JP2011055696A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インバータユニットの冷却ファンや電解コンデンサの交換を容易に行なうことができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 筐体と、筐体の内部に配置されたインバータユニットを有し、
インバータユニットが、ユニットケースを構成する、着脱可能な側面プレートの内側傍らに着脱自在に配置されたコンデンサブロックと、ユニットケースに、前面側から着脱自在に挿入配置されたファンブロックとを有し、コンデンサブロックが、複数のコンデンサ挿入穴を有するコンデンサケースと、コンデンサ挿入穴に挿入配置された複数の電解コンデンサと、電解コンデンサに接続されたラミネートブスバとを有し、ファンブロックが、ファンケースと、ファンケースに取り付けられた冷却ファンとを有している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電力変換装置に関するものである。

近年、インバータ装置やコンバータ装置などの電力変換装置は、小型でコンパクトにユニット化された装置として提供されている。
電力変換装置は、インバータユニットなどの各種ユニットを備えており、それらを筐体の内部に配置している（例えば、特許文献１参照）。
前記各種ユニットは、主に、回路を構成する電解コンデンサなどの電気部品、それらを接続する導体、電気部品・導体を固定・保護する筐体、また電気部品を冷却する冷却ファンなどを有しており、内蔵する電気部品について小型部品の採用や、最適な位置への部品配置により筐体内の不要な空間を省くことができ、それに伴う筐体の小型化などによって小型の電力変換装置を提供している。

特開２００２−３５４８３９号公報

しかしながら、このような従来の電力変換装置においては、各種ユニットの小型化を進めるにあたって、たとえばインバータユニット内に配置される冷却ファンや電解コンデンサが交換しにくくなるおそれがあった。冷却ファンや電解コンデンサは、保守部品であるため、交換作業性がよいことが望まれる。
そこで、本発明は、インバータユニットの冷却ファンや電解コンデンサの交換を容易に行なうことができる電力変換装置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、本発明の一つの観点によれば、次の構成を備える電力変換装置が適用される。すなわち、
筐体と、
前記筐体の内部に配置されたインバータユニットを有し、
前記インバータユニットが、
ユニットケースを構成する、着脱可能な側面プレートの内側に着脱自在に配置されたコンデンサブロックと、
前記ユニットケースに、前面側から着脱自在に挿入配置されたファンブロックとを有し、
前記コンデンサブロックが、複数のコンデンサ挿入穴を有するコンデンサケースと、前記コンデンサ挿入穴に挿入配置された複数の電解コンデンサと、前記電解コンデンサに接続されたラミネートブスバとを有し、
前記ファンブロックが、ファンケースと、前記ファンケースに取り付けられた冷却ファンとを有している電力変換装置である。

本発明によれば、インバータユニットの冷却ファンや電解コンデンサの交換を容易に行なうことができる電力変換装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電力変換装置を示す正面図である。 本発明の第１実施形態に係るインバータユニットの斜視図である。わかりやすくするため一部を分解して示している。 図２におけるインバータユニットの分解斜視図である。 図２におけるインバータユニットのコンデンサブロックの支持構造を示す断面図である。 図２におけるファンブロックを示す斜視図である。 本発明の第２実施形態を示すコンデンサブロックの斜視図である。わかりやすくするため一部を分解して示している。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、同一の構成については同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１から図５を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の構成について説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る、インバータ装置などの電力変換装置１は、筐体２の内部にコントロールユニット３、コンバータユニット４、インバータユニット５、および電源ユニット６などの各種ユニットを有している。なお、コントロールユニット３は筐体の外部から操作が可能になっている。
これらのユニット３，４，５，６の中で、インバータユニット５は、回路側ケース８と風洞側ケース９とを備えたユニットケース７を有している。

回路側ケース８は、正面側となる正面プレート８ａと、左右の側面に配置される左側面プレート８ｂおよび右側面プレート８ｃと、上面側となる上面プレート８ｄと、下面側となる下面プレート８ｅと、回路側ケース８と風洞側ケース９の境となる仕切りプレート８ｆとを有している。いずれも着脱自在に組み立てられている。なお、正面プレート８ａは、部分的に分解ができるように、上段正面プレート８ａａ、中段正面プレート８ａｂ、および下段正面プレート８ａｃの３つに分けられている。下段正面プレート８ａｃは、後述する冷却ファン１３ｂや電解コンデンサ１２ｂの点検・交換の際に取り外す必要があるので、安全に作業ができるように、取っ手８ａｄを設けるとともに、取っ手８ａｄが正面プレート８ａから突出しないように、下段正面プレート８ａｃを、上段正面プレート８ａａや中段正面プレート８ａｂよりも奥側に配置している。

正面プレート８ａ、左側面プレート８ｂ、右側面プレート８ｃ、上面プレート８ｄ、下面プレート８ｅ、回路側ケース８と風洞側ケース９の境となる仕切りプレート８ｆは、ほぼ平板状をしており、上面プレート８ｄと下面プレート８ｅは、穴を開けたり切り欠いたりして形成した冷却用の通風穴８ｄａ，８ｅａを有している。さらに、仕切りプレート８ｆは、後述するスイッチング素子挿入穴８ｆａと、その横に並ぶように、後述するファンブロック貫通穴８ｆｂが形成されている。

また、風洞側ケース９は、左側面部９ａ、右側面部９ｂ、背面部９ｃを有しており、インバータユニット５の背面側から、後述するヒートシンク１１aのベース部１１ａａに着脱自在に取り付けることができる。この風洞側ケース９は、ヒートシンク１１ａに取り付けた状態で、このヒートシンク１１ａを冷却するための冷却風の通風路を形成する風洞となる。

インバータユニット５には、回路側ケース８内に、端子ブロック１０、素子ブロック１１、コンデンサブロック１２、およびファンブロック１３などの各種ブロックが配置されている。

端子ブロック１０は、正面プレート８ａの背面側の傍らにおいて、左側面プレート８ｂ上に、正極側入力端子１０ａと負極側入力端子１０ｂなどを取り付けて構成されている。また、正極側入力端子１０ａと負極側入力端子１０ｂには、これらの端子１０ａ，１０ｂに接続された中継導体１０ａａ，１０ｂａを有している。

素子ブロック１１は、ヒートシンク１１ａと、複数個のスイッチング素子１１ｂと、スイッチング素子１１ｂに接続された中継導体１１ｂａとを有して構成されている。ヒートシンク１１ａは、ベース部１１ａａとフィン部１１ａｂを備えており、ベース部１１ａａの背面に、複数個のスイッチング素子１１ｂを等間隔に密着させて載置している。
ヒートシンク１１ａは、仕切りプレート８ｆに取り付けられる。仕切りプレート８ｆに形成されたスイッチング素子挿入穴８ｆａに、スイッチング素子１１ｂを入れ込んだ状態で、例えば、ボルトを用いて、ベース部１１ａａを仕切りプレート８ｆに締め付け固定している。ベース部１１ａａを仕切りプレート８ｆに締め付け固定することにより、仕切りプレート８ｆのスイッチング素子挿入穴８ｆａの部分における回路側ケース８と風洞側ケース９間を防塵・防水構造にすることができる。さらに、ベース部１１ａａと仕切りプレート８ｆ間にガスケットやパッキンなどのシール部材を介在させることにより、さらに強力に防塵・防水性能を向上することができる。

コンデンサブロック１２は、コンデンサケース１２ａ、複数個、例えば８個の電解コンデンサ１２ｂ、およびラミネートブスバ１２ｃ等を有して構成されている。
このコンデンサブロック１２は、端子ブロック１０と素子ブロック１１との間に配置される。
コンデンサケース１２ａは、複数個、例えば８個の電解コンデンサ１２ｂを一列に並ばせる構成をしており、８つのコンデンサ挿入穴１２ａａを一列に形成している。８個の電解コンデンサ１２ｂは、これらの８つのコンデンサ挿入穴１２ａａに挿入され、締め付けバンド１２ａｂで締め付けてコンデンサケース１２ａに固定される。また、コンデンサケース１２ａの、冷却風の通風方向となる長手方向の第1の端部プレート１２ａｃと第２の端部プレート１２ａｄにはそれぞれ第1の風穴１２ａｅと第２の風穴１２ａｆが形成されている。このコンデンサケース１２ａは、左側面プレート８ｂに固定された上側ケース支持体１２ｄと下側ケース支持体１２ｅ上に載置されて、ネジ等で取り付けられる。
また、コンデンサケース１２ａと下面プレート８ｅとの間には、後述するファンブロック１３が挿入配置される空間が形成されている。
８個の電解コンデンサ１２ｂは、８つのコンデンサ挿入穴１２ａａ内に挿入されて固定された後、上部端子１２ｂａを、絶縁材を間に挟んだ複数枚のブスバで構成されるラミネートブスバ１２ｃに接続している。
電解コンデンサ１２ｂを電力変換装置１の上下方向に直線状に配列し、電解コンデンサ１２ｂ同士を接続するラミネートブスバ１２ｃの幅を電解コンデンサ１列分にすることにより、ラミネートブスバ１２ｃを最小面積にすることができる。
ラミネートブスバ１２ｃは、電解コンデンサ１２ｂと接続されるほか、スイッチング素子１１ｂに接続された中継導体１１ｂａと、正極側入力端子１０ａや負極側入力端子１０ｂに接続された中継導体１０ａａ，１０ｂａに接続されている。
コンデンサブロック１２は、コンデンサケース１２ａに全ての電解コンデンサ１２ｂを固定しているため、回路側ケース８から取り外すときは、コンデンサケース１２ａごと８個の電解コンデンサ１２ｂをすべて一度に取り外すことができ、作業性がよい。
なお、端子ブロック１０とコンデンサブロック１２は、左側面プレート８ｂでなく、右側面プレート８ｃに取り付けるようにしてもかまわない。

ファンブロック１３は、ファンケース１３ａと、ファンケース１３ａに取り付けられた冷却ファン１３ｂとを有して構成されている。
冷却ファン１３ｂによって発生する冷却風は、インバータユニット５内を下側から上側に向かって流れるように設定される。
ファンケース１３ａは、回路側ケース８内に配置される第１のファンケース１３ａａと、風洞側ケース９内に配置される第２のファンケース１３ａｂを有しており、これらは一体的に構成されている。第１のファンケース１３ａａは、第２のファンケース１３ａｂよりも大きく設定されており、第１のファンケース１３ａａと第２のファンケース１３ａｂの境界部には、段差１３ａｃが形成されている。ファンブロック１３をユニットケース７内に挿入・配置した際には、第２のファンケース１３ａｂはファンブロック貫通穴８ｆｂを貫通し、ファンケース１３ａの段差１３ａｃは、仕切りプレート８ｆのファンブロック貫通穴の周囲に押し付けられる。これにより、仕切りプレートのファンブロック貫通穴８ｆｂの部分における回路側ケース８と風洞側ケース９間を防塵・防水構造にすることができる。さらに、ベース部１１ａａと仕切りプレート８ｆ間にガスケットやパッキンなどのシール部材を介在させることにより、さらに強力に防塵・防水性能を向上することができる。

冷却ファン１３ｂは、第１のファンケース１３ａａに取り付けられる第１の冷却ファン１３ｂａと、第２のファンケース１３ａｂに取り付けられる第２の冷却ファン１３ｂを有している。第１の冷却ファン１３ｂａと、第２の冷却ファン１３ｂｂは、ともにフィンガーガード１３ｃａ，１３ｃｂを備えている。
ファンブロック１３は、正面側の最下部から、つまり、下段正面プレート８ａｃがある位置から、インバータユニット５内の、コンデンサケース１２ａの第１の端部プレート１２ａｃと下面プレート８ｅとの間の空間内に、着脱自在に挿入配置される。

コンデンサケース１２ａの第１の端部プレート１２ａｃと下面プレート８ｅとの間の空間内に挿入配置されたファンブロック１３は、風洞側ケース９の背面部９ｃの左右両側に取り付けられている弾性体としての板バネ９ｃａ，９ｃｂで、先端側、つまり背面側を風洞側ケース９に押圧されて支持されている。なお、板バネ９ｃａ，９ｃｂは、先端部が上に反るように傾斜している。
ファンブロック１３の後端側、つまり正面側は、右側（図では上側）がコンデンサケース１２ａの下側にあたる第１の端部プレート１２ａｃにネジ止めされ、左側（図では下側）が下側ケース支持体１２ｆにネジ止めされて、支持されている。また、ファンブロック１３の正面側の中央部には、ファンブロック１３をインバータユニット５内に挿入・抜き出しするために取っ手１３ａｄが設けられている。

ユニットケース７内に挿入配置された第１および第２の冷却ファン１３ｂａ，１３ｂｂは、電力変換装置の駆動とともに回転駆動される。
第１の冷却ファンは、回路側ケース８内に配置されており、端子ブロック１０やコンデンサブロック１２に冷却風を流して、それらのブロック１０，１２を冷却する。なお、電解コンデンサ１２ｂはコンデンサケース１２ａ内に配置されているが、コンデンサケース１２ａの第1の端部プレート１２ａｃと第２の端部プレート１２ａｄにはそれぞれ第1の風穴１２ａｅと第２の風穴１２ａｆが形成されているので、第１の冷却ファン１３ｂａからの冷却風は、これらの風穴１２ａｅ，１２ａｆを通って流れ、電解コンデンサ１２ｂを冷却することができる。
第２の冷却ファン１３ｂｂは、風洞側ケース９内に配置されており、ヒートシンク１１ａのフィン部１１ａｂに冷却風を流して、ヒートシンク１１ａを介してスイッチング素子１１ｂを冷却する。

このような構成において、保守部品である冷却ファン１３ｂと電解コンデンサ１２ｂの交換は、次のようにして行なう。
第１の冷却ファン１３ｂａと第２の冷却ファン１３ｂｂを新しい冷却ファンに交換する作業は、ファンブロック１３を、回路側ケース８から引き出すことにより行なう。
まず、回路側ケース８から下段正面プレート８ａｃを取り外す。下段正面プレート８ａｃは、左側面プレート８ｂ、右側面プレート８ｃ、および下面プレート８ｅに、例えばネジで取り付けられているので、これらのネジを外して、下段正面プレート８ａｃを取り外す。
次に、ファンブロック１３を回路側ケース８と風洞側ケース９から取り外す。
ファンブロック１３は、正面側の第1のファンケース１３ａａの右側が、コンデンサケース１２ａの第１の端部プレート１２ａｃにネジ止めされて支持され、左側が、下側ケース支持体１２ｆにネジ止めされて支持されているので、これらのネジを外す。しかし、ファンブロック１３の背面側、つまり第２のファンケース１３ａｂは、ネジ止めされておらず、風洞側ケース９の背面部９ｃの左右両側に取り付けられている板バネ９ｃａ，９ｃｂで、風洞側ケース９に押圧されて支持されているだけであるので、第1のファンケース１３ａａのネジを外すだけで、ユニットケース７から引く抜くことができる状態になる。この状態で、ファンブロック１３をユニットケース７から引き抜く。ファンブロック１３をユニットケース７から引き抜いた後、第１の冷却ファン１３ｂａと第２の冷却ファン１３ｂｂを、新しい冷却ファン等に交換する。

新しい冷却ファンに交換したファンブロック１３は、逆の手順でユニットケース７内に挿入・配置する。
ファンブロック１３は、ユニットケース７内へ挿入し、第２のファンケース１３ａｂを仕切りプレート８ｆのファンブロック貫通穴８ｆｂに貫通させる。第２のファンケース１３ａｂが仕切りプレート８ｆのファンブロック貫通穴８ｆｂを貫通し終わる際に、ファンケース１３ａの段差が、仕切りプレート８ｆのファンブロック貫通穴８ｆｂの周囲に当たる。これにより、ファンブロック１３の挿入方向の位置決めがなされる。
また、第２のファンケース１３ａｂがファンブロック貫通穴８ｆｂを貫通し終わる前に、第２のファンケース１３ａｂの先端が板バネ９ｃａ，９ｃｂの傾斜部に当たる。そのまま挿入し続けると、板バネ９ｃａ，９ｃｂが第２のファンケース１３ａｂ上に乗り上がり、第２のファンケース１３ａｂを風洞側ケース９の底面部に押し付ける。これにより、ネジ止めすることなく、ファンブロック１３の背面側を支持することができる。
ファンブロック１２の正面側は、第1のファンケース１３ａａの右側を、コンデンサケース１２ａの第１の端部プレート１２ａｃにネジ止めして支持し、左側を、下側ケース支持体１２ｆにネジ止めして支持する。
これにより、冷却ファン１３ｂの交換が完了する。

電解コンデンサ１２ｂを新しい電解コンデンサに交換する作業は、コンデンサケース１２ａを、回路側ケース８から引き出すことにより行なう。
コンデンサケース１２ａは、回路側ケース８から右側面プレート８ｃを取り外した状態で、取り付けや取り外しを行なうので、まず、回路側ケース８から右側面プレート８ｃを取り外す。
右側面プレート８ｃは、上面プレート８ｄ、下面プレート８ｅ、および仕切りプレート８ｆにネジで取り付けられているので、これらのネジを外して右側面プレート８ｃを、上面プレート８ｄ、下面プレート８ｅ、および仕切りプレート８ｆから取り外す。
このときコンデンサブロック１２は、複数の電解コンデンサ１２ｂの上に、これらの電解コンデンサ１２ｂと接続されたラミネートブスバ１２ｃが被さっており、さらにラミネートブスバ１２ｃは、スイッチング素子１１ｂに接続された中継導体１１ｂａと、正極側入力端子１０ａや負極側入力端子１０ｂに接続された中継導体１０ａａ，１０ｂａに接続されている。そこで、ラミネートブスバ１２ｃとこれらとの接続をはずし、ラミネートブスバ１２ｃを回路側ケース８から取り外す。

次に、コンデンサケース１２ａを、回路側ケース８から取り外す。電解コンデンサ１２ｂは、コンデンサケース１２ａを回路側ケース８から取り出さなくても、コンデンサケース１２ａから取り出すことはできる。しかし、コンデンサケース１２ａを、回路側ケース８から取り外した方が、電解コンデンサ１２ｂの交換作業はしやすい。
コンデンサケース１２ａは、回路側ケース８の左側面プレート８ｂに固定された上側ケース支持体１２ｄと下側ケース支持体１２ｅにネジで取り付けられているので、これらのネジを外してコンデンサケース１２ａを回路側ケース８から取り出す。８個の電解コンデンサ１２ｂは、コンデンサケース１２ａの８つコンデンサ挿入穴１２ａａに挿入され、締め付けバンド１２ａｂで締め付けてコンデンサケース１２ａに固定されているので、８つの締め付けバンド１２ａｂを緩めて、８個の電解コンデンサ１２ｂをコンデンサケース１２ａから取り出して、新しい電解コンデンサに交換する。

図６は第２の実施の形態を示すコンデンサブロックＡ１２の斜視図である。わかりやすくするため一部を分解して示している。
この第２の実施の形態では、高出力用に電解コンデンサ１２ｂの数を増やす場合の構成を示している。例えば、電解コンデンサ１２ｂの数が２倍の１６個になった場合、コンデンサケースＡ１２ａは、一列８つのコンデンサ挿入穴が２列形成される。また、これに伴い、ラミネートブスバＡ１２ｃも高出力用になり、増加した電解コンデンサの接続に応じて、各相のブスバおよび絶縁紙の形状が拡大する。
この構造により、部品構成の変更、部品点数を大幅に増加することなく、さらに電解コンデンサの交換作業性を損なうことなく電力変換装置の高出力化に対応することができる。

１ 電力変換装置
２ 筐体
３ コントロールユニット
４ コンバータユニット
５ インバータユニット
６ 電源ユニット
７ ユニットケース
８ 回路側ケース
８ａ 正面プレート
８ａａ 上段正面プレート
８ａｂ 中段正面プレート
８ａｃ 下段正面プレート
８ａｄ 取っ手
８ｂ 左側面プレート
８ｃ 右側面プレート
８ｄ 上面プレート
８ｅ 下面プレート
８ｆ 仕切りプレート
８ｆａ スイッチング素子挿入穴
８ｆｂ ファンブロック貫通穴
９ 風洞側ケース
９ａ 左側面部
９ｂ 右側面部
９ｃ 背面部
９ｃａ 板バネ
９ｃｂ 板バネ
１０ 端子ブロック
１０ａ 正極側入力端子
１０ａａ 中継導体
１０ｂ 負極側入力端子
１０ｂａ 中継導体
１１ 素子ブロック
１１ａ ヒートシンク
１１ａａ ベース部
１１ａｂ フィン部
１１ｂ スイッチング素子
１１ｂａ 中継導体
１２ コンデンサブロック
１２ａ コンデンサケース
１２ａａ コンデンサ挿入穴
１２ａｂ 締め付けバンド
１２ａｃ 第１の端部プレート
１２ａｄ 第２の端部プレート
１２ａｅ 第１の風穴
１２ａｆ 第２の風穴
１２ｂ 電解コンデンサ
１２ｂａ 上部端子
１２ｃ ラミネートブスバ
１２ｄ 上側ケース支持体
１２ｅ 下側ケース支持体
１３ ファンブロック
１３ａ ファンケース
１３ａａ 第１のファンケース
１３ａｂ 第２のファンケース
１３ａｃ 段差
１３ｂ 冷却ファン
１３ｂａ 第１の冷却ファン
１３ｂｂ 第２の冷却ファン
１３ｃ フィンガーガード
１３ｃａ 第１のフィンガーガード
１３ｃｂ 第２のフィンガーガード
Ａ１２ 高出力用のコンデンサブロック
Ａ１２ａ 高出力用のコンデンサケース
Ａ１２ｃ 高出力用のラミネートブスバ

Claims (3)

1. 筐体と、
   前記筐体の内部に配置されたインバータユニットを有し、
   前記インバータユニットが、
   ユニットケースを構成する、着脱可能な側面プレートの内側に着脱自在に配置されたコンデンサブロックと、
   前記ユニットケースに、前面側から着脱自在に挿入配置されたファンブロックとを有し、
   前記コンデンサブロックが、複数のコンデンサ挿入穴を有するコンデンサケースと、前記コンデンサ挿入穴に挿入配置された複数の電解コンデンサと、前記電解コンデンサに接続されたラミネートブスバとを有し、
   前記ファンブロックが、ファンケースと、前記ファンケースに取り付けられた冷却ファンとを有していることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記インバータユニットのユニットケースが、回路側ケースと、風洞側ケースを有し、
   前記ファンブロックが、回路側用の冷却ファンと風洞側用の冷却ファンとを有するとともに、前記回路側ケースと風洞側ケースの両方に跨って挿入配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記ファンブロックは、先端側を弾性体で風洞側ケースに押圧して支持していることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。

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