JP2017099109A - 電力変換装置 - Google Patents

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。

特開平１１−２２５４９８号公報

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。

電力変換装置の斜視図である。 電力変換装置の分解斜視図である。 電力変換装置の別方向からの斜視図である。 電力変換装置の模式的な回路図である。 切替部周辺の斜視図である。 図５の切替部の分解斜視図である。 切替部の配置を示す模式図である。 切替部の配置を示す模式図である。 切替部と開口との関係を示す断面図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。

Images