CN111434021B - 电力变换装置及铁道车辆 - Google Patents

电力变换装置及铁道车辆 Download PDF

Info

Publication number
CN111434021B
CN111434021B CN201880078083.2A CN201880078083A CN111434021B CN 111434021 B CN111434021 B CN 111434021B CN 201880078083 A CN201880078083 A CN 201880078083A CN 111434021 B CN111434021 B CN 111434021B
Authority
CN
China
Prior art keywords
receiving plate
power conversion
heat receiving
conversion device
heat
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
CN201880078083.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111434021A (zh
Inventor
铃木怜子
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.)
Toshiba Corp
Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
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
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of CN111434021A publication Critical patent/CN111434021A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111434021B publication Critical patent/CN111434021B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • 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
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/007—Physical arrangements or structures of drive train converters specially adapted for the propulsion motors of electric 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
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • 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
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14325—Housings specially adapted for power drive units or power converters for cabinets or racks
    • 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
    • H05K7/2029—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20336—Heat pipes, e.g. wicks or capillary pumps
    • 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
    • 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
    • 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
    • H05K7/20936—Liquid coolant with 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
    • B60L2210/20—AC 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
    • B60L2240/40—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
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/16—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors
    • B60L9/24—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors fed from ac supply lines
    • 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
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • 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
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

提供即使受热板的第一面上的多个半导体元件之一发生故障，也能够抑制其他半导体元件损伤的电力变换装置以及铁道车辆。实施方式的电力变换装置具有多个半导体元件(32A、32B、32C)、受热板(33)以及第一分隔部件(34A、34B)。所述多个半导体元件(32A、32B、32C)构成电力变换部(41)。所述受热板(33)用第一面(33a)来支承所述多个半导体元件(32A、32B、32C)。所述第一分隔部件(32A、32B、32C)固定于所述受热板(33)，将所述多个半导体元件(32A、32B、32C)之间隔开。

Description

电力变换装置及铁道车辆
技术领域
本发明的实施方式涉及电力变换装置及铁道车辆。
背景技术
铁路车辆有时具备电力变换装置。在电力变换装置中，由进行开关动作的半导体元件、电阻器等电气设备构成电力变换部。
通过半导体元件的开关动作，从半导体元件产生热。为了使热从半导体元件有效地散热，研究了使从固定了半导体元件的受热板散热。
为了即使半导体元件发生故障也使电力变换装置动作，有时电力变换装置并联地具备多个半导体元件。
当半导体元件发生故障时，发生了故障的半导体元件会飞散。因此，优选针对每个半导体元件准备受热板，确保半导体元件间的距离。若这样构成，则发生了故障的半导体元件的影响难以波及到其他半导体元件。
但是，若按每个半导体元件准备受热板，则需要多个受热板。另外，若在受热板的两面安装半导体元件，则在电力变换装置内为了半导体元件用而应该确保的空间变大。因此，在通常的例子中，电力变换装置是将多个半导体元件安装在一个受热板的第一面上而构成的。
然而，在上述电力变换装置中，若多个半导体元件之一发生故障，则发生了故障的半导体元件飞散时有可能损伤其他半导体元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-071482号公报
发明内容
发明解决的技术问题
本发明要解决的技术问题在于，提供即使受热板的第一面上的多个半导体元件之一发生故障，也能够抑制其他半导体元件损伤的电力变换装置以及铁道车辆。
用于解决技术问题的手段
实施方式的电力变换装置具有多个半导体元件、受热板以及第一分隔部件。所述多个半导体元件构成电力变换部。所述受热板用第一面来支承所述多个半导体元件。所述第一分隔部件固定于所述受热板，将所述多个半导体元件之间隔开。
附图说明
图1是示意性地表示一个实施方式的铁道车辆的侧视图。
图2是一个实施方式的铁道车辆中的电力变换部的框图。
图3是从侧面观察一个实施方式的铁道车辆中的电力变换装置的主要部分而得到的剖视图。
图4是沿着图1中的IV-IV线的剖视图。
图5是从侧面观察一个实施方式的变形例中的电力变换装置的主要部分的剖视图。
图6是从侧面观察一个实施方式的变形例中的电力变换装置的主要部分的剖视图。
图7是从侧面观察一个实施方式的变形例中的电力变换装置的主要部分的剖视图。
图8是从侧面观察一个实施方式的变形例中的电力变换装置的主要部分的剖视图。
图9是从侧面观察一个实施方式的变形例中的电力变换装置的主要部分的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式的电力变换装置及铁道车辆进行说明。
以下，参照图1至图9对铁道车辆的一个实施方式进行说明。
如图1所示，本实施方式的铁道车辆1具备车体11、车轮21、本实施方式的电力变换装置31以及控制部71。
例如，车体11形成为在轨道22延伸的方向上较长的长方体状。在车体11内形成有机械室12。在机械室12内设置有电力变换装置31。在车体11的顶面，朝向上方地设置有导电弓13。导电弓13以能够从架线14的下方与架线14接触的方式配置。导电弓13通过电线42(参照图2)等与电力变换装置31连接。
另外，在本实施方式中，设为经由导电弓13从架线14向电力变换装置31进行电力供给而进行说明。但是，也可以从搭载于铁道车辆的发电机、蓄电装置向电力变换装置31进行电力供给。
车轮21在车体11的宽度方向上相互隔开间隔地配置。车轮21配置在轨道22上。车轮21被支承为能够绕设置于台车23的旋转轴24旋转。台车23固定于车体11的底面。
电动机25A、25B经由未图示的齿轮箱等与旋转轴24连结。电动机25A、25B通过后述的电线48、49(参照图2)与电力变换装置31连接。电动机25A、25B在从电力变换装置31输入了基于交流的电力时，经由齿轮箱等使旋转轴24旋转。在该例中，电动机25A、25B均能够使旋转轴24旋转。
如图1以及图3所示，电力变换装置31具备多个半导体元件32A、32B、32C、受热板33、第一分隔板(第一分隔部件)34A、34B、第二分隔板(第二分隔部件)35A、35B、盖36、第一电气设备37A以及散热部38。
以下，有时将半导体元件32A、32B、32C简记为半导体元件32A～32C。关于后述的第一槽53A、53B、53C、53D等，也是同样的。
在该例子中，如图2所示，半导体元件32A构成变换器，半导体元件32B、32C分别构成逆变器。此外，包含半导体元件32A～32C而构成电力变换部41。构成变换器的半导体元件32A将从导电弓13经由电线42输送的交流变换为直流。构成逆变器的半导体元件32B、32C通过电线43、44与构成变换器的半导体元件32A并联连接。构成逆变器的半导体元件32B、32C将直流变换为交流。
另外，在该例子中，用一个封装表示构成变换器、逆变器的半导体元件。但是，也可以用各相或各上下臂等多个半导体元件构成模块(封装)。
在电线43、44上分别设置有开放开关45、46。开放开关45能够切换为电流流过电线43的闭合状态和电流不流过电线43的打开状态。开放开关46与开放开关45同样地能够相对于电线44切换为闭合状态和打开状态。
优选在半导体元件32B、32C上安装有电流传感器，该电流传感器检测半导体元件32B、32C变换后的交流的电流值。电流传感器用于检测半导体元件32B、32C是否发生了故障。但是，检测半导体元件32B、32C的故障的传感器并不限定于此。电流传感器将检测结果定期地发送至控制部71。
半导体元件32B和电动机25A通过电线48连接。半导体元件32C和电动机25B通过电线49连接。
另外，电力变换装置31驱动的电动机的数量没有特别限定，可以是2个，也可以是4个以上。例如，电力变换装置31驱动感应电动机时，也可以用构成逆变器的半导体元件驱动多个感应电动机。另外，在电力变换装置31驱动同步电动机时，也可以设置与同步电动机相同数量的构成逆变器的半导体元件来进行驱动。
如图4所示，例如，受热板33在从厚度方向观察的正面观察时形成为矩形状。如图3及图4所示，在受热板33内形成有流路52。流路52形成于从正面观察时受热板33的中央部。流路52沿着受热板33的长度方向延伸。另外，在正面观察时，优选流路52的入口及出口的宽度比流路52的长度方向的中央部的宽度窄。例如，受热板33以长度方向沿着上下方向的方式配置。
在流路52内配置有未图示的波纹状散热片等导热促进部件。导热促进部件固定于流路52的内表面。
在受热板33的第一面33a形成有第一槽53A、53B、53C、53D。第一槽53A～53D沿受热板33的宽度方向延伸，并且在受热板33的长度方向上相互隔开间隔而配置。第一槽53A～53D沿着受热板33的长度方向按照该顺序排列配置。第一槽53A～53D未到达受热板33的宽度方向的各端部。第一槽53A～53D未到达受热板33内的流路52(参照图3)。
在受热板33的四角分别形成有贯通孔54。贯通孔54沿厚度方向贯通受热板33。在从正面观察受热板33时，贯通孔54配置于流路52的外侧。
受热板33由导热率大的铝或铜等金属形成。当受热板33由铝形成时，能够使受热板33更轻。
在受热板33的第一面33a上的第一槽53A与第一槽53B之间的部分支承有半导体元件32A。例如，半导体元件32A经由具有传热性的润滑脂而固定于受热板33的第一面33a。
同样地，在受热板33的第一面33a上的第一槽53B与第一槽53C之间的部分支承有半导体元件32B。在受热板33的第一面33a上的第一槽53C与第一槽53D之间的部分支承有半导体元件32C。半导体元件32A～32C沿着受热板33的长度方向按照该顺序排列配置。
半导体元件32A～32C优选配置在正面观察时形成有流路52的范围内。
如图3所示，盖36形成为与受热板33相同的板状。盖36以与受热板33的第一面33a对置且与受热板33平行的方式配置。盖36与受热板33一起以夹着第一分隔板34A、34B以及第二分隔板35A、35B的方式配置。
在盖36的与受热板33的第一面33a对置的第一面36a形成有第二槽56A、56B、56C、56D。第二槽56A～56D与第一槽53A～53D同样地形成，以与第一槽53A～53D分别对置的方式配置。
在盖36的四角分别形成有贯通孔57。
第二分隔板35A通过分别嵌合于受热板33的第一槽53A以及盖36的第二槽56A而固定于受热板33以及盖36。同样地，第一分隔板34A通过分别嵌合于受热板33的第一槽53B以及盖36的第二槽56B而固定于受热板33以及盖36。第一分隔板34B通过分别嵌合于受热板33的第一槽53C以及盖36的第二槽56C而固定于受热板33以及盖36。第二分隔板35B通过分别嵌合于受热板33的第一槽53D以及盖36的第二槽56D而固定于受热板33以及盖36。
第一分隔板34A、34B以及第二分隔板35A、35B分别配置于受热板33的第一面33a以及盖36的第一面36a。第一分隔板34A、34B及第二分隔板35A、35B以各自的厚度方向成为受热板33的长度方向的方式配置。
第一分隔板34A将半导体元件32A与半导体元件32B之间分隔。
同样地，第一分隔板34B将半导体元件32B与半导体元件32C之间分隔。一对第二分隔板35A、35B以在受热板33的长度方向上夹着半导体元件32A～32C整体的方式配置。
形成第一分隔板34A、34B和第二分隔板35A、35B的材料并不特别限定于铝等金属、树脂等。形成盖36的材料也是同样的。盖36也可以由具有电绝缘性的材料形成。
受热板33以及盖36通过螺栓59以及螺母60而相互固定。具体而言，螺栓59分别插入到盖36的贯通孔57及受热板33的贯通孔54。在突出到受热板33的与盖36相反的一侧的螺栓59上嵌合有螺母60。通过螺栓59以及螺母60，在厚度方向上夹着将第一分隔板34A、34B、第二分隔板35A、35B夹在中间的受热板33以及盖36。
另外，也可以设置第二分隔板，以通过受热板33、盖36以及第二分隔板35A、35B堵塞在受热板33的宽度方向上形成的开口。
第一电气设备37A固定于盖36中的与半导体元件32A～32C相反的一侧的第二面36b。例如，第一电气设备37A是用于驱动半导体元件32A～32C的电路。第一电气设备37A与半导体元件32A～32C电连接，控制半导体元件32A～32C。
散热部38利用水等冷却液来冷却受热板33。如图1所示，散热部38具有热交换器63、配管64、鼓风机(送风机)65、泵66。
热交换器63使用翅片管型等任意的热交换器。热交换器63使在受热板33的流路52内流动的冷却液散热。配管64依次与受热板33的流路52以及热交换器63连接。优选在配管64上设置有用于蓄积冷却液的罐68。
鼓风机65使用涡轮风扇、西洛克风扇等任意风扇。鼓风机65以与热交换器63相对置的方式配置，使空气在热交换器63中流动。泵66使冷却液在配管64中流动。
这样，在电力变换装置31中，受热板33被所谓的循环式液冷方式的散热部38冷却。
控制部71具有CPU(Central Processing Unit)、存储器等。控制部71进行铁道车辆1整体的控制。在控制部71连接有开放开关45、46、鼓风机65以及泵66等。控制部71基于从电流传感器发送的电流值，判断半导体元件32B、32C是否发生了故障。
接着，对如以上那样构成的铁道车辆1的动作进行说明。另外，在初始状态下，开放开关45、46处于闭合状态。
当从架线14经由导电弓13、电线42向电力变换装置31的半导体元件32A供给交流时，第一电气设备37A驱动半导体元件32A～32C。半导体元件32A将交流变换为直流。变换后的直流通过电线43、44分别被供给至半导体元件32B、32C。半导体元件32B将直流变换为交流，并将变换后的交流供给至电动机25A。电动机25A经由齿轮箱等使旋转轴24旋转。车轮21在轨道22上旋转。
同样地，通过由半导体元件32C变换后的交流，电动机25B使车轮21旋转。这样，通过电动机25A、25B的驱动力，铁道车辆1行驶。
电流传感器将半导体元件32B、32C变换后的交流的电流值定期地发送至控制部71。
半导体元件32A～32C在进行电力变换时产生热。控制部71驱动鼓风机65及泵66。
半导体元件32A～32C所发出的热经由受热板33及导热促进部件传递至流路52内的冷却液。若热被传递至冷却液，则半导体元件32A～32C被冷却。
在流路52内被加热的冷却液，通过泵66在配管64内流动，并流入热交换器63内。鼓风机65使机械室12内的空气流向热交换器63，由此冷却液的热经由热交换器63传递至空气。这样，机械室12内的空气被加热，热交换器63内的冷却液被冷却。在热交换器63内被冷却后的冷却液在配管64内流动并再次流入受热板33的流路52内。
此外，在配管64内流动的冷却液的量减少的情况下，冷却液从罐68内供给至配管64内。
例如，假设在铁路车辆1行驶的期间，半导体元件32C发生了故障。虽然发生了故障的半导体元件32C飞散，但由于电力变换装置31具备第一分隔板34A、34B，因此飞散并朝向半导体元件32A、32B侧的半导体元件32C被第一分隔板34A、34B遮挡。
另外，由于电力变换装置31具备第二分隔板35B，因此飞散并朝向与半导体元件32A、32B相反的一侧的半导体元件32C被第二分隔板35B遮挡。
当半导体元件32C发生故障时，半导体元件32C变换后的电流值变少。控制部71根据电流传感器发送的电流值，判断为半导体元件32C发生了故障。控制部71使开放开关46成为打开状态，将半导体元件32C以及电动机25B从控制对象分离。
但是，由于车轮21通过由半导体元件32B变换后的交流而旋转，因此铁道车辆1继续行驶。
如以上说明的那样，根据本实施方式的电力变换装置31，即使发生了故障而飞散的半导体元件32C朝向半导体元件32A、32B侧，半导体元件32C也被第一分隔板34A、34B遮挡。因此，即使受热板33的第一面33a上的半导体元件32C发生了故障，也能够抑制半导体元件32A、32B损伤。通过在一张受热板33上固定多个半导体元件32A～32C，从而能够使电力变换装置31小型化。
第一分隔板34A、34B通过与形成于受热板33的第一槽53B、53C嵌合而固定于受热板33。因此，即使在受热板33中的欲固定第一分隔板34A、34B的部分形成有流路52，也不会在该部分形成贯通孔而对流路52产生阻碍，能够将第一分隔板34A、34B固定于受热板33。
电力变换装置31具备盖36，第一分隔板34A、34B通过与形成于盖36的第二槽56B、56C嵌合而固定于盖36。通过以夹着第一分隔板34A、34B的方式配置的受热板33以及盖36来固定第一分隔板34A、34B，因此能够更可靠地将第一分隔板34A、34B固定于受热板33以及盖36。能够使用盖36将第一电气设备37A堆叠。
第一电气设备37A固定于盖36的第二面36b。即使发生了故障而飞散的半导体元件32C朝向第一电气设备37A侧，半导体元件32C也被盖36遮挡。因此，即使半导体元件32C发生故障，也能够抑制第一电气设备37A损伤。
电力变换装置31具备第二分隔板35A、35B。即使发生了故障而飞散的半导体元件32C朝向第二分隔板35A、35B的外侧，半导体元件32C也被第二分隔板35A、35B遮挡。因此，即使半导体元件32C发生了故障，也能够抑制在第二分隔板35A、35B的外侧配置的部件等损伤。
电力变换装置31具备利用冷却液对受热板33进行冷却的散热部38。能够利用与利用空气等气体的冷却相比电热性能比较高的冷却液有效地冷却受热板33。
另外，根据本实施方式的铁道车辆1，即使受热板33的第一面33a上的半导体元件32C发生故障，也能够使用抑制了半导体元件32A、32B损伤的电力变换装置31来构成铁道车辆1。
此外，电力变换装置31也可以不具备第二分隔板35A、35B、盖36、第一电气设备37A以及散热部38。
本实施方式的电力变换装置31能够如以下说明的那样使其构成进行各种变形。
可以如图5所示的电力变换装置76那样，除了电力变换装置31的各构成之外，还具备固定于受热板33的与第一面33a相反侧的第二面33b的第二电气设备37B。例如，第二电气设备37B是电阻器，与半导体元件32A～32C电连接。
在这样构成的变形例的电力变换装置76中，即使发生了故障而飞散的半导体元件32C朝向第二电气设备37B侧，半导体元件32C也被受热板33遮挡。因此，即使半导体元件32C发生故障，也能够抑制第二电气设备37B损伤。
也可以如图6所示的电力变换装置81那样，在电力变换装置76的各构成中，第一电气设备37A固定于受热板33的第一面33a。在该变形例中，受热板33在半导体元件32C侧相对于半导体元件32A较长地形成。
第一电气设备37A配置于半导体元件32B的与半导体元件32B相反的一侧、即第二分隔板35A、35B的外侧。第一电气设备37A和半导体元件32C由第二分隔板35B分隔。
在这样构成的变形例的电力变换装置81中，即使发生了故障而飞散的半导体元件32C朝向第一电气设备37A侧，半导体元件32C也被第二分隔板35B遮挡。因此，即使半导体元件32C发生故障，也能够抑制第一电气设备37A损伤。另外，在受热板33的第一面33a不仅能够配置半导体元件32A～32C，还能够配置第一电气设备37A。
还可以如图7所示的电力变换装置86那样，将电力变换装置81的第二电气设备37B固定于受热板33的第一面33a。在该变形例中，第二电气设备37B配置在第一电气设备37A的与半导体元件32C相反的一侧。
在这样构成的变形例的电力变换装置86中，即使发生了故障而飞散的半导体元件32C朝向电气设备37A、37B侧，半导体元件32C也被第二分隔板35B遮挡。因此，即使半导体元件32C发生故障，也能够抑制电气设备37A、37B损伤。另外，能够将半导体元件32A～32C以及电气设备37A、37B(电力变换装置86)在受热板33的厚度方向上较薄地配置。
还可以如图8所示的电力变换装置91那样，代替电力变换装置31的散热部38而具备多个翅片部件(突部)92。通过多个翅片部件92和受热板33构成散热翅片式的散热部93。多个翅片部件92从受热板33的第二面33b向受热板33的厚度方向突出。多个翅片部件92优选沿着受热板33的长度方向在上下方向上延伸。在受热板33的宽度方向上相互隔开间隔地配置。
另外，设置于受热板33的翅片部件92的数量没有限制，翅片部件92的数量也可以是一个。
在这样构成的变形例的电力变换装置91中，半导体元件32A～32C所发出的热经由受热板33及多个翅片部件92传递至散热部93附近的空气。若向空气传递热，则半导体元件32A～32C被冷却。
由散热部93加热后的空气膨胀而密度变低。密度变低后的空气通过了在受热板33的宽度方向上相邻的翅片部件92之间等后向上方移动。散热部93通过所谓的自然对流方式进行冷却。
在这样构成的变形例的电力变换装置91中，由于在散热部93不使用冷却液，因此能够使散热部93小型化。
另外，电力变换装置91也可以具备使空气流向散热部93的鼓风机94。例如，鼓风机94使空气沿着多个翅片部件92向上方流动。在该情况下，散热部93通过所谓的强制对流方式被冷却，与自然对流方式相比冷却性能提高。
还可以如图9所示的电力变换装置96那样，代替电力变换装置31的散热部38而具备对受热板33进行冷却的热管97。例如，热管97以沿上下方向延伸的方式配置。热管97的下端部固定于受热板33的第二面33b。优选在热管97的上端部固定有多个翅片部件98。在热管97内封入有替代氟利昂等工作液。
在这样构成的变形例的电力变换装置96中，半导体元件32A～32C所发出的热经由受热板33而传递至热管97的下端部。当热被传递至热管97时，半导体元件32A～32C被冷却。
热管97的下端部内的工作液因被传递的热而气化，成为工作气体。工作气体的密度变低而移动至热管97的上端部内。移动至热管97的上端部内的工作气体，热被多个翅片部件98夺取。热被夺取后的工作气体液化而成为工作液。工作液的密度变高而移动至热管97的下端部内。
这样，利用热管97的工作液的气化热，能够有效地冷却半导体元件32A～32C。
此外，在变形例的电力变换装置96中，也可以具备散热部来代替热管97，该散热部使通过压缩机而成为高温且高压的工作气体节流膨胀而进行冷却。
另外，在本实施方式中，第一分隔板34A通过与形成于受热板33的第一槽53B嵌合而固定于受热板33。但是，第一分隔板34A也可以在受热板33中的未形成有流路52的部分所设置的贯通孔，通过螺栓等固定于受热板33。在该情况下，在受热板33上不形成第一槽53B。对于第一分隔板34B也是同样的。
第一分隔部件是第一分隔板34A、34B，第二分隔部件是第二分隔板35A、35B。但是，第一分隔板34A、34B以及第二分隔板35A、35B的形状并不限定于板状，也可以是块状等。
根据以上说明的至少一个实施方式，通过具有第一分隔板34A、34B，即使受热板33的第一面33a上的半导体元件32A～32C之一发生故障，也能够抑制其他半导体元件损伤。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨中，同样地包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。
附图标记说明
1…铁路车辆，31、76、81、86、91、96…电力变换装置，32A、32B、32C…半导体元件，33…受热板、33a…第一面、33b…第二面、34A、34B…第一分隔板(第一分隔部件)，35A、35B…第二分隔板(第二分隔部件)、36…盖、37A…第一电气设备，37B…第二电气设备、38…散热部、41…电力变换部、53A、53B、53C、53D…第一槽，56A、56B、56C、56D…第二槽、92…翅片部件(突部)、97…热管

Claims (10)

1.一种电力变换装置，具备：构成电力变换部的多个半导体元件；受热板，用第一面来支承所述多个半导体元件；第一分隔部件，固定于所述受热板，将所述多个半导体元件之间分隔；以及盖，该盖配置为与所述受热板一起夹着所述第一分隔部件，在所述盖上形成有第二槽，所述第一分隔部件通过嵌合于所述第二槽而固定于所述盖。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，在所述受热板上形成有第一槽，所述第一分隔部件通过嵌合于所述第一槽而固定于所述受热板。
3.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，具备第一电气设备，该第一电气设备固定于所述盖的与所述多个半导体元件相反的一侧。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电力变换装置，其中，具备一对第二分隔部件，该一对第二分隔部件固定于所述受热板，并配置为夹着所述多个半导体元件整体。
5.根据权利要求4所述的电力变换装置，其中，具备第一电气设备，该第一电气设备固定于所述受热板的所述第一面中的所述一对第二分隔部件的外侧。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的电力变换装置，其中，具备第二电气设备，该第二电气设备固定于所述受热板的与所述第一面相反的一侧的第二面。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的电力变换装置，其中，具备利用冷却液对所述受热板进行冷却的散热部。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的电力变换装置，其中，具备从所述受热板突出的突部。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的电力变换装置，其中，具备对所述受热板进行冷却的热管。
10.一种铁道车辆，具备权利要求1至9中任一项所述的电力变换装置。
CN201880078083.2A 2017-12-04 2018-11-26 电力变换装置及铁道车辆 Active CN111434021B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-232546 2017-12-04
JP2017232546A JP7027140B2 (ja) 2017-12-04 2017-12-04 電力変換装置及び鉄道車両
PCT/JP2018/043389 WO2019111743A1 (ja) 2017-12-04 2018-11-26 電力変換装置及び鉄道車両

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111434021A CN111434021A (zh) 2020-07-17
CN111434021B true CN111434021B (zh) 2024-04-26

Family

ID=66750556

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880078083.2A Active CN111434021B (zh) 2017-12-04 2018-11-26 电力变换装置及铁道车辆

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11395445B2 (zh)
EP (1) EP3723263A4 (zh)
JP (1) JP7027140B2 (zh)
KR (1) KR20200092999A (zh)
CN (1) CN111434021B (zh)
WO (1) WO2019111743A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6944251B2 (ja) * 2017-02-27 2021-10-06 川崎重工業株式会社 制御盤

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101542720A (zh) * 2006-11-23 2009-09-23 西门子公司 用于功率器件、尤其是功率半导体器件的防爆型模块结构及其制造
JP2012204366A (ja) * 2011-03-23 2012-10-22 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
CN103842234A (zh) * 2011-09-26 2014-06-04 株式会社东芝 液冷式电力转换装置以及铁道车辆
CN106304731A (zh) * 2016-10-14 2017-01-04 无锡市海升电子科技有限公司 一种使用方便的电子设备用机箱

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2995590B2 (ja) * 1991-06-26 1999-12-27 株式会社日立製作所 半導体冷却装置
JPH0795771A (ja) * 1993-09-20 1995-04-07 Sansha Electric Mfg Co Ltd 電源装置の冷却構造
JPH07194139A (ja) * 1993-12-27 1995-07-28 Hitachi Ltd 電気自動車用インバータの冷却装置
GB2353418B (en) * 1999-02-24 2003-02-26 Mitsubishi Electric Corp Power drive apparatus
JP3959248B2 (ja) 2001-08-03 2007-08-15 東海旅客鉄道株式会社 高速鉄道車両用電力変換装置
DE202006008792U1 (de) * 2006-06-01 2007-10-04 Diehl Ako Stiftung & Co. Kg Solarwechselrichter
CN101202528B (zh) 2006-12-11 2012-10-10 丹佛斯传动有限公司 电子装置及电动机变频器
US8016443B2 (en) * 2008-05-02 2011-09-13 Light Prescriptions Innovators, Llc Remote-phosphor LED downlight
US9192079B2 (en) * 2008-09-26 2015-11-17 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power electronic module cooling system and method
US8384105B2 (en) * 2010-03-19 2013-02-26 Micron Technology, Inc. Light emitting diodes with enhanced thermal sinking and associated methods of operation
JP2012151342A (ja) 2011-01-20 2012-08-09 Aisin Aw Co Ltd 半導体装置
FR2983013B1 (fr) * 2011-11-18 2013-11-08 Sagemcom Broadband Sas Appareil electronique de type modem ou analogue comportant plusieurs processeurs refroidis par air
WO2013175597A1 (ja) * 2012-05-23 2013-11-28 三菱電機株式会社 インバータ装置
JP5983426B2 (ja) * 2013-01-22 2016-08-31 株式会社村田製作所 モジュール基板
JP6187884B2 (ja) * 2015-11-19 2017-08-30 株式会社安川電機 電力変換装置
EP3302006A1 (en) * 2016-09-30 2018-04-04 AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft Component carrier comprising at least one heat pipe and method for producing said component carrier
WO2018179314A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 三菱電機株式会社 冷却装置および車両用電力変換装置
US10856441B1 (en) * 2019-11-13 2020-12-01 Dell Products, L.P. System and method for bi-side heating vapor chamber structure in an information handling system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101542720A (zh) * 2006-11-23 2009-09-23 西门子公司 用于功率器件、尤其是功率半导体器件的防爆型模块结构及其制造
JP2012204366A (ja) * 2011-03-23 2012-10-22 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
CN103842234A (zh) * 2011-09-26 2014-06-04 株式会社东芝 液冷式电力转换装置以及铁道车辆
CN106304731A (zh) * 2016-10-14 2017-01-04 无锡市海升电子科技有限公司 一种使用方便的电子设备用机箱

Also Published As

Publication number Publication date
US20200298707A1 (en) 2020-09-24
KR20200092999A (ko) 2020-08-04
EP3723263A1 (en) 2020-10-14
CN111434021A (zh) 2020-07-17
EP3723263A4 (en) 2021-09-01
JP7027140B2 (ja) 2022-03-01
WO2019111743A1 (ja) 2019-06-13
JP2019103269A (ja) 2019-06-24
US11395445B2 (en) 2022-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101810377B1 (ko) 회전 전기 시스템
CN104143926B (zh) 用于逆变器直流母线电容器包装的集成电和热解决方案
EP2978074B1 (en) Power distribution system
JP6134127B2 (ja) ヒートシンクを有する機器
JP6409968B2 (ja) 機電一体型の回転電機装置
JP7189196B2 (ja) 液体冷却を備えたモータ駆動ユニット
CN103718383A (zh) 具有电容器冷却功能的功率电子逆变器
JP6838853B2 (ja) 回転電機システム
JP6812317B2 (ja) 電力変換装置および電力変換装置を搭載した車両
JP2017229174A (ja) 回転電機装置
CN111434021B (zh) 电力变换装置及铁道车辆
CN110710094A (zh) 电力变换装置
JP6407542B2 (ja) 鉄道車両用の電力変換器
WO2021152657A1 (ja) 電気車の駆動制御装置
TWI590570B (zh) Power conversion device and vehicle control device
US11622478B2 (en) Power converter having improved cooling
JP2006149199A (ja) 鉄道車両用電力変換装置
WO2019244502A1 (ja) 電力変換装置
JP6973313B2 (ja) 電力変換装置
JP5952142B2 (ja) パワーコントロールユニット
JP2015076933A (ja) 電力変換装置
JP6439523B2 (ja) 電力変換装置
JP7370408B2 (ja) 電力変換装置

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