JP2002369547A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】水冷の複数ユニットをコンパクトに収納すると
共に、水系統と外部接続部の分離化及び用品配置エリア
を明確化した盤構造を備えた電力変換装置を提供する。 【解決手段】交流を直流に変換または直流を交流に変換
する変換回路をユニット単位で複数台収納してなる筐体
を備えている電力変換装置において、前記筐体内を正面
から背面に向って３分割し、正面１番目スペースに前記
複数台のユニット各々を収納し、次の２番目スペースに
直流母線や直流コンデンサ等のメインの主回路用品を収
納し、最後の３番目スペースに外線ケーブルの入出力部
を収納する構成であるので、外部接続部は後面、交換性
を優先される各ユニットは前面、その他主回路用品は筐
体中央部と筐体内の収納用品の設置場所を役割毎に明確
化でき、用途毎に分離及び最短で用品を配線、配置でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は直流電圧を交流電圧
に変換するインバータを備えた電力変換装置に関わり、
特に水冷の複数のユニットを収納した盤構造をコンパク
トにすると共に、水系統の分離化及び外部接続部を明確
化した電力変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の負荷転流形の水冷インバータを図
４の構成図を参照して説明する。図４は一般に採用され
ている従来の負荷転流形のインバータの主回路と盤分割
構成図である。図に示すように、電力変換装置は、交流
電源１１の電圧を複数のサイリスタ１で直流電圧に変換
し、コンデンサ２を介して更に複数のサイリスタ３から
なるインバータ回路で所望の交流電圧に変換し、負荷１
２に供給するように構成されている。

【０００３】上記した電力変換回路を収納する筐体１３
の構造は、サイリスタ１への入力部分の筐体１３Ａと、
サイリスタ１のユニット１０部分の筐体１３Ｂと、コン
デンサ２部分の筐体１３Ｃと、サイリスタ３のユニット
３０部分の筐体１３Ｄと、サイリスタ３からの出力部分
の筐体１３Ｅの５筐体から構成されている。

【０００４】また、図５に示すように、筐体１３Ｂが水
冷により冷却しているサイリスタ１を収納する場合に
は、各ユニット１０へ水を供給、排出するメイン水母管
６、７を盤背面側左右に配置し、背面から各ユニット１
０へ分岐配管８をつなぐ構造となっている。

【０００５】この分岐配管８も背面側からユニット１０
側にわたる間は筐体内部の主回路母線５及び水冷不要の
主回路用品配置部分に混在していて、仮に配管等から水
漏れ等のトラブルが起きた際に主回路へ水がかかる可能
性と範囲が大きいことが予想され、分岐配管８の形状も
ほぼストレートであり、途中Ｚ字に曲げてはいるものの
ユニットとの着脱時のフレキシブル性もＵ次曲げほどの
効果はなかった。

【０００６】また、水母管６、７が背面にあり、水冷の
ユニット１０が正面側にあると、エアー抜き作業中に水
母管６、７の上部にあるエアー抜きコック９が背面側に
あることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の電力変換装置構成では、電気回路別に筐体が存在して
いるため、装置のコンパクト化、低価格ができず、また
水配管が水冷以外の電気回路用品の中に混在しているた
め、水漏れ等が発生した際に、水冷とは無関係の電気用
品にも影響を与える可能性があった。また、上記の如く
電気回路毎に筐体が存在していると、どこまでが筐体と
して標準なのか、または装置として標準部分がどこまで
なのか不明確になり、装置容量が大きくなる度に変更す
る要素が増える可能性があり、筐体の標準化を実現しに
くくなるという難点があった。

【０００８】したがって、上記したようにコンデンサ２
の数量を２分割し、片方をコンデンサ２Ａ、残りをコン
デンサ２Ｂとした場合、サイリスタ１への入力部分とサ
イリスタ１の複数ユニットとコンデンサ２Ａを一つの筐
体内で収納し、残りのコンデンサ２Ｂとサイリスタ３の
複数ユニットとサイリスタ３からの出力部分を一つの筐
体内で収納させる盤構成とさせる必要があり、さらに一
つの筐体の内部構成としては、水冷のユニットと配管系
部分、直流コンデンサと直流母線部分、入出力等の外部
との取合い部分、のように筐体内を完全に３分割配置
し、水系統と外部接続部の分離化及び用品配置エリアの
明確化を実現した装置にする必要があった。そのために
は、更なる高密度実装が必須であるが、用品収納エリア
の区分化、電気回路毎の差別化を明確にして、やみくも
に高密度化したことによる信頼性の低下、保守性の低下
等は下記のような対策で回避しなければならない。すな
わち、 (1)回路の流れを前提（接続導体等が行ったり来
りしない）という必要最小限でのスペースの確保。 (2)メンテナンス等の保守性に優先順位を付け、必要最
小限でのメンテナンススペースの確保と配置。 (3)水冷の装置では、水系統と主回路等の充電部分との
可能な限りの分離。

【０００９】また、本構成にすることにより、装置の容
量アップの際には回路として終結されている１筐体を多
面に配置することにより容易に多容量にも対応でき、装
置の標準化にも貢献し、水系統を水冷不要部分の主回路
と分離することにより、仮に配管等から水漏れ等のトラ
ブルが起きた際に主回路へ水がかかる可能性と範囲を最
小限に抑えることが可能となり、配管内のエアー抜き作
業に関してエアー抜きコックが盤正面側に設置されるた
め、エアー抜き作業中に水冷ユニット内の気泡の有無も
同時に行えるメリットもある。

【００１０】本発明は上記状況に対処するためになされ
たもので、その課題は、水冷の複数のユニットを収納し
た盤構造をコンパクトにすると共に、水系統と外部接続
部の分離化及び用品配置エリアの明確化にし、水回りの
信頼性に優れた電力変換装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、交流を直流に変換または直
流を交流に変換する変換回路をユニット単位で複数台収
納してなる筐体を備えた電力変換装置において、前記筐
体内を正面から背面に向って３分割し、正面１番目スペ
ースに前記複数台のユニット各々を収納し、次の２番目
スペースに直流母線や直流コンデンサ等のメインの主回
路用品を収納し、最後の３番目スペースに外線ケーブル
の入出力部を収納していることを特徴とする。

【００１２】請求項１記載の発明によると、外部接続部
は後面、交換性を優先される各ユニットは前面、その他
主回路用品は筐体中央部と筐体内の収納用品の設置場所
を役割毎に明確化でき、用途毎に分離及び最短で用品を
配線、配置できる。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の電
力変換装置において、複数台のユニット各々が水冷の場
合、水冷用品を筐体内の正面１番目スペースに収納する
と共に、当該水冷部品の配置を水冷部品以外の主回路用
品と分離し、他の収納スペースに水冷配管等の水回りが
混在していないことを特徴とする。

【００１４】請求項２記載の発明によると、複数台のユ
ニットが水冷の場合、筐体内３分割収納スペースのう
ち、水回りの構成を正面側の１番目の収納スペースに集
約させることにより、２番目、３番目の他の主回路スペ
ースに水回りを混在させずにでき、水に対する信頼性の
向上が図れる。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の電力変換装置において、水冷ユニットを収
納する正面１番目スペースは、各ユニットへの水の給
水、排水用メインの水母管を各々、筐体最前面左右に床
面から天井方向に垂直に配置し、前記水母管から各水冷
ユニットに供給する分岐パイプ形状をＵ字形とし、各水
冷ユニットの左右後部にそれぞれ位置する給排水口から
前記Ｕ字形分岐パイプを筐体前面の水母管にもってきて
いることを特徴とする。

【００１６】請求項３記載の発明によると、水冷装置の
配管内のエアー抜きはメインの水母管上部のエア抜きコ
ックからエアーを抜き、その抜き具合とユニット内のフ
ッ素樹脂、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）製配管内のエアーの気泡を確認しながらエアー抜き
を行うのであるが、各ユニットへの水の給水、排水用の
メインの水母管を各々、筐体最前面左右に床面から天井
方向に垂直に配置することにより、エアーの抜け具合の
確認を正面側から一度に行える。水母管から各水冷ユニ
ットに供給する分岐パイプ形状をＵ字形とし、各ユニッ
トの左右後部にそれぞれ位置する給排水口からＵ字形分
岐パイプを筐体前面の水母管にもってきている構成とす
ることにより、メイン水母管から水冷ユニットまであえ
て、長さをもったパイプ形状とし、その長さでパイプ内
部の純水の抵抗値を高抵抗値とすることができるのに加
え、Ｕ字形のフレキシブル性を用い、水冷ユニットと分
岐パイプを脱着する際のストレスを吸収することがで
き、容易に脱着可能な構成が得られる。なお、冷却に用
いる水は、冷却と絶縁の両方の役目があり、特に絶縁に
関しては冷却のために主回路部である充電部を直接通過
するために、水に純水を用い、その純度を高めることに
より水による絶縁が実現できる。

【００１７】請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求
項３のいずれかに記載の電力変換装置において、水冷ユ
ニットを収納する正面１番目スペースは、各ユニットへ
の水の給水、排水用メインの水母管を各々、筐体最前面
左右に床面から天井方向に垂直に配置し、前記水母管か
ら各水冷ユニットに供給する分岐パイプ形状をＵ字形と
し、各水冷ユニットの左右後部にそれぞれ位置する給排
水口から前記Ｕ字形分岐パイプを筐体前面の水母管にも
ってきていることを特徴とする。

【００１８】請求項４記載の発明によると、各相に相当
する水冷ユニットに必要な直流コンデンサを各相水冷ユ
ニットの背面側である２番目スペースにＰ極、Ｎ極分を
分離させユニットの直近に左右に配置し、ユニットから
直流コンデンサまでの配線長を最短にでき、かつ左右の
Ｐ極、Ｎ極コンデンサ間に上下に直流母線を配置させる
ことにより筐体内２番目の収納スペースに水冷以外の主
回路用品を配置させることができる。

【００１９】請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求
項４のいずれかに記載の電力変換装置において、筐体内
の３番目の外線ケーブル入出力部スペースは、盤内を正
面から３分割したことにより、完全に外線ケーブルの入
出力専用のスペースを盤背面側に確保したことを特徴と
する。

【００２０】請求項５記載の発明によると、完全に外線
ケーブルの入出力専用のスペースを盤背面側に確保で
き、容易に上下のケーブル引込みに対応でき、筐体内水
系統部と外線接続部を分離化できる。

【００２１】請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求
項５のいずれかに記載の電力変換装置において、筐体内
の１番目収納スペース左右に各々配置した各ユニットへ
の水の給水、排水用メインの水母管は、前記水母管はＬ
字形の形状をしており、このＬ字形の底辺が筐体内の３
番目の収納スペース床面を沿うように盤正面に向かって
伸び、ユニット収納の１番目のスペースの盤正面で垂直
に立上っている水母管を有することを特徴とする。

【００２２】請求項６記載の発明によると、２番目の収
納スペースにおいては床面を通ることにより２番目の収
納スペースに収納されている水冷以外の電気用品とは完
全に分離していることによる信頼性向上が得られ、筐体
内の左右の水母管の外部取り合い位置も３番目の収納ス
ペースにあるため、外部取り合いは外線ケーブル同様、
接続部の分離化と明確化が行える。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は本発明の一実施形態（請求項
１乃至請求項６対応）の電力変換装置の筐体内部の回路
図である。

【００２４】図に示すように、本実施形態では、複数の
並列接続の直流コンデンサ２０を、２０Ａと２０Ｂの２
分割し、回路前半を筐体１４Ａ、回路後半を筐体１４Ｂ
としている。また、図２に示すように、筐体内用品収納
体系を筐体正面側から３分割とし、３段の水冷ユニット
２１の収納部分である１番目の収納スペース、水冷以外
の主回路部分（直流コンデンサ２０、主回路母線２２）
である２番目の収納スペース、外部との入出力接続を行
う３番目の収納スペースの分割化という構成としたもの
である。

【００２５】本実施形態は上記のように構成されている
ので、高密度実装にしながら、やみくもの高密度化によ
る信頼性の低下、保守性の低下等が解消できる筐体内構
成が可能となる。

【００２６】また、筐体１４Ａ内の１番目の収納スペー
スに水回りの構成を集約させることにより、他の水冷以
外の主回路用品と分離し、２番目、３番目の他の主回路
スペースに水回りを混在させない構成とすることによ
り、仮に水漏れが生じた場合でも他の主回路用品へ水が
かかる可能性と範囲を最小限に抑えられ、水に対する信
頼性の向上が図れる。

【００２７】さらに、水冷ユニット２１の収納スペース
（１番目の収納スペース）において、各水冷ユニット２
１への水の供給、排水用のメインの水母管２３、２４を
筐体最前面左右の上下に配置して、各水冷ユニット２１
へ供給する分岐パイプ２５の形状をＵ字形にし、分岐パ
イプをあえて盤正面から水冷ユニット２１の最後部のジ
ョイント部分まで振る構成となっている。

【００２８】このような構成とすることによって、水母
管２３、２４が１番目の収納スペースにくるため、さら
に水系統が集約でき、メインの水母管２３、２４上部の
エアー抜きコック２６からエアー抜きを行う際に、水冷
ユニット２１内のパイプ内部の気泡を確認しながらエア
ー抜きを行うことが可能となり、配管内のエアー抜け具
合の確認を筐体正面側より一度に行える。

【００２９】また、水母管２３、２４から各水冷ユニッ
ト２１に供給する分岐パイプ８０がＵ字形をし、各水冷
ユニット２１の左右後部にそれぞれ位置する給排水口か
らＵ字形分岐パイプ２５を筐体前面の水母管２３、２４
にもってきている構成にすることにより、分岐パイプ長
を長くとれ、冷却に用いている水は冷却と絶縁の両方の
役目があり、特に絶縁に関しては冷却のために主回路部
（充電部）を直接通過するために、水に純水を用い、そ
の純度を高めることにより水による絶縁が実現するた
め、その長さでパイプ内部の純水の抵抗値を高抵抗値と
して確保できるのに加え、Ｕ字形のフレキシブル性を最
大限に生かし、水冷ユニット２１と分岐パイプ２５を脱
着する際のストレスを難なく吸収することができ、容易
に脱着可能な構成が実現できる。

【００３０】図３は図２内のＤ−Ｄ方向からみた図で、
盤背面を示した図である。図に示すように、筐体１４内
を３分割した２番目の収納スペースには水冷以外の主回
路用品（直流コンデンサ２０、主回路母線２２）が収納
されており、収納スペース１番目の各水冷ユニット２１
に必要な直流コンデンサ２０を各水冷ユニット２１の背
面の２番目スペースにＰ極、Ｎ極分を分離させユニット
の直近に左右に配置し、前記左右に分離配置させた直流
コンデンサ２０間に直流母線２２を配置させる。

【００３１】このような構成とすることによって、各相
に相当する水冷ユニット２１に必要な直流コンデンサ２
０を各相水冷ユニット２１の背面側である２番目スペー
スにＰ極、Ｎ極分を分離させ、水冷ユニット２１の直近
に左右に配置し、水冷ユニット２１から直流コンデンサ
２０までの配線長を最短にでき、かつ左右のＰ極、Ｎ極
コンデンサ２０間に上下に直流母線２２を配置させるこ
とにより筐体内２番目の収納スペースに水冷以外の主回
路用品を配置させることができる。

【００３２】また、筐体内を３分割した３番目の収納ス
ペスは、完全に外線ケーブルの入出力専用のスペースと
して盤背面側に確保しており、容易に上下のケーブル引
込みに対応できるような構成となっている。このような
構成とすることによって、容易に上下のケーブル引込み
に対応でき、筐体内水系統部分と外線接続部の分離化が
実現できる。

【００３３】さらにまた、筐体内の１番目収納スペース
左右に配置した各水冷ユニット２１への水の給水、排水
用メインの水母管２３、２４において、前記水母管２
３、２４はＬ字の形状をしている。このＬ字の形状とは
筐体内の３番目の収納スペース（外部との入出力スペー
ス）床面の左右から盤正面に向かって伸びてきて、盤正
面（ユニット収納の１番目のスペース）で上に立上が
り、水の外部との給水、排水接続も３番目の収納スペー
ス（外部との入出力スペース）で処理できるようになっ
ている。さらに、２番目の収納スペースにおいては床面
を通ることにより２番目の収納スペースに収納されてい
る水冷以外の電気用品とは完全に分離している構成とな
っている。

【００３４】このような構成とすることによって、２番
目の収納スペースにおいては床面を通ることにより２番
目の収納スペースに収納されている水冷以外の電気用品
（直流コンデンサ２０、直流母線２２等）とは完全に分
離していることによる信頼性向上が得られ、筐体内の左
右の水母管の外部取り合い位置も３番目の収納スペース
（入出力スペース）にあるため、外部取り合いは外線ケ
ーブル同様、接続部の分離化が行える。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電力変換装置の容量アップの際には回路として終結され
ている１筐体を多面に配置することにより容易に多容量
にも対応でき、装置の標準化にも貢献でき、水系統を水
冷不要部分の主回路と分離することが可能となる。ま
た、水冷の複数のユニットを収納した盤構造をコンパク
トにすると共に、水系統と外部接続部の分離化及び用品
配置エリアの明確化にし、水回りの信頼性に優れた電力
変換装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の電力変換装置の主回路と
盤分割を示す配置図。

【図２】図１の盤の右側面図。

【図３】図１のＤ−Ｄ方向からみた背面図。

【図４】従来の電力変換装置の主回路と盤分割を示す配
置図。

【図５】図４の盤の左側面図。

【符号の説明】

１…サイリスタ、２…コンデンサ、３…サイリスタ、４
…、５…、６，７…水母管、８…分岐配管、９…エアー
抜きコック、１０，３０…ユニット、１１…、１２…、
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ…筐
体、１４…、１５…、１６…、１７…、１８…、２０…
直流コンデンサ、２２…直流母線、２１…、２３，２４
…水母管。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流を直流に変換または直流を交流に変
   換する変換回路をユニット単位で複数台収納してなる筐
   体を備えた電力変換装置において、前記筐体内を正面か
   ら背面に向って３分割し、正面１番目スペースに前記複
   数台のユニット各々を収納し、次の２番目スペースに直
   流母線や直流コンデンサ等のメインの主回路用品を収納
   し、最後の３番目スペースに外線ケーブルの入出力部を
   収納していることを特徴とする電力変換装置。
2. 【請求項２】 複数台のユニット各々が水冷の場合、水
   冷用品を筐体内の正面１番目スペースに収納すると共
   に、当該水冷部品の配置を水冷部品以外の主回路用品と
   分離し、他の収納スペースに水冷配管等の水回りが混在
   していないことを特徴とする請求項１記載の電力変換装
   置。
3. 【請求項３】 水冷ユニットを収納する正面１番目スペ
   ースは、各ユニットへの水の給水、排水用メインの水母
   管を各々、筐体最前面左右に床面から天井方向に垂直に
   配置し、前記水母管から各水冷ユニットに供給する分岐
   パイプ形状をＵ字形とし、各水冷ユニットの左右後部に
   それぞれ位置する給排水口から前記Ｕ字形分岐パイプを
   筐体前面の水母管にもってきていることを特徴とする請
   求項１または請求項２記載の電力変換装置。
4. 【請求項４】 筐体内の２番目の水冷用品以外の主回路
   用品収納スペースは、収納スペース１番目の各ユニット
   に必要な直流コンデンサを各ユニット背面の２番目スペ
   ースにＰ極、Ｎ極分を分離させ、左右に配置し、前記左
   右に分離配置させた直流コンデンサ間に縦に直流母線を
   配置させたことをことを特徴とする請求項１乃至請求項
   ３のいずれかに記載の電力変換装置。
5. 【請求項５】 筐体内の３番目の外線ケーブル入出力部
   スペースは、盤内を正面から３分割したことにより、完
   全に外線ケーブルの入出力専用のスペースを盤背面側に
   確保したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいず
   れかに記載の電力変換装置。
6. 【請求項６】 筐体内の１番目収納スペース左右に各々
   配置した各ユニットへの水の給水、排水用メインの水母
   管は、前記水母管はＬ字形の形状をしており、このＬ字
   形の底辺が筐体内の３番目の収納スペース床面を沿うよ
   うに盤正面に向かって伸び、ユニット収納の１番目のス
   ペースの盤正面で垂直に立上っている水母管を有するこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
   の電力変換装置。