JP6156470B2

JP6156470B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP6156470B2
Application number: JP2015228120A
Authority: JP
Inventors: 雄斗久保; 真仲矢; 哲男柳本; 亮介津曲
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2035-11-20
Also published as: CN106877691A; US20170150654A1; JP2017099108A; US10039215B2; CN106877691B

Description

本開示は、電力変換装置に関する。

特許文献１には、ポンプ制御盤内に設置されるインバータ装置が開示されている。

特開平１１−２２５４９８号公報

上記インバータ装置のような電力変換装置には、設置個所に対し柔軟に適応可能な汎用性が求められる。本開示は、汎用性の高い電力変換装置を提供することを目的とする。

本開示に係る電力変換装置は、回路基板が配置される第一空間と、冷却用の流体の流路を含む第二空間とを内部に有する筐体と、前記回路基板に設けられ、前記第一空間内から前記第二空間内に突出する回路素子と、前記回路素子の少なくとも一部を覆うカバーと、を備え、前記カバーは、前記回路基板側から前記第二空間内に突出する第一部分と、前記第一部分から更に突出する第二部分とを有し、前記回路素子の突出方向から見て、前記第一部分に囲まれる領域の面積は、前記第二部分に囲まれる領域の面積に比べ大きい。

本開示によれば、汎用性の高い電力変換装置を提供することができる。

電力変換装置の斜視図である。電力変換装置の分解斜視図である。電力変換装置の別方向からの斜視図である。回路素子のカバーを省略して示す電力変換装置の斜視図である。図４中の回路素子にカバーを付した状態を示す斜視図である。図５のＶＩ-ＶＩ線に沿う断面図である。図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。図６における鍔部の拡大図である。カバーの変形例の斜視図である。カバーの屋根部に囲まれる領域を示す図である。

以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態に係る電力変換装置１は、交流電力（例えば商用の三相交流電力）又は直流電力を所望の周波数の交流電力（例えば三相交流電力）に変換して出力するものである。電力変換装置１は、例えば産業機器の制御システムに利用される。

１．電力変換装置の全体構成
まず、図１〜図３を参照し、電力変換装置１の具体的構成を例示する。以下の説明において、「上下」は、標準的な設置状態における上下を意味する。「前後左右」は、操作パネル（後述）側を前側とし、その逆側を後側とした方向を意味する。図示においては、Ｚ軸正方向が上方であり、Ｘ軸正方向が前方である。

電力変換装置１は、電力変換用の回路基板５を内蔵する本体２を有する。本体２は、互いに隣接する第一部分３及び第二部分４を有してもよく、回路基板５は第二部分４内に収容されていてもよい。第一部分３は、回路基板５の回路素子を冷却するために用いられてもよい。

より具体的に、本体２は筐体１０を有する。筐体１０は、回路基板５が配置される第一空間Ｓ１と、冷却用の流体の流路ＦＰ１を含む第二空間Ｓ２とを内部に有する。例えば筐体１０は、図２に示すように、ベース筐体２０と、第一カバー５０と、第二カバー６０とを有する。

ベース筐体２０は、後方に開放される第一部分３０と、前方に開放される第二部分４０とを有する。第一部分３０及び第二部分４０の間は隔壁２１により仕切られている（図３参照）。第二部分４０には、隔壁２１に対向するように回路基板５が設置される。回路基板５の下部には、入力出力用の電線を接続するためのターミナル５ｃが設けられている。

第一カバー５０は、前方から第二部分４０に装着され、ターミナル５ｃを開放した状態で回路基板５を覆う。第一カバー５０は、第二部分４０と協働して上記第一空間Ｓ１を形成する。

第二カバー６０は、前方から第一カバー５０に装着され、第一カバー５０及びターミナル５ｃを覆う。第二部分４０と、第一カバー５０と、第二カバー６０とによって、本体２の第二部分４が構成される。第二カバー６０の前面は、操作パネルとして用いられる。例えば、第二カバー６０の前面には、オペレータ６が配置される。

オペレータ６は、電力変換装置１のユーザによる入力を受け付け、電力変換装置１の内部情報を表示する。オペレータ６は第二カバー６０の前面に対して着脱自在であってもよい。

図３に示すように、第一部分３０は、内部に上記第二空間Ｓ２を形成する。第一空間Ｓ１及び第二空間Ｓ２は、隔壁２１により仕切られる。隔壁２１に開口が形成される場合、その開口は第二空間Ｓ２に属するものとする。すなわち、隔壁２１の前面が第一空間Ｓ１及び第二空間Ｓ２の境界である。

上述した流路ＦＰ１は、例えば次のように構成される。第一部分３０の下部には、通気口３２が形成され、第一部分３０の上部には少なくとも一つ（例えば二つ）のファン７０が取り付けられる。ファン７０が上方又は下方に空気を送ることで、第二空間Ｓ２内には、上下方向に沿う気流が形成される。この気流をなす空気が上記冷却用の流体の一例であり、当該空気の流路が流路ＦＰ１の一例である。第一部分３０によって、本体２の第一部分３が構成される。

第一部分３は、冷却フィン７を有してもよい。冷却フィン７は、例えば回路基板５の回路素子（例えばスイッチング素子）が生じた熱を放熱する。冷却フィン７は、第一部分３０内の第二空間Ｓ２において、流路ＦＰ１に配置されてもよい。

２．回路素子の保護構造
図４に示すように、回路基板５には、第一空間Ｓ１内から第二空間Ｓ２内に突出する少なくとも一つの回路素子８０が設けられていてもよい。回路素子８０としては、コンデンサ、リアクトル、リレー等が挙げられる。図４の回路素子８０は、電解コンデンサである。一例として、回路素子８０は、第二空間Ｓ２内において冷却フィン７と通気口３２（図３参照）との間に位置している。隔壁２１の下側部分には、開口２１ａが設けられており、回路素子８０は開口２１ａを通って第一空間Ｓ１側から第二空間Ｓ２側に突出している。

図５に示すように、電力変換装置１は、回路素子８０の少なくとも一部を覆うカバー２００を更に備えてもよい。

図６に示すように、カバー２００は、回路基板５側から第二空間Ｓ２内に突出する第一部分２２０と、第一部分２２０から更に突出する第二部分２３０とを有する。より具体的に、カバー２００は、回路基板５に接するベース部分２１０と、ベース部分２１０から第二空間Ｓ２内に突出する第一部分２２０と、第一部分２２０から更に突出する第二部分２３０とを有する。

図７及び図８に示すように、第一部分２２０及び第二部分２３０は、回路素子８０の突出方向から見て閉じた環状の断面形状を有してもよい。この場合、回路素子８０が全周に亘って囲まれ、水、粉塵及びその他の異物からより確実に保護される。なお、「環状」とは、回路素子８０を囲む周方向において閉じていることを意味するに過ぎず、その形は円環形状に限られない。

回路素子８０の突出方向（後方）から見て、第一部分２２０に囲まれる領域Ｒ１の面積は、第二部分２３０に囲まれる領域Ｒ２の面積に比べ大きい。第一部分２２０に囲まれる領域とは、前後方向に直交する断面において、第一部分２２０の内側に位置する領域を意味する。第二部分２３０に囲まれる領域とは、前後方向に直交する断面において、第二部分２３０の内側に位置する領域を意味する。

第二空間Ｓ２内の冷却用の流体の流路ＦＰ１に沿う方向（例えば上方又は下方）から見て、第二部分２３０の幅Ｗ２は第一部分２２０の幅Ｗ１に比べて小さい。カバー２００は、絶縁性の材料により構成される。カバー２００の材料の具体例としては、ゴム、高分子エラストマー等が挙げられる。

図４〜図８に示すように、電力変換装置１は、複数の回路素子８０を備えてもよい。カバー２００は、一つ又は複数の第一部分２２０と、第一部分２２０よりも多数の第二部分２３０とを有してもよい。それぞれの第一部分２２０は少なくとも一つの回路素子８０を収容し、少なくとも一つの第一部分２２０は複数の回路素子８０を収容する。それぞれの第二部分２３０は少なくとも一つの回路素子８０を収容する。なお、二つの第一部分２２０同士が外観上一体化されている場合であっても、内部空間が仕切られていればこれらは別個の第一部分２２０であるものとする。第二部分２３０についても同様である。一例として、図示の電力変換装置１は八つの回路素子８０を備え、カバー２００は、一つの第一部分２２０と、八つの第二部分２３０とを有する。

複数の第二部分２３０の少なくとも一部は、第二部分２３０同士の間に流路ＦＰ１に沿う通気経路ＦＰ２が形成されるように、互いに離間していてもよい。例えば、カバー２００では、八つの第二部分２３０が、流路ＦＰ１に交差する方向に並ぶ三つのグループに分かれている（図８参照）。各グループ内では、第二部分２３０同士が外観上一体化されているものの、グループ間においては第二部分２３０同士が離れている。これにより、通気経路ＦＰ２が形成されている。このように、第二部分２３０同士の間に通気経路ＦＰ２が形成されることで、回路素子８０の冷却効率が高められる。

第二部分２３０は、その内面が回路素子８０の外面に倣うように構成されていてもよい。この場合、第二部分２３０と回路素子８０との間の隙間Ｇ１を全周に亘って小さくし、第二部分２３０の占有面積を小さくすることが可能となる。これにより、通気経路ＦＰ２を確保し易くなる。また、全周に亘って隙間Ｇ１を小さくすることにより、第二部分２３０と回路素子８０との間の空気層による保温効果を抑制し、回路素子８０の放熱性を高めることができる。

図６に示すように、電力変換装置１は、第一部分２２０の内部において回路素子８０の周囲に設けられた防振部材８１を更に備えてもよい。第一部分２２０内に複数の回路素子８０が配置される構成において、防振部材８１は、隣り合う回路素子８０同士の間を埋めるように設けられていてもよい。防振部材８１の材料としては、シリコーン系のポッティング剤等が挙げられる。

上述のように、第一部分２２０により囲まれる領域Ｒ１の面積は、第二部分２３０により囲まれる領域Ｒ２の面積に比べ大きい。このため、第一部分２２０内においては回路素子８０の周囲に防振部材８１を十分に配置し、回路素子８０の耐振動性を向上させることができる。このように、領域Ｒ１の面積を領域Ｒ２の面積に比べ大きくすることは、回路素子８０の耐振動性を向上させる手段として機能する。

回路素子８０の耐振動性を向上させる手段は、第一部分２２０内の空間を拡大してそこに防振部材８１を配置することに限られない。例えば、第一部分２２０の壁を第二部分２３０の壁に比べて厚くし、第一部分２２０の壁を回路素子８０に密着させることによっても、回路素子８０の耐振動性を向上させることができる。また、第一部分２２０と回路素子８０との間に防振部材８１を充填することによっても、回路素子８０の耐振動性を向上させることができる。

図６に示すように、カバー２００は、回路基板５と隔壁２１との間に挟まれる鍔部２１１を有してもよい。例えば鍔部２１１は、ベース部分２１０の周縁部に設けられる。この場合に、隔壁２１及び回路基板５の少なくとも一方は溝部を有し、鍔部２１１は上記溝部に嵌合する隆起部を有してもよい。例えば図９に示すように、隔壁２１が溝部２１ｂを有し、鍔部２１１は溝部２１ｂに嵌合する隆起部２１２を有してもよい。

なお、図に示したカバー２００は一例であり、様々な変形が可能である。カバー２００は、第一部分２２０及び第二部分２３０を有し、第一部分２２０により囲まれる領域Ｒ１の面積が第二部分２３０に囲まれる領域Ｒ２の面積に比べ大きいという条件を満たす限り、どのような形態であってもよい。

例えば第二部分２３０は、図１０に示すように、屋根部２３１を有してもよい。屋根部２３１は、回路素子８０の上側を覆い、回路素子８０の下側を覆わない。第二部分２３０が屋根部２３１のみから構成されている場合、図１１に示すように、屋根部２３１の下側を塞ぎ得る仮想平面Ｐ１と、屋根部２３１とで囲まれる領域Ｒ３が上記領域Ｒ２に相当する。第二部分２３０が屋根部２３１を有する場合、ファン７０が下から上に向かう気流を発生させるように構成されていると、屋根部２３１において回路素子８０の下部がより直接的に気流に晒される。このため、回路素子８０がより確実に冷却される。

３．本実施形態の効果
以上に説明したように、電力変換装置１は、回路基板５が配置される第一空間Ｓ１と、冷却用の流体の流路ＦＰ１を含む第二空間Ｓ２とを内部に有する筐体１０と、回路基板５に設けられ、第一空間Ｓ１内から第二空間Ｓ２内に突出する回路素子８０と、回路素子８０の少なくとも一部を覆うカバー２００と、を備える。カバー２００は、回路基板５側から第二空間Ｓ２内に突出する第一部分２２０と、第一部分２２０から更に突出する第二部分２３０とを有する。回路素子８０の突出方向から見て、第一部分２２０に囲まれる領域Ｒ１の面積は、第二部分２３０に囲まれる領域Ｒ２の面積に比べ大きい。

電力変換装置１によれば、冷却用の流体の流路ＦＰ１を含む第二空間Ｓ２の一部を回路素子８０の収容空間として用いることで、外形を小型化し、より多様な設置環境への適応が可能となる。また、第二空間Ｓ２の流体により回路素子８０が冷却されるので、回路素子８０の耐熱性の観点においても適応範囲が広くなる。第二空間Ｓ２内に突出した回路素子８０は、カバー２００によって水、粉塵及びその他の異物から保護される。更に、カバー２００において、第一部分２２０により囲まれる領域Ｒ１の面積は、第二部分２３０により囲まれる領域Ｒ２の面積に比べ大きい。このため、第一部分２２０内に防振部材８１等を設けて回路素子８０の耐振動性を高めることができる。このように、外形を小型化しつつ、回路素子８０をしっかりと保護することで、汎用性の高い電力変換装置を提供できる。

第二空間Ｓ２内の冷却用の流体の流路ＦＰ１に沿う方向から見て、第二部分２３０の幅Ｗ２は第一部分２２０の幅Ｗ１に比べて小さくてもよい。この場合、第二部分２３０において、流路ＦＰ１を通る流体の流量を増やし、回路素子８０をより確実に冷却することができる。第二空間Ｓ２内に回路素子８０以外の部材（例えば冷却フィン７）が配置されている場合には、当該部材の冷却性能を確保することもできる。

電力変換装置１は、複数の回路素子８０を備え、カバー２００は、一つ又は複数の第一部分２２０と、第一部分２２０よりも多数の第二部分２３０とを有していてもよい。この場合、カバー２００において細分化された部分（第二部分２３０）を、その根元側（第一部分２２０）において一まとめにすることで、カバー２００全体の強度を向上し得る。また、第二部分２３０同士の間に通気経路ＦＰ２を形成することで、回路素子８０の冷却性能を更に向上させることもできる。第二空間Ｓ２内に回路素子８０以外の部材（例えば冷却フィン７）が配置されている場合には、当該部材の冷却性能も更に向上させることができる。

電力変換装置１は、第一部分２２０の内部において回路素子８０の周囲に設けられた防振部材８１を更に備えていてもよい。この場合、第一部分２２０の内部を利用して防振部材８１を設けることで、回路素子８０の耐振動性を高めることができる。

電力変換装置１は、複数の回路素子８０を備えるとともに、第一部分２２０の内部において回路素子８０の周囲に設けられ、隣り合う回路素子８０同士の間を埋める防振部材８１を更に備えていてもよい。この場合、第一部分２２０の内部に複数の回路素子８０が収容されることを利用して回路素子８０同士の間を防振部材８１で埋めることにより、回路素子８０の耐振動性を更に高めることができる。

第二部分２３０は、回路素子８０の上側を覆い、回路素子８０の下側を覆わない屋根部２３１を有していてもよい。この場合、屋根部２３１においては、回路素子８０の下部が流体の流れに晒されるので、回路素子８０がより確実に冷却される。

電力変換装置１は、下から上に向かう気流を第二空間Ｓ２内に発生させるファン７０を更に備えていてもよい。この場合、屋根部２３１において、回路素子８０の下部がより直接的にファン７０からの流体に晒されるので、回路素子８０がより確実に冷却される。

電力変換装置１は、第一空間Ｓ１と第二空間Ｓ２とを仕切る隔壁２１を更に備え、カバー２００は、回路基板５と隔壁２１との間に挟まれる鍔部２１１を有していてもよい。この場合、カバー２００を、回路基板５と隔壁２１との間の封止にも活用できる。これにより、回路基板５を水、粉塵及びその他の異物からより確実に保護することができる。

隔壁２１及び回路基板５の少なくとも一方は溝部２１ｂを有し、鍔部２１１は溝部２１ｂに嵌合する隆起部２１２を有していてもよい。この場合、鍔部２１１と隆起部２１２との嵌合により、回路基板５と隔壁２１との間をより確実に封止できる。

１…電力変換装置、５…回路基板、１０…筐体、２１…隔壁、２１ｂ…溝部、７０…ファン、８０…回路素子、８１…防振部材、２００…カバー、２１１…鍔部、２１２…隆起部、２２０…第一部分、２３０…第二部分、２３１…屋根部、ＦＰ１…流路、Ｒ１…第一部分２２０に囲まれる領域、Ｒ２…第二部分２３０に囲まれる領域、Ｓ１…第一空間、Ｓ２…第二空間、Ｗ１…第一部分２２０の幅、Ｗ２…第二部分２３０の幅。

Claims

回路基板が配置される第一空間と、冷却用の流体の流路を含む第二空間とを内部に有する筐体と、
前記回路基板に設けられ、前記第一空間内から前記第二空間内に突出する回路素子と、
前記回路素子の少なくとも一部を覆うカバーと、を備え、
前記カバーは、前記回路基板側から前記第二空間内に突出する第一部分と、前記第一部分から更に突出する第二部分とを有し、
前記回路素子の突出方向から見て、前記第一部分に囲まれる領域の面積は、前記第二部分に囲まれる領域の面積に比べ大きく、
前記第二空間内の前記冷却用の流体の流路に沿う方向から見て、前記第二部分の幅は前記第一部分の幅に比べて小さい、電力変換装置。
前記カバーは、複数の前記第二部分を有し、前記複数の前記第二部分の少なくとも一部は、当該第二部分同士の間に前記流路に沿う経路が形成されるように互いに離間している、請求項１記載の電力変換装置。
複数の前記回路素子を備え、
前記カバーは、一つ又は複数の前記第一部分と、前記第一部分よりも多数の前記第二部分とを有する、請求項１又は２記載の電力変換装置。
前記第一部分の内部において前記回路素子の周囲に設けられた防振部材を更に備える、請求項１〜３のいずれか一項記載の電力変換装置。
前記第一部分の内部において前記回路素子の周囲に設けられ、隣り合う前記回路素子同士の間を埋める防振部材を更に備える、請求項３記載の電力変換装置。
前記第二部分は、前記回路素子の上側を覆い、前記回路素子の下側を覆わない屋根部を有する、請求項１〜５のいずれか一項記載の電力変換装置。
下から上に向かう気流を前記第二空間内に発生させるファンを更に備える、請求項６記載の電力変換装置。
前記第一空間と前記第二空間とを仕切る隔壁を更に備え、
前記カバーは、前記回路基板と前記隔壁との間に挟まれる鍔部を有する、請求項１〜７のいずれか一項記載の電力変換装置。
前記隔壁及び前記回路基板の少なくとも一方は溝部を有し、
前記鍔部は前記溝部に嵌合する隆起部を有する、請求項８記載の電力変換装置。