JP2011160594A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 制御盤内での配線作業が容易で、かつ、冷却部を制御盤外に出して設置することが可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】 交流から直流に電力を変換する電力変換装置、あるいは交流から直流、直流から交流に電力を変換する電力変換装置において、入力端子を、前記電力変換装置正面に配置するとともに、上下に直列的に配列する。さらに、冷却部と回路部を装置奥側と正面側に分離し、冷却部を盤背面外出し設置可能な構造とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交流から直流に電力を変換する電力変換装置に関するものである。

近年交流モータを制御する駆動装置として、電力変換装置が用いられることが多くなってきている。電力変換装置の例としては、交流−直流変換部、直流−交流変換部を備えたもの、あるいは、双方を別装置として構成したものがある。特に大容量が要求される用途については、交流−直流変換部、直流−交流変換部を各々別装置として設置し、容量に応じて、複数の電力変換装置を並列で接続し大容量化を行うことがある。このため、数台の電力変換装置を制御盤内で効率よく配置するための構造が必要とされていた。
この課題を解決するために、従来の電力変換装置では、横幅を極端に小さくした縦長のプロショーンを持つ所謂ブックタイプの外形で構成していた（例えば特許文献１参照）。
この構造によって、制御盤内で電力変換装置を、スペースを取ることなく、横方向に並べて設置することが可能であった。

特開２００７−１２９８３８号公報（図１）

しかしながら、従来の電力変換装置では、次のような問題があった。
（１）入力端子が背面あるいは、装置下部に配置されるため、制御盤内での入力端子の接続作業が非常に難しい。
（２）電力変換装置を複数個接続する場合は、入力端子を接続する接続導体の形状が複雑となり、制御盤の配線スペースを大きくとらなければならない。
（３）また、装置の大容量化に伴い、半導体素子で発生する熱量が膨大となり、冷却の効率化のため、冷却部を制御盤の外に出すことが要求されるが、同一筐体内で冷却部と回路部が空間的に分離できていないため、制御盤の外に出すことができない。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、制御盤内での配線作業が容易で、かつ、冷却部を制御盤外に出して設置することが可能な電力変換装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、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、交流から直流に電力を変換する電力変換装置、あるいは交流から直流、直流から交流に電力を変換する電力変換装置において、入力端子を、前記電力変換装置正面に配置するとともに、上下に直列的に配列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、冷却装置としてヒートシンクを備え、整流素子を前記ヒートシンクのベース上に配置するとともに、前記整流素子と前記入力端子を帯状の導体で接続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、前記整流素子を取り付ける前記ヒートシンクのベース面を前記電力変換装置正面と平行に配置し、前記ヒートシンクのベース面から奥側に、放熱フィンと冷却ファンを有する冷却部を配置し、前記ヒートシンクのベース面から手前側に、前記整流素子、前記導体、前記入力端子、および出力端子を備えた回路部を配置したこと特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記放熱フィンを覆うコの字状の風洞で、冷却風が流れるダクトを構成し、前記風洞は、締付け手段で前記ヒートシンクベースの両側面に固定され、前記締付け手段を緩める、あるいは締めることによって、前記電力変換装置背面から着脱可能であることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記締付け手段が、ねじであることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、帯状の導体を曲げて形成した前記入力端子を、前記製品正面に対して水平方向に配置するとともに、前記帯状の導体を製品正面に対して左右に配置した絶縁体によって支持したことを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、前記入力端子両側に、配線口を備えたことを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、前記冷却部と前記回路部を仕切るフランジ板を、前記ヒートシンクのベースに取り付けるとともに、前記フランジ板の周囲に側板を取り付けて筐体を構成した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。
（１）請求項１，２，６，７に記載の発明によると、入力端子を正面に配置しているため、正面からのアクセスが容易で、配線作業性の良い電力変換装置を提供することができる。また、電力変換装置を複数台並列で接続する場合には、単純な帯形状導体での相互連結が容易である。
（２）請求項３，８に記載の発明によると、冷却部を制御盤外部に外出し設置可能な電力変換装置を提供することができる。
（３）請求項４に記載の発明によると、放熱フィン部を覆う風洞を背面から着脱可能であるため、制御盤設置状態にて、制御盤背面より放熱フィン部の粉塵除去作業が容易となる電力変換装置を提供することができる。

本発明の第１の実施例を示す電力変換装置の斜視図である。 本発明の実施例を示す電力変換装置の分解斜視図である。 本発明の電力変換装置の整流素子配置を示す正面図である。 本発明の電力変換装置のブスバー接続状態を示す正面図である。 本発明の電力変換装置の入力端子配置を示す正面図である。 本発明の電力変換装置の並列接続状態を示す正面図である。 本発明の第２の実施例を示す電力変換装置の背面斜視図である。 本発明の電力変換装置の実施例における接続図である。

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。

図１は、本発明の電力変換装置の第１の実施形態を表す斜視図である。図２は本発明の電力変換装置の実施形態を表す分解斜視図である。図８は本発明の実施例の電力変換装置の回路構成を表す接続図であり、６相交流入力から直流電流に変換する１２相整流型交流−直流電力変換装置の例である。
図８の接続図において、入力端子１から入力された交流電流は整流素子２で構成されるダイオードブリッジ回路３を通り、直流に変換される。変換された直流電流は出力端子４にて出力される。本実施例において整流素子２は１相あたり４個並列で使用されており（合計２４個）、図のように、Ｒ、Ｒ１、Ｓ，Ｓ１、Ｔ、Ｔ１の各相に分類することができる。以上の回路構成における実施形態を以下に説明する。
図１、２において、整流素子２はヒートシンクベース５に取り付けられている。ヒートシンクベース５は放熱フィン６を有しており、放熱フィン６をコの字状の形状をした風洞７で覆うことによってダクト部８を形成している。放熱フィン下方部には冷却ファン９が配置されている。
以上の部品で構成される冷却部１０においては、整流素子２で発生した熱量をヒートシンクベース５から放熱フィン６へと伝え、さらに、冷却ファン９によってダクト部８へ冷却風を流し、放熱フィン６から冷却風を介して装置外部へと放熱を行っている。
次に回路部１１の構成を説明する。
整流素子２は、銅帯等の導電体によって成形されるコモンブスバー２０ａ〜２０ｆによって入力端子１に電気的に接続されている。入力端子１は同様に銅帯によって成形されており、図８の接続図に示す端子符号Ｒ、Ｒ１、Ｓ，Ｓ１、Ｔ、Ｔ１の順に、製品設置状態において製品上部から下部にかけて直列に配置されている。入力端子１は、銅帯をコの字状に曲げて成形しており、図１、２に示すように、長方形のブロック状の絶縁体１２によって両側面に支持されている。フェースカバー２３は、入力端子１を機械的に保護する目的で設置されるが、機械的な保護が必要とされない場合は、取り付けなくともよい。
次に、図３，４，５を用いて、整流素子の配列、整流素子−入力端子間の接続を詳細に説明する。図３は本発明の電力変換装置の素子配置を示す正面図、図４は本発明の電力変換装置のブスバー接続状態を示す正面図、図５は本発明の電力変換装置の入力端子配置を示す正面図である。
図３に示す配列にて、整流素子２はヒートシンク上に配置されている。６相の交流入力に対して、整流素子２は４並列、合計２４個使用されており、図に示すように、Ｒ、Ｒ１、Ｓ，Ｓ１、Ｔ、Ｔ１の各相に分かれて配置されている。整流素子２の端子“１”，“２”，“３”は図８における端子符号“１”，“２”，“３”に対応し、図に示す向きに設置されている。また、ヒートシンクベース５にはフランジ板１９が取り付けられている。図４においては、各相毎に整流素子２の端子”１”がコモンブスバー２０ａ〜２０ｆによってコモン接続されている。整流素子２の端子“２”、“３”は、コモンブスバー（＋相）２２、コモンブスバー（−相）２１によって、全相にわたりコモン接続されている。図５は、入力端子の配置状態を表す正面図である。図４に示すコモン接続されたコモンブスバー２０ａ〜２０ｆは、入力端子１それぞれに接続される。また、コモンブスバー（＋相）２２、コモンブスバー（−相）２１は、それぞれ出力端子（＋相）４、出力端子（−相）４に接続される。図２から分かるように、入力端子１は、銅帯をコの字上に成形したものであり、整流素子配列上においては、各相毎に交互になるように配置し、製品正面においては、入力端子１は上部から下部にかけて直列上に配置した状態となっている。入力端子１は両端を垂直に曲げた部分を有しており、この部分にてブロック状の絶縁体１２を介して、両側板１３に支持されている。また、両側板１３はフランジ板１９の両側面に取りけられ、電力変換装置の筐体を構成している。
次に、本発明による電力変換装置の使用形態について、図６を使用して説明する。
図６は本発明の電力変換装置の並列接続状態を示す正面図である。
本実施例では、本発明の電力変換装置を２台並列で使用するために、制御盤の制御盤内設置ベース上に設置している。お互いの入力端子１は帯状の導電体からなるコモンブスバー１４で互いに接続され、さらに制御盤内で、図とは別の場所に設置された外部入力端子まで外部入力端子連結ブスバー１５にて接続される。また、出力端子４は電力変換装置上部において、直流連結ブスバー２７によって、制御盤内の出力ブスバー１６（直流ブスバー（＋）２６、直流ブスバー（−）２５）に接続されている。本使用例においては、電力変換装置の入力端子１が正面に配置され、左右からの接続が容易であることから、お互いを接続する導電体が直線状の帯形状をした単純な形状で構成することができ、配線スペースも必要とせず、配線作業も非常に簡単に行うことができる。また、本電力変換装置は、入力端子１へのアクセスが左右どちらからも同じように行うことができるため、制御盤内の外部入力端子が制御盤内の左右どちらに位置されていても同様の配線が可能であり、また電力変換装置を３並列以上で接続する場合においても、配線を同様の手法にて行うことができる。

図７は本発明の第２の実施形態を表す分解斜視図であり、電力変換装置を背面から見た状態の斜視図である。
図７において、コの字状に形成された風洞７はヒートシンクベース５の左右両側面に、ねじ１８により固定している。ねじ１８を止めるための穴は、Ａ、Ｂ拡大図から分かるように、端面にて、Ｕ次状の切り欠き形状となっており、ヒートシンクベース５両側のねじ１８を緩めることによって風洞７を取り外すことが可能である。
ヒートシンクベース５に取り付けられたフランジ板１９を境界として冷却部と回路部に分けられるが、このフランジ板１９によって段差部１７を形成している。この段差部１７にて、一定幅の平面部が境界全周に作られる。本電力変換装置の冷却部を外出しにして制御盤に設置する場合、制御盤背面坂に設けた風洞７が入る程度の抜き穴に本電力変換装置の冷却部を挿入し、前述の段差によって生じた平面部を盤背面板に当てながら制御盤に固定することによって、制御盤内部の機密性を保ちつつ冷却効率の優れた制御盤構成とすることができる。平面部にはガスケット等のシール材を挟み込むことによって、さらに機密性の向上を図ることが可能である。また、本設置状態において盤背面より電力変換装置背面の風洞７にアクセス可能であり、前述したヒートシンクベース５両側面のねじ１８を緩めることによって風洞７を取り外して放熱フィン６を掃除することが可能である。

このように本発明によれば、入力端子が装置正面に配置されており、製品左右からの配線接続が可能であり、冷却部と回路部が製品奥行き方向に分離され、さらに段差部を有しているため、配線性、並列相互接続性の優れた冷却部盤外設置可能な電力変換装置を提供することができる。

１ 入力端子
２ 整流素子
３ ダイオードブリッジ回路
４ 出力端子
５ ヒートシンクベース
６ 放熱フィン
７ 風洞
８ ダクト部
９ 冷却ファン
１０ 冷却部
１１ 回路部
１２ 絶縁体
１３ 側板
１４ コモンブスバー
１５ 外部入力端子連結ブスバー
１６ 出力ブスバー
１７ 段差部
１８ ねじ
１９ フランジ板
２０ａ コモンブスバー（Ｒ相）
２０ｂ コモンブスバー（Ｒ１相）
２０ｃ コモンブスバー（Ｓ相）
２０ｄ コモンブスバー（Ｓ１相）
２０ｅ コモンブスバー（Ｔ相）
２０ｆ コモンブスバー（Ｔ１相）
２１ コモンブスバー（−相）
２２ コモンブスバー（＋相）
２３ フェースカバー
２４ 天板
２５ 直流ブスバー（−）
２６ 直流ブスバー（＋）
２７ 直流連結ブスバー

Claims (8)

1. 交流から直流に電力を変換する電力変換装置、あるいは交流から直流、直流から交流に電力を変換する電力変換装置において、入力端子を、前記電力変換装置正面に配置するとともに、上下に直列的に配列したことを特徴とする電力変換装置。
2. 冷却装置としてヒートシンクを備え、整流素子を前記ヒートシンクのベース上に配置するとともに、前記整流素子と前記入力端子を帯状の導体で接続したことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記整流素子を取り付ける前記ヒートシンクのベース面を、前記電力変換装置正面と平行に配置し、前記ヒートシンクのベース面から奥側に、放熱フィンと冷却ファンを有する冷却部を配置し、前記ヒートシンクのベース面から手前側に、前記整流素子、前記導体、前記入力端子、および出力端子を備えた回路部を配置したこと特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記放熱フィンを覆うコの字状の風洞で、冷却風が流れるダクトを構成し、前記風洞は、締付け手段で前記ヒートシンクベースの両側面に固定され、前記締付け手段を緩める、あるいは締めることによって、前記電力変換装置背面から着脱可能であることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記締付け手段は、ねじであることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 帯状の導体を曲げて形成した前記入力端子を、前記製品正面に対して水平方向に配置するとともに、前記帯状の導体を製品正面に対して左右に配置した絶縁体によって支持したことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
7. 前記入力端子両側に、配線口を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
8. 前記冷却部と前記回路部を仕切るフランジ板を、前記ヒートシンクのベースに取り付けるとともに、前記フランジ板の周囲に側板を取り付けて筐体を構成したことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。

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