特許 6137411 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】6137411

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年5月31日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20170522BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 Z

【請求項の数】5

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-530738(P2016-530738)

(86)(22)【出願日】2014年7月1日

(86)【国際出願番号】JP2014067595

(87)【国際公開番号】WO2016002018

(87)【国際公開日】20160107

【審査請求日】2016年3月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】木内 忠昭

【審査官】 戸次 一夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０４６４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０５０１７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０６８６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５１６５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０７２０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−００７７８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６６Ｂ１／００−１／５２

Ｈ０２Ｍ１／００−１／４４

７／４２−７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換回路を構成する複数の半導体素子が搭載された回路基板と、
前記回路基板を収容する本体筐体と、
前記本体筐体の底面または上面に設けられ、前記電力変換回路に電力を入力する入力用コネクタの実装部及び前記電力変換回路で変換された電力を出力する出力用コネクタの実装部と、
前記本体筐体の前面または側面に形成され、前記電力変換回路に接続される補助コネクタの実装部が配設される窪み部と、
前記回路基板に電気的に接続され、一方の実装面に前記入力用コネクタの実装部または前記出力用コネクタの実装部が実装されるとともに、他方の実装面に前記補助コネクタの実装部が実装され、前記他方の実装面が前記本体筐体の前面と平行となる姿勢で前記本体筐体に収容される両面実装型の配線基板と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

前記補助コネクタは、前記出力用コネクタと並列に接続された補助出力用コネクタであり、
前記補助コネクタの実装部と前記出力用コネクタの実装部とを、前記配線基板の両面の対応する位置に配設した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】

前記窪み部を前記本体筐体の前面に形成し、前記補助コネクタをストレート方式のコネクタとし、前記出力用コネクタをライトアングル方式のコネクタと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】

前記回路基板を前記配線基板と平行となるように前記本体筐体の内部に配設したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記窪み部の内底面からの高さは、前記補助コネクタの実装部にケーブルが接続されたコンタクト部を装着し、前記ケーブルを前記窪み部の内底面に沿って曲げた場合に前記ケーブルが前記本体筐体の表面から突出しない高さであることを特徴とする請求項１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、入力された電力を所望の電力に変換して出力する電力変換装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

この種の電力変換装置としては、入力された交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、コンバータ回路で変換された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路とを備えて構成されたものが一般的である。コンバータ回路及びインバータ回路は、本体筐体の内部に収容された回路基板に構成されており、三相の入力端子を介して商用電源等の外部電源に接続され、かつ三相の出力端子を介してモータ等の負荷に接続されている。入力端子及び出力端子は、ケーブルとのコンタクト部が本体筐体の外部に突出する状態でコネクタとして設けられており、本体筐体の外部からケーブルを接続することが可能である（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

通常、入力用コネクタ及び出力用コネクタは、設置に必要となるスペースを削減するため、本体筐体の上面及び底面に設けられている。すなわち、本体筐体の上面や底面に入力用コネクタや出力用コネクタを設けた場合には、外部に突出するケーブルとのコンタクト部が本体筐体の投影域内に配置されるため、周囲に大きなスペースを確保することなく電力変換装置の設置が可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−１３９０１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上述した電力変換装置には、出力用コネクタの追加設定が要望されている。例えば、エレベータ装置において昇降箱を昇降駆動する同期モータに交流電力を出力する電力変換装置では、出力端子を短絡させることで同期モータに制動を加え、昇降箱の移動速度を制御しようというものがある。このような電力変換装置にあっては、同期モータに接続される出力用コネクタとは別に補助出力用コネクタを追加設定すれば、出力用コネクタに同期モータを接続した状態であっても、追加した補助出力用コネクタにスイッチ手段を容易に接続することができるようになる。

【0006】

ここで、本体筐体の上面及び底面には、既に入力用コネクタや出力用コネクタが設けられているため、新たに出力用コネクタを設けるためのスペースを確保することが困難である。また、本体筐体の前面や側面といった周面に出力用コネクタを設けた場合には、上述したように、突出する出力用コネクタとの干渉を避けるために周囲にスペースを確保しなければならず、設置場所に大きな制限が加えられることになる。

【0007】

本発明は、上記実情に鑑みて、設置場所に大きな制限を加えることなく出力用コネクタを追加設定することのできる電力変換装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明に係る電力変換装置は、電力変換回路を構成する複数の半導体素子が搭載された回路基板と、前記回路基板を収容する本体筐体と、前記本体筐体の底面または上面に設けられ、前記電力変換回路に電力を入力する入力用コネクタの実装部及び前記電力変換回路で変換された電力を出力する出力用コネクタの実装部と、前記本体筐体の外部に設けられ、前記電力変換回路に接続される補助コネクタの実装部とを備えた電力変換装置であって、前記本体筐体の周面に窪み部を形成し、前記窪み部の内底面に前記補助コネクタの実装部を設けたことを特徴とする。

【0009】

また本発明は、上述した電力変換装置において、実装面が前記本体筐体の前面に平行となる姿勢で配線基板を前記本体筐体の内部に配設するとともに、前記窪み部を前記本体筐体の前面に形成し、前記配線基板の前面には、前記本体筐体の窪み部に対応する部位に前記補助コネクタの実装部を配設したことを特徴とする。

【0010】

また本発明は、上述した電力変換装置において、前記配線基板を両面実装型とし、前記配線基板の後面には、前記入力用コネクタの実装部または前記出力用コネクタの実装部を配設したことを特徴とする。

【0011】

また本発明は、上述した電力変換装置において、前記補助コネクタは、前記出力用コネクタと並列に接続された補助出力用コネクタであり、前記出力用コネクタの実装部を前記配線基板の後面に配設したことを特徴とする。

【0012】

また本発明は、上述した電力変換装置において、前記補助コネクタの実装部と前記出力用コネクタの実装部とを、前記配線基板の両面の対応する位置に配設したことを特徴とする。

【0013】

また本発明は、上述した電力変換装置において、前記補助コネクタをストレート方式のコネクタとし、前記出力用コネクタをライトアングル方式のコネクタとしたことを特徴とする。

【0014】

また本発明は、上述した電力変換装置において、前記回路基板を前記配線基板と平行となるように前記本体筐体の内部に配設したことを特徴とする。

【0015】

また本発明は、上述した電力変換装置において、前記窪み部の内底面からの高さは、前記補助コネクタの実装部にケーブルが接続されたコンタクト部を装着し、前記ケーブルを前記窪み部の内底面に沿って曲げた場合に前記ケーブルが前記本体筐体の前面から突出しない高さであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、本体筐体の前面や側面といった周面に窪み部を形成し、この窪み部の内底面から外部に突出する状態で補助コネクタを配設するようにしているため、本体筐体の周面からの補助コネクタの突出量が窪み部の高さ分だけ小さくなる。これにより、周囲にスペースを確保することなく補助コネクタを追加設定した電力変換装置を設置することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の実施の形態である電力変換装置の外観を示す斜視図である。

【図2】図２は、図１に示した電力変換装置の本体筐体に対する配線基板、出力用コネクタ及び補助出力用コネクタの配置位置を示す透視斜視図である。

【図3】図３は、図１に示した電力変換装置の底面図である。

【図4】図４は、図１に示した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】

【0018】

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る電力変換装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

【0019】

図１は、本発明の実施の形態である電力変換装置を示したものである。ここで例示する電力変換装置は、例えばエレベータ装置において昇降箱を昇降駆動する同期モータＭに交流電力を出力するもので、図４に示すように、入力された交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路１及びコンバータ回路１で変換された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路２を備えている。これらコンバータ回路１及びインバータ回路２を構成する半導体素子は、図２に示すように、本体筐体１０の内部に収容した回路基板２０に実装してある。回路基板２０は、図２に示すように、実装面が本体筐体１０の前面１０ａに平行となる姿勢で本体筐体１０に支持してある。

【0020】

本体筐体１０の内部には、回路基板２０と平行となるように、インターフェース用の配線基板３０が配設してある。配線基板３０は、本体筐体１０の前面１０ａに対向する前面３０ａ及び本体筐体１０の後面１０ｂに対向する後面３０ｂの双方が実装面となる両面実装型のもので、図示せぬ接続コネクタによって回路基板２０と電気的に接続してある。

【0021】

この配線基板３０には、入力用コネクタ３１（図４参照）、出力用コネクタ３２及び補助出力用コネクタ３３が設けてある。入力用コネクタ３１は、図４に示すように、商用電源等の外部電源から入力される交流電力をコンバータ回路１に供給するための入力インターフェースであり、Ｒ、Ｓ、Ｔ三相の入力端子を備えている。出力用コネクタ３２は、インバータ回路２から出力された交流電力を同期モータＭ等の負荷に供給するための出力インターフェースであり、Ｕ、Ｖ、Ｗ三相の出力端子を備えている。補助出力用コネクタ３３は、出力用コネクタ３２と同様、Ｕ、Ｖ、Ｗ三相の出力端子を備えた出力インターフェースであり、インバータ回路２に対して出力用コネクタ３２と並列となるように接続してある。

【0022】

出力用コネクタ３２及び補助出力用コネクタ３３は、図２に示すように、それぞれが分割可能となる実装部３２ａ，３３ａ及びコンタクト部３２ｂ，３３ｂを備えたものである。実装部３２ａ，３３ａは、配線基板３０に実装される部分であり、コンタクト部３２ｂ，３３ｂは、図１に示すように、ケーブルＣが接続される部分である。出力用コネクタ３２及び補助出力用コネクタ３３は、ケーブルＣとのコンタクト部３２ｂ，３３ｂが本体筐体１０の外部に突出する状態で設けられており、本体筐体１０の外部からＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれの出力端子にケーブルＣを接続することが可能である。

【0023】

本実施の形態では、図２に示すように、配線基板３０の後面３０ｂに出力用コネクタ３２が実装してあるとともに、配線基板３０の前面３０ａに補助出力用コネクタ３３が実装してある。出力用コネクタ３２は、ライトアングル方式のものであり、コンタクト部３２ｂが本体筐体１０の底面１０ｃから外部に突出するように、配線基板３０において後面３０ｂの下端部から下方に向けて突出している。補助出力用コネクタ３３は、ストレート方式のものであり、コンタクト部３３ｂが本体筐体１０の前面１０ａから外部に突出するように、配線基板３０において前面３０ａの下端部から前方に向けて突出している。これら出力用コネクタ３２及び補助出力用コネクタ３３は、本体筐体１０を正面から見た場合、いずれも配線基板３０において本体筐体１０の右下隅部に対応する部分に実装してある。従って、インバータ回路２から出力用コネクタ３２及び補助出力用コネクタ３３に設ける接続用配線パターンの総延長を短縮化することが可能となる。

【0024】

図１及び図２に示すように、出力用コネクタ３２のコンタクト部３２ｂが突出する本体筐体１０の底面１０ｃは、ほぼ平坦状に形成してある。これに対して補助出力用コネクタ３３のコンタクト部３３ｂが突出する本体筐体１０の前面１０ａには、正面向かって右側となる縁部分に窪み部１１が設けてある。窪み部１１は、図１及び図３に示すように、その内底面１１ａが本体筐体１０の前面１０ａに対して後面１０ｂ側に一段低くなるように構成したもので、本体筐体１０の上方、下方及び右側方にそれぞれ開口するように設けてある。本実施の形態では、補助出力用コネクタ３３の実装部３３ａにコンタクト部３３ｂを接続した場合に、窪み部１１の内底面１１ａからコンタクト部３３ｂの突出端までの距離よりも大きな高さを有するように窪み部１１が設けてある。より具体的には、図３に示すように、窪み部１１の内底面から本体筐体１０の前面１０ａまでの高さは、補助出力用コネクタ３３の実装部３３ａにケーブルＣが接続されたコンタクト部３３ｂを装着し、ケーブルＣを窪み部１１において上下方向に沿って配置した場合、あるいは右方向に曲げて配置した場合に、ケーブルＣが本体筐体１０の前面１０ａより突出しないような高さとしてある。

【0025】

尚、図には明示していないが、入力用コネクタ３１は、本体筐体１０の上面からコンタクト部が突出するように設けてある。また、図１中の符号４０は、本体筐体１０の後面１０ｂに設けた冷却ユニットである。冷却ユニット４０は、ＩＧＢＴやコンデンサ等の発熱モジュール（半導体素子）を冷却するためのものである。

【0026】

上記のように構成した電力変換装置では、出力用コネクタ３２に対して独立した位置に補助出力用コネクタ３３が設けてあるため、図４に示すように、出力用コネクタ３２に同期モータＭのケーブルＣを接続した状態であっても、補助出力用コネクタ３３のそれぞれの出力端子に対してスイッチ手段ＳのケーブルＣを容易に接続することができる。これにより、出力端子を短絡させることで同期モータＭに制動を加え、昇降箱の移動速度を制御することが可能となる。

【0027】

しかも、本体筐体１０の上面に入力用コネクタ３１を配設するとともに、本体筐体１０の底面１０ｃに出力用コネクタ３２を配設しているため、入力用コネクタ３１のコンタクト部及び出力用コネクタ３２のコンタクト部３２ｂやこれらに接続したケーブルＣが本体筐体１０の前方や側方といった周囲に突出することがない。さらに、補助出力用コネクタ３３についても、本体筐体１０の前面１０ａに設けた窪み部１１の内底面１１ａから外部に突出するようにしているため、図３に示すように、コンタクト部３３ｂや接続したケーブルＣが本体筐体１０の周囲に突出することがない。これらの結果、周囲にスペースを確保することなく補助出力用コネクタ３３を追加設定した電力変換装置を設置することが可能となる。

【0028】

尚、上述した実施の形態では、配線基板３０の後面３０ｂに出力用コネクタ３２を実装する一方、配線基板３０の前面３０ａに補助出力用コネクタ３３を実装するようにしているため、それぞれの実装部３２ａ，３３ａからインバータ回路２までの間に設ける配線パターンの長さを大幅に削減することができ、配線基板３０及び本体筐体１０の小型化を図ることが可能である。しかしながら、配線基板３０に対する出力用コネクタ３２及び補助出力用コネクタ３３の実装形態は、実施の形態のものに限らない。

【0029】

また、上述した実施の形態では、本体筐体１０の前面１０ａに窪み部１１及び補助出力用コネクタ３３を設けるようにしているが、本体筐体１０の側面に窪み部１１を設け、この窪み部１１の内底面１１ａに補助出力用コネクタ３３を配設するように構成しても良い。尚、本体筐体１０の周面に設ける窪み部１１としては、必ずしも上端から下端にわたる部位の全長に設ける必要はなく、補助出力用コネクタ３３を配設することのできる大きさがあれば良い。

【0030】

さらに、上述した実施の形態では、補助出力用コネクタ３３に出力端子を短絡するためのスイッチ手段Ｓを接続するようにしているが、補助出力用コネクタ３３の用途はこれに限らない。

【0031】

また、上述した実施の形態では、出力用コネクタ３２に並列接続される補助出力用コネクタ３３を対象としているが、入力用コネクタ３１に並列接続される入力用の補助コネクタを対象としても良いし、電力変換装置の直流中間回路に設けられる直流用の補助コネクタを対象としても構わない。

【符号の説明】

【0032】

１ コンバータ回路
２ インバータ回路
１０ 本体筐体
１０ａ 前面
１１ 窪み部
１１ａ 内底面
３０ 配線基板
３０ａ 前面
３０ｂ 後面
３２ 出力用コネクタ
３２ａ 実装部
３２ｂ コンタクト部
３３ 補助出力用コネクタ
３３ａ 実装部
３３ｂ コンタクト部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】