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公開番号2021005976
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210114
出願番号2019119870
出願日20190627
発明の名称電力変換装置
出願人富士電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20201211BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】簡易な構成でコアの脱落を抑制できる電力変換装置を得ること。
【解決手段】電力変換装置100は、ノイズ除去用のフィルタ回路を構成する環状のコア4と、コア4の孔と連通する第1孔と、第1孔を形成する壁面の近くに形成される第2孔と、第2孔との見通し線上に第1孔が存在するように壁面の近くに形成される第3孔とを有し、コア4と熱的に接続される導電性の板(第1板状部材10a)と、第1孔及び第2孔に挿入された状態でコアを板に結束する第1結束部材11aと、第1孔及び第3孔に挿入された状態でコア4を板に結束する第2結束部材11bと、を備える。
【選択図】図4B
特許請求の範囲【請求項1】
ノイズ除去用のフィルタ回路を構成する環状のコアと、
前記コアの孔と連通する第1孔と、前記第1孔を形成する壁面の近くに形成される第2孔と、前記第2孔との見通し線上に前記第1孔が存在するように前記壁面の近くに形成される第3孔とを有し、前記コアと熱的に接続される導電性の板と、
前記第1孔及び前記第2孔に挿入された状態で前記コアを前記板に結束する第1結束部材と、
前記第1孔及び前記第3孔に挿入された状態で前記コアを前記板に結束する第2結束部材と、
を備える電力変換装置。
続きを表示(約 570 文字)【請求項2】
前記第2孔及び前記第3孔の少なくとも一方の幅は、前記第1結束部材及び第2結束部材の少なくとも一方のバンド部が挿入される固定部の幅よりも狭い請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記コアと前記板との間に設けられる非導電性の絶縁板を備える請求項1又は2に記載の電力変換装置。
【請求項4】
ノイズ除去用のフィルタ回路を構成する環状のコアと、
前記コアの孔と連通する第1孔を有し、前記コアと熱的に接続される導電性の第1板と、
前記コアの一端側に配置され、前記コアと熱的に接続される環状の第1熱伝導部材と、
前記コアの他端側に配置され、前記コアと熱的に接続される環状の第2熱伝導部材と、
前記第1熱伝導部材、前記コア及び前記第2熱伝導部材がこの順で積層された積層体の前記第1板側とは反対側に設けられ、前記積層体を前記第1板に接触させた状態で前記第1板に固定され、前記コアと熱的に接続される導電性の第2板と、
を備える電力変換装置。
【請求項5】
複数の前記積層体と、
複数の前記積層体の間に挟まれ、複数の前記積層体のそれぞれを構成する前記コアと熱的に接続される導電性の第3板と、
を備える請求項4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、電力変換装置に関する。
続きを表示(約 6,100 文字)【背景技術】
【0002】
電力変換装置では、半導体スイッチング素子のスイッチング動作によって高周波の電磁ノイズが発生するため、周辺機器へ電磁ノイズ障害を及ぼすことがないように種々の対策が行われている。例えば、系統電源ラインへの電磁ノイズの流出を低減するため、電力変換装置の入力端にはノイズフィルタが備えられている。一般的なノイズフィルタは、リアクトル(コモンモードチョークコイル)、線間コンデンサ、接地コンデンサ等で構成される。また電力変換装置では、電力変換装置の入出力電線にフェライト製のコアを追加して電磁ノイズを抑制することもある。このコアは、電力変換装置への通電に伴い高温になるため、特許文献1には、発熱するコアを筐体に接触させることで冷却する技術が開示されている。特許文献1に開示される技術では、電力変換装置(インバータ装置)の動作電源入力側に設けられる配線口板金に、インダクタ用のコアが嵌め込まれる形で固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開平10−210761号公報(図8〜図10など)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に開示される従来技術では、インダクタ用のコアが板金に嵌め込まれる構造のため、インバータ装置の振動によってコアが脱落して周囲部品に接触して、短絡が生じる懸念がある。従って、コアの固定構造を複雑にすることなく、コアの脱落を抑制する上での改善の余地がある。
【0005】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でコアの脱落を抑制できる電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る電力変換装置は、ノイズ除去用のフィルタ回路を構成する環状のコアと、前記コアの孔と連通する第1孔と、前記第1孔を形成する壁面の近くに形成される第2孔と、前記第2孔との見通し線上に前記第1孔が存在するように前記壁面の近くに形成される第3孔とを有し、前記コアと熱的に接続される導電性の板を備える。電力変換装置は、前記第1孔及び前記第2孔に挿入された状態で前記コアを前記板に結束する第1結束部材と、前記第1孔及び前記第3孔に挿入された状態で前記コアを前記板に結束する第2結束部材と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、簡易な構成でコアの脱落を抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
本発明の実施の形態1に係る電力変換装置100の外観図
図1に示される電力変換装置100を構成する回路の一例を示す図
遮熱板10が設置された電力変換装置100の内部構造を示す図
図3Aに示される遮熱板10を除いて、コア4、直流リアクトル5などを示す図
遮熱板10の斜視図
図4Aの遮熱板10にコア4が固定された状態を示す図
第1板状部材10aの拡大図
結束部材を利用して第1板状部材10aにコア4が固定された状態を示す断面図
第1板状部材10aに挿入される結束部材の拡大図
実施の形態1の変形例に係る電力変換装置100が備える遮熱板10の斜視図
図7Aの遮熱板10にコア4が固定された状態を示す図
絶縁板12の第1構成例を示す図
絶縁板12の第2構成例を示す図
本発明の実施の形態2に係る電力変換装置100が備えるコア4の放熱構造を示す図
実施の形態2の変形例に係る電力変換装置100が備えるコア4の放熱構造を示す図
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、各形態において、平行、直角、水平、垂直、上下、左右などの方向には、本発明の効果を損なわない程度のずれが許容される。また、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向は、それぞれ、X軸に平行な方向、Y軸に平行な方向、Z軸に平行な方向を表す。X軸方向とY軸方向とZ軸方向は、互いに直交する。XY平面、YZ平面、ZX平面は、それぞれ、X軸方向及びY軸方向に平行な仮想平面、Y軸方向及びZ軸方向に平行な仮想平面、Z軸方向及びX軸方向に平行な仮想平面を表す。図1以降において、X軸方向のうち、矢印で示す方向はプラスX軸方向とし、当該方向とは逆の方向はマイナスX軸方向とする。Y軸方向のうち、矢印で示す方向はプラスY軸方向とし、当該方向とは逆の方向はマイナスY軸方向とする。Z軸方向のうち、矢印で示す方向はプラスZ軸方向とし、当該方向とは逆の方向はマイナスZ軸方向とする。
【0010】
実施の形態1
図1は本発明の実施の形態1に係る電力変換装置100の外観図である。電力変換装置100は、例えば雨、塵埃などの浸入を抑制する密閉構造の筐体110を有するインバータである。筐体110の上下方向はX軸方向に等しく、筐体110の左右方向はY軸方向に等しく、筐体110の奥行き方向はZ軸方向に等しい。筐体110は有底の箱形状の収納体である。筐体110のプラスZ軸方向側には、筐体110の開口部を覆う正面パネル120が設けられる。正面パネル120は、筐体110に固定されるヒンジ130を介して開閉可能に設けられる。
【0011】
なお電力変換装置100は、所謂インバータ(直流を可変電圧、可変周波数の交流に変換する装置)に限定されず、後述する各種リアクトルを備えると共に電力変換用のスイッチング素子を備える装置であればよい。すなわち、電力変換装置100は、直流電力を交流電力に変換するコンバータ、直流電力を電力用半導体素子でスイッチング(オン・オフ)することで直流電力の値を制御する直流チョッパ、入力周波数より低い周波数の交流を得るサイクロコンバータなどでもよい。
【0012】
図2は図1に示される電力変換装置100を構成する回路の一例を示す図である。例えば電力変換装置100は、EMC(Electromagnetic Compatibility:電磁両立性)フィルタ101、三相交流電圧を整流するダイオード整流器102、及び三相インバータ主回路103を備える。
【0013】
EMCフィルタ101は、ノイズを除去するため、線間コンデンサ1、コモンモードチョークコイル2(L

)、接地コンデンサ3などを備える。
【0014】
三相インバータ主回路103は、コア4(L
core
)、直流リアクトル5(L
DC
)、平滑コンデンサ7、及び複数のスイッチング素子S

〜S

を備え、整流された電圧を三相交流電圧へ変換する。三相インバータ主回路103で変換された三相交流電圧が負荷(モータ200など)に印加される。
【0015】
コア4は、ダイオード整流器102と三相インバータ主回路103とを接続する正極側直流母線及び負極側直流母線に設けられ、電磁ノイズの補助的な抑制を行う。
【0016】
直流リアクトル5は、例えば正極側直流母線に設けられ、商用電圧に重畳される高調波電流を抑制すると共に力率改善を図るために設けられる。
【0017】
複数のスイッチング素子S

〜S

は、ダイオード整流器102から供給される直流電力を交流電力に変換する3相ブリッジ接続された半導体スイッチング素子である。以下では、複数のスイッチング素子S

〜S

のそれぞれを区別しない場合、「スイッチング素子」と称する。スイッチング素子は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などである。スイッチング素子は、それぞれ、不図示のゲート駆動回路から入力されるPWM信号(ゲート駆動信号)に従って、オン又はオフ状態となる。ゲート駆動回路は、不図示の制御回路から入力されるPWM信号を、スイッチング素子を駆動可能な値の電圧の信号であるゲート駆動信号に変換して、スイッチング素子に入力する回路である。
【0018】
コモンモードチョークコイル2、コア4、直流リアクトル5は、それぞれ例えば、複数のケイ素鋼板から打ち抜かれた環状の部材を積層して形成されたコア部、フェライトを焼結して形成されるコア部などに、巻線が巻き付けられることで形成される。スイッチング素子への通電が行われることによってスイッチング素子、コモンモードチョークコイル2、コア4、直流リアクトル5などが発熱する。
【0019】
コモンモードチョークコイル2、コア4、直流リアクトル5などの発熱部品で発生した熱が、周囲の部品に伝わることで、周囲の部品の温度が許容温度を超過する可能性がある。周囲の部品は、例えば、線間コンデンサ1、接地コンデンサ3、平滑コンデンサ7(C
dc
)、ダイオード整流器102を構成する整流素子などである。電力変換装置100は、発熱部品で発生した熱が周囲の部品へ伝わることを防ぐため、金属製の部材である遮熱板を備える。遮熱板の構造について図3Aなどを用いて説明する。
【0020】
図3Aは、遮熱板10が設置された電力変換装置100の内部構造を示す図である。図3Aに示すように、電力変換装置100の外郭を構成する筐体110の内側には、直流リアクトル5、遮熱板10、コモンモードチョークコイル2、制御基板8などが設けられる。制御基板8のマイナスZ軸方向の不図示の端面には、スイッチング素子が設けられる。図3Aに示される遮熱板10には、図3Bに示されるコア4が固定される。遮熱板10へのコア4の固定方法の詳細については後述する。
【0021】
図3Bは、図3Aに示される遮熱板10を除いて、コア4、直流リアクトル5などを示す図である。直流リアクトル5は、筐体110の内部空間の内、筐体110のプラスX軸方向の端面(天井面110a)と、筐体110のマイナスY軸方向の端面(側面110b)とが交わる角部110c寄りの部分に設けられる。
【0022】
例えば、発熱部品である直流リアクトル5、コア4などが、筐体110のマイナスX軸方向の端面(底面110d)寄りの部分に設けられている場合、直流リアクトル5で発生した熱が筐体110の底面110dから天井面110aに向かって上昇するため、直流リアクトル5の上部に存在する他の部品がその熱の影響を受け易くなる。
【0023】
電力変換装置100では、直流リアクトル5などが、筐体110の角部110c寄りの部分に設けられているため、熱の影響を受けやすい部品が、相対的に直流リアクトル5などの発熱部品の下側に位置する。従って直流リアクトル5などで発生した熱の当該部品への影響が軽減される。なお、直流リアクトル5などで発生した熱は、筐体110の天井面110aなどに伝わり、筐体110の外部に放射される。
【0024】
また電力変換装置100では、直流リアクトル5の周囲を囲むように遮熱板10が設置されている。遮熱板10は、放熱フィンベース6のプラスZ軸方向の端面に固定される。放熱フィンベース6は、筐体110の内部部品で発生した熱を筐体110の外部に放射するための板状の放熱部材である。放熱フィンベース6の材料には、アルミニウム、オーステナイト系ステンレス合金、銅合金、鋳鉄、鋼、鉄合金などの金属を例示できる。なお、放熱フィンベース6のマイナスZ軸方向の端面には、不図示の複数のフィンが設けられる。直流リアクトル5の周囲に遮熱板10が設置されることで、直流リアクトル5で発生した熱が、周囲の部品に伝わり難くなる。
【0025】
また電力変換装置100では、発熱部品の一部(例えばコア4など)が遮熱板10に固定される。遮熱板10の材料には、銅、アルミニウム、クロム、モリブデン、ニッケル、鉄、チタン、パラジウム、インジウム、タングステン、金、白金、銀、ステンレス鋼(SUS)、さらにこれらを複数含む合金、例えば、ニッケルと鉄の合金などを使用できる。放熱フィンベース6に遮熱板10が固定されるため、発熱部品で発生した熱の一部は、遮熱板10に伝わり、さらに放熱フィンベース6などに伝わる。従って、発熱部品の周囲に設けられる部品への熱の影響がより一層軽減される。
【0026】
なお、遮熱板10の熱伝導率は、例えば発熱部品(例えばコア4など)の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で構成することが望ましい。この構成により、コア4など発生した熱が遮熱板10に伝わり易くなり、コア4など発生した熱が周囲の部品へより一層伝わり難くなる。
【0027】
なお、コア4は、遮熱板10において、例えば図3Aに示される筐体110の側面110b寄りの位置に固定することが望ましい。このように構成することによって、例えばダイオード整流器102から三相インバータ主回路103へ伸びる直流母線を、筐体110の側面110b寄りに位置に配線できるため、筐体110の内部空間の余剰スペースを有効に利用しながら、コア4への直流母線の接続が容易化される。
【0028】
次に、図4Aなどを用いて、遮熱板10の構造と、遮熱板10への発熱部品の固定方法について説明する。
【0029】
図4Aは遮熱板10の斜視図である。図4Aにはコア4が遮熱板10に固定される前の状態が示される。図4Bは図4Aの遮熱板10にコア4が固定された状態を示す図である。
【0030】
遮熱板10は、XY平面をZ軸方向に平面視して、L字形状に形成される導電性の部材である。遮熱板10は、Y軸方向に延伸すると共にZ軸方向に起立する板状の第1板状部材10aと、第1板状部材10aのプラスY軸方向の端部からプラスX軸方向に延伸すると共にZ軸方向に起立する板状の第2板状部材10bと、複数の固定部材10cとを備える。
(【0031】以降は省略されています)

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