專利名稱：液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
電功率轉(zhuǎn)換裝置裝載在可設(shè)置空間有限的電氣鐵路用車輛上，對(duì)線路電力進(jìn)行電功率轉(zhuǎn)換，將電力供應(yīng)給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等機(jī)器?，F(xiàn)有技術(shù)中的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，利用泵使制冷劑循環(huán)，冷卻與半導(dǎo)體元件連接的多個(gè)冷卻體。
這樣構(gòu)成的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，通過(guò)使制冷劑(冷卻液)循環(huán)，可以高效率地冷卻裝載在冷卻體中的半導(dǎo)體元件。
專利文獻(xiàn)1特開(kāi)平10-150763號(hào)公報(bào)發(fā)明的內(nèi)容但是，在想要將液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置小型化時(shí)，由于難以使作為防止制冷劑從冷卻體中泄漏的部件的自密封連接器小型化，所以存在裝置本身小型化困難的問(wèn)題。
此外，為了小型化，如果不使用自密封連接器地構(gòu)成液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，則在卸下冷卻體時(shí)制冷劑會(huì)泄漏。因此，每次維修時(shí)必須補(bǔ)充制冷劑。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠小型化的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置。
上述課題可以通過(guò)下述液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置來(lái)解決，所述液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，包括安裝有半導(dǎo)體元件、內(nèi)部具有冷卻液的流動(dòng)流路的冷卻體，在冷卻液和空氣之間進(jìn)行熱交換的熱交換器，連接前述冷卻體和前述熱交換器的配管，將構(gòu)成一個(gè)組的半導(dǎo)體元件組分成每個(gè)相安裝在冷卻體上，用配管串聯(lián)連接安裝有不同組的半導(dǎo)體元件的多個(gè)冷卻體。
上述課題可以通過(guò)下述液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置來(lái)解決，所述液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，包括安裝有半導(dǎo)體元件、內(nèi)部具有冷卻液的流動(dòng)流路的冷卻體，在冷卻液和空氣之間進(jìn)行熱交換的熱交換器，連接前述冷卻體和前述熱交換器的配管，將構(gòu)成一個(gè)組的半導(dǎo)體元件組分成每個(gè)支路安裝在冷卻體上，用配管串聯(lián)連接安裝有不同組的半導(dǎo)體元件的多個(gè)冷卻體。
上述課題可以通過(guò)下述液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置來(lái)解決，所述液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，包括安裝有半導(dǎo)體元件、內(nèi)部具有冷卻液的流動(dòng)流路的冷卻體，在冷卻液和空氣之間進(jìn)行熱交換的熱交換器，連接前述冷卻體和前述熱交換器的配管，連接前述多個(gè)冷卻體之間的冷卻液流動(dòng)的多個(gè)流路，至少由兩個(gè)或兩個(gè)以上的不同的路徑構(gòu)成。
上述課題可以通過(guò)下述液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置來(lái)解決，液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置配備有冷卻體，該冷卻體容納利用半導(dǎo)體元件的開(kāi)關(guān)進(jìn)行電功率轉(zhuǎn)換的回路，安裝有半導(dǎo)體元件，在內(nèi)部具有冷卻液流動(dòng)的流路的冷卻體；在冷卻液和空氣之間進(jìn)行熱交換的熱交換器；將它們用配管連接起來(lái)并使冷卻液循環(huán)的泵，在所述液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置中，安裝有半導(dǎo)體元件的冷卻體，在其內(nèi)部具有兩組被隔離的流路，分別具有兩個(gè)冷卻液入口連接部和出口連接部，一個(gè)冷卻液入口連接部與另一個(gè)冷卻液出口連接部接近。
通過(guò)本發(fā)明，可以提供一種能夠小型化的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置。


圖1第一個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置的正視圖。
圖2第二個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置的正視圖。
圖3第三個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置的正視圖。
圖4第四個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置的正視圖。
圖5第五個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置的構(gòu)成圖。
圖6第六個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置的構(gòu)成圖。
具體實(shí)施例方式
(第一個(gè)實(shí)施形式)
下面，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施形式的電功率轉(zhuǎn)換裝置。
圖1(a)是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置的正視圖。圖1(b)是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置的B-B剖面圖。此外，圖中的箭頭表示制冷劑的流動(dòng)方向。
在根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置中，半導(dǎo)體元件1與冷卻體2連接。在冷卻體2的內(nèi)部，形成制冷劑流動(dòng)的流路(制冷劑流路)，并設(shè)置將其與外部配管連接的兩個(gè)配管連接部3。該制冷劑流路之一作為冷卻液入口，另一個(gè)作為冷卻液出口，與敷設(shè)在裝置內(nèi)的配管4連接。配管4將該冷卻體2、熱交換器5和泵6連接起來(lái)，形成閉合環(huán)路，通過(guò)利用泵使冷卻液在該閉合環(huán)路中循環(huán)，進(jìn)行熱傳導(dǎo)。即，由半導(dǎo)體元件產(chǎn)生的熱損失，經(jīng)由冷卻體2熱傳導(dǎo)給在冷卻體2內(nèi)部流路中強(qiáng)制性地流動(dòng)的冷卻液。散熱側(cè)是熱交換器5的一部分，通過(guò)從在熱交換器5內(nèi)流動(dòng)的冷卻液將熱量散發(fā)到熱交換器5外部的大氣中，可以高效率地將半導(dǎo)體元件1產(chǎn)生的熱損失放出到大氣中，抑制半導(dǎo)體元件1的溫度上升。
在這樣構(gòu)成的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置中，制冷劑流路大致呈W字形，當(dāng)使液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)停止、輕輕地放松冷卻體2和配管4上側(cè)的連接部、空氣進(jìn)入冷卻體2內(nèi)的制冷劑流路時(shí)，冷卻體2內(nèi)的制冷劑，流入向下方敷設(shè)的配管4。
這樣構(gòu)成的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，雖然不使用自密封連接器，但在更換冷卻體2時(shí)制冷劑很難泄漏。此外，由于不使用自密封連接器，所以能夠小型化。
(第二個(gè)實(shí)施形式)下面，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置。圖2(a)是電功率轉(zhuǎn)換裝置的正視圖。圖2(b)是B-B剖面圖。此外，圖中的箭頭表示制冷劑的流動(dòng)方向。此外，對(duì)于和圖1中所述的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，采用相同的標(biāo)號(hào)并省略其說(shuō)明。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，在容納有多個(gè)利用半導(dǎo)體元件1的開(kāi)關(guān)進(jìn)行電功率轉(zhuǎn)換的回路的電功率轉(zhuǎn)換裝置8中，包括安裝有半導(dǎo)體元件1、內(nèi)部具有冷卻液的流動(dòng)流路的冷卻體2，在冷卻液和空氣之間進(jìn)行熱交換的熱交換器5，與它們配管連接并使冷卻液循環(huán)的泵6，構(gòu)成一個(gè)組的半導(dǎo)體元件組分成每一相或每個(gè)支路安裝在冷卻體2上，配管4每一相或每個(gè)支路并聯(lián)、每個(gè)組串聯(lián)地連接到各個(gè)冷卻體2上。
在這樣構(gòu)成的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置中，由于配管每一組串聯(lián)地連接，所以減少了配管的并聯(lián)數(shù)。此外，冷卻液每組串聯(lián)地流動(dòng)。
這樣構(gòu)成的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，由于減少了配管的并聯(lián)數(shù)，所以可以簡(jiǎn)化配管并節(jié)省空間。此外，與根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置相比，不容易產(chǎn)生配管壓力損失的不平衡。此外，由于冷卻液每一組串聯(lián)地流動(dòng)，下游側(cè)的溫度上升會(huì)加大，但如果考慮到單個(gè)組運(yùn)轉(zhuǎn)等情況，則作為整個(gè)系統(tǒng)可以使之簡(jiǎn)化并節(jié)省空間。
這樣構(gòu)成的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，可以獲得簡(jiǎn)化配管、節(jié)省空間，降低配管的壓力損失不平衡，提高冷卻體溫度平衡等效果。
(第三個(gè)實(shí)施形式)下面，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置。圖3表示電功率轉(zhuǎn)換裝置的單元7的部分及其周邊的配管4的部分。此外，對(duì)于和圖1及圖2中所述相同的結(jié)構(gòu)，采用相同的標(biāo)號(hào)并省略其說(shuō)明。
第三個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，與第二個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置的不同部分在于，半導(dǎo)體1以每一相或每個(gè)支路分別安裝在不同的冷卻體2上，并且安裝有多組半導(dǎo)體元件1。
這樣構(gòu)成的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，通過(guò)將多組半導(dǎo)體1安裝到一個(gè)冷卻體2上，可以減少冷卻體2和配管4的數(shù)量，增加安裝在冷卻體2上的半導(dǎo)體的數(shù)量。
這樣構(gòu)成的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，通過(guò)減少冷卻體及配管的數(shù)量，可以簡(jiǎn)化配管并節(jié)省空間。此外，與根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置相比，不容易產(chǎn)生配管壓力損失的不平衡。通過(guò)增加安裝在冷卻體上的半導(dǎo)體的數(shù)量，每一個(gè)冷卻體2的熱負(fù)荷增大，但如前面所述，如果考慮到單組運(yùn)轉(zhuǎn)等情況，則作為整個(gè)系統(tǒng)，可以使之簡(jiǎn)化并節(jié)省空間。
這樣構(gòu)成的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，可以獲得簡(jiǎn)化配管、節(jié)省空間、降低配管的壓力損失不平衡、提高冷卻體溫度平衡等效果。
(第四個(gè)實(shí)施形式)下面，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置。圖4表示電功率轉(zhuǎn)換裝置的單元7的部分及其周邊的配管4的部分。此外，對(duì)于和圖1至圖3中所述相同的結(jié)構(gòu)，采用相同的標(biāo)號(hào)并省略其說(shuō)明。
在根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置中，與第三種實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置不同的部分在于，在冷卻體2中，在入口側(cè)及出口側(cè)各兩個(gè)部位處設(shè)置配管連接部3。配管4(入口側(cè))連接到第一個(gè)冷卻體2的連接部3入口側(cè)的一個(gè)部位上，從該冷卻體2的配管連接部3的出口側(cè)的一個(gè)部位起，利用其它多個(gè)冷卻體2的配管連接部3的入口側(cè)、出口側(cè)的各一個(gè)部位，依次進(jìn)行連接。以和前面所述相反的順序依次將多個(gè)冷卻體2連接到剩余的配管連接部3上，最后，從前述第一個(gè)冷卻體2連接到配管4(出口側(cè))上。
在簡(jiǎn)單地串聯(lián)連接多個(gè)冷卻體2的情況下，下游側(cè)的冷卻體2的溫度上升增大，但像本實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置那樣，通過(guò)在各四個(gè)部位將連接部設(shè)置于冷卻體2上，可以將多個(gè)冷卻體2制成兩個(gè)并聯(lián)的環(huán)路結(jié)構(gòu)。由于冷卻液能夠在兩個(gè)并聯(lián)的環(huán)路上反向流動(dòng)，所以冷卻液的高溫側(cè)和低溫側(cè)相互在環(huán)路中是相反的，從而可以緩和多個(gè)冷卻體2的溫度差。
這樣構(gòu)成的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，與根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置相比，不容易產(chǎn)生配管壓力損失的不平衡。
這樣構(gòu)成的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，可以獲得簡(jiǎn)化配管、節(jié)省空間、降低配管的壓力損失不平衡、提高冷卻體溫度平衡等效果。
(第五個(gè)實(shí)施形式)下面，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置。圖5表示電功率轉(zhuǎn)換裝置的單元7的部分及其周邊的配管4的部分。此外，對(duì)于和圖1至圖4中所述相同的結(jié)構(gòu)，采用相同的標(biāo)號(hào)并省略其說(shuō)明。
根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施形式，在第四個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置中，配管4(入口側(cè))連接到第一個(gè)冷卻體2的配管連接部3的入口側(cè)的一個(gè)部位上，從該冷卻體2的配管連接部3的出口側(cè)的一個(gè)部位處起，利用多個(gè)冷卻體2的配管連接部3的入口側(cè)、出口側(cè)各一個(gè)部位依次連接，從最后的冷卻體2連接到配管4(出口側(cè))上。此外，另外的配管4(入口側(cè))連接到前述最后的冷卻體2的配管連接部3的入口側(cè)，利用多個(gè)冷卻體2的剩余的配管連接部3，以與前面所述相反的順序連接，最后，從前述第一個(gè)冷卻體2連接到配管4(出口側(cè))上。
這樣構(gòu)成的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，由于能夠使冷卻液在兩個(gè)并聯(lián)的環(huán)路中反向流動(dòng)，所以冷卻液的高溫側(cè)及送低溫側(cè)相互在環(huán)路中是相反的，從而可以緩和多個(gè)冷卻體2的溫度差，能夠基本上均勻地冷卻冷卻體。
這樣構(gòu)成的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，可以獲得簡(jiǎn)化配管、節(jié)省空間、降低配管的壓力損失不平衡、提高冷卻體溫度平衡等效果。
(第六個(gè)實(shí)施形式)下面，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置。圖6是根據(jù)本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)圖。此外，對(duì)于和圖1至圖5中所述相同的結(jié)構(gòu)，采用相同的標(biāo)號(hào)并省略其說(shuō)明。
根據(jù)本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)施形式的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，在第六個(gè)實(shí)施形式中表示冷卻體2，冷卻體2由獨(dú)立的雙系統(tǒng)流路構(gòu)成，在流路的兩端處分別具有與外部連接的配管連接部3。此外，雙系統(tǒng)的流路，各自的一端彼此靠近設(shè)置，同一個(gè)流路的兩端設(shè)置在比較遠(yuǎn)離的位置上。
這樣構(gòu)成的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，通過(guò)使冷卻液在雙系統(tǒng)的流路中沿相反方向循環(huán)，各個(gè)流路的高溫側(cè)與低溫側(cè)反轉(zhuǎn)，可以緩和冷卻體2的內(nèi)部的溫度差。
這樣構(gòu)成的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，可以獲得簡(jiǎn)化配管、節(jié)省空間、降低配管的壓力損失不平衡、提高冷卻體溫度平衡等效果。
權(quán)利要求
1.一種液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括安裝有半導(dǎo)體元件、且內(nèi)部具有冷卻液的流動(dòng)流路的冷卻體，在冷卻液和空氣之間進(jìn)行熱交換的熱交換器，連接前述冷卻體和前述熱交換器的配管，將構(gòu)成一個(gè)組的半導(dǎo)體元件組分成每一相安裝在冷卻體上，用配管串聯(lián)連接安裝有不同組的半導(dǎo)體元件的多個(gè)冷卻體。
2.一種液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括安裝有半導(dǎo)體元件、內(nèi)部具有冷卻液的流動(dòng)流路的冷卻體，在冷卻液和空氣之間進(jìn)行熱交換的熱交換器，連接前述冷卻體和前述熱交換器的配管，將構(gòu)成一個(gè)組的半導(dǎo)體元件組分成每一個(gè)支路安裝在冷卻體上，用配管串聯(lián)連接安裝有不同組的半導(dǎo)體元件的多個(gè)冷卻體。
3.如權(quán)利要求1或2所述的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，用配管將不同組中的相同的相彼此串聯(lián)連接起來(lái)，然后再進(jìn)行并聯(lián)連接，構(gòu)成整個(gè)配管系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，用配管將不同組中的相同的支路彼此串聯(lián)連接起來(lái)，然后再進(jìn)行并聯(lián)連接，構(gòu)成整個(gè)配管系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，不同組的半導(dǎo)體元件安裝在共同的冷卻體上。
6.如權(quán)利要求1所述的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，用配管將不同組中的相同的相彼此串聯(lián)連接起來(lái)，然后再進(jìn)行并聯(lián)連接，構(gòu)成整個(gè)配管系統(tǒng)，用配管將不同組中的相同的支路彼此串聯(lián)連接起來(lái)，然后再進(jìn)行并聯(lián)連接，構(gòu)成整個(gè)配管系統(tǒng)，不同組的半導(dǎo)體元件安裝在共同的冷卻體上。
7.如權(quán)利要求2所述的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，用配管將不同組中的相同的相彼此串聯(lián)連接起來(lái)，然后再進(jìn)行并聯(lián)連接，構(gòu)成整個(gè)配管系統(tǒng)，用配管將不同組中的相同的支路彼此串聯(lián)連接起來(lái)，然后再進(jìn)行并聯(lián)連接，構(gòu)成整個(gè)配管系統(tǒng)，不同組的半導(dǎo)體元件安裝在共同的冷卻體上。
8.一種液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括安裝有半導(dǎo)體元件、內(nèi)部具有冷卻液的流動(dòng)流路的冷卻體，在冷卻液和空氣之間進(jìn)行熱交換的熱交換器，連接前述冷卻體和前述熱交換器的配管，連接在前述多個(gè)冷卻體之間的冷卻液流動(dòng)的多個(gè)流路，至少由兩個(gè)或兩個(gè)以上的不同的路徑構(gòu)成。
9.一種液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，包括冷卻體，該冷卻體容納利用半導(dǎo)體元件的開(kāi)關(guān)進(jìn)行電功率轉(zhuǎn)換的回路，安裝有半導(dǎo)體元件，在內(nèi)部具有冷卻液流動(dòng)的流路，在冷卻液和空氣之間進(jìn)行熱交換的熱交換器，將它們用配管連接起來(lái)并使冷卻液循環(huán)的泵，在所述液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置中，其特征在于，安裝有半導(dǎo)體元件的冷卻體，在其內(nèi)部具有兩組被隔離開(kāi)的流路，分別具有兩個(gè)冷卻液入口連接部和冷卻液出口連接部，一個(gè)冷卻液入口連接部與另一個(gè)冷卻液出口連接部接近。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種可以小型化的液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置。采用一種液冷式電功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括制冷劑，能夠儲(chǔ)存前述制冷劑的容器，與前述容器連接、將前述制冷劑送出的泵，與前述泵連接、內(nèi)部具有前述制冷劑流動(dòng)的流路、安裝有半導(dǎo)體元件的多個(gè)冷卻體，與前述冷卻體連接、冷卻從前述冷卻體流入的制冷劑的熱交換器，將前述多個(gè)冷卻體設(shè)置在前述容器的上方。
文檔編號(hào)F28D15/02GK1606153SQ200410083518
公開(kāi)日2005年4月13日 申請(qǐng)日期2004年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月9日
發(fā)明者橋本隆, 井手勇治 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝