[發明專利]電力轉換裝置及搭載了該電子轉換裝置的鐵道車輛

有效

• 申請號: 201410325503.6
• 申請日: 2014-07-09
• 公開（公告）號: CN104283405B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 安田陽介;舟越砂穗;田中健;寺門秀一
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00;H05K7/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 劉建

技術領域

本發明涉及電力轉換裝置，特別涉及面向電氣化鐵道車輛的電力轉換裝置。

背景技術

在電氣化鐵道車輛中，為了控制用于驅動車輛的電動機而搭載有變換器或逆變器等電力轉換裝置。這些電力轉換裝置通過利用IGBT(Insulated?Gate?Bipolar?Transistor)或GTO(Gate?Turn?Off?Thyristor)等半導體元件以高頻進行開關來進行電力轉換。

在半導體元件中，在通電時及開關時產生熱，由于該熱而使半導體元件成為高溫的話，則可能導致轉換效率降低或元件破壞，因此，需要對半導體元件進行冷卻以使其處于規定的溫度范圍內。電力轉換裝置主要搭載于搭載空間受限的車輛地板下等處，因此，為了能以小型輕量的裝置結構高效率地對多個半導體元件進行冷卻，而設置冷卻器。

在向該冷卻器供給冷卻風時，冷卻風由于接受來自上風側設置的半導體元件的熱而隨著朝向下風側溫度上升。伴隨于此，下風側的半導體元件存在溫度變高的趨勢。因此，為了高效率地對半導體元件進行冷卻，而需要將冷卻器構成為使得半導體元件的溫度均勻。

作為冷卻器的構件部件，經常使用熱管。熱管是這樣的器件：在內部封入純水等制冷劑，通過在受熱部使制冷劑沸騰而向散熱部輸送熱且在散熱部使制冷劑冷凝而向受熱部回流的循環，來高效率地輸送熱。作為利用該熱管和散熱片的組合來實現了溫度的均勻化的冷卻器，已知有專利文獻1所示那樣的冷卻器。冷卻器包括大致沿垂直方向設置且通過向大氣的自然空冷來散熱的多張散熱片、安裝有多個半導體元件的一個受熱塊、及將散熱片與受熱塊連接的多根熱管。多根熱管以其沸騰部側比冷凝部靠下方的方式自水平傾斜設置，多張散熱片設置成上側的散熱片的間隔小于下側的散熱片的間隔，且設置成上側的散熱片的張數比下側的散熱片的張數多。

另一方面，還已知有專利文獻2所示那樣的冷卻器。該冷卻器包括與發熱元件熱連接的受熱塊、豎立設置在受熱塊的表面上的多個熱管、及具有多個向熱管安裝的散熱片的散熱片組，冷卻風沿著與受熱塊平行的方向流動。散熱片組沿冷卻風的流動方向配置多個縱列，多個散熱片組中，配置于冷卻風的上游側的散熱片組的散熱片間距大于配置于冷卻風的下游側的散熱片組的散熱片間距，在將散熱片組設為從上風側到下風側由多個單張板的散熱片形成的一個散熱片組的情況下，多個散熱片組的組間隙的位置設成是將該一個散熱片組的散熱片表面的上風側和下風側的溫度差按多個散熱片組的數量等分地進行分割的該一個散熱片組的散熱片的表面溫度的位置。

專利文獻1：日本特開2000-161880號

專利文獻2：日本專利第4948625號

在專利文獻1所記載的冷卻器中，減小上側、即下風側的散熱片間距并增多張數，但就該結構而言，上風側、下風側各自的散熱片面積并不是最佳的，因此，存在各個半導體元件的溫度不均勻、冷卻效率差這樣的課題。

另外，在專利文獻2所記載的冷卻器中，在例如將散熱片組分割為三個的情況下，上風側散熱片與中游散熱片的分割點及中游散熱片與下風側散熱片的分割點比將散熱片沿著冷卻風流動方向三等分的位置靠上風側，即，散熱片的間距小且張數多的下風側散熱片所占的區域擴寬，因此，存在冷卻器變重這樣的課題。而且，專利文獻2所記載的結構在特定的散熱片間距下能獲得效果，在改變了散熱片間距的情況下，還存在無法使溫度均勻這樣的課題。而且，上風側、中游、下風側的散熱片并不是同一形狀，因此，還存在制造成本變高這樣的課題。

發明內容

本發明的目的在于提供通過組合適于半導體元件的結構的散熱片結構而使半導體元件的溫度均勻化，能以輕量的裝置結構高效率地冷卻半導體元件的電力轉換裝置。

用于解決上述課題的第一方案的電力轉換裝置具備構成電力轉換電路的多個半導體元件和將來自該多個半導體元件的熱向外部氣體散出的冷卻器，所述冷卻器包括受熱塊、多個熱管及多個散熱片，在所述受熱塊的一側面并設所述多個半導體元件，在所述受熱塊的另一側面埋設所述多個熱管的受熱部，所述多個熱管的散熱部從受熱塊突出地豎立設置，在所述散熱部接合多個散熱片，所述半導體元件在冷卻風流動方向上設于三處，所述電力轉換裝置的特征在于，在將設置所述多個散熱片的區域沿著冷卻風流動方向等間隔地定義為上風區域、中游區域、下風區域時，上風區域的散熱片表面積處于下風區域的散熱片表面積的0.33～0.42倍的范圍內，中游區域的散熱片表面積處于下風區域的散熱片表面積的0.42～0.63倍的范圍內。