JP2011130524A - 電力変換装置及びエレベータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率を向上して装置の小形化に適し、かつ、据付及び保守点検に要する時間を増大させることないエレベータ制御装置に適した電力変換装置を提供する。
【解決手段】半導体モジュール１５，１７を強制空冷する放熱部２０３を有し、装置前面の吸気口２１０から吸気し、装置上面の排気部２３１，２３２から排気する構造を有し、上面には装置全体を吊上げる際の吊り下げ部材９を奥行方向のほぼ中央に取り付け、上面の吊り下げ部材９よりも背面側は目の粗い開口総面積が大きい背面側排気口２３１で、吊り下げ部材９よりも前面側は目が細かく、開口総面積が前記背面側排気口２３１よりも小さい前面側排気口２３２とした。また、前記前面側排気口２３２を、着脱可能な構造とした。さらに、前記強制空冷の放熱部２０３の幅は、装置の幅に比べて狭く、放熱部２０３の側方に、上面から配線を引き込む際の上側受電端子１１１を配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は電力変換装置に関し、特にエレベータ制御装置に用いて好適な電力変換装置及びエレベータの制御装置に関する。

エレベータ制御装置などに用いられる電力変換装置は一般的に複数の半導体モジュールで構成されており、半導体モジュールの温度上昇を抑制するために強制空冷で放熱されることが多い。高速エレベータでは、昇降路とは別に機械室が設けられることが多いが、機械室面積は十分に広くはないため、制御装置の小形化及びレイアウト自由度が求められる。

また、装置の据付はもとより、定期的な保守点検あるいは部品故障時の交換作業の容易性も、エレベータサービス停止期間の短縮のためには欠かせない要素である。

これらに関して、特許文献１では、薄型放熱器を用いて装置前面から吸気して風を放熱フィンを通した後に折り返して別部分の放熱フィンに通して、再び前面から排気する構造としている。

また、前面に排気しない例として、特許文献２のように、強制空冷部の奥行を小さくして背面より排気する構成がある。

さらに、特許文献３には、前面から吸気し、電力変換器を空冷した後、背面において上下に連通したダクトを設け、天井の後方部に設けた排気口から排気する構造が開示されている。

特開２００６−１６７３号公報 特開２００６−１０３９０５号公報 特開２００６−３１１６７９号公報

特許文献１の例では、放熱フィン部を往復で風が通ること及び折り返す風路となっているため風路の圧力損失が大きく、冷却効率が良くない。そのため、電力変換装置の容量が増大するにつれ、装置体積の増大が懸念される。また、背面から排気しないため、壁面に沿わせて配置できるレイアウト自由度は大きいが、保守通路となる装置前面に排気しているため保守作業の妨げになる可能性がある。

また、特許文献２の場合には、装置下方の自然空冷部分の奥行が大きいため装置を壁面に沿わせて配置することが可能ではあるが、装置上方の奥行が狭いため、部品搬送及び据付時に装置を吊り下げる際の強度不足が懸念される。また、装置上方の奥行方向のスペース効率が悪い欠点がある。

特許文献３では、前面から吸気し、上面から排気する構造となっているが、上面排気口では複数の放熱器からの排気が一括となるにもかかわらず、排気流路および排気口面積が狭いため、圧力損失が大きく、十分な風量を確保できない可能性が高い。

本発明が解決しようとする課題は、冷却効率を向上して装置の小形化に適し、かつ、据付及び保守点検に要する時間を増大させることのない電力変換装置を提供することである。

また、本発明が解決しようとする他の課題は、冷却効率を向上して装置の小形化に適し、かつ、据付及び保守点検が容易なエレベータ制御装置を提供することである。

特に、エレベータ機械室では、床面ダクトからの配線だけでなく、天井面から吊り下げたダクトから配線されている上方引き込みの場合もあり、本発明が解決しようとするさらに他の課題は、どちらの場合でも据付及び保守点検・交換作業が容易な電力変換装置を提供することである。

本発明の望ましい実施態様においては、電力変換器の構成部材である半導体モジュールを盤の上方前部に配置し、前記盤の前面に設けた吸気口から吸気し、前記半導体モジュールを冷却後、その後方の通風路を上方へ通し、前記盤の上面に設けた排気口から排気し、前記半導体モジュールを強制空冷する電力変換装置において、前記盤の上面の奥行方向のほぼ中央部に、前記盤全体を吊上げる際の吊り下げ部材を設置し、前記盤の上面に、奥行き方向のほぼ中央部から前後に分けて前面側排気口と後面側排気口を形成し、前記後面側排気口は、開口総面積が、前記前面側排気口の開口総面積よりも大きいことを特徴とする。

本発明の具体的な実施態様においては、前記後面側排気口は、目の粗い排気口で、前記前面側排気口は、前記後面側排気口よりも目の細かい排気口である。

本発明のより具体的な実施態様においては、前記前面側排気口は、着脱可能である。

本発明のさらに具体的な実施態様においては、前記盤の上面に電源配線を引き込むための着脱可能な配線穴付き蓋を設け、前記配線穴付き蓋の配線穴を前記前面側排気口に隣接して配置し、前記半導体モジュールの放熱部は前記盤の横幅よりも狭く、前記放熱部の側方に、前記盤の上面から前記電源配線を引き込むときに前記配線が接続される受電端子を配置している。

本発明のさらに他の実施態様においては、前記電力変換装置が２つ以上並べて配置された場合に、それぞれの前記吊り下げ部材同士を連結した転倒防止装置を備える。

本発明の望ましい実施態様によれば、半導体モジュールの冷却効率を向上して装置の小形化に適し、かつ、据付及び保守点検が容易な電力変換装置を提供することができる。

本発明の具体的な実施態様によれば、制御盤の小形化に適し、かつ、据付及び保守点検が容易なエレベータ制御装置を提供することができる。

本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施形態の中で明らかにする。

本発明の一実施例によるエレベータ制御装置の盤の内部構造図である。 本発明の一実施例によるエレベータ制御装置の盤の外観図である。 図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。 本発明の一実施例によるエレベータ制御装置の主回路概略構成図である。

以下、本発明の一実施例の詳細について、図面を用いながら説明する。

最初に、一般的なエレベータを駆動する電力変換装置１の概略構成を図４に示す。電源３から上側受電端子１１１に配線され、開閉器１２、電磁接触器１３及びリアクトル１４を介して電力変換回路のコンバータ（整流回路）１５に電力が供給される。コンバータ１５で直流に変換、平滑コンデンサ１６で平滑化され、インバータ（逆変換回路）１７でエレベータ運転に合わせた交流電力に変換される。インバータ１７の出力は、出力端子１９を介して巻上機４に接続され、巻上機４にロープで吊り下げられた乗りかご５及び吊合おもり６を昇降駆動する。

ここでは、コンバータ１５はＰＷＭ整流回路（ＰＷＭコンバータ）として電源側への電力の回生が可能な構成としたため、コンバータ１５及びインバータ１７ともにスイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）を備えており、これらのスイッチング素子を、ゲートドライバ１８（１８１及び１８２）で駆動している。なお、コンバータ１５が単なるダイオード整流回路の場合には、コンバータ１５側のゲートドライバ１８１は不要となる。

また、開閉器１２の二次側から、制御配線端子１３０を介して、制御電源７で制御回路８への給電を行っている。制御回路８からは電磁接触器１３の開閉、ゲートドライバ１８への指令が行われる。その他に図示していないが、電流及び直流電圧を検出して制御回路８に取り込むことによって制御が実行される。

この実施例においては、図４中に二点鎖線で囲んだ部分を電力変換装置１として、一つの筐体（盤）に収める構成にし、制御電源７及び制御回路８は別の筐体に配置することにしている。しかし、図４に示す全ての構成を一つの筐体に収めても構わない。

図１に、本発明の一実施例によるエレベータ制御装置の一部を形成する電力変換装置の内部構造を示す。

図１の（ａ）が、電力変換装置（盤）の扉を開けた状態での正面図であり、図１の（ｂ）がＢ−Ｂ’断面図、図１の（ｃ）が上面図である。

図２には、本発明の一実施例によるエレベータ制御装置の一部を形成する電力変換装置（盤）の外観構造を示す。図２の（ａ）が扉を閉めた状態での正面図、図２の（ｂ）が同じく背面図、図２の（ｃ）は、図２の（ｂ）におけるＤ−Ｄ’断面図である。

図１において、受熱部２０１，ヒートパイプ２０２，放熱部（フィン含む）２０３，吸気ダクト２０４，及び吸気ファン２０５からなる放熱器２を備えている。この放熱器２には、図１の（ｂ）に示す受熱部２０１にコンバータ１５及びインバータ１７を構成する半導体モジュール（ここでは６個）が取り付けられている。受熱部２０１は、半導体モジュールでの熱を受け、ヒートパイプ２０２で上方の放熱部２０３内の放熱フィン（図示せず）に熱を輸送する。放熱フィンには、ファン２０５により図２（ａ）の正面外観図に示す吸気口２１０から、図１（ｂ）に示す吸気ダクト２０４を介して外部から取り込んだ空気が送り込まれる。これにより、半導体モジュールでの熱を放熱し、半導体モジュールの温度上昇を許容範囲以内に抑制できる。

放熱部２０３を通り、温度が上昇した排気は、図１（ｂ）に示すように、仕切板２２によって下方への流路を絶たれ、放熱部２０３の背面から上面の排気口２３１及び２３２から外部に放出される。図１（ｃ）に示すように、上面の奥行き方向のほぼ中央部に吊り下げ部材９が取り付けられており、電力変換装置（盤）１を運搬時に、吊り下げることができる。また、吊り下げ部材９は、据付後には、転倒防止対策として、隣接する同様の電力変換装置（盤）と固定するためにも使われる。すなわち、エレベータが並設され、機械室において、この実施例の電力変換装置（盤）１が２つ以上並べて配置される場合、吊り下げ部材９同士を連結することによって、強固な転倒対策となる。

さて、図１（ｃ）に示すように、上面排気口は、上面の奥行き方向のほぼ中央部に設けられた吊り下げ部材９よりも背面側に、背面側排気口２３１が設けられ、吊り下げ部材９よりも前面側に、前面側排気口２３２が設けられた構成となっている。上面排気口のうち、背面側排気口２３１は開口総面積が大きい、例えば目の粗い排気口構造となっており、一方、前面側排気口２３２は、背面側排気口２３１に比べて開口総面積が小さな、例えば目の細かい排気口構造としている。放熱フィンでの熱伝達は風量、風速が大きいほど高くなり冷却効率が良いため、冷却風路は十分な風量を確保するために圧力損失が低いことが望ましい。従来は、例えば特許文献３のように、上面排気口は盤の上面の奥行き方向のほぼ中央部よりも背面側の領域のうち、さらに一部の小さな領域に設けられているだけであった。しかし、このような従来の構成では、圧力損失が大きく、十分な風量を確保することができない。そこで、本発明では、背面側排気口２３１だけでなく、背面側排気口２３２を設けることにより、圧力損失を低減し、風量を増加させるようにしている。

尚、排気口の開口総面積が大きいほど圧力損失は低いため、冷却効率だけを考えれば、上面はすべて背面側排気口２３１のように開口総面積を大きくすることが好ましい。しかし、前述したように、運搬時の吊り下げに対する強度も考慮せねばならない。この実施例のように、前面側排気口２３２として、背面側排気口２３１に比べて、開口総面積の小さい、図１（ｃ）に示すような排気口２３２構造とすることにより、吊り下げ部材９によって盤全体を吊り下げた場合でも盤全体に十分な強度を持たせることができる。

さて、図１（ａ），（ｂ）に示すように、正面から見て放熱部２０３，ファン２０５及び吸気ダクト２０４の側方（右横）に、上側受電端子１１１（１１１１〜１１１３）があり、盤の上面から電源配線を引き込むときに、これら上側受電端子１１１（１１１１〜１１１３）に配線を接続する。配線作業時には、上面の配線穴付き蓋１０と前面側排気口２３２をそれぞれ着脱可能な構造としているため、速やかに作業ができる。尚、配線穴付き蓋１０の配線穴は、前面側排気口２３２に隣接していることが望ましい。

一方、床ダクトから電源配線を引き込む場合には、図１（ａ）における右下にある下側受電端子１１２に配線を接続する。

ここでは半導体モジュールを含む強制空冷する部品と、上側受電端子１１１（１１１１〜１１１３）及び開閉器１２を、仕切板２４よりも上側に配置し、その他の部品は仕切板２４よりも下方に配置した。

上下いずれかの受電端子１１１または１１２から、開閉器１２，電磁接触器１３及びリアクトル１４を介してコンバータ１５へ配線される。なお、場合によっては、図１及び図４に示していないフィルタ回路などが接続される場合もあるが、そのときには、電力変換装置１内の冷却風路を妨げない位置、すなわち電力変換装置１の下方の空いているスペースに配置する。

コンバータ１５、インバータ１７を構成する半導体モジュールのゲートドライバ１８（１８１，１８２）は、半導体モジュールの直近に置くのが理想であるが、半導体モジュール直近には平滑コンデンサ１６を配置しているため、図示のように下方に配置した。平滑コンデンサ１６を半導体モジュールに近づけて配置することで、配線インダクタンスの低減が可能となり、スイッチング時の有害な跳上り電圧を抑制できる。

また、電力変換装置１とは別の筐体に収めた制御電源７への配線及び制御回路８からの配線は、図１（ａ）の下方の制御配線端子１３０を介して接続される。また、制御回路８からゲートドライバ１８（１８１，１８２）への配線や、図示しない電流センサの信号線に関しては、ノイズ対策等が必要なため、シールド線やコアを取り付けた配線で直接接続しているものもある。

図３は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。上側受電端子取付板２５が、背面側から排気が前方に廻り込むのを抑制している。図３において、総開口面積が大きな背面側排気口２３１の位置を破線で示したが、これを仕切板２２に至るまで投影した部分には、放熱部２０３の若干の出っ張り以外に部品が無いため、冷却風の圧力損失は極めて小さい。

また、ファン２０５が停止している状態では、上面の排気口２３１，２３２から埃等が入る可能性がある。この時、開口総面積が大きいほど入り易いため、前面側の排気口２３２の開口総面積を小さくしたので、端子部などへの塵埃の影響は小さい。背面側の排気口２３１は開口総面積が大きく埃等が入りやすいが、受電端子取付板２５及び仕切板２２で仕切られており、埃等が回り込む可能性は低い。

電力変換装置１の下方では、リアクトル１４が発熱部品である。リアクトル１４からの熱は図２（ｂ）に示した背面の通気口２６により放熱される。通気口２６は、断面構造を図２（ｃ）に示すような鎧戸構造をしており、壁に近接して設置されたり、他の装置と背中合わせに配置されたとしても、通気口が完全に塞がれる懸念のない構造である。なお、図２（ａ）において、前面扉には把手２７がある。また、前面扉にも通気口２６が設けられている。

強制空冷の場合であれば、風速が毎秒数メートルと大きく、背面の通気口２６のような鎧戸構造では圧力損失が大きく適切な風速が得られないが、この実施例のように、自然空冷であれば、このような通気口でも十分である。このため、図２に示すように、正面下方及び背面の通気口２６をこの構造として、装置内に埃を入りにくくしている。

以上で説明した電力変換装置の構造は一例に過ぎず、半導体モジュールあるいはファンの数はここに示す限りではない。ただし、前面から吸気して上面から排気する場合に背面側の排気口２３１の総開口面積に比べ、前面側の排気口の総開口面積を小さくすることによって同様の効果が得られる。

１…電力変換装置、２…放熱器、３…電源、４…巻上機、５…乗りかご、６…吊合おもり、７…制御電源、８…制御回路、９…吊り下げ部材、１０…配線穴付き蓋、１１１（１１１１〜１１１３）…上側受電端子、１１２…下側受電端子、１２…開閉器、１３…電磁接触器、１３０…制御配線端子、１４…リアクトル、１５…コンバータ、１６…平滑コンデンサ、１７…インバータ、１８（１８１，１８２）…ゲートドライバ、１９…出力端子、２０１…受熱部、２０２…ヒートパイプ、２０３…放熱部（フィンを含む）、２０４…吸気ダクト、２０５…吸気ファン、２１０…吸気口、２２…仕切板、２３１…前面側排気口、２３２…背面側排気口、２４…仕切板、２５…上側受電端子取付板、２６…通気口、２７…把手。

Claims (6)

1. 電力変換器の構成部材である半導体モジュールを盤の上方前部に配置し、前記盤の前面に設けた吸気口から吸気し、前記半導体モジュールを冷却後、その後方の通風路を上方へ通し、前記盤の上面に設けた排気口から排気し、前記半導体モジュールを強制空冷する電力変換装置において、
   前記盤の上面の奥行方向のほぼ中央部に、前記盤全体を吊上げる際の吊り下げ部材を設置し、
   前記盤の上面に、奥行き方向のほぼ中央部から前後に分けて前面側排気口と後面側排気口を形成し、前記後面側排気口は、開口総面積が、前記前面側排気口の開口総面積よりも大きいことを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１において、前記後面側排気口は、目の粗い排気口で、前記前面側排気口は、前記後面側排気口よりも目の細かい排気口であることを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１または２において、前記前面側排気口は、着脱可能であることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項３において、前記盤の上面に電源配線を引き込むための着脱可能な配線穴付き蓋を設け、前記配線穴付き蓋の配線穴を前記前面側排気口に隣接して配置し、
   前記半導体モジュールの放熱部は前記盤の横幅よりも狭く、前記放熱部の側方に、前記盤の上面から前記電源配線を引き込むときに前記配線が接続される受電端子を配置したことを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記電力変換装置が２つ以上並べて配置され、それぞれの前記吊り下げ部材同士を連結したことを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の電力変換装置を有するエレベータの制御装置。

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