JP2018501772A - 構造フレーム冷却マニホルド - Google Patents

Abstract

変速駆動装置は、ＡＣ電力源に接続されたコンバータと、コンバータに接続されたＤＣリンクと、ＤＣリンクに接続されたインバータとを含む。インバータは、ＤＣ電圧を可変性の電圧及び周波数を有する出力ＡＣ電力に変換する。インバータは、少なくとも１つのパワーエレクトロニクスモジュール及び関連する制御回路と、パワーエレクトロニクスモジュールと熱的に連通し、マニホルドと流体連通するヒートシンクと、を含む。マニホルドは、流体連通する少なくとも１つの垂直部材部及び少なくとも１つの水平部材部を有する管状部材を含む。複数のポートは、冷却流体をマニホルド内に及びマニホルドから外へ導く。ブラケットは、マニホルドを構造フレームに取り付ける。複数のブラケットが、マニホルドへのパワーエレクトロニクスモジュールの取り付けのために設けられる。【選択図】図５

Description

[0001]本出願は、概して、変速駆動装置（ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｐｅｅｄ ｄｒｉｖｅ）のための冷却マニホルドに関する。本出願は、より詳細には、変速駆動装置のための構造フレーム冷却マニホルドに関する。

[0002]電力スイッチング装置を収容する電気パネルは著しい熱を生じ、電子部品が過熱によって故障しないように、この熱は取り除かれなくてはならない。モータ制御において使用される変速駆動装置及びＨＶＡＣ用途などの用途において使用される電気パネルは、典型的には、冷却剤の配送のためのホースと、構造的支持のための鋼鉄部材とを使用している。

[0003]本開示は、冷却流体マニホルド及び構造部材の両方として機能する単一部品を開示する。ホースは、動作不良を起こし得、電気ギアの内部の通電された部品又はバスに液体を接触させて、短絡又は機器の運転停止を起こしかねない。開示される構成は、ホースの使用を除去又は最小化し、電気キャビネット及びキャビネット内に装着された電気部品を支持する構造部材と一体化された冷却通路を提供する。

[0004]開示されるシステム及び／又は方法の意図される利点は、これらの要求の１つ又は複数を満たし、又は他の有利な特徴を提供する。他の特徴及び利点は、本明細書から明らかにされよう。開示される教示は、前述の要求の１つ又は複数を達成するか否かに関わらず、特許請求の範囲に含まれる実施形態に及ぶ。

[0005]一実施形態は、ＡＣ電力源に接続されたコンバータと、コンバータに接続されたＤＣリンクと、ＤＣリンクに接続されたインバータと、を含む変速駆動装置に関し、インバータは、ＤＣリンクからのＤＣ電圧を可変性の電圧及び可変性の周波数を有する出力ＡＣ電力に変換するように構成され、インバータは、少なくとも１つのパワーエレクトロニクスモジュール及び関連する制御回路と、パワーエレクトロニクスモジュールと熱的に連通し、マニホルドと流体連通する非導電性ヒートシンクと、を更に備え、マニホルドは、中空の管状部材と、冷却流体を管状部材内に及び管状部材から導くため複数のポートと、構造フレームへのマニホルドの取り付けのための少なくとも１つのブラケットと、管状部材への少なくとも１つのパワーエレクトロニクスモジュールの取り付けのための少なくとも１つのブラケットと、を備える。例示的実施形態において、管状部材は、少なくとも１つの水平部材部と流体連通する少なくとも１つの垂直部材部を含む。

[0006]別の実施形態は、流体連通する少なくとも１つの垂直部材部及び少なくとも１つの水平部材部を有する中空の管状部材と、冷却流体をマニホルド内に及びマニホルドから導くため複数のポートと、構造フレームへのマニホルドの取り付けのための少なくとも１つのブラケットと、マニホルドへのパワーエレクトロニクスモジュールの取り付けのための少なくとも１つのブラケットと、を含むマニホルドに関する。

[0007]本明細書において説明される実施形態の特定の利点は、マニホルドを含むＶＳＤ（ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｐｅｅｄ ｄｒｉｖｅ：変速駆動装置）のための構造フレームを含む。マニホルドは、液体冷却剤を循環するための中空のステンレス鋼チューブから構築され得る。マニホルドは、ＶＳＤ冷却ブロックへの接続のための配送ポートを提供する。マニホルドは、ＶＳＤの内部のホースを最小限にすることで、ＶＳＤにおける冷却流体の配送の複雑さを減少させる。マニホルドは、ＶＳＤ内の部品のための構造的支持も提供する。液体によって冷却されるＶＳＤ内のホースを最小限にすることで、冷却システム設計の複雑さを減少する。任意の非腐食性材料、例えば非腐食性金属、セラミック又はポリマー材料が、マニホルドチューブに使用されてよく、又は腐食を防ぐためにマニホルドチューブを被覆するために使用されてよい。

[0008]特許請求の範囲に概して列挙され得るように、代替的な例示的実施形態は、他の特徴及び特徴の組み合わせに関する。

[0009]商業環境における暖房、換気、空気調節及び冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ：Ｈｅａｔｉｎｇ， Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ， Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）システムの例示的実施形態を示す図である。 [0010]図１の例示的実施形態において使用され得る蒸気圧縮システムの例示的実施形態を概略的に示す図である。 [0011]冷却部材の例示的実施形態を有する変速駆動システムの一部の分解図である。 [0012]例示的実施形態におけるパワーエレクトロニクス組立体に配置された複数の冷却部材を示す図である。 [0013]ＶＳＤに封入された内部部品の例示的図の正面図である。 [0014]図５に図示された内部部品の反対側の図である。 [0015]例示的冷却マニホルドの透視図である。 [0016]図７の冷却マニホルドの平面図である。 [0017]図７の冷却マニホルドの端面図である。

[0018]図１は、典型的な商業環境のための建物１２における暖房、換気及び空気調節システム（ＨＶＡＣシステム：Ｈｅａｔｉｎｇ， Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ， Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）１０の例示的実施形態を示す。システム１０は、建物１２を冷却するために使用され得る冷えた液体を供給し得る蒸気圧縮システム１４に組み込まれた圧縮機を含み得る。システム１０は、建物１２を温めるために使用され得る熱せられた液体を供給するためのボイラ１６と、建物１２内に空気を循環させる空気配送システムとも含み得る。空気配送システムは、空気戻りダクト１８と、空気供給ダクト２０と、空気処理装置２２と、を含み得る。空気処理装置２２は、導管２４によってボイラ１６及び蒸気圧縮システム１４に接続される熱交換器を含み得る。空気処理装置２２内の熱交換器は、システム１０の動作モードによって、ボイラ１６からの熱せられた液体又は蒸気圧縮システム１４からの冷えた液体を受け取り得る。システム１０は、建物１２の各階に個別の空気処理装置を有するように図示されているが、これらの構成要素は複数の階の間で共用されてもよいことは理解されよう。

[0019]図２は、図１の建物１２おいて使用され得るＶＳＤ２６を有する蒸気圧縮システム１４の例示的実施形態を概略的に示す。蒸気圧縮システム１４は、圧縮機２８と、凝縮器３０と、液体冷却器又は蒸発器３２と、制御パネル３４とを含み得る。圧縮機２８は、ＶＳＤ２６によって電力供給されるモータ３６によって駆動される。ＶＳＤ２６は、ＡＣ電力源３８から特定の固定されたライン電圧及び固定されたライン周波数を有するＡＣ電力を受け、モータ３６に所望の電圧及び所望の周波数のＡＣ電力を供給する。所望の電圧及び所望の周波数は両方とも、特定の要件を満たすように変更され得る。制御パネル３４は、蒸気圧縮システム１４の動作を制御するために、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ、マイクロプロセッサ、不揮発性メモリ、及びインターフェースボードなどの様々な異なる構成要素を含み得る。制御パネル３４は、ＶＳＤ２６及びモータ３６の動作を制御するために使用することもできる。

[0020]圧縮機２８は、冷媒蒸気を圧縮し、当該蒸気を排出ラインを介して凝縮器３０へと送る。圧縮機２８は、例えばネジ圧縮機、遠心圧縮機、往復圧縮機、スクロール圧縮機などの任意の適切な種類の圧縮機でよい。圧縮機２８によって凝縮器３０へ送られた冷媒蒸気は、流体、例えば空気又は水、と熱交換関係になり、流体との熱交換関係の結果として冷媒液体へと位相変化する。凝縮器３０からの凝縮した液体冷媒は、拡張機器（不図示）を通って蒸発器３２へ流れる。

[0021]蒸発器３２は、冷却負荷の供給ライン及び戻りラインのための接続部を含み得る。処理流体、例えば、水、エチレングリコール、塩化カルシウムブライン、又は塩化ナトリウムブラインは、戻りラインを介して蒸発器３２内へと進み、供給ラインを介して蒸発器３２から出る。蒸発器３２内の液体冷媒は、処理流体と熱交換関係になり、処理流体の温度を低下させる。蒸発器３２内の冷媒液体は、処理流体との熱交換関係の結果として冷媒蒸気へと位相変化する。蒸発器３２内の蒸気冷媒は、吸込みラインによって蒸発器３２を出て圧縮機２８へと戻り、サイクルを完了する。

[0022]図３は、冷却部材４２上に配置された複数のスイッチ４０を有する変速駆動装置２６の一部を示す。ＶＳＤ２６は、異なる用途又はＨＶＡＣシステムのために所望の電力をモータに提供するために使用され得る。例えば、このようなモータは、蒸気圧縮システムの圧縮機を駆動し得る。ＶＳＤ２６のスイッチ４０は、３つのデュアルＩＧＢＴを有するインフィニオンモジュールとして図示されているが、冷却を必要とする他の半導体装置又は他の電子部品も、冷却部材４２によって冷却され得る。パイプ４３、４５は、入口流路４７及び出口流路４９に、それぞれ冷却流体の冷却部材４２への導入及び冷却流体の冷却部材４２からの除去のために接続される。パイプ４３、４５又は他の適切な流路は冷却システムに接続され、冷却流体の継続的な流れを冷却部材４２へ提供する。冷却流体は、パイプ４３に導入され、部材４２を通って流れ、パイプ４５を通って外に流出する。

[0023]凝縮水、水及び既知の冷媒などを含む様々な異なる冷却流体が、冷却部材４２内を循環し得、電子部品を冷却するために使用され得る。加えて、様々な異なる冷却システムが、冷却部材４２から出る冷却流体を冷却するために使用され得る。

[0024]冷却部材４２は、ＨＶＡＣシステムのモータに電力を供給するために使用されるＶＳＤ２６内のモジュールを冷却する。モジュールは、冷却部材４２に封止関係で接続され得る。冷却部材４２に与えられる冷却流体は、閉鎖ループで冷却部材４２及び熱交換器を流れる水でよい。熱交換器は、冷却部材４２に再び導入される前に水を冷却する。熱交換器は、シェル及びチューブタイプの熱交換器でよく、ＨＶＡＣシステムの冷却タワーからの水が、冷却部材４２に与えられる水を冷却するために使用され得る。

[0025]図４は、ＶＳＤ２６の部品に装着される複数の冷却部材４２を図示する。冷却部材４２は、垂直方向に位置決めされ、部品７４（例えばＤＣリンクコンデンサ）の側部に装着される。別の実施形態において、部品７４は、垂直方向、水平方向、又は斜め方向など任意の適切な方向に向けられ得る。

[0026]次に図５及び図６を参照すると、ＶＳＤ２６に封入された内部部品の例示的図の正面図が示される。マニホルド５０は、ＶＳＤ２６のフレーム５２内に装着される。マニホルド５０は、９０°の角度で接続される水平管状部材５４と垂直管状部材５６とを含み、供給結合部又はポート５８へと冷却流体が流れるように、水平管状部材５４と垂直管状部材５６とは流体連通する。供給ポート５８は、ホース部４３を介して冷却部材４２の入口流路４７に流体連通するように接続され、スイッチ４０に装着された冷却部材４２に冷却流体を供給する。冷却流体は、冷却部材４２内を循環した後に、出口流路４９を通って冷却部材４２を出て、戻り導管６２へ流入し、導管６２と流れ連通する排出ポート６４においてＶＳＤ２６から出る。少なくとも１つの供給ポート５８は、マニホルド５０に冷却流体を受け入れるために源（不図示）に接続される入口ポートに指定される。

[0027]図７〜図９を参照すると、例示的冷却マニホルド５０が図示される。複数のポート５８が、水平マニホルド部５４及び垂直マニホルド部５６に沿って位置している。ポート５８の数及び位置は、例えばスイッチ４０の数及びフレーム５２内でのその位置など、適用先によって変わり得る。角ブラケット６６は、スイッチ４０の取り付けのために水平マニホルド部５４に沿って設けられる。エンドブラケット６８は、エンドパネル７２及びベース７６におけるフレーム部５２への取り付けのために、水平及び垂直マニホルド部５４、５６の遠位端にそれぞれ配置される。マニホルド５０を内部フレーム部材７８に接続するために、補助の角ブラケット７０もまた、垂直マニホルド部５６の水平マニホルド部５８との交差点に隣接してマニホルド５０に取り付けられ得る。

[0028]マニホルド５０は、フレーム５２及びスイッチ４０に構造的支持を提供する一方、同じ空間を冷却流体のための導管として使用する。二重目的のマニホルドは、ＶＳＤ２６内に追加的な有用な空間を提供し、冷却流体の源に冷却部材４２を接続するために必要とされるホースの量を減少する。

[0029]本出願は、下記の説明に記載される又は図面において図示される詳細及び方法に限定されないことを理解されたい。本明細書において用いられる用語及び述語は、説明のみを目的とし、限定と見なされるべきでないことも理解されたい。

[0030]図面に示され、本明細書において説明された例示的実施形態は現在のところ好ましいが、これらの実施形態は例示のみを目的として提供されたものであることを理解されたい。従って、本出願は特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲にやはり含まれる様々な修正にまで及ぶ。任意の処理又は方法のステップの順番又は配列は、代替的な実施形態に応じて変更又は再配列されてよい。

[0031]様々な例示的実施形態において示されるような変速駆動装置の構築及び配置は、単に例示的なものであることに留意することは重要である。本開示においては、ほんの２、３の実施形態のみが詳細に説明されたが、本開示を精査した者には、多くの修正（例えば、大きさ、寸法、構造、様々な要素の形状及び比率、パラメータ値、装着配置、使用材料、色、方向などにおける変更）が、特許請求の範囲に列挙された主題の新規な教示及び利点から実質的に逸脱することなくなされ得ることが容易に理解されよう。例えば、一体的に形成されるものとして示される要素は、複数の部品又は要素から構築されてもよく、要素の位置は反対にされ、又は他の形で変更されてよく、個別の要素又は位置の性質及び数は、改められ又は変更されてよい。従って、全てのこのような修正は、本出願の範囲に含まれるものと意図される。任意の処理又は方法のステップの順番又は配列は、代替的な実施形態に応じて変更又は再配列されてよい。各請求項において、ミーンズプラスファンクション節は、列挙した機能を実行するものとして本明細書において説明される構造及び、構造的な均等物だけではなく均等の構造物も包含するよう意図されている。例示的実施形態の設計、動作条件及び配置において、本出願の範囲から逸脱することなく、他の代替、修正、変更、及び省略がなされ得る。

Claims (20)

1. ＡＣ入力電圧の大きさ及び周波数が固定された入力ＡＣ電力を受けて、可変性の電圧及び可変性の周波数の出力ＡＣ電力を提供するように構成される変速駆動システムであって、前記変速駆動システムは、
   前記入力ＡＣ電圧を供給するＡＣ電力源に結合されるように構成されたコンバータであって、前記入力ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するように構成されるコンバータと、
   前記コンバータに接続されたＤＣリンクであって、前記ＤＣ電圧をフィルタリングし、前記コンバータからのエネルギを蓄えるように構成されるＤＣリンクと、
   前記ＤＣリンクに接続されたインバータであって、前記ＤＣリンクからの前記ＤＣ電圧を前記可変性の電圧及び前記可変性の周波数を有する前記出力ＡＣ電力に変換するように構成されるインバータと
   を備え、前記インバータは、
   少なくとも１つのパワーエレクトロニクスモジュール及び関連する回路と、
   前記パワーエレクトロニクスモジュールと熱的に連通し、マニホルドと冷却流体連通するヒートシンクと、を備え、前記マニホルドは、前記冷却流体を前記マニホルド内に導くための少なくとも１つのポート及び前記冷却流体を前記マニホルドから外へ導く少なくとも１つのポートを有する中空の管状部材と、前記マニホルドを前記パワーエレクトロニクスの構造フレームに取り付けるための少なくとも１つのブラケットと、パワーエレクトロニクスモジュールを前記マニホルドに取り付けるための少なくとも１つのブラケットとを含み、それによって前記マニホルドは、前記フレームのための構造的支持と前記エレクトロニクスモジュールのための支持とを提供することと、それと同時に同一の空間を用いて前記冷却流体のための導管を提供することとの２つの機能を提供する、変速駆動システム。
2. 前記マニホルドは、少なくとも１つの水平部材部と流体連通する少なくとも１つの垂直部材部を更に備える、請求項１に記載の変速駆動システム。
3. 前記少なくとも１つのパワーエレクトロニクスモジュールは、前記水平部材部に装着される、請求項２に記載の変速駆動システム。
4. 前記マニホルドは、非腐食性材料から製造される、請求項１に記載の変速駆動システム。
5. 前記非腐食性材料はステンレス鋼である、請求項４に記載の変速駆動システム。
6. 前記マニホルドは、ポリマー及びセラミックからなる群から選択される材料によって被覆される、請求項１に記載の変速駆動システム。
7. 前記マニホルドは、前記マニホルドを前記フレームに装着するためのエンドブラケットを更に備える、請求項１に記載の変速駆動システム。
8. ＡＣ入力電圧の大きさ及び周波数が固定された入力ＡＣ電力を受けて、可変性の電圧及び可変性の周波数の出力ＡＣ電力を提供するように構成される変速駆動システムであって、前記変速駆動システムは、
   前記入力ＡＣ電圧を供給するＡＣ電力源に結合されるように構成されたコンバータであって、前記入力ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するように構成されるコンバータと、
   前記コンバータに接続されたＤＣリンクであって、前記ＤＣ電圧をフィルタリングし、前記コンバータからのエネルギを蓄えるように構成されるＤＣリンクと、
   前記ＤＣリンクに接続されたインバータであって、前記ＤＣリンクからの前記ＤＣ電圧を前記可変性の電圧及び前記可変性の周波数を有する前記出力ＡＣ電力に変換するように構成されるインバータと
   を備え、前記インバータは、
   複数のパワーエレクトロニクスモジュール及び関連する回路と、
   前記パワーエレクトロニクスモジュールのそれぞれと熱的に連通し、マニホルドと流体連通するヒートシンクと、を備え、前記マニホルドは、冷却媒体が通過する空洞と、前記冷却媒体を前記マニホルド空洞内に導くための少なくとも１つのポート及び前記冷却媒体を前記マニホルド空洞から外へ導く少なくとも１つのポートと、前記マニホルドを前記パワーエレクトロニクスの構造フレームに取り付けるためのブラケットと、前記パワーエレクトロニクスモジュールのそれぞれを前記マニホルドに取り付けるためのブラケットとを含み、それによって前記マニホルドは、前記フレームのための構造的支持と前記エレクトロニクスモジュールのための支持とを提供することと、それと同時に同一の空間を用いて前記冷却流体のための導管を提供することとの２つの機能を提供する、変速駆動システム。
9. 前記マニホルドは、少なくとも１つの水平部材部と流体連通する少なくとも１つの垂直部材部を更に備える、請求項８に記載の変速駆動システム。
10. 前記パワーエレクトロニクスモジュールの少なくとも１つは、前記水平部材部に装着される、請求項９に記載の変速駆動システム。
11. 前記マニホルドは、非腐食性材料から製造される、請求項８に記載の変速駆動システム。
12. 前記非腐食性材料はステンレス鋼である、請求項１１に記載の変速駆動システム。
13. 前記マニホルドは、ポリマー及びセラミックからなる群から選択される材料によって被覆される、請求項８に記載の変速駆動システム。
14. 前記マニホルドは、前記マニホルドを前記フレームに装着するためのエンドブラケットを更に備える、請求項８に記載の変速駆動システム。
15. 筐体内に封入された、熱を発生する電子機器のための冷却システムであって、前記電子機器は少なくとも１つのパワーエレクトロニクスモジュール及び関連する回路を有し、前記冷却システムは、
    前記パワーエレクトロニクスモジュールと熱的に連通し、マニホルドと冷却流体連通するヒートシンクを備え、前記マニホルドは、冷却流体を前記マニホルド内に導くための少なくとも１つのポート及び冷却流体を前記マニホルドから外へ導く少なくとも１つのポートを有する中空の管状部材と、前記マニホルドを前記パワーエレクトロニクスの構造フレームに取り付けるための少なくとも１つのブラケットと、前記マニホルドを構造フレームに取り付けるための少なくとも１つのブラケットと、パワーエレクトロニクスモジュールを前記マニホルドに取り付けるための複数のブラケットとを含み、それによって前記マニホルドは、前記フレーム及び前記エレクトロニクスモジュールのための構造的支持と、それと同時に同一の空間を用いて前記冷却流体のための導管を提供することとの２つの機能を提供する、冷却システム。
16. 前記マニホルドは、少なくとも１つの水平部材部と流体連通する少なくとも１つの垂直部材部を更に備える、請求項１５に記載の冷却システム。
17. 前記少なくとも１つのパワーエレクトロニクスモジュールは、前記水平部材部に装着される、請求項１６に記載の冷却システム。
18. 前記マニホルドは、非腐食性材料から製造される、請求項１５に記載の冷却システム。
19. 前記非腐食性材料はステンレス鋼である、請求項１８に記載の冷却システム。
20. 前記マニホルドは、前記マニホルドを前記フレームに装着するためのエンドブラケットを更に備える、請求項１５に記載の冷却システム。

Images