JP2013099232A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で簡単に任意の相を選択できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置１００は、ベース部１に、切替用モジュール２を備える。ベース部１の３つの入力用導体１１、１２、１３のうち、２つの入力用導体の接続端子と、切替用モジュール２の３つの中継用導体のうち、２つの中継用導体の一方側の接続端子と、を接続させた際に、該２つの中継用導体６１、６２、６３の他方側の接続端子が、ベース部１の第１及び２出力用導体３１、３２のそれぞれの接続端子と接続されるように構成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、三相交流電力から任意の単相交流にするための電力変換装置に関する。

特許文献１には、増設用分電盤モジュールを主分電盤モジュールに増設・削除可能で、より拡張性が向上した分電盤が開示されている。各分電盤には、配線を介して負荷が接続される。

電源側から入力された三相交流を、負荷側で単相交流として使用する場合には、ＲＳ、ＳＴ、ＲＴ（ＴＲ）のパターンの相をバランスよく使用することが、電力の効率化の観点から、望ましい。そのため、一般的には上述のパターンが混在してしようされている。

三相交流から任意の単相交流を取り出すため、特許文献２には、ベース部の裏面に設けた３本の母線バーに対応する３個のホルダー部に、プラグイン端子を着脱自在にして取り付け可能にしたプラグインアダプタが開示されている。こうすることで、３個のうち、任意の２個のホルダー部に、それぞれプラグイン端子を取り付け、これらの２個のプラグイン端子と、単相負荷用の配線用遮断機の一次側の２極の端子部と接続することができるようになっている。

特開２００７−３００７０６号公報 特開２００６−１０７９１５号公報

しかしながら、プラグインアダプタを使うにあたって、導電バー間の極間短絡や、導電バーと筐体との間の地絡事故等を起こさないよう空間を広く取るか、あるいは導電バーの周りをケーシングにて保護する等の必要がある。そのため、装置が大型化するという問題がある。
また分岐用の回路遮断器と母線バーとを接続する部分において部品点数が多く、組立作業に時間を要してしまい、結果的に製造コストが増大してしまう課題がある。

そこで、本発明の目的は、小型でかつ簡単に任意の相を選択できる電力変換装置を提供するものである。

上述した課題を解決するため、本発明の電力変換装置は、ベース部に、切替用モジュールを搭載することで、外部から入力された三相交流電力を任意の単相交流に切り替え可能な電力変換装置であって、
前記ベース部は、
第１基板と、
前記第１基板に内装され、互いに絶縁された第１、第２及び第３入力用導体と、 前記第１、第２及び第３入力用導体のそれぞれに少なくとも１つ電気的に接続して設けられた複数の接続端子と、
前記第１基板に設けられ、かつ互いに絶縁され、第１及び第２出力用導体と、
前記出力用導体のそれぞれに電気的に接続され、かつ単相負荷と接続可能な複数の接続端子と、
を備え、
前記切替用モジュールは、
第２基板と、
前記第２基板に設けられ、互いに絶縁された第１、第２及び第３中継用導体と、
前記第１、第２及び第３中継用導体のそれぞれに少なくとも２つ設けられた接続端子と、
を備え、
前記ベース部の３つの前記入力用導体のうち、２つの前記入力用導体の前記接続端子と、前記切替用モジュールの３つの前記中継用導体のうち、２つの前記中継用導体の一方側の前記接続端子と、を接続させた際に、
該２つの中継用導体の他方の接続端子が、前記ベース部の前記第１及び２出力用導体のそれぞれの接続端子と接続されるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、小型で簡単に任意の相を選択できる電力変換装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電力変換装置の全体図である。 本発明の実施形態に係るベース部の上面（透視）図である。 本発明の実施形態に係るベース部の斜視（透視）図である。 本発明の実施形態に係る入力用導体及び出力用導体の分解図である。 本発明の実施形態に係る切替用モジュールの斜視（透視）図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の組立図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の組立図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の組立図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の組立図である。 本発明の実施形態における接続端子の配置を説明する図である。

以下に、本発明の代表的な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１００の全体図である。
電力変換装置１００は、三相交流電源から入力される三相交流電力を単相電流に変換する装置であり、ベース部１と、ベース部１に搭載可能な切替用モジュール２とを備えている。ベース部１は、三相交流電力を入力するための３つの入力用接続端子１１ａ、１２ａ、１３ａと、単相負荷に単相電流を出力するための２つの出力用接続端子３１ａ、３２ａを備えている。また、図１に示すようにベース部１は、コネクタ７、８を介して、別のベース部１と電気的に接続可能である。図１では、３つのベース部１を示しているが、３つ以上であってもよい。３つのベース部１の出力用接続端子３１ａ、３２ａは、それぞれ単相負荷Ａ、単相負荷Ｂ、単相負荷Ｃに接続される。これらの単相負荷Ａ、単相負荷Ｂ、単相負荷Ｃに対して、電力効率の観点から異なる相の交流電力を流すほうがよい。そのため、本発明の電力変換装置１００は、ベース部１に搭載する切替用モジュール２の向きによって、異なる相の単相交流を取り出すことができる。本例では、単相負荷ＡにＲ−Ｓ相を、単相負荷ＢにＲ−Ｔ相を、単相負荷ＣにＳ−Ｔ相を出力する例を示すが、本発明の趣旨はこれに限定されるものではなく、様々な組み合わせによって適宜使用することができる。

図２、３、４を参照して、本発明の実施形態に係るベース部の構造を説明する。
図２は、本発明の実施形態に係るベース部の上面（透視）図である。図２に示すように、ベース部１の入力用接続端子１１ａ、１２ａ、１３ａは、入力用導体１１、１２、１３を介して、出力用接続端子１１ｅ、１２ｅ、１３ｅと電気的に接続されている。そのため、図２に示すようにベース部１の出力用接続端子１１ｅ、１２ｅ、１３ｅと、別のベース部１の入力用接続端子１１ａ、１２ａ、１３ａを接続することで、複数のベース部１が電気的に接続される。図２の矢印は、ベース内に流れる電流を示している。入力用接続端子１１ａから入力された電流は、入力用導体１１０を経由して、出力用接続端子１１ｅから出力され、さらに出力された電流は、別のベース部１の入力用接続端子１１ａに入力される。同様に、入力用接続端子１２ａから入力された電流は、入力用導体１２０を経由して、出力用接続端子１２ｅから出力され、さらに出力された電流は、別のベース部１の入力用接続端子１２ａに入力される。入力用接続端子１３ａから入力された電流は、入力用導体１３０を経由して、出力用接続端子１３ｅから出力され、さらに出力された電流は、別のベース部１の入力用接続端子１３ａに入力される。

図３は、本発明の実施形態に係るベース部の斜視（透視）図である。
ベース部１は、ガラスエポキシ材（ＦＲ−４）などの絶縁体からなるプリント基板（第１基板）５と、プリント基板５に内装された入力用導体１１、１２、１３と、プリント基板５に内装された出力用導体３１、３２を備えている。３つの入力用導体１１、１２、１３は、互いに絶縁されている。なお、入力用導体１１、１２、１３は、基板面に平行に設けられた層状の導体部であり、１０Ａ以上の大電流に対応可能なように、それらの厚さは０．３ｍｍ以上である。また、ここでいう「基板に内装」とは、入力用導体が外部に露出しないように基板内に埋め込まれていることを言う。
これらの入力用導体１１、１２、１３の一端には、それぞれ接続端子１１ｄ、１２ｄ、１３ｄが設けられている。これらの接続端子１１ｄ、１２ｄ、１３ｄは、コネクタ７に設けられた入力用接続端子１１ａ、１２ａ、１３ａと電気的に接続されている。この入力用接続端子１１ａ、１２ａ、１３ａには、外部に三相交流電源が接続され、三相交流電力が入力される。接続端子１１ｄ、１２ｄ、１３ｄは、スルーホールを有し、その中にメッキを流すことで、コネクタの入力用接続端子１１ａ、１２ａ、１３ａと電気的接続を取ることができる。

入力用導体１１、１２、１３の他端には、接続端子１１ｅ、１２ｅ、１３ｅが設けられている。これらの接続端子１１ｅ、１２ｅ、１３ｅは、コネクタ８に設けられた出力用接続端子１１ｆ、１２ｆ、１３ｆと電気的に接続されている。接続端子１１ｅ、１２ｅ、１３ｅは、スルーホールを有し、その中にメッキを流すことで、コネクタの入力用接続端子１１ａ、１２ａ、１３ａと電気的接続を取ることができる。

一方、出力用導体３１、３２の一端は、プリント基板５の外部に延出させており、該延出部３１ａ、３２ａに空けた穴に直接下位ブレーカー（不図示）とネジ等で締結できるように構成されている。つまり、該延出部３１ａ、３２ａは、ブレーカーを介して単相負荷と電気的に接続可能な出力用接続端子としての機能を有する。なお、出力用導体３１、３２は、基板面に平行に設けられた層状の導体部であり、１０Ａ以上の大電流に対応可能なように、それらの厚さは０．３ｍｍ以上である。

図４は、ベース部内の入力用導体１１、１２、１３と出力用導体３１、３２の構造を説明するための分解図である。
図４に示すように、入力用導体１１は、接続端子１１ｃにおいて、Ｉ形導体１１１と、コの字形導体１１０を上下方向で電気的に接続した構造を有する。接続端子１１ｃは、スルーホールを有し、その中にメッキを流すことで、Ｉ形導体１１１とコの字形導体１１０との電気的接続をとることができる。
入力用導体１２は、接続端子１２ｇにおいて凸形導体１２１と、Ｓ形導体１２０を上下方向で電気的に接続した構造を有する。接続端子１２ｇは、スルーホールを有し、その中にメッキを流すことで、凸形導体１２１と、Ｓ形導体１２０との電気的接続をとることができる。
入力用導体１３は、接続端子１３ｃにおいて、Ｉ形導体１３１と、コの字形導体１３０を上下方向で電気的に接続した構造を有する。接続端子１２ｃは、スルーホールを有し、その中にメッキを流すことで、Ｉ形導体１３１と、コの字形導体１３０との電気的接続をとることができる。

入力用導体１１のＩ形導体１１１と、入力用導体１２の凸形導体１２１と、入力用導体１３のＩ形導体１３１は、互いに絶縁されながら基板内に同じ高さに形成されている。同様に、入力用導体１１のコの字形導体１１０と、入力用導体１２のＳ形導体１２０と、入力用導体１３のコの字形導体１３０は、互いに絶縁されながら基板内の同じ高さに形成されている。

入力用導体１１のＩ形導体の一端には、基板５の上面から露出された接続端子１１ｂが設けられている。入力用導体１２の凸形導体の両端には、基板５の上面から露出された接続端子１２ｂ、１２ｃが設けられている。入力用導体１３のＩ形導体の一端には、基板５の上面から露出された接続端子１３ｂが設けられている。
なお、本例においては、接続端子１１ｂ、１２ｂ、１２ｃ、１３ｂは、基板の上面のみに空いたネジ穴である。

Ｌ形の出力用導体３１の一端には、基板５の側部から延設された接続端子３１ａが設けられている。また、Ｌ形の出力用導体３１の他端には、基板５の上面から露出された接続端子３１ｂ、３１ｃが設けられている。

Ｉ形の出力用導体３２の一端には、基板５の側部から延設された接続端子３２ａが設けられている。また、出力用導体３２の他端には、基板５の上面から露出された接続端子３２ｂが設けられている。本例においては、接続端子３１ｂ、３１ｃ、３２ｂは、基板の上面のみに空いたネジ穴である。本例においては、接続端子３１ｂ、３１ｃ、３２ｂは、接続端子１１ｂ、１２ｂ、１２ｃ、１３ｂと同じ高さに設けられ、基板５の上面のみに空いたネジ穴である。

なお、本実施形態では、該プリント基板５から外部に導体を延出させて直接ブレーカーなどに接続する構成としたが、例えば、該プリント基板上にコネクタや端子台等を実装し、別途ケーブル等で接続する構成でも良い。

図５を参照して、切替用モジュール２の構造を説明する。図５は、本発明の実施形態に係る切替用モジュールの斜視（透視）図である。
切替用モジュール２は、ガラスエポキシ材（ＦＲ−４）などの絶縁体からなるプリント基板（第２基板）６と、該プリント基板６に内装され、互いに絶縁された中継用導体６１、６２、６３とを有している。

中継用導体６１は、屈曲したＬ字型導体であり、その両端には、中継用導体６１と電気的に接続された接続端子６１ａ、６１ｂを有している。中継用導体６２は、直線状のＩ字型導体であり、その両端には、中継用導体６２と電気的に接続された接続端子６２ａ、６２ｂを備えている。中継用導体６３は、屈曲したＬ字型導体であり、その両端には、中継用導体６３と電気的に接続された接続端子６３ａ、６３ｂを備えている。なお、中継用導体６１、６２、６３は、プリント基板６の内部に内装され、互いに絶縁されている。一方、接続端子６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂは、プリント基板６を貫通したネジ穴であり、プリント基板６の両面から露出されている。なお、なお、中継用導体６１、６２、６３は、基板面に平行に設けられた層状の導体部であり、１０Ａ以上の大電流に対応可能なように、それらの厚さは０．３ｍｍ以上である。

次に、図６乃至図９を参照して、ベース部１と切替用モジュール２とを組み付け方を説明する。
図６は、基準位置（これを０°とする）に配置された切替用モジュール２を、ベース部１に取り付ける状態を説明する図である。
図６（ａ）は、基準位置（搭載角度０°）にある切替用モジュール２を示している。図６（ｃ）は、基準位置にある切替用モジュール２を、ベース部１に組み付ける工程を説明する図である。図６（ｃ）に示すように、切替用モジュール２の接続端子６２ａ、６２ｂが、それぞれベース部１の接続端子１２ｃ、接続端子３１ｂにネジで接続させる。また、切替用モジュール２の接続端子６１ａ、６１ｂが、それぞれベース部１の接続端子１１ｂ、３１ｃにネジで接続させる。図６（ｃ）下図は、切替用モジュール２をベース部１に組み付け後の電力変換装置を示している。
こうすることで、図６（ｂ）に示すように、入力用導体１１が中継用導体６１を介して、出力用導体３１と電気的に接続される。また、入力用導体１２は、中継用導体６２を介して、出力用導体３２に電気的に接続される。よって入力用導体１１がＲ相、入力用導体１２がＳ相、入力用導体１３がＴ相であるとき、出力用導体３１ａはＲ相、出力用導体３２ａはＳ相となり、Ｒ−Ｓ相を出力することができる。

図７は、基準位置から時計回りに２７０°回転させた位置にある切替用モジュール２を、ベース部１に取り付ける状態を説明する図である。
図７（ａ）は、時計回りに２７０°回転させた位置にある切替用モジュール２を示している。図７（ｃ）は、基準位置から時計回りに２７０°回転させた位置にある切替用モジュール２を、ベース部１に組み付ける工程を説明する図である。図７（ｃ）に示すように、切替用モジュール２の接続端子６１ａ、６１ｂが、それぞれベース部１の接続端子３１ｂ、接続端子１３ｂにネジで接続させる。また、切替用モジュール２の接続端子６３ａ、６３ｂが、それぞれベース部１の接続端子１１ｂ、３１ｃにネジで接続させる。図７（ｃ）下図は、切替用モジュール２をベース部１に組み付け後の電力変換装置を示している。
こうすることで、図７（ｂ）に示すように、入力用導体１１が中継用導体６３を介して、出力用導体３１に電気的に接続される。また、入力用導体１３は、中継用導体６１を介して、出力用導体３２に電気的に接続される。よって入力用導体１１がＲ相、入力用導体１２がＳ相、入力用導体１３がＴ相であるとき、出力用導体３１ａはＲ相、出力用導体３２ａはＴ相となり、Ｒ−Ｔ相を出力することができる。

図８は、基準位置から１８０°回転させた位置にある切替用モジュール２を、ベース部１に取り付ける状態を説明する図である。
図８（ａ）は、基準位置から時計回りに１８０°回転させた位置にある切替用モジュール２を示している。図８（ｃ）は、１８０°回転させた位置にある切替用モジュール２を、ベース部１に組み付ける工程を説明する図である。図８（ｃ）に示すように、切替用モジュール２の接続端子６３ｂ、６３ａが、それぞれベース部１の接続端子１３ｂ、接続端子３１ｂにネジで接続させる。また、切替用モジュール２の接続端子６２ａ、６２ｂが、それぞれベース部１の接続端子３１ｂ、１２ｂにネジで接続させる。図８（ｃ）下図は、切替用モジュール２をベース部１に組み付け後の電力変換装置を示している。
こうすることで、図８（ｂ）に示すように、入力用導体１２が中継用導体６２を介して、出力用導体３１に電気的に接続される。また、入力用導体１３は、中継用導体６３を介して、出力用導体３２に電気的に接続される。よって入力用導体１１がＲ相、入力用導体１２がＳ相、入力用導体１３がＴ相であるとき、出力用導体３１ａはＳ相、出力用導体３２ａはＴ相となり、Ｓ−Ｔ相を出力することができる。

図９は、基準位置から時計回りに９０°回転させた位置にある切替用モジュール２を、ベース部１に取り付ける状態を説明する図である。
図９（ａ）は、時計回りに９０°回転させた位置にある切替用モジュール２を示している。この状態で、ベース部１に取り付けると、図９（ｃ）に示すように、切替用モジュール２の接続端子６１ａ、６２ｂが、それぞれベース部１の接続端子１２ｂ、１１ｂに接続される。図９（ｃ）下図は、切替用モジュール２をベース部１に組み付け後の電力変換装置を示している。
しかし、この状態では、図９（ｂ）に示すように、いずれの入力用導体１１、１２、１３も出力用導体３１、３２と接続されておらず、電流が流れない。つまり、作業者が誤って、この状態で、切替用モジュール２をベース部１に取り付けて、電力を導入しても回路が短絡されることはなく、異なる相同士が繋がってしまうことを回避でき、装置の安全性を確保することができる。
以上のように、切替用モジュールは、搭載角度を９０°単位で回転させてもベース部の接続端子と電気的に接続可能であり、かつ搭載角度によって任意の異なる相が出力される。

なお、本例では、ベース部１の接続端子と一対一で切替用モジュールの接続端子を設けたが、本発明の趣旨はこれに限定されず、例えば、ベース部の隣り合う複数の接続端子をコネクトにまとめ、また、切替用モジュールの複数の接続端子を別途コネクタでまとめて、互いに接続するようにしてもよい。

図１０は本発明の実施形態におけるベース部１及び切替用モジュール２の接続端子の配置を説明する図である。
図１０（ａ）に示すように、ベース部１の上面を７×７の正方格子状のマスで表した場合、入力用導体１１の接続端子１１ｂは２Ｅに配置されている。また、入力用導体１２の接続端子１２ｂ、１２ｃは３Ｂ、５Ｂに配置されている。入力用導体１３の接続端子１３ｂは６Ｄに、出力用導体３１の接続端子３１ｂ、３１ｃは３Ｆ、４Ｆに配置されている。出力用導体３２の接続端子３２ｂは５Ｆに配置されている。
なお、本例では、小型化の観点から、ベース部１の形状は、正方形としたが、これに限定されるものではなく、矩形、円形でもよい。しかしながら、ベース部１の接続端子は、そのベース部１の上面の一部に、正方格子状のマスを描いた場合に、上述したような配置にする。また、ベース部１の接続端子の他の配置として、４列に対して、対称に各接続端子を配置してもよい。

図１０（ｂ）に示すように、切替用モジュール２の上面を５×５の正方格子状のマスで表した場合、中継用導体２１の接続端子６１ａ、６１ｂは２ｅ、４ｆに配置される。また、中継用導体６２の接続端子６２ａ、６２ｂは５ｂ、５ｆに配置される。中継用導体６３の接続端子６３ａ、６３ｂは３ｂ、２ｄに配置される。
なお、本例では、切替モジュール２の形状を正方形としたが、これに限定されず、矩形等にしてもよい。例えば、図１０（ｂ）に示す、６列目を削除したり、２ｆ、３ｆを削除したりすることもできる。

以上のように、ベース部１及び切替用モジュール２は、複数の接続端子を規則的に配置することで、前述したように切替用モジュール２の所定角度（本例では９０°）ずつを回転させても、ベース部１と切替用モジュール２とを電気的接続させることができる。即ち、電力変換装置１００は、ベース部１の３つの入力用導体のうち２つの入力用導体の接続端子と、切替用モジュール２の３つの中継用導体のうち２つの中継用導体の一方側の接続端子を接続させた際に、該２つの中継用導体の他方側の接続端子が、前記ベース部の第１及び２出力用導体のそれぞれの接続端子と接続されるように構成されている。よって、本発明の電力変換装置は、切替用モジュール２の搭載角度に応じて、任意の異なる相の単相電流を出力させることができる。

以上、添付図面を参照して本願の好ましい実施形態、実施例を説明したが、本発明はかかる実施形態、実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲のおいて種々の形態に変更可能である。

１ ベース部
２ 切替用モジュール
５ プリント基板（第１基板）
６ プリント基板（第２基板）
１１、１１０、１１１ 入力用導体
１２、１２０、１２１ 入力用導体
１３、１３０、１３１ 入力用導体
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ 接続端子
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ 接続端子
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ 接続端子
３１、３２
出力用導体
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３２ａ、３２ｂ 接続端子
６１、６２、６３ 中継用導体
６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ 接続端子
１００ 電力変換装置

Claims (4)

1. ベース部に、切替用モジュールを搭載することで、外部から入力された三相交流電力を任意の単相交流に切り替え可能な電力変換装置であって、
   前記ベース部は、
   第１基板と、
   前記第１基板に内装され、互いに絶縁された第１、第２及び第３入力用導体と、
   前記第１、第２及び第３入力用導体のそれぞれに少なくとも１つ電気的に接続して設けられた複数の接続端子と、
   前記第１基板に設けられ、かつ互いに絶縁され、第１及び第２出力用導体と、
   前記出力用導体のそれぞれに電気的に接続され、かつ単相負荷と接続可能な複数の接続端子と、
   を備え、
   前記切替用モジュールは、
   第２基板と、
   前記第２基板に設けられ、互いに絶縁された第１、第２及び第３中継用導体と、
   前記第１、第２及び第３中継用導体のそれぞれに少なくとも２つ設けられた接続端子と、
   を備え、
   前記ベース部の３つの前記入力用導体のうち、２つの前記入力用導体の前記接続端子と、前記切替用モジュールの３つの前記中継用導体のうち、２つの前記中継用導体の一方側の前記接続端子と、を接続させた際に、
   該２つの中継用導体の他方の前記接続端子が、前記ベース部の前記第１及び２出力用導体のそれぞれの前記接続端子と接続されるように構成されていることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記切替用モジュールは、前記ベース部への搭載角度を９０°単位で回転させても、前記切替用モジュールの前記接続端子と、前記ベース部の前記接続端子と電気的に接続可能であり、かつ該搭載角度によって前記出力用導体から異なる相が出力されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第１及び第２出力用導体は、前記第１基板に内装され、
   前記第１、第２及び第３中継用導体は、前記第２基板に内装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。
4. 前記入力用導体、出力用導体及び中継用導体の厚さは、０．３ｍｍ以上であり、１０Ａ以上の大電流に対応可能であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。