CN114641402A - 电力模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于铁路载具(10)的电力模块(12)，包括电流转换装置(20)和所述转换装置的冷却装置(22)；所述转换装置包括多个转换单元(24)，每个转换单元包括多个半导体元件(28)；所述冷却装置包括多个热交换器(30)，使得在组装位置，所述多个半导体元件(28)与所述热交换器热接触；该模块包括用于将每个转换单元与相应的热交换器可拆卸地组装的可拆卸组装部件，所述载体能够与所述热交换器和所述电力模块的其余部分分离。

Description

电力模块

【技术领域】

本发明涉及用于铁路载具(véhicule ferroviare)的电力模块，其类型为其包括电流转换装置和所述转换装置的冷却装置。

【背景技术】

尤其在文献EP2291067中描述了具有冷却系统的此类电力模块。

电流转换装置通常包括半导体元件，其属于需要冷却的发热元件。这些半导体元件以及相应的电子控制装置需要经常进行维护和/或更换。

在当前的电力模块中，这些维护操作存在很大的限制。具体来说，由于要拆除的元件的重量，经常需要牵涉多个操作员。此外，冷却系统通常涉及到基于油脂类流体物质的热界面，也会对拆卸产生束缚。

本发明的目的是优化电力模块的架构以弥补这些缺点。

【发明内容】

为此，本发明的主题是前述类型的电力模块，其中，转换装置包括多个转换单元，每个转换单元包括：载体、多个半导体元件和所述半导体元件的电子控制板，半导体元件和电子控制板固定在载体上；冷却装置包括多个第一热交换器，使得在第一热交换器与转换单元的组装位置，所述多个半导体元件与所述第一热交换器热接触，以便向所述第一热交换器转移(céder)热量；并且该模块包括用于将每个转换单元的载体与相应的第一热交换器可拆卸地组装的可拆卸组装部件，所述载体能够与所述第一热交换器和电力模块的其余部分分离。

根据本发明的其他有利方面，电力模块包括单独考虑或以所有技术上可能的组合来考虑的以下特征中的一个或多个：

-电流转换装置包括至少一个转换块，该或每个转换块包括连接条和两个转换单元，所述两个转换单元中的每一个转换单元的半导体元件设有与所述连接条连接的可拆卸部件，两个转换单元的载体设置在连接杆的两侧；

-每个转换单元的半导体元件为绝缘栅双极晶体管；

-至少一个第一热交换器组装到固体热界面，使得在所述第一热交换器与转换单元的组装位置，所述热界面确保所述转换单元的多个半导体元件和所述第一热交换器之间的热传递；

-冷却装置包括：载热流体的闭合回路；以及第二热交换器，其能够将热量从所述载热流体传递到由铁路载具的运动产生的气流；第一热交换器和第二热交换器中的每一个都设置在所述闭合回路上；

-每个转换单元的总质量小于30kg，优选地小于20kg。

本发明还涉及一种旨在设置在铁路载具的顶棚上的牵引箱，所述模块包括如上所述的电力模块和一个或多个上盖板，该或每个板可在打开位置和闭合位置之间移动，其中，每个转换单元位于所述盖板或所述盖板之一对面。

本发明还涉及一种铁路载具，包括牵引链，牵引链包括电动机和如上所述的牵引箱，所述牵引箱位于所述载具的顶棚上。

本发明还涉及一种用于维护如上所述的铁路载具的方法，所述方法包括以下步骤：将一个或多个上盖板移动到打开位置；致动可拆卸组装部件，以使转换单元的载体与相应的第一热交换器分离；以及从牵引箱取出所述转换单元。

【附图说明】

通过阅读以下描述将更好地理解本发明，该描述仅以非限制性示例的名义给出并且是参考附图进行的，其中：

-图1是包括根据本发明的一个实施例的电力模块的铁路载具的正视、剖视的局部示意图；以及

-图2是根据本发明的一个特定实施例的图1的电力模块的详细视图。

【具体实施方式】

图1示出了包括电力模块12或电力转换器的铁路载具10。铁路载具10例如是客运或货运列车的机车。铁路载具10尤其包括牵引链的电动机(未示出)，其由电力模块12提供电能。

铁路载具10尤其包括位于所述载具的顶棚上并且在图1中可见的牵引箱14。

考虑正交基(X,Y,Z)，方向Z代表竖直方向，方向X对应于铁路载具10的移动的纵向方向，并且方向Y对应于水平横向方向。

牵引箱14的外表面由大致设置在平面(X,Y)中的中央板16和位于中央板16两侧的侧板17来限定。侧板17基本上相对于铁路载具10的中间平面(X,Z)彼此对称。在图1中，只能看到一个侧板17。

每个侧板17都是倾斜的，与中央板16接触的一端高于相对端。这导致牵引箱14通常是凸形形状。作为示例，侧板相对于水平面的倾斜角度在20°至60°之间。

此外，牵引箱14包括内部结构，内部结构包括至少一个倾斜平面18，该至少一个倾斜平面18基本与侧板17平行并且设置在所述侧板下方。位于所述侧板17与所述倾斜平面18之间的空间形成了牵引箱14的内部隔室19。

优选地，每个侧板17可在如图1所示的闭合位置和打开位置之间移动。所述打开位置使得操作员能够访问内部隔室19。

电力模块12包括电流转换装置20和所述转换装置20的冷却装置22。

转换装置20尤其包括多个转换单元24。如图1所示，每个转换单元24尤其包括载体26、多个半导体元件28和所述半导体元件28的电子控制板29。半导体元件28和电子控制板29固定在载体26上。

半导体元件28比如是晶体管。优选地，半导体元件28是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。IGBT尤其具有每个转换单元24中的开关功能。

转换单元24设置在由侧板17中的一个或另一个封闭的内部隔室19中。优选地，转换单元24设置在侧板17对面。

通常，每个转换单元24优选地包括转换装置20的需要频繁的维护和/或更换操作的各组件。

冷却装置22包括多个第一热交换器30。在第一热交换器30与转换单元24的组装位置，半导体元件，尤其是IGBT 28，与所述第一热交换器30热接触，从而向所述第一热交换器转移热量。

每个第一热交换器30例如设置在倾斜平面18上。根据一个实施例，热界面31设置在第一热交换器30中的至少一个上，以在组装位置中插在所述第一热交换器30和IGBT 28之间。优选地，热界面31由固体材料形成，并且形成为干界面类型。

如将在下文详述的，模块12包括用于将每个转换单元24的载体26与相应的第一热交换器30可拆卸地组装的可拆卸组装部件44。这样，每个转换单元24能够与所述第一热交换器30和模块12的其余部分分离。

根据一个实施例，电流转换装置20包括至少一个转换块32，如图2所示。转换块32尤其包括两个如上所述的转换单元24以及底座34、连接条36和滤波电容器38。

连接条36或母线具有基本上平板的形状。转换块32被配置为使得连接条36和两个转换单元24中的每一个转换单元24的IGBT以大致共面的方式设置。连接条36例如在方向X上设置在两个转换单元24之间。两个转换单元24中的每一个转换单元的IGBT设有与连接条36连接的可拆卸部件，如连接柱40。

底座34包括两个托座42，所述托座中的每一个旨在与两个转换单元24之一可拆卸地组装。更具体地，每个转换单元24包括用于与底座34的托座42之一可拆卸地组装的可拆卸组装部件。可拆卸组装部件44例如是螺栓类型的。

此外，每个转换单元24的总质量优选地限制在大约十五或二十千克，以便转换单元能够由单个操作员操纵而无需特定的工具。

优选地，转换块32被配置为使得滤波电容器38设置在连接条36和两个转换单元24下方。更优选地，底座34被配置为使得在托座42和滤波电容器38之间提供空间46，，倾斜平面18和第一热交换器30容纳在所述空间46中。

在如图1和图2所示的组装位置，转换块32中的每个转换单元24被组装到托座42中的一个上；并且所述转换单元24中的每一个转换单元的IGBT28通过热界面31与相应的第一热交换器30热接触。

冷却装置22还包括第二热交换器50，其能够与由铁路载具的运动产生的气流进行热交换。第二热交换器50例如设置在牵引箱14的中央部分，在中央板16下方。

第二热交换器50优选地是翅片式散热器。更优选地，第二热交换器50的尺寸被设定成使得铁路载具10的行驶足以排出足够的热量，而不需要风扇。

冷却装置22还包括载热流体的闭合回路(未示出)，该回路将多个第一热交换器30连接到第二热交换器50。所述闭合回路的所述载热流体能够将热量从每个第一热交换器30传递至第二热交换器50。

优选地，载热流体是双相流体，并且第一热交换器30包括毛细管蒸发器，尤其是如文献EP2291067中描述的那种。双相载热流体穿过每个毛细管蒸发器。

双相载热流体例如选自甲醇和丙酮。

现在将描述电力模块12的操作。

上述铁路载具10的牵引链的电动机投入运行，以使所述铁路载具运动。电力模块12的转换单元24也投入运行。每个转换单元24的IGBT 28因此散发热量，该热量通过热界面31的传导而扩散到相应的第一热交换器30。冷却装置22的载热流体将所述热量传递给第二热交换器50。在所述第二热交换器附近，所述热量转移到由铁路载具10的运动产生的气流。

在对转换单元24进行必要维护的情况下，操作员将相应的板17从闭合位置移到打开位置，然后断开连接柱40的连接并致动相关转换单元24的可拆卸组装部件44，以便将所述转换单元24从其托座42分离。

这样，相关转换单元24很容易就从牵引箱14的隔室19取出。转换单元的有限的重量促进了该取出动作，可以由单个操作员来操纵。

此外，热界面31的固体性质有利于IGBT 28与其冷却装置的分离，因此不用油或油脂类型的粘性材料来确保热传递。

此外，转换单元24的拆卸不需要牵涉到冷却装置22的载热流体回路。

在IGBT 28和/或电子控制板29附近进行干预之后，转换单元24通过相反过程重新组装到模块12的其余部分上。

这样，模块12的构造使得能够在需要最多维护的组件(如IBGT晶体管和电子控制板)附近容易且快速地进行干预。维护于是可以由单个操作员进行，而没有任何特定的约束。

Claims (9)

1.用于铁路载具(10)的电力模块(12)，包括：

-电流转换装置(20)；以及

-所述转换装置的冷却装置(22)；

所述转换装置包括多个转换单元(24)，每个转换单元包括：载体(26)、多个半导体元件(28)和所述半导体元件的电子控制板(29)，半导体元件和电子控制板固定在载体上；

所述冷却装置包括多个第一热交换器(30)，使得在第一热交换器与转换单元的组装位置，所述多个半导体元件(28)与所述第一热交换器热接触，以便向所述第一热交换器转移热量；

该模块包括用于将每个转换单元的载体(26)与相应的第一热交换器可拆卸地组装的可拆卸组装部件(44)，所述载体能够与所述第一热交换器和电力模块的其余部分分离。

2.根据权利要求1所述的电力模块(12)，其中，电流转换装置(20)包括至少一个转换块(32)，该转换块或每个转换块包括连接条(36)和两个转换单元(24)，所述两个转换单元中的每一个转换单元的半导体元件(28)设有与所述连接杆连接的可拆卸部件(40)，两个转换单元的载体(26)设置在连接杆两侧。

3.根据权利要求1或2所述的电力模块，其中，每个转换单元(24)的半导体元件(28)是绝缘栅双极晶体管。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的电力模块，其中，至少一个第一热交换器(30)被组装到固体热界面(31)，使得在所述第一热交换器与转换单元(24)的组装位置，所述热界面确保所述转换单元的多个半导体元件(28)和所述第一热交换器之间的热传递。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的电力模块，其中，冷却装置包括：载热流体的闭合回路；以及第二热交换器(50)，其能够将热量从所述载热流体传递到由铁路载具(10)的运动产生的气流；第一热交换器(30)和第二热交换器中的每一个都设置在所述闭合回路上。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的电力模块，其中，每个转换单元(24)的总质量小于30kg，优选地小于20kg。

7.旨在设置在铁路载具的顶棚上的牵引箱(14)，所述模块包括：根据前述权利要求中的任一项所述的电力模块(12)和一个或多个上盖板(17)，该板或每个板可在打开位置和闭合位置之间移动，其中，每个转换单元(24)位于所述盖板或所述盖板之一对面。

8.铁路载具(10)，包括牵引链，牵引链包括电动机和根据权利要求7所述的牵引箱(14)，所述牵引箱位于所述载具的顶棚上。

9.根据权利要求8所述的铁路载具的维护方法，所述方法包括以下步骤：

-将一个或多个上盖板(17)移动到打开位置；

-致动可拆卸组件部件(44)，以使转换单元(24)的载体(26)与相应的第一热交换器(30)分离；以及

-从牵引箱(14)取出所述转换单元。

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