JP5418847B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
電力変換装置は、インバータユニットなどの各種ユニットを備えており、それらを筐体の内部に配置している(例えば、特許文献1参照)。
前記各種ユニットは、主に、回路を構成する電解コンデンサなどの電気部品、それらを接続する導体、電気部品・導体を固定・保護する筐体、また電気部品を冷却する冷却ファンなどを有しており、内蔵する電気部品について小型部品の採用や、最適な位置への部品配置により筐体内の不要な空間を省くことができ、それに伴う筐体の小型化などによって小型の電力変換装置を提供している。
そこで、本発明は、インバータユニットの冷却ファンや電解コンデンサの交換を容易に行なうことができる電力変換装置を提供することを目的とするものである。
筐体と、
前記筐体の内部に配置されたインバータユニットを有し、
前記インバータユニットが、
ユニットケースを構成する、着脱可能な側面プレートの内側に着脱自在に配置されたコンデンサブロックと、
前記ユニットケースに、前面側から着脱自在に挿入配置されたファンブロックと、
前記ユニットケースの前面を構成し、部分的に取り外し可能な正面プレートとを有し、
前記コンデンサブロックが、複数のコンデンサ挿入穴を有するコンデンサケースと、前記コンデンサ挿入穴に挿入配置された複数の電解コンデンサと、前記電解コンデンサに接続されたブスバとを有し、
前記ファンブロックが、ファンケースと、前記ファンケースに取り付けられた冷却ファンとを有している電力変換装置である。
図1に示すように、本実施形態に係る、インバータ装置などの電力変換装置1は、筐体2の内部にコントロールユニット3、コンバータユニット4、インバータユニット5、および電源ユニット6などの各種ユニットを有している。なお、コントロールユニット3は筐体の外部から操作が可能になっている。
これらのユニット3,4,5,6の中で、インバータユニット5は、回路側ケース8と風洞側ケース9とを備えたユニットケース7を有している。
ヒートシンク11aは、仕切りプレート8fに取り付けられる。仕切りプレート8fに形成されたスイッチング素子挿入穴8faに、スイッチング素子11bを入れ込んだ状態で、例えば、ボルトを用いて、ベース部11aaを仕切りプレート8fに締め付け固定している。ベース部11aaを仕切りプレート8fに締め付け固定することにより、仕切りプレート8fのスイッチング素子挿入穴8faの部分における回路側ケース8と風洞側ケース9間を防塵・防水構造にすることができる。さらに、ベース部11aaと仕切りプレート8f間にガスケットやパッキンなどのシール部材を介在させることにより、さらに強力に防塵・防水性能を向上することができる。
このコンデンサブロック12は、端子ブロック10と素子ブロック11との間に配置される。
コンデンサケース12aは、複数個、例えば8個の電解コンデンサ12bを一列に並ばせる構成をしており、8つのコンデンサ挿入穴12aaを一列に形成している。8個の電解コンデンサ12bは、これらの8つのコンデンサ挿入穴12aaに挿入され、締め付けバンド12abで締め付けてコンデンサケース12aに固定される。また、コンデンサケース12aの、冷却風の通風方向となる長手方向の第1の端部プレート12acと第2の端部プレート12adにはそれぞれ第1の風穴12aeと第2の風穴12afが形成されている。このコンデンサケース12aは、左側面プレート8bに固定された上側ケース支持体12dと下側ケース支持体12e上に載置されて、ネジ等で取り付けられる。
また、コンデンサケース12aと下面プレート8eとの間には、後述するファンブロック13が挿入配置される空間が形成されている。
8個の電解コンデンサ12bは、8つのコンデンサ挿入穴12aa内に挿入されて固定された後、上部端子12baを、絶縁材を間に挟んだ複数枚のブスバで構成されるラミネートブスバ12cに接続している。
電解コンデンサ12bを電力変換装置1の上下方向に直線状に配列し、電解コンデンサ12b同士を接続するラミネートブスバ12cの幅を電解コンデンサ1列分にすることにより、ラミネートブスバ12cを最小面積にすることができる。
ラミネートブスバ12cは、電解コンデンサ12bと接続されるほか、スイッチング素子11bに接続された中継導体11baと、正極側入力端子10aや負極側入力端子10bに接続された中継導体10aa,10baに接続されている。
コンデンサブロック12は、コンデンサケース12aに全ての電解コンデンサ12bを固定しているため、回路側ケース8から取り外すときは、コンデンサケース12aごと8個の電解コンデンサ12bをすべて一度に取り外すことができ、作業性がよい。
なお、端子ブロック10とコンデンサブロック12は、左側面プレート8bでなく、右側面プレート8cに取り付けるようにしてもかまわない。
冷却ファン13bによって発生する冷却風は、インバータユニット5内を下側から上側に向かって流れるように設定される。
ファンケース13aは、回路側ケース8内に配置される第1のファンケース13aaと、風洞側ケース9内に配置される第2のファンケース13abを有しており、これらは一体的に構成されている。第1のファンケース13aaは、第2のファンケース13abよりも大きく設定されており、第1のファンケース13aaと第2のファンケース13abの境界部には、段差13acが形成されている。ファンブロック13をユニットケース7内に挿入・配置した際には、第2のファンケース13abはファンブロック貫通穴8fbを貫通し、ファンケース13aの段差13acは、仕切りプレート8fのファンブロック貫通穴の周囲に押し付けられる。これにより、仕切りプレートのファンブロック貫通穴8fbの部分における回路側ケース8と風洞側ケース9間を防塵・防水構造にすることができる。さらに、ベース部11aaと仕切りプレート8f間にガスケットやパッキンなどのシール部材を介在させることにより、さらに強力に防塵・防水性能を向上することができる。
ファンブロック13は、正面側の最下部から、つまり、下段正面プレート8acがある位置から、インバータユニット5内の、コンデンサケース12aの第1の端部プレート12acと下面プレート8eとの間の空間内に、着脱自在に挿入配置される。
ファンブロック13の後端側、つまり正面側は、右側(図では上側)がコンデンサケース12aの下側にあたる第1の端部プレート12acにネジ止めされ、左側(図では下側)が下側ケース支持体12fにネジ止めされて、支持されている。また、ファンブロック13の正面側の中央部には、ファンブロック13をインバータユニット5内に挿入・抜き出しするために取っ手13adが設けられている。
第1の冷却ファンは、回路側ケース8内に配置されており、端子ブロック10やコンデンサブロック12に冷却風を流して、それらのブロック10,12を冷却する。なお、電解コンデンサ12bはコンデンサケース12a内に配置されているが、コンデンサケース12aの第1の端部プレート12acと第2の端部プレート12adにはそれぞれ第1の風穴12aeと第2の風穴12afが形成されているので、第1の冷却ファン13baからの冷却風は、これらの風穴12ae,12afを通って流れ、電解コンデンサ12bを冷却することができる。
第2の冷却ファン13bbは、風洞側ケース9内に配置されており、ヒートシンク11aのフィン部11abに冷却風を流して、ヒートシンク11aを介してスイッチング素子11bを冷却する。
第1の冷却ファン13baと第2の冷却ファン13bbを新しい冷却ファンに交換する作業は、ファンブロック13を、回路側ケース8から引き出すことにより行なう。
まず、回路側ケース8から下段正面プレート8acを取り外す。下段正面プレート8acは、左側面プレート8b、右側面プレート8c、および下面プレート8eに、例えばネジで取り付けられているので、これらのネジを外して、下段正面プレート8acを取り外す。
次に、ファンブロック13を回路側ケース8と風洞側ケース9から取り外す。
ファンブロック13は、正面側の第1のファンケース13aaの右側が、コンデンサケース12aの第1の端部プレート12acにネジ止めされて支持され、左側が、下側ケース支持体12fにネジ止めされて支持されているので、これらのネジを外す。しかし、ファンブロック13の背面側、つまり第2のファンケース13abは、ネジ止めされておらず、風洞側ケース9の背面部9cの左右両側に取り付けられている板バネ9ca,9cbで、風洞側ケース9に押圧されて支持されているだけであるので、第1のファンケース13aaのネジを外すだけで、ユニットケース7から引く抜くことができる状態になる。この状態で、ファンブロック13をユニットケース7から引き抜く。ファンブロック13をユニットケース7から引き抜いた後、第1の冷却ファン13baと第2の冷却ファン13bbを、新しい冷却ファン等に交換する。
ファンブロック13は、ユニットケース7内へ挿入し、第2のファンケース13abを仕切りプレート8fのファンブロック貫通穴8fbに貫通させる。第2のファンケース13abが仕切りプレート8fのファンブロック貫通穴8fbを貫通し終わる際に、ファンケース13aの段差が、仕切りプレート8fのファンブロック貫通穴8fbの周囲に当たる。これにより、ファンブロック13の挿入方向の位置決めがなされる。
また、第2のファンケース13abがファンブロック貫通穴8fbを貫通し終わる前に、第2のファンケース13abの先端が板バネ9ca,9cbの傾斜部に当たる。そのまま挿入し続けると、板バネ9ca,9cbが第2のファンケース13ab上に乗り上がり、第2のファンケース13abを風洞側ケース9の底面部に押し付ける。これにより、ネジ止めすることなく、ファンブロック13の背面側を支持することができる。
ファンブロック12の正面側は、第1のファンケース13aaの右側を、コンデンサケース12aの第1の端部プレート12acにネジ止めして支持し、左側を、下側ケース支持体12fにネジ止めして支持する。
これにより、冷却ファン13bの交換が完了する。
コンデンサケース12aは、回路側ケース8から右側面プレート8cを取り外した状態で、取り付けや取り外しを行なうので、まず、回路側ケース8から右側面プレート8cを取り外す。
右側面プレート8cは、上面プレート8d、下面プレート8e、および仕切りプレート8fにネジで取り付けられているので、これらのネジを外して右側面プレート8cを、上面プレート8d、下面プレート8e、および仕切りプレート8fから取り外す。
このときコンデンサブロック12は、複数の電解コンデンサ12bの上に、これらの電解コンデンサ12bと接続されたラミネートブスバ12cが被さっており、さらにラミネートブスバ12cは、スイッチング素子11bに接続された中継導体11baと、正極側入力端子10aや負極側入力端子10bに接続された中継導体10aa,10baに接続されている。そこで、ラミネートブスバ12cとこれらとの接続をはずし、ラミネートブスバ12cを回路側ケース8から取り外す。
コンデンサケース12aは、回路側ケース8の左側面プレート8bに固定された上側ケース支持体12dと下側ケース支持体12eにネジで取り付けられているので、これらのネジを外してコンデンサケース12aを回路側ケース8から取り出す。8個の電解コンデンサ12bは、コンデンサケース12aの8つコンデンサ挿入穴12aaに挿入され、締め付けバンド12abで締め付けてコンデンサケース12aに固定されているので、8つの締め付けバンド12abを緩めて、8個の電解コンデンサ12bをコンデンサケース12aから取り出して、新しい電解コンデンサに交換する。
この第2の実施の形態では、高出力用に電解コンデンサ12bの数を増やす場合の構成を示している。例えば、電解コンデンサ12bの数が2倍の16個になった場合、コンデンサケースA12aは、一列8つのコンデンサ挿入穴が2列形成される。また、これに伴い、ラミネートブスバA12cも高出力用になり、増加した電解コンデンサの接続に応じて、各相のブスバおよび絶縁紙の形状が拡大する。
この構造により、部品構成の変更、部品点数を大幅に増加することなく、さらに電解コンデンサの交換作業性を損なうことなく電力変換装置の高出力化に対応することができる。
2 筐体
3 コントロールユニット
4 コンバータユニット
5 インバータユニット
6 電源ユニット
7 ユニットケース
8 回路側ケース
8a 正面プレート
8aa 上段正面プレート
8ab 中段正面プレート
8ac 下段正面プレート
8ad 取っ手
8b 左側面プレート
8c 右側面プレート
8d 上面プレート
8e 下面プレート
8f 仕切りプレート
8fa スイッチング素子挿入穴
8fb ファンブロック貫通穴
9 風洞側ケース
9a 左側面部
9b 右側面部
9c 背面部
9ca 板バネ
9cb 板バネ
10 端子ブロック
10a 正極側入力端子
10aa 中継導体
10b 負極側入力端子
10ba 中継導体
11 素子ブロック
11a ヒートシンク
11aa ベース部
11ab フィン部
11b スイッチング素子
11ba 中継導体
12 コンデンサブロック
12a コンデンサケース
12aa コンデンサ挿入穴
12ab 締め付けバンド
12ac 第1の端部プレート
12ad 第2の端部プレート
12ae 第1の風穴
12af 第2の風穴
12b 電解コンデンサ
12ba 上部端子
12c ラミネートブスバ
12d 上側ケース支持体
12e 下側ケース支持体
13 ファンブロック
13a ファンケース
13aa 第1のファンケース
13ab 第2のファンケース
13ac 段差
13b 冷却ファン
13ba 第1の冷却ファン
13bb 第2の冷却ファン
13c フィンガーガード
13ca 第1のフィンガーガード
13cb 第2のフィンガーガード
A12 高出力用のコンデンサブロック
A12a 高出力用のコンデンサケース
A12c 高出力用のラミネートブスバ
Claims (4)
- 筐体と、
前記筐体の内部に配置されたインバータユニットを有し、
前記インバータユニットが、
ユニットケースを構成する、着脱可能な側面プレートの内側に着脱自在に配置されたコンデンサブロックと、
前記ユニットケースに、前面側から着脱自在に挿入配置されたファンブロックと、
前記ユニットケースの前面を構成し、部分的に取り外し可能な正面プレートとを有し、
前記コンデンサブロックが、複数のコンデンサ挿入穴を有するコンデンサケースと、前記コンデンサ挿入穴に挿入配置された複数の電解コンデンサと、前記電解コンデンサに接続されたブスバとを有し、
前記ファンブロックが、ファンケースと、前記ファンケースに取り付けられた冷却ファンとを有していることを特徴とする電力変換装置。 - 前記正面プレートは、
上段正面プレートと、中段正面プレートと、前記ファンブロックの交換の際に取り外される下段正面プレートと、を有することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記インバータユニットのユニットケースが、回路側ケースと、風洞側ケースを有し、
前記ファンブロックが、回路側用の冷却ファンと風洞側用の冷却ファンとを有するとともに、前記回路側ケースと風洞側ケースの両方に跨って挿入配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電力変換装置。 - 前記ファンブロックは、先端側を弾性体で風洞側ケースに押圧して支持していることを特徴とする請求項3に記載の電力変換装置。
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