CN103649543A - 供水装置驱动用电力转换装置、供液装置驱动用电力转换装置 - Google Patents

Abstract

一种对交流电动机供给交流电力的供水装置驱动用电力转换装置，其特征在于，包括：在内部具备流水管本体且搭载有功率半导体组件的水冷式的散热片；和散热片，其内置有与供水装置的排出口连接的第一流水管、与直接连结于交流电动机的供水装置的流体的吸入口连接的第二流水管、和在两端部分别设有第一流水管和第二流水管的流水管本体，且安装于内置功率半导体的复合组件中，构成为使液体从第一流水管流入流水管本体，从第二流水管向供水装置的液体的吸入口排出。

Description

供水装置驱动用电力转换装置、供液装置驱动用电力转换装置

技术领域

本发明涉及供水装置驱动用电力转换装置和供液装置驱动用电力转换装置。

背景技术

电力转换装置在工业领域和家电产品中都较多用作电动机的速度控制装置。因为电力转换装置内的功率半导体产生较大的损失，所以采用使该损失产生的发热冷却的结构。在电力转换装置中进行冷却时，一般具备散热片和冷却风扇，使来自发热体即功率半导体的热传导至散热片，通过冷却风扇对散热片输送空气进行热交换，用风冷方式散热。

但是，在风冷方式下出于热交换效率的问题，电力转换装置内的散热片不能小型化，存在电力转换装置大型化的问题。

于是，例如，专利文献1中，公开了在通过作为供水装置的泵时被冷却的来自电动机冷却用风扇的空气与作为电力转换装置的逆变器直接接触，使该逆变器装置充分冷却。

此外，专利文献2中，公开了将具有作为供水装置的泵和控制装置的控制装置一体型旋转机械多台并联地设置的供水装置，上述控制装置具备固定设置在上述泵上的驱动上述泵的作为电力转换装置的逆变器、存储上述逆变器的控制程序和上述供水装置的运转控制程序的可改写的存储器、与配置在上述供水装置的各部分的传感器等连接的输入输出部、将上述可改写的存储器中存储的运转控制程序改写为与设置现场的设备结构相应的最佳的程序的单元，上述可改写的存储器是闪存或EEPROM，上述多台控制装置一体型旋转机械构成为通过上述控制装置在各机械之间用无线进行通信，上述多台控制装置一体型旋转机械中的一台具备的控制装置，基于上述运转控制程序，进行包括进行泵的追加和断开的追加断开运转、一个泵因小水量而停止时接着使其他泵起动的交替运转、一个泵发生故障时使其他泵起动的故障切换运转的相互协调运转。

此外，专利文献3中，公开了在将对水加压输送的作为供水装置的泵、与该泵的外壳的吸入侧和喷出侧连接的配管、驱动上述泵的电动机、对该电动机供给电力的驱动电源电路、控制上述泵的运转的电子控制电路一体地收容在柜内的供水装置中，构成为将上述电动机和上述泵配置在相同的旋转轴线上，在上述电动机的旋转轴的一端安装泵转子，在另一端安装风扇，伴随该风扇的旋转的气流使上述柜内的冷却的空气流向上述驱动电源电路的冷却部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3619651号说明书

专利文献2：日本特许第4381252号说明书

专利文献3：日本特开2003-21052号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

能够对与供水装置直接连结的交流电动机供给可变电压可变频率的交流电力的电力转换装置内的功率半导体产生较大的损失，所以使该损失产生的发热冷却的结构是必需的。一般具备散热片和冷却风扇，使来自发热体即功率半导体的热传导至散热片，通过冷却风扇对散热片输送空气进行热交换，用风冷方式散热。

但是，在风冷方式下出于热交换效率的问题，电力转换装置内的散热片需要用于使热传导的包络体积，散热片和冷却风扇不能小型化，存在电力转换装置大型化的问题。

本发明的目的在于提供通过使冷却结构小型化而使整体小型化的电力转换装置。

用于解决技术问题的手段

为了达成上述目的，例如，采用以下特征的对上述交流电动机供给交流电力的结构，即包括：在内部具备流水管本体且搭载有功率半导体组件的水冷式的散热片；和散热片，其内置有与上述供水装置的排出口连接的第一流水管、与直接连结于上述交流电动机的供水装置的流体的吸入口连接的第二流水管、和在两端部分别设有上述第一流水管和上述第二流水管的流水管本体，且安装于内置功率半导体的复合组件中，构成为使液体从上述第一流水管流入上述流水管本体，从上述第二流水管向上述供水装置的液体的吸入口排出。

发明的效果

根据本发明，能够使来自电力转换装置内的发热体即功率半导体的热传导至散热片，用热交换效率良好的水高效率地冷却，所以散热片和冷却风扇能够小型化，结果电力转换装置也能够变得小型。

附图说明

图1是电力转换装置的主电路结构图。

图2是电力转换装置的主电路部件配置图的一例。

图3是散热片的水冷结构图的一例。

图4是包括驱动与泵直接连结的交流电动机的电力转换装置的泵***结构的一个实施例。

图5是对图4中的包括驱动与泵直接连结的交流电动机的电力转换装置的泵***结构从侧面观察的一个实施例。

图6是包括驱动与具有止回阀的泵直接连结的交流电动机的电力转换装置的泵***结构的一个实施例。

图7是包括驱动与具有止回阀的泵直接连结的交流电动机的电力转换装置的泵***结构的一个实施例。

具体实施方式

实施例1

以下用附图说明本发明。其中，本发明不受图示例限定。图1表示本实施例的电力转换装置22的主电路结构图。1是将交流电力转换为直流电力的转换器，2是平滑用电容器，3是将直流电力转换为任意频率的交流电力的逆变器，4是交流电动机。6是用于使具备转换器2和逆变器4的功率半导体组件13冷却的冷却风扇14。

8是能够对电力转换装置22的各种控制数据进行设定、变更和异常显示的数字操作面板。7是后述的散热片14上搭载的检测转换器2和逆变器3内的功率半导体组件的加热的温度检测器。11是设置在功率半导体组件内部的温度检测器，设置在硅芯片的附近。该温度检测器7和11是电阻值因温度而变化的热敏电阻。该热敏电阻可以是电阻值随着温度上升而上升的特性，也可以是电阻值随着温度上升而下降的特性。

5是控制逆变器的功率半导体即开关元件并起到负责电力转换装置22整体的控制的作用的部件，是搭载了微型计算机的控制电路，构成为与从数字操作面板8输入的各种控制数据相应地进行需要的控制处理。12是驱动逆变器的开关元件的驱动电路。电力转换装置22即逆变器是公知常识，所以省略详细的说明。

图2是主电路部件配置图的一例。构成为将在一个组件内搭载转换器1、逆变器3和温度传感器7的集成功率半导体即复合组件13搭载到散热片14上，在散热片的上表面安装用于使散热片冷却的冷却风扇6（图中的虚线部分）的结构。因为构成为集成功率半导体的复合组件13产生较大的损失，所以能够将该损失产生的发热传导至散热片14，用热交换效率良好的水高效率地冷却。当然，也可以用图1所示的冷却风扇6使散热片14进一步冷却。

通过该冷却风扇6，能够保护具备功率半导体9的复合组件13不受到温度上升的过热的影响。此处，在电力转换装置22的周围温度异常升高的情况下，吸收该周围温度的冷却风扇的吸气温度升高，冷却效果降低，当温度传感器7的检测温度成为预先设定的温度以上时，使电力转换装置22停止，在操作面板8上显示功率半导体的温度过热。

图3是散热片14的水冷结构图的一例。散热片14上，设置有入口用水流管15（吸水侧）和出口用水流管16（排水侧），在散热片14的内部内置有流通水的管17。入口用水流管15和出口用水流管16分别是散热片14的内部内置的管17的端部，是连成一条的管。当然，只要是水从入口用水流管15流向出口用水流管16的结构，则对管不作限定。

该示例（线段ab方向）将入口用水流管15设置在附图的右侧，将出口用水流管16设置在左侧，而使入口用水流管15与出口用水流管16的位置颠倒，或设置在附图的上下一方方向侧（线段cd方向），进而，将入口用水流管15设置在线段ab方向、将出口用水流管16设置在线段cd方向，或使其相反，本发明的效果都不改变。因为能够从产生较大的损失的构成为集成功率半导体的复合组件13向散热片14导热，用热交换效率良好的水高效率地冷却，所以能够实现散热片14和冷却风扇6的小型化。本实施例中，使用水作为制冷剂，但不需要是水，也能够适用于使用水以外的液体作为制冷剂的供液装置。这一点在后述的实施例中也是同样的。

图4是包括驱动与泵21直接连结的交流电动机4的电力转换装置22的泵***结构的一个实施例。一般而言，泵的喷出侧的压强比泵的吸入侧的压强更大，吸入侧与喷出侧的压强差相当大。众所周知，液体从较高的位置向较低的位置流动或从压强高的场所向压强低的场所流动。其落差越大或其压强差越大，就越能够使流量和流速增加。

泵一般以接近常温的水为介质，所以是能够有效利用水的***结构。此时最重要的一点在于，必须选定压强差较大的两个场所才能获得较大的冷却效果。鉴于这一点，通过将散热片14的入口用水流管15与泵21的压强较高的喷出侧配管19连接，将散热片14的出口用水流管16与泵21的压强较低的吸入侧配管18连接，能够利用泵21的吸入侧配管18与喷出侧配管19的较大的压强差，使水在散热片14的内部埋设的管17中流动。

因此，能够通过散热片14用热交换效率良好的水与以往相比更高效率地使复合组件13冷却，能够使散热片14比以往使用的散热片更小型化，且能够使冷却风扇6比以往使用的冷却风扇更小型化。在用散热片14能够使复合组件13充分冷却的情况下，也能够不设置冷却风扇6，实现进一步的小型化和制造成本的降低。

图5是对图4中的包括驱动与泵21直接连结的交流电动机4的电力转换装置22的泵***结构从侧面观察的一个实施例。在泵21的喷出侧配管19上连接散热片14的入口用水流管15，在泵的吸入侧配管18上连接散热片14的出口用水流管16。如上所述，泵的喷出侧配管19的压强比泵21的吸入侧配管18的压强更大，吸入侧配管18与喷出侧配管19的压强差相当大，所以能够使水在散热片14中内置的管17中流动。

本实施例中重要的一点在于，将入口用水流管15的连接点和出口用水流管16的连接点选定为压强差较大的泵的吸入侧配管18和喷出侧配管19。例如，即使将入口用水流管15的连接点和出口用水流管16的连接点选定为泵喷出侧配管19的配管的两点之间，该两点之间的压强差非常小，水不在散热片14的内部内置的管17内流动，或者即使流动也不能流过足够进行冷却的量的水。此外，选定泵吸入侧配管18的配管的两点之间作为入口用水流管15的连接点和出口用水流管16的连接点的情况下也是同样的。

实施例2

图6是包括驱动与具有止回阀的泵21直接连结的交流电动机4的电力转换装置22的泵***结构的一个实施例。本实施例中，在泵21的喷出侧配管19中安装了止回阀20。众所周知，因为泵21只向一个方向旋转，所以泵21因电源异常等停止的情况下，为了使水不从压强较高的喷出侧配管19向压强较低的吸入侧配管18逆流而设置止回阀20。即，本实施例是使与散热片14的入口用水流管15连接的泵21的喷出侧配管19的导出口（连接点）在泵21的喷出侧配管的出口与止回阀20之间的情况。

本实施例的情况下，电力转换装置22因电源异常等停止的情况下，泵21也停止，由于止回阀20的作用，具有防止水从压强较高的泵的喷出侧配管19经过散热片14的入口用水流管15和散热片14的出口用水流管16向压强较低的泵的吸入侧配管逆流的效果。电力转换装置22设置在泵21的外壳上，在泵的喷出侧配管19上连接有散热片14的入口用水流管15，在泵21的吸入侧配管18上连接有散热片14的出口用水流管16。即，构成为使泵21的喷出侧配管19中流动的水的一部分流向散热片14的入口用水流管15，经过散热片14的出口用水流管16，返回到泵21的吸入侧配管18。

本实施例的情况下，因为电力转换装置22直接安装在泵21上，所以也能够在制造包括驱动与泵21直接连结的交流电动机4的电力转换装置22的泵***的场所，在将泵21的喷出侧配管19与散热片14的入口用水流管15连接、将泵的吸入侧配管18与散热片14的出口用水流管16连接的状态下出厂，能够省去用户组装的麻烦。即，该结构不需要在设置泵***的现场分别将泵21的喷出侧配管19与散热片14的入口用水流管15连接、将泵21的吸入侧配管18与散热片14的出口用水流管16连接，具有能够提高在设置泵21的现场的组装的方便性的优点。

本实施例中，将电力转换装置22直接安装在泵21上，但不限于该结构，设置在与泵21直接连结的交流电动机4上也能够获得同样的效果。

实施例3

图7是包括驱动与具有止回阀20的泵21直接连结的交流电动机4的电力转换装置22的泵***结构的其他实施例。与图6的不同点仅在于，图3中的散热片14的入口用水流管15和出口用水流管16均配置在散热片14的上面。构成为与泵21的喷出侧配管19连接的入口用水流管15和与泵21的吸入侧配管18连接的出口用水流管16双方均设置在散热片14的上侧。图6的情况是散热片14的入口用水流管15设置在散热片14的上侧、出口用水流管16设置在散热片14的下侧的结构。将入口用水流管15和出口用水流管16双方配置在散热片14的下面也能够获得同样的效果。

符号说明

1…转换器，2…平滑用电解电容器，3…逆变器，4…交流电动机，5…控制电路，6…冷却风扇，7…温度检测器（温度传感器），8…数字操作面板，9…功率半导体，10…树脂成型外壳，11…功率半导体组件内部设置的温度检测器（温度传感器），12…驱动电路，13…转换器、逆变器和温度传感器搭载在一个组件外壳内的复合组件，14…散热片，15…散热片的水流管入口，16…散热片的水流管出口，17…水流用管，18…泵的吸入侧配管，19…泵的喷出侧配管，20…泵喷出侧的止回阀，21…泵，22…电力转换装置。

Claims (10)

1.一种对交流电动机供给交流电力的供水装置驱动用电力转换装置，其特征在于，包括：

在内部具备流水管本体且搭载有功率半导体组件的水冷式的散热片；和

散热片，其内置有与所述供水装置的排出口连接的第一流水管、与直接连结于所述交流电动机的供水装置的流体的吸入口连接的第二流水管、和在两端部分别设有所述第一流水管和所述第二流水管的流水管本体，且安装于内置功率半导体的复合组件中，

构成为使液体从所述第一流水管流入所述流水管本体，从所述第二流水管向所述供水装置的液体的吸入口排出。

2.如权利要求1所述的供水装置驱动用电力转换装置，其特征在于：

将所述散热片的第一流水管与所述供水装置的排出侧的配管连接，将所述散热片的第二流水管与所述供水装置的吸入侧的配管连接。

3.如权利要求2所述的供水装置驱动用电力转换装置，其特征在于：

在与所述散热片的所述第一流水管连接的所述供水装置的排出口的配管设置有止回阀，与所述第一流水管连接的所述供水装置的排出侧的配管的导出口形成于所述供水装置的排出口与所述止回阀之间的配管。

4.如权利要求1所述的供水装置驱动用电力转换装置，其特征在于：

与所述供水装置设置成一体型。

5.如权利要求1～4中任一项所述的供水装置驱动用电力转换装置，其特征在于：

具备设定运转条件的操作面板，

在所述操作面板设置有显示部。

6.一种供液装置驱动用电力转换装置，其特征在于，包括：

电力转换装置，其能够对与供液装置直接连结的交流电动机供给可变电压可变频率的交流电力；和

液冷式的散热片，其搭载有所述电力转换装置内的功率半导体，

构成为使液体从与所述供液装置的吸入侧和排出侧连接的配管流向各所述散热片的液流管。

7.如权利要求6所述的供液装置驱动用电力转换装置，其特征在于：

将所述散热片的液流管入口侧与所述供液装置的排出侧的配管连接，将所述散热片的液流管出口侧与所述供液装置的吸入侧的配管连接。

8.如权利要求7所述的供液装置驱动用电力转换装置，其特征在于：

来自与所述散热片的液流管入口侧连接的所述供液装置的排出侧的配管的导出口，存在于所述供液装置的排出口与止回阀之间。

9.如权利要求6所述的供液装置驱动用电力转换装置，其特征在于：

与所述供液装置设置成一体型。

10.如权利要求6～9中任一项所述的供液装置驱动用电力转换装置，其特征在于：

具备设定所述电力转换装置的运转条件的操作面板，

在所述操作面板设置有显示部。

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