JP2010104146A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノイズフィルタを内蔵した電力変換装置において、ノイズフィルタを構成するフィルタ素子を効率的に冷却することが可能となるとともに電力変換装置を小型化でき、さらに伝導ノイズの低減効果を向上させることが可能な電力変換装置を得る。
【解決手段】 電力変換回路が実装された主回路モジュール９と、ベース部５bと羽根部５aを有し、ベース部５bに主回路モジュール９を取り付けた冷却フィン５と、外部電源と電力変換回路との間に接続されるノイズフィルタ回路が実装されたノイズフィルタ回路基板７とを備える電力変換装置１において、冷却フィン５は、ベース部５bに開口部５bxが形成されるとともに、羽根部５aに開口部５bxと一体となって空間部５cを形成する切り欠き部５axが形成され、ノイズフィルタ回路基板７は、ノイズフィルタ回路を構成する発熱部品１１を空間部５cの内部に収納するとともに、開口部５bxを塞ぐようにベース部５bに固定される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ノイズフィルタ回路を内蔵した電力変換装置に関する。

周知のように電力変換装置は可変周波数・可変電圧を出力する機能を有する。この機能はIGBT等の主回路素子からなる主回路モジュールにおいて、主回路素子を高速にスイッチング動作させることで実現している。また、主回路素子の高速スイッチング動作は伝導ノイズを発生させることも一般に知られている。この伝導ノイズは電力変換装置の入出力配線や電力変換装置が設置された金属盤などの導体を介して他機器に伝わり、他機器を誤作動させる可能性がある。よって、他機器の誤作動回避を目的として伝導ノイズを低減することがある。また、海外では伝導ノイズの許容値が定められており、この許容値以下に伝導ノイズを低減することが電力変換装置を製品化できる条件となっている。

伝導ノイズの低減方法としてはノイズフィルタを適用することが一般的である。前記の伝導ノイズ許容値は電力変換装置の適用環境によって段階的に設定されている。例えば住宅環境では許容値が低く設定され、ノイズ低減量の多いノイズフィルタが必要である。このようなノイズ低減量の多いノイズフィルタの外形サイズは大型化する傾向にあり、また、フィルタ素子の発熱が問題となる場合がある。しかし、住宅環境で使用される機器は小型であることが望ましく、ノイズ低減量に優れたノイズフィルタを一体化した、小型の電力変換装置を提供することが重要となっている。

電力変換装置にノイズフィルタを適用し、このノイズフィルタを外部から冷却した例として特許文献１がある。特許文献１では電力変換装置の冷却フィンの側面に別途設けたフィルタ回路収納部にノイズフィルタ回路を収納し、冷却ファンからの冷却風が冷却フィンとフィルタ回路収納部の境界部に設けられた通風口を介して、冷却フィンとフィルタ回路収納部の両方に送ることが提案されている。このような構造によりノイズフィルタ回路と電力変換装置をユニット化した構成においてフィルタ素子の冷却に冷却ファンの冷却風を利用することが可能となる。

また、電力変換装置にノイズフィルタを省スペースで接続した例として特許文献２がある。特許文献２ではノイズフィルタ回路を複数枚の基板で構成して階層構造とすることが提案されている。このような構造によりノイズフィルタ回路を小型化できるとともに、ノイズフィルタ回路と電力変換装置との接続距離を短くすることができる。

特開平10-210762号公報 特開2006-60928号公報

しかしながら、特許文献１ではフィルタ素子の発熱量が大きい場合、通風口から流れ込む冷却風の風量が少なく、フィルタ素子を充分に冷却できないという課題があった。

また、特許文献２では２枚のフィルタ基板を階層構造としたノイズフィルタ装置を電力変換装置の入力端子部側に接続した構成となっているため、ノイズフィルタ装置によって電力変換装置の冷却フィンの下面のほとんどを遮る構造となる。このような構造では冷却フィンを流れる冷却風に対してノイズフィルタ装置が壁のように配置されるため、冷却風が効率よく流れず、冷却フィンの羽根の枚数を増やしたり、熱伝導性に優れる材料で冷却フィンを作製するなどの対策を講じても、主回路モジュールを充分に冷却できないという課題があった。

また、ノイズフィルタ装置のユニットが電力変換装置の下面に接続される構成となるため、例えば、振動の発生頻度が高い環境に電力変換装置を適用する場合、ノイズフィルタ装置が脱落する可能性があり、電力変換装置とノイズフィルタ装置の接続構造を強固にするための構造が別途必要となりコスト増加を招くこととなる。さらに、コイルが２枚のフィルタ基板で挟み込まれる構造となるためにコイルの熱がこもり、コイルの上下に位置する他のフィルタ素子などを加熱してしまう場合がある。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、ノイズフィルタを内蔵した電力変換装置において、ノイズフィルタを構成するフィルタ素子を効率的に冷却することが可能となるとともに電力変換装置を小型化でき、さらに伝導ノイズの低減効果を向上させることが可能な電力変換装置を得ることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明にかかる電力変換装置は、電力変換回路が実装された主回路モジュールと、ベース部と羽根部を有し、前記ベース部に前記主回路モジュールを取り付けた冷却フィンと、外部電源と前記電力変換回路との間に接続されるノイズフィルタ回路が実装されたノイズフィルタ回路基板とを備え、前記冷却フィンは、前記ベース部に開口部が形成されるとともに、前記羽根部に前記開口部と一体となって空間部を形成する切り欠き部が形成され、前記ノイズフィルタ回路基板は、前記ノイズフィルタ回路を構成する発熱部品を前記空間部の内部に収納するとともに、前記開口部を塞ぐように前記ベース部に固定されることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電力変換装置は、前記ノイズフィルタ回路基板には、一つ又は複数のスリットが形成されることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電力変換装置は、前記ノイズフィルタ回路基板は前記主回路モジュールと近接対向して配置されるとともに、前記ノイズフィルタ回路基板の前記主回路モジュールと反対側には前記外部電源に接続された入力端子台が配置されることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電力変換装置は、前記ノイズフィルタ回路基板と前記ベース部との接触領域の少なくとも一部には、導電性部材からなる導電部が配置されることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電力変換装置は、前記ノイズフィルタ回路基板と前記ベース部との接触領域の前記ベース部の側に、前記ノイズフィルタ回路基板の厚みと同等の寸法の窪みを設けたことを特徴とする

つぎの発明にかかる電力変換装置は、前記導電部は、前記ノイズフィルタ回路基板の導電パターンであるとともに、GNDと同電位とされることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電力変換装置は、前記ベース部の上方に配置され、前記ノイズフィルタ回路基板と対向する位置に、前記ノイズフィルタ回路基板ほどの大きさの基板側開口部が形成される主回路基板を備えることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電力変換装置は、前記基板側開口部より大きな外形を有し、前記基板側開口部を塞ぐように前記主回路基板に固定される付属基板を備えることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電力変換装置は、電力変換回路が実装された主回路モジュールと、ベース部と羽根部を有し、前記ベース部に前記主回路モジュールを取り付けた冷却フィンと、外部電源と前記電力変換回路との間に接続されるノイズフィルタ回路が実装されたノイズフィルタ回路基板とを備え、前記冷却フィンは、前記羽根部に高さ方向を貫通する開口部が形成され、前記ノイズフィルタ回路基板は、前記ノイズフィルタ回路を構成する発熱部品とともに前記開口部の内部に収納されるとともに、前記ベース部に固定されることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電力変換装置は、前記開口部は、前記羽根部を流れる冷却風の方向と直交する方向を貫通することを特徴とする。

つぎの発明にかかる電力変換装置は、前記開口部とほぼ同じ大きさの付属ベース部と、前記付属ベース部の一方の面に設けられた付属羽根部と、前記付属ベース部の他方の面の両端部に設けられた一対のＬ字形保持片とを有する付属冷却フィンを備え、前記付属冷却フィンは、前記開口部に収納され、前記ノイズフィルタ回路部品を前記付属ベース部と前記Ｌ字形保持片とによって囲まれた空間の内部に収納した状態で前記ベース部に固定されることを特徴とする。

本発明によれば、ノイズフィルタ回路基板を内蔵する電力変換装置において、ノイズフィルタ回路を構成するフィルタ素子の効率的な冷却ができるとともに、ノイズフィルタ回路基板を内蔵した電力変換装置を小型化することができる。また、ノイズフィルタ回路基板と主回路基板との接続距離を最短とできるため、伝導ノイズの低減効果を向上することができる。さらには、ノイズフィルタ回路基板を冷却フィン上に設けた開口部に収納して固定する構造としたことで、振動の発生頻度が多い環境下での使用においてもノイズフィルタ回路基板の脱落回避を低コストで実現することができる。

。
実施の形態１．
本発明に係る実施の形態１における電力変換装置を、図１〜４を参照して説明する。

図１は、実施の形態１における電力変換装置の外観を表す斜視図、図２は、実施の形態１における電力変換装置の分解斜視図、図３は、実施の形態１における要部縦断面図、図４は、実施の形態１の展開例を表した要部斜視図である。図１と図２に示すように、電力変換装置１は、底面が開放された絶縁性部材等の樹脂材料からなる本体ケース２と、本体ケース２の底面を覆うように設けられた冷却フィン５とを有する。

本体ケース２は、上面に操作パネル部３が設けられ、側面に通風を可能とする通風口２aや外部配線を行うための窓部２bが形成される。操作パネル部３は、後述する主回路基板２０と図示しないケーブルによって接続されており、操作パネル部３で入力した運転指令がこのケーブルを介して主回路基板２０に伝えられる。冷却フィン５は、矩形状の金属板からなり本体ケース２の底面となるベース部５bと、ベース部５bの下面に所定間隔を空けて一体に並設された一群の金属板からなる羽根部５aとからなる。そして、羽根部５aの一方の端部に対向して冷却ファン６が配置される。

図２と図３に示すように、冷却フィン５のベース部５bのほぼ中央部には矩形状の開口部５bxが形成され、さらに羽根部５aにはベース部５bの開口部５bxと対向する位置に所定深さの切り欠き部５axが形成されており、開口部５bxと切り欠き部５axが一体となって空間部５cを形成する。空間部５cは、冷却ファン６に対向する位置に配置することが好ましい。なお、この空間部５cは矩形状に限定されない。

一方、ノイズフィルタ回路を実装するノイズフィルタ回路基板７には、ノイズフィルタ回路を構成するフィルタ素子のうち発熱する発熱部品であるフィルタ素子１１が一方の面に実装され、ノイズフィルタ回路を主回路基板２０に接続する一群の接続端子１２が他方の面に実装されている。

なお、図２に示した接続端子１２は矩形の端子となっているが、矩形以外の形状の端子を使用してもよく、また、被覆電線をノイズフィルタ回路基板７にハンダ付けして、この被覆電線を介してノイズフィルタ回路基板７と主回路基板２０とを接続するようにしてもよい。また、その他の電気的に接続できる特性を有する導体で所定の絶縁距離が確保できるような接続方法を使用してもよい。

そして、ノイズフィルタ回路基板７は、ベース部５bの開口部５bxを塞ぐようにベース部５bに重ねられ、四隅をねじ８により固定される。このとき、ノイズフィルタ回路基板７はフィルタ素子１１の実装された面を下向きにされるとともに、フィルタ素子１１は空間部５cの内部に収納され、また、フィルタ素子１１の通電部が羽根部５aおよびベース部５bの導電部と所定の絶縁距離を保つようにした状態で固定される。なお、ノイズフィルタ回路基板７は、ねじ以外の方法でベース部５bに固定してもよい。

一方、冷却フィン５のベース部５bの上面には、冷却ファン６に近接対向する位置にIGBT等の主回路素子から成り電力変換回路の一部である主回路モジュール９が配置され、冷却フィン５を介して放熱できるようにねじ１０によってベース部５bに密着固定される。一般には主回路モジュール９と冷却フィン５の密着度および熱伝導性を向上させるために、主回路モジュール９と冷却フィン５の間に専用のゲルが注入される。

さらに、ベース部５bには、ベース部５bと略同形状であり、主回路モジュール９とともに電力変換等を行う主回路基板２０が取付けられる。詳しくは、主回路基板２０はベース部５bの四隅に立設された所定高さの固定具１４にねじ２１で締付けられることによって固定される。この固定具１４によって、ベース部５bと主回路基板２０との間にノイズフィルタ回路基板７及び主回路モジュール９を収納する所定高さの空間が保持される。

ベース部５bと主回路基板２０との固定には、前記固定具１４を用いる方法の他に、ベース部５bの四隅に円柱状の突起構造をベース部５bと一体化して設け、この突起構造にねじ穴を施しておき、ベース部５bと主回路基板２０とをねじで締付固定するようにしてもよい。なお、主回路基板２０は複数枚の基盤で構成されていてもよく、これらの基板が垂直方向あるいは水平方向に並べて配置された構造であってもよい。

また、主回路基板２０には、ノイズフィルタ回路基板７及び主回路モジュール９の上面に設けられた各接続端子１２、１３にそれぞれ対向位置して接続される接続端子２２、２３が設けられる。

そして、主回路基板２０の上面には、電力変換回路の一部である主回路コンデンサ２４と、電力変換装置１を図示しない外部電源やモータに接続するための入出力端子台２５と、図示しない電力変換などを行う回路とがそれぞれ実装される。このとき、入出力端子台２５は本体ケース２の窓部２bに臨ませて配置される。なお、入出力端子台２５は、入力端子台と出力端子台を分けて、それぞれ主回路基板上に実装するようにしてもよく、さらに、入力端子台と出力端子台は近接配置されていなくてもよい。

次に、実施の形態１における電力変換装置の動作を説明する。図３に示すように、冷却ファン６が駆動されると、冷却風が冷却フィン５の羽根部５aの間を点線矢印の向きに流れ、主回路モジュール９で発生する熱を羽根部５ａを介して放熱する。この冷却風は、同時にフィルタ素子１１に直接当たり、フィルタ素子１１を冷却する。

例えば、フィルタ素子１１がリアクトルである場合、発熱の要因は主に巻線の銅損である。この銅損は巻線の直径や通電電流値などによって変化し、巻線の直径が細くなるほど、通電電流値が大きくなるほど銅損は多くなる。一方で、巻線の直径が細くできればリアクトルにおける巻線間の絶縁距離の確保が容易となり、またリアクトルのコアサイズも小さくすることが可能となる。

潤工社の電線ハンドブック112ページに示された許容電流グラフを参考にすると、直径0.8mmと0.5mmの絶縁電線（絶縁体厚は0.3mm）において、1気圧の下で10Aの電流を通電した場合の導体上昇温度は、前者が約45deg、後者が約100degとなる。このように導体の直径を0.8mmから0.5mmに若干細くするだけで導体上昇温度が2倍程度に大きくなることが判る。一方で、前記の２種類の径の絶縁電線を使用してコアに20ターンすることを考えた場合、巻線に必要なスペースとして絶縁電線が占める面積を算出すると、直径0.8mmの導体を使用した場合は約19mm²、直径0.5mmの導体を使用した場合は約10mm²となり、2倍程度も異なることが分かる。前記の面積差はリアクトルの寸法に直接に影響する。

よって、リアクトルの発熱を外部から冷却することが出来れば、巻線径が細くても巻き線の温度上昇を低減することができるため、結果としてリアクトルを小型化することが可能となる。

また、海外規格のUL60950で規定された最小沿面距離を参考にすると、汚損度合2の場合は、動作電圧200Vにおいて約1mm〜2mm、動作電圧400Vにおいて約2mm〜4mmの沿面距離を確保する必要がある。前期のように巻線径を細くすることができれば、単相または三相のリアクトルにおいて、巻線に必要となるスペースを小さくでき、結果として、相間の沿面距離を確保しやすくなる。

なお、図３に示す空間部５cに元々設けてあった羽根部５aがなくなることによる主回路モジュール９の冷却性能低下が許容されない場合、本実施例ではフィルタ素子１１により冷却風の流れのほとんどを遮るような構造でないため、羽根部５aの枚数を増やすか、もしくは、冷却フィン５を熱伝導性に優れる材料で作製することなどの対策を講じることにより冷却性能を改善することが可能である。

また、外部から空間部５cに入り込んだ異物がフィルタ素子１１または空間部５cに接するノイズフィルタ回路基板７に異物が接触することを避けたい場合、異物の接触を避けたい部分を覆うようにカバーやゲル等を施してもよい。この場合、熱伝導性と電気絶縁性を有する材料を採用することが望ましい。

さらに、主回路コンデンサ２４の主回路基板への取り付け位置は、図２に限定されない。図４に示すように、冷却フィン５のベース部５bより大きな外形を有する主回路基板３０を用いて、主回路基板３０と冷却フィン５の側面部とで囲まれる空間に配置して主回路基板３０に取り付けるようにしてもよい。

実施の形態１の電力変換装置によれば、ノイズフィルタ回路を内蔵する電力変換装置において、冷却フィンに空間部を形成し、この空間部にノイズフィルタ回路を構成するフィルタ素子を収納させてノイズフィルタ回路基板をベース部に固定することにより、フィルタ素子を効率的に冷却することができるとともに、電力変換装置全体の小型化が可能となる。また、ノイズフィルタ回路基板を冷却フィン上に設けた開口部に収納してベース部に固定する構造としたことで、振動の発生頻度が多い環境下においてもノイズフィルタ回路基板の脱落回避を低コストで実現することができる。

本実施例においては冷却ファンを使用した構成を示したが、冷却ファンを使用せずに自然空冷による放熱を行っている電力変換装置であっても本実施例のようにノイズフィルタ回路基板を設置することで同様の効果を得ることができる。

なお、ノイズフィルタ回路基板７とベース部５bが接する箇所のベース部５bに、ノイズフィルタ回路基板７の厚み寸法と同等の深さの窪みを設けておいてもよい。このような窪みを設けることによって、ノイズフィルタ回路基板７をベース部５bに固定した構造と合わせて、振動が起きやすい環境下でもノイズフィルタ回路基板７が脱落しにくくなる。また、前記窪みは製品量産時においてノイズフィルタ回路基板７をベース部５bに配置し易くするという効果も有する。

実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２を、図５〜６を参照して説明する。

図５は、実施の形態２におけるノイズフィルタ回路基板４０の上面図であり、異なる２つの例(a)、(b)を示している。図６は、実施の形態２における電力変換装置の要部縦断面図である。ここで、実施の形態１と同一又は同等の部分は、同じ符号を用いるものとし、その詳細の説明を省略する。ノイズフィルタ回路基板４０は、実施の形態１と同様に、冷却フィン５のベース部５bの開口部５bxを塞ぐように、ねじ８によってベース部５bに固定される。そして、ノイズフィルタ回路基板４０の下面に実装されたフィルタ素子４２は、冷却フィン５に形成された空間部５c内を冷却ファン６側に偏って配置されている。したがって、空間部５cの吸い込み側に所定幅の隙間が形成される。

ノイズフィルタ回路基板４０には、空間部５cの隙間に対向位置して、スリット４３が貫通して形成される。スリット４３の例としては、図５の(a)図に示すように空間部５cの幅ほどの長さを有するスリット４３xや、図５の(b)図に示すように空間部５cの上方にて並設される一群のスリット４３yなどがある。

そして、スリット４３と冷却ファン６との間でノイズフィルタ回路基板４０の上面には、別のフィルタ素子４１等の発熱部品が実装される。フィルタ素子４１は、スリット４３に対向して配置されることが好ましい。

なお、外部から空間部５cに入り込んだ異物がスリット４３を介してノイズフィルタ回路基板４０の上面の回路等に接触することを避けたい場合、異物の接触を避けたい部分を覆うようにカバーやゲル等を施しても良い。この場合、電気絶縁性を有する材料を採用することが望ましい。

次に、実施の形態２における電力変換装置の動作を説明する。図６に示すように、冷却ファン６が駆動されると、冷却風が冷却フィン５の羽根部５aの間を点線矢印の向きに流れ、主回路モジュール９で発生する熱を羽根部５ａを介して放熱する。この冷却風は、同時に羽根部５aの内側に形成された空間部５c内に位置したフィルタ素子４２に直接当たり、フィルタ素子４２を冷却する。また、この冷却風の一部はスリット４３を通ってノイズフィルタ回路基板４０の上面へと流れ、ノイズフィルタ回路基板４０のの上面に実装したフィルタ素子４１等の発熱部品に当たってこれを冷却し、本体ケース２の通風口２aから外部へ流出する。

実施の形態２の電力変換装置によれば、実施の形態１の効果に加えて、ノイズフィルタ回路基板の上面に実装された発熱部品を同時に冷却することができる。

実施の形態３．
本発明に係る実施の形態３を、図２と図４を参照して説明する。

図２に示すように、ノイズフィルタ回路基板７は冷却フィン５のベース部５bの上面のほぼ中央部に配置され、ノイズフィルタ回路基板７と近接対向して主回路モジュール９がベース部５bの上面に配置される。そして、主回路基板２０の上面には、ノイズフィルタ回路基板７を挟んで主回路モジュール９と反対側に入出力端子台２５が配置される。

ここで、入出力端子台２５は、本体ケース２の窓部２bを通して電力変換装置１の外部電源やモータなどと接続される。そして、ノイズフィルタ回路基板７は、主回路モジュール９の動作に起因して発生する伝導ノイズを低減する。このように伝導ノイズを低減することで、入出力端子台２５を介して外部電源に伝導ノイズが伝達するのを抑制する。

また、図２の展開例である図４では、ノイズフィルタ回路基板７と主回路モジュール９とが図２と同様に配置される。一方、ノイズフィルタ回路基板７の主回路モジュール９と反対側には、入出力端子台３２が冷却フィン５のベース部５bの上面に配置される。すなわち、主回路モジュール９と入出力端子台３２との間に、ノイズフィルタ回路基板７が配置される。

実施の形態３の電力変換装置によれば、空間的及び電気的に入出力端子台と主回路モジュールとの間にノイズフィルタ回路基板が介在する配置を取るため、入出力端子台とノイズフィルタ回路基板と主回路モジュールとをほぼ一直線上に配置でき、入出力端子台とノイズフィルタ回路基板との間、及びノイズフィルタ回路基板と主回路モジュールとの間の配線を最短接続することが容易となる。このような最短接続は配線のインダクタンスや、配線間および配線と周囲導体との間に存在する浮遊容量を低減することができるために共振要因低減および浮遊容量を介したノイズ伝播経路の削減に効果があり、結果として伝導ノイズの低減効果を向上させることが可能となる。

実施の形態４．
本発明に係る実施の形態４を、図７〜８を参照して説明する。

図７は、実施の形態４におけるノイズフィルタ回路基板７の下面図、図８は、実施の形態４における電力変換装置の要部縦断面図である。ここで、実施の形態１と同一又は同等の部分は、同じ符号を用いるものとし、その詳細の説明を省略する。本実施の形態では、図８に示すように、ノイズフィルタ回路基板７の下面と冷却フィン５のベース部５bの上面との接触領域において、導電性部材からなる導電部７０を配置する。導電部７０はノイズフィルタ回路基板７において接地が必要な箇所に設ける。この導電部７０は例えば、ノイズフィルタ回路基板７の下面周縁部に所定幅で予め形成された導電パターンなどである。

そして、ノイズフィルタ回路基板７を冷却フィン５のベース部５ｂの上面に重ねてその四隅を導電性部材からなるねじ７３によって冷却フィン５のベース部５bに固定する。これによって、導電部７０が冷却フィン５のベース部５bと電気的に接続される。

一方、冷却フィン５のベース部５bには、接地（以下、GND）線７２を接続するGND端子７１が設けられており、導電部７０はGNDと同電位となる。ここで、GND端子７１は、ベース部５bの上面のうち、図４の入出力端子台３２の近傍に配置することが望ましい。あるいは、図２、図４の入出力端子台２５、３２に直接固定することも可能である。

また、導電部７０とベース部５bとが接するベース部５bの側の面を研磨して極力凹凸を無くし、導電部７０とベース部５bの密着度を高めるようにしてもよい。さらに前記密着度を高めるために、矩形状の絶縁部材からなり、その両端部にネジ穴を有する固定具を用意し、この固定具でノイズフィルタ回路基板７の周囲をベース部５bに押さえつけるように固定してもよい。

実施の形態１では、ノイズフィルタ回路基板を接地する必要がある場合はノイズフィルタ回路基板上にGND端子を設けておき、冷却フィンのベース部又は入出力端子台に固定されたGND端子から、ノイズフィルタ回路基板のGND端子に配線しなければならないが、実施の形態４によれば、GND端子からノイズフィルタ回路基板の導電部までの配線が不要となり、ノイズフィルタ回路基板の導電部を最短で接地することが可能である。また、導電部とベース部とが接する面積を広くすることができるため、配線を使用した接続方法に比べて、導電部とベース部間に存在するインピーダンスを低減することが可能となる。

例えば、ノイズフィルタ回路基板で接地する必要がある場合とは、Ｙコンデンサを実装している場合などである。一般に、Ｙコンデンサは電源線の各相とGND線との間に接続され、コモンモードの伝導ノイズ低減に効果がある。コモンモードの伝導ノイズは電力変換装置→出力電源線の各相→負荷装置（モータ等）→出力GND線→電力変換装置→入力GND線→外部電源→入力電源線の各相→電力変換装置のような還流経路で伝播する。入力電源線の各相と入力GND線との間にＹコンデンサを設置すれば、入力電源線の各相と入力GND線との間のインピーダンスを低くすることができるため、コモンモードの伝導ノイズがＹコンデンサに流れ込みやすくなり、結果として、コモンモードの伝導ノイズが入力GND線を介して外部電源に流出するのを抑制することができる。よって、Ｙコンデンサをノイズフィルタ回路基板に実装する際には、Ｙコンデンサと入力電源線の各相、およびＹコンデンサとGND線との間のインピーダンスを極力低減した方がよい。このため導電部とベース部間に存在するインピーダンスを低減すれば、結果として伝導ノイズの低減効果を向上させることが可能となる。

実施の形態５．
本発明に係る実施の形態５を、図９〜１１を参照して説明する。

図９は、実施の形態５における冷却フィン９０の下面図、図１０は、実施の形態５における冷却フィンの縦断面図、図１１は、実施の形態５における付属冷却フィンの下面図および縦断面図である。ここで、実施の形態１と同一又は同等の部分は、同じ符号を用いるものとし、その詳細の説明を省略する。この実施の形態５では、図１０に示すように、冷却フィン９０の羽根部９０aのほぼ中央部に、羽根部９０ａを切り欠いて形成された高さ方向を貫通する矩形状の開口部９０axが形成される。

ノイズフィルタ回路基板９１は、下面にフィルタ素子９２が実装され、羽根部９０aの開口部９０ax側からその内部に収納され、ベース部９０bの下面に固定される。そして、ノイズフィルタ回路基板９１と、ベース部９０bの上面に設置された図２に示す主回路モジュール９や主回路基板２０などとの間の電気的接続は、ベース部９０bの中央部に予め形成した開口部９０bxを通して行われる。また、ノイズフィルタ回路基板９１の上面には、ベース部９０bの開口部９０bxの内部に収納される、図示しない別のフィルタ素子を実装することが可能である。

さらに、羽根部９０aの開口部９０axの内部には、図１１に示すような付属冷却フィン１１０が取り外し自在に収納され、ノイズフィルタ回路基板９１の下面に接着固定される。ここで、付属冷却フィン１１０は、羽根部９０aの開口部９０axとほぼ同じ大きさの付属ベース部１１０dと、この付属ベース部１１０dの一方の面に設けられた付属羽根部１１０bと、付属ベース部１１０dの他方の面の両端部に設けられた一対のＬ字形保持片１１０aとからなる。

付属冷却フィン１１０は、Ｌ字形保持片１１０aの端部とノイズフィルタ回路基板９１の四隅とに金属性部材からなるねじ１１１を下方から挿通することにより、冷却フィン９０のベース部９０bの下面に固定される。この固定状態で、冷却フィン１１０の付属ベース部１１０dとフィルタ素子９２とが接触しないように、Ｌ字形保持片１１０ａの高さが決められる。

次に、実施の形態５における電力変換装置の動作を説明する。主回路モジュール９で発生する熱は、冷却フィン９０のベース部９０b→羽根部９０aの経路、及び冷却フィン９０のベース部９０b→ねじ１１１→付属冷却フィン１１０の一対のＬ字形保持片１１０a→付属羽根部１１０bの経路で伝播する。そして、図１０に示すように、冷却ファン６が駆動されると、冷却風が冷却フィン９０の羽根部９０aの間、付属冷却フィン１１０の一対のＬ字形保持片１１０aの間、及び付属羽根部１１０bの間を点線矢印の向きに流れる。

このうち、冷却フィン９０の羽根部９０aの間、及び付属冷却フィン１１０の付属羽根部１１０bの間を流れる冷却風は、主回路モジュール９で発生する熱を放熱する。同時に、一対のＬ字形保持片１１０aの間を流れる冷却風は、フィルタ素子９２に直接当たり、フィルタ素子９２を冷却する。

実施の形態１では、ノイズフィルタ回路基板は接続端子を介して主回路基板及び主回路モジュールと一体化して固定されている。したがってノイズフィルタ回路基板を冷却フィンのベース部から取り外す際には、主回路基板及び主回路モジュールと共に取り外す必要がある。しかし、主回路モジュールの冷却面が冷却フィンに専用ゲルやはんだによって密着固定されている場合、ノイズフィルタ回路基板の冷却フィンのベース部からの取り外し及び再取り付けには、はんだ処理や専用ゲル塗布などの作業が発生し労力がかかることとなる。

実施の形態５の電力変換装置によれば、付属冷却フィンとノイズフィルタ回路基板の取り外し及び再取り付けを容易に行うことが可能である。これによって、フィルタ素子を構成するフェライトコア等の部材を容易に交換することができる。また、取り外し可能な付属冷却フィンによって冷却フィンの冷却能力を補完するため、実施の形態１とほぼ同等な冷却能力を得ることができる。

実施の形態６．
本発明に係る実施の形態６を、図１２〜１３を参照して説明する。

図１２は、実施の形態６における冷却フィン１２０の下面図、図１３は、実施の形態６における付属冷却フィンの下面図および縦断面図である。ここで、実施の形態５と同一又は同等の部分は、同じ符号を用いるものとし、その詳細の説明を省略する。この実施の形態６では、図１２に示すように、冷却フィン１２０の羽根部１２０ａのほぼ中央部を高さ方向に貫通するとともに、冷却風の流れと直交する方向に貫通して切り欠くことにより、開口部１２０axが形成される。

実施の形態５と同様に、ノイズフィルタ回路基板９１は、下面に実装されたフィルタ素子９２と共に羽根部１２０aの開口部１２０axの内部に収納され、ベース部１２０bの開口部を塞ぐようにベース部１２０bの下面に固定される。そして、ノイズフィルタ回路基板９１の四隅を、ねじ１１１によってベース部１２０bの下面に固定される。ノイズフィルタ回路基板９１と主回路基板２０に実装した主回路モジュール９とは、実施の形態５と同じように開口部１２０axに対向してベース部１２０bに形成した図示しない開口部を通して電気的に接続される。

さらに、羽根部１２０aの開口部１２０axの内部には、図１３に示すような付属の冷却フィン１３０が取り外し可能に収納され、ベース部１２０bの下面に固定される。付属冷却フィン１３０は、羽根部１２０aの開口部１２０axとほぼ同じ大きさの付属ベース部１３０dと、付属ベース部１３０dの一方の面に設けられた付属羽根部１３０bと、付属ベース部１３０dの他方の面の両端部に設けられた一対のＬ字形保持片１３０aとからなる。このＬ字形保持片１３０ａは、実施の形態５と同様に、付属冷却フィン１３０の付属羽根部１３０ａとフィルタ素子９２とが接触しないような高さであり、その端部を、金属性部材からなるねじ１３１によってベース部１２０bの下面に固定される。

実施の形態６における電力変換装置の動作は、実施の形態５と同様である。

実施の形態５では、ノイズフィルタ回路基板を収納する冷却フィンの羽根部の開口部が、羽根部を冷却風の流れと直交する方向に貫通しないため、全長の異なる３種類の金属板によって羽根部を構成させる必要があった。一方、実施の形態６の電力変換装置によれば、全長の異なる２種類の金属板によって構成させるに足りるため、実施の形態５と比して冷却フィンの製作を容易にすることが可能である。また、取り外し可能な付属冷却フィンは、冷却フィンの冷却能力を補完するため、実施の形態１とほぼ同等な冷却能力を得ることができる。

実施の形態７．
本発明に係る実施の形態７を、図１４を参照して説明する。

図１４は、実施の形態７における電力変換装置の要部斜視図である。ここで、実施の形態１と同一又は同等の部分は、同じ符号を用いるものとし、その詳細の説明を省略する。

実施の形態１と同様に、ノイズフィルタ回路基板７はねじ８によって冷却フィン５のベース部５bに取り付けられる。そして、冷却フィン５のベース部５bには、主回路基板１４０が設置される。詳しくは、主回路基板１４０は、ベース部５bの上面に立設された固定具１４にねじ２１が締付けられることによって固定される。

主回路基板１４０には、ノイズフィルタ回路基板７の上方において、ノイズフィルタ回路基板７より大きな外形を有する開口部１４０aが形成される。そして、ノイズフィルタ回路基板７と主回路基板１４０との間の電気的接続は、主回路基板１４０の開口部１４０aを通して行われる。

実施の形態１では、ノイズフィルタ回路基板は接続端子を介して主回路基板及び主回路モジュールと一体化して固定されている。したがってノイズフィルタ回路基板を冷却フィンのベース部から取り外す際には、主回路基板及び主回路モジュールと共に取り外す必要がある。しかし、主回路モジュールの冷却面が冷却フィンに専用ゲルやはんだによって密着固定されているため、ノイズフィルタ回路基板の冷却フィンのベース部からの取り外し及び再取り付けには、はんだ処理や専用ゲル塗布などの作業が発生し労力がかかることとなる。

実施の形態７の電力変換装置によれば、主回路基板等を取り外すことなく、ノイズフィルタ回路基板の取り外し及び取り付けを主回路基板の開口部を通して容易に行うことが可能である。これによって、フィルタ素子を構成するフェライトコア等の部材を容易に交換することが可能である。

実施の形態８．
本発明に係る実施の形態８を、図１５を参照して説明する。

図１５は、実施の形態８における電力変換装置の要部分解斜視図である。ここで、実施の形態１及び実施の形態７と同一又は同等の部分は、同じ符号を用いるものとし、その詳細の説明を省略する。

実施の形態７の主回路基板１４０に形成された開口部１４０aは、開口部１４０aより大きな外形を有する取り外し可能な付属基板１５１によって塞がれる。詳しくは、主回路基板１４０の上面には、開口部１４０a近傍にコネクタ１５０が固定される。一方、付属基板１５１の下面には、コネクタ１５０に対向する位置にコネクタ１５２が設けられる。そして、付属基板１５１は、コネクタ１５２とコネクタ１５０とが接続することによって、主回路基板１４０に電気的に接続される。

実施の形態８の電力変換装置によれば、実施の形態７の効果に加えて、取り外し可能な付属基板によって、主回路基板全体の面積を補完あるいは増大することができる。

実施の形態１における電力変換装置の外観を表す斜視図である。 実施の形態１における電力変換装置の分解斜視図である。 実施の形態１における要部縦断面図である。 実施の形態１の展開例を表した要部斜視図である。 実施の形態２におけるノイズフィルタ回路基板４０の上面図であり、異なる２つの例(a)、(b)を示している。 実施の形態２における電力変換装置の要部縦断面図である。 実施の形態４におけるノイズフィルタ回路基板の下面図である。 実施の形態４における電力変換装置の要部縦断面図である。 実施の形態５における冷却フィンの下面図である。 実施の形態５における電力変換装置の要部縦断面図である。 実施の形態５における付属冷却フィンの下面図および縦断面図である。 実施の形態６における冷却フィンの下面図である。 実施の形態６における付属冷却フィンの下面図および縦断面図である。 実施の形態７における電力変換装置の要部斜視図である。 実施の形態８における電力変換装置の要部分解斜視図である。

符号の説明

９ 主回路モジュール
１１、４１、４２、９２ フィルタ素子
５、９０、１２０ 冷却フィン
５a、９０b、１２０b ベース部
５b、９０a、１２０a 羽根部
５bx、９０ax、１２０ax 開口部
５ax 切り欠き部
５c、９０bx 空間部
７、４０、９１ ノイズフィルタ回路基板
４３ スリット
２５、３２ 入出力端子台
７０ 導電部
７１ GND端子
７２ GND線
２０、３０、１４０ 主回路基板
１５１ 付属基板
１１０、１３０ 付属冷却フィン
１１０a、１３０a Ｌ字形保持片
１１０b、１３０b 付属羽根部
１１０d、１３０d 付属ベース部
１４０a 基板側開口部

Claims (11)

1. 電力変換回路が実装された主回路モジュールと、
   ベース部と羽根部を有し、前記ベース部に前記主回路モジュールを取り付けた冷却フィンと、
   外部電源と前記電力変換回路との間に接続されるノイズフィルタ回路が実装されたノイズフィルタ回路基板とを備える電力変換装置において、
   前記冷却フィンは、前記ベース部に開口部が形成されるとともに、前記羽根部に前記開口部と一体となって空間部を形成する切り欠き部が形成され、
   前記ノイズフィルタ回路基板は、前記ノイズフィルタ回路を構成する発熱部品を前記空間部の内部に収納するとともに、前記開口部を塞ぐように前記ベース部に固定され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回路基板には、一つ又は複数のスリットが形成されることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記ノイズフィルタ回路基板は前記主回路モジュールと近接対向して配置されるとともに、前記ノイズフィルタ回路基板の前記主回路モジュールと反対側には前記外部電源に接続される入力端子台が配置されることを特徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。
4. 前記ノイズフィルタ回路基板と前記ベース部との接触領域の少なくとも一部には、導電性部材からなる導電部が配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換装置。
5. 前記ノイズフィルタ回路基板と前記ベース部との接触領域の前記ベース部の側に、前記ノイズフィルタ回路基板の厚みと同等の寸法の窪みを設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電力変換装置。
6. 前記導電部は、前記ノイズフィルタ回路基板の導電パターンであるとともに、GNDと同電位とされることを特徴とする請求項４または５記載の電力変換装置。
7. 前記ベース部の上方に配置され、前記ノイズフィルタ回路基板と対向する位置に、前記ノイズフィルタ回路基板ほどの大きさの基板側開口部が形成される主回路基板を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電力変換装置。
8. 前記基板側開口部より大きな外形を有し、前記基板側開口部を塞ぐように前記主回路基板に固定される付属基板を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電力変換装置。
9. 電力変換回路が実装された主回路モジュールと、
   ベース部と羽根部を有し、前記ベース部に前記主回路モジュールを取り付けた冷却フィンと、
   外部電源と前記電力変換回路との間に接続されるノイズフィルタ回路が実装されたノイズフィルタ回路基板とを備える電力変換装置において、
   前記冷却フィンは、前記羽根部に高さ方向を貫通する開口部が形成され、
   前記ノイズフィルタ回路基板は、前記ノイズフィルタ回路を構成する発熱部品とともに前記開口部の内部に収納されるとともに、前記ベース部に固定されることを特徴とする電力変換装置。
10. 前記開口部は、前記羽根部を流れる冷却風の方向と直交する方向を貫通することを特徴とする請求項９記載の電力変換装置。
11. 前記開口部とほぼ同じ大きさの付属ベース部と、前記付属ベース部の一方の面に設けられた付属羽根部と、前記付属ベース部の他方の面の両端部に設けられた一対のＬ字形保持片とを有する付属冷却フィンを備え、
    前記付属冷却フィンは、前記開口部に収納され、前記ノイズフィルタ回路部品を前記付属ベース部と前記Ｌ字形保持片とによって囲まれた空間の内部に収納した状態で前記ベース部に固定されることを特徴とする請求項９または１０記載の電力変換装置。

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