特許 7140711 無停電電源システム

(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】

(24)【登録日】2022-09-12

(45)【発行日】2022-09-21

(54)【発明の名称】無停電電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 9/06 20060101AFI20220913BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20220913BHJP

【ＦＩ】

H02J9/06 120

H02M7/48 M

H02M7/48 N

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019094626

(22)【出願日】2019-05-20

(65)【公開番号】P2020191709

(43)【公開日】2020-11-26

【審査請求日】2021-06-22

(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】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】島 孝司

【審査官】下林 義明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１４８１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１４７２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２４９３５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ９／００ － １１／００

Ｈ０２Ｍ ７／４２ － ７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源からの交流電力が供給される入力側母線と、
負荷に対して交流電力を出力する出力側母線と、
各々が、前記入力側母線および前記出力側母線と接続される複数の無停電電源装置とを備え、
各前記無停電電源装置は、
前記入力側母線と接続され、前記入力側母線からの過大電力の入力を遮断するための第１の遮断部と、
出力側母線と接続され、前記出力側母線への過大電力の出力を遮断するための第２の遮断部とを含み、
前記複数の無停電電源装置は、前記入力側母線および前記出力側母線を境にして、互いに背面側が対向するように設けられる、無停電電源システム。

【請求項2】

バイパス交流電源からのバイパス交流電力が供給されるバイパス入力側母線をさらに備え、
各前記無停電電源装置は、
前記バイパス交流電源と接続され、前記バイパス入力側母線からの過大電力の入力を遮断するための第３の遮断部をさらに含む、請求項１記載の無停電電源システム。

【請求項3】

各前記無停電電源装置は、背面側にスペースを有しており、
各前記無停電電源装置の背面側を互いに向かい合わせて配置することにより各前記無停電電源装置を保守可能に設けられる背面アクセススペースが形成される、請求項１記載の無停電電源システム。

【請求項4】

前記入力側母線は、前記交流電源から遠ざかるほど細くなり、
前記出力側母線は、前記負荷に近づくほど太くなるように構成される、請求項１記載の無停電電源システム。

【請求項5】

前記無停電電源装置は、
前記第１の遮断部と接続される入力側スイッチ部と、
前記入力側スイッチ部に接続される電力変換部と、
前記電力変換部と前記第２の遮断部との間に設けられる出力側スイッチ部とを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の無停電電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、無停電電源システムに関し、特に、複数の無停電電源装置を備える無停電電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数の無停電電源装置を備える無停電電源システムが知られている（特許文献１）。

【0003】

上記特許文献１には、負荷に対して並列に接続されている複数の無停電電源モジュールを備える無停電電源装置が開示されている。この無停電電源装置では、複数の無停電電源モジュールの入力側を互いに連結する配線と、複数の無停電電源モジュールの出力側を互いに連結する配線とが設けられている。

【0004】

ここで、上記特許文献１に記載のような従来の無停電電源装置では、複数の無停電電源モジュールが配置された後、複数の無停電電源モジュールの入力側および出力側の配線接続のための入出力モジュールが、複数の無停電電源モジュールと別個に設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許６０９０５２３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

この点で、上記特許文献１では、入出力モジュールと複数の無停電電源モジュールとを連結部材を介して接続することによりコンパクト化する方式が示されているが、小型化を図る点でさらに工夫する必要がある。

【0007】

本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、小型化が可能な無停電電源システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

ある局面に従う無停電電源システムは、交流電源からの交流電力が供給される入力側母線と、負荷に対して交流電力を出力する出力側母線と、各々が、入力側母線および出力側母線と接続される複数の無停電電源装置とを備える。各無停電電源装置は、入力側母線と接続され、入力側母線からの過大電力の入力を遮断するための第１の遮断部と、出力側母線と接続され、出力側母線への過大電力の出力を遮断するための第２の遮断部とを含む。

【0009】

好ましくは、バイパス交流電源からのバイパス交流電力が供給されるバイパス入力側母線をさらに備える。各無停電電源装置は、バイパス交流電源と接続され、バイパス入力側母線からの過大電力の入力を遮断するための第３の遮断部をさらに含む。

【0010】

好ましくは、複数の無停電電源装置は、入力側母線および出力側母線を境にして、互いに背面側が対向するように設けられる。

【0011】

好ましくは、入力側母線は、交流電源から遠ざかるほど細くなり、出力側母線は、負荷に近づくほど太くなるように構成される。

【0012】

好ましくは、無停電電源装置は、第１の遮断部と接続される入力側スイッチ部と、入力側スイッチ部に接続される電力変換部と、電力変換部と第２の遮断部との間に設けられる出力側スイッチ部とを含む。

【発明の効果】

【0013】

一実施例によれば、無停電電源システムは、小型化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態に基づく無停電電源システム１０の外観構成を説明する図である。

【図2】実施形態に基づく無停電電源システム１０のＸ－Ｘ断面の外観構成を説明する図である。

【図3】無停電電源モジュール１の一部の外観を説明する図である。

【図4】無停電電源システム１０の母線接続の関係を説明する図である。

【図5】無停電電源モジュール１の入出力部１００Ｂの外観構成である。

【図6】限流リアクトルＸ１，Ｘ９の配置について説明する図である。

【図7】無停電電源システム１０の回路構成図である。

【図8】実施形態に基づく無停電電源システム１０の背面アクセススペースを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0016】

図１は、実施形態に基づく無停電電源システム１０の外観構成を説明する図である。
図１に示されるように、無停電電源システム１０は、複数の無停電電源モジュール（無停電電源装置）を含む。

【0017】

本例においては、無停電電源システム１０は、無停電電源モジュール１～５と、制御モジュール６とを含む。

【0018】

無停電電源システム１０には、入力および出力用の母線が設けられており、各無停電電源モジュール１～５と接続される。

【0019】

無停電電源モジュール１～５は、図示していないが互いに並列に接続されている。
制御モジュール６は、各無停電電源モジュール１～５を集中的に管理する制御機構を有している。

【0020】

図２は、実施形態に基づく無停電電源システム１０のＸ－Ｘ断面の外観構成を説明する図である。

【0021】

図２に示されるように、左右に無停電電源モジュール１および３が設けられる。
無停電電源モジュール１および３の背面同士が互いに対向している。

【0022】

各無停電電源モジュールの背面には、各無停電下電源モジュールの保守、点検または管理のための背面アクセススペース８が設けられている。

【0023】

背面アクセススペース８は、制御モジュール６の内部扉を介して侵入することが可能に設けられている。

【0024】

複数の母線２０が無停電電源モジュール１および３の間に配置されている。複数の母線２０と無停電電源モジュール１および３がそれぞれ接続される。

【0025】

図３は、無停電電源モジュール１の一部の外観を説明する図である。
図３（Ａ）には、無停電電源モジュール１の外観が示されている。

【0026】

無停電電源モジュール１は、電力変換部１００Ａと、入出力部１００Ｂとを含む。
なお、他の無停電電源モジュール２～５についても同様の構成を有している。

【0027】

図３（Ｂ）には、無停電電源モジュール１の背面側の外観構成が示されている。
具体的には、母線２０－１～２０－３が設けられている場合が示されている。

【0028】

母線２０－１は、交流電源と接続され、各無停電電源モジュールの入出力部１００Ｂを介して交流電力が入力される。３相交流電源であるためＵ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応して３本の母線が設けられている。他の母線についても同様である。

【0029】

母線２０－２は、バイパス交流電源と接続され、各無停電電源モジュールの入出力部１００Ｂを介してバイパス交流電力が入力される。

【0030】

母線２０－３は、各無停電電源モジュールの入出力部１００Ｂを介して電力変換された交流電力を負荷側に供給する。

【0031】

入力側の母線２０－１，２０－２は、交流電源側の方が太く設けられ、出力側に向けて細く構成される。すなわち、交流電源から遠ざかれば遠ざかるほど細くなり、一方、出力側の母線２０－３は、出力側に向けて負荷に近づけば近づくほど太くなるように構成される。

【0032】

図４は、無停電電源システム１０の母線接続の関係を説明する図である。
図４に示されるように、無停電電源システム１０は、交流入力母線２０－１と、バイパス入力母線２０－２と、交流出力母線２０－３とを含む。

【0033】

無停電電源モジュール１～５は、交流入力母線２０－１と、バイパス入力母線２０－２と、交流出力母線２０－３とそれぞれ接続され、互いに並列に接続される。

【0034】

無停電電源モジュール１は、電力変換部１００Ａと、入出力部１００Ｂとを含む。電力変換部１００Ａの詳細については後述する。

【0035】

入出力部１００Ｂは、遮断器（ヒューズ）５２Ｃ，５２Ｉ，５２Ｒと、限流リアクトルＸ１，Ｘ９とを含む。他の無停電電源モジュール２～５についても同様の構成を有している。

【0036】

遮断器（ヒューズ）５２Ｒは、交流入力母線２０－１と、電力変換部１００Ａとの間に接続され、過大な電力の入力を遮断する。

【0037】

遮断器（ヒューズ）５２Ｉおよび限流リアクトルＸ１は直列に接続され、交流出力母線２０－３と、電力変換部１００Ａとの間に接続され、過大な電力の出力を遮断する。

【0038】

遮断器（ヒューズ）５２Ｃおよび限流リアクトルＸ９は直列に接続され、バイパス入力母線２０－２と、電力変換部１００Ａとの間に接続され、過大なバイパス交流電力の入力を遮断する。

【0039】

図５は、無停電電源モジュール１の入出力部１００Ｂの外観構成である。
図５に示されるように、入出力部１００Ｂの筐体の全面扉を開閉すると遮断器（ヒューズ）５２Ｉ，５２Ｃ，５２Ｒが縦方向に配置されている場合が示されている。そして、各遮断器（ヒューズ）５２Ｉ，５２Ｃ，５２Ｒのスイッチが設けられている。

【0040】

図６は、限流リアクトルＸ１，Ｘ９の配置について説明する図である。
図６に示されるように、入出力部１００Ｂの遮断器（ヒューズ）の背面側に限流リアクトルＸ１，Ｘ９が設けられている。

【0041】

当該構成により、エリア面積を縮小した入出力部１００Ｂを設けることが可能である。
なお、ここでは、無停電電源モジュール１の入出力部１００Ｂについて説明したが他の無停電電源モジュール２～５の入出力部についても同様である。

【0042】

図７は、無停電電源システム１０の回路構成図である。
図７を参照して、複数の無停電電源モジュール１～５が互いに並列に接続されている。

【0043】

各無停電電源モジュール１～５の構成は同一であるので、本例においては、一例として無停電電源モジュール１の構成について説明する。

【0044】

図示していない交流電源は、母線２０－１を介して無停電電源モジュール１～５に交流電力を供給する。ここで、交流電源は、商用電源または自家用発電機等の交流電源である。

【0045】

また、図示していない負荷（コンピュータ、通信機器など）と接続して、無停電電源システム１０から負荷に電力を供給する。ここで、無停電電源装置から供給する電力が三相交流電力の場合、負荷と三相三線式配電線で接続する。

【0046】

入出力部１００Ｂは、遮断器（ヒューズ）５２Ｃ，５２Ｉ，５２Ｒおよび限流リアクトルＸ１，Ｘ９を含む。

【0047】

遮断器（ヒューズ）５２Ｃおよび限流リアクトルＸ９は、バイパス入力母線２０－２と直列に接続される。

【0048】

遮断器（ヒューズ）５２Ｒは、交流入力母線２０－１と接続される。
遮断器（ヒューズ）５２Ｉおよび限流リアクトルＸ９は、交流出力母線２０－Ｒと接続される。

【0049】

電力変換部１００Ａは、無停電電源モジュール１に対して内蔵しているコンバータ１５やインバータ１７などの故障時に入力部と交流出力部とを繋ぐバイパス配線を含んでいる。

【0050】

バイパス配線には、サイリスタスイッチ２４およびコンタクタ２５を含んでいる。
サイリスタスイッチ２４は、無停電電源モジュール１の出力電力を、出力部のコンタクタ２５より高速に切替えることができる半導体スイッチである。コンタクタ２５は、バイパス配線を介してバイパス入力部の交流電力を交流出力部に出力するためのスイッチである。

【0051】

また、電力変換部１００Ａは、コンタクタ１３、交流リアクトル１４、コンバータ１５、電解コンデンサ１６、インバータ１７、フィルタ１８、コンタクタ１９、昇圧器２２、コンタクタ２１を含む。

【0052】

コンタクタ１３は、遮断器（ヒューズ）５２Ｒを介して入力された交流電力を電力変換部１００Ａに入力するためのスイッチである。

【0053】

交流リアクトル１４は、電力変換部１００Ａに入力した交流電力の波形を整形するためのフィルタである。コンバータ１５は、交流リアクトル１４で波形を整形した交流電力を直流電力に順変換する順変換部である。

【0054】

電解コンデンサ１６は、コンバータ１５で順変換した直流電力を平滑するための平滑コンデンサである。インバータ１７は、電解コンデンサ１６で平滑した直流電力、または蓄電池２３から入力する直流電力を交流電力に逆変換する逆変換部である。

【0055】

フィルタ１８は、交流電力を波形成形する。
コンタクタ１９は、フィルタ１８を介して出力される交流電力を外部に出力するスイッチである。

【0056】

昇圧器２２は、コンバータ１５の直流電力の電圧を昇圧して出力する。昇圧器２２は、コンタクタ２１を介して蓄電池２３と接続される。

【0057】

コンタクタ２１は、昇圧器２２と蓄電池２３とを接続するためのスイッチであり、コンバータ１５で変換した直流電力と、蓄電池２３から入力する直流電力とを切り替える切替部とである。

【0058】

本例においては、蓄電池２３は、無停電電源モジュール１の外部に設けられているものとするが、当該モジュール内に設ける構成としても良い。

【0059】

他の無停電電源モジュール２～５についても無停電電源モジュール１と同様の構成であるためその詳細な説明については繰り返さない。

【0060】

従来例においては、入出力モジュールに交流電源からの交流電力が入力されて、そこから各無停電電源モジュールに分岐して交流電力が入力されていた。また、各無停電電源モジュールから出力された交流電力は、再び入出力モジュールに集約されて外部に出力される構成であった。したがって、分岐にかかる構成が複雑であり、配線の配置にかかるスペースも大きくとる必要があったため小型化が難しいという課題があった。

【0061】

本願発明は、入出力モジュールを設けることなく、入出力モジュールに設けられていた入力側および出力側の遮断器を各無停電電源モジュールに組み込む方式を採用した。

【0062】

そして、無停電電源モジュールの背面側に母線２０－１～２０－３を設けて、当該母線２０－１～２０－２から交流電源の交流電力の入力を受けるとともに、母線２０－３に対して電力変換部で変換した交流電力を出力する構成とした。

【0063】

当該構成により、母線２０－１～２０－３と各無停電電源モジュール１～５の入出力部１００Ｂとの距離が短くなり、配線接続を容易に実行することが可能である。また、長さを短くすることにより配線接続の構成が簡易とすることが可能である。配線の配置にかかるスペースを小さくすることが可能であるため小型化を図ることが可能である。

【0064】

図８は、実施形態に基づく無停電電源システム１０の背面アクセススペースを説明する図である。

【0065】

図８（Ａ）に示されるように、各前記無停電電源装置１～５は、背面側にスペースを有している。無停電電源装置１および３は、背面側を互いに向かい合わせて配置する。また、無停電電源装置２および４は、背面側を互いに向かい合わせて配置する。無停電電源装置５および制御モジュール６は、背面側を互いに向かい合わせて配置する。

【0066】

図８（Ｂ）は、無停電電源システム１０の天井板を削除した場合の上面図である。
各前記無停電電源装置の背面側を互いに向かい合わせて配置することにより各前記無停電電源装置を保守可能に設けられる背面アクセススペースが形成される。制御モジュール６は、背面アクセススペース８にアクセス可能なアクセス通路が設けられている。

【0067】

保守あるいは点検する者は、制御モジュール６の内部扉を介してアクセス通路から背面アクセススペース８に侵入して、各無停電下電源モジュールの保守、点検または管理を行うことが可能である。

【0068】

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は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、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】

【0069】

１～５ 無停電電源モジュール、６ 制御モジュール、７ 母線部、８ 背面アクセススペース、１０ 無停電電源システム、１３，１９，２１，２５ コンタクタ、１４ 交流リアクトル、１５ コンバータ、１６ 電解コンデンサ、１７ インバータ、１８ フィルタ、２０ 母線、２２ 昇圧器、２３ 蓄電池、２４ サイリスタスイッチ、１００Ａ 電力変換部、１００Ｂ 入出力部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】