JP6428271B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関するもので、特に動作時に発生する電磁ノイズを低減するためのノイズフィルタ要素を備えた電力変換装置に関するものである。

電力変換装置の動作時に発生する電磁ノイズは、制御回路の誤動作を招来する要因となる。このため、電力変換装置の多くでは、回路基板にノイズフィルタ要素としてフェライトコアや電磁コイルを搭載し、これらフェライトコアや電磁コイルを通過するように電源ラインを配設することで電磁ノイズを低減するようにしている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開平５−１３６５９２号公報 特開２０１１−４１４１５号公報

ところで、昨今の電力変換装置には、設置スペースの問題から外形寸法の小型化、特に設置場所に対する投影面積の小型化が要求されている。こうした要求に応えるには、回路基板に対する電子部品の実装効率を向上させることが重要となる。しかしながら、上述した電力変換装置にあっては、フェライトコアや電磁コイルによって回路基板の実装領域が減少するため、電子部品の実装効率を向上させることが困難であり、外形寸法を小型化することも難しいのが実情である。

本発明は、上記実情に鑑みて、電子部品の実装効率が低下する事態を抑え、電磁ノイズの影響を低減することのできる電力変換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る電力変換装置は、電力変換回路が構成された回路基板と、端子ホルダを介して前記回路基板に搭載したネジ端子台と、前記ネジ端子台から前記電力変換回路に至る電源ラインを囲繞するように配設したノイズフィルタ要素とを備えた電力変換装置において、前記回路基板に対する前記端子ホルダの投影領域に重なる態様で前記ノイズフィルタ要素を配設したことを特徴とする。

また、本発明は、上述した電力変換装置において、前記ノイズフィルタ要素は、円筒状を成すフェライトコアによって構成したものであり、軸心が前記回路基板の実装面に対して直交する姿勢で配設したことを特徴とする。

また、本発明は、上述した電力変換装置において、前記端子ホルダに前記ノイズフィルタ要素を保持するフィルタ要素保持部を設けたことを特徴とする。

また、本発明は、上述した電力変換装置において、前記フィルタ要素保持部は、前記端子ホルダに設けた平板状体であり、結束用索状体を巻き掛けることによって前記ノイズフィルタ要素を結束した状態に維持するものであることを特徴とする。

また、本発明は、上述した電力変換装置において、前記フィルタ要素保持部は、前記ノイズフィルタ要素の一端面が搭載される台状体と、前記台状体に前記ノイズフィルタ要素を搭載した場合に前記ノイズフィルタ要素の他端面に当接することにより前記ノイズフィルタ要素の前記端子ホルダに対する相対移動を規制する当接体とを有したことを特徴とする。

本発明によれば、回路基板に対する端子ホルダの投影領域と、回路基板に対するノイズフィルタ要素の投影領域とが重なるようにこれらネジ端子台及びノイズフィルタ要素を配設するようにしているため、投影領域が重なった分だけ回路基板に対する電子部品の実装領域を確保することができるようになる。従って、電磁ノイズの影響を低減すべくノイズフィルタ要素を設けた場合にも、電子部品の実装効率が低下する事態を抑えることが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１ある電力変換装置に適用する回路基板の要部を示した図である。 図２は、図１に示した回路基板を側方から見た一部破断図である。 図３は、図１に示した電力変換装置の回路を示す図である。 図４−１は、図１に示した回路基板に搭載したネジ端子台を背面側から見た図である。 図４−２は、図４−１に示したネジ端子台にノイズフィルタ要素を保持させた状態の図である。 図５−１は、図４−２に示したネジ端子台及びノイズフィルタ要素を背面側から見た分解斜視図である。 図５−２は、図４−２に示したネジ端子台及びノイズフィルタ要素を背面側から見た斜視図である。 図６−１は、本発明の実施の形態２である電力変換装置の回路基板に搭載するネジ端子台を背面側から見た図である。 図６−２は、図６−１に示したネジ端子台にノイズフィルタ要素を保持させた状態の図である。 図７−１は、図６−２に示したネジ端子台及びノイズフィルタ要素を背面側から見た分解斜視図である。 図７−２は、図６−２に示したネジ端子台及びノイズフィルタ要素を背面側から見た斜視図である。 図８は、図６−２に示したネジ端子台及びノイズフィルタ要素の断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る電力変換装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１及び図２は、本発明の実施の形態１である電力変換装置に適用する回路基板の要部を示したものである。ここで例示する回路基板１は、図３に示すように、商用電源ＣＰから供給される交流電圧を電力変換回路２によって周波数・振幅の異なる交流電圧に変換した後に誘導モータや同期モータ等の負荷Ｍに出力するもので、ネジ端子台１０を備えている。ネジ端子台１０は、商用電源ＣＰの電源ケーブルｃｂを電力変換回路２に接続するための外部端子であり、図１及び図２に示すように、端子ホルダ１１０及び複数のブスバー（電源ライン）２１０を備えて構成してある。

端子ホルダ１１０は、合成樹脂等の絶縁部材によって略直方体となるように成形したもので、上面に複数の端子部１２０を有している。端子部１２０は、それぞれ上面及び前面が開口する一方、左右両側面及び背面が仕切壁部１２１，１２２によって囲まれた矩形の領域であり、端子ホルダ１１０の長手方向に沿って並設してある。各端子部１２０の背面に位置する仕切壁部（以下、後背壁部１２１という）は、端子ホルダ１１０の上面から上方に向けて突出した後、後方に向けて略直角に屈曲するように延在している。後背壁部１２１において端子ホルダ１１０の上面に対応する部位には、前方側から背面側に貫通するように挿入溝１２１ａが形成してある。

端子ホルダ１１０の両側に位置する側壁１１１は、端子部１２０よりも下方に位置する部分が一様な幅を有する一方、端子部１２０よりも上方に位置する部分が上方に向けて漸次後方に突出して後背壁部１２１の後端縁に連続している。すなわち、この端子ホルダ１１０では、回路基板１に当接する下端面の外形形状に比較して上端部が背面側に突出しており、上端部の外形寸法が回路基板１への投影領域となっている。

ブスバー２１０は、銅や銅合金等の良導体から成る幅の狭い帯状の薄板状部材であり、端子部１２０のそれぞれに対応して設けてある。それぞれのブスバー２１０は、後背壁部１２１の背面側から挿入溝１２１ａを介して一方の端部（以下、端子端部２１１という）を端子部１２０の上面に配置した状態で端子ホルダ１１０に配設してある。端子部１２０の上面に配置したブスバー２１０の端子端部２１１には、それぞれ端子ネジ２１２によって座金２１３が螺合してあり、端子ネジ２１２を適宜弛緩・締結することによって座金２１３との間に電源ケーブルｃｂを接続することが可能である。

図４−２、図５−１及び図５−２に示すように、ブスバー２１０において後背壁部１２１の背面側に位置する部分は、互いに近接するように湾曲しながら端子ホルダ１１０の下端側に向けて延在した後、再び離隔するように湾曲し、個々の延在端部が端子ホルダ１１０の下端面よりも下方に突出してリード端部２１４となっている。図には明示していないが、リード端部２１４は、回路基板１に設けられた差し込み孔に挿入された状態でハンダ付けされることにより、ブスバー２１０を回路基板１の電力変換回路２に電気的に接続するものである。図２からも明らかなように、ブスバー２１０は、端子ホルダ１１０の後背壁部１２１において後方に延在した部分によって上方域のほとんどが覆われている。

図４−１及び図５−２に示すように、端子ホルダ１１０の背壁１１２には、結束用保持壁部（フィルタ要素保持部：平板状体）１１３が一体に設けてある。結束用保持壁部１１３は、背壁１１２の背面から後方に向けて突出した平板状部分であり、背壁１１２に対して直交し、かつ鉛直方向に沿って延在している。結束用保持壁部１１３の突出縁部には、一方の表面の全長にわたる部位に抜け止め用のリブ１１３ａが設けてある。

この結束用保持壁部１１３には、結束バンド（結束用索状体）１３０を介して一対のフェライトコア（ノイズフィルタ要素）２０が保持させてある。フェライトコア２０は、同一の寸法に形成した円筒状を成すもので、互いに軸心を合致させた場合の軸方向に沿った長さが結束用保持壁部１１３の上下方向に沿った寸法よりもわずかに長くなるように設定してある。これらのフェライトコア２０は、軸心が上下方向に沿い、かつそれぞれの外周面が結束用保持壁部１１３及び端子ホルダ１１０の背壁１１２に当接した状態で結束バンド１３０によって結束用保持壁部１１３に結束してある。フェライトコア２０の上端面には、その過半部分を覆うように、端子ホルダ１１０の後背壁部１２１において後方に延在した部分が配置されている。フェライトコア２０の中心孔２１には、複数のブスバー２１０において互いに近接した部分が貫通するように配設してある。

上記のように構成したネジ端子台１０は、ブスバー２１０のリード端部２１４を回路基板１に半田付けすることにより、端子ホルダ１１０の下端面が実装面に当接し、フェライトコア２０の軸心が実装面に直交した状態で回路基板１に搭載されることになる。この状態からブスバー２１０の端子端部２１１に商用電源ＣＰの電源ケーブルｃｂを接続すれば、商用電源ＣＰから供給される交流電力が電力変換回路２によって相数・周波数・電圧の異なる交流電力に変換されることになる。この間、上述のネジ端子台１０によれば、電力変換回路２に至るブスバー２１０がフェライトコア２０の中心孔２１を通過するため、動作時に発生する電磁ノイズの影響が低減され、制御回路３（図３参照）が誤動作する等の問題を防止できるようになる。

しかも、図１及び図２に示すように、フェライトコア２０は、上端面の一部が端子ホルダ１１０の後背壁部１２１において後方に延在する部分に覆われた状態、つまり回路基板１に対する端子ホルダ１１０の投影領域内に重なるように配設してある。従って、回路基板１に対する端子ホルダ１１０の投影領域とフェライトコア２０の投影領域とが重なった分だけ回路基板１に対する電子部品の実装領域を確保することができ、電力変換装置の外形寸法が大型化するのを抑えた上で電磁ノイズの影響を低減することが可能となる。

（実施の形態２）
図６−１〜図７−２は、本発明の実施の形態２である電力変換装置の回路基板に搭載するネジ端子台１０′を示したものである。ここで例示するネジ端子台１０′は、実施の形態１と同様、商用電源から供給される交流電力を電力変換回路によって相数・周波数・電圧等の異なる交流電力に変換した後、同期モータ等の負荷に出力する回路基板に搭載するもので、実施の形態１とは、ノイズフィルタ要素であるフェライトコアを端子ホルダに保持するための構成のみが異なっている。以下、実施の形態１と異なる構成について詳述し、実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付して詳細説明を省略する。

図５−１及び図５−３に示すように、端子ホルダ１１０の背壁１１２には、左右の側壁部（フィルタ要素保持部）１１４、底壁部（フィルタ要素保持部：台状体）１１５及び当接壁部（フィルタ要素保持部：当接体）１１６がそれぞれ一体に設けてある。側壁部１１４は、背壁１１２の背面から後方に向けて互いに平行となるように突出した平板状部分であり、背壁１１２に対して直交し、かつ鉛直方向に沿って延在している。側壁部１１４の間には、フェライトコア２０の外径寸法に等しい間隔が確保してある。底壁部１１５は、背壁１１２の背面から側壁部１１４の下端部間を覆うように突出した平板状部分である。この底壁部１１５には、ほぼ中央となる部分にブスバー用切欠１１５ａが設けてある。当接壁部１１６は、背壁１１２の背面において側壁部１１４のほぼ中間となる位置から側壁部１１４と平行となるように突出した平板状部分であり、その下端面と底壁部１１５の上面との間にフェライトコア２０の軸方向に沿った長さに等しい間隔を確保した位置に設けてある。当接壁部１１６の下面には、係合突起１１６ａが設けてある。係合突起１１６ａは、背壁１１２の背面からフェライトコア２０の板厚に相当する距離だけ離隔した位置から下方に向けてわずかに球状に突出したものである。

上述した側壁部１１４、底壁部１１５及び当接壁部１１６の間には、一対のフェライトコア２０が保持させてある。すなわち、フェライトコア２０は、軸心が上下方向に沿った姿勢でこれら側壁部１１４及び底壁部１１５の間に挿入すると、下端面が底壁部１１５の上面に当接するとともに、外周面が左右の側壁部１１４に当接した状態となる。この状態からフェライトコア２０をさらに端子ホルダ１１０の背壁１１２に近接させる方向に押し込むと、当接壁部１１６の下面に形成した係合突起１１６ａがフェライトコア２０の上端面に当接することにより、適宜撓んでフェライトコア２０の通過を許容する。フェライトコア２０の外周面が背壁１１２の背面に当接すると、係合突起１１６ａがフェライトコア２０の中心孔２１に配置された状態になり、係合突起１１６ａがフェライトコア２０の内周面に係合することによって端子ホルダ１１０に対するフェライトコア２０の離脱する方向への移動が阻止される。実施の形態１と同様、フェライトコア２０の上端面には、その過半部分を覆うように、端子ホルダ１１０の後背壁部１２１において後方に延在した部分が配置されている。フェライトコア２０の中心孔２１には、複数のブスバー２１０において互いに近接した部分が貫通するように配設してある。

実施の形態２のネジ端子台１０′についても、ブスバー２１０のリード端部２１４を回路基板１に半田付けすることにより、端子ホルダ１１０の下端面が実装面に当接し、フェライトコア２０の軸心が実装面に直交した状態で回路基板１に搭載されることになる。この状態からブスバー２１０の端子端部２１１に商用電源ＣＰの電源ケーブルｃｂを接続すれば、商用電源ＣＰから供給される交流電力が電力変換回路２によって相数・周波数・電圧の異なる交流電力に変換されることになる。この間、上述のネジ端子台１０′によれば、電力変換回路２に至るブスバー２１０がフェライトコア２０の中心孔２１を通過するため、動作時に発生する電磁ノイズの影響が低減され、制御回路３が誤動作する等の問題を防止できるようになる。

しかも、フェライトコア２０は、上端面の一部が端子ホルダ１１０の後背壁部１２１において後方に延在した部分に覆われた状態、つまり回路基板１に対する端子ホルダ１１０の投影領域内に重なるように配設してある。従って、回路基板１に対する端子ホルダ１１０の投影領域とフェライトコア２０の投影領域とが重なった分だけ回路基板１に対する電子部品の実装領域を確保することができ、電力変換装置の外形寸法が大型化するのを抑えた上で電磁ノイズの影響を低減することが可能となる。

尚、上述した実施の形態１及び実施の形態２では、ノイズフィルタ要素として円筒状を成すフェライトコア２０を例示しているが、必ずしもフェライトコア２０に限らない。また、端子ホルダ１１０にノイズフィルタ要素を保持させるようにしているため、ノイズフィルタ要素とネジ端子台１０，１０′とを一体に取り扱うことができ、例えば回路基板１への組立作業を容易化できる等の利点がある。しかしながら、本発明では、必ずしもノイズフィルタ要素を端子ホルダ１１０に保持させる必要はなく、回路基板１に対する端子ホルダ１１０の投影領域に重なる態様でノイズフィルタ要素が配設されていれば、直接回路基板１にノイズフィルタ要素を保持させるようにしても構わない。また、ノイズフィルタ要素を保持させる姿勢についても、必ずしも回路基板の実装面に対して直交させる必要はない。

１ 回路基板
２ 電力変換回路
１０，１０′ ネジ端子台
２０ フェライトコア
１１０ 端子ホルダ
１１１ 側壁
１１２ 背壁
１１３ 結束用保持壁部
１１４ 側壁部
１１５ 底壁部
１１６ 当接壁部
１３０ 結束バンド
２１０ ブスバー

Claims (5)

1. 電力変換回路が構成された回路基板と、端子ホルダを介して前記回路基板に搭載したネジ端子台と、前記ネジ端子台から前記電力変換回路に至る電源ラインを囲繞するように配設したノイズフィルタ要素とを備えた電力変換装置において、
   前記端子ホルダは、上面及び前面のみが開口されている端子部と、前記端子部の背面に位置する後背壁部と、を有し、下端面が前記回路基板の実装面に当接する態様で前記回路基板に搭載され、
   前記後背壁部は、前記端子部の前記上面より上方に突出したものであり、前記後背壁部の上端部には後方に向けて屈曲することにより前記回路基板の実装面に対向するように延在した部分が設けられ、
   前記電源ラインは、一端部が前記端子部の前記上面に配置され、かつ他端部が前記後背壁部を通過することにより前記後背壁部よりも背面側において前記端子ホルダの外部に延在し、さらに当該端子ホルダの外部に延在した部分において前記回路基板に接続されており、
   前記ノイズフィルタ要素は、前記後背壁部よりも背面側に延在した部分において前記電源ラインを囲繞し、かつ前記後背壁部の後方に向けて屈曲した部分の前記回路基板への投影領域に重なる態様で配設されていることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記ノイズフィルタ要素は、円筒状を成すフェライトコアによって構成したものであり、軸心が前記回路基板の実装面に対して直交する姿勢で配設したことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記端子ホルダに前記ノイズフィルタ要素を保持するフィルタ要素保持部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記フィルタ要素保持部は、前記端子ホルダに設けた平板状体であり、結束用索状体を巻き掛けることによって前記ノイズフィルタ要素を結束した状態に維持するものであることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記フィルタ要素保持部は、前記ノイズフィルタ要素の一端面が搭載される台状体と、前記台状体に前記ノイズフィルタ要素を搭載した場合に前記ノイズフィルタ要素の他端面に当接することにより前記ノイズフィルタ要素の前記端子ホルダに対する相対移動を規制する当接体とを有したことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。

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