CN105703633A - 功率转换装置的冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种功率转换装置的冷却装置，在成列排列功率转换装置的多个构成要素而进行通风冷却的情况下，能够大致均等地冷却多个构成要素。包括筒状的划分室，划分室在两端具有成为冷却空气的出入口的开口，且构成为能从一端朝向另一端进行冷却空气的强制贯流，在该划分室内沿冷却空气的流动方向直线状地成列配置有构成功率转换装置的多个构成要素，利用在划分室内贯流的冷却空气对构成要素进行冷却，设置有通风空间，该通风空间与划分室的底壁的下侧相邻并与划分室的底壁平行地延伸，供冷却空气流通，将多个构成要素以空开适当间隔的方式直线状地成列配置在划分室的底壁上，靠近该底壁的各构成要素的前方设置有分别与通风空间连通的通风口。

Description

功率转换装置的冷却装置

技术领域

本发明涉及一种构成逆变器等功率转换装置的要素的冷却装置。

背景技术

一般来说，在功率转换装置中，特别是发热量大的构成要素，为了抑制温度的上升而鼓送冷却空气进行冷却。在这种情况下，如用在功率转换装置的直流中间电路的平滑电容器中的电解电容器那样包括许多个的构成要素例如如专利文献1所示,有时在冷却空气流通的风洞内沿通风方向以一列或多列直线状地排列。

在图6以及图7中表示包括专利文献1所示的以往的冷却装置的功率转换装置的例子。图6表示功率转换单元50的外观，图7表示将该单元50装入到主体容器5a内而构成的功率转换装置5。

功率转换单元50如图6所示，包括被从供水管51a、51b供给的冷却水冷却的水冷冷却体51。以与该冷却体51连接的方式设置有对冷却空气进行引导的筒状的冷却风洞55。在该冷却风洞55内以贯穿该冷却风洞55的方式插入有功率转换装置的主要构成元件、即多个电容器56，并且这些电容器56被冷却。在冷却风洞55的一端，如图7所示结合有由热交换器58和冷却风扇59构成的冷却器57，将冷却空气输送到风洞55内。另外，在冷却体51的与结合于风洞的面相反的面上结合有半导体模块元件52，该半导体模块元件52构成整流电路及逆变器电路等功率转换装置的主电路，通过将半导体整流元件及半导体开关元件形成为模块而构成该半导体模块元件52。

构成这样构成的以往的功率转换装置中的主电路的半导体模块元件52被水冷后的冷却体51有效地冷却。

并且，从冷却器57将利用热交换器58进行了热交换而成为了低温的冷却空气鼓送到插入有电容器56的冷却风洞55内。该冷却空气在风洞55内如图7中箭头所示地贯流，从另一端流出到容器5a内。流出的冷却空气在容器5a内被风向引导板61等引导而再次返回到冷却器57中，被输送到风洞55内，在容器5a内经过风洞55进行循环。在冷却空气在风洞内贯流的过程中，冷却空气将电容器56冷却。

这样，在以往的功率转换装置中，发热量大的构成要素、即半导体模块元件52及电容器56被冷却体51以及冷却风洞55有效地冷却，保持为规定温度。

但是，设置有多个的电容器56因为功率转换装置5的整体的空间等的关系，而在风洞55内直线状地排列配置成一列。当这样成列配置多个电容器56时，相对于风洞55内的冷却空气的气流配置在最前级的电容器面对冷却风扇59，因此冷却空气大致与主体部的一半周面抵接，进行良好的冷却。但是，从冷却器57的冷却风扇59输送的冷却空气因最前级的电容器而分开流到风洞的两侧，几乎不会流到各电容器之间。因此，第二级以后的下游侧的各电容器的与冷却空气接触的面积减小，因此冷却效果下降。在这样直线状地成列排列多个电容器的情况下，存在难以均匀地冷却多个电容器整体的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012–105426号公报

发明内容

本发明为了解决上述的以往的功率转换装置的问题，要解决的技术问题在于提供一种在成列排列功率转换装置的多个构成要素而进行通风冷却的情况下，能够大致均等地冷却多个构成要素的功率转换装置的冷却装置。

为了解决这种技术问题，本发明的功率转换装置的冷却装置包括成为冷却风洞的划分室，上述划分室在两端具有成为冷却空气的出入口的开口，且构成为能从一端朝向另一端进行冷却空气的强制贯流，在该划分室内沿上述冷却空气的流动方向直线状地成列配置有构成功率转换装置的多个构成要素，利用在上述划分室内贯流的冷却空气对上述构成要素进行冷却，其特征在于，上述功率转换装置的冷却装置设置有通风空间，上述通风空间与上述划分室的底壁的下方相邻并与上述划分室的底壁平行地延伸，供上述冷却空气流通，将多个上述构成要素以空开适当间隔的方式直线状地成列配置在上述划分室的底壁上，靠近该底壁的各上述构成要素的前方设置有分别与上述通风空间连通的通风口。

在本发明中，能在上述划分室的底壁上设置有从上述通风口的后端延伸到上述通风空间内的通风引导片。另外，较佳的是，该通风引导片以朝向上述冷却空气的贯流方向的上游侧下降的方式倾斜，并且，更佳的是，各上述通风引导片的长度随着从上述冷却空气的贯流方向的上游朝向下游逐渐增长。

另外，在本发明中，能够利用分隔壁将能够进行冷却空气的贯流的上述划分室与相邻于该划分室的不能进行冷却空气的贯流的划分室分隔开，上述分隔壁由绝缘性的分隔壁构成，使收容在能够进行冷却空气的贯流的上述划分室内的构成要素的连接端子贯穿上述绝缘性的分隔壁而露出到不能进行冷却空气的贯流的上述划分室内，在不能进行冷却空气的贯流的该划分室内进行所需的电连接。

采用本发明，多个构成要素以靠近呈直线状成列配置的通风路的底壁的下方的方式设置通风空间，在底壁的上述各构成要素的前方设置有分别与上述通风空间连通的通风口。由此，使冷却空气从通风空间流入到配置在通风路的底壁上的各构成要素间的空间内。其结果是，所有构成要素的与冷却空气的接触面积扩大，整体的冷却效果提高，并且能与配置位置无关地均等地冷却多个构成要素。

附图说明

图1是表示用在本发明中的功率转换单元的实施例的外观的立体图。

图2是用在本发明中的功率转换单元的实施例的纵剖视图。

图3是用在本发明中的功率转换单元的实施例的横剖视图。

图4是表示根据本发明的功率转换单元的通风路的底壁部分的局部立体图。

图5是表示将根据本发明的功率转换单元装入而构成的功率转换装置的实施例的纵剖视图。

图6是表示以往的功率转换单元的外观的立体图。

图7是装入有以往的功率转换单元的功率转换装置的横剖视图。

(符号说明)

10…功率转换单元；11…主体容器；12…输入端子；13…输出端子；14、16…能够进行冷却空气的贯流的划分室；15…不能进行冷却空气的贯流的划分室；17…电容器；18…绝缘性的分隔壁；19…分隔壁；21…半导体模块元件；22…冷却体；23、25、27…连接导体；24…保护开关；26…旁路单元；28…基底框架；29…通风空间。

具体实施方式

利用图示的实施例说明本发明的实施方式。

【实施例】

在图1至图5中表示本发明的功率转换装置的实施例。

在图1中，符号10是功率转换单元。在构成该单元10的主体的容器11的前表面侧，设置有用于与交流电源连接的输入端子12和用于与负荷连接的输出端子13。在容器11内收纳有构成功率转换装置的许多个构成要素。

另外，如图2所示，容器11的内部被分隔壁18、19分隔成三层。被分隔壁18、19分隔成三层的上、下层是划分室14、16。划分室14、16为了能供冷却空气贯流，形成为在两端包括成为冷却空气的出入口的开口14a、14b、16a、16b的冷却风洞。中层的划分室15的至少一端封闭，构成为不能进行冷却空气的贯流。

在形成有能够进行冷却空气的贯流的风洞的划分室14内，如图3所示，收纳有九个平滑用电解电容器17来作为构成要素，彼此以直线状空开适当的间隔地配置成三层、三列。这些电容器17借助安装用具17b安装固定在划分室14的底壁14c上。并且，设置在电容器17的上端的连接端子17a将分隔划分室14与划分室15的分隔壁18贯穿，露出在划分室15内。

容器11整体由钢板等金属板构成，具有导电性，但分隔壁18由不具有导电性的绝缘性合成树脂薄板等绝缘性薄板构成。因此，几乎不必考虑将分隔壁18贯穿的电容器的连接端子17a与分隔壁18的绝缘距离。并且，由于能使电容器17的连接端子17a的突出的上端面与分隔壁面接触而安装在该分隔壁面上，因此能将电容器17的整个主体部收纳在能够进行冷却空气的贯流的划分室14内。

使构成功率转换器的主电路的半导体整流元件及半导体开关元件形成为模块而得到的半导体模块元件21，包括连接端子21a在内都收容在不能进行冷却空气的贯流的结构的划分室15内。为了冷却上述半导体模块元件21及连接端子21a而与半导体模块元件21及连接端子21a结合的带冷却翅片的冷却体22，将分隔壁19贯穿而收容在以能进行冷却空气的贯流的方式成为风洞的划分室16内。

在划分室15内，模块元件21的端子21a与电容器17的端子17a由利用杆状导体构成的主电路连接导体23彼此电连接。由此，构成功率转换电路。设置在容器11的前表面上的输入端子12与输出端子13适当地借助保护开关24被连接导体25引入到划分室15内，与功率转换电路的输入输出端连接。在划分室15内还收容有旁路单元26，旁路单元26利用连接导体27与功率转换电路的输出端连接。旁路单元26用于在功率转换单元发生了故障的情况下，绕过该功率转换单元(使该功率转换单元短路)，仅利用其它正常的单元继续进行运转。

此外，构成主体的容器11在下端与基底框架28结合。该基底框架28的两端开放，在收容有电容器17的划分室14的下方形成能供冷却空气流通的通风空间29。并且，在划分室14的支承电容器17的底壁14c上，相对于各电容器17的冷却空气的贯流的方向在前方设置有分别与通风空间29连通的通风口14d。并且，参照表示从基底框架侧观察底壁14c的结构的图4会更加明确，在各通风口14d的前端侧(冷却空气的贯流方向的下游侧端)将底壁板14c向通风空间29侧切起而形成通风引导片14e。通风引导片14e向上方的划分室14引导在通风空间29内流通的冷却空气，以相对于冷却空气的贯流方向上升的方式倾斜。另外，为了使从通风空间29经过各通风口14d向划分室14内引导的冷却空气的流量均等化，越靠近冷却空气的贯流方向的下游侧，使各通风引导片14e的长度越长。

将多台的、三相的各相的这样构成的功率转换单元10作为一组，如图7所示地层叠多层而收容到高压配电盘10中。例如在功率转换单元10的额定电压为1kV的情况下，当各相彼此串联连接五台的功率转换单元10的输出端子而进行使用时，能够输出6kV的电压。

在功率转换装置1的壳体1a的前表面侧设置有被过滤器1b覆盖的进气口1c，在背面侧设置有三个功率转换单元10共用的通风路1d。并且，在通风路1d的顶壁上开设有排气口1e，在排气口1e处设置有吸引型的冷却风扇1f。

通过驱动冷却风扇1f，使外部空气从前表面的进气口1c经过过滤器1b进入到壳体1a内。在通过过滤器1b的过程中，外部空气中所含的尘土的大部分被去除，但未能被完全去除，因此在进入的外部空气中残留微量的微小的尘土。

进入到壳体1a内的外部空气作为冷却空气在壳体1a内如实线箭头所示地进行贯流，从排气口1e排出。

在各功率转换单元10中，亦如图2所示，设置在主体容器11的上、下的成为能够进行冷却空气的贯流的风洞的划分室14、16与壳体1a的通风路1d连通。冷却空气在该划分室14、16内贯流。利用在该划分室内贯流的冷却空气，对收容在该划分室内的构成要素、即电容器17以及半导体模块元件21的冷却体22进行强制冷却。

但是，由于对收容在划分室14、16内的构成设备实施了绝缘处理，因此即使微小的粉尘附着在这些构成设备的表面上，也不会发生绝缘障碍。

构成主电路的连接导体23、25、27收容在中层的划分室15内。划分室15的后端侧封闭，构成为不能进行冷却空气的贯流，因此冷却空气不会在划分室15内贯流。因此，冷却空气中所含的微小的尘土几乎不会附着到构成主电路的连接导体上，由尘土的堆积引发的绝缘障碍受到抑制。因而，能将该划分室15形成为维持电绝缘性能所需的最小的空间。

其结果是，在本发明的功率转换单元中，即使使引进有外部空气的冷却空气贯流来进行强制冷却，也能不发生绝缘障碍地长时间稳定运转。

当这样在功率转换装置1中进行了强制通风冷却的情况下，在各功率转换单元10内，冷却空气如图2及图3中实线箭头以及虚线箭头所示地进行贯流。特别是，用虚线箭头表示的冷却空气从在收容有电容器17的划分室14外与划分室14相邻的通风空间29，经过设置在底壁14c的各电容器17之间的通风口14d流入到电容器17彼此间的空间内。该冷却空气如图2及图3中虚线箭头所示地在各电容器17间的空间内流动，因此能够利用该冷却空气将前后并列的电容器17的前后表面及侧面冷却。由此，能够良好并且均等地将划分室14内的排列在第二级以后的电容器17冷却。

为了更加有效地进行由来自该通风空间29的冷却空气进行的冷却，在底壁板14c上设置有从通风口14d向通风空间29侧倾斜延伸的通风引导片14e。利用该通风引导片14e能使流入到各电容器间的空间内的冷却空气的量增大。并且，将各通风引导片14e的长度形成为与冷却空气的贯流方向的上游侧相比，下游侧较长较好。当这样设置时，能使流入到各电容器间的冷却空气的量均等化，更加均等地将所有电容器冷却。

另外，在本发明中，也能将功率转换单元单独使用。在这种情况下，在主体容器的设置有排气口的一侧直接安装吸引型的冷却风扇，使冷却空气在容器内部进行强制贯流而进行冷却。

Claims (5)

1.一种功率转换装置的冷却装置，包括成为冷却风洞的划分室，所述划分室在两端具有成为冷却空气的出入口的开口，且构成为能从一端朝向另一端进行冷却空气的强制贯流，在该划分室内沿所述冷却空气的流动方向直线状地成列配置有构成功率转换装置的多个构成要素，利用在所述划分室内贯流的冷却空气对所述构成要素进行冷却，其特征在于，

所述功率转换装置的冷却装置设置有通风空间，所述通风空间与所述划分室的底壁的下方相邻并与所述划分室的底壁平行地延伸，供所述冷却空气流通，将多个所述构成要素以空开适当间隔的方式直线状地成列配置在所述划分室的底壁上，靠近该底壁的各所述构成要素的前方设置有分别与所述通风空间连通的通风口。

2.如权利要求1所述的功率转换装置的冷却装置，其特征在于，

在所述划分室的底壁上设置有从所述通风口的后端延伸到所述通风空间内的通风引导片。

3.如权利要求2所述的功率转换装置的冷却装置，其特征在于，

所述通风引导片以朝向所述冷却空气的贯流方向的上游侧下降的方式倾斜。

4.如权利要求2或3所述的功率转换装置的冷却装置，其特征在于，

各所述通风引导片的长度随着从所述冷却空气的贯流方向的上游朝向下游逐渐增长。

5.如权利要求1至4中任一项所述的功率转换装置的冷却装置，其特征在于，

利用分隔壁将能够进行冷却空气的贯流的所述划分室与相邻于该划分室的不能进行冷却空气的贯流的划分室分隔开，所述分隔壁由绝缘性的分隔壁构成，使收容在能够进行冷却空气的贯流的所述划分室内的构成要素的连接端子贯穿所述绝缘性的分隔壁而露出到不能进行冷却空气的贯流的所述划分室内，在不能进行冷却空气的贯流的该划分室内进行所需的电连接。