JP6616279B2

JP6616279B2 - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP6616279B2
Application number: JP2016253172A
Authority: JP
Inventors: 孝司島; 慎太郎立花; 孝志田
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2019-12-04
Anticipated expiration: 2033-05-21
Also published as: JP2014230360A; JP2017108624A; JP2016187297A; JP6167203B2

Description

本実施形態は無停電電源装置本体を構成する電力変換器部及び蓄電池部を分割し、これらをほぼ同一の直方体容器にそれぞれ収納した電力変換器ユニット及び少なくとも１個の蓄電池ユニットを組み合わせた無停電電源装置に関する。

従来の無停電電源装置は、電力変換器部分と蓄電池部分を同一の筐体に実装しており、それぞれの使用目的によって、据付台等で使用する場合は縦置き型専用のものを使用し、またラック等の筐体に収納して使用する場合はラック形状に合わせた横置き型専用のものを使用していた。

そしてこの場合、蓄電池部分を修理交換、新規交換する場合には、蓄電池部分に対応する位置に形成されている筐体の開口部に取外し可能な筐体カバーを取外して筐体内部の蓄電池部分を取外し新品と交換していた。

特開平９−２１２２５５号公報

このため、従来の無停電電源装置では以下の課題があった。すなわち、使用される形態にあわせて縦置き型の専用製品、横置き型の専用製品を製作し、これらの専用製品を準備する必要があり、製品製作に伴う作業性が悪く、蓄電池部の交換、増設が面倒で、作業性が悪いということである。

本実施形態は、製品製作に伴う作業性が良く、蓄電池部の交換、増設が容易で、かつ作業性が良い無停電電源装置を提供することを目的とする。

本実施形態の一つは前記目的を達成するために、無停電電源装置本体を構成し、互いに電気的に接続される電力変換器部及び蓄電池部を分割し、これらをほぼ同一の直方体容器にそれぞれ収納した電力変換器ユニット及び少なくとも１個の蓄電池ユニットを、ラック等の筐体に収納せず、据付面に縦置き、横置き、重ね置き可能にした無停電電源装置である。

本実施形態の回路構成を説明するための概略構成図。本実施形態の電力変換器ユニットを説明するための概略構成図。本実施形態の蓄電池ユニットを説明するための概略構成図。図２の電力変換器ユニットを説明するための概略構成図。図３の蓄電池ユニットを説明するための概略構成図。図２の電力変換器ユニットの状態表示部を説明するための概略構成図。図２の電力変換器ユニットの状態表示部を説明するための概略構成図。図２の電力変換器ユニットの状態表示部を説明するための概略構成図。図２の電力変換器ユニットの状態表示部を説明するための概略構成図。図２の電力変換器ユニットの状態表示部を説明するための概略構成図。図２の電力変換器ユニットの状態表示部を説明するための概略構成図。本実施形態の設置状態を説明するための概略構成図。図２の電力変換器ユニットの状態表示部の変形例を説明するための概略構成図。

本実施形態は、以下に述べるように概略無停電電源装置を構成する電力変換器部及び蓄電池部を分割し、これらをほぼ同一の直方体容器０１、０２にそれぞれ収納した電力変換器ユニットＣＵ及び蓄電池ユニットＢとし、電力変換器ユニットＣＵ及び蓄電池ユニットＢ同士を容器外部に露出したコネクタにより接続可能にしたものである。このように構成したことにより、電力変換器ユニットＣＵ及び蓄電池ユニットＢを、図１２に示すように縦置き配置、横置き配置、重ね置き配置など多様な配置組合せが可能となる。

電力変換器ユニットＣＵは、互いに平行に配置される上面及び下面と、上面及び下面に対して垂直でかつ互いが平行に連結される２つの側面を２組有し、側面のうちの互いに平行な２つの側面は平面であるほぼ直方体の電力変換器ユニット収納容器０１と、
電力変換器ユニット収納容器０１内に収納され、例えばコンセント２１を介して電力変換器ユニットＣＵ内に取り込まれる電力系統の交流電力を直流電力に変換するコンバータ部６と、
電力変換器ユニット収納容器０１内に収納され、コンバータ部６で変換された直流電力を交流電力に変換するインバータ部７と、
電力変換器ユニット収納容器０１内に収納され、インバータ部７とコンバータ部６の接続部に設けられた直流経路と、
電力変換器ユニット収納容器０１内に収納され、コンバータ部６とインバータ部７の経路をバイパスするバイパス経路１と、
電力変換器ユニット収納容器０１内に収納され、コンバータ部６とインバータ部７の主回路素子（図示せず）を制御する制御部１９と、
電力変換器ユニット収納容器０１内に収納され、コンバータ部６とインバータ部７等の運転状態を表示する状態表示部１８とを含むものである。

さらに、コンバータ部６とインバータ部７の接続点にコンデンサ１７が接続され、インバータ部７の出力である交流電力をコンセント２２を介して負荷（図示しない）に供給する経路にリアクトル８が接続されている。また、バイパス経路１には、バイパススイッチ１１が直列に接続されている。コンバータ部６とインバータ部７の接続点と後述する蓄電池ユニットＢの一端が電気的に接続され、この経路に整流器１４とリアクトル１６の直列回路が接続されている。

このような構成の電力変換器の主回路には、制御部１９を介して状態表示部１８及びインターフェース部（Ｉ／Ｆ部）２０が電気的に接続されている。

蓄電池ユニットＢは、電力変換器ユニット収納容器０１とほぼ同一形状の蓄電池ユニット収納容器０２と、蓄電池ユニット収納容器０２内に収納され、コンバータ部６とインバータ部７の間にある直流経路である直流用ケーブル３３からの直流電力により常時充電され、充電電力（直流電力）をコンセント２１からの電力系統が停電のときインバータ部７に供給する経路を含み、ヒューズ３１と蓄電池例えばシール型バッテリ３２の直列回路を備えたものである。

図２は電力変換器ユニットＣＵを説明するための図で、図２（ａ）は状態表示部１８がある側を説明するための斜視図（概観図）であり、図２（ｂ）は状態表示部１８を有さず、コネクタがある側を説明するための斜視図（概観図）である。

電力変換器ユニット収納容器０１は、全体として概略直方体であって、底面と背面と一側面が一体の収納容器本体０１１と、収納容器本体０１１に対して取外し可能で上面と正面が一体の断面Ｌ形のカバー０１２を備えている。図４（ａ）はカバー０１２を外した状態の収納容器本体０１１の平面図であり、図４（ｂ）はカバー０１２を外した状態の収納容器本体０１１の正面図であり、図４（ｃ）は電力変換器ユニット収納容器０１の右側面図である。

収納容器本体０１１には、図１に示すリアクトル４、８、リアクトル１６、コンデンサ１７が収納され、コンバータ部６、インバータ部７、バイパススイッチ１１、整流器１４がヒートシンク５と一体にした状態で収納され、また制御基板を含む制御部１９並びにインターフェース部２０と、ファン１０が収納されている。収納容器本体０１１の一側面には、先端に電力系統と接続するためのコンセント２１のケーブル、コンセント２２及びコネクタ付ケーブル３３が配設されている。収納容器本体０１１の背面及び底面には、それぞれカバー０１２に形成されている係合凸部（図示せず）が、カバー０１２を収納容器本体０１１の側面から装着する時に係合するように係合凹部０１３、０１４が形成されている。収納容器本体０１１の背面側に冷却用空気の吸排気口２５が形成されている。

図３及び図５は蓄電池ユニットＢを説明するための図で、図３（ａ）は蓄電池ユニット容器０２を正面側から見た斜視図（外観図）であり、図３（ｂ）は蓄電池ユニット容器０２を背面側から見た斜視図（外観図）であり、図５（ａ）は蓄電池ユニット容器０２のカバーを取外した状態の平面図であり、図５（ｂ）は蓄電池ユニット容器０２のカバーを取外した状態の正面図である。蓄電池ユニット収納容器０２は、電力変換器ユニット収納容器０１とほぼ同一形状で、全体として概略直方体であって、底面と背面と一側面が一体の収納容器本体０２１と、収納容器本体０２１の内部にはヒユーズ３１が固定され、収納容器本体０２１内には蓄電池３２が収納されている。収納容器本体０２１の一側面には、収納容器本体０２１の内部の蓄電池３２と電気的に接続されるフィンガプロテクトタイプコネクタ３４及び増設用コネクタ３５が取付けられ、またこれらのコネクタが取付けられている側面に容器本体内部の空気が流通するように通気口３６が形成されている。収納容器本体０２１の背面及び底面には、それぞれカバー０２２に形成されている係合凸部（図示せず）が、カバー０２２を収納容器本体０２１の側面から装着する時に係合するように係合凹部０２３、０２４が形成されている。収納容器本体０２１の他側面には、容器本体内部の空気が流通するように通気口３７が形成されている。

ここで、電力変換器ユニット収納容器０１の他側面に配設されていて、電力変換器ユニットＣＵと蓄電池ユニットＢの運転状態を表示する状態表示部１８について、図２及び図６〜図１１を参照して説明する。

前述の状態表示部１８は、図６〜図１１に示すように回転部材８１と、回転部材支持部材８５を備えている。回転部材８１は、略円板状部材の一方の板面（表面）に、電力変換器ユニットＣＵ及び蓄電池ユニットＢの運転状態を表示するための文字、表示素子例えばＬＥＤの窓、図形表示器（図示せず）の表示面の窓、タッチスイッチの操作部の窓を含む表示部が形成され、また円板状部材の他方の板面（裏面）に、前記表示部の窓に対応する位置に表示素子取付部８２が形成されると共に、表示部用基板の取付部８０が形成されている。

次に前記表示部について説明する。文字の「ＩＮＰＵＴ」は図１のコンセント２１が電力系統に接続されるとこの前にある表示素子１８１が点灯する。文字の「ＩＮＶ．」は図１のコンバータ部６、インバータ部７の経路が繋がっているとこの前にある表示素子１８２が点灯する。文字の「ＢＹＰ．」は図１のスイッチ１１が閉じるとこの前にある表示素子１８３が点灯する。図形表示器（図示せず）の表示面の窓１８４、１８５はそれぞれ負荷率と蓄電池ユニットＢの残量と共に残量が所定レベルとなったとき警報を表示する。文字の「ＢＡＴＴ．ＯＰＥ」は交流入力が無くなり蓄電池運転になったときにこの前にある表示素子１８６が点灯する。文字の「ＴＩＭＥＲ」はスケジュール運転のときこの前にある表示素子１８７が点灯する。文字の「ＦＡＵＬＴ」は無停電電源装置に異常が生じたときこの前にある表示素子１８８が点灯する。文字の「ＯＶＥＲＨＥＡＴ」は装置がオーバヒートのときこの前にある表示素子１８９が点灯する。文字の「ＢＡＴＴ．ＣＨＡＮＧＥ」は図１の蓄電池ユニットＢの交換時期になったときこの前にある表示素子１９０が点灯する。タッチスイッチの「ＦＵＮＣ」は運転モード（ホットスワップ：蓄電池を交換するとき）を選択する際にタッチ操作を行うものである。表示素子１８１〜１８３、１８６〜１９０、図形表示器１８４，１８５、タッチスイッチ１９１はいずれも制御部１９からの指令により動作するようになっている。

さらに回転部材８１の円板状の板面の周縁部に沿って断面凸状の略半円弧状の２つのガイド８３が形成され、前記円板状の板面であって前記ガイド８３の相互間に前記円板状の板面にそれぞれ植立するように２つの断面逆Ｌ字状の固定爪８４が形成されている。

回転部材支持部材８５は、電力変換器ユニット収納容器０１の一端部に取外し可能に設けられ、回転部材８１のガイド８３の外周が嵌ると共に、回転部材８１が回転可能になるように円形孔８６が形成され、この円形孔８６の縁部に沿って１／４円弧状の断面凸状の４個のガイド８７が同一円周上に形成され、各ガイド８７の相互間にそれぞれ存在する４個の位置決め部８８に、回転部材８１に有する２つの固定爪８４が嵌り、回転部材８１を９０度回転可能に支持するものである。

図６及び図７は、いずれも回転部材８１と、回転部材支持部材８５が分解された状態を示すもので、図６は回転部材８１と回転部材支持部材８５の正面側を示し、図７は回転部材８１と回転部材支持部材８５の背面側を示している。図８及び図９は、いずれも回転部材８１と、回転部材支持部材８５が組み立てられた状態を示すもので、図８は回転部材８１と回転部材支持部材８５の正面側を示し、図９は回転部材８１と回転部材支持部材８５の背面側を示している。図１０及び図１１は、いずれも回転部材８１と、回転部材支持部材８５が組み立てられた状態で、回転部材８１が略４５度回転した状態を示すもので、図１０は回転部材８１と回転部材支持部材８５の正面側を示し、図１１は回転部材８１と回転部材支持部材８５の背面側を示している。回転部材支持部材８５の状態表示部１８が形成されていない側面部に換気口８０が形成されている。

以上のように電力変換器ユニットＣＵと蓄電池ユニットＢを構成したことにより、図１２に示すように種々の状態で据え付けることが可能である。電力変換器ユニットＣＵを１個に対して蓄電池ユニットＢが１個が基本形態であるが、図１２（ａ）は１個の電力変換器ユニットＣＵと３個の蓄電池ユニットＢを全て縦置き状態で据付けた例であり、図１２（ｃ）は１個の電力変換器ユニットＣＵと３個の蓄電池ユニットＢを全て横置き状態で据付けた例であり、図１２（ｂ）は１個の電力変換器ユニットＣＵと３個の蓄電池ユニットＢを全て横置き状態で更にこれらを上下方向に積重ねた重ね置き状態で据付けた例である。この場合、据付状態に応じて状態表示部１８の表示素子を備えた回転部材８１を容易に９０°回転、すなわち、電力変換器ユニットＣＵの据付（設置）面に対して回転部材８１の表示部の文字の配列方向が平行にできることから、無停電電源装置の運転状態を表示する表示部が見易い。

また、蓄電池ユニットＢを交換修理する場合には、従来のように蓄電池カバーを取り外す必要が無く、蓄電池ユニットＢに備えているコネクタの離脱、蓄電池ユニットＢに備えているコネクタ同士を接続するだけで行え、蓄電池ユニットＢの交換、増設が容易に行える。

さらに、電力変換器ユニットＣＵの収納容器と蓄電池ユニットＢの収納容器をほぼ同一
のものを使用したので、製品製作に伴う作業性が良い。

また、状態表示部を構成し、かつ電力変換器ユニットＣＵの収納容器０１の角部であって回転部材支持部材８５の表示部に近い部分に丸みを形成したので、回転部材支持部材８５の方向性が確認しやすい。

回転部材支持部材８５の、回転部材８１が回転可能になるように円形孔８６が形成され、この円形孔８６の縁部に沿って１／４円弧状の断面凸状の４個のガイド８７の根元部に、この周方向に溝を形成したことで、回転部材８１が滑らかに回転する。

回転部材８１の固定爪８４を、回転部材８１の板面に仮想的に描く円に対して直角になるように形成し、回転部材支持部材８５のガイド８７相互間に存在する位置決め部８８であって、この一方のガイド８７の端部８７ａを断面三角状に形成し、他方のガイド８７の端面を円周に対して直角面８７ｂにしたので、回転部材８１を回転操作して回転部材８１の固定爪８４が回転部材支持部材８５のガイド８７相互間に存在する位置決め部８８に嵌ったとき、クリック感が得られ、回転部材８１の回転操作に伴う位置決めが確認できる。

収納容器本体０１１の一方の外側端面縁部に形成されている連結用凸部（図示せず）と接合され、図７に示す回転部材支持部材８５の外側端面縁部には、複数の切込み溝８９が形成されると共に、各切込み溝８９の一方の角部である上側（図７の）の角部は直角な２平面を有する段部８９ａと、前記連結用凸部に形成されている穴（図示せず）に挿入され、各切込み溝８９の他方の角部である下側（図７の）は略Ｕ字状の切込み８９ｂが形成され、また収納容器本体０１１の他方の外側端面縁部に形成されている連結用凹部（図示せず）と接合され、さらに前記収納容器本体０１１の端面縁部に有する連結用凹部（図示せず）と係合する、図７に示す回転部材支持部材８５の連結用凸部９０が形成されている。この結果、回転部材支持部材８５を、前記収納容器本体０１１に対して連結（接合）が確実で、かつ両者の分離も容易になる。

以上述べた実施形態は、次のように変形して実施することができる。図１３に示すように、回転部材支持部材８５の表示部に近い部分に形成した丸みを無くしてもよい。また、
以上述べた状態表示部を、電力変換器ユニットＣＵの収納容器８５の一端部に連結したが、状態表示部を蓄電池ユニットＢの収納容器に連結してもよく、また更に状態表示部を電力変換器ユニットＣＵの収納容器８５と、蓄電池ユニットＢの収納容器に連結せず独立した無停電電源装置の状態表示装置としてもよい。さらに、前述した実施形態は１個の電力変換器ユニットＣＵと、複数個の蓄電池ユニットＢの組み合わせについて説明したが、これに限らず電力変換器ユニットＣＵの個数と、蓄電池ユニットＢの個数は任意であってもよい。また、回転部材の円周面部にくぼみ等を形成して回転部材を回し易くするようにしてもよい。

ＣＵ…電力変換器ユニット、Ｂ…蓄電池ユニット、０１…電力変換器ユニット収納容器、０２…蓄電池ユニット収納容器、１…バイパス経路、４…リアクトル、５…ヒートシンク、６…コンバータ部、７…インバータ部、８…リアクトル、１０…ファン、１１…バイパススイッチ、０１１…収納容器本体、０１２…カバー、０１３．０１４…係合凹部、１４…整流器、１６…リアクトル、１７…コンデンサ、１８…状態表示部、１９…制御部、２０…インターフェース部、２１…コンセント、０２１…収納容器本体、２２…コンセント、０２２…カバー、０２３、０２４…係合凹部、３１…ヒューズ、３２…蓄電池、３３…コネクタ付ケーブル、３４…フィンガプロテクトタイプコネクタ、３５…増設用コネクタ、３６…通気口、３７…通気口
、８０…取付部、８１…回転部材、８２…表示素子取付部、８３…ガイド、８４…固定爪、８５…回転部材支持部材、８６…円形孔、８７…ガイド、１８１〜１８３…表示素子、１８４、１８５…図形表示器の窓、１８６〜１９０…表示素子、１９１…タッチスイッチの窓。

Claims

無停電電源装置本体を構成し、互いに電気的に接続される電力変換器部及び蓄電池部を分割し、これらをほぼ同一の直方体容器にそれぞれ収納した電力変換器ユニット及び少なくとも１個の蓄電池ユニットと、
前記電力変換器ユニットの直方体容器に設け、前記電力変換器部及び前記蓄電池部の運転状態を表示する表示素子を備えた回転部材と、前記回転部材を回転可能に支持する回転部材支持部材とを含む状態表示装置と、
を具備し、前記電力変換器ユニット及び前記蓄電池ユニットを、筐体に収納せず、据付面に第１配置状態、第２配置状態、および第３配置状態で配置可能にしたことを特徴とし、
前記第１配置状態においては、前記電力変換器ユニット及び前記蓄電池ユニットは、前記据付面に平行な第１方向に並べられ、前記蓄電池ユニットは、前記電力変換器ユニットから供給される電力によって充電され、
前記第２配置状態においては、前記電力変換器ユニット及び前記蓄電池ユニットは、前記据付面に垂直な第２方向に並べられ、前記蓄電池ユニットは、前記電力変換器ユニットから供給される電力によって充電され、
前記第３配置状態においては、前記少なくとも１個の蓄電池ユニットは、第１蓄電池ユニットおよび第２蓄電池ユニットを含み、前記電力変換器ユニット及び前記第１蓄電池ユニットは、前記第１方向に並べられるとともに、前記電力変換器ユニット及び前記第２蓄電池ユニットは、前記第２方向に並べられ、前記第１蓄電池ユニットおよび前記第２蓄電池ユニットは、前記電力変換器ユニットから供給される電力によって充電される、無停電電源装置。
前記蓄電池ユニットの収納容器の壁面に、外部から容器内部にある蓄電池と電気的接続が可能な増設用コネクタを取り付けたことを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
前記電力変換器ユニットの収納容器の角部であって前記状態表示装置に最も近い部分に丸みを形成したことを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
前記状態表示装置は、電力系統への接続状態、前記電力変換器部の経路が接続されている状態を表示する状態、前記電力変換器部のコンバータ部及びインバータ部の経路をバイパスするバイパス経路がある場合の前記バイパス経路が接続された状態、前記電力変換器部がオーバヒートとなったときの状態、前記蓄電池部が運転状態となったときの状態、前記蓄電池部がスケジュール運転となった状態、前記無停電電源装置が異常状態となったときの状態、前記蓄電池部の負荷率と残量と共に残量が所定レベルとなったとき警報を表示する状態並びに前記蓄電池部の交換時期を表示する表示状態、前記電力変換器部の制御部からの指令に応じた状態のうちの少なくとも一つを表示可能なものであることを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
前記電力変換器ユニット及び前記蓄電池ユニットの直方体容器は、互いに平行に配置される上面及び下面と、前記上面及び下面に対して垂直でかつ互いが平行に連結される２つの側面を２組有し、前記側面のうちの互いに平行な２つの側面は平面であることを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
前記状態表示装置は、前記バイパス経路が接続された状態を表示可能なものであることを特徴とする請求項４記載の無停電電源装置。
前記状態表示装置は、前記蓄電池部が運転状態となったときの状態を表示可能なものであることを特徴とする請求項４記載の無停電電源装置。
前記状態表示装置は、前記蓄電池部がスケジュール運転となった状態を表示可能なものであることを特徴とする請求項４記載の無停電電源装置。
前記状態表示装置は、前記蓄電池部の交換時期を表示する表示状態を表示可能なものであることを特徴とする請求項４記載の無停電電源装置。