CN107294355A - 电力变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力变换装置，相对于框体的装配、维护容易且小型。电力变换装置具备：框体；搭载于所述框体内且具备电力变换电路的多个功率组件；以及搭载于所述框体内且利用液体冷媒对所述多个功率组件进行冷却的冷却装置，所述多个功率组件构成为能以组件单位相对于所述框体装上和卸下，所述框体具备在将所述功率组件安装到所述框体时将功率组件推入的机构。

Description

电力变换装置

技术领域

本发明特别涉及以液冷方式对进行电力变换的半导体元件进行冷却的系统的电力变换装置。

背景技术

在铁道车辆等电动车辆中设置对提供给驱动用的电动机的电力进行控制的车辆驱动用控制装置、对提供给空调等车上电气设备的电力进行控制的辅助电源装置等电力变换装置。在这些电力变换装置中设置进行电流的开关来进行直流/交流的变换的半导体元件。

在半导体元件中，在通电时以及开关时产生热损耗，若因该热损耗而使半导体元件成为高温，则担心会发生元件破坏，因此需要对半导体元件进行冷却，使其成为规定的温度范围。作为半导体元件的冷却方法，有时使用液冷方式。作为采用了液冷方式的电力变换装置的构成，已知JP特表2005-516570号所示的构成。

在JP特表2005-516570号中，记载了将电力变换装置的冷却部件、电子器件电路等高密度安装的手段。

专利文献

专利文献1：JP特表2005-516570号

在铁道车辆中，由于与汽车等用途相比需要大容量的电力变换电路，因此若考虑组装性、维护性，则期望由多个功率组件来构成电力变换电路，按每个功率组件个别地进行功率组件向框体的装配、用于维护的拆卸。另外，在铁道车辆中，电力变换装置由于主要搭载在车辆地板下的受到限制的设置空间中，因此期望装置的小型化。

发明内容

本发明为了解决上述的课题而提出，其目的在于，提供一种功率组件相对于框体的装配、拆卸容易的小型电力变换装置。

解决所述课题的第1发明中的电力变换装置具备：框体；搭载于所述框体内且具备电力变换电路的多个功率组件；以及搭载于所述框体内且利用液体冷媒对所述多个功率组件进行冷却的冷却装置，所述电力变换装置的特征在于，所述多个功率组件构成为能以组件单位相对于所述框体装上和卸下，所述框体具备在将所述功率组件安装到所述框体时将功率组件推入的机构。

第2发明中的电力变换装置的特征在于，通过利用所述推入机构将所述功率组件推入，从而将设置在所述框体侧的冷媒配管连接器与设置在所述功率组件侧的冷媒配管连接器连接。

第3发明中的电力变换装置的特征在于，通过利用所述推入机构将所述功率组件推入，从而将设置在所述框体侧的电连接器与设置在所述功率组件侧的电连接器连接。

第4发明中的电力变换装置的特征在于，将所述功率组件推入的机构由对所述功率组件施加力的保持构件、设置在所述框体侧的铰链、设置在所述框体侧的螺纹孔、以及固定用螺栓构成，利用所述铰链使所述保持构件旋转而将所述保持构件推碰到所述功率组件，通过将所述固定用螺栓逐渐拧紧，从而将所述功率组件逐渐推入，通过利用所述固定用螺栓将所述保持构件与所述框体紧固接合，从而保持设置在所述功率组件侧的冷媒配管连接器与设置在框体侧的冷媒配管连接器的连接。

第5发明中的电力变换装置的特征在于，通过利用所述固定用螺栓将所述保持构件与所述框体紧固接合，从而保持设置在所述功率组件侧的电连接器与设置在所述框体侧的电连接器的连接。

第6发明中的电力变换装置的特征在于，所述推入机构设置在电力变换装置的侧面。

第7发明中的电力变换装置的特征在于，所述冷媒配管连接器设置在电力变换装置的中央部。

第8发明中的电力变换装置的特征在于，所述电连接器设置在电力变换装置的中央部。

第9发明中的电力变换装置的特征在于，具备：进行相对于所述功率组件的电力输入输出的多个布线；以及将所述功率组件与所述冷却装置连接的多个配管，在设置于电力变换装置的中央部的空间汇集所述多个布线和所述多个配管。

第10发明中的电力变换装置的特征在于，设置在铁道车辆的地板下。

发明效果

根据本发明，提供一种相对于框体的装配、拆卸容易的小型电力变换装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的器件配置的俯视图。

图2是图1的A向视图，表示搭载于本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的功率组件。

图3是图2的B向视图，表示搭载于本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的功率组件被装配到框体之前的状态。

图4是图2的B向视图，表示搭载于本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的功率组件被装配到框体的状态。

图5表示搭载于本发明的实施例2所涉及的电力变换装置的功率组件被装配到框体的状态。

图6是表示本发明的实施例2所涉及的电力变换装置的电动机驱动用主电路电线的构成的俯视图。

图7是表示将本发明的实施例所涉及的电力变换装置搭载于铁道车辆的情况下的构成图。

标号说明

100 框体

110 推入机构

111 保持构件

112 铰链

113 L字钢

114 固定用螺栓

121 功率组件侧冷媒配管连接器

122 框体侧冷媒配管连接器

123 框体侧固定板

124 轨道

131 功率组件侧固定板

132 功率组件侧电连接器

133 框体侧电连接器

200 功率组件

201 半导体元件

202 冷却板

203 滤波电容器

204 母线

205 栅极驱动器

206 框架

207 滑动板

300 冷却装置

301 冷却装置侧冷媒配管连接器

400 中央部空间

401 冷媒配管

411 单相交流电线

412 直流电线

413 三相交流电线

501 控制装置

502 电抗器

503 交流电容器

504 接触器

505 电动机输出芯

506 辅助电源输出芯

507 电动机输出端子

508 辅助电源输出端子

509 输入端子

600 车体

700 轨道

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。

实施例1

图1是表示本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的器件配置的俯视图。电力变换装置由以下要素构成：框体100；具备电力变换电路的5台功率组件200；对功率组件200提供液体冷媒的冷却装置300；控制功率组件200的电力变换的控制装置501；对从功率组件输出的三相交流的电流进行平滑化的交流电抗器502；对从功率组件输出的三相交流的电压进行平滑化的交流电容器503；在发生接地时阻断电流的接触器504；去除电动机输出的三相交流的噪声的电动机输出芯505；去除辅助电源输出的三相交流的噪声的辅助电源输出芯506；电动机输出端子507；辅助电源输出端子508；输入端子509。这些器件设置在框体100的侧面侧或端部侧，在图1所示的框体100的中央部的由虚线包围的部分设置中央部空间400。经由框体侧冷媒配管连接器122将冷媒配管401安装于功率组件200，冷媒配管401通过中央部空间400而与设置于冷却装置300的冷却装置侧冷媒配管连接器301连接，构成使液体冷媒循环的流路。在图1中图示了用于从冷却装置300对5台功率组件200提供冷媒的5根冷媒配管401，但实际上，由于用于使液体冷媒从5台功率组件200返回冷却装置300的冷媒配管也设置了5根，因此冷媒配管401总计设置10根，各冷媒配管连接器301、122也各设置10个。另外，5台功率组件200各自构成为能个别地相对于框体100装上和卸下。

对功率组件200的构成进行说明。图2是图1的A向视图，表示搭载于本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的1台功率组件200。功率组件200由如下要素构成：进行电流的开关的半导体元件201；在内部具备液体冷媒流路来对半导体元件进行冷却的冷却板202；对主电路电压进行平滑化的滤波电容器203；流过主电路电流的母线204；对半导体元件201输出用于进行开关的信号的栅极驱动器205；保持冷却板202、滤波电容器203和栅极驱动器205的框架206；设置在框架206的下表面的滑动板207。半导体元件201在冷却板202的两面安装多个。滤波电容器203在冷却板202的两侧各设置1台，通过母线204而与半导体元件201电连接。栅极驱动器205通过控制布线与半导体元件201电连接，但在图面中省略控制布线。

对将功率组件200安装于框体100的状态进行说明。图3是图2的B向视图，表示搭载于本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的1台功率组件200被装配到框体100之前的状态。另外，图4表示功率组件200被装配到框体100的状态。在图3以及图4中，省略了滤波电容器203、母线204、栅极驱动器205、框架206、滑动板207。

在框体100的侧面侧(图2的左侧)设置用于将功率组件200向框体100的中央侧推入的推入机构110。推入机构110由保持构件111、铰链112、L字钢113、固定用螺栓114构成。关于保持构件111，其中央部分成为凸，且以设置在框体上部的铰链112为中心旋转。另外，L字钢113设置在框体100的下部侧，且设置有用于将保持构件111与固定用螺栓114紧固接合的螺纹孔。

在冷却板202，朝向框体100的中央部空间400的方向设置2个功率组件侧冷媒配管连接器121，构成冷媒路径，使得从功率组件侧冷媒配管连接器121的一方流入冷媒，从另一方流出冷媒。另外，在框体100的中央侧，以保持于框体侧固定板123的状态设置2个框体侧冷媒配管连接器122。功率组件侧冷媒配管连接器121和框体侧冷媒配管连接器122成为配对，具有通过施加压缩力而保持两者的连接的机构。关于框体侧冷媒配管连接器122与功率组件侧冷媒配管连接器121相连接的连接部位，隔着框体侧固定板123与该连接部位相反的一侧面向中央部空间400，且连接冷媒配管401。

如图3所示那样，将保持构件111的中央的成为凸的部分推碰到冷却板202，将固定用螺栓114紧固于L字钢113，将保持构件111推向框体100的中央侧，从而将功率组件200向框体100的中央侧逐渐推入。如图4所示那样，通过使固定用螺栓114与L字钢113完全紧固接合，来将功率组件侧冷媒配管连接器121与框体侧冷媒配管连接器122连接。另外，通过使设置于图2所示的功率组件200的框架206的下部的滑动板207在设置于图3以及图4所示的框体100的下部的轨道124上滑动，从而功率组件200一边被引导一边被推入向筐体100的中央侧，以使功率组件侧冷媒配管连接器121与框体侧冷媒配管连接器122连接。

接下来，在图7示出将图1～4中示出的电力变换装置搭载于铁道车辆的情况下的构成图。电力变换装置搭载于铁道车辆的车体600的地板下，在车辆侧面配置功率组件200，能相对于车辆侧面侧将各功率组件200装上和卸下。另外，在设置于功率组件200的中央侧的中央部空间400设置冷媒配管401。

对实施例1的效果进行说明。在将功率组件200装配到框体时，期望功率组件200能从电力变换装置的侧面侧装配到框体100。另一方面，在电力变换装置的电力变换容量大的情况下，为了确保冷却性能而需要增大冷媒的流量，为了减少冷媒配管401内的压力损耗而需要增大冷媒配管401的内径。在假设功率组件侧冷媒配管连接器121和框体侧冷媒配管连接器122位于电力变换装置的侧面侧的情况下，由于需要将冷媒配管401从冷却装置300延长到电力变换装置的侧面侧，因此若冷媒配管401的内径变大，就会成为妨碍将功率组件200装配于框体100的作业的要因。通过如本发明那样将功率组件侧冷媒配管连接器121和框体侧冷媒配管连接器122配置在电力变换装置的中央侧，功率组件200相对于框体100的装配、拆卸就变得容易。

另外，在实施例1中，在电力变换装置内设置5台功率组件200，分别构成为能个别地装上和卸下。通过设为这样的构成，由于将功率组件200装上和卸下的单位的重量变小，因此功率组件200相对于框体100的装配、拆卸作业变得容易。

另外，在实施例1中，在电力变换装置的侧面侧设置用于将功率组件200推入并保持该状态的推入机构110。通过设为这样的构成，由于能从电力变换装置的侧面侧进行将功率组件200推入的作业以及拆卸功率组件200的作业，因此功率组件200相对于框体100的装配、拆卸变得容易。

进而，在将功率组件侧冷媒配管连接器121与框体侧冷媒配管连接器122连接时，为了在振动的环境中也防止冷媒泄漏，需要某种程度大的压缩力。构成推入机构110的保持构件111以框体上部的铰链112为支点而旋转，将框体下部的固定用螺栓114作为力点，将保持构件111的中央部成为凸的部分作为作用点，来推入功率组件200。通过设为这样的构成，仅将力点即固定用螺栓114拧紧，就能根据杠杆原理以小的轴向力将功率组件200简单推入，因此功率组件200向框体100的装配作业变得容易。

另外，在由多个功率组件200构成电力变换装置的情况下，由于冷媒配管401的数量变多，因此需要大的设置空间。通过如实施例1那样在框体100中设置中央部空间400，使冷媒配管401在中央部空间400汇集，从而能使电力变换装置小型化。

另外，在对设置在铁道车辆的地板下的电力变换装置的功率组件进行维护时，期望是能将功率组件从电力变换装置的侧面侧拆卸、装配的构成。通过设为实施例1的构成，能提供适于向铁道车辆的地板下设置的小型且易于维护的电力变换装置。

另外，也可以构成为能将保持构件111从铰链112拆卸的构成。通过设为能拆卸的构成，在将功率组件200插入到框体100直至图3所示的状态时，或者在从图3所示的状态起将功率组件200向框体100外部拆卸时，就不会给作业造成妨碍，因此功率组件200相对于框体100的装配、拆卸变得容易。

实施例2

图5是表示搭载于本发明的实施例2所涉及的电力变换装置的功率组件被安装到框体的状态的图。在图5中省略了栅极驱动器205、框架206、滑动板207。在实施例2中，在冷却板202的装置中央侧设置功率组件侧固定板131，以保持于功率组件侧固定板131的状态设置功率组件侧电连接器132。滤波电容器203经由母线204与功率组件侧电连接器132电连接。另外，在框体100的中央侧，以保持于框体侧固定板123的状态设置框体侧电连接器133。功率组件侧电连接器132和框体侧电连接器133成为配对，由推入机构110将功率组件200推入框体100，由此将功率组件侧电连接器132与框体侧电连接器133连接。对于框体侧电连接器133与功率组件侧电连接器132相连接的连接部位，与该连接部位相反的一侧面向中央部空间400，且连接直流电线412。

由于通过如实施例2那样利用推入机构110将功率组件200推入框体100，能构成为不仅将冷媒连接器还将电连接器以高的压缩力推压而连接，因此在振动的环境中也能防止电连接被阻断，功率组件200相对于框体100的装配、拆卸变得容易。

另外，在图5中以将功率组件200与直流电线412连接的状态为例进行了图示，但本发明并不限定于此，关于后述的单相交流电线411、三相交流电线413的连接也能应用。

另外，图6是表示本发明的实施例2所涉及的电力变换装置的电动机驱动用主电路电线的构成的俯视图。图中的断续线411表示单相交流电线，虚线412表示直流电线，长断续线413表示三相交流电线。单相交流电线411从输入端子509经由接触器504连接到功率组件200。功率组件200分别各2组2组地由直流电线412连接。功率组件200的输出即三相交流电线413经由电动机输出芯505连接到电动机输出端子507。这些单相交流电线411、直流电线412、三相交流电线413在中央部空间400汇集而设置。

在电力变换装置的电力变换容量大、进而由多个功率组件200来构成电力变换装置的情况下，电线的直径变大，根数变多。通过如实施例2那样在电力变换装置100的中央部空间400汇集单相交流电线411、直流电线412、三相交流电线413，从而能使电力变换装置小型化。

Claims (10)

1.一种电力变换装置，具备：

框体；

搭载于所述框体内且具备电力变换电路的多个功率组件；以及

搭载于所述框体内且利用液体冷媒对所述多个功率组件进行冷却的冷却装置，

所述电力变换装置的特征在于，

所述多个功率组件构成为能以组件单位相对于所述框体装上和卸下，

所述框体具备在将所述功率组件安装到所述框体时将功率组件推入的机构。

2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，

通过利用所述推入机构将所述功率组件推入，从而将设置在所述框体侧的冷媒配管连接器与设置在所述功率组件侧的冷媒配管连接器连接。

3.根据权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于，

通过利用所述推入机构将所述功率组件推入，从而将设置在所述框体侧的电连接器与设置在所述功率组件侧的电连接器连接。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电力变换装置，其特征在于，

将所述功率组件推入的机构由对所述功率组件施加力的保持构件、设置在所述框体侧的铰链、设置在所述框体侧的螺纹孔、以及固定用螺栓构成，

利用所述铰链使所述保持构件旋转而将所述保持构件推碰到所述功率组件，通过将所述固定用螺栓逐渐拧紧，从而将所述功率组件逐渐推入，

通过利用所述固定用螺栓将所述保持构件与所述框体紧固接合，从而保持设置在所述功率组件侧的冷媒配管连接器与设置在框体侧的冷媒配管连接器的连接。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的电力变换装置，其特征在于，

通过利用所述固定用螺栓将所述保持构件与所述框体紧固接合，从而保持设置在所述功率组件侧的电连接器与设置在所述框体侧的电连接器的连接。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的电力变换装置，其特征在于，

所述推入机构设置在电力变换装置的侧面。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的电力变换装置，其特征在于，

所述冷媒配管连接器设置在电力变换装置的中央部。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的电力变换装置，其特征在于，

所述电连接器设置在电力变换装置的中央部。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的电力变换装置，其特征在于，

电力变换装置由所述功率组件、进行相对于所述功率组件的电力输入输出的多个布线、搭载于所述框体内并对所述功率组件提供液体冷媒的冷却装置、以及将所述功率组件与所述冷却装置连接的多个配管构成，

在电力变换装置的中央部汇集所述多个布线和所述多个配管。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的电力变换装置，其特征在于，

所述电力变换装置设置在铁道车辆的地板下。