JP2012156199A - 電力変換装置及び電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】設置前の上下方向の寸法の増大を抑制することが可能な電力変換装置及び電気機器を提供する。
【解決手段】電気機器１０は、上部に第１及び第２の排気孔４６が形成された筐体２１と、
第１の排気孔４６に設けられた排気装置３０ａと、第２の排気孔４６に設けられ、排気装置３０ａに代替する予備排気装置３２ａとを備え、排気装置３０ａ及び予備排気装置３２ａが、それぞれ、筐体２１の内部のエアを第１及び第２の排気孔４６から外部に排出する排気ファン３６と、第１及び第２の排気孔４６をそれぞれ覆う蓋体３８と、蓋体３８を上下方向に移動可能に支持するリンク機構４０とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、電力変換装置及び電気機器に関する。

特許文献１には、機器中に２つの冷却ファンを装備し、一方のファンが故障した場合、もう一方のファンを駆動するバックアップファン切替構造が記載されている。
このバックアップファン切替構造においては、２つの冷却ファンが隣同士並べられてＶ字状に配置されるとともに、このＶ字状の角度よりも小さい角度のＶ字状の塞ぎ板が、冷却ファンの間に、冷却ファンの間を支点として回動可能に配置されている。
従って、バックアップファン切替構造は、塞ぎ板の一方が運転を開始した冷却ファンの排気孔を開けたときに、他方の塞ぎ板が故障ファンの排気孔を塞ぐように構成されている。
特許文献１に記載されたバックアップファン切替構造は、機器の上部から上方へ突出している。

また、特許文献１には、第３の従来技術として、機器に取付けられた冷却ファンとバックアップファンのそれぞれの排気口に、風圧に支えられて上下動し、上にあがったときに排気口を開放する塞ぎ板が設けられた、塞ぎ板支え方式のバックアップファン切替構造が記載されている。
この第３の従来技術に記載されたバックアップファン切替構造は、特に、塞ぎ板を上下方向にガイドする複数の支柱が機器の上部から上方へ突出している。

特開２００４−１１２８９９号公報

ここで一般に、電気機器は、例えば輸送上の観点から、設置前の上下方向の寸法に制限が設けられる場合がある。
本発明は、設置前の上下方向の寸法の増大を抑制することが可能な電力変換装置及び電気機器を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る電気機器は、上部に第１及び第２の排気孔が形成された筐体と、
前記第１の排気孔に設けられた排気装置と、
前記第２の排気孔に設けられ、前記排気装置に代替する予備排気装置とを備え、
前記排気装置及び前記予備排気装置が、それぞれ、前記筐体の内部のエアを前記第１及び第２の排気孔から外部に排出する排気ファンと、
前記第１及び第２の排気孔をそれぞれ覆う蓋体と、
前記蓋体を上下方向に移動可能に支持するリンク機構とを備える。

第１の発明に係る電気機器において、前記リンク機構は、少なくとも３つのリンク部を有し、
前記リンク部が、一端部が、実質的に水平方向に延びる第１の軸回りに回転可能となるように、前記筐体に設けられた第１のリンク部材と、
一端部が、実質的に水平方向に延びる第２の軸回りに回転可能となるように、前記第１のリンク部材の他端部に設けられ、他端部が、実質的に水平方向に延びる第３の軸回りに回転可能となるように、前記蓋体に設けられた第２のリンク部材とを有する。

第１の発明に係る電気機器において、前記排気装置の排気ファンに異常が発生したと判断した後に、前記予備排気装置の排気ファンを運転する制御装置を備える。

前記目的に沿う第２の発明に係る電力変換装置は、商用電源に接続される入力トランスを有する入力トランス部と、
前記入力トランスの出力を電力変換するための単位電力変換器を有する電力変換部とを備え、
前記入力トランス部及び前記電力変換部が、それぞれ、上部に第１及び第２の排気孔が形成された筐体と、
前記第１の排気孔に設けられた排気装置と、
前記第２の排気孔に設けられ、前記排気装置に代替する予備排気装置とを有し、
前記排気装置及び前記予備排気装置が、それぞれ、前記筐体の内部のエアを前記第１及び第２の排気孔から外部に排出する排気ファンと、
前記第１及び第２の排気孔をそれぞれ覆う蓋体と、
前記蓋体を上下方向に移動可能に支持するリンク機構とを有する。

本発明に係る電力変換装置及び電気機器においては、本発明の構成を有さない場合と比較して、設置前の上下方向の寸法の増大を抑制することが可能である。

本発明の一実施の形態に係るインバータの正面図である。 同インバータが有する各排気装置及び各予備排気装置の配置図である。 同インバータの側断面図である。 同インバータの内部構成図である。 同インバータの各排気装置及び各予備排気装置が有する蓋体及びリンク機構の斜視図である。 同インバータの各排気装置及び各予備排気装置が有する蓋体及びリンク機構の側面図である。 同インバータの各排気装置及び各予備排気装置が有する蓋体及びリンク機構の正面図である。 同インバータの各排気装置及び各予備排気装置が有するリンク機構に設けられた回転部の構造図である。 同インバータの各排気装置及び各予備排気装置の側面図である。 同インバータの各排気装置及び各予備排気装置の正面図である。 同インバータの各排気装置及び各予備排気装置の動作を示す説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、各図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。

図１及び図２に示す本発明の一実施の形態に係る直列多重インバータ（電力変換装置の一例、以下、単に「インバータ」という。）１０は、入力トランス部１１、電力変換部１２、及び制御部１３とを有している。なお、電力変換装置は、電気機器の一例として捉えることも可能である。
インバータ１０の筐体２１は、第１〜第３の筐体部１５ａ〜１５ｃが連結されて構成されている。

入力トランス部１１は、インバータ１０を正面視して左側に位置する第１の筐体部１５ａ及びこの第１の筐体部１５ａの内部に設けられた入力トランス１４（図４参照）を有している。
入力トランス１４には、１次側に１次巻線２２が設けられている。１次巻線２２には、商用電源（三相交流電源）２４が接続される。入力トランス１４の２次側には、１次側とは絶縁された、例えば、第１〜第９の２次巻線２６が設けられている。
なお、入力トランス部１１の第１の筐体部１５ａの前面右側には、内部の入力トランス１４を保守するための第１の前扉２７ａが設けられている。

図１及び図３に示す電力変換部１２は、インバータ１０を正面視して中央部に位置する第２の筐体部１５ｂ及びこの第２の筐体部１５ｂの内部に設けられた電力変換器１６（図４参照）を有している。
電力変換器１６は、例えば、線間電圧が３．３ｋＶや６．６ｋＶの３相高圧電源を、誘導電動機等の交流負荷２８に供給することができる。電力変換器１６は、例えば、各出力相につき３つ設けられ、入力トランス１４の各出力を電力変換するためのセルインバータ（単位電力変換器の一例）１９で構成されている（図３参照）。
なお、電力変換部１２の第２の筐体部１５ｂの前面右側には、内部の電力変換器１６を保守するための第２の前扉２７ｂが設けられている。

図１に示す制御部１３は、インバータ１０を正面視して右側に位置する第３の筐体部１５ｃ及びこの第３の筐体部１５ｃの内部に設けられた制御装置１８（図４参照）を有している。
制御装置１８は、複数の光通信線１７により、セルインバータ１９と接続されている。制御装置１８は、光通信を介して必要な信号を各セルインバータ１９に送信することにより、セルインバータ１９に電力変換動作を行わせることができる。
また、制御装置１８は、光通信を介して、予め決められた周期で、各セルインバータ１９の内部の予め決められた箇所の電圧、電流、及び温度等を監視することができる。
なお、制御部１３の第３の筐体部１５ｃの前面には、内部の制御装置１８を保守するための第３の前扉２７ｃが設けられている。

インバータ１０は、図１に示すように、第１及び第２の筐体部１５ａ、１５ｂの前面に、それぞれ、例えば、３つの第１及び第２の防塵用のフィルタ装置２０ａ、２０ｂを有している。
インバータ１０は、第１の筐体部１５ａの天井部分に、例えば３台の第１の排気装置３０ａ及び１台の第１の予備排気装置３２ａを有している（図２参照）。第１の予備排気装置３２ａは、３台の第１の排気装置３０ａのうち、いずれか１台が故障した際に稼働する予備の排気装置である。第１の予備排気装置３２ａは、１台のみ設けられている。
また、インバータ１０は、第２の筐体部１５ｂの天井部分に、例えば２台の第２の排気装置３０ｂ及び１台の第２の予備排気装置３２ｂを有している。第２の予備排気装置３２ｂは、第２の排気装置３０ｂのうち、いずれか１台が故障した際に稼働する予備の排気装置である。第２の予備排気装置３２ｂは、１台のみ設けられている。

第１のフィルタ装置２０ａ（図１参照）から吸入されたエアは、主として第１の筐体部１５ａの内部の入力トランス１４（図４参照）を冷却して、第１の排気装置３０ａにより第１の筐体部１５ａから排出される。また、第２のフィルタ装置２０ｂから吸入されたエアは、例えば図３の矢印で示すように、主として第２の筐体部１５ｂの内部のセルインバータ１９を冷却して、第２の排気装置３０ｂにより第２の筐体部１５ｂから排出される。

次に、第１の排気装置３０ａ及び第１の予備排気装置３２ａ並びに第２の排気装置３０ｂ及び第２の予備排気装置３２ｂについて詳細に説明する。

第１の排気装置３０ａ及び第１の予備排気装置３２ａ並びに第２の排気装置３０ｂ及び第２の予備排気装置３２ｂは、それぞれ、図９及び図１０に示す排気ファン３６と、図５〜図１０に示す蓋体３８及びリンク機構４０とを有している。

各排気ファン３６は、図９に示すように、筐体２１の天井部分を形成する天井板４２に取り付けられた排気ファン固定部材４４を介して、第１及び第２の筐体部１５ａ、１５ｂの天井板４２の下側に取り付けられている。排気ファン３６は、筐体２１の天井板４２に形成された排気孔４６（図２参照）から、筐体２１の内部のエアを上方に排出することができる。なお、第１及び第２の排気装置３０ａ、３０ｂがそれぞれ設けられた排気孔４６は、第１の排気孔の一例である。第１及び第２の予備排気装置３２ａ、３２ｂがそれぞれ設けられた排気孔４６は、第２の排気孔の一例である。

排気ファン３６は、回転数に応じてパルス信号を出力する回転センサ（不図示）を有している。この回転センサは、制御装置１８に接続されている。従って、回転センサからのパルス信号を受信しなくなった場合、又はパルス信号を受信する間隔が予め決められた範囲からずれた場合には、制御装置１８は、排気ファン３６が故障したものと判断する。

各蓋体３８は、図５に示すように、平面視すると例えば矩形状の板である。蓋体３８は、排気孔４６を覆うように配置されている。蓋体３８の材質は、金属又は樹脂である。

リンク機構４０は、図９及び図１０に示すように、基端部にて、天井板４２と平行に延びて配置されるブラケット４８を介して、排気ファン固定部材４４に連結されている。また、リンク機構４０は、図５〜図７に示すように、先端部にて、蓋体３８に連結されている。リンク機構４０は、蓋体３８を上下方向に移動可能に支持することができる。
詳細には、リンク機構４０は、図５〜図７に示すように、例えば蓋体３８の角部の下側に配置された４つのリンク部５０を有している。各リンク部５０は、一方向に延びる板状の第１及び第２のリンクプレート５２ａ、５２ｂを有している。第１及び第２のリンクプレート５２ａ、５２ｂの材質は、金属又は樹脂である。

第１のリンクプレート（第１のリンク部材の一例）５２ａは、その一端部にて、天井板４２と平行に延びる（水平方向に延びる）第１の軸Ｊ１を有する第１の回転部５４ａを介して、ブラケット４８の端部に設けられている。従って、第１のリンクプレート５２ａは、一端部にて、第１の軸Ｊ１回りに、ブラケット４８に対して相対回転することができる。なお、ここに言う「平行」とは、厳密な意味での平行ではない。即ち、「平行」とは、設計上、製造上の誤差が許容され、「実質的に平行」という意味である（以下、同様）。具体的には、例えば、―１０度〜＋１０度の範囲内で天井板４２と第１の軸Ｊ１が交差していればよい。また、「水平」とは、厳密な意味での水平ではない。即ち、「水平」とは、設計上、製造上の誤差が許容され、「実質的に水平」という意味である（以下、同様）。具体的には、例えば、―１０度〜＋１０度の角度ずれは許容される。

第２のリンクプレート（第２のリンク部材の一例）５２ｂは、その一端部にて、天井板４２と平行に延びる（水平方向に延びる）第２の軸Ｊ２を有する第２の回転部５４ｂを介して、第１のリンクプレート５２ａの他端部に設けられている。従って、第２のリンクプレート５２ｂは、一端部にて、第２の軸Ｊ２回りに、第１のリンクプレート５２ａに対して相対回転することができる。
また、第２のリンクプレート５２ｂは、その他端部にて、天井板４２と平行に延びる第３の軸Ｊ３（図７参照）を有する第３の回転部５４ｃを介して、蓋体３８の角部の下面に固定されたブラケット５６に設けられている。従って、第２のリンクプレート５２ｂは、他端部にて、第３の軸Ｊ３回りに、蓋体３８に対して相対回転することができる。

ここで、第２の回転部５４ｂは、図８に示すように、第１のリンクプレート５２ａの他端部に形成された孔６０ａ及び第２のリンクプレート５２ｂの一端部に形成された孔６０ｂの内側を円筒状の円筒部材６２が貫通するように構成されている。円筒部材６２の両端部は、ワッシャ６４ａ、６４ｂを介して、互いに締結されたナット６６ｂ及び円筒部材６２の内部を通るボルト６６ａにより挟まれている。よって、第１のリンクプレート５２ａ及び第２のリンクプレート５２ｂは、第２の回転部５４ｂ（第２の回転軸Ｊ２）にて、互いに相対回転することができる。第１及び第３の回転部５４ａ、５４ｃも同様の構成である。

このように、リンク機構４０は、第１及び第２のリンクプレート５２ａ、５２ｂが第１〜第３の回転軸Ｊ１〜Ｊ３回りに回転することにより、上下方向に伸縮することができる。従って、蓋体３８は、排気ファン３６が排出するエアの圧力を受け、上下方向に移動することができる。
特許文献１の第３の従来技術として記載された、塞ぎ板支え方式のバックアップファン切替構造は、上下方向に移動する塞ぎ板がガイドに対して大きく傾く状態が生じ、塞ぎ板とガイドとの間にこじれが発生することがある。しかし、本実施の形態に係る排気装置は、リンク機構４０を有しているため、第１及び第２のリンクプレート５２ａ、５２ｂが円筒部材６２に対して大きく傾くことが抑制される。また、第１及び第２のリンクプレート５２ａ、５２ｂが円筒部材６２上をスライドするわけではないので、こじれ等が発生する可能性が塞ぎ板支え方式に比べて低減される。

次に、第１の排気装置３０ａ及び第１の予備排気装置３２ａ並びに第２の排気装置３０ｂ及び第２の予備排気装置３２ｂの動作、特に、第１及び第２の排気装置３０ａ、３０ｂに異常が生じた場合の動作について説明する。但し、第２の排気装置３０ｂ及び第２の予備排気装置３２ｂは、第１の排気装置３０ａ及び第１の予備排気装置３２ａと同様に動作するため、第１の排気装置３０ａ及び第１の予備排気装置３２ａについてのみ説明する。

まず、インバータ１０が動作していない場合は、いずれの排気ファン３６も動作せず、第１の排気装置３０ａ及び第１の予備排気装置３２ａのリンク機構４０は、図１１の上図に示すように、それぞれ縮んだ状態である。即ち、各蓋体３８が排気孔４６（図２参照）を塞いでいる。

次に、第１の排気装置３０ａの全ての排気ファン３６が動作している場合（いずれの排気ファン３６にも異常が発生していない場合）には、第１の予備排気装置３２ａの排気ファン３６は運転を停止している。第１の予備排気装置３２ａは、図１１の上図に示すように、リンク機構４０が縮んだ状態であり、第１の予備排気装置３２ａの蓋体３８は、排気孔４６を塞いでいる。なお、第１の排気装置３０ａは、排気ファン３６が動作しているため、排気ファン３６が排出するエアの風圧を受けて、蓋体３８が上昇した状態となる。

ここで、何らかの要因により、第１の排気装置３０ａのうち、いずれかの排気ファン３６の回転が例えば停止すると、制御装置１８が回転センサが出力するパルス信号を受信できなくなり、制御装置１８は、排気ファン３６に異常が発生したものと判断する。その後、制御装置１８は、異常が生じたと判断した排気ファン３６の運転を停止する。具体的には、制御装置１８は、排気ファン３６の駆動電流を流さないようにする。異常が生じたと判断された第１の排気装置３０ａの蓋体３８は、排気ファン３６の運転が停止することにより、エアの圧力を受けることがなくなり、下方へと移動し、排気孔４６を塞ぐ。

制御装置１８は、その後、第１の予備排気装置３２ａの排気ファン３６の運転を開始する。第１の予備排気装置３２ａの排気ファン３６が第１の排気装置３０ａの停止した排気ファン３６に代替して運転を開始すると、図１１の中図に示すように、排気ファン３６が排出するエアの風圧を受けてリンク機構４０が伸び、蓋体３８が上方へ移動する。蓋体３８は、図１１の下図に示すように、更に上方へ移動する。蓋体３８の高さ位置は、主として、蓋体３８の自重による下方向の力とエアの風圧による上方向の力とのバランス状態によって定まる。なお、リンク機構４０が伸び切って、死点に到達することを防止するために、蓋体３８の重さは、主としてエアの風圧に基づいて設定されている。

本実施の形態で示したように、異常が生じたと判断された排気装置の蓋体３８が排気孔４６を塞ぐため、この排気孔４６からエアが流入することが抑制される。即ち、筐体２１の密閉性の低下が抑えられ、インバータ１０の冷却効率の低下が抑制される。
また、インバータ１０の設置前においては、蓋体３８が上昇しないので、上下方向の寸法の増大が抑制される。

なお、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能である。例えば、前述の実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて発明を構成する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。

前述の実施の形態においては、第１及び第２の筐体部１５ａ、１５ｂに対して、それぞれ第１の排気装置３０ａ及び第１の予備排気装置３２ａ並びに第２の排気装置３０ｂ及び第２の予備排気装置３２ｂが設けられていたが、これに限定されるものではない。筐体部と排気装置の配置は、任意でよい。
更に言えば、第１〜第３の筐体部１５ａ〜１５ｃが連結されて１つの筐体が形成されることに限定されるものでもない。

また、前述の実施の形態においては、蓋体は、４つのリンク部５０によって蓋体を支持されていたが、少なくとも３つのリンク部によって蓋体が３点以上で支持されれば良い。

リンク機構が伸び切って、死点に到達することを防止するために、リンク機構にストッパを設けることも可能である。

電気機器の他の例として、ロボットの制御装置、ポンプの制御装置、工作機械の制御装置、プラントの制御装置、防災監視システムの制御装置、及び配電盤等が挙げられる。
また、電気機器の更に他の例として、サーバラックに収納された電子計算機等が挙げられる。

なお、前述の実施の形態にて説明したインバータ１０は、慣用的に「インバータの制御盤」と呼ばれる場合がある。

１０：インバータ、１１：入力トランス部、１２：電力変換部、１３：制御部、１４：入力トランス、１５ａ：第１の筐体部、１５ｂ：第２の筐体部、１５ｃ：第３の筐体部、１６：電力変換器、１７：光通信線、１８：制御装置、１９：セルインバータ、２０ａ：第１のフィルタ装置、２０ｂ：第２のフィルタ装置、２１：筐体、２２：１次巻線、２４：商用電源、２６：２次巻線、２７ａ：第１の前扉、２７ｂ：第２の前扉、２７ｃ：第３の前扉、２８：交流負荷、３０ａ：第１の排気装置、３０ｂ：第２の排気装置、３２ａ：第１の予備排気装置、３２ｂ：第２の予備排気装置、３６：排気ファン、３８：蓋体、４０：リンク機構、４２：天井板、４４：排気ファン固定部材、４６：排気孔、４８：ブラケット、５０：リンク部、５２ａ：第１のリンクプレート、５２ｂ：第２のリンクプレート、５４ａ：第１の回転部、５４ｂ：第２の回転部、５４ｃ：第３の回転部、５６：ブラケット、６０ａ、６０ｂ：孔、６２：円筒部材、６４ａ、６４ｂ：ワッシャ、６６ａ：ボルト、６６ｂ：ナット

Claims (4)

1. 上部に第１及び第２の排気孔が形成された筐体と、
   前記第１の排気孔に設けられた排気装置と、
   前記第２の排気孔に設けられ、前記排気装置に代替する予備排気装置とを備え、
   前記排気装置及び前記予備排気装置が、それぞれ、前記筐体の内部のエアを前記第１及び第２の排気孔から外部に排出する排気ファンと、
   前記第１及び第２の排気孔をそれぞれ覆う蓋体と、
   前記蓋体を上下方向に移動可能に支持するリンク機構とを備えた電気機器。
2. 請求項１記載の電気機器において、前記リンク機構は、少なくとも３つのリンク部を有し、
   前記リンク部が、一端部が、実質的に水平方向に延びる第１の軸回りに回転可能となるように、前記筐体に設けられた第１のリンク部材と、
   一端部が、実質的に水平方向に延びる第２の軸回りに回転可能となるように、前記第１のリンク部材の他端部に設けられ、他端部が、実質的に水平方向に延びる第３の軸回りに回転可能となるように、前記蓋体に設けられた第２のリンク部材とを有する電気機器。
3. 請求項１又は２記載の電気機器において、前記排気装置の排気ファンに異常が発生したと判断した後に、前記予備排気装置の排気ファンを運転する制御装置を備えた電気機器。
4. 商用電源に接続される入力トランスを有する入力トランス部と、
   前記入力トランスの出力を電力変換するための単位電力変換器を有する電力変換部とを備え、
   前記入力トランス部及び前記電力変換部が、それぞれ、上部に第１及び第２の排気孔が形成された筐体と、
   前記第１の排気孔に設けられた排気装置と、
   前記第２の排気孔に設けられ、前記排気装置に代替する予備排気装置とを有し、
   前記排気装置及び前記予備排気装置が、それぞれ、前記筐体の内部のエアを前記第１及び第２の排気孔から外部に排出する排気ファンと、
   前記第１及び第２の排気孔をそれぞれ覆う蓋体と、
   前記蓋体を上下方向に移動可能に支持するリンク機構とを有する電力変換装置。
   
   

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