專利名稱：液冷式功率變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液冷式功率變換裝置。
背景技術(shù)：
下面用圖詳細說明已有的液冷式功率變換裝置。圖8(a)是已有的液冷式功率變換裝置的管道結(jié)構(gòu)圖。
在已有的液冷式功率變換裝置中，半導(dǎo)體元件1安裝于作為冷卻體的液冷片2上。這種液冷片2在內(nèi)部形成冷卻液流動的流路。液冷片的內(nèi)部由泵3使冷卻液強制循環(huán)。管道4將泵3與液冷片2連接，進而使液冷片2與熱交換器5、熱交換器5與泵3連接成串聯(lián)的環(huán)形，形成循環(huán)系統(tǒng)。通過驅(qū)動泵3使冷卻液強制循環(huán)，由半導(dǎo)體元件1產(chǎn)生的熱損耗通過液冷片2將熱量輸入液冷片2內(nèi)部的冷卻液，于熱交換器5一側(cè)將熱散發(fā)到大氣中，而循環(huán)的冷卻液則進行這種熱傳遞。熱交換器5由電動送風機6強制送風，將熱發(fā)散到大氣中。
圖8(a)示明的是在循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)有一個液冷片2的冷卻管道系統(tǒng)圖。這種液冷片2多數(shù)情形下是串聯(lián)地連接多個或并聯(lián)地連接多個，但在本發(fā)明的說明中與該方面并無不同之處，故下面僅就液冷片為一個的情形進行說明。
取上述結(jié)構(gòu)的液冷式功率變換裝置，與利用冷媒相變的沸騰冷卻方式、熱管冷卻方式、不用冷媒而使用氣冷片的冷卻方式相比，由于強制地使冷卻液循環(huán)，熱導(dǎo)率高，冷卻能力優(yōu)越，能夠降低半導(dǎo)體元件的溫度上升而適合于冷卻大容量的半導(dǎo)體元件，但由于熱時間常數(shù)小，熱響應(yīng)性強，就會有溫度上升變化快的特征。
特許文獻1特開平09-219904號公報。
取上述結(jié)構(gòu)的液冷式功率變換裝置，與采用利用了冷媒相變的沸騰冷卻方式、熱管冷卻方式、不用冷媒而使用氣冷片的冷卻方式的功率變換裝置相比，由于強制地使冷卻液循環(huán)，熱導(dǎo)率高，冷卻能力優(yōu)越。因此能夠降低半導(dǎo)體元件的溫度上升而適合于冷卻大容量的半導(dǎo)體元件，但由于熱時間常數(shù)小，熱響應(yīng)性強，就會有溫度上升變化快的特征。亦即由于冷卻系統(tǒng)的熱時間常數(shù)小，相對于間歇性發(fā)生的熱損耗方式，熱響應(yīng)性強，溫度上升值的增減與其他冷卻系統(tǒng)相比大?，F(xiàn)用圖具體說明液冷式功率變換裝置中半導(dǎo)體元件的溫度上升的增減。圖8(b)示明將液冷系統(tǒng)用于進行電動鐵道車輛驅(qū)動控制的功率變換裝置時半導(dǎo)體元件管殼(與散熱片的接觸面)的溫度7與冷卻液溫度8兩者的變化。
鐵道車輛的動力運行中，制動時功率變換裝置內(nèi)的半導(dǎo)體元件因通電或半導(dǎo)體元件的開關(guān)操作發(fā)生熱損耗，致使半導(dǎo)體元件管殼溫度7上升。另一方面，當鐵道車輛慣性行駛與停止時，由于半導(dǎo)體元件不發(fā)生熱損耗，管殼溫度7下降。從動力運行到慣性運行，從慣性運行到動力運行，或是動力運行-慣性運行-制動反復(fù)進行的行駛中，半導(dǎo)體元件管殼溫度7雖反復(fù)有小的溫度變化(ΔTc1)9，但在車站停駛時與行駛中相比，由于經(jīng)過了長時間沒有發(fā)生半導(dǎo)體元件的熱損耗，故半導(dǎo)體元件管殼溫度7與行駛時相比，溫度有很大降低，成為大的溫度變化(ΔTc2)10。
現(xiàn)在考慮冷卻系統(tǒng)中強制循環(huán)冷卻液溫度8的變化，當半導(dǎo)體元件管殼溫度7有小的溫度變化(ΔTc1)9時，冷卻液的溫度8的溫度變化極小，由于散熱片2的與半導(dǎo)體元件1接觸的附近部分的熱常數(shù)，使半導(dǎo)體元件管殼溫度7變化。這意味著，不限于此冷卻系統(tǒng)，其他情形例如熱管冷卻時，也表現(xiàn)出同樣的溫度變化。
另一方面，半導(dǎo)體元件管殼溫度7有大的溫度變化(ΔTc2)10時，則以與冷卻液溫度8的溫度上升值的降低大致相同的值降低溫度。這就是說，在液冷式中，由于是使冷卻液強制循環(huán)冷卻，與車站停車時相比，液溫有很大降低。
但是，半導(dǎo)體元件內(nèi)部使用了各種材料，它們之間由于是用焊錫等接合，半導(dǎo)體元件的溫度變化就會成為因材料的熱膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致熱疲勞的主因。于是，半導(dǎo)體元件的壽命會受到這種溫度變化的很大影響，因而縮小溫度變化范圍或減少溫度變化的循環(huán)次數(shù)對于延長半導(dǎo)體元件的壽命是很重要的。出于抑制半導(dǎo)體元件最大溫度上升值的目的，液冷式的冷卻系統(tǒng)雖然是熱阻小(熱導(dǎo)率大)的優(yōu)越的冷卻系統(tǒng)，但溫度變化幅度大這一點從半導(dǎo)體元件壽命觀點方面看，則是需要考慮之處。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的目的在于提供降低上述大的溫度變化(ΔTc2)時的變化幅度，而最適于半導(dǎo)體元件的長壽命的液冷式功率變換裝置。
為了達到上述目的，設(shè)置有安裝有半導(dǎo)體元件且在內(nèi)部具有使冷卻液流動的流路的冷卻體；在上述冷卻體與空氣之間進行熱交換的熱交換器；用于使冷卻液向上述冷卻體與上述熱交換器循環(huán)的泵；連接上述冷卻體、熱交換器與泵且設(shè)置成使冷卻液按上述冷卻體、上述熱交換器與上述泵的順序流動的管道；設(shè)置成繞過上述熱交換器而使冷卻液按上述冷卻體與上述泵的順序流動的旁通管；設(shè)于上述旁通管上且能開閉的第一閥；設(shè)于上述熱交換器流入側(cè)的上述管道上且能開閉的第二閥；以及設(shè)于上述熱交換器流出側(cè)的上述管道上且能開閉的第三閥，在鐵道車輛行駛時，關(guān)閉上述第一閥且打開上述第二閥與第三閥；在鐵道車輛停止時，打開上述第一閥且關(guān)閉上述第二閥與上述第三閥。
為了達到上述目的，設(shè)置有安裝有半導(dǎo)體元件且在內(nèi)部具有使冷卻液流動的流路的冷卻體；在上述冷卻體與空氣之間進行熱交換的熱交換器；用于使冷卻液向上述冷卻體與上述熱交換器循環(huán)的泵；連接上述冷卻體、熱交換器與泵且設(shè)置成使冷卻液按上述冷卻體、上述熱交換器與上述泵的順序流動的管道；設(shè)置成繞過上述泵而使冷卻液于上述冷卻體與上述熱交換器之間循環(huán)的旁通管；設(shè)于上述旁通管上且能開閉的第一閥；設(shè)于上述泵流入側(cè)的上述管道上且能開閉的第二閥；以及設(shè)于上述泵流出側(cè)的上述管道上且能開閉的第三閥，在鐵道車輛行駛時，關(guān)閉上述第一閥且打開上述第二閥與第三閥；在鐵道車輛停止時，打開上述第一閥且關(guān)閉上述第二閥與上述第三閥。
為了達到上述目的，設(shè)置有安裝有半導(dǎo)體元件且在內(nèi)部具有使冷卻液流動的流路的冷卻體；在上述冷卻體與空氣之間進行熱交換的熱交換器；用于使冷卻液向上述冷卻體與上述熱交換器循環(huán)的泵；連接上述冷卻體、熱交換器與泵且設(shè)置成使冷卻液按上述冷卻體、上述熱交換器與上述泵的順序流動的管道；設(shè)置成繞過上述冷卻體而使冷卻液于上述泵與上述熱交換器之間循環(huán)的旁通管；設(shè)于上述旁通管上且能開閉的第一閥；設(shè)于上述冷卻體流入側(cè)的上述管道上且能開閉的第二閥；以及設(shè)于上述冷卻體流出側(cè)的上述管道上且能開閉的第三閥，在鐵道車輛行駛時，關(guān)閉上述第一閥且打開上述第二閥與第三閥；在鐵道車輛停止時，打開上述第一閥且關(guān)閉上述第二閥與上述第三閥。
為了達到上述目的，設(shè)置有安裝有半導(dǎo)體元件且在內(nèi)部具有使冷卻液流動的流路的冷卻體；在上述冷卻體與空氣之間進行熱交換的熱交換器；用于使上述冷卻液向上述冷卻體與上述熱交換器循環(huán)的泵；以及使上述熱交換器冷卻的送風機，當鐵道車輛行駛時，使上述送風機運轉(zhuǎn)，當鐵道車輛停駛時，使上述送風機停轉(zhuǎn)。
為了達到上述目的，設(shè)置有安裝有半導(dǎo)體元件且在內(nèi)部具有使冷卻液流動的流路的冷卻體；在上述冷卻體與空氣之間進行熱交換的熱交換器；以及用于使上述冷卻液向上述冷卻體與上述熱交換器循環(huán)的泵，當鐵道車輛行駛時，使上述泵運轉(zhuǎn)，當鐵道車輛停駛時，使上述泵停止運轉(zhuǎn)。
為了達到上述目的，設(shè)置有安裝有半導(dǎo)體元件且在內(nèi)部具有使冷卻液流動的流路的冷卻體；在上述冷卻體與空氣之間進行熱交換的熱交換器；用于使上述冷卻液向上述冷卻體與上述熱交換器循環(huán)的泵；使上述熱交換器冷卻的送風機；以及檢測上述半導(dǎo)體元件的溫度的溫度檢測裝置，通過使上述送風機進行加/減速運轉(zhuǎn)以抑制上述溫度檢測裝置檢測出的上述半導(dǎo)體元件的溫度變化。
為了達到上述目的，設(shè)置有安裝有半導(dǎo)體元件且在內(nèi)部具有使冷卻液流動的流路的冷卻體；在上述冷卻體與空氣之間進行熱交換的熱交換器；用于使冷卻液向上述冷卻體與上述熱交換器循環(huán)的泵；使上述熱交換器冷卻的送風機；以及檢測上述半導(dǎo)體元件的溫度的溫度檢測裝置，通過使上述泵進行加/減速運轉(zhuǎn)以抑制上述溫度檢測裝置檢測出的上述半導(dǎo)體元件的溫度變化。
為了達到上述目的，設(shè)置有進行開關(guān)的半導(dǎo)體元件；安裝有上述半導(dǎo)體元件且在內(nèi)部具有使冷卻液流動的流路的冷卻體；在上述冷卻體與空氣之間進行熱交換的熱交換器；以及用于使冷卻液向上述冷卻體與上述熱交換器循環(huán)的泵，在鐵道車輛行駛時，強制地使上述半導(dǎo)體元件冷卻，在鐵道車輛停駛時，不使上述半導(dǎo)體元件強制冷卻而讓其自冷卻。
本發(fā)明能有效地提供最適合于使半導(dǎo)體元件長壽命化的液冷式功率變換裝置。


圖1(a)為基于本發(fā)明的第一實施形式的液冷式功率變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖1(b)為基于本發(fā)明的第一實施形式的液冷式功率變換裝置的半導(dǎo)體元件管殼(與散熱片的接觸面)的溫度7與冷卻液溫度8的變化的說明圖。
圖1(c)是半導(dǎo)體元件相對于反復(fù)溫度變化的壽命曲線。
圖2是基于本發(fā)明第二實施形式的液冷式功率變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是基于本發(fā)明第三實施形式的液冷式功率變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是基于本發(fā)明第四實施形式的液冷式功率變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是基于本發(fā)明第五實施形式的液冷式功率變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖6是基于本發(fā)明第六實施形式的液冷式功率變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是基于本發(fā)明第七實施形式的液冷式功率變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖8(a)是已有的液冷式功率變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖8(b)是已有的液冷式功率變換裝置的半導(dǎo)體元件管殼(與散冷片接觸面)的溫度7與冷卻液溫度8的變化的說明圖。
圖中各標號的意義如下1，半導(dǎo)體元件；2，液冷片；3，泵；4，管道；5，熱交換器；6，電動送風機；7，半導(dǎo)體元件管殼(與散熱片的接觸面)的溫度；8，冷卻液的溫度；9，半導(dǎo)體元件管殼溫度的小的溫度變化(ΔTc1)；10、10a，半導(dǎo)體元件管殼溫度的大的溫度變化(ΔTc2)；11、11a、11b，旁通管；12、12a、12b、12c、12d、12e、12f，閥；13、13a，輔助電源；14、14a，開關(guān)；15，溫度探測裝置。
具體實施例方式
(第一實施形式)下面參考

本發(fā)明第一實施形式的液冷式功率變換裝置。圖1(a)示明本發(fā)明的第一實施形式的液冷式功率變換裝置的冷卻管道系統(tǒng)。圖1(b)示明本發(fā)明的第一實施形式的液冷式功率變換裝置的半導(dǎo)體元件(與散熱片的接觸面)溫度7與冷卻液溫度8的變化。此外，與圖8所述的結(jié)構(gòu)上相同的部件附以相同標號而略去其說明。
在本發(fā)明的第一實施形式的液冷式功率變換裝置中。半導(dǎo)體元件1安裝于成為冷卻體的液冷片2上。此液冷片2的內(nèi)部中形成有冷卻液的流路，由泵3使冷卻液于內(nèi)部強制循環(huán)。管道4連接泵3與液冷片2，進而將液冷片2與熱交換器5、熱交換器5與泵3連接成串聯(lián)的環(huán)形，形成循環(huán)系統(tǒng)。在此循環(huán)系統(tǒng)中為繞過熱交換器5而連接有旁通管11。旁通管11的一端連接到將冷卻片2與熱交換器5相連的導(dǎo)管上，而另一端則連接到將泵3與熱交換器5相連接的導(dǎo)管上，在旁通管11的中間設(shè)有第一閥12，在冷卻片2與熱交換器5之間比管道的旁通管11的連接部更靠近熱交換器5一側(cè)設(shè)有第二閥12a，在泵3與熱交換器5之間比管道的旁通管11的連接部更靠近熱交換器5一側(cè)設(shè)有第三閥12b。這里的第一～第三閥12、12a與12b都是能據(jù)電信號開閉的閥。此外，熱交換器5由電動送風機6強制送風。
在上述結(jié)構(gòu)的液冷式功率變換裝置中構(gòu)成在鐵道車輛行駛時第二閥12a與第三閥12b打開而第一閥12關(guān)閉，使冷卻液循環(huán)到熱交換器5一側(cè)的循環(huán)系統(tǒng)。這就是說，將第一閥12關(guān)閉時，在旁通管11內(nèi)無冷卻液循環(huán)。
在上述結(jié)構(gòu)的液冷式功率變換裝置中，通過驅(qū)動泵3使冷卻液強制循環(huán)，因半導(dǎo)體元件1發(fā)生的熱損耗通過液冷片2將熱傳遞給液冷片2內(nèi)部的冷卻液，在熱交換器5一側(cè)將熱發(fā)散到大氣中，循環(huán)的冷卻液進行這種熱輸送，熱交換器5通過電動送風機6的強制送風而將熱散發(fā)到外部大氣中。
另一方面，當鐵道車輛停止于車站時，上述結(jié)構(gòu)使第二閥12a與第三閥12b關(guān)閉而打開第一閥12，使冷卻液循環(huán)到旁通管11側(cè)。此時，冷卻液不循環(huán)到熱交換器5，在旁通的循環(huán)系統(tǒng)一側(cè)不會有冷卻液的強制放熱，可抑制冷卻液降溫。
在上述結(jié)構(gòu)的液冷式功率變換裝置中，當鐵道車輛停止于車站時，半導(dǎo)體元件管殼溫度7的大的溫度變化(ΔTc2’)10a的變化幅度小，從而能延長半導(dǎo)體元件的壽命。具體地說，在停站時，通過上述閥12、12a、12b的開閉使冷卻液于旁通管11中循環(huán)，由于在熱交換器5部分沒有冷卻液循環(huán)，冷卻液的溫度8不會有大的降低，半導(dǎo)體元件管殼溫度7的大的溫度變化(ΔTc2’)10a的變化幅度也小(參看圖1(b))。
上述結(jié)構(gòu)的液冷式功率變換裝置中，溫度變化幅度(ΔTc)降低，由于是雙對數(shù)曲線，耐反復(fù)次數(shù)(N)顯著增大，可以達到半導(dǎo)體元件的長壽命化(參考圖1(c))相對于半導(dǎo)體元件的溫度變化的反復(fù)的壽命曲線，在溫度變化幅度(ΔTc)與反復(fù)次數(shù)(N)的雙對數(shù)曲線上成為朝右下降的形狀)。
在本實施形式的液冷式功率變換裝置中，是就從旁通管11到成為熱交換器5的流入側(cè)與流出側(cè)的管道兩處設(shè)有閥，作為第二閥12a與第三閥12b進行的說明。但即便只于其中一方設(shè)置閥顯然也可具有相同的作用與效果。
上述結(jié)構(gòu)的液冷式功率變換裝置在鐵道車輛行駛時對前述半導(dǎo)體元件強制冷卻而在鐵道車輛停駛時不對半導(dǎo)體元件強制冷卻，因而能提供縮小半導(dǎo)體元件的溫度變化幅度，使半導(dǎo)體元件能長壽命化的最適合的液冷式功率變換裝置。
(第二實施形式)現(xiàn)在對照附圖詳述本發(fā)明的第二實施形式的液冷式變換裝置。圖2是本發(fā)明第二實施形式的液冷式功率變換裝置的冷卻管道系統(tǒng)圖。
在本發(fā)明的第一實施形式的液冷式功率變換裝置中，為繞過熱交換器5設(shè)有旁通管11，但在此則為繞過液冷片2與熱交換器5兩者而設(shè)置了旁通管11a。具體地說，在泵3的流入側(cè)與流出側(cè)的兩個管道部分處與泵3并聯(lián)地連接著旁通管11a，此旁通管為形成繞過液冷片2與熱交換器5的循環(huán)系統(tǒng)而設(shè)有能開閉的閥，旁通管11a的一端連接到將泵3與液冷片2連接的管道，另一端則連接將泵3與熱交換器5連接的管道，在旁通管11a的中間設(shè)有第一閥12。在泵3與液冷片2之間比管道的旁通管11a的連接部更靠近液冷片2一側(cè)設(shè)有第二閥12c，在泵3與熱交換器5之間比管道的旁通管11a的連接部更接近熱交換器5一側(cè)設(shè)有第三閥12d。
取上述結(jié)構(gòu)的液冷式功率變換裝置在鐵道車輛行駛時打開第二閥12c與第三閥12d而關(guān)閉第一閥12，使冷卻液向液冷片2和熱交換器5一側(cè)循環(huán)，在車站停止時關(guān)閉第二閥12c和第三閥12d而打開第一閥12，使冷卻液循環(huán)到旁通管11a一側(cè)。這樣，鐵道車輛行駛時，旁通管11a關(guān)閉，冷卻液沿液冷片2、熱交換器5一側(cè)的循環(huán)系統(tǒng)流動，而在停駛時冷卻液沿旁通管11a一側(cè)循環(huán)而不沿液冷片2、熱交換器5側(cè)循環(huán)，從而冷卻液的溫度不會有很大降低，半導(dǎo)體元件管殼溫度的大的溫度變化(ΔTc2)的變化幅度減小，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體元件的長壽命化，也即可以獲得與第一實施形式相同的效果。
取上述結(jié)構(gòu)的液冷式功率變換裝置能為半導(dǎo)體元件的長壽命化提供最合適的液冷式功率變換裝置。
此外，這里供旁通用的第二閥12c與第三閥12d即便只設(shè)置其中之一，也能取得同樣的作用與效果。
(第三實施形式)下面據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的第三實施形式的液冷式功率變換裝置。圖3為本發(fā)明第三實施形式的液冷式功率變換裝置的冷卻管道系統(tǒng)圖。
在本發(fā)明的第三實施形式的液冷式功率變換裝置中設(shè)有繞過液冷片2的旁通管11b。旁通管11b的一端與連接泵3和液冷片2的管道連接，另一端與連接液冷片2和熱交換器5的管道連接，旁通管11b的中間設(shè)有第一閥12，在泵3與液冷片2之間比管道的旁通管11b的連接部更靠近液冷片2一側(cè)設(shè)有第二閥12e，而在液冷片2與熱交換器5之間比管道的旁通管11b的連接部更靠近液冷片2一側(cè)設(shè)有第三閥12f。當鐵道車輛行駛時，第二閥12e與第三閥12f打開而關(guān)閉第一閥12，使冷卻液循環(huán)到液冷片2一側(cè)，而當其停止于車站時，關(guān)閉第二閥12e與第三閥12f而打開第一閥12，使冷卻液循環(huán)到旁通管11b一側(cè)。這樣，鐵道車輛停止時冷卻液沿旁通管11b一側(cè)循環(huán)而于液冷片2中則沒有冷卻液循環(huán)，于是液冷片2內(nèi)部的冷卻液溫度不會有很大降低，半導(dǎo)體元件管殼溫度的大的溫度變化(ΔTc2)的變化幅度減小，與第一、二實施形式相同，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體元件的長壽命化，也就是具有與第一實施形式相同的效果。此外，于車站停動時，液冷片2內(nèi)部的冷卻液雖不進行強制的冷卻，但泵3、熱交換器5中有冷卻液循環(huán)，由于從熱交換器5將熱散發(fā)到大氣中，液冷片2內(nèi)部之外的冷卻液則被強制冷卻。當鐵道車輛再從此狀態(tài)開始行駛后，循環(huán)系統(tǒng)成為原來的管道(旁通管關(guān)閉)，降溫了的冷卻液開始流入冷卻片2的內(nèi)部，因而能有效地減緩鐵道車輛開始行駛時的急劇溫度上升。
這樣構(gòu)成的液冷式功率變換裝置能為半導(dǎo)體元件長壽命化提供最適當?shù)囊豪涫焦β首儞Q裝置。
此外，這里供旁通用的第二閥12e、第三閥12f即便只設(shè)置其中之一，也能具有相同的作用與效果。
(第四實施形式)現(xiàn)在據(jù)附圖詳述本發(fā)明的第四實施形式，圖4是本發(fā)明第四實施形式的液冷式功率變換裝置的冷卻管道系統(tǒng)的圖。
本發(fā)明的第四實施形式的液冷式功率變換裝置中，通過使給熱交換器5強制送風的電動送風機6在鐵道車輛行駛時與停駛時按不同的方式工作，以降低半導(dǎo)體元件管殼溫度的變化幅度。具體地說，電動送風機6由輔助電源13供電，通過在輔助電源13與電動送風機6之間所設(shè)的開關(guān)14，在鐵道車輛于車站停駛時斷開開關(guān)元件使電動送風機6停止，或者將能進行可變電壓可變頻率控制(以下簡稱VVVF)的交流電源用作輔助電源，在鐵道車輛行駛時對電動送風機6進行減速運轉(zhuǎn)控制而不給熱交換器5積極地送風，而能與圖1(b)所示的相同，控制半導(dǎo)體元件管殼溫度發(fā)生大的溫度變化。此外，通過VVVF控制，能夠平滑進行電動送風機的加/減速運轉(zhuǎn)，從而可有關(guān)系到電動送風機起動時降低沖擊電流而提高電動送風機可靠性的優(yōu)點。
這樣構(gòu)成的液冷式功率變換裝置能為半導(dǎo)體元件的長壽命化提供最合適的液冷式功率變換裝置。
(第五實施形式)下面參看附圖詳細說明本發(fā)明的第五實施形式的液冷式功率變換裝置。圖5為本發(fā)明第五實施形式的液冷式功率變換裝置的冷卻管道系統(tǒng)的圖。
本發(fā)明的第五實施形式的液冷式功率變換裝置與此前說明的其他實施形式不同，它的管道系統(tǒng)雖與已有裝置的管道系統(tǒng)相同，但是通過使泵3的工作在鐵道車輛行駛時與停駛時不同來降低半導(dǎo)體元件管殼溫度的變化幅度。具體地說，泵3雖由輔助電源13a供電，但通過斷開輔助電源13a與泵3之間所設(shè)的開關(guān)14a而在于車站停駛時使泵3停轉(zhuǎn)，或是在鐵道車輛停駛時進行不積極地冷卻冷卻液的泵3的減速運轉(zhuǎn)控制，而能與圖1(b)所示的相同抑制半導(dǎo)體元件管殼溫度有大的溫度變化。
這樣構(gòu)成的液冷式功率變換裝置能為半導(dǎo)體元件的長壽命化提供最適當?shù)囊豪涫焦β首儞Q裝置。
(第六實施形式)下面參看附圖詳細說明本發(fā)明的第六實施形式的液冷式功率變換裝置。圖6是本發(fā)明的第六實施形式的液冷式功率變換裝置的冷卻管道系統(tǒng)的圖。
本發(fā)明的第六實施形式的功率變換裝置與前述第四實施形式相同，給電動送風機6進行供電的輔助電源13是VVVF可控交流電源，根據(jù)液冷片2的半導(dǎo)體元件1附近所設(shè)的溫度檢測裝置15的信息，輔助電源13進行VVVF控制。
取上述結(jié)構(gòu)的液冷式功率變換控制通過溫度檢測裝置15的監(jiān)視，以使半導(dǎo)體元件1的溫度上升值變化量小于等于預(yù)定值，由此不僅是在鐵道車輛停動時，即使是在其行駛中，也能進行電動送風機6的加/減速運轉(zhuǎn)控制而抑制半導(dǎo)體元件管殼溫度有大的溫度變化。
這樣構(gòu)成的液冷式功率變換裝置能為半導(dǎo)體元件的長壽命化提供最適合的液冷式功率變換裝置。
(第七實施形式)再來根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的第七實施形式的液冷式功率變換裝置。圖7為本發(fā)明的第七實施形式的液冷式功率變換裝置的冷卻管道系統(tǒng)的圖。
本發(fā)明第七實施形式的液冷式功率變換裝置中，與前述第五實施形式相同，給泵3進行供電的輔助電源13a是VVVF可控交流電源，根據(jù)液冷片2的半導(dǎo)體元件1附近所設(shè)的溫度檢測裝置15的信息，輔助電源13a進行VVVF控制。
取上述結(jié)構(gòu)的液冷式功率變換裝置通過溫度檢測裝置15的監(jiān)視，以使半導(dǎo)體元件1的溫度上升值變化量小于等于預(yù)定值，由此不僅是在鐵道車輛停動時，即使是在其行駛中，也能進行電動送風機6的加/減速運轉(zhuǎn)控制而抑制半導(dǎo)體元件管殼溫度有大的溫度變化。
這樣構(gòu)成的液冷式功率變換裝置能為半導(dǎo)體元件的長壽命化提供最適合的液冷式功率變換裝置。
權(quán)利要求
1.液冷式功率變換裝置，其特征在于包括安裝有半導(dǎo)體元件且在內(nèi)部具有使冷卻液流動的流路的冷卻體；在上述冷卻體與空氣之間進行熱交換的熱交換器；用于使冷卻液向上述冷卻體與上述熱交換器循環(huán)的泵；連接上述冷卻體、熱交換器與泵且設(shè)置成使冷卻液按上述冷卻體、上述熱交換器與上述泵的順序流動的管道；設(shè)置成繞過上述熱交換器而使冷卻液按上述冷卻體與上述泵的順序流動的旁通管；設(shè)于上述旁通管上且能開閉的第一閥；設(shè)于上述熱交換器流入側(cè)的上述管道上且能開閉的第二閥；以及設(shè)于上述熱交換器流出側(cè)的上述管道上且能開閉的第三閥，在鐵道車輛行駛時，關(guān)閉上述第一閥且打開上述第二閥與第三閥；在鐵道車輛停止時，打開上述第一閥且關(guān)閉上述第二閥與上述第三閥。
2.液冷式功率變換裝置，其特征在于包括安裝有半導(dǎo)體元件且在內(nèi)部具有使冷卻液流動的流路的冷卻體；在上述冷卻體與空氣之間進行熱交換的熱交換器；用于使冷卻液向上述冷卻體與上述熱交換器循環(huán)的泵；連接上述冷卻體、熱交換器與泵且設(shè)置成使冷卻液按上述冷卻體、上述熱交換器與上述泵的順序流動的管道；設(shè)置成繞過上述泵而使冷卻液于上述冷卻體與上述熱交換器之間循環(huán)的旁通管；設(shè)于上述旁通管上且能開閉的第一閥；設(shè)于上述泵流入側(cè)的上述管道上且能開閉的第二閥；以及設(shè)于上述泵流出側(cè)的上述管道上且能開閉的第三閥，在鐵道車輛行駛時，關(guān)閉上述第一閥且打開上述第二閥與第三閥；在鐵道車輛停止時，打開上述第一閥且關(guān)閉上述第二閥與上述第三閥。
3.液冷式功率變換裝置，其特征在于包括安裝有半導(dǎo)體元件且在內(nèi)部具有使冷卻液流動的流路的冷卻體；在上述冷卻體與空氣之間進行熱交換的熱交換器；用于使冷卻液向上述冷卻體與上述熱交換器循環(huán)的泵；連接上述冷卻體、熱交換器與泵且設(shè)置成使冷卻液按上述冷卻體、上述熱交換器與上述泵的順序流動的管道；設(shè)置成繞過上述冷卻體而使冷卻液于上述泵與上述熱交換器之間循環(huán)的旁通管；設(shè)于上述旁通管上且能開閉的第一閥；設(shè)于上述冷卻體流入側(cè)的上述管道上且能開閉的第二閥；以及設(shè)于上述冷卻體流出側(cè)的上述管道上且能開閉的第三閥，在鐵道車輛行駛時，關(guān)閉上述第一閥且打開上述第二閥與第三閥；在鐵道車輛停止時，打開上述第一閥且關(guān)閉上述第二閥與上述第三閥。
4.液冷式功率變換裝置，其特征在于包括安裝有半導(dǎo)體元件且在內(nèi)部具有使冷卻液流動的流路的冷卻體；在上述冷卻體與空氣之間進行熱交換的熱交換器；用于使上述冷卻液向上述冷卻體與上述熱交換器循環(huán)的泵；以及使上述熱交換器冷卻的送風機，當鐵道車輛行駛時，使上述送風機運轉(zhuǎn)，當鐵道車輛停駛時，使上述送風機停轉(zhuǎn)。
5.液冷式功率變換裝置，其特征在于包括安裝有半導(dǎo)體元件且在內(nèi)部具有使冷卻液流動的流路的冷卻體；在上述冷卻體與空氣之間進行熱交換的熱交換器；以及用于使上述冷卻液向上述冷卻體與上述熱交換器循環(huán)的泵，當鐵道車輛行駛時，使上述泵運轉(zhuǎn)，當鐵道車輛停駛時，使上述泵停止運轉(zhuǎn)。
6.液冷式功率變換裝置，其特征在于包括安裝有半導(dǎo)體元件且在內(nèi)部具有使冷卻液流動的流路的冷卻體；在上述冷卻體與空氣之間進行熱交換的熱交換器；用于使上述冷卻液向上述冷卻體與上述熱交換器循環(huán)的泵；使上述熱交換器冷卻的送風機；以及檢測上述半導(dǎo)體元件的溫度的溫度檢測裝置，通過使上述送風機進行加/減速運轉(zhuǎn)以抑制上述溫度檢測裝置檢測出的上述半導(dǎo)體元件的溫度變化。
7.液冷式功率變換裝置，其特征在于包括安裝有半導(dǎo)體元件且在內(nèi)部具有使冷卻液流動的流路的冷卻體；在上述冷卻體與空氣之間進行熱交換的熱交換器；用于使冷卻液向上述冷卻體與上述熱交換器循環(huán)的泵；使上述熱交換器冷卻的送風機；以及檢測上述半導(dǎo)體元件的溫度的溫度檢測裝置，通過使上述泵進行加/減速運轉(zhuǎn)以抑制上述溫度檢測裝置檢測出的上述半導(dǎo)體元件的溫度變化。
8.液冷式功率變換裝置，其特征在于包括進行開關(guān)的半導(dǎo)體元件；安裝有上述半導(dǎo)體元件且在內(nèi)部具有使冷卻液流動的流路的冷卻體；在上述冷卻體與空氣之間進行熱交換的熱交換器；以及用于使冷卻液向上述冷卻體與上述熱交換器循環(huán)的泵，在鐵道車輛行駛時，強制地使上述半導(dǎo)體元件冷卻，在鐵道車輛停駛時，不使上述半導(dǎo)體元件強制冷卻而讓其自冷卻。
全文摘要
為半導(dǎo)體元件的長壽命化提供最合適的液冷式功率變換裝置，包括安裝有半導(dǎo)體元件且在內(nèi)部具有使冷卻液流動的流路的冷卻體；在上述冷卻體與空氣之間進行熱交換的熱交換器；使冷卻液向冷卻體與熱交換器循環(huán)的泵；為使冷卻液按冷卻體、熱交換器與泵的順序流動而設(shè)置的管道；繞過上述熱交換器而使冷卻液按冷卻體與泵的順序流通的旁通管；設(shè)于上述旁通管上且能開閉的第一閥；設(shè)于上述熱交換器流入側(cè)的上述管道上且能開閉的第二閥；以及設(shè)于上述熱交換器流出側(cè)的上述管道上的第三閥，在鐵道車輛行駛時關(guān)閉上述第一閥且打開第二閥與第三閥；在鐵道車輛停止時打開第一閥且關(guān)閉第二閥與第三閥。
文檔編號H01F27/10GK1649137SQ200410097988
公開日2005年8月3日 申請日期2004年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月1日
發(fā)明者橋本隆, 井手勇治 申請人:株式會社東芝