CN208046472U - 一种轨道车辆逆变器箱散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轨道车辆逆变器箱散热装置，包括风扇罩；散热风扇安装在风扇罩上的风扇安装孔上，散热风扇由逆变器供电与控制启停；基板，可拆卸地插装有预热电阻，预热电阻由逆变器供电与控制启停；温度传感器，逆变器采集温度传感器的温度信号，当基板温度低于第一设定值时，逆变器控制开启预热电阻，当基板温度高于第二设定值时，逆变器控制关闭预热电阻。本实用新型在逆变器模块的散热翅片两侧分别设置了散热风扇以及基板、预热电阻，对于空气温度较低时，利用基板及预热电阻维持功率器件的温度，对于空气温度较高时，利用散热风扇对散热翅片强制风冷，以阻止逆变器模块温升过高，从而确保整个逆变器模块在既定的环境温度内工作。

Description

一种轨道车辆逆变器箱散热装置

技术领域

本实用新型涉及一种轨道车辆逆变器箱散热装置，属于轨道车辆散热技术领域。

背景技术

轨道车辆DC600V逆变器为模块化设计以箱体的形式吊挂在车下，为车上空调、制氧机、电气柜等三相负载提供AC380V电源，保证负载正常使用，提高旅客舒适度。然而由于逆变器模块负载多、功率大，逆变器长时间工作后会出现过热和温升较高导致模块故障，从而影响车上制冷、制氧等设备的正常使用。目前多采用散热翅片进行自然风扇，为扩大散热面积需要较长的翅片，占用大量的车下空间，尤其是在环温较高的夏季散热效果不理想，较大的负载导致箱体内部高温极易加速元器件的老化甚至烧损元器件。但当逆变器运行至高原环境时，由于空气稀薄，会通过在逆变器散热翅片外部增加散热风扇的方式提高散热效率。而高原还具有风沙大及低温低气压、气温日变化大等特点，对于逆变器中功率器件在-40℃的低温环境中性能会下降，甚至送电开始就因低温无法工作导致整个逆变器无法正常使用。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种轨道车辆逆变器箱散热装置，以解决环境温度过高与过低导致逆变器无法正常工作的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种轨道车辆逆变器箱散热装置，包括

用于安装在逆变器箱体上、并且罩在散热翅片外的风扇罩，风扇罩的正对散热翅片的侧壁上开有若干个风扇安装孔；所述风扇罩的安装有散热风扇的侧壁及其他侧壁均为镂空结构；

散热风扇，安装在风扇罩上的风扇安装孔上，每个风扇安装孔上均安装一个散热风扇，以对设置在逆变器箱体上的散热翅片进行强制风冷；所述散热风扇由逆变器供电与控制启停；

安装在散热翅片内侧的可导热的基板，所述基板的表面用于安装功率器件，基板上可拆卸地插装有预热电阻，预热电阻通过加热基板对功率器件进行预热，所述预热电阻由逆变器供电与控制启停；

安装在所述基板上的温度传感器，用于采集基板表面的温度，逆变器采集温度传感器的温度信号，当基板温度低于第一设定值时，逆变器控制开启预热电阻，当基板温度高于第二设定值时，逆变器控制关闭预热电阻。

进一步，当温度传感器测得的基板温度高于第三设定值时，逆变器控制开启散热风扇，当温度传感器测得的基板温度低于第四设定值时，逆变器控制关闭散热风扇。

进一步，所述基板由铝板制成，所述风扇罩为不锈钢板材折弯形成。

进一步，所述风扇罩的相对的两侧面各设置有若干个风扇罩固定座和若干个风扇罩支架，所述风扇罩通过其上的风扇罩固定座及风扇罩支架安装固定在逆变器箱体上。

进一步，所述风扇罩固定座上设置有圆形安装孔，所述风扇罩支架上设置有腰孔。

进一步，所述散热风扇的电缆进出逆变器箱体的接口处均采用格兰防护。

采用了上述技术方案后，本实用新型具有以下有益效果：

1）本实用新型在逆变器模块的散热翅片两侧分别设置了散热风扇以及基板、预热电阻，对于空气温度较低的情况，利用基板及预热电阻维持功率器件的温度，对于空气温度较高的情况，利用散热风扇对散热翅片强制风冷，以阻止逆变器模块温升过高，从而确保整个逆变器模块在既定的环境温度内工作。

2）本实用新型用于安装在逆变器模块的散热器的散热翅片上，对散热翅片进行强制风冷，风扇罩的侧壁为镂空结构，使得气流可以通过风扇罩的侧壁流入与流出，增加散热翅片表面的空气流动和热交换，达到快速降低逆变器箱内温度的目的。逆变器模块仍可通过自带的散热器的散热翅片自然风冷降温散热。

3）本实用新型还提高了逆变器模块抗低温的性能。在散热翅片的内侧设置基板，基板上安装预热电阻，预热电阻先对基板进行加热，通过基板向安装在基板表面的功率器件加热，使功率器件快速达到正常工作温度，保证逆变器模块的正常工作，避免由于环境温度过低，导致功率器件无法正常开启。

4）预热电阻的启停与散热风扇的启停均由温度传感器测得的基板表面的温度而定，对于空气温度较低的情况，为了维持功率器件的温度，当温度低于第一设定值时，逆变器模块控制开启预热电阻，当温度高于第二设定值时，逆变器模块控制关闭预热电阻5，从而使功率器件所在的环境温度始终维持在第一设定值与第二设定值之间。对于空气温度较高的情况，为了持续对散热翅片进行强制风冷，当温度传感器测得的基板温度高于第三设定值时，逆变器模块控制开启散热风扇，当温度传感器测得的基板温度低于第四设定值时，逆变器模块控制关闭散热风扇，从而不断地对散热翅片强制风冷，加速空气流动，确保整个逆变器模块在既定的环境温度内工作。

附图说明

图1为现有的逆变器箱体及其上的散热翅片的结构示意主视图；

图2为现有的逆变器箱体及其上的散热翅片的结构示意俯视图；

图3为本实用新型的轨道车辆逆变器箱散热装置的主视图；

图4为本实用新型的轨道车辆逆变器箱散热装置的左视图；

图5为本实用新型装配至逆变器箱体上的结构示意主视图；

图6为本实用新型装配至逆变器箱体上的爆炸图；

图7为本实用新型的基板、温度传感器、预热电阻与散热翅片的装配图；

图8为本实用新型的基板与预热电阻的爆炸图。

具体实施方式

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

除非别作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型专利说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

图1、图2示出了现有的逆变器箱体的结构及其上的散热器的结构。如图3至图8所示，一种轨道车辆逆变器箱散热装置，安装于逆变器箱体背部、罩在逆变器模块伸出箱体的散热翅片3-1的位置，包括风扇罩1、安装在风扇罩1上的散热风扇2、基板4及温度传感器6。当环境温度过高时，由散热风扇2对伸出逆变器箱体3的散热翅片3-1进行强制风冷，气流经过镂空结构的风扇罩1流入与流出，增加散热翅片3-1表面的空气流动和热交换，达到快速降低逆变器箱内温度的目的。当环境温度过低时，通过对基板进行预热，使安装在其上的功率器件快速达到正常工作的温度，从而使逆变器正常工作。

风扇罩1安装在逆变器箱体3上、并且罩在散热翅片3-1外，风扇罩1的一侧具有开口，用于罩在散热翅片3-1上，风扇罩1的正对散热翅片3-1的侧壁上开有若干个风扇安装孔1-3，便于安装在其上的散热风扇2直接对散热器翅片3-1进行强制风冷降温；所述风扇罩1的安装有散热风扇2的侧壁及其他侧壁均为镂空结构，镂空结构的风扇罩1用于气流的流入与流出。

散热风扇2，安装在风扇罩1上的风扇安装孔1-3上，每个风扇安装孔1-3上均安装一个散热风扇2，以对设置在逆变器箱体3上的散热翅片3-1进行强制风冷；所述散热风扇2由逆变器模块供电与控制启停，散热风扇2的供电电压为逆变器模块输出电压，所述散热风扇2的电缆进出逆变器箱体3的接口处优选采用格兰防护，从而保证逆变器箱体3的防护等级。检修维护时，依次拆下散热风扇2和风扇罩1即可。本实施例中，散热风扇2直接安装在风扇罩1的风扇安装孔1-3上，与外界空气直接接触，可直接与空气进行热交换。散热风扇2优选高防护等级型的风扇，其线路密封在接线盒内。

图7示出了基板4、温度传感器6、预热电阻5与散热翅片3-1的装配关系。基板4安装在散热翅片3-1内侧，所述基板4的表面用于安装功率器件，基板4上可拆卸地插装有预热电阻5，预热电阻5通过基板4对功率器件进行预热，所述预热电阻5由逆变器模块供电与控制启停；基板4具有导热性，预热电阻先对基板4加热，通过基板4向安装在基板4表面的功率器件加热，使基板4及功率器件的温度达到正常工作范围，保证逆变器模块的正常工作，避免由于环境温度过低，导致功率器件无法正常开启。

温度传感器6安装在所述基板上，用于采集基板4表面的温度，温度传感器6向逆变器模块发送温度信号，逆变器模块采集温度传感器6的温度信号，当基板4温度低于第一设定值时，逆变器模块控制开启预热电阻5，当基板4温度高于第二设定值时，逆变器模块控制关闭预热电阻5。温度传感器6，实施采样和向逆变器模块反馈温度的作用，低温时控制预热电阻的加热温度及加热时间，高温时控制散热风扇强制风冷的散热温度和散热时间。

本实施例中，在每个风扇罩1上设置两个风扇安装孔1-3，用于安装两个散热风扇2，散热风扇的供电采用逆变器模块的输出电压，可以保证逆变器模块在工作状态下即可通过外部的散热风扇2进行强制风冷散热，当逆变器模块停止工作无电输出时，外部的散热风扇2也同时停止强制降温。同时，预热电阻5与散热风扇2均由逆变器模块控制启停，从而保证各个功率器件能抵御高温与低温的环境，使得在比如高原等低温低气压、气温日变化大的地区也能正常运行。

现有技术中，将逆变器模块附带的散热器直接伸出箱体，通过延长的散热器翅片3-1进行自然风冷，通过热传递来降低箱体内部的温度。为扩大散热面积，需要较长的翅片，占用大量的车下空间，而且散热效果不理想。

采用本实用新型的散热装置，逆变器模块仍可通过自带的散热器的散热翅片3-1自然风冷降温散热，在此基础上，将本散热装置安装在逆变器模块的散热器的散热翅片3-1上，对散热翅片3-1进行强制风冷，风扇罩1的侧壁为镂空结构，使得气流可以通过风扇罩1的侧壁流入与流出，增加散热翅片3-1表面的空气流动和热交换，达到快速降低逆变器箱内温度的目的。本实用新型还提高了逆变器模块抗低温的性能。在散热翅片3-1的内侧设置基板4，基板4上安装预热电阻5，预热电阻先对基板4进行加热，通过基板4向安装在基板4表面的功率器件加热，使功率器件快速达到正常工作温度，保证逆变器模块的正常工作，避免由于环境温度过低，导致功率器件无法正常开启。

预热电阻的启停由温度传感器测得的基板表面的温度而定。对于空气温度较低的情况，为了维持功率器件的温度，当温度低于第一设定值时，逆变器模块控制开启预热电阻5，当温度高于第二设定值时，逆变器模块控制关闭预热电阻5，从而使功率器件所在的环境温度始终维持在第一设定值与第二设定值之间。

由于很多功率模块最低工作温度在-25℃，当低于-25℃时其性能会下降甚至停止工作，而高原环境低温达到-40℃，因此预热电阻5的开启温度设定在低于-25℃，即-40℃至-25℃之间，本实施例中，第一设定值为-25℃。当温度高于-25℃，即进入功率模块正常工作温度时，即可关闭预热电阻5，因此，第二设定值要高于-25℃，本实施例中，第二设定值为-20℃。

散热风扇2的启停也由温度传感器6测得的基板表面的温度而定。对于空气温度较高的情况，为了持续对散热翅片3-1进行强制风冷，当温度传感器6测得的基板4温度高于第三设定值时，逆变器模块控制开启散热风扇2，当温度传感器测得的基板4温度低于第四设定值时，逆变器模块控制关闭散热风扇2，从而不断地对散热翅片3-1强制风冷，加速空气流动，确保整个逆变器模块在既定的环境温度内工作。根据产品的实际情况，可设置散热风扇的开启温度，即第三设定值为65℃，气温高于65℃，散热风扇2开启，进行强制风冷。第四设定值为55℃，气温低于55℃时，散热风扇2关闭。此仅为一个例子，实际使用时可根据需要调整四个设定值，从而改变预热电阻及散热风扇的启停温度。

本实用新型在逆变器模块的散热翅片3-1两侧分别设置了散热风扇以及基板4、预热电阻5，对于空气温度较低的情况，利用基板及预热电阻维持功率器件的温度，对于空气温度较高的情况，利用散热风扇对散热翅片强制风冷，以阻止逆变器模块温升过高，从而确保整个逆变器模块在既定的环境温度内工作。

所述基板4由铝板制成，传热效果好。基板4的大小可根据安装在其上的功率模块数量及尺寸设置。基板4的四角上开孔，用于安装至散热器3-1的内侧。基板的侧边开安装孔，用于安装预热电阻5，孔深与孔径与预热电阻5的尺寸相匹配。

所述风扇罩1为不锈钢板材折弯形成，风扇罩1的表面喷漆颜色与逆变器箱体3一致。在本实施例中，风扇罩1为一侧具有敞口的矩形箱体结构，风扇罩1的形状可根据实际需要进行调整，本实施例仅以矩形箱体结构的风扇罩1为例。所述风扇罩1的相对的两侧面各设置有若干个风扇罩固定座1-1和若干个风扇罩支架1-2，如图3所示，风扇罩1的上侧设置有四个风扇罩支架1-2，风扇罩1的下侧设置有四个风扇罩固定座1-1，所述风扇罩1通过其上的风扇罩固定座1-1及风扇罩支架1-2安装固定在逆变器箱体3上。

为便于安装，为了所述风扇罩固定座1-1上设置有圆形安装孔，所述风扇罩支架1-2上设置有腰孔。

本实用新型的工作原理如下：

在散热翅片3-1的内侧安装基板4，基板4上装有功率器件，安装孔上加装预热电阻5。在低温环境下通过对基板4进行预热后使安装在其上的功率器件快速达到正常工作的温度。基板4侧边安装温度传感器6，实时采样并反馈给逆变器模块，低温时控制预热电阻5的加热温度及加热时间，高温时控制散热风扇强制风冷的散热温度和散热时间。

将折弯成型后的风扇罩1安装在逆变器箱体3背部的散热器的散热翅片3-1上，使风扇罩1完全罩在散热翅片3-1外，并且使散热风扇2正对散热翅片3-1。在高温环境下，利用散热风扇2对散热翅片3-1进行强制风冷，镂空结构的风扇罩1使得气流可以流入与流出，增加了散热翅片3-1表面的空气流动和热交换，达到快速降低逆变器箱内温度的目的。

本装置结构合理、简单，拆装方便，且不占用较多车下空间，不影响散热器原有的自然风冷，通过逆变器箱体3背部的散热风扇2对散热器翅片3-1进行强制风冷，增加空气流通，加速散热翅片3-1的热交换，从而达到逆变器箱体内快速降温的目的。散热风扇电缆进出逆变器箱体3均采用格兰密封，降温散热的同时对逆变器箱体3密封性能毫无影响。当环境温度过低时，通过对基板4进行预热，使安装在其上的功率器件快速达到正常工作的温度，确保功率器件的正常启动。

散热风扇2及预热电阻5的供电采用逆变器模块的输出电压，当逆变器模块断电时，温度传感器6、散热风扇2及预热电阻5同时停止工作，高效、节能。当维护检修时，只需要依次拆下散热风扇和风扇罩即可，方便、快捷。

本实用新型摒弃传统的箱内强制风冷、箱外自然风冷的冷却方式，利用外部强制风冷加速散热器的热传递达到箱内快速降温的目的，降低负载情况下的逆变器温升。本实用新型通过在散热翅片内侧增设基板4及预热电阻5，对功率器件进行预热，避免环境温度过低导致功率器件无法正常启动。本实用新型可以有效解决高原环境下因空气稀薄导致的逆变器温度过高及避免风沙对降温过程造成的影响；同时可应对低温环境下功率器件无法进入工作状态的问题。本实用新型特别适用于大功率的客车车下辅助电源箱体，尤其适用于高海拔、低气压、温升较高的青藏线铁路客车。

以上所述的具体实施例，对本实用新型解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种轨道车辆逆变器箱散热装置，其特征在于：包括

用于安装在逆变器箱体（3）上、并且罩在散热翅片（3-1）外的风扇罩（1），风扇罩（1）的正对散热翅片（3-1）的侧壁上开有若干个风扇安装孔（1-3）；所述风扇罩（1）的安装有散热风扇（2）的侧壁为镂空结构；

散热风扇（2），安装在风扇罩（1）上的风扇安装孔（1-3）上，每个风扇安装孔（1-3）上均安装一个散热风扇（2），以对设置在逆变器箱体（3）上的散热翅片（3-1）进行强制风冷；所述散热风扇（2）由逆变器模块供电与控制启停；

安装在散热翅片（3-1）内侧的可导热的基板（4），所述基板（4）的表面用于安装功率器件，基板（4）上可拆卸地插装有预热电阻（5），预热电阻（5）通过加热基板（4）对功率器件进行预热，所述预热电阻（5）由逆变器模块供电与控制启停；

安装在所述基板上的温度传感器（6），用于采集基板（4）表面的温度，逆变器采集温度传感器（6）的温度信号，当基板（4）温度低于第一设定值时，逆变器模块控制开启预热电阻（5），当基板（4）温度高于第二设定值时，逆变器模块控制关闭预热电阻（5）。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆逆变器箱散热装置，其特征在于：当温度传感器（6）测得的基板（4）温度高于第三设定值时，逆变器模块控制开启散热风扇（2），当温度传感器测得的基板（4）温度低于第四设定值时，逆变器模块控制关闭散热风扇（2）。

3.根据权利要求1所述的轨道车辆逆变器箱散热装置，其特征在于：所述基板（4）由铝板制成，所述风扇罩（1）为不锈钢板材折弯形成。

4.根据权利要求1所述的轨道车辆逆变器箱散热装置，其特征在于：所述风扇罩（1）的相对的两侧面各设置有若干个风扇罩固定座（1-1）和若干个风扇罩支架（1-2），所述风扇罩（1）通过其上的风扇罩固定座（1-1）及风扇罩支架（1-2）安装固定在逆变器箱体（3）上。

5.根据权利要求4所述的轨道车辆逆变器箱散热装置，其特征在于：所述风扇罩固定座（1-1）上设置有圆形安装孔，所述风扇罩支架（1-2）上设置有腰孔。

6.根据权利要求4所述的轨道车辆逆变器箱散热装置，其特征在于：所述散热风扇（2）的电缆进出逆变器箱体（3）的接口处均采用格兰防护。