供水裝置驅動用電力轉換裝置、供液裝置驅動用電力轉換裝置制造方法

供水裝置驅動用電力轉換裝置、供液裝置驅動用電力轉換裝置制造方法
【專利摘要】一種對交流電動機供給交流電力的供水裝置驅動用電力轉換裝置，其特征在于，包括：在內部具備流水管本體且搭載有功率半導體組件的水冷式的散熱片；和散熱片，其內置有與供水裝置的排出口連接的第一流水管、與直接連結于交流電動機的供水裝置的流體的吸入口連接的第二流水管、和在兩端部分別設有第一流水管和第二流水管的流水管本體，且安裝于內置功率半導體的復合組件中，構成為使液體從第一流水管流入流水管本體，從第二流水管向供水裝置的液體的吸入口排出。
【專利說明】供水裝置驅動用電力轉換裝置、供液裝置驅動用電力轉換裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及供水裝置驅動用電力轉換裝置和供液裝置驅動用電力轉換裝置。
【背景技術】
[0002]電力轉換裝置在工業領域和家電產品中都較多用作電動機的速度控制裝置。因為電力轉換裝置內的功率半導體產生較大的損失，所以采用使該損失產生的發熱冷卻的結構。在電力轉換裝置中進行冷卻時，一般具備散熱片和冷卻風扇，使來自發熱體即功率半導體的熱傳導至散熱片，通過冷卻風扇對散熱片輸送空氣進行熱交換，用風冷方式散熱。
[0003]但是，在風冷方式下出于熱交換效率的問題，電力轉換裝置內的散熱片不能小型化，存在電力轉換裝置大型化的問題。
[0004]于是，例如，專利文獻I中，公開了在通過作為供水裝置的泵時被冷卻的來自電動機冷卻用風扇的空氣與作為電力轉換裝置的逆變器直接接觸，使該逆變器裝置充分冷卻。
[0005]此外，專利文獻2中，公開了將具有作為供水裝置的泵和控制裝置的控制裝置一體型旋轉機械多臺并聯地設置的供水裝置，上述控制裝置具備固定設置在上述泵上的驅動上述泵的作為電力轉換裝置的逆變器、存儲上述逆變器的控制程序和上述供水裝置的運轉控制程序的可改寫的存儲器、與配置在上述供水裝置的各部分的傳感器等連接的輸入輸出部、將上述可改寫的存儲器中存儲的運轉控制程序改寫為與設置現場的設備結構相應的最佳的程序的單元，上述可改寫的存儲器是閃存或EEPR0M，上述多臺控制裝置一體型旋轉機械構成為通過上述控制裝置在各機械之間用無線進行通信，上述多臺控制裝置一體型旋轉機械中的一臺具備的控制裝置，基于上述運轉控制程序，進行包括進行泵的追加和斷開的追加斷開運轉、一個泵因小水量而停止時接著使其他泵起動的交替運轉、一個泵發生故障時使其他泵起動的故障切換運轉的相互協調運轉。
[0006]此外，專利文獻3中，公開了在將對水加壓輸送的作為供水裝置的泵、與該泵的外殼的吸入側和噴出側連接的配管、驅動上述泵的電動機、對該電動機供給電力的驅動電源電路、控制上述泵的運轉的電子控制電路一體地收容在柜內的供水裝置中，構成為將上述電動機和上述泵配置在相同的旋轉軸線上，在上述電動機的旋轉軸的一端安裝泵轉子，在另一端安裝風扇，伴隨該風扇的旋轉的氣流使上述柜內的冷卻的空氣流向上述驅動電源電路的冷卻部。
[0007]現有技術文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特許第3619651號說明書
[0010]專利文獻2:日本特許第4381252號說明書
[0011]專利文獻3:日本特開2003-21052號公報

【發明內容】
[0012]發明要解決的技術問題
[0013]能夠對與供水裝置直接連結的交流電動機供給可變電壓可變頻率的交流電力的電力轉換裝置內的功率半導體產生較大的損失，所以使該損失產生的發熱冷卻的結構是必需的。一般具備散熱片和冷卻風扇，使來自發熱體即功率半導體的熱傳導至散熱片，通過冷卻風扇對散熱片輸送空氣進行熱交換，用風冷方式散熱。
[0014]但是，在風冷方式下出于熱交換效率的問題，電力轉換裝置內的散熱片需要用于使熱傳導的包絡體積，散熱片和冷卻風扇不能小型化，存在電力轉換裝置大型化的問題。
[0015]本發明的目的在于提供通過使冷卻結構小型化而使整體小型化的電力轉換裝置。
[0016]用于解決技術問題的手段
[0017]為了達成上述目的，例如，采用以下特征的對上述交流電動機供給交流電力的結構，即包括:在內部具備流水管本體且搭載有功率半導體組件的水冷式的散熱片；和散熱片，其內置有與上述供水裝置的排出口連接的第一流水管、與直接連結于上述交流電動機的供水裝置的流體的吸入口連接的第二流水管、和在兩端部分別設有上述第一流水管和上述第二流水管的流水管本體，且安裝于內置功率半導體的復合組件中，構成為使液體從上述第一流水管流入上述流水管本體，從上述第二流水管向上述供水裝置的液體的吸入口排出。
[0018]發明的效果
[0019]根據本發明，能夠使來自電力轉換裝置內的發熱體即功率半導體的熱傳導至散熱片，用熱交換效率良好的水高效率地冷卻，所以散熱片和冷卻風扇能夠小型化，結果電力轉換裝置也能夠變得小型。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是電力轉換裝置的主電路結構圖。
[0021]圖2是電力轉換裝置的主電路部件配置圖的一例。
[0022]圖3是散熱片的水冷結構圖的一例。
[0023]圖4是包括驅動與泵直接連結的交流電動機的電力轉換裝置的泵系統結構的一個實施例。
[0024]圖5是對圖4中的包括驅動與泵直接連結的交流電動機的電力轉換裝置的泵系統結構從側面觀察的一個實施例。
[0025]圖6是包括驅動與具有止回閥的泵直接連結的交流電動機的電力轉換裝置的泵系統結構的一個實施例。
[0026]圖7是包括驅動與具有止回閥的泵直接連結的交流電動機的電力轉換裝置的泵系統結構的一個實施例。
【具體實施方式】
[0027]實施例1
[0028]以下用【專利附圖】

【附圖說明】本發明。其中，本發明不受圖示例限定。圖1表示本實施例的電力轉換裝置22的主電路結構圖。I是將交流電力轉換為直流電力的轉換器，2是平滑用電容器，3是將直流電力轉換為任意頻率的交流電力的逆變器，4是交流電動機。6是用于使具備轉換器2和逆變器4的功率半導體組件13冷卻的冷卻風扇14。
[0029]8是能夠對電力轉換裝置22的各種控制數據進行設定、變更和異常顯示的數字操作面板。7是后述的散熱片14上搭載的檢測轉換器2和逆變器3內的功率半導體組件的加熱的溫度檢測器。11是設置在功率半導體組件內部的溫度檢測器，設置在硅芯片的附近。該溫度檢測器7和11是電阻值因溫度而變化的熱敏電阻。該熱敏電阻可以是電阻值隨著溫度上升而上升的特性，也可以是電阻值隨著溫度上升而下降的特性。
[0030]5是控制逆變器的功率半導體即開關元件并起到負責電力轉換裝置22整體的控制的作用的部件，是搭載了微型計算機的控制電路，構成為與從數字操作面板8輸入的各種控制數據相應地進行需要的控制處理。12是驅動逆變器的開關元件的驅動電路。電力轉換裝置22即逆變器是公知常識，所以省略詳細的說明。
[0031]圖2是主電路部件配置圖的一例。構成為將在一個組件內搭載轉換器1、逆變器3和溫度傳感器7的集成功率半導體即復合組件13搭載到散熱片14上，在散熱片的上表面安裝用于使散熱片冷卻的冷卻風扇6 (圖中的虛線部分)的結構。因為構成為集成功率半導體的復合組件13產生較大的損失，所以能夠將該損失產生的發熱傳導至散熱片14，用熱交換效率良好的水高效率地冷卻。當然，也可以用圖1所示的冷卻風扇6使散熱片14進一步冷卻。
[0032]通過該冷卻風扇6，能夠保護具備功率半導體9的復合組件13不受到溫度上升的過熱的影響。此處，在電力轉換裝置22的周圍溫度異常升高的情況下，吸收該周圍溫度的冷卻風扇的吸氣溫度升高，冷卻效果降低，當溫度傳感器7的檢測溫度成為預先設定的溫度以上時，使電力轉換裝置22停止，在操作面板8上顯示功率半導體的溫度過熱。
[0033]圖3是散熱片14的水冷結構圖的一例。散熱片14上，設置有入口用水流管15(吸水側)和出口用水流管16 (排水側),在散熱片14的內部內置有流通水的管17。入口用水流管15和出口用水流管16分別是散熱片14的內部內置的管17的端部，是連成一條的管。當然，只要是水從入口用水流管15流向出口用水流管16的結構，則對管不作限定。
[0034]該示例(線段ab方向)將入口用水流管15設置在附圖的右側，將出口用水流管16設置在左側，而使入口用水流管15與出口用水流管16的位置顛倒，或設置在附圖的上下一方方向側(線段Cd方向)，進而，將入口用水流管15設置在線段ab方向、將出口用水流管16設置在線段Cd方向，或使其相反，本發明的效果都不改變。因為能夠從產生較大的損失的構成為集成功率半導體的復合組件13向散熱片14導熱，用熱交換效率良好的水高效率地冷卻，所以能夠實現散熱片14和冷卻風扇6的小型化。本實施例中，使用水作為制冷劑，但不需要是水，也能夠適用于使用水以外的液體作為制冷劑的供液裝置。這一點在后述的實施例中也是同樣的。
[0035]圖4是包括驅動與泵21直接連結的交流電動機4的電力轉換裝置22的泵系統結構的一個實施例。一般而言，泵的噴出側的壓強比泵的吸入側的壓強更大，吸入側與噴出側的壓強差相當大。眾所周知，液體從較高的位置向較低的位置流動或從壓強高的場所向壓強低的場所流動。其落差越大或其壓強差越大，就越能夠使流量和流速增加。
[0036]泵一般以接近常溫的水為介質，所以是能夠有效利用水的系統結構。此時最重要的一點在于，必須選定壓強差較大的兩個場所才能獲得較大的冷卻效果。鑒于這一點，通過將散熱片14的入口用水流管15與泵21的壓強較高的噴出側配管19連接，將散熱片14的出口用水流管16與泵21的壓強較低的吸入側配管18連接，能夠利用泵21的吸入側配管18與噴出側配管19的較大的壓強差，使水在散熱片14的內部埋設的管17中流動。
[0037]因此，能夠通過散熱片14用熱交換效率良好的水與以往相比更高效率地使復合組件13冷卻，能夠使散熱片14比以往使用的散熱片更小型化，且能夠使冷卻風扇6比以往使用的冷卻風扇更小型化。在用散熱片14能夠使復合組件13充分冷卻的情況下，也能夠不設置冷卻風扇6，實現進一步的小型化和制造成本的降低。
[0038]圖5是對圖4中的包括驅動與泵21直接連結的交流電動機4的電力轉換裝置22的泵系統結構從側面觀察的一個實施例。在泵21的噴出側配管19上連接散熱片14的入口用水流管15，在泵的吸入側配管18上連接散熱片14的出口用水流管16。如上所述，泵的噴出側配管19的壓強比泵21的吸入側配管18的壓強更大，吸入側配管18與噴出側配管19的壓強差相當大，所以能夠使水在散熱片14中內置的管17中流動。
[0039]本實施例中重要的一點在于，將入口用水流管15的連接點和出口用水流管16的連接點選定為壓強差較大的泵的吸入側配管18和噴出側配管19。例如，即使將入口用水流管15的連接點和出口用水流管16的連接點選定為泵噴出側配管19的配管的兩點之間，該兩點之間的壓強差非常小，水不在散熱片14的內部內置的管17內流動，或者即使流動也不能流過足夠進行冷卻的量的水。此外，選定泵吸入側配管18的配管的兩點之間作為入口用水流管15的連接點和出口用水流管16的連接點的情況下也是同樣的。
[0040]實施例2
[0041]圖6是包括驅動與具有止回閥的泵21直接連結的交流電動機4的電力轉換裝置22的泵系統結構的一個實施例。本實施例中，在泵21的噴出側配管19中安裝了止回閥20。眾所周知，因為泵21只向一個方向旋轉，所以泵21因電源異常等停止的情況下，為了使水不從壓強較高的噴出側配管19向壓強較低的吸入側配管18逆流而設置止回閥20。S卩，本實施例是使與散熱片14的入口用水流管15連接的泵21的噴出側配管19的導出口(連接點)在泵21的噴出側配管的出口與止回閥20之間的情況。
[0042]本實施例的情況下，電力轉換裝置22因電源異常等停止的情況下，泵21也停止，由于止回閥20的作用，具有防止水從壓強較高的泵的噴出側配管19經過散熱片14的入口用水流管15和散熱片14的出口用水流管16向壓強較低的泵的吸入側配管逆流的效果。電力轉換裝置22設置在泵21的外殼上，在泵的噴出側配管19上連接有散熱片14的入口用水流管15，在泵21的吸入側配管18上連接有散熱片14的出口用水流管16。S卩，構成為使泵21的噴出側配管19中流動的水的一部分流向散熱片14的入口用水流管15，經過散熱片14的出口用水流管16，返回到泵21的吸入側配管18。
[0043]本實施例的情況下，因為電力轉換裝置22直接安裝在泵21上，所以也能夠在制造包括驅動與泵21直接連結的交流電動機4的電力轉換裝置22的泵系統的場所，在將泵21的噴出側配管19與散熱片14的入口用水流管15連接、將泵的吸入側配管18與散熱片14的出口用水流管16連接的狀態下出廠，能夠省去用戶組裝的麻煩。即，該結構不需要在設置泵系統的現場分別將泵21的噴出側配管19與散熱片14的入口用水流管15連接、將泵21的吸入側配管18與散熱片14的出口用水流管16連接，具有能夠提高在設置泵21的現場的組裝的方便性的優點。
[0044]本實施例中，將電力轉換裝置22直接安裝在泵21上，但不限于該結構，設置在與泵21直接連結的交流電動機4上也能夠獲得同樣的效果。
[0045]實施例3
[0046]圖7是包括驅動與具有止回閥20的泵21直接連結的交流電動機4的電力轉換裝置22的泵系統結構的其他實施例。與圖6的不同點僅在于，圖3中的散熱片14的入口用水流管15和出口用水流管16均配置在散熱片14的上面。構成為與泵21的噴出側配管19連接的入口用水流管15和與泵21的吸入側配管18連接的出口用水流管16雙方均設置在散熱片14的上側。圖6的情況是散熱片14的入口用水流管15設置在散熱片14的上側、出口用水流管16設置在散熱片14的下側的結構。將入口用水流管15和出口用水流管16雙方配置在散熱片14的下面也能夠獲得同樣的效果。
[0047]符號說明
[0048]1…轉換器，2…平滑用電解電容器，3…逆變器,4…交流電動機,5…控制電路,6…冷卻風扇，7…溫度檢測器(溫度傳感器)，8…數字操作面板，9…功率半導體，10…樹脂成型外殼，11…功率半導體組件內部設置的溫度檢測器(溫度傳感器)，12…驅動電路，13…轉換器、逆變器和溫度傳感器搭載在一個組件外殼內的復合組件，14…散熱片，15…散熱片的水流管入口，16…散熱片的水流管出口，17…水流用管，18…泵的吸入側配管，19…泵的噴出側配管，20…泵噴出側的止回閥，21…泵，22…電力轉換裝置。
【權利要求】
1.一種對交流電動機供給交流電力的供水裝置驅動用電力轉換裝置，其特征在于，包括: 在內部具備流水管本體且搭載有功率半導體組件的水冷式的散熱片；和散熱片，其內置有與所述供水裝置的排出口連接的第一流水管、與直接連結于所述交流電動機的供水裝置的流體的吸入口連接的第二流水管、和在兩端部分別設有所述第一流水管和所述第二流水管的流水管本體，且安裝于內置功率半導體的復合組件中， 構成為使液體從所述第一流水管流入所述流水管本體，從所述第二流水管向所述供水裝置的液體的吸入口排出。
2.如權利要求1所述的供水裝置驅動用電力轉換裝置，其特征在于: 將所述散熱片的第一流水管與所述供水裝置的排出側的配管連接，將所述散熱片的第二流水管與所述供水裝置的吸入側的配管連接。
3.如權利要求2所述的供水裝置驅動用電力轉換裝置，其特征在于: 在與所述散熱片的所述第一流水管連接的所述供水裝置的排出口的配管設置有止回閥，與所述第一流水管連接的所述供水裝置的排出側的配管的導出口形成于所述供水裝置的排出口與所述止回閥之間的配管。
4.如權利要求1所述的供水裝置驅動用電力轉換裝置，其特征在于: 與所述供水裝置設置成一體型。
5.如權利要求1?4中任一項所述的供水裝置驅動用電力轉換裝置，其特征在于: 具備設定運轉條件的操作面板， 在所述操作面板設置有顯示部。
6.一種供液裝置驅動用電力轉換裝置，其特征在于，包括: 電力轉換裝置，其能夠對與供液裝置直接連結的交流電動機供給可變電壓可變頻率的交流電力；和 液冷式的散熱片，其搭載有所述電力轉換裝置內的功率半導體， 構成為使液體從與所述供液裝置的吸入側和排出側連接的配管流向各所述散熱片的液流管。
7.如權利要求6所述的供液裝置驅動用電力轉換裝置，其特征在于: 將所述散熱片的液流管入口側與所述供液裝置的排出側的配管連接，將所述散熱片的液流管出口側與所述供液裝置的吸入側的配管連接。
8.如權利要求7所述的供液裝置驅動用電力轉換裝置，其特征在于: 來自與所述散熱片的液流管入口側連接的所述供液裝置的排出側的配管的導出口，存在于所述供液裝置的排出口與止回閥之間。
9.如權利要求6所述的供液裝置驅動用電力轉換裝置，其特征在于: 與所述供液裝置設置成一體型。
10.如權利要求6?9中任一項所述的供液裝置驅動用電力轉換裝置，其特征在于: 具備設定所述電力轉換裝置的運轉條件的操作面板， 在所述操作面板設置有顯示部。
【文檔編號】F04B53/08GK103649543SQ201280035089
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年7月6日 優先權日:2011年8月24日
【發明者】井堀敏, 杉山和正, 川島琢也, 西岡義治, 大力干彥, 齊藤宏一郎, 佐藤正信, 千野則昭 申請人:株式會社日立產機系統