特許 7660082 電力変換ユニットおよび電力システム

(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】2025-04-02

(45)【発行日】2025-04-10

(54)【発明の名称】電力変換ユニットおよび電力システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20250403BHJP

   H02B 1/56 20060101ALI20250403BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20250403BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

H02B1/56 A

H05K7/20 H

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2022036199

(22)【出願日】2022-03-09

(65)【公開番号】P2023131438

(43)【公開日】2023-09-22

【審査請求日】2024-04-09

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(74)【代理人】

【氏名又は名称】内田 敬人

(72)【発明者】

【氏名】近藤 晃司

(72)【発明者】

【氏名】有松 公治

(72)【発明者】

【氏名】今野 純也

【審査官】清水 康

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／０２０６１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－０３５６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５４－０４８３２２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０２０－１２９９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０９６６７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１６６７２９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４２ － ７／９８

Ｈ０２Ｂ １／５６

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換装置と、
前記電力変換装置が内部に搭載された筐体と、
を備え、
前記筐体は、他の筐体に隣接される側面部を有し、
前記側面部は、前記筐体の内部の空気を前記他の筐体に流出させる流出口を有し、
前記筐体は、
前記電力変換装置が内部に搭載された本体部と、
前記本体部の上方に位置して前記本体部に取り付けられた屋根と、
を有し、
前記側面部は、
前記本体部の側面を形成する第１側面部と、
前記屋根の側面を形成する第２側面部と、
を有し、
前記流出口は、前記第２側面部に形成されており、
前記屋根は、前記本体部の上方に位置する被覆部と、前記被覆部から前後方向に突出する突出部と、を有し、
前記本体部は、前記突出部の内部と連通する第１開口部を有し、
前記突出部は、下方に開口して外部と連通する第２開口部を有し、
前記筐体の内部の空気の一部は、前記第１開口部および前記第２開口部を介して外部に排気され、前記空気のその他の一部は、前記流出口から前記他の筐体に流出する電力変換ユニット。

【請求項2】

前記筐体は、外部の空気を内部に吸気する吸気口を有し、
前記流出口は、前記吸気口よりも上方に設けられている請求項１に記載の電力変換ユニット。

【請求項3】

請求項１または２に記載された電力変換ユニットと、
前記電力変換ユニットに隣接する他のユニットと、を備え、
前記他のユニットは、前記電力変換ユニットの流出口に対応する位置に流入口を有している電力システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、一般的に電力変換ユニットおよび電力システムに関する。

【背景技術】

【0002】

筐体の内部に電力変換装置が搭載された電力変換ユニットが知られている。このような電力変換ユニットは、例えば屋外に設置されることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１８／０９６６７７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、変電所などでは、電力変換ユニットと、直流盤や入出盤などの他の機器が搭載された他のユニットと、を有する電力システムを備えることがある。このような電力システムは、電力変換ユニットと他のユニットとが隣接して配置された列盤構成となる場合がある。

【0005】

電力変換ユニットの筐体は、内部に搭載された電力変換装置を冷却するために、吸気口と排気口とを有している。列盤構成となっている場合には、吸気口と排気口とを筐体の正面側や背面側に設けなければならない。このような場合、吸気口や排気口を大きくしなければ、内部に搭載された機器を効率よく冷却することができないおそれがある。

【0006】

本実施形態は、上述する課題に鑑みなされたもので、電力変換装置を効率よく冷却できる電力変換ユニットおよび電力システム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】

【0007】

本実施形態は、電力変換装置と、前記電力変換装置が内部に搭載された筐体と、を備え、前記筐体は、他の筐体に隣接する側面部を有し、前記側面部は、前記筐体の内部の空気を前記他の筐体に流出させる流出口を有する電力変換ユニットである。

【発明の効果】

【0008】

本実施形態によれば、電力変換装置を効率よく冷却できる電力変換ユニットおよび電力システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態による電力システムを示す正面図である。

【図2】図１中の電力変換ユニットを矢示Ａ－Ａ方向からみた側面図である。

【図3】図１中の電力変換ユニットと他のユニットとを矢示Ｂ－Ｂ方向からみた断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図１～図３を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１は、実施形態による電力システムを示す正面図である。
図２は、図１中の電力変換ユニットを矢示Ａ－Ａ方向からみた側面図である。
図３は、図１中の電力変換ユニットと他のユニットとを矢示Ｂ－Ｂ方向からみた断面図である。

【0011】

電力システム１は、例えば屋外に設置された変電所に設けられている。電力システム１は、例えば発電所から供給された電力を変換して鉄道などに供給する。電力システム１は、電力変換ユニット１０と、他のユニット６０と、を備えている。

【0012】

なお、本願明細書において、「上」、「下」、「右」および「左」という記載は、電力変換ユニット１０の前で電力変換ユニット１０を見た人を基準とした上、下、右および左をそれぞれいう。また、本願明細書においては、電力変換ユニット１０から、電力変換ユニット１０の前に居る人へ向かう方向を「前」方向とし、その逆方向を「後」方向とする。

【0013】

図１に示すように、この例では、電力変換ユニット１０の左側に他のユニット６０が隣接している。電力変換ユニット１０と、他のユニット６０とは、別個のユニットとなっている。電力変換ユニット１０と、他のユニット６０とは、現場でボルトなどにより一体化されている。

【0014】

図１に示すように、電力変換ユニット１０は、電力変換装置２０と、筐体３０と、を備えている。電力変換装置２０は、例えば直流電力および交流電力の変換や電力の制御をする。電力変換装置２０は、筐体３０の内部に搭載されている。

【0015】

筐体３０は、本体部４０と、屋根５０と、を備えている。筐体３０は、例えば屋外の地面Ｇに設置されている。本体部４０は、地面Ｇに設置される底面部４１と、底面部４１から上方に向けて延び、前後方向で対向する前面部４２および背面部４３と、底面部４１から上方に向けて延び、左右方向で対向する左側面部４４および右側面部４５と、を有している。

【0016】

底面部４１の上面には、電力変換装置２０が載置されている。前面部４２は、底面部４１の前端から上方に向けて延びている。背面部４３は、底面部４１の後端から上方に向けて延びている。左側面部４４は、底面部４１の左端から上方に向けて延びている。右側面部４５は、底面部４１の右端から上方に向けて延びている。

【0017】

本体部４０は、内部４０ａの空気Ｆを排出するための第１開口部４０ｂを有している。第１開口部４０ｂは、本体部４０の前後方向の少なくとも一方に設けられている。具体的には、第１開口部４０ｂは、後述する屋根５０の突出部５０ｂの内部と連通している。第１開口部４０ｂは、屋根５０により覆われている。これにより、第１開口部４０ｂから本体部４０の内部４０ａに雨水などが浸入しないようになっている。

【0018】

この例では、本体部４０は、例えば上方に開口する第１開口部４０ｂを有するボックス状に形成されている。なお、本体部４０の前面部４２および背面部４３が屋根５０の内部まで延びており、その前面部および背面部に前後方向に貫通する第１開口部が形成されていてもよい。

【0019】

前面部４２は、ドア４２ａを有している。作業者は、ドア４２ａを開閉することにより、電力変換装置２０のメンテナンスなどを行うことができる。筐体３０は、外部の空気Ｆ（外気）を内部４０ａに吸気する吸気口４２ｂを有している。具体的には、吸気口４２ｂは、前面部４２に設けられている。

【0020】

カバー４７は、吸気口４２ｂに対応する位置で前面部４２に設けられている。吸気口４２ｂは、カバー４７により覆われている。カバー４７は、下方が開口している。カバー４７は、雨水などが吸気口４２ｂから本体部４０の内部４０ａに浸入するのを抑制している。本体部４０の内部４０ａに流入した空気Ｆは、電力変換装置２０を冷却して、上方の第１開口部４０ｂから排気される。

【0021】

図２、図３に示すように、背面部４３は、吸気口４３ａと、カバー４８と、を有している。吸気口４３ａおよびカバー４８は、前面部４２の吸気口４２ｂおよびカバー４７と同様の構成となっている。なお、吸気口は、前面部４２と背面部４３との少なくとも一方に設けられていればよい。

【0022】

左側面部４４は、他の筐体７０の本体部８０の右側面部８２に隣接している。例えば、電力変換装置２０から延びるケーブルや導体（いずれも図示せず）は、左側面部４４に形成された貫通孔（図示せず）を介して他のユニット６０の機器６５に接続されている。

【0023】

屋根５０は、本体部４０の上方に位置して、本体部４０に取り付けられている。屋根５０は、例えば複数枚の板材が組み合わされて形成されている。屋根５０は、天面部５１と、天面部５１から下方に向けて延び、前後方向で対向する正面部５２および後面部５３と、天面部５１から下方に向けて延び、左右方向で対向する左側面部５４および右側面部５５と、を有している。屋根５０は、下方が開口したボックス状に形成されている。

【0024】

図２に示すように、天面部５１は、前方から後方に向けて下方に傾斜している。これにより、屋根５０は、天面部５１に雨水などが溜まるのを抑制している。正面部５２は、天面部５１の前端から下方に向けて延びている。後面部５３は、天面部５１の後端から下方に向けて延びている。左側面部５４は、天面部５１の左端から下方に向けて延びている。右側面部５５は、天面部５１の右端から下方に向けて延びている。

【0025】

図２、図３に示すように、屋根５０は、本体部４０の上方に位置する被覆部５０ａと、被覆部５０ａから前後方向に突出する突出部５０ｂと、を有している。すなわち、正面部５２は、本体部４０の前面部４２よりも前方に向けて寸法Ｌ１突出している。また、後面部５３は、本体部４０の背面部４３よりも後方に向けて寸法Ｌ２突出している。換言すると、屋根５０の前後方向の寸法は、本体部４０の前後方向の寸法よりも長くなっている。なお、この例では、前後方向の両方に突出部５０ｂを有しているが、少なくとも一方にのみ突出部５０ｂを有していればよい。

【0026】

突出部５０ｂは、下方に開口して外部と連通する第２開口部５０ｂ１を有している。これにより、筐体３０は、本体部４０の内部４０ａと外部とが、第１開口部４０ｂと第２開口部５０ｂ１とにより連通されている。吸気口４２ｂ、４３ａから本体部４０の内部４０ａに吸気された空気Ｆの一部は、電力変換装置２０を冷却して、第１開口部４０ｂおよび第２開口部５０ｂ１を介して、外部に排気される。すなわち、第１開口部４０ｂと第２開口部５０ｂ１とは、電力変換ユニット１０の排気口を構成している。

【0027】

左側面部５４の外面は、本体部４０の左側面部４４の外面と上下方向で同一面上に位置している。左側面部５４は、他の筐体７０の屋根９０の右側面部９２に隣接している。他の筐体７０に隣接する筐体３０の側面部は、本体部４０の側面を形成する第１側面部（左側面部４４）と、屋根５０の側面を形成する第２側面部（左側面部５４）と、を有している。

【0028】

流出口５８は、他の筐体７０に隣接する側面部に形成されている。具体的には、流出口５８は、屋根５０の左側面部５４（筐体３０の第２側面部）に形成されている。図２に示すように、流出口５８は、前後方向に離間して２個形成されている。なお、流出口５８は、１個でもよいし、３個以上でもよい。流出口５８は、吸気口４２ｂ、４３ａよりも上方に設けられている。これにより、流出口５８は、電力変換装置２０の熱を吸収した空気Ｆを効率よく流出させることができる。

【0029】

図１に示すように、他のユニット６０は、電力変換ユニット１０に隣接している。他のユニット６０は、機器６５と、筐体７０と、を備えている。機器６５は、電力変換装置２０よりも発熱量が小さいものであり、例えば直流盤、入出盤などとなっている。機器６５は、筐体７０の内部に搭載されている。

【0030】

筐体７０と、電力変換ユニット１０の筐体３０と、は別個に独立して形成されている。筐体７０は、本体部８０と、屋根９０と、を有している。本体部８０は、電力変換ユニット１０の本体部４０と同様の構成となっているので、その説明を省略する。

【0031】

本体部８０の右側面部８２は、電力変換ユニット１０の左側面部４４に隣接している。また、屋根９０の右側面部９２は、電力変換ユニット１０の左側面部５４に隣接している。図３に示すように、他のユニット６０は、電力変換ユニット１０の流出口５８に対応する位置に流入口９５を有している。具体的には、流入口９５は、屋根９０の右側面部９２に左右方向に貫通している。この例では、流入口９５は、流出口５８に対応して２個形成されている。

【0032】

電力変換ユニット１０と他のユニット６０とが隣接して配設された場合には、電力変換ユニット１０の本体部４０の内部４０ａと、他のユニット６０の本体部８０の内部８０ａとが流出口５８と流入口９５とにより連通される。

【0033】

図３に示すように、本体部４０の内部４０ａで電力変換装置２０を冷やした空気Ｆの一部は、第１開口部４０ｂおよび第２開口部５０ｂ１を介して外部に排気される。また、電力変換装置２０は、機器６５よりも発熱量が大きい。従って、空気Ｆのその他の一部は、流出口５８および流入口９５を介して他のユニット６０の本体部８０の内部８０ａに流出する。

【0034】

他のユニット６０は、第１開口部９７ａおよび第２開口部９７ｂを有している。第１開口部９７ａは、第１開口部４０ｂと同様の構成となっている。また、第２開口部９７ｂは、第２開口部５０ｂ１と同様の構成となっている。第１開口部９７ａと第２開口部９７ｂとは、機器６５を冷却した空気の排気口となっている。

【0035】

本体部８０の内部８０ａに流出した一部の空気Ｆは、他のユニット６０の第１開口部９７ａおよび第２開口部９７ｂを介して外部に排気される。電力システム１は、機器６５を冷却した空気と、電力変換装置２０を冷却した空気Ｆと、を第１開口部９７ａおよび第２開口部９７ｂから排気させる。すなわち、第１開口部９７ａおよび第２開口部９７ｂは、機器６５を冷却した空気および電力変換装置２０を冷却した空気Ｆの排気口となっている。

【0036】

流出口５８、流入口９５、および第１、第２開口部９７ａ、９７ｂは、筐体３０、７０の上端側に設けられている。これにより、電力変換装置２０で熱交換された空気Ｆは、他のユニット６０の機器６５に接触するのを可及的に少なくして、第１開口部９７ａおよび第２開口部９７ｂから外部に排気させることができる。その結果、空気Ｆが機器６５へ及ぼす影響を抑制することができる。

【0037】

ここで、例えば流出口５８および流入口９５を有していない場合には、屋根５０の突出寸法Ｌ１、Ｌ２を大きくして第２開口部５０ｂ１を大きくしなければ電力変換装置２０を効率よく冷却できないおそれがある。このような場合、見栄えをよくするために、電力変換ユニット１０に並ぶ複数の他のユニットの外形形状を電力変換ユニット１０に合わせると、電力システム１が全体として大型化するおそれがある。

【0038】

本実施形態によれば、電力変換装置２０を冷却した空気Ｆを隣接する他のユニット６０の第１開口部９７ａおよび第２開口部９７ｂを介して排出させることができる。これにより、屋根５０の前後方向の突出寸法Ｌ１、Ｌ２を可及的に小さくしても、電力変換装置２０を効率よく冷却させることができる。また、電力システム１の小型化を図ることができる。

【0039】

なお、上述した実施形態では、電力変換ユニット１０の屋根５０の左側面部５４に流出口５８を形成し、他のユニット６０の屋根９０の右側面部９２に流入口９５を形成した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明の態様はこれに限らず、例えば電力変換ユニット１０の本体部４０の左側面部４４に流出口を形成し、他のユニット６０の本体部８０の右側面部８２に流出口を形成してもよい。

【0040】

また、電力変換ユニット１０の右側に他のユニットが隣接する場合には、電力変換ユニット１０の右側面部に流出口が形成され、他のユニットの左側面部に流入口が形成されていてもよい。

【0041】

また、上述した実施形態では、他のユニット６０の第１開口部９７ａと第２開口部９７ｂとを電力変換ユニット１０の第１開口部４０ｂと第２開口部５０ｂ１と同様の構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明の態様はこれに限らず、例えば他のユニット６０の排気口は、任意の構成となっていてもよい。

【0042】

以上、本発明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。これら新規な実施形態は、その他のさまざま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ともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0043】

１ 電力システム
１０ 電力変換ユニット
２０ 電力変換装置
３０ 筐体
４０ 本体部
４０ａ 内部
４０ｂ 第１開口部
４１ 底面部
４２ 前面部
４２ａ ドア
４２ｂ 吸気口
４３ 背面部
４３ａ 吸気口
４４ 左側面部（第１側面部）
４５ 右側面部
４７、４８ カバー
５０ 屋根
５０ａ 被覆部
５０ｂ 突出部
５０ｂ１ 第２開口部
５１ 天面部
５２ 正面部
５３ 後面部
５４ 左側面部（第２側面部）
５５ 右側面部
５８ 流出口
６０ 他のユニット
６５ 機器
７０ 筐体
８０ 本体部
８０ａ 内部
８２ 右側面部
９０ 屋根
９２ 右側面部
９５ 流入口
９７ａ 第１開口部
９７ｂ 第２開口部
Ｆ 空気
Ｇ 地面

【図1】

【図2】

【図3】