(57)【要約】【課題】サイリスタスタックの交換作業を効率化し作業時間を短縮する。【解決手段】サイリスタスタック２は、複数のサイリスタ素子３〜６を積層して構成されている。架台８０は、直方体枠状の形状を有しており、サイリスタスタック２を搭載している。電気機器９３〜９６は、架台８０に収容されている。配線７３〜７６は、サイリスタ素子３〜６と電気機器９３〜９６とを電気的に接続している。架台８０の移動に伴って、サイリスタスタック２と電気機器９３〜９６とが一体で移動する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のサイリスタ素子を積層したサイリスタスタックと、
前記サイリスタスタックを搭載する、直方体枠状の架台と、
前記架台に収容された複数の電気機器と、
前記サイリスタ素子と前記電気機器とを電気的に接続する配線とを備え、
前記架台の移動に伴って、前記サイリスタスタックと前記電気機器とが一体で移動する、サイリスタスタックユニット。
【請求項２】
前記電気機器は、前記サイリスタスタックに向かって一部が前記架台から突出している、請求項１に記載のサイリスタスタックユニット。
【請求項３】
前記サイリスタ素子を前記架台に対し絶縁する碍子をさらに備え、
前記サイリスタ素子の積層方向に見て、前記碍子と前記電気機器とが重畳している、請求項２に記載のサイリスタスタックユニット。
【請求項４】
前記架台は、前記サイリスタ素子の積層方向に移動可能である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のサイリスタスタックユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、サイリスタスタックユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１０−１６９５９号公報（特許文献１）には、従来のサイリスタスタックユニットを備える電力変換装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電力変換装置は、主として電力系統の一部を担うため、メンテナンス時の停止時間が短いことが望まれる。
【０００５】
特開２０１０−１６９５９号公報（特許文献１）に記載の構成では、サイリスタスタックと、配線を介してサイリスタ素子に電気的に接続される電気機器とが、別々に設置されている。サイリスタスタックの交換作業の際に、サイリスタスタックを盤内に据え付けた状態で配線の取り外しおよび接続を行なう必要があり、煩雑で時間のかかる作業が必要であった。
【０００６】
本開示では、サイリスタスタックの交換作業の効率化および作業時間の短縮を可能とする、サイリスタスタックユニットが提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に従うと、サイリスタスタックと、架台と、複数の電気機器と、配線とを備える、サイリスタスタックユニットが提供される。サイリスタスタックは、複数のサイリスタ素子を積層して構成されている。架台は、直方体枠状の形状を有しており、サイリスタスタックを搭載している。電気機器は、架台に収容されている。配線は、サイリスタ素子と電気機器とを電気的に接続している。架台の移動に伴って、サイリスタスタックと電気機器とが一体で移動する。
【０００８】
上記のサイリスタスタックユニットにおいて、電気機器は、サイリスタスタックに向かって一部が架台から突出している。
【０００９】
上記のサイリスタスタックユニットは、サイリスタ素子を架台に対し絶縁する碍子をさらに備えている。サイリスタ素子の積層方向に見て、碍子と電気機器とが重畳している。
【００１０】
上記のサイリスタスタックユニットにおいて、架台は、サイリスタ素子の積層方向に移動可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本開示のサイリスタスタックユニットによれば、サイリスタスタックの交換作業を効率化でき、作業時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態のサイリスタスタックユニットを備える電力変換装置の正面図である。
【図２】実施の形態のサイリスタスタックユニットの斜視図である。
【図３】実施の形態のサイリスタスタックユニットの正面図である。
【図４】実施の形態のサイリスタスタックユニットの右側面図である。
【図５】実施の形態のサイリスタスタックユニットの左側面図である。
【図６】実施の形態のサイリスタスタックユニットの背面図である。
【図７】実施の形態のサイリスタスタックユニットの上面図である。
【図８】実施の形態のサイリスタスタックユニットの下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて、実施の形態における電力変換装置について説明する。以下に示す実施の形態において、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して、重複した説明は繰り返さない。
【００１４】
図１は、実施の形態のサイリスタスタックユニット１を備える電力変換装置１００の正面図である。図１に示すように、電力変換装置１００は、盤を構成するフレーム１０１を備えている。フレーム１０１は、梁１０２を含んでいる。実施の形態のサイリスタスタックユニット１は、梁１０２上に搭載されて、盤内に据え付けられている。
【００１５】
図２は、実施の形態のサイリスタスタックユニット１の斜視図である。図３は、実施の形態のサイリスタスタックユニット１の正面図である。図４は、実施の形態のサイリスタスタックユニット１の右側面図である。図５は、実施の形態のサイリスタスタックユニット１の左側面図である。図６は、実施の形態のサイリスタスタックユニット１の背面図である。図７は、実施の形態のサイリスタスタックユニット１の上面図である。図８は、実施の形態のサイリスタスタックユニット１の下面図である。
【００１６】
図２〜８に示すように、サイリスタスタックユニット１は、サイリスタスタック２を備えている。サイリスタスタック２は、複数のサイリスタ素子３〜６を有している。サイリスタ素子３〜６は、概略円盤状の形状を有している。サイリスタスタック２は、複数のサイリスタ素子３〜６の積層方向を水平方向として配置された、横置きタイプのサイリスタスタックである。サイリスタ素子３〜６は、外部から間接または直接与えられた光または電気信号により、電流のオンとオフとを切り換える。
【００１７】
サイリスタスタック２は、複数の冷却フィン１１〜１８を有している。冷却フィン１１〜１８は、概略矩形箱状の形状を有している。冷却フィン１１〜１８は、外殻を成す断面形状矩形の底のない筒部の内側に複数のフィン体が配置され、筒部の内部への通風によりフィン体から熱を放出する、空冷式の冷却部材である。冷却フィン１１〜１８は、空冷式に限られず、水冷式であってもよい。
【００１８】
サイリスタ素子３〜６と冷却フィン１１〜１８とは、交互に積層されている。サイリスタ素子３の両面に、冷却フィン１１，１２が接触している。サイリスタ素子４の両面に、冷却フィン１３，１４が接触している。サイリスタ素子５の両面に、冷却フィン１５，１６が接触している。サイリスタ素子６の両面に、冷却フィン１７，１８が接触している。冷却フィン１１〜１８は、サイリスタ素子３〜６で発生する熱を、外部に放熱する。
【００１９】
複数の冷却フィン１１〜１８の上方に、冷却風仕切板９９が設けられている。冷却風仕切板９９は、後述する押さえ板２１，２３に取り付けられている。図７に示すように、冷却風仕切板９９は、冷却フィン１１〜１８および後述する導体４１〜４５以外の、サイリスタスタック２の全体を覆っている。
【００２０】
冷却風仕切板９９には、冷却フィン１１〜１８に対応する位置に貫通孔が形成されている。これにより、冷却風仕切板９９が、冷却フィン１１〜１８を通過する冷却風の流れを妨げることはない。また冷却風仕切板９９は、冷却のためにサイリスタスタック２へ供給される空気が、冷却フィン１１〜１８を通過せずに流れることを抑制している。これにより、冷却フィン１１〜１８から冷却風へ、より効率的に熱が伝達される。
【００２１】
サイリスタ素子３〜６および冷却フィン１１〜１８の積層方向に見ると、サイリスタ素子３〜６は円形状であり、冷却フィン１１〜１８は矩形状である。積層方向に見たサイリスタ素子３〜６の成す円の直径は、積層方向に見た冷却フィン１１〜１８の成す矩形の短辺よりも、小さい。積層方向に見た冷却フィン１１〜１８の成す矩形は、積層方向に見たサイリスタ素子３〜６の成す円を内包している。
【００２２】
複数のサイリスタ素子３〜６と複数の冷却フィン１１〜１８とを積層した積層体の、積層方向の両端部には、一対の押さえ板２１，２３が配置されている。押さえ板２１は上記積層体の一方の端部に向き合い、押さえ板２３は上記積層体の他方の端部に向き合っている。押さえ板２１と上記積層体との間には、加圧板２２が配置されている。押さえ板２１，２３および加圧板２２は、平板状の形状を有している。
【００２３】
押さえ板２１，２３および加圧板２２の角部には、サイリスタ素子３〜６の積層方向に押さえ板２１，２３および加圧板２２を貫通する孔が形成されている。冷却フィン１１〜１８の角部には、サイリスタ素子３〜６の積層方向に冷却フィン１１〜１８を貫通する孔が形成されている。これらの孔には、絶縁材料で棒状に作成された絶縁ロッド５１，５４，５７，６０が挿通されている。絶縁ロッド５１，５４，５７，６０は、サイリスタ素子３〜６の積層方向に延びている。
【００２４】
絶縁ロッド５１，５４，５７，６０の一方端は、押さえ板２３に形成された孔を貫通して、押さえ板２３に固定されている。絶縁ロッド５１，５４，５７，６０の他方端は、加圧板２２に形成された孔を貫通し、さらに押さえ板２１を貫通し、押さえ板２１に取り付けられたナット５２，５３，５５，５６，５８，５９，６１，６２によって固定されている。これにより絶縁ロッド５１，５４，５７，６０は、冷却フィン１１〜１８の位置決めを行なっている。
【００２５】
加圧板２２は、絶縁ロッド５１，５４，５７，６０に沿って、サイリスタ素子３〜６の積層方向に移動可能に設けられている。押さえ板２１と加圧板２２との間には、皿ばね３４が配置されている。皿ばね３４は、リング状の形状を有している。加圧板２２には、押さえ板２１に向く面から突き出る突起部が形成されている。この突起部がリング状の皿ばね３４の中空部に挿入されて、皿ばね３４は加圧板２２に取り付けられている。加圧板２２の突起部は中空に形成されており、その内周面には雌ねじが形成されている。
【００２６】
センターボルト３２は、頭部と、雄ねじが外周面に形成された軸部とを有する、加圧ボルトである。センターボルト３２の頭部は、押さえ板２１よりもサイリスタ素子３〜６の積層体から離れて配置されている。センターボルト３２の軸部は、押さえ板２１を貫通し、加圧板２２の突起部の雌ねじに螺合して、加圧板２２を貫通して配置されている。センターボルト３２の軸部の先端面は、凹面状、典型的には凹の球面状に形成されている。
【００２７】
加圧板２２と冷却フィン１１との間には、加圧板２２に向く面が凹の球面状に形成された球面座３８が設けられている。球面座３８の中央部には、球状の鋼球３６が、球面座３８に対して回転可能に配置されている。センターボルト３２の軸部の先端面は、鋼球３６に当接している。
【００２８】
球面座３８と冷却フィン１１との間には、導体４１が配置されている。冷却フィン１２，１３の間には、導体４２が配置されている。冷却フィン１４，１５の間には、導体４３が配置されている。冷却フィン１６，１７の間には、導体４４が配置されている。冷却フィン１８と押さえ板２３との間には、導体４５が配置されている。導体４１〜４５は、導電性材料で形成されている。
【００２９】
押さえ板２１の外側面には、平板材が折り曲げられてＬ字状に形成されたブラケット６４が取り付けられている。ブラケット６４の下側には、絶縁材料で形成された碍子６７，６８が取り付けられている。押さえ板２３の外側面には、平板材が折り曲げられてＬ字状に形成されたブラケット６５が取り付けられている。ブラケット６５の下側には、絶縁材料で形成された碍子６９，７０が取り付けられている。
【００３０】
上記の構成を備えるサイリスタスタック２では、皿ばね３４が押さえ板２１と加圧板２２との間で弾性変形しており、サイリスタ素子３〜６の積層方向において皿ばね３４が縮んでいる。弾性変形した皿ばね３４が形状を復元しようとする復元力が、加圧板２２を経由して、サイリスタ素子３〜６および冷却フィン１１〜１８の積層体に作用する。複数のサイリスタ素子３〜６と複数の冷却フィン１１〜１８とは、皿ばね３４の復元力によって、両者が互いに密着するような力を負荷されている。
【００３１】
サイリスタスタックユニット１は、架台８０をさらに備えている。上述したサイリスタスタック２は、架台８０に搭載されている。架台８０は、直方体枠状の形状を有している。架台８０は、矩形状の上枠８１と、矩形状の下枠８２と、上枠８１と下枠８２とを連結する複数の柱体８３とを有している。柱体８３は、矩形状の上枠８１および下枠８２の、少なくとも角部に設けられている。柱体８３は、矩形状の上枠８１および下枠８２の長辺部分に設けられていてもよい。柱体８３は、矩形状の上枠８１および下枠８２の長辺の中央部分に設けられていてもよい。
【００３２】
架台８０の長手方向は、矩形状の上枠８１および下枠８２の長辺の延びる方向である。架台８０の長手方向は、サイリスタスタック２のサイリスタ素子３〜６および冷却フィン１１〜１８の積層方向と、一致している。
【００３３】
サイリスタスタック２は、上枠８１に載置されている。サイリスタスタック２の碍子６７〜７０は、架台８０の上枠８１と接触している。碍子６７〜７０は、架台８０に対しサイリスタスタック２を固定している。碍子６７〜７０は、サイリスタ素子３〜６を架台８０に対して電気的に絶縁している。碍子６７〜７０は矩形状の上枠８１の角部の上面に固定されており、これによりサイリスタスタック２と架台８０とは一体の構造物とされている。
【００３４】
矩形状の下枠８２の一対の短辺に、端子サポート８５が設けられている。端子サポート８５には、端子台８４が取り付けられている。
【００３５】
下枠８２には、ローラ８６〜８９が、下枠８２に対して回転可能に取り付けられている。ローラ８６〜８９は、矩形状の下枠８２の長辺の外側面に設けられている。ローラ８６，８７は、架台８０の長手方向の一方端に配置されている。ローラ８８，８９は、架台８０の長手方向の他方端に配置されている。ローラ８６〜８９は、架台８０の載置面、本実施の形態の場合梁１０２（図１）に対しての、架台８０の相対移動を容易にするために、設けられている。ローラ８６〜８９を有することにより、架台８０は、架台８０の長手方向、すなわちサイリスタ素子３〜６の積層方向に、容易に移動可能に構成されている。
【００３６】
矩形状の下枠８２の長辺の外側面に、ブラケット９０が固定されている。ブラケット９０は、ローラ８６，８７の間、およびローラ８８，８９の間に、配置されている。ブラケット９０は、サイリスタスタックユニット１を盤内に固定するために、設けられている。ブラケット９０に形成された貫通孔を貫通してボルトが梁１０２に固定されることにより、サイリスタスタックユニット１は梁１０２に固定される。
【００３７】
サイリスタスタックユニット１は、複数の電気機器９３〜９６をさらに備えている。電気機器９３〜９６は、たとえばゲートパルストランスであってもよい。電気機器９３〜９６は、上枠８１、下枠８２および柱体８３によって囲まれる空間の内部に、少なくともその一部が収容されている。電気機器９３〜９６の一部は、架台８０から、サイリスタスタック２に向かって突出している。
【００３８】
架台８０の下枠８２は、短辺方向に延びる複数の梁部８２Ｂ（図８）を有している。電気機器９３〜９６は、梁部８２Ｂに搭載されて、下枠８２によって支持されている。図３，６に示すように、サイリスタ素子３〜６の積層方向に見て、碍子６７〜７０と電気機器９３〜９６とが重畳している。
【００３９】
サイリスタスタックユニット１は、サイリスタ素子３〜６と電気機器９３〜９６とを電気的に接続する配線７３〜７６を、さらに備えている。
【００４０】
配線７３は、サイリスタ素子３と電気機器９３とを接続している。サイリスタ素子３から架台８０に向かって配線７３が延びており、配線７３の先端が電気機器９３に接続されている。
【００４１】
配線７４は、サイリスタ素子４と電気機器９４とを接続している。サイリスタ素子４から架台８０に向かって配線７４が延びており、配線７４の先端が電気機器９４に接続されている。
【００４２】
配線７５は、サイリスタ素子５と電気機器９５とを接続している。サイリスタ素子５から架台８０に向かって配線７５が延びており、配線７５の先端が電気機器９５に接続されている。
【００４３】
配線７６は、サイリスタ素子６と電気機器９６とを接続している。サイリスタ素子６から架台８０に向かって配線７６が延びており、配線７６の先端が電気機器９６に接続されている。
【００４４】
架台８０の上枠８１の上面には、複数、より具体的には電気機器９３〜９６と同数の、絶縁サポート９８が固定されている。サイリスタ素子３〜６から架台８０へ向かって延びる配線７３〜７６を、電気機器９３〜９６に直接接続してもよいが、たとえば電気機器の全体が架台８０の内部に収容される場合などに、配線を絶縁サポート９８で支持することも可能である。
【００４５】
以上説明したサイリスタスタックユニット１は、架台８０と、架台８０に搭載されたサイリスタスタック２と、架台８０に少なくとも一部が収容された電気機器９３〜９６とを備えている。サイリスタスタック２と電気機器９３〜９６とが一体化されているので、架台８０を移動させることによって、サイリスタスタック２と電気機器９３〜９６とを一体として移動することができる。
【００４６】
いずれかのサイリスタ素子３〜６を交換する場合、作業者は、交換対象のサイリスタ素子３〜６を有するサイリスタスタックユニット１を電力変換装置１００のフレーム１０１（図１）から引き出し、新たなサイリスタスタックユニット１をフレーム１０１内へ移動して据え付ける。
【００４７】
交換対象のサイリスタスタックユニット１を引き出す際に、サイリスタスタック２と電気機器９３〜９６とを接続する配線７３〜７６を取り外す必要がない。新たなサイリスタスタックユニット１では、サイリスタスタック２と電気機器９３〜９６とが配線７３〜７６によって予め接続されているので、サイリスタスタックユニット１をフレーム１０１内へ移動した後に配線７３〜７６を接続する必要がない。配線７３〜７６の取り外しおよび接続を、フレーム１０１の外部で行なうことができ、フレーム１０１内で配線７３〜７６を取り外したり接続したりする煩雑な作業を必要としない。したがって、サイリスタスタック２の交換作業を簡素化できるので、作業効率を向上できるとともに作業時間を短縮することができる。
【００４８】
また図２〜６に示すように、電気機器９３〜９６は、その一部が、サイリスタスタック２に向かって架台８０から突出している。サイリスタ素子３〜６と架台８０との電気的絶縁を達成するために、サイリスタ素子３〜６と架台８０との間の空間距離を確保する必要があり、サイリスタ素子３〜６は架台８０から離れて配置されている。サイリスタ素子３〜６と架台８０との間には、中空空間が形成されている。この中空空間に電気機器９３〜９６の一部を配置することにより、電気機器９３〜９６を設置するために必要なスペースを低減できるので、サイリスタスタックユニット１の外形寸法を小さくでき、小型化され取扱いの容易なサイリスタスタックユニット１を実現することができる。加えて、サイリスタ素子３〜６と電気機器９３〜９６とを接続する配線７３〜７６の長さを短くすることができる。
【００４９】
また図３，６に示すように、サイリスタ素子３〜６の積層方向（図３，６中の紙面垂直方向）に見て、サイリスタ素子３〜６を架台８０に対し電気的に絶縁するための碍子６７〜７０と、電気機器９３〜９６とが重畳している。これにより、サイリスタ素子３〜６と架台８０との間の中空空間に電気機器９３〜９６の一部が配置された構成を、確実に実現することができる。
【００５０】
また架台８０は、サイリスタ素子３〜６の積層方向（図１中の紙面垂直方向）に移動可能に構成されている。このようにすれば、フレーム１０１内の、サイリスタスタックユニット１の移動のために確保しておく必要のあるスペースを低減できるので、電力変換装置１００の小型化を達成できる。
【００５１】
交換対象のサイリスタ素子３〜６を含むサイリスタスタックユニット１をフレーム１０１外へ引き出した後、サイリスタスタック２から交換対象のサイリスタ素子が取り外され、予備のサイリスタ素子が新たにサイリスタスタック２に取り付けられる。このとき、センターボルト３２を回転させ、センターボルト３２の軸部が加圧板２２から冷却フィン１１側へ突出する長さを短くすることにより、複数のサイリスタ素子３〜６と複数の冷却フィン１１〜１８との積層体に負荷される力が小さくなる。センターブロックのセンターボルト３２の軸部の先端面が鋼球３６から離れると、複数のサイリスタ素子３〜６と複数の冷却フィン１１〜１８とは、皿ばね３４の復元力から解放される。この状態で、サイリスタ素子を個別に交換することが容易に可能になる。
【００５２】
サイリスタ素子を交換されたサイリスタスタックユニット１は、新たな予備のサイリスタスタックユニットとして保管され、次回以降のサイリスタスタックユニットの交換の際に使用される。
【００５３】
以上のように実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５４】
１  サイリスタスタックユニット、２  サイリスタスタック、３〜６  サイリスタ素子、１１〜１８  冷却フィン、２１，２３  押さえ板、２２  加圧板、３２  センターボルト、３４  皿ばね、３６  鋼球、３８  球面座、４１〜４５  導体、５１，５４，５７，６０  絶縁ロッド、５２，５３，５５，５６，５８，５９，６１，６２  ナット、６４，６５，９０  ブラケット、６７〜７０  碍子、７３〜７６  配線、８０  架台、８１  上枠、８２  下枠、８２Ｂ  梁部、８３  柱体、８４  端子台、８５  端子サポート、８６〜８９  ローラ、９３〜９６  電気機器、９８  絶縁サポート、９９  冷却風仕切板、１００  電力変換装置、１０１  フレーム、１０２  梁。
【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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