JP2007221858A - 電気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温の抵抗に触れると焼損する恐れのある装置内の部品から抵抗を隔離し、スイッチング素子を冷却する放熱器の性能を阻害することなく、省スペースで設置できる電気装置を提供する。
【解決手段】 筐体１と、筐体１の空間を前後方向に区画する垂直仕切り板９と、筐体１と垂直仕切り板９とで囲まれて形成された風洞２０と、垂直仕切り板９の前面に設けられたスイッチング素子１１と、垂直仕切り板９の後面に設けられたスイッチング素子冷却用の放熱器１２と冷却ファン３０と、風洞２０の外に設けられた、ＡＣフィルタを構成するＡＣリアクトル４０とＡＣコンデンサ１０と、回路に接続される抵抗１４とを有する電気装置において、抵抗１４を、スイッチング素子１１を冷却する放熱器１２と共に風洞２０内に設置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力変換装置（マトリクスコンバータ）などの電気装置に関するもので、詳しくは、電源歪みが発生した場合、ＬＣフィルタの電圧共振を抑制するために、ＡＣリアクトルに並列に接続するダンピング抵抗や、ＩＧＢＴのサージ電圧の跳ね上がりを抑制するために接続されたスナバ回路の放電抵抗の配置に関するものである。

従来、電力変換装置（インバータ等）などの電気装置において、突入電流抑制抵抗やスナバ回路の抵抗、放電抵抗、バランス抵抗等は、異常時の過熱保護はあるが、短時間の発熱もしくは定量の発熱を自然冷却していた（例えば、特許文献1参照）。
他の電気・電子部品や基板、ケーブル配線と隔絶することなく配置しているものもある。
図９は従来技術における電気装置としてのマトリクスコンバータを示す側断面図で、図１０は図９に示したＣ-Ｃ線断面図である。
図９および図１０において、１は筐体、６は裏板、７は入気口、８は排気口、９は垂直仕切り板、１０はＡＣコンデンサ、１１はスイッチング素子、１２は放熱器、１２ａは放熱フィン、１３は抵抗器取付板、１４は抵抗、２０は風洞、３０は冷却ファン、４０はＡＣリアクトル、１００は、正面板、１０１は制御基板、１０２は駆動基板、１０３は基板固定板、１０５は出力バスバー、１０６は入力端子、１０７は出力端子、１０８は入力ケーブル、１０９は２次側ケーブル、１１０はコンデンサ基板である。
このような構成において、前記抵抗１４および抵抗器取付板１３は、ＡＣコンデンサ１０や図示しない他の部品と同様に風洞外に配置している。
特開２００４−１８７４６２号公報

しかしながら、このような従来技術においては、次のような問題があった。
例えば、マトリクスコンバータにおいて、電源歪みが発生すると、ＬＣフィルタが共振し電圧の歪みが大きくなる。そのためＬＣフィルタが共振した場合の抑制機器として抵抗を内蔵した。この抵抗は通常の電源では過熱しないが、電圧共振抑制作用が働くと自然空冷では冷却できないほど過熱してしまうという問題がある。抵抗が自然冷却では冷却できないほど過熱した場合、過熱保護のため過熱検出器を備えていることが多いが、共振抑制に用いるダンピング抵抗は過熱検出器が追従できない速さで過熱し問題となる。また、従来の抵抗器の設置方法では、抵抗周辺に設置している部品まで焼損する可能性がある。
なお、過熱しなくても抵抗は発熱体なので、装置内の隣接する部品やケーブル配線等が抵抗に触れて焼損するかもしれないという問題がある。さらに、ＡＣリアクトルの３相すべてに並列接続するダンピング抵抗の取付けや抵抗外形が比較的大きなスナバ放電抵抗の取付けは、設置に大きなスペースを必要とする。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、電源歪みによる、ダンピング抵抗もしくはスナバ放電抵抗の過熱を防止し、高温の抵抗に触れると焼損する恐れのある装置内の部品から抵抗を隔離し、スイッチング素子を冷却する放熱器の性能を阻害することなく、省スペースで設置できる電気機器を提供することを目的とするものである。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、筐体と、前記筐体の空間を前後方向に区画する垂直仕切り板と、前記筐体と前記垂直仕切り板とで囲まれて形成された風洞と、前記垂直仕切り板の前面に設けられたスイッチング素子と、前記垂直仕切り板の後面に設けられたスイッチング素子冷却用の放熱器と冷却ファンと、前記風洞の外に設けられた、ＡＣフィルタを構成するＡＣリアクトルとＡＣコンデンサと、回路に接続される抵抗と、を有する電気装置において、前記抵抗を、前記スイッチング素子を冷却する放熱器と共に前記風洞内に設置したことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記抵抗を一方の面に取り付ける抵抗器取付板を、他方の面を前記放熱器の放熱フィン空隙を介して対向させて配置したことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記抵抗器取付板を熱絶縁材料で構成したことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記ＡＣリアクトルの３相に並列に接続される３個のダンピング抵抗を、前記冷却ファンの風の流れに沿った長手方向に平行に間隔をあけて配置し、各抵抗に風洞の仕切り機能を持たせたことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記抵抗器取付板を、前記放熱器を取付けている前記垂直仕切り板に取付け、前記抵抗が放熱器と冷却ファンの間に位置させ、抵抗を放熱器の風下に配置したことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、前記抵抗がスナバ放電抵抗であることを特徴とするものである。

本発明によれば、次のような効果がある。
請求項１に記載の発明によると、抵抗を風洞内の冷却ファンにより冷却することができるので、抵抗の過熱を効果的に防止することができる。
請求項２に記載の発明によると、前記放熱器の放熱フィンが、高熱を発する抵抗とわずかな空隙を隔てて直接対向するのを防ぐことができるとともに、抵抗を冷却した冷却風が放熱器の方に流れていくことがなく、スイッチング素子を冷却する放熱器の冷却性能を低下させることがない。この抵抗の配置構造は、冷却ファンと放熱器との間隔が狭く、抵抗を放熱器と並べて配置しなければならない場合に効果的である。
請求項３に記載の発明によると、前記抵抗器取付板を熱絶縁材料で構成しているので、取付板を介しての抵抗の熱の放熱器への伝達をさらに効果的に防ぐことができる。
請求項４に記載の発明によると、冷却ファンの通風抵抗を最小限に抑え、かつ各抵抗を通風のためのガイドとして利用できるので、発熱する抵抗を効果的に冷却することができる。
請求項５に記載の発明によると、前記抵抗を、放熱器と冷却ファンの間に位置させ抵抗を放熱器の風下に配置させるので、高温の抵抗を冷却した冷却風が放熱器にあたることがなく、抵抗の熱の悪影響を受けることがない。また、前記抵抗取付板を、前記放熱器を取付けている前記垂直仕切り板に取付けることによって、高熱の抵抗を電気装置の裏板から遠ざけることができる。したがって、抵抗の熱は裏板へ伝達されにくく、裏板が高温になることはない。したがって、作業者が外側から裏板に触ってやけどをするおそれがなく、装置に高温注意の警告表示や保護カバー等が必要なくなる。また、装置の奥行きを深く取らないので装置の小型化が可能となり、さらに、装置の重心が高くならないので補強の軽量化ができる。
請求項６に記載の発明によると、ＩＧＢＴのサージ電圧の跳ね上がりを抑制するために接続されたスナバ回路の放電抵抗を効果的に冷却することができるので過熱を防止でき、放電抵抗の容量を抑えることができる。

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１実施例における電気装置の概略を示す要部の分解斜視図で、本来縦型で用いるものを、正面側を上にして寝かせ右側板の方向から見た図である。図２は、図１の電気装置を下から見た底面図である。図３は図１における電気装置の概略側断面図で、図４は図３に示したＡ-Ａ線部分の概略断面図である。図５は、本発明の第１実施例における電気装置を下面から見た透視斜視図である。
図１から図５において、１は筐体で、左側板２、右側板３、天板４、地板５、裏板６、入気口７、および排気口８を有している。９は、筐体１内の空間を前後方向に区画する垂直仕切り板で、前面部には、ＡＣコンデンサ１０や図示しない装置内の各種部品が取り付けられている。また、後面部には、スイッチング素子１１を冷却するための放熱器１２が取り付けられている。前記左右側板２、３は、裏板６をコの字形に曲げて形成されており、それぞれ垂直仕切り板９の位置決めとなる曲げを有している。垂直仕切り板９は、左右両端がL字形に曲げられていて、左右側板２、３に図示しないネジで固定されている。これら左右側板２、３、裏板６と垂直仕切り板９との４面で風洞２０を形成しており、垂直仕切り板９の天側には、正面から着脱可能な冷却ファン３０が放熱器１２を冷却するために、垂直仕切り板９の後面部の風洞２０内に備わっている。前記天板４と地板５は、裏板６の天側と地側にそれぞれ溶接等で取り付けられており、また左右側板２、３にも溶接等で取り付けられており、風洞２０内の冷却ファン３０の吸気と排気を果たす入気口７と排気口８が設けられている。
また、垂直仕切り板９と裏板６との間の空間を風洞２０内と風洞２０外の空間に分割する中仕切り板６ａが裏板６に溶接等で取り付けられている。前記放熱器１２の放熱フィン１２ａと裏板６との間に、抵抗１４が配置されている。
前記抵抗１４は抵抗器取付板１３に取り付けられるが、前記抵抗器取付板１３は、抵抗１４が裏板６側になるように、つまり、抵抗器取付板１３自体が放熱フィン１２ａと対向するように配置されている。さらに、抵抗１４は、風洞２０の仕切りを兼用するように冷却ファン３０の風の流れに沿った長手方向に平行に配置されている。抵抗１４はＡＣリアクトル４０と並列に図示しないケーブルで電気的に接続されていて、そのケーブルは垂直仕切り板９に設けられた穴に備えられている防塵パッキン５０を通っている。
なお、図３および図４において、１００は正面板、１０１は制御基板、１０２は駆動基板、１０３は基板固定板、１０４はバスバー、１０５は出力バスバー、１０６は入力端子、１０７は出力端子、１０８は入力ケーブル、１０９は２次側ケーブル、１１０はコンデンサ基板である。

このような構成において、抵抗１４は、スイッチング素子１１の放熱器１２と共に風洞２０内に設置されるので、冷却ファン３０で発生した冷却風を当てることができ効果的に冷却される。したがって抵抗１４の過熱が防止される。
また、風洞２０内に抵抗１４を隔離したので、従来、風洞２０外に抵抗１４を設置した場合に確保していた熱的スペースを省くことができ、装置を小型化することができる。
また、前記風洞２０内での冷却においては、高熱の抵抗１４を直接放熱器１２に対向させることなく、両者の間に、抵抗器取付板１３を介在させている。それにより、抵抗１４の熱が放熱器１２の放熱フィン１２ａに直接伝達されることはなく、スイッチング素子１１を冷却する放熱器１２の冷却性能を低下させることがない。この抵抗１４の配置構造は、冷却ファン３０と放熱器１２との間隔が狭く、抵抗１４を放熱器１２と並べて配置しなければならない場合に効果的である。
なおこの場合、抵抗器取付板１３を熱絶縁材料で構成すれば、抵抗１４の熱は放熱フィン１２ａにさらに伝達されにくくなり、より効果的な断熱がなされる。また、図示しないサーミスタを熱絶縁材料で構成された抵抗器取付板１３に取り付ける場合は、抵抗１４とサーミスタとを熱伝達部材で熱接続させるようにする。

従来、抵抗は装置の外置き部品であるか、装置に内蔵していても風洞外に配置され、自然冷却されていることが多い。ところが、マトリクスコンバータのＬＣフィルタが共振した場合の抑制機器として内蔵したダンピング抵抗は、電源に歪みが発生すると強制冷却が必要なほど過熱してしまう。
本発明が従来技術と異なるところは、放熱器１２と共に風洞２０内に抵抗１４を配置し、しかも放熱器１２の冷却性能を阻害することなく、抵抗１４も冷却して過熱を防止できる点である。

図６は本発明の第２実施例における電気装置の概略を示す要部の側断面図で、図７は図６に示したＢ-Ｂ線部分の断面図である。図８は本発明の第２実施例による電気装置を下面から見た透視斜視図である。
この第２実施例では、抵抗１４を取り付けている抵抗器取付板１３を、垂直仕切り板９に取り付けている。抵抗１４は、風洞２０内の放熱器１２と冷却ファン３０の間に位置させている。さらに、前記抵抗１４は、冷却ファン３０の風の流れに沿った長手方向に平行に配置されている。抵抗１４は、ＡＣリアクトル４０と並列に図示しないケーブルで電気的に接続されていて、そのケーブルは垂直仕切り板９に設けられた穴に備えられている防塵パッキン５０を通っている。

この第２実施例においては、前記抵抗１４を、放熱器１２と冷却ファン３０の間に位置させ、抵抗１４を放熱器１２の風下に配置させるので、高温の抵抗１４を冷却した冷却風が放熱器１２にあたることがない。したがって、抵抗１４の熱の悪影響を受けることがない。また、前記抵抗１４の抵抗器取付板１３を、前記放熱器１２を取付けている前記垂直仕切り板９に取付けることによって、高熱の抵抗１４を電気装置の裏板６から遠ざけることができる。したがって、抵抗１４の熱は裏板６へ伝達されにくく、裏板６が高温になることはない。したがって、作業者が外側から裏板６に触ってやけどをするおそれがなく、装置に高温注意の警告表示や保護カバー等が必要なくなる。また、装置の奥行きを深く取らないので、装置の小型化が可能となり、さらに、装置の重心が高くならないので補強の軽量化ができる。

本発明の第１実施例における電気装置の概略を示す要部の分解斜視図で、本来縦型で用いるものを、正面側を上にして寝かせ右側板の方向から見た図である。 図１の電気装置を下から見た底面図である。 図１における電気装置の概略側断面図である。 図３に示したＡ-Ａ線部分の概略断面図である。 本発明の第１実施例における電気装置を下面から見た透視斜視図である。 本発明の第２実施例における電気装置の概略を示す要部の側断面図である。 図６に示したＢ-Ｂ線部分の断面図である。 本発明の第２実施例による電気装置を下面から見た透視斜視図である。 従来技術における電気装置の概略を示す要部の側断面図である。 図９に示したＣ-Ｃ線部分の断面図である。

符号の説明

１ 筐体
２ 左側板
３ 右側板
４ 天板
５ 地板
６ 裏板
６ａ 中仕切り板
７ 入気口
８ 排気口
９ 垂直仕切り板
１０ ＡＣコンデンサ
１１ スイッチング素子
１２ 放熱器
１２ａ 放熱フィン
１３ 抵抗器取付板
１４ 抵抗
２０ 風洞
３０ 冷却ファン
４０ ＡＣリアクトル
５０ 防塵パッキン
１００ 正面板
１０１ 制御基板
１０２ 駆動基板
１０３ 基板固定板
１０４ バスバー
１０５ 出力バスバー
１０６ 入力端子
１０７ 出力端子
１０８ 入力ケーブル
１０９ ２次側ケーブル
１１０ コンデンサ基板

Claims (6)

1. 筐体と、
   前記筐体の空間を前後方向に区画する垂直仕切り板と、
   前記筐体と前記垂直仕切り板とで囲まれて形成された風洞と、
   前記垂直仕切り板の前面に設けられたスイッチング素子と、
   前記垂直仕切り板の後面に設けられたスイッチング素子冷却用の放熱器と冷却ファンと、
   前記風洞の外に設けられた、ＡＣフィルタを構成するＡＣリアクトルとＡＣコンデンサと、
   回路に接続される抵抗と、
   を有する電気装置において、
   前記抵抗を、前記スイッチング素子を冷却する放熱器と共に前記風洞内に設置したことを特徴とする電気装置。
2. 前記抵抗を一方の面に取り付ける抵抗器取付板を、他方の面を前記放熱器の放熱フィンと空隙を介して対向させて配置したことを特徴とする請求項１に記載の電気装置。
3. 前記抵抗器取付板を熱絶縁材料で構成したことを特徴とする請求項２に記載の電気装置。
4. 前記ＡＣリアクトルの３相に並列に接続される３個のダンピング抵抗を、前記冷却ファンの風の流れに沿った長手方向に平行に間隔をあけて配置し、各抵抗に風洞の仕切り機能を持たせたことを特徴とする請求項２に記載の電気装置。
5. 前記抵抗器取付板を、前記放熱器を取付けている前記垂直仕切り板に取付け、前記抵抗が放熱器と冷却ファンの間に位置させ、抵抗を放熱器の風下に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電気装置。
6. 前記抵抗がスナバ放電抵抗であることを特徴とする請求項１、２、３、５のいずれかの項に記載の電気装置。

Images