[发明专利]电力转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及具备用于控制电动机的电流开关电路的面向电气铁道车辆的电力转换装置。

背景技术

在电气铁道车辆中为了对驱动车辆的电动机进行控制，搭载变换器或逆变器等电力转换装置。这些电力转换装置通过利用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)或GTO(Gate Turn Off Thyristor)等半导体元件在高频下进行开关控制来进行电力转换。为了减小在该开关动作时产生的噪声，普遍使用输出正、负、中性这三电平电流的三电平开关电路。

在半导体元件中，在通电时及进行开关控制时产生热量，若由于该热量而使半导体元件变成高温，则可能会导致转换效率的降低或元件破坏的产生，因此需要将半导体元件冷却成使其处于规定的温度范围。电力转换装置主要搭载于搭载空间有限的车辆地板等上，因此为了通过小型的装置结构来对多个半导体元件有效地进行冷却，设置冷却器。

在向该冷却器供给冷却风时，冷却风接受来自设置在上风侧的半导体元件的热量，由此随着朝向下风侧而温度上升。相伴于此，下风侧的半导体元件的温度存在变高的趋势。

另一方面，在三电平开关电路中，构成主电路的多个半导体元件的发热量在每个半导体元件中都不相同。而且，在动力运转时、再生运转时，具有每个半导体元件的发热量的分布会变化的特性，发热量高的半导体元件的温度存在变高的趋势。

基于上述背景，为了有效地冷却三电平开关电路，在构成主电路的多个半导体元件中，需要使因运转条件不同而导致半导体元件的发热分布变化的影响或者冷却风的温度上升引起的影响均衡化。

作为冷却器的结构部件，普遍使用热管。热管是如下述的设备：在内部封入冷媒，利用受热部使冷媒沸腾且利用散热部使冷媒冷凝而使其向受热部回流这样的循环，由此有效地输送热量。作为具备使用了该热管的冷却器的电力转换装置，已知有专利文献1所示那样的装置。专利文献1的图1～图6所记载的冷却器由受热块、散热片、U字型热管、L字型热管构成。多个热管的受热部在受热块内被设置在沿着冷却风流向的方向上。多个热管的散热部从受热块朝向垂直方向竖直设置，多个散热片被接合起来。热管的散热部和散热片设置在通风路径内，在从鼓风机供给的冷却风的作用下散热。另外，在受热块中构成一相量的电路的多个半导体元件组被设置在与冷却风的流向正交的方向上。

另一方面，作为具备使用了热管的冷却器的电力转换装置，已知有专利文献2所示的装置。冷却器由受热块、散热片、直管型热管构成。沿着车辆行进方向设置散热片，通过车辆行驶风而散热。沿着车辆行进方向在受热块内埋设直管型热管。另外，在受热块中构成三电平开关电路的一相量的半导体元件组以直线状被排列在车辆行进方向、即沿着冷却风的流向的方向上，且在车辆枕木方向上以直线状排列多组。

【专利文献1】日本特开2011-233562号公报

【专利文献2】日本特开2007-104784号公报

在专利文献1所记载的结构中，通过将多个热管的受热部设置在沿着冷却风的流向的方向上，由此能够促进从下风侧向上风侧的热移动，使下风和上风的温度均衡化，另一方面，由于热管受热部的长度方向和构成一相量的电路的半导体元件组被设置的方向不同，因此存在无法使每个半导体元件的发热量的分布所带来的温度上升的影响均衡化的问题。另外，在冷却风温度为热管内部的冷媒的凝固点以下的情况下，热管散热部的前端温度在冷媒的凝固点以下，封入内部的冷媒在散热部前端冻结而不向受热部回流，可能会产生受热部的冷媒枯竭而使得热输送能力显著降低的干涸(dry out)。

另外，在专利文献2所记载的结构中，通过沿着车辆行驶方向、即冷却风的流动方向插入直管型热管，由此促进从下风侧向上风侧的热移动、以及从发热量大的半导体元件向发热量小的半导体元件的热移动，使温度均衡化。然而，从受热块向散热部的热移动仅受散热部内部的热传导的影响，与热管的热输送相比存在散热效率差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在构成三电平主电路的多个半导体元件中，使因运转条件不同而使半导体元件的发热分布产生变化的影响、或者因冷却风的温度上升带来的影响均衡化，从而能够有效地进行冷却的电力转换装置。另外，本发明的目的在于，即使冷却风温度在热管内部的冷媒的凝固点以下，也能够抑制冷媒的冻结。