(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機と、前記回転電機によって駆動されるアプリケーション機器と、前記回転電機に電力を供給する複数の電力変換装置と、前記複数の電力変換装置を格納する電力変換装置筐体と、前記回転電機、前記アプリケーション機器、及び前記電力変換装置筐体を格納するパッケージ筐体とを備える筐体型機器であって、
前記複数の電力変換装置は、複数の基板をそれぞれ備え、各基板が複数のモジュールを搭載しており、
前記複数の基板は、それらの面が水平一方向に向けられ、鉛直方向及び前記水平一方向で互いに重複しないように並列配置されており、
前記複数の電力変換装置のフィンは、前記電力変換装置筐体の背面側に配置されており、
前記電力変換装置筐体内に気流を対流させる撹拌ファンと、前記電力変換装置筐体の下方に位置する前記パッケージ筐体の吸気口から外気を導入して前記電力変換装置筐体の背面側の領域に流させる冷却ファン装置とを備えるものである筐体型機器。
【請求項２】
請求項１に記載の筐体型機器であって、
前記複数の電力変換装置を制御する制御装置と、
前記複数の電力変換装置の出力をそれぞれ平滑する複数の平滑コンデンサとを備え、
前記制御装置及び前記複数の平滑コンデンサは、前記電力変換装置筐体内に、前記複数の電力変換装置に対し鉛直方向に離間して配置されるものである筐体型機器。
【請求項３】
請求項１に記載の筐体型機器であって、
前記アプリケーション機器は、前記電力変換装置筐体に対し前記水平一方向に離間して配置されるものである筐体型機器。
【請求項４】
請求項３に記載の筐体型機器であって、
前記アプリケーション機器が圧縮機本体である筐体型機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電力変換装置を備える筐体型機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置の構成としては、複数の電動機にそれぞれ給電する複数の電力変換装置を備える場合、単一の電動機に給電する複数の電力変換装置を備える場合がある。後者の場合の一例として、電動機の電機子に複数の巻線を設け、各巻線に各電力変換装置から電力を供給する場合がある。他の例として、同一軸上に配置された複数の回転子（複数の電機子）を備え、各回転子に各電力変換装置から電力を供給する場合がある。【０００３】
いずれの場合であっても、複数の電力変換装置を備える筐体型機器では、電力変換装置やその構成部材の発熱を考慮して、電力変換装置やその構成部材の配置位置を検討する必要がある。【０００４】
更に、複数の電力変換装置を備える筐体型機器では、他の装置の配置や、機器全体のサイズも考慮する必要から、電力変換装置の配置位置は重要な検討事項である。特許文献１は、パッケージ型圧縮機であって、筐体内に圧縮機本体と、その制御装置とを配置する構成を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１７／１９５２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電力変換装置を構成する主たる部材として、ＩＧＰＴといった半導体素子を用いたパワーモジュール等がある。パワーモジュールは電源線からの電力の周波数変換を行う部材であり、供給電力の大きさに応じて高発熱化する部材の一つである。よって、電力変換装置の冷却性を考慮する必要がある。また、複数の電力変換装置を備える筐体型機器では、上述したように他の装置の配置や機器全体のサイズを考慮する必要から、電力変換装置の配置位置の制限があるという課題もある。【０００７】
また、電力変換装置は精密な部品であることから粉塵等といった防塵対策も必要である。このため、電力変換装置を始めとする電子機器は、筐体型機器の外郭を構成する筐体の内部に設けられた専用の筐体内に格納される場合もある。このような閉塞環境も電力変換装置を配置する位置を制限する要因となる。【０００８】
また、電力変換装置の整備性の面からも、筐体型機器における電力変換装置の配置位置は制限があり、人手による可搬が比較的困難な大型の機器では、電力変換装置の配置位置は特に制限されるという課題もある。【０００９】
かかる種々の課題と、電力変換装置の冷却性という課題を考慮し、筐体型機器における複数の電力変換装置の好適な配置を提供する技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するために、例えば、請求項１に記載の構成を適用する。即ち、回転電機と、前記回転電機によって駆動されるアプリケーション機器と、前記回転電機に電力を供給する複数の電力変換装置と、前記複数の電力変換装置を格納する電力変換装置筐体と、前記回転電機、前記アプリケーション機器、及び前記電力変換装置筐体を格納するパッケージ筐体とを備える筐体型機器であって、前記複数の電力変換装置は、複数の基板をそれぞれ備え、各基板が複数のモジュールを搭載しており、前記複数の基板は、それらの面が水平一方向に向けられ、鉛直方向及び前記水平一方向で互いに重複しないように並列配置されており、前記複数の電力変換装置のフィンは、前記電力変換装置筐体の背面側に配置されており、前記電力変換装置筐体内に気流を対流させる撹拌ファンと、前記電力変換装置筐体の下方に位置する前記パッケージ筐体の吸気口から外気を導入して前記電力変換装置筐体の背面側の領域に流させる冷却ファン装置とを備えるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態による気体圧縮機の概要構成を模式的に示す斜視図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による気体圧縮機の制御・給電系の構成を模式的に示す正面図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による気体圧縮機の制御・給電系の構成を模式的に示す左側面図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態による気体圧縮機の制御・給電系の構成を模式的に示す右側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１に、本発明の一実施形態による気体圧縮機１００（筐体型機器）の概要構成を示す斜視透過図を示す。気体圧縮機１００は、例えば、空気といった気体を吸込み、圧縮気体を生成するものである。気体圧縮機１００は、圧縮機本体１（アプリケーション機器）、電動機２（回転電機）、電力変換装置筐体Ｃ、気液分離器６、入出力Ｉ／Ｆ８、オイルクーラ９、エアクーラ１０、冷却ファン装置１１及びこれらを格納するパッケージ筐体１２を主に備える。電力変換装置筐体Ｃは、電動機２に電力を供給する複数の電力変換装置３と、制御装置７等を格納する（後述の図２Ａ参照）。
【００１４】
圧縮機本体１は、エアフィルタ等を介して空気を吸込み、圧縮機構によって圧縮空気を生成し吐き出す。圧縮機構としては、容積型やターボ型と種々の機構を適用することができる。本実施例において、圧縮機本体１は、圧縮作動室に油や水といった液体を供給して、気液混合気体を吐き出す給液式を適用するものとする。
【００１５】
電動機２は、ベルト、ギヤ、チェーン或いは軸同で圧縮機本体１の圧縮機構に動力を供給する。これにより、圧縮機本体１が駆動する。
各電力変換装置３は、複数の電力変換モジュールを有し（詳細は後述）、制御装置７からの指令値に応じて周波数変換を行って電動機２に電力を供給する。本実施例において、複数の電力変換装置３は、電動機２の定格に必要な電力を合算して電動機２に供給する構成として説明するが、本発明はこれに限定するものではない。
【００１６】
気液分離器６は、圧縮機本体１から吐き出された気液混合気体から液体を分離する。分離方式としては遠心分離式や衝突分離式等種々の高低を適用できる。気液分離器６で分離された液体は、オイルクーラ９に流れ、圧縮空気はエアクーラ１０に流れる。なお、圧縮空気は二次分離としてオイルフィルタ（不図示）を介した後にエアクーラに流れてもよい。
【００１７】
制御装置７は、例えば、演算装置とプログラムとの協働によってワークエリアに機能部を構成するものであったり、アナログ回路構成によって構成される制御装置である。制御装置７は、気体圧縮機１００の全体制御を行うものであり、吐き出し空気圧力や温度、入出力Ｉ／Ｆ８から入力された入力情報に基づいて、制御装置７の出力する電力の入出力、周波数変換指令の出力及び配管上の各種弁体（不図示）の制御を行うようになっている。なお、有線又は無線の外部ネットワークを介して各種コマンドやパラメータを入出力可能に構成してもよい。
【００１８】
入出力Ｉ／Ｆ８は、気体圧縮機１００の使用者からの設定圧力等を始めとしたパラメータの入力や気体圧縮機１００の運転状態等を表示するモニタを備えたインタフェース装置である。
【００１９】
オイルクーラ９は、気液分離器６で分離された液体の冷却装置であり、冷却ファン装置１１の生成する冷却風と熱交換を行う熱交換器である。また、エアクーラ１０は、気液分離器６で液体と分離された圧縮空気の冷却装置であり、冷却ファン装置１１の生成する冷却風と熱交換を行う熱交換器である。
【００２０】
冷却ファン装置１１は、ターボファンやプロペラファン等の翼と電動機から構成される。冷却ファン装置１１は、制御装置７からの指令に応じて後述する冷却ファン用インバータによって可変速制御される。冷却ファン装置１１が駆動すると、パッケージ筐体１２の吸気口から内部に外気が吸い込まれ、この外気が冷却風として圧縮機本体１や電動機２の外表面を冷却し、その後、冷却ファン装置１１の下流に配置するオイルクーラ９及びエアクーラ１０にながれ、圧縮空気や液体を冷却するようになっている。
【００２１】
次いで、気体圧縮機１００を構成する各装置の配置について説明する。パッケージ筐体１２は、概略直方体或いは立方体の形状を有し、その内空間は主に３つの領域に分けられる。一つは、圧縮機本体１、電動機２及び気液分離器６が配置された機械室Ａであり、一つは、オイルクーラ９、エアクーラ１０及び冷却ファン装置１１といった冷却系装置が配置された冷却室Ｂであり、一つは、制御装置７や電力変換装置３や後述する平滑コンデンサといった給電装置が配置された電力変換装置筐体Ｃである。
【００２２】
機械室Ａの上方に冷却室Ｂが配置される。機械室Ａの横方向に電力変換装置筐体Ｃが配置される。なお、冷却室Ｂの横方向や、機械室Ａ及び冷却室Ｂの横方向で跨って電力変換装置筐体Ｃを配置する構成であっても本発明は適用できる。また、本実施例では、パッケージ筐体１２内部の右側面に沿って電力変換筐体Ｃを配置する構成とするが、正面、左側面、背面側に配置する構成であっても本発明は適用できる。
【００２３】
次いで、電力変換装置筐体Ｃの構成について説明する。
【００２４】
図２Ａ〜図２Ｃに、電力変換装置筐体Ｃの３面図を模式的に示す。図２Ａは、電力変換装置筐体Ｃの正面（気体圧縮機１００に配置した場合の右側面からの観察図）図であり、図２Ｂは左側面図であり、図２Ｃは、右側面図である。なお、図２Ａ〜図２Ｃは、電力変換装置筐体Ｃの壁面を透過した図である。
【００２５】
電力変換装置筐体Ｃは、２台の電力変換装置３と、制御装置７と、冷却ファン用インバータ２０と、電源端子台２１と、撹拌ファン２２と、ＤＣリアクトル２３とを格納する。電力変換装置筐体Ｃの下部には、電源線引込口２４が設けられている。
【００２６】
各電力変換装置３は、基板３０と、基板３０に搭載されたダイオードモジュール３１及びパワーモジュール３２を備え、制御装置７からの指令に応じて電力周波数を変換し、電動機２に供給するようになっている。ダイオードモジュール３１は、基板３０の高さ方向中央付近且つ左側に配置する。パワーモジュール３２は、基板３０の高さ方向中央付近且つ右寄りに配置する。即ち、ダイオードモジュール３１及びパワーモジュール３２は、鉛直方向で互いに重複しないように並列配置される。
２つの基板３０は、それらの面が電力変換装置筐体Ｃの正面と並行になるように配置し、横方向に並置する。別の言い方をすれば、２つの基板３０は、それらの面が水平一方向に向けられ、鉛直方向及び前述の水平一方向で互いに重複しないように並列配置される。なお、圧縮機本体１は、電力変換装置筐体Ｃに対し前述の水平一方向に離間して配置される。
【００２７】
制御装置７は、電力変換装置筐体Ｃの左上方に配置する。この位置は入出力Ｉ／Ｆ８の配置位置との関係で、電力変換装置筐体Ｃ内で最も近傍となる位置である（図１参照）。
【００２８】
冷却ファン用インバータ２０は、電力変換装置筐体Ｃ内で、右上方に配置する（右側の電力変換装置３の上方）。２つの平滑コンデンサ３３は、基板３０の下端の更に下方に配置する。ＤＣリアクトル２３は、電力変換装置筐体Ｃの背面側上方に配置する。なお、ＤＣリアクトル２３は、電力変換装置３の入力側（電源側）に設けられており、平滑コンデンサ３３は、電力変換装置３の出力側（電動機側）に設けられて、電力変換装置３の出力を平滑する。
【００２９】
撹拌ファン２２は、他励ファンであり、鉛直方向の気流を発生させる向きに配置する。撹拌ファン２２は、電力変換装置筐体Ｃ内に対流する風の流れを生成し、各装置が局所的に発生する熱を分散冷却する機能を有する。なお、撹拌ファン２２の配置位置はかかる場所に限定するものではなく、各装置の放熱量に応じて分散冷却を効率化できる位置であれば任意である。
【００３０】
図２Ｂ及び図２Ｃが示すように、電力変換装置３の背面側には、フィン３５が設けられて、電力変換装置３の放熱を図るようになっている。同様に、平滑コンデンサ３３の背面側にもフィン３６が設けられて放熱を図るようになっている。即ち電力変換装置筐体Ｃは、電力変換装置３等を配置する正面側の領域と、フィン３５、３６を配置する背面側の領域とに区画されており、正面側の下方に開口する吸気口から外気を導入してフィン３５や３６に冷却風を供給するようになっている。
【００３１】
この冷却風の流れは、気体圧縮機１００の冷却ファン装置１１が生成する流れを用いる。即ち上記背面側の領域の上方を冷却室Ｂと連通させ、ダクトとして機能させるようになっている。なお、専用ファンを備える構成であってもよい。
【００３２】
電力変換装置３において、高温となるダイオードモジュール３１及びパワーモジュール３２は、高さ方向において略同等の位置に配置することから、一方モジュールから発生する上昇熱が、他方モジュールに与える影響が僅少となる。そして、２つの電力変換装置３を横方向に並置することから、電力変換装置３同士で互いに与える熱影響も僅少となる。
【００３３】
また、制御装置７は、電力変換装置筐体Ｃの上方に配置し、ダイオードモジュール３１やパワーモジュール３２との高さ方向での離間距離も確保されている。よって、ダイオードモジュール３１やパワーモジュール３２からの熱影響は僅少となる。冷却ファン用インバータ２０は、電力変換装置筐体Ｃの右上方に配置し、ダイオードモジュール３１やパワーモジュール３２との高さ方向での離間距離も確保されている。よって、互いの熱影響も僅少である。
【００３４】
ダイオードモジュール３１やパワーモジュール３２の高さ方向で下方に配置する平滑コンデンサ３３も、ダイオードモジュール３１やパワーモジュール３２との離間距離が確保されている。よって、ダイオードモジュール３１やパワーモジュール３２に与える熱影響は僅少となる。
【００３５】
このように、本実施例によれば、電力変換装置３の基板３０は、それらの面が水平一方向に向けられ、鉛直方向及び前述の水平一方向で互いに重複しないように並列配置される。これにより、電力変換モジュールが発する上昇熱の影響を互いに受けにくいという効果がある。更に、電力変換装置３が占有する空間の奥行きを薄くすることができる。
【００３６】
また、本実施例によれば、電力変換装置筐体Ｃ内に格納された電力変換装置３と他の装置（詳細には、制御装置７、冷却ファン用インバータ２０、平滑コンデンサ３３等）との離間距離を十分に確保する。これにより、局所的な熱の分散を促し、他の装置の自然放熱による冷却性を確保できる。更に、パッケージ筐体１２内の１か所（すなわち、電力変換装置筐体Ｃ）に電力変換装置３と他の装置を集中配置することが可能となり、気体圧縮機１００の全体サイズをコンパクト化することに寄与する。また、本実施例によれば、電力変換装置筐体Ｃ内に撹拌ファン２２を設けることにより、前述した効果を更に向上させることができる。
【００３７】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記種々の例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更や置換が可能である。例えば、上記実施形態では、空気を圧縮する気体圧縮機を例としたが、他の気体を圧縮する圧縮機であってもよい。また、圧縮機としては、容積型やターボ型といった種々の形式を適用することができる。更には、圧縮室に水や油といった液体を共有しない無給液式の圧縮機であってもよい。
【００３８】
また、例えば、上記実施形態では、気体圧縮機を例として説明したが、他のパッケージ型装置であっても本発明は適用できる。例えば、ポンプ装置、膨張発電機等である。
【符号の説明】
【００３９】
１…圧縮機本体、２…電動機、３…電力変換装置、６…気液分離器、７…制御装置、８…入出力Ｉ／Ｆ、９…オイルクーラ、１０…エアクーラ、１１…冷却ファン装置、１２…パッケージ筐体、２０…冷却ファン用インバータ、２１…電源端子台、２２…撹拌ファン、２３…ＤＣリアクトル、２４…電源線引込口、３０…基板、３１…ダイオードモジュール、３２…パワーモジュール、３３…平滑コンデンサ、３５，３６…フィン、Ａ…機械室、Ｂ…冷却室、Ｃ…電力変換装置筐体、１００…気体圧縮機
【図１】
0006945725.tif 000002
【図２Ａ】
0006945725.tif 000003
【図２Ｂ】
0006945725.tif 000004
【図２Ｃ】
0006945725.tif 000005