JP7334517B2

JP7334517B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP7334517B2
Application number: JP2019133015A
Authority: JP
Inventors: 次郎豊崎; 義晶榎並
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2023-08-29
Anticipated expiration: 2039-07-18
Also published as: JP2021019407A

Description

本発明は電力変換装置に関する。

粉塵、塵埃、油、湿気など（以下「粉塵など」）によって電力変換装置の筐体内が汚損された場合、電力変換装置の回路部品に短絡故障、絶縁劣化など（以下「短絡故障など」）が発生する場合がある。特許文献１には、このような電力変換装置における短絡故障などを未然に防ぐための技術が開示される。特許文献１に開示される電力変換装置は、筐体内の汚損状態を検出する汚損検出装置を備える。汚損検出装置は、高電圧側抵抗と、低電圧側抵抗と、低電圧側抵抗が設置される低電圧側絶縁取付板と、高電圧側抵抗が設置される高電圧側絶縁取付板と、電圧測定部を備える。

高電圧側抵抗及び低電圧側抵抗は、直列接続された直流高電圧側線路のＰ側と低電圧側線路のＮ側との間に挿入される。そして、高電圧側絶縁取付板には、粉塵などがたまり難くするため、中央部に開口部が形成される。一方、低電圧側絶縁取付板には、汚損状態を検出し易くするために開口部が形成されていない。

この構成により、電力変換装置が長時間使用されて汚損が進むと、垂直方向視の面積が、高電圧側抵抗よりも大きい低電圧側抵抗に、粉塵などが多く堆積する。これにより、低電圧側抵抗での絶縁の低下が、高電圧側抵抗での絶縁低下よりも速く進む。従って、電圧測定部で測定される低電圧側抵抗の両端間電圧が、高電圧側抵抗の両端間電圧よりも速く降下し、低電圧側抵抗の両端間電圧が予め設定した電圧値以下になると、異常が報知される。異常とは、短絡が発生し得る状態である。

特開２００９－２７８７９号公報

しかしながら、特許文献１に開示される従来技術では、抵抗器と絶縁取付板との対向部分に粉塵などが堆積する構造のため、当該対向部分に堆積した粉塵などの量が僅かに変化した場合でも抵抗器の両端電圧が大きく変化する。従って、粉塵などの堆積量が僅かであっても短絡が発生し得る状態であると誤検出されるおそれがあり、筐体内の汚損状態を正確に判定する上での改善の余地がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、汚損状態の検出精度を向上できる電力変換装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る電力変換装置は、筐体と、前記筐体内に設けられる第１抵抗器と、前記筐体内に設けられ、前記第１抵抗器に直列接続され、抵抗値が前記第１抵抗器の抵抗値よりも小さい第２抵抗器と、前記第２抵抗器の両端電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部で検出された電圧値に基づき、前記筐体内の汚損状態を判定する汚損判定部と、を備え、前記第２抵抗器は、前記電圧検出部が接続される一対の第１端子及び第２端子と、前記第１端子に接続される板状の導電体である第１導電板と、前記第２端子に接続され、前記第１導電板から一定距離隔てて配置される板状の導電体である第２導電板と、前記第１導電板及び前記第２導電板の互いの板面が向き合う状態で前記第１導電板から前記第２導電板に向かって伸びる抵抗体と、を備える。

本発明によれば、汚損状態の検出精度を向上できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る電力変換装置１００の内観図本発明の実施の形態に係る電力変換装置１００が備える回路の構成例を示す図予防保全回路４０の構成例を示す図第２抵抗器４２の構成例を示す図第２抵抗器４２の第１変形例を示す図第２抵抗器４２の第２変形例を示す図第２抵抗器４２の第３変形例を示す図第２抵抗器４２の第４変形例を示す図第２抵抗器４２の第５変形例を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、各形態において、平行、直角、水平、垂直、上下、左右などの方向には、本発明の効果を損なわない程度のずれが許容される。また、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は、それぞれ、Ｘ軸に平行な方向、Ｙ軸に平行な方向、Ｚ軸に平行な方向を表す。Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向は、互いに直交する。ＸＹ平面、ＹＺ平面、ＺＸ平面は、それぞれ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行な仮想平面、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な仮想平面、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に平行な仮想平面を表す。図１以降において、Ｘ軸方向のうち、矢印で示す方向はプラスＸ軸方向とし、当該方向とは逆の方向はマイナスＸ軸方向とする。Ｙ軸方向のうち、矢印で示す方向はプラスＹ軸方向とし、当該方向とは逆の方向はマイナスＹ軸方向とする。Ｚ軸方向のうち、矢印で示す方向はプラスＺ軸方向とし、当該方向とは逆の方向はマイナスＺ軸方向とする。

実施の形態
図１は本発明の実施の形態に係る電力変換装置１００の内観図である。電力変換装置１００は、例えば、搬送機械（コンベア、リフト、エスカレータ）、昇降機械（クレーン、ホイスト、立体駐車場）、ファン、ポンプなどに用いられる産業機械用のインバータである。なお、電力変換装置１００は、インバータに限定されず、電力変換用のスイッチング素子を備える装置であればよい。すなわち、電力変換装置１００は、直流電力を交流電力に変換するコンバータ、直流電力を電力用半導体素子でスイッチング（オン・オフ）することで直流電力の値を制御する直流チョッパ、入力周波数より低い周波数の交流を得るサイクロコンバータなどでもよい。

電力変換装置１００は、外気を導入して内部部品を冷却する外気導入構造の筐体１１０を有する。筐体１１０は、電力変換装置１００の外郭を構成する箱形状の収納体である。筐体１１０のプラスＺ軸方向側には、筐体１１０の開口部を覆う不図示の正面パネルが設けられる。筐体１１０の上下方向はＸ軸方向に等しく、筐体１１０の左右方向はＹ軸方向に等しく、筐体１１０の奥行き方向はＺ軸方向に等しい。

筐体１１０の内側には、遮熱板１０、制御基板８などが設けられる。制御基板８のマイナスＺ軸方向の不図示の端面には、例えばスイッチング素子が設けられる。

電力変換装置１００では、後述する直流リアクトルの周囲を囲むように、遮熱板１０が設置されている。遮熱板１０は、例えば放熱フィンベース６のプラスＺ軸方向の端面に固定される。放熱フィンベース６は、筐体１１０の内部部品で発生した熱を筐体１１０の外部に放射するための板状の放熱部材である。

ここで、電力変換装置１００の設置環境によっては、粉塵などが筐体１１０内に入り込み、主回路端子、制御端子、プリント基板などに溜まることで、端子間、端子と筐体１１０の間で、短絡故障などが発生し得る。また三相インバータ主回路１０３には、数多くの端子があり、粉塵などの溜まり具合により、短絡故障などが発生する箇所が異なる。プリント基板にも多くの部品が配置されており、粉塵などの溜まり具合により、短絡故障を起こす箇所が異なる。このような短絡故障を未然に防ぐため、予防保全回路４０が設置される。

予防保全回路４０、筐体１１０に取り込まれた空気に含まれる粉塵などによって筐体１１０内が汚損された場合でも短絡故障などすることを未然に防ぐ回路である。短絡故障などを未然に防ぐためには、筐体１１０内に粉塵などが一定量堆積して、すなわち短絡故障などが発生し得る状態になったとき、ユーザへ報知することで、粉塵などを除去することが有効である。このような報知を行う手段として、予防保全回路４０は、筐体１１０内の汚損状態を検出するための抵抗器である第１抵抗器４１及び第２抵抗器４２と、電圧検出部４３と、汚損判定部４４とを備える。

第１抵抗器４１及び第２抵抗器４２は、例えば電力変換装置１００内の空気が淀む部分に設けられる。空気が淀む部分は、空気が循環し難くなる部分に等しい。空気が淀む部分は、筐体１１０内に導入された空気に含まれる粉塵などが堆積しやすい。空気が淀む部分は、例えば、遮熱板１０と筐体１１０の天板（図１のプラスＸ軸方向の板面）との間の空間、複数の回路部品で囲まれる袋小路のような箇所などである。

このように空気が淀む部分は、空気が淀みにくい部分に比べて、粉塵などが堆積しやすい。従って、空気が淀む部分に、粉塵などの堆積量を検出するセンサとして機能する第１抵抗器４１及び第２抵抗器４２を設けることで、実際に短絡故障などが発生する前に、ユーザへ報知することができる。

なお、第１抵抗器４１及び第２抵抗器４２が設置される場所は、筐体１１０の内部の１箇所に限定されず、複数箇所でもよい。例えば図１に示される箇所に、第１抵抗器４１及び第２抵抗器４２の組を設けると共に、制御基板８の裏側（マイナスＺ軸方向のスイッチング素子側）にも第１抵抗器４１及び第２抵抗器４２の組を設けてもよい。このように構成することで、筐体１１０内の複数箇所で粉塵などの堆積量を検出できるため、複数の回路部品の中でも粉塵などの影響を受けやすい部品の近傍に設置するなどすることで、短絡故障などを有効に防止し得る。

図２は本発明の実施の形態に係る電力変換装置１００が備える回路の構成例を示す図である。例えば電力変換装置１００は、ＥＭＣ（ElectroMagnetic Compatibility：電磁気的互換性）フィルタ１０１、三相交流電圧を整流するダイオード整流器１０２、三相インバータ主回路１０３、電源回路３０、及び予防保全回路４０を備える。

ＥＭＣフィルタ１０１は、ノイズを除去するため、線間コンデンサ１、コモンモードチョークコイル２（Ｌ_ｃ）、接地コンデンサ３などを備える。

三相インバータ主回路１０３は、コア４（Ｌ_ｃｏｒｅ）、直流リアクトル５（Ｌ_ＤＣ）、平滑コンデンサ７、及び複数のスイッチング素子Ｓ_１～Ｓ_６を備え、整流された電圧を三相交流電圧へ変換する。三相インバータ主回路１０３で変換された三相交流電圧が負荷（モータ２００など）に印加される。コア４は、ダイオード整流器１０２と三相インバータ主回路１０３とを接続する正極側直流母線及び負極側直流母線に設けられ、電磁ノイズの補助的な抑制を行う。直流リアクトル５は、例えば正極側直流母線に設けられ、商用電圧に重畳される高調波電流を抑制すると共に力率改善を図るために設けられる。

複数のスイッチング素子Ｓ_１～Ｓ_６は、ダイオード整流器１０２から供給される直流電力を交流電力に変換する３相ブリッジ接続された半導体スイッチング素子である。以下では、複数のスイッチング素子Ｓ_１～Ｓ_６のそれぞれを区別しない場合、「スイッチング素子」と称する。スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などである。スイッチング素子は、それぞれ、不図示のゲート駆動回路から入力されるＰＷＭ信号（ゲート駆動信号）に従って、オン又はオフ状態となる。ゲート駆動回路は、不図示の制御回路から入力されるＰＷＭ信号を、スイッチング素子を駆動可能な値の電圧の信号であるゲート駆動信号に変換して、スイッチング素子に入力する回路である。

電源回路３０は、予防保全回路４０の動作に必要な電源電圧を生成する回路である。電源回路３０の入力側が直流母線に接続され、電源回路３０の出力側が予防保全回路４０に接続される。電源回路３０は、ダイオード整流器１０２又は平滑コンデンサ７に蓄えられた電力に基づき、予防保全回路４０の動作に必要な電源電圧（直流電圧）を生成する。なお、電源回路３０は、予防保全回路４０の動作に必要な電源電圧を生成する回路であればよく、例えば電源回路３０の入力側がダイオード整流器１０２の入力側（交流電圧入力端子など）に接続され、交流電圧を直流電圧に変換して、予防保全回路４０に入力してもよい。

予防保全回路４０は、例えば筐体１１０内で短絡故障などが発生する可能性が高い状態であるか否を判断し、その可能性が高い状態であると判断したとき、ユーザなどに対して、報知情報を生成して出力する。報知情報は、短絡故障などが発生する可能性が高いことをユーザに知らせるための情報である。報知情報は、例えば筐体１１０に設けられる警告灯の点灯状態を制御する制御回路に通知され、あるいは、電力変換装置１００を遠隔監視する監視室等に設けられた報知装置等に通知される。

次に予防保全回路４０の構成を、図３を参照して説明する。

図３は予防保全回路４０の構成例を示す図である。予防保全回路４０は、第１抵抗器４１と、第１抵抗器４１に直列接続される第２抵抗器４２と、電圧検出部４３と、汚損判定部４４とを備える。

第１抵抗器４１及び第２抵抗器４２による直列接続体には、電源回路３０の出力電圧が印加される。第１抵抗器４１は、汚損によって抵抗値が大きく変化しない構造を有する。例えば、第１抵抗器４１の２つの端子間の距離を長くし、あるいは、当該端子を絶縁性部材（チューブなど）などで覆うことで、抵抗値が大きく変化しない構造を実現できる。第２抵抗器４２は、第１抵抗器４１に比べて、汚損によって抵抗値が変化し易い構造を有する。第２抵抗器４２の構成の詳細は後述する。

電圧検出部４３は、第２抵抗器４２の両端電圧を検出し、検出した直流電圧の値に対応した電圧情報を、汚損判定部４４に入力する。

汚損判定部４４は、汚損判定部４４の機能を実現するプログラムをメモリに格納しておき、電力変換装置１００の制御部などの動作を司るＣＰＵ（Central Processing Unit）が当該プログラムを読み出して実行することによって実現される。汚損判定部４４は、入力した電圧情報に基づき、例えば、電圧検出部４３で検出された電圧値と設定値とを比較する。汚損判定部４４は、電圧値が設定値を超えているときには報知情報を出力せず、電圧値が設定値以下のときには報知情報を出力する。設定値は、例えば、電力変換装置１００が運用される場所の環境（土埃が多い海岸沿い、高温多湿の盆地など）を考慮して、予め実験などにより求められる。設定値は、筐体１１０内に浸入した粉塵などによって、電力変換装置１００を構成する回路の絶縁抵抗が、短絡故障が生じる虞がある値まで低下しているか否かを基準にして設定される。

なお、電圧検出部４３及び汚損判定部４４は、交流電圧に対応した構成にしてもよい。この場合、電源回路３０は、例えば交流電圧を出力するように構成され、第２抵抗器４２の両端に交流電圧が検出されるため、電圧検出部４３は、検出した交流電圧の平均値を電圧情報として、汚損判定部４４に入力する。この構成により、予防保全回路４０の適用箇所が広くなり、例えば交流電力を任意の値の交流電圧及び周波数に変換する変換器にも適用可能である。

次に、電源回路３０の電圧、第１抵抗器４１の値、第２抵抗器４２の値、第２抵抗器４２の両端電圧などについて説明する。

例えば初期時（運用開始直後）の電力変換装置１００のように、筐体１１０内が汚損されていないときに検出される検出電圧Ｖｒ（第２抵抗器４２の両端電圧）は、下記（１）により表すことができる。Ｒａは第１抵抗器４１の抵抗値、Ｒｂは第２抵抗器４２の抵抗値（第２抵抗器４２の変化前の抵抗値）を表す。Ｖ１は電源回路３０の電圧である。

Ｖｒ＝（Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ））×Ｖ１・・・（１）

例えば初期時から一定期間経過することで、筐体１１０内に粉塵などが堆積して汚損される。従って、筐体１１０内が汚損された状態の電力変換装置１００では、第２抵抗器４２の抵抗値Ｒｂが、初期時に比べて低下する傾向を示す。そのため、初期時から一定期間経過することで、抵抗値Ｒｂが変化したときに検出される検出電圧Ｖｒ'（第２抵抗器４２の両端電圧）は、下記（２）により表すことができる。Ｒｂ'は第２抵抗器４２の変化後の抵抗値を表す。

Ｖｒ'＝（Ｒｂ'／（Ｒａ＋Ｒｂ'））×Ｖ１・・・（２）

第２抵抗器４２の抵抗値Ｒｂは、第２抵抗器４２へ堆積する粉塵などが導電性物質として作用するため、粉塵などの堆積量が増えるほど、低くなる。従って、汚損前後の第２抵抗器４２の抵抗値は、Ｒｂ＞Ｒｂ'となる。

なお、前述したように第１抵抗器４１は、汚損の進行に対して、抵抗値が変化し難い（抵抗値が大きく変化しない）構造を有するため、Ｒａの変化はないものとみなしたとき、（Ｒａ＋Ｒｂ）から（Ｒａ＋Ｒｂ'）への変化率よりも、ＲｂからＲｂ'への変化率の方が大きくなる。

上記（１）式及び（２）式より、Ｖｒ＞Ｖｒ'の関係性が成り立つため、Ｖｒ'が前述した設定値以下になることで、汚損判定が可能である。

ここで、第１抵抗器４１の抵抗値Ｒａの汚損の影響について説明する。

第１抵抗器４１が汚損されることで、その抵抗値はＲａがＲａ'に変化すると、変化前後の抵抗値は、Ｒａ＞Ｒａ'の関係性を有するため、（Ｒａ＋Ｒｂ'）＞（Ｒａ'＋Ｒｂ'）となる。従って、上記（２）より、検出電圧Ｖｒ'は（Ｒａ＋Ｒｂ'）の時の方が小さくなる。このため、第１抵抗器４１が汚損されない方が、検出電圧Ｖｒ'の変化が大きくなり、汚損検出し易くなる。すなわち筐体１１０の汚損の検出精度が向上する。

次に抵抗値Ｒａ、Ｒｂの設定について説明する。

Ｒａ＞＞Ｒｂとしたとき、Ｒａの値が支配的となるため、Ｒａ＋Ｒｂ≒Ｒａ＋Ｒｂ' の関係性が成り立つ。従って、この場合の検出電圧Ｖｒ'は、下記（３）により表すことができる。

Ｖｒ'≒（Ｒｂ'／Ｒｂ）×Ｖｒ・・・（３）

上記（３）より、抵抗値Ｒｂの変化にほぼ比例して検出電圧が変化すると共に、検出電圧の変化率が大きいことが分かる。従って、抵抗値Ｒａは、抵抗値Ｒｂに対して、極力大きな値（例えば十数倍）にすれば、汚損検出し易くなる。

さらに、粉塵などの堆積量と、Ｒｂの値と、汚損検出のし易さとの関係性について説明する。

第２抵抗器４２が汚損されて、その抵抗値が、Ｒｂ'からＲｂ''（Ｒｂ'＞Ｒｂ''）に変化した場合、そのときの検出電圧をそれぞれＶｒ'、Ｖｒ''とすると、検出電圧は、上記（３）式より、Ｖｒ'＞Ｖｒ''の関係性を有する。従って、第２抵抗器４２は、汚損の影響により、その抵抗値Ｒｂが大きく変わるほうが、汚損検出し易くなる。このことに鑑みて、第２抵抗器４２は、粉塵などの堆積量に対して、抵抗値Ｒｂの変化量が大きくなるように構成されている。すなわち、第２抵抗器４２は、抵抗値Ｒｂが変化し易い構成を採用している。

第２抵抗器４２の構成例を、図４を参照して説明する。図４は第２抵抗器４２の構成例を示す図である。第２抵抗器４２は、電圧検出部４３に接続される一対の第１端子５０及び第２端子５１と、第１端子５０に接続される板状の導電体である第１導電板５３と、第２端子５１に接続され、第１導電板５３から一定距離隔てて配置される板状の導電体である第２導電板５４とを備える。

第１導電板５３及び第２導電板５４の材料には、抵抗率が第２抵抗器４２の抵抗率よりも低い金属、例えばアルミニウム、オーステナイト系ステンレス合金、銅合金、鋳鉄、鋼、鉄合金などを例示できる。第１導電板５３及び第２導電板５４は、互いの板面５３ａ、５４ａが向き合う状態で、Ｙ軸方向に伸びるように配列される。

なお、第１導電板５３及び第２導電板５４は、互いの板面５３ａ、５４ａが平行になるように配列されているが、互いの板面５３ａ、５４ａが向き合う状態で配列されていればよい。例えば、Ｙ軸方向に平行な仮想線に対して、板面５３ａ及び板面５４ａの何れかが、プラスＺ軸方向に１°～２０°程度傾いていてもよいし、マイナスＺ軸方向に１°～２０°程度傾いていてもよい。

また、第２抵抗器４２は、抵抗体５５を備える。抵抗体５５は、第１導電板５３及び第２導電板５４の互いの板面５３ａ、５４ａが向き合う状態で、第１導電板５３から第２導電板５４に向かって伸び、抵抗値が第１抵抗器４１の抵抗値よりも小さい部材である。抵抗体５５は、例えば柱状のセラミックスの表面に炭素皮膜が焼き付けられた炭素皮膜抵抗体、柱状の抵抗体にニッケルクロム合金などの金属被膜を施された金属皮膜抵抗体などである。なお、抵抗体５５は、Ｚ軸方向の幅、Ｘ軸方向の幅、Ｙ軸方向の幅が互いに等しい立方体形状のものでもよいし、Ｚ軸方向の幅が、Ｘ軸方向の幅、又はＹ軸方向の幅よりも狭い薄板状のものでもよい。

第１導電板５３と第２導電板５４は、抵抗体５５を介して、互いに機械的及び電気的に接続される。抵抗体５５が設けられることによって、第１導電板５３は、第２導電板５４からプラスＺ軸方向に一定距離隔てた位置に設けられる。そして、第１導電板５３のマイナスＺ軸方向の板面５３ａは、第２導電板５４のプラスＺ軸方向の板面５４ａと向き合うように配置される。この構成により、第１導電板５３と第２導電板５４との間には、抵抗体５５を除く部分に、隙間Ｇが形成される。

隙間Ｇの寸法は、第１導電板５３及び第２導電板５４の大きさ、抵抗体５５の抵抗値、塵埃の大きさ、などを考慮して適宜設定される。なお、隙間Ｇの寸法を大きくし過ぎると、第１導電板５３又は第２導電板５４に堆積した塵埃が、これらの導電板を短絡することができず、すなわち電流経路を形成できない、従って、抵抗値Ｒｂの変化量（低下量）が小さくなる。そのため、隙間Ｇの寸法は、例えば０．５ｍｍ～５．０ｍｍまでの値に設定することが望ましい。このような値に設定することで、隙間Ｇに粉塵などが入り込み、粉塵などが堆積することで、第１導電板５３及び第２導電板５４に電流経路を形成できる。また、第１導電板５３のＸ軸方向の幅は、例えば、第１導電板５３のＹ軸方向の長さの１／２～１／１０に相当する寸法に設定される。第２導電板５４のＸ軸方向の幅は、例えば、第２導電板５４のＹ軸方向の長さの１／５～１／１０に相当する寸法に設定される。なお、第１導電板５３及び第２導電板５４のそれぞれにＸ軸方向の幅は、塵埃などが堆積し易い寸法であり、かつ、筐体１１０内の回路部品と干渉しない寸法であればよく、これに限定されない。

このように構成される第２抵抗器４２では、隙間Ｇに粉塵などが堆積していないとき、第１端子５０と第２端子５１との間の抵抗値が、抵抗体５５の抵抗値と略等しい。そして、粉塵などが隙間Ｇに堆積すると、電流経路が形成される。さらに、抵抗体５５の周囲に粉塵などが堆積すると、抵抗体５５の周囲にも電流経路となる。従って、粉塵などの堆積量が増えるに従って、第１端子５０と第２端子５１との間の抵抗値が低下する。

例えば電力変換装置１００が、粉塵が多い場所、湿度が高い場所等に設置されて、運用が継続されると、筐体１１０内に短期間（例えば数日から数ヶ月）で、粉塵などが堆積して、筐体１１０内の汚損が進行する。それにともない、第１端子５０と第２端子５１との間の抵抗値が低下し、電圧検出部４３で検出される電圧が設定値以下になることで、報知情報を出力することができる。

第２抵抗器４２は、板状の導電板を対向させた構造を有するため、粉塵などによって形成される電流経路の通電面積が広い。従って、特許文献１に開示される従来技術に比べて、抵抗値の変化量を大きくすることができる。すなわち、第２抵抗器４２は、板状の導電板を対向させた構造のため、電力変換装置１００が運用を開始してから一定期間経過するまでに、隙間Ｇに粉塵などが徐々に堆積し、通電面積も徐々に大きくなる。従って、運用初期時点から、絶縁劣化などが発生し得る時点まで、抵抗値を緩やかに変化させることができる。従って、本実施の形態では、絶縁劣化などが発生し得る適切なタイミングで報知情報を出力することができる。

また、第２抵抗器４２は、板状の導電板を対向させた構造を有することによって、抵抗値の変化を緩やかにできるため、粉塵などの堆積量に対する検出電圧の分解能力を高めることができる。従って、電源回路３０の出力電圧を低くしても、第２抵抗器４２に印加される電圧の僅かな変化で、汚損判定が可能になる。その結果、第１抵抗器４１及び第２抵抗器４２に印加される電圧を低くすることができ、これらの抵抗器の温度上昇による経年劣化を抑制でき、信頼性の高い予防保全回路４０を得ることができる。

なお、第２抵抗器４２は以下のように構成してもよい。

図５は第２抵抗器４２の第１変形例を示す図である。第１変形例に係る第２抵抗器４２Ａは、図４に示される構成に加えて、複数の絶縁部材５６ａ～５６ｃを備える。以下では、複数の絶縁部材５６ａ～５６ｃを、特に区別しない場合には、単に絶縁部材５６と称する場合がある。

絶縁部材５６は、第１導電板５３から第２導電板５４に向かって伸びる絶縁物質である。絶縁部材５６は、電気絶縁性を有する樹脂材料、例えばＰＢＴ（Poly Butylene Terephtalate）で形成される。絶縁部材５６は、抵抗体５５と同様の形状、すなわち軸方向の幅、Ｘ軸方向の幅、Ｙ軸方向の幅が互いに等しい立方体形状のものでもよいし、Ｚ軸方向の幅が、Ｘ軸方向の幅又はＹ軸方向の幅よりも狭い薄板状のものでもよい。なお、第２抵抗器４２Ａは、複数の絶縁部材５６ａ～５６ｃを備える構成に限定されず、１つ以上の絶縁部材５６を備える構成でもよい。

絶縁部材５６を第１導電板５３と第２導電板５４との間に設けることによって、絶縁部材５６の表面に、粉塵などによる電流経路を形成できる。これにより、第１導電板５３と第２導電板５４を組み立てる際、第１導電板５３と第２導電板５４との間の隙間を例えば１ｍｍ程度に狭くするような調整作業をしなくても、第２抵抗器４２Ａの抵抗値をより低下させることができる。その結果、第１導電板５３と第２導電板５４との間の隙間に依存することなく、汚損状態の検出精度を向上させることができる。

図６は第２抵抗器４２の第２変形例を示す図である。第２変形例に係る第２抵抗器４２Ｂは、図４に示される第１導電板５３、第２導電板５４及び抵抗体５５に代えて、板状部材を折り返した形状の抵抗体５７を備える。抵抗体５７は、筐体１１０内の汚損状態を検出するための抵抗器であり、抵抗体５７の抵抗値は、第１抵抗器４１の抵抗値よりも小さい。抵抗体５７は、例えばＸ軸方向に平面視した形状が、ミアンダ（蛇行）状である。なお、抵抗体５７の形状は、ミアンダ状に限定されず、Ｕ字形状でもよい。Ｕ字状は、角部の外縁が直角に限らず直角以外の角度で形成された折り返し部（曲面）を有する形状である。抵抗体５７は、ミアンダ状、Ｕ字形状などのセラミックスの表面に炭素皮膜が焼き付けられた炭素皮膜抵抗体や、ミアンダ状、Ｕ字形状の抵抗体にニッケルクロム合金などの金属被膜を施された金属皮膜抵抗体などである。抵抗体５７の一端は、第１端子５０に接続され、抵抗体５７の他端は、第２端子５１に接続される。

第２変形例に係る第２抵抗器４２Ｂによれば、ミアンダ状、Ｕ字形状などに形成されることで、折り返される前後の平板が向き合う部分に隙間Ｇが形成される。隙間Ｇの寸法は、例えば０．５ｍｍ～５．０ｍｍまでの値に設定することが望ましい。このような値に設定することで、隙間Ｇに粉塵などが入り込み、堆積することで、折り返される前後の平板間に、電流経路を形成できる。

また、粉塵などの堆積量が増えるに従って、第１端子５０から第２端子５１に至るまでの経路中に、複数の電流経路が形成されるため、第１端子５０と第２端子５１との間の抵抗値が低下する。

従って、図４に示す第２抵抗器４２と同様の効果を得ることができ、さらに、抵抗体５５が不要になる分、第２抵抗器４２Ｂの製造に必要な材料の管理工数が軽減される。また、部品点数が減ることで、構造が簡素化され、信頼性を高めることができる。

また抵抗体５７をＵ字形状にすることで、抵抗体５７の加工工数と、抵抗体５７の製造に利用される材料を軽減できる。

また抵抗体５７をミアンダ状にすることで、折り返される前後の平板が対向する面積を増やすことができ、粉塵などによって形成される電流経路の通電面積が広がり、汚損状態の検出精度を高めることができる。

図７は第２抵抗器４２の第３変形例を示す図である。第３変形例に係る第２抵抗器４２Ｃは、図６に示される構成に加えて、複数の絶縁部材５８ａ～５８ｏを備える。以下では、複数の絶縁部材５８ａ～５８ｏを、特に区別しない場合には、単に絶縁部材５８と称する場合がある。

絶縁部材５８は、折り返される前の抵抗体５７の板状部材から、折り返された後の抵抗体５７の板状部材に向かって伸びる絶縁物質である。絶縁部材５８は、電気絶縁性を有する樹脂材料、例えばＰＢＴで形成される。絶縁部材５８は、抵抗体５５と同様の形状、すなわち軸方向の幅、Ｘ軸方向の幅、Ｙ軸方向の幅が互いに等しい立方体形状のものでもよいし、Ｚ軸方向の幅が、Ｘ軸方向の幅又はＹ軸方向の幅よりも狭い薄板状のものでもよい。なお、第２抵抗器４２Ｃは、複数の絶縁部材５８ａ～５８ｏを備える構成に限定されず、１つ以上の絶縁部材５８を備える構成でもよい。

絶縁部材５８を設けることによって、絶縁部材５８の表面に、粉塵などによる電流経路を形成できる。これにより、抵抗体５７を組み立てる際、折り返し前後の板同士の隙間を例えば１ｍｍ程度に狭くするような調整作業をしなくても、第２抵抗器４２Ｃの抵抗値をより低下させることができる。その結果、汚損状態の検出精度を向上させることができる。

図８は第２抵抗器４２の第４変形例を示す図である。第４変形例に係る第２抵抗器４２Ｄは、図４に示される平板状の第１導電板５３及び第２導電板５４に代えて、板状部材を折り返した形状の第１導電板５３及び第２導電板５４を備える。第１導電板５３及び第２導電板５４は、例えばＸ軸方向に平面視した形状が、互いの板面が向き合う状態で渦巻き状に形成される。なお、第１導電板５３及び第２導電板５４の形状は、渦巻き状に限定されず、Ｕ字形状でもよい。Ｕ字状は、角部の外縁が直角に限らず直角以外の角度で形成された折り返し部（曲面）を有する形状である。

第４変形例に係る第２抵抗器４２Ｄによれば、渦巻き状、Ｕ字形状などに形成されることで、折り返される前後の平板が向き合う部分に隙間が形成される。隙間の寸法は、例えば０．５ｍｍ～５．０ｍｍまでの値に設定することが望ましい。このような値に設定することで、隙間Ｇに粉塵などが入り込み、堆積することで、折り返される前後の平板間に、電流経路を形成できる。

従って、図４に示す第２抵抗器４２と同様の効果を得ることができ、さらに、粉塵などによって形成される電流経路の通電面積が広がり、汚損状態の検出精度を高めることができる。

図９は第２抵抗器４２の第５変形例を示す図である。第５変形例に係る第２抵抗器４２Ｅは、図８に示される構成に加えて、複数の絶縁部材５９ａ～５９ｒを備える。以下では、複数の絶縁部材５９ａ～５９ｒを、特に区別しない場合には、単に絶縁部材５９と称する場合がある。

絶縁部材５９は、折り返される前の板状部材から、折り返された後の板状部材に向かって伸びる絶縁物質である。絶縁部材５９は、電気絶縁性を有する樹脂材料、例えばＰＢＴで形成される。絶縁部材５９は、抵抗体５５と同様の形状、すなわち軸方向の幅、Ｘ軸方向の幅、Ｙ軸方向の幅が互いに等しい立方体形状のものでもよいし、Ｚ軸方向の幅が、Ｘ軸方向の幅又はＹ軸方向の幅よりも狭い薄板状のものでもよい。なお、第２抵抗器４２Ｅは、複数の絶縁部材５９ａ～５９ｒを備える構成に限定されず、１つ以上の絶縁部材５９を備える構成でもよい。

絶縁部材５９を設けることによって、絶縁部材５９の表面に、粉塵などによる電流経路を形成できる。これにより、第１導電板５３及び第２導電板５４を組み立てる際、折り返し前後の板同士の隙間を例えば１ｍｍ程度に狭くするような調整作業をしなくても、第２抵抗器４２Ｅの抵抗値をより低下させることができる。その結果、汚損状態の検出精度を向上させることができる。

なお、本実施の形態の第２抵抗器４２～４２Ｅは、電力変換装置１００内の端子台の近傍、筐体１１０に形成される外気導入口付近などに設置してもよい。また本実施の形態の第２抵抗器４２～４２Ｅは、電力変換装置１００がファンを備えた強制風冷式の場合、送風ファンの駆動時に発生する風の風上側、例えば送風ファンの空気吸込口付近に設置するのが望ましい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１線間コンデンサ、２コモンモードチョークコイル、３接地コンデンサ、４コア、５直流リアクトル、６放熱フィンベース、７平滑コンデンサ、８制御基板、１０遮熱板、３０電源回路、４０予防保全回路、４１第１抵抗器、４２第２抵抗器、４２Ａ～Ｅ第２抵抗器、４３電圧検出部、４４汚損判定部、５０第１端子、５１第２端子、５３第１導電板、５３ａ板面、５４第２導電板、５４ａ板面、５５抵抗体、５６絶縁部材、５６ａ～ｃ絶縁部材、５７抵抗体、５８絶縁部材、５８ａ～ｏ絶縁部材、５９絶縁部材、５９ａ～ｒ絶縁部材、１００電力変換装置、１０１ＥＭＣフィルタ、１０２ダイオード整流器、１０３三相インバータ主回路、１１０筐体、２００モータ、Ｇ隙間、Ｒａ抵抗値、Ｒｂ抵抗値、Ｓ１～Ｓ６スイッチング素子、Ｖｒ検出電圧、Ｖｒ' 検出電圧。

Claims

筐体と、
前記筐体内に設けられる第１抵抗器と、
前記筐体内に設けられ、前記第１抵抗器に直列接続され、抵抗値が前記第１抵抗器の抵抗値よりも小さい第２抵抗器と、
前記第２抵抗器の両端電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部で検出された電圧値に基づき、前記筐体内の汚損状態を判定する汚損判定部と、
を備え、
前記第２抵抗器は、
前記電圧検出部が接続される一対の第１端子及び第２端子と、
前記第１端子に接続される板状の導電体である第１導電板と、
前記第２端子に接続され、前記第１導電板から一定距離隔てて配置される板状の導電体である第２導電板と、
前記第１導電板及び前記第２導電板の互いの板面が向き合う状態で前記第１導電板から前記第２導電板に向かって伸びる抵抗体と、
を備え、
前記第１導電板から前記第２導電板に向かって伸びる１又は複数の絶縁部材を備える、電力変換装置。
筐体と、
前記筐体内に設けられる第１抵抗器と、
前記筐体内に設けられ、前記第１抵抗器に直列接続され、抵抗値が前記第１抵抗器の抵抗値よりも小さい第２抵抗器と、
前記第２抵抗器の両端電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部で検出された電圧値に基づき、前記筐体内の汚損状態を判定する汚損判定部と、
を備え、
前記第２抵抗器は、
前記電圧検出部が接続される一対の第１端子及び第２端子と、
前記第１端子に接続される板状の導電体である第１導電板と、
前記第２端子に接続され、前記第１導電板から一定距離隔てて配置される板状の導電体である第２導電板と、
前記第１導電板及び前記第２導電板の互いの板面が向き合う状態で前記第１導電板から前記第２導電板に向かって伸びる抵抗体と、
を備え、
前記第１導電板及び前記第２導電板は、板状の代わりに、互いの板面が向き合う状態で渦巻き状に形成される、電力変換装置。