JP2007174851A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】盤内の省スペース，軽量，低コスト化と併せて、インバータユニットに対する風冷性能の向上が図れるように組立構造を改良した電力変換装置を提供する。
【解決手段】風冷手段を備えた変換器盤２の盤内に複数台の単位インバータユニット５を上下段に並置収納して構築した電力変換装置で、前記インバータユニットを盤内に配した左右の支柱間１１に棚部材を介して搭載支持し、盤の前面側から取り込んだ外気を各インバータユニットに内蔵の冷却体に導風して風冷するようにしたものにおいて、前記の支柱１１を金属製の柱、棚部材を左右に分割した金属製のレール状ブラケット１３として、該ブラケットを前記支柱に絶縁碍子１４を介して固定した上で、各段のインバータユニットを左右に並ぶブラケットの間に跨がって載置支持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧，大容量のインバータ装置を対象とした電力変換装置の組立構造に関する。

頭記の電力変換装置は、入力変圧器，該変圧器の二次側に接続してインバータ回路を構成する複数台の単位インバータユニット，および制御部を個別に分けて独立した閉鎖盤に収納した列盤で構成されている。
また、インバータユニットを収納する変換器盤について、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対応する複数台の単位インバータユニットを上下段に並べて配列し、盤内の左右に立設した絶縁物製の支柱間に掛け渡したトレー状の棚板に単位インバータユニットを１台ずつ載置支持するようにした構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
次に、前記構成になる電力変換装置の従来例の組立構造を図６（ａ）〜（ｃ）に示す。図において、１は変圧器盤、２は変換器盤、３は制御・出力盤であり、変圧器盤１には入力変圧器４を、変換器盤２には上下段に並ぶ複数台（図示例は６台）の単位インバータユニット５を、制御・出力盤３には制御部６，出力ケーブル７を個別に収納している。また、変圧器盤１，変換器盤２は盤の天井部に冷却ファン８，９を設置しており、図１（ｂ）で示すように変換盤２については、盤の前面扉２ａに開口したフィルタ付きの吸気口２ａ−１を通じて盤内に取り込んだ外気(冷却空気)を各インバータユニット５に導風し、その排気空気を盤内の後部側に画成した風胴１０から冷却ファン９，冷却ファンに接続した排気ダクト（図示せず）を通じて系外に放出するようにしている。

また、図６（ｃ）は前記単位インバータユニット５の略示構成図で、５ａはユニットケース、５ｂは冷却体（主回路半導体素子（図示せず）の放熱用フィン）、５ｃは冷却体５ｂに連なるユニット内部の風胴、５ｄはプリント板である。なお、図示してないが単位インバータユニット５と入力変圧器４との間、および各インバータユニット５の相互間には盤内に電線（ケーブル）を引き回して電気的な配線を行うようにしている。
特開２００４−３５７４３６号公報（第４−６頁、図１−図３）

上記した電力変換装置については、省スペース，低コスト化に加えて、インバータユニットに対する風冷性能の向上が求められている。
かかる点、図６に示した従来の組立構造では、変換器盤２の盤内に立設した絶縁物製（ＦＲＰプラスチックなど）支柱１１の間に跨がってな大形な金属製のトレー状棚板１２を架設した上で、この棚板１２の上に単位インバータユニット５を１台ずつ載置して前方へ引き出し可能に支持している。このために、
（１）単位インバータユニットの設置台数が多い大容量のインバータ装置では、多数台の単位インバータユニットを左右列に分けて収納する関係から、盤内に立設する絶縁物支柱の本数が多くなり、また単位インバータユニットごとに金属製の大きな棚板を必要とすることからコスト高となり、総重量も増す。
（２）また、多数台の単位インバータユニットを左右列に分けて盤内に配列した大容量のインバータ装置では、各単位インバータユニットに導風する冷却空気の風量を平均化するために、盤内の後部に画成した風胴（図６の風胴１０）をインバータユニットの各列に分けて仕切った上で、各列の風胴と個々に対応する台数の冷却ファンを設けるようにしているが、この構成では盤内の風胴構造が複雑となるほか、冷却ファンの設置台数も増してコスト高となる。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、盤の省スペース，軽量，低コスト化と併せて、インバータユニットに対する風冷性能の向上が図れるように組立構造を改良した電力変換装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、風冷手段を備えた閉鎖盤の盤内に複数台の単位インバータユニットを上下段に並置収納して構築した電力変換装置で、前記インバータユニットを盤内に配した左右の支柱間に棚部材を介して搭載支持し、閉鎖盤の前面側から取り込んだ外気を各インバータユニットに内蔵の冷却体に導風して風冷するようにしたものにおいて、
（１）前記支柱を金属製の柱、棚部材を左右に分割した金属製のレール状ブラケットとして、該ブラケットを前記支柱に絶縁碍子を介して固定した上で、各段のインバータユニットを左右に並ぶブラケットの間に跨がって載置支持する（請求項１）。
（２）前記支柱を絶縁物製の柱、棚部材を左右に分割した金属製のレール状ブラケットとして、該ブラケットを前記支柱に固定した上で、各段のインバータユニットを左右に並ぶブラケットの間に跨がって載置支持する（請求項２）。
（３）前項（１）または（２）の構成において、各段ごとに左右に並ぶ単位インバータユニットの間を絶縁物製の連結部材を介して相互連結した上で、左右の棚支柱に固定したブラケットの間に跨がって載置支持する（請求項３）。
（４）前項（３）の構成において、各段ごとに連結部材を介して左右に連結した単位インバータユニットの冷却体を前記連結部材側に寄せて左右対称位置に配置した上で、盤内後部には前記左右のインバータユニットに対応する共通な風胴を画成する（請求項４）。
（５）前項（３）の構成において、各段ごとに連結部材を介して左右に連結した単位インバータユニットの間を導体バーで配線接続する（請求項５）。

上記の構成によれば、次記の効果を奏する。すなわち、
（１）項の構成では、前記支柱を堅牢な金属（鋼材）製の柱、棚部材を左右に分割した金属製の小形なレール状ブラケットとして、該ブラケットを前記支柱に絶縁碍子を介して取付けた上で、各段のインバータユニットを左右のブラケット間に跨がって載置支持したことにより、上下段に並ぶ単位インバータユニットの相互間，およびアース電位の盤との間に所要の絶縁耐力を確保しつつ、機械的に高強度な支持構造を確保できる。しかも、単位インバータユニットを載置する棚部材として、左右に分割したレール状のブラケットを用いることで、従来のトレー状棚板と比べて軽量，かつ低コストとなる。
また、（２）項の構成では、支柱を絶縁物製としたことで前記の絶縁碍子が省略できるほか、棚部材には（１）項と同様なレール状のブラケットを採用したことにより、軽量，低コスト化が図れる。

さらに、（３）項の構成によれば、左右に並ぶ単位インバータユニット相互間の絶縁を確保しつつ、支柱およびブラケットの個数を削減して盤内の省スペース化が図れる。
そして、（３）項と（４）項の構造を併用することにより、盤内の風胴をシンプルに構築できるほか、この風胴を通風する冷却空気流の風損を低減して単位インバータユニットに冷却空気を効率よく導風でき、併せて盤の天井に設置する冷却ファン台数も削減してコスト低減化が図れる。
また、左右に並ぶ単位インバータユニット間の配線に導体バーを採用した（５）項の構成により、盤内に多数本の電線（ケーブル）を引き回す必要がなくなって配線作業が簡単に行えるとともに、その配線を含めて連結部材を介して結合したインバータユニットを単体として取り扱うことができて、盤内への組込み，取り出し作業が簡単に行える。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に示す実施例に基づいて説明する。なお、図示の各実施例において、図６に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。

図１は本発明の請求項１に対応する実施例を示すものである。なお、図示例のインバータ装置は、変換器盤２の盤内に収納した合計１２台の単位インバータユニット５を６台ずつ左右２列に分けて上下段に配置されており、各単位インバータユニット５は次記の支持構造で盤内の所定位置に載置支持される。
すなわち、この実施例では、左右に振り分けて盤内に敷設した支柱１１が金属製（鋼材）であり、各段の支柱１１は左右に振り分けて盤内の奥行き方向に敷設されている。また、この金属製の支柱１１には単位インバータユニット５を個別に載置支持する棚部材として、断面Ｌ形のチャンネル鋼材で作られた左右一対のレール状ブラケット１３が絶縁碍子１４を介して固定されている。なお、前記支柱１１は盤内で縦方向に敷設してもよい。
そして、上下段に並べて盤内に収納する単位インバータユニット５は、各段ごとにそのユニットケースの左右両端を前記のブラケット１３に載せて所定の収納位置に載置支持するようにしている。

上記の組立構造により、左右列に分けて上下段に配列した単位インバータユニット５は、アース電位の変換器盤２および他の単位インバータユニット５との間に所要な絶縁耐力を確保して盤内の所定位置に載置支持されることになる。また、図６に示した従来の組立構造で使われていたトレー状棚板１２を、左右に二分割した小型なレール状のブラケット１３に替えたことにより装置が軽量となり、材料コストも低減できる。
なお、図中には明示ないが、盤内の後部には図６（ｂ）で示したと同様に、上下段に並ぶ単位インバータユニット５を経由する風胴が左右の各列に対応して画成されており、その風胴に通じて盤の天井には冷却ファン９が設置されている。

図２は前記実施例１の盤内構成，配置を変えた応用実施例を示すものである。この実施例においては、単一構造の閉鎖盤２Ａの盤内を上下の室に仕切った上で、下側の室には入力変圧器４を、上側の室には合計６台の単位インバータユニット５を３台ずつ左右二列に分けて上下段に収納しており、ここで図１と同様に各単位インバータユニット５が金属製の支柱１１に絶縁碍子１４を介して固定した左右一対のレール状のブラケット１３に跨がって載置支持されている。

次に、本発明の請求項２，３，４に対応する実施例を図３（ａ），（ｂ）に示す。この実施例は図１と同様に変換器盤２の盤内には合計１２台の単位インバータユニット５が左右二列に分けて上下段に配列，収納されているが、図１の実施例と異なる点は、盤内の左右側壁に沿って敷設した支柱１１が絶縁物製（例えば、ＦＲＰプラスチックの押出成形品）であり、各段ごとに支柱１１の内側には絶縁碍子を介さずにレール状のブラケット１３が左右に並んで直接結合（ボルト締結）されている。
また、この実施例では、各段ごとに左右に並ぶ２台の単位インバータユニット５の間が絶縁物製の連結部材１５を介して相互連結されており、この連結状態のまま２台のユニット両端部を前記のブラケット１３に載せて左右の支柱間に跨がって載置支持している。
ここで、前記の連結部材１５，および連結部材１５を介して相互連結した単位インバータユニットの組立構造を図５（ａ）〜（ｃ）に示す。すなわち、連結部材１５は図５（ｃ）で示すような断面Ｕ字形のＦＲＰプラスチック押出成形品になり、この連結部材１５を左右列に並ぶ単位インバータユニット５Ｌと５Ｒとの間で前後，中央の三カ所に分散介装してユニットケースの側壁にボルト締結して連結するようにしている。

また、左右列の単位インバータユニット５Ｌ，５Ｒに内蔵した冷却体（放熱フィン）５ｂについては、該冷却体５ｂをユニットケース５ａの中央位置（図１，図２参照）から前記の連結部材側に寄せて左右対称配置しており、その上で図３（ｂ）で示すように変換器盤２の盤内後部には左右列に並ぶ各段のインバータユニットに共通対応する風胴１０を画成するとともに、該風胴１０に通じて盤の天井には１台の冷却ファン９を設置し、この冷却ファン９の運転により前方から盤内に取り込んだ冷却空気を左右列に並ぶ各段の単位インバータユニット５に導風するようにしている。
この実施例では、先記の特許文献１に開示されている構成と同様に、絶縁物製の支柱１１を採用しているが、支柱１１の設置本数について見ると、左右列の間に立設する支柱１１が不要となるので、その分だけ変換器盤２の所要横幅寸法を縮減できて盤内の省スペース，コスト低減化が図れる。また、連結部材１５を介して連結した左右２台の単位インバータユニット５を単体として取り扱うことができるので、閉鎖盤へのインバータユニットの組込み，引き出しが簡単に行える。

また、図５で述べたように、左右列に並ぶ単位インバータユニット５Ｌ，５Ｒに装備の冷却体５ｂをユニット間の連結部材側に片寄りさせて左右対称配置したことにより、前記の共通風胴１０および冷却ファン９に対して、左右列のユニットに内蔵した冷却体５ｂが通風路の中央に寄って位置することになる。これにより、冷却体５ｂを導風して盤内に冷却空気を通風する風胴１０の圧力損失を低減でき、また盤内の風胴１０を左右列のインバータユニットに対して共通な風胴としたことで、冷却ファン９を１台設置するだけで対応できる（図１，図２の実施例では、左右列のインバータユニットに対応した２列の風胴，および２台の冷却ファンが必要となる）。

図４（ａ），（ｂ）は前記実施例３の盤内構成，配置を変えた応用実施例を示すものである。この実施例は、先記実施例２と同様に単一の閉鎖盤２Ａの盤内を上下の室に区画した上で、下側の室には入力変圧器４を、上側の室には合計６台の単位インバータユニット５を３台ずつ左右二列に分けて上下段に収納した上で、図３と同様に各段ごとに左右に並ぶ２台の単位インバータユニット５を絶縁物製の連結部材１５で相互連結し、絶縁物製の支柱１１に固定したレール状ブラケット１３の間に跨がってに載置支持している。また、盤内の後部に画成した風胴１０，および冷却ファン９についても、図３で述べた同様な構成とする。これにより、実施例３と同様な効果が得られる。
また、前記の実施例３，実施例４で盤内に収納した単位インバータユニットについて、図５に示した実施例では、左右列の単位インバータユニット５Ｌと５Ｒの端子間を電気的に接続する配線を、従来の電線（ケーブル）に代えて導体バー１６を用いて相互接続するようにしている。これにより、盤内に電線を引き回す必要もなく配線作業が簡単となるほか、連結部材１５を介して連結した左右２台の単位インバータ５Ｌ，５Ｒの間を、導体バー１６で接続配線した状態まま単体として取り扱うことができて盤への組込み，取り出しなど、メンテナンス作業時の利便性が向上する。

本発明の実施例１に係わる電力変換装置の盤内構成を表す正面図 本発明の実施例２に係わる電力変換装置の盤内構成を表す正面図 本発明の実施例３に係わる電力変換装置の盤内構成図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ正面図，および側視断面図 本発明の実施例４に係わる電力変換装置の盤内構成図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ正面図，および側視断面図 図３，図４で左右に連結した単位インバータユニットの組立構造図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ平面図，および正面図、（ｃ）は（ａ）における連結部材の外形斜視図 従来における電力変換装置の盤内構成図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ正面図，および変換器盤の側視断面図、（ｃ）は単位インバータユニットの略示構成図

符号の説明

２ 変換器盤
４ 入力変圧器
５ 単位インバータユニット
５Ｌ 左列側の単位インバータユニット
５Ｒ 右列側の単位インバータユニット
５ａ ユニットケース
５ｂ 冷却体
９ 冷却ファン
１０ 盤内の風胴
１１ 支柱
１３ レール状ブラケット
１４ 絶縁碍子
１５ 連結部材
１６ 導体バー

Claims (5)

1. 風冷手段を備えた閉鎖盤の盤内に複数台の単位インバータユニットを上下段に並置収納して構築した電力変換装置であって、前記インバータユニットを盤内に配した左右の支柱間に棚部材を介して搭載支持し、閉鎖盤の前面側から取り込んだ外気を各インバータユニットに内蔵の冷却体に導風して風冷するようにしたものにおいて、
   前記支柱を金属製の柱、棚部材を左右に分割した金属製のレール状ブラケットとして、該ブラケットを前記支柱に絶縁碍子を介して固定した上で、各段のインバータユニットを左右に並ぶブラケットの間に跨がって載置支持したことを特徴とする電力変換装置。
2. 風冷手段を備えた閉鎖盤の盤内に複数台の単位インバータユニットを上下段に並置収納して構築した電力変換装置であって、前記インバータユニットを盤内に配した左右の支柱間に棚部材を介して搭載支持し、閉鎖盤の前面側から取り込んだ外気を各インバータユニットに内蔵の冷却体に導風して風冷するようにしたものにおいて、
   前記支柱を絶縁物製の柱、棚部材を左右に分割した金属製のレール状ブラケットとして、該ブラケットを前記支柱に固定した上で、各段のインバータユニットを左右に並ぶブラケットの間に跨がって載置支持したことを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１または２に記載の電力変換装置において、各段ごとに左右に並ぶ単位インバータユニットの間を絶縁物製の連結部材を介して相互連結した上で、左右の棚支柱に固定したブラケットの間に跨がって載置支持したことを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項３に記載の電力変換装置において、各段ごとに連結部材を介して左右に連結した単位インバータユニットの冷却体を前記連結部材側に寄せて左右対称位置に配置した上で、盤内の後部には前記左右のインバータユニットに対応する共通な風胴を画成したことを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項３に記載の電力変換装置において、各段ごとに連結部材を介して左右に連結した単位インバータユニットの端子間を導体バーで配線接続したことを特徴とする電力変換装置。

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