(57)【要約】【課題】各単位インバータからの冷却水漏れへの対応や接続線の保守、点検しやすい敷設への対応と、熱的に厳しい用品に対する熱対策とをしながら装置を小型化することができる電力変換装置を提供する。【解決手段】エンクロージャ１０６内に、入力トランス１０５と、冷却水で冷却されたスイッチング素子、整流器、平滑コンデンサを設けて構成された単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗとを、上下方向に間に仕切板２を設けて単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗを重ねるように配置して収納したもので、仕切板２は、外縁部分に堤状部３を有する皿形状であると共に、単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗを上から見た時の投影面より大きい形状であり、かつ入力トランス１０５と単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗとの接続線１１０が取り付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンクロージャ内に、入力トランスと、冷却水で冷却されたスイッチング素子、整流器、平滑コンデンサを設けて構成された複数の単位インバータとを、上下方向に間に仕切板を設けて前記単位インバータを重ねるように配置して収納した電力変換装置であって、
前記仕切板は、外縁部分に堤状部を有する皿形状であると共に、前記単位インバータを上から見た時の投影面より大きい形状であり、かつ前記入力トランスと前記単位インバータとの接続線が取り付けられていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記仕切板が、電気絶縁材料で形成されてい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】
前記仕切板は、前記堤状部の前記接続線の横断部分が切り欠かれてい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４】
前記仕切板は、少なくとも１つの前記堤状部が切り欠かれている部分を最下位置とするように傾斜させて設けてあることを特徴とする請求項３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、インバータの冷却方式を水冷方式とした電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、無停電電源装置や変換装置、ドライブ装置などの電力変換装置では、電力変換を行うインバータにスイッチング素子を用いた回路構成とするのが一般的で、スイッチング素子の高速化と共に、高耐圧・大電流化、また素子の多重化が進み、さらに装置の小型化の要求に対応するため、冷却方式を水冷方式として発生熱を除去することが行われている（例えば、特許文献１参照）。また、電力変換装置における発熱の殆どは、高速スイッチング素子を用いたインバータが占めており、インバータを水冷方式で冷却する構成の電力変換装置としては、図７及び図８に示すものがある。
【０００３】
すなわち、図７及び図８において、電力変換装置１０１は、例えば３ｋＶ系や６ｋＶ系等の高電圧交流電動機１０２を直接駆動するもので、３相出力のインバータ１０３を３の倍数である複数の単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗを、それぞれの相毎に直列接続することで構成し、これらを電源１０４から電力供給を受けて変圧する入力トランス１０５に接続し、高電圧を負荷に出力するようにしている。なお、単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗは、それぞれスイッチング素子、整流器、平滑コンデンサ等の用品から構成されており、さらにスイッチング素子は、図示しないが冷却水が流通する水冷回路によって冷却されるようになっている。
【０００４】
また、電力変換装置１０１は、図７では外装部を不図示にしてフレームのみを示す金属製のエンクロージャ１０６内の一方側にインバータ１０３、他方側に入力トランス１０５を収納して構成されている。
【０００５】
エンクロージャ１０６の一方側内部に収納されたインバータ１０３は、各相の単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗが、例えばＵ相の単位インバータ１０３ｕを一番上にし、その下にＶ相の単位インバータ１０３ｖ、一番下にＷ相の単位インバータ１０３ｗが位置するよう上下方向に３段に重ねられるように配置されている。また左右方向には、各相の単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗが、それぞれ同相のものが複数、例えば３台が並ぶように配置され、左右方向に並ぶ同相の単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗは直列接続されていている。そして、左右方向に並ぶ直列接続された各相の単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗからの各相の出力が、出力線１０７を通じて、負荷である交流電動機１０２に出力されるよう接続されている。
【０００６】
さらに、電力変換装置１０１には、エンクロージャ１０６に上下方向に重ねるよう収納された単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗの各下方位置に、それぞれ水受皿１０８が設けられており、上方側の単位インバータで万一水漏れが発生しても下方側の単位インバータに水が掛からないようになっている。またさらに、電力変換装置１０１には、各水受皿１０８の下方位置にそれぞれ受け台１０９が設けられており、水受皿１０８と受け台１０９の間には、入力トランス１０５から各単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗにそれぞれ電力を供給する接続線１１０が、保守や点検等を行い易くするため、各受け台１０９上に敷設されるようにして設けられている。
【０００７】
しかし、上述の電力変換装置１０１では、各単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗのスイッチング素子は冷却水により冷却を行っているが、スイッチング素子以外の用品については、その発生熱をエンクロージャ１０６の天井に設けた換気ファン（不図示）により排出し、風冷するようにしているため、装置の小型化のさらなる要求に対応してエンクロージャ１０６をより小さくした場合、下方側の単位インバータの排出する発生熱が上方側の単位インバータに当たってより熱的に厳しくなる。さらに、通常は各単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗが同一の構成をとるので、各用品はそれぞれ同じ位置に位置することになり、このため、熱的に厳しい用品が設けられている位置では、上下方向に熱的に厳しい用品が重なって配置されることになって、この配置部分に熱が集中し、熱的に厳しい状況が増すことになる。
【０００８】
また、上述の電力変換装置１０１では、各単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗのスイッチング素子の冷却のために使用している冷却水が万一漏れた場合でも、下方側の単位インバータに水濡れが生じないように、それぞれの下方位置に水受皿１０８を必要とし、また接続線１１０を敷設するために受け台１０９を必要としており、これらのスペースを確保してエンクロージャ１０６の大きさをより小さくすることは、非常に困難なものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１６１００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、各単位インバータからの冷却水漏れへの対応や、接続線の保守、点検しやすい敷設に対応しながら、また熱的に厳しい用品に対する熱対策をしながら装置を小型化することができる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電力変換装置は、エンクロージャ内に、入力トランスと、冷却水で冷却されたスイッチング素子、整流器、平滑コンデンサを設けて構成された複数の単位インバータとを、上下方向に間に仕切板を設けて前記単位インバータを重ねるように配置して収納した電力変換装置であって、前記仕切板は、外縁部分に堤状部を有する皿形状であると共に、前記単位インバータを上から見た時の投影面より大きい形状であり、かつ前記入力トランスと前記単位インバータとの接続線が取り付けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
さらに、前記仕切板が、電気絶縁材料で形成されていることを特徴とするものであり、
さらに、前記仕切板は、前記堤状部の前記接続線の横断部分が切り欠かれていることを特徴とするものであり、
さらに、前記仕切板は、少なくとも１つの前記堤状部が切り欠かれている部分を最下位置とするように傾斜させて設けてあることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、各単位インバータからの冷却水漏れに対応することができ、接続線の保守、点検しやすい敷設に対応することができると共に、熱的に厳しい用品に対する十分な熱対策を施すようにしてエンクロージャを小さくすることができて装置を小型化することができる等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１における要部の斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図４】図３における要部の斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の変形形態を示す斜視図である。
【図６】図５における要部の斜視図である。
【図７】従来技術を示す斜視図である。
【図８】電力変換装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本発明は、上下方向に隣り合う単位インバータの間の構成が上述の従来技術と異なるもので、従来技術と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、従来技術と異なる本発明の実施の形態の構成について説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
先ず本発明の第１の実施形態を図１及び図２により説明する。
【００１７】
図１及び図２に示すように、電力変換装置１は、例えば、従来技術で示したものと同様、３ｋＶ系や６ｋＶ系等の高電圧交流電動機１０２を直接駆動するもので、複数、例えば３の複数倍の単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗを、それぞれの相毎に直列接続することで３相出力のインバータ１０３を構成し、このインバータ１０３を入力トランス１０５に接続し、得られた高電圧を負荷の高電圧交流電動機１０２に出力線１０７を介して出力するようにしている。そして、インバータ１０３と入力トランス１０５は、金属製で直方体形状をなし、扉（不図示）を開閉可能に設けたエンクロージャ１０６の内部の一方側にインバータ１０３が収納され、他方側に入力トランス１０５が収納されている。
【００１８】
なお、インバータ１０３を構成する各単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗは、それぞれスイッチング素子、整流器、平滑コンデンサ等の用品から構成されており、スイッチング素子は、冷却水で冷却されるようになっており、スイッチング素子以外のエンクロージャ１０６に収納された用品については、その発生熱をエンクロージャ１０６の天井に設けた不図示の換気ファンにより排出し、風冷するようになっている。
【００１９】
また、エンクロージャ１０６の内部の一方側に収納されたインバータ１０３は、各相の単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗが、例えばＵ相の単位インバータ１０３ｕを一番上にし、その下にＶ相の単位インバータ１０３ｖ、一番下にＷ相の単位インバータ１０３ｗが位置するよう上下方向に３段に重ねられるように配置して構成されている。さらに左右方向には、各相の単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗが、それぞれ同相のものが複数、例えば３台が並ぶように配置され、左右方向に並ぶ同相の単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗは直列接続されていている。
【００２０】
またさらに、電力変換装置１には、エンクロージャ１０６に上下方向に重ねるよう収納された各単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗの下方位置に、それぞれ仕切板２が水平に設けられている。仕切板２は、熱伝導率が小さく断熱性を有する電気絶縁材料で形成された皿形状をなすもので、外縁部分全周に堤状部３を有しており、その大きさは、単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗを上から見た時の投影面より大きい形状となっている。また単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗと、その下方位置の仕切板２との間には、入力トランス１０５から各単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗにそれぞれ電力を供給する接続線１１０が、各仕切板２上に取り付けられるようにして敷設されている。
【００２１】
そして、上述のように構成された電力変換装置１では、常時はインバータ１０３のスイッチング素子を冷却水で強制冷却し、また換気ファンを運転して、エンクロージャ１０６の内部と各用品を風冷により強制冷却しながら装置の運転が行われる。また運転の際、上下に隣接する単位インバータ間に断熱性を有する仕切板２が設けられていることにより、下方側の単位インバータのスイッチング素子以外の用品で発生した熱によって上方側の単位インバータが加熱され、熱的に厳しい状態になったり、さらに上下方向に熱的に厳しい用品が重なって配置されていたとしても、当該用品が熱的に厳しい状態になったりすることがなくなる。
【００２２】
また、何らかの異常が生じてスイッチング素子を冷却する冷却水が冷却回路から漏れ出した場合には、冷却水漏れの生じた単位インバータの下方位置に設けられた単位インバータよりも大きい皿形状の仕切板２で漏れた水が受け止められ、溜まった水が下方へ漏れ落ちることがなく、下方側にある単位インバータが水濡れしないようになっている。
【００２３】
以上の通り、上記の電力変換装置１によれば、上下方向に重ねるよう収納された各単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗの下方位置に、それぞれ仕切板２が水平に設けられていることによって、上下方向に隣り合う単位インバータ間の間隔を、水漏れや用品の発熱による電気的、熱的に厳しい状態になる虞を低減させて狭くすることができ、また単位インバータ間の間隔が狭くても、入力トランス１０５と各単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗとを接続する接続線１１０を各仕切板２に取り付け、位置を固定して敷設するので、十分に絶縁距離を確保するようにしてエンクロージャ１０６を小型化することができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を図３及び図４により、また本実施形態の変形形態を図５及び図６により説明する。なお、本実施形態は、仕切板が上述の第１の実施形態における仕切板２と異なるのみであるため、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施の形態の構成について説明する。
【００２５】
図３及び図４に示すように、電力変換装置１１は、第１の実施形態と同様に、例えば３の複数倍の単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗでなるインバータ１０３を、エンクロージャ１０６内に収納して構成されている。そして、上下方向に重ねるようエンクロージャ１０６に収納された各単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗの下方位置には、それぞれ仕切板１２が水平に設けられている。
【００２６】
仕切板１２は、熱伝導率が小さく断熱性を有する電気絶縁材料で形成された略皿形状をなすもので、外縁部分に堤状部１３を有しており、この堤状部１３は、一部を切り欠き形成した切欠部１４が設けられている。また仕切板１２は、大きさが単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗを上から見た時の投影面より大きい形状となっていて、単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗと、その下方位置の仕切板１２との間には、入力トランス１０５と各単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗとを接続する接続線１１０が配されており、さらに各接続線１１０は、堤状部１３の切欠部１４に嵌め込まれるようにして各仕切板１２上に取り付けられて敷設されている。
【００２７】
そして、上述のように構成された電力変換装置１１では、第１の実施形態と同様に、常時はインバータ１０３のスイッチング素子は水冷により、またエンクロージャ１０６の内部と各用品は換気ファンによる風冷により冷却される。また、上下に隣接する単位インバータ間に断熱性を有する仕切板１２が設けられていることで、下方側の単位インバータの発生熱により上方側の単位インバータが熱的に厳しい状態になったり、熱的に厳しい用品が上下方向に重なって配置されていたとしても、当該用品が熱的に厳しい状態になったりすることがなくなる。
【００２８】
一方、何らかの異常が生じてスイッチング素子の冷却水が冷却回路から漏れ出した場合には、冷却水漏れの生じた単位インバータの下方位置に設けられた単位インバータよりも大きい皿形状の仕切板１２で漏れた水が受け止められ、また仕切板１２で受け止められた水は、堤状部１３の切欠部１４から下方の所定位置に流れ落ちて排水され、漏水量が多い場合でも、下方側にある単位インバータに水が掛からないようになっている。
【００２９】
以上の通り、上記の電力変換装置１１によれば、上下方向に重ねるよう収納された各単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗの下方位置に、それぞれ仕切板１２が水平に設けられていることによって、第１の実施形態と同様に、上下方向に隣り合う単位インバータ間の間隔を、水漏れや用品の発熱による電気的、熱的に厳しい状態になる虞を低減させて狭くすることができ、また単位インバータ間の間隔が狭くても、入力トランス１０５と各単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗとを接続する接続線１１０を各仕切板１２に取り付け、位置を固定して敷設するので、十分に絶縁距離を確保するようにしてエンクロージャ１０６を小型化することができる。
【００３０】
なお、上記の本実施形態では、仕切板１２を水平に設けたが、図５及び図６に示す変形形態の電力変換装置１１ａのように構成してもよい。
【００３１】
図５及び図６において、電力変換装置１１ａは、各単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗの下方位置に、それぞれ仕切板１２が、切欠部１４が最下位置となる一方方向に傾斜するように設けられており、また、その他の構成は本実施形態と同じ構成となっている。なお、仕切板１２は、各単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗよりも十分大きく、傾斜配置した状態でも単位インバータ１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗを上から見た時の投影面より大きい形状となっている。
【００３２】
これにより、下方側に設けられた単位インバータの熱は、これにより加熱された空気が仕切板１２の傾斜にしたがって停留することなく流れるため、円滑に排出されることになり、上方側の単位インバータは熱的に厳しい状態にならない。また、上方側の単位インバータで水漏れがあったとしても、仕切板１２で漏れた水が受け止められ、また仕切板１２で受け止められた水は、最下位置の堤状部１３の切欠部１４方向に流れて下方の所定位置に流れ落ち円滑に排水され、漏水量が多い場合でも、下方側にある単位インバータに水が掛からないようになっている。
【００３３】
その結果、このように構成した変形形態においても、上述の本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１，１１，１１ａ…電力変換装置、２，１２…仕切板、３，１３…堤状部、１４…切欠部、１０２…交流電動機、１０３…インバータ、１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗ…単位インバータ、１０４…電源、１０５…入力トランス、１０６…エンクロージャ、１０７…出力線、１１０…接続線
【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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