JP2006333591A

JP2006333591A - インバータ装置

Info

Publication number: JP2006333591A
Application number: JP2005151804A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Yoshida; 敏弘吉田; Makoto Takano; 信高野
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】インバータ装置の筐体に組み込む制御回路部組立体について、部品点数の削減によるスペース効率の向上，組立作業性の改善と併せて、インバータの容量系列に対する制御プリント板の共用，電線配線作業の簡便化が図れるように組立構造を改良する。
【解決手段】半導体スイッチ素子を含む主回路部とその制御回路からなり、主回路組立体の前方に制御回路組立体を並置して筐体に収容したインバータ装置で、前記制御回路部を制御プリント板８と電源プリント板７とに分けて階層的に配置し、かつその相互間をプリント板に実装したピンコネクタ９を介して直接接続した組立構造において、前記制御プリント板をインバータの容量系列に対し共通部品とした上で、周囲を側壁で囲んだ樹脂成形品になるトレー状のプリント板収納ケース１５の中に制御プリント板８および電源プリント板７を階層的並べて定位置に位置決め保持し、この位置でプリント板に実装したピンコネクタ９を介してプリント板を電気的に接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ装置に関し、詳しくはそのユニット筐体に組み込む制御回路部の組立構造に係わる。

周知のように、汎用のインバータ装置は半導体スイッチ素子（ＩＧＢＴ）で構築した主回路部とその制御回路部との組立体を筐体に収納し、これに放熱フィンユニットを組み合わせた構成になり（例えば、特許文献１参照）、メーカーでは１ＫＷ以下の小容量のものから数百ＫＷの大容量まで系列化した多数機種のインバータ装置を製作している。
図７は上記インバータ装置の外観図であり、１はインバータユニット、３はインバータユニット１およびその背後に組み付けた放熱フィンユニットを一括収容したインバータユニットの筐体、４は筐体３の前面カバー３ａに配した操作パネル４であり、筐体３の内部には後記する主回路部，制御回路部の組立体が組み込まれている。なお、このインバータ装置は操作パネル４を正面に向けた縦向き姿勢で装置盤内に装着して使用される。
次に、インバータユニット１の略示結線図を図８に、またその筐体３に組み込んだ制御回路部についての従来の組立構造を図９に示す。図８において、５はパワー半導体素子（ダイオード，ＩＧＢＴ）で構築した主回路部（電力変換回路）、６は制御回路部であり、制御回路部６は電源プリント板７と制御プリント板８とに分けて構築している。ここで、電源プリント板７には電源側の入力フィルタ，ＩＧＢＴのドライブ回路，および補助電源などに関する各種の回路部品を搭載し、制御プリント板８には演算制御ＩＣ，およびアナログ，ディジタル信号の入出力に対応する外部インターフェースなどの回路部品を搭載した組立体になり、電源プリント板７と制御プリント板８とはプリント板上に実装した基板実装形ピンコネクタ９を介して電気的に相互接続するようにしている。なお、図中で１０は商用電源、１１は負荷（電動機）、１２は前記の放熱フィンユニット２に装備した冷却ファンである。

一方、先記の制御回路部６について、図９（ａ）〜（ｃ）に示す従来の組立構造では、インバータ装置の容量別に製作，用意した電源プリント板７，制御プリント板８を個別に樹脂成形品になるトレー状のプリント板収納ケース１３に搭載した上で、トレーの補強材を兼ねた板金製の組立フレーム１４により電源プリント板７を搭載したケースと制御プリント板８を搭載したケースとを階層的（図面上で上下に重ねて並べる）に連結して構築し、この組立状態で電源プリント板７と制御プリント板８との間をプリント板に実装した基板実装形のピンコネクタ９を介して相互接続するようにしている。
特開平７−２９７５６１号公報

ところで、前記のように制御回路部６の電源プリント板７と制御プリント板８を２枚のトレー状プリント板収納ケース１３に分けて個別に搭載した上で、各ケース１３の相互間を組立フレーム１４により階層的（二階建式）に組み立てた従来の組立構造では、次記のような問題点がある。
すなわち、従来の組立構造では制御回路部６を構築するのに２枚のケース１３を用いているため、組立フレーム１４を含めた部品点数，組立工数が増すほか、スペース効率も低下して制御回路部組立体を収納するユニット筐体３（図７参照）が大形化する。また、プリント板を搭載した２枚のトレー状ケース１３を組立フレーム１４を介して階層的に連結する際に生じた組立誤差が原因で、電源プリント板７と制御プリント板８との間で組立位置にずれが生じると、上下に並ぶピンコネクタ９のプラグとレスプタクルとが正しく結合されず、無理な外力が加わってピン端子が変形したり、導通不良を引き起こすおそれがある。

さらに、プリント板上に電線を引き回して主回路部との間に電線（ハーネス）を配線する際に、従来では電線がバラバラにならないように高圧線，低圧線に分けた上で配線補助具を使用して電線を結束状態に固定するようにしているが、この作業には手間がかかって配線作業が能率よく行えない問題もある。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解決して組立部品の点数削減によるスペース効率の向上，組立作業性の改善と併せて、インバータの容量系列に対する制御プリント板の共用，電線配線作業の簡便化が図れるように制御回路部の組立構造を改良したインバータ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、半導体スイッチ素子を含む主回路部とその制御回路からなり、主回路組立体の前方に制御回路組立体を並置して筐体に収容したインバータ装置で、前記制御回路部を制御プリント板と電源プリント板とに分けて階層的に配置し、かつその相互間をプリント板に実装したピンコネクタを介して接続した組立構造において、
前記制御プリント板をインバータの容量系列に対し共通部品とした上で、周囲を側壁で囲んだ樹脂成形品になるトレー状のプリント板収納ケース内に制御プリント板および電源プリント板を階層的に並べて定位置に位置決め保持し、この位置でピンコネクタを介してプリント板を相互接続するものとする（請求項１）。
また、前記のプリント板収納ケースの構造について、本発明では次記のような具体的態様で構成する。
（１）前記のトレー状プリント板収納ケースは、その周囲側壁が電源プリント板，制御プリント板の側方を覆う深さに設定した上で、そのケース内の底部に配した電源プリント板を定位置に保持する位置決め手段と、制御プリント板をケース中段のコーナ側に寄せて定位置に保持する位置決め手段を備えた構成とする（請求項２）。
（２）前項（１）において、プリント板収納ケースの底部および側壁の内面に、電源プリント板の位置決め手段として、該プリント板を定位置に保持する位置決め係合部，およびネジ締結するねじ座を設け、さらに制御プリント板の位置決め手段として、該プリント板を担持して定位置に保持する位置決め係合部，およびプリント板を係止保持するスナップフィットを設ける（請求項３）。
（３）また、前記プリント板収納ケースの側壁には、ケース内に引回して配線する電線を掛けるフック状の電線掛け止め部を設ける（請求項４）。

上記の構成によれば、次記の効果を奏する。
（１）単一のプリント板収納ケースの内部に、電源プリント板とインバータの容量系列に共通な制御プリント板とを階層的に並べて収納配置したことにより、従来の組立構造と比べてトレー部品点数を削減して小形，コンパクト化できるほか、制御プリント板を共通部品として小容量から大容量まで系列化した製品のコスト低減化が図れる。
（２）また、プリント板収納ケースに収納した電源プリント板，制御プリント板の外周をケース側壁で覆うように構成したのでトレーの強度アップとともに制御回路部に対する防塵性が向上するほか、そのケース内部に各プリント板の位置決め保持手段を設けたことにより、電源プリント板および制御プリント板を組立誤差なしに所定位置に支持し、プリント板に実装したピンコネクタを介して正しく接続することができて信頼性が向上する。
（３）加えて、プリント板収納ケースの側壁に電線掛け止め部を設けたことにより、配線ルートの固定，並びに配線作業の簡便化が図れる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に示す実施例に基づいて説明する。なお、図１は制御回路部の組立状態を表す俯瞰図、図２は図１の平面図、図３はトレー状プリント板収納ケースの構造図、図４はケース内に電源プリント板を装着する組立工程の説明図、図５は制御回路部の組立体を筐体のフレームに組み付けた状態の俯瞰図、図６はインバータ装置の分解斜視図である。
図示実施例の組立構造では、制御回路部６を構成する電源プリント板６と制御プリント板７が樹脂成形品になる単一のプリント板収納ケース１５の定位置に階層的（図面上で上下）に並べて収納されており、この組立位置でプリント板の間がコネクタ（基板実装形のピンコネクタ）９を介して相互接続されている。ここで、制御プリント板８は小容量から大容量までの各機種に適用できる仕様の共通部品として作られており、８ａは外部接続用の端子台、８ｂは制御ＩＣである。また、電源プリント板７にはコネクタ９（プラグ）に並べて制御プリント板７を固定するねじ座付きの支柱７ｂを備えている。

一方、ケース１５は周囲が側壁で囲まれたトレーであり、その側壁高さはケース内の底部に収納した電源プリント板６，およびその上に対峙してケースの中段位置に収納した制御プリントの周域を覆うように設定されている。また、図３（ａ），（ｂ）で示すように、ケース１５の四隅には筐体に取り付ける取付ねじ座１５ａが設けてあり、ケースの内側には底面リブ１５ｂ，プリント板固定用の係止フック１５ｈとねじ座１５ｃ，側壁から内側に突き出た凸状支持座１５ｄ，スナップフィット１５ｅ，先記の端子台８ａに対応するリード線引き出し用ステージ１５ｆ，および後記のようにプリント板上に引き回し配線する電線を掛け止めするフック状（Ｌ形リブ）の電線掛け止め部１５ｇなどが設けてある。
そして、前記構成のプリント板収納ケース１５に電源プリント板７，制御プリント板８が次記のようにして装着される。まず、図４（ａ）で示すように電源プリント板７をケース１５の底部に挿入し、その一側縁をケース側壁に寄せてその内側に設けてある前記係合フック１５ｈの溝部に係合して位置決めした上で、プリント板をケースの底面に重ね、次にプリント板の上から前記ねじ座１５ｃ（図３参照）にビス７ａ（図４参照）を螺合して固定する。この状態を図４（ｂ）に示す。

次に、電源プリント板７の上方に外形サイズの小さな制御プリント板８を装着する。この組立工程では、図１，図２のようにケース１５の内周コーナー側に寄せながらプリント板の側縁を前記ケース１５の側壁に形成した凸状支持座１５ｄ（図３参照）の上端に載せてステージ１５ｆとの間に係合溝部に嵌合し、この位置で同時に制御プリント板に実装したコネクタ９のレセプタクルを電源プリント板７に実装したコネクタのプラグに結合し、さらにプリント板８の側縁をスナップフィット１５ｅに保持した上で、最後に制御プリント板８を電源プリント板７に設けた支柱７ｂ（図４参照）に上方からビス止めする。これで、図１，図２に示す制御回路部６の組立体が完成する。
また、図２で示すように電源プリント板７と主回路部との間に配線する電線（ハーネス）１６は、その配線ルートの途中箇所数カ所で電線１６をケース１５の側壁に形成した電線掛け止め部１５ｇに引っ掛けて固定する。

次に、前記の制御回路部組立体をインバータユニットの筐体（図７参照）に組み込むには、図６で示すように筐体３に主回路部５を組み込んだ状態で、制御回路部６の組立体を挿入し、筐体内部の左右両サイドに配した取付フレーム３ｂの間に跨がってプリント板収納ケース１５の四隅に設けたねじ座１５ａにねじを螺合して締結固定する。なお、図５は制御回路部６の組立体を筐体のフレーム３ｂに組み付けた状態を表している。その後に制御回路部６の前部に図６に示した操作パネル４を組み付け、さらに筐体３の側壁３ｃ，および前面カバーを取り付けて図７のインバータユニットが完成する。なお、大容量のインバータ装置に搭載する場合に、その筐体の横幅が前記制御回路部６の組立体よりも大きいときには、筐体３の取付フレーム３ｂの間に跨がって補助板金部材を追加した上で、この補助板金部材にプリント板収納ケース１５を固定することで対応できる。

制御回路部の組立状態を表す俯瞰図図１の平面図図１におけるプリント板収納ケースの構造図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ異なる方向から見た俯瞰図図３のプリント板収納ケースに電源プリント板を装着する組立工程の説明図で、（ａ）は組立途中，（ｂ）は組立後の状態を示す俯瞰図制御回路部の組立体を筐体のフレームに組み付けた状態の俯瞰図実施例の制御回路組立体を搭載するインバータ装置の分解斜視図インバータ装置の外観斜視図インバータ装置の略示結線図図８における制御回路部に対応する従来の組立構造図で、（ａ）はプリント板収納ケースの俯瞰図、（ｂ）は（ａ）のケースに電源プリント板，制御プリント板を搭載した制御回路部の組立体の俯瞰図、（ｂ）は（ｂ）の側面図

符号の説明

１インバータユニット
２放熱フィンユニット
３インバータユニットの筐体
３ｂ取付フレーム
５主回路部
６制御回路部
７電源プリント板
８制御プリント板
９基板実装形ピンコネクタ
１５プリント板収納ケース
１５ａケースの取付ねじ座
１５ｃプリント板固定用のねじ座
１５ｄプリント板取付用の凸状支持座
１５ｅスナップフィット
１５ｇ電線掛け止め部
１５ｈプリント板の係合フック
１６電線

Claims

半導体スイッチ素子を含む主回路部とその制御回路からなり、主回路組立体の前方に制御回路組立体を並置して筐体に収容したインバータ装置であり、前記制御回路部を制御プリント板と電源プリント板とに分けて階層的に配置し、かつその相互間をプリント板に実装したピンコネクタを介して直接接続した組立構造において、
前記制御プリント板をインバータの容量系列に対し共通部品とした上で、周囲を側壁で囲んだ樹脂成形品になるトレー状のプリント板収納ケース内に制御プリント板および電源プリント板を階層的に並べて定位置に位置決め保持し、この位置でピンコネクタを介してプリント板を相互接続したことを特徴とするインバータ装置。
請求項１記載のインバータ装置において、トレー状プリント板収納ケースは、その周囲側壁が電源プリント板，制御プリント板の側方を覆う深さに設定した上で、そのケース内の底部に配した電源プリント板を定位置に保持する位置決め手段と、制御プリント板をケース中段のコーナー側に寄せて定位置に保持する位置決め手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
請求項２記載のインバータ装置において、プリント板収納ケースの底部および側壁の内面に、電源プリント板の位置決め手段として、該プリント板を定位置に保持する位置決め係合部，およびネジ締結するねじ座を設け、さらに制御プリント板の位置決め手段として、該プリント板を担持して定位置に保持する位置決め係合部，およびプリント板を係止保持するスナップフィットを設けたことを特徴とするインバータ装置。
請求項１記載のインバータ装置において、プリント板収納ケースの側壁に、ケース内に引回して配線する電線を掛け止めする電線係止部を設けたことを特徴とするインバータ装置。