JP2009100638A - インバータ装置および空気調和機の室外機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、整流器と、スイッチング素子モジュール等の高発熱電気部品に対する放熱性の向上を図り、これら高発熱電気部品相互の発熱の干渉を抑制するとともに周辺電気部品の熱影響を抑制して、信頼性の向上を得られるインバータ装置と、このインバータ装置を備えて小型化を促進する空気調和機の室外機を提供する。
【解決手段】インバータ装置Ｓは、商用電源の交流電圧を整流平滑化して直流電圧に変換し、その直流電圧をＰＷＭ制御し、所定周波数の三相交流電圧を生成して空気調和機に搭載される圧縮機２８を駆動していて、制御基板１０と、この制御基板に装着され商用電源を直流電圧に整流する整流器２および整流器で変換された直流電圧を三相交流に変換するスイッチング素子モジュール３とを備え、スイッチング素子モジュールの放熱面を制御基板の外形の内側に位置した状態で制御基板に実装し、整流器の放熱面を制御基板の外形より外側に突出して制御基板に装着する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、圧縮機の運転周波数を制御するインバータ装置と、このインバータ装置を備えた空気調和機の室外機に関する。

商用電源の交流電圧を整流、平滑化して直流電圧に変換し、その直流電圧をＰＷＭ制御し、所定周波数の三相交流電圧を生成して、空気調和機の室外機に搭載される圧縮機などを駆動するインバータ装置が多用されている。
このインバータ装置は、回路パターンが形成される制御基板に実装され、商用電源を直流電圧に整流する整流器と、直流電圧を三相交流に変換するスイッチング素子モジュールと、電解コンデンサおよびコネクタ他の電気部品を備えてなる。

インバータ装置を構成するのに、制御基板における回路パターンの設計上、整流器およびスイッチング素子モジュールを、互いに近傍で、略一直線上に配置する必要がある。しかしながら、整流器およびスイッチング素子モジュールは作用にともなって発熱し、高温化してそれ自体や、周辺に配置される電気部品に熱影響を与え易い。

そこで、［特許文献１］には、制御基板に取付けられる整流器やスイッチング素子モジュール等の高発熱電気部品（発熱素子）と、これら高発熱電気部品に対する放熱器（ヒートシンク）との密着性を良くして、高発熱電気部品の冷却効果の向上化を図った技術が開示されている。
特開２００５−１０６３０９号公報

具体的には、制御基板の取付け部と、ヒートシンクの取付け部とを互いに並行に設け、高発熱電気部品はホルダを介して制御基板に取付けている。前記ホルダには電気部品を固定する固定爪を取付け、前記ヒートシンクには固定爪を埋没して覆う凹部を設けたことを特徴としている。

しかしながら、近年の圧縮機に搭載されるモータは、駆動電流が極く小の状態から極く大なる範囲までに拡大している。そのため、駆動電流が大の状態が長時間継続すると、駆動電流の増加に比例して、整流器とスイッチング素子モジュール双方の発熱も著しく大になる。

［特許文献１］の技術を採用しても、高発熱電気部品自体の温度上昇が避けられず、近傍に配置される他の電気部品が熱影響を受ける虞れがある。また、ヒートシンクの部品代が嵩むとともに、ヒートシンクがスペースを取り、インバータ装置として大型化を招く。したがって、インバータ装置を備えた空気調和機の室外機の大型化につながってしまう。

本発明は上記事情にもとづきなされたものであり、その目的とするところは、商用電源を整流する整流器と、直流を三相交流に交換するためのスイッチング素子モジュール等の高発熱電気部品に対する放熱性の向上を図り、これら高発熱電気部品相互の発熱の干渉を抑制するとともに周辺電気部品の熱影響を抑制して、信頼性の向上を得られるインバータ装置と、このインバータ装置を備えて小型化を促進する空気調和機の室外機を提供しようとするものである。

上記目的を満足するため本発明のインバータ装置は、商用電源の交流電圧を整流平滑化して直流電圧に変換し、その直流電圧をＰＷＭ制御し、所定周波数の三相交流電圧を生成して空気調和機に搭載される圧縮機を駆動していて、回路パターンが形成される制御基板と、この制御基板に実装され商用電源を直流電圧に整流する整流器および整流器で変換された直流電圧を三相交流に変換するスイッチング素子モジュールとを備え、スイッチング素子モジュールの放熱面を制御基板の外形の内側に位置した状態で制御基板に実装し、整流器の放熱面を制御基板の外形より外側に突出した状態で制御基板に実装する。

上記目的を満足するため本発明の空気調和機の室外機は、室外機本体内を、熱交換器および送風機を収容する熱交換室とインバータ装置により駆動される圧縮機および配管類を機械室とに仕切る仕切り板と、この仕切り板に装着されるインバータ装置とを備え、放熱板はスイッチング素子モジュールおよび整流器の放熱面と仕切り板との間に介在する。

本発明のインバータ装置によれば、整流器やスイッチング素子モジュール等の高発熱電気部品相互における発熱の干渉を抑制して信頼性の向上を得られ、このインバータ装置を備えた空気調和機の室外機によれば、小型化を促進する等の効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて説明する。
図１は、空気調和機の室外機に搭載されるインバータ装置Ｓの電気回路ブロック図である。
図中１は商用電源であり、２は整流器、３はスイッチング素子モジュールであり、４は圧縮機に備えられる電動機部であるところのブラシレスＤＣモータである。

商用電源１の交流電圧が倍電圧整流回路を備えた整流器２によって直流電圧に変換され、その直流電圧がスイッチング回路を備えたスイッチング素子モジュール３により所定の交流電圧に変換される。このスイッチング素子モジュール３におけるスイッチング回路の出力が駆動電力としてブラシレスＤＣモータ４に供給されるようになっている。

前記スイッチング回路は、還流用のダイオードが逆並列接続された２つのスイッチング素子を直列に接続し、その直列回路を三相分設けたものである。倍電圧整流回路の出力端に電圧検知回路が接続されていて、倍電圧整流回路から出力される直流電圧に対応するレベル電圧が生じ、検知電圧としてモータ制御部に供給されるようになっている。

図２は、インバータ装置Ｓの基本的な構成図である。
回路パターンを備えた制御基板１０の、ここでは裏面側に６個のＩＧＢＴやＦＥＴのパワー半導体素子が１パッケージされた前記スイッチング素子モジュール３が実装される。このスイッチング素子モジュール３は制御基板１０の面内である外形寸法内に配置されていて、放熱面を裏面側である反制御基板１０側に向けている。

前記商用電源１を整流する整流器２は、全体的に制御基板１０外形の図における下端縁から突出した位置にあり、接続ピンａが制御基板１０に設けられるコネクタに電気的に接続される。整流器２の放熱面は、前記スイッチング素子モジュール３と同様、裏面側に向けられている。

以上の構成により、整流器２およびスイッチング素子モジュール３である高発熱電気部品Ｄに対する回路パターンは従来と同様、互いに近傍位置であるが、整流器２の放熱面が制御基板１０の外形より外側へ突出した状態で制御基板１０に実装されるので、整流器２とスイッチング素子モジュール３は互いに離間して配置されることとなる。

したがって、高発熱電気部品Ｄである整流器２およびスイッチング素子モジュール３は、作用にともなって放熱面から高熱を放出しても、互いの発熱干渉が抑制される。従来のような高発熱電気部品を互いに近傍位置に配置する構成と比較して、周辺温度の発熱が低減され、たとえば電解コンデンサ等の電気部品が受ける熱的悪影響が低減して、これら部品の寿命劣化を回避できる。

図３および図４は、先に図２で説明した上記構成のインバータ装置Ｓを、互いに異なる形状の放熱板１５Ａ，１５Ｂに取付けた構成図である。
はじめに、図３から説明する。
放熱性の良い薄板の金属板である第１の放熱板１５Ａを用意する。この第１の放熱板１５Ａは幅方向に長く、かつ中途部がクランク状に屈曲形成される。整流器２の放熱面に第１の放熱板１５Ａ一部を密接した状態で、整流器２と第１の放熱板１５Ａが取付け具６を介して取付け固定される。

第１の放熱板１５Ａにおける他の一部をスイッチング素子モジュール３の放熱面に密接した状態で、制御基板１０とスイッチング素子モジュール３および第１の放熱板１５Ａが取付け具６を介して取付け固定される。
この状態で、第１の放熱板１５Ａに整流器２およびスイッチング素子モジュール３の放熱面が密着する。そして、第１の放熱板１５Ａの一端部は、整流器２および制御基板１０の側縁から側方へ突出形成されていて、この突出部位が取付け部ｅとして、被装着部位である、たとえばヒートシンクに取付け具７を介して取付け固定される。

第１の放熱板１５Ａの他端部は、スイッチング素子モジュール３から側方へ突出形成されていて、この突出部位が取付け部ｅとして被装着部位であるヒートシンクに取付け具７を介して取付け固定される。
このようにして、第１の放熱板１５Ａに高発熱電気部品Ｄである整流器２およびスイッチング素子モジュール３の放熱面を密着させることにより、高発熱電気部品Ｄの放熱面から放出される高熱が第１の放熱板１５Ａに伝達し吸収される。さらに、第１の放熱板１５Ａから被装着部材である、たとえばヒートシンクに伝熱して放散される。

したがって、整流器２およびスイッチング素子モジュール３は効率良く冷却されることとなり、高発熱電気部品Ｄ自体の温度低下を得られる。整流器２およびスイッチング素子モジュール３相互の発熱干渉が防止され、制御基板１０に実装される他の電気部品への熱影響が抑制される。

図４は、前記第１の放熱板１５Ａとは異なる形状の、第２の放熱板１５Ｂを用いた例である。
第２の放熱板１５Ｂも、放熱性の良い薄板からなる金属板であって、全体として略Ｌ字状に形成されている。整流器２の放熱面に第２の放熱板１５Ｂを密接した状態で、整流器２と第２の放熱板１５Ｂが取付け具を介して取付け固定される。

さらに、第２の放熱板１５Ｂの一端部は、制御基板１０と整流器２の側縁から側方へ突出形成され、この突出部位が取付け部ｅとして被装着部位である、たとえばヒートシンクに取付け具７を介して取付け固定される。
スイッチング素子モジュール３の放熱面に第２の放熱板１５Ｂが密接された状態で、制御基板１０とスイッチング素子モジュール３および第２の放熱板１５Ｂが取付け具を介して取付け固定される。

第２の放熱板１５Ｂの他端部は、スイッチング素子モジュール３および制御基板１０から側方へ突出形成されていて、この突出部位が取付け部ｅとして被装着部位に取付け固定される。
このような構成においても、第２の放熱板１５Ｂに整流器２およびスイッチング素子モジュール３の放熱面が密着して、これらの放熱面から放出される高熱が第２の放熱板１５Ｂに伝達し吸収される。さらに、第２の放熱板１５Ｂから被装着部位に伝熱され、ここでも放熱する。

したがって、整流器２およびスイッチング素子モジュール３は効率良く冷却されることとなり、これら高発熱電気部品Ｄ自体の温度低下を得られて、整流器２およびスイッチング素子モジュール３相互の発熱干渉が防止されるとともに、制御基板１０に実装される他の電気部品への熱影響が抑制される。

つぎに、本発明における第１の実施の形態での、インバータ装置Ｓを備えた空気調和機の室外機について説明する。
図５は、空気調和機の室外機を分解して示す斜視図である。
室外機本体２０は、平面視で横長矩形状の底板２０ａと、この底板２０ａの前端縁および一側端縁に沿って折曲形成され立設される前側パネル２０ｂと、底板２０ａの後端縁と他側端縁に沿って折曲形成され立設される後側パネル２０ｃおよび、前、後側パネル２０ｂ，２０ｃの上端縁に亘って設けられる天板２０ｄとから構成される。

前側パネル２０ｂの前面部には吹出し口２１が開口され、ファンガードが嵌め込まれる。さらに、前側パネル２０ｂの側面部には室内機から延出される冷媒管と接続する配管工事に必要な開口部２２が設けられ、作業終了後はカバーによって閉成される。後側パネル２０ｃの背面部には吸込み口が設けられる。

室外機本体２０の内部は、仕切り板２３によって二室に区分される。仕切り板２３の前端部は前側パネル２０ｂの裏面で、吹出し口２１側部に密接し、前後側パネル２０ｂ，２０ｃの両側部と並行に形成される。さらに、仕切り板２３は後端部が前側パネル２０ｂの側端部と後側パネル２０ｃの側端部との連結部に密接するよう斜めに折曲形成される。

仕切り板２３の吹出し口２１と対向する空間室を熱交換室２４Ａと呼び、前側パネル２０ｂ側面部の開口部２２と対向する空間室を機械室２４Ｂと呼ぶ。
熱交換室２４Ａにおいて、後側パネル２０ｃの背面部と間隙を存して並行に熱交換器２５が配置される。熱交換器２５は底板２０ａ上に立設され、その上端部は天板２０ｄとわずかの間隙を存する高さに形成される。

前記熱交換器２５の前面側に、室外送風機２６を支持する支持脚２７が設けられる。この支持脚２７は底板２０ａ上に立設され、上端部は熱交換器２５上端部に掛止され安定した構造となっている。一方、機械室２４Ｂには圧縮機２８が配置されるとともに、この圧縮機２８に接続される配管類２９が収容される。

この機械室８Ｂ側の仕切り板２３上部に前記インバータ装置Ｓと、電気部品のうちの高発熱電気部品Ｄであるリアクタ３０が装着される。以下、インバータ装置Ｓとリアクタ３０の仕切り板２３に対する装着構造について説明する。

図６は室外機の一部を拡大した平面図であり、図７は仕切り板一部の正面図である。
図６に示すように、仕切り板２３における室外機本体２０側面部と並行な部位で、この機械室２４Ｂ側にリアクタ３０が装着されている。機械室２４Ｂに配置される圧縮機２８や配管類２９の上端部から天板２０ｄに至る部位は充分な空間スペースが形成されているので、ここにリアクタ３０を装着しても何らの不具合も生じない。

図５にも示すように、前記インバータ装置Ｓは仕切り板２３の斜め折曲部に、リアクタ３０上端と上端高さ位置を揃えて装着される。インバータ装置Ｓの下端部はリアクタ３０の下端部よりも下方に突出しているが、機械室２４Ｂに配置される圧縮機２８や配管類２９の上方部位に形成される充分な空間スペース内であることには変りがない。

図７に示すように、インバータ装置Ｓを構成する制御基板１０が、前記仕切り板２３に装着される。正確には、制御基板１０のほとんど大部分は仕切り板２３に直接、取付け固定され、制御基板１０の残りの一部は放熱板１５を介して仕切り板２３に取付け固定される。

制御基板１０は矩形状をなしていて、主面に回路パターンが形成される。制御基板１０の図において前面側（手前側）には、上端部にコネクタ類３２が実装され、下端部には電解コンデンサ３３が実装される。さらに、これらコネクタ類３２と電解コンデンサ３３との間には、他の電気部品が実装される。
先に図２および図３でも説明したように、制御基板１０の下端部から突出した状態で整流器２が実装され、この整流器２近傍の制御基板１０裏面側にスイッチング素子モジュール３が実装される。

高発熱電気部品Ｄである整流器２とスイッチング素子モジュール３は、回路パターン上は互いに近傍位置にあるが、整流器２が制御基板１０の外形から突出して実装されることにより、互いに離間した状態になり互いの発熱干渉が少なくなる。これらの近傍部位に実装される電解コンデンサ３３等の他の電気部品に対する熱影響の低減を得ることは、前述したとおりである。

しかも、整流器２およびスイッチング素子モジュール３の放熱面は、それぞれ図の裏面側に形成されていて、前記放熱板１５に密接するように取付けられているので、放熱性がすこぶる良い。ここに示す放熱板１５は、先に図４で説明した略Ｌ字状に形成される第２の放熱板１５Ｂと同一形態のものを用いている。

前記放熱板１５は、制御基板１０の下端部で左右側縁から突出し、この突出部位が取付け具７を介して仕切り板２３に装着される。すなわち、放熱板１５の幅寸法を制御基板１０の幅寸法よりも長く形成し、この突出部である取付け部ｅを仕切り板２３に取付け固定することで、放熱板１５の取付けが容易に行える。

なお、前記放熱板１５は、略Ｌ字状に形成した第２の放熱板１５Ｂと同一形態のものを用いるばかりでなく、先に図３で説明した中途部がクランク状に形成される第１の放熱板１５Ａと同一形態のものを採用してもよい。さらにまた、後述する形態の、第３の放熱板６８であってもよい。

整流器２およびスイッチング素子モジュール３等の高発熱電気部品Ｄの放熱面が放熱板１５に密着するうえに、放熱板１５は仕切り板２３に密着状態で取付け固定される。したがって、高発熱電気部品Ｄから放出される高熱が放熱板１５に伝達されるとともに、さらに放熱板１５から仕切り板２３に効率良く伝達される。

仕切り板２３の熱交換室２４Ａ側の面には送風機２６の駆動により外気が流通していて、常に仕切り板２３は放熱状態にある。このことから、高発熱電気部品Ｄとその周辺部分における温度上昇を抑制するばかりか、これら部位に密着している放熱板１５Ｂ部位の温度上昇も抑制して、上述したような熱的悪影響の低減を図れる。

なお、仕切り板２３に放熱板１５を介して制御基板１０を取付ける実際の組立て作業は、以下に述べる通りである。
はじめに、高発熱電気部品Ｄである整流器２とスイッチング素子モジュール３の放熱面を放熱板１５に向け、互いに密着させてから、放熱板１５Ｂに取付け具６を介して整流器２およびスイッチング素子モジュール３を取付ける。

そのあと、制御基板１０に整流器２を実装し、さらにスイッチング素子モジュール３を実装する。整流器２は制御基板１０の外形から突出した部位に装着し、スイッチング素子モジュール３は制御基板１０の面内に装着する。この状態から、仕切り板２３に放熱板１５Ｂの取付け部ｅを取付ける。

したがって、整流器２およびスイッチング素子モジュール３と放熱板１５との密着性が向上するとともに、放熱板１５と仕切り板２３との密着性が向上する。仕切り板２３と整流器２およびスイッチング素子モジュール３の絶縁距離を確保するとともに、これら高発熱電気部品Ｄの放熱効率の向上化が得られる。

つぎに、本発明における第２の実施の形態での、インバータ装置Ｓを備えた空気調和機の室外機について説明する。
図８は空気調和機の室外機の一部を省略した斜視図、図９は同じ室外機の横断平面図である。

筐体からなる室外機本体５０は、平面視で横長矩形状の底板５０ａと、この底板５０ａの前面側に立設される前板５０ｂと、底板５０ａの左側部に立設される左側板５０ｃと、右側部に立設される右側板５０ｄと、背面側に立設される後板５０ｅおよび、これら前、左右、後板５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅの上端に亘って設けられる天板５０ｆとから構成される。

底板５０ａと天板５０ｆは、それぞれ単体で構成されるが、前板５０ｂと右側板５０ｄは一体に折り曲げ形成され、後板５０ｅと左側板５０ｃは一体に折り曲げ形成される。底板５０ａ上に前板５０ｂと右側板５０ｄとの一体折曲板を載置するとともに、後板５０ｅと左側板５０ｃとの一体折曲板を載置して、これら上端に形成される開口を天板５０ｆが閉塞する。

前記前板５０ｂの一側部に片寄った位置に、ベルマウス５１が形成される吹出口５２が設けられ、この吹出し口５２にファンガードが嵌め込まれる。前記左側板５０ｃには、複数の補強用段部が形成される。前記右側板５０ｄは、配管類５３が挿通する開口部を備えていて、この開口部はパックドバルブカバー５４によって覆われている。

前記配管類５３は、四方切換え弁や冷媒管の他に、室内機から延出する冷媒管と接続するための２個のパックドバルブを備えている。これらパックドバルブはパックドバルブカバー５４の外面側に取付けられていて、配管接続時やメンテナンス時に、パックドバルブカバー５４を取外せば、作業がし易い。

前記後板５０ｅには、縦方向と横方向に、それぞれ所定の間隔を存して桟部が設けられていて、これら桟部相互間は吸込み口を構成する開口部となっている。天板５０ｆは、周縁に沿って折曲げ加工された片部を有する平板からなる。このようにして構成される室外機本体５０内部は、後述する仕切り板５５によって二室に区分される。

前記仕切り板５５の前端部は、前板５０ｂに設けられる吹出し口５２の側部で、前板５０ｂ裏面に取付けられる。後端部は、後板５０ｅと右側板５０ｄとの折曲隅部に沿って取付けられる。仕切り板５５は前端部から後端部に亘って多段に折曲形成され、仕切り板５５の下端部は底板５０ａに載置され、上端部は天板５０ｆに当接される。

仕切り板５５から左側板５０ｃ側の空間室を熱交換室５７Ａと呼び、仕切り板５５から右側板５０ｄ側の空間室を機械室５７Ｂと呼ぶ。仕切り板５５の取付け位置と形態から、熱交換室５７Ａは室外機本体５０内部全体の略３／４程度の容積であり、機械室５７Ｂは残りの略１／４程度の容積をなす。

前記熱交換室５７Ａにおいて、後板５０ｅに近接する位置の底板５０ａ上に、後板５０ｅと並行して室外熱交換器５８が配置される。室外熱交換器１０は平面視で直状に形成され、一側端は前板５０ｂと左側板５０ｃとの折曲隅部近傍にあり、他側端は右側板５０ｄと後板５０ｅとの折曲隅部近傍にある。室外熱交換器１０の上端は天板５０ｆと極く近接している。

さらに、熱交換室５７Ａには室外送風機６０を支持する送風機支持部材６１が設けられている。前記室外送風機６０は、室外熱交換器５８と仕切り板５５と左側板５０ｃおよび前板５０ｂとに囲まれて配置され、ファンモータ６０Ｍと、このファンモータ６０Ｍの回転軸に取付けられるプロペラファン６０Ｆとから構成される。

前記ファンモータ６０Ｍは回転速度を可変としており、プロペラファン６０Ｆは軸方向の背面側から熱交換空気を吸込んで前面側へ吹出す送風作用をなす。すなわち、開口構造の後板６０ｅが熱交換空気である外気の吸込み側となり、吹出し口５２を備えた前板６０ｂが吹出し側となる。前記ベルマウス５１は、吹出し５２において外気吹出しの案内をなす。

前記機械室５７Ｂには、圧縮機６２と気液分離器６３が配置され、これら圧縮機６２と気液分離器６３に接続される四方切換え弁等を備えた前記配管類５３が収容される。前記圧縮機６２等は、熱交換室５７Ａ内の室外熱交換器５８や、室内機に収容される室内熱交換器などと、冷媒管を介して冷凍サイクルを構成するよう接続される。

さらに、前記仕切り板５５について詳述する。
前記仕切り板５５は、下端から全高の略２／３程度の位置で、上下に分割されている。分割された上部を「上仕切り板５５Ａ」と呼び、下部を「下仕切り板５５Ｂ」と呼ぶ。

先に説明したように、上仕切り板５５Ａは平面視で、前板５０ｂに取付けられる部位から右側板５０ｄと後板５０ｅとの折曲隅部に向って多段に折曲される。これに対して下仕切り板５５Ｂは、上仕切り板５５Ａの下端位置から熱交換室５７Ａ側へ平面視で略三角状に突出する。当然、下仕切り板５５Ｂの上端開口は三角蓋によって閉成されることになる。

上仕切り板５５Ａは、伝熱性に優れた素材である、たとえばアルミニゥム材が選択されていて、平板から折曲形成される。特に、上仕切り板５５Ａの機械室５７Ｂ側の面を、「電気部品取付け面部Ｔ」と呼ぶ。一方、下仕切り板５５Ｂは、剛性が大であるとともに遮音性に優れた素材である、たとえば薄肉厚の鉄板が用いられる。

上仕切り板５５Ａに形成される前記電気部品取付け面部Ｔには、基板カバー６５と、リアクタ６６が並列に並んで取付けられる。なお説明すると、前記基板カバー６５は電気部品取付け面部Ｔの前端側から後端側に亘ってほとんど大部分を占めて取付けられ、わずかに電気部品取付け面部Ｔの後端部が露出する。

この電気部品取付け面部Ｔの露出した後端部に、作用にともなって高熱を発する高発熱電気部品Ｄである前記リアクタ６６が取付けられる。前記基板カバー６５は、インバータ装置Ｓを構成する電気部品を実装する制御基板６７をカバーしていて、制御基板６７とリアクタ６６とはリード線を介して電気的に接続される。

また、前記下仕切り板５５Ｂと対向する底板５０ａ上に、先に説明した圧縮機６２と気液分離器６３が配置されるとともに、これら圧縮機６２と気液分離器６３に接続される四方切換え弁等を備えた前記配管類５３が配置される。特に、機械室５７Ｂから熱交換室５７Ａ側へ突出する三角状のスペースには、圧縮機６２および気液分離器６３のそれぞれ一部が収容される。

特に図９に示すように平面視で、後板５０ｅに対して下仕切り板５５Ｂは傾斜角度α°に形成され、上仕切り板５５Ａは傾斜角度２α°に形成されている。後板５０ｅと室外熱交換器５８が並行に配置されるところから、室外熱交換器５８を基準として、下仕切り板５５Ｂの傾斜角度α°と上仕切り板５５Ａの傾斜角度２α°が設定される、と言い換えることができる。

すなわち、熱交換室５７Ａにおいて、後板５０ｅに室外熱交換器５８が近接し、かつ並行に設けられていて、実際には、仕切り板５５と室外熱交換器５８との間に空間スペースが形成される。
上述したように、仕切り板５５は上仕切り板５５Ａと下仕切り板５５Ｂとから構成され、これら上仕切り板５５Ａと下仕切り板５５Ｂとの室外熱交換器５８に対する空間スペースが、それぞれの傾斜角度によって異なる。

室外熱交換器５８に対して、下仕切り板５５Ｂは傾斜角度α°に形成され、上仕切り板５５Ａは傾斜角度２α°に形成されるところから、上仕切り板５５Ａと室外熱交換器５８との間の空間スペースは、下仕切り板５５Ｂと室外熱交換器５８との間の空間スペースに対して約２倍の大きさとなっている。

つぎに、前記制御基板６７および第３の放熱板６８について説明する。
図１０は、制御基板６７を裏面（上仕切り板５５Ａへの取付け面）側から見た図である。

前記制御基板６７は、矩形状のプリント基板からなり、隅部を取付けねじによって上仕切り板５５Ａに取付け固定される。制御基板６７の下端部に対向する部位と一側縁から突出する部位を有する第３の放熱板６８が、固定ねじを介して上仕切り板５５Ａに取付けられる。第３の放熱板２３はアルミニゥム材等の伝熱性に優れた素材が用いられている。

上仕切り板５５Ａの機械室５７Ｂ側の面が前記電気部品取付け面部Ｔであり、この電気部品取付け面部Ｔに第３の放熱板６８が密着固定され、制御基板６７とは間隙を存して取付けられる。換言すれば、第３の放熱板６８は上仕切り板５５Ａと制御基板６７との間に介在される。

図１０に示す前記制御基板６７の裏面側（実際の正面側）には、制御プログラムを格納するメモリ等の制御回路が形成されるとともに、複数の電解コンデンサやコネクタ類などの電気部品が実装される。図１０の正面側には、スイッチング素子モジュール（圧縮機駆動素子：パワートランジスタ）７０と整流器（レクチ）７１が実装される。

なお、図１０の裏面側に実装される電気部品と、図に示すように実装される前記スイッチング素子モジュール７０は制御基板６７の面内に位置するが、整流器７１のみ制御基板６７下端から下方に突出して実装される。すなわち、整流器７１に突出する接続ピンが制御基板６７に設けられるコネクタに挿入して、互いに電気的に接続される。

特に、制御基板６７に実装される電気部品のうち、スイッチング素子モジュール７０および整流器７１は、前述したリアクタ６６と同様、互いに所定の作用にともなって発熱し、周囲を高温化してしまう高発熱電気部品Ｄである。
スイッチング素子モジュール７０は制御基板６７の面内に実装されるのに対して、整流器７１の本体部分を制御基板６７の下端から下方に突出して配置しており、互いに離間して実装される。このことから、スイッチング素子モジュール７０と整流器７１は高発熱電気部品Ｄとして互いに高熱を発熱しても、互いに熱影響を与えずにすむ。

しかも、スイッチング素子モジュール７０の発熱部位と、整流器７１の発熱部位は特定されていて、いずれも上仕切り板５５Ａと対向する面である。ここでは、スイッチング素子モジュール７０と整流器７１の放熱面を、制御基板６７に設けられる前記第３の放熱板６８に密着させている。

スイッチング素子モジュール７０は制御基板６７の面内に実装されているから、第３の放熱板６８における制御基板６７と対向する部位に密着している。これに対して、前記整流器７１の本体部分は制御基板６７の下端から下方に突出しているから、第３の放熱板６８における制御基板６７の下端から突出する部位に密着している。

第３の放熱板６８を基準にして説明すると、スイッチング素子モジュール７０の放熱面に密着する第１の密着部位６８Ａが、整流器７１の放熱面に密着する第２の密着部位６８Ｂよりも上部側にある。しかも、互いの密着部位６８Ａ，６８Ｂは水平方向に延出され、かつ左右両側に離間して設けられることになる。

すなわち、スイッチング素子モジュール７０の放熱面に密着する第１の密着部位６８Ａと、整流器７１の放熱面に密着する第２の密着部位６８Ｂは上下に段差を有していて、これら第１、第２の密着部位６８Ａ，６８Ｂ相互は、傾斜部６８Ｃにより一体に連結形成される。

このようにして構成される空気調和機の室外機において、空調運転（冷房運転）開始の信号を入力すると、圧縮機６２が駆動制御されて冷凍サイクル運転が行われる。同時に室外送風機６０が駆動され、外気が後板５０ｅに形成される開口部を介して室外機本体５０内に吸込まれ、室外熱交換器５８に流通する。

室外熱交換器５８には、圧縮機６２で圧縮された冷媒が四方切換え弁を介して導通していて、冷媒と外気とが熱交換する。そのあと冷媒は室内機へ導かれて室内空気と熱交換し、室内を空調する。前記室外熱交換器５８と熱交換した外気はベルマウス５１に案内され、吹出し口５２からファンガードを介して外部へ吹出される。

上述したように制御基板６７に実装される電気部品のうちで、特に高発熱電気部品Ｄであるスイッチング素子モジュール７０や整流器７１が発熱し易い。しかも、これらスイッチング素子モジュール７０と整流器７１を実装する制御基板６７は、基板カバー６５と上仕切り板５５Ａとで略密閉された箱体構造内に収容されているから、何らの対策も施さなければ、互いに熱影響を受ける。

ここでは、スイッチング素子モジュール７０と整流器７１の放熱面が第３の放熱板６８における第１の密着部位６８Ａと第２の密着部位６８Ｂに密着され、また第３の放熱板６８は上仕切り板５５Ａに密着固定されている。
第３の放熱板６８および上仕切り板５５Ａは熱伝導性に優れた素材を選択しているので、スイッチング素子モジュール７０と整流器７１等の高発熱電気部品Ｄから発する高熱は第３の放熱板６８において拡散し、そのあと上仕切り板５５Ａに伝熱する。

すなわち、高発熱電気部品Ｄが発散する高熱を、第３の放熱板６８と上仕切り板５５Ａが吸収する。その一方で、室外送風機６０の送風作用にともなって熱交換室５７Ａ内に導かれた外気は、仕切り板５５を構成する上仕切り板５５Ａと下仕切り板５５Ｂに接触しながら導かれ、これら上下仕切り板５５Ａ，５５Ｂは効率よく冷却される。

特に、図９で説明したように、室外熱交換器５８に対して、下仕切り板５５Ｂは傾斜角度α°、上仕切り板５５Ａは傾斜角度２α°に形成されている。したがって、上仕切り板５５Ａと室外熱交換器５８との間の空間スペースは、下仕切り板５５Ｂと室外熱交換器５８との間の空間スペースに対して２倍の大きさである。

熱交換室５７Ａに導かれ室外熱交換器５８を流通した外気の一部は、仕切り板５５を構成する上仕切り板５５Ａと下仕切り板５５Ｂとに沿って導かれる。このとき、上仕切り板５５Ａと室外熱交換器５８との間の空間スペースが、下仕切り板５５Ｂと室外熱交換器５８との空間スペースの略２倍の大きさに形成されているから、外気の流通量も２倍となる。

上仕切り板５５Ａには第３の放熱板６８が密着固定され、この第３の放熱板６８には高発熱電気部品Ｄであるスイッチング素子モジュール７０と整流器７１の放熱面が密着して取付けられている。
上仕切り板５５Ａに沿って多量の外気が流通するところから、上仕切り板５５は勿論のこと、第３の放熱板６８およびスイッチング素子モジュール７０と整流器７１は効率よく冷却され、熱的悪影響が防止される。同時に、上仕切り板５５に直接取付けられる高発熱電気部品Ｄであるリアクタ６６も効率よく冷却される。

仕切り板５５を構成する上仕切り板５５Ａの機械室５７Ｂ側を電気部品取付け面部Ｔとしたので、従来のような仕切り板上端に熱交換室と機械室に跨って水平に配置される電気部品箱が不要となり、組立作業性の削減化と、部品点数の低減化によるコストの低減化を得られる。

上記した構成の電気部品箱が存在しないので、機械室５７Ｂ上部の空間スペースが拡大して、圧縮機６２の運転音の減衰作用が促進され、騒音低減を図ることができる。電気部品を仕切り板５５自体に取付けるため、従来のような電気部品箱と仕切り板との間から機械室への水侵入を阻止するためのシール材が不要となる。

仕切り板５５を、上仕切り板５５Ａと、下仕切り板５５Ｂに分割したので、下仕切り板５５Ｂは機械室５７Ｂに収容される圧縮機６２の配置スペースに応じて折曲形成でき、製造性を高めることができる。
上仕切り板５５Ａは、伝熱性を重視したアルミニゥム材を用い、下仕切り板５５Ｂは強度と遮音性を重視した素材を用いることができるなど、それぞれの機能に対応した材料を選択でき、機能性を高めて、製造性の向上と、コストの低減化を得られる。

制御基板６７に実装される電気部品のうちで、スイッチング素子モジュール７０や整流器７１などの高発熱電気部品Ｄの放熱面を、熱伝導性の高い素材からなる第３の放熱板６８に密着させ、さらにこの放熱板６８を上仕切り板５５Ａの電気部品取付け面部Ｔに密着固定したから、高発熱電気部品Ｄに対する放熱効率の向上化を得られ、熱的悪影響を防止できる。

つぎに、前記第３の放熱板６８の製作方法について説明する。
先に述べたように第３の放熱板６８は、スイッチング素子モジュール７０の放熱面に密着する第１の密着部位６８Ａが、整流器７１の放熱面に密着する第２の密着部位６８Ｂよりも上部側にあって、しかも互いの密着部位６８Ａ，６８Ｂは水平方向に延出され、かつ左右両側に離間して設けられる。

第１の密着部位６８Ａと、第２の密着部位６８Ｂは上下に段差を有し、これら第１、第２の密着部位６８Ａ，６８Ｂ相互間に傾斜部６８Ｃが形成される。すなわち、前記第１の密着部位６８Ａおよび第２の密着部位６８Ｂは、傾斜部６８Ｃを介して一体に連結されることになる。

このような第３の放熱板６８の形態は、第３の放熱板６８の捩れ防止によるスイッチング素子モジュール７０の放熱面および整流器７１の放熱面との密着接合性向上および、材料取り方法をもとにして設計されたものである。
図１１は第３の放熱板６８の材料取り方法を説明する図である。
アルミニュウム材からなり、所定の板厚で、横幅寸法Ｆ、縦寸法Ｇの薄板Ｗが用意される。この薄板Ｗの横幅寸法Ｆは、先に図１０で説明したように制御基板６７の下端部から突出する第２の密着部位６８Ｂの端縁から、制御基板６７の一側縁から突出する第１の密着部位６８Ａ端縁までの間隔と同一である。

縦寸法Ｇは、薄板Ｗの一（左）側縁下端からｈ寸法で複数（ここでは５つ）の寸法取りをなすとともに、他（右）側縁上端から同じｈ寸法で、同じ数（５つ）の寸法取りをなすことで得られる。そして、薄板Ｗの一側縁から幅方向にＬＡの寸法取りをなし、他側縁から幅方向にＬＣの寸法取りをなす。ＬＡ寸法とＬＣ寸法の相互間は斜めに傾斜する線で結ばれる。

以上の設計通りのプレス加工を行うと、薄板Ｗ全体から第３の放熱板６８が連続して多数個同時に得られる。幅寸法ＬＡ部分が第２の密着部位６８Ｂとなり、幅寸法ＬＣ部分が第１の密着部位６８Ａとなって、これら第１、第２の密着部位６８Ｂ，６８Ａ相互間に傾斜部６８Ｃが形成される。

このように第３の放熱板６８を設計し製作することで、図１１に示す最上端の第３の放熱板６８で、特に第２の密着部位６８Ｂと傾斜部６８Ｃとで囲まれる交差ハッチングで示す部分が端材部Ｗａとなる。そして、最下端の第３の放熱板６８で、第１の密着部位６８Ａと傾斜部６８Ｃとで囲まれる交差ハッチングで示す部分が端材部Ｗｂとなる。

すなわち、いずれの端材部Ｗａ，Ｗｂも、第３の放熱板６８相互間には発生せず、薄板Ｗのコーナー部のみに発生することになる。第３の放熱板６８を以上のように設計することで薄板Ｗ全体からの端材部Ｗａ，Ｗｂの面積を可能な限り抑制できて、薄板Ｗの有効利用が図れる。
しかも、薄板Ｗをプレス加工で打ち抜くだけですむので、プレスの金型代および加工費が安価ですみ、コストの低減に寄与する。

さらに、第３の放熱板６８は、第１、第２の密着部位６８Ａ，６８Ｂ相互間に傾斜部６８Ｃを形成することで、第１、第２の密着部位６８Ａ，６８Ｂ相互間は斜めに傾斜する最短の距離で結ばれる。
第３の放熱板６８をアルミニュウム材のような軟質材料から成形しても捩れ難くなり、この結果、第１、第２の密着部位６８Ａ，６８Ｂおよび傾斜部６８Ｃの平面度が保持される。スイッチング素子モジュール７０の放熱面および整流器７１の放熱面との密着接合性がよく、放熱性能を高くすることができる。

以下、比較例として、それぞれの放熱板の製作方法と形状の特徴を説明する。
図１２（Ａ）は、先に図３で説明した第１の放熱板１５Ａを示している。
第１の放熱板１５Ａは、スイッチング素子モジュール３の放熱面と密着する第１の密着部位１５ａ１と、整流器２の放熱面と密着する第２の密着部位１５ａ２との間が垂直に形成されていて、いわゆるクランク状をなしている。

この場合は、図１２（Ｂ）に示すように、１つの第１の放熱板１５Ａにおける第１の密着部位１５ａ１の下部側に、交差ハッチングで示す端材部Ｗｃが発生する。そして、第２の密着部位１５ａ２の上部側にも、交差ハッチングで示す端材部Ｗｃの発生がある。しかも、１つの第１の放熱板１５Ａそれぞれについて端材部Ｗｃ、Ｗｄの発生がともなう。
したがって、薄板全体に対する端材部Ｗｃ、Ｗｄの合計面積が大になり、第１の放熱板１５Ａ単体のコストに悪影響を及ぼす。

さらに、第１の放熱板１５Ａは、第１、第２の密着部位１５ａ１、１５ａ２相互間をクランク形状の連結部で結ばれているため、アルミニュウム材の軟質材料で成形すると、連結部分が捩れにより変形し易くなる。
この結果、第１、第２の密着部位１５ａ１、１５ａ２とスイッチング素子モジュール３の放熱面および整流器２の放熱面との密着接合性が取り難くなり、第１の放熱板１５Ａが変形しないように管理を必要とするといった課題が生じてしまう。

図１３（Ａ）は、前記第１の放熱板１５Ａを別の方法をもって設計製作した例を示している。
すなわち、完成した状態で第１の放熱板１５Ａが２分割されていて、スイッチング素子モジュール３の放熱面と密着する略Ｌ字状の第１の密着部位１５ａ３と、整流器２の放熱面と密着する直状の第２の密着部位１５ａ４とからなる。

図１３（Ｂ）に示すように、第１の密着部位１５ａ３が形成される略Ｌ字状の内側部分に、直状の第２の密着部位１５ａ４が得られるように寸法取りをなす。
しかしながら、１つの第１の放熱板１５Ａにおける整流器２の放熱面と密着する第２の密着部位１５ａ４の周辺に沿って、略Ｌ字状の交差ハッチングで示す端材部Ｗｅの発生がある。しかも、得られる第１の放熱板１５Ａそれぞれについて、端材部Ｗｅの発生がともなう。
したがって、薄板全体に対する端材部Ｗｅの合計面積が大になり、第１の放熱板１５Ａ単体のコストに悪影響を及ぼす。

さらに、第１の放熱板１５Ａを２分割する構成とした場合は、第１、第２の密着部位１５ａ１、１５ａ２相互間が連結されていなため、アルミニュウム材の軟質材料で成形すると、端部が曲がって湾曲し易くなる。
この結果、第１、第２の密着部位１５ａ１、１５ａ２とスイッチング素子モジュール３の放熱面および整流器２の放熱面との密着接合性が取り難くなり、第１の放熱板１５Ａを変形しないように管理を必要とするといった課題が生じてしまう。

図１４（Ａ）は、先に図４で説明した第２の放熱板１５Ｂ（図７に示す放熱板１５も同様）を製作する例について示している。
第２の放熱板１５Ｂは、スイッチング素子モジュール３の放熱面と密着する第１の密着部位１５ｂ１が、そのまま整流器２の放熱面と密着する第２の密着部位１５ｂ２側の端縁まで延長されている。そして、この端部から下方に屈曲形成され、整流器２の放熱面と密着する第２の密着部位１５ｂ２となっている。すなわち、第２の放熱板１５Ｂは全体的に略Ｌ字状に形成される。

この場合は、図１４（Ｂ）に示すように、第２の放熱板１５Ｂが交互に入れ違い状態で得られるように寸法取りした方が有利となる。しかしながら、それぞれの第２の放熱板１５Ｂにおける第１の密着部位１５ｂ１一部と、第２の密着部位１５ｂ２とで囲まれる、交差ハッチングで示す端材部Ｗｆが発生することは避けられない。

すなわち、２つの第２の放熱板１５Ｂを得るごとに端材部Ｗｆが発生し、薄板全体に対する端材部Ｗｆの合計面積が大になり、第２の放熱板１５Ｂ単体のコストに悪影響を及ぼしてしまう。
さらに、第２の放熱板１５Ｂの構成とした場合は、整流器２の制御基板１０への接続端子部分まで放熱板が近接するため、この端子部分と放熱板間の絶縁距離が取れなくなる。したがって、この間に絶縁部材を介在させる必要が生じて、生産性、製造性に悪影響を及ぼしてしまう。

以上述べた比較例に対して、先に図１０および図１１で説明した第３の放熱板６８の形態が、プレス加工にともなって発生する端材部Ｗａ、Ｗｂの合計面積が最も少なくてすみ、よってコストへの影響を最小限に抑制できることとなる。
さらに、第３の放熱板６８の形態により、この放熱板の変形を防止でき、スイッチング素子モジュール７０の放熱面および整流器７１の放熱面との密着接合性を高めることができて、性能向上および品質向上が図れる。

なお、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。そして、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。

本発明における実施の形態に係る、インバータ装置の電気回路ブロック図。 同実施の形態に係る、インバータ装置の基本構成図。 同実施の形態に係る、インバータ装置の放熱板への取付け構造図。 同実施の形態に係る、図３とは異なるインバータ装置の放熱板への取付け構造図。 本発明における第１の実施の形態に係る、インバータ装置を備えた空気調和機の室外機を分解した斜視図。 同実施の形態に係る、インバータ装置を備えた空気調和機の室外機一部の拡大した平面図。 同実施の形態に係る、インバータ装置部分の拡大した正面図。 本発明における第２の実施の形態に係る、インバータ装置を備えた空気調和機の室外機を分解した斜視図。 同実施の形態に係る、室外機の横断平面図。 同実施の形態に係る、制御基板に対する高発熱電気部品と第３の放熱板の取付け構造図。 同実施の形態に係る、第３の放熱板における設計図。 同実施の形態に係る、比較例としての第１の放熱板と、設計図。 同実施の形態に係る、さらに異なる第１の放熱板と、設計図。 同実施の形態に係る、比較例としての第２の放熱板と、設計図。

符号の説明

２８…圧縮機、Ｓ…インバータ装置、２…整流器、３…スイッチング素子モジュール、１５…放熱板、１５Ａ…第１の放熱板、１５Ｂ…第２の放熱板、２０…室外機本体、２５…熱交換器、２６…送風機、２４Ａ…熱交換室、２４Ｂ…機械室、２３…仕切り板、ｅ…取付け部、５０ａ…底板、５０ｂ…前板、５０ｅ…後板、５０ｃ…左側板、５０ｄ…右側板、５０ｆ…天板、５５…仕切り板、５７Ａ…熱交換室、５７Ｂ…機械室、５０…室外機本体、５８…熱交換器、６０…送風機、６２…圧縮機、５３…配管類、５５Ａ…上仕切り板、５５Ｂ…下仕切り板、６７…制御基板、Ｔ…電気部品取付け面部、６８…第３の放熱板、６８Ａ…第１の密着部位、６８Ｂ…第２の密着部位、６８Ｃ…傾斜部。

Claims (5)

1. 商用電源の交流電圧を整流、平滑化して直流電圧に変換し、その直流電圧をＰＷＭ制御し、所定周波数の三相交流電圧を生成するインバータ装置であり、
   回路パターンが形成される制御基板と、
   この制御基板に実装され、商用電源を直流電圧に整流する整流器および、前記整流器で変換された直流電圧を三相交流に変換するスイッチング素子モジュールとを備え、
   上記スイッチング素子モジュールは、その放熱面が制御基板の外形の内側に位置した状態で制御基板に実装され、
   上記整流器は、その放熱面が制御基板の外形より外側に突出した状態で制御基板に実装されることを特徴とするインバータ装置。
2. 上記整流器および上記スイッチング素子モジュールの放熱面は、放熱性の良い金属板からなる１枚の放熱板に密着されることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
3. 前記放熱板は、スイッチング素子モジュールの放熱面に密着する第１の密着部位と、整流器の放熱面に密着する第２の密着部位とが、互いに水平で、かつ左右に離間するとともに上下に段差を有し、さらに、これら第１の密着部位と第２の密着部位相互を、斜めに傾斜する傾斜部で一体に連結形成したことを特徴とする請求項２記載のインバータ装置。
4. 室外機本体内を、熱交換器および送風機を収容する熱交換室と、インバータ装置により駆動される圧縮機および配管類を収容する機械室とに仕切る仕切り板と、
   この仕切り板に取付けられる前記請求項２記載のインバータ装置とを備え、
   前記放熱板は、前記整流器およびスイッチング素子モジュールの放熱面と、前記仕切り板との間に介在されることを特徴とする空気調和機の室外機。
5. 上記放熱板は、制御基板と対向する部位と、制御基板の外形から突出する部位とを備え、放熱板の制御基板外形から突出する部位に、放熱板を仕切り板に取付け固定する取付け部を備えたことを特徴とする請求項４記載の空気調和機の室外機。

Images