JP5114350B2 - Inverter device - Google Patents
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Description
この発明は、電源からの交流電力を任意の周波数と電圧の交流電力に変換して、モーターなどに電気を供給するインバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device that converts AC power from a power source into AC power having an arbitrary frequency and voltage and supplies electricity to a motor or the like.
図16は、インバータ装置の代表的な電気回路構成図である。この電気回路には、電源などから端子台16の端子部16aを介して交流電圧が印加される。印加された交流電圧は順変換機51によって整流され、平滑コンデンサ12によって平滑される。
FIG. 16 is a typical electric circuit configuration diagram of the inverter device. An AC voltage is applied to the electric circuit from a power source or the like via the
インバータ装置の起動時に平滑コンデンサ12へ突入する電流は、大きいものであるため、減流抵抗器14とリレー14aなどからなる突入電流抑制回路14bが設けられていて、突入電流が大きい場合突入電流抑制回路14bによって抑制される。
Since the current that rushes into the
平滑された平滑コンデンサ12の両端電圧は逆変換機52によって所望の周波数の交流電圧に変換され、端子台16の端子16bを介して出力される。この逆変換器52を構成するIGBTなどは、制御回路53からの指令に基づいて所望の動作状態に制御され、ドライバ回路54によって駆動される。ドライバ回路54内にはスイッチングレギュレータ回路(DC/DCコンバータ)が搭載されており、直流電圧が生成されて各構成へ供給される。
The smoothed voltage across the
尚、端子台16は、電流の入力用端子部と出力用端子部とが絶縁された状態で並んで設けられる。
The
図17と図18はそれぞれ、インバータ装置の代表的な従来の平面構成模式図と横断面構成模式図である。この図17と図18において、筐体ケース20内には、主回路基板11と電源回路基板56と制御回路基板57とパワーモジュール55が収納されている。
FIGS. 17 and 18 are a typical conventional plan configuration diagram and a cross-sectional configuration schematic diagram of an inverter device, respectively. In FIG. 17 and FIG. 18, the
主回路基板11の部品実装面(表面)には、下方側平滑コンデンサ12Aと上方側平滑コンデンサ12B,昇圧トランス13,減流抵抗器14,端子台16などが図のように配置されている。
On the component mounting surface (front surface) of the
筐体ケース20には上面に上部開口部22,下面に下部開口部21、そして必要に応じて側面に側面開口部23が設けられている。下部開口部21と側面開口部23から冷却空気が主回路基板11上に流入し、主回路基板11上の発熱部品で生じた熱により温められた空気が、上部開口部22より排出される。
The
主回路基板11は、主回路基板11の側方に設けられ裏面側に伸びたモジュール接続部15でパワーモジュール55と電気的に接続する。パワーモジュール55は冷却フィン24と接続されている。パワーモジュール55から発熱した熱は熱伝導により冷却フィン24に伝わり、冷却フィン周囲の空気と熱交換して放熱される。
The
特許文献1に記載の構造では、電気的な特性を考慮しながら部品のレイアウトを決定しても、対流防止板の取り付けにより、高温に敏感な電気部品の温度上昇を、ある程度能動的に管理することができる。
In the structure described in
近年、部品の小型化、および面実装技術の向上によって、部品の高密度実装が可能となり、インバータ装置の小型化が進んでいる。反面、インバータ装置を適用する、モーターや産業用機器においては、その動作を適正に保証し、インバータ装置の出力電圧を高品位に保つ必要がある。このため、インバータ装置の電気回路を流れる電圧の平滑化に用いる平滑コンデンサ12,減流抵抗器14,昇圧トランス13といった高電力部品は、信頼性を確保するため、そして電気容量等の必要仕様を満足する必要があるために必ずしも小型化が出来ない。よって、面実装部品の高密度化によって発熱密度が増加するだけでなく、インバータの電気特性を良好に保つために用いられる大型の高電力部品の存在によって、筐体内部の冷却空気の流れが阻害され、部品温度の上昇による部品の信頼性が低下するという問題がある。特に、平滑コンデンサ12は、一般に信頼性を確保できる部品温度上限が他の部品より低いため、温度上昇が大きな問題となる。
In recent years, the miniaturization of components and the improvement of surface mounting technology have enabled the high-density mounting of components, and the miniaturization of inverter devices has progressed. On the other hand, in motors and industrial equipment to which the inverter device is applied, it is necessary to ensure its operation appropriately and to keep the output voltage of the inverter device high. For this reason, high power components such as the
さらに、平滑コンデンサ12,減流抵抗器14,昇圧トランス13といった部品には、制御等に用いられる弱電部品よりも高電圧・大電流が流れるため、それらの部品が配置される基板上の配線パターンが太くなる。そのため、配線パターンの電気的損失低減や、不要な電磁輻射の低減,主回路基板11上の他実装部品の配線パターンの確保、などといった電気的な特性を考慮して配置される必要がある。
Furthermore, since a higher voltage and a larger current flow through the components such as the
しかしながら、特許文献1に記載された技術では、対流防止板を設け対流経路を管理した場合は、結果的に通風経路が制限されることによって、内部を流れる冷却空気量が減少する。そのため、部分的に温度上昇を抑制しても、全体的な冷却性能は向上しないという問題がある。特にファンを用いずに、自然対流による空気流によって放熱を行う場合には、浮力によって生じる空気流の圧力が非常に小さいため、空気流路を管理することによって冷却空気量が大幅に減少し、放熱が困難となるという問題がある。
However, in the technique described in
上記したように、近年インバータは、面実装部品の高密度化によって小型化が進み、発熱密度が増加するだけでなく、インバータの電気特性を良好に保つための大型の高電力部品の存在によって、筐体内部の冷却空気の流れが阻害される。 As mentioned above, in recent years, inverters have been downsized due to the increased density of surface-mounted components, not only increasing the heat generation density, but also due to the presence of large high-power components to keep the electrical characteristics of the inverter good, The flow of cooling air inside the housing is obstructed.
特にファンを用いない自然対流を用いた空冷方式のインバータ装置では冷却空気の風量が少なく、部品温度の上昇による部品の信頼性が低下するという問題がある。 In particular, an air-cooled inverter device using natural convection that does not use a fan has a problem in that the air volume of cooling air is small, and the reliability of the components decreases due to an increase in the component temperature.
また、平滑コンデンサや、減流抵抗器等の大電力部品は、電気的特性を考慮して配置される必要があり、更に自然対流による空気流と部品の冷却の両立が困難となっている。 Further, high power components such as a smoothing capacitor and a current reducing resistor need to be arranged in consideration of electrical characteristics, and it is difficult to achieve both air flow and natural component cooling by natural convection.
本発明の目的は、上記問題点を解決したインバータ装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the inverter apparatus which solved the said problem.
上記目的を達成するために本発明のインバータ装置は、電子部品を搭載した回路基板と、該回路基板と電気的に接続する端子台と、前記回路基板と端子台とを内包し、少なくとも上面と下面を含む複数の面に開口部が設けられた筐体と、を有するインバータ装置において、前記回路基板は、前記下面の開口部から前記上面の開口部に向かう空気の流れに沿って設けられ、昇圧トランスと減流抵抗器とに隣接する複数の平滑コンデンサを搭載し、前記上面に近い上方側平滑コンデンサは前記下面に近い下方側平滑コンデンサよりも前記筐体の側壁に近接していることを特徴とするものである。 To achieve the above object, an inverter device of the present invention includes a circuit board on which electronic components are mounted, a terminal block electrically connected to the circuit board, the circuit board and the terminal block, and at least an upper surface. An inverter device having openings provided on a plurality of surfaces including a lower surface, wherein the circuit board is provided along a flow of air from the opening on the lower surface toward the opening on the upper surface, A plurality of smoothing capacitors adjacent to the step-up transformer and the current reducing resistor are mounted, and the upper side smoothing capacitor near the upper surface is closer to the side wall of the housing than the lower side smoothing capacitor near the lower surface. It is a feature.
上記構成に加えて、前記昇圧トランスと前記減流抵抗器に対して、前記複数の平滑コンデンサを前記回路基板上で左右どちらかに一方にまとめて設けてもよい。 In addition to the above configuration, the plurality of smoothing capacitors may be provided on either one of the left and right sides of the circuit board for the step-up transformer and the current reducing resistor.
同様に、前記下方側平滑コンデンサと隣接する前記昇圧トランスまたは前記減流抵抗器との間隔を、前記上方側平滑コンデンサと隣接する前記昇圧トランスまたは前記減流抵抗器との間隔よりも広げてもよい。 Similarly, the interval between the lower-side smoothing capacitor and the adjacent step-up transformer or the current reducing resistor may be wider than the interval between the upper-side smoothing capacitor and the adjacent step-up transformer or the current reducing resistor. Good.
同様に、前記回路基板は、他の回路基板に設けられた電子部品と電子的に接続する一つまたは複数のモジュール接続部を有し、そのうち少なくとも一つのモジュール接続部は、前記下方側平滑コンデンサと前記筐体の側壁との間に設けてもよい。 Similarly, the circuit board has one or a plurality of module connection portions that are electronically connected to electronic components provided on another circuit board, and at least one of the module connection portions includes the lower smoothing capacitor. And the side wall of the housing.
同様に、前記端子台は、前記筐体の下面側に設けられ、前記下方側平滑コンデンサと隣接する前記減流抵抗器または前記昇圧トランスとの間隙に向かって開口する貫通部または貫通孔を有してもよい。 Similarly, the terminal block is provided on the lower surface side of the casing, and has a through-hole or a through-hole that opens toward a gap between the lower-side smoothing capacitor and the current reducing resistor or the step-up transformer. May be.
同様に、前記平滑コンデンサ,昇圧トランス,減流抵抗器の内で前記回路基板からの高さが最小である電子部品に合わせた最小高さ内空間にて、前記回路基板に実装された部品高さにおける前記筐体の上下方向で積分した積分値で定義する前記回路基板に搭載された電子部品の空間占有率を、前記筐体の側壁間における分布で見たときに中央部付近に凹部を有する略二瘤形状であるようにしてもよい。 Similarly, in the smoothing capacitor, step-up transformer, and current-reducing resistor, the height of the component mounted on the circuit board in the minimum height internal space that matches the electronic component having the minimum height from the circuit board. When the space occupancy rate of the electronic components mounted on the circuit board defined by the integral value integrated in the vertical direction of the casing is viewed from the distribution between the side walls of the casing, a recess is formed near the center. You may make it have the substantially two-prong shape which has.
本発明によれば、電気容量が大きく寸法が大きなコンデンサを用いても電気的信頼性を損なうことが無く、インバータ装置の信頼性向上を可能とする。 According to the present invention, even if a capacitor having a large electric capacity and a large size is used, the electric reliability is not impaired, and the reliability of the inverter device can be improved.
本発明のインバータ装置における一実施例を、図1から図4を用いて説明する。図1は、本実施例のインバータ装置の概略を表す図面で、主要な構成を分解した斜視図である。また、図2は同実施例の模式的平面図、図3は同実施例の模式的横断面図であり、図4は、同実施例のインバータ装置における下面側から見た図である。これらの図は、同一部材においては同一の符号を付してその説明を省略する。 An embodiment of the inverter device of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic view of an inverter device according to the present embodiment, and is an exploded perspective view of main components. 2 is a schematic plan view of the embodiment, FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the embodiment, and FIG. 4 is a view as seen from the lower surface side of the inverter device of the embodiment. In these drawings, the same members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図1において、筐体ケース20は下方に下部開口部21を有していて、主回路基板11に設けられた端子台16が臨めるようになっている。下部開口部には装置外部と内部を隔てるためにスリットを備えた蓋がされ、操作パネル26側を前面、冷却フィン24側を裏面と定義すると、端子台16の前面側には、後述するように、間隔をあけて電子部品搭載部と外部とを隔てる筐体ケース突出部20Bが設けられている。
In FIG. 1, the
筐体ケース20の側面には、側面開口部23を有していて、この側面開口部23は筐体ケース20の側面から内部に冷却空気を流入する入口となる。この側面開口部23は反対側の筐体ケース20の側面にも設けられている。尚、後述するが筐体ケース20の上部には上部開口部22が設けられている。
A
筐体ケース20の前面には操作パネル26が設けられていて、図示したインバータ装置では、蝶番で一辺が筐体ケース20の内部が開放されるように保持されている。操作パネル26は図1の構造とは異なり、嵌め込み式で筐体ケース20に固定しても良い。
An
筐体ケース20の内部には複数の回路基板を有していて、図1では代表させて主回路基板11を示す。主回路基板11にはインバータ装置の下方に端子台16を設けていて、自然対流の空気流れは端子台16の周りから、即ちインバータ装置の下方から浸入し端子台16をすり抜けて、筐体ケース20の内部に導入される。
The
主回路基板11には、端子台16の他に、主たる発熱部品として平滑コンデンサ12が一方に、減流抵抗器14と昇圧トランス13が他方に設けられている。本実施例においては、減流抵抗器14が端子台16のあるインバータ装置の下方に、昇圧トランス13が筐体ケース20の上方であるインバータ装置の上方に、それぞれ設けられている。
In addition to the
主回路基板11は複数の冷却フィン24を有する基台40に取り付けられる。この図面では簡略に構成を示しているが、主回路基板11と冷却フィン24を有する基台40との間の詳細な構成については後述する。
The
図2に示す平面図のように、本実施例のインバータ装置は制御盤などに取り付けられる。端子台16は、配線や配線時のネジ締めなどの作業性の向上のため、主回路基板11の下方に配置するのがよい。
As shown in the plan view of FIG. 2, the inverter device of this embodiment is attached to a control panel or the like. The
減流抵抗器14は、端子台16との主回路基板11上の配線長さを短くするために、端子台16の近傍に配置されることが望ましい。平滑コンデンサ12も端子台16との配線長さを短くするために端子台16の近傍に配置されることが望ましい。必要な電気容量を満足するため平滑コンデンサを複数設置する場合には、平滑コンデンサ12同士の配線長さを短くするためにお互いを近づけて配置することが望ましい。
The current reducing
なぜならば、平滑コンデンサ12や減流抵抗器14には高電圧・大電流が流れるが、それらの部品の配線長さを短くすることによって配線パターンの電気的損失や不要な電磁輻射を低減することができる。さらに、平滑コンデンサ12や減流抵抗器14には大電流が流れるため、これらの部品に対する配線パターンは太くなるが、お互いを近づけて配置することにより配線パターンが短くなり、基板上の他の実装部品の配線パターンの確保も容易となる。
This is because a high voltage and a large current flow through the smoothing
つまり、このような電気的特性の向上のために、複数の平滑コンデンサ12と、減流抵抗器14が、端子台16の近くに設けられるレイアウトが望ましい。また、減流抵抗器14は、図2には図示されていないがリレー14aと組み合わせて突入電流抑制回路14bを構成するため、減流抵抗器14と端子台16の近くにリレー14aが設けられるスペースがあることが望ましい。
That is, in order to improve such electrical characteristics, a layout in which the plurality of smoothing
図3において、本実施例におけるインバータ装置の横断面を示す。筐体ケース20が取り付けられて、配電盤などへの取り付け部を兼ねた冷却フィン24がインバータ装置の裏側に、インバータ装置を操作するためのスイッチ(図示せず)等が設けられる操作パネル26が表側に設けられている。
In FIG. 3, the cross section of the inverter apparatus in a present Example is shown. A
インバータ装置内には、前面から順に、裏面側制御回路基板57aと表面側制御回路基板57bとからなる制御回路基板57,主回路基板11,電源回路基板56が積層されている。図示していないが、制御回路基板57と電源回路基板56の表面上にも複数の電子部品が実装されている。
In the inverter device, a
また、冷却フィン24が設けられた基台40の表面上には、発熱量が大きいパワーモジュール55が冷却フィンと熱伝導可能であるよう接着されている。このパワーモジュール55はモジュール接続部15によって主回路基板11と電気的に接続して、モジュール接続部15を経由して、変換される電流が入出力される。尚、基台40と冷却フィン24とはダイキャストで一体成形することにより熱伝導や製造において効率が良い。
On the surface of the base 40 on which the
主回路基板11上には比較的大型の部品が表面上に実装されており、図2や図3に示すように主回路基板11の表面上にそれらの部品は配置される。また、図3及び図4に示すように、端子台16の前面側には、ドライバなどの異物が主回路基板11や裏面側制御回路基板57aに接触し故障することを防ぐため、筐体ケース突出部20Bが設けられている。
Relatively large components are mounted on the surface of the
図2と図3において、本実施例におけるインバータ装置の筐体ケース20に設けられた上部開口部22と下部開口部21により、インバータ装置の下方から主回路基板11表面近傍を通過して、インバータ装置の上方へ流れる空気の対流が発生する。すなわち、本実施例のインバータ装置は、下部開口部21が設けられた下面側が概略重力方向に取り付けられる。そして筐体ケース20内部で発熱部品によって温められた空気の自然対流によって、筐体ケース20の下面側から上面側に向かう空気の対流が生じる。そして、温められた空気は上部開口部22より排出される。
2 and 3, the
本実施例におけるインバータ装置は、この自然対流により発熱部品が冷却され、温度上昇が抑制される。このとき、上部開口部22と下部開口部21は可能な限り大きいことが望ましい。
In the inverter device in this embodiment, the heat generating components are cooled by this natural convection, and the temperature rise is suppressed. At this time, it is desirable that the
図4に示すように、筐体ケース20の下部において、インバータ装置の下方に配置されている端子台16と、筐体ケース突出部20Bとの間には隙間21Aが設けられており、これによって下部開口部21から流入した空気が主回路基板11上へ流入する。また、このとき、筐体ケース突出部20Bにスリット状等の開口部21Bが設けられていることが望ましい。これにより、筐体ケース突出部20Bにおいて異物の侵入を防ぎながら、開口部21Bを通して主回路基板11上に空気を流入させることが可能となる。尚、筐体ケース20の内部と外部とを隔てる蓋は、取り外し可能なものとしてよい。
As shown in FIG. 4, a
次に図2に戻り、本実施例のインバータ装置内における空気の流れと回路素子の温度上昇について詳細に説明する。この説明では、図2における概略重力方向を下方向とし、上下方向を縦方向,縦方向に直交する方向を横方向と定義する。 Next, returning to FIG. 2, the air flow and the temperature rise of the circuit elements in the inverter device of this embodiment will be described in detail. In this description, the general gravity direction in FIG. 2 is defined as the downward direction, the vertical direction is defined as the vertical direction, and the direction orthogonal to the vertical direction is defined as the horizontal direction.
本実施例のインバータ装置のように、平滑コンデンサ12を縦方向に並べて配置した場合、上部開口部22に近い上方側に配置した平滑コンデンサ12Bは筐体ケース20内の対流の下流にあるため、平滑コンデンサ12Bの周囲を流れる空気の温度が、下部開口部21に近い下方側に配置した平滑コンデンサ12Aの周囲を流れる空気の温度よりも高い。その結果、平滑コンデンサ12Bの温度上昇が大きくなりやすい。
When the smoothing
そこで本実施例では、図2に示すように、主回路基板11の上方側に配置する平滑コンデンサ12Bを、下方側に配置する平滑コンデンサ12Aよりも筐体ケース20の側壁側に近い位置に設けた。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the smoothing
これにより、平滑コンデンサ12Bの横に、より広い上方中央側隙間35を確保することができる。すると下部開口部21から主回路基板11上へ流入した空気は、上方中央側隙間35で示される平滑コンデンサ12B横のスペースに、より効果的に流入して、上方中央側隙間35を通過する空気の風量を増加させることができる。
As a result, a wider upper
そのため、平滑コンデンサ12Bを平滑コンデンサ12Aよりも筐体ケース20の側壁に近い位置に設けることにより、高温となりやすい平滑コンデンサ12Bの温度上昇を効果的に抑制することができた。
Therefore, by providing the smoothing
なお、図2において、下部開口部21から流入した空気は、平滑コンデンサ12Bの両側に流れており、平滑コンデンサ12Bの装置中央よりの上方中央側隙間35を大きくすれば筐体ケース20側壁側の空間が相対的に小さくなり、この部分を流れる空気の風量は減少する。しかしながら、筐体ケース20側壁側は主回路基板11の外周側であり、他の寸法が大きい発熱部品が配置していないが、上方中央側隙間35で示されるインバータ装置の中央側は、本実施例においては昇圧トランス13のような発熱部品と隣接している。このように複数の発熱部品に囲まれた上方中央側隙間35は、周囲からの伝熱により雰囲気温度がより高温となる。
In FIG. 2, the air flowing in from the
そのため、上方中央側隙間35を拡大することで、より高温となっている領域に流れる空気の風量を増加させることが出来、総合的に平滑コンデンサ12Bの温度上昇を抑制することが可能となる。
Therefore, by enlarging the upper
図5を用いて、上方中央側隙間35の作用について説明する。上述のとおり、平滑コンデンサ12Bと上方中央側隙間35を拡大させるということは、平滑コンデンサ12Bと筐体ケース20の側壁との間の距離(上方側壁側隙間37)を小さくすることである。この上方側壁側隙間37を平滑コンデンサ12Aと筐体ケース20の側壁との隙間である下方側壁側隙間38を基準に検討した。
The operation of the upper
そこで、上方側壁側隙間37の下方側壁側隙間38に対する大きさと、平滑コンデンサ12Bの温度上昇の関係について1つの例を図5に示す。ここで平滑コンデンサ12Bの温度上昇とは、上方側壁隙間37と下方側壁隙間38の大きさが同じときの、平滑コンデンサ12Bの温度上昇値に対する割合である。
FIG. 5 shows an example of the relationship between the size of the
これは、図2と図3に示すインバータ装置をシミュレーション解析し、上方側壁隙間37の大きさを変化させ、平滑コンデンサ12Bの温度上昇を算出した場合の解析結果である。
This is an analysis result when the simulation of the inverter device shown in FIG. 2 and FIG. 3 is performed, the size of the upper
図5において、下方側壁隙間38に対する上方側壁隙間37の大きさの割合と平滑コンデンサ12Bの温度上昇の割合はほぼ比例関係にあり、下方側壁隙間38の大きさに対する上方側壁隙間37の大きさの割合が90%程度以上のときには温度上昇の抑制の割合は1%未満である。
In FIG. 5, the ratio of the size of the upper
すなわち、筐体ケース20の側壁に対する平滑コンデンサ12Aと平滑コンデンサ12Bの位置の違いが誤差程度でしかなければ、平滑コンデンサ12Bの温度上昇の抑制効果は小さく、平滑コンデンサ12Bを意識的に筐体ケース20の側壁に近い位置に配置することで、平滑コンデンサ12Bの温度上昇をはっきりと抑制することが可能となる。
That is, if the difference between the position of the smoothing
再び図2に戻って本実施例におけるインバータ装置について更に説明する。本実施例のインバータ装置は、複数の平滑コンデンサ12を左右どちらかに一方にまとめて配置したものである。
Returning to FIG. 2 again, the inverter device in this embodiment will be further described. In the inverter device of this embodiment, a plurality of smoothing
主回路基板11上に複数の平滑コンデンサ12を設ける場合、各々の平滑コンデンサ12を配線で結ぶ必要がある。前述の通り、一般に平滑コンデンサには高電圧・大電流が流れるために、平滑コンデンサ12と接続する配線パターンも太くなる。そのため、複数の平滑コンデンサ12を左右どちらか一方にまとめて配置することで平滑コンデンサ12のお互いの距離を縮め、お互いを結ぶ配線パターンを短くすることで、配線パターンの電気的損失低減や、不要な電磁輻射の低減が可能となる。また、平滑コンデンサ12と接続する配線パターンが短くなるため、主回路基板11上の他の実装部品に対する配線パターンの確保も可能となる。
When a plurality of smoothing
また、本実施例の構成のように、下方側平滑コンデンサ12Aと隣接する昇圧トランス13または減流抵抗器14との間隔を、上方側平滑コンデンサ12Bと隣接する昇圧トランス13または減流抵抗器14との間隔よりも広げるようにするとよい。
Further, as in the configuration of the present embodiment, the interval between the
図2において、平滑コンデンサ12に隣接して、減流抵抗器14は昇圧トランス13の下方に配置されている。そして、インバータ装置内部に流れる空気対流の上流側の経路にあたる減流抵抗器14と平滑コンデンサ12Aとの間の空間(下方中央側隙間36)を、インバータ装置内部に流れる空気対流の下流側経路にあたる昇圧トランス13と平滑コンデンサ12Bとの間の空間(上方中央側隙間35)よりも大きくすることで、空気対流の上流側における空気の流れに対する抵抗を減少させ、下方中央側隙間36、並びに下流隙間35における空気の風量を増加することが可能となる。
In FIG. 2, the current reducing
仮に、下方中央側隙間36が上方中央側隙間35より小さいと、下方中央側隙間36によって本来、上方中央側隙間35に向かうはずの空気の流れが抑制されてしまう。
If the lower
従って、下方中央側隙間36を上方中央側隙間35よりも大きくすることで、上方中央側隙間35に向かう流れを阻害することが無くなり、その結果上方中央側隙間35を大きくした効果を最大限に生かすことが出来る。これにより、平滑コンデンサ12Bなどの高温に敏感な発熱電気部品の温度上昇を抑制することが可能となる。
Therefore, by making the lower
このとき、減流抵抗器14は、横方向長さWが縦方向長さHより短くなる向きに配置されることが望ましい。これにより、下方中央側隙間36をより大きくすることが可能となる。
At this time, the current reducing
次に、図2と図3を用いて本発明の一実施例を更に説明する。主回路基板11が有する一つまたは複数のモジュール接続部15のうち、少なくとも一つを下方側平滑コンデンサ12Aと筐体ケース20の側壁との間に配置した。
Next, an embodiment of the present invention will be further described with reference to FIGS. At least one of the one or a plurality of
図3で示したように、パワーモジュール55と主回路基板11は、モジュール接続部15により電気的に接続する。このモジュール接続部15を経由して、電力変換されるための電流が端子台16やパワーモジュール55,平滑コンデンサ12に入出力する。よってモジュール接続部15には高電圧・大電流が流れ、接続する配線も太くなる。したがって、インバータ装置の電気的損失低減や、電磁輻射の低減など電気的特性向上のために、モジュール接続部15を端子台16と平滑コンデンサ12の近傍に設け、モジュール接続部15と接続する配線パターンを短くすることが望ましい。
As shown in FIG. 3, the
さらに、図2のように、モジュール接続部15を下方に設けた平滑コンデンサ12Aと筐体ケース20の内壁(側壁)との間に配置することで、上方に設けた平滑コンデンサ12B横の筐体ケース20の内壁(側壁)側にスペースを設けることが容易となる。これにより、上方側平滑コンデンサ12Bを筐体ケース20側壁側により近づけ、上方中央側隙間35において上方側に配置された平滑コンデンサ12B横のスペースをより大きくすることができる。その結果、下部開口部21から流入して上方中央側隙間35を通過する空気の風量を増加させることができ、空気温度の上昇を抑制して、平滑コンデンサ12Bなどの高温に敏感な発熱電気部品の温度上昇を抑制できる。
Further, as shown in FIG. 2, the
更に、図2と図3を用いて本実施例のインバータ装置について説明する。筐体ケース20側面に側面開口部23を有し、平滑コンデンサ12に隣接する側面開口部23の寸法を複数の平滑コンデンサ12に合わせた寸法とした。
Further, the inverter device of this embodiment will be described with reference to FIGS. A
図2と図3に示すように、筐体ケース20の側面に側面開口部23を設けることで、上方中央側隙間35を流れる冷却空気に加えて、側面からの冷却空気を流入させて、平滑コンデンサ12などの発熱電気部品の温度上昇を抑制することが出来る。
As shown in FIGS. 2 and 3, by providing the
しかし、筐体ケース20内へ流入する空気の概ねの総量は流出口である上部開口部の大きさによって決まる。側面開口部23を何も考慮しないで設けた場合、側面開口部からの空気の流入が増加する分、下部開口部21から流入する空気の風量は減少する。
However, the approximate total amount of air flowing into the
そのため、側面開口部23の寸法を、温度上昇を意識的に抑制したい平滑コンデンサ12の寸法に合わせて絞ることで、下部開口部21から流入する空気風量の減少量を抑えながら、側面開口部23から集中的に平滑コンデンサ12に冷却風を突入させ、平滑コンデンサ12の温度上昇を抑制することが可能となる。
Therefore, by reducing the size of the
また、側面開口部23は、インバータ装置の故障の原因となる埃などの異物が筐体ケース内に侵入する経路にもなるため、過大にすることは望ましくない。
Further, the
側面開口部23について、上部開口部22の面積Atに対する側面開口部23の面積Asの比As/Atが0.25以上になっていることが望ましい。ここで、開口部面積とは、図6に示すような、開口孔23bの集合領域を四角で区切った開口領域の面積の、一面における総和であるとする。
Regarding the
図7を用いて、側面開口部面積Asと上部開口部面積Atとの比率As/Atと、平滑コンデンサ12Bの温度上昇との関係を示す。図2に示すようなインバータ装置の数値シミュレーションを行い、側面開口部面積Asと上部開口部面積Atとの比As/Atに対する平滑コンデンサ12Bの温度上昇を算出してグラフにし、図7に示した。ここでは、側面開口部23が無かった場合の温度上昇値を100としたときの各条件における温度上昇値の割合を、温度上昇として示している。また、側面開口部23を全面開口とした際の温度上昇を点線にて示している。
FIG. 7 is used to show the relationship between the ratio As / At between the side surface opening area As and the upper opening area At and the temperature rise of the smoothing
図7に示すように、側面開口部面積Asと上面開口部面積Atとの比As/Atを0.25以上にすることで、主回路基板11中央部からと側面からの両方の冷却風によって、側面開口部23を全面開口とした際よりも、発熱部品の温度上昇を抑制することができる。
As shown in FIG. 7, the ratio As / At of the side surface opening area As and the top surface opening area At is set to 0.25 or more, so that the cooling air from both the central portion of the
なお、側面開口部23を設ける場所は部品の発熱量に応じて、筐体ケース20の左右片側と両側のどちら側でもよく、側面開口部23を一側面において分割して設けてもよいことは言うまでもない。
The
さらに、平滑コンデンサ12とは反対側の筐体ケース20の側面においては、側面開口部23の寸法を、昇圧トランス13と減流抵抗器14など隣接する部品の寸法に合わせることも望ましいことは言うまでもない。
Furthermore, on the side surface of the
図8と図9を用いて本実施例における効果の1例を説明する。図9は、図2と図3に示したインバータ装置をシミュレーション解析した結果の一つである。昇圧トランス13の半分高さの位置における断面について、図8に示した平滑コンデンサ12Bの中心を通る横線A−A′上の温度分布をシミュレーション結果より算出し、図9のグラフに示した。
An example of the effect in the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 9 shows one of the results of simulation analysis of the inverter device shown in FIGS. The temperature distribution on the horizontal line AA ′ passing through the center of the smoothing
平滑コンデンサ12Bの冷却に寄与する空気の流れは、主回路基板11と平滑コンデンサ12Bとその横に配置された昇圧トランス13により囲まれた空間における流れであり、その空間における平均的な流れを表すため、前記高さ位置の断面を選択した。
The air flow contributing to the cooling of the smoothing
図9において、条件1と名づけられたグラフが、本実施例を適用したインバータをシミュレーション解析した結果であり、条件2と名づけられたグラフが本実施例を適用していないインバータ装置をシミュレーション解析した結果である。条件1と名づけられたグラフが中央付近で小さい値を示しており、本発明により、筐体ケース20内の温度上昇値が低減されている効果が確認できる。
In FIG. 9, the graph named
本実施例の今まで説明していない他の部分について、図2と図10と図11を用いて説明する。図10は端子台16の斜図である。図11は図2の内部対流の流れを示した平面図である。
Other parts of the present embodiment that have not been described so far will be described with reference to FIGS. 2, 10, and 11. FIG. 10 is a perspective view of the
図10に示すように、ねじ17により電線を固定する端子台16には、端子台貫通部25が設けられている。この端子台貫通部25は、下方側平滑コンデンサ12Aと下方側平滑コンデンサ12Aに隣接した減流抵抗器14との隙間に向かって開口している。
As shown in FIG. 10, the terminal
図3において、平滑コンデンサ12等を冷却する空気は下部開口部21より流入するが、端子台16がインバータ装置下方に設けられているため、主回路基板11の表面近傍における下部開口部21からの空気の流れは端子台16により遮断される。
In FIG. 3, the air that cools the smoothing
そこで、端子台16は、下方側平滑コンデンサ12Aと下方側平滑コンデンサ12Aに隣接する減流抵抗器14との隙間に向かって開口する位置に、端子台貫通部25を有することにより、図11に示されるように、端子台16を貫通する対流経路が設けられ、上方中央側隙間35へ流入する空気の風量が増加する。これにより、上方中央側隙間35における空気温度の上昇を抑制し、周囲にある平滑コンデンサ12などの高温に敏感な発熱電気部品の温度上昇の抑制が可能となる。
Therefore, the
尚、端子台16について、平滑コンデンサ12Aとそれに隣接する減流抵抗器14との隙間に向かって開口する位置に端子台貫通部25を設けたとき、端子台16の横方向長さが大きくなり、筐体ケース20側壁側における空気風量を減少させる場合もある。しかし、発熱部品が密集している上方中央側隙間35の風量を増加させることによる発熱部品への冷却効果がより大きいため、総合的に平滑コンデンサ12など発熱部品の温度上昇を抑制することが可能となる。
When the terminal
また、図12に示すように、上方中央側隙間35へ流入する空気の風量を増加させるため、平滑コンデンサ12と主回路基板11との接触面に平滑コンデンサを固定支持するスペーサ41を設け、空気が通過するスペースを設けてもよい。
Further, as shown in FIG. 12, in order to increase the air volume of the air flowing into the upper
図12に示すように、スペーサ41によって、平滑コンデンサ12が支持固定されながら、平滑コンデンサ12と主回路基板11との間にスペースが設けられることで、主回路基板11の表面近傍において上方中央側隙間35へ向かって貫通する空気の対流経路が設けられ、上方中央側隙間35へ流入する空気の風量を増加させることが可能となる。
As shown in FIG. 12, a space is provided between the smoothing
すなわち、平滑コンデンサ12A,12Bは、通常は、その底面が主回路基板11と概略接するように実装されているが、スペーサ41を設け、平滑コンデンサ12A,12Bと主回路基板11との間にスペースを設けることにより、下方中央側隙間36や上方中央側隙間35の大きさを増加させることと同様の放熱促進効果がある。
That is, the smoothing
尚、端子台貫通部25は、端子台16を貫通しており空気の通過経路となるならば、矩形や円形などの端子台貫通部25の形状・大きさは問わないことは言うまでもない。
Needless to say, the terminal
次に、本発明の一実施例におけるインバータ装置について、図13と図14を用いて説明する。主回路基板11上の予め定められた空間において、主回路基板11に実装された部品高さの上下方向積分値で定義される部品の空間占有率を占積率と定義する。図14に示したように、端子台16より上方の主回路基板11の実装表面上における、平滑コンデンサ12,昇圧トランス13,減流抵抗器14の中のいずれかの部品の最小高さまでをその空間の厚みとして定義した空間を、対象として定めた。これは、主回路基板11の実装表面近傍において、発熱部品に接して流れる空気が、発熱部品の温度上昇抑制に大きく寄与するからである。
Next, an inverter device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In a predetermined space on the
図13は、筐体ケース20の側壁間、つまり主回路基板11の左右方向についての占積率の分布を示すグラフである。占有率の算出方法は、まず、図14に示すような対象空間の中から、検査空間43を抽出する。
FIG. 13 is a graph showing the distribution of the space factor between the side walls of the
そして、その検査空間43の中で基板部品が占有する体積を算出し、検査空間43の体積に対する部品占有体積の比率を検査空間43の抽出位置における占有率として算出する。
Then, the volume occupied by the board component in the
図13に示したグラフにおいて、平滑コンデンサ12など発熱部品が密集している位置では占積率が大きくなり、スペースが空いている位置では占積率が小さくなる。よって、図9のグラフ中央付近での占積率の極小点を含む凹部が、下方中央側隙間36や上方中央側隙間35の周辺スペースの大きさに対応している。
In the graph shown in FIG. 13, the space factor increases at positions where heat generating components such as the smoothing
前述の通り、上方中央側隙間35の領域は冷却空気が流れるため、この領域が大きいほど空気の風量が多くなり、密集している平滑コンデンサ12などの温度上昇が抑制される。すなわち、図13に示されるような占積率分布形状の中央付近における凹部は、上方中央側隙間35の周辺において冷却空気が流れるスペースの存在を示す。すなわち、上記によって定義された占積率の左右分布形状が、中央部付近に凹部を有する概略二瘤形状となるように平滑コンデンサ12,昇圧トランス13,減流抵抗器14を配置することにより、上方中央側隙間35へ流入する空気の風量を増加させ、平滑コンデンサ12を効果的に冷却し、温度上昇を抑制することが出来る。
As described above, since the cooling air flows in the area of the upper
さらに、図13において、占積率分布形状の中央付近凹部(A)の面積が、上方中央側隙間35において空気が流れるスペースの大きさを表すパラメータとなり、対して、左右の凹部形状(B)(C)の面積の大きさは、主回路基板11の筐体ケース20側壁側の空気が流れる領域の大きさを表すパラメータとなる。
Further, in FIG. 13, the area of the concave portion (A) near the center of the space factor distribution shape is a parameter representing the size of the space through which air flows in the upper
この凹形状(A)の面積が、凹形状(B)(C)の面積以上になるよう平滑コンデンサ12などの部品が電気回路11の表面上に設けられていることが望ましく、この場合は、上方中央側隙間35へ流入する空気の風量を更に増加させ、平滑コンデンサ12を効果的に冷却して温度上昇を抑制することが出来る。
It is desirable that components such as the smoothing
なぜならば、前述の通り、主回路基板11上では、平滑コンデンサ12などの発熱部品が密集することで、筐体ケース20側壁側よりも中央部において温度上昇が大きくなる。そのため、主回路基板11の中央部に集中的に空気を流入させた方が温度上昇の抑制に効果的であり、筐体ケース20側壁側の主回路基板11上スペースを大きくするよりも、上方中央側隙間35のスペースを大きくして流入空気を集中させた方が温度上昇の抑制に効果的である。
This is because, as described above, on the
上記構成を達成するためには、占積率分布形状において、凹形状(A)の面積を、凹形状(B)と(C)それぞれの面積よりも大きくすれば良い。 In order to achieve the above configuration, in the space factor distribution shape, the area of the concave shape (A) may be made larger than the areas of the concave shapes (B) and (C).
本実施例におけるインバータ装置を、図14を用いて説明する。複数台のインバータ装置1を側面方向にインバータ装置1間を狭くして取り付けたものである。
The inverter apparatus in a present Example is demonstrated using FIG. A plurality of
図15には、インバータ装置1が横略密着取り付け(サイド・バイ・サイド設置)された据付方式の模式図を示している。このサイド・バイ・サイド設置方式においては、複数台のインバータ装置1の総設置スペースを小さくするために、インバータ装置1のお互いの間隔距離を小さく設けており、その狭い空間に隣接する側面開口部23からの冷却空気の流入が困難となる。
FIG. 15 shows a schematic diagram of an installation method in which the
通常は、サイド・バイ・サイド設置方式を採用して複数のインバータ装置1を側面方向に密着させて設置した場合、側面開口部23からの冷却空気の流入が困難になる。
Normally, when the side-by-side installation method is adopted and the plurality of
しかし、本実施例によれば、下部開口部21から上方中央側隙間35へ向かって流れる空気の風量を増加させることができるので、効率的に平滑コンデンサ12などの発熱電気部品の温度上昇を抑制することが可能となる。
However, according to the present embodiment, it is possible to increase the air volume of the air flowing from the
1 インバータ装置
11 主回路基板
12,12A,12B 平滑コンデンサ
13 昇圧トランス
14 減流抵抗器
14a リレー
14b 突入電流抑制回路
15 モジュール接続部
16 端子台
17 ねじ
20 筐体ケース
20B 筐体ケース突出部
21 下部開口部
22 上部開口部
23 側面開口部
24 冷却フィン
25 端子台貫通部
26 操作パネル
31 下部流入空気
32 流出空気
33 側面流入空気
34 対流経路
35 上方中央側隙間
36 下方中央側隙間
37 上方側壁側隙間
38 平滑コンデンサ12Aと筐体ケース20側壁側との隙間
41 スペーサ
42 部品占積空間
51 順変換器
52 逆変換器
53 制御回路
54 ドライバ回路
55 パワーモジュール
56 電源回路基板
57a 裏面側制御回路基板
57b 表面側制御回路基板
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記回路基板は、前記下面の開口部から前記上面の開口部に向かう空気の流れに沿って設けられ、昇圧トランスと減流抵抗器とに隣接する複数の平滑コンデンサを搭載し、前記上面に近い上方側平滑コンデンサは前記下面に近い下方側平滑コンデンサよりも前記筐体の側壁に近接し、
前記上方側平滑コンデンサと隣接する前記昇圧トランスまたは前記減流抵抗器との間隔を、前記上方側平滑コンデンサと前記筐体の側壁との間隔よりも広げることを特徴とするインバータ装置。 A circuit board on which electronic components are mounted, a terminal block electrically connected to the circuit board, the circuit board and the terminal block, and a housing having openings on a plurality of surfaces including at least an upper surface and a lower surface. An inverter device having a body,
The circuit board is provided along a flow of air from the opening on the lower surface to the opening on the upper surface, and includes a plurality of smoothing capacitors adjacent to the step-up transformer and the current reducing resistor, and is close to the upper surface upper side smoothing capacitor is in contact near the side wall of the housing than the lower side smoothing capacitor closer to the lower surface,
Inverter apparatus according to the step-up transformer or the distance between the down-flow resistor, wherein the Hirogeruko than the distance between the side wall of the housing and the upper side smoothing capacitor adjacent to the upper side smoothing capacitor.
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