CN107294356B - 电力变换装置 - Google Patents

电力变换装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107294356B
CN107294356B CN201610842691.9A CN201610842691A CN107294356B CN 107294356 B CN107294356 B CN 107294356B CN 201610842691 A CN201610842691 A CN 201610842691A CN 107294356 B CN107294356 B CN 107294356B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
power conversion
conversion device
cooling device
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610842691.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107294356A (zh
Inventor
安田阳介
片桐优
前健太郎
西村欣刚
山内崇弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=57890670&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=CN107294356(B) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of CN107294356A publication Critical patent/CN107294356A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107294356B publication Critical patent/CN107294356B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/003—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to auxiliary motors, e.g. for pumps, compressors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/003—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to inverters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20909—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/30—AC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/10—Vehicle control parameters
    • B60L2240/36—Temperature of vehicle components or parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/525—Temperature of converter or components thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/60—Navigation input
    • B60L2240/66—Ambient conditions
    • B60L2240/662—Temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明的目的在于，提供小型且易于维护的电力变换装置。电力变换装置具备：具备电力变换电路的多个功率组件；进行相对于所述多个功率组件的电力输入输出的多个电线；对所述多个功率组件提供液体冷媒的冷却装置；以及将所述多个功率组件与所述冷却装置连接的多个配管，在电力变换装置的中央部设置使所述多个电线和所述多个配管汇集的空间，在与所述空间相接的位置设置：将所述多个电线连接到所述多个功率组件的主电路端子、将所述多个配管连接到所述多个功率组件的多个功率组件侧配管连接器、以及将所述多个配管连接到所述冷却装置的多个冷却装置侧配管连接器。

Description

电力变换装置
技术领域
本发明特别涉及具备以液冷方式来冷却进行电力变换的半导体元件的系统的电力变换装置。
背景技术
在铁道车辆的地板下设置对提供给车辆驱动用的电动机的提供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提供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用于进行电流的开关来对直流/交流进行变换的半导体元件。
在半导体元件中，在通电时以及开关时产生热，若因该热而使半导体元件成为高温，则担心变换效率的降低或元件破坏，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。由于电力变换装置主要搭载在搭载空间受限的车辆地板下等，因此需要以小型的装置构成效率良好地冷却多个半导体元件。特别在高速车辆等要求大容量的电力变换的情况下，使用液冷方式。作为液冷方式的构成，已知JP专利第4479305号所示的构成。
专利第4479305号所记载的电力变换装置具有第1半导体电子部件和与所述第1半导体电子部件分离的第2半导体电子部件，且具备：为了冷却所述第1半导体电子部件而设置于所述第1半导体电子部件的第1热沉；和为了冷却所述第2半导体电子部件而设置于所述第2半导体电子部件的第2热沉。所述第1热沉和所述第2热沉是通过公共的散热器、送风机以及循环泵来提供液体冷媒并使液体冷媒循环的液冷热沉。作为调整流向第1热沉和第2热沉的液体冷媒的流量的单元，具备：根据运转状态来计算所述半导体电子部件的产生热损耗并调整所述液体冷媒的流量的控制装置；和通过该控制装置的控制来调整所述液体冷媒的流量的流量调整阀。通过设为这样的构成，由于能对应于第1半导体电子部件和第2半导体电子部件各自的产生热损耗来调整液体冷媒的流量，因此系统的冷却效率得到提高，能使散热片、循环泵小型化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP专利第4479305号公报
若电力变换装置的电力变换容量变大，则为了确保冷却性能而需要增大提供给热沉的液体冷媒的流量，为了减少压力损耗而需要增大液体冷媒的配管直径。另外，若电力变换容量变大，则伴随电流增大还需要增大电线直径。进而，在由多个电力变换电路来构成装置的情况下，配管和电线的根数变多。为此，为了使电力变换装置进一步小型化，不仅需要考虑散热器和循环泵，还需要考虑配管和电线的配置来进行设计。
另外，所述半导体电子电路部件在因过电流等而发生故障时需要进行更换，进而循环泵等需要定期的维护。据此，还需要考虑装置更换和维护的容易程度来配置构成部件。
发明内容
本发明为了解决上述课题而提出，目的在于，提供小型且易于维护的电力变换装置。
解决所述课题的第1发明中的电力变换装置具备：具备电力变换电路的多个功率组件；进行相对于所述多个功率组件的电力输入输出的多个电线；对所述多个功率组件提供液体冷媒的冷却装置；以及将所述多个功率组件与所述冷却装置连接的多个配管，所述电力变换装置的特征在于，在电力变换装置的中央部设置使所述多个电线和所述多个配管汇集的空间，在与所述空间相接的位置设置：将所述多个电线连接到所述多个功率组件的主电路端子、将所述多个配管连接到所述多个功率组件的多个功率组件侧配管连接器、以及将所述多个配管连接到所述冷却装置的多个冷却装置侧配管连接器。
第2发明中的电力变换装置的特征在于，所述多个冷却装置侧配管连接器设置在所述冷却装置的底面侧，所述多个配管从所述多个功率组件侧配管连接器起通过所述空间的下部后连接到所述多个冷却装置侧配管连接器，所述多个电线从所述多个功率组件的主电路端子起通过所述空间的上部后连接到电力变换装置的输入和输出。
第3发明中的电力变换装置的特征在于，所述冷却装置由对液体冷媒进行冷却的散热器、对散热器提供冷却风的送风机、使液体冷媒循环的泵、对所述多个功率组件分配并提供液体冷媒的分配管、以及从所述多个功率组件接受液体冷媒的汇集管构成，在所述分配管和所述汇集管设置所述多个冷却装置侧配管连接器，设置在所述冷却装置的底面侧，所述送风机设置在所述散热器的下风侧，冷却风从电力变换装置的侧面侧提供给所述散热器，在通过所述散热器、所述分配管、以及所述汇集管之间的空间后从电力变换装置的底面侧排气。
第4发明中的电力变换装置的特征在于，设置在所述分配管和所述汇集管的所述多个冷却装置侧配管连接器交错状配置。
第5发明中的电力变换装置的特征在于，用于对所述冷却装置注入或排出液体冷媒的阀设置在电力变换装置的侧面侧或底面侧的至少1处。
第6发明中的电力变换装置的特征在于，所述多个功率组件构成为各自能相对于电力变换装置个别地装上和卸下。
第7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
如所述那样，在电力变换装置的电力变换容量大进而由多个电力变换电路来构成装置的情况下，配管和电线的直径变大，它们的根数变多。根据第1发明，通过将必要的设置空间大的配管和电线汇集在装置中央的空间，能使电力变换装置小型化。
另外，假设在进行电力变换装置的维护时，从电力变换装置的底面侧进行作业。根据第2发明，通过构成为在冷却装置的底面侧设置配管连接器，配管通过框体内的空间的下部后与配管连接器连接，从而相对于冷却装置将配管装上和卸下的作业以及相对于框体将冷却装置装上和卸下的作业就变得容易，因此能提高维护性。
另外，为了在电力变换装置内极力削减冷却风通过的空间，期望冷却风从底面侧排气。根据第3发明，通过有效使用冷却装置内的空间，能使电力变换装置小型化。
根据第4发明，相对于冷却装置的底面侧将配管装上和卸下的作业变得容易，能提高维护性。
根据第5发明，由于能从冷却装置的侧面侧或底面侧容易地进行将液体冷媒注入或排出的作业，因此能提高维护性。
根据第6发明，由于能个别地将功率组件装上和卸下，因此能提高维护性。
第1至第6发明是适于设置在铁道车辆的地板下的电力变换装置的结构。因而，根据第7发明，能提供小型且易于维护的电力变换装置。
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是表示搭载于本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的冷却装置的构成和对功率组件提供液体冷媒的配管的俯视图。
图3是表示搭载于本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的冷却装置的构成和使液体冷媒从功率组件返回到冷却装置的配管的俯视图。
图4是表示本发明的实施例1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5是表示本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的辅助电源用主电路电线的构成的俯视图。
图6是图2以及图3的A向视图，表示本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的配管路径。
图7是图4以及图5的B向视图，表示本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的电线路径。
图8是图2以及图3的C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冷却装置的配管连接器的位置。
图9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冷却装置的构成的俯视图。
图10是铁道车辆的行进方向的截面图。
标号说明
100 电力变换装置
200 功率组件
210 第1功率组件
211 半导体元件
212 冷却板
213 滤波电容器
214 入口侧配管连接器
215 出口侧配管连接器
220 第2功率组件
230 第3功率组件
240 第4功率组件
250 第5功率组件
216、226、236、246、256 主电路端子
300 冷却装置
310 散热器
320 送风机
321 叶轮箱
322 电动机
323 底座
330 泵
340 膨胀罐
341 贮存罐
350 分配管
351 分配管侧配管连接器
360 汇集管
361 汇集管侧配管连接器
400 空间
411 入口侧配管
412 出口侧配管
413 内壁
414 密闭部
415 开放部
421 单相交流电线
422 直流电线
423 三相交流电线
510 控制装置
520 电抗器
530 交流电容器
540 接触器
551 电动机输出芯
552 辅助电源输出芯
560 电动机输出端子
570 辅助电源输出端子
580 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100由以下要素构成：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510；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520；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530；在接地发生时阻断电流的接触器540；将电动机输出的三相交流的噪声去除的电动机输出芯551；将辅助电源输出的三相交流的噪声去除的辅助电源输出芯552；电动机输出端子560；辅助电源输出端子570；输入端子580。这些器件设置在电力变换装置100的侧面侧或端部侧，在图1所示的电力变换装置100的中央部的被虚线包围的部分设置空间400。
关于功率组件200的配管连接器和主电路端子，以第1功率组件210为例进行说明。在第1功率组件210中，在与空间400相接的位置设置：从冷却装置300提供液体冷媒的入口侧配管连接器214、使液体冷媒返回到冷却装置300的出口侧配管连接器215、以及主电路端子216。关于其他功率组件220、230、240、250，也是同样的构成。
另外，在冷却装置300中，分别设置5处对功率组件200提供液体冷媒的分配管侧配管连接器351和从功率组件200接受液体冷媒的汇集管侧配管连接器361。
对冷却装置以及流过液体冷媒的配管的构成进行说明。图2是表示搭载于本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的冷却装置的构成和对功率组件提供液体冷媒的配管的俯视图。另外，图3是表示使液体冷媒从功率组件返回到冷却装置的配管的俯视图。冷却装置300由以下要素构成：对液体冷媒进行冷却的散热器310；对散热器310提供冷却风的送风机320；使液体冷媒循环的泵330；吸收液体冷媒的温度上升所引起的膨胀的膨胀罐340；对多个功率组件200提供液体冷媒的分配管350；从多个功率组件200接受液体冷媒的汇集管360；进行液体冷媒的注入以及排出的阀370；以及将这些部件连起来的冷却装置内配管380。液体冷媒从泵330提供给分配管350。在分配管350中设置5台分配管侧配管连接器351，液体冷媒经由分配管侧配管连接器351而被分配给5根入口侧配管411。通过了入口侧配管411的液体冷媒从入口侧配管连接器214提供到各功率组件200。在功率组件200受热后的液体冷媒从出口侧配管连接器215提供到出口侧配管412，经由汇集管侧配管连接器361提供到汇集管360。液体冷媒从汇集管360提供到散热器310，与由送风机320提供的冷却风发生热交换而冷却，返回到泵330。
接下来说明冷却装置300内的器件配置。散热器310配置在电力变换装置100的侧面侧。在散热器310的背面设置2台送风机320。在电力变换装置100的中央侧配置分配管350、汇集管360。在散热器310的旁边，在朝向电力变换装置100的侧面侧的方向上设置阀370。在分配管350、汇集管360的旁边设置泵330，在泵的供水侧设置膨胀罐340。
接下来以第1功率组件210为例来说明功率组件200的构成。第1功率组件210由以下要素构成：通过开关来进行电力的变换的多个半导体元件211；在内部具备液体冷媒的流路的冷却板212；对主电路电压进行平滑化的滤波电容器213。半导体元件211安装在冷却板212的两面，滤波电容器213分别设置在半导体元件211的外侧。即，以冷却板212为中心在两侧面设置半导体元件211、滤波电容器213。在冷却板212连接入口侧配管连接器214和出口侧配管连接器215，通过与设置于冷却板212的内部的流路连通而构成液体冷媒的流路。另外，通过将半导体元件211、滤波电容器213和主电路端子216电连接来构成第1功率组件210的主电路。关于其他功率组件220、230、240、250，也是同样的构成。
首先说明电动机驱动用的主电路电线的构成。图4是表示本发明的实施例1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421表示单相交流电线，虚线422表示直流电线，长断续线423表示三相交流电线。单相交流电线421从输入端子580经由接触器540连接到第2功率组件220以及第4功率组件240的主电路端子226、246。第2功率组件220以及第4功率组件240是将单相交流变换成直流的转换器电路，对直流电线422输出直流电力。第2功率组件220以及第4功率组件240的主电路端子226、246经由直流电线422与第1功率组件210以及第3功率组件230的主电路端子216、236连接。第1功率组件210以及第3功率组件230是将直流变换成三相交流的逆变器电路，对三相交流电线423输出三相交流电力。第1功率组件210以及第3功率组件230的主电路端子216、236经由三相交流电线423以及电动机输出芯551与电动机输出端子560连接。
接下来说明辅助电源用的主电路电线的构成。图5是表示本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的辅助电源用的主电路电线的构成的俯视图。在辅助电源用的主电路中，构成转换器电路的第2功率组件220以及第4功率组件240的主电路端子226、246经由直流电线422与第5功率组件250的主电路端子256连接，在构成辅助电源回路的第5功率组件250中，将直流变换成附属设备提供用的三相交流。从第5功率组件250输出的三相交流经由三相交流电线423提供给电抗器520以及交流电容器530，经由辅助电源输出芯552与辅助电源输出端子570连接。
接下来以第1功率组件210为例来说明配管路径和配管连接器的位置。图6是图2以及图3的A向视图，表示本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的配管路径。设置入口侧配管411、出口侧配管412的空间400由被内壁413分割的密闭部414和开放部415构成。送风机320的电动机322设置在底座323之上，分配管350以及汇集管360配置在底座323之下的开放部415。与第1功率组件210的入口侧配管连接器214连接的入口侧配管411和与出口侧配管连接器215连接的出口侧配管412集中在密闭部414的下部，经由设置于内壁413的贯通孔与分配管侧配管连接器351以及汇集侧配管连接器361连接。入口侧配管411、出口侧配管412与设置于内壁413的贯通孔的间隙用油灰等填埋，密闭部414相对于外部大气密闭。关于与其他功率组件220、230、240、250连接的配管，也是同样的构成。
接下来以第1功率组件210为例来说明电线路径。图7是图4以及图5的B向视图，表示本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的电线路径。与第1功率组件210的主电路端子216连接的三相交流电线423集中在设置于密闭部414内的上部的电线设置空间416，通过电线设置空间416后连接到电动机输出芯551、电动机输出端子560，由此构成图4所示的电动机驱动用主电路。关于与其他功率组件220、230、240、250连接的电线，也是同样的构成。
接下来说明冷却装置300内的冷却风的流动。如图6所示那样，冷却风390从电力变换装置100的侧面被吸气，通过散热器310来与液体冷媒进行热交换。送风机320的叶轮箱321设置在散热器310与分配管350、汇集管360之间的空间，通过了散热器310的冷却风在通过叶轮箱321后从电力变换装置100的底面侧被排气。
对冷却装置300的配管连接器的位置进行说明。图8是图2以及图3的C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冷却装置的配管连接器的位置。在实施例1中，分配管350配置在汇集管360之下，设置在分配管350上的5个配管连接器351和设置在汇集管360上的5个配管连接器361彼此交错状配置。
接下来以第1功率组件210为例来说明功率组件的装上和卸下。在将第1功率组件210从电力变换装置100拆卸时，将入口侧配管连接器214、出口侧配管连接器215从第1功率组件210拆卸，从主电路端子216拆卸直流电线422以及三相交流电线423，进而虽未图示，但将与控制装置510连接的控制布线从第1功率组件210拆卸，由此能将第1功率组件210从电力变换装置100个别地拆卸。另外，在安装时，将入口侧配管连接器214、出口侧配管连接器215与第1功率组件210连接，在主电路端子216连接直流电线422、三相交流电线423，进而将控制布线与控制装置510连接，由此能将第1功率组件210个别地安装到电力变换装置100。如此，第1功率组件210能相对于电力变换装置100个别地装上和卸下，关于其他功率组件220、230、240、250，也同样能个别地装上和卸下。
图10是表示铁道车辆的行进方向的截面图。电力变换装置100搭载于铁道车辆600的地板下，冷却装置300从铁道车辆的侧面吸气，向铁道车辆的底面排气。另外，各功率组件配置为能相对于与冷却装置300相反的一侧的铁道车辆的侧面装上和卸下。
在此说明实施例1的效果。在电力变换装置的电力变换容量大进而由多个功率组件来构成电力变换装置的情况下，配管和电线的直径变大，它们的根数变多。如实施例1那样在电力变换装置100的中央部设置空间400，使设置空间大的配管411、412、电线421、422、423汇集于空间400，由此能使用于进行配管以及电线的连接作业的空间公共化，能将电力变换装置100小型化。
另外，假设在进行冷却装置300的维护时，从电力变换装置100的底面侧进行作业。通过构成为在冷却装置300的底面侧设置分配配管连接器351～355和汇集配管连接器361～365，入口侧以及出口侧配管411、412通过空间400的下部后与配管连接器连接，从而相对于冷却装置300将配管411、412装上和卸下的作业以及相对于电力变换装置100将冷却装置300装上和卸下的作业就变得容易，因此能提高维护性。进而通过将配管连接器351、361交错状配置，从而相对于冷却装置300的底面侧将配管411、412装上和卸下的作业就变得容易，能更加提高维护性。
另外，在电力变换装置100中，考虑防水性，期望将电动机输出端子310、辅助电源输出端子570、输入端子580设置在电力变换装置100的上部。为此，通过如实施例1那样使电线421、423集中在空间400的上部的电线设置空间416，从而能最短地构成电线路径，因此能减少电线的电阻以及电感，并能削减电线份的重量。
另外，为了在电力变换装置内极力削减冷却风通过的空间，期望冷却风从底面侧排气。通过如实施例1那样构成为将散热器310配置在电力变换装置100的侧面侧，在其背面配置送风机320，在散热器310与分配管350、汇集管360之间的空间设置送风机320的叶轮箱321，在底面排气，从而能有效利用冷却装置300内的空间，能将电力变换装置100小型化。
另外，通过在朝向电力变换装置100的侧面侧的方向上设置冷却装置300的阀370，从而能从电力变换装置100的侧面侧容易地进行将液体冷媒注入或排出的作业，因此能提高维护性。
另外，通过构成为能个别地将多个功率组件200装上和卸下，从而能提高维护性。
另外，实施例1是适于设置在铁道车辆的地板下的结构，通过设置在铁道车辆的地板下，从而能提供小型且易于维护的电力变换装置。
另外，实施例1假设在电力变换装置100中搭载5台功率组件200，但功率组件200的台数并不限定于5台。另外，关于主电路电线的构成，也并不限定于图4、图5的构成。另外，在图6以及图7中，假设半导体元件211在冷却板212的单面设置4台，但半导体元件211的台数并不限定于此。另外，分配管350以及汇集管360也可以上下相反。
进而在散热器的上风侧，可以根据需要设置空气过滤器。另外，期望利用防振橡胶等使送风机与散热器、底座振动绝缘。
实施例2
图9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冷却装置的构成的俯视图。在实施例1中，在散热器310与泵330之间设置阀370和膨胀罐340，但也可以如实施例2那样，构成为在汇集管360与散热器310之间设置贮存罐341，在贮存罐上部设置阀370。在实施例1中，假设使用外置泵从阀进行液体冷媒的注入，但在实施例2那样的构成中，能通过对贮存罐注入液体冷媒来将液体冷媒注入到流路内。其中，若考虑注入液体冷媒时的流路内的通气，则需要将实施例2的贮存罐341设置在液体冷媒流路的最高点。

Claims (7)

1.一种电力变换装置，具备：
具备电力变换电路的多个功率组件；
进行相对于所述多个功率组件的电力输入输出的多个电线；
对所述多个功率组件提供液体冷媒的冷却装置；以及
将所述多个功率组件与所述冷却装置连接的多个配管，
所述电力变换装置的特征在于，
在电力变换装置的中央部设置使所述多个电线和所述多个配管汇集的空间，
在与所述空间相接的位置设置：将所述多个电线连接到所述多个功率组件的主电路端子、将所述多个配管连接到所述多个功率组件的多个功率组件侧配管连接器、以及将所述多个配管连接到所述冷却装置的多个冷却装置侧配管连接器，
所述液体冷媒从所述冷却装置经由所述冷却装置侧配管连接器、所述配管、和所述功率组件侧配管连接器提供到所述功率组件，在所述功率组件受热后的所述液体冷媒从所述功率组件经由所述功率组件侧配管连接器、所述配管、和所述冷却装置侧配管连接器返回到所述冷却装置发生热交换而冷却。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述多个冷却装置侧配管连接器设置在所述冷却装置的底面侧，
所述多个配管从所述多个功率组件侧配管连接器起通过所述空间的下部后连接到所述多个冷却装置侧配管连接器，
所述多个电线从所述多个功率组件的主电路端子起通过所述空间的上部后连接到电力变换装置的输入和输出。
3.根据权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，
所述冷却装置由对液体冷媒进行冷却的散热器、对散热器提供冷却风的送风机、使液体冷媒循环的泵、对所述多个功率组件分配并提供液体冷媒的分配管、以及从所述多个功率组件接受液体冷媒的汇集管构成，
在所述分配管和所述汇集管设置所述多个冷却装置侧配管连接器，设置在所述冷却装置的底面侧，
所述送风机设置在所述散热器的下风侧，
冷却风从电力变换装置的侧面侧提供给所述散热器，再 通过所述散热器、所述分配管、以及所述汇集管之间的空间后从电力变换装置的底面侧排气。
4.根据权利要求3所述的电力变换装置，其特征在于，
设置在所述分配管和所述汇集管的所述多个冷却装置侧配管连接器交错状配置。
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，
用于对所述冷却装置注入或排出液体冷媒的阀设置在电力变换装置的侧面侧或底面侧的至少1处。
6.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，
所述多个功率组件构成为各自能相对于电力变换装置装上和卸下。
7.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，
所述电力变换装置设置在铁道车辆的地板下。
CN201610842691.9A 2016-03-30 2016-09-22 电力变换装置 Active CN107294356B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-067033 2016-03-30
JP2016067033A JP6470220B2 (ja) 2016-03-30 2016-03-30 電力変換装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107294356A CN107294356A (zh) 2017-10-24
CN107294356B true CN107294356B (zh) 2019-12-31

Family

ID=57890670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610842691.9A Active CN107294356B (zh) 2016-03-30 2016-09-22 电力变换装置

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3228490B1 (zh)
JP (1) JP6470220B2 (zh)
CN (1) CN107294356B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018129835A1 (de) * 2018-11-26 2020-05-28 Beckhoff Automation Gmbh Steuerungssystem, Kopplermodul und Verfahren zur Montage eines Steuerungssystems
EP3925847A4 (en) 2019-02-13 2022-10-26 Hitachi, Ltd. RAILWAY VEHICLE CONTROL DEVICE, RAILWAY VEHICLE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE RAILWAY VEHICLE
CN113677169A (zh) * 2021-09-10 2021-11-19 新风光电子科技股份有限公司 一种分离式相变散热的逆变装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004328838A (ja) * 2003-04-22 2004-11-18 Fuji Electric Systems Co Ltd 冷却装置および電気鉄道車両用補助電源装置
JP2005287214A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
CN103208930A (zh) * 2008-07-29 2013-07-17 株式会社日立制作所 功率转换装置
CN103781688A (zh) * 2011-09-12 2014-05-07 西门子公司 轨道车辆系统

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62299474A (ja) 1986-06-20 1987-12-26 株式会社日立製作所 鉄道車両の床下艤装構造
DE19524115C2 (de) 1995-07-03 2000-03-23 Abb Patent Gmbh Stromrichtergerät mit unterteilten Funktionsräumen
JP3504052B2 (ja) 1996-02-14 2004-03-08 株式会社日立製作所 電気車用電力変換装置
WO2007138645A1 (ja) * 2006-05-25 2007-12-06 Mitsubishi Electric Corporation 車両用補助電源装置
JP4434181B2 (ja) 2006-07-21 2010-03-17 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP4614020B1 (ja) 2009-06-12 2011-01-19 三菱電機株式会社 車両用電力変換装置
CN201590748U (zh) * 2009-11-27 2010-09-22 艾默生网络能源有限公司 一种变流器及其主功率结构
CN102163907B (zh) * 2011-01-28 2014-03-12 中国电力科学研究院 一种基于全控器件的电压源换流器基本功能单元
CN102437714A (zh) * 2011-12-29 2012-05-02 徐州中矿大传动与自动化有限公司 一种三电平变频器水冷散热结构
JP2013216216A (ja) * 2012-04-10 2013-10-24 Ntn Corp インバータ装置の冷却構造
JP2014117121A (ja) * 2012-12-12 2014-06-26 Toshiba Corp 冷却装置及び冷却方法並びに鉄道車両

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004328838A (ja) * 2003-04-22 2004-11-18 Fuji Electric Systems Co Ltd 冷却装置および電気鉄道車両用補助電源装置
JP2005287214A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
CN103208930A (zh) * 2008-07-29 2013-07-17 株式会社日立制作所 功率转换装置
CN103781688A (zh) * 2011-09-12 2014-05-07 西门子公司 轨道车辆系统

Also Published As

Publication number Publication date
EP3228490A1 (en) 2017-10-11
JP6470220B2 (ja) 2019-02-13
JP2017184412A (ja) 2017-10-05
CN107294356A (zh) 2017-10-24
EP3228490B1 (en) 2019-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5702988B2 (ja) 半導体パワーモジュール及びそれが搭載される電力変換装置並びに半導体パワーモジュール搭載用水路形成体の製造方法
EP2277365B1 (en) Modular high-power drive stack cooled with vaporizable dielectric fluid
KR100272807B1 (ko) 전기차용전력변환장치
RU2713620C1 (ru) Бортовое устройство преобразования мощности
US11509196B2 (en) Motor vehicle and power converter device for a motor vehicle
EP2229044B1 (en) Arrangement for a motor controller
JP5544255B2 (ja) 半導体パワーモジュール及び電力変換装置
WO2013080665A1 (ja) パワーコントロールユニット
CN109588000B (zh) 一种集成式牵引变流器冷却系统
JP2018207718A (ja) 電力変換装置
JP6812317B2 (ja) 電力変換装置および電力変換装置を搭載した車両
US20150163961A1 (en) Power Conversion Apparatus
RU158664U1 (ru) Устройство управления комплектом тягового электрооборудования для транспортных средств, преимущественно карьерных самосвалов
CN107294356B (zh) 电力变换装置
CN103988411A (zh) 强制风冷式功率转换装置
CN103973049A (zh) 电机及使用该电机的车辆
JP4466558B2 (ja) 電力変換装置
WO2018143053A1 (ja) 電力変換装置
CN113422565A (zh) 电机控制器以及具有其的电动车辆
CN112706631B (zh) 一种高功率密度水冷双向充电机装置
CN115395129A (zh) 用于高压电池的油冷电池管理系统的设备和方法
EP3945762A1 (en) Scalable modular cooling unit having voltage isolation
CN218888376U (zh) 大功率变频器
CN215322050U (zh) 充电机及辅助变流系统
CN219555487U (zh) 逆变器设备和包括该逆变器设备的汽车牵引电机设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant