JP5386966B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、筐体内に複数のユニットを上下に多段に収納した電力変換装置に係り、特に、ユニット間の電気的接続構造に関する。

プラントの計測設備やコンピュータなどに安定した電源供給を行う電力変換装置として無停電電源装置が知られている。無停電電源装置は、通常、筐体内に複数の制御部品がユニット化された状態で収納されている。
例えば特許文献１の装置は、筐体内に、制御部品を機能別に搭載した複数のユニットが上下に多段に収納されている。

この特許文献１〜３の装置は、各ユニットの後部（背面）に、電源側及び負荷側とユニットを接続する配線や各ユニット間を接続する配線が設けられている。また、各ユニットは、筐体内からそれぞれ引き出し自在に収納されており、各ユニットの保守・点検作業を行う場合は、各ユニットを筐体の前面に引き出して行うようにしている。
特開平６−８６５６７号公報 特開２００７−７４８６５号公報 特開２００７−１７４８５１号公報

しかし、上記特許文献１の装置は、ユニット同士の結線作業を、筐体の背面側で行う、或いは、各ユニットを筐体の前面に引き出して前面側で行わなければならず、ユニット同士の結線作業の効率化の面で問題がある。
また、筐体の背面側に多くの配線が存在しており、配線量が増大することで筐体内のユニットを収納するスペースが小さいという問題もある。

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、筐体内に収納されているユニット同士の電気的接続作業の効率化を図ることができるとともに、筐体内のユニットを収納するスペースを十分に確保することができる電力変換装置を提供することを目的としている。

本発明に係る電力変換装置は、筐体内に、電力変換を行う複数のユニットが多段に収納された電力変換装置において、第１ユニットの下部から下方に向けて第１接続端子が突出し、前記第１ユニットに対して下部に隣接して収納した第２ユニットの上部から上方に向けて第２接続端子が突出し、これら第１接続端子及び第２接続端子が、直接に電気的接続されているとともに、前記第１接続端子及び前記第２接続端子の接続位置は、前記筐体の着脱自在なカバーで閉塞された開口部の近くである。

この発明によると、複数のユニットのうち第１及び第２ユニットが直接に電気的接続されているので、筐体内の配線量が減少して筐体内が広いスペースとなる。このため、筐体内に確保したスペースを、ユニットを収納するために有効に利用することができる。
また、第１接続端子及び前記第２接続端子の接続位置は、前記筐体の着脱自在なカバーで閉塞された開口部の近くなので、カバーを取り外すだけで、第１ユニット及び第２ユニットの電気的接続作業を行うことができる。

また、この発明によると、カバーを取り外すと、筐体の前面側に第１ユニットの第１接続端子及び第２ユニットの第２接続端子が位置するので、筐体の前面側の広い作業空間で、第１ユニット及び第２ユニットの電気的接続作業を行うことができる。

また、本発明に係る電力変換装置は、第１ユニットの下部から突出する配線端子を微少に移動させて、第２ユニットの上部から突出する銅バーの端子に対応させることができるので、電気的な接続作業を容易に行うことができる。

さらに、本発明に係る電力変換装置は、前記複数のユニットが、前記筐体の前面に設けた前記開口部に向けて引き出し自在に、前記筐体に収納されているので、複数のユニットの保守・点検作業も容易に行うことができる。

本発明に係る電力変換装置によると、複数のユニットのうち上下に隣接して収納した第１及び第２ユニットが、第１接続端子及び第２接続端子を介して直接に電気的接続されているので、筐体内の配線量が減少して筐体内が広いスペースとなる。したがって、筐体内に確保したスペースを、ユニットを収納するために有効に利用することができる。
また、第１接続端子及び第２接続端子の接続位置は、筐体の着脱自在なカバーで閉塞された開口部の近くなので、カバーを取り外すだけで、第１ユニット及び第２ユニットの電気的接続作業を容易に行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明に係る無停電電源装置を前面側及び背面側から示した斜視図、図２は無停電電源装置の前面カバーを外し、前面扉を開けて筐体内部を示した図、図３は無停電電源装置内の結線図、図４は筐体に複数のユニットが多段に配置されている状態を示す図、図５は第１実施形態の第１リアクトルユニットを示す斜視図、図６は第１実施形態の第１リアクトルユニットを正面から示した図、図７は図６のＡ−Ａ線矢視図、図８は第１電力変換ユニットを示す斜視図、図９は第１変換ユニットを正面から示した図、図１０は第１リアクトルユニット及び第１電力変換ユニットの電気的な接続構造を示す図、図１１は第１リアクトルユニット及び第１電力変換ユニットの電気的な接続構造を詳細に示した図である。

（無停電電源装置の構成）
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明に係る無停電電源装置は、筐体２０の前面開ロ部を前面カバー２１及び開閉扉２２が覆い、筐体２０の側面開ロ部を側面カバー２３が覆い、筐体２０の背面開口部を背面カバー２４が覆い、筐体２０の上部開ロ部を天面カバー２５が覆っている。

前面カバー２１及び開閉扉２２の最下部から上部側の領域には、空気を筐体２０内部に吸い込む吸気スリット２６が形成されている。背面カバー２４にも、筐体２０内部の空気を外部に排出する排気スリット２７が形成されている。また、天面カバー２５にも、筐体２０内部の空気を外部に排出する排気スリット２８が形成されているとともに、主回路線及び信号線等の外線引込スペースが形成されている。

図２に示すように、筐体２０には、内部を左右の空間に仕切る隔壁２９が配置されており、左右の空間に２組の無停電電源部ＵＰＳ１，ＵＰＳ２が収納されている。２組の無停電電源部ＵＰＳ１，ＵＰＳ２は、同一構造のユニットで筐体２０内に収納されているので、一方の無停電電源部ＵＰＳ１のみの説明を行なう。また、本実施形態では、一例として２組の無停電電源部ＵＰＳ１，ＵＰＳ２を並列に接続する場合を示しているが、２組以上の無停電電源部をＮ組並列接続することも可能である。

無停電電源部ＵＰＳ１は、ターミナルユニット３０、ＭＣ（マグネットコンタクタ）ユニット３１、第１リアクトルユニット３２、第１電力変換ユニット３３、第２リアクトルユニット３４及び第２電力変換ユニット３５からなる複数のユニットが筐体２０内の上下方向に多段に配置されている。
第１リアクトルユニット３２は、図３に示すように、３相分の交流リアクトル３２ａ，及び直流リアクトル３２ｂ，３２ｃを備えた装置であり、商用電源から入力した交流電流の高周波成分を抑制する装置である。

第１電力変換ユニット３３は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ）などのパワー半導体素子、パワー半導体素子冷却体、電解コンデンサ等を備えた装置であり、商用電源から第１リアクトルユニット３２を介して入力した商用電力を交流から直流に変換するコンバータ装置である。
第２電力変換ユニット３５も、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ）などのパワー半導体素子、パワー半導体素子冷却体、電解コンデンサ等を備えた装置であり、第１電力変換ユニット３３から入力した直流の電力、或いは本装置に並設された蓄電池３６（図３参照）から入力した直流の電力を交流に変換するインバータ装置である。

第２リアクトルユニット３４は、図３に示すように、３相分の交流リアクトル３４ａ，Ｎ相分の交流リアクトル３４ｂ，３４ｃを備えた装置であり、第２電力変換ユニット３５から出力された交流電流の高周波成分を抑制する装置である。
ＭＣユニット３１は、図３に示すように、複数の電磁接触器３８ａ〜３８ｄ、複数のリアクトル４１ａ〜４１ｃ、主制御部、保護用ヒューズ、制御信号用インターフェース回路等を備えた装置であり、電磁接触器３８ａ〜３８ｄのＯＮ・ＯＦＦ制御により、負荷に安定した交流電力を供給する装置である。

また、ターミナルユニット３０は、交流入力Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、直送入力Ａｃ相、Ｂｃ相及びＣｃ相、中性相Ｎの商用電源側端子と、蓄電池３６接続用の＋相端子及び−相端子と、交流出力ａ相端子、ｂ相端子、ｃ相端子と、中性相Ｎ端子を備えている。

図４に示すように、筐体２０の側面カバー２３及び隔壁２９には、前面カバー２１側（或いは開閉扉２２側）及び背面カバー２４側に延在する支持案内レール３７ａ〜３７ｆが設けられている。上部に配置した支持案内レール３７ａ，３７ｂは、ターミナルユニット３０及びＭＣユニット３１を下側から支持している。また、上下方向の中央部及び下部に配置されている支持案内レール３７ｃ〜３７ｆは、第１リアクトルユニット３２、第１電力変換ユニット３３、第２リアクトルユニット３４及び第２電力変換ユニット３５を下側から支持している。そして、各ユニットと筐体２０の枠体（不図示）とを固定するビス等の固定手段（不図示）を取り外すことで、ターミナルユニット３０、ＭＣユニット３１、第１リアクトルユニット３２、第１電力変換ユニット３３、第２リアクトルユニット３４及び第２電力変換ユニット３５は、支持案内レール３７ａ〜３７ｆ上を摺動して前面側に引き出し可能とされている。

また、図４に示すように、第１リアクトルユニット３２、第１電力変換ユニット３３、第２リアクトルユニット３４及び第２電力変換ユニット３５の前面側には冷却ファンユニット４３〜４６が内蔵されている。これら冷却ファンユニット４３〜４６は、前面カバー２１、開閉扉２２の吸気スリット２６から外気を取り込んで各ユニット内を冷却するようになっている。そして、各ユニット内を通過した空気は、背面カバー２４の排気スリット２７から外部に排出されるようになっている。

（第１実施形態の第１リアクトルユニットの構造）
図５に示すように、第１実施形態の第１リアクトルユニット３２は、上部が開口した箱形状のケース３２ｄの前面側に冷却ファンユニット４３が装着され、ケース３２ｄの底面に、交流リアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３，及び直流リアクトル３２ｂ、３２ｃが設置されている。ここで、交流リアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３は、図３で示した交流リアクトル３２ａを具体的に示し、三相四線式商用電源の三相（Ａ，Ｂ，Ｃ）の入力端子にそれぞれ接続するものである。

ここで、図６及び図７に示すように、ケース３２ｄの底板３２ｄ１の冷却ファンユニット４３に近接する位置には、交流リアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３，及び直流リアクトル３２ｂの出力側配線と第１電力変換ユニット３３の端子とを電気的に接続する複数のリアクトル側銅バー４７〜５０が外部に突出して設けられている。
リアクトル側銅バー４７〜５０は、図７に示すように、ケース３２ｄの底板３２ｄ１の外面に絶縁板５１を介して固定されている固定部５２と、この固定部５２の一端から折曲されて底板３２ｄ１を貫通し、ケース３２ｄ内に突出しているリアクトル側端子５３と、固定部５２の他端から折曲されて底板３２ｄ１から離間する方向に突出している出力端子５４とで構成されている。

各リアクトル側銅バー４７〜５０のリアクトル側端子５３及び出力端子５４には、端子固定用ねじ５５が挿通するねじ穴５３ａ，５４ａが形成されている。また、出力端子５４の背面を向く面には、端子固定用ねじ５５が螺合するナット５４ｂが圧入等により固定されている。
そして、リアクトル側銅バー４７〜５０の各リアクトル側端子５３には、交流リアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３の出力端子が端子固定用ねじ５５を介して固定され、他のリアクトル側銅バー５０のリアクトル側端子５３には、直流リアクトル３２ｂの出力端子が端子固定用ねじ５５を介して固定されている。

（第１電力変換ユニットの構造）
図８に示すように、第１電力変換ユニット３３は、上部が開口した箱形状のケース３３ｄの前面側に冷却ファンユニット４４が装着され、ケース３３ｄ内には、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ）などのパワー半導体素子部３３ａ、パワー半導体素子部３３ａを制御するゲートドライブユニット３３ｂが配置されているとともに、パワー半導体素子部３３ａを冷却する冷却体（不図示）、電解コンデンサ（不図示）等も備えている。

ここで、図８及び図９に示すように、第１電力変換ユニット３３の上部の冷却ファンユニット４４に近接する位置には、第１リアクトルユニット３２のリアクトル側銅バー４７〜５０と電気的に接続する電力変換側銅バー５６〜５９が上方に突出して設けられている。
電力変換側銅バー５６〜５９は、図１１に示すように、パワー半導体素子部３３ａと電気的に接続されて碍子６０上に配置されている固定部６１と、この固定部６１に対して直角に折曲された入力端子６２とを備えており、入力端子６２には端子固定用ねじ５５が挿通するねじ穴６２ａが形成されている。

そして、筐体２０内に第１電力変換ユニット３３を収納する際には、この第１電力変換ユニット３３の上部から突出している電力変換側銅バー５６〜５９の入力端子６２が、筐体２０内に先に収納されている第１リアクトルユニット３２の下面から突出しているリアクトル側銅バー４７〜５０の出力端子５４に対して、筐体２０の前面側から夫々対向している。

（第１リアクトルユニット及び第１電力変換ユニットの電気的接続構造）
次に、筐体２０内に収納された第１リアクトルユニット３２及び第１電力変換ユニット３３を電気的に接続する手順について、図１０及び図１１を参照して説明する。
先ず、前面カバー２１を取り外した（或いは、開閉扉２２を開けた）筐体２０の前面側から、第１リアクトルユニット３２を支持案内レール３７ｃに支持された状態で筐体２０内に収納する。次いで、図１０に示すように、筐体２０の前面側から、第１電力変換ユニット３３を支持案内レール３７ｄに支持された状態で筐体２０内に収納していく。

この際、図１１に示すように、第１電力変換ユニット３３の電力変換側銅バー５６〜５９の入力端子６２が、既に収納されている第１リアクトルユニット３２のリアクトル側銅バー４７〜５０の出力端子５４に前面側から当接する。そして、互いに対応する電力変換側銅バー５６〜５９の入力端子６２及びリアクトル側銅バー４７〜５０の出力端子５４のねじ穴６２ａ，５４ａに端子固定用ねじ５５を挿入し、出力端子５４に固定されているナット５４ｂに螺合する。これにより、電力変換側銅バー５６〜５９の入力端子６２及びリアクトル側銅バー４７〜５０の出力端子５４が電気的に接続される。

（第１実施形態の作用効果）
次に、本実施形態の作用効果について述べる。
本実施形態の第１リアクトルユニット３２は、複数のリアクトル側銅バー４７〜５０の出力端子５４がユニット下方に突出しており、この第１リアクトルユニット３２の下段に収納された第１電力変換ユニット３３は、複数の電力変換側銅バー５６〜５９の入力端子６２がユニット上部に突出して設けられており、出力端子５４及び入力端子６２は端子固定用ねじ５５を介して直接に電気的接続されるので、筐体２０内の配線量が減少して筐体２０内が広いスペースとなるので、各ユニットを収納するために有効に利用することができる。

また、筐体２０の前面側にリアクトル側銅バー４７〜５０の出力端子５４及び電力変換側銅バー５６〜５９の入力端子６２が位置しているので、前面カバー２１を取り外し、開閉扉２２を開けて筐体２０の前面側において、第１リアクトルユニット３２及び第１電力変換ユニット３３の間の結線作業を容易に行なうことができる。
また、筐体２０内に先に収納されている第１リアクトルユニット３２に対して、支持案内レール３７ｄに支持された第１電力変換ユニット３３を筐体２０の背面側に向けて収納していくだけで、複数の電力変換側銅バー５６〜５９の入力端子６２に対してリアクトル側銅バー４７〜５０の出力端子５４が接続可能に対応するので、さらに結線作業の簡便化を図ることができる。

なお、第２リアクトルユニット３４も、第１リアクトルユニット３２と同一構造のユニット下部から下方に突出する複数のリアクトル側銅バーが設けられており、第２電力変換ユニット３５も、第１電力変換ユニット３３と同一構造のユニット上部から上方に突出する複数の電力変換側銅バーが設けられている。したがって、第２リアクトルユニット３４及び第２電力変換ユニット３５も、前述した第１リアクトルユニット３２及び第１電力変換ユニット３３の電気的接続と同様の手順を行なうので、上述した作用効果を奏することができる。

（第２実施形態の第１リアクトルユニットの構造）
次に、図１２及び図１３に示すものは、本発明に係る第２実施形態の第１リアクトルユニット６５を示すものであり、図１４及び図１５は、第２実施形態の第１リアクトルユニットと第１電力変換ユニット３３との電気的接続構造を示すものである。なお、図５から図７に示した第１実施形態の第１リアクトルユニット３２と同一構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

図１２に示すように、本実施形態の第１リアクトルユニット６５は、トレイ形状のケース６５ｄの前面側に冷却ファンユニット４３が装着され、ケース６５ｄ上に、交流リアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３，及び直流リアクトル３２ｂ、３２ｃが設置されている。
図１３に示すように、ケース６５ｄの冷却ファンユニット４３に近接する位置には、上下方向に貫通する複数の配線通過穴６６〜６９が形成されている。これら配線通過穴６６〜６９に、交流リアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３，及び直流リアクトル３２ｂのリアクトル配線７０〜７３を上部から通過させることで、各リアクトル配線７０〜７３の出力端子７４がケース６５ｄの下方に突出している。

本実施形態の第１リアクトルユニット６５及び第１電力変換ユニット３３を電気的に接続するには、先ず、第１電力変換ユニット３３を収納した後に、第１リアクトルユニット６５を収納する。そして、図１４に示すように、第１リアクトルユニット６５のケース６５ｄから下方に突出しているリアクトル配線７０〜７３の出力端子７４を、第１電力変換ユニット３３の電力変換側銅バー５６〜５９の入力端子６２に対応させる。

そして、図１５に示すように、リアクトル配線７２の出力端子７４のねじ穴と電力変換側銅バー５８の入力端子６２のねじ穴６２ａとを対応し、図示しないが他のリアクトル配線７０、７１、７３の出力端子７４のねじ穴と電力変換側銅バー５６、５７、５９の入力端子６２のねじ穴６２ａもそれぞれ対応させる。そして、それらのねじ穴に挿入した端子固定用ねじ５５をナット７５に螺合することにより、交流入力用リアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３，３２ｂのリアクトル配線７０〜７３及び電力変換側銅バー５６〜５９の入力端子６２が電気的に接続される。

(第２実施形態の作用効果)
次に、本実施形態の作用効果について述べる。
本実施形態の第１リアクトルユニット６５は、複数のリアクトル配線７０〜７３の出力端子７４がユニット下方に突出しており、この第１リアクトルユニット６５の下段に収納された第１電力変換ユニット３３は、複数の電力変換側銅バー５６〜５９の入力端子６２がユニット上部に突出して設けられており、出力端子７４及び入力端子６２は端子固定用ねじ５５を介して直接に電気的接続されるので、筐体２０内の配線量が減少して筐体２０内が広いスペースとなるので、各ユニットを収納するために有効に利用することができる。

また、筐体２０の前面側に第１リアクトルユニット６５の複数のリアクトル配線７０〜７３の出力端子７４及び電力変換側銅バー５６〜５９の入力端子６２が位置しているので、前面カバー２１を取り外し、開閉扉２２を開けて筐体２０の前面側で容易に結線作業を行なうことができる。
なお、第２リアクトルユニット３４も、本実施形態の第１リアクトルユニット６５と同一構造とすると、前述した第１リアクトルユニット６５及び第１電力変換ユニット３３の電気的接続構造と同様の効果を奏することができる。

無停電電源装置を前面側及び背面側から示した斜視図である。 無停電電源装置の前面カバーを外し、前面扉を開けて筐体内部を示した図である。 無停電電源装置内の結線図である。 筐体に複数のユニットが多段に配置されている状態を示す図である。 本発明に係るユニットである第１実施形態の第１リアクトルユニットを示す斜視図である。 第１実施形態の第１リアクトルユニットを正面から示した図である。 図６のＡ−Ａ線矢視図である。 本発明に係るユニットである第１電力変換ユニットを示す斜視図である。 第１変換ユニットを正面から示した図である。 第１リアクトルユニット及び第１電力変換ユニットの電気的な接続構造を示す図である。 第１リアクトルユニット及び第１電力変換ユニットの電気的な接続構造を詳細に示した図である。 本発明に係る第２実施形態の第１リアクトルユニットを示す斜視図である。 第２実施形態の第１リアクトルユニットを示す平面図である。 第２実施形態の第１リアクトルユニットと第１電力変換ユニットとの電気的接続構造を示す図である。 第２実施形態の第１リアクトルユニットと第１電力変換ユニットとの電気的接続構造を詳細に示した図である。

符号の説明

２０…筐体、２１…前面カバー(カバー)、２２…開閉扉(カバー)、２３…側面カバー、２４…背面カバー、２５…天面カバー、２６…吸気スリット、２７…排気スリット、２８…排気スリット、２９…隔壁、３０…ターミナルユニット、３１…ＭＣユニット、３２…第１リアクトルユニット（第１ユニット）、３２ａ…交流リアクトル、３２ｂ，３２ｃ…直流リアクトル、３２ａ１〜３２ａ３…交流リアクトル、３２ｄ…ケース、３２ｄ１…底板、３３…第１電力変換ユニット（第２ユニット）、３３ａ…パワー半導体素子部、３３ｂ…ゲートドライブユニット、３３ｄ…ケース、３４…第２リアクトルユニット、３４ａ〜３４ｃ…交流リアクトル、３５…第２電力変換ユニット、３６…蓄電池、ＵＰＳ１，ＵＰＳ２…無停電電源部、３７ａ〜３７ｆ…支持案内レール、３８ａ〜３８ｄ…電磁接触器、４１ａ〜４１ｃ…リアクトル、４３〜４６…冷却ファンユニット、４７〜５０…リアクトル側銅バー、５１…絶縁板、５２…固定部、５３…リアクトル側端子、５３ａ，５４ａ…ねじ穴、５４…出力端子（第１接続端子）、５４ｂ…ナット、５５…端子固定用ねじ、５６〜５９…電力変換側銅バー、６０…碍子、６１…固定部、６２…入力端子(第２接続端子)、６２ａ…ねじ穴、６５…第１リアクトルユニット（第１ユニット）、６５ｄ…ケース、６６〜６９…配線通過穴、７０〜７３…リアクトル配線（配線）、７４…出力端子（配線端子）、７５…ナット

Claims (1)

1. 筐体内に、電力変換を行う複数のユニットが多段に収納された電力変換装置において、
   第１ユニットの下部から下方に向けて第１接続端子が突出し、前記第１ユニットに対して下部に隣接して収納した第２ユニットの上部から上方に向けて第２接続端子が突出し、これら第１接続端子及び第２接続端子が、直接に電気的接続されているとともに、前記第１接続端子及び前記第２接続端子の接続位置は、前記筐体の着脱自在なカバーで閉塞された開口部の近くであり、前記開口部は、前記筐体の前面に設けられており、前記第１接続端子及び前記第２接続端子は、前記開口部近くの前記第１ユニット及び前記第２ユニットの前面側に設けられており、前記第１接続端子は、前記第１ユニット内の制御部品に接続し、当該第１ユニットの下部を通過して下方に突出した配線の配線端子であり、前記第２接続端子は、前記第２ユニットの上部に配置した銅バーで形成された端子であり、前記複数のユニットが、前記筐体の前面に設けた前記開口部に向けて引き出し自在に、前記筐体に収納されていることを特徴とする電力変換装置。

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