JP2008092632A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インバータ装置における電解コンデンサなど高い温度に敏感な電気部品の周囲温度の上昇を抑制する。
【解決手段】 主変換回路・電源回路基板２１ａの表面に配置された端子台１１，電解コンデンサ１３，抵抗１４ａ，絶縁トランス１７ａ，電解コンデンサ１７ｂなどの位置と対流防止板３１の位置との関係を、絶縁トランス１７ａと電解コンデンサ１７ｂとの間に対流防止板３１を設けた関係にして、抵抗１４ａ，絶縁トランス１７ａなどの発熱部品からの空気の対流経路を管理することで、電解コンデンサ１７ｂなど高い温度に敏感な電気部品の周囲温度の上昇を抑制して、このインバータ装置１０の信頼性を向上させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、商用電源などからの交流電力を任意の周波数・電圧の交流電力に変換して電動機などに給電するインバータ装置に関する。

図５は、この種のインバータ装置の代表的な回路構成図であり、このインバータ装置１０には商用電源などから端子台１１の端子１１ａを介して印加される交流電圧を整流する順変換器１２、この整流された電圧を平滑する電解コンデンサ１３、インバータ装置１０の起動時の電解コンデンサ１３への突入電流を抑制するために抵抗１４ａ，リレー１４ｂなどからなる突入電流抑制回路１４、平滑された電解コンデンサ１３の両端電圧を所望の周波数の交流電圧に変換して端子台１１の端子１１ｂを介して出力する逆変換器１５、この逆変換器１５を構成するＩＧＢＴなどを所望の動作状態に制御する制御回路１６、逆変換器１５へのゲート電源，制御回路１６への制御電源などを生成する電源回路としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１７、順変換器１２，逆変換器１５からの発熱を放熱する後述の放熱フィンを冷却するファン１８などを備えている。

図６は、図５に示したインバータ装置１０が組み込まれた従来の模式的断面構成図であり、この図において、筐体ケース２０内の主変換回路・電源回路基板２１の部品実装面（表面）には端子台１１，電解コンデンサ１３，抵抗１４ａ，ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を形成する絶縁トランス１７ａおよび電解コンデンサ１７ｂなどが図示のように配置され、また、主変換回路・電源回路基板２１の裏面には主変換回路として半導体モジュールで形成された順変換器１２および逆変換器１５が配置され、これら順変換器１２および逆変換器１５の一方の面が放熱フィン２２の取付け面に密着して固定されている。さらに、制御回路基板２３には図５に示した制御回路１６が配置され、この制御回路基板２３は筐体ケース２０に固着された筐体隔壁２４により保持されている。

また、図６において、２０ａは筐体ケース２０に設けられた通気穴を示し、２０ｂは端子台１１への外部からの引込み線用の開口部を示す。一般に、インバータ装置１０は通気穴２０ａを上面に、開口部２０を下面にした縦向きの姿勢で盤内の取付けフレーム１に固定されている。このとき、主変換回路・電源回路基板２１上の発熱部品である抵抗１４ａ，絶縁トランス１７ａなどにより、筐体ケース２０内部に温度上昇が生ずるが、この温度上昇は、開口部２０ｂから通気穴２０ａへの自然対流により冷却される。一方、筐体ケース２０内部への粉塵などの侵入を防ぐために、ファン１８は冷却フィン２２のみを冷却するように配置している。

さらに、筐体隔壁２４は上述のように制御回路基板２３を保持するとともに、主変換回路・電源回路基板２１の発熱の影響が制御回路基板２３に及ぶのを防止している。
特開２０００−１４１６９号公報

図６に示した従来の断面構成図のように配置されたインバータ装置１０において、抵抗１４ａ，絶縁トランス１７ａなどの発熱により筐体ケース２０内部には、鉛直方向に大きな空気温度の勾配が生ずる。そのため、例えば回路構成上の制約により、主変換回路・電源回路基板２１の上部である前述の自然対流の下流側に高い周囲温度に敏感な電気部品である電解コンデンサ１７ｂなどを配置せざるを得ない場合、この電解コンデンサ１７ｂ自身の発熱が僅かであるにも関わらず、高温の空気に晒され続けるために前記電解コンデンサの動作信頼性や寿命を損なう恐れがあった。

この発明の目的は、上記問題点を解決したインバータ装置を提供することにある。

この第１の発明は、主変換回路・電源回路基板，制御回路基板などを筐体ケースに収納したインバータ装置において、
前記主変換回路・電源回路基板の部品実装面の予め定めた位置に対流防止板を設置したことを特徴とする。

また第２の発明は前記第１の発明のインバータ装置において、
前記対流防止板は、前記主変換回路・電源回路基板と制御回路基板との間に設置された筐体隔壁により保持するようにしたことを特徴とする。

また第３の発明は前記第１の発明のインバータ装置において、
前記対流防止板は、前記筐体ケースにより保持するようにしたことを特徴とする。

さらに第４の発明は前記第１〜３の発明のインバータ装置において、
前記対流防止板は、前記主変換回路・電源回路基板上の発熱部品よりも下流側に設置したことを特徴とする。

この発明のインバータ装置によれば、前記主変換回路・電源回路基板の部品実装面の予め定めた位置に対流防止板を設置したことをより、後述の如く、電解コンデンサなど高い温度に敏感な電気部品の周囲温度の上昇を抑制することが可能となり、このインバータ装置の信頼性を向上させるとともに、インバータ装置のより小型化を可能にする。

図１は、この発明の実施の形態を示すインバータ装置の模式的断面図であり、図２は、図１の主変換回路・電源回路基板を示す平面図であり、図３は、図１の内部対流の流れを示す平面図であり、この図において、図６と同一部材については同一の符号を付してその説明を省略する。

なお、この実施の形態では、高い周囲温度に敏感な電気部品である電解コンデンサ１７ｂを主変換回路・電源回路基板２１ａの最上部に配置した構成となっている。一般的に主変換回路・電源回路基板２１ａの最下部には端子台１１が配置されており、順変換器１２および逆変換器１５のパワー半導体や主回路用の電解コンデンサ１３は、その配線長を短くする意味からも端子台１１の近傍に配置されることが多い。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を構成する絶縁トランス１７ａや電解コンデンサ１７ｂ等の電気部品は主変換回路・電源回路基板２１ａの最上部に配置することになる。

図１においては、従来の主変換回路・電源回路基板２１に代えて主変換回路・電源回路基板２１ａが配置され、この主変換回路・電源回路基板２１ａでは、該基板の表面に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータ１７を構成する絶縁トランス１７ａと電解コンデンサ１７ｂとの間に、筐体隔壁２４により支持された対流防止板３１を設けている。

すなわち、発熱部品である絶縁トランス１７ａと、高い周囲温度に敏感な電気部品である電解コンデンサ１７ｂとの間に対流防止板３１を設けることにより、上流側の発熱部品からの発熱が、対流防止板３１よりも下流側に設けられた高い周囲温度に敏感な電気部品に影響するのを抑制している。

これについて図３を用いて更に詳細に説明する。対流防止板３１よりも下側（対流の上流側）には、順変換器１２および逆変換器１５のパワー半導体や主回路用の電解コンデンサ１３，抵抗１４ａ，絶縁トランス１７ａ等の発熱部品が配置されており、これら発熱部品から発せられる熱は筐体ケース２０内部の空気温度を上昇させる。この温度上昇した空気は密度が低下して浮力を生じ、高温の対流４１となって筐体ケース２０上面に設けられた通気穴２０ａを通って筐体ケース２０の外部に流出する。

一方、対流防止板３１よりも上側（対流の下流側）には、電解コンデンサ１７ｂなどの高い周囲温度に敏感な電気部品を配置しているが、この領域は対流防止板３１よりも下流側になるため、高温の対流４１は対流防止板３１で遮断されることになり、発熱部品の発熱により温度上昇した空気の影響を受けることはない。しかも、この領域に配置される電解コンデンサ１７ｂ等の電気部品は、対流防止板３１よりも上流側に配置される電気部品よりも発熱量が小さい。このため、電解コンデンサ１７ｂ周囲の領域の空気は、高温の対流４１により生じる負圧によって対流４２を生じて通気穴２０ａから排出されることになり、この領域の温度は対流４２のみで十分温度を低下させることが可能である。

図４は、この発明の別の実施の形態の平面図であり、この図において、図１と同一部材については同一の符号を付してその説明を省略する。

図４の実施の形態は、図１の筐体ケース２０に代えて筐体ケース２５を設けたものであり、筐体ケース２５の上面に通気穴を設けていない、いわゆる全閉構造のインバータ装置を示すものである。

この構造では、主変換回路・電源回路基板２１ａに配置された発熱部品から発せられる熱は筐体ケース２５内部の空気温度を上昇させ、この温度上昇した空気は対流５２に示すように筐体ケース２５内部を循環しながら筐体ケース２５を介して外部と熱交換を行って除熱されることになる。このとき、筐体ケース２５内部の温度上昇に伴う対流は、対流防止板３１により下部の対流５２と上部の対流５１とに分断されることになるので、対流防止板３１よりも上部の領域に配置された電解コンデンサ１７ｂ等の高い周囲温度に敏感な電気部品は、発熱部品からの発熱の影響が軽減される。このため、対流防止板３１の下流側の領域は、対流防止板３１を設けていない場合に比べて温度上昇が低減される。

なお、図１に示した実施の形態では、筐体隔壁２４により対流防止板３１を保持する例を示したが、対流防止板３１を筐体ケース２０あるいは筐体ケース２５により直接保持する構成としてもよい。また、筐体隔壁２４と対流防止板３１とを一体に成形した構成、あるいは、筐体ケース２０または筐体ケース２５と対流防止板３１とを一体に成形した構成でもよく、両者を一体に成形することにより部品点数を少なくすることができる。

この発明の実施の形態を示すインバータ装置の模式的断面構成図 図１の主変換回路・電源回路基板を示す平面図 図１の内部対流の流れを示す平面図 この発明の別の実施の形態を示す平面図 インバータ装置の回路構成図 従来のインバータ装置の模式的断面構成図

符号の説明

１‥取付けフレーム、１０‥インバータ装置、１１‥端子台、１２‥順変換器、１３‥電解コンデンサ、１４‥突入電流抑制回路、１５‥逆変換器、１６‥制御回路、１７‥ＤＣ／ＤＣコンバータ、１８‥ファン、２０，２５‥筐体ケース、２１‥主変換回路・電源回路基板、２２‥放熱フィン、２３‥制御回路基板、２４‥筐体隔壁、３１‥対流防止板、４１，４２，５１，５２‥対流。

Claims (4)

1. 主変換回路・電源回路基板，制御回路基板などを筐体ケースに収納したインバータ装置において、
   前記主変換回路・電源回路基板の部品実装面の予め定めた位置に対流防止板を設置したことを特徴とするインバータ装置。
2. 請求項１に記載のインバータ装置において、
   前記対流防止板は、前記主変換回路・電源回路基板と制御回路基板との間に設置された筐体隔壁により保持するようにしたことを特徴とするインバータ装置。
3. 請求項１に記載のインバータ装置において、
   前記対流防止板は、前記筐体ケースにより保持するようにしたことを特徴とするインバータ装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインバータ装置において、
   前記対流防止板は、前記主変換回路・電源回路基板上の発熱部品よりも下流側に設置したことを特徴とするインバータ装置。

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