(57)【要約】【課題】冷却ファンが発生した冷却風を直接リアクトルに向けて流すことでリアクトルの冷却効果を高めることができる電力変換装置を提供する。【解決手段】リアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３，３２ｂ、３２ｃ及び冷却ファ４３ンを搭載したリアクトルユニット３２を備えている。冷却ファンは、リアクトルユニットの一端側（前面側）に搭載されており、各リアクトルは、冷却ファンから送り出される冷却風が直接接触するように冷却ファンに対して他端側（背面側）に搭載されている。リアクトルは、コイルの層間にスペーサ部材を介在することで軸方向の両端まで連通するコイル空隙が設けられており、コイル空隙が前記冷却風の流れ方向を向くようにリアクトルユニットに搭載されている。【選択図】図６
2010147131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換を行う複数のユニットが収納されている電力変換装置において、
複数のリアクトル及び冷却ファンをユニットケースに搭載したリアクトルユニットを備え、
前記冷却ファンは、前記ユニットケースの一端側に搭載されており、
前記リアクトルは、前記冷却ファンから送り出される冷却風が直接接触するように前記冷却ファンの風下側に搭載されているとともに、
前記リアクトルは、コイルの層間にスペーサ部材を介在することで軸方向の両端まで連通するコイル空隙が設けられており、当該コイル空隙に前記冷却風が流れるように前記ユニットケースに搭載されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記リアクトルユニットは、前記複数のリアクトルを各リアクトル間に隙間を空けて千鳥状に配置することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記リアクトルは、前記ユニットケースに架台を介して取付けられており、当該架台は、前記冷却風の流れ方向に向けて連通する架台空間を設けていることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記リアクトルユニットは装置前面に引出し自在に収納されているとともに、前記冷却ファンは、前記ユニットケースの前面側に搭載されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、ユニットに搭載されているリアクトルの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
この特許文献１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・点検作業を行なう場合には、各ユニットを筐体の前面に引き出して行なうようにしている。
また、電力変換装置には、筐体内に、抵抗、半導体素子、リアクトル等の高発熱部品が搭載されており、これら筐体内の高発熱部品を冷却する構造として、例えば特許文献２の装置が知られている。
【０００４】
この特許文献２の装置は、筐体内の取付板上にリアクトルが搭載され、取付板に形成された通気口を通過した冷却風によりリアクトルを冷却して排気するようにしている。
【特許文献１】特開平６−８６５６７号公報
【特許文献２】特開２００８−９１５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した特許文献２の装置は、冷却風が通風口に流れ込んだ後、リアクトルに向けて流れるので、リアクトルの冷却効果の面で問題がある。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、冷却ファンが発生した冷却風を直接リアクトルに向けて流すことでリアクトルの冷却効果を高め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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電力変換装置は、電力変換を行う複数のユニットが収納されている電力変換装置において、複数のリアクトル及び冷却ファンをユニットケースに搭載したリアクトルユニットを備え、前記冷却ファンは、前記ユニットケースの一端側に搭載されており、前記リアクトルは、前記冷却ファンから送り出される冷却風が直接接触するように前記冷却ファンの風下側に搭載されているとともに、前記リアクトルは、コイルの層間にスペーサ部材を介在することで軸方向の両端まで連通するコイル空隙が設けられており、当該コイル空隙に前記冷却風が流れるように前記ユニットケースに搭載されている。
【０００７】
この発明によると、冷却ファンから送り出された冷却風がリアクトルに直接接触していき、リアクトルのコイルに設けたコイル空隙内を流れていくので、冷却風との接触面積が増大したコイルは発生した熱が急速に奪われていく。これにより、リアクトルを効率良く冷却することができる。
また、本発明に係る電力変換装置は、前記リアクトルユニットを、前記複数のリアクトルを各リアクトル間に隙間を空けて千鳥状に配置することが好ましい。
【０００８】
この発明によると、冷却ファンからの冷却風は、風上側に配置したリアクトルに遮られないため、風下側に配置したリアクトルに流れ込む冷却風の風量が減少しない。したがって、複数のリアクトルを、冷却ファンにより効率良く冷却することができる。
また、本発明に係る電力変換装置は、前記リアクトルが、前記ユニットケースに架台を介して取付けられており、当該架台は、前記冷却風の流れ方向に向けて連通する架台空間を設けていることが好ましい。
【０００９】
この発明によると、リアクトルを取付ける架台に冷却風の流れ方向に向けて連通する架台空間を設けたことで、冷却風の流れ方向に風を遮るものが存在せず、リアクトルの冷却効率を高めることができる。
また、本発明に係る電力変換装置は、前記リアクトルユニットが装置前面に引出し自在に収納されているとともに、前記冷却ファンは、前記ユニットケースの前面側に搭載されていることが好ましい。
【００１０】
この発明によると、リアクトルユニットを前面側に引き出すだけで、冷却ファンの保守・点検を容易に行なうことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る電力変換装置によると、冷却ファンから送り出された冷却風がリアクトルに直接接触していき、リアクトルのコイルに設けたコイル空隙内を流れていくので、冷却風との接触面積が増大したコイルは発生した熱が急速に奪われていく。したがって、リアクトルの冷却効果を高めた電力変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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側面から見た模式図、図５は第１リアクトルユニットを示す斜視図、図６は第１リアクトルユニットの平面図、図７は第１リアクトルユニットに搭載されている交流入力用リアクトルを前面側から示した図、図８は第１リアクトルユニットに搭載されている交流入力用リアクトルを側面側から示した図である。
【００１３】
（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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
（第１リアクトルユニットの構造）
図５及び図６に示すように、第１リアクトルユニット３２は、トレイ形状のケース３２ｄの前面側にファンユニット４３が装着され、ケース３２ｄ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。ここで、交流リアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３は、図３で示した交流入力用リアクトル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。なお、図５及び図６では、各リアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３，３２ｂ、３２ｃの入力線及び出力線は省略している。
【００２３】
これら５台のリアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３，３２ｂ、３２ｃは、図６に示すように、ファンユニット４３に近接する前面側に、２台のリアクトル３２ｂ、３２ｃが互いに幅方向（前面・背面方向に対して直交する方向）に所定間隔をあけてケース３２ｄ上に搭載されている。また、他の３台のリアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３は、２台のリアクトル３２ｂ、３２ｃよりもファンユニット４３から離間した背面側の位置に、互いに幅方向に所定間隔をあけてケース３２ｄ上に搭載されている。
【００２４】
そして、背面側の３台のリアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３は、ケース３２ｄ上の前面側に搭載した２台のリアクトル３２ｂ、３２ｃに対して、幅方向において重なり合わない位置でケース３２ｄ上に搭載されている。すなわち、５台のリアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３，３２ｂ、３２ｃは、各リアクトル間に隙間を空けて千鳥状に配置されている。
【００２５】
なお、第２リアクトルユニット３４も、３相分の交流リアクトル３４ａ，及び交流リアクトル３４ｂ，３４ｃを第１リアクトルユニット３２と同一構造となるように配置している。
図７及び図８は、ケース３２ｄに架台６０を介して搭載された交流リアクトル３２ａ１を示すものである。
【００２６】
交流リアクトル３２ａ１は、一対のＩ形部５０ａ，５０ｂ及びこれら一対のＩ形部５０ａ，５０ｂの両端部に固定されたＵ形部５０ｃ，５０ｄからなるコア５０と、コアの５０の一対のＩ形部５０ａ，５０ｂに導線を層状に巻き付けて形成したコイル５１，５２と、コイル５１，５２の層間に介在した絶縁体からなる複数のスペーサ部材５３とで構成されている。これら複数のスペーサ部材５３をコイル５１，５２の層間に介在したことで、コイル５１，５２には、軸方向の一端から他端に連通するコイル空隙５４が形成されている。
【００２７】
架台６０は、金属板を折り曲げ形成した部材であり、ケース３２ｄ上に当接して固定される一対の固定片６０ａ，６０ｂと、これら固定片６０ａ，６０ｂの内側から立ち上がる立上がり片６０ｃ，６０ｄと、立上がり片６０ｃ，６０ｄ同士を連結する支持片６０ｅとからなる。そして、ケース３２ｄとの間に設けた架台空間Ｓが前面側から背面側に連通するように、架台６０がケース３２ｄ上に固定されている。
【００２８】
そして、交流リアクトル３２ａ１は、コイル５１，５２に形成したコイル空隙５４が前面側から背面側に延在するように向きを設定し、支持部材６１，６２を介して架台６０の支持片６０ｅに固定されている。
また、他の４台のリアクトル３２ａ２，３２ａ３，３２ｂ、３２ｃ（及び、第２リアクトルユニット３４のリアクトル３４ａ，３４ｂ，３４ｃ）も、交流リアクトル３２ａ１と同一構造であり、同様の向きに設定して架台６０に固定されている。
【００２９】
（本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。
第１リアクトルユニット３２のファンユニット４３で発生した冷却風が前面側から背面側に向けて流れると、ケース３２ｄ上に搭載した各リアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３，３２ｂ、３２ｃに冷却風が直接流れていく。そして、各リアクトルのコイル５１，５２に設けたコイル空隙５４が前面側から背面側に延在しているので、冷却風はコイル空隙５４を通過して背面側に流れていく。これにより、冷却風との接触面積が増大したコイル５１，５２は発生した熱が急速に奪われていくので、各リアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３，３２ｂ、３２ｃを効率良く冷却することができる。
【００３０】
また、２台のリアクトル３２ｂ、３２ｃよりも背面側に位置する３台のリアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３は、前面側の２台のリアクトル３２ｂ、３２ｃに対して、幅方向で重なり合わない位置でケース３２ｄ上に搭載され、すなわち、５台のリアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３，３２ｂ、３２ｃは、各リアクトル間に隙間を空けて千鳥状に配置されているので、ファンユニット４３から背面側に向かう冷却風は、前面側の２台のリアクトル３２ｂ、３２ｃに遮られず、背面側の３台のリアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３に流れ込む冷却風の風量が減少しない。したがって、背面側の３台のリアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３もファンユニット４３により効率良く冷却することができる。
【００３１】
また、５台のリアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３，３２ｂ、３２ｃをケース３２ｄ上に搭載している架台６０は、ケース３２ｄとの間に設けた架台空間Ｓが前面側から背面側に連通しているので、ファンユニット４３から背面側に向かう冷却風を遮ることがなく、各リアクトル３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３，３２ｂ、３２ｃの冷却効率を高めることができる。
【００３２】
また、第１リアクトルユニット３２のファンユニット４３はユニット前面に搭載されているので、第１リアクトルユニット３２を前面側に引き出すだけで、ファンユニット４３の保守・点検を容易に行なうことができる。
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と同一構造とすることで、上記の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】無停電電源装置内の結線図である。
【図４】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。
【図５】本発明に係る第１リアクトルユニットを示す斜視図である。
【図６】第１リアクトルユニットの平面視である。
【図７】第１リアクトルユニットに搭載されている複数のリアクトルを前面側から示した図である。
【図８】第１リアクトルユニットに搭載されている複数のリアクトルを側面側から示した図である。
【符号の説明】
【００３４】
２０…筐体、２１…前面カバー、２２…開閉扉、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（リアクトルユニット）、３２ａ…交流リアクトル（リアクトル）、３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３…交流リアクトル（リアクトル）、３２ｂ，３２ｃ…直流リアクトル（リアクトル）、３２ｄ…ケース（ユニットケース）、３３…第１電力変換ユニット、３４…第２リアクトルユニット（リアクトルユニット）、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ…交流リアクトル（リアクトル）、３５…第２電力変換ユニット、３６…蓄電池、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…ファンユニット（冷却ファン）、５０…コア、５０ａ，５０ｂ…Ｉ形部、５０ｃ，５０ｄ…Ｕ形部、５１，５２…コイル、５３…スペーサ部材（スペーサ部材）、５４…コイル空隙（コイル空隙）、６０…架台（架台）、６０ａ，６０ｂ…固定片、６０ｃ，６０ｄ…立上がり片、６０ｅ…支持片、６１，６２…支持部材、Ｓ…架台空間（架台空間）、ＵＰＳ１，ＵＰＳ２…無停電電源部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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