本發(fā)明特別涉及以液冷方式對進行電力變換的半導體元件進行冷卻的系統(tǒng)的電力變換裝置。

背景技術：

在鐵道車輛等電動車輛中設置對提供給驅動用的電動機的電力進行控制的車輛驅動用控制裝置、對提供給空調等車上電氣設備的電力進行控制的輔助電源裝置等電力變換裝置。在這些電力變換裝置中設置進行電流的開關來進行直流/交流的變換的半導體元件。

在半導體元件中，在通電時以及開關時產生熱損耗，若因該熱損耗而使半導體元件成為高溫，則擔心會發(fā)生元件破壞，因此需要對半導體元件進行冷卻，使其成為規(guī)定的溫度范圍。作為半導體元件的冷卻方法，有時使用液冷方式。作為采用了液冷方式的電力變換裝置的構成，已知jp特表2005-516570號所示的構成。

在jp特表2005-516570號中，記載了將電力變換裝置的冷卻部件、電子器件電路等高密度安裝的手段。

專利文獻

專利文獻1：jp特表2005-516570號

在鐵道車輛中，由于與汽車等用途相比需要大容量的電力變換電路，因此若考慮組裝性、維護性，則期望由多個功率組件來構成電力變換電路，按每個功率組件個別地進行功率組件向框體的裝配、用于維護的拆卸。另外，在鐵道車輛中，電力變換裝置由于主要搭載在車輛地板下的受到限制的設置空間中，因此期望裝置的小型化。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述的課題而提出，其目的在于，提供一種功率組件相對于框體的裝配、拆卸容易的小型電力變換裝置。

解決所述課題的第1發(fā)明中的電力變換裝置具備：框體；搭載于所述框體內且具備電力變換電路的多個功率組件；以及搭載于所述框體內且利用液體冷媒對所述多個功率組件進行冷卻的冷卻裝置，所述電力變換裝置的特征在于，所述多個功率組件構成為能以組件單位相對于所述框體裝上和卸下，所述框體具備在將所述功率組件安裝到所述框體時將功率組件推入的機構。

第2發(fā)明中的電力變換裝置的特征在于，通過利用所述推入機構將所述功率組件推入，從而將設置在所述框體側的冷媒配管連接器與設置在所述功率組件側的冷媒配管連接器連接。

第3發(fā)明中的電力變換裝置的特征在于，通過利用所述推入機構將所述功率組件推入，從而將設置在所述框體側的電連接器與設置在所述功率組件側的電連接器連接。

第4發(fā)明中的電力變換裝置的特征在于，將所述功率組件推入的機構由對所述功率組件施加力的保持構件、設置在所述框體側的鉸鏈、設置在所述框體側的螺紋孔、以及固定用螺栓構成，利用所述鉸鏈使所述保持構件旋轉而將所述保持構件推碰到所述功率組件，通過將所述固定用螺栓逐漸擰緊，從而將所述功率組件逐漸推入，通過利用所述固定用螺栓將所述保持構件與所述框體緊固接合，從而保持設置在所述功率組件側的冷媒配管連接器與設置在框體側的冷媒配管連接器的連接。

第5發(fā)明中的電力變換裝置的特征在于，通過利用所述固定用螺栓將所述保持構件與所述框體緊固接合，從而保持設置在所述功率組件側的電連接器與設置在所述框體側的電連接器的連接。

第6發(fā)明中的電力變換裝置的特征在于，所述推入機構設置在電力變換裝置的側面。

第7發(fā)明中的電力變換裝置的特征在于，所述冷媒配管連接器設置在電力變換裝置的中央部。

第8發(fā)明中的電力變換裝置的特征在于，所述電連接器設置在電力變換裝置的中央部。

第9發(fā)明中的電力變換裝置的特征在于，具備：進行相對于所述功率組件的電力輸入輸出的多個布線；以及將所述功率組件與所述冷卻裝置連接的多個配管，在設置于電力變換裝置的中央部的空間匯集所述多個布線和所述多個配管。

第10發(fā)明中的電力變換裝置的特征在于，設置在鐵道車輛的地板下。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，提供一種相對于框體的裝配、拆卸容易的小型電力變換裝置。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的電力變換裝置的器件配置的俯視圖。

圖2是圖1的a向視圖，表示搭載于本發(fā)明的實施例1所涉及的電力變換裝置的功率組件。

圖3是圖2的b向視圖，表示搭載于本發(fā)明的實施例1所涉及的電力變換裝置的功率組件被裝配到框體之前的狀態(tài)。

圖4是圖2的b向視圖，表示搭載于本發(fā)明的實施例1所涉及的電力變換裝置的功率組件被裝配到框體的狀態(tài)。

圖5表示搭載于本發(fā)明的實施例2所涉及的電力變換裝置的功率組件被裝配到框體的狀態(tài)。

圖6是表示本發(fā)明的實施例2所涉及的電力變換裝置的電動機驅動用主電路電線的構成的俯視圖。

圖7是表示將本發(fā)明的實施例所涉及的電力變換裝置搭載于鐵道車輛的情況下的構成圖。

標號說明

100框體

110推入機構

111保持構件

112鉸鏈

113l字鋼

114固定用螺栓

121功率組件側冷媒配管連接器

122框體側冷媒配管連接器

123框體側固定板

124軌道

131功率組件側固定板

132功率組件側電連接器

133框體側電連接器

200功率組件

201半導體元件

202冷卻板

203濾波電容器

204母線

205柵極驅動器

206框架

207滑動板

300冷卻裝置

301冷卻裝置側冷媒配管連接器

400中央部空間

401冷媒配管

411單相交流電線

412直流電線

413三相交流電線

501控制裝置

502電抗器

503交流電容器

504接觸器

505電動機輸出芯

506輔助電源輸出芯

507電動機輸出端子

508輔助電源輸出端子

509輸入端子

600車體

700軌道

具體實施方式

以下，參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。

實施例1

圖1是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的電力變換裝置的器件配置的俯視圖。電力變換裝置由以下要素構成：框體100；具備電力變換電路的5臺功率組件200；對功率組件200提供液體冷媒的冷卻裝置300；控制功率組件200的電力變換的控制裝置501；對從功率組件輸出的三相交流的電流進行平滑化的交流電抗器502；對從功率組件輸出的三相交流的電壓進行平滑化的交流電容器503；在發(fā)生接地時阻斷電流的接觸器504；去除電動機輸出的三相交流的噪聲的電動機輸出芯505；去除輔助電源輸出的三相交流的噪聲的輔助電源輸出芯506；電動機輸出端子507；輔助電源輸出端子508；輸入端子509。這些器件設置在框體100的側面?zhèn)然蚨瞬總龋趫D1所示的框體100的中央部的由虛線包圍的部分設置中央部空間400。經(jīng)由框體側冷媒配管連接器122將冷媒配管401安裝于功率組件200，冷媒配管401通過中央部空間400而與設置于冷卻裝置300的冷卻裝置側冷媒配管連接器301連接，構成使液體冷媒循環(huán)的流路。在圖1中圖示了用于從冷卻裝置300對5臺功率組件200提供冷媒的5根冷媒配管401，但實際上，由于用于使液體冷媒從5臺功率組件200返回冷卻裝置300的冷媒配管也設置了5根，因此冷媒配管401總計設置10根，各冷媒配管連接器301、122也各設置10個。另外，5臺功率組件200各自構成為能個別地相對于框體100裝上和卸下。

對功率組件200的構成進行說明。圖2是圖1的a向視圖，表示搭載于本發(fā)明的實施例1所涉及的電力變換裝置的1臺功率組件200。功率組件200由如下要素構成：進行電流的開關的半導體元件201；在內部具備液體冷媒流路來對半導體元件進行冷卻的冷卻板202；對主電路電壓進行平滑化的濾波電容器203；流過主電路電流的母線204；對半導體元件201輸出用于進行開關的信號的柵極驅動器205；保持冷卻板202、濾波電容器203和柵極驅動器205的框架206；設置在框架206的下表面的滑動板207。半導體元件201在冷卻板202的兩面安裝多個。濾波電容器203在冷卻板202的兩側各設置1臺，通過母線204而與半導體元件201電連接。柵極驅動器205通過控制布線與半導體元件201電連接，但在圖面中省略控制布線。

對將功率組件200安裝于框體100的狀態(tài)進行說明。圖3是圖2的b向視圖，表示搭載于本發(fā)明的實施例1所涉及的電力變換裝置的1臺功率組件200被裝配到框體100之前的狀態(tài)。另外，圖4表示功率組件200被裝配到框體100的狀態(tài)。在圖3以及圖4中，省略了濾波電容器203、母線204、柵極驅動器205、框架206、滑動板207。

在框體100的側面?zhèn)?圖2的左側)設置用于將功率組件200向框體100的中央側推入的推入機構110。推入機構110由保持構件111、鉸鏈112、l字鋼113、固定用螺栓114構成。關于保持構件111，其中央部分成為凸，且以設置在框體上部的鉸鏈112為中心旋轉。另外，l字鋼113設置在框體100的下部側，且設置有用于將保持構件111與固定用螺栓114緊固接合的螺紋孔。

在冷卻板202，朝向框體100的中央部空間400的方向設置2個功率組件側冷媒配管連接器121，構成冷媒路徑，使得從功率組件側冷媒配管連接器121的一方流入冷媒，從另一方流出冷媒。另外，在框體100的中央側，以保持于框體側固定板123的狀態(tài)設置2個框體側冷媒配管連接器122。功率組件側冷媒配管連接器121和框體側冷媒配管連接器122成為配對，具有通過施加壓縮力而保持兩者的連接的機構。關于框體側冷媒配管連接器122與功率組件側冷媒配管連接器121相連接的連接部位，隔著框體側固定板123與該連接部位相反的一側面向中央部空間400，且連接冷媒配管401。

如圖3所示那樣，將保持構件111的中央的成為凸的部分推碰到冷卻板202，將固定用螺栓114緊固于l字鋼113，將保持構件111推向框體100的中央側，從而將功率組件200向框體100的中央側逐漸推入。如圖4所示那樣，通過使固定用螺栓114與l字鋼113完全緊固接合，來將功率組件側冷媒配管連接器121與框體側冷媒配管連接器122連接。另外，通過使設置于圖2所示的功率組件200的框架206的下部的滑動板207在設置于圖3以及圖4所示的框體100的下部的軌道124上滑動，從而功率組件200一邊被引導一邊被推入向筐體100的中央側，以使功率組件側冷媒配管連接器121與框體側冷媒配管連接器122連接。

接下來，在圖7示出將圖1～4中示出的電力變換裝置搭載于鐵道車輛的情況下的構成圖。電力變換裝置搭載于鐵道車輛的車體600的地板下，在車輛側面配置功率組件200，能相對于車輛側面?zhèn)葘⒏鞴β式M件200裝上和卸下。另外，在設置于功率組件200的中央側的中央部空間400設置冷媒配管401。

對實施例1的效果進行說明。在將功率組件200裝配到框體時，期望功率組件200能從電力變換裝置的側面?zhèn)妊b配到框體100。另一方面，在電力變換裝置的電力變換容量大的情況下，為了確保冷卻性能而需要增大冷媒的流量，為了減少冷媒配管401內的壓力損耗而需要增大冷媒配管401的內徑。在假設功率組件側冷媒配管連接器121和框體側冷媒配管連接器122位于電力變換裝置的側面?zhèn)鹊那闆r下，由于需要將冷媒配管401從冷卻裝置300延長到電力變換裝置的側面?zhèn)?，因此若冷媒配?01的內徑變大，就會成為妨礙將功率組件200裝配于框體100的作業(yè)的要因。通過如本發(fā)明那樣將功率組件側冷媒配管連接器121和框體側冷媒配管連接器122配置在電力變換裝置的中央側，功率組件200相對于框體100的裝配、拆卸就變得容易。

另外，在實施例1中，在電力變換裝置內設置5臺功率組件200，分別構成為能個別地裝上和卸下。通過設為這樣的構成，由于將功率組件200裝上和卸下的單位的重量變小，因此功率組件200相對于框體100的裝配、拆卸作業(yè)變得容易。

另外，在實施例1中，在電力變換裝置的側面?zhèn)仍O置用于將功率組件200推入并保持該狀態(tài)的推入機構110。通過設為這樣的構成，由于能從電力變換裝置的側面?zhèn)冗M行將功率組件200推入的作業(yè)以及拆卸功率組件200的作業(yè)，因此功率組件200相對于框體100的裝配、拆卸變得容易。

進而，在將功率組件側冷媒配管連接器121與框體側冷媒配管連接器122連接時，為了在振動的環(huán)境中也防止冷媒泄漏，需要某種程度大的壓縮力。構成推入機構110的保持構件111以框體上部的鉸鏈112為支點而旋轉，將框體下部的固定用螺栓114作為力點，將保持構件111的中央部成為凸的部分作為作用點，來推入功率組件200。通過設為這樣的構成，僅將力點即固定用螺栓114擰緊，就能根據(jù)杠桿原理以小的軸向力將功率組件200簡單推入，因此功率組件200向框體100的裝配作業(yè)變得容易。

另外，在由多個功率組件200構成電力變換裝置的情況下，由于冷媒配管401的數(shù)量變多，因此需要大的設置空間。通過如實施例1那樣在框體100中設置中央部空間400，使冷媒配管401在中央部空間400匯集，從而能使電力變換裝置小型化。

另外，在對設置在鐵道車輛的地板下的電力變換裝置的功率組件進行維護時，期望是能將功率組件從電力變換裝置的側面?zhèn)炔鹦?、裝配的構成。通過設為實施例1的構成，能提供適于向鐵道車輛的地板下設置的小型且易于維護的電力變換裝置。

另外，也可以構成為能將保持構件111從鉸鏈112拆卸的構成。通過設為能拆卸的構成，在將功率組件200插入到框體100直至圖3所示的狀態(tài)時，或者在從圖3所示的狀態(tài)起將功率組件200向框體100外部拆卸時，就不會給作業(yè)造成妨礙，因此功率組件200相對于框體100的裝配、拆卸變得容易。

實施例2

圖5是表示搭載于本發(fā)明的實施例2所涉及的電力變換裝置的功率組件被安裝到框體的狀態(tài)的圖。在圖5中省略了柵極驅動器205、框架206、滑動板207。在實施例2中，在冷卻板202的裝置中央側設置功率組件側固定板131，以保持于功率組件側固定板131的狀態(tài)設置功率組件側電連接器132。濾波電容器203經(jīng)由母線204與功率組件側電連接器132電連接。另外，在框體100的中央側，以保持于框體側固定板123的狀態(tài)設置框體側電連接器133。功率組件側電連接器132和框體側電連接器133成為配對，由推入機構110將功率組件200推入框體100，由此將功率組件側電連接器132與框體側電連接器133連接。對于框體側電連接器133與功率組件側電連接器132相連接的連接部位，與該連接部位相反的一側面向中央部空間400，且連接直流電線412。

由于通過如實施例2那樣利用推入機構110將功率組件200推入框體100，能構成為不僅將冷媒連接器還將電連接器以高的壓縮力推壓而連接，因此在振動的環(huán)境中也能防止電連接被阻斷，功率組件200相對于框體100的裝配、拆卸變得容易。

另外，在圖5中以將功率組件200與直流電線412連接的狀態(tài)為例進行了圖示，但本發(fā)明并不限定于此，關于后述的單相交流電線411、三相交流電線413的連接也能應用。

另外，圖6是表示本發(fā)明的實施例2所涉及的電力變換裝置的電動機驅動用主電路電線的構成的俯視圖。圖中的斷續(xù)線411表示單相交流電線，虛線412表示直流電線，長斷續(xù)線413表示三相交流電線。單相交流電線411從輸入端子509經(jīng)由接觸器504連接到功率組件200。功率組件200分別各2組2組地由直流電線412連接。功率組件200的輸出即三相交流電線413經(jīng)由電動機輸出芯505連接到電動機輸出端子507。這些單相交流電線411、直流電線412、三相交流電線413在中央部空間400匯集而設置。

在電力變換裝置的電力變換容量大、進而由多個功率組件200來構成電力變換裝置的情況下，電線的直徑變大，根數(shù)變多。通過如實施例2那樣在電力變換裝置100的中央部空間400匯集單相交流電線411、直流電線412、三相交流電線413，從而能使電力變換裝置小型化。