TWI521835B - 電力變換裝置 - Google Patents

Description

電力變換裝置

本發明係有關電力變換裝置，特別是其冷卻構造。

一般來說，將交流變換成直流之整流器(converter)或將直流變換成交流之反流器(inverter)等電力變換裝置，其目的係用來驅動交流電動機。尤其是近年來，此類電力變換裝置走向大電容化。因此，電力變換裝置中，為了因應發熱增加等問題，係採用水冷方式作為冷卻方式(例如專利文獻1)。

在此，藉由圖3及圖4，說明習知水冷方式之電力變換裝置的冷卻構造。

圖3為習知電力變換裝置之示意正面側立體圖。圖4為習知電力變換裝置之示意背面側立體圖。電力變換裝置具備：半導體開關元件101、冷卻體102、103ha主配管(給水側)103、主配管(排水側)104、分歧配管(給水側)105、分歧配管(排水側)106、給水口107、排水口108。

說明習知水冷方式之電力變換裝置的構造。

圖3所示之構造中，2個半導體開關元件101，係固定於1個板狀之冷卻體102。在冷卻體102的一方之側配置有主配管(給水側)103，另一方之側配置有主配管(排水側)104。主配管(給水側)103與各冷卻體102係藉由分歧配管(給水側)105而連接。同樣地，主配管(排水側)104與各冷卻體102係藉由分歧配管(排水側)106而連接。複數個冷卻體102，係於主配管(給水側)103與主配管(排水側)104的軸方向複數串聯配置。

圖4所示之構造中，冷卻體102與分歧配管(給水側)105，係透過設於冷卻體102背面側的給水口107而連接。同樣地，冷卻體102與分歧配管(排水側)106，係透過設於冷卻體102背面側的排水口108而連接。

另，設於各冷卻體102背面側的給水口107，係配置於主配管(給水側)103附近，在冷卻體2的主配管(給水側)103軸方向的幾乎中央的位置。此外，設於各冷卻體102背面側的排水口108，亦係配置於主配管(排水側)附近，在冷卻體2的主配管(排水側)軸方向的幾乎中央的位置。

接下來，說明習知水冷方式之電力變換裝置的動作。

圖3及圖4所示之電力變換裝置中，冷卻水係流經主配管(給水側)103的內部。而冷卻水會通過分歧配管(給水側)105，透過給水口107而流入各冷卻體102的內部。

此時，藉由冷卻水通過各冷卻體102的內部，固定於冷卻體102的半導體開關元件101會受到冷卻。接著，通過各冷卻體102內部的冷卻水，會透過排水口108，通過分歧配管(排水側)106，朝主配管(排水側)104排出。

以上便是習知水冷方式電力變換裝置的冷卻構造動作說明。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕日本特開2005-117829號公報

習知之電力變換裝置中，例如使用可撓性配管來作為各分歧配管時，由於主配管(給水側)103與給水口107之間的距離，以及主配管(排水側)104與排水口108之間的距離較短，故組裝性不佳。

可撓性配管的壓縮量較小。因此，若可撓性配管較短，則在組裝時，無法容許足夠大範圍的組裝尺寸誤差來組合。因此，在實際組裝時，較短的可撓性配管會被過度壓縮，一面被縮短一面組裝。如此一來，便會發生配管系統的某處承受不當受力的事態。此外，像這類使用較短可撓性配管的電力變換裝置，其組裝順序也會受到限制，且維修或分解、零件交換作業亦不容易。

又，習知電力變換裝置的冷卻構造，是在冷卻體102的兩側配置各主配管，故裝置全體的寬度尺寸會變大。

為達成上述目的，本發明第1面向之電力變換裝置，其特徵為：具備：冷卻體，其安裝有半導體元件，內部形成有供冷卻液流通之流路，且其外表面配置供給口及排出口；及供給配管，透過該供給口連接至前述冷卻體，以能將前述冷卻液供給至前述冷卻體內部的方式，來決定其形狀；及排出配管，透過前述排出口連接至前述冷卻體，以能將前述冷卻液排出至前述冷卻體外部的方式，來決定其形狀；前述供給配管係由：與前述冷卻體隔離而設置之供給用主配管、以及將前述供給口連接至該供給用主配管之供給用分歧配管，所構成，前述排出配管係由：與前述冷卻體隔離而設置之排出用主配管、以及將前述排出口連接至該排出用主配管之排出用分歧配管，所構成，前述排出用分歧配管的長度，係設定成比從前述排出口至前述供給用主配管為止之距離還來得長。

此外，本發明第2面向之電力變換裝置，其特徵為：具備：冷卻體，其安裝有半導體元件，內部形成有供冷卻液流通之流路；及供給配管，透過設於該冷卻體的外表面之供給口連接至前述冷卻體，以能將前述冷卻液供給至前述冷卻體內部的方式，來決定其形狀；及排出配管，透過設於前述冷卻體的外表面之排出口連接至前述冷卻體，以 能將前述冷卻液排出至前述冷卻體外部的方式，來決定其形狀；前述供給配管係由：與前述冷卻體隔離而設置之供給用主配管、以及將前述供給口連接至該供給用主配管之供給用分歧配管，所構成，前述排出配管係由：與前述冷卻體隔離而設置之排出用主配管、以及將前述排出口連接至該排出用主配管之排出用分歧配管，所構成，前述供給用分歧配管的長度，係設定成比從前述供給口至前述排出用主配管為止之距離還來得長。

此外，本發明第3面向之電力變換裝置，其特徵為：具備：冷卻體，其安裝有半導體元件，內部形成有供冷卻液流通之流路；及供給配管，透過設於該冷卻體的外表面之供給口連接至前述冷卻體，以能將前述冷卻液供給至前述冷卻體內部的方式，來決定其形狀；及排出配管，透過設於前述冷卻體的外表面之排出口連接至前述冷卻體，以能將前述冷卻液排出至前述冷卻體外部的方式，來決定其形狀；前述供給配管係由：與前述冷卻體隔離而設置之供給用主配管、以及將前述供給口連接至該供給用主配管之供給用分歧配管，所構成，前述排出配管係由：與前述冷卻體隔離而設置之排出用主配管、以及將前述排出口連接至該排出用主配管之排出用分歧配管，所構成，前述排出用分歧配管的長度，係設定成比從前述排出口至前述供給用主配管為止之距離還來得長，前述供給用分歧配管的長度，係設定成比從前述供給口至前述排出用主配管為止之距離還來得長。

按照本發明，能夠提升電力變換裝置的組裝性。

1‧‧‧半導體開關元件

2‧‧‧冷卻體

3‧‧‧主配管(給水側)

4‧‧‧主配管(排水側)

5‧‧‧分歧配管(給水側)

6‧‧‧分歧配管(排水側)

7‧‧‧給水口

8‧‧‧排水口

〔圖1〕本發明實施形態之電力變換裝置示意正面側立體圖。

〔圖2〕本發明實施形態之電力變換裝置示意背面側立體圖。

〔圖3〕習知電力變換裝置之示意正面側立體圖。

〔圖4〕習知電力變換裝置之示意背面側立體圖。

以下參照所附圖面，說明本發明之實施形態。但，以下記載僅為本發明之示例，並非限定於此。也就是說，所屬技術領域中具有通常知識者，可在本發明之技術思想內實施多種變形。

〔實施例〕

首先，藉由圖1及圖2，說明本發明實施形態之電力變換裝置的冷卻構造之構成。

圖1為本發明實施形態之電力變換裝置示意正面側立體圖。圖2為其電力變換裝置之示意背面側立體圖。電力變換裝置具備：半導體開關元件1、冷卻體2、主配管 (給水側)3、主配管(排水側)4、分歧配管(給水側)5、分歧配管(排水側)6、給水口7、排水口8。

利用圖1，說明電力變換裝置的冷卻構造正面側構成。

圖1所示之構造中，複數個冷卻體2，係於主配管(給水側)3與主配管(排水側)4的軸方向串聯配置。2個半導體開關元件1，固定於1個板狀的各冷卻體2。在各冷卻體2背面側的橫方向中央部附近，主配管(給水側)3與主配管(排水側)4係和冷卻體2隔離而配置。主配管(給水側)3係與各冷卻體2在背面側藉由分歧配管5而連接。同樣地，主配管(排水側)4係與各冷卻體2在背面側藉由分歧配管(排水側)6而連接。下文詳述之。

作為冷卻體2，例如可使用水冷冷卻體。在此情形下，在各冷卻體2的內部，形成有供冷卻水流通的空間(冷媒流路)。

電力變換裝置的全體構造，係設置成冷卻水的給水流向方向為下方、排水流向方向為上方。而在上方側設置有泵浦(未圖示)。泵浦係與主配管(給水側)3及主配管(排水側)4連接。藉由該泵浦的動作，使得冷卻水在各主配管的內部依上述方向循環。

此外，在主配管(給水側)3及主配管(排水側)4各自的配管上(例如下方側)，設有維修時等可進行洩水之洩水栓(未圖示)。

接著利用圖2，說明電力變換裝置的冷卻構造背面側構成。

圖2所示之構造中，冷卻體2與主配管(給水側)3，係透過給水口7，藉由分歧配管(給水側)5而連接。同樣地，冷卻體2與主配管(排水側)4，係透過排水口8，藉由分歧配管(排水側)6而連接。

給水口7係配置於各冷卻體2背面側下部的角部附近。排水口8係配置於各冷卻體2背面側上部的角部附近。

又，給水口7是隔著主配管(排水側)4而與主配管(給水側)3連接。該連接係利用分歧配管(給水側)5。分歧配管(給水側)5是通過主配管(排水側)4的背側而連接至給水口7。

另一方面，排水口8是隔著主配管(給水側)3而與主配管(排水側)4連接。該連接係利用分歧配管(排水側)6。另，分歧配管(排水側)6是通過主配管(給水側)3的背側而連接至排水口8。

作為分歧配管(給水側)5及分歧配管(排水側)6，例如可使用可撓性配管。另，可撓性配管例如可使用不鏽鋼(SUS)、鋁、銅、橡膠等材料。

在此，主配管(給水側)3及主配管(排水側)4，是在各冷卻體2橫方向的中心位置附近並列配置。

另，給水口7與主配管(給水側)3，是隔著主配管(排水側)4而彼此連接。也就是說，是將距離給水口7 較遠的主配管當做主配管(給水側)3，而與給水口7連接。因此，該連接所使用之分歧配管(給水側)5的長度，相較於習知電力變換裝置例的分歧配管(給水側)106的長度，係較長。

同樣地，排水口8與主配管(給水側)4，是隔著主配管(給水側)3而彼此連接。也就是說，是將距離排水口8較遠的主配管當做主配管(排水側)4，而與排水口8連接。因此，該連接所使用之分歧配管(排水側)6的長度，相較於習知電力變換裝置例的分歧配管(排水側)106的長度，係較長。

接下來，同樣藉由圖1及圖2，說明本發明實施例之電力變換裝置動作。

圖1及圖2所示之電力變換裝置中，冷卻水係從未圖示之泵浦，通過主配管(給水側)3內部而被強制地送出。接著，被送出的冷卻水，會從分歧配管(給水側)5透過給水口7而流入各冷卻體2的內部。

流入冷卻體2內部的冷卻水，會通過其內部的流路，藉此通過冷卻體2內部。此時，固定於冷卻體2外部的半導體開關元件1，其內部的能量損失所產生的熱，會透過冷卻體2表面，而傳遞至強制流經於冷卻體2內部流路的冷卻水。如此一來，便能將半導體開關元件1冷卻，抑制其溫度上昇。

接著，通過各冷卻體2內部的冷卻水，會透過排水口8，通過分歧配管(排水側)6，朝主配管(排水側)4排 出。

以上便是本發明實施形態之電力變換裝置的構造及動作說明。

如此，按照本發明之實施形態，可以將給水口7與主配管(給水側)3之間的距離(等同於分歧配管(給水側)5的長度)，設定成比從給水口7至主配管(排水側)4為止的距離還長。此外，可以將排水口8與主配管(排水側)4之間的距離(等同於分歧配管(排水側)6的長度)，設定成比從排水口8至主配管(給水側)3為止的距離還長。因此，例如使用可撓性配管來作為分歧配管5及6時，能夠提升其組裝性。

詳細如次。

可撓性配管的壓縮量較小。但，本發明之實施形態中，係將給水口7與主配管(給水側)3之間的距離，以及排水口8與主配管(排水側)4之間的距離，分別設定成比相對應的習知構造還來得長。因此，在冷卻構造組裝時，可以容許可撓性配管有足夠大範圍的組裝尺寸誤差來組合。

是故，即使於電力變換裝置的冷卻構造使用可撓性配管的情形下，例如在冷卻構造組裝時，也能容易地進行：在先以沒有可撓性配管而組裝的冷卻構造的2點間，後續再將可撓性配管安裝之作業等。因此，能夠提升電力變換裝置的冷卻構造的組裝性。

此外，在組裝電力變換裝置的冷卻構造時，也無需過 度地壓縮可撓性配管，使其一面縮短一面組裝。因此，除了能提升電力變換裝置的冷卻構造的組裝性，也能防止對配管系統施加不當的力之事態。

又，在組裝電力變換裝置的冷卻構造時，其組裝順序亦不會受限。

再者，也能容易地進行電力變換裝置的冷卻構造的維修或分解、交換作業。

此外，本發明之實施形態中，在各冷卻體2背面側橫方向的中央附近(亦即各冷卻體2橫方向的中心位置附近)，配置有主配管(給水側)3及主配管(排水側)4。因此，能夠縮小電力變換裝置的冷卻構造的寬度尺寸。是故，能夠謀求電力變換裝置全體之小型化。

以上便是本發明實施形態之效果。

另，上述實施形態中，從給水口7至主配管(給水側)3為止之距離、以及從排水口8至主配管(排水側)4為止之距離，均設定地較長。但，即使是在僅將其中一方的距離設定地較長的情形下，仍然能然提升相應的組裝性。

此外，上述實施形態中，係將主配管(給水側)3與主配管(排水側)4配置於各冷卻體2橫方向的中央部附近。但，亦可將給水口7與排水口8的位置配置成與習知電力變換裝置的位置相反，而如同習知電力變換裝置的構造般，將主配管(給水側)3配置於各冷卻體2的一方側，將主配管(排水側)4配置於另一方側。

也就是說，在距離主配管(給水側)3較遠的位置設置給水口7、在距離主配管(排水側)4較遠的位置設置排水口8。如此一來，便能夠增長從主配管(給水側)3至給水口7為止之距離。此外，也能夠增長從主配管(排水側)4至排水口8為止之距離。

再者，上述實施形態中，係使用水冷冷卻體來作為冷卻體2，但本發明並非限定於此。可以使用以其他冷媒作為冷卻液之冷卻體。

又，上述實施形態中，係使用可撓性配管來作為各分歧配管，但並不限定於此。凡是如可撓性配管般具有可伸縮之材質者均能使用。

再者，上述實施形態中，冷卻體2為矩形狀。但，冷卻體2的形狀無需限定為矩形狀。亦可為正方形狀或略圓柱等形狀。

此外，亦可將半導體開關元件1、冷卻體2、主配管(給水側)3及主配管(排水側)4依各相來區分，於各相將半導體開關元件1安裝至冷卻體2，主配管(給水側)3及主配管(排水側)4亦於各相連接至各冷卻體2，並將不同相的主配管3、4的對以串聯連接，將冷卻體2串聯連接。具體來說，是將安裝於冷卻體2的半導體開關元件1的相順序，從上方朝下方依序以U相、V相、W相來連接。在此情形下，能夠將主配管(給水側)3及主配管(排水側)4的對，依照前述相順序而以串聯連接，故可謀求電力變換裝置的冷卻構造中的配管構造簡化。

另，上述實施形態中，冷卻對象係為半導體開關元件1，但本發明並非限定於此。除半導體開關元件以外，如將半導體開關元件所變換之電流加以平滑之電容器、用來取得電容器電壓平衡的電阻、用來抑制半導體開關元件突波電壓之電容器或電阻、以及其他電抗器、基板等，亦可作為冷卻對象。

再者，上述實施形態中，給水口7及排水口8，係設置於各冷卻體2上安裝有半導體開關元件1側的外面(正面側)的相反側之面(背面側)，但本發明並非限定於此。如果可能的話，給水口7及排水口8亦可設於正面側。

又，上述實施形態中，主配管(給水側)3、主配管(排水側)4、分歧配管(給水側)5、分歧配管(排水側)6係為筒狀配管，但並非限定為該形狀。該些各配管形狀，亦可為板狀等筒狀以外之形狀。

2‧‧‧冷卻體

3‧‧‧主配管(給水側)

4‧‧‧主配管(排水側)

5‧‧‧分歧配管(給水側)

6‧‧‧分歧配管(排水側)

7‧‧‧給水口

8‧‧‧排水口

Claims (3)

1. 一種電力變換裝置，其特徵為：具備：至少一個冷卻體，其安裝有至少一個半導體元件，內部形成有供冷卻液流通之流路；供給配管，透過設於該冷卻體的外表面之供給口連接至前述冷卻體，以能將前述冷卻液供給至前述冷卻體內部的方式，來決定其形狀；及排出配管，透過設於前述冷卻體的外表面之排出口連接至前述冷卻體，以能將前述冷卻液排出至前述冷卻體外部的方式，來決定其形狀；前述供給配管係由：與前述冷卻體隔離而設置之供給用主配管、以及將前述供給口連接至該供給用主配管之供給用分歧配管，所構成，前述排出配管係由：與前述冷卻體隔離而設置之排出用主配管、以及將前述排出口連接至該排出用主配管之排出用分歧配管，所構成，前述供給口設於前述冷卻體的一方端側，且前述排出口設於前述冷卻體的另一方端側，前述供給用主配管與前述排出用主配管，設於前述冷卻體的中心位置附近，前述供給口、前述排出口、前述供給用主配管、前述排出用主配管，從前述冷卻體的一端側，依序以前述供給口、前述排出用主配管、前述供給用主配管、前述排出口的順序來配置。
2. 如申請專利範圍第1項之電力變換裝置，其中，前述供給用分歧配管及前述排出用分歧配管的至少1個，係為可撓性配管。
3. 如申請專利範圍第1或2項之電力變換裝置，其中，前述電力變換裝置為多相之電力變換裝置，前述半導體元件係依照各相而區分，並各自安裝於複數個前述冷卻體，安裝有不同相之前述半導體元件的複數個前述冷卻體，係以配管串聯連接。