CN215322050U - 充电机及辅助变流系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种充电机和辅助变流系统，其中，一种充电机，应用于辅助变流系统，所述充电机包括：功率转换组件，用于将第一电压变流变压后输出第二电压，散热组件，所述散热组件包括散热基板和散热器，所述散热基板与所述散热器接触，所述散热器包括沿所述散热基板长度方向延伸的第一风道；其中，所述功率转换组件连接于所述散热基板的背离所述第一风道的一侧。本实用新型技术方案旨在解决集成化充电机如何散热的技术问题。

Description

充电机及辅助变流系统

技术领域

本实用新型涉及列车充电设备技术领域，特别涉及一种充电机及辅助变流系统。

背景技术

列车辅助变流系统是轨道交通列车关键系统之一，是空调系统、列车网络系统供电、车内用电设备的唯一用电来源。当列车降弓等受电弓与接触网不再接触的情况下，车辆需要依靠蓄电池作为紧急负载供电电源，以备列车的启动唤醒、紧急照明、列车广播及车载通信设备供电、直流负载设备的供电等；而充电机单元作为专门为列车蓄电池充电储能的设备，通过提供平稳的电压作为蓄电池输入，确保激活列车、无网压时直流负载设备的供电，以及在列车出现故障或高压供电中断等紧急情况下能为负载提供直流电能。同时，充电机的功率组件在列车正常受流供电过程中，将前端变流模块输出的DC750V转换为DC110V供车上相关电气部件使用，在辅助变流系统中发挥着重要作用。

集成化的充电机是列车辅助系统的发展趋势，然而功率器件集中在一个相较窄的空间时，功率器件产生大量热量，因而如何散热是集成化充电机迫切需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种充电机及辅助变流系统，旨在解决集成化充电机如何散热的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种充电机，应用于辅助变流系统，所述充电机包括：

功率转换组件，用于将第一电压变流变压后输出第二电压，

散热组件，所述散热组件包括散热基板和散热器，所述散热基板与所述散热器接触，所述散热器包括沿所述散热基板长度方向延伸的第一风道和散热翅片；所述散热翅片设置于所述第一风道内；

其中，所述功率转换组件连接于所述散热基板的背离所述第一风道的一侧。

可选地，所述功率转换组件与所述散热基板连接形成的区域和所述第一风道在所述散热基板的正投影相互对应。

可选地，所述充电机还包括滑道，所述滑道和导向销；所述辅助变流系统包括箱体，所述箱体包括滑槽和定位孔；其中，所述滑道与所述滑槽相互配合，在所述滑道延伸至所述滑槽的末端的情况下，所述导向销延伸至所述定位孔。

可选地，所述第一风道包括进风口和出风口，所述箱体包括第二风道和第三风道，在所述滑道延伸至所述滑槽的末端的情况下，所述第一风道的进风口抵接至所述第二风道，所述第一风道的出风抵接至所述第三风道，从而所述第二风道、第一风道和第三风道导通。

可选地，所述进风口设置有第一密封条；所述出风口设置有第二密封条；所述第一密封条用于所述第一风道和所述第二风道密封导通；所述第二密封条用于所述第一风道和所述第三风道密封导通。

可选地，所述充电机还包括输入接口和输出接口，所述输入端子与所述功率转换组件的输入端电连接，所述输出接口与所述功率转换组件的输出端电连接；其中，所述输入接口和所述输出接口均设置于所述充电机的第一侧面。

可选地，所述功率转换组件至少包括第一绝缘栅双级型晶体管、变压器、整流二极管、第二绝缘栅双级型晶体管、电感和防反二极管；其中，所述第一绝缘栅双级型晶体管、变压器、整流二极管、第二绝缘栅双级型晶体管、电感和防反二极管按照电流方向依次连接于所述散热基板。

可选地，所述充电机还包括底盖组件和支架组件，所述底盖组件通过所述支架组件连接所述散热基板，以使得所述功率转换组件限定于所述底盖组件和所述散热基板的空间内。

可选地，所述充电机还包括驱动控制板，所述驱动控制板与所述功率转换组件电连接，所述驱动控制板位于所述充电机的第二侧面。

可选地，第二方面，所述辅助变流系统包括箱体和如前所述充电机，所述箱体与所述充电机滑动连接。

本实用新型技术方案通过将功率转换组件连接在散热基板上，功率转换组件在工作状态下产生的热量传递至散热基板，散热基板与风道接触，并且风道沿散热基板的长度方向延伸，使得散热基板将热量充分传递至风道，使得风道在通风时及时将热量排出，用于解决充电机集成化设置功率转换组件不易换热的技术问题，保证集成化功率转换组件在工作状态下能够充分散热。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型充电机一优选实施例的结构示意爆炸图；

图2为本实用新型功率转换组件布置于散热基板的优选示意图；

图3为本实用新型底盖组件的优选结构示意图；

图4为本实用新型充电机第一视角下的结构示意图；

图5为本实用新型充电机第二视角下的结构示意图；

图6为本实用新型充电机第三视角下的结构示意图；

图7为本实用新型充电机第四视角下的结构示意图；

图8为本实用新型充电机的充电机充电电路示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

现有技术中，地铁列车多将充电机设备布置在列车底部的辅助变流器箱体中，根据特定的箱体结构匹配安装功率器件，磁性器件及功率元件的布置分散。而有些则独立设计有充电机箱，其设计也较为分散。因而，维护更换过程中不能以独立单元模块为单位进行操作，需要对各器件单独进行维护及更换，耗费时间及繁重的人力成本。

现有的充电机功率转换组件多设计结构复杂，体积大，重量较重，导致占用辅助变流柜体较多空间。箱体中的功率器件结构设计零散不集中，模块化程度低，集成化低，不利于产品的故障排查维护和更换。现有充电机的结构设计仅能适应定制化的某款机柜箱体，相似产品的可继承性和二次开发性较差。

因此，充电机的集成化是列车辅助变流系统的发展趋势之一。然而，充电机内所需的功率器件多且发热量大，充电机内的功率器件集成化会产生热量难以发散，进而导致充电机的功率器件无法正常运作，进而，充电机的功率器件的集成化势必要解决散热的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种充电机，应用于辅助变流系统，所述充电机包括功率转换组件2和散热组件1。散热组件1对功率转换组件2进行散热，具体地：

本实用新型优选的实施过程中，功率转换组件2可以是将零散设置于箱体中的功率器件集中连接(直接或者间接)于散热基板101，用于将第一电压变流变压后输出第二电压。优选地，第一电压为辅助变流系统前端输出的750VDC电压；第二电压为功率转换组件2将750VDC电压变流变压后输出的110VDC；以上，第一电压和第二电压的电压值为本领域的常规设置。此外，本领域的技术人员还可以根据不同的情况，设置不同的第一电压和第二电压的电压值。

结合图5和6所示，所述散热组件1包括散热基板101和散热器，所述散热基板101与所述散热器接触，所述散热器包括沿所述散热基板101长度方向延伸的第一风道和散热翅片102；所述散热翅片102设置于所述第一风道内；其中，所述功率转换组件2连接于所述散热基板101的背离所述第一风道的一侧。

本实用新型的技术方案通过将功率转换组件2连接在散热基板101上，功率转换组件2在工作状态下产生的热量传递至散热基板101，散热基板101与第一风道接触，并且风道沿散热基板101的长度方向延伸，第一风道内设置有散热翅片102，散热基板101将热量充分传递至第一风道内的散热翅片102，使得第一风道在通风时及时将热量排出，用于解决充电机集成化设置功率转换组件2不易换热的技术问题，保证集成化功率转换组件2在工作状态下能够充分散热。

具体地，结合图6所示，散热器具有壳体109，壳体109限定出第一风道；散热翅片102可以焊接在壳体109的内壁上，使得第一风道内具有散热翅片102。散热器的底侧外壁与散热基板101连接在一起，从而使得散热基本与散热器接触，比如通过螺纹连接，也可以焊接。

可选地，所述功率转换组件2与所述散热基板101连接形成的区域和所述第一风道在所述散热基板101的正投影相互对应。具体实施过程中，所述第一风道为直线型风道，空气在流动时不易产生涡旋而具有较好的散热能力。因此，第一风道在散热基板101上的正投影区域为长方形，为此，散热基板101的该长方形的正投影区域内连接所述功率转换组件2，使得功率转换组件2能够较快地传递至第一风道内的散热翅片102中，较快地散热。

可选地，所述充电机还包括滑道104，所述滑道104和导向销103；所述辅助变流系统包括箱体，所述箱体包括滑槽和定位孔；其中，所述滑道104与所述滑槽相互配合，在所述滑道104延伸至所述滑槽的末端的情况下，所述导向销103延伸至所述定位孔。具体实施过程中，所述滑道104可以构造散热基板101上，或者构造于散热器上，或者也可以由所述散热基板101与散热器共同构造。导向销103设置于充电机的末端，其优选螺纹固定在散热器的连接板上，该连接板连接在壳体109上，散热基板101的中部区域(第一风道的正投影区域落入该中部区域)与壳体109接触，散热基板101的其余区域通过连接板固定于壳体109。或者，导向销103也可以固定于散热基板101的末端。导向销103的轴线、滑道104的延伸方向均与散热基板101的长度方向平行，使得在所述滑道104延伸至所述滑槽的末端的情况下，所述导向销103延伸至所述定位孔，因此，在安装时，通过导向销103与定位孔的配合能够提示安装人员充电机安装到位，此时便可以进行充电机固定于箱体内的工序。

进一步地，所述充电机还包括把手，所述把手优选为两个，分别位于第一风道的两侧，便于对充电机的移动。

可选地，所述第一风道包括进风口和出风口，所述箱体包括第二风道和第三风道，在所述滑道104延伸至所述滑槽的末端的情况下，所述第一风道的进风口抵接至所述第二风道，所述第一风道的出风抵接至所述第三风道，从而所述第二风道、第一风道和第三风道导通。即：所述第一风道的相对的两端分别为进风口和出风口，空气从进风口流入带走散热翅片102的热量后从出风口排出。本实用新型中，所述箱体内预先可以设置第二风道和第三风道，用于构建辅助变流系统的冷却风道；在所述滑道104延伸至所述滑槽的末端的情况下，所述第一风道的进风口抵接至所述第二风道，所述第一风道的出风抵接至所述第三风道，从而所述第二风道、第一风道和第三风道导通，从而构建出辅助变流系统的冷却风道，为此，辅助变流系统可以仅设置一个风机，向冷却风道送风，以采用强迫风冷方式的对功率转换组件2进行散热，而可以不用为充电机设置单独的风机，使得充电机与辅助变流系统共用同一套冷却装置，有利于辅助变流系统的轻型化。

可选地，所述进风口设置有第一密封条17；所述出风口设置有第二密封条；所述第一密封条17用于所述第一风道和所述第二风道密封导通；所述第二密封条用于所述第一风道和所述第三风道密封导通。进一步地，所述第一密封条17和第二密封条优选为中空发泡密封条、聚氨酯泡沫条等，其具有良好的压缩密封能力。第一密封条17和第二密封条优选分别粘接于所述进风口和出风口处；此外，第一密封条17和第二密封条还可以分别嵌合在所述进风口和出风口处。在所述滑道104延伸至所述滑槽的末端的情况下，第一风道和第二风道基于第一密封条17的压缩实现良好的密封，第一风道与第三风道基于第二密封条的压缩实现良好的密封，有效地降低风道的漏风量。

可选地，所述充电机还包括输入接口和输出接口，所述输入端子与所述功率转换组件2的输入端电连接，所述输出接口与所述功率转换组件2的输出端电连接；其中，所述输入接口和所述输出接口均设置于所述充电机的第一侧面。优选地，输入接口为输入铜排端子件，输出接口为输出铜排端子件。如图1所示，输入接口和输出接口集成设置在述输入输出铜排端子组件上6。将所述输入接口和所述输出接口设置于所述充电机的第一侧面，该第一侧面与进风口的设置面为同一侧面；其主要是在充电机与外部设备进行电连接时，仅需要在该侧进行导线布置，便于维修检修。

可选地，所述功率转换组件2至少包括第一绝缘栅双级型晶体管201、变压器12、整流二极管203、第二绝缘栅双级型晶体管202、电感13和防反二极管14；其中，所述第一绝缘栅双级型晶体管201、变压器12、整流二极管203、第二绝缘栅双级型晶体管202、电感13和防反二极管14按照电流方向依次连接于所述散热基板101。本实用新型中，所述功率转换组件2的一个优选的充电原理为：通过输入接口输入750VDC的电压至第一绝缘栅双级型晶体管201逆变形成方波交流、经过变压器12隔离降压、经过整流二极管203整流，经过第二绝缘栅双级型晶体管202后形成110VDC，经过电感13滤波后，经防反二极管14输出稳定的110vDC至输出接口。本实用新型中，功率转换组件2在散热基板101上的布局按照电流走向依次设置，参照图1所示。优选地，所述变压器12为高频变压器12；所述电感13为高频电感13。

优选地，所述功率转换组件2还包括半桥母线电容3，所述半桥母线电容3电连接在所述第一绝缘栅双级型晶体管201、变压器12之间。所述功率转换组件2还包括BUCK电容组件7，所述BUCK电容组件7电连接在第二绝缘栅双级型晶体管202、电感13之间。所述功率转换组件2还包括铝电解电容802，其电连接在电感13与防反二极管14之间。

由此，本实用新型中，结合图8所示，所述功率转换组件2的另一个优选的充电原理为：所述功率转换组件2的一个优选的充电原理为：通过输入接口输入750VDC的电压至第一绝缘栅双级型晶体管201和半桥母线电容3逆变形成方波交流、经过变压器12隔离降压、经过整流二极管203整流，经过第二绝缘栅双级型晶体管202和BUCK电容组件7后形成110VDC，经过电感13和铝电解电容802滤波后，经防反二极管14输出稳定的110vDC至输出接口。

优选地，参照图2所示，所示功率转换组件2还包括第一放电电阻204、第二放电电阻205、第三放电电阻206；所述第一放电电阻204、第二放电电阻205、第三放电电阻206安装在散热基板上。其中，第一放电电阻204用于吸收母线电容3的电能，第二放电电阻205用于对buck电容组件7充放电，第三放电电阻206用于吸收铝电解电容802的电能。半桥叠层母排组件4安装在IGBT1两级，可降低IGBT1半桥回路中铜排所引起的杂散电感。高频谐振电容5组件安装在半桥回路中，用于降低回路中的谐振电流。

优选地，参照图1所示，所述充电机还包括电流传感器10和电压传感器11。

优选地，所述散热基板2上还设置有温度传感器207，用于监测散热基板上的温度。

优选地，所述充电机还包括半桥叠层母排组件4，用于连接所述第一绝缘栅双级型晶体管201(IGBT)和所述第二绝缘栅双级型晶体管202(IGBT)，以降低线路之间的杂散电感。

可选地，所述充电机还包括底盖组件8和支架组件，所述底盖组件8通过所述支架组件连接所述散热基板101，以使得所述功率转换组件2限定于所述底盖组件8和所述散热基板101的空间内。所述底盖组件8为钣金801件。支架组件包括四根支柱(第一支柱105、第二支柱106、第三支柱107和第四支柱107)，呈方形布置，并且与底盖组件8和散热基板101连接(如螺纹连接、焊接、铆接等)形成框架，由此，功率转换组件2设置在所述底盖组件8和所述散热基板101的空间内，参照图1和4所示。相邻的支柱之间设置横梁，用于固定铜排等元件。通过支架组件的支撑使得充电机结构稳固且受力均匀，框架结构可分散单元的受力集中，从而防止箱体冲击振动等恶劣情况而引发的应力集中、结构薄弱点的风险。

进一步地，所述半桥母线电容3可以固定在横梁上，且对应在所述第一绝缘栅双级型晶体管201和变压器12，便于导线的布置。所述BUCK电容组件7也可以固定在横梁上，且对应在第二绝缘栅双级型晶体管202和电感13，便于导线布置。所述铝电解电容802可以设置在底盖组件8上，且对应于电感13和防反二极管14，便于导线布置。

可选地，所述充电机还包括驱动控制板9，所述驱动控制板9与所述功率转换组件2电连接，所述驱动控制板9位于所述充电机的第二侧面。所述驱动控制板9固定在所述充电机的第二侧面，其一端与散热器的壳体109固定，其另一端与横梁连接。

可选地，充电机还包括多个绝缘件16，用于防止各个元件与立柱、横梁、散热基板短接。

可选地，本实用新型还提出一种所述辅助变流系统，该主题二包括箱体和充电机，该充电机的具体结构参照上述实施例，由于辅助变流系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，所述箱体与所述充电机滑动连接。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种充电机，应用于辅助变流系统，其特征在于，所述充电机包括：

功率转换组件，用于将第一电压变流变压后输出第二电压，

散热组件，所述散热组件包括散热基板和散热器，所述散热基板与所述散热器接触，所述散热器包括沿所述散热基板长度方向延伸的第一风道和散热翅片；所述散热翅片设置于所述第一风道内；

其中，所述功率转换组件连接于所述散热基板的背离所述第一风道的一侧。

2.如权利要求1所述的充电机，其特征在于，所述功率转换组件与所述散热基板连接形成的区域和所述第一风道在所述散热基板的正投影相互对应。

3.如权利要求1所述的充电机，其特征在于，所述充电机还包括滑道，所述滑道和导向销；

所述辅助变流系统包括箱体，所述箱体包括滑槽和定位孔；

其中，所述滑道与所述滑槽相互配合，在所述滑道延伸至所述滑槽的末端的情况下，所述导向销延伸至所述定位孔。

4.如权利要求3所述的充电机，其特征在于，所述第一风道包括进风口和出风口，所述箱体包括第二风道和第三风道，

在所述滑道延伸至所述滑槽的末端的情况下，所述第一风道的进风口抵接至所述第二风道，所述第一风道的出风抵接至所述第三风道，从而所述第二风道、第一风道和第三风道导通。

5.如权利要求4所述的充电机，其特征在于，所述进风口设置有第一密封条；所述出风口设置有第二密封条；

所述第一密封条用于所述第一风道和所述第二风道密封导通；

所述第二密封条用于所述第一风道和所述第三风道密封导通。

6.如权利要求1至5中任一项所述的充电机，其特征在于，所述充电机还包括输入接口和输出接口，所述输入接口与所述功率转换组件的输入端电连接，所述输出接口与所述功率转换组件的输出端电连接；

其中，所述输入接口和所述输出接口均设置于所述充电机的第一侧面。

7.如权利要求1至5中任一项所述的充电机，其特征在于，所述功率转换组件至少包括第一绝缘栅双级型晶体管、变压器、整流二极管、第二绝缘栅双级型晶体管、电感和防反二极管；

其中，所述第一绝缘栅双级型晶体管、变压器、整流二极管、第二绝缘栅双级型晶体管、电感和防反二极管按照电流方向依次连接于所述散热基板。

8.如权利要求1至5中任一项所述的充电机，其特征在于，所述充电机还包括底盖组件和支架组件，

所述底盖组件通过所述支架组件连接所述散热基板，以使得所述功率转换组件限定于所述底盖组件和所述散热基板的空间内。

9.如权利要求1至5中任一项所述的充电机，其特征在于，所述充电机还包括驱动控制板，所述驱动控制板与所述功率转换组件电连接，

所述驱动控制板位于所述充电机的第二侧面。

10.一种辅助变流系统，其特征在于，所述辅助变流系统包括箱体和权利要求1至9中任一项所述的充电机，所述箱体与所述充电机滑动连接。

Images