(57)【要約】【課題】使用する電線サイズを小さくし、電線コストの低減および装置の小型化を図る。【解決手段】閉鎖盤１内の下部に入力変圧器２が配設され、上部に縦横に並べて複数個の単位インバータ３が配設される。複数個の単位インバータ３は入力変圧器２の二次巻線に配線９を介して接続される。閉鎖盤１内における複数個の単位インバータ３の奥行き方向の背後には、高さ方向に延びるようにして排気ダクト５が設けられ、この排気ダクト５の上部に換気ファン７が設けられる。複数個の単位インバータ３の下方には、下端開口部が入力変圧器２の巻線の上端部を包囲するように配設され、上端開口部が排気ダクト５の下端開口部に連通されたフード８が設けられる。配線９は、フード８の外側に配設し、入力変圧器２を冷却して上昇した高温の冷却風による熱的な影響を受け難くする。【選択図】図２
2009201214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉鎖盤内の下部に配設された入力変圧器と、
前記閉鎖盤内の上部に縦横に並べて配設され、前記入力変圧器の二次巻線に配線を介して接続された複数個の単位インバータと、
前記閉鎖盤内における前記複数個の単位インバータの奥行き方向の背後に、高さ方向に延びるようにして設けられた排気ダクトと、
この排気ダクトの上部に設けられた換気ファンと、
前記複数個の単位インバータの下方に設けられ、下端開口部が前記入力変圧器の巻線の上端部を包囲するように配設され、上端開口部が前記排気ダクトの下端開口部に連通されたフードと、
前記フードの外側に配設されて前記入力変圧器の二次巻線と前記複数個の単位インバータとを接続する配線と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記フードの下端開口部と前記入力変圧器の巻線の上端部との間隙が狭く絞り込まれていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記フードの少なくとも前記配線に対向する部分に電気絶縁材料のスペーサを配設したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記配線は、前記入力変圧器の二次巻線から上方に立ち上げ、それぞれ高さ方向に配設された複数個の単位インバータの側方を通して、対応する単位インバータの前面に設けられた入力端子に接続して配設したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記複数個の単位インバータの側方を通る複数本からなる配線を、前記単位インバータの奥行き方向に沿って並べて配設したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記複数個の単位インバータは、それぞれ前記閉鎖盤に支持された棚板に載置し、前記複数個の単位インバータの側方を通る配線を、それぞれ前記棚板に支持させたことを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記単位インバータは、直方体形状のシャーシ内に複数個のスイッチング素子、整流ダイオードおよび平滑コンデンサを収納して構成され、そのうち複数個のスイッチング素子および整流ダイオードからなる第１の部品グループは、奥行き方向に並べて配置するとともに板状の冷却フィンにより一体に固定して前記シャーシ内の一方の側に寄せて配設し、前記複数個の平滑コンデンサからなる第２の部品グループは、奥行き方向に並べて前記シャーシ内の他方の側に寄せて配設し、前記シャーシの奥行き方向の前面と背面に、前記第１の部品グループに冷却風を導く第１の吸気口および排気口と、前記第２の部品グループに冷却風を導く第２の吸気口および排気口とを別個に形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記単位インバータの側方を通る配線を、前記単位インバータの第２の部品グループ側の側方を通して配設したことを特徴とする請求項７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、入力変圧器および複数個の単位インバータを使用して高電圧出力を得る電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から省エネルギー対策として種々の方式を用いて電動機を可変速運転することが行われている。その中で高電圧の電動機を可変速運転する際の高調波対策を避ける方式として、たとえば特許文献１に開示されているような入力変圧器および複数個の単位インバータを使用して高電圧出力を得る方式がある。これは、三相の各相に複数の二次巻線を有する入力変圧器と、この変圧器の二次出力にそれぞれ接続される複数個の単位インバータを設け、各相の複数個の単位インバータを３グループに分け、グループごとに直列接続して一方を中性点とし、他方から直接高電圧を出力する方式である。
【０００３】
この方式を用いて電力変換装置を構成する場合、設置スペースを低減するために、たとえば特許文献２に開示されているように、一つの閉鎖盤内の下部に入力変圧器を配設し、上部に複数個の単位インバータを配設して構成することが考えられている。この場合、複数個の単位インバータの背後には排気ダクトを設け、また排気ダクトの上部には冷却ファンを設けて入力変圧器を強制冷却した後の高温の冷却風を、排気ダクトを通して外部に排出させるようにしている。
【特許文献１】特開２００４−３５７４３６号公報
【特許文献２】特開２００７−７４８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来の電力変換装置においては、入力変圧器の二次巻線と複数個の単位インバータとを接続する配線は、入力変圧器の二次巻線から立ち上がり、仕切板の下方を通り、排気ダクトの側方に確保した配線スペースを通して配線されており、入力変圧器を冷却して暖められた冷却風に曝されて温度上昇する懸念がある。
【０００５】
一般に被覆電線は、周囲温度に対する通電容量の依存性が高く、たとえば９０℃定格のゴム絶縁電線を、周囲温度４０℃で使用する場合に比し、変圧器の発熱の影響を加えた周囲温度６０℃で使用する場合には、電流定格は２０数％も低下する。このため温度上昇に応じた電線サイズとしなければならず、電線コストの上昇や電線サイズの大径化に伴う装置外形寸法の増大を招くことになる。
【０００６】
本発明は、上述のような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、使用する電線サイズを小さくすることができ、電線コストの低減および装置の小型化を図ることの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】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明に係る電力変換装置は、閉鎖盤内の下部に配設された入力変圧器と、前記閉鎖盤内の上部に縦横に並べて配設され、前記入力変圧器の二次巻線に配線を介して接続された複数個の単位インバータと、前記閉鎖盤内における前記複数個の単位インバータの奥行き方向の背後に、高さ方向に延びるようにして設けられた排気ダクトと、この排気ダクトの上部に設けられた換気ファンと、前記複数個の単位インバータの下方に設けられ、下端開口部が前記入力変圧器の巻線の上端部を包囲するように配設され、上端開口部が前記排気ダクトの下端開口部に連通されたフードと、前記フードの外側に配設されて前記入力変圧器の二次巻線と前記複数個の単位インバータとを接続する配線と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、入力変圧器を冷却して高温となった冷却風は、フード内を通って排気ダクト内に通り、換気ファンにより閉鎖盤の外部に排出される。その結果、このフードの外側に配設された、入力変圧器の二次巻線と複数個の単位インバータとを接続する配線は、フードに遮へいされて高温の冷却風に曝されることがなくなる。これにより配線に使用する電線は、過度の温度上昇が伴わなくなるので、電線サイズを小さくすることができ、電線コストの低減および装置の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る電力変換装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図１および図２は、本発明に係る電力変換装置の実施の形態を示し、図１は前面パネルを外した状態での内部構造を示す正面図、図２は図１のII−II線矢視側面図である。図３ないし図６は、図１および図２の電力変換装置で使用されている単位インバータを示し、図３は上面板を外した状態での内部構造を示す平面図、図４は図３のIV矢視右側面図、図５は図３および図４のＶ矢視正面図、図６は図３および図４のVI矢視の背面図である。
【００１０】
図１ないし図６において、閉鎖盤１内には、三相の巻線を有する入力変圧器２が下部に配設され、上部に各相３個の計９個の単位インバータ３が配設されている。本実施の形態では、９個の単位インバータ３を使用する場合を例示したが、変換方式によっては個数が異なる場合があり、９個に限定されるものではない。
【００１１】
これら複数個の単位インバータ３は、それぞれ幅方向の両側に上方に折り曲げられた突起部４ａを有する金属製の棚板４上に載置され、入力変圧器２の各相の巻線の並ぶ方向に沿って３列３段となるように配設されている。各棚板４は、閉鎖盤１内に配設されたＦＲＰなどからなる絶縁物製の支柱（図示せず）に支持されている。
【００１２】
閉鎖盤１内における、これら複数個の単位インバータ３の奥行き方向の背後には、高さ方向に延びるようにして排気ダクト５が設けられている。この排気ダクト５は、縦横に配設された複数個の単位インバータ３の背後の全域にわたって設けられており、その上端開口部は、閉鎖盤１の上部に設けられた換気ファン室６に連通されている。換気ファン室６には、複数個の換気ファン７が設けられており、これら換気ファン７によって排気ダクト５内を上昇した冷却風を強制的に閉鎖盤１の外部に排出するようになっている。
【００１３】
複数個の単位インバータ３の下方には、先細りのラッパ形状に構成されたフード８が設けられている。このフード８は、上端開口部が排気ダクト５の下端開口部に連通され、下端開口部が入力変圧器２の巻線の上端部を包囲するように配設されており、入力変圧器２を強制冷却した冷却風がフード８内を通って排気ダクト５内に導かれるようになっている。この場合、フード８の下端開口部と入力変圧器２の巻線の上端部との間隙は、閉鎖盤１の前面パネルの換気口（図示せず）から流入し、この間隙を通ってフード８内に流入する冷却風の流速が巻線の中央部から上昇する冷却風の流速よりも速くなるような適宜な寸法で狭く構成することが望ましい。
【００１４】
またフード８は、入力変圧器２の二次巻線と複数個の単位インバータ３とを接続する後述の配線９に対する熱伝導を低減するために、少なくとも配線９に対向する部分に電気絶縁材料を配設して構成することが望ましい。
【００１５】
入力変圧器２の二次巻線は、各相にそれぞれ３個の巻線が設けられており、各二次巻線から引き出された配線９は、二次巻線の接続端から上方に立ち上げられ、中継端子１０を介した後、整線されてフード８の外側を通り、それぞれ高さ方向に配設された複数個の単位インバータ３の側方を通った後、前方に折り曲げられて、対応する単位インバータ３の前面に設けられた入力端子３ａに接続されている。この配線９の中間部分は、フード８の傾斜した上面に沿わせて配設され、絶縁物製のスペーサ１１を介してフード８に支持されている。なお、中継端子１０は、入力変圧器２の交換作業等を容易にするために設けられるものであり、必ずしも必要とするものではない。またフード８の形状は、直線的な傾斜面を持つ構造に限られるものではなく、矩形や曲率をもった形状で構成することができる。
【００１６】
配線９が接続される複数個の単位インバータ３は、それぞれ入力変圧器２の二次巻線から供給される電力を整流回路および平滑コンデンサで直流に変換し、スイッチング素子および整流ダイオードをブリッジ接続した単相インバータ回路で任意の周波数、電圧の電力に変換するように構成されており、図３ないし図６に示すように、直方体形状のシャーシ１２内に複数個のスイッチング素子１３、整流ダイオード１４、平滑コンデンサ１５および接続導体や制御部品（図示せず）を収納して構成されている。
【００１７】
そのうち複数個のスイッチング素子１３および整流ダイオード１４からなる第１の部品グループは、シャーシ１２の前面から背面に至る奥行き方向に並べて配置されており、しかも奥行き方向に延びる板状の冷却フィン１６により一体に固定されてシャーシ１２内の一方の側（図３および図５の左側、図６の右側）に寄せて配設され、複数個の平滑コンデンサ１５からなる第２の部品グループは、奥行き方向に並べてシャーシ１２内の他方の側（図３および図５の右側、図６の右側）に寄せて配設されている。
【００１８】
そしてシャーシ１２の奥行き方向の前面と背面には、第１の部品グループに対して奥行き方向に冷却風を導く第１の吸気口１２ａおよび排気口１２ｂと、第２の部品グループに対して奥行き方向の冷却風を導く第２の吸気口１２ｃおよび排気口１２ｄとが別個に形成されており、さらに平滑コンデンサ１５を配置した側の側面にも吸気口１２ｅが形成されている。シャーシ１２の背面に形成された排気口１２ｂ，１２ｄは、排気ダクト５に連通されている。またシャーシ１２の前面の入力端子３ａは、吸気口１２ａと吸気口１２ｃとの間に設けられている。
【００１９】
これら複数個の単位インバータ３は、図１および図２に示すように相ごとに高さ方向に段積み状態に配設されており、単位インバータ３の側方を通る各相の配線９は、単位インバータ３の第２の部品グループ側の側方を通して配設されている。これは配線９を単位インバータ３の中で最も発熱量の多いスイッチング素子とその冷却フィンから遠ざけて配設することにより、熱的な影響を受け難くするためである。
【００２０】
そして単位インバータ３の側方を通る複数本の配線９は、それぞれ単位インバータ３の奥行き方向に沿って並べて配設され、棚板４の突起部４ａにフック等の適宜な配線サポート１７を用いて固定支持されている。複数本の配線９を単位インバータ３の奥行き方向に沿って並べて配設することによって配線相互の熱干渉を軽減でき、しかも配線スペースの幅寸法を縮小することができる。
【００２１】
このように構成した電力変換装置においては、換気ファン７が駆動されると、矢印で示すように、閉鎖盤１の前面パネルに設けられた換気口（図示せず）から冷却風が取り入れられ、最も発熱量の多い入力変圧器２を強制冷却して高温となった冷却風は、フード８内を通り、排気ダクト５内を通って換気ファン７により閉鎖盤１の外部に排出され、他方、入力変圧器２の周囲から上昇した冷却風は、複数個の単位インバータ３内およびその周囲を奥行き方向に沿って通過して各単位インバータ３を冷却した後、排気ダクト５内を通って換気ファン７により閉鎖盤１の外部に排出されるようになる。
【００２２】
したがって入力変圧器２の二次巻線と複数個の単位インバータ３とを接続する各配線９は、フード８の外側に配設されているので、フード８により遮へいされて入力変圧器２から上昇する高温の冷却風に曝されることがなくなる。この場合、フード８の配線９に対向する部分に熱伝導性の低い電気絶縁材料を配設したり、配線９のフード８への支持に絶縁物製のスペーサ１１を介在させて配線９が直接フード８に接しないように構成したり、フード８の下端開口部と巻線の上端部との間隙を狭くして流速の速い空気流をフード８の内面に発生させてエアーカーテンの機能を持たせることにより熱断絶を発生させたりすることによって、入力変圧器２から上昇する高温の冷却風がフード８を介して配線９へ熱伝導することも低減されることになる。
【００２３】
また単位インバータ３の側方を通る配線９は、スイッチング素子等の第１の部品グループよりも温度上昇の低い第２の部品グループ側の側方を通して配設されており、さらに第２の部品グループの冷却系統の吸気口１２ｃ，１２ｅを横断するように配設され、しかも複数本が奥行き方向に沿って並べて配設されているので、第２の部品グループを冷却する冷却風および配線スペースを通過する冷却風により冷却されることになる。この冷却風は、入力変圧器２を冷却した冷却風とは別系統の流れで、閉鎖盤１の前面から外気とほぼ同じ温度で供給されるので、各単位インバータ３および配線９を効率よく冷却することができる。
【００２４】
これにより配線９に使用する電線は、全長にわたって入力変圧器２から熱的な影響を受けることが少なくなり、過度の温度上昇が伴わなくなるので、電線サイズを小さくして通電容量を増大することができ、電線コストを低減することができる。しかも電線サイズを小さくできることに加えて単位インバータ３の側方の配線スペースを縮小することができることから、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る電力変換装置の実施の形態において、前面パネルを外した状態での内部構造を示す正面図である。
【図２】図１のII−II線矢視側面図である。
【図３】図１および図２の電力変換装置で使用されている単位インバータにおいて、上面板を外した状態での内部構造を示す平面図である。
【図４】図３のIV矢視右側面図である。
【図５】図３および図４のＶ矢視正面図である。
【図６】図３および図４のVI矢視背面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  ：  閉鎖盤
２  ：  入力変圧器
３  ：  単位インバータ
３ａ  ：  入力端子
４  ：  棚板
４ａ  ：  突起部
５  ：  排気ダクト
６  ：  換気ファン室
７  ：  換気ファン
８  ：  フード
９  ：  配線
１０  ：  中継端子
１１  ：  スペーサ
１２  ：  シャーシ
１２ａ，１２ｃ，１２ｅ  ：  吸気口
１２ｂ，１２ｄ  ：  排気口
１３  ：  スイッチング素子
１４  ：  整流ダイオード
１５  ：  平滑コンデンサ
１６  ：  冷却フィン
１７  ：  配線サポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009201214.tif 000006
【図５】
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【図６】
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