CN213880681U - 牵引变流器的冷却单元和牵引变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种牵引变流器的冷却单元和牵引变流器，其中冷却单元包括冷却管路、热交换器、冷却风机和至少一个冷却基板；冷却管路连接冷却基板和热交换器，并形成冷却液循环回路；冷却管路和冷却基板之间，以及冷却管路和热交换器之间通过形变管连接；冷却风机的风口朝向热交换器；冷却基板上设置有变流器功率器件，冷却风机和热交换器之间设置有变压器电抗器组件。本实用新型还提供一种牵引变流器，通过上述冷却单元实现冷却。本实用新型提供的牵引变流器的冷却单元和牵引变流器，在保证冷却系统性能的同时，优化了冷却单元的结构，有效的节省了动车组牵引变流器的内部空间，同时降低了加工成本。

Description

牵引变流器的冷却单元和牵引变流器

技术领域

本实用新型涉及变流器冷却技术领域，尤其涉及一种牵引变流器的冷却单元和牵引变流器。

背景技术

动车组变流器是动车组电传动系统的重要部件，起到为动车组牵引电机提供电源的作用。主辅一体变流器的整流和逆变功能通过功率器件 IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)，即绝缘栅极型晶体管，得到实现，IGBT的频繁导通和关断会产生大量的能量损耗，使IGBT器件的温度升高。为了维持变流器的正常工作，需要通过一定的冷却方式帮助IGBT 散热。

目前变流器的冷却方式主要有自然冷却、强迫风冷、水循环冷却等。主辅一体式动车组牵引变流器的冷却单元包括有冷却主管路和冷却辅管路等结构，采用全水循环冷却方式。全水循环冷却方式的作业过程为：首先将IGBT安装于水冷基板上，再将水冷基板通过一定的管路与换热单元进行连接，利用水泵的压力将吸收了热量的冷却液进行循环，使冷却液通过换热单元实现热交换，从而达到降低冷却液温度的目的，冷却后的冷却液再次流过水冷基板，进而实现主辅一体式牵引变流器的全水循环冷却。

然而，现阶段的主辅一体式动车组牵引变流器的冷却单元中的冷却主管路和冷却辅管路结构设计复杂，且冷却管路和水冷基板、换热单元之间完成连接后，安装角度、位置等都均不能发生改变，这种冷却单元无法适应动车组牵引变流器的简统化需求，制造成本高。

实用新型内容

为了解决背景技术中提到的至少一个问题，本实用新型提供一种牵引变流器的冷却单元和牵引变流器，在保证冷却系统性能的同时，优化了冷却单元的结构，有效的节省了动车组牵引变流器的内部空间，同时降低了加工成本。

为了实现上述目的，第一方面，本实用新型提供一种牵引变流器的冷却单元，包括冷却管路、热交换器、冷却风机和至少一个冷却基板；

冷却管路连接冷却基板和热交换器，并形成冷却液循环回路。冷却管路和冷却基板之间，以及冷却管路以及热交换器之间通过形变管连接；冷却风机的风口朝向热交换器。

冷却基板上设置有变流器功率器件，冷却风机和热交换器之间设置有变压器电抗器组件。

本实用新型提供的牵引变流器的冷却单元，冷却管路将热交换器和冷却基板连接形成冷却液循环回路，变流器功率器件产生热量传递给冷却基板内的冷却液中，吸收了热量的冷却液再通过冷却管路输送至热交换器，同时变压器电抗器组件位于冷却风机和热交换器中间，通过风冷的方式实现为热交换器进行散热，冷却液在热交换器内冷却后再次返回冷却基板，完成一次冷却液的循环；变压器电抗器组件位于冷却风机与热交换器之间的风路上，通过风冷的方式实现散热。该牵引变流器的冷却单元利用形变管实现冷却管路和冷却基板之间，以及冷却管路与热交换器之间的连接，冷却单元的位置可根据牵引变流器柜体的内部结构进行的布置，满足了牵引变流器的简统化需求。

在上述牵引变流器的冷却单元中，可选的是，形变管为柔性波纹管。

这样能够优化牵引变流器的柜体内部的布局。

在上述牵引变流器的冷却单元中，可选的是，冷却风机为吸风风机，冷却风机的风口包括进风口和出风口，进风口朝向热交换器，出风口位于冷却风机底部。

通过这样的设置，冷却风机的风向为热交换器吹向冷却风机，有利于利用风冷的方式为热交换器散热。

在上述牵引变流器的冷却单元中，可选的是，冷却管路包括冷却主管路和至少一个冷却辅管路；冷却辅管路连接在冷却主管路和冷却基板之间，以及冷却主管路和热交换器之间。

形变管连接在冷却辅管路和冷却基板之间，冷却辅管路和热交换器之间，以及冷却辅管路和冷却主管路之间。

这样的设置能够实现牵引变流器的有效散热，并节省牵引变流器的柜体内部的空间，满足冷却单元简统化布置的需求。

在上述牵引变流器的冷却单元中，可选的是，冷却基板有多个，每个冷却基板上均设置有变流器功率器件；冷却辅管路有多个，多个冷却辅管路与多个冷却基板一一对应的连接。

这样的设置可以保证本实用新型提供的牵引变流器的冷却单元能够充分为牵引变流器中的功率器件进行散热。

在上述牵引变流器的冷却单元中，可选的是，冷却主管路包括进水主管路和出水主管路；进水主管路设置有进水分水口；出水主管路设置有出水分水口；进水分水口通过形变管与冷却基板的进水口连接，出水分水口通过形变管与冷却基板的出水口连接。

通过将冷却主管路设置成进水主管路和出水主管路相结合的方式，可以优化冷却液在冷却管路及冷却基板之间的分配；同时，在满足压力及流量分配的前提下，避免了冷却主管路通过中间汇流管进出冷却液的繁杂结构设计。

在上述牵引变流器的冷却单元中，可选的是，出水主管路上设置有第一温度传感器和第一压力传感器；热交换器上设置有第二压力传感器和第二温度传感器，热交换器上设置有过滤组件。

这样的设置有便于工作人员实时监测冷却管路和热交换器中冷却液的温度和压力情况，过滤组件起到过滤空气中异物的作用。

在上述牵引变流器的冷却单元中，可选的是，还包括膨胀水箱，所述膨胀水箱上设置有水箱进水口和水箱出水口；进水主管路和出水主管路分别通过冷却辅管路与膨胀水箱连接，膨胀水箱内部设置有液位计和防溢单元。

膨胀水箱起到吸收冷却管路内的气泡的作用，确保冷却液的在冷却管路内有效循环，液位计用于监测膨胀水箱内冷却液的液位，防溢单元避免液位过高而溢出膨胀水箱，保证变流器内的电气部件的安全。

在上述牵引变流器的冷却单元中，可选的是，冷却主管路上设置有驱动泵。

驱动泵起到为冷却液在冷却液循环回路提供动力的作用。

第二方面，本实用新型提供一种牵引变流器，包括上述提到的牵引变流器的冷却单元。

本实用新型提供的牵引变流器，通过安装了上述牵引变流器的冷却单元，采用水冷系统和风冷系统结合的方式为牵引变流器散热，保证了牵引变流器的正常工作，风冷系统对变压器电抗器组件进行通风冷却，确保牵引变流器高品质的电源输出。上述牵引变流器的冷却单元中的热交换器可布置在牵引变流器柜体上下两侧中的任一侧，适应柜体内的多种情况，减小了变流器整机的体积和重量。

本实用新型提供的牵引变流器的冷却单元和牵引变流器的构造以及它的其他实用新型目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的牵引变流器的冷却单元的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的含有吸风风机的牵引变流器的冷却单元的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的冷却基板与冷却管路之间的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的冷却管路与热交换器之间的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的第二种牵引变流器的冷却单元的布置示意图；

图6为本实用新型实施例提供的膨胀水箱的结构示意图。

附图标记说明：

1-冷却基板；

2-冷却主管路；

21-进水主管路；

22-出水主管路；

3-冷却辅管路；

31-形变管；

4-驱动泵；

5-热交换器；

6-变压器电抗器组件；

7-冷却风机；

71-出风口；

8-膨胀水箱；

81-溢水阀；

82-溢水管；

9-过滤组件；

10-柜体；

101-进风口。

具体实施方式

现阶段轨道交通电传动系统朝着高功率密度、简统化、轻量化的方向发展，动车组变流器内部结构复杂，内部部件繁多，需对核心部件进行简化设计，以达到简统及降低维护成本的目的。变流器的冷却方式主要有自然冷却、强迫风冷、水循环冷却等方式，目前动车组主辅一体式牵引变流器的冷却方式多采用全水冷循环冷却，冷却管路设计复杂，且冷却主管路和冷却辅管路均为不锈钢定制管路，冷却管路和水冷基板、换热单元之间完成连接后，安装角度、位置等都均不能发生改变；这种冷却单元无法适应动车组牵引变流器的简统化需求，制造成本高。

基于上述技术问题，本实用新型提供的牵引变流器的冷却单元和牵引变流器。牵引变流器的冷却单元通过水冷系统和风冷系统结合的方式实现对牵引变流器的散热。其中，冷却管路、热交换机、冷却基板组成水冷系统，冷却管路连接热交换机和冷却基板，形成冷却液循环回路，变流器的功率器件安装在冷却基板上，产生的热量经传递至冷却基板中的冷却液，再经由冷却管路输送至热交换器；冷却管路与冷却基板，冷却管路与热交换器之间均采用形变管连接，可确保热交换器可布置在牵引变流器柜体中上下两侧的任一侧；热交换器经由冷却风机，利用风冷的方式进行散热；此外，牵引变流器的变压器电抗器组件位于冷却风机与热交换器之间的风路上，冷却风机可同时为变压器电抗器组件进行散热；这样设计的牵引变流器的冷却单元能够满足系统简统化需求。牵引变流器采用上述牵引变流器的冷却单元进行冷却，能够有效实现散热，且减小了变流器正极的体积和重量，适应了目前对轨道交通车辆小型化和轻量化的需求。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的优选实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

图1为本实用新型实施例提供的牵引变流器的冷却单元的结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的含有吸风风机的牵引变流器的冷却单元的示意图，图3为本实用新型实施例提供的冷却基板与冷却管路之间的结构示意图，图4为本实用新型实施例提供的冷却管路与热交换器之间的结构示意图，图5为本实用新型实施例提供的第二种牵引变流器的冷却单元的布置示意图，图6为本实用新型实施例提供的膨胀水箱的结构示意图。

参照图1-图6所示，本实用新型实施例提供的牵引变流器的冷却单元，包括冷却管路、热交换器5，冷却风机7和至少一个冷却基板1，冷却管路连接冷却基板1和热交换器5并形成冷却液循环回路，冷却管路和冷却基板1之间，以及冷却管路和热交换器5之间通过形变管31连接，冷却风机7的风口朝向热交换器5。冷却基板1上设置有变流器功率器件，冷却风机7和热交换器5之间设置有变压器电抗器组件6，牵引变流器的冷却单元的结构示意图参照图1所示。

其中，冷却基板1上的变流器功率器件为IGBT功率器件，在主辅一体变流器中起到整流和逆变的功能，IGBT器件的频繁导通和关断会产生大量的能量损耗，使IGBT器件的温度升高，IGBT器件的热量传递至冷却基板1中的冷却液，进入到冷却液循环回路中，吸收了IGBT器件热量的冷却液经由冷却管路进入到热交换器5，冷却风机7通过风冷的方式变压器电抗器组件6和热交换器5进行散热。作为一种可实施的方式，冷却液为水。

作为一种可实现的实施方式，形变管31为柔性波纹管。采用柔性波纹管连接冷却管路与冷却基板1，以及冷却管路与热交换器5，这样的设置能够使得冷却管路与冷却基板1之间，冷却管路与热交换器5之间的安装角度和组装位置可以根据牵引变流器的柜体10内部结构灵活布置，优化了牵引变流器的冷却单元的结构。其中，柔性波纹管的材质可以选择为金属材质。这样设置的形变管31能够更加灵活的适应牵引变流器的内部结构，安装角度和安装位置均能够根据实际需求进行改变，能够更加满足柜体10内部简统化的需求。

参照图2所示，冷却风机7为吸风风机，冷却风机7的风口包括进风口101和出风口71，进风口101朝向热交换器5，出风口71位于冷却风机7的背离进风口101的一侧。其中，进风口101位于牵引变流器的柜体 10上，冷却风机7从柜体10外部吸收风力，风向朝向变压器电抗器组件 6和热交换器5，然后经由出风口71离开柜体10外，进风口101和出风口71相对设置，冷却风机7的风向沿热交换器5吹向变压器电抗器组件6，最后吹向冷却风机7，冷却风机7的风路在热交换器5、变压器电抗器组件6、冷却风机7所在的垂直平面上，风力不会进入到柜体10的内部，避免对柜体10内的结构造成影响。

作为一种可实的实施方式，冷却管路包括冷却主管路2和至少一个冷却辅管路3，冷却辅管路3连接在冷却主管路2和冷却基板1之间，以及冷却主管路2和热交换器5之间。形变管31连接在冷却辅管路3和冷却基板1之间，以及冷却辅管路3和热交换器5之间，以及冷却辅管路3和冷却主管路2之间。冷却辅管路3连接冷却主管路2和各个冷却基板1，冷却辅管路3内的冷却液在吸收了冷却基板1上的IGBT器件的热量之后，输送至冷却主管路2进行汇合，吸收了热量的冷却液可在冷却主管路2中融合成相同的温度，温度偏高的冷却液实现初步冷却；相同温度的冷却液在冷却主管路2的流动过程中再次实现初步冷却；之后经由冷却辅管路3 输送至热交换器5，通过冷却风机7采用风冷的方式实现热交换器5内冷却液的冷却。参照图3-图4所示，冷却辅管路3与冷却基板1之间，冷却辅管路3与热交换器5之间均采用形变管31的方式进行连接，热交换器5 和冷却基板1与冷却辅管路3之间的位置和角度关系可根据柜体10内部的情况合理布置。参照图5所示，热交换器5也可以布置在柜体10的下侧，此时，进风口101位于柜体10的下方，出风口71位于冷却风机7上相对于进风口101的位置上。

进一步地，冷却基板1有多个，每个冷却基板1上均设置有IGBT功率器件，冷却辅管路3有多个，多个冷却辅管路3与多个冷却基板1一一对应地连接。牵引变流器的IGBT器件可设置在多个冷却基板上，每个冷却基板均可通入冷却液，达到散热的目的，确保牵引变流器的冷却单元具有良好的散热效果。

作为一种可实现的实施方式，冷却主管路2包括进水主管路21和出水主管路22，进水主管路21设置有进水分水口；出水主管路22设置有出水分水口；进水分水口通过形变管31与冷却基板1的进水口连接，出水分水口通过形变管31与冷却基板1的出水口连接。进水主管路21和出水主管路22通过冷却辅管路3，借助形变管31依次与冷却基板1的进出水口对接，在满足压力及流量分配的前提下，避免了冷却主管路2通过中间回流管进出冷却液的繁杂结构设计。

进一步地，出水主管路22上设置有第一温度传感器和第一压力传感器，热交换器5上设置有第二压力传感器和第二温度传感器，热交换器5 上设置有过滤组件9。第一温度传感器和第一压力传感器起到对冷却管路中冷却液的温度和压力实时监测的功能，第二温度传感器和第二压力传感器起到实时监测热交换器5中冷却液的温度也压力的功能，以便于了解牵引变流器的冷却单元所起到的冷却效果，冷却风机7经柜体10上的进风口101吸入空气，过滤组件9能够过滤空气中的异物，同时避免柜体10 外部的异物进入到牵引变流器内部，保证热交换器5和变压器电抗器组件6在维护周期内的正常工作。

作为一种可实现的实施方式，牵引变流器的冷却单元还包括膨胀水箱 8，膨胀水箱8上设置有水箱进水口和水箱出水口，进水主管路21和出水主管路22分别通过冷却辅管路3与膨胀水箱8连接，膨胀水箱8安装在冷却管路的空间位置的最高位置，冷却液在循环的过程中产生的气泡沿冷却管路上行，进入膨胀水箱8，最后气泡被膨胀水箱8中的冷却液吸收，膨胀水箱8内部设置有液位计和防溢单元，液位计可以实时监测膨胀水箱 8内的冷却液的液位。参照图6所示，膨胀水箱8的上的防溢单元包括有溢水阀81和溢水管82，当膨胀水箱8内的液位计监测到内部水位偏大时，溢水阀81开启，溢水管82将膨胀水箱8内的冷却液经溢水管82输送至柜体10外，避免因冷却液外泄影响牵引变流器的正常工作。

进一步地，冷却主管路2上设置有驱动泵4，起到为冷却液循环回路提供动力的作用，进水主管路21通过快速接头与驱动泵4的进水口连接，出水主管路22通过快速接头与驱动泵4的出水口连接。

驱动泵4为冷却液在冷却液循环回路中的循环提供动力，进水主管路 21通过快速接头与驱动泵4的进水口连接，出水主管路22通过快速结构与驱动泵4的出水口连接，省去了现有技术中进水分配器和出水分配器的设计，结构简单，满足牵引变流器的冷却单元轻量化和简统化的需求。

本实用新型实施例还提供一种牵引变流器，利用本实施例提供的牵引变流器的冷却单元进行散热，散热方式采用水冷系统和风冷系统冷却相结合的方式，水冷系统将本实用新型实施例中的IGBT器件产生的热量输送至热交换器5，经由风冷系统中的冷却风机7对热交换器5中吸收了热量的冷却液进行散热，同时冷却风机7也为变压器电抗器组件6进行散热，确保牵引变流器高品质的电源输出。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或者暗示所指的单元或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种牵引变流器的冷却单元，其特征在于，包括冷却管路、热交换器、冷却风机和至少一个冷却基板；

所述冷却管路连接所述冷却基板和所述热交换器，并形成冷却液循环回路；所述冷却管路和所述冷却基板之间，以及所述冷却管路和所述热交换器之间通过形变管连接；

所述冷却风机的风口朝向所述热交换器；

所述冷却基板上设置有变流器功率器件，所述冷却风机和所述热交换器之间设置有变压器电抗器组件。

2.根据权利要求1所述的牵引变流器的冷却单元，其特征在于，所述形变管为柔性波纹管。

3.根据权利要求1所述的牵引变流器的冷却单元，其特征在于，所述冷却风机为吸风风机，所述冷却风机的风口包括进风口和出风口，所述进风口朝向所述热交换器，所述出风口位于所述冷却风机底部。

4.根据权利要求1所述的牵引变流器的冷却单元，其特征在于，所述冷却管路包括冷却主管路和至少一个冷却辅管路；

所述冷却辅管路连接在所述冷却主管路和所述冷却基板之间，以及所述冷却主管路和所述热交换器之间；

所述形变管连接在所述冷却辅管路和所述冷却基板之间，冷却辅管路和热交换器之间，以及所述冷却辅管路和所述冷却主管路之间。

5.根据权利要求4所述的牵引变流器的冷却单元，其特征在于，所述冷却基板有多个，每个所述冷却基板上均设置有所述变流器功率器件；

所述冷却辅管路有多个，多个所述冷却辅管路与多个所述冷却基板一一对应的连接。

6.根据权利要求4所述的牵引变流器的冷却单元，其特征在于，所述冷却主管路包括进水主管路和出水主管路；

所述进水主管路设置有进水分水口；

所述出水主管路设置有出水分水口；

所述进水分水口通过所述形变管与所述冷却基板的进水口连接，所述出水分水口通过所述形变管与所述冷却基板的出水口连接。

7.根据权利要求6所述的牵引变流器的冷却单元，其特征在于，所述出水主管路上设置有第一温度传感器和第一压力传感器；

所述热交换器上设置有第二压力传感器和第二温度传感器；

所述热交换器上设置有过滤组件。

8.根据权利要求6所述的牵引变流器的冷却单元，其特征在于，还包括膨胀水箱，所述膨胀水箱上设置有水箱进水口和水箱出水口；所述进水主管路和所述出水主管路分别通过所述冷却辅管路与所述膨胀水箱连接；所述膨胀水箱内部设置有液位计和防溢单元。

9.根据权利要求5所述的牵引变流器的冷却单元，其特征在于，所述冷却主管路上设置有驱动泵。

10.一种牵引变流器，其特征在于，包括至少一个权利要求1-9中任一项所述的牵引变流器的冷却单元。

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