JP5879726B2 - インバータ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、直流電力を平滑化する平滑用コンデンサとこの平滑用コンデンサで平滑化された直流電力を交流電力に変換する電力変換部とを筐体に内装したインバータ装置。
電力変換装置であるインバータ装置は、直流電力を平滑化する平滑用コンデンサ、この平滑用コンデンサで平滑化された直流電力を交流電力に変換する例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)等で構成される電力変換部、この電力変換部の半導体素子や平滑用コンデンサを冷却する冷却ファンなどを備えている。
ここで、冷却ファン、電力変換部及び平滑用コンデンサからなる主回路部は通常筐体内に配置され、筐体の天面側に冷却ファンが配置され、その下段側に電力変換部が配置され、最下段の底板側に平滑用コンデンサが配置されている(例えば、特許文献1参照)。
また、ファンユニット交換時のねじや塵埃などの異物が主回路部に入るのを防止するために、筐体の上部空間に複数のファンを装着したファンユニットを収納し、筐体の下部空間にIGBT等の発熱部品を含む電力変換部を収納し、筐体の前面で開口する開口部をカバーで閉塞し、筐体内部に、上部空間及び下部空間を仕切り、通気穴を形成した仕切板を配置するとともに、上部空間を閉塞する上部カバー及び下部空間を閉塞する下部カバーとを備えたインバータ装置も提案されている(特許文献2参照)。
ところで、上記構成を有するインバータ装置の場合、一般的には、図14に示すように、交流電源100から供給される交流電力をコンバータ101で直流電力に変換し、この直流電力を複数のインバータ装置102a〜102dの底板側に配置された直流入力端子103p及び103nに供給する。そして、主回路部で直流電力を交流電力に変換して同様に底板側に配置された交流出力端子104u、104v及び104wから外部の負荷としての例えばモータM1〜M4に供給する。
具体的には、図15に示すように、インバータ装置105a及び105bの下方に配設された直流母線106p及び106nに、電線107a及び107bを介してインバータ装置105a及び105bの底面側の直流入力端子(図示せず)に接続される。
一方、交流出力端子104u〜104wから出力される交流電力も、インバータ装置105a及び105bの底面側の交流出力端子(図示せず)からモータ接続線108u〜108wを介して外部のモータに導出される。
また、筐体内には、図16に示すように、上段側に冷却ファンユニット109が配置され、その下側に電力変換部としてのIGBTモジュールユニット110が配置され、その下側に平滑用コンデンサユニット111が配置されている。
特開2009−291055号公報 特開2010−98858号公報
しかしながら、上記図14〜図16に示すインバータ装置105a,105bは、直流入力端子103p,103n及び交流出力端子104u〜104wが筐体の底板側に配置されているので、顧客配線が全てインバータ装置の底面部に密集し、大容量インバータ装置になると、顧客接続電線が底面に密集することに加え、電線径も太くなるため、顧客での電線同士の干渉も考慮した配線スペースの確保と、実際の配線作業が困難となるという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、インバータ装置の底面側に顧客接続電線が密集することを防止して、配線スペースの確保と実際の配線作業を容易に行うことができるインバータ装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係るインバータ装置は、直流電力を平滑化する平滑用コンデンサと、該平滑用コンデンサで平滑化された直流電力を交流電力に変換する電力変換部とを筐体に内装したインバータ装置であって、前記平滑用コンデンサを前記筐体の天面側に配置し、前記平滑用コンデンサに接続され且つ前記筐体の天面板上に配置した直流母線に接続される直流入力端子を天面側に配置し、前記筐体の天面と前記平滑用コンデンサとの間に冷却ファンユニットを配置し、前記冷却ファンユニットを前記直流入力端子と対面しない第1ユニット部と、前記直流入力端子と対面する第2ユニット部とに分割し、前記筐体は、前記第1ユニット部を前記直流入力端子と干渉することなく脱着可能に収納する第1ユニット部収納領域と、該第1ユニット部収納領域に連接して前記第2ユニット部を当該第1ユニット部収納領域との間でスライド可能に収納する第2ユニット部収納領域とが形成されていることを特徴としている。
また、本発明の他の形態に係るインバータ装置は、前記平滑用コンデンサを前記筐体の天面側に配置し、前記平滑用コンデンサに接続された直流入力端子に一端が接続され、他端が当該筐体の天面板を貫通して突出して前記直流母線に接続される接続導体を配置したことを特徴としている。
また、本発明の他の形態に係るインバータ装置は、前記接続導体は、前記直流入力端子及び直流母線の正極側及び負極側を個別に接続する一対のブスバーで構成され、前記筐体の天面板に形成された開口部に固定された絶縁プレートによって互いの表裏面が同一平面上となるように所定間隔を保って支持されていることを特徴としている。
また、本発明の他の形態に係るインバータ装置は、前記第1ユニット部及び第2ユニット部のそれぞれは、冷却ファンを固定保持する支持フレームを有し、該支持フレームの前端側に冷却ファンの外部に突出した固定ねじを挿通する挿通孔が形成されていることを特徴としている。
また、本発明の他の形態に係るインバータ装置は、前記筐体の底面側に前記電力変換部を配置し、該電力変換部の底面側に交流出力端子が配置され、該交流出力端子に接続された交流出力線が当該筐体の底面側から導出されていることを特徴としている。
本発明に係るインバータ装置によれば、筐体の天面側に直流入力端子を配置し、この直流入力端子を筐体の天面板上に配置した直流母線に直接又は間接的に接続するようにしたので、直流入力端子と交流出力端子とを上下に分けることができ、配線の密集を防止して配線の作業性を向上させることができる。
ここで、直流入力端子と直流母線との間をブスバー等で構成される接続導体で接続することにより、省スペースでの配線が可能となる。
また、直流入力端子が接続される平滑用コンデンサを筐体の天面側に配置することにより、接続導体の長さを短くしてコスト低減を図ることができる。
さらに、直流入力端子の裏側に冷却ファンユニットを配置する場合に、この冷却ファンユニットを直流入力端子に対面しない第1ファンユニット部と、直流入力端子に対面する第2ファンユニット部とに分割することにより、直流入力端子を避けて冷却ファンユニットの交換を容易に行うことができる。
本発明によるインバータ装置の一実施形態を示す斜視図である。 筐体内の部品配置関係を示す模式図である。 筐体内の接続関係の具体例を示す斜視図である。 筐体へのブスバーの取り付けを完了した状態の斜視図である。 筐体の天面板を拡大して示す斜視図である。 筐体へのブスバーの取り付け動作を示す図であって、(a)は筐体へのブスバー取り付け時を示す斜視図、(b)はブスバーを保持する絶縁プレートの斜視図である。 ブスバーに直流母線を接続した状態を示す斜視図である。 冷却ファンユニットを示す斜視図である。 支持フレームに冷却ファンを取り付けた状態を示す模式図である。 支持フレームを示す要部を拡大した斜視図である。 冷却ファンユニットの取り外し動作を説明する図である。 インバータ装置を含む回路図である。 従来例にブスバーを接続する場合の模式図である。 従来例のインバータ装置を含む回路図である。 従来例のインバータ装置の斜視図である。 従来例の筐体内部配置関係を示す模式図である。
以下、本発明に係るインバータ装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係るインバータ装置を示す斜視図である。
図中、1はインバータ装置であって、このインバータ装置1は、前面を開放した筐体10を有し、この筐体10の前面開口部が、上部前面カバー11、中部前面カバー12及び下部前面カバー13で覆われている。
筐体10の内部には、図2に模式的に示すように、筐体10の底面板10bに近い下段に直流電力を例えば3相交流電力に変換する電力変換部としての絶縁ゲートパイポーラトランジスタ(以下、IGBTと称す)モジュールユニット20が配置され、その上側の中段に直流電力を平滑化してIGBTモジュールユニット20に供給する複数例えば15個の平滑用コンデンサ30を装着したコンデンサユニット31が配置され、その上側に天面板10bに対向して冷却ファンユニット40が配置されている。
ここで、IGBTモジュールユニット20は、図示しない冷却フィンに上下それぞれ例えば6個ずつ装着されたIGBTモジュール22によってインバータ回路の上アーム及び下アームが形成され、上アームを構成するIGBTモジュール22と下アームを構成するIGBTモジュール22の出力端子がそれぞれブスバー23u、23v及び23wで接続され、これらブスバー23u、23v及び23wに下方に延長して筐体10の下方の底面板10bに対向するように交流出力端子24u、24v及び24wが接続されている。なお、21は、IGBTモジュール22と平滑用コンデンサ30とをヒューズ25を介して接続する正極側導体板である。
また、コンデンサユニット31は、上段の各コンデンサの負極側端子に接続された負極側導体板32Nと、この負極側導体板32Nの上面側に絶縁されて配置された中段の各コンデンサの正極側端子と下段の各コンデンサの負極側端子とを接続する中間導体板32M1と、この中間導体板32M1の中段部及び負極側導体板32Nの上段部の上に絶縁されて配置された上段の各コンデンサの正極側端子と中段の各コンデンサの負極側端子とを接続する中間導体板32M2と、中間導体板32M1の下段部の上に絶縁されて配置された下段の各コンデンサの正極側端子に接続された正極側導体板32Pとを備えている。
さらに、各平滑用コンデンサ30は、その正極側端子及び負極側端子側に装着された拘束バンド36を図示しないコンデンサ取付板にねじ止めすることにより、負極側導体板32Nの背面側に固定支持されている。
そして、正極側導体板32P及び負極側導体板32Nから正極側直流入力端子37及び負極側直流入力端子38が導出されている。正極側直流入力端子37は正極側導体板32Pの上端部に形成された折り曲げ板部33の左端に固定された接続端子板37aと、この接続板部37aの上端から左方に延長する接続板部37bと、この接続板部37bの左端から前方側に延長するL字状板部37cと、このL字状板部37cの左端から上方に延長する連結板部37dとで構成されている。
負極側直流入力端子38は、負極側導体板32Nの上端に形成された折り曲げ板部34の左端に固定されたL字状板部38aと、このL字状板部38aの正極側直流入力端子37の接続板部37cより前方側の端部から正極側直流入力端子37の接続板部37cと平行に延長する接続板部38bと、この接続板部38bの左端から前方側に延長する正極側直流入力端子37のL字状板部37dの右方側に延長するL字状板部38cと、このL字状板部38cから上方に正極側直流入力端子37の連結板部37eと平行で且つ板面が同一平面上に位置するように延長する連結板部38dとで構成されている。
そして、正極側直流入力端子37及び負極側直流入力端子38には、図4に示すように筐体10の天面板10aの上側に突出延長する銅製のブスバー39P及び39Nがボルト締めされている。ブスバー39Pは、正極側直流入力端子37に連結される連結板部39aと、この連結板部39aの筐体10の天面板10aより上方に突出した端部から前方に延長する母線取付板部39bで構成されている。また、ブスバー39Nは、負極側直流入力端子38に連結される連結板部39cと、この連結板部39cの筐体10の天面板10aより上方に突出した端部から後方に延長する母線取付板部39dとで構成されている。
一方、筐体10の天面板10aの正極側直流入力端子37及び38の連結板部37e及び38eに対向する左前方位置には、図5に示すように、開口10cが形成されている。そして、この開口10cを閉塞するように図4及び図6に示す絶縁プレート10dがネジ止めされて配設されている。この絶縁プレート10dは、図6(b)に示すように、前方側及び後方側に2分割された構成を有し、分割面の中央位置にブスバー39P及び39Nの連結板部39a及び39cを挿通する挿通孔10e及び10fが形成されている。
そして、正極側直流入力端子37及び負極側直流入力端子38へのブスバー39P及び39Nの取付けは、図6(a)に示すように、筐体10の天面板10aの開口10cに固定された絶縁プレート10dの上方側からブスバー39P及び39Nを絶縁プレート10dの挿通孔10e及び10fに挿通し、次いで連結板部39a及び39cを正極側直流入力端子37及び負極側直流入力端子38の連結板部37e及び38dにボルト締めすることにより行う。
そして、図7に示すように、ブスバー39P及び39Nの母線取付板部39b及び39dに筐体10の天面板10aの上方側で正極側直流母線60P及び負極側直流母線60Nをボルト締めする。
さらに、冷却ファンユニット40は、図11に示すように、筐体10の天面板10aの後方側に形成された3つの開口部41に対向するように筐体10の上段に配置されている。この冷却ファンユニット40は、図8に示すように、筐体10に配置された正極側直流入力端子37及び負極側直流入力端子38に対向しない第1ユニット部42と、正極側直流入力端子37及び負極側直流入力端子38に対向する第2ユニット部43とに左右に分割されている。これら第1ユニット部42及び第2ユニット部43にはそれぞれユニットフレーム44に冷却ファン45が2つずつ左右方向に並べて配置されている。第1ユニット部42には、ユニットフレーム44の前端にサブユニット44sが取付けられ、このサブユニット44sにも3つの小型ファン44fが配置されている。
また、第1及び第2ユニット部42及び43は、図10に示すように、ユニットフレーム44の冷却ファン45を装着する水平板部46とその前端に接続された前面板部47との連結部に、冷却ファン45の固定ねじ48を挿通するスリット49が形成されている。このため、冷却ファン45の固定ねじ48がスリット49内に挿通されることにより、冷却ファン45の底面がユニットフレーム44の水平板部46に密着させることができる。
そして、ユニットフレーム44の前面板部47にカバー50が固定され、このカバー50には上下端部に筐体10の天面板10aと平行に配設され後端側に排気通路を形成した仕切板部15で仕切られた収納空間10gの後端側に形成された収納空間10gより一回り狭いユニット装着部10hの前面側に当接する当接板部50a及び50bが形成されている。
冷却ファンユニット40を筐体10のユニット装着部10hに装着するには、先ず、筐体10の上部前面カバー11を取り外した状態で、第2ユニット部43を収納空間10gの正極側直流入力端子37及び負極側直流入力端子38が存在しない右半部から挿入して当接板部50a及び50bをユニット装着部10hの前端面に当接させる。次いで、第2ユニット部43を左方にスライドさせて正極側直流入力端子37及び負極側直流入力端子38の背後に位置決めし、この状態で、当接板部50a及び50bをユニット装着部10hにビス止めする。次いで、第2ユニット部43の右側に第1ユニット部42を装着して当接板部50a及び50bをユニット装着部10hにビス止めする。その後、上部前面カバー11を筐体10に装着する。
また、冷却ファンユニット40を交換する場合には、先ず、図11(a)に示すように、第1ユニット部42の当接板部50a及び50bのビス止めを外してから第1ユニット部42をそのまま前方に引き抜く。次いで、第2ユニット部43の当接板部50a及び50bのビス止めをはずしてから第2ユニット部43を、図11(b)に示すように、右側にスライドさせ、図11(c)の右端位置までスライドさせたら第2ユニット部43を図11(d)に示すように前方に引き抜く。
次に、上記実施形態の動作を説明する。
インバータ装置1を使用して負荷として例えば電動モータ2を駆動する場合には、図12に示すように、交流電源61に交流を直流に変換するコンバータ62を接続し、このコンバータ62から直流電力を直流母線60P及び60Nに出力する。そして、この直流母線60P及び60Nに例えば複数4台のインバータ装置1の直流入力端子を並列に接続する。各インバータ装置1の交流出力端子には電動モータ2がそれぞれ接続される。
このインバータ装置1の取付けを行う場合には、先ず、上部前面カバー11を取り外し、前述した図4に示すように、筐体10内の仕切板15より天面板10a側に突出した正極側直流入力端子37及び負極側直流入力端子38の連結板部37e及び38dに、ブスバー39P及び39Nをその母線取付板部39b及び39dを筐体10の天面板10aより上方に突出させた状態でボルト締めする。
次いで、ブスバー39P及び39Nの母線取付板部39b及び39dに直流母線60P及び60Nをボルト締めして直流母線50P及び50Nの接続作業を終了する。このように、直流母線60P及び60Nとの接続をブスバー39P及び30Nを使用して行うことにより、省スペースでの配線作業を実現することができる。
一方、インバータ装置1と電動モータ2との接続は、筐体10の下部前面カバー13を取り外してIGBTモジュールユニット20の交流出力端子24u、24v及び24wに電動モータ2のU相、V相及びW相接続線を接続することにより交流出力端子の接続作業を終了する。その後、上部前面カバー11及び下部前面カバー13を筐体10に装着することより、全ての接続作業を完了する。
このように、本実施形態によると、筐体10の天面板10a側に直流入力端子37及び38が配置され、筐体10の底面板10b側に交流出力端子24u〜24wが配置されているので、前述した従来例のように筐体10の底面板10b側で直流母線及び電動モータとの接続を行う場合のように配線が密集することがなく、上下に分散されることになる。このため、直流母線60P及び60Nとの接続作業と電動モータ2の接続線の接続作業とを個別に行うことができ、両接続作業を短時間で容易に行うことができ、作業性を向上させることができるとともに、大容量インバータ装置であって配線径が太い場合でも配線スペースを容易に確保することができる。
しかも、直流入力端子37及び38を天面板10a側の上部に配置し、これに応じて平滑用コンデンサ30を装着したコンデンサユニット31を冷却ファンユニット40の下側に配置するようにしたので、直流入力端子37及び38を構成するブスバーのトータル長さを短くすることができ、この分製造コストを削減することができる。
因みに、筐体10内のコンデンサユニット31とIGBTモジュールユニット20との配置を従来例と同様に、コンデンサユニット31を下段側に、IGBTモジュールユニット20を中段側に配置した場合には、図13に示すように、直流入力端子及び交流出力端子の双方でこれらを構成するブスバーのトータル長さが長くなり、この分製造コストが上昇する。
したがって、本実施形態では、作業性の向上とブスバーの短縮による製造コストの削減とを同時に行うことができる。
一方、インバータ装置1の冷却ファンユニット40を交換も点検を行う場合には、前述した図11(a)〜(d)に示すように、先ず、上部前面カバー11を取り外して第1ユニット部42の当接板部50a及び50bのビス止めを外してから、第1ユニット部42を前面側に抜き出し(図11(a))、次いで、第2ユニット部43の当接板部50a及び50bのビス止めを外してから第2ユニット部43を第1ユニット部42の装着位置まで右方にスライドさせ(図11(b),(c))、次いでで第2ユニット部43を前方に引き抜くことにより、第2ユニット部43をその前方に配置された正極側直流入力端子37及び負極側直流入力端子38と干渉することなく、安全に且つ容易に取り出すことができる。
その後、第1ユニット部42及び第2ユニット部43をユニット装着部10hに装着するには、上記とは逆に、第2ユニット部43を右側からユニット装着部10hに挿入し、ついで第2ユニット部43を左側にスライドさせて位置決めしてからビス止めを行い、次いで第1ユニット部42を前面側からユニット装着部10hに装着してビス止めすることにより、安全且つ容易に各ユニット部42及び43を装着することができる。
なお、上記実施形態においては、正極側直流入力端子37及び負極側直流入力端子38を、その板面が同一平面上となるように配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、前後方向にずらして配置するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、正極側直流入力端子37及び負極側直流入力端子38を筐体10内の天面板10aに対向する前左側に配置する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、正極側直流入力端子37及び負極側直流入力端子38を天面板10aに対向する前右側に配置するようにしてもよく、この場合には、第1ユニット部42を左側に、第2ユニット部43を右側に配置するようにすれもよい。
また、上記実施形態においては、正極側直流入力端子37及び負極側直流入力端子38と直流母線60P及び60Nとの接続をブスバー39P及び39Nを介して行うようにした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、正極側直流入力端子37及び負極側直流入力端子38を絶縁プレート10dを介して直接筐体10の天面板10aの上方に突出させるようにしてもよい。
また、前記実施形態においては、絶縁プレート10dが2分割されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、絶縁プレート10dを一体物で構成するようにしてもよい。
1…インバータ装置、2…電動モータ、10…筐体、10a…天面板、10b…底面板、10c…開口部、10d…絶縁プレート、10g…収納空間、10h…ユニット装着部、11…上部前面カバー、12…中部前面カバー、13…下部前面カバー、20…IGBTモジュールユニット、21…プリント基板、22…IGBTモジュール、23u〜23w…ブスバー、24u〜24w…交流出力端子、30…平滑用コンデンサ、31…コンデンサユニット、32P…正極側導体板、32N…負極側導体板、37…正極側直流入力端子、38…負極側直流入力端子、39P,39N…ブスバー、40…冷却ファンユニット、41…開口部、42…第1ユニット部、43…第2ユニット部、44…ユニットフレーム、45…冷却ファン、60P,60N…直流母線、61…交流電源、62…コンバータ

Claims (5)

  1. 直流電力を平滑化する平滑用コンデンサと、該平滑用コンデンサで平滑化された直流電力を交流電力に変換する電力変換部とを筐体に内装したインバータ装置であって、
    前記平滑用コンデンサを前記筐体の天面側に配置し、前記平滑用コンデンサに接続され且つ前記筐体の天面板上に配置した直流母線に接続される直流入力端子を天面側に配置し、
    前記筐体の天面と前記平滑用コンデンサとの間に冷却ファンユニットを配置し、
    前記冷却ファンユニットを前記直流入力端子と対面しない第1ユニット部と、前記直流入力端子と対面する第2ユニット部とに分割し
    前記筐体は、前記第1ユニット部を前記直流入力端子と干渉することなく脱着可能に収納する第1ユニット部収納領域と、該第1ユニット部収納領域に連接して前記第2ユニット部を当該第1ユニット部収納領域との間でスライド可能に収納する第2ユニット部収納領域とが形成されていることを特徴とするインバータ装置。
  2. 前記平滑用コンデンサを前記筐体の天面側に配置し、前記平滑用コンデンサに接続された直流入力端子に一端が接続され、他端が当該筐体の天面板を貫通して突出して前記直流母線に接続される接続導体を配置したことを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。
  3. 前記接続導体は、前記直流入力端子及び直流母線の正極側及び負極側を個別に接続する一対のブスバーで構成され、前記筐体の天面板に形成された開口部に固定された絶縁プレートによって互いの表裏面が同一平面上となるように所定間隔を保って支持されていることを特徴とする請求項2に記載のインバータ装置。
  4. 記第1ユニット部及び第2ユニット部のそれぞれは、冷却ファンを固定保持する支持
    フレームを有し、該支持フレームの前端側に冷却ファンの外部に突出した固定ねじを挿通
    する挿通孔が形成されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載のインバータ装置。
  5. 前記筐体の底面側に前記電力変換部を配置し、該電力変換部の底面側に交流出力端子が配置され、該交流出力端子に接続された交流出力線が当該筐体の底面側から導出されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載のインバータ装置。
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