JP2003324971A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流受電動作に容易に対応でき、直流電源集
中供給方式による利点が充分に得られるようにしたイン
バータ装置を提供すること。 【解決手段】 平滑用コンデンサ２と制御電源回路な
ど、直流受電動作に際しては不要になる部品は主回路基
板１２に搭載し、直流受電動作に適用させる場合は、こ
の主回路基板１２の代りに、ほとんど端子台８だけが搭
載されている主回路基板を主回路素子モジュール１０に
装着させるようにしたもの。 【効果】 集中電源供給方式に適用して、それによる利
点を充分に得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制御回路が搭載さ
れた回路基板を主回路半導体モジュールに組み込んだイ
ンバータ装置に係り、特に制御回路の動作電源をインバ
ータ部の直流入力から供給する方式のインバータ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、誘導電動機の駆動用として、イン
バータ装置が汎用されているが、ここで、このような汎
用のインバータ装置の場合、その回路は、主回路系と、
これを制御するための制御回路系に大別されているのが
一般的である。

【０００３】そして、まず、主回路系は、交流受電動作
を前提としているため、図３に示すように、ダイオード
ブリッジからなるコンバータ回路１と平滑用コンデンサ
２、それにＩＧＢＴ(絶縁ゲート・バイポーラ・トラン
ジスタ)などのスイッチング素子とフライホイールダイ
オードからなるインバータ回路３で構成されているのが
一般的である。

【０００４】そして、このとき、更に、汎用インバータ
装置としては、抵抗ＲＳと、これに電磁リレーの接点又
はサイリスタを並列に接続した突入電流防止回路４も、
図示のように、主回路系に含まれている。

【０００５】そして、商用電源から入力端子Ｒ、Ｓ、Ｔ
を介して供給される３相交流電力をコンバータ回路１で
直流電力に変換した後、平滑用コンデンサ２で平滑化
し、その平滑された直流電力をインバータ回路３により
３相交流電力に変換し、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗを介して負
荷である誘導電動機ＩＭに供給し、駆動するようになっ
ている。

【０００６】次に、制御回路系は、図示してないが、制
御回路と制御電源回路(前記制御回路用の電源回路)で構
成されているのが一般的であり、このとき、制御電源回
路としては、主回路系の平滑用コンデンサ２の端子間に
現れる直流電圧を入力して動作するＤＣ−ＤＣコンバー
タが用いられるのが一般的である。

【０００７】ところで、このような汎用インバータ装置
の中で、例えば１０ＫＷ以下など比較的小容量のインバ
ータ装置では、近年、主回路系のコンバータ回路１とイ
ンバータ回路３の半導体素子をモジュール化し、これに
制御基板(制御回路などの周辺回路を搭載した回路基板)
を取付けるようにしたインバータ装置が従来から知られ
ている。

【０００８】図４は、このような従来技術によるインバ
ータ装置の一例で、図において、５が主回路素子モジュ
ールで、例えばＰＰＳ(ポリ・フェニレン・サルファイ
ド)などの合成樹脂により、底板部分が厚めの浅い箱型
に作られ、その底板部部分に図３で説明したコンバータ
回路１のダイオードブリッジと、インバータ回路３のス
イッチング素子及びダイオードがモールドされている。

【０００９】そして、この主回路素子モジュール５の箱
型部分の中に、図示のように制御基板６が収容され、こ
の制御基板６に、インバータ回路３を構成しているスイ
ッチング素子を制御するための制御回路と論理回路、通
信回路などが搭載されるが、このとき、更に、これらの
回路を動作させるのに必要な電力を供給するための制御
電源回路も、この制御基板６に搭載されているが、ここ
で、この制御電源回路について、この図では、変圧器６
０で代表して示してある。

【００１０】７は主回路基板で、これには平滑用コンデ
ンサ２と突入電流防止回路４、それに端子台８が搭載さ
れ、図示のように、制御基板６の上側に、主回路素子モ
ジュール５の箱型部分に被さるようにして取付けられ
る。

【００１１】このとき、図示されていないが、端子台８
には、図３に示した商用電源の端子Ｒ、Ｓ、Ｔと負荷側
の端子Ｕ、Ｖ、Ｗ、それに、これ以外にも、制御回路用
や通信回路用など、必要な端子が備えられているもので
ある。

【００１２】次に、この図４に示したインバータ装置に
おける主回路素子モジュール５と各基板の間での主回路
電流の流れについて説明する。ここで、このときの主回
路素子モジュール５及び制御基板６と主回路基板７の間
の配線は、主回路素子モジュール５に設けられている複
数本の主回路端子５０を介して与えられるようになって
いる。

【００１３】まず、通常の使用状態、つまり交流受電動
作の場合、商用電源は、主回路基板７の端子台８を介し
て受電された後、主回路素子モジュール５の中にあるコ
ンバータ回路１に導かれ、ここでブリッジ接続のダイオ
ードにより整流される。

【００１４】そして、整流された直流電圧は再び主回路
基板７に導かれ、ここに搭載してある突入電流防止回路
４を介して平滑用コンデンサ２に充電される。そして、
ここで平滑化された直流電圧が主回路素子モジュール５
に戻され、インバータ回路３のスイッチング素子により
交流に変換された後、またも主回路基板７に戻され、端
子台８の端子Ｕ、Ｖ、Ｗに供給されるようになってい
る。

【００１５】このとき、平滑用コンデンサ２の端子間に
現れる直流電圧の一部が制御基板６に分岐され、ここに
配置されている制御電源回路に供給されることにより所
定の電圧の直流が生成され、このインバータ装置自身に
備えられている制御回路などに電力が供給されるように
なっている。

【００１６】ここで、インバータ装置駆動の誘導電動機
が複数台、比較的、纏まった状態で使用されるような環
境では、複数台のインバータ装置が同じ配電盤に収納さ
れて使用される場合がある。

【００１７】このような場合、インバータ装置を直流電
源で動作させ、このとき複数台のインバータ装置に対す
る直流の供給を共通の電源から行なうようにした、いわ
ゆる直流電源集中供給方式があり、この方式によれば、
共通化による装置コストの低減や小型化、それに電力効
率の向上などが期待される。

【００１８】また、このとき、主回路の直流電源だけで
なく、制御回路系の電源も含めて集中化する方法もあ
り、この場合は、集中化による装置コストの低減や小型
化、それに電力効率の向上などが更に大きく期待できる
ことになる。

【００１９】例えば、５ＫＷのインバータ装置を５台設
置した場合、誘導電動機の動作態様にもよるが、直流電
源の容量として、５ＫＷ×５台＝２５ＫＷではなくて、
その５０％から８０％程度で済む場合があり、且つ、電
源装置の単一化による効率向上や体積抑制も期待できる
からである。

【００２０】また、この直流電源集中供給方式によれ
ば、インバータ装置の中で寿命部品である主回路電源用
アルミ電解コンデンサが、インバータ装置側にないた
め、インバータ装置の寿命を延ばすことができ、この結
果、インバータメンテナンスのためのシステム停止時間
が短縮できるという利点があり、更に平滑用コンデンサ
の交換作業がないため、平滑用コンデンサの交換に際し
ての誤接続など、誤りを起こしにくくなるという利点が
ある。

【００２１】なお、この種の装置として、関連する公知
例としては、例えば特開平１１−１２２９４６号公報の
開示を挙げることができる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、イン
バータ装置の直流電源集中化に配慮がされているとは言
えず、集中化による利点の充分な享受に問題があった。

【００２３】すなわち、直流電源を集中化した場合、イ
ンバータ装置は直流給電による動作状態、つまり直流受
電動作状態になるので、コンバータ回路による交流−直
流変換は不要になるが、従来技術では、以下に説明する
ように、この点に配慮がされていないため、充分な利点
が得られないのである。

【００２４】まず、直流受電動作にした場合、インバー
タ装置内部に配置された部品で不要になるのは、代表的
にはコンバータ回路１と直流電圧を平滑化するためのコ
ンデンサ２、それに突入電流防止回路４がある。また、
制御回路系の電源も含めて集中化した場合には、変圧器
６０により代表して示されている制御電源回路も含まれ
る。

【００２５】しかし、従来技術では、これらは交流受電
動作を前提とした汎用品として装着済みであり、簡単に
取外すことができないため、そのまま直流受電動作させ
るしかなく、この場合は部品が無駄になり、取外した場
合でも無駄になる点に変わりがないだけではなく、この
場合は余分な手間がかかることになり、コスト低減どこ
ろか、コストアップになってしまい、この結果、従来技
術では、集中化による利点の充分な享受に問題が生じて
しまうのである。

【００２６】本発明の目的は、交流受電動作と直流受電
動作の何れにも無駄なく容易に対応でき、直流電源集中
供給方式による利点が充分に得られるようにしたインバ
ータ装置を提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、主回路素子
モジュールに回路基板を備えたインバータ装置におい
て、前記回路基板を複数枚の回路基板に分割し、交流受
電による動作対応と直流受電による動作対応の切換え
が、前記複数枚の回路基板の中の１枚の回路基板の交換
だけで得られるようにして達成される。

【００２８】同じく上記目的は、主回路素子モジュール
に回路基板を備えたインバータ装置において、前記回路
基板に搭載すべき回路部品を、前記交流受電による動作
と直流受電による動作の何れの場合にも必要な回路部品
と、直流受電による動作の場合には不要になる回路部品
に分別すると共に、前記回路基板も制御回路基板と主回
路基板に分割し、前記交流受電による動作と直流受電に
よる動作の何れの場合にも必要な回路部品を前記制御回
路基板に搭載し、前記直流受電による動作の場合には不
要になる回路部品は、前記主回路基板に搭載したことに
よっても達成される。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるインバータ装
置について、図示の実施の形態により詳細に説明する
と、まず図１と図２が本発明によるインバータ装置の一
実施形態で、ここで、図１は直流電源集中供給対応にせ
ず、通常の汎用インバータ装置とした場合を示し、図２
が直流電源集中供給に適用させた場合を示している。

【００３０】そして、これらの図において、１０が主回
路素子モジュールで、１１が制御基板、１２と１３は主
回路基板であり、ここで、平滑用コンデンサ２と突入電
流防止回路４、それに端子台８は、図４の従来技術と同
じである。

【００３１】このとき、図１の主回路基板１２が汎用イ
ンバータ装置対応で、図２の主回路基板１３が直流電源
集中供給対応であるが、この直流電源集中供給対応の主
回路基板１２において、１４はコネクタで、これは、制
御回路系の電源を受電するためのコネクタである。

【００３２】そして、まず、主回路素子モジュール１０
は、基本的には図４の従来技術における主回路素子モジ
ュール５と同じであるが、ネジ固定部１０１、１０２、
１０３が３箇所に設けてあり、且つ底部の放熱フィンに
接触させられる底面部分１０４から窪ませてある切欠き
部１０５が形成してある。

【００３３】従って、これらネジ固定部１０１、１０
２、１０３により、図示してない放熱フィンに、底面部
分１０４が接触された状態で相互に固定されたとき、切
欠き部１０５により、主回路素子モジュール１０の底面
の一部が放熱フィンの取付面から離れた状態になるよう
に構成してある。

【００３４】次に、制御基板１１は、これも、基本的に
は図４の従来技術における制御基板６と同じで、インバ
ータ回路３のスイッチング素子を制御するための制御回
路と論理回路、通信回路などが搭載されている。

【００３５】しかして、この制御基板１１では、制御電
源回路が搭載さておらず、この回路に含まれている変圧
器も搭載されていない。その代り、この制御基板１１に
は、主回路基板１２に対する接続用として端子群１０
６、１０７が設けてある。

【００３６】そして、この結果、この制御基板１１は、
図４の従来技術における制御基板６に比較して小さな面
積にすることができ、このため、図１に示すように、主
回路素子モジュール１０の中で、底面部分１０４の上に
空所が容易に残こせることになっている。

【００３７】次に、主回路基板１２は、やはり基本的に
は図４の従来技術における主回路基板７と同じで、平滑
用コンデンサ２と突入電流防止回路４、それに端子台８
が搭載されているが、この主回路基板１２の場合は、更
に変圧器６０を含む制御電源回路が搭載されている。

【００３８】次に、図２に示す主回路基板１３は、図１
に示した主回路基板１２とは大きく異なり、勿論、図４
の従来技術における主回路基板７とも大きく異なってい
て、ほとんど端子台８しか搭載されていない。その代り
にコネクタ１４が搭載されていて、これにより、この主
回路基板１３に施されている回路パターンに、外部から
制御回路用の電源が接続できるようになっている。

【００３９】ここで、この図１と図２に示した実施形態
は、通常の汎用インバータ装置として製品化することも
でき、直流電源集中供給対応のインバータ装置として製
品化することもできるものであることは、既に説明した
通りであるが、この点について更に詳しく説明する。

【００４０】まず、この実施形態によるインバータ装置
を商用電源の受電により運転する場合、つまり汎用のイ
ンバータ装置対応の製品が要求された場合は、図１に示
す主回路基板１２を主回路素子モジュール１０に装着す
る。

【００４１】そうすると、この場合、主回路素子モジュ
ール１０と主回路基板１２の間の接続は、複数本の主回
路端子５０により与えられ、制御基板１１と主回路基板
１２の間の接続は、端子群１０６、１０７により与えら
れる。

【００４２】そして、このときは、端子５０から平滑用
コンデンサ２に至る直流主回路が分岐され、主回路基板
１２に搭載されている制御電源回路に主回路の直流電圧
が供給される。この結果、変圧器６０を含む制御電源回
路により制御回路系の電源が生成され、端子群１０６、
１０７を介して制御基板１１の配線パターンに供給され
るようになっている。

【００４３】そこで、この場合、つまり図１の場合は、
商用電源からの配線を端子台８の中の交流入力端子Ｒ、
Ｓ、Ｔに接続し、端子Ｕ、Ｖ、Ｗに誘導電動機を接続す
ることにより、汎用のインバータ装置として使用するこ
とができる。

【００４４】次に、この実施形態によるインバータ装置
が、制御回路系の電源も含めて直流電源集中供給対応の
製品として要求された場合は、図２に示す主回路基板１
３が主回路素子モジュール１０に装着される。

【００４５】この場合、共通の電源からの配線の内、直
流主電源からの配線は端子台８の中の２個の端子、つま
り直流入力端子に接続され、また、制御回路用直流電源
からの配線は図示してないプラグに接続された上で、こ
のプラグがコネクタ１４に挿入されることにより、この
コネクタ１４に接続される。

【００４６】そして、端子台８の直流入力端子に供給さ
れた直流主電源は、主回路端子５０を介して主回路素子
モジュール１０に導かれ、この結果、インバータ回路３
の直流入力に直接、直流が供給されることになる。

【００４７】また、コネクタ１４に供給された制御回路
用直流電源は、端子群１０６、１０７を介して制御基板
１１に導かれ、この結果、この制御基板１１に搭載され
ている制御回路などの周辺回路に、制御回路用の直流が
供給されることになる。

【００４８】そこで、この場合、つまり図２の場合は、
共通の直流主電源からの配線を端子台８にある正(＋)極
と負(−)極の２個の直流入力端子に接続し、３相交流の
出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに誘導電動機ＩＭを接続することに
より、共通の電源を入力とするインバータ装置、つまり
直流電源集中供給対応のインバータ装置として使用する
ことができる。

【００４９】従って、これら図１と図２に示す実施形態
によれば、主回路基板１２、１３の選択だけで、交流受
電による汎用のインバータ装置としても、直流受電によ
る直流電源集中供給方式のインバータ装置にも容易に適
用させることができる。

【００５０】そして、この実施形態によれば、直流電源
集中供給方式のインバータ装置特徴して製品化した場合
に無駄になる回路要素が最小限に抑えられることにな
り、従って、装置コストの低減や小型化、電力効率の向
上など、直流電源集中供給による利点を充分に得ること
ができる。

【００５１】具体的に説明すると、図４で説明した従来
技術によるインバータ装置を直流受電で動作させた場
合、交流−直流変換機能と直流電圧平滑化機能、それに
突入電流防止機能は不要になり、制御回路用の直流を生
成する機能も不要になるので、極論すれば、直流主回路
電源と制御回路電源を受電するための端子台が有れば良
い。

【００５２】しかるに、従来技術では、この場合でも、
図４に示されている構成のままで対応せざるを得ず、こ
のため無駄が多く、しかも無駄を抑える手立てがなく、
従って、直流電源集中供給による利点が享受できない。

【００５３】しかして、本発明の実施形態の場合は、イ
ンバータ装置の直流受電対応に際しては、図１に示した
主回路基板１２に代えて、図２に示されている主回路基
板１３が選択できる。そして、これを主回路素子モジュ
ール１０に装着することにより、余分な回路要素は最初
から排除され、従って、無駄が多くなる虞れがなく、こ
の結果、直流電源集中供給による利点が充分に生かせる
のである。

【００５４】次に、この図１と図２で説明した実施形態
による効果について説明すると、まず、この実施形態が
対象としているインバータ装置は、通常、主回路素子モ
ジュール１０の、図において、ネジ固定部１０３が設け
てある方の端部が上になるようにして、配電盤などに垂
直に取付けられた状態で使用される。

【００５５】そうすると、この実施形態では、主回路素
子モジュール１０の取付け状態では下側になる部分に、
主回路スイッチング素子などが収められていて、重量部
になっている部分で、ネジ固定部１０１、１０２により
２箇所で固定されている。

【００５６】そして、このことは、また、この部分の取
付面に設置されている放熱板の密着性向上にも役立って
いる。

【００５７】一方、この主回路素子モジュール１０で
は、その上側になる部分が軽いことを意味しており、従
って、ここでは、ネジ固定部１０３により、１箇所での
固定になっていても問題がないことになる。

【００５８】そして、この結果、インバータ装置を取付
ける際、まず、上側のネジ固定部１０３の１箇所で止め
るだけで、インバータ装置をぶら下げられた状態で保持
させることができ、この後、残り２点のネジ固定部１０
１、１０２でねじ止めすればよく、取付けが簡単で正確
な姿勢を容易に保つことができる。

【００５９】さらに、上側のねじ固定個所が１箇所にし
てあるので、従来技術のように、２箇所に設けた場合に
比較して、主回路素子モジュール１０の内側に装着しな
ければならない制御基板１１を大きく広げることがで
き、部品の搭載に余裕を持たせることができる。

【００６０】なお、以上に説明した実施形態では、主回
路基板１２に制御電源回路を搭載することにより、直流
電源集中供給対応に際して、制御回路の電源も集中供給
した場合について記載したが、制御基板１１に制御電源
回路を搭載したままにし、直流主回路電源だけを集中供
給するようにしてもよい。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、通常の汎用インバータ
装置と直流電源集中供給対応のインバータ装置の切換え
に、回路基板の選択だけで、無駄が発生することなく対
応できる。

【００６２】従って、本発明によれば、汎用のインバー
タ装置と直流電源集中供給方式のインバータ装置の双方
に容易に対応でき、直流電源集中供給方式に適用して、
その利点を充分に享受することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインバータ装置を汎用インバータ
対応にした場合の一実施形態を示す分解斜視図である。

【図２】本発明によるインバータ装置を直流電源集中供
給方式のインバータ対応にした場合の一実施形態を示す
分解斜視図である。

【図３】インバータ装置の主回路の一例を示す回路図で
ある。

【図４】従来技術によるインバータ装置の一例を示す分
解斜視図である。

【符号の説明】

１ コンバータ回路(ダイオード３相ブリッジ回路) ２ 平滑用コンデンサ ３ インバータ回路 ４ 突入電流防止回路 ５ 主回路素子モジュール(従来技術) ６ 制御基板(従来技術) ７ 主回路基板(従来技術) ８ 端子台 １０ 主回路素子モジュール(本発明の実施形態) １１ 制御基板(本発明の実施形態) １２ 主回路基板(汎用インバータ対応) １３ 主回路基板(直流電源集中供給方式対応) １４ コネクタ ５０ 主端子(群) ６０ 変圧器(制御電源回路のＤＣ−ＤＣコンバータ用) １０１、１０２、１０３ ネジ固定部 １０４ 底面部分 １０５ 切欠き部 １０６、１０７ 端子群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平賀 正宏 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立ケーイーシステムズ内 (72)発明者 佐々木 康 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立産機システム内 (72)発明者 木村 鉄也 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立産機システム内 (72)発明者 中嶋 徹 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立産機システム内 Ｆターム(参考） 5H007 BB06 CA01 CB02 CB05 CC01 CC07 DB01 DB09 HA03 HA04 HA07

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主回路素子モジュールに回路基板を備え
   たインバータ装置において、 前記回路基板を複数枚の回路基板に分割し、 交流受電による動作対応と直流受電による動作対応の切
   換えが、前記複数枚の回路基板の中の１枚の回路基板の
   交換だけで得られるように構成したことを特徴とするイ
   ンバータ装置。
2. 【請求項２】 主回路素子モジュールに回路基板を備え
   たインバータ装置において、 前記回路基板に搭載すべき回路部品を、前記交流受電に
   よる動作と直流受電による動作の何れの場合にも必要な
   回路部品と、直流受電による動作の場合には不要になる
   回路部品に分別すると共に、前記回路基板も制御回路基
   板と主回路基板に分割し、 前記交流受電による動作と直流受電による動作の何れの
   場合にも必要な回路部品を前記制御回路基板に搭載し、 前記直流受電による動作の場合には不要になる回路部品
   は、前記主回路基板に搭載したことを特徴とするインバ
   ータ装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２の発明において、 前記主回路素子モジュールは、当該モジュールの取付面
   に対して、３箇所で支持固定されていることを特徴とす
   るインバータ装置。