电力转换装置以及搭载有该电力转换装置的铁路车辆的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力转换装置以及搭载有该电力转换装置的铁路车辆。
【背景技术】
[0002]电力转换装置用于对驱动电力铁路车辆等车辆的电动机进行控制，且设置在车辆的地板下等。由于车辆的地板下等空间有限，因此期望电力转换装置小型化。如专利文献I那样，现有的电力转换装置以使热管的受热部与受热构件热接触的方式配置，对于通过在热管的散热部配置翅片并使冷却风与翅片碰撞来冷却功率半导体器件的构造中，公知将热管的受热部的长边方向的朝向沿着与冷却风平行、垂直的两个方向配置的构造。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2011-259536号公报
[0006]发明要解决的课题
[0007]尤其是在高速车辆等的电力转换装置中，存在高发热密度的功率半导体等发热器件紧密接触配置的趋势，如何冷却高发热从而抑制半导体器件的温度上升是重要的。另外，在三电平电路的逆变器、转换器等中，混合存在发热量大的半导体器件与发热量小的半导体器件，尤其要求更好地冷却发热量大的半导体器件。
[0008]在专利文献I所公开的现有构造中，由于与冷却风的流动垂直的方向的热管的根数少，因此，在功率半导体器件的发热量存在较大的分布时，无法在冷却风的流动方向上充分散热，存在无法充分获得冷却效果这样的课题。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种电力转换装置，该电力转换装置在电力转换装置的功率半导体器件的发热存在分布的情况下，也能够有效地冷却发热量大的功率半导体器件。
[0010]解决方案
[0011]为了实现所述目的，本发明的电力转换装置具有受热构件、多个功率半导体器件、多个热管、以及安装于热管的多个散热构件，多个功率半导体器件配备在受热构件的一侧的面上，多个热管配备在受热构件的另一侧的面上，多个热管的至少一部分具备向受热构件的外侧立起的散热部，其中，多个功率半导体器件包括发热量不同的至少两种功率半导体器件，多个热管由埋入受热构件的部分即受热部的长度不同的至少两种热管构成，受热部以长边方向成为与流向散热构件的冷却空气的流动方向大体垂直的方向的方式配置，受热部的长度短的热管配置在发热量大的功率半导体器件向受热构件投影的投影区域的内侦U，受热部的长度长的热管以跨越发热量小的功率半导体器件向受热构件投影的投影区域的内侧与外侧的方式配置。
[0012]发明效果
[0013]根据本发明，即便在功率半导体器件的发热存在分布的情况下，通过对高发热量的器件从受热部短的热管向翅片侧集中散热，并且在发热量比较低的器件、不存在器件的位置的受热构件设置受热部长的热管，由此，能够使热量从发热量大的器件向存在发热量小的器件的受热构件的区域、或不存在器件的区域移动，因此，功率半导体器件的发热被高效地分散，冷却性能提高。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的一实施方式中的电力转换装置的与冷却风的流动方向平行的铅垂方向剖视图。
[0015]图2是从本发明的一实施方式中的电力转换装置的与冷却风的流动方向垂直的方向观察时的铅垂方向剖视图。
[0016]图3是示出本发明的一实施方式中的电力转换装置的热管与半导体器件的配置的图。
[0017]图4是示出本发明的一实施方式中的电力转换装置的功率半导体器件的配置的图。
[0018]图5是示出现有的电力转换装置的一例中的热管与半导体器件的配置的图。
[0019]图6是示出图5的构造与本发明的一实施方式中的构造(图3)的电力转换装置的冷却性能的数值模拟结果的图。
[0020]图7是示出将本发明的电力转换装置搭载于铁路车辆上的结构的图。
[0021]附图标记说明如下:
[0022]L...具有短受热部与长散热部的U字型热管
[0023]2…具有长受热部与长散热部的U字型热管
[0024]3…具有短受热部与短散热部的U字型热管
[0025]4…具有长受热部与短散热部的U字型热管
[0026]5…受热构件
[0027]6…翅片
[0028]10…电气构件
[0029]11、12、13 …壳体
[0030]14…管道
[0031]17…支柱部分的热管
[0032]40…送风机
[0033]70?73、80?83、90?93…功率半导体器件
【具体实施方式】
[0034]以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。图7示出将本发明的一实施方式中的电力转换装置搭载于铁路车辆时的结构。本发明的电力转换装置设置在铁路车辆的地板下等，利用转换器将架线的交流电源转换为直流，进而通过利用逆变器控制向驱动车辆的电动机供给的电力的频率等来进行电动机的旋转速度的控制。在图7中，电力转换装置1000与车身1002固定。箭头30表示冷却风的流动。冷却风利用送风机40从吸入栅格(grill)41吸入，供给至电力转换装置1000的冷却装置1001。
[0035]图1示出从本实施方式(第一实施方式)中的电力转换装置的与冷却风的流动方向平行的方向观察时的铅垂剖视图，图2示出从与冷却风的流动方向垂直的方向观察时的铅垂剖视图。在图1、2中，在由铝合金等金属构成的受热构件5的一侧设置有多个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等含有功率半导体器件的所谓功率半导体组件(以下，组件也称作功率半导体器件)70、71、72、73等。在图1中，附图标记1000表示电力转换器整体，附图标记1001表示电力转换器的冷却装置。冷却装置包括受热构件5、热管1、2、3、4、散热片6等。功率半导体器件70、71、72、73等隔着润滑脂等构件(未图示)利用螺钉等(未图示)与受热构件5固定。在受热构件5的功率半导体器件一侧配置有IGBT驱动电路、滤波电容器等电子构件10。另外，装配于受热构件5的功率半导体器件的周围由壳体11、12、13封闭。在受热构件5的与功率半导体器件设置面相反的一侧埋入U字形状的热管I的受热部101，受热部101通过焊接等与受热构件5热连接。散热部102从U字形状热管I的受热部101的两侧立起。由铝、铜等金属构成的多个翅片6通过压入等连接于散热部102。U字形状的热管通过组合受热部的长度、散热部的长度不同的形状的管来使用。
[0036]图3示出受热构件5与热管以及功率半导体器件的配置。另外，图4示出受热构件5上的功率半导体器件的配置。在图3、图4中，附图标记70、71、72、73、80、81、82、83、90、91、92、93表示功率半导体器件。功率半导体器件设置在与热管相反的一侧的面，在图3中用虚线表示。热管的受热部也埋入到加热组件内，为了容易观察附图而用实线显示。关于这些器件的配置，若以三电平电路的转换器为例进行说明，功率半导体器件70、71、72、73是包括多个IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)器件、续流二极管等的IGBT组件，功率半导体器件80、81、82、83是钳位二极管组件，功率半导体器件90、91、92、93由IGBT组件构成。因运转条件(电力运转、再生运转等)的不同，存在IGBT组件70、71、72、73的发热量较大的情况与IGBT组件90、91、92、93的发热量较大的情况，钳位二极管组件80、81、82、83的发热量比较小。
[0037]如图1?3所示，热管1、3的受热部101、301设定为比热管2、4的受热部201、401短的长度。另外，热管1、2的散热部102、202设定为长度比热管3、4的散热部302、402长。热管1、3的受热部101、301设定为进入将功率半导体器件90投影于受热构件5的部分的内侧的长度。受热部长的热管2、4并列配置在受热部短的热管1、3组彼此的中间。
[0038]在冷却装置1001的周围设置有管道14，如图7所示，利用送风机40向管道14输送冷却风。需要说明的是，在本实施方式中，对利用冷却扇强制输送冷却风的构造进行说明，但在利用车辆行驶而产生的行驶风冷却电力转换装置的构造、利用加热后的空气上