KR101144940B1 - 철도차량용 수냉식 파워 모듈 - Google Patents

철도차량용 수냉식 파워 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR101144940B1
KR101144940B1 KR1020090135224A KR20090135224A KR101144940B1 KR 101144940 B1 KR101144940 B1 KR 101144940B1 KR 1020090135224 A KR1020090135224 A KR 1020090135224A KR 20090135224 A KR20090135224 A KR 20090135224A KR 101144940 B1 KR101144940 B1 KR 101144940B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
plate
power module
cooling
water
semiconductor switching
Prior art date
Application number
KR1020090135224A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110078418A (ko
Inventor
김태윤
우상균
정은성
김철호
Original Assignee
현대로템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대로템 주식회사 filed Critical 현대로템 주식회사
Priority to KR1020090135224A priority Critical patent/KR101144940B1/ko
Publication of KR20110078418A publication Critical patent/KR20110078418A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101144940B1 publication Critical patent/KR101144940B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C17/00—Arrangement or disposition of parts; Details or accessories not otherwise provided for; Use of control gear and control systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K11/00—Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/02—Arrangement in connection with cooling of propulsion units with liquid cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C17/00—Arrangement or disposition of parts; Details or accessories not otherwise provided for; Use of control gear and control systems
    • B61C17/12—Control gear; Arrangements for controlling locomotives from remote points in the train or when operating in multiple units
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20218—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20254—Cold plates transferring heat from heat source to coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/30—Railway vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2306/00—Other features of vehicle sub-units
    • B60Y2306/05—Cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/87—Auxiliary drives
    • B60Y2400/89—Cooling systems, e.g. fan drives

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 철도차량용 수냉식 파워 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 철도차량용 수냉식 파워 모듈은 프레임에 고정 결합되어 있으며 냉각수를 유동시키기 위한 냉각수 유로가 내부에 형성되어 있는 냉각판, 상기 냉각판의 일측에 설치된 버스 플레이트, 상기 냉각판에 결합된 상태로 상기 버스 플레이트와 상기 냉각판 사이에 설치된 반도체 스위칭 소자 및 상기 반도체 스위칭 소자의 게이트 단자에 연결되어 상기 반도체 스위칭 소자의 온오프를 제어하기 위한 게이트 드라이버를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 사이즈와 중량이 줄어들면서도 요구되는 냉각 성능을 유지할 수 있는 철도차량용 수냉식 파워 모듈이 제공되는 효과가 있다.
철도차량, 수냉식 파워 모듈, 버스 플레이트(Busplate), 반도체 스위칭 소자, 냉각판

Description

철도차량용 수냉식 파워 모듈{LIQUID COOLING TYPE POWER MODULE FOR RAILWAY CAR}
본 발명은 철도차량용 수냉식 파워 모듈에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 사이즈와 중량이 줄어들고 제조비용이 저감되고 제조공정의 편의성이 향상되는 동시에 냉각 효율이 향상된 철도차량용 수냉식 파워 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량을 견인하기 위한 추진제어장치에는 대전력을 스위칭할 수 있는 반도체 스위칭 소자들이 사용된다.
도 1은 이러한 반도체 스위칭 소자가 집적된 하나의 예인 철도차량용 컨버터를 회로적으로 나타낸 도면이다.
철도차량의 운행과 관련하여 이러한 반도체 스위칭 소자들을 온오프하는 과정에서 상당한 레벨의 열이 발생한다.
종래에는 이러한 열을 외부로 방출하기 위하여 반도체 스위칭 소자에서 발생하는 열을 주행풍을 이용하여 냉각시키는 자연 냉각 방식을 사용하였다.
그러나 종래의 이러한 방식에 따르면, 적정 수준의 냉각 성능을 확보하기 위 하여 요구되는 냉각판은 냉각판의 사이즈가 커져야 할 뿐만 아니라 필요 부품의 수도 증가하게 된다는 문제점점이 있다.
이러한 문제점들로 인하여 전체적으로 철도차량의 중량이 증가하게 되고, 유지보수 작업의 측면에서도 효율성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 사이즈와 중량이 줄어들면서도 요구되는 냉각 성능을 유지할 수 있는 철도차량용 수냉식 파워 모듈을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명은 수냉식 냉각 방식과 일체형 버스 플레이트(Busplate)를 적용하여 요구되는 부품의 개수를 줄임으로써, 파워 모듈의 전체적인 사이즈와 중량을 줄이고, 제조비용을 저감하고 제조공정의 편의성을 향상시키는 동시에 요구되는 냉각 성능을 효율적으로 유지할 수 있는 철도차량용 수냉식 파워 모듈을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 철도차량용 수냉식 파워 모듈을 모듈 형태로 제공함으로써 유지보수 작업의 편의성을 향상시키는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 철도차량용 수냉식 파워 모듈의 제조비용을 저감하고 제조공정의 편의성을 향상시키는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 철도차량용 수냉식 파워 모듈은 프레임에 고정 결합되어 있으며 냉각수를 유동시키기 위한 냉각수 유로가 내부에 형성되어 있는 냉각판, 상기 냉각판의 일측에 설치된 버스 플레이트, 상기 냉각판에 결합된 상태로 상기 버스 플레이트와 상기 냉각판 사이에 설치된 반도체 스위칭 소자 및 상기 반도체 스위칭 소자의 게이트 단자에 연결되어 상기 반도 체 스위칭 소자의 온오프를 제어하기 위한 게이트 드라이버를 포함하여 구성된다.
상기 버스 플레이트는 하나의 일체형 플레이트인 것을 특징으로 한다.
상기 버스 플레이트의 중앙 영역에는 배선 연결용 취부홀들이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
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.
본 발명에 따르면, 사이즈와 중량이 줄어들면서도 요구되는 냉각 성능을 유지할 수 있는 철도차량용 수냉식 파워 모듈이 제공되는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 수냉식 냉각 방식과 일체형 버스 플레이트(Busplate)를 적용하여 요구되는 부품의 개수를 줄임으로써, 파워 모듈의 전체적인 사이즈와 중량을 줄이고, 제조비용을 저감하고 제조공정의 편의성을 향상시키는 동시에 요구되는 냉각 성능을 효율적으로 유지할 수 있는 철도차량용 수냉식 파워 모듈이 제공되는 효과가 있다.
또한, 철도차량용 수냉식 파워 모듈을 모듈 형태로 제공함으로써 유지보수 작업의 편의성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 철도차량용 수냉식 파워 모듈의 제조비용이 저감되고 제조공정의 편의 성이 향상되는 효과가 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량용 수냉식 파워 모듈의 정면면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량용 수냉식 파워 모듈의 분리 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량용 수냉식 파워 모듈의 결합 사시도이고, 도 5는 도 4를 A 방향에서 바라보았을 때의 결합 사시도이고, 도 6은 냉각판을 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량용 수냉식 파워 모듈은 프레임(10), 냉각판(20), 버스 플레이트(30), 반도체 스위칭 소자(40) 및 게이트 드라이버(50)를 포함하여 구성된다.
프레임(10)은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량용 수냉식 파워 모듈을 구성하는 부품들을 설치하기 위한 베이스를 제공한다. 후술하겠지만, 이 프레임(10)의 일측에는 버스 플레이트(30), 반도체 스위칭 소자(40), 게이트 드라이버(50) 등이 배치되고, 프레임(10)의 타측에는 냉각판(20)이 배치된다.
냉각판(20)은 프레임(10)에 고정 결합되어 있으며 냉각수를 유동시키기 위한 냉각수 유로(24)가 내부에 형성되어 있다.
보다 구체적으로, 냉각수 인입구(22)를 통하여 인입된 냉각수는 냉각수 유로(24)를 순환하면서 후술하는 반도체 스위칭 소자(40)에서 발생하는 열을 흡수한 후, 냉각수 인출구(26)를 통하여 외부에 구비된 도시하지 않은 라디에이터 측으로 인출된다.
버스 플레이트(30)는 프레임(10)의 일측 즉, 냉각판(20)의 일측에 설치되어 있으며, 반도체 스위칭 소자(40)를 설치하기 위한 베이스의 기능을 한다.
이 버스 플레이트(30)는 하나의 일체형 플레이트로 구성될 수 있다. 이와 같이 버스 플레이트(30)를 하나의 일체형 플레이트로 구성하게 되면, 전체적인 수냉식 파워 모듈의 사이즈와 중량을 줄일 수 있게 된다. 이에 대해서는 이후 보다 상세히 설명한다.
버스 플레이트(30)의 중앙 영역에는 배선 연결용 취부홀들(H)이 형성되어 있다. 이 배선 연결용 취부홀들(H)을 통하여 반도체 스위칭 소자(40)의 게이트(gate), 이미터(emitter), 컬렉터(collector) 단자 등에 연결되는 신호 배선들을 취부함으로써, 신호 배선 취부 작업의 편의성이 향상된다.
반도체 스위칭 소자(40)는 냉각판(20)에 결합된 상태로 버스 플레이트(30)와 프레임(10) 사이에 설치되어 있으며, 온오프 동작을 통하여 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 출력하기 위한 수단이다.
보다 구체적으로, 반도체 스위칭 소자(40)는 냉각판(20)에 나사 결합된 상태로 고정되어 있으며, 반도체 스위칭 소자(40)의 일면은 내부에 냉각수가 순환되는 냉각판(20)에 직접 접촉되어 있다. 이러한 구조에 따라, 반도체 스위칭 소자(40)에 서 발생하는 열은 냉각판(20)을 통하여 효율적으로 외부로 방출되게 된다.
예를 들어, 이 반도체 스위칭 소자(40)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(40)로 절연 게이트 양극성 트랜지스터를 채택하여 적용하게 되면, 대전력의 고속 스위칭이 가능해 진다.
게이트 드라이버(50)는 반도체 스위칭 소자(40)의 게이트 단자에 연결되어 반도체 스위칭 소자(40)의 온오프를 제어하기 위한 수단이다.
하나의 예로, 이 게이트 드라이버(50)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(30)와 이격되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 발열량이 큰 반도체 스위칭 소자(40) 및 이 반도체 스위칭 소자(40)가 설치되어 있는 버스 플레이트(30)로부터 게이트 드라이버(50)를 이격시켜, 발열에 의한 게이트 드라이버(50)의 오작동을 방지할 수 있게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 사이즈와 중량이 줄어들면서도 요구되는 냉각 성능을 유지할 수 있는 철도차량용 수냉식 파워 모듈이 제공되는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 수냉식 냉각 방식과 일체형 버스 플레이트(Busplate)를 적 용하여 요구되는 부품의 개수를 줄임으로써, 파워 모듈의 전체적인 사이즈와 중량을 줄이고, 제조비용을 저감하고 제조공정의 편의성을 향상시키는 동시에 요구되는 냉각 성능을 효율적으로 유지할 수 있는 철도차량용 수냉식 파워 모듈이 제공되는 효과가 있다.
또한, 철도차량용 수냉식 파워 모듈을 모듈 형태로 제공함으로써 유지보수 작업의 편의성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 철도차량용 수냉식 파워 모듈의 제조비용이 저감되고 제조공정의 편의성이 향상되는 효과가 있다.
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.
도 1은 일반적인 철도차량용 컨버터를 회로적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량용 수냉식 파워 모듈의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량용 수냉식 파워 모듈의 분리 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량용 수냉식 파워 모듈의 결합 사시도이다.
도 5는 도 4를 A 방향에서 바라보았을 때의 결합 사시도이다.
도 6은 냉각판을 나타낸 도면이다.
***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *****
10: 프레임 20: 냉각판
22: 냉각수 인입구 24: 냉각수 유로
26: 냉각수 인출구 30: 버스 플레이트
40: 반도체 스위칭 소자 50: 게이트 드라이버
60: 게이트 드라이버 설치용 플레이트
H: 배선 연결용 취부홀

Claims (4)

  1. 철도차량용 수냉식 파워 모듈에 있어서,
    프레임에 고정 결합되어 있으며 냉각수를 유동시키기 위한 냉각수 유로가 내부에 형성되어 있는 냉각판;
    상기 냉각판의 일측에 설치된 버스 플레이트;
    상기 냉각판에 결합된 상태로 상기 버스 플레이트와 상기 냉각판 사이에 설치된 반도체 스위칭 소자; 및
    상기 반도체 스위칭 소자의 게이트 단자에 연결되어 상기 반도체 스위칭 소자의 온오프를 제어하기 위한 게이트 드라이버를 포함하여 구성되고,
    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 하는, 철도차량용 수냉식 파워 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 버스 플레이트는 하나의 일체형 플레이트인 것을 특징으로 하는, 철도차량용 수냉식 파워 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 버스 플레이트의 중앙 영역에는 배선 연결용 취부홀들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 철도차량용 수냉식 파워 모듈.
  4. 삭제
KR1020090135224A 2009-12-31 2009-12-31 철도차량용 수냉식 파워 모듈 KR101144940B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090135224A KR101144940B1 (ko) 2009-12-31 2009-12-31 철도차량용 수냉식 파워 모듈

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090135224A KR101144940B1 (ko) 2009-12-31 2009-12-31 철도차량용 수냉식 파워 모듈

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110078418A KR20110078418A (ko) 2011-07-07
KR101144940B1 true KR101144940B1 (ko) 2012-05-11

Family

ID=44917884

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090135224A KR101144940B1 (ko) 2009-12-31 2009-12-31 철도차량용 수냉식 파워 모듈

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101144940B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110843815B (zh) * 2019-11-21 2021-01-26 中铁轨道交通装备有限公司 用于冷却系统的控制方法及其装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09130074A (ja) * 1995-10-27 1997-05-16 Hitachi Ltd 電気機器の冷却装置
KR19980049571U (ko) * 1996-12-30 1998-10-07 추호석 철도 차량용 인버터 스택 구조
KR0128200Y1 (ko) * 1995-02-03 1999-05-01 이종수 인버터 스택

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0128200Y1 (ko) * 1995-02-03 1999-05-01 이종수 인버터 스택
JPH09130074A (ja) * 1995-10-27 1997-05-16 Hitachi Ltd 電気機器の冷却装置
KR19980049571U (ko) * 1996-12-30 1998-10-07 추호석 철도 차량용 인버터 스택 구조

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110078418A (ko) 2011-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201557042U (zh) 相功率模块装置和变流器
CN109510561B (zh) 高集成功率模块和空调器
JP4089910B2 (ja) 自動車用電力変換装置
US20110085363A1 (en) Power electronics and integration system for providing a common high current inverter for use with a traction inverter and an auxiliary inverter
JP2019033587A (ja) 電力変換装置および電力変換装置を搭載した車両
KR101144940B1 (ko) 철도차량용 수냉식 파워 모듈
KR100619490B1 (ko) 반도체 냉각 장치
JP6498370B2 (ja) 電力変換装置
CN210075867U (zh) 液冷变频器系统
JP6470220B2 (ja) 電力変換装置
US10212801B2 (en) Motor driving device
US11877421B2 (en) Cooling liquid flow control device
CN210016396U (zh) 一种变频器
CN209545424U (zh) 变频器的igbt结构
CN109245555B (zh) 同步整流高频开关电源
CN110601427B (zh) 一种电机与控制器集成的电驱系统
CN110266179B (zh) 一种SiC MOSFET变流器的布局方法及SiC MOSFET变流器
JP3327352B2 (ja) 電気回路部品設置機構
KR101126298B1 (ko) 철도차량용 인버터 스택
WO2015052984A1 (ja) 電力変換装置
US20230097894A1 (en) Driving part of warm air heater and warm air heater
CN219591994U (zh) 一种智能型的变电站动力配电箱
US20210320585A1 (en) Highly integrated power module and electrical appliance
CN214542201U (zh) 一种具有散热装置的igbt模块结构
JP2007049823A (ja) パワーモジュール及び基板

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150429

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160428

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170427

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180425

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190425

Year of fee payment: 8