CN105703644A - 功率转换装置 - Google Patents

Abstract

一种功率转换装置，能均匀地冷却整个构成设备、特别是电容器，在露出的端子部及主电路连接导体部上灰尘的附着、堆积较少，适合在高电压下使用。在箱体内部形成多个划分室，该划分室中的至少一个形成为能从外部进行冷却空气的强制贯流，夹着分隔壁与该至少一个划分室相邻的划分室形成为不能从外部进行冷却空气的强制贯流，将功率转换装置的需要冷却的构成设备收容到能够进行冷却空气的强制贯流的划分室内，使收容在该划分室内的构成设备的连接端子部贯穿分隔壁而露出到不能进行冷却空气的强制贯流的划分室内，在不能进行冷却空气的强制贯流的划分室内，利用连接导体将构成设备的露出的连接端子部彼此间以及与其它构成设备的连接端子部之间连接。

Description

功率转换装置

技术领域

本发明涉及一种功率转换装置，该功率转换装置包括对逆变器装置等功率转换装置的构成设备进行收容的箱体，使该箱体内通风而将内部的构成设备冷却。

背景技术

一般来说，逆变器等功率转换装置在箱体内收容有构成整流电路的半导体整流元件、构成逆变器电路的半导体开关元件及设置在整流电路的输出部与逆变器电路的输入部之间的平滑电容器等主电路构成设备、以及逆变器电路的控制电路等。

并且，特别是为了抑制发热量大的半导体元件及电容器等主电路构成设备的温度上升，需要将上述主电路构成设备冷却。为此，一般以将自箱体的一端吸入的冷却空气从箱体的另一端排出的方式，使冷却空气在箱体内部强制贯流而将收纳在内部的构成设备冷却。

例如如专利文献1所示，一直广泛公知这样利用冷却空气进行冷却的功率转换装置。在图8中表示这种功率转换装置的以往例。

在图8中，符号50是构成功率转换装置的主体的长方体状的箱体。在该箱体50的一端设置有进气口52，在与一端相对的另一端设置有排气口53。以与箱体50的排气口53相对的方式设置有由吸引风扇构成的冷却风扇54。另外，在该箱体50的内部收容有构成功率转换装置的半导体整流元件、使半导体开关元件形成为模块而得到的半导体模块元件61、与该半导体模块元件61结合的带散热翅片的冷却体62、用于使直流电压平滑的电容器63、对半导体模块元件61进行接通断开控制的控制电路64、以及用于进行主电路导体及控制线的拉出及连接的端子台65等构成设备。半导体模块元件61与电容器63通过主电路连接导体66连接。在此虽未图示，但各构成设备通过适当的支承用具固定在箱体50或内部的支承框架上。

在这种功率转换装置中，通过驱动冷却风扇54，从进气口52将外部空气作为冷却空气吸入到箱体50内。该冷却空气在箱体内贯流并从排气口53被排出。箱体50作为一个风洞发挥作用，因此被吸入到箱体内的冷却空气被箱体的内壁引导，朝向排气口53贯流。在该贯流过程中，冷却空气与收容在内部的各构成设备接触而将各构成设备冷却。利用冷却风扇54将由此温度上升了的冷却空气从排气口53排出到外部。

外部空气中所含的灰尘等被过滤器去除掉大部分后进入到箱体内。但是，在进入到箱体内的冷却空气中仍含有微量的通过了过滤器的微小的灰尘。因此，当使功率转换装置长期间运转时，在从外部空气吸入的冷却空气在箱体内贯流的过程内，该冷却空气所含的微小的灰尘附着并堆积在各构成设备的表面。当该灰尘附着在带电露出的构成设备的端子及主电路连接导体66上时，妨碍绝缘而成为短路事故的原因，影响运转。

因此，在箱体50的进气口52安装防尘过滤器，来抑制灰尘的吸入。但是，很难完全地抑制灰尘的吸入。因而，通过增大各构成设备的绝缘距离来进行应对，但这样的话，存在尤其使在高电压下使用的功率转换装置大型化的问题。

另外，在这种功率转换装置中，如图9所示，箱体50的内部被由金属板构成的隔壁55分隔成两个划分室而分开收容构成设备，在各划分室内进行冷却。即，在一方的划分室51a内收容与发热量大的半导体模块元件61结合的冷却体62和电容器63，在另一方的划分室51b内收容其余的构成设备及连接导体66等。并且，在各划分室51a、51b以分别连通的方式设置有进气口52a、52b及排气口53a、53b。在排气口53a、53b以分别与排气口53a、53b相对的方式设置有冷却风扇54a、54b。

当使各划分室的冷却风扇54a、54b运转时，从进气口52a、52b吸入到各划分室51a、51b内的外部空气作为冷却空气在各划分室内贯流，从排气口53a、53b排出到外部。在该过程中，冷却空气与收容在各划分室内的构成设备接触而将各构成设备冷却。

这样，利用隔壁55对箱体50进行划分而形成的各划分室被分隔得较小，因此冷却空气集中流到被收容在各划分室内的构成设备，因此能够提高冷却效果。

这种以往的功率转换装置的将箱体50的内部分隔的隔壁55由钢板等金属板构成。另一方面，露出连接端子的电容器63需要确保连接端子与隔壁55的绝缘距离。为此，使电容器63的主体部的一部分向隔壁55的上部突出，将电容器的主体部的一部分配置在划分室51a外。但当这样设置时，很难均匀地冷却整个电容器，需要使用耐热容量大的电容器。

另外，划分室51b也通过使利用冷却风扇54b吸入的外部空气在内部贯流而被冷却。因此，在长时间的运转过程中，外部空气所含的微小的灰尘附着并堆积到收容在该划分室51b内的构成设备的表面。由于将半导体模块元件61与电容器63连接的主电路导体66及电容器63的连接端子带电露出，因此因微小的灰尘堆积到上述主电路导体及连接端子上而发生绝缘障碍的可能性增加。因此，具有未实施绝缘处理的主电路导体及端子的划分室需要确保构成设备的充分的绝缘距离。其结果是，存在使功率转换装置大型化的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-348533号公报

发明内容

本发明解决上述的以往装置中的问题，要解决的技术问题在于提供一种能够均匀地冷却整个构成设备、特别是电容器，在露出的端子部以及主电路连接导体部上灰尘的附着、堆积较少的功率转换装置。

为了解决上述的技术问题，本发明的功率转换装置通过在封闭的箱体内收容构成设备而构成，其特征在于，利用分隔壁将上述箱体的内部分隔而在该箱体的内部形成多个划分室，该划分室中的至少一个形成为能从外部进行冷却空气的强制贯流，与该至少一个划分室夹着上述分隔壁相邻的划分室形成为不能从外部进行冷却空气的强制贯流，将上述功率转换装置的需要进行冷却的构成设备收容到能够进行冷却空气的强制贯流的上述划分室内，使收容在该划分室内的构成设备的连接端子部贯穿上述分隔壁而露出到不能进行冷却空气的强制贯流的上述划分室内，在不能进行冷却空气的强制贯流的该划分室内，利用连接导体将上述构成设备的露出的连接端子部彼此间以及与其它的构成设备的连接端子部之间连接，从而将上述构成设备彼此电连接。

另外，在本发明中，上述分隔壁由绝缘性薄板构成较好，作为绝缘性薄板，具有挠性的合成树脂薄板是适合的。

通过使设置在由具有挠性的合成树脂薄板构成的上述分隔壁以及上述箱体的框架的对应部位的嵌合用缺口彼此嵌合，从而能将该分隔壁固定在箱体的框架上。

另外，上述构成设备包含电容器，在上述分隔壁上设置有用于使该电容器的连接端子部露出到不能进行冷却空气的强制贯流的上述划分室内的贯穿部。并且，在该贯穿部的靠不能进行冷却空气的强制贯流的上述划分室一侧设置有切起部。

此外，也能形成为在上述箱体的上下形成有能够进行冷却空气的强制贯流的上述划分室，在上述箱体的中间形成有不能进行冷却空气的强制贯流的上述划分室，使收容在能够进行冷却空气的强制贯流的各上述划分室内的构成设备的连接端子部分别贯穿分隔壁而露出到相邻的不能进行冷却空气的强制贯流的上述划分室内，在不能进行冷却空气的强制贯流的该划分室内，利用连接导体将上述连接端子部之间连接，从而将收容在能够进行冷却空气的强制贯流的上述划分室内的构成设备电连接。

采用本发明，将功率转换装置的需要进行冷却的构成设备，收容到利用分隔壁将箱体内分隔而形成的能够进行冷却空气的强制贯流的划分室内，使该构成设备的连接端子贯穿分隔壁而露出到夹着该分隔壁相邻的不能进行冷却空气的贯流的结构的划分室内，在不能进行冷却空气的强制贯流的该划分室内，利用连接导体将上述构成设备的露出的连接端子部彼此间以及与其它的构成设备的连接端子部之间电连接。通过这样构成，将露出的构成设备的连接端子部以及连接导体收容在不能进行冷却空气的强制贯流的划分室内，从而即使经历长时间运转，也几乎不会发生微小粉尘的附着堆积。因而，不在箱体内确保所需以上的绝缘距离就能长时间稳定地保持绝缘性能。这为装置的小型化做了贡献。

另外，通过用绝缘材料构成分隔壁，几乎不再需要考虑与贯穿该分隔壁的构成设备的连接端子部的绝缘距离。并且，仅将连接端子部设置在不能进行冷却空气的强制贯流的划分室即可。此外，由于能将需要进行冷却的构成设备的主体整体收容在能够进行冷却空气的强制贯流的划分室内，因此能够提高该构成设备的冷却效果，使构成设备小型化。

附图说明

图1是表示本发明的功率转换装置的第一实施例的示意结构的侧剖视图。

图2是表示本发明的功率转换装置的第二实施例的将侧面板卸下后的状态的侧视图。

图3是表示本发明的功率转换装置的第二实施例的将侧面板卸下后的状态的外观的立体图。

图4是表示本发明的功率转换装置的第二实施例的结构的侧剖视图。

图5是将本发明的功率转换装置的第二实施例中的分隔壁与箱体框架的结合结构放大表示的局部立体图。

图6是将本发明的第二实施例中的分隔壁的端子贯穿部放大表示的局部立体图。

图7是表示本发明的第二实施例的应用例的侧剖视图。

图8是表示功率转换装置的以往例的侧剖视图。

图9是表示功率转换装置的另一以往例的侧剖视图。

(符号说明)

11…箱体；12…进气口；13…排气口；14…冷却风扇；15…绝缘性分隔壁；16…能够进行冷却空气的强制贯流的划分室；17…不能进行冷却空气的强制贯流的划分室；21…半导体模块元件；21a…连接端子；22…半导体模块元件的冷却体；23…电容器；23a…连接端子；24…控制电路；25…端子台；26…连接导体。

具体实施方式

利用图示的实施例来说明本发明的实施方式。

【实施例1】

图1表示本发明的功率转换装置的第一实施例的示意结构。

在图1中，符号11是构成功率转换装置的主体的封闭的箱体，通常由钢板形成。利用例如由合成树脂制的绝缘性薄板构成的分隔壁15将箱体11内分隔而形成两个划分室16、17。

划分室16在相对的端面包括开口，形成为能够进行冷却空气的强制贯流。即，将开口中的一个形成为使外部空气进入到箱体11内的进气口12，使另一个形成为从箱体内向外部空气排气的排气口13。以与排气口13相对的方式安装有由吸引风扇构成的冷却风扇14，从而使外部空气从进气口12作为冷却空气进入。该冷却空气在划分室16的内部进行强制贯流而从排气口13被排出。相对于此，夹着分隔壁15与划分室16相邻的划分室17的所有周壁封闭，形成为不能进行冷却空气的强制贯流。

在形成为供冷却空气进行强制贯流的划分室16内收容有带散热翅片的冷却体22及电容器23，上述冷却体22与将功率转换装置的发热量大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结合。半导体模块元件21的连接端子部21a将设置于分隔壁的通孔15a贯穿而露出在相邻的划分室17内。同样，电容器23的连接端子部23a将设置于分隔壁15的通孔15b贯穿而露出在划分室17内。

露出在划分室17内的半导体模块元件21的连接端子21a以及电容器23的连接端子23a在该划分室17内彼此由连接导体26连接。

除此之外，在划分室17内还收容有对半导体模块元件21进行接通断开控制等的控制电路24、以及用于进行内外的电连接的端子台25等。

当这样构成的功率转换装置在运转过程中时，驱动冷却风扇14。由此，在划分室16内如箭头所示，外部空气从进气口12作为冷却空气进入。该冷却空气在划分室16内贯流而从排气口13被排出到外部。因此，收容在划分室16内的电容器23及与半导体模块元件21结合的冷却体22被冷却空气强制冷却，温度的上升受到抑制。

此时，划分室17由于形成为不能使冷却空气进行强制贯流，因此不会被外部空气进行贯流。因此，即使长时间运转，外部空气中所含的微小粉尘也几乎不会附着到收容在划分室17内的半导体模块元件及电容器23的连接端子部21a、23a、连接导体26、控制电路24以及端子台25上。

由此，构成功率转换装置的主电路的半导体模块元件21的连接端子部21a、电容器23的端子部23a以及连接导体26能够长时间稳定地保持绝缘性能。

【实施例2】

接下来，对图2至图7所示的本发明的功率转换装置的第二实施例进行说明。

图2及图3表示本发明的功率转换装置的将侧面板卸下后的状态的侧视图及立体图，图4表示侧剖视图。

该第二实施例利用分隔壁35和分隔壁39将构成主体的箱体30的内部分隔，形成三个划分室36、37、38。在此，至少分隔壁35由具有挠性的绝缘性的合成树脂薄板构成。

划分室36、38在两端具有成为进气口或排气口的开口32a、32b、33a、33b，形成为能使冷却空气从外部进行强制贯流。形成在划分室36、38之间的划分室37的至少一端封闭，形成为不能使冷却空气从外部进行强制贯流。

在形成为能够进行冷却空气的强制贯流的划分室36内收容有发热量大的需要进行冷却的构成设备、即电容器43及变压器47。该电容器43的连接端子43a将设置于绝缘性的分隔壁35的通孔贯穿而露出在构成为不能进行冷却空气的强制贯流的划分室37内。

在划分室37内收容有半导体模块元件41的连接端子，将与带冷却翅片的冷却体42结合的半导体整流元件及半导体开关元件形成为模块而得到上述半导体模块元件41。与该半导体模块元件41结合的冷却体42贯穿分隔壁39，而被收容在形成为能够进行冷却空气的强制贯流的划分室38内。

在划分室37内利用主电路连接导体46将半导体模块元件41和电容器43的各自的连接端子电连接。

在箱体30的前表面壁上设置有用于与交流电源连接的输入端子51以及用于与负荷连接的输出端子52。输入端子51借助保护用开闭器49利用连接导体53被引入到划分室37，与成为半导体模块元件41的功率转换回路的交流输入端的连接端子41a连接。成为半导体模块元件41的功率转换回路的输出端的连接端子41a借助连接导体54与输出端子52连接。

在划分室37内还收容有使功率转换装置的输出短路而旁通的旁通用电磁开闭器48。旁通用电磁开闭器48借助连接导体56与成为功率转换回路的输出端的半导体模块元件的连接端子41a并联连接。

主电路的这种电连接全在构成为不能进行冷却空气的强制贯流的划分室37内进行。

另外，在图2至图4中，符号31a、31b是构成箱体30的基底框架以及支承框架。

另外，通过利用绝缘性合成树脂制薄板构成将划分室36、37分隔的分隔壁35，能使分隔壁35具有挠性。不用固定用的螺钉就能将具有挠性的分隔壁35简单地固定在箱体5上。

在图5中表示分隔壁35与支承框架31b的结合结构。在分隔壁35的与支承框架31b结合的部位分别设置有嵌合用的缺口35c或嵌合用突起35d。并且，在支承框架31b的对应的部位设置有嵌合用缺口31c或嵌合用孔31d。在将分隔壁35安装到箱体上时，使分隔壁35稍微挠曲而使嵌合用缺口35c与支承框架31b的嵌合用缺口31c嵌合，并且将嵌合用突起35d嵌入到嵌合用孔31d中。由此利用支承框架31b的嵌合用缺口31c以及嵌合用孔31d支承分隔壁35，因此能将分隔壁35稳定地安装到箱体30上。

此外，还设置有用于供设置于分隔壁35的电容器43的连接端子43a贯穿的通孔。如图6的(a)所示，能与各连接端子43a对应地分别单独设置该通孔。或者如图6的(b)所示，能够设置一个电容器的两个连接端子43a、43a共用的通孔35b。在共用的通孔35b的两端设置切起部35e，从而在电容器43的连接端子43a贯穿通孔35b时，易于定位电容器。另外，在将切起部35e的高度形成为电容器的连接端子43a的高度时，能够利用连接导体26按压切起部35e，因此能够进一步稳定地固定分隔壁35。

将多台的、三相的各相的这样构成的功率转换装置1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。例如在功率转换装置1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装置1的输出端子而进行使用时，能够输出6kV的电压。

在高压配电盘10的前表面侧设置有被过滤器10b覆盖的进气口10a，在背面侧设置有三个功率转换装置1共用的通风路10c。并且，使通风路10c的顶壁开口，在此设置吸引型的冷却风扇14。

通过驱动冷却风扇14，使外部空气从前表面的进气口10a经过过滤器10b进入到高压配电盘10内。在进入的外部空气通过过滤器10b的过程中，该外部空气所含的粉尘的大部分被去除。但由于不能将粉尘完全去除，因此在进入的外部空气中残留微量的微小的粉尘。

进入到高压配电盘10内的含有微量的微小粉尘的外部空气作为冷却空气如箭头所示地在功率转换装置1以及通风路10c内贯流。

设置在功率转换装置1的箱体30的上、下的构成为能够进行冷却空气的强制贯流的划分室36、38与高压配电盘10的通风路10c连通。因而，冷却空气在各功率转换装置1内的划分室36、38内贯流，利用收容在各划分室内的构成设备将电容器43、变压器47以及半导体模块元件41的冷却体42强制冷却。

但是，由于对收容在划分室36、38内的构成设备实施了绝缘处理，因此即使微小的粉尘附着到这些构成设备的表面，也不会发生绝缘障碍。

另一方面，收容有各构成设备的连接端子以及将这些连接端子间连接的连接导体46、53、54、56的中间的划分室37的后端侧封闭，构成为不能进行冷却空气的贯流。因此，外部空气中所含的微小的粉尘几乎不会附着到收容在该划分室37内的连接导体等上。其结果是，功率转换装置1的主电路的由粉尘的堆积引发的绝缘障碍的发生受到抑制。即，划分室37通过构成为不能进行冷却空气的贯流，不形成为所需以上的大空间，就能维持电绝缘性能。

其结果是，根据本发明的功率转换装置即使使引进了外部空气的冷却空气贯流而进行强制冷却，也能不发生绝缘障碍地长时间稳定地运转。

另外，当在将构成主体的箱体内分隔而构成划分室的分隔壁使用绝缘性合成树脂薄板等绝缘材料制薄板时，能以仅供电容器的前端的连接端子贯穿的方式靠近分隔壁地配置电容器的前端。由此，能将电容器的几乎整体收容到构成为能够进行冷却空气的贯流的划分室36内。这样，能将电容器等构成设备的整体收纳在该划分室内而进行均匀的冷却，提高冷却效果。

Claims (6)

1.一种功率转换装置，所述功率转换装置通过在封闭的箱体内收容构成设备而构成，其特征在于，

利用分隔壁将所述箱体的内部分隔而在该箱体的内部形成多个划分室，该划分室中的至少一个形成为能从外部进行冷却空气的强制贯流，与该至少一个划分室夹着所述分隔壁相邻的划分室形成为不能从外部进行冷却空气的强制贯流，将所述功率转换装置的需要进行冷却的构成设备收容到能够进行冷却空气的强制贯流的所述划分室内，使收容在该划分室内的构成设备的连接端子部贯穿所述分隔壁而露出到不能进行冷却空气的强制贯流的所述划分室内，在不能进行冷却空气的强制贯流的该划分室内，利用连接导体将所述构成设备的露出的连接端子部彼此间以及与其它的构成设备的连接端子部之间连接，从而将所述构成设备彼此电连接。

2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

利用绝缘性薄板构成所述分隔壁。

3.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，

利用具有挠性的绝缘性合成树脂薄板构成所述分隔壁。

4.如权利要求3所述的功率转换装置，其特征在于，

通过使设置在由具有挠性的绝缘性合成树脂薄板构成的所述分隔壁以及所述箱体的框架的对应部位的嵌合用缺口彼此嵌合，从而将该分隔壁固定在箱体的框架上。

5.如权利要求2或3所述的功率转换装置，其特征在于，

所述构成设备包含电容器，在所述分隔壁上设置有用于使该电容器的连接端子部露出到不能进行冷却空气的强制贯流的所述划分室内的贯穿部，在该贯穿部的靠不能进行冷却空气的强制贯流的所述划分室一侧设置有切起部。

6.如权利要求1至5中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

在所述箱体的上下形成有能够进行冷却空气的强制贯流的所述划分室，在所述箱体的中间形成有不能进行冷却空气的强制贯流的所述划分室，使收容在能够进行冷却空气的强制贯流的各所述划分室内的构成设备的连接端子部分别贯穿分隔壁而露出到相邻的不能进行冷却空气的强制贯流的所述划分室内，在不能进行冷却空气的强制贯流的该划分室内，利用连接导体将所述连接端子部之间连接，从而将收容在能够进行冷却空气的强制贯流的所述划分室内的构成设备电连接。