JP4610209B2 - エレベータの電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、エレベータ制御装置を昇降路内に設置するために薄型化を図ったエレベータの電力変換装置に関する。

近年、低層マンションクラスの建物では、無駄なスペースを極力低減する観点から、マシンルームレス（機械室無し）エレベータを設置するのが大半であり、またエレベータ制御装置についても昇降路の壁面に設置するケースが増えてきている。

その結果、機械設備を含んで昇降路のレイアウトによっては、昇降路内に設置する制御装置（制御盤）についても、より薄型で、かつ省スペース化及びコンパクト化が求められている。

ところで、昇降路の壁面等に設置するエレベータ制御装置においては、機能別ないしユニット別に分けると図６に示すように、乗りかご内のかご操作盤の操作やホール呼び操作等に伴う運行制御等を司る制御ユニット５１とメインロープに吊下げられた乗りかごを昇降する巻上機である電動機に所要の電力を供給する電力変換装置５２とで構成され、制御装置の外形５３を形成している。

図７は従来のエレベータの電力変換装置５２の構成を示す図である。
同図において６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃは電力変換回路を構成するパワーモジュール、６２は通電に伴うパワーモジュール６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃからの発熱を蓄積する受熱板、６３は受熱板６２に蓄積された熱量を放熱する放熱フイン、６４は三相交流電力を整流した後のリプルを平滑するアルミ電解コンデンサ、６５は放熱フイン６３を通過する風の漏れを防ぐ風洞ダクト、６６Ａ、６６Ｂは冷却ファンである。

従って、エレベータ制御装置には、前述したように電動機に電力を供給する電力変換装置５２が設けられており、さらに当該電力変換装置５２の内部にはパワーモジュール６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ等を含む電気回路構成部品が内装され、かつ電気回路構成部品を冷却するために受熱板６２、放熱フイン６３、風洞ダクト６５、冷却ファン６６Ａ、６６Ｂ等の冷却構造物が取付けられている。

そして、電力変換装置５２の高さ方向には、パワーモジュール６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、冷却器を構成する受熱板６２及び放熱フイン６３の順序で重ね合わされ、しかも受熱板６２の下側に放熱フイン６３が矩形状に取付けられ、装置全体が高さ方向に大型化する形態となっている。さらに、電力変換装置５２の外形としては、以上のようなパワーモジュール６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、受熱板６２及び放熱フイン６３からなる三段構成の他に、パワーモジュール６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃの絶縁距離を考慮した高さが必要となるので、益々電力変換装置５２の外形が大きくなり、ひいては制御装置の外形５３が大きくなってしまう。よって、装置の薄型化にも制約が出てしまい、より薄型な装置の実現が要求されている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、より薄型化することにより、省スペース化及びコンパクト化を実現するエレベータの電力変換装置を提供することを目的とする。

（１） 上記課題を解決するために、本発明は、交流電源を所要の交流電力に変換してエレベータ巻上機に供給する電力変換機能をもったパワーモジュール及び電力変換時に生じるリプルを平滑化する電解コンデンサよりなる主回路と通電による当該パワーモジュールの発熱を冷却する冷却器とを備えたマシンルームレスエレベータの制御装置に用いられるエレベータの電力変換装置において、
内部に冷媒が封入された熱輸送機能をもった平板状の熱輸送板と、この平板状の熱輸送板の上面部一端側面部に配置され、上側に重ね合さる前記パワーモジュールの発熱量を蓄積する平板状の受熱体と、前記平板状の熱輸送板の上面部他端側面部であって前記受熱体の側面部に接するように配置され、前記受熱体から前記平板状の熱輸送板を通して輸送されてくる熱量を放熱する放熱体とを設けたことにより、前記電力変換装置の外形高さが前記熱輸送板の側面に接するように配置される前記冷却器の高さや当該熱輸送板の側面に横臥するように配置される前記電解コンデンサの胴体高さを超えないようにし、従来の電力変換装置と比較した場合に前記放熱体の高さ相当分低減され、より薄型でコンパクトな電力変換装置を提供することが可能となる。

なお、前記熱輸送板としては、複数に分割され、それぞれが受熱体及び放熱体に跨るように配置すれば、受熱体に蓄積される熱量が例えば不必要な方向に輸送することなく、受熱体から放熱体の方向に効率的に熱輸送することが可能となる。

（２） また、本発明は、電力変換装置の筐体が鋼板材で構成されている場合、この筐体の底部である鋼板材と平板状の熱輸送板との間に熱伝導機能を促す熱伝導材塗布層を施せば、放熱体以外に筐体全体からも放熱することが可能となり、冷却効率の向上を図ることができる。

また、電解コンデンサとしては、前記前記パワーモジュール及び冷却器よりなるブロックの一側部に配置するとともに、断面長円形状電解コンデンサを用いることにより、装置外形の省スペース化を図ることが可能となる。

（３） さらに、本発明は、前記（１）項の構成に新たに、前記受熱体、前記放熱体と前記平板状の熱輸送板との接合面全体にハンダの加熱によって接合するハンダ接合層を施した後、熱輸送板に冷媒を注入する構成とすれば、例えば一般的なロー付けによる接合に比べて安価な冷却器を実現することが可能となり、よって薄型で、かつ安価な電力変換装置を実現できる。

また、受熱体、放熱体と前記平板状の熱輸送板との間にハンダ接合層を施す前に、受熱体及び放熱体のほぼ中央部分の所要領域に熱硬化材塗布層を施せば、ハンダによる加熱・接合時に熱硬化材塗布層の粘性を高め、かつ全面ハンダ接合層のものと比較して冷却効率を上げることが可能となる。

本発明は、パワーモジュールの発熱量を蓄積する受熱体及びこの受熱体に蓄積される熱量を放熱する放熱体を、熱輸送機能をもつ熱輸送板に分離して配置することにより、パワーモジュールの取付け高さ方向の寸法を抑えることができ、より薄型でコンパクトなエレベータの電力変換装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明に係るエレベータの電力変換装置の一実施の形態を説明する内部構成図である。

同図において、１Ａ、１Ｂ、１Ｃは例えば三相交流電源を直流電力に変換するコンバータ回路や直流電力を所要の交流電力に変換するインバータ回路等で構成され、巻上機である電動機（図示せず）に所要の電力を供給する電力変換回路を構成するパワーモジュールである。これらパワーモジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃは受熱板２に載置されている。受熱板２は、通電に伴ってパワーモジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃから発生する発熱を蓄積する機能を有し、平板状となっているので、パワーモジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃの設置高さが比較的低い。

さらに、受熱板２の下側には、同じく平板状の板体で構成され、かつ内部に冷媒が封入される熱輸送機能を有する平型熱輸送板３が添着されている。従って、電力変換装置としては、平型熱輸送板３の上面部一端側面部に受熱板２及びパワーモジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃが重ね合わされ、さらに輸送板３の上面部他端側面部に受熱板２から平型熱輸送板３で輸送されてくる熱量を放熱する放熱フイン４が例えば矩形状に配置されている。この平型熱輸送板３としては、例えば２つに分割され、それぞれ受熱板２側から放熱フイン４に跨るように橋渡しすることにより、受熱板２に蓄積された熱量を最適な状態で輸送し放熱フイン４に導くものである。

なお、放熱フイン４は、受熱板２から平型熱輸送板３を通して輸送されてくる熱量を放熱するだけでなく、受熱板２の側面部に接するように配置すれば、パワーモジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃで発熱された熱量を受熱板２から直接取り込んで放熱フイン４に伝達することができる。

５は三相交流電力を整流した後のリプルを平滑化する円筒状電解コンデンサであって、パワーモジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃを含んで電力変換装置の主回路を構成する。６Ａ、６Ｂは冷却ファンである。

従って、以上のような実施の形態によれば、平型熱輸送板３上に受熱板２と放熱フイン４とを分離した状態で配置し、しかも平型熱輸送板３は平板状の板体となっているので、装置のパワーモジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ設置側の高さは従来の装置と比べて放熱フイン４の高さ相当分だけ低くなり、放熱フイン４や電解コンデンサ５の高さに依存することとなる。このことは、パワーモジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃの上側に十分なスペースが確保されていることから、特別に絶縁距離を考慮した高さにすることなく、十分に絶縁距離を確保することができる。

よって、電力変換装置７の外形高さＨは、放熱フイン４や電解コンデンサ５の高さに依存し、パワーモジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び受熱板２を加えた高さ分だけ低減化でき、非常に薄型でコンパクトなエレベータの電力変換装置を実現できる。

（第２の実施の形態）
図２は本発明に係るエレベータの電力変換装置の他の実施の形態を説明する内部構成図である。なお、同図において、図１と同一又は等価な部分には同一符号を付し、その詳しい説明は図１に譲り、以下、特に異なる部分について説明する。

この電力変換装置は、例えば装置筐体の底部鋼板９上に平型熱輸送板３が配置されているが、この鋼板９と平型熱輸送板３との間に熱伝導効果を促すコンパウンド又は熱伝導効果及び接着機能を有する熱伝導材塗布層１０が施されている。その他の構成については図１と同様であるので、図１の説明に譲る。

この電力変換装置においては、パワーモジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃから発生する熱量は、受熱板２に蓄積された後、平型熱輸送板３で熱輸送されて放熱フイン４に伝達され、さらに放熱フイン４から外気に放熱する経路をたどるが、鋼板９と平型熱輸送板３との間に熱伝導効果を促すコンパウンド等を塗布してなる熱伝導材塗布層１０を施せば、受熱板２に蓄積された熱量を平型熱輸送板３で輸送している間に熱伝導材塗布層１０を通して装置筐体から外部に放熱することができる。よって、電力変換装置の冷却器の熱抵抗を低減することが可能となる。

なお、この電力変換装置においても、平型熱輸送板３上に位置を異ならせて受熱板２と放熱フイン４とを分離し配置する構成であるので、図１と殆ど変わらない高さであり、図１と同様に非常に薄型でコンパクトに実現することができる。

（第３の実施の形態）
図３は本発明に係るエレベータの電力変換装置の他の実施の形態を説明する内部構成図である。なお、同図において、図１と同一又は等価な部分には同一符号を付し、その詳しい説明は図１に譲り、以下、特に異なる部分について説明する。

電力変換装置においては、パワーモジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ側の設置高さを低くしたにも拘らず、図１に示すごとく円筒状電解コンデンサ５を使用していることから、電力変換装置の外形が当該電解コンデンサ５の高さに依存し、電力変換装置の高さ方向の外形を薄くできない状況にあった。

そこで、この実施の形態における電力変換装置では、パワーモジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び受熱板２、放熱フィン４等の冷却器よりなるブロックの一側部側に円筒状電解コンデンサ５が配置されているが、この円筒状電解コンデンサ５に代えて断面長円形状の電解コンデンサ１１を設置し、円筒状電解コンデンサ５と同等の機能をもたせることにより、電力変換装置の高さ方向の外形が少なくとも電解コンデンサ１１によって制約されないようにし、図１又は図２と比較してさらに薄型化を可能にし、よりコンパクトに実現でき、昇降路の壁設置が容易になる。

（第４の実施の形態）
図４は本発明に係るエレベータの電力変換装置の他の実施の形態を説明する内部構成図である。なお、同図において、図１と同一又は等価な部分には同一符号を付し、その詳しい説明は図１に譲り、以下、特に異なる部分について説明する。

この実施の形態は、平型熱輸送板３と受熱板２及び放熱フイン４との間に加熱溶融されたハンダによるハンダ接合層１２を施し、熱伝導性を高めるものである。実際的には、平型熱輸送板３の中に冷媒を注入する前に、平型熱輸送板３と受熱板２との接触面全面にハンダによって加熱接合を行い、さらに平型熱輸送板３と放熱フイン４との接触面全面にハンダによって加熱接合を行った後、平型熱輸送板３に冷媒を注入するような工程をとることにより、例えば一般的なロー付けによる接合に比べて安価な冷却器を実現でき、ひいては安価で、かつ薄型なエレベータの電力変換装置を提供することが可能となる。

（第５の実施の形態）
図５は本発明に係るエレベータの電力変換装置の他の実施の形態を説明する内部構成図である。なお、同図において、図１、図４と同一又は等価な部分には同一符号を付し、その詳しい説明は図１、図４に譲り、以下、特に異なる部分について説明する。

図４に示すエレベータの電力変換装置では、受熱板２、放熱フィン４と平型熱輸送板３との間にハンダの加熱によるハンダ接合層１２が施されているが、この実施の形態では、受熱板２、放熱フィン４の占有する領域のほぼ中央部分の所要とする領域部分に熱硬化型シリコン等の熱硬化材塗布層１３を施した後、前述するように受熱板２、放熱フィン４と平型熱輸送板３との間にハンダの加熱によるハンダ接合層１２を施す構成である。なお、熱硬化材としては、例えばフェノール樹脂、メラミン樹脂等のごとき材料が用いられる。

このように熱硬化材塗布層１３を施した後、受熱板２、放熱フィン４と平型熱輸送板３との間にハンダの加熱によるハンダ接合層１２を施す構成とすれば、ハンダを加熱・接合する際に熱硬化材塗布層１３の粘性を上げて接合でき、かつ図４に示す全面ハンダ接合と比較し、より冷却効率の向上を図る冷却器を実現でき、ひいては冷却効率の優れた薄型なエレベータの電力変換装置を提供できる。

その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

前記実施の形態では、平型熱輸送板３としては、例えば２つに分割されているが、例えば三相交流電源の場合にはパワーモジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃが各相単位となっているので、その各相のパワーモジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃに合せて３つに分割した平型熱輸送板を設けた構成であってもよい。

また、各実施の形態は可能な限り組み合わせて実施することが可能であり、その場合には組み合わせによる効果が得られる。さらに、上記各実施の形態には種々の上位，下位段階の発明が含まれており、開示された複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得るものである。例えば問題点を解決するための手段に記載される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されうることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。

本発明に係るエレベータの電力変換装置の一実施の形態を示す構成図。 本発明に係るエレベータの電力変換装置の他の実施の形態を示す構成図。 本発明に係るエレベータの電力変換装置のさらに他の実施の形態を示す構成図。 本発明に係るエレベータの電力変換装置のさらに他の実施の形態を示す構成図。 本発明に係るエレベータの電力変換装置のさらに他の実施の形態を示す構成図。 従来の一般的なエレベータ制御装置(制御盤）のユニット構成図。 従来のエレベータの電力変換装置の構成図。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…パワーモジュール、２…受熱板、３…平型熱輸送板、４…放熱フイン、５…円筒状電解コンデンサ、６Ａ，６Ｂ…冷却ファン、９…鋼板、１０…熱伝導材塗布層、１１…長円形電解コンデンサ、１２…ハンダ接合層、１３…熱硬化材塗布層。

Claims (6)

1. 交流電源を所要の交流電力に変換してエレベータ巻上機に供給する電力変換機能をもったパワーモジュール及び電力変換時に生じるリプルを平滑化する電解コンデンサよりなる主回路と通電による当該パワーモジュールの発熱を冷却する冷却器とを備えたマシンルームレスエレベータの制御装置に用いられるエレベータの電力変換装置において、
   内部に冷媒が封入された熱輸送機能をもった平板状の熱輸送板と、
   この平板状の熱輸送板の上面部一端側面部に配置され、上側に重ね合さる前記パワーモジュールの発熱量を蓄積する平板状の受熱体と、
   前記平板状の熱輸送板の上面部他端側面部であって前記受熱体の側面部に接するように配置され、前記受熱体から前記平板状の熱輸送板を通して輸送されてくる熱量を放熱する放熱体とを設け、
   前記電力変換装置の外形高さが前記熱輸送板の側面に接するように配置される前記冷却器の高さや当該熱輸送板の側面に横臥するように配置される前記電解コンデンサの胴体高さを超えないようにしたことを特徴とするエレベータの電力変換装置。
2. 請求項１に記載のエレベータの電力変換装置において、
   前記熱輸送板は、複数に分割され、それぞれが前記受熱体及び前記放熱体に跨るように配置したことを特徴とするエレベータの電力変換装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のエレベータの電力変換装置において、
   前記電力変換装置の筐体が鋼板材で構成されている場合、この筐体の底部である鋼板材と前記平板状の熱輸送板との間に熱伝導機能を促す熱伝導材塗布層を施したことを特徴とするエレベータの電力変換装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載のエレベータの電力変換装置において、
   前記電解コンデンサとしては、前記パワーモジュール及び冷却器よりなるブロックの一側部に配置するとともに、断面長円形状電解コンデンサを用いることを特徴とするエレベータの電力変換装置。
5. 請求項１又は請求項２に記載のエレベータの電力変換装置において、
   前記受熱体、前記放熱体と前記平板状の熱輸送板との間にハンダの加熱によって接合するハンダ接合層を施したことを特徴とするエレベータの電力変換装置。
6. 請求項５に記載のエレベータの電力変換装置において、
   前記受熱体、前記放熱体と前記平板状の熱輸送板との間にハンダ接合層を施す前に、前記受熱体及び前記放熱体のほぼ中央部分の所要領域に熱硬化材塗布層を施すことを特徴とするエレベータの電力変換装置。

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