JPWO2016002017A1 - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

内部に半導体素子が収納されているとともに後面に後方開口が形成され、後方開口において半導体素子を放熱させるフレーム体１０と連結した収納本体２０を備え、収納本体２０の前面２１に、収納本体２０と着脱自在な操作パネル３０を保持するホルダ部２０ａが設けられ、収納本体２０の後面または一方の側面２３を壁４０に対向させて設置する電力変換装置であって、収納本体２０における他の側面２２に着脱可能に構成されているとともに、操作パネル３０を保持可能に構成された操作パネルホルダ３１を備える。

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来、昇降機や空調機等の制御において電力変換装置が用いられている。この種の電力変換装置には、主要部品であるパワーモジュールが装置本体の制御室内に収納されるとともに、このパワーモジュールを冷却するためのヒートシンクが設けられている。ヒートシンクは、装置本体を形成するフレーム体を備えて構成されている。

このような電力変換装置においては、設置位置に応じて設置の自由度を向上させるために、装置本体を２方向で取り付ける方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、背面と側面の両方にパネル面へ固定する取り付け面を有する筐体と、配線の端部の固定のための締め付け方向が筐体のそれぞれの取り付け面のパネル面への取り付け方向と一致するように、筐体に配設された２方向締め付け用端子台を備えたインバータ装置の構成が記載されている。

実開平２−６０２８２号公報

しかしながら、上述した特許文献１においては、次のような問題があった。図９および図１０は、この問題点を説明するための従来の電力変換装置の装置本体を示す斜視図である。図９および図１０に示すように、従来の電力変換装置の装置本体１００は、収納本体１０２と、フレーム体１０１と、操作パネル１０３とを備える。フレーム体１０１は収納本体１０２の後面側に連結されている。操作パネル１０３は収納本体１０２の前面側に保持される。

このように構成された装置本体１００が、図９に示すように、壁１０４に対してフレーム体１０１の背面が対向するように設置された場合、収納本体１０２の前面に操作パネル１０３が設置されているため、作業者は操作パネル１０３と正対でき、容易に操作できる。ところが、図１０に示すように、装置本体１００を収納本体１０２の側面が壁１０４に対向するような設置方向にした場合、作業者は、収納本体１０２の前面側の操作パネル１０３に正対できない。これにより、作業者による操作パネル１０３の操作が困難になるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、電力変換装置の設置状況によって、設置方向が変わった場合においても操作パネルを正対させることでき、その操作を容易化できる電力変換装置を提供することにある。

上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置は、内部に電力変換回路を構成する半導体素子が収納された収納本体と、収納本体の後面に取り付けられて半導体素子の冷却体が収納されたフレーム体と、収納本体の前面に収納本体と着脱自在な操作パネルを保持する第１の操作パネル保持部と、を備え、収納本体の後面または一方の側面が取り付け壁に対向するように設置される電力変換装置であって、収納本体における他方の側面またはフレーム体の側面のうちの他方の側面と同一側の側面に、操作パネルを保持する第２の操作パネル保持部が設けられていることを特徴とする。

本発明に係る電力変換装置は、上記の発明において、第２の操作パネル保持部は、操作パネルホルダを介して操作パネルを保持することを特徴とする。

本発明に係る電力変換装置は、上記の発明において、他方の側面に収納本体の内部と外部との間で連通する通気口が設けられていることを特徴とする。

本発明に係る電力変換装置は、上記の発明において、操作パネルホルダの取付位置が通気口の近傍であるとともに、操作パネルホルダを他方の側面に取り付けた状態において、他方の側面と操作パネルホルダとの間に、通気口を通じた空気が通過可能な間隙が形成されていることを特徴とする。

本発明に係る電力変換装置は、上記の発明において、通気口が少なくとも１つの吸気口と少なくとも１つの排気口とから構成され、操作パネルホルダの取付位置が排気口の近傍であるとともに、操作パネルホルダを取り付けた状態において、他方の側面と操作パネルホルダとの間に、収納本体から排出される空気が通過可能な間隙が形成されていることを特徴とする。

本発明に係る電力変換装置は、上記の発明において、操作パネルが、背面に信号ケーブルを接続可能なコネクタを有し、第２の操作パネル保持部は、操作パネルを保持した際に、コネクタが電力変換装置本体の端面から突出した位置になるように設けられることを特徴とする。

本発明に係る電力変換装置によれば、電力変換装置の設置状況によって、設置方向が変わった場合においても操作パネルを正対させることでき、その操作を容易化することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態による操作パネルホルダが電力変換装置に設けられた状態を示す斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態による電力変換装置の全体構成を示す斜視図である。 図３は、本発明の一実施形態による電力変換装置の前面に操作パネルが設置された状態を示す斜視図である。 図４は、本発明の一実施形態による操作パネルホルダと電力変換装置とが分離した状態を示す斜視図である。 図５は、本発明の一実施形態による操作パネルホルダの取付面側の斜視図である。 図６は、本発明の一実施形態による操作パネルホルダの取付面側の斜視図である。 図７は、本発明の一実施形態による操作パネルホルダの収納本体への取り付けを説明するための収納本体と操作パネルホルダとが分離したされた状態を示す側面一部断面図である。 図８は、本発明の一実施形態による収納本体に操作パネルホルダを取り付けた状態を説明するための収納本体と操作パネルホルダとを示す側面一部断面図である。 図９は、従来技術の問題点を説明するための電力変換装置の設置状態の例を示す斜視図である。 図１０は、従来技術の問題点を説明するための電力変換装置の設置状態の例を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。

まず、本発明の一実施形態による電力変換装置について説明する。図１、図２、図３、および図４は、この一実施形態による電力変換装置を示す斜視図である。ここで例示する電力変換装置は、装置本体１を備える。なお、以下の説明における前後上下左右はそれぞれ、装置本体１が図１、図３、および図４に示すように設置された際の起立した姿勢状態において操作パネルと正対した場合の、手前側、奥側、上側、下側、左側、および右側である。

図１、図２および図３に示すように、装置本体１は、フレーム体１０と収納本体２０とを備えて構成されている。フレーム体１０は、上面および下面が開口部を有する直方状を成すものであり、例えばダイカストから構成されている。また、フレーム体１０の上面および下面のいずれか一方におけるフレーム体１０の内部には、冷却ファン（図示せず）が設けられている。そして、この冷却ファンによって、図２中矢印Ａ₀に示すようにしてフレーム体１０の下面から吸気された外気が、矢印Ａに示すようにして上面に排気される。このフレーム体１０に吸気された外気によって、フレーム体１０内に収納されている冷却フィン等（図示せず）の冷却が行われる。フレーム体１０の冷却においては、冷却ファンによる風力が強いことにより、フレーム体１０の上面からの粉塵等のゴミの浸入が少なく、仮にゴミが入ったとしても冷却フィン等は故障が生じる機器ではないため問題はない。また、フレーム体１０においては、上面２５側に電力変換装置を盤などの壁４０に設置するための取付穴４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂが形成されているとともに、下面２４側に切欠き４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂが形成されている。

収納本体２０は、後面に後方開口が形成されているとともに、内部に電力変換回路を構成する半導体素子およびその半導体素子を制御する制御機器が収納された略直方状の形態を成している。そして、収納本体２０は、フレーム体１０の前方域を覆うようにしてフレーム体１０に連結して併設されている。この収納本体２０は、フレーム体１０との間において、様々な制御機器を収納する制御室としての収納空間を成している。また、フレーム体１０には、半導体素子を冷却するための冷却フィン等の冷却体（図示せず）が収納されているが、フレーム体１０と冷却体とは一体であっても別体であってもよい。

また、収納本体２０は、フレーム体１０と連結された後面以外において面が規定される。すなわち、収納本体２０は、フレーム体１０と連結された後面以外に、前面２１、右側面２２、左側面２３、下面２４、および上面２５の５面を備える。そして、この一実施形態において装置本体１は、収納本体２０の左側面２３が壁４０に対向するように設置される。

具体的に、図１および図２に示すように、取付ネジ（図示せず）をフレーム体１０の取付穴４３ａ，４３ｂおよび切欠き４１ａ，４１ｂに貫通させて壁４０に螺合させることによって、左側面２３が壁４０に対向するように装置本体１を設置できる。また、取付ネジをフレーム体１０の取付穴４４ａ，４４ｂおよび切欠き４２ａ，４２ｂに貫通させて壁４０に螺合させることによって、収納本体２０の後面が壁４０に対向するように装置本体１を設置することも可能である。

前面２１には、第１の操作パネル保持部としてのホルダ部２０ａが形成されている。収納本体２０のホルダ部２０ａは、操作手段としての操作パネル３０を着脱自在かつ保持可能に構成されている。操作パネル３０を保持するホルダ部２０ａは、前面２１において操作パネル３０を収納可能で、操作パネル３０の形状に沿ったＵ字状の凹形状を有する。そして、図３に示すようにして、操作パネル３０がホルダ部２０ａに保持される。

また、図１に示すように、操作パネル３０およびホルダ部２０ａにはそれぞれ、収納本体２０内部の制御機器と操作パネル３０との間で相互に信号を通信するためのコネクタ３０ａ，２０ｂが設けられている。そして、操作パネル３０をホルダ部２０ａに嵌め込むことによって、相互のコネクタ３０ａ，２０ｂが連結されて、収納本体２０内部の制御機器と操作パネル３０との間において信号を通信可能な状態になる。これにより、操作パネル３０による、電力変換装置の装置本体１に対する操作が可能になる。

ここで、操作パネル３０をホルダ部２０ａから取り外して相互に分け離した状態において、操作パネル３０を収納本体２０に対して保持固定させるために、収納本体２０の側面に、この一実施形態による操作パネルホルダ３１が設置される。この操作パネルホルダ３１は、少なくとも操作パネル３０を支持可能かつ差し込み装着可能に構成されたＵ字状の凹部を有するとともに正面側が開放されている。これにより、操作パネルホルダ３１は、操作パネル３０を保持した装着時に、操作面が正面に露出するように構成されている。なお、操作パネル３０が収納本体２０のホルダ部２０ａから取り外された状態においては、コネクタ３０ａに遠隔操作用延長ケーブル（図示せず）を接続可能に構成されている。そして、遠隔操作用延長ケーブルを用いてコネクタ３０ａ，２０ｂを相互に連結することができる。これにより、操作パネル３０がホルダ部２０ａから取り外された状態であっても、操作パネル３０と収納本体２０内部の制御機器との間において信号が通信可能になるので、装置本体１に対する操作が可能になる。

また、この一実施形態においては、図１、図３、および図４に示すように収納本体２０の左側面２３が壁４０に面して設置されていることから、右側面２２において操作パネルホルダ３１を着脱可能に構成されている。これにより、操作パネル３０の操作面を壁４０と略平行で正面側に向けることができるので、作業者は操作パネル３０と正対できる。なお、この操作パネルホルダ３１の詳細については、後述する。

また、図２に示すように、右側面２２には、外気と連通した通気口が少なくとも１つ設けられている。この一実施形態においては、外気を収納本体２０内部に給気する吸気口２２ａと、収納本体２０内部の内気を外部に排気する排気口２２ｂとの２つの通気口が設けられている。そして、矢印Ｂ₀に示すようにして吸気口２２ａを通じて吸気された外気は、矢印Ｂに示すようにして排気口２２ｂから排気される。ここで、装置本体１が設置された姿勢状態での右側面２２において、吸気口２２ａは下半分の領域に設けるのが好ましく、排気口２２ｂは上半分の領域に設けるのが好ましい。また、操作パネルホルダ３１の取付位置は、好適には排気口２２ｂの近傍になる。なお、吸気口は収納本体２０の下面２４に設けてもよく、吸気口は収納本体２０の右側面２２の下半分の領域および下面２４の少なくとも一方、または両方に設けられていればよい。

また、収納本体２０内部の吸気口２２ａの近傍には、吸気を行う吸気手段としての吸気ファン２６が設けられている。そして、この吸気ファン２６の回転によって、外気を強制的に給気して収納本体２０内部に導入することができる。また、吸気ファン２６を吸気口２２ａの近傍に設けることにより、収納本体２０内部の温度より低い温度の外気が吸気ファン２６を通過するので、吸気ファン２６の構成部品が熱に曝されて熱の影響を受けるのを抑制でき、吸気ファン２６の長寿命化を実現できる。

一方、収納本体２０の左側面２３には通気口が設けられておらず、閉塞状態の面を構成している。これにより、図１および図４に示すように、この一実施形態においては、左側面２３を壁４０に対向するように設置できる。すなわち、装置本体１を壁４０に設置する際に、左側面２３を壁４０に対向するように設置すれば、左側面２３に通気口が設けられていないことから、収納本体２０自体の吸排気が阻害されないので、収納本体２０内部の冷却効果が低下するのを防止できる。これにより、所定の設置空間における奥行きが浅い場合であっても装置本体１を設置できる可能性が向上するので、設置の自由度を従来に比して向上できる。さらに、収納本体２０の内部の吸排気は、フレーム体１０の上面からの排気とは別方向になるため、フレーム体１０の上面から排気される高温の空気が収納本体２０の内部に逆流することを防止できる。

また、この一実施形態においては、下面２４および上面２５に、収納本体２０内部の制御機器と外部との間で信号を通信するための外部配線を連結するコネクタ、電力変換回路に電力を入力する入力用コネクタ，および電力変換インバータ回路で変換された交流電力を出力する出力用コネクタが設けられている反面、通気口が設けられていない。すなわち、下面２４および上面２５はいずれも、閉塞状態の面を構成している。これにより、外部配線を連結するためのコネクタを配置する領域が確保できるので、設計自由度を向上させることができる。

この一実施形態のように、左側面２３、下面２４、および上面２５に通気口を設けていないことにより、右側面２２の吸気口２２ａから吸気された外気は、熱対流によって収納本体２０の内部をまんべんなく通過する。そして、収納本体２０内の制御機器を放熱して冷却し、右側面２２の排気口２２ｂから排気される。さらに、収納本体２０の下面２４に通気口を設けていないことにより、吸気ファン２６により吸気された外気が制御機器を放熱することなく下方に抜けてしまって、収納本体２０の内部が冷却されない問題も発生しない。他方、上面２５に通気口が設けられていないので、収納本体２０の上方から収納本体２０内部に粉塵等のゴミが侵入することを防止でき、ゴミによる収納本体２０の制御機器における故障の発生を抑制できる。

次に、この一実施形態による操作パネルホルダ３１について説明する。図５および図６は、この一実施形態による操作パネルホルダ３１の背面である取付面側の斜視図である。また、図７および図８は、この操作パネルホルダ３１を収納本体２０の右側面２２に取り付ける方法を説明するための側面一部断面図である。

図５および図６に示すように、操作パネルホルダ３１の背面である取付面には、取付面に対して略直角に、矩形板状の突出部材３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ、および棒状の突出部材３１ｇとが設けられている。矩形板状の突出部材３１ａ〜３１ｄは、取付面内において例えば長方形の４隅の位置に設けられている。棒状の突出部材３１ｇは、取付面内の例えば中央近傍に設けられている。

また、操作パネルホルダ３１の取付面の上部および下部にはそれぞれ、図４に示す右側面２２の第２の操作パネル保持部としての係合孔２２ｃ，２２ｄにそれぞれ差し込み可能な、係合突起３１ｅ，３１ｆが設けられている。そして、図７および図８に示すように、係合突起３１ｅを右側面２２の係合孔２２ｃに差し込むとともに、または差し込んだ後、係合突起３１ｆを右側面２２の係合孔２２ｄに係合させる。これにより、図１に示すように、右側面２２に操作パネルホルダ３１を取り付けることができる。

また、係合孔２２ｃ，２２ｄは、操作パネルホルダ３１が操作パネル３０を保持した装着時に、操作パネル３０の背面上部に設けられたコネクタ３０ａが収納本体２０の上面２５よりも上部に突出する位置になるように設けられる。すなわち、係合孔２２ｃ，２２ｄは、操作パネル３０を操作パネルホルダ３１に保持させた際に、操作パネル３０のコネクタ３０ａが収納本体２０の端面から突出した位置になるように設けられる。これにより、操作パネル３０を操作パネルホルダ３１に装着した際に、信号ケーブルとしての遠隔操作用延長ケーブル（図示せず）によるコネクタ３０ａ，２０ｂの相互の連結が容易になる。

また、図４および図８に示すように、収納本体２０の右側面２２における係合孔２２ｃ，２２ｄは、上述した排気口２２ｂの部分に形成されている。そのため、操作パネルホルダ３１の取付面に突出部材３１ａ〜３１ｄ，３１ｇが設けられている。これにより、図７に示すように、操作パネルホルダ３１を収納本体２０の右側面２２に取り付けた状態において、突出部材３１ａ〜３１ｄ，３１ｇが当接して、取付面と排気口２２ｂとの間に収納本体２０から排出される空気が通過可能な間隙を確保できる。そして、収納本体２０からの排気は、操作パネルホルダ３１の取付面と右側面２２の排気口２２ｂとの間隙を通じて、操作パネルホルダ３１に阻害されることなく、矢印Ｂに示すように上方に抜ける。これにより、収納本体２０からの排気を十分に行うことができる。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、電力変換装置の制御室を構成する収納本体２０に着脱可能な操作パネルホルダ３１を用いて、ホルダ部２０ａから取り外した操作パネル３０を収納本体２０の右側面２２、すなわち壁４０に対して正面側に配置することができるので、電力変換装置の設置状況によって設置方向が変わった場合においても、操作パネル３０を作業者に対して正対させることでき、操作パネル３０の操作性をより一層向上させることが可能になる。なお、上述した一実施形態においては、操作パネル３０と操作パネルホルダ３１とを別部材としているが、操作パネル３０と操作パネルホルダ３１とを一体にした構成とし、操作パネル３０のみで収納本体２０の係合孔２２ｃ，２２ｄに着脱可能に構成しても良い。

以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた収納本体２０およびフレーム体１０の構造はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる収納本体およびフレーム体の構造としてもよい。

上述の一実施形態においては、操作パネルホルダ３１の取付面に矩形板状の突出部材３１ａ〜３１ｄおよび棒状の突出部材３１ｇが設けられているが、必ずしも矩形状や棒状に限定されるものではなく、操作パネルホルダ３１と収納本体２０の側面（右側面２２または左側面２３）との間に、排気を十分に行うことができる間隙を形成できる突出部材であれば、それら以外の種々の形状の突出部材を設けることが可能である。

上述の一実施形態においては、通気口が設けられていない左側面２３を壁４０に対向するように設置しているが、右側面２２と左側面２３の機能を反転させることも可能である。すなわち、左側面２３に吸気口および排気口を設けて、右側面２２を壁４０に対向するように設置することも可能である。

また、上述の一実施形態においては、収納本体２０の右側面２２に吸気口２２ａおよび排気口２２ｂがそれぞれ１つ設けられた構成を有しているが、これに限定されず、複数の吸気口２２ａを設けたり、複数の排気口２２ｂを設けたりすることが可能である。この場合、少なくとも１つの吸気口２２ａが右側面２２の下半分の領域に設け、少なくとも１つの排気口２２ｂが右側面２２の上半分の領域に設けるのが望ましい。これにより、収納本体２０の内部において、熱対流を生じさせて制御機器を放熱させ、冷却効果をより一層向上できる。また、これらの吸気口の機能と排気口の機能とを１つの通気口によって行うことも可能である。この場合、収納本体２０における吸気および排気は、内部と外部とで連通した１つの通気口を通じて行われる。

また、上述の一実施形態においては、吸気口２２ａの近傍に吸気ファン２６を設けているが、必ずしもこれに限定されず、吸気ファン２６を設けることなく吸気口２２ａから自然吸気させることも可能である。この場合には収納本体２０内部における熱対流によって、昇温した空気が排気口２２ｂから排気される。また、吸気口２２ａの近傍に吸気ファン２６を設ける代わりに、排気口２２ｂの近傍に、収納本体２０内部の排気を行うための排気ファンを設けることも可能である。

また、上述の一実施形態においては、右側面２２に吸気口２２ａおよび排気口２２ｂを設けているが、右側面２２に通気口を設けずに、左側面２３にのみ通気口としての吸気口および排気口を設けることができる。このように、左側面２３にのみ通気口を設けることもできるので、装置本体１の設置場所に応じて吸気口および排気口の設置位置を決定でき、従来設置困難であった場所にも設置でき、省スペース化も図ることができる。

また、上述の一実施形態においては、収納本体２０の右側面２２に操作パネル３０を保持するようにしているが、フレーム体１０において、収納本体２０の右側面２２と同一側の右側面に操作パネル３０を保持するようにしてもよい。また、収納本体２０の左側面２３に操作パネル３０を保持するようにしてもよく、フレーム体１０において、収納本体２０の左側面２３と同一側の左側面に操作パネル３０を保持するようにしてもよい。

１ 装置本体
１０ フレーム体
２０ 収納本体
２０ａ ホルダ部
２０ｂ，３０ａ コネクタ
２１ 前面
２２ 右側面
２２ａ 吸気口
２２ｂ 排気口
２２ｃ，２２ｄ 係合孔
２３ 左側面
２４ 下面
２５ 上面
２６ 吸気ファン
３０ 操作パネル
３１ 操作パネルホルダ
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｇ 突出部材
３１ｅ，３１ｆ 係合突起
４０ 壁
４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ 切欠き
４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ 取付穴

Claims (6)

1. 内部に電力変換回路を構成する半導体素子が収納された収納本体と、
   前記収納本体の後面に取り付けられて前記半導体素子の冷却体が収納されたフレーム体と、
   前記収納本体の前面に前記収納本体と着脱自在な操作パネルを保持する第１の操作パネル保持部と、を備え、
   前記収納本体の後面または一方の側面が取り付け壁に対向するように設置される電力変換装置であって、
   前記収納本体における他方の側面または前記フレーム体の側面のうちの前記他方の側面と同一側の側面に、前記操作パネルを保持する第２の操作パネル保持部が設けられている
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記第２の操作パネル保持部は、操作パネルホルダを介して前記操作パネルを保持することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記他方の側面に前記収納本体の内部と外部との間で連通する通気口が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記操作パネルホルダの取付位置が前記通気口の近傍であるとともに、前記操作パネルホルダを前記他方の側面に取り付けた状態において、前記他方の側面と前記操作パネルホルダとの間に、前記通気口を通じた空気が通過可能な間隙が形成され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。
5. 前記通気口が少なくとも１つの吸気口と少なくとも１つの排気口とから構成され、前記操作パネルホルダの取付位置が前記排気口の近傍であるとともに、前記操作パネルホルダを取り付けた状態において、前記他方の側面と前記操作パネルホルダとの間に、前記収納本体から排出される空気が通過可能な間隙が形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の電力変換装置。
6. 前記操作パネルが、背面に信号ケーブルを接続可能なコネクタを有し、前記第２の操作パネル保持部は、前記操作パネルを保持した際に、前記コネクタが前記電力変換装置本体の端面から突出した位置になるように設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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