JP2017103933A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フレーム体が水分の多い環境下に曝される状態で設置しても、水分の浸入を防止でき、フレーム体の放熱による収納本体の回路部への熱の影響を抑制すること。【解決手段】半導体素子が収納された収納本体２０、収納本体２０の後面で冷却体を収納したフレーム体１０、およびフレーム体１０と収納本体２０との連結部分に複数の分割取付板５１，５２の取付板５０を備え、収納本体２０の後面を取り付け壁に平行に設置する電力変換装置であって、連結部分に収納本体２０の前面に直角な断面形状が収納本体２０側で高い段状で分割取付板５１，５２の部分を収納本体２０側に向けて当接可能な収容部１２を周状に設け、収容部１２に分割取付板５１，５２の内周部分を当接し、複数の分割取付板５１，５２の端面５１ｅ，５２ｅ同士を密接して収納本体２０またはフレーム体１０にネジ締め固定する。【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来、昇降機や空調機等の制御において電力変換装置が用いられている。この種の電力変換装置には、主要部品であるパワーモジュールが装置本体の制御室内に収納されるとともに、このパワーモジュールを冷却するためのヒートシンクが設けられている。ヒートシンクは、装置本体を形成するフレーム体を備えて構成されている。

このような電力変換装置において、装置本体の前部側に設けられた回路部が、装置本体の後部側に設けられたヒートシンクからの放熱による影響を少なくするために、装置本体に取り付けられた取付板を介して装置本体を壁面に取り付け、ヒートシンクを壁面の外出し構造とする方法が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、前部に回路部を有する装置本体の後部にヒートシンクを設け、装置本体の外周における回路部とヒートシンクとの境目部分に一連の溝を設け、この溝に取付板の各分割部分を差し込んで相互にネジ締めすることで装置本体に取付板を取り付け、この取付板を壁面にヒートシンクが外に出るように取り付ける電力変換装置の構成が記載されている。

特開２００４−０１５９２０号公報

しかしながら、上述した特許文献１においては、次のような問題があった。すなわち、特許文献１に記載された技術によれば、取付板の各分割部分を溝に差し込んだ上に、これらの分割部分を相互にネジ締めしている。この場合、装置本体への取付板の固定は、溝に対する各分割部分の嵌合のみで行われるため、装置本体に対する取付板の設置強度が低くなるという問題があった。さらに、取付板の各分割部分を相互にネジ締めしていることにより、分割部分の相互にオーバーラップするネジ締め部分において取付板を屈曲させる必要がある。そのため、電力変換装置を、結露の生じるような水分の多い環境下にヒートシンクとなるフレーム体を露出させつつ、取付パネルや盤といった壁板に設置した場合、回路が収納された収納本体側に水分が浸入する可能性が極めて高くなるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、フレーム体が水分の多い環境下に曝されるような状態で設置する場合であっても、外部からの水分の浸入を防止できるとともに、フレーム体の放熱による収納本体の回路部への熱の影響を抑制することができる電力変換装置を提供することにある。

上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置は、内部に電力変換回路を構成する半導体素子が収納された収納本体と、収納本体の後面に取り付けられて半導体素子の冷却体が収納されたフレーム体と、フレーム体と収納本体との連結部分に取り付けられた複数の分割取付板からなる取付板と、を備え、取り付け壁に形成された開口からフレーム体を外部に露出させた状態で、取付板を介して取り付け壁に設置される電力変換装置であって、フレーム体と収納本体との連結部分に、取り付け壁に対向する当接面を有する収容部が周状に設けられ、取付板が、収容部において当接面に当接されているとともに、収納本体またはフレーム体に対してネジ締め固定されていることを特徴とする。

本発明に係る電力変換装置は、上記の発明において、当接面が、連結部分に形成された溝の内側における側面であることを特徴とする。

本発明に係る電力変換装置は、上記の発明において当接面が、連結部分において、フレーム体に対して収納本体がせり出した段差の側面であることを特徴とする。

本発明に係る電力変換装置は、上記の発明において、複数の分割取付板のそれぞれに、ネジ締めにより取り付け壁に螺合可能に構成された取付孔が設けられていることを特徴とする。

本発明に係る電力変換装置は、上記の発明において、収容部における当接面の部分の深さが１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることを特徴とする。

本発明に係る電力変換装置によれば、電力変換装置を、収納本体とフレーム体との連結部分に周状の収容部を設け、この収容部に当接させた複数の分割取付板の端面どうしを互いに密接させつつ、分割取付板を収納本体またはフレーム体に対してネジ締め固定していることにより、フレーム体が水分の多い環境下に曝されるような状態で設置する場合であっても、外部からの水分の浸入を防止するとともに、フレーム体の放熱による収納本体の回路部への熱の影響を抑制することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態による取付板が電力変換装置に設けられた状態を示す斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態による取付板と電力変換装置の全体構成とを示す分解斜視図である。 図３は、本発明の一実施形態による電力変換装置を設置した状態を示す斜視図である。 図４は、図１におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った一部断面図である。 図５は、図２における電力変換装置および分割取付板を下面側から俯瞰した側面図である。 図６は、図１における電力変換装置および分割取付板を下面側から俯瞰した側面図である。 図７は、図２における領域Ｑの部分における取付板との取り付け位置の切欠き部を示す一部斜視図である。 図８は、図１における領域Ｒの部分における取付板の取り付け状態を示す一部斜視図である。 図９は、本発明の一実施形態の変形例を説明するための電力変換装置の下面側を示す下面一部断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。

まず、本発明の一実施形態による電力変換装置について説明する。図１、図２、および図３はそれぞれ、この一実施形態による電力変換装置を示す斜視図、分解斜視図、および設置状態の斜視図である。ここで例示する電力変換装置は、装置本体１を備える。なお、以下の説明における前後上下左右はそれぞれ、図３に示すように装置本体１を起立させた姿勢状態で操作パネルと正対した場合の、手前側、奥側、上側、下側、左側、および右側である。

図１、図２および図３に示すように、装置本体１は、フレーム体１０と収納本体２０とを備えて構成される。フレーム体１０は、上面および下面が開口部を有する直方状をなし、例えばダイカストから構成されている。また、フレーム体１０の上面および下面のいずれか一方におけるフレーム体１０の内部には、冷却ファン（図示せず）が設けられている。そして、この冷却ファンによって、矢印Ａ₀に示すようにしてフレーム体１０の下面から吸気された外気が、矢印Ａに示すようにして上面側に排気される。そして、このフレーム体１０に吸気された外気によって、フレーム体１０内に収納されている冷却フィン等（図示せず）の冷却が行われる。なお、フレーム体１０の冷却においては、冷却ファンによる風力が強いため、フレーム体１０の上面からの粉塵等のゴミの侵入が極めて少なく、仮にゴミの侵入が生じた場合でも冷却フィン等は故障が生じる機器ではないことから問題は生じない。

また、フレーム体１０においては、上面２５側に、電力変換装置を盤などの壁板６０に設置するための取付穴４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂが形成されているとともに、下面２４側に、切欠き部４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂが形成されている。これにより、図示省略するが、必要に応じて、取付ネジ（図示せず）をフレーム体１０の取付穴４４ａ，４４ｂおよび切欠き部４２ａ，４２ｂに貫通させることによって、取り付け壁としての壁板６０に螺合させて、装置本体１を、その収納本体２０の後面が壁板６０に平行になるように設置できる。

収納本体２０は、略直方状の形態を成し、後面に後方開口（図示せず）が形成されているとともに、内部に電力変換回路を構成する半導体素子、およびその半導体素子を制御する制御機器が収納されている。また、収納本体２０は、フレーム体１０の前方域を覆うようにしてフレーム体１０に連結して併設されている。この収納本体２０は、フレーム体１０との間において、様々な制御機器を収納する制御室としての収納空間をなしている。なお、上述したように、フレーム体１０には、半導体素子を冷却するための冷却フィン等の冷却体（図示せず）が収納されているが、フレーム体１０と冷却体とは一体であっても別体であってもよい。

そして、図２に示すように、フレーム体１０と収納本体２０との間の連結部分における、右側面２２側、下面２４側、左側面２３側、および上面２５側を周回した周状部分に、例えば溝などからなる収容部１２が形成されている。そして、図１に示すように、この収容部１２に、板状の取付板５０が嵌合されて設けられている。この取付板５０は、図２に示すように、Ｕ字形の板状部材からなって収容部１２に嵌合可能な少なくとも２つの分割取付板５１，５２から構成される。これらの分割取付板５１，５２は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン（Ｔｉ）、またはアモルファス金属などからなる金属板、もしくは鉄（Ｆｅ）などの任意の金属が板状に成型された後に塗装が施された板材料などから構成される。

図４は、装置本体１が壁板６０に取り付けられた状態において、図１におけるＩＶ−ＩＶ線（前面２１に対して直角な断面）に沿った一部断面図である。図４に示すように、この一実施形態における収容部１２は溝から構成され、前面２１に直角な方向の断面形状が溝形状をなしている。また、溝からなる収容部１２は、溝の底面１２ｂに対して少なくとも収納本体２０側が高い段状部分を有するように形成され、この段差状部分の面が当接面１２ａを構成している。そして、分割取付板５１，５２の略Ｕ字形の内周縁およびその周辺部分が、収容部１２の収納本体２０側、すなわち溝における収納本体２０側の内側面である当接面１２ａに少なくとも当接されている。これにより、装置本体１を、フレーム体１０が結露の生じる環境などの外部に曝されるような状態で設置した場合に、収納本体２０側への外部からの水分の浸入を抑制できる。

また、図２および図４に示すように、分割取付板５１，５２の略Ｕ字形の内周部分は、溝形状の収容部１２における外周部分である溝の底面１２ｂの形状と略一致するように形成されている。これにより、分割取付板５１，５２の内周縁を収容部１２内に密接させて、当接面１２ａと底面１２ｂとにより構成される断面Ｌ字形の面に、分割取付板５１，５２の内周縁部分を当接させることができる。そのため、フレーム体１０が壁板６０の外側といった水分等を多く含む湿気の高い雰囲気に曝されても、収容部１２および取付板５０によって、内側面１２ｃの部分までで水分の浸入が止められ、収納本体２０側に水分が浸入することを抑制できる。ここで、溝形状の収容部１２の深さｄ₀は、例えば１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下にするのが好ましい。深さｄ₀をこのような範囲とすることにより、フレーム体１０と分割取付板５１，５２の加工精度が悪くても溝形状の収容部１２の機能を有効にすることができる。なお、図４においては、収容部１２を溝形状として内側面１２ｃに対して取付板５０が当接しているが、必ずしも溝形状に限定されず、内側面１２ｃの部分も、取付板５０と当接していなくてもよい。

また、図５および図６はそれぞれ、収納本体２０とフレーム体１０との連結部分に分割取付板５１，５２を取り付ける状態を示す、装置本体１を下面２４側から俯瞰した側面図である。

図５および図６に示すように、取付板５０をフレーム体１０と収納本体２０との連結部分に取り付ける場合には、分割取付板５１，５２を、それらの上面５０Ｓが収容部１２の当接面１２ａに密接するように、溝からなる収容部１２に嵌合させる。このとき、図２および図５に示すように、略Ｕ字形の分割取付板５１の端部における分割取付板５１の長手方向に直角な平面状の端面５１ｅと、分割取付板５２における同様の端面５２ｅとが、互いに対向するように、分割取付板５１，５２を収容部１２に嵌合させる。そして、これらの端面５１ｅ，５２ｅを互いに対面状態で面接触により密着させることで、分割取付板５１，５２を互いにすき間無く密着できる。なお、必要に応じて、これらの端面５１ｅ、５２ｅを相互により強力に密着させるために、端面５１ｅ，５２ｅの間に接着剤等を流入させたりレーザ接合させたりすることも可能である。また、この一実施形態においては、端面５１ｅ，５２ｅの面形状を平面状にしているが、端面５１ｅ，５２ｅの面形状を相互に補完する形状の凹凸状にすることも可能である。

これにより、図１および図６に示すように、収納本体２０に取付板５０を固定させた状態においては、分割取付板５１，５２は互いに、密接部５０ａの部分で相互の端面５１ｅ，５２ｅどうしが面接触状態で密着される。この構成によれば、分割取付板５１，５２を互いに連結させるために、分割取付板５１，５２の密接部５０ａの近傍において、特許文献１に記載されているような、分割取付板５１，５２の端部を板厚方向に屈曲させて互いにオーバーラップさせる部分を設ける必要がない。そのため、分割取付板５１，５２の端部を屈曲させることで生じるすき間の発生を防止できるので、すき間を通じてフレーム体１０側から収納本体２０側に水分が浸入する可能性を極めて低くすることができる。

図７は、図２における領域Ｑをフレーム体１０側から俯瞰した斜視図である。図２および図７に示すように、収納本体２０のフレーム体１０との連結部分には、切欠き部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが形成されている。これらの切欠き部２０ａ〜２０ｄは収容部１２に隣接した位置に設けられている。また、この一実施形態においては、収納本体２０の右側面２２側、下面２４側、左側面２３側、および上面２５側に沿った収容部１２の周状部分の外周形状が、切欠き部２０ａ〜２０ｄの形成位置において、長方形の４隅を矩形状に凹ませた形状になっている。

一方、図２に示すように、分割取付板５１，５２の略Ｕ字形の内周部分において、収容部１２の外周形状に沿うように、切欠き部２０ａ〜２０ｄに対応した屈曲部分において内側に突出した矩形状部分が設けられている。そして、分割取付板５１の内側に突出した矩形状部には、係合孔５１ｃ，５１ｄが形成されている。分割取付板５２の内側に突出した矩形状部にも同様に、係合孔５２ｃ，５２ｄが形成されている。

図８は、図１における領域Ｒを収納本体２０側から俯瞰した斜視図である。図１および図８に示すように、収納本体２０の切欠き部２０ａ，２０ｄの位置と分割取付板５１の係合孔５１ｃ，５１ｄの位置とをそれぞれ相互に合わせた状態で取付ネジ等によりそれらを貫通させることにより、収納本体２０に分割取付板５１を螺合させて固定できる。同様に、収納本体２０の切欠き部２０ｂ，２０ｃと分割取付板５２の係合孔５２ｃ，５２ｄとをそれぞれ、互いに位置合わせをした状態で取付ネジ等により貫通させることにより、収納本体２０に分割取付板５２を螺合させて固定できる。これにより、収納本体２０とフレーム体１０との連結部分における収容部１２に、分割取付板５１，５２からなる取付板５０を固定できる。このように、収納本体２０に、取付ネジ等によって取付板５０を固定していることにより、収容部１２における収納本体２０側の当接面１２ａに対して、取付板５０の上面５０Ｓの内周部を圧接させることができる。そのため、収容部１２と取付板５０との間にすき間が生じるのを抑制できるとともに、装置本体１に対する取付板５０の設置強度を十分に確保することができる。

また、図２に示すように、分割取付板５１には、電力変換装置を盤などの壁板６０に設置するための取付穴５１ａ，５１ｂが形成されている。同様に、分割取付板５２にも取付穴５２ａ，５２ｂが形成されている。これにより、図３に示すように、取付板５０を構成する分割取付板５１，５２のそれぞれの取付穴５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂに、取付ネジ（図示せず）を貫通させて壁板６０に螺合させることにより、壁板６０に対してフレーム体１０が外部になるように装置本体１を設置することができる。

また、前面２１には、第１の操作パネル保持部としてのホルダ部２１ａが形成されている。このホルダ部２１ａは、操作手段としての操作パネル３０を着脱自在かつ保持可能に構成されている。操作パネル３０をホルダ部２１ａから取り外した場合、遠隔操作用延長ケーブルを用いることで、操作パネル３０による装置本体１の操作ができる。

また、図１および図２に示すように、外気を収納本体２０内部に給気する吸気口２２ａと、収納本体２０内部の内気を外部に排気する排気口２２ｂとの２つの通気口が設けられている。そして、矢印Ｂ₀に示すように吸気された外気は、矢印Ｂに示すように排気口２２ｂから排気される。また、収納本体２０内部の吸気口２２ａの近傍には吸気ファン２６が設けられ、この吸気ファン２６の回転によって、外気を強制的に給気して収納本体２０内部に導入できる。さらに、収納本体２０内部の吸排気は、フレーム体１０の上面からの排気とは別方向になるため、フレーム体１０の上面から排気される高温の空気の、収納本体２０内部への逆流を防止できる。

また、この一実施形態においては、下面２４および上面２５に通気口を設けていない。これにより、右側面２２の吸気口２２ａから吸気された外気は、熱対流によって収納本体２０の内部をまんべんなく通過して、収納本体２０内の制御機器を放熱して冷却する。そして、収納本体２０の下面２４に通気口を設けていないことにより、吸気ファン２６により吸気された外気が制御機器を放熱することなく下方に抜けてしまって、収納本体２０の内部が冷却されないという問題も生じない。他方、上面２５に通気口が設けられていないため、収納本体２０の上方から収納本体２０内部に粉塵等のゴミが侵入することを防止でき、収納本体２０の制御機器におけるゴミに起因した故障の発生を抑制できる。

（変形例）
次に、上述した一実施形態の変形例について説明する。図９は、この変形例を示す一部断面図である。この変形例による電力変換装置の装置本体２は、収容部１３が、収納本体２０側で高く断面形状がＬ字形状の部分を有する、段差状に形成されている。すなわち、収容部１３の当接面は、フレーム体１０に対して収納本体２０がせり出した段差の側面から構成されている。そして、この収容部１３の段差の大きさｄ₁は、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下が好ましい。段差の大きさｄ₁をこのような範囲とすることにより、フレーム体１０と取付板５０の加工精度が悪くても溝形状の収容部１２の機能を有効にすることができる。これにより、フレーム体１０が水分等を多く含む湿気の高い雰囲気に曝されても、収容部１３および取付板５０によって収納本体２０側への水分の浸入を抑制できる。その他の構成は、上述した一実施形態と同様であるので、説明を省略する。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、装置本体１を、フレーム体１０が水分の多い環境下に曝されるように設置する場合であっても、外部からの収納本体２０側に水分が浸入することを防止でき、電力変換装置の信頼性を向上できるとともに、フレーム体１０の放熱による装置本体１の回路部への熱の影響を抑制することができる。

以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた収納本体２０およびフレーム体１０の構造はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる収納本体およびフレーム体の構造としてもよい。

また、上述の一実施形態においては、分割取付板５１，５２の板状部材の形状をＵ字形にしているが、分割取付板５１，５２の板状部材の形状はＵ字形に限定されず、互いに密着可能な突き当て部を有するＪ字形やＶ字形にすることも可能である。

また、上述の一実施形態においては、収納本体２０におけるフレーム体１０との連結部分に、取付板５０をネジ締めするための切欠き部２０ａ〜２０ｄを形成しているが、必ずしも収納本体２０側に設ける形態に限定されるものではなく、フレーム体１０における収納本体２０との連結部分に、取付板５０をネジ締めするための切欠き部を形成してもよい。すなわち、取付板５０が装置本体１に対してネジ締めにより固定される形態であれば、種々の形態を採用可能である。また、切欠き部２０ａ〜２０ｄに代えてネジ穴としてもよい。

１，２ 装置本体
１０ フレーム体
１２，１３ 収容部
１２ａ 当接面
１２ｂ 底面
１２ｃ 内側面
２０ 収納本体
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ 切欠き部
２１ 前面
２１ａ ホルダ部
２２ 右側面
２２ａ 吸気口
２２ｂ 排気口
２３ 左側面
２４ 下面
２５，５０Ｓ 上面
２６ 吸気ファン
３０ 操作パネル
４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ 取付穴
５０ 取付板
５０ａ 密接部
５１，５２ 分割取付板
５１ｃ，５１ｄ，５２ｃ，５２ｄ 係合孔
５１ｅ，５２ｅ 端面
６０ 壁板

Claims (5)

1. 内部に電力変換回路を構成する半導体素子が収納された収納本体と、
   前記収納本体の後面に取り付けられて前記半導体素子の冷却体が収納されたフレーム体と、
   前記フレーム体と前記収納本体との連結部分に取り付けられた複数の分割取付板からなる取付板と、を備え、
   取り付け壁に形成された開口から前記フレーム体を外部に露出させた状態で、前記取付板を介して前記取り付け壁に設置される電力変換装置であって、
   前記フレーム体と前記収納本体との連結部分に、前記取り付け壁に対向する当接面を有する収容部が周状に設けられ、
   前記取付板が、前記収容部において前記当接面に当接されているとともに、前記収納本体または前記フレーム体に対してネジ締め固定されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記当接面が、前記連結部分に形成された溝の内側における側面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。
3. 前記当接面が、前記連結部分において、前記フレーム体に対して前記収納本体がせり出した段差の側面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。
4. 前記複数の分割取付板のそれぞれに、ネジ締めにより前記取り付け壁に螺合可能に構成された取付孔が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記収容部における前記当接面の部分の深さが１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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