JP2809026B2 - インバ−タ装置およびインバ−タ装置の使用方法 - Google Patents

インバ−タ装置およびインバ−タ装置の使用方法

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JP2809026B2
JP2809026B2 JP5013700A JP1370093A JP2809026B2 JP 2809026 B2 JP2809026 B2 JP 2809026B2 JP 5013700 A JP5013700 A JP 5013700A JP 1370093 A JP1370093 A JP 1370093A JP 2809026 B2 JP2809026 B2 JP 2809026B2
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cooling
inverter
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尚巨 広瀬
亙 池下
慎三 朝長
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    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K7/20909Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はインバ−タ装置および
インバ−タ装置の使用方法に係り、特に冷却フィンを容
易に着脱交換できるインバ−タ装置並びにインバ−タ装
置の使用方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図8は従来のインバ−タ装置の構成を示
す図で、この図において、70は冷却フィン、71はね
72により冷却フィン70に冷却面73を下方にして
固定されたパワ−モジュ−ル、74はパワ−モジュ−ル
71の上方に配置されたプリント基板で、このプリント
基板74はパワ−モジュ−ル71とハンダ75により電
気的に接続されると共に、冷却フィン70もねじ76
固定されている。77は冷却フィン70にねじ78で固
定されるカバ−で、このカバ−77はプリント基板74
を塵埃、異物の侵入、あるいは衝撃などから守ったり、
インバ−タ装置を操作する人の感電を防止するものであ
る。なお、79はカバー77の蓋を示し、80はパワ−
モジュ−ル71を収納するケース、81は冷却フィン7
0の取付部を示している。
【0003】従来のインバ−タ装置は上記のように構成
されており、次にその動作について説明する。プリント
基板74はインバ−タ装置の電源回路、制御回路、表示
手段、操作手段、配線手段、主回路素子の駆動回路およ
び保護回路などを搭載しており、例えば交流電動機を所
望する動きとなるように制御している。一方、パワ−モ
ジュ−ル71は、交流入力を直流に変換するコンバ−タ
部および直流を交流に変換するインバ−タ部のそれぞれ
の主回路素子が内蔵されている。
【0004】パワーモジュール71はプリント基板74
とハンダ75により電気的に接続され、駆動する交流電
動機を所望する動きとなるようにプリント基板74上の
回路が動作した結果である駆動回路の信号に応動し、主
回路素子をスイッチングする。また、冷却フィン70は
ねじ72によりパワーモジュール71の冷却面73と密
着固定され、パワーモジュール71に内蔵された主回路
素子で発生した熱を放熱し、規定の温度以下になるよう
作用する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のインバ−タ装置
は上記のように構成されているので、まず第1の問題点
として、パワ−モジュ−ル71のケ−ス80をさらにカ
バ−77で覆うため、パワ−モジュ−ル71のケ−ス
に相当するコストに無駄があり、コストアップの要因
となっていた。
【0006】また、第2の問題点としては、最近例えば
インバ−タ部のスイッチング周波数を10〜20KHz
に高周波化して、交流電動機から発生する電磁騒音を低
減する、いわゆる高周波PWM制御方式が好んで用いら
れるが、この高周波PWM制御方式は従来のスイッチン
グ周波数が数KHzのものに比較し、パワ−モジュ−ル
71に内蔵されたインバ−タ部の主回路素子の熱損失が
大幅に増加して発熱する。従って冷却能力の高い、比較
的大きな冷却フィン70が必要となり、インバータ装置
が大形化する問題があった。
【0007】一方、最近、高速スイッチング可能な主回
路素子(IGBTなど)が価格低廉になったことや、制
御回路もマイコンの高速化とあいまって、もはや従来の
スイッチング周波数が数KHzのものと、最近用いられ
ているスイッチング周波数を10〜20KHzに高周波
した高周波PWM制御方式のものでは、冷却フィンを
除きコストの差、大きさの差はなくなってきている。そ
こで、従来の数KHzのものに比較し若干大きくなるも
のの、電磁騒音の低減効果のある高周波PWMを用いた
製品が一般的になりつつある。しかし、多少騒音があっ
てもインバ−タ装置を少しでも小形化したいという需要
家も少なからずあり、それらの希望をかなえることはで
きないといった問題があった。
【0008】さらに、第3の問題点として、インバ−タ
装置は一般に制御盤に収納されて用いられるが、この場
合、取付スペースの関係で、冷却フィンが奥行方向、換
言すれば、図8で示すインバータ装置の高さ方向の寸法
を長くする必要があり、制御盤内の奥行寸法を大きくし
てしまい、制御盤の小形化ができない問題があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】第1の発明に係るインバ
ータ装置は、交流入力を直流に変換するコンバータ部
直流を交流に変換するインバータ部のそれぞれの主回路
半導体素子を内蔵し、その側面が上記インバ−タ装置の
筐体の一部となるパワーモジュールと、上記パワーモジ
ュールの上に配置され、上記パワーモジュールに締結さ
れるケースと、上記パワーモジュールを冷却する冷却フ
ィンを備え、上記冷却フィンとパワ−モジュ−ルの接す
る面の平面方向における上記冷却フィンの投影面積、パ
ワ−モジュ−ルの投影面積並びにケースの投影面積とが
略同じにしたものである。
【0010】第2の発明に係るインバータ装置は、パワ
−モジュ−ルに電気的に接続されるプリント基板が上記
パワ−モジュ−ルに搭載されたものである。
【0011】第3の発明に係るインバータ装置は、少な
くとも主回路半導体素子の駆動回路および保護回路がプ
リント基板に搭載されたものである。
【0012】第4の発明に係るインバータ装置は、主回
路半導体素子に電気的に接続される主回路端子台がパワ
−モジュ−ルに搭載されたものである。
【0013】第5の発明に係るインバータ装置は、プリ
ント基板に貫設された被案内孔と、この被案内孔に挿通
するようパワ−モジュ−ルに立設された案内突起とを具
備するものである。
【0014】第6の発明に係るインバータ装置は、パワ
−モジュ−ルの側面に形成された切欠部と、この切欠部
に現われる冷却フィンの露出面に設けられたア−ス端子
とを具備するものである。
【0015】第7の発明に係るインバータ装置は、冷却
フィンに形成した取付ねじ挿通孔と、この取付ねじ挿通
孔の軸線延長上に位置するパワ−モジュ−ルの側面に形
成された切欠部とを具備するものである。
【0016】第8の発明に係るインバータ装置は、パワ
ーモジュールの冷却面側に位値決め孔形成し、冷却フ
ィンのパワーモジュールと接する面に、上記位置決め孔
嵌合する位置決め突起備えたものである。
【0017】第9の発明に係るインバータ装置は、主回
路半導体素子を内蔵したパワーモジュールと、プリント
基板、設定部、表示部を収納するケース及び上記パワー
モジュールを冷却する冷却フィンを備えたものにおい
て、上記ケースは上記パワーモジュールの上に配置され
ると共に締結手段により上記パワーモジュールに締結さ
れ、上記プリント基板は案内手段により上記パワーモジ
ュール上の所定位置に案内されると共に、第1のねじ部
材により上記パワーモジュールに固定され、上記パワー
モジュールは位置決め手段により上記冷却フィン上の所
定位置に配置され、更に、上記パワーモジュールと冷却
フィンは第2のねじ部材により上記ケース上から一体的
に締結されるものである。
【0018】第10の発明に係るインバータ装置は、
ースの側面に窓部が形成され上記窓部の中央部を覆う
と共に、上記窓部に着脱可能に装着されるスペーサを具
備するものである。
【0019】第11の発明に係るインバータ装置の使用
方法は、交流入力を直流に変換するコンバータ部とスイ
ッチング周波数の変更が可能であり直流を交流に変換す
るインバータ部のそれぞれの主回路半導体素子を少なく
とも内蔵し、その側面がインバータ装置の筐体の一部と
なるパワーモジュールと、パワーモジュールの冷却面に
着脱可能に装着され、設定スイッチング周波数に対応す
る冷却容量を有する冷却フィンと、を備え、交流電動機
を駆動するインバータ装置の使用方法において、冷却フ
ィンとパワーモジュールの接する面の平面方向における
冷却フィンの投影面積、パワーモジュールの投影面積と
が略同じとし、上記インバータ装置のインバータ部のス
イッチング周波数が所定値より高い時には冷却容量の大
きい冷却フィンを使用し、上記インバータ装置のインバ
ータ部のスイッチング周波数が所定値未満の時には冷却
容量の小さい冷却フィンを使用するものである。
【0020】
【作用】第1の発明における冷却フィンの投影面積と、
パワーモジュールの投影面積とは略同じである。
【0021】第2の発明におけるパワーモジュールには
プリント基板が搭載されるので、パワーモジュールとプ
リント基板との距離は最短となる。
【0022】第3の発明におけるプリント基板には少な
くとも主回路半導体素子の駆動回路および保護回路が搭
載されるので、この主回路半導体素子の駆動回路および
保護回路とパワーモジュールの主回路半導体素子との距
離は最短となる。
【0023】第4の発明におけるパワーモジュールには
主回路端子台が搭載されるので、パワーモジュールの主
回路半導体素子と主回路端子台との間の配線における接
続点の数が減少する。
【0024】第5の発明におけるプリント基板をパワー
モジュールに搭載する際には、パワーモジュールの案内
突起が被案内孔に挿通するため、プリント基板が正規の
搭載位置に正確に案内される。
【0025】第6の発明におけるパワーモジュールの側
面には切欠部が形成され、この切欠部に現われる冷却フ
ィンの露出面にアース端子が設けられているため、この
アース端子にアース線を接続する。
【0026】第7の発明におけるパワーモジュールの側
面には冷却フィンの取付ねじ挿通孔の軸線延長上にある
切欠部が形成されているので、ねじを取付ねじ挿通孔に
挿通してドライバ等により閉め付ける際に、そのドライ
バ等をパワーモジュールの切欠部に通せる。
【0027】第8の発明におけるパワーモジュールの冷
却面側の面には位置決め孔が形成されているので、この
パワーモジュールを固定又は仮止めする他部材に上記位
置決め孔に嵌合する位置決め突起を設けておけば、パワ
ーモジュールと他部材とのずれが止まる。
【0028】第9の発明におけるケースはパワーモジュ
ールの上に配置されると共に、締結手段により上記パワ
ーモジュールに締結され、上記パワーモジュールと冷却
フィンは、ねじ部材により上記ケース上から一体的に締
結される。
【0029】第10の発明におけるケースは側面に窓部
が形成され、その窓部の中央部を覆うようにスペーサが
着脱可能に装着される。
【0030】第11の発明における冷却フィンは、冷却
フィンとパワーモジュールの接する面の平面方向におけ
る冷却フィンの投影面積、パワーモジュールの投影面積
とが略同じとし、パワーモジュールの冷却面に着脱可能
に装着され、設定スイッチング周波数に対応する冷却容
量を有するので、冷却容量に応じて使い分けられる。
【0031】
【実施例】実施例1. 以下、この発明の第1の実施例を図1に基づいて説明す
る。即ち、図1及び図2はこの発明の第1の実施例を説
明するインバータ装置の分解斜視図で、この図におい
て、10は冷却フィン、11はパワーモジュールで、ね
じ12〜14により冷却フィン10に冷却面15が接す
るように密着固定されるものである。16はプリント基
板で、このプリント基板16はパワーモジュール11の
図1及び図2において上部にハンダ等により電気的に接
続されると共に、ねじ17、18で機械的に固定される
ことによって振動対策されている。なお、19、20は
パワーモジュール11に形成された案内突起としての
ーパ状のガイド部材で、プリント基板16をパワーモジ
ュール11に接続する時のガイドとして機能するもので
ある。21はパワーモジュール11の側面に設けられた
凹み、22は樹脂材料で成形されたカバーで、プリント
基板16を塵埃、衝撃などから守ったり、インバータ装
置を操作する人の感電を防止するものである。23はカ
バー22に設けられた爪で、この爪23はバネアクショ
ンを有すると共に、パワーモジュール11に形成された
凹み21に係合し、はめ合い構造によりパワーモジュー
ル11にカバー22を固定する。ここで、冷却フィン1
0とカバー22との間にパワーモジュール11が露出し
ており、また冷却フィン10のパワーモジュール11と
接する面の平面方向における冷却フィン10の投影面積
と、パワーモジュール11の同方向投影面積並びにカバ
ー22の同方向投影面積が略同一となっている。なお、
24は主回路端子台、25は制御回路端子台、26は主
回路駆動回路および保護回路、27は電源回路、28は
制御回路、29は表示手段、30は操作手段、31は主
回路電解コンデンサ、32はカバー22の蓋である。ま
た、33、34はプリント基板16に形成されたガイド
部材19、20の被案内孔、35はパワーモジュール1
1とプリント基板16を接続するピン、36はプリント
基板16に形成されるピン35の挿通孔、57はパワー
モジュール11に形成される位置決め孔、58は冷却フ
ィン10に形成される位置決め突起である。
【0032】これらの回路間の構成について図1および
図2並びに図3を参照して説明すると、41は交流入力
を直流に変換するコンバ−タ部の主回路素子(ダイオ−
ド等)、42は直流を交流に変換するインバ−タ部の主
回路素子(バイポ−ラトランジスタ、IGBT、MOS
FET、GTO等)で、いずれもパワ−モジュ−ル11
に内蔵されている。これらの主回路素子41,42はそ
れぞれプリント基板16上の主回路端子台24の入力端
子および出力端子にピンあるいはハンダにより電気的
に接続され、入力端子には交流電源43が、また、出力
端子には交流電動機44がそれぞれ繋がれる。さらに、
インバ−タ部の主回路素子42はプリント基板16上の
主回路駆動回路および保護回路26にピンあるいはハン
により電気的に接続され、この主回路駆動回路およ
び保護回路26はプリント基板16上のマイクロコンピ
ュ−タ等よりなる制御回路28からのPWM信号に基づ
いて主回路素子42を駆動する。
【0033】プリント基板16上に搭載される制御回路
端子台25は制御回路28に接続された複数の制御端子
を含み、これらの制御端子には交流電動機44の正逆反
転スイッチ、無断変速を行うための可変抵抗器等が必要
に応じて繋がれる。プリント基板16上に搭載された表
示手段29は制御回路28に接続され、交流電動機44
の回転数等を表示する。プリント基板16上に搭載され
る操作手段30も制御回路28に接続され、交流電動機
44の始動・停止、回転数の変化等を操作できるように
なっている。プリント基板16上の主回路電解コンデン
サ31は主回路のコンバータ部とインバータ部との間に
接続され、電源回路27は主回路電解コンデンサ31の
両端間の直流電圧を降圧して主回路駆動回路および保護
回路26、制御回路28等に供給する。
【0034】この発明の第1の実施例は上記のように構
成されており、次にその動作について説明する。プリン
ト基板16はインバ−タ装置の電源回路27、制御回路
28、表示手段29、操作手段30端子台24、2
5、主回路素子の駆動回路および保護回路26、主回路
電解コンデンサ31などを搭載しており、交流電動機
を所望の動きとなるよう制御している。一方、パワ−
モジュ−ル11には、交流入力を直流に変換するコンバ
−タ部および直流を交流に変換するインバ−タ部の主回
路素子41、42が内蔵されている。パワ−モジュ−ル
11はプリント基板16とハンダにより電気的に接続
され、駆動する交流電動機44を所望の動きとなるよう
にプリント基板16上の回路が動作した結果である駆動
回路の信号に応動し、主回路素子をスイッチングする。
また冷却フィン10はパワ−モジュ−ル11の冷却面
ねじ12〜13により密着固定され、パワ−モジュ−ル
11に内蔵された主回路素子で発生した熱を放熱し、パ
ワ−モジュ−ル11が規定の温度以下になるよう作用
る。ここで、爪23はパワ−モジュ−ル11の凹み21
にはまり、ばねアクションにより爪23が押し広げら
れ、爪23はカバ−22をパワ−モジュ−ル11に固定
するよう動作する。
【0035】実施例2.次にこの発明の第2の実施例について説明する。インバ
ータ装置内部にスイッチング周波数の変更手段を有する
場合、前述のように、そのスイッチング周波数により、
インバータ部の主回路素子42の熱損失が異なるため、
冷却フィン10が交換できるのが好ましい。即ち、 スイ
ッチング周波数が低い場合は主回路素子42の熱損失が
少なく冷却フィン10は、小さくてすむが、スイッチン
グ周波数が高い場合は熱損失が大きくなり、大きな冷却
フィン10が必要となる。この場合、製造者は標準出荷
状態では、スイッチング周波数を低くしておき、小形安
価なインバ−タ装置を需要家に供給しておき、需要家は
交流電動機の磁気騒音の低減が必要な場合は、スイッチ
ング周波数の設定を上げるとともに、カバ−22をはず
し、ねじ12をはずし、冷却フィン10を取はずし、新
たに冷却能力の高い大きな冷却フィン10にとりかえ、
再度ねじ12によりパワ−モジュ−ル11と冷却ファン
10とを固定し、カバ−22を装着する。これにより、
需要家は必要に応じてインバータ装置を使用することが
できる。
【0036】実施例3. 次にこの発明第3の実施例について説明する。すなわ
ち、図1及び図2において、パワーモジュール11の上
に主回路プリント基板16を設け、パワーモジュール1
1と主回路プリント基板16を最短で配線するものであ
る。主回路素子41、42は、最近のスイッチング速度
の高速化により、その駆動、保護にも十分な注意が必要
である。すなわち、高速なスイッチング動作は、早い電
流変化率をもたらし、そのため配線インダクタンスによ
るノイズ電圧をもたらし、回路の誤動作を引き起こす。
従って、主回路素子41、42の駆動回路、保護回路2
6は主回路素子41、42の近傍に配置するのが望まし
い。
【0037】従って、本来ならパワ−モジュ−ル11内
に搭載したいところであるが、パワ−モジュ−ル11の
発熱が大きく、主回路素子41、42にとってストレス
となるため、パワ−モジュ−ル11の上に主回路プリン
ト基板16を設け、パワ−モジュ−ル11と主回路プリ
ント基板16を最短で配線し、ノイズあるいは発熱の問
題から回避できるようにしたものである。なお、パワ−
モジュ−ル11は従来チップ保護のため、エポキシなど
でチップ上面を固めていたが、このように主回路プリン
ト基板16でチップ上面を覆えば、エポキシが不要とな
り、コストあるいは信頼性の面で多大なメリットが生ず
る。なお、エポキシで固めると、熱変化で互いに膨張係
数の異るケ−ス、エポキシ、チップ、配線などに応力が
働き、温度サイクルで配線が外れたりする問題があっ
た。
【0038】実施例4. 次にこの発明の第4の実施例について説明する。即ち、
図1及び図2において、22は樹脂材料で成形されたカ
バー、38はこのカバー22の側面に形成された窓部、
39はスペーサで、窓部38に脱着可能に取り付けられ
ると共に、窓部38の中間部を覆うように取り付けら
れ、、このスペーサ39により窓部38が上部窓部と下
部窓部に区分され、上部窓部からは端子台25からの配
線が、下部窓部からは端子台24からの配線が引き出さ
れる。
【0039】この実施例装置は上記のように構成されて
おり、次にその配線作業について説明する。まず、主回
路の配線を行う時には、スペーサ39を取り外して配線
作業を行ない、次に、制御回路の配線を行う時には、ス
ペーサ39を取り付けて配線作業を行なう。このように
することにより、配線作業の妨げになることなく、主回
路配線と、制御回路配線とを分離することができる。
【0040】実施例5. 次にこの発明の第5の実施例を図1及び図2に基づいて
説明する。この実施例では、プリント基板16の対角の
二コーナ部に被案内孔33、34が貫設され、パワーモ
ジュール11には上記被案内孔33、34に挿通する二
つの案内突起19、20が立設されている。ガイド部材
19、20には先細りのテーパがついている方が好まし
い。なお、パワーモジュール11には主回路素子41、
42をプリント基板16に接続するための複数のピン3
5が立っており、プリント基板16にはピン35の挿通
孔36が形成されているが、このピン35の上端より案
内突起19、20の上端の方が高くなっている。なお、
被案内孔33、34およびガイド部材19、20は2組
以上であればよく、その数や位置は適宜変更できる。
【0041】この実施例によれば、プリント基板16を
降ろしてパワーモジュール11に搭載する際に、まず、
ガイド部材19、20が被案内孔33、34に挿通する
ため、プリント基板16が正規の搭載位置に正確に案内
され、続いて、ピン35が挿通孔36に挿通する際には
両者の位置がそのまま合致してスムーズに挿通する。従
って、作業者が手作業でプリント基板16を搭載する場
合の位置合わせ作業が楽になり、また、ロボット等によ
るプリント基板16の搭載の自動化も可能になる。
【0042】実施例6. 次にこの発明の第6の実施例について説明する。図1及
び図2はこの発明の第6の実施例を示す図である。この
実施例では、パワーモジュール11の下面の三箇所に位
置決め孔57が形成される一方、冷却フィン10の上面
に、上記位置決め孔57に嵌合する三つの位置決め突起
58が形成されている。位置決め孔57および位置決め
突起58は2組以上であればよく、その数や位置は適宜
変更できる。但し、位置決め孔57および位置決め突起
58の位置は、冷却フィン10とパワーモジュール11
とが180度間違った向きに合致することを許さないよ
うに配置することが好ましい。
【0043】この実施例によれば、各々の位置決め孔5
7と位置決め突起58とを嵌合させるだけで、冷却フィ
10とパワーモジュール11とを正しく合致させるこ
とができ、その後の冷却フィン10とパワーモジュール
11とのずれが防止される。このため、続いてねじ12
〜13により冷却フィン10にパワーモジュール11を
締め付ける際に、冷却フィン10の雌ねじ孔60とパワ
ーモジュール11の取付孔61とがずれる心配が無く、
容易に締め付けることができる。また、パワーモジュー
ル11の検査ラインにおいて、仮止め板(図示略)に位
置決め突起を設けておき、この位置決め突起に位置決め
孔57を嵌合させるようにして仮止め板に複数のパワー
モジュール11を置き、検査をする、という利用の仕方
もできる。この場合、パワーモジュール11が常に定ま
った位置に置かれるので、検査用のプローブをロボット
等により操作させることが可能になる。
【0044】実施例7. 次にこの発明の第7の実施例を図4により説明する。こ
の実施例では、パワ−モジュ−ル11に主回路端子台2
4が直接搭載され、この主回路端子台24に主回路素子
41,42が電気的に接続されている。これに対し、第
1の実施例にお いては、主回路端子台24はプリント基
板16に搭載され、プリント基板16を介して主回路素
子41,42に接続されていた。しかし、主回路端子台
24は主回路素子41,42のみに接続されるものであ
るから、その接続にプリント基板16を介する必要はな
かった。そこで、この第7の実施例においては、上記の
通りパワ−モジュ−ル11に主回路端子台24を搭載し
たのである。
【0045】この実施例によれば、主回路端子台24と
主回路素子41,42との間の配線における接続点の数
が減少するので、工数が減り、効率を高めることができ
る。また、プリント基板16を主回路端子台24の搭載
部が不要な分だけ小形化することができ、コストの無駄
を排除して、価格低廉化を図ることができる。
【0046】実施例8. 次にこの発明の第8の実施例について説明する。図5は
この発明の第8の実施例を示す図である。この実施例で
は、パワ−モジュ−ル11の側面のうち主回路端子台2
4に近い一部に、平面U字状の切欠部50が形成されて
いる。そして、この切欠部50に現われる冷却フィン1
0の露出面51にねじ式のア−ス端子52が設けられ、
このア−ス端子52にはア−ス線53が接続されてい
る。なお、パワ−モジュ−ル11の側面における切欠部
50の形成位置は適宜変更できる。
【0047】この種のインバ−タ装置の規格上、ア−ス
端子52は必ず冷却フィン10に設けなければならな
い。そこで、従来、ア−ス端子52は冷却フィン10の
側面に適宜孔を明けて設けられていたが、例えば冷却フ
ィン10の直ぐ側方に別物体が存在するような場合に
は、ア−ス線を接続しにくかった。しかし、この実施例
によれば、冷却フィン10の露出面51、すなわち図に
おいて冷却フィン10上面の一部にア−ス端子52が設
けられているため、冷却フィン10の周囲に別物体が存
在する場合でも、常にア−ス線53を接続しやすい。さ
らに、この実施例では、ア−ス端子52が主回路端子台
24に近いので、交流電源又は交流電動機からインバ−
タ装置への配線とア−ス線53とを一つにまとめ易いと
いう利点もある。
【0048】実施例9. 次にこの発明の第9の実施例について説明する。図6は
この発明の第9の実施例を示す図である。この実施例で
は、冷却フィン10の図における下端周縁部の三箇所
に、インバ−タ装置を設置相手部材に取り付けるための
ねじを挿通する取付ねじ挿通孔54が形成されている。
また、この取付ねじ挿通孔54の軸線延長上に位置す
る、パワ−モジュ−ル11およびカバ−22の側面に
は、平面U字状又は扇状の切欠部55,56が形成され
ている。なお、パワ−モジュ−ル11およびカバ−22
の側面における切欠部55,56の形成位置は適宜変更
できる。
【0049】この実施例によれば、ねじを取付ねじ挿通
孔54に挿通してドライバにより閉め付ける際に、その
ドライバ−をパワ−モジュ−ル11およびカバ−22の
切欠部55,56にも通せるので、ドライバが傾くこと
なくねじを容易に締め付けられる。なお、この締付時に
はカバ−22を外してもよく、その場合、カバ−22の
切欠部56は無くてもよい。
【0050】実施例10. 次にこの発明の第10の実施例について説明する。図7
はインバータ装置の設置場所が、冷却能力を有する壁面
62(例えば金属で製作された制御盤の壁面など)の場
合の実施例である。この場合、カバー22をはずしてね
じ12をはずし、冷却フィン10を取はずすことによ
り、パワーモジュール11の冷却面15を壁面62に直
接固定する。このようにすればパワーモジュール11で
発生した熱は、冷却能力を有する壁面62から、空気中
に放熱され、パワーモジュール11が規定の温度以下と
なるように働く。なお、複数個のインバータ装置を、上
記のように制御箱の壁面62に取り付けた場合、これに
より発熱が制御箱内にこもらないため、制御箱を小さく
できる効果があり、容易に制御箱内に収納できるので、
悪環境下で使用できる効果がある。
【0051】また上記各実施例ではパワ−モジュ−ル1
1に主回路の半導体素子を搭載した ものについてのべた
が、最近市場に登場したインテリジェントパワ−モジュ
−ル(IPM)のように、半導体素子の駆動回路、保護
回路をパワ−モジュ−ル11に内蔵すればより小形化で
きるので好都合である。またさらに、電源回路、制御回
路、表示回路、操作手段、配線手段などをパワ−モジュ
−ル11に内蔵しても同様の効果を奏することはいうま
でもない。
【0052】
【発明の効果】以上のように,この発明の第1の発明によ
れば、冷却フィンの投影面積と、パワ−モジュ−ルの投
影面積、並びに筐体の一部となるカバ−の投影面積は略
同じであるので、インバ−タ装置自体がすっきりとした
形状となる効果がある。
【0053】また、この発明の第2の発明によれば、パ
ワ−モジュ−ルにプリント基板を搭載したので、インバ
−タ装置の小形化に寄与する。また、パワ−モジュ−ル
とプリント基板とを最短で配線できるとともに、パワ−
モジュ−ルの主回路素子等をエポキシ等で固める必要が
なくなり、コストあるいは信頼性の面で利点がある。
【0054】また、この発明の第3の発明によれば、少
なくとも主回路半導体素子の駆動回路および保護回路を
プリント基板に搭載したので、当該回路とパワ−モジュ
−ルの主回路素子とを最短で配線でき、配線インダクタ
ンスの低下によるノイズ低減の効果がある。
【0055】また、この発明の第4の発明によれば、パ
ワ−モジュ−ルに主回路端子台を搭載したので、主回路
端子台と主回路素子との間の配線における接続点の数が
減少し、工数が減り、効率を高めることができる。ま
た、プリント基板を主回路端子台の搭載部が不要な分だ
け小形化することができ、コストの無駄を排除して、価
格低廉化を図ることができる。
【0056】また、この発明の第5の発明によれば、プ
リント基板に被案内孔を貫設し、パワ−モジュ−ルに案
内突起を立設したので、プリント基板をパワ−モジュ−
ルに 搭載する際に、プリント基板が正規の搭載位置に正
確に案内され、手作業による場合、位置合わせ作業が楽
になり、また、ロボット等による搭載の自動化が可能に
なる。
【0057】また、この発明の第6の発明によれば、パ
ワ−モジュ−ルの側面に切欠部を形成し、この切欠部に
現われる冷却フィンの露出面にア−ス端子を設けたの
で、ア−ス線を接続しやすい効果がある。
【0058】また、この発明の第7の発明によれば、冷
却フィンに取付ねじ挿通孔を形成し、パワ−モジュ−ル
の側面に切欠部を形成したので、ねじを取付ねじ挿通孔
に挿通してドライバにより閉め付ける際に、ドライバが
傾くことなくねじを容易に締め付けられる効果がある。
【0059】また、この発明の第8の発明によれば、パ
ワーモジュールの冷却面側に位置決め孔形成し、冷却
フィンのパワーモジュールと接する面に、上記位置決め
嵌合する位置決め突起形成したので、これらの位
置決め孔と位置決め突起とを嵌合させれば、冷却フィン
とパワーモジュールとを正しく合致させることができ、
その後の冷却フィンとパワーモジュールとのずれを防止
できる。
【0060】また、この発明の第9の発明によれば、ケ
ースとパワーモジュール並びに冷却フィンが相互に所定
位置関係に取り付けられると共に、パワーモジュールと
冷却フィンをねじ部材によりケースを取り外すことなく
締結できる利点がある。
【0061】また、この発明の第10の発明によれば、
ケースの側面に窓部を形成し、その窓部の中央部を覆う
ようにスペーサを着脱可能に装着したので、配線時に作
業の妨げとなることなく、主回路配線と制御回路配線と
を分離できる利点がある。
【0062】また、この発明の第11の発明によれば、
交流入力を直流に変換するコンバータ部とスイッチング
周波数の変更が可能であり直流を交流に変換するインバ
ータ部のそれぞれの主回路半導体素子を少なくとも内蔵
し、その側面がインバータ装置の筐体の一部となるパワ
ーモジュールと、このパワーモジュールの冷却面に着脱
可能に装着され、設定スイッチング周波数に対応する冷
却容量を有する冷却フィンと、を備え、交流電動機を駆
動するインバータ装置の使用方法において、冷却フィン
とパワーモジュールの接する面の平面方向における冷却
フィンの投影面積、パワーモジュールの投影面積とが略
同じとし、上記インバータ装置のインバータ部のスイッ
チング周波数が所定値より高い時には冷却容量の大きい
冷却フィンを使用し、上記インバータ装置のインバータ
部のスイッチング周波数が所定値未満の時には冷却容量
の小さい冷却フィンを使用するようにしたので、製造者
は工場出荷時に装着する冷却フィンが小形ですみ、製品
の極小化を追求できるスイッチング周波数が数KHzの
状態の製品で出荷し、需要家により高周波スイッチング
が必要な場合、スイッチング周波数を変更するととも
に、冷却フィンを能力の高いものに交換することで柔軟
に対応できる効果がある。
【0063】さらに、インバ−タ装置を制御盤に収納す
る場合には、冷却フィンを取はずし、冷却フィンの代わ
りとして、制御盤の金属壁面に取りつけることができる
ので、制御盤の奥行寸法が従来のインバ−タ装置を収納
した場合に比べ小さくすることができ、制御盤の小形化
に大きく寄与することができる。
【0064】制御盤に収納する場合のみならず、例え
ば、金属の壁面にインバ−タ装置を直接取りつける場合
にも、冷却フィンを取り外せば、大幅な小形化が図れる
のは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1から第6の実施例によるイン
バータ装置の部分分解斜視図である。
【図2】 この発明の第1から第6の実施例によるイン
バータ装置の部分分解斜視図である。
【図3】 この発明の実施例によるインバータ装置の概
略回路図である。
【図4】 この発明の第7の実施例によるインバータ装
置の概略回路図である。
【図5】 この発明の第8の実施例によるインバータ装
置の構成図である。
【図6】 この発明の第9の実施例によるイバータ装置
の構成図である。
【図7】 この発明の第10の実施例によるインバータ
装置の構成図である。
【図8】 従来のインバータ装置の構成図である。
【符号の説明】10、70 冷却フィン、11、71 パワーモジュー
ル、15、73 冷却面、16、74 プリント基板、
19、20 ガイド部材、25 主回路端子台、26
主回路駆動回路および保護回路、41、42 主回路半
導体素子、33、34 被案内孔、50 切欠部、51
露出面、52 アース端子、54 取付ねじ挿通孔、
55 切欠部、57 位置決め孔、58 位置決め突
起、39スペーサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朝長 慎三 名古屋市東区矢田南五丁目1番14号 三 菱電機株式会社 名古屋製作所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02M 7/42 - 7/98

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電動機を駆動するインバ−タ装置に
    おいて、交流入力を直流に変換するコンバータ部と直流
    を交流に変換するインバータ部のそれぞれの主回路半導
    体素子を内蔵し、その側面が上記インバ−タ装置の筐体
    の一部となるパワーモジュールと、上記パワーモジュー
    ルの上に配置され、締結手段により上記パワーモジュー
    ルに締結されるケースと、上記パワーモジュールを冷却
    する冷却フィンを備え、上記冷却フィンとパワ−モジュ
    −ルの接する面の平面方向における上記冷却フィンの投
    影面積、パワ−モジュ−ルの投影面積並びにケースの投
    影面積とが略同じであることを特徴とするインバ−タ装
    置。
  2. 【請求項2】 パワ−モジュ−ルに電気的に接続される
    プリント基板が上記パワ−モジュ−ルに搭載された請求
    項1記載のインバ−タ装置。
  3. 【請求項3】 少なくとも主回路半導体素子の駆動回路
    および保護回路がプリント基板に搭載された請求項2記
    載のインバ−タ装置。
  4. 【請求項4】 主回路半導体素子に電気的に接続される
    主回路端子台がパワ−モジュ−ルに搭載された請求項1
    記載のインバ−タ装置。
  5. 【請求項5】 プリント基板に貫設された被案内孔と、
    この被案内孔に挿通するようパワ−モジュ−ルに立設さ
    れた案内突起とを具備する請求項2記載のインバ−タ装
    置。
  6. 【請求項6】 パワ−モジュ−ルの側面に形成された切
    欠部と、この切欠部に現われる冷却フィンの露出面に設
    けられたア−ス端子とを具備する請求項1記載のインバ
    −タ装置。
  7. 【請求項7】 冷却フィンに形成した取付ねじ挿通孔
    と、この取付ねじ挿通孔の軸線延長上に位置するパワ−
    モジュ−ルの側面に形成された切欠部とを具備する請求
    項1記載のインバ−タ装置。
  8. 【請求項8】 パワーモジュールの冷却面側に位値決め
    形成し、冷却フィンのパワーモジュールと接する面
    に、上記位置決め孔嵌合する位置決め突起備えた請
    求項1記載のインバータ装置。
  9. 【請求項9】 主回路半導体素子を内蔵したパワーモジ
    ュールと、プリント基板、設定部、表示部を収納するケ
    ース及び上記パワーモジュールを冷却する冷却フィンを
    備えたインバ−タ装置において、上記ケースは上記パワ
    ーモジュールの上に配置されると共に締結手段により上
    記パワーモジュールに締結され、上記プリント基板は案
    内手段により上記パワーモジュール上の所定位置に案内
    されると共に、第1のねじ部材により上記パワーモジュ
    ールに固定され、上記パワーモジュールは位置決め手段
    により上記冷却フィン上の所定位置に配置され、更に、
    上記パワーモジュールと冷却フィンは第2のねじ部材に
    より上記ケース上から一体的に締結されるものであるこ
    とを特徴とするインバ−タ装置。
  10. 【請求項10】 上記ケースの側面に窓部が形成され
    上記窓部の中央部を覆うと共に、上記窓部に着脱可能に
    装着されるスペーサを具備することを特徴とする請求項
    1記載のインバータ装置。
  11. 【請求項11】 交流入力を直流に変換するコンバータ
    部とスイッチング周波数の変更が可能であり直流を交流
    に変換するインバータ部のそれぞれの主回路半導体素子
    を少なくとも内蔵し、その側面がインバータ装置の筐体
    の一部となるパワーモジュールと、 このパワーモジュールの冷却面に着脱可能に装着され、
    設定スイッチング周波数に対応する冷却容量を有する冷
    却フィンと、を備え、 交流電動機を駆動するインバータ装置の使用方法におい
    て、上記冷却フィンとパワーモジュールの接する面の平面方
    向における上記冷却フィンの投影面積、パワーモジュー
    ルの投影面積とが略同じとし、 上記インバータ装置のインバータ部のスイッチング周波
    数が所定値より高い時には冷却容量の大きい冷却フィン
    を使用し、 上記インバータ装置のインバータ部のスイッチング周波
    数が所定値未満の時には冷却容量の小さい冷却フィンを
    使用する ようにしたことを特徴とする インバータ装置の使用方
    法。
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