JP6183440B2 - 電力変換装置及びノイズフィルタ - Google Patents

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Description

本開示は、電力変換装置及びノイズフィルタに関する。
特許文献1には、ケーブルを貫通させる磁性体コアを有するノイズ吸収装置が開示されている。
特開2008−192666号公報
本開示は、よりノイズ低減に有効な位置に磁性体コアを位置決め可能な電力変換装置及びノイズフィルタ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、バスバと、バスバを囲むように配置される磁性体コアと、磁性体コアを支持し、バスバに固定される固定部材と、を備える。
本開示に係るノイズフィルタは、電力変換装置のバスバを囲むように配置される磁性体コアと、磁性体コアを支持し、バスバに固定される固定部材と、を備える。
本開示によれば、よりノイズ低減に有効な位置に磁性体コアを位置決め可能な電力変換装置及びノイズフィルタ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。 ノイズフィルタの斜視図である。 図4のノイズフィルタの分解斜視図である。 ノイズフィルタの変形例を示す斜視図である。 図6のノイズフィルタの分解斜視図である。 ノイズフィルタの他の変形例を示す斜視図である。 図8のノイズフィルタの分解斜視図である。
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.ノイズフィルタ
(1)バスバ
図4〜図9に示すように、電力変換装置1は、少なくとも一つのバスバ310を備えてもよい。バスバ310は、板状又は棒状の導体である。十分な導電性を確保するために、バスバ310は、加工のための意図的な応力を加えない限り変形しない程度の大きさの断面を有する。
バスバ310は、本体2内において入力電力及び出力電力の伝送等に用いられる。例えば、バスバ310は、回路基板5上の整流回路と、回路基板5のターミナル5cとを接続してもよい。この場合、バスバ310の一端部は、回路基板5上の整流回路の入力端子に固定され、バスバ310の他端部は、ターミナル5cの入力ポートに導通する端子に固定される。バスバ310は、回路基板5上のスイッチング回路と、回路基板5のターミナル5cとを接続してもよい。この場合、バスバ310の一端部は、回路基板5上のスイッチング回路の出力端子に固定され、バスバ310の他端部は、ターミナル5cの出力ポートに導通する端子に固定される。電力変換装置1が複数の回路基板5を有する場合に、バスバ310は、回路基板5同士を接続してもよい。この場合、バスバ310の一端部は、一つの回路基板5の端子に固定され、バスバ310の他端部は、他の回路基板5の端子に固定される。バスバ310は、後述のノイズフィルタ320の位置決め用に開口又は突起を有してもよい。
(2)ノイズフィルタ
電力変換装置1は、ノイズフィルタ320を備えてもよい。ノイズフィルタ320は、バスバ310により伝送される電力に起因するノイズを抑制する。ノイズフィルタ320は、磁性体コア321と、コア保持部材(固定部材)322とを有する。
磁性体コア321は、バスバ310を囲むように配置される。例えば磁性体コア321は、環状のフェライトコアである。磁性体コア321は、バスバ310を通る電流の急変動を抑制し、バスバ310から放出されるノイズを抑制する。「環状」とは、バスバ310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。磁性体コア321は、楕円状の環形状であってもよいし、長円状の環形状であってもよいし、多角の環形状であってもよい。
コア保持部材322は、磁性体コア321を支持し、バスバ310に固定される。すなわちコア保持部材322は、バスバ310に対して磁性体コア321を固定する手段として機能する。コア保持部材322は、バスバ310の開口又は突起に対して位置決めされてもよい。以下、コア保持部材322の具体的な構成例を説明する。
コア保持部材322は、バスバ310を固定するための端子にバスバ310と共に締結されるように構成されていてもよい。その一例として図4及び図5に示すコア保持部材330は、バスバ310を固定するための端子T1にバスバ310と共に締結される。
上述したバスバ310の開口又は突起は、開口311(第一開口)を含んでもよい。例えば開口311は、バスバ310の端部に設けられている。開口311には、バスバ310の端部を端子T1に固定するための締結部材336が通される。締結部材336は、例えばビスである。
図示の例において、磁性体コア321は、三相交流を出力するための三本のバスバ310に装着される。幅方向に並ぶ三本の板状のバスバ310を囲むために、磁性体コア321は長円状の環形状を有している。
コア保持部材330は、締結部材336によりバスバ310と共に端子T1に固定され、開口311に対して位置決めされる。より具体的に、コア保持部材330は、ホルダ331と、フランジ332と、複数(例えば3箇所)の延出部335とを有する。ホルダ331は筒状体であり、磁性体コア321を内周側から拘束する。磁性体コア321の形状に対応し、ホルダ331は長円状の断面形状を有する。
フランジ332は、ホルダ331の一端部に設けられており、ホルダ331の外周に張り出している。三つの延出部335は、ホルダ331の断面形状が延びる方向に並び、それぞれフランジ332からホルダ331の逆側に突出している。
三つの延出部335は、フランジ332の逆側からホルダ331内に通された三本のバスバ310の端部がそれぞれ重なる。それぞれの延出部335には、開口311に対応する開口335aが設けられている。開口335aは、延出部335を貫通する。開口335aは、フランジ332の逆側に開放されていてもよい。
バスバ310の端部が延出部335に重なった状態で、締結部材336が開口311及び開口335aに通され、端子T1に締結される。これにより、コア保持部材330が、開口311に対して位置決めされた状態でバスバ310に固定される。
なお、コア保持部材330は、ホルダ331から磁性体コア321が外れることを防止する少なくとも一つの爪部333を有してもよい。図示のコア保持部材330は、三つの爪部333を有している。
コア保持部材330は、磁性体コア321の内周側に配置され、複数のバスバ310同士を互いに離れた状態に保つセパレータ334を更に有してもよい。例えばセパレータ334は、ホルダ331内に設けられた複数の隔壁334aを含む。複数の隔壁334aは、ホルダ331内を複数のスロットに区画する。複数のスロットには、複数のバスバ310がそれぞれ挿入される。ホルダ331は、磁性体コア321を外周側から拘束するように構成されていてもよい。
コア保持部材322は、バスバ310に交差する方向に取り外し可能であってもよい。なお、コア保持部材322を取り外すとは、バスバ310の周囲から除去することを意味する。
一例として図6及び図7に示すコア保持部材340は、バスバ310に交差する方向(図示の軸線CL1に交差する方向)に並ぶ複数(例えば二つ)の部品341に分割可能である。それぞれの部品341は、半環状であり、磁性体コア321を外周側から拘束する。二つの部品341は、互いに組み合わさった状態で環状となり、バスバ310を全周に亘って囲む。二つの部品341が互いに分離すると、バスバ310の包囲が解かれるので、これらをバスバ310に交差する方向に取り外すことが可能となる。二つの部品341は、互いに同一形状であってもよく、バスバ310に沿う方向(図示の軸線CL1に沿う方向)から見て互いに点対称となるように配置されていてもよい。
バスバ310を囲む周方向における部品341の一端部には、爪342が設けられ、他端部には爪342に対応する凹部343が形成されている。二つの部品341を点対称に配置することで、一方の部品341の爪342と他方の部品341の凹部343とが同じ側に配置される。一方の部品341の爪342を他方の部品341の凹部343に引っ掛けることで、二つの部品341が連結される。
バスバ310の上記開口又は突起は、開口312(第二開口)を含んでもよい。開口312は、バスバ310の端部を端子に締結するための開口311に比較してバスバ310の両端から離れた位置に設けられていてもよい。二つの部品341は、開口312の開口方向(図示の軸線CL2に沿う方向)に並んでいてもよく、少なくとも一方が開口312に嵌合する突起345を有してもよい。
図8及び図9に示すコア保持部材350は、バスバ310に沿う方向(図示の軸線CL3に沿う方向)に並ぶ複数(例えば二つ)の部品351に分割可能である。図示の例において、磁性体コア321は、厚さ方向に並ぶ二本又は三本の板状のバスバ310を囲む。
二つの部品351は、互いに組み合わさった状態で環状となり、バスバ310を全周に亘って囲む。二つの部品351が互いに分離すると、バスバ310の包囲が解かれるので、これらをバスバ310に交差する方向に取り外すことが可能となる。このように、コア保持部材350がバスバ310に沿う方向に並ぶ複数の部品351に分割可能である場合、部品351を磁性体コア321に装着する方向もバスバ310に沿うこととなる。すなわち、部品351は、磁性体コア321が開口する方向から当該磁性体コア321に装着されることとなる。このため、部品351の少なくとも一部を磁性体コア321の内周及び外周のいずれにも配置可能である。
具体的に、部品351は、内側ホルダ353と、外側ホルダ354と、フランジ352とを有する。内側ホルダ353は、半筒状体であり、磁性体コア321を内側から拘束する。外側ホルダ354も半筒状体であり、磁性体コア321を外側から拘束する。フランジ352は、内側ホルダ353及び外側ホルダ354の一端側において、これらの間を塞いでいる。
二つの部品351は、互いに同一形状であってもよく、バスバ310に交差する方向(図示の軸線CL4に沿う方向)から見て互いに点対称となるように配置されていてもよい。二つの部品351をこのように配置することで、内側ホルダ353同士が組み合わさって磁性体コア321内で筒状となり、外側ホルダ354同士が組み合わさって磁性体コア321外で筒状となり、磁性体コア321が内周側及び外周側から拘束される。更に、磁性体コア321は、バスバ310に沿う方向においてフランジ352同士の間に挟まれる。
バスバ310の上記開口又は突起は、開口313(第三開口)を含んでもよい。開口313は、バスバ310の端部を端子に締結するための開口311に比べてバスバ310の両端から離れた位置に設けられていてもよい。開口313は、二つの部品351にそれぞれ対応する二箇所に形成されていてもよい。
コア保持部材350は、磁性体コア321の内周側に配置され、複数のバスバ同士を互いに離れた状態に保つセパレータ355を更に有してもよい。例えばセパレータ355は、内側ホルダ353内に設けられた複数(例えば三つ)のガイド356を含む。複数のガイド356は、バスバ310の厚さ方向に並び、それぞれバスバ310に沿って延びている。ガイド356は、バスバ310を収容するスロット356aを有する。スロット356aは、内側ホルダ353の逆側に開放されている。上述したように二つの部品351が組み合わさると、ガイド356同士が対向し、バスバ310がスロット356a内に拘束される。
コア保持部材350は、開口313に挿入される締結部材358によりバスバ310に固定され、開口313に対して位置決めされてもよい。締結部材358は、例えばビスである。
一例として、部品351のガイド356は、フランジ352から内側ホルダ353の逆側に延出している。内側ホルダ353の逆側において、ガイド356には、開口313に対応する開口356bが設けられている。開口356bは、ガイド356を貫通する。開口356bは、フランジ352の逆側に開放されていてもよい。締結部材358は、開口356bに通されて開口313にねじ込まれる。これにより、それぞれの部品351がバスバ310に固定され、開口313に対して位置決めされる。
なお、コア保持部材350は、磁性体コア321を外周側からは拘束しないように構成されていてもよい。
バスバ310に交差する方向にコア保持部材322を取り外し可能とする構成は、必ずしも複数部品に分割する構成に限られない。環状のコア保持部材322の一部が切り欠かれていれば、バスバ310に交差する方向に取り外し可能となる。
バスバ310の開口311,312,313は、必ずしも貫通孔である必要はなく、有底の凹部又は溝部であってもよい。開口311,312,313に代えてバスバ310に突起を設け、当該突起に対してコア保持部材322を位置決めしてもよい。バスバ310の突起は、例えば棒状部材の削り出しにより形成可能である。また、板状部材の折り曲げによっても形成可能である。
以上に示した複数種類のコア保持部材322を併用することも可能である。例えば磁性体コア321は、第一磁性体コア321及び第二磁性体コア321を含み、コア保持部材322は、第一磁性体コア321及び第二磁性体コア321にそれぞれ対応する第一コア保持部材322及び第二コア保持部材322を含んでもよい。例えば第一磁性体コア321は、バスバ310の端部近傍に配置され、第二磁性体コア321は、第一磁性体コア321に比べて310の端部から離れた位置に配置される。
第一コア保持部材322は、コア保持部材330として例示したように、バスバ310を固定するための端子T1にバスバ310と共に締結される。第二コア保持部材322は、コア保持部材340,350として例示したように、バスバ310に交差する方向に当該バスバ310ら取り外し可能である。
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、バスバ310と、バスバ310を囲むように配置される磁性体コア321と、磁性体コア321を支持し、バスバ310に固定されるコア保持部材322と、を備える。
電力変換装置1では、コア保持部材322により、磁性体コア321をバスバ310に対して固定できる。大電流が流れるバスバ310の周囲に磁性体コア321を配置することで、より効果的にノイズを低減させることが期待される。
バスバ310は、開口311〜313又は突起を有し、コア保持部材322は、開口311〜313又は突起に対して位置決めされていてもよい。この場合、開口311〜313又は突起により磁性体コア321が定位置に配置されるので、磁性体コア321によるフィルタ性能をより安定化させることができる。
コア保持部材322は、バスバ310を固定するための端子T1にバスバ310と共に締結されてもよい。この場合、バスバ310を締結するための部材(例えばボルト)をコア保持部材322の固定にも利用することで、電力変換装置1の部品数の削減を図り、組み立て工程の簡素化を図ることができる。
バスバ310の開口311〜313又は突起は、バスバ310を端子T1に固定するための締結部材336が通される第一開口311を含み、コア保持部材322は、締結部材336によりバスバ310と共に端子T1に固定され、第一開口311に対して位置決めされてもよい。この場合、磁性体コア321をより確実に位置決めし、固定することができる。
コア保持部材322は、バスバ310に交差する方向に当該バスバ310から取り外し可能であってもよい。この場合、バスバ310が固定された状態においてもコア保持部材322を着脱できる。このため、バスバ310の固定に先立って予めコア保持部材322にバスバ310を通しておく必要がない。従って、組み立て性に優れる。
バスバ310の開口311〜313又は突起は第二開口312を含み、コア保持部材322は、第二開口312の開口方向に並ぶ複数部品341に分割可能であり、当該複数部品341に分割された場合に、バスバ310に交差する方向に取り外し可能となるように構成されており、当該複数部品341の少なくとも一つは、第二開口312に嵌合する突起345を有し、第二開口312に対して位置決めされてもよい。この場合、コア保持部材322が有する突起345と、バスバ310が有する第二開口312との嵌合により、締結部材を使わずに磁性体コア321を位置決めできる。したがって、構造の単純化及び組み立て性向上が可能となる。
コア保持部材322は、バスバ310に沿う方向に並ぶ複数部品351に分割可能であり、当該複数部品351に分割された場合に、バスバ310に交差する方向に取り外し可能となるように構成されていてもよい。この場合、設計自由度が高まる。例えば、二部品351,351に分割する構成においても、磁性体コア321を内周側から拘束するようにコア保持部材322を構成することが可能である。磁性体コア321を内外周の両側から拘束するようにコア保持部材322を構成することも可能である。
バスバ310の開口311〜313又は突起は第三開口313を含み、コア保持部材322は、バスバ310に沿う方向に並ぶ複数部品351に分割可能であり、当該複数部品351に分割された場合に、バスバ310に交差する方向に取り外し可能となるように構成されており、第三開口313に挿入される締結部材358によりバスバ310に固定され、第三開口313に対して位置決めされてもよい。この場合、コア保持部材322をバスバ310に装着する際には、上記複数部品351をバスバ310に沿ってスライドさせる必要があるので、コア保持部材322自体をバスバ310に嵌合させ難い。これに対し、締結部材358を用いることで、装着後のコア保持部材322をより確実にバスバ310に位置決めし、固定することができる。
コア保持部材322は、互いに同一形状であり、バスバ310に沿う方向又はバスバ310に交差する方向から見て互いに点対称となるように配置された二部品に分割可能であってもよい。この場合、部品の種類数を削減できる。
コア保持部材322は、磁性体コア321を外周側から拘束してもよい。この場合、磁性体コア321とその周辺の部材との接触をより確実に防止できる。
コア保持部材322は、磁性体コア321を内周側から拘束してもよい。この場合、磁性体コア321とバスバ310との接触をより確実に防止できる。
コア保持部材322は、磁性体コア321の内周側に配置され、複数のバスバ310同士を互いに離れた状態に保つセパレータ355を含んでもよい。この場合、コア保持部材322の内周側を有効活用し、単純な構造にてバスバ310同士の間の電気的な絶縁を確保することができる。
1…電力変換装置、310…バスバ、311…開口(第一開口)、312…開口(第二開口)、313…開口(第三開口)、320…ノイズフィルタ、321…磁性体コア(第一磁性体コア、第二磁性体コア)、322…コア保持部材(固定部材)、334…セパレータ、336…締結部材、341…部品、345…突起、351…部品、355…セパレータ、358…締結部材、T1…端子。

Claims (13)

  1. バスバと、
    前記バスバを囲むように配置される磁性体コアと、
    前記磁性体コアを支持し、前記バスバに固定される固定部材と、を備え、
    前記バスバは、開口を有し、
    前記固定部材は、前記バスバの前記開口に対応する開口又は前記バスバの前記開口に嵌合する突起を有し、前記バスバの前記開口に対して位置決めされる電力変換装置。
  2. 電力の入力又は出力用の端子を更に備え、
    前記固定部材は、前記端子に前記バスバと共に固定される、請求項1記載の電力変換装置。
  3. 電力の入力又は出力用の端子を更に備え、
    前記バスバの前記開口は第一開口を含み、
    前記固定部材は、前記第一開口に対応する開口を有し、当該開口及び前記第一開口に挿入される締結部材により前記バスバと共に前記端子に固定され、前記第一開口に対して位置決めされる、請求項記載の電力変換装置。
  4. 前記固定部材は、前記バスバに交差する方向に当該バスバから取り外し可能である、請求項1〜のいずれか一項記載の電力変換装置。
  5. 前記バスバの前記開口は第二開口を含み、
    前記固定部材は、前記第二開口の開口方向に並ぶ複数部品に分割可能であり、当該複数部品に分割された場合に、前記バスバに交差する方向に取り外し可能となるように構成されており、当該複数部品の少なくとも一つは、前記第二開口に嵌合する突起を有し、前記第二開口に対して位置決めされる、請求項記載の電力変換装置。
  6. 前記固定部材は、前記バスバに沿う方向に並ぶ複数部品に分割可能であり、当該複数部品に分割された場合に、前記バスバに交差する方向に取り外し可能となるように構成されている、請求項記載の電力変換装置。
  7. 前記バスバの前記開口は第三開口を含み、
    前記固定部材は、前記バスバに沿う方向に並ぶ複数部品に分割可能であり、当該複数部品に分割された場合に、前記バスバに交差する方向に取り外し可能となるように構成されており、前記第三開口に対応する開口を有し、当該開口及び前記第三開口に挿入される締結部材により前記バスバに固定され、前記第三開口に対して位置決めされる、請求項記載の電力変換装置。
  8. 前記固定部材は、互いに同一形状であり、前記バスバに沿う方向又は前記バスバに交差する方向から見て互いに点対称となるように配置された二部品に分割可能である、請求項のいずれか一項記載の電力変換装置。
  9. 前記固定部材は、前記磁性体コアを外周側から拘束する、請求項1〜のいずれか一項記載の電力変換装置。
  10. 前記固定部材は、前記磁性体コアを内周側から拘束する、請求項1〜のいずれか一項記載の電力変換装置。
  11. 前記固定部材は、前記磁性体コアの内周側に配置され、複数のバスバ同士を互いに離れた状態に保つセパレータを含む、請求項10記載の電力変換装置。
  12. 電力の入力又は出力用の端子を更に備え、
    前記磁性体コアは、第一磁性体コア及び第二磁性体コアを含み、
    前記固定部材は、前記第一磁性体コア及び前記第二磁性体コアにそれぞれ対応する第一固定部材及び第二固定部材を含み、
    前記第一固定部材は、前記端子に前記バスバと共に固定され、
    前記第二固定部材は、前記バスバに交差する方向に当該バスバから取り外し可能である、請求項1記載の電力変換装置。
  13. 電力変換装置のバスバを囲むように配置される磁性体コアと、
    前記磁性体コアを支持し、前記バスバに固定される固定部材と、を備え、
    前記バスバは、開口を有し、
    前記固定部材は、前記バスバの前記開口に対応する開口又は前記バスバの前記開口に嵌合する突起を有し、前記バスバの前記開口に対して位置決めされるノイズフィルタ。
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