弯曲90°的状态配线。
在面向平滑电容器组件41的第一、第二配置部16、17侧的侧面的上部侧，沿长度方向突出设置有多个端子41C，在下部侧，沿长度方向突出设置有多个端子41D。如图2所示，端子41C在第一配置部16中与设置在多个升压器用开关模块22上的各端子台22B对应，通过拧入这些端子台22B而固定。同样的，如图3所示，端子41D在第二配置部17中，与支撑部件38的各端子台38A以及设置在多个旋转马达用开关模块34上的各端子台34B对应，通过拧入这些端子台34B、38A而固定。平滑电容器组件41在第三配置部18中位于靠近第一、第二配置部16、17的位置，由此各端子41C、41D的长度可以较短，另外，成为发热源的平滑电容器组件41产生的热量容易传递到冷却用流路15D。
进一步地，在平滑电容器组件41的内部，在端子41C、41D与第一、第二蓄电部41A、41B之间埋设有直流总线基板41E，通过形成在直流总线基板41E上的电路电连接有规定的端子41C、41D与平滑电容器组件41的第一、第二蓄电部41A、41B。由此，各开关模块22、33、34与平滑电容器组件41靠近，能够满足相互在距离上的制约。
并且，在本实施方式中，直流总线基板41E作为直流总线(DC总线)发挥作用，利用该直流总线基板41E的电路将特定的端子41C、41D彼此通过直流线导通。因此，通过将该特定的端子41C、41D固定在端子台22B、34B、38A上，使升压器用开关模块22与发电电动机用开关模块33以及旋转马达用开关模块34电连接。
由此，与通过长度较长的缆线导通升压器用开关模块22和发电电动机用开关模块33的情况、或通过长度较长的缆线等导通升压器用开关模块22和旋转马达用开关模块34的情况相比，用于导通的电路长度可以大幅缩短。其结果是，直流线中的电感成分减少，能够抑制各开关元件带来的转换时的共振电流，抑制发热。
[其他结构]
在图4中，在构成逆变器10的上部盖12内，设置有用于一并控制逆变器10的控制电路基板51。控制电路基板51与各栅基板21、31、32通过未图示的缆线电连接。另外，在控制电路基板51的下方设置有防噪音用的金属制遮蔽板52。
[实施方式的效果]
通过以上本实施方式，能够获得以下的效果。
在逆变器10的框体11中，第三配置部18经由开口部15A与第一、第二配置部16、17连通，由于在该开口部15A上设置有平滑电容器组件41，因此作为平滑电容器组件41，可以是第一、第二蓄电部41A、41B一体设置的一个部件。因此，与将平滑电容器分别设置在每个蓄电部上，并将各平滑电容器在底板部15上下分开配置的情况相比，能够抑制部件数量，提升组装作业等的生产率。
另外，由于平滑电容器组件41横跨底板部15，能够使各开关模块22、33、34向平滑电容器组件41可靠地靠近并连接，满足各开关模块22、33、34与平滑电容器组件41在距离上的制约，能够抑制浪涌的发生。
进一步地，由于第一蓄电部41A与第二蓄电部41B一体设置，由于它们之间的直流线使电路长度变短，所以具有该直流线的电感成分能够变小，能够抑制因电感成分而造成的共振电流。
另外，由于在冷却用流路15D内设置有从第一面状部15B向第二面状部15C突出的多个第一叶片15H，以及从第二面状部15C向第一面状部15B突出的多个第二叶片15I，所以各开关模块22、33、34、升压变压器24和平滑电容器组件41产生的热量能够有效地释放到冷却水中，能够提高冷却效果。
进一步地，冷却用流路15D由设置在底板部15的第二面状部15C上的槽状部15E以及覆盖该槽状部15E的罩板19形成，所以不是通过利用型芯进行的重量铸造来制造框体11，而是通过精度更高的压铸制造。
需要说明的是，本发明不限于前述实施方式，能够达成本发明目的范围内的变形、改良等都包含在本发明内。
作为平滑电容器，除了薄膜电容器之外，也可以是电解电容器等。
作为第一、第二电子部件，可以是任意一个开关模块，例如，在升压功能另外设置的逆变器中，可以使第一、第二电子部件的其中一个作为发电电动机用开关模块，另一个作为旋转马达用开关模块，也可将二者对调。
冷却叶片只要设置在第一、第二面状部的至少一方即可，另外，不设置的情况也包含在本发明中。
形成一个面状部的罩板由螺栓固定在另一个面状部上，但也可以将这种罩板通过焊接等方式固定。
冷却用流路可以通过利用型芯的重量铸造设置，但在这种情况不需要罩板。进一步地，即使在需要罩板的情况下，也可以使框体的外廓大部分通过铸造制造而成，通过机械加工形成槽状部等。
冷却用流路在所述实施方式中，如图5所示，虽然说明在俯视时为U形(A)，但不限于此，既可以是I形(B)、N形(C)、W形(D)，也可以是M形等任意形状。另外，像(D)这样，可以使冷却液在长边侧进出。进一步地，可以将多个流路独立设置。
作为冷却液，不限于水，也可以是防冻液等。
作为电子设备，优选为，适用于包含逆变器等开关元件和平滑电容器的电力变换装置，也可以是逆变器以外的部件，总而言之，在隔着冷却用流路的一侧的第一配置部和另一侧的第二配置部上分别配置有第一、第二电子部件的电子设备即可。
本发明除了可以用于液压挖掘机以外的混合型建筑机械的逆变器，也可以用于混合型的越野卡车和客车的逆变器。
附图标记说明
1作为建筑机械的液压挖掘机
10作为电子设备的逆变器
11冷却用框体
15底板部
15A开口部
15B第一面状部
15C第二面状部
15D冷却用流路
15H第一叶片
15I第二叶片
15J长边
16第一配置部
17第二配置部
18第三配置部
19罩板
22作为第一电子部件的升压器用开关模块
33作为第二电子部件的发电电动机用开关模块
34作为第二电子部件的旋转马达用开关模块
41平滑电容器组件
41A第一蓄电部
41B第二蓄电部
41C、41D端子

Claims (7)

1.一种电子设备的冷却用框体，其特征在于，具有：
底板部，在其内部形成有供冷却液流动的冷却用流路；
第一配置部，其设置在所述底板部的正面和背面中的一面并配置有第一电子部件；
第二配置部，其设置在所述底板部的正面和背面中的另一面并配置有第二电子部件；
第三配置部，其通过设置在所述底板部的开口部与所述第一配置部和所述第二配置部连通；
平滑电容器组件横跨所述底板部配置在所述第三配置部上，该平滑电容器组件一体具有设置于所述第一电子部件的电路用的第一蓄电部以及设置于所述第二电子部件的电路用的第二蓄电部。
2.如权利要求1所述的电子设备的冷却用框体，其特征在于，
所述冷却用流路形成在所述底板部的一面侧的第一面状部与另一面侧的第二面状部之间，
在所述冷却用流路内至少设置有从所述第一面状部向所述第二面状部突出的第一叶片和从所述第二面状部向所述第一面状部突出的第二叶片中的任意一个。
3.如权利要求1或权利要求2所述的电子设备的冷却用框体，其特征在于，
所述冷却用流路形成在所述底板部的一面侧的第一面状部与另一面侧的第二面状部之间，
所述第一面状部和第二面状部的任意一方由相对于另一方固定的罩板形成。
4.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的电子设备的冷却用框体，其特征在于，
所述冷却用框体形成为在俯视时具有长边和短边的大致矩形，
所述开口部设置为靠近所述冷却用框体的一个长边，
所述冷却流路设置为靠近所述冷却用框体的另一个长边。
5.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的电子设备的冷却用框体，其特征在于，
在所述平滑电容器组件的外部设置有多个端子，
在所述平滑电容器组件的内部埋设有使所述端子彼此导通的直流总线基板。
6.一种电子设备，其特征在于，
具有如权利要求1至权利要求5中任一项所述的电子设备的冷却用框体。
7.一种建筑机械，其特征在于，
搭载有如权利要求6所述的电子设备。
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