(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源周波数よりも高い周波数を備えた電流で運転される現場機器に用いられる周波数変換器であって、
−電流周波数を変化させるための変換器装置が設けられており、
−電源電圧と異なる出力電圧を発生させるための絶縁変圧器（６０ａ，６０ｂ，６０ｃ）が設けられており、
−変換器装置と絶縁変圧器（６０ａ，６０ｂ，６０ｃ）とを取り囲むハウジングが設けられている形式のものにおいて、
ハウジングが、
−変換器装置のためのボード室（２８）を取り囲む変換器収容部（１４）を有しており、
−該変換器収容部（１４）に続く冷却領域（３０）を有しており、該冷却領域（３０）の内部に、冷却空気通路（４０，４１，５６）と、冷却空気を冷却空気通路を通して圧送するためのファン（３４）とが配置されており、
−変換器収容部（１４）と冷却領域（３０）とを熱的に互いに結合する分離壁（３１）を有しており、
−冷却領域（３０）に、冷却空気通路（４０，４１，５６）に隣接した、絶縁変圧器（６０ａ，６０ｂ，６０ｃ）を収容するための変圧器室（３８）を有しており、
−冷却領域（３０）に外側の第１の環状異形材（１６）を有しており、
−該第１の環状異形材（１６）内に半径方向の間隔を置いて配置された第２の環状異形材（３６）を有しており、該第２の環状異形材（３６）が、変圧器室（３８）を外側で取り囲んでおり、
−外側の第１の環状異形材（１６）と第２の環状異形材（３６）との間に設けられた、冷却空気通路（４０）として働く環状室を有しており、
−変圧器室（３８）を半径方向内側で仕切りかつ内部に冷却空気通路（５６）を形成する第３の環状異形材（４８）を有しており、
−第１の環状異形材（１６）の内部に同軸的に配置された両環状異形材（３６，４８）が、変換器収容部（１４）に対する分離壁（３１）から所定の軸方向の間隔を置いて配置されており、これによって、両環状異形材（３６，４８）と分離壁（３１）との間に、冷却空気通路として働く空気変向領域（４１）が形成されており、該空気変向領域（４１）が、第１の環状異形材（１６）と第２の環状異形材（３６）との間に形成された冷却空気通路（４０）を、第３の環状異形材（４８）の内部に形成された冷却空気通路（５６）に接続していることを特徴とする、周波数変換器。
【請求項２】
第１の環状異形材（１６）の内部でかつ該第１の環状異形材（１６）に対して同軸的にファン（３４）が、冷却空気通路（４０，５６）の一方にまたは空気変向領域（４１）に配置されていて、冷却空気流を一方の冷却空気通路（４０）を介して吸い込みかつ空気変向領域（４１）で分離壁（３１）の少なくとも一部に沿って案内しかつ他方の冷却空気通路（５６）を介して向流原理により吐き出すようになっている、請求項１記載の周波数変換器。
【請求項３】
ファン（３４）が、空気変向領域（４１）に配置されている、請求項２記載の周波数変換器。
【請求項４】
冷却体を形成するための第３の環状異形材（４８）が、外側リング（４９）と内側リング（５４）とから成っており、外側リングと内側リングとの間の領域に冷却リブ（５０，５２）が配置されており、該冷却リブ（５０，５２）が、冷却空気通路として働く一方の環状室（５６）の壁を形成している、請求項１から３までのいずれか１項記載の周波数変換器。
【請求項５】
冷却リブ（５２）の一部が、外側リング（４９）と内側リング（５４）とを互いに結合しており、冷却リブ（５２）の間で外側リング（４９）に、半径方向で自由に内方に突出したリブ（５０）が配置されている、請求項４記載の周波数変換器。
【請求項６】
外側の第１の環状異形材（１６）が、溝・キー（４２，４４）の原理により、隣接した環状異形材（３６）に係合している、請求項１から５までのいずれか１項記載の周波数変換器。
【請求項７】
変圧器室（３８）が、該変圧器室の第２の環状異形材（３６）による外側の仕切りと第３の環状異形材（４８）による内側の仕切りとの間で延びる環状のカバー（４６，４７）によって軸方向で閉鎖可能である、請求項１から６までのいずれか１項記載の周波数変換器。
【請求項８】
変圧器室（３８）が、環状コア変圧器セット（６０ａ，６０ｂ，６０ｃ）を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の周波数変換器。
【請求項９】
環状異形材が押出し異形材である、請求項１から８までのいずれか１項記載の周波数変換器。
【請求項１０】
押出し異形材（１６，３６，４８）が、適切に定尺切断されたアルミニウム押出し異形材である、請求項９記載の周波数変換器。
【請求項１１】
外側の第１の環状異形材（１６）が、センタリングした状態で変換器収容部（１４）に結合されている、請求項１記載の周波数変換器。
【請求項１２】
変換器収容部（１４）が、アルミニウム鋳造部材から成っている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の周波数変換器。
【請求項１３】
第３の環状異形材（４８）が、変圧器室（３８）を閉鎖するカバー（４６，４７）によって、第１の環状異形材（１６）に隣接した第２の環状異形材（３６）に対してセンタリングされている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の周波数変換器。
【請求項１４】
ファン（３４）が、空気変向領域（４１）に配置されていて、第１の外側の環状異形材（１６）に隣接した冷却空気通路（４０）を介して冷却空気を外部から吸い込みかつ該冷却空気を、変圧器室（３８）によって取り囲まれた冷却空気通路（５６）を介して再び外方に導出するようになっている、請求項２記載の周波数変換器。
【請求項１５】
冷却領域（３０）が、軸方向において、一方では、変換器収容部（１４）の分離壁（３１）によって閉鎖されていて、他方には、空気通流開口（２１）を備えたカバー（１８）を有している、請求項１から１４までのいずれか１項記載の周波数変換器。
【請求項１６】
ボード室（２８）が、一方で変換器収容部（１４）の分離壁（３１）と、他方でフロントプレート（２２）とによって閉鎖されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の周波数変換器。
【請求項１７】
ボード室内に収納された、出力モジュールを備えた変換器ボード（３２）が封止されて１つのユニットを形成しており、該ユニットが交換可能である、請求項１から１６までのいずれか１項記載の周波数変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の、特に現場機器に用いられる周波数変換器に関する。
【０００２】
現場では、給電時に一般的に、５０Ｈｚの周波数および２３０Ｖの電圧、時には４００Ｖの電圧を備えた電源電流が使用される。局所的に既存のこの現場電流は、本発明に関する周波数変換器によって、たとえば２００Ｈｚと４２Ｖの防護低電圧とを備えた三相電流に変換される。この場合、防護低電圧は、オペレータを、たとえば湿気のある周辺で電気的な危害に対して防護するために必要となる。
【０００３】
この形式の既知の機器には、絶縁変圧器と変換器ボードとが使用される。この絶縁変圧器と変換器ボードとはその損失出力によって熱を発生させ得る。この熱は導出されなければならない。このことは、十分に大きな冷却面を備えた冷却体（ヒートシンク）の使用、大きなハウジングもしくは絶縁変圧器の過剰寸法設定によって達成される。熱導出のためのこの手段は高価であり、大きな重量を生ぜしめる。既知の機器は、外側に位置する冷却リブを有していてよい。この冷却リブは、時間が経つにつれて汚物およびコンクリートによっても添加され得る。これによって、熱導出がますます損なわれる。
ヨーロッパ特許出願公開第０８５４５６５号明細書に基づき、ハウジングによって取り囲まれた、電流周波数を変化させるための変換器装置を備えた周波数変換器が公知である。ハウジングは、変換器装置のためのボード室を取り囲む変換器収容部と、この変換器収容部に続く、冷却領域として働くハウジング区分とを有している。このハウジング区分の内部には、冷却空気通路と、冷却空気を冷却空気通路を通して圧送するために適したファンとが配置されている。
【０００４】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の空冷式の周波数変換器を改良して、構造上設定された冷却性能がより長い使用時でも維持されたままであり、同時により小さなコンパクトな構造が可能となり、重量および製造コストが削減され、コスト低下に対するさらなる貢献として、設定されたベース構造が、種々異なる出力クラスの機器のために使用可能であるようにすることである。
【０００５】
この課題を解決するために、請求項１の特徴部に記載した本発明では、ハウジングが、変換器装置のためのボード室を取り囲む変換器収容部を有しており、該変換器収容部に続く、冷却領域として働くハウジング区分を有しており、該ハウジング区分の内部に、冷却空気通路と、冷却空気を冷却空気通路を通して圧送するために適したファンとが配置されており、冷却領域に外側の環状の第１の環状異形材もしくは押出し異形材を有しており、該第１の押出し異形材の軸線に対して別の環状の押出し異形材が互いに方向付けられており、これによって、環状異形材が、軸線方向に対して横方向に間隔を置いて取り囲まれて、互いに環状室を形成しており、第１の押出し異形材の内部に配置された環状異形材もしくは押出し異形材が、変換器収容部から所定の軸方向の間隔を置いて終わって、空気変向部を形成している。
【０００６】
本発明による構成によって、ハウジングと冷却部とがまとめられてコンパクトな１つのユニットが形成される。この場合、ファンもしくはベンチレータによるアクティブな空気冷却によって、必要となる冷却面を減少させることができ、汚染ひいては冷却性能を低下させる傾向にある外側の冷却リブを省略することができる。
【０００７】
本発明の有利な構成では、冷却領域が、電源電圧と異なる出力電圧を発生させるための絶縁変圧器を収容するための、冷却空気通路に隣接した変圧器室を有している。これによって、絶縁変圧器と変換器装置とを組み合わせて周波数変換器としての１つのユニットを形成することができる。この場合、絶縁変圧器は最適な冷却のために冷却領域自体に配置されている。絶縁変圧器は、たとえば４２Ｖの高さの防護低電圧を発生させるために働くことができる。当然ながら、絶縁変圧器によって、電源電圧よりも高い値を備えた出力電圧を発生させることも可能である。
【０００８】
特に有利な構成では、第１の押出し異形材の内部にかつ該第１の押出し異形材に対して同軸的に、別の押出し異形材と変換器収容部との間の空気変向部にファンが配置されており、これによって、該ファンが、冷却空気流を１つの環状室を介して吸い込みかつ別の環状室を介して向流原理により吐き出すために適している。
【０００９】
環状異形材としての押出し異形材の使用によって、機器の特に簡単なかつ廉価なならびに極端にコンパクトな構造が可能となる。この場合、極めて有利な構成では、第１の押出し異形材に隣接した押出し異形材が、環状の変圧器室を取り囲んでおり、該変圧器室が、内方で第３の押出し異形材によって仕切られるようになっている。変圧器室が、環状コア変圧器セットを有していると有利である。
【００１０】
特に有利な構成によれば、押出し異形材が、適切に定尺切断されたアルミニウム押出し異形材である。絶縁変圧器の寸法設定に応じて、冷却領域におけるハウジングの構造を、押出し異形材の長さの適切な選択によって変圧器のスペース要求に適合させることができる。
【００１１】
極めて有利な別の構成では、冷却体を形成するための第３の環状異形材もしくは押出し異形材が、外側リングと内側リングとから成っており、外側リングと内側リングとの間の領域に冷却リブが配置されており、該冷却リブが、外側リングおよび内側リングと一緒に冷却空気通路の１つを形成している。
【００１２】
極めて簡単な組付けは、有利な特徴によれば、外側の第１の押出し異形材が、溝・キーの原理により、隣接した押出し異形材に係合していることによって可能となる。
【００１３】
本発明の別の有利な構成は、従属請求項に関連した以下の実施例の説明から明らかである。
【００１４】
図面に示した、防護低電圧を発生させるための絶縁変圧器と、循環空気冷却部とを備えた周波数変換器の形の本発明の実施例につき、本発明を詳しく説明する。
【００１５】
本発明による周波数変換器は、電流周波数を電源周波数から、より高い周波数を備えた電流に変化させるための変換器装置を有している。さらに、周波数変換器の構成要素として絶縁変圧器が設けられている。この絶縁変圧器によって、たとえば２３０Ｖまたは４００Ｖの電源電圧がより低い電圧、たとえば４２Ｖに変圧され、これによって、周波数変換器またはこの周波数変換器に接続された現場機器、たとえばコンクリート締固めのための内部振動機で作業する人が高い電圧によって危険にさらされないようになっている。
【００１６】
図１に示したように、本発明による機器は、電気的な装置とその周辺とを含めた本来の機器ボディ１０と、この機器ボディ１０を全ての側で遮蔽するフレーム状の防護キャリッジ１２とから成っている。この防護キャリッジ１２には、機器ボディ１０が複数の接続点を介して解離可能に結合されている。
【００１７】
機器ボディ１０は、図２〜図５に示したように、ほぼ円筒形状を有していて、ハウジングによって取り囲まれている。このハウジングは、アルミニウムから鋳造された変換器収容部１４と、外側環状異形材１６とから形成されている。この外側環状異形材１６は、アクティブな空気冷却のために働く機器部分を取り囲んでいる。この機器部分は端面でカバー１８によって閉鎖されている。このカバー１８は、リブ２０によって雨に対して防護された空気通流開口２１を備えているのに対して、変換器収容部１４は、図４に示したように、支持リング１７と、シール部材１９と、フロントプレート２２とによって閉鎖される。カバー１８の背後には、スリット付きディスク２３と、場合によっては、エアフィルタとが位置している。変換器収容部１４と外側環状異形材１６とは同じ外径を有していて、その結合箇所２４で軸方向に内外に嵌め合わせることができ、図２に符号２６で示したように、適切なねじ締結部によってこの位置に位置固定することができる。
【００１８】
図３および図４に明確に示したように、変換器収容部１４の内部に形成されたボード室２８は、両図面で左方に続く、外側環状異形材１６とカバー１８とによって外部に対して仕切られた変圧器・冷却領域３０から完全に分離されている。ボード室２８は変換器装置の電気的な回路を収容している。そこに収納された、出力モジュールを備えた変換器ボード３２は封止されて１つのユニットを形成していて、交換可能である。変換器収容部１４の、変圧器・冷却領域３０に面した端壁もしくは分離壁３１は、交流運転されるベンチレータもしくはファン３４を組み込むために準備されている。このファン３４の空気案内部は図３に矢印によって示してあり、以下にさらに詳しく説明する。
【００１９】
たとえばアルミニウム鋳造法で製作された変換器収容部１４によってセンタリングされた外側環状異形材１６（図６参照）は、溝・キーの原理により、同じく環状の基体異形材３６に結合可能である。この基体異形材３６は変圧器室３８を半径方向外側で仕切っている。この場合、外側環状異形材１６の内面からの半径方向の間隔は維持され、これによって、冷却空気通路として働く環状の空気入口通路４０（環状室）が形成される。この空気入口通路４０はカバー１８から、空気変向部４１として働きかつファン３４を取り付けた、変圧器室３８とボード室２８との間の領域にまで軸方向に延びている。溝・キー結合部は、外側環状異形材１６の内面に設けられた一体成形されたキー４２と、このキー４２に対応配置された、基体異形材３６の外面に設けられた溝状の通路４４とから成っている。
【００２０】
カバー１８および空気変向部４１に向かって、基体異形材３６によって取り囲まれた変圧器室３８が、それぞれ１つの環状のカバー４６；４７によって閉鎖される。このカバー４６；４７自体によって、冷却器異形材４８（図８参照）のセンタリングが可能となる。この冷却器異形材４８は、外側リング４９に形成された外面で変圧器室３８を仕切っていて、外側リング４９の内面に、部分的に大面状のリブ５０，５２を備えている。この大面状のリブ５２は内側リング５４に一体に結合されている。この内側リング５４によって、ファン３４から、通流開口２１を備えたカバー１８に延びる空気出口通路５６が半径方向内側で仕切られる。厳密に解釈すると、この空気出口通路５６は多数の個別通路から成っている。これらの個別通路は、特に図８に良好に認めることができるように、それぞれ外側リング４９と、内側リング５４と、側方でリブ５２とによって仕切られている。
【００２１】
内側リング５４によって取り囲まれた室は、ファン３４に近い方の側でカバー５８によって閉鎖される。
【００２２】
変圧器室３８内には、封止された３つの環状コア６０ａ，６０ｂ，６０ｃから成る変圧器セットがカプセル封止されて配置されている。したがって、環状コア６０ａ，６０ｂ，６０ｃを有する絶縁変圧器は完全に基体異形材３６と冷却器異形材４８との間に環状に配置されている。半径方向外側で空気入口通路４０を介してだけでなく、半径方向内側で空気出口通路５６を介しても、冷却空気が絶縁変圧器に沿って流れ、したがって、有効な冷却を生ぜしめる。
【００２３】
さらに、冷却部は分離壁３１に沿って案内されるので、ボード室２８を閉鎖する分離壁３１も冷却される。したがって、この分離壁３１の裏面に固定された、変換器ボード３２に設けられた変換器装置の熱発生装置も同じく有効な冷却を被る。
【００２４】
アルミニウム押出し異形材の使用によって、本発明による周波数変換器のハウジングを極めて容易に形成することができる。特に押出し異形材の長さの変更によって、ハウジングの長さひいてはサイズを変更することが簡単に可能となり、これによって、ハウジングが、変換器装置または絶縁変圧器の種々異なる構成サイズに適合されるかまたは場合によって異なる冷却希望が実現される。
【００２５】
図面につき、本発明の有利な構成を詳しく説明した。当然ながら、本発明の枠内で、これまで説明した具体的な構成から逸脱することも可能である。したがって、たとえば、冷却空気流を、図３に示した上述した流れ方向に対して逆方向に案内することが難なく可能となる。冷却空気流の方向だけでなく経過も要求に応じて変更することができる。構成に応じて、このことは、単にファンの送風方向が逆転されることによってすでに可能となる。
【００２６】
さらに、ファンを空気変向領域と異なる箇所に配置することも可能である。したがって、たとえば、ファンを冷却空気通路の端部に配置することが可能であり、これによって、冷却空気が専ら吸込み運転中に周波数変換器を通って引き込まれるようになっている。逆に、ファンは周波数変換器の冷却空気通路の上流側に配置されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】防護キャリッジと機器ボディとから成る本発明による機器の斜視的な側面図である。
【図２】図１に示した矢印ＩＩの方向で見た本発明による機器を幾分大きな寸法で示す図である。
【図３】図２に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線による機器の縦断面図をさらに拡大した寸法で示す図である。
【図４】変換器ボードおよび絶縁変圧器なしの機器ボディの、組み付けられたハウジングを図３に類似して示す図である。
【図５】基体の斜視図である。
【図６】変圧器を収容するハウジング区分を形成するために働く外側環状異形材の横断面図である。
【図７】空気案内部を形成するために働く基体異形材の横断面図である。
【図８】冷却体を形成するために働く押出し異形材の横断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  機器ボディ、  １２  防護キャリッジ、  １４  変換器収容部、  １６  外側環状異形材、  １７  支持リング、  １８  カバー、  １９  シール部材、  ２０  リブ、  ２１  空気通流開口、  ２２  フロントプレート、  ２３  スリット付きディスク、  ２４  結合箇所、  ２６  ねじ締結部、  ２８  ボード室、  ３０  変圧器・冷却領域、  ３１  分離壁、  ３２  変換器ボード、  ３４  ファン、  ３６  基体異形材、  ３８  変圧器室、  ４０  空気入口通路、  ４１  空気変向部、  ４２  キー、  ４４  通路、  ４６  カバー、  ４７  カバー、  ４８  冷却器異形材、  ４９  外側リング、  ５０  リブ、  ５２  リブ、  ５４  内側リング、  ５６  空気出口通路、  ５８  カバー、  ６０ａ，６０ｂ，６０ｃ  環状コア
【図１】
0004395444.tif 000002
【図２】
0004395444.tif 000003
【図３】
0004395444.tif 000004
【図４】
0004395444.tif 000005
【図５】
0004395444.tif 000006
【図６】
0004395444.tif 000007
【図７】
0004395444.tif 000008
【図８】
0004395444.tif 000009