JP2017099109A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】汎用性の高い電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置1は、回路基板5上に配置されたフィルタ素子410と、回路基板5から離れた位置に配置され、導電性の構造部材とフィルタ素子410との間を導通状態又は非導通状態に切り替えるための切替部420と、フィルタ素子410と切替部420とを電気的に接続するバスバ430と、切替部420と導電性の構造部材との間を電気的に接続するバスバ440と、を備える。【選択図】図5
Description
本開示は、電力変換装置に関する。
特許文献1には、ポンプ制御盤内に設置されるインバータ装置が開示されている。
上記インバータ装置のような電力変換装置には、設置個所に対し柔軟に適応可能な汎用性が求められる。本開示は、汎用性の高い電力変換装置を提供することを目的とする。
本開示に係る電力変換装置は、回路基板上に配置されたフィルタ素子と、回路基板から離れた位置に配置され、導電性の構造部材とフィルタ素子との間を導通状態又は非導通状態に切り替えるための切替部と、フィルタ素子と切替部とを電気的に接続する第一バスバと、切替部と導電性の構造部材との間を電気的に接続する第二バスバと、を備える。
本開示によれば、汎用性の高い電力変換装置を提供することができる。
以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態に係る電力変換装置1は、交流電力(例えば商用の三相交流電力)又は直流電力を所望の周波数の交流電力(例えば三相交流電力)に変換して出力するものである。電力変換装置1は、例えば産業機器の制御システムに利用される。
1.電力変換装置の全体構成
まず、図1〜図3を参照し、電力変換装置1の具体的構成を例示する。以下の説明において、「上下」は、標準的な設置状態における上下を意味する。「前後左右」は、操作パネル(後述)側を前側とし、その逆側を後側とした方向を意味する。図示においては、Z軸正方向が上方であり、X軸正方向が前方である。
まず、図1〜図3を参照し、電力変換装置1の具体的構成を例示する。以下の説明において、「上下」は、標準的な設置状態における上下を意味する。「前後左右」は、操作パネル(後述)側を前側とし、その逆側を後側とした方向を意味する。図示においては、Z軸正方向が上方であり、X軸正方向が前方である。
電力変換装置1は、電力変換用の回路基板5を内蔵する本体2を有する。本体2は、互いに隣接する第一部分3及び第二部分4を有してもよく、回路基板5は第二部分4内に収容されていてもよい。第一部分3は、回路基板5の回路素子を冷却するために用いられてもよい。
より具体的に、本体2は筐体10を有する。筐体10は、回路基板5が配置される第一空間S1と、冷却用の流体の流路FP1を含む第二空間S2とを内部に有する。例えば筐体10は、図2に示すように、ベース筐体20と、第一カバー50と、第二カバー60とを有する。
ベース筐体20は、後方に開放される第一部分30と、前方に開放される第二部分40とを有する。第一部分30及び第二部分40の間は隔壁21により仕切られている(図3参照)。第二部分40には、隔壁21に対向するように回路基板5が設置される。回路基板5の下部には、入力出力用の電線を接続するためのターミナル5cが設けられている。
第一カバー50は、前方から第二部分40に装着され、ターミナル5cを開放した状態で回路基板5を覆う。第一カバー50は、第二部分40と協働して上記第一空間S1を形成する。
第二カバー60は、前方から第一カバー50に装着され、第一カバー50及びターミナル5cを覆う。第二部分40と、第一カバー50と、第二カバー60とによって、本体2の第二部分4が構成される。第二カバー60の前面は、操作パネルとして用いられる。例えば、第二カバー60の前面には、オペレータ6が配置される。
オペレータ6は、電力変換装置1のユーザによる入力を受け付け、電力変換装置1の内部情報を表示する。オペレータ6は第二カバー60の前面に対して着脱自在であってもよい。
図3に示すように、第一部分30は、内部に上記第二空間S2を形成する。第一空間S1及び第二空間S2は、隔壁21により仕切られる。隔壁21に開口が形成される場合、その開口は第二空間S2に属するものとする。すなわち、隔壁21の前面が第一空間S1及び第二空間S2の境界である。
上述した流路FP1は、例えば次のように構成される。第一部分30の下部には、通気口32が形成され、第一部分30の上部には少なくとも一つ(例えば二つ)のファン70が取り付けられる。ファン70が上方又は下方に空気を送ることで、第二空間S2内には、上下方向に沿う気流が形成される。この気流をなす空気が上記冷却用の流体の一例であり、当該空気の流路が流路FP1の一例である。第一部分30によって、本体2の第一部分3が構成される。
第一部分3は、冷却フィン7を有してもよい。冷却フィン7は、例えば回路基板5の回路素子(例えばスイッチング素子)が生じた熱を放熱する。冷却フィン7は、第一部分30内の第二空間S2において、流路FP1に配置されてもよい。
2.ノイズフィルタ
(1)電力変換回路
本体2は、図4に示す電力変換回路90を内部に有してもよい。電力変換回路90は、回路基板5上に配置された回路素子等によって構成される。電力変換回路90は、整流部91と、スイッチング部92とを有する。
(1)電力変換回路
本体2は、図4に示す電力変換回路90を内部に有してもよい。電力変換回路90は、回路基板5上に配置された回路素子等によって構成される。電力変換回路90は、整流部91と、スイッチング部92とを有する。
整流部91は、電源PW1からの交流電力(例えば商用の三相交流電力)を直流に変換する。スイッチング部92は、直流電力を所望の周波数の交流電力(例えば三相交流電力)に変換して、モータM1等の負荷へ出力する。
(2)ノイズフィルタ
電力変換装置1は、ノイズフィルタ400を備えてもよい。ノイズフィルタ400は、電力中のノイズ成分を低減する。ノイズフィルタ400は、回路基板5上に配置されたフィルタ素子410を有し、電力中のノイズ成分(例えば高周波のノイズ成分)を導電性の構造部材に導く。フィルタ素子410は、例えばコンデンサである。以下の説明において、ノイズ成分を低減する対象が交流電力である場合、「一つのフィルタ素子410」は、交流の全相を対象に設けられた複数(例えば四つ)のフィルタ素子410の一セットを意味するものとする。導電性の構造部材は、例えば上述のベース筐体20である。
電力変換装置1は、ノイズフィルタ400を備えてもよい。ノイズフィルタ400は、電力中のノイズ成分を低減する。ノイズフィルタ400は、回路基板5上に配置されたフィルタ素子410を有し、電力中のノイズ成分(例えば高周波のノイズ成分)を導電性の構造部材に導く。フィルタ素子410は、例えばコンデンサである。以下の説明において、ノイズ成分を低減する対象が交流電力である場合、「一つのフィルタ素子410」は、交流の全相を対象に設けられた複数(例えば四つ)のフィルタ素子410の一セットを意味するものとする。導電性の構造部材は、例えば上述のベース筐体20である。
ノイズフィルタ400は、電力変換回路90の複数箇所に設けられてもよい。例えば、ノイズフィルタ400は、交流電力の入力部と、直流電力の出力部(整流部91及びスイッチング部92の間)とに設けられる。
(3)切替部
図5及び図6に示すように、電力変換装置1は、切替部420と、バスバ430,440とを更に備えてもよい。切替部420は、回路基板5から離れた位置に配置され、導電性の構造部材(例えばベース筐体20)とフィルタ素子410との間を導通状態又は非導通状態に切り替える。
図5及び図6に示すように、電力変換装置1は、切替部420と、バスバ430,440とを更に備えてもよい。切替部420は、回路基板5から離れた位置に配置され、導電性の構造部材(例えばベース筐体20)とフィルタ素子410との間を導通状態又は非導通状態に切り替える。
バスバ430(第一バスバ)は、フィルタ素子410と切替部420とを電気的に接続する。バスバ430の一端部は、回路基板5上においてフィルタ素子410に導通した端子に固定される。バスバ430の他端部は切替部420に配置される。バスバ440(第二バスバ)は、切替部420と導電性の構造部材との間を電気的に接続する。バスバ440の一端部はベース筐体20に固定される。バスバ440の他端部は切替部420に配置される。
バスバ430,440は、板状又は棒状の導体である。十分な導電性を確保するために、バスバ430,440は、加工のための意図的な応力を加えない限り変形しない程度の断面を有する。このようなバスバ430,440を用いることにより、ノイズ電流が流れるのに伴う電圧変動を抑制できる。また、バスバ430,440を切替部420の支持部材として利用することも可能である。なお、十分な導電性を確保できる場合には、バスバ430,440は柔軟な被覆電線であってもよい。
切替部420への配線をバスバ430,440によって行うことにより、切替部420を回路基板5から離したことに伴うフィルタ性能の低下を抑制できる。すなわちバスバ430は、フィルタ性能の低下を抑制しつつ、フィルタ素子410と切替部420とを電気的に接続する手段として機能する。バスバ440は、フィルタ性能の低下を抑制しつつ、切替部420と導電性の構造部材との間を電気的に接続する手段として機能する。
切替部420は、バスバ430,440を互いに固定する導電性の固定具421の着脱により、バスバ430,440の間を導通状態又は非導通状態に切り替えるように構成されていてもよい。
例えば固定具421は、金属製のボルトであり、バスバ430,440の少なくとも一方の端部に設けられた開口430a,440aにねじ込まれる。開口430a,440aは、雌ネジ孔である。
固定具421は、バスバ430,440の端部を挟み込むことによって導通させる金属製のクリップであってもよい。この場合、固定具421を挿入するための開口をバスバ430,440に設けなくてもよい。以下では、固定具421は金属製のボルトであるものとして説明を進める。
一例として、切替部420は、固定具421,427と、絶縁ブロック422と、中継板423とを有する。切替部420に配置されるバスバ430の端部には、開口430aが形成されている。切替部420に配置されるバスバ440の端部には、開口440aが形成されている。
絶縁ブロック422は、例えば電気絶縁性の樹脂材料により形成されたブロック部材である。絶縁ブロック422は、開口430aに対応する開口422aと、開口440aに対応する開口422bとを有する。
中継板423は、バスバ430,440と同様の材料により形成され、開口430aに対応する開口423aと、開口440aに対応する開口423bとを有する。
絶縁ブロック422は、中継板423と、バスバ430,440の端部との間に介在する。絶縁ブロック422を挟んだ状態で、バスバ440と絶縁ブロック422とは固定具427により締結される。
例えば固定具427は、金属性のボルトである。固定具427は、開口423b及び開口422bに通されて開口440aにねじ込まれる。これにより、中継板423と絶縁ブロック422とバスバ440の端部とが一体化され、中継板423は固定具427を介してバスバ440と導通する。このため、中継板423は、バスバ440の端部を構成する。すなわち、中継板423は、切替部420の構成部材であるのに加え、バスバ440の構成部材でもある。換言すると、バスバ440は、中継板423を端部に有する。
固定具421は、開口423aと、開口422aとを通して開口430aにねじ込まれる。これにより、中継板423は、固定具421を介してバスバ430とも導通する。固定具421を取り外すと、中継板423はバスバ430から電気的に絶縁される。
絶縁ブロック422は、開口422aと開口423aとの位置ずれを防ぐための突起424,425を有してもよい。突起424,425は開口423a,423bが並ぶ方向に交差する方向で中継板423を挟む。これにより、開口422aと開口423aとの位置ずれが防止される。
絶縁ブロック422は、開口422aと開口430aとの位置ずれを防ぐための突起426を更に有してもよい。これに対応し、バスバ430の端部には、突起426に嵌合する開口430bが更に形成されていてもよい。これにより、開口422aと開口430aとの位置ずれが防止される。突起424,425,426により、開口423a,422a,430aの位置ずれが防止されるので、固定具421の着脱が容易である。
バスバ430,440は、切替部420から離れた位置においても、少なくとも一つの絶縁性のスペーサ450を介して互いに固定されていてもよい。これにより、開口423a,422a,430aの位置ずれがより確実に防止される。
上述したように、電力変換装置1は、複数のフィルタ素子410を有してもよく、複数のフィルタ素子410にそれぞれ対応する複数の切替部420を備えてもよい。この場合、図7に示すように、複数の切替部420は、回路基板5上において複数の切替部420が配置される領域R4に比べ狭い領域R5内に配置されていてもよい。換言すると、複数の切替部420同士の間の距離D2は、複数のフィルタ素子410同士の間の距離D1と比べて小さくてもよい。
切替部420は、筐体10の一面とフィルタ素子410との間において当該一面寄りに配置されていてもよい。例えば切替部420は、図8に示すように、第一カバー50の内面のうち回路基板5に対向する一面SF3(すなわち第二カバー60の操作パネル側の面)と、回路基板5上のフィルタ素子410との間を二等分する仮想面VP1よりも一面SF3側に設けられていてもよい。
筐体10の上記一面には、固定具421を切替部420に配置するための開口が形成されていてもよい。例えば図9に示すように、第一カバー50の一面SF3には、固定具421を切替部420に配置するための開口が形成されていてもよい。すなわち、第一カバー50のうち回路基板5に対向する壁部51には、固定具421を切替部420に配置するための開口50aが形成されていてもよい。これにより、第二カバー60を取り外すことで切替部420の操作が可能となる。
電力変換装置1は、バスバ430,440の少なくとも一方から離れた位置に固定具421を保持するホルダを更に備えてもよい。例えばホルダは、開口50aの周囲に設けられる。図9は、ホルダの一例として、開口50aの周囲にボス52が設けられている場合を例示している。ボス52は、開口50aの周囲において壁部51に設けられており、回路基板5の逆側に突出している。ボス52の端部には、固定具421を装着するための開口52aが形成されている。固定具421がボルトである場合、開口52aは、固定具421のねじ部をねじ込み可能な雌ねじ孔であってもよい。
このようなホルダを設けることにより、バスバ430,440の間を非導通状態とする場合においても固定具421を電力変換装置1内に装着しておくことができるので、固定具421の紛失等を防止できる。更に、固定具421がホルダに装着されているか否かに基づいて、切替部420が導通状態及び非導通状態のいずれであるかを容易に確認できる。従って、電力変換装置1の使い勝手を更に向上させることができる。
切替部420内において、バスバ440は、バスバ430に比べて一面SF3寄りに位置していてもよい。すなわちバスバ440の端部(中継板423)は、バスバ430の端部に比べて一面SF3寄りに位置していてもよい。
3.本実施形態の効果
以上に説明したように、電力変換装置1は、回路基板5上に配置されたフィルタ素子410と、回路基板5から離れた位置に配置され、導電性の構造部材(例えばベース筐体20)とフィルタ素子410との間を導通状態又は非導通状態に切り替えるための切替部420と、フィルタ素子410と切替部420とを電気的に接続するバスバ430と、切替部と導電性の構造部材との間を電気的に接続するバスバ440と、を備える。
以上に説明したように、電力変換装置1は、回路基板5上に配置されたフィルタ素子410と、回路基板5から離れた位置に配置され、導電性の構造部材(例えばベース筐体20)とフィルタ素子410との間を導通状態又は非導通状態に切り替えるための切替部420と、フィルタ素子410と切替部420とを電気的に接続するバスバ430と、切替部と導電性の構造部材との間を電気的に接続するバスバ440と、を備える。
電力変換装置1では、導電性の構造部材とフィルタ素子410との間の導通状態を切替部420により切り替えることで、設置環境に応じて電気的特性を調節できる。切替部420は、回路基板5から離れた位置に配置されるが、導電性の構造部材と切替部420との間、及びフィルタ素子410と切替部420との間はバスバ430及びバスバ440によりそれぞれ接続される。切替部420までの配線にバスバを用いているので、切替部420を基板から離したことによるフィルタ性能の低下は抑制される。このため、フィルタ性能を維持しつつ、ユーザがアクセスしやすい位置に切替部420を配置できる。従って、汎用性の高い電力変換装置1を提供できる。
切替部420は、バスバ430及びバスバ440を互いに固定する導電性の固定具421の着脱により、バスバ430とバスバ440との間を導通状態又は非導通状態に切り替えてもよい。この場合、バスバ430及びバスバ440を機械的に固定可能な部材を利用してバスバ430及びバスバ440の導通状態を切り替えることにより、汎用のスイッチを用いるのに比べ切替部420における接触抵抗を低減できる。従って、切替部420を設けるのに伴うフィルタ性能の低下を更に抑制できる。
電力変換装置1は、複数のフィルタ素子410と、複数のフィルタ素子410にそれぞれ対応する複数の切替部420とを備え、複数の切替部420は、回路基板5上において複数のフィルタ素子410が配置される領域R4に比べ狭い領域R5内に配置されていてもよい。この場合、複数の切替部420を狭い領域R5内に集中配置することで、切替部420へのアクセス性が向上する。
電力変換装置1は、回路基板5を収容する筐体10を更に備え、切替部420は、筐体10の一面SF3とフィルタ素子410との間において一面SF3寄りに配置されていてもよい。この場合、ユーザと回路基板5とを隔てる一面SF3寄りに切替部420が位置することで、切替部420へのアクセス性が更に向上する。
電力変換装置1は、回路基板5を収容する筐体10を更に備え、切替部420は、筐体10の一面SF3とフィルタ素子410との間において一面SF3寄りに配置されており、一面SF3には、固定具421を切替部420に配置するための開口50aが形成されていてもよい。この場合、切り替えの作業性を確保しつつ、バスバ430及びバスバ440の露出を防止できる。
切替部420内において、バスバ440は、バスバ430に比べて一面SF3寄りに位置していてもよい。この場合、バスバ430及びバスバ440を導通状態に切り替える際に、固定具421がバスバ440に先に接触する。従って、固定具421がバスバ430に到達する際に、バスバ430の電荷を直ちに導電性の構造部材に導くことができる。
1…電力変換装置、5…回路基板、10…筐体、50a…開口、410…フィルタ素子、420…切替部、421…固定具、430…バスバ(第一バスバ)、440…バスバ(第二バスバ)、R4…フィルタ素子410が配置される領域、R5…切替部420が配置される領域、SF3…一面。
Claims (6)
- 回路基板上に配置されたフィルタ素子と、
前記回路基板から離れた位置に配置され、導電性の構造部材と前記フィルタ素子との間を導通状態又は非導通状態に切り替えるための切替部と、
前記フィルタ素子と前記切替部とを電気的に接続する第一バスバと、
前記切替部と前記導電性の構造部材との間を電気的に接続する第二バスバと、を備える電力変換装置。 - 前記切替部は、前記第一バスバ及び前記第二バスバを互いに固定する導電性の固定具の着脱により、前記第一バスバと前記第二バスバとの間を導通状態又は非導通状態に切り替える、請求項1記載の電力変換装置。
- 複数の前記フィルタ素子と、
前記複数のフィルタ素子にそれぞれ対応する複数の前記切替部とを備え、
前記複数の切替部は、前記回路基板上において前記複数のフィルタ素子が配置される領域に比べ狭い領域内に配置されている、請求項1又は2記載の電力変換装置。 - 前記回路基板を収容する筐体を更に備え、
前記切替部は、前記筐体の一面と前記フィルタ素子との間において前記一面寄りに配置されている、請求項1〜3のいずれか一項記載の電力変換装置。 - 前記回路基板を収容する筐体を更に備え、
前記切替部は、前記筐体の一面と前記フィルタ素子との間において前記一面寄りに配置されており、
前記一面には、前記固定具を前記切替部に配置するための開口が形成されている、請求項2記載の電力変換装置。 - 前記切替部内において、前記第二バスバは、前記第一バスバに比べて前記一面寄りに位置している、請求項5記載の電力変換装置。
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