牽引變流器箱體及牽引變流器的製作方法

2023-11-05 23:17:07

專利名稱：牽引變流器箱體及牽引變流器的製作方法
技術領域：
本發明涉及軌道交通技術，尤其涉及一種牽引變流器箱體及牽引變流器。
背景技術：
牽引變流器是軌道車輛上的重要設備之一，其吊掛在車架下。牽引變流器包括箱體以及設置在箱體內部的功率模塊，功率模塊包括牽引控制模塊和制動斬波器模塊。牽引變流器的作用是為牽引電力機提供電壓變壓變頻電源。輸入電抗器(Input Reactor)，主要應用於工業自動化控制系統中，安裝在變頻器、調速器與電網電源之間，用於抑制變頻器、調速器等產生的浪湧電壓和電流，最大限度的衰減系統中的高次諧波及畸變諧波。隨著集成化程度的提高，目前的發展趨勢之一是將輸入電抗器集成在牽引變流器的箱體中。目前，這種集成了輸入電抗器的牽引變流器主要應用在地鐵車輛中。地鐵車輛尺寸有限，其牽引變流器箱體的尺寸也較小，有些功率模塊只能臥式安裝。但是，地鐵車輛牽引變流器的功率比較大，其數量級能達到1麗，牽引變流器在工作過程中產生的熱量多，這就要求牽引變流器的散熱性能一定要好。目前常用的散熱方式有三種，一種是走行風冷，一種是強迫風冷、另一種是水冷。採用走行風冷時，需要牽引變流器內部的各個功率模塊的散熱基板都是豎直設置，車輛運行過程產生的風直接將熱量帶走，但是地鐵牽引變流器的箱體高度小，有些功率模塊很難豎直設置。採用水冷方式時，需要在牽引變流器的箱體內部設置水管和水泵，這需要較大的安裝空間，所以很少使用於地鐵牽引變流器的散熱。綜上，某些情況下，走行風冷和水冷散熱很難解決牽引變流器的散熱問題。

發明內容
本發明提供一種牽引變流器箱體及牽引變流器，用於優化現有的牽引變流器結構，提高其散熱性能。本發明提供了一種牽引變流器箱體，其中，包括箱體板以及由所述箱體板圍成的腔體，所述箱體板上開設有與所述腔體連通的進風口和出風口，所述進風口和出風口分設在所述腔體的兩端，所述進風口的位置不低於所述出風口的位置，所述腔體用於容置功率模塊、散熱風機和輸入電抗器。如上所述的牽引變流器箱體，優選的是，所述箱體板包括頂板、底板和側板，上述各板圍成的腔體呈長扁矩形狀，所述進風口開設在所述側板上，所述出風口開設在所述底板遠離所述進風口的一端。如上所述的牽引變流器箱體，優選的是，所述腔體內順次設置有第一隔板、第二隔板和第三隔板，以將所述腔體分為第一空腔、第二空腔、第三空腔和第四空腔，各個隔板上都設置有通口，以連通各個空腔；所述進風口開設在第一空腔的側板上，所述出風口開設在第四空腔的底板上；所述第二空腔用於容置所述功率模塊，所述第三空腔用於容置所述散熱風機，所述第四空腔用於容置所述輸入電抗器。如上所述的牽引變流器箱體，優選的是，所述第一空腔的側板為網格狀，以作為所述進風口，和/或所述第四空腔的底板為網格狀，以作為所述出風口。本發明還提供一種牽引變流器，其中，包括本發明任一所述的牽引變流器箱體，所述箱體的腔體內設置有功率模塊、散熱風機和輸入電抗器。如上所述的牽引變流器，優選的是，所述腔體內順次設置有第一隔板、第二隔板和第三隔板，以將所述腔體分為第一空腔、第二空腔、第三空腔和第四空腔，各個隔板上都設置有通口，以連通各個空腔；所述腔體的第二空腔內放置功率模塊，所述腔體的第三空腔內放置散熱風機，所述腔體的第四空腔內放置輸入電抗器，所述進風口開設在所述腔體的第一空腔的側板上，所述出風口開設在所述第四空腔的底板上。如上所述的牽引變流器，優選的是，所述第二空腔內還設置有散熱翅片，所述功率模塊設置在所述散熱翅片上，所述散熱翅片上的溝槽方向與腔體內空氣的流動方向一致。如上所述的牽引變流器，優選的是，所述第一空腔的側板為網格狀，以作為所述進風口，和/或
`
所述第四空腔的底板為網格狀，以作為所述出風口。如上所述的牽引變流器，優選的是，所述散熱風機為離心式散熱風機。本發明提供的牽引變流器箱體及牽引變流器，設置了進風口和出風口的位置和相對高度，在使用時，箱體內部需設置散熱風機，散風機工作，會在進風口和出風口之間形成一個風道，進入牽引變流器箱體的氣體能夠在彌散在整個腔體空間，所以經由出風口排出的風能夠帶走腔體內各個部件產生的熱量。


圖1a為本發明實施例一提供的牽引變流器箱體立體示意圖；圖1b為圖1a的俯視圖；圖2a為本發明實施例二提供的牽引變流器的立體示意圖；圖2b為圖2a的主視圖；圖2c為圖2a的俯視圖；圖2d為進入圖2a所示的牽引變流器中風的流動方向示意圖。附圖標記:1-箱體板； 2-腔體；3-進風口；4-出風口； 11-頂板12-底板；13-側板； 5-第一隔板； 6-第二隔板；7-第三隔板；21-第一空腔；22-第二空腔；23-第三空腔；24-第四空腔；8-功率模塊；9-散熱風機；10-輸入電抗器；15-散熱翅片。
具體實施例方式本發明提供的牽引變流器箱體，使用於地鐵上，以及類似需要使用低高度牽引變流器箱體的工況。參見圖1a和圖lb，圖1a為本發明實施例一提供的牽引變流器箱體立體示意圖，圖1b為圖1a的俯視圖。該牽引變流器箱體包括箱體板I以及由箱體板I圍成的腔體2，箱體板I上開設有與腔體2連通的進風口 3和出風口 4，進風口 3和出風口 4分設在腔體2的兩端，進風口 3的位置不低於出風口 4的位置，腔體2用於容置功率模塊、散熱風機和輸入電抗器。進風口和出風口分設在腔體的兩端是指各個工作部件能夠位於進風口和出風口之間，以使進入腔體的風能夠經過每個工作部件。進風口的位置不低於出風口的位置使得風能夠在腔體內有一定的停留時間，以實現散熱效果。實際應用中，牽引變流器箱體內需設置散熱風機，上述方案通過設置進風口和出風口的位置和相對高度，使得進入牽引變流器箱體的氣體能夠在彌散在整個腔體空間，以帶走腔體內各個部件產生的熱量。進一步地，箱體板I包括頂板11、底板12和側板13，上述各板圍成的腔體2呈長扁矩形狀，進風口 3開設在側板13上，出風口 4開設在底板12遠離進風口 3的一端。上述頂板、底板和側板的數量可能不止一塊，實際應用中，可以圍成封閉腔體即可，而不限制上述各板的數量。腔體體積一般較大，頂板、底板和側板可以採用一個板形成，也可以採用多塊板拼接形成。長扁矩形狀的腔體便於在其內部設置工作部件，也便於吊裝在地鐵的車架下方。設置在腔體內的各個工作部件在工作過程中產生的熱量是不相同的，一般來說功率模塊產生的熱量要小於輸入電抗器產生的熱量，為了減小各個部件之間的熱傳遞，更進一步地，腔體2內順次設置有第一隔板5、第二隔板6和第三隔板7，以將腔體分為第一空腔21、第二空腔22、第三空腔23和第四空腔24，各個隔板上都設置有通口(圖未示出)，以連通各個空腔；進風口 3開設在第一空腔21的側板13上，出風口 4開設在第四空腔24的底板12上；第二空腔22用於容置功率模塊，第三空腔23用於容置散熱風機，第四空腔24用於容置輸入電抗器。設置隔板後，形成每個空腔的側板、頂板和底板可以採用相同的材質，也可採用不同的材質；可以一體成型，也可拼接形成。本實施例中以第一空腔的側板來表示整個側板上處於第一空腔範圍內的那部分，同理類推，其他空腔也採用類似的描述；頂板和底板可同理
來理解。本實施例中，第一空腔用於設置一些輔助部件，比如傳感器等，實際應用中，若無需設置上述輔助部件，也可以減少隔板的數量。另外，將第一空腔單獨隔離出來還有一個好處在於，可以在第一空腔內設置過濾裝置，以過濾進入腔體的空氣中的雜質，比如在進風口的內側設置過濾網等。 隔板上設置的通口尺寸沒有嚴格的要求，採用上述設置是為了一定程度上減小各個工作部件的之間的熱傳遞。另外，設置隔板還有以下好處:牽引變流器箱體長度較長，隔板可以起到加強筋板的作用，以提高牽引變流器箱體的強度。
實際應用中，需要進風口的尺寸儘量大一些，以減小進入腔體內的空氣的壓力，但是進風口尺寸太大，外界的大體積異物很容易進入到腔體內部，從而影響了腔體內部的功率模塊、散熱風機和輸入電抗器的安全工作。所以此處優選的是，第一空腔21的側板13為網格狀，以作為進風口 3，和/或第四空腔24的底板12為網格狀，以作為出風口 4。此處以第一空腔21的三塊側板13都設置為網格狀，且第四空腔24的底板12設置為網格狀為例，只為示意而非限定。將第一空腔的側板設置為網格狀一是增加了進風口的尺寸，二是網格可以起到過濾大體積異物的作用，保證了腔體內部設備的正常運行。此處以第一空腔的三塊側板都是網格狀為例，這樣整個牽弓I變流器箱體可以實現三面進風。需要說明的是，牽引變流器箱體上除了上述進風口和出風口，箱體板的其他位置最好選用密實的板材，以提高箱體的封閉性，使得進入腔體內部的風能量大，散熱效果好。本發明實施例提供的牽引變流器箱體，通過設置進風口和出風口的位置及高度，使得進腔體內部的風能夠帶走腔體內各個工作部件產生的熱量，且設計巧妙，便於製造加工。圖2a為本發明實施例二提供的牽引變流器的立體示意圖，圖2b為圖2a的主視圖，圖2c為圖2a的俯視圖，圖2d為進入圖2a所不的牽引變流器中風的流動方向不意圖。本發明實施例二提供一種牽引變流器，其中，包括本發明任意實施例所述的牽引變流器箱體，箱體的腔體內設置有功率模塊8、散熱風機9和輸入電抗器10。功率模塊、散熱風機和輸入電抗器的設置順序不加以限定，不過為了排熱方便，較宜的是將產熱多的部件放置在靠近出風口的位置。上述結構的牽引變流器，其內部設置有散熱風機，結合進風口和出風口的相對位置和高度，不管車輛處於停止狀態或運行狀態，只要散熱風機工作，都能夠實現良好的散熱作用。進一步地，腔體2內順次設置有第一隔板5、第二隔板6和第三隔板7，以將腔體分為第一空腔21、第二空腔22、第三空腔23和第四空腔24，各個隔板上都設置有通口，以連通各個空腔；腔體2的第二空腔22內放置功率模塊8，腔體2的第三空腔23內放置散熱風機9，腔體2的第四空腔24內放置輸入電抗器10，進風口 3開設在腔體2的第一空腔21的側板13上，出風口 4開設在第四空腔24的底板12上。將功率模塊和設置在散熱風機的兩側，且輸入電抗器靠近出風口設置，主要是因為輸入電抗器產熱更多，如此設置，使得腔體內的風先流過功率模塊再經過輸入電抗器，所以不會進一步增加功率模塊所在第二空腔的溫度。為了改善功率模塊的散熱，可選的是，第二空腔22內還設置有散熱翅片15，功率模塊8設置在散熱翅片15上,散熱翅片15上的溝槽方向與腔體內空氣的流動方向一致。優選是散熱翅片15水平設置，固定在第二空腔22的內壁上，功率模塊8設置在散熱翅片15上。例如，功率模塊8包括牽引控制模塊、制動斬波器模塊、接地故障檢測模塊和電壓變流器模塊等可分離設置的硬體元器件，可分散設置於散熱翅片15上。牽引變流器箱體高度小，僅為600mm左右，功率模塊8隻能臥式設置，功率模塊8若貼著第二空腔22的側板或底板設置，這樣功率模塊8產生的熱量不便於排放到第二空腔22內，而散熱翅片15上有多道平行的溝槽且散熱翅片15高度低，將功率模塊8臥式設置在散熱翅片15上便於排熱。
散熱風機9可為離心式散熱風機，離心式散熱風機產生的離心力大，排熱速度更快。進一步地，第一空腔21的側板13為網格狀，以作為進風口 3，和/或第四空腔24的底板12為網格狀，以作為出風口 4。此處以第一空腔21的三塊側板13都設置為網格狀，且第四空腔24的底板12設置為網格狀為例，只為示意而非限定，具體介紹請參見其他實施例，此處不再贅述。參見圖2a_圖2d，下面介紹使用過程中，牽引變流器內部風的流向方向。此處以散熱翅片15設置在第二空腔22的底板上、第一空腔21的三面側板都為網格狀、且散熱風機9安裝在第三空腔23為例。具體地，散熱風機9通過風機安裝支架固定在第三空腔23內。散熱風機9的進風通道正對著第二隔板上的通口，散熱風機9的出風通道，即風機葉翅，朝向第三隔板上的通口。散熱風機9轉動，位於散熱風機9進風通道一側的空腔內形成負壓，即第一空腔21和第二空腔22內形成負壓，外部空氣被從進風口 3中被吸入到第一空腔21內部形成風。風流過第二空腔22，經過散熱翅片15的溝槽時帶走功率模塊8產生的熱量。進入第三空腔23的風在散熱風機9離心力的作用下被甩向第四空腔24，由於散熱風機9不斷向第四空腔24輸入風，使得第四空腔24內的大氣壓強大於外界大氣壓強，第四空腔24內的風被壓出，以實現散熱。進風口 3和出風口 4都採用網格狀的形式，不僅可以隔離雜質，還增大了進風口 3和出風口 4的面積。由於整個箱體呈長扁矩形狀，整個箱體內風的流動速度還是較快的，散熱效果可以滿足實際工況需求。當採用現有技術中的箱體時，也可實現散熱，但效果不如長扁矩形狀箱體的效果好。參見圖2d，進一步描述上述風的流動方向，風經由進風口 3進入；然後流動至功率模塊8 ；散熱風機9的進氣通道接收到風之後，將其向上排出，這是由於輸入電抗器10散熱面所在高度決定的；風經過輸入電抗器10後，從輸入電抗器10下方的出風口 4輸出。從圖2d來看，整個風的流動方向帶有一個的迴旋角度，這樣可以增強散熱效果。本發明實施例二提供的牽引變流器，通過在箱體上進風口和出風口位置的設置，使得進入箱體的風可以按照一定的走向流動，從而能夠及時帶走腔體內各部件產生的熱量。最後應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。
權利要求
1.一種牽引變流器箱體，其特徵在於， 包括箱體板以及由所述箱體板圍成的腔體，所述箱體板上開設有與所述腔體連通的進風口和出風口，所述進風口和出風口分設在所述腔體的兩端，所述進風口的位置不低於所述出風口的位置，所述腔體用於容置功率模塊、散熱風機和輸入電抗器。
2.根據權利要求1所述的牽引變流器箱體，其特徵在於， 所述箱體板包括頂板、底板和側板，上述各板圍成的腔體呈長扁矩形狀，所述進風口開設在所述側板上，所述出風口開設在所述底板遠離所述進風口的一端。
3.根據權利要求2所述的牽引變流器箱體，其特徵在於， 所述腔體內順次設置有第一隔板、第二隔板和第三隔板，以將所述腔體分為第一空腔、第二空腔、第三空腔和第四空腔，各個隔板上都設置有通口，以連通各個空腔； 所述進風口開設在第一空腔的側板上，所述出風口開設在第四空腔的底板上； 所述第二空腔用於容置所述功率模塊，所述第三空腔用於容置所述散熱風機，所述第四空腔用於容置所述輸入電抗器。
4.根據權利要求3所述的牽引變流器箱體，其特徵在於， 所述第一空腔的側板為網格狀，以作為所述進風口，和/或 所述第四空腔的底板為網格狀，以作為所述出風口。
5.一種牽引變流器，其特徵在於，包括權利要求1或2所述的牽引變流器箱體，所述箱體的腔體內設置有功率模塊、散熱風機和輸入電抗器。
6.根據權利要求5所述的牽引變流器，其特徵在於， 所述腔體內順次設置有第一隔板、第二隔板和第三隔板，以將所述腔體分為第一空腔、第二空腔、第三空腔和第四空腔，各個隔板上都設置有通口，以連通各個空腔； 所述腔體的第二空腔內放置功率模塊，所述腔體的第三空腔內放置散熱風機，所述腔體的第四空腔內放置輸入電抗器，所述進風口開設在所述腔體的第一空腔的側板上，所述出風口開設在所述第四空腔的底板上。
7.根據權利要求6所述的牽引變流器，其特徵在於， 所述第二空腔內還設置有散熱翅片，所述功率模塊設置在所述散熱翅片上，所述散熱翅片上的溝槽方向與腔體內空氣的流動方向一致。
8.根據權利要求6所述的牽引變流器，其特徵在於， 所述第一空腔的側板為網格狀，以作為所述進風口，和/或 所述第四空腔的底板為網格狀，以作為所述出風口。
9.根據權利要求5所述的牽引變流器，其特徵在於， 所述散熱風機為離心式散熱風機。
全文摘要
本發明提供一種牽引變流器箱體及牽引變流器，其中牽引變流器箱體包括箱體板以及由所述箱體板圍成的腔體，所述箱體板上開設有與所述腔體連通的進風口和出風口，所述進風口和出風口分設在所述腔體的兩端，所述進風口的位置不低於所述出風口的位置，所述腔體用於容置功率模塊、散熱風機和輸入電抗器。本發明提供的牽引變流器箱體及牽引變流器，通過設置進風口和出風口的位置和相對高度，使得進入牽引變流器箱體的氣體能夠在彌散在整個腔體空間，且經由出風口排出的風能夠帶走腔體內各個部件產生的熱量。
文檔編號H02M1/00GK103138533SQ20111037546
公開日2013年6月5日 申請日期2011年11月22日 優先權日2011年11月22日
發明者戴碧君 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發中心