特許 7442542 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】

(24)【登録日】2024-02-22

(45)【発行日】2024-03-04

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H05K 7/14 20060101AFI20240226BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240226BHJP

【ＦＩ】

H05K7/14 E

H02M7/48 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021552555

(86)(22)【出願日】2021-04-05

(86)【国際出願番号】 JP2021014485

(87)【国際公開番号】W WO2022215113

(87)【国際公開日】2022-10-13

【審査請求日】2021-09-03

【審判番号】

【審判請求日】2023-04-03

(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】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100135301

【弁理士】

【氏名又は名称】梶井 良訓

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100207192

【弁理士】

【氏名又は名称】佐々木 健一

(72)【発明者】

【氏名】杷野 満

【合議体】

【審判長】山澤 宏

【審判官】山内 裕史

【審判官】富澤 哲生

(56)【参考文献】

【文献】特開平９－３３１１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭４９－１９２５９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５７－１１３４８９（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H05K 7/14

H02M 7/48

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送風ファンが設けられた筐体と、
前記筐体内に設けられた基板ユニットと、
を備え、
前記基板ユニットは、
厚さ方向に一定の間隔をあけて配置され、各々面方向が上下方向に沿うように配置された複数の基板と、
前記複数の基板を一体に保持するとともに、前記複数の基板のうちの一方の前記基板に対し、他方の前記基板を前記基板の面方向に沿って移動可能とする保持部と、
を備え、
前記保持部は、
厚さ方向に一定の間隔をあけて配置された複数のベース板と、
各前記ベース板の間に設けられる中間支持部と、
前記中間支持部に係合され、前記中間支持部に対して前記面方向への移動を許容する許容部と、
を備え、
前記許容部は、前記ベース板に形成され一方向に長い長円形状の孔であり、
前記一方の前記基板と前記他方の前記基板とは、各々前記ベース板に別々に配置されているとともに、前記許容部によって、前記一方の前記基板に対し、前記他方の前記基板を前記基板の前記面方向に沿って移動したとき、前記他方の前記基板側からみて前記一方の前記基板のアクセス箇所やメンテナンス箇所が露出されるように配置されており、
前記送風ファンは、前記筐体内に上下方向に沿う冷却風を生じさせる
電力変換装置。

【請求項2】

各前記基板の間に配置される前記ベース板は、シールド板である
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記中間支持部は、電気的絶縁性を有する
請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電力変換装置の筐体には、さまざまな素子が実装された基板や電気部品が多く格納されている。筐体内のスペースには制約があるため、多くの基板や電気部品を格納するために、さまざまな技術が提案されている。
例えば、筐体の複数の内側面を利用し、電気部品を立体的に配置する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、基板を立体的に配置するために、複数の基板を、柱状部を介して重ねて配置する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

【0003】

しかしながら、上記のように電気部品を立体的に配置したり複数の基板を単に重ねて配置したりすると、筐体の扉を開けた際に手の届きにくい箇所が生じてしまう。このため、電気部品や基板への端子等を接続するアクセス性、メンテナンス性が悪化してしまう可能性があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】日本国特開２０１７－１３５９５９号公報

【文献】日本国特開２０２０－１９５２７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、省スペースに複数の基板を配置でき、かつアクセス性、メンテナンス性の優れた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】

【0006】

実施形態の電力変換装置は、筐体と、基板ユニットと、を備える。基板ユニットは、複数の基板と、保持部と、を備える。複数の基板は、厚さ方向に一定の間隔をあけて配置され、各々面方向が上下方向に沿うように配置されている。保持部は、前記複数の基板を一体に保持するとともに、前記複数の基板のうちの一方の前記基板に対し、他方の前記基板を前記基板の面方向に沿って移動可能とする。保持部は、複数のベース板と、中間支持部と、許容部と、を備える。複数のベース板は、厚さ方向に一定の間隔をあけて配置されている。中間支持部は、各ベース板の間に設けられる。許容部は、中間支持部に係合され、中間支持部に対して面方向への移動を許容する。許容部は、ベース板に形成され一方向に長い長円形状の孔である。一方の基板と他方の基板とは、各々ベース板に別々に配置されているとともに、許容部によって、一方の基板に対し、他方の基板を基板の面方向に沿って移動したとき、他方の基板側からみて一方の基板のアクセス箇所やメンテナンス箇所が露出されるように配置されている。送風ファンは、筐体内に上下方向に沿う冷却風を生じさせる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態の電力変換装置を示す斜視図。

【図2】実施形態の基板ユニットを示す斜視図。

【図3】実施形態の基板ユニットを示す作用説明図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態の基板ユニット及び電力変換装置を、図面を参照して説明する。

【0009】

図１は、電力変換装置１の斜視図である。
図１に示すように、電力変換装置１は、筐体２と、筐体２内に設けられた基板ユニット３と、を備える。以下、設置面Ｆに筐体２を設置した状態での上下方向及び水平方向を、単に上下方向、水平方向と称して説明する。
筐体２は箱状に形成されており、前面に扉４が設けられている。筐体２の天板２ａには、図示しない外部から延びる電線を筐体２内へと引き込むための引込口５が形成されている。
基板ユニット３は、筐体２の後面２ｂの内側面に取り付けられている。基板ユニット３は、筐体２の引込口５に近い上部に配置されている。

【0010】

図２は、基板ユニット３の斜視図である。
図２に示すように、基板ユニット３は、筐体２の後面２ｂに複数の絶縁碍子６を介して固定される第１ベース板７と、第１ベース板７の絶縁碍子６とは反対側の一面７ａに、中間支持部８を介して固定される第２ベース板９と、第２ベース板９の第１ベース板７とは反対側の一面９ａに、中間支持部８を介して固定される第３ベース板１０と、第１ベース板７及び第２ベース板９にそれぞれ配置された第１基板１１及び第２基板１２と、を主構成としている。

【0011】

各ベース板７，９，１０及び各基板１１，１２は、それぞれの面方向が上下方向に沿っており、それぞれ厚さ方向で対向配置されている。各ベース板７，９，１０及び各基板１１，１２は、厚さ方向からみて上下方向に長い長方形状に形成されている。
各基板１１，１２は、電力変換装置を構成する回路基板であり、種々の電気素子が実装されている。以下の説明では、各基板１１，１２の厚さ方向からみて、これら基板１１，１２の表面積は、ほぼ同等して説明する。

【0012】

各ベース板７，９，１０及び各基板１１，１２の厚さ方向からみて、第３ベース板１０の表面積は、各基板１１，１２の表面積とほぼ同等である。第２ベース板９の表面積は、各基板１１，１２の表面積よりも大きい。第１ベース板７の表面積は、第２ベース板９の表面積よりも大きい。

【0013】

このような大きさに形成された第１ベース板７の一面７ａに、第１基板１１が第１スペーサ１６ａを介して固定されている。第１スペーサ１６ａは、第１基板１１の四隅に設けられている。第１スペーサ１６ａは、電気的絶縁性を有していることが望ましい。しかしながら、電気的絶縁性を有さない第１スペーサ１６ａでもよい。

【0014】

第１ベース板７の一面７ａで、かつ第１基板１１の周囲に、複数（例えば、本実施形態では６つ）の中間支持部８が配置されている。第１ベース板７に配置された中間支持部８は、第１基板１１の四隅に対応する位置に配置された第１中間支持部８１と、第１基板１１の上辺１１ａ及び下辺１１ｂの水平方向中央に配置された第２中間支持部８２と、で構成される。

【0015】

中間支持部８は、電気的絶縁性を有する樹脂によって形成されている。中間支持部８は、多角柱状のスペーサ部８ａと、スペーサ部８ａの軸方向一端に形成された図示しない雄ねじ部と、スペーサ部８ａの軸方向他端に形成された図示しない雌ねじ部と、が一体形成されたものである。第１ベース板７に、中間支持部８の雄ねじ部が締結されている。中間支持部８の雌ねじ部側に、第２ベース板９が載置される。

【0016】

第２ベース板９には、中間支持部８に対応する外周部に、長孔１３や切欠き部１５が形成されている。より詳しくは、第２ベース板９には、中間支持部８のうち水平方向一方側に配置されている２つの第１中間支持部８１と、２つの第２中間支持部８２と、に対応する位置に、水平方向に長い長円形状の長孔１３が形成されている。また、第２ベース板９には、中間支持部８のうち水平方向他方側に配置されている２つの第１中間支持部８１に対応する位置に、切欠き部１５が形成されている。

【0017】

これら長孔１３、切欠き部１５を介し、第２ベース板９の一面９ａ側から固定ねじ１４が中間支持部８の雌ねじ部に締結される。これにより、第２ベース板９は、中間支持部８に固定ねじ１４によって締結固定される。
ここで、長孔１３は、固定ねじ１４を緩めた状態で、中間支持部８に対して第２ベース板９の水平方向一方（本実施形態では、図２の紙面左側、矢印Ｙ参照）へのスライド移動を許容するように形成されている。

【0018】

切欠き部１５は、固定ねじ１４を緩めた状態で、中間支持部８に対して第２ベース板９の水平方向一方（図２の矢印Ｙ参照）へのスライド移動を許容するように形成されている。つまり、切欠き部１５は、第２ベース板９の一辺が開口するように形成されている。
ここで、基板ユニット３の大きさは、筐体２内で第２ベース板９がスライド移動可能な大きさである。

【0019】

このような第２ベース板９の一面９ａには、長孔１３や切欠き部１５を避けるように中央の大部分に、第２基板１２が第２スペーサ１６ｂを介して固定されている。第２スペーサ１６ｂは、第２基板１２の四隅に設けられている。第２スペーサ１６ｂは、電気的絶縁性を有していることが望ましい。しかしながら、電気的絶縁性を有さない第２スペーサ１６ｂでもよい。

【0020】

第２基板１２の四隅には、第２ベース板９とは反対側の面に、中間支持部８が配置されている。中間支持部８の第２基板１２とは反対側端に、第３ベース板１０が載置される。第３ベース板１０は、中間支持部８に固定ねじ１４によって締結固定される。

【0021】

ここで、各ベース板７，９，１０のうち、少なくとも第２ベース板９及び第３ベース板１０は、鉄等の磁性体の板からなるシールド板である。シールド板は、電気ノイズを遮断する。第２ベース板９や第３ベース板１０自体をシールド板とせず、これら第２ベース板９や第３ベース板１０に銅箔等を貼り付けることにより、第２ベース板９や第３ベース板１０をシールド板としてもよい。

【0022】

次に、基板ユニット３の作用について説明する。
まず、基板ユニット３の配置箇所について述べると、基板ユニット３は筐体２の引込口５に近い上部に配置されている。このため、基板ユニット３に外部機器から延びる電線との接続端子を基板ユニット３に集約することで、引込口５を介して筐体２に引き回される電線の長さを極力短くできる。

【0023】

ここで、筐体２の扉４（図１参照）をあけて基板ユニット３に端子等を接続してアクセスしたり又はメンテナンスを行ったりする場合、前面に第３ベース板１０及び第２ベース板９が存在することになる。このため、これら第３ベース板１０及び第２ベース板９の奥に配置された第１基板１１に、作業者の手が届きにくい。このため、基板ユニット３では、以下のように動作が可能である。

【0024】

図３は、基板ユニット３の作用説明図である。
すなわち、図２、図３に示すように、第１基板１１にアクセスしたり又はメンテナンスを行ったりする場合、まず、第２ベース板９が締結固定されている固定ねじ１４を緩める。第２ベース板９には、長孔１３及び切欠き部１５が形成されている。このため、固定ねじ１４を緩めることにより、第１基板１１（第１ベース板７）に対して第２ベース板９、第２基板１２及び第３ベース板１０を水平方向にスライド移動させることができる（図２、図３の矢印Ｙ参照）。
すると、第１基板１１が前面に露出される。したがって、第１基板１１に、容易にアクセスしたり又はメンテナンスを行ったりすることができる。

【0025】

このように、第１ベース板７、第２ベース板９、中間支持部８、長孔１３及び切欠き部１５は、第１基板１１及び第２基板１２を一体に保持するとともに、第１基板１１に対して第２基板１２をスライド移動可能とする保持部１７の役割を有する。

【0026】

ここで、例えば筐体２内の放熱を促進するために、筐体の天板２ａ等に図示しない送風ファンを設ける場合がある。このような場合、筐体２内に上下方向や水平方向に沿って流れる冷却風が生じる。基板ユニット３を構成する各ベース板７，９，１０及び各基板１１，１２は、それぞれの面方向が上下方向に沿っており、それぞれ厚さ方向で対向配置されている。このため、各ベース板７，９，１０及び各基板１１，１２が冷却風の流れに沿って配置されることにより、かつ各ベース板７，９，１０及び各基板１１，１２によって冷却風の流れが阻害されることもない。

【0027】

このように、上述の基板ユニット３は、厚さ方向に一定の間隔をあけて並ぶ基板１１，１２（第１基板１１、第２基板１２）と、第１基板１１及び第２基板１２を一体に保持するとともに、第１基板１１に対して第２基板１２をスライド移動可能とする保持部１７と、を備える。このため、省スペースに複数の基板１１，１２を配置でき、かつアクセス性、メンテナンス性を向上できる。

【0028】

保持部１７を、第１ベース板７、第２ベース板９、中間支持部８、長孔１３及び切欠き部１５によって構成している。このため、保持部１７を簡素な構造としつつ、直接基板１１，１２に長孔１３や切欠き部１５を形成する必要がない。よって、基板１１，１２の強度が低下してしまうことを抑制し、かつ基板１１，１２が損傷してしまうことを防止できる。

【0029】

中間支持部８は、電気的絶縁性を有する樹脂によって形成されている。このため、中間支持部８を介して第１ベース板７と第２ベース板９との電気的接続を遮断できる。よって、第１ベース板７と第２ベース板９との電位を変更できるので、第１ベース板７に配置された第１基板１１と第２ベース板９に配置された第２基板１２との設計自由度を高めることができる。つまり、各基板１１，１２に実装する電子部品の配置自由度を高めることができる。

【0030】

各ベース板７，９，１０のうち、少なくとも第２ベース板９及び第３ベース板１０は、鉄等の磁性体の板からなるシールド板である。このため、各基板１１，１２への電気ノイズの影響を防止でき、信頼性の高い基板ユニット３を提供できる。
基板ユニット３を構成する各ベース板７，９，１０及び各基板１１，１２は、それぞれの面方向が上下方向に沿っており、それぞれ厚さ方向で対向配置されている。このため、各ベース板７，９，１０及び各基板１１，１２の間に、冷却風等をスムーズに流すことができ、各基板１１，１２への放熱を促進できる。

【0031】

基板ユニット３は、筐体２の引込口５に近い上部に配置されている。このため、基板ユニット３に外部機器から延びる電線との接続端子を基板ユニット３に集約することで、引込口５を介して筐体２に引き回される電線の長さを極力短くできる。電線の引き回しも容易に行うことができる。

【0032】

上述の実施形態では、筐体２の天板２ａに引込口５を形成した場合について説明した。しかしながらこれに限られるものではなく、引込口５の形成箇所は任意に決定することができる。この場合、引込口５の位置に応じて基板ユニット３の配置箇所を変更することができる。これにより、筐体２に引き回される電線の長さを極力短くできるとともに、電線の引き回しも容易に行うことができる。

【0033】

上述の実施形態では、基板ユニット３は、３枚のベース板７，９，１０と、２枚の基板１１，１２と、を有する場合について説明した。しかしながらこれに限られるものではなく、ベース板７，９，１０の枚数は３枚以上でもよく、基板１１，１２の枚数も２枚以上でもよい。各基板１１，１２が厚さ方向に一定の間隔をあけて並べばよい。

【0034】

各基板１１，１２は、対応するベース板７，９に固定される場合について説明した。しかしながらこれに限られるものではなく、ベース板７，９を設けずに、直接各基板１１，１２同士を、中間支持部８を介して固定してもよい。この場合、例えば第２基板１２に、長孔１３や切欠き部１５を形成すればよい。

【0035】

保持部１７を、第１ベース板７、第２ベース板９、中間支持部８、長孔１３及び切欠き部１５によって構成した場合について説明した。しかしながらこれに限られるものではなく、保持部１７は、第１基板１１及び第２基板１２を一体に保持するとともに、第１基板１１に対して第２基板１２をスライド移動可能とすればよい。
例えば、長孔１３に代えて図示しないレールを介して第１基板１１と第２基板１２を連結し、第１基板１１に対して第２基板１２をスライド移動可能としてもよい。また、例えば各基板１１，１２にレールを設け、これらレールを他の部材で一体化するように構成してもよい。

【0036】

中間支持部８は、電気的絶縁性を有する樹脂によって形成されている場合について説明した。しかしながらこれに限られるものではなく、中間支持部８は電気的絶縁性を有していなくてもよい。電気的絶縁性を有する場合でも樹脂以外の材料により形成してもよい。

【0037】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、第１基板１１及び第２基板１２を一体に保持するとともに、第１基板１１に対して第２基板１２をスライド移動可能とする保持部１７と、を備えるので、省スペースに複数の基板１１，１２を配置できる。また、基板ユニット３へのアクセス性、メンテナンス性を向上できる。

【0038】

保持部１７を、第１ベース板７、第２ベース板９、中間支持部８、長孔１３及び切欠き部１５によって構成しているので、保持部１７を簡素な構造にできる。直接基板１１，１２に長孔１３や切欠き部１５を形成する必要がないので、基板１１，１２の強度が低下してしまうことを抑制できる。基板１１，１２が損傷してしまうことも防止できる。

【0039】

中間支持部８は、電気的絶縁性を有する樹脂によって形成されているので、中間支持部８を介して第１ベース板７と第２ベース板９との電気的接続を遮断できる。このため、第１ベース板７と第２ベース板９との電位を変更できるので、第１ベース板７に配置された第１基板１１と第２ベース板９に配置された第２基板１２との設計自由度を高めることができる。つまり、各基板１１，１２に実装する電子部品の配置自由度を高めることができる。

【0040】

各ベース板７，９，１０のうち、少なくとも第２ベース板９及び第３ベース板１０は、鉄等の磁性体の板からなるシールド板であるので、各基板１１，１２への電気ノイズの影響を防止でき、信頼性の高い基板ユニット３を提供できる。
基板ユニット３を構成する各ベース板７，９，１０及び各基板１１，１２は、それぞれの面方向が上下方向に沿っており、それぞれ厚さ方向で対向配置されている。このため、各ベース板７，９，１０及び各基板１１，１２の間に、冷却風等をスムーズに流すことができ、各基板１１，１２への放熱を促進できる。

【0041】

基板ユニット３は、筐体２の引込口５に近い上部に配置されている。このため、基板ユニット３に外部機器から延びる電線との接続端子を基板ユニット３に集約することで、引込口５を介して筐体２に引き回される電線の長さを極力短くできる。電線の引き回しも容易に行うことができる。

【0042】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0043】

１…電力変換装置、２…筐体、３…基板ユニット、７…第１ベース板（ベース板）、８…中間支持部、９…第２ベース板（ベース板）、１１…第１基板（基板）、１２…第２基板（基板）、１３…長孔（孔）、１７…保持部、８１…第１中間支持部、８２…第２中間支持部

【図1】

【図2】

【図3】