特許 5886695 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5886695

(24)【登録日】2016年2月19日

(45)【発行日】2016年3月16日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20160303BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 L

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-136651(P2012-136651)

(22)【出願日】2012年6月18日

(65)【公開番号】特開2014-3782(P2014-3782A)

(43)【公開日】2014年1月9日

【審査請求日】2014年10月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林 健太

【審査官】 槻木澤 昌司

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−３０４６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４３１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３４６５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２３１０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２３９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８８２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−３０８０６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換装置であって、
キースイッチが設けられた扉を有する筺体と、
前記筺体の内部に収容され、直流電力および交流電力のうちの一方から他方へと変換する電力変換部と、
前記電力変換部を制御する制御回路と、
前記筺体に設置され、受付けた操作に応じた制御を前記制御回路に実行させるための操作信号を前記制御回路に送信する機能と、前記受付けた操作を無効にするための機能とを有する第１の操作部と、
前記筺体の内部に設置され、前記第１の操作部の機能の少なくとも一部と共通の機能を有する第２の操作部とを備え、
前記第１の操作部は、
前記電力変換装置の起動のための第１のスイッチと、
前記電力変換装置の停止のための第２のスイッチと、
前記電力変換装置の非常停止のための第３のスイッチと、
前記第１〜第３のスイッチの操作を無効にするための第１のインターロックスイッチとを含み、
前記第２の操作部は、
前記第１〜第３のスイッチの操作を無効にするための第２のインターロックスイッチを含む、電力変換装置。

【請求項2】

電力変換装置であって、
キースイッチが設けられた扉を有する筺体と、
前記筺体の内部に収容され、直流電力および交流電力のうちの一方から他方へと変換する電力変換部と、
前記電力変換部を制御する制御回路と、
前記筺体に設置され、受付けた操作に応じた制御を前記制御回路に実行させるための操作信号を前記制御回路に送信する機能と、前記受付けた操作を無効にするための機能とを有する第１の操作部と、
前記筺体の内部に設置され、前記第１の操作部の機能の少なくとも一部と共通の機能を有する第２の操作部とを備え、
前記第１の操作部は、
前記電力変換装置の起動のための第１のスイッチと、
前記電力変換装置の停止のための第２のスイッチと、
前記電力変換装置の非常停止のための第３のスイッチと、
前記第１〜第３のスイッチの操作を無効にするための第１のインターロックスイッチとを含み、
前記第２の操作部は、
前記電力変換装置の起動のための第４のスイッチと、
前記電力変換装置の停止のための第５のスイッチと、
前記電力変換装置の非常停止のための第６のスイッチとを含む、電力変換装置。

【請求項3】

電力変換装置であって、
キースイッチが設けられた扉を有する筺体と、
前記筺体の内部に収容され、直流電力および交流電力のうちの一方から他方へと変換する電力変換部と、
前記電力変換部を制御する制御回路と、
前記筺体に設置され、受付けた操作に応じた制御を前記制御回路に実行させるための操作信号を前記制御回路に送信する機能と、前記受付けた操作を無効にするための機能とを有する第１の操作部と、
前記筺体の内部に設置され、前記第１の操作部の機能の少なくとも一部と共通の機能を有する第２の操作部とを備え、
前記第１の操作部は、
前記電力変換装置の起動のための第１のスイッチと、
前記電力変換装置の停止のための第２のスイッチと、
前記電力変換装置の非常停止のための第３のスイッチと、
前記第１〜第３のスイッチの操作を無効にするための第１のインターロックスイッチとを含み、
前記第２の操作部は、
前記電力変換装置の起動のための第４のスイッチと、
前記電力変換装置の停止のための第５のスイッチと、
前記電力変換装置の非常停止のための第６のスイッチと、
少なくとも前記第１〜第３のスイッチの操作を無効にするための第２のインターロックスイッチとを含む、電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電力変換装置に関し、特に、電力変換装置の操作のための機構に関する。

【背景技術】

【0002】

電力変換装置は、たとえば、直流電力を交流電力に変換するインバータ、その直流電力を交流電源から生成するコンバータ等によって構成される。通常では、電力変換装置の操作は、その電力変換装置に具備された操作部を操作することにより行なわれる。たとえば操作部には、電力変換装置の開始、終了および非常停止の各々の動作を操作するためのスイッチが設けられている。なお、操作部は、電力変換装置の状態等を表示するための表示器と一体化されていることが多い。

【0003】

操作器および表示器を備えた電力変換装置が、たとえば特開平７−３０８０６１号公報（特許文献１）に開示されている。この操作・表示器はパネル部と制御部とで構成される。パネル部は、７セグメントＬＥＤと、液晶表示器と、入力キーとを含む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７−３０８０６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電力変換装置に不要な操作が行なわれた場合、たとえば電力変換装置が非常停止するなどの事態が生じうる。したがって不要な操作を無効にするための機能が電力変換装置に要求される。一方で、不要な操作を無効にするためにセキュリティ機能を強化すると、真に電力変換装置の操作が必要とされる場合に、その操作、すなわち正常な操作に影響が出る可能性がある。たとえば非常停止が必要とされる事態が生じた場合には、セキュリティ機能を解除した上で電力変換装置を非常停止させなければならない。したがってセキュリティ機能の解除および非常停止の操作に時間および手間を要する可能性がある。

【0006】

したがって、本発明の目的は、不要な操作を無効にするためのセキュリティを強化しながら正常の操作を可能にする電力変換装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある局面に従う電力変換装置は、キースイッチが設けられた扉を有する筺体と、筺体の内部に収容され、直流電力および交流電力のうちの一方から他方へと変換する電力変換部と、電力変換部を制御する制御回路と、筺体に設置され、受付けた操作に応じた制御を制御回路に実行させるための操作信号を制御回路に送信する機能と、受付けた操作を無効にするための機能とを有する第１の操作部と、筺体の内部に設置され、第１の操作部の機能の少なくとも一部と共通の機能を有する第２の操作部とを備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、不要な操作を無効にするためのセキュリティを強化しながら正常の操作を可能にする電力変換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の主要部の構成図である。

【図2】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の外観の例を示した図である。

【図3】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の外部および内部の構成を示した図である。

【図4】表示画面の表示例を示した図である。

【図5】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の第１の比較例の構成を示した図である。

【図6】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の第２の比較例の構成を示した図である。

【図7】本発明の第２の実施の形態に係る電力変換装置の外部および内部の構成を示した図である。

【図8】本発明の第３の実施の形態に係る電力変換装置の外部および内部の構成を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0011】

［実施の形態１］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の主要部の構成図である。図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置１０１は、直流電源１および交流電源５に接続され、負荷３に交流電力を供給する。直流電源１は、直流電圧源が構成できるものであれば特に限定されず、たとえばコンバータ、蓄電池またはコンデンサ、あるいはそれらの組み合わせを適宜採用することができる。

【0012】

電力変換装置１０１は、インバータ２と、コンバータ４と、インバータトランス６と、フィルタコンデンサ７と、操作部１２を含む表示部１１と、制御回路１３とを備える。コンバータ４は、交流電源５から供給される交流電力を直流電力に変換する。インバータ２は、コンバータ４および直流電源１のうち少なくとも一方から供給される直流電力を、負荷３へと供給される交流電力へと変換する。なお、直流電源１が蓄電池あるいはコンデンサといった、充電および放電の両方が可能な装置によって構成される場合には、コンバータ４から供給される直流電力の一部が直流電源１に供給されて直流電源１が充電される。インバータトランス６とフィルタコンデンサ７とは、インバータ２の出力の波形を整形して、インバータ２の出力を負荷３の要求に合致した出力へと変換する。

【0013】

表示部１１は、電力変換装置１０１の動作状態などを表示する。さらに、表示部１１は、操作部１２が操作された結果を表示する。操作部１２は、操作者の入力を受け付ける。操作部１２は、操作者の操作の内容を示す信号を制御回路１３へと送信する。本明細書において、「操作者」とは、電力変換装置１０１の操作が許可された者を意味し、通常の操作に携わる操作員だけでなく、保守員も含みうる。たとえば保守員は、非常時に操作部１２を操作することにより、電力変換装置１０１を非常停止させる。

【0014】

制御回路１３は、コンバータ４およびインバータ２を制御する。通常の動作時におけるコンバータ４およびインバータ２の制御には、たとえばＰＷＭ制御など公知の制御を適用することができる。さらに制御回路１３は、操作部１２の操作結果に応じて、電力変換装置１０１を制御する。

【0015】

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の外観の例を示した図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の外部および内部の構成を示した図である。図２および図３を参照して、表示部１１は、電力変換装置１０１の筺体３０に取り付けられる。すなわち、表示部１１は、電力変換装置１０１の外部側に設置される。一実施形態では、表示部１１は、電力変換装置１０１の扉３１に取り付けられる。図１に示されたコンバータ４、インバータ２、制御回路１３等の回路は、筺体３０の内部に収容される。

【0016】

表示部１１は、操作部１２と、表示画面１４とを含む。操作部１２は、スタートスイッチ１７ａと、ストップスイッチ１７ｂと、非常停止スイッチ１７ｃと、キースイッチ１５とを含む。スタートスイッチ１７ａは、電力変換装置１０１を起動させるためのスイッチである。ストップスイッチ１７ｂは、電力変換装置１０１を停止させるためのスイッチである。非常停止スイッチ１７ｃは、電力変換装置１０１を非常停止させるためのスイッチである。

【0017】

本明細書において、「起動」とは、コンバータ４およびインバータ２の動作を開始させることを意味する。「停止」とは、電力変換装置１０１と交流電源５とが電気的に接続されているが、コンバータ４およびインバータ２の動作が停止している状態を意味する。「非常停止」とは、電力変換装置１０１が強制的に停止されることを意味する。非常停止の場合、たとえば電力変換装置１０１と交流電源５との間の電気的接続が遮断される。

【0018】

スタートスイッチ１７ａと、ストップスイッチ１７ｂと、非常停止スイッチ１７ｃとのうちのいずれかのスイッチが操作されることで、操作部１２は、その操作を受付ける。操作部１２は、受け付けた操作に応じた制御を制御回路１３に実行させるための操作信号を送信する。操作信号はＡＮＤ回路２５を通じて制御回路１３に送られる。制御回路１３は、その操作信号に応じて制御信号を生成して、その制御信号をコンバータ４およびインバータ２に出力する。コンバータ４およびインバータ２は、その制御信号に従って動作する。これにより、操作部１２の操作に応じた電力変換装置１０１の動作が実現される。制御回路１３は、さらに、表示信号を表示画面１４に出力して、その制御結果を表示画面１４に表示させる。

【0019】

キースイッチ１５は、操作部１２（スタートスイッチ１７ａと、ストップスイッチ１７ｂと、非常停止スイッチ１７ｃ）から制御回路１３への操作信号を伝達するか否かを切り替えるためのものである。すなわちキースイッチは、操作部１２の各スイッチが受付けた操作を無効にするためのインターロックスイッチとして機能する。キースイッチ１５のキーは、操作員が管理する。これにより、操作者以外の者による不要な操作が防止される。

【0020】

扉３１には、装置開閉キースイッチ２２が設けられる。装置開閉キースイッチ２２は、キーによる操作に伴って扉３１を施錠および解錠する。装置開閉キースイッチ２２のキーは、操作員が管理する。

【0021】

電力変換装置１０１の内部には、ＡＮＤ回路２５と、操作部２０と、制御回路１３とが設けられる。操作部２０は、インターロック用スイッチ２１を含む。キースイッチ１５と同様に、インターロック用スイッチ２１は、操作部１２から制御回路１３への操作信号を伝達するか否かを切り替えるためのものである。

【0022】

ＡＮＤ回路２５は、スタートスイッチ１７ａ、ストップスイッチ１７ｂおよび非常停止スイッチ１７ｃの操作結果を示す信号（すなわち操作信号）、キースイッチ１５からの信号およびインターロック用スイッチ２１からの信号を受ける。キースイッチ１５およびインターロック用スイッチ２１の両方のインターロックが無効である場合には、ＡＮＤ回路２５は、操作信号を有効にする。一方、キースイッチ１５およびインターロック用スイッチ２１の少なくとも一方のインターロックが有効である場合には、ＡＮＤ回路２５は、操作信号を無効にする。したがって、スタートスイッチ１７ａ、ストップスイッチ１７ｂおよび非常停止スイッチ１７ｃのいずれかが操作されても、その操作を示す操作信号が制御回路１３に伝達されない。なお、インターロック用スイッチ２１の優先度をキースイッチ１５の優先度より高くして、キースイッチ１５による操作ロックがされていても、インターロック用スイッチ２１の操作により、操作ロックが解除されるという構成であってもよい。

【0023】

図４は、表示画面の表示例を示した図である。図４を参照して、キースイッチ１５あるいはインターロック用スイッチ２１によって、スタートスイッチ１７ａ、ストップスイッチ１７ｂおよび非常停止スイッチ１７ｃの操作がロックされた場合、そのことを示すメッセージ（「操作ロック中」）および、そのロックを示すキーの図形が表示画面１４に表示される。一方、これらのスイッチの操作ロックが解除された場合には、「操作ロック中」とのメッセージおよびキーの図形は、表示画面１４に表示されない。

【0024】

第１の実施の形態に係る電力変換装置の特徴を、比較例の構成との対比によって説明する。図５は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の第１の比較例の構成を示した図である。図３および図５を参照して、第１の比較例に係る電力変換装置１０１Ａは、インターロック用スイッチ２１に代えて、非常停止スイッチ１６を装置の内部に備える点において、電力変換装置１０１と異なる。なお、図５に示された部分以外の電力変換装置１０１Ａの構成は、電力変換装置１０１の対応する部分の構成と同様である。

【0025】

この構成によれば、緊急時にたとえば保守員が装置開閉キースイッチ２２を解錠して、装置内部の非常停止スイッチ１６を操作する。これにより電力変換装置１０１Ａを停止させることができる。しかし、キースイッチ１５が操作不可能になった場合、たとえばインターロックを解除できなくなると、操作者といえども電力変換装置の正常操作（すなわち起動あるいは停止）ができない。

【0026】

図６は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の第２の比較例の構成を示した図である。図３および図６を参照して、第２の比較例に係る電力変換装置１０１Ｂは、装置内部のインターロック用スイッチ２１が設けられていない点において、電力変換装置１０１と異なる。なお、図６に示された部分以外の電力変換装置１０１Ｂの構成は、電力変換装置１０１の対応する部分の構成と同様である。図５に示された構成と同じく、この構成によれば、キースイッチ１５が操作不可能になった場合、操作者といえども電力変換装置の正常操作（起動、停止、非常停止）が不可能になる。

【0027】

これに対して第１の実施の形態によれば、電力変換装置１０１の内部に、インターロック用スイッチ２１が設けられる。インターロック用スイッチ２１を操作するためには、装置開閉キースイッチ２２が必要となる。装置開閉キースイッチ２２のキーは、たとえば保守員によって管理される。

【0028】

キースイッチ１５と装置開閉キースイッチ２２との組合わせによって、セキュリティの多重化を図ることができる。たとえばキースイッチ１５とインターロック用スイッチ２１との両方によりインターロック機能を有効にしておけば、キースイッチ１５が操作されることにより、キースイッチ１５のインターロックが無効になっても、インターロック用スイッチ２１によるインターロックは有効なままである。この場合、装置開閉キースイッチ２２を操作しない限り、インターロックは解除されない。したがって、セキュリティを強化することができる。

【0029】

また、キースイッチ１５の故障により、キースイッチ１５のインターロックに無効になった場合にも、インターロック用スイッチ２１を操作することで、インターロック機能を有効にすることができる。また、電力変換装置１０１を緊急停止させる必要が生じた場合には、インターロック用スイッチ２１を操作することで、インターロック機能を無効にすることができる。したがって、操作部１２の非常停止スイッチ１７ｃを操作することで電力変換装置１０１を緊急停止させることができる。このように第１の実施の形態によれば、不要な操作を無効にするためのセキュリティを強化しながら正常の操作を可能にすることができる。

【0030】

［実施の形態２］
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る電力変換装置の外部および内部の構成を示した図である。図３および図７を参照して、第２の実施の形態に係る電力変換装置１０２は、その内部の操作部２０が、スタートスイッチ２７ａと、ストップスイッチ２７ｂと、非常停止スイッチ２７ｃとを含む点、および、ＯＲ回路２６が追加される点において第１の実施の形態に係る電力変換装置１０１と異なる。ＯＲ回路２６は、ＡＮＤ回路２５の出力と、操作部２０の出力とを受けて、操作信号を制御回路１３へと出力する。図７に示された部分以外の電力変換装置１０２の構成は、電力変換装置１０１の対応する部分の構成と同様である。

【0031】

第２の実施の形態では、装置開閉キースイッチ２２を解錠して扉３１を開けることにより、操作部２０の各スイッチの操作が可能となる。ＯＲ回路２６は、キースイッチ１５が解錠され、かつ、操作部１２の各スイッチが操作された場合に、その操作に応じた操作信号を制御回路１３へと出力する。また、ＯＲ回路２６は、装置開閉キースイッチ２２が解錠され、かつ操作部２０の各スイッチが操作された場合に、その操作に応じた操作信号を制御回路１３へと出力する。

【0032】

たとえばキースイッチ１５によって操作部１２の起動スイッチ１７ａ等のスイッチの操作が無効とされる。この場合、電力変換装置１０２を操作するには操作部２０の各スイッチを操作しなければならない。操作部２０の各スイッチを操作するには、装置開閉キースイッチ２２を解錠する必要がある。したがって、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同じく、セキュリティの多重化を図ることができる。さらに、第２の実施の形態によれば、キースイッチ１５の故障により、操作部１２の非常停止スイッチ１７ｃ等のスイッチの操作が無効である場合に、操作部２０の各スイッチを操作することで、電力変換装置１０２の操作が可能となる。したがって、電力変換装置の緊急時における正常操作が可能となる。

【0033】

［実施の形態３］
図８は、本発明の第３の実施の形態に係る電力変換装置の外部および内部の構成を示した図である。図７および図８を参照して、第３の実施の形態に係る電力変換装置１０３は、操作部２０が、インターロック用スイッチ２１をさらに含む点において、第２の実施の形態に係る電力変換装置１０２と異なる。インターロック用スイッチ２１の機能は、第１の実施の形態で説明した機能と同じである。図７に示された部分以外の電力変換装置１０３の構成は、電力変換装置１０１，１０２の対応する部分の構成と同様である。

【0034】

第３の実施の形態に係る電力変換装置１０３は、第１の実施の形態および第２の実施の形態を組み合わせた構成を有している。したがって、第１および第２の実施の形態と同様に、キースイッチ１５と装置開閉キースイッチ２２との組み合わせによって、セキュリティの多重化を図ることができる。

【0035】

また第３の実施の形態によれば、たとえばキースイッチ１５の鍵を紛失した場合でも、装置開閉キースイッチ２２の操作によって扉３１を開けることで、インターロック用スイッチ２１を操作することができる。これにより、たとえばインターロック機能を有効できるので、不要な操作を防止することができる。また、操作部２０のスタートスイッチ２７ａ、ストップスイッチ２７ｂ、または非常停止スイッチ２７ｃを操作することで、電力変換装置１０３の操作が可能となる。したがって、電力変換装置の緊急時における正常操作が可能となる。

【0036】

なお、図１において、電力変換装置はコンバータおよびインバータの両方を備えるものとしたが、電力変換装置の構成はこれに限定されるものではない。本発明に係る電力変換装置は、直流電力および交流電力のうちの一方から他方へと変換する電力変換部を備えていればよい。したがって、コンバータおよびインバータのうちのいずれか一方のみが電力変換装置に含まれていてもよい。

【0037】

また、表示部１１および操作部１２は、電力変換装置の扉に設置されるものと限定されない。装置開閉キースイッチ２２とは別に、表示部１１および操作部１２が電力変換装置の筺体に設置されていてもよい。

【0038】

また、第３の実施の形態において、インターロック用スイッチ２３は、操作部１２のスタートスイッチ１７ａ、ストップスイッチ１７ｂ、非常停止スイッチ１７ｃだけでなく、操作部２０のスタートスイッチ２７ａ、ストップスイッチ２７ｂ、非常停止スイッチ２７ｃの操作を有効にするか否かを切り替えてもよい。

【0039】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なもので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特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0040】

１ 直流電源、２ インバータ、３ 負荷、４ コンバータ、５ 交流電源、６ インバータトランス、７ フィルタコンデンサ、１１ 表示部、１２，２０ 操作部、１３ 制御回路、１４ 表示画面、１５ キースイッチ、１６，１７ｃ，２７ｃ 非常停止スイッチ、１７ａ，２７ａ スタートスイッチ、１７ｂ，２７ｂ ストップスイッチ、２１，２３ インターロック用スイッチ、２２ 装置開閉キースイッチ、２５ ＡＮＤ回路、２６ ＯＲ回路、３０ 筺体、３１ 扉、１０１〜１０３，１０１Ａ，１０１Ｂ 電力変換装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】