KR101126298B1 - Inverter stack for railway car - Google Patents

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Abstract

본 발명은 철도차량용 인버터 스택에 관한 것이다.The present invention relates to an inverter stack for a railway vehicle.

본 발명에 따른 철도차량용 인버터 스택은 프레임, 상기 프레임의 일측에 설치된 버스 플레이트, 상기 버스 플레이트에 결합된 상태로 상기 버스 플레이트와 상기 프레임 사이에 설치된 반도체 스위칭 소자, 상기 반도체 스위칭 소자의 게이트 단자에 연결되어 상기 반도체 스위칭 소자의 온오프를 제어하기 위한 게이트 드라이버 및 상기 프레임의 타측에 설치되어 상기 반도체 스위칭 소자에서 발생하는 열을 방출하기 위한 히트 파이프를 포함하여 구성된다.An inverter stack for a railway vehicle according to the present invention is connected to a frame, a bus plate installed on one side of the frame, a semiconductor switching element installed between the bus plate and the frame in a state coupled to the bus plate, and a gate terminal of the semiconductor switching element. And a gate driver for controlling on / off of the semiconductor switching element and a heat pipe installed at the other side of the frame to release heat generated from the semiconductor switching element.

본 발명에 따르면, 인버터 스택의 사이즈와 중량이 크게 줄어들고 제조비용이 저감되고 제조공정의 편의성이 향상되는 효과가 있다.According to the present invention, the size and weight of the inverter stack is greatly reduced, the manufacturing cost is reduced, and the convenience of the manufacturing process is improved.

철도차량, 인버터 스택(Inverter Stack), 버스 플레이트(Busplate), 반도체 스위칭 소자, 히트 파이프(Heatpipe) Railroad Cars, Inverter Stacks, Busplates, Semiconductor Switching Devices, Heatpipes

Description

철도차량용 인버터 스택{INVERTER STACK FOR RAILWAY CAR}Inverter Stack for Railway Vehicles {INVERTER STACK FOR RAILWAY CAR}

본 발명은 철도차량용 인버터 스택에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 사이즈와 중량이 크게 줄어들고 제조비용이 저감되고 제조공정의 편의성이 향상된 철도차량용 인버터 스택에 관한 것이다.The present invention relates to an inverter stack for a railway vehicle. More specifically, the present invention relates to an inverter stack for a railway vehicle, which greatly reduces in size and weight, reduces manufacturing costs, and improves convenience of a manufacturing process.

3상 가변전압가변주파수 제어 인버터(3 Phase Variable Voltage Variable Frequency Inverter)는 입력되는 직류 전압을 가변전압 가변주파수의 3상 교류전압과 교류전류로 변환하는 기능을 수행한다.The three phase variable voltage variable frequency inverter converts an input DC voltage into a three phase AC voltage and an AC current of a variable voltage variable frequency.

이러한 3상 가변전압가변주파수 제어 인버터는 철도차량을 견인하기 위한 추진제어장치의 주요 부품으로 사용되고 있다.This three-phase variable voltage variable frequency control inverter is used as a main component of the propulsion control device for towing railway vehicles.

도 1은 일반적인 3상 가변전압가변주파수 제어 방식의 철도차량용 인버터를 회로적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 종래의 철도차량용 인버터 스택의 정면도이다.1 is a circuit diagram illustrating a conventional three-phase variable voltage variable frequency control inverter for a railway vehicle, Figure 2 is a front view of a conventional railway vehicle inverter stack.

도 1과 도 2를 참조하면, 3상 가변전압가변주파수 제어 기능을 수행하기 위하여, 종래의 일반적인 인버터는 1상(Phase)당 2개의 반도체 스위칭 소자와 1개의 버스 플레이트(Busplate)로 구성된다. 전체적으로는, 총 6개의 반도체 스위칭 소자와 3개의 버스 플레이트, 1개의 히트 파이프(Heatpipe)로 구성된다.1 and 2, in order to perform a three-phase variable voltage variable frequency control function, a conventional general inverter is composed of two semiconductor switching elements and one bus plate per phase. In total, it consists of a total of six semiconductor switching elements, three bus plates, and one heatpipe.

종래의 이러한 구성에 따르면, 2개의 반도체 스위칭 소자 당 1개의 버스 플레이트(Busplate)를 별도로 제작하여 설치해야하기 때문에, 전체적으로는 3개의 버스 플레이트(Busplate)가 요구된다. 또한, 각 상(Phase)의 절연거리 확보로 인해 냉각기(Heatpipe)의 사이즈는 증대된다.According to this conventional configuration, three bus plates are required as a whole because one bus plate must be manufactured and installed separately for two semiconductor switching elements. In addition, the size of the heatpipe is increased due to the insulation distance of each phase.

이에 따라, 완성품인 인버터 스택의 사이즈가 커지고 중량이 늘어난다는 문제점이 있다.Accordingly, there is a problem that the size of the inverter stack as a finished product is increased and the weight is increased.

또한, 인버터 스택의 제조비용이 증가하고 제조공정의 편의성이 저하되는 문제점이 있다.In addition, there is a problem that the manufacturing cost of the inverter stack increases and the convenience of the manufacturing process is lowered.

본 발명은 철도차량용 인버터 스택의 사이즈와 중량을 줄이는 것을 기술적 과제로 한다.The present invention is to reduce the size and weight of the inverter stack for railway vehicles as a technical problem.

또한, 본 발명은 철도차량용 인버터 스택의 제조비용을 저감하고 제조공정의 편의성을 향상시키는 것을 기술적 과제로 한다.In addition, the present invention is to reduce the manufacturing cost of the inverter stack for railway vehicles and to improve the convenience of the manufacturing process as a technical problem.

보다 구체적으로, 본 발명은 철도차량의 개별제어방식의 추진제어장치에 사용되는 여러 개의 인버터 스택의 사이즈와 중량 저감을 위하여, 일체형 버스 플레이트(Busplate)를 적용하여 인버터 스택에 요구되는 부품의 개수를 줄임으로써, 인버터 스택의 전체적인 사이즈와 중량을 줄이고, 제조비용을 저감하고 제조공정의 편의성을 향상시키는 것을 기술적 과제로 한다.More specifically, in order to reduce the size and weight of a plurality of inverter stacks used in the propulsion control device for the individual control method of a railway vehicle, an integrated bus plate is applied to reduce the number of parts required for the inverter stack. By reducing the overall size and weight of the inverter stack, reducing the manufacturing cost and improving the convenience of the manufacturing process is a technical challenge.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 철도차량용 인버터 스택은 프레임, 상기 프레임의 일측에 설치된 버스 플레이트, 상기 버스 플레이트에 결합된 상태로 상기 버스 플레이트와 상기 프레임 사이에 설치된 반도체 스위칭 소자, 상기 반도체 스위칭 소자의 게이트 단자에 연결되어 상기 반도체 스위칭 소자의 온오프를 제어하기 위한 게이트 드라이버 및 상기 프레임의 타측에 설치되어 상기 반도체 스위칭 소자에서 발생하는 열을 방출하기 위한 히트 파이프를 포함하여 구성된다.An inverter stack for a railway vehicle according to the present invention for achieving the technical problem is a frame, a bus plate installed on one side of the frame, a semiconductor switching element installed between the bus plate and the frame in a state coupled to the bus plate, the semiconductor It is connected to the gate terminal of the switching element is configured to include a gate driver for controlling the on and off of the semiconductor switching element and the heat pipe is installed on the other side of the frame for dissipating heat generated by the semiconductor switching element.

상기 버스 플레이트는 하나의 일체형 플레이트인 것을 특징으로 한다.The bus plate is characterized in that one integrated plate.

상기 버스 플레이트의 중앙 영역에는 배선 연결용 취부홀들이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.Mounting holes for wiring connection are formed in the central region of the bus plate.

상기 게이트 드라이버는 게이트 드라이버 설치용 플레이트에 설치되어 있고, 상기 게이트 드라이버 설치용 플레이트는 상기 프레임의 일측 양단에 형성된 결합용 구조물에 결합된 상태로 상기 버스 플레이트와 이격되어 있는 것을 특징으로 한다.The gate driver is installed on a gate driver mounting plate, and the gate driver mounting plate is spaced apart from the bus plate in a state of being coupled to a coupling structure formed at both ends of the frame.

본 발명에 따르면, 철도차량용 인버터 스택의 사이즈와 중량이 줄어드는 효과가 있다.According to the present invention, the size and weight of the inverter stack for railway vehicles is reduced.

또한, 철도차량용 인버터 스택의 제조비용이 저감되고 제조공정의 편의성이 향상되는 효과가 있다.In addition, the manufacturing cost of the inverter stack for rolling stock is reduced and the convenience of the manufacturing process is improved.

보다 구체적으로, 철도차량의 개별제어방식의 추진제어장치에 사용되는 여러 개의 인버터 스택의 사이즈와 중량 저감을 위하여, 일체형 버스 플레이트(Busplate)를 적용하여 인버터 스택에 요구되는 부품의 개수를 줄임으로써, 인버터 스택의 전체적인 사이즈와 중량이 줄어들고, 제조비용이 저감되고 제조공정의 편의성이 향상되는 효과가 있다.More specifically, in order to reduce the size and weight of several inverter stacks used in the propulsion control device of the railway vehicle's individual control method, an integrated bus plate is applied to reduce the number of components required for the inverter stack. The overall size and weight of the inverter stack is reduced, the manufacturing cost is reduced, and the convenience of the manufacturing process is improved.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량용 인버터 스택의 정면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량용 인버터 스택의 분리 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량용 인버터 스택의 결합 사시도이다.3 is a front view of an inverter stack for a railway vehicle according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is an exploded perspective view of the inverter stack for a railway vehicle according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is according to an embodiment of the present invention. Combined perspective view of an inverter stack for a railway vehicle.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량용 인버터 스택은 프레임(10), 버스 플레이트(20), 반도체 스위칭 소자(30), 게이트 드라이버(40) 및 히트 파이프(50)를 포함하여 구성된다.3 to 5, an inverter stack for a railway vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention may include a frame 10, a bus plate 20, a semiconductor switching device 30, a gate driver 40, and a heat pipe 50. It is configured to include).

프레임(10)은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량용 인버터 스택을 구성하는 부품들을 설치하기 위한 베이스를 제공한다. 후술하겠지만, 이 프레임(10)의 일측에는 버스 플레이트(20), 반도체 스위칭 소자(30), 게이트 드라이버(40) 등이 배치되고, 프레임(10)의 타측에는 히트 파이프(50)가 배치된다.Frame 10 provides a base for installing the components constituting the inverter stack for a railway vehicle according to an embodiment of the present invention. As will be described later, the bus plate 20, the semiconductor switching element 30, the gate driver 40, and the like are disposed on one side of the frame 10, and the heat pipe 50 is disposed on the other side of the frame 10.

버스 플레이트(20)는 프레임(10)의 일측에 설치되어 있으며, 반도체 스위칭 소자(30)를 설치하기 위한 베이스의 기능을 한다. The bus plate 20 is installed on one side of the frame 10 and functions as a base for installing the semiconductor switching element 30.

이 버스 플레이트(20)는 하나의 일체형 플레이트로 구성될 수 있다. 이와 같이 버스 플레이트(20)를 하나의 일체형 플레이트로 구성하게 되면, 전체적인 인버터 스택의 사이즈와 중량을 줄일 수 있게 된다. 이에 대해서는 이후 보다 상세히 설명한다.The bus plate 20 may be composed of one integrated plate. When the bus plate 20 is configured as one integrated plate in this way, the size and weight of the overall inverter stack can be reduced. This will be described in more detail later.

버스 플레이트(20)의 중앙 영역에는 배선 연결용 취부홀들(H)이 형성되어 있 다. 이 배선 연결용 취부홀들(H)을 통하여 반도체 스위칭 소자(30)의 게이트(gate), 이미터(emitter), 컬렉터(collector) 단자 등에 연결되는 신호 배선들을 취부함으로써, 신호 배선 취부 작업의 편의성이 향상된다.Mounting holes H for wiring connection are formed in the central region of the bus plate 20. Convenience of signal wiring installation work by mounting signal wires connected to gate, emitter, collector terminal, etc. of the semiconductor switching element 30 through the wiring connection mounting holes H. This is improved.

반도체 스위칭 소자(30)는 버스 플레이트(20)에 결합된 상태로 버스 플레이트(20)와 프레임(10) 사이에 설치되어 있으며, 온오프 동작을 통하여 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력하기 위한 수단이다. 예를 들어, 이 반도체 스위칭 소자(30)는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)를 게이트부에 짜 넣은 접합형 트랜지스터인 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated gate bipolar transistor, IGBT)일 수 있다. 이와 같이 반도체 스위칭 소자(30)로 절연 게이트 양극성 트랜지스터를 채택하여 적용하게 되면, 대전력의 고속 스위칭이 가능해 진다. 또한, 이미터와 컬렉터가 서로 전기적으로 연결된 2개의 IGBT로 이루어지는 소자를 3쌍 배치함으로써, 입력되는 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 출력할 수 있게 된다.The semiconductor switching element 30 is installed between the bus plate 20 and the frame 10 while being coupled to the bus plate 20, and means for converting a DC voltage into an AC voltage through an on-off operation and outputting the alternating voltage. to be. For example, the semiconductor switching element 30 may be an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), which is a junction transistor in which a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) is incorporated into the gate portion. When the insulated gate bipolar transistor is adopted as the semiconductor switching element 30 as described above, high-speed high-speed switching becomes possible. In addition, by arranging three pairs of elements consisting of two IGBTs in which the emitter and the collector are electrically connected to each other, the input DC voltage can be converted into a three-phase AC voltage and output.

게이트 드라이버(40)는 반도체 스위칭 소자(30)의 게이트 단자에 연결되어 반도체 스위칭 소자(30)의 온오프를 제어하기 위한 수단이다.The gate driver 40 is connected to the gate terminal of the semiconductor switching element 30 and is a means for controlling the on and off of the semiconductor switching element 30.

하나의 예로, 이 게이트 드라이버(40)는 게이트 드라이버 설치용 플레이트(60)에 설치될 수 있다. 이 경우, 게이트 드라이버 설치용 플레이트(60)는 프레임(10)의 일측 양단에 형성된 결합용 구조물에 결합된 상태로 버스 플레이트(20)와 이격되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 발열량이 큰 반도체 스위칭 소자(30) 및 이 반도체 스위칭 소자(30)가 설치되어 있는 버스 플레이트(20)로부터 게이트 드라 이버(40)를 이격시켜, 발열에 의한 게이트 드라이버(40)의 오작동을 방지할 수 있게 된다.As an example, the gate driver 40 may be installed in the gate driver mounting plate 60. In this case, the gate driver installation plate 60 is spaced apart from the bus plate 20 in a state of being coupled to a coupling structure formed at both ends of the frame 10. In such a configuration, the gate driver 40 is separated from the semiconductor switching element 30 having a large amount of heat generation and the bus plate 20 on which the semiconductor switching element 30 is provided, thereby generating the gate driver 40 due to heat generation. This can prevent malfunction.

히트 파이프(50)는 프레임(10)의 타측에 설치되어 반도체 스위칭 소자(30)에서 발생하는 열을 방출하기 위한 수단이다. 앞서 설명한 바와 같이, 반도체 스위칭 소자(30), 버스 플레이트(20) 및 게이트 드라이버(40)는 프레임(10)의 일측 즉, 히트 파이프(50)가 설치되는 영역의 반대 영역에 배치된다. 이와 같이 배치함으로써, 반도체 스위칭 소자(30)의 구동 과정에서 발생하는 열을 히트 파이프(50)를 통하여 외부로 효율적으로 방출할 수 있게 된다.The heat pipe 50 is provided on the other side of the frame 10 to discharge heat generated in the semiconductor switching element 30. As described above, the semiconductor switching element 30, the bus plate 20, and the gate driver 40 are disposed on one side of the frame 10, that is, the region opposite to the region where the heat pipe 50 is installed. By disposing as described above, heat generated in the process of driving the semiconductor switching element 30 can be efficiently discharged to the outside through the heat pipe 50.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 철도차량용 인버터 스택의 사이즈와 중량이 크게 줄어드는 효과가 있다. 또한, 철도차량용 인버터 스택의 제조비용이 저감되고 제조공정의 편의성이 향상되는 효과가 있다.As described in detail above, according to the present invention, there is an effect that the size and weight of the inverter stack for railway vehicles is greatly reduced. In addition, the manufacturing cost of the inverter stack for rolling stock is reduced and the convenience of the manufacturing process is improved.

보다 구체적으로, 본 발명은 철도차량의 개별제어방식의 추진제어장치에 사용되는 여러 개의 인버터 스택의 사이즈와 중량 저감을 위하여, 일체형 버스 플레이트(Busplate, 20)를 적용하여 인버터 스택에 요구되는 부품의 개수를 줄임으로써, 인버터 스택의 전체적인 사이즈와 중량이 크게 줄어들고, 제조비용이 저감되고 제조공정의 편의성이 향상되는 효과가 있다.More specifically, the present invention is applied to the integrated bus plate (Busplate, 20) to reduce the size and weight of several inverter stacks used in the propulsion control device of the individual control method of railroad cars of the components required for the inverter stack By reducing the number, the overall size and weight of the inverter stack is greatly reduced, the manufacturing cost is reduced and the convenience of the manufacturing process is improved.

본 발명은 도 2에 개시된 종래의 방식과 비교하여, 사이즈와 중량은 기존 스택 대비 약 20~40% 감소되기 때문에 사이즈 및 중량, 비용 절감의 효과를 얻을 수 있다.Compared to the conventional method disclosed in FIG. 2, the present invention can reduce the size, weight, and cost by reducing the size and weight by about 20 to 40% compared to the conventional stack.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.Although the technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, this is intended to describe exemplary embodiments of the present invention by way of example and not to limit the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

도 1은 일반적인 철도차량용 인버터를 회로적으로 나타낸 도면이다.1 is a circuit diagram illustrating a general railway vehicle inverter.

도 2는 종래의 철도차량용 인버터 스택의 평면도이다.2 is a plan view of a conventional inverter stack for railway vehicles.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량용 인버터 스택의 정면도이다.3 is a front view of an inverter stack for a railway vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량용 인버터 스택의 분리 사시도이다.4 is an exploded perspective view of an inverter stack for a railway vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량용 인버터 스택의 결합 사시도이다.5 is a combined perspective view of the inverter stack for a railway vehicle according to an embodiment of the present invention.

***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ********** Explanation of symbols for the main parts of the drawing *****

10: 프레임 20: 버스 플레이트10: frame 20: bus plate

30: 반도체 스위칭 소자 40: 게이트 드라이버30: semiconductor switching element 40: gate driver

50: 히트 파이프50: heat pipe

60: 게이트 드라이버 설치용 플레이트60: plate for installing the gate driver

H: 배선 연결용 취부홀H: Mounting hole for wiring

Claims (4)

철도차량용 인버터 스택에 있어서,In the inverter stack for railway vehicles, 프레임;frame; 상기 프레임의 일측에 설치된 버스 플레이트;A bus plate installed at one side of the frame; 상기 버스 플레이트에 결합된 상태로 상기 버스 플레이트와 상기 프레임 사이에 설치된 반도체 스위칭 소자;A semiconductor switching element provided between the bus plate and the frame while being coupled to the bus plate; 상기 반도체 스위칭 소자의 게이트 단자에 연결되어 상기 반도체 스위칭 소자의 온오프를 제어하기 위한 게이트 드라이버; 및A gate driver connected to the gate terminal of the semiconductor switching device to control on / off of the semiconductor switching device; And 상기 프레임의 타측에 설치되어 상기 반도체 스위칭 소자에서 발생하는 열을 방출하기 위한 히트 파이프를 포함하여 구성되고,Is installed on the other side of the frame and comprises a heat pipe for dissipating heat generated in the semiconductor switching element, 상기 게이트 드라이버는 게이트 드라이버 설치용 플레이트에 설치되어 있고,The gate driver is installed on the plate for the gate driver installation, 상기 게이트 드라이버 설치용 플레이트는 상기 프레임의 일측 양단에 형성된 결합용 구조물에 결합된 상태로 상기 버스 플레이트와 이격되어 있는 것을 특징으로 하는, 철도차량용 인버터 스택.And the gate driver installation plate is spaced apart from the bus plate in a state of being coupled to a coupling structure formed at both ends of the frame. 제1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 버스 플레이트는 하나의 일체형 플레이트인 것을 특징으로 하는, 철도차량용 인버터 스택.Inverter stack for railway vehicles, characterized in that the bus plate is one integral plate. 제1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 버스 플레이트의 중앙 영역에는 배선 연결용 취부홀들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 철도차량용 인버터 스택.Inverter stack for railway vehicles, characterized in that the wiring connection mounting holes are formed in the central region of the bus plate. 삭제delete
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