JP2023020651A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無停電電源装置の筐体内の発熱体に冷却空気を当てることができる無停電電源装置を提供する。
【解決手段】無停電電源装置は、吸気口を有する前面板、及び排気口を有する背面板を有する筐体と、モータ部及び羽根を有し、排気口の近傍に配置されたファンと、前面板と背面板との間に延設され、筐体内を第１空間と第２空間とに分ける第１仕切板と、第１空間における吸気口から排気口に向かう流路に、ファンによる吸気能力を集中させた第１風洞を画定する第１風洞部材と、第２空間における吸気口から排気口に向かう流路に、ファンによる吸気能力を集中させた第２風洞を画定する第２風洞部材とを備え、モータ部は、第１仕切板の端部に対向し、羽根の回転面は、第１空間及び第２空間の両方に対向している。
【選択図】図５

Description

本発明は、無停電電源装置に関する。

特許文献１は、前面カバーの近傍に送風機を設け、無停電電源装置の筐体内部に外部の冷却空気を供給する無停電電源装置を開示している。

特開２０００－２３２７９２号公報

特許文献１の無停電電源装置は、前面側に送風機を設け、筐体内部に外部の冷却空気を供給するので、送風機の近傍（流路の上流側）に配置される発熱体（スイッチング素子など）を効率的に冷却することが期待できる。
本発明者は、無停電電源装置の筐体内の発熱体に適度な風量・温度の冷却空気を当てることを検討し、本発明を着想した。

本発明は、無停電電源装置の筐体内の発熱体に冷却空気を当てることができる無停電電源装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る無停電電源装置は、吸気口を有する前面板、及び排気口を有する背面板を有する筐体と、モータ部及び羽根を有し、前記排気口の近傍に配置されたファンと、前記前面板と前記背面板との間に延設され、前記筐体内を第１空間と第２空間とに分ける第１仕切板と、前記第１空間における前記吸気口から前記排気口に向かう流路に、前記ファンによる吸気能力を集中させた第１風洞を画定する第１風洞部材と、前記第２空間における前記吸気口から前記排気口に向かう流路に、前記ファンによる吸気能力を集中させた第２風洞を画定する第２風洞部材とを備え、前記モータ部は、前記第１仕切板の端部に対向し、前記羽根の回転面は、前記第１空間及び前記第２空間の両方に対向している。

上記態様によれば、ファンの吸気能力が高まり発熱体に冷却空気を当てることができる。

無停電電源装置の正面図である。 無停電電源装置の背面図である。 ＵＰＳの内部構造を示す背面図である。 ＵＰＳの内部構造の第１例を示す側面図である。 ＵＰＳの内部構造の第２例を示す側面図である。

無停電電源装置は、吸気口を有する前面板、及び排気口を有する背面板を有する筐体と、モータ部及び羽根を有し、前記排気口の近傍に配置されたファンと、前記前面板と前記背面板との間に延設され、前記筐体内を第１空間と第２空間とに分ける第１仕切板と、前記第１空間における前記吸気口から前記排気口に向かう流路に、前記ファンによる吸気能力を集中させた第１風洞を画定する第１風洞部材と、前記第２空間における前記吸気口から前記排気口に向かう流路に、前記ファンによる吸気能力を集中させた第２風洞を画定する第２風洞部材とを備え、前記モータ部は、前記第１仕切板の端部に対向し、前記羽根の回転面は、前記第１空間及び前記第２空間の両方に対向している。

無停電電源装置は、吸気口を有する前面板、及び排気口を有する背面板を有する筐体と、モータ部及び羽根を有し、前記排気口の近傍に配置されたファンと、前記前面板と前記背面板との間に延設され、前記筐体内を第１空間と第２空間とに分ける第１仕切板と、前記第１空間及び前記第２空間の一方に配置されたＡＣ／ＤＣコンバータと、前記第１空間及び前記第２空間の他方に配置されたＤＣ／ＡＣコンバータとを備え、前記モータ部は、前記第１仕切板の端部に対向し、前記羽根の回転面は、前記第１空間及び前記第２空間の両方に対向していてもよい。

上記構成によれば、排気口の近傍に配置されたファンにより、吸気口から排気口に向かう冷却空気の流れ（流路）が形成される。筐体内を第１空間と第２空間とに分ける第１仕切板が前面板と背面板との間に延設されている。

仮に、第１空間及び第２空間それぞれに対応してより小型のファンを２個取り付けた場合、２個のファンのモータ部が排気口を塞ぐこと、及び各ファンの羽根の回転面の面積が比較的小さいことによって、第１空間及び第２空間それぞれの流路での吸気能力を高めることができない。

しかし、上記構成によれば、ファンのモータ部は、第１仕切板の端部に対向しているので、吸気機能が無いモータ部が、ファンの吸気能力に与える影響を低減できる。ファンの羽根の回転面は、第１空間及び第２空間の両方に対向し、また回転面の面積を比較的大きくできるので、第１空間及び第２空間それぞれに形成される流路での吸気能力が高い。

第１空間内の流路の中に、第１風洞部材によって、ファンによる吸気能力を集中させた第１風洞が画定され、第１風洞内に配置された発熱体に冷却空気を当てることができる。また、第２空間内の流路の中に、第２風洞部材によって、ファンによる吸気能力を集中させた第２風洞が画定され、第２風洞内に配置された発熱体に冷却空気を当てることができる。

交流の入力電源が正常の場合、ＡＣ／ＤＣコンバータは、入力電源から供給される交流電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖ、ＡＣ１２０Ｖなど）を直流電圧に変換し、変換した直流電圧をＤＣ／ＡＣコンバータへ出力する。ＤＣ／ＡＣコンバータは、ＡＣ／ＤＣコンバータから供給される直流電圧を交流電圧に変換し、変換した交流電圧を負荷へ出力する。ＤＣ／ＡＣコンバータは、入力電源の交流電圧の変動に対して、所定範囲内の安定した交流電圧を出力する。このように、通常、ＡＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣ／ＡＣコンバータは、両方とも稼動し発熱体となる。第１空間及び第２空間の一方にＡＣ／ＤＣコンバータを配置し、他方にＤＣ／ＡＣコンバータを配置することにより、発熱体を分散させるとともに、発熱体に冷却空気を効率的に当てることができる。

無停電電源装置は、前記第１空間及び前記第２空間の一方に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータを備えてもよい。

入力電源が異常の場合、ＡＣ／ＤＣコンバータは動作を停止し（発熱が減少ないし停止し）、代わりに、ＤＣ／ＤＣコンバータが、バッテリから供給される直流電圧を昇圧し、昇圧した直流電圧をＤＣ／ＡＣコンバータへ出力する。すなわち、ＡＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータのうち、入力電源が正常の場合にはＡＣ／ＤＣコンバータが主な発熱体となり、入力電源が異常の場合にはＤＣ／ＤＣコンバータが主な発熱体となる。ＤＣ／ＤＣコンバータが、ＡＣ／ＤＣコンバータが配置された空間（第１空間及び第２空間の一方）に配置されれば、ＡＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータの両方が発熱する機会が少ないことから、当該空間での発熱量を低減できる。

無停電電源装置は、前記前面板と前記背面板との間に延設され、前記筐体内に前記第１空間及び前記第２空間とは別の第３空間を形成する第２仕切板と、前記第３空間に配置されたバッテリとを備えてもよい。

上記構成によれば、第２仕切板によって形成された第３空間にバッテリを配置するので、第１空間及び第２空間の発熱体によって、バッテリの周囲の温度が上昇することを抑止し、バッテリの長寿命化を図ることができる。

以下、図面を参照しながら、無停電電源装置の実施形態を説明する。

本明細書において、「縦置き」とは、「横置き」したときよりも、設置面から上端までの高さが高くなる無停電電源装置の姿勢を意味する。「横置き」とは、「縦置き」したときよりも、設置面から上端までの高さが低くなる無停電電源装置の姿勢を意味する。
「縦方向」とは、設置面に対し、ほぼ垂直な方向を意味する。すなわち、「縦方向」は、無停電電源装置の設置面に対して垂直な方向であってもよいし、垂直方向から若干逸脱するが垂直方向に近い方向であってもよい。
「水平方向」とは、設置面に対し、ほぼ平行な方向を意味する。すなわち、「水平方向」は、無停電電源装置の設置面に対して平行な方向であってもよいし、平行方向から若干逸脱するが平行方向に近い方向であってもよい。

図１は無停電電源装置１０の正面図であり、図２は無停電電源装置１０の背面図である。以下、無停電電源装置１０をＵＰＳ１０とも称する。ＵＰＳ１０は、その内部に蓄電池（複数のバッテリー、図示せず）が収容されており、商用電源の停電時にその蓄電池が放電して所定時間（例えば約１０分間）にわたり負荷に電力を供給する。ＵＰＳ１０は、蓄電池を内蔵せず、蓄電池が外付けされるものであってもよい。ＵＰＳ１０の前面板１１には、操作ボタンやインジケータを含む操作表示部１２が設けられている。代替的に、操作表示部１２は前面板１１以外の箇所に設けられてもよいし、通信を用いてＵＰＳ１０を遠隔操作・遠隔監視できるようにして操作表示部１２を機能縮小または排除してもよい。

本実施形態では、前面板１１は、樹脂製のカバー１３とその内表面に隣接して配置された金属板１８（図４参照）とにより構成されている。代替的に、前面板１１は単一の板により構成されてもよい。

図１に示す樹脂製のカバー１３は、ＵＰＳ１０を横置きした状態で横方向に延びる、多数の細長い板（第１板、第２板）を有する。第１板１３１は、前側に位置して、縦方向に間隔をあけて配置されている。第２板１３２は、第１板１３１よりやや後側（図１の紙面における奥側）に位置して、縦方向に間隔をあけて配置されている。正面視において、第１板１３１の間隔を通してＵＰＳ１０の内部が見えないよう、第２板１３２が配置されている（正面視における第１板１３１間の隙間を、第２板１３２が塞いでいる）。第１板１３１と第２板１３２との間には隙間があり、隙間が吸気口として機能する。この樹脂製のカバー１３はその広い面積にわたって（そのほぼ全域にわたって）、吸気口が形成されている。

樹脂製のカバー１３の内表面に隣接して配置された金属板１８（図４参照）は、樹脂製のカバー１３と同様に、その広い面積にわたって吸気口として機能する開口部１８１（図４参照）が設けられている。

図２に示すＵＰＳ１０の背面板１４には、負荷を接続するためのソケット（アウトレット）１６が４個設けられている。ソケット１６の数は４個に限定されない。また、背面板１４には、背面板１４の内表面に隣接して設けられたファン１７の排気口１５が設けられている。すなわち、背面板１４は、排気口１５を有し、ファン１７は排気口１５の近傍に配置されている。背面板１４とファン１７との間はほぼ密着していてもよいし、隙間があってもよい。
本明細書では、ＵＰＳ１０の前面板１１（図１参照）と背面板１４とをつなぐ方向を「前後方向」と称する。

ＵＰＳ１０は、前後方向に沿って、前面板１１及び背面板１４それぞれの辺を繋ぐように第１側板２１、第２側板２２、第３側板２３、及び第４側板２４を有する。第１側板２１と第２側板２２とは対向配置され、第３側板２３と第４側板２４とは対向配置されている。ＵＰＳ１０の筐体は、上述した金属板１８、背面板１４に加え、第１側板２１、第２側板２２、第３側板２３、及び第４側板２４を有する。

図３はＵＰＳ１０の内部構造を示す背面図である。図３は、背面板１４を取り外した状態を示す。ＵＰＳ１０は、前面板１１と背面板１４との間で前後方向に延設され、筐体内を第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とに分ける第１仕切板３１を備える。第１仕切板３１は、第１側板２１と平行に配置されている。さらに、ＵＰＳ１０は、前面板１１と背面板１４との間で前後方向に延設され、筐体内を、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２とは別の第３空間Ｓ３に分ける第２仕切板３２を備えてもよい。第２仕切板３２は、第１仕切板３１と平行に配置されている。

ファン１７は、モータが内蔵された円筒状のモータ部１７１、及びモータ部１７１の外周に固定された複数の羽根１７２を備える。羽根１７２は、回転することにより、回転面１７３を形成する。ファン１７は、モータ部１７１が第１仕切板３１の端部に対向し、羽根１７２の回転面１７３が第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２の両方に対向するように取り付けることができる。

モータ部１７１の外径寸法と、羽根１７２の径方向の長さとを対比すると、小型のファンでは、一般的に、羽根１７２の長さに比べてモータ部１７１の外径寸法が同程度または長くなり、ファン全体の大きさに占めるモータ部１７１の割合が大きい。仮に、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２それぞれに、小型のファンを２個取り付けた場合、２個のファンのモータ部が排気口を塞ぎ、また、ファンの羽根の回転面の面積が比較的小さいため、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２それぞれの流路での吸気能力を高めることができない。

一方、本実施形態のファン１７は、比較的大型のファンであり、モータ部１７１の外径寸法に比べて羽根１７２の長さが長く、ファン１７全体の大きさに占めるモータ部１７１の割合が小さい。そして、ファン１７のモータ部１７１は、第１仕切板３１の端部に対向しているので、吸気機能が無いモータ部１７１が、ファン１７の吸気能力に与える影響を低減できる。ファン１７の羽根１７２の回転面１７３は、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２の両方に対向し、また回転面１７３の面積を比較的大きくできるので、ファン１７は第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２に形成される流路での吸気能力が高い。

図４はＵＰＳ１０の内部構造の第１例を示す側面図である。図４は、第３側板２３を取り外した状態を示す。図４に示すように、モータ部１７１は、第１仕切板３１の端部に対向している。羽根１７２の回転面１７３は、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２の両方に対向している。モータ部１７１は、第１仕切板３１の端部に対向しているので、ファン１７全体のうち吸気機能が無いモータ部１７１が、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２に対向する面積が小さくなる。また、小型のファン（例えば、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２それぞれに取り付けられる２個のファン）に比べて、ファン１７は羽根１７２の大きさ（面積）、すなわち回転面１７３の面積が大きいので、第１空間Ｓ１及び第２空間に形成される流路での吸気能力が高い。

排気口１５の近傍に配置されたファン１７により、吸気口１８１から排気口１５に向かう冷却空気の流れ（流路）が形成される。筐体内を第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とに分ける第１仕切板３１が前面板１１と背面板１４との間に延設されているので、吸気口１８１から排気口１５に向かう冷却空気の流れ（図４の矢印）が第１空間Ｓ１内及び第２空間Ｓ２内に形成される。

第１空間Ｓ１には、発熱体としてのＡＣ／ＤＣコンバータ４１が配置されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、スイッチングデバイス、リアクトル、及びヒートシンクなどを有する。第２空間Ｓ２には、発熱体としてのＤＣ／ＡＣコンバータ４２が配置されている。ＤＣ／ＡＣコンバータ４２は、スイッチングデバイス、リアクトル、及びヒートシンクなどを有する。第３空間Ｓ３には、バッテリ４４を配置してもよい。第３空間Ｓ３は必須の構成ではない。第３空間Ｓ３を具備しない場合には、バッテリ４４は、第１空間Ｓ１又は第２空間Ｓ２に配置されてもよく、外部に配置されてもよい。

ＵＰＳ１０に対する交流の入力電源が正常の場合、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、入力電源から供給される交流電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖ、ＡＣ１２０Ｖなど）を直流電圧に変換し、変換した直流電圧をＤＣ／ＡＣコンバータ４２へ出力する。ＤＣ／ＡＣコンバータ４２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、変換した交流電圧を負荷へ出力する。ＤＣ／ＡＣコンバータ４２は、入力電源の交流電圧の変動に対して、所定範囲内の安定した交流電圧を出力する。このように、通常、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１及びＤＣ／ＡＣコンバータ４２は、両方とも稼動し発熱体となる。第１空間Ｓ１にＡＣ／ＤＣコンバータ４１を配置し、第２空間Ｓ２にＤＣ／ＡＣコンバータ４２を配置することにより、発熱体を第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とに分散させるとともに、発熱体に冷却空気を効率的に当てることができる。

ＡＣ／ＤＣコンバータ４１が配置された第１空間Ｓ１に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３を配置してもよい。入力電源が異常の場合、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は動作を停止し（発熱を停止し）、代わりに、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３が、バッテリ４４から供給される直流電圧を昇圧し、昇圧した直流電圧をＤＣ／ＡＣコンバータ４２へ出力する。第１空間Ｓ１において、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１及びＤＣ／ＤＣコンバータ４３のうち、入力電源が正常の場合にはＡＣ／ＤＣコンバータ４１が主な発熱体となり、入力電源が異常の場合にはＤＣ／ＤＣコンバータ４３が主な発熱体となる。ＤＣ／ＤＣコンバータ４３が、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１が配置された空間（第１空間及び第２空間の一方）に配置されれば、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１及びＤＣ／ＤＣコンバータ４３の両方が第１空間Ｓ１内で発熱する機会が少ないことから、第１空間Ｓ１での発熱量を低減できる。

図４の例では、第１空間Ｓ１にＡＣ／ＤＣコンバータ４１及びＤＣ／ＤＣコンバータ４３を配置し、第２空間Ｓ２にＤＣ／ＡＣコンバータ４２を配置する構成であるが、これに代えて、第２空間Ｓ２にＡＣ／ＤＣコンバータ４１及びＤＣ／ＤＣコンバータ４３を配置し、第１空間Ｓ１にＤＣ／ＡＣコンバータ４２を配置してもよい。

第２仕切板３２によって分けられた第３空間Ｓ３にバッテリ４４を配置することにより、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２の発熱体の発熱の影響を低減でき、バッテリ４４の周囲の温度が上昇することを抑止し、バッテリ４４の長寿命化を図ることができる。

図５はＵＰＳ１０の内部構造の第２例を示す側面図である。図５は、第３側板２３を取り外した状態を示す。図５に示すように、ＵＰＳ１０は、第１空間Ｓ１における吸気口１８１から排気口１５に向かう流路に、ファン１７による吸気能力を集中させた第１風洞を画定する第１風洞部材５１を備えてもよく、第２空間Ｓ２における吸気口１８１から排気口１５に向かう流路に、ファン１７による吸気能力を集中させた第２風洞を画定する第２風洞部材５２を備えてもよい。

第１風洞部材５１内には、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１及びＤＣ／ＤＣコンバータ４３が配置されている。第２風洞部材５２内には、ＤＣ／ＡＣコンバータ４２が配置されている。第１空間Ｓ１内の流路の中に、第１風洞部材５１によって、ファン１７による吸気能力を集中させた第１風洞が画定され、第１風洞内に配置された発熱体に冷却空気を当てることができる。また、第２空間Ｓ２内の流路の中に、第２風洞部材５２によって、ファン１７による吸気能力を集中させた第２風洞が画定され、第２風洞内に配置された発熱体に冷却空気を当てることができる。

本実施の形態によれば、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２それぞれに対応させて２個のファンを取り付けた場合に比べて、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１、ＤＣ／ＡＣコンバータ４２及びＤＣ／ＤＣコンバータ４３の発熱体（例えば、スイッチングデバイス、リアクトルなど）の最大温度を約２０℃下げることができた。

１０ ＵＰＳ（無停電電源装置）
１１ 前面板
１２ 操作表示部
１３ カバー
１３１ 第１板
１３２ 第２板
１４ 背面板
１５ 排気口
１６ ソケット
１７ ファン
１７１ モータ部
１７２ 羽根
１７３ 回転面
１８ 金属板
１８１ 開口部（吸気口）
２１ 第１側板
２２ 第２側板
２３ 第３側板
２４ 第４側板
３１ 第１仕切板
３２ 第２仕切板
４１ ＡＣ／ＤＣコンバータ
４２ ＤＣ／ＡＣコンバータ
４３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４４ バッテリ
５１ 第１風洞部材
５２ 第２風洞部材

Claims (5)

1. 吸気口を有する前面板、及び排気口を有する背面板を有する筐体と、
   モータ部及び羽根を有し、前記排気口の近傍に配置されたファンと、
   前記前面板と前記背面板との間に延設され、前記筐体内を第１空間と第２空間とに分ける第１仕切板と、
   前記第１空間における前記吸気口から前記排気口に向かう流路に、前記ファンによる吸気能力を集中させた第１風洞を画定する第１風洞部材と、
   前記第２空間における前記吸気口から前記排気口に向かう流路に、前記ファンによる吸気能力を集中させた第２風洞を画定する第２風洞部材と
   を備え、
   前記モータ部は、前記第１仕切板の端部に対向し、
   前記羽根の回転面は、前記第１空間及び前記第２空間の両方に対向している、
   無停電電源装置。
2. 吸気口を有する前面板、及び排気口を有する背面板を有する筐体と、
   モータ部及び羽根を有し、前記排気口の近傍に配置されたファンと、
   前記前面板と前記背面板との間に延設され、前記筐体内を第１空間と第２空間とに分ける第１仕切板と、
   前記第１空間及び前記第２空間の一方に配置されたＡＣ／ＤＣコンバータと、
   前記第１空間及び前記第２空間の他方に配置されたＤＣ／ＡＣコンバータと
   を備え、
   前記モータ部は、前記第１仕切板の端部に対向し、
   前記羽根の回転面は、前記第１空間及び前記第２空間の両方に対向している、
   無停電電源装置。
3. 前記第１空間及び前記第２空間の一方に配置されたＡＣ／ＤＣコンバータと、
   前記第１空間及び前記第２空間の他方に配置されたＤＣ／ＡＣコンバータと
   を備える、
   請求項１に記載の無停電電源装置。
4. 前記第１空間及び前記第２空間の一方に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータを備える、
   請求項２又は請求項３に記載の無停電電源装置。
5. 前記前面板と前記背面板との間に延設され、前記筐体内に前記第１空間及び前記第２空間とは別の第３空間を形成する第２仕切板と、
   前記第３空間に配置されたバッテリと
   を備える、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無停電電源装置。

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