JP3345924B2 - インバータ電源装置 - Google Patents

インバータ電源装置

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治雄 末永
大介 別荘
裕治 中林
誠 渋谷
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    • 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
    • H05K7/20909Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components

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  • Thermal Sciences (AREA)
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  • Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)
  • Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子レンジ等のインバ
ータ応用機器に関し、マイクロ波を利用して食品や触媒
などの誘電体の加熱を行なうマグネトロンなどの冷却を
必要とする発熱体を有するインバータ電源装置の構成及
び送風通路を含めた冷却構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種のインバータ電源を搭載し
た高周波加熱装置は、図6に示すように、本体28にイ
ンバータ電源29と、マグネトロン30と、軸流型の冷
却ファン31がそれぞれ単独で取り付けられている。プ
リント基板32上に配設されたインバータ電源29は、
図7に示す回路図を用いて説明すると、商用電源33よ
り得た電力を整流する整流回路34と、制御回路35
と、制御回路35の出力信号によって整流回路34の出
力電力をフィルター回路36を介して共振回路37に送
電する半導体スイッチング素子38と、共振回路37の
共振電力を昇圧し出力する昇圧トランス39で構成さ
れ、昇圧トランス39出力を直流高電圧に整流する高圧
整流回路40と、ヒータ巻線41でマグネトロン30を
駆動する。インバータ電源29は、高出力の電力を扱う
ため、インバータ電源29を構成する半導体スイッチン
グ素子38等の電気要素部品42はかなり大きな熱損失
を伴い、マグネトロン30と共に冷却ファン31によっ
て強制冷却が行われている。その際半導体スイッチング
素子38や整流回路34は、放熱を促進させるために各
々に放熱板43、44が取り付けられ、冷却ファン31
の通風路45の一部に配置されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、インバータ電源、マグネトロン、冷却フ
ァンが単独に広い通風路に配設されているため、対象と
する冷却部品すべてに必要な風量を供給するには、多く
の冷却風量が必要となり、従って装置の小型化ができず
また騒音も大きいといった問題点を有していた。
【0004】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、マグネトロン、インバータ電源、冷却ファンを一つ
のケース内に収納し、送風通路を単純化すると共に半導
体スイッチング素子などの主要発熱部品の冷却効率を向
上させ冷却風量の低減による低騒音化を第1の目的とし
ている。
【0005】第2の目的は上記ケース内空間を有効に活
用し、インバータ電源やモータを制御し、発熱をあまり
伴わない制御部品を、冷却ファンの送風通路抵抗になら
ないように配置することにより、送風性能の向上を図り
低騒音化を実現することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るために本発明のインバータ電源装置は、マグネトロン
と、半導体スイッチング素子および昇圧トランスなどの
電気要素部品をメインプリント基板上に配したインバー
タ電源と、遠心型の羽根車を有する冷却ファンと、冷却
ファンの吸気口と吐出口を冷却ファン外部で流体的に遮
断する仕切板とを、複数の吸込み孔と排出孔を有するケ
ース内に備え、冷却ファンの一端面をメインプリント基
板とし、羽根車をメインプリント基板上部に位置させ、
その周囲に断面一部不連続部を有するスクロール状の冷
却板を構成し、少なくとも前記冷却板側面の外面または
内面の一方に前記半導体スイッチング素子を設けたもの
である。
【0007】また第2の目的を達成するために、本発明
のインバータ電源装置は、マグネトロンと、半導体スイ
ッチング素子および昇圧トランスなどの電気要素部品を
メインプリント基板上に配したインバータ電源と、遠心
型の羽根車を有する冷却ファンと、冷却ファンの吸気口
と吐出口を冷却ファン外部で流体的に遮断する仕切板と
を、複数の吸込み孔と排出孔を有するケース内に備え、
冷却ファンの一端面をメインプリント基板とし、羽根車
をメインプリント基板上部に位置させ、その周囲に断面
一部不連続部を有するスクロール状の冷却板を構成し、
仕切板をインバータ電源等を制御する制御部品を配設し
たサブプリント基板で構成したものである。
【0008】
【作用】本発明は上記した構成により、スクロール状の
冷却板が冷却ファンのケーシングを構成することにな
り、遠心型の羽根車の回転により冷却用空気が主に冷却
板壁面に沿って流れ、冷却板に取り付けた損失の大きい
整流ダイオードや半導体スイッチング素子の損失による
熱を冷却しながら、不連続部よりマグネトロンや昇圧ト
ランスへ順次送風されるものである。
【0009】また第2の発明のインバータ電源装置は、
冷却ファン送風通路内に配設されていたインバータ電源
等を制御する冷却をあまり必要としない制御部品を、メ
インプリント基板とは別のサブプリント基板に配設し、
冷却ファンの吸気口を有する面側やケース内の空気の再
循環を防止する仕切板として設けたもので、両プリント
基板は導体部で結線されている。その結果、メインプリ
ント基板の実装密度が小さくなり、冷却ファン内部の送
風通路抵抗が減少されるものである。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面にもとづ
いて説明する。
【0011】図1、図2は、第1の発明のインバータ電
源装置を示すもので、電気要素部品1をメインプリント
基板2に取り付けたインバータ電源3が、マイクロ波を
発生させるマグネトロン4と遠心型の羽根車9を有する
冷却ファン5とともに導電性のケース6内に収納されて
いる。ケース6内は冷却ファン5、メインプリント基板
2がケース6に支持部品7を介して順次接合されてお
り、冷却ファン5は、メインプリント基板2を貫通しケ
ース6に固定されたモータ8と羽根車9で構成され、羽
根車9はメインプリント基板2より数ミリ上部に位置す
るようモータ8に取り付けられている。また羽根車9の
周囲には、舌部10を有し整流ダイオード11と半導体
スイッチング素子12などの電気要素部品1の一部を取
り付けた断面一部不連続部13を有するスクロール状の
冷却板14がメインプリント基板2上に設けられてい
る。冷却板14の材質は熱伝導が優れたアルミ等を用
い、生産性の面で押し出し成形が出来る構成になってい
る。従って図2に示すように、モータ8軸方向に伝熱面
積を得るためにフィン部15を設けることは任意にでき
る。冷却板14の上面には冷却ファン5の吸気口16を
有する上板17を設け、メインプリント基板2、冷却板
14、上板17で冷却ファン5のケーシングを構成して
いる。又ケース6内の空気の再循環を防止するために、
冷却ファン5外部空間を流体的に遮断する仕切板18が
吸気口16と排出口(不連続部)13間に設けられてい
る。またケース6には仕切板18より吸気口16側に複
数の吸込み孔19と仕切板18よりマグネトロン4側に
複数の排出孔20が設けられている。
【0012】上記構成において、ケース6内で羽根車9
が回転すると、冷却用空気が複数の吸込み孔19よりケ
ース6内へ入り、上板17の吸気口16、スクロール形
状の冷却板14内側を通り、さらにマグネトロン4や昇
圧トランス21を冷却したのち複数の排出孔20よりケ
ース6外へ放出される。その際、仕切板18によってケ
ース6内で冷却ファン5の上流側に相当する負圧域と下
流側に相当する正圧域が遮断されているため、空気(図
中実線矢印で示す)は再循環することなく吸込み孔19
から排出孔20へ流れる。また冷却用空気は、先ずケー
ス6内に入って冷却板14の外壁側の一部を冷却しなが
ら次に冷却板14内側に入り、流速を速めて冷却板14
内壁面に沿って主流が流れる。そのため冷却板14の放
熱面積自体も大きく構成でき、かつ無駄な空気も抑える
ことができるので、特に冷却が重要でインバータ動作時
に10Wから70W程度の損失を生じる整流ダイオード
11や半導体スイッチング素子12の冷却が、効率よく
十分に行われるため、冷却用の風量を必要最小限に減少
でき、しかも冷却板14の形状が遠心型ファンのケーシ
ング構成に一致させたスクロール形状で内部の大きな凹
凸も減少するため、送風通路自体の圧力損失も減少し、
衝突等の乱れによる騒音も抑制され全体効果として大幅
な低騒音化が実現できる。
【0013】次に第2の発明のインバータ電源装置の実
施例を説明する。図3において前記実施例と相違する点
は、冷却ファン5の吸気口22を有する面に、サブプリ
ント基板23を設けたもので、サブプリント基板23に
はインバータ電源3やモータ8を制御する冷却をあまり
必要としない抵抗やコンデンサーなどの小物の制御部品
24を設け、メインプリント基板25とは導体部26を
介して接続されている。また、図4は冷却板14を導体
部26として用いた構成で、図5は、サブプリント基板
27をケース6内での再循環を防止する仕切りとして構
成したものである。 これらの構成により、冷却ファン
5内部に面するメインプリント基板25に実装していた
制御部品24を、冷却ファン5の送風通路外に出すこと
ができるため、送風通路の抵抗が減少し冷却ファン5の
送風性能を向上でき、その結果冷却ファン5の回転数を
低速化でき冷却時の騒音を低減できる。またメインプリ
ント基板25の実装密度が小さくなり、高圧部品間の絶
縁距離に余裕が得られ、コンパクトなケースに収納した
際のインバータ電源の信頼性が大幅に改善される。
【0014】
【発明の効果】以上のように本発明のインバータ電源装
置によれば、次の効果が得られる。
【0015】(1)メインプリント基板上部に設けた遠
心型の羽根車の周囲に、スクロール形状に形成した冷却
板を設け、主に損失が大きい半導体スイッチング素子等
を取り付けた構成としたことにより、羽根車で送風され
る空気のほとんどが冷却板壁面を通るため、冷却に寄与
しない空気が大幅に減少し、しかも冷却板内外両面が放
熱面となり、さらに放熱面に速い流速の空気を送風でき
るので、少ない風量で効果的な冷却が行なわれ、熱的に
最も弱い半導体スイッチング素子の冷却効果が大幅に向
上し、インバータ電源の熱的信頼性が向上される。
【0016】(2)冷却風量の減少と送風通路抵抗の減
少により、送風負荷が小さくなり冷却時の運転騒音を大
幅に低減することができる。またそれに伴いモータ負荷
も小さくできるため装置の小型化及びコスト面で有利に
なる。
【0017】(3)またメインプリント基板の実装密度
が減少するため、配設した高圧部品間の絶縁距離に余裕
が得られ、装置の小型化が得られるとともに、インバー
タ電源の信頼性が大幅に改善される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるインバータ電源装置
の要部断面図
【図2】同インバータ電源装置の要部平面図
【図3】本発明の他の実施例におけるインバータ電源装
置の要部断面図
【図4】本発明の他の実施例におけるインバータ電源装
置の要部断面図
【図5】本発明の他の実施例におけるインバータ電源装
置の要部断面図
【図6】従来の高周波加熱装置のインバータ電源部の断
面図
【図7】同インバータ電源装置の回路構成を示したブロ
ック図
【符号の説明】
1 電気要素部品 2、25 メインプリント基板 3 インバータ電源 4 マグネトロン 5 冷却ファン 6 ケース 9 羽根車 12 半導体スイッチング素子 13 不連続部(排出口) 14 冷却板 16 吸気口 18 仕切板 19 吸込み口 20 吐出孔 21 昇圧トランス 22 吸気口 23、27 サブプリント基板 24 制御部品 26 導体部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 別荘 大介 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 中林 裕治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 渋谷 誠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 石尾 嘉朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−304168(JP,A) 特開 平2−269451(JP,A) 特開 昭63−186550(JP,A) 特開 平2−13266(JP,A) 実開 昭63−69398(JP,U) 実開 昭62−115772(JP,U) 実開 平4−21155(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/48 H05K 7/20 H05B 6/64 H02K 9/02 H02K 29/00 - 29/14 H05B 6/66

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マグネトロンと、半導体スイッチング素
    子および昇圧トランスなどの電気要素部品をメインプリ
    ント基板上に配したインバータ電源と、遠心型の羽根車
    を有する冷却ファンと、前記冷却ファンの吸気口と吐出
    口を前記冷却ファン外部で流体的に遮断する仕切板と
    を、複数の吸込み孔と排出孔を有するケース内に備え、
    前記冷却ファンの一端面を前記メインプリント基板と
    し、前記羽根車を前記メインプリント基板上部に位置さ
    せ、その周囲に断面一部不連続部を有するスクロール状
    の冷却板を構成し、少なくとも前記冷却板側面の外面ま
    たは内面の一方に前記半導体スイッチング素子を設けた
    インバータ電源装置。
  2. 【請求項2】 冷却ファンの吸気口を有する面に、イン
    バータ電源等を制御する制御部品を配設したサブプリン
    ト基板を設けた請求項1記載のインバータ電源装置。
  3. 【請求項3】 仕切板をインバータ電源等を制御する制
    御部品を配設したサブプリント基板で構成した請求項1
    記載のインバータ電源装置。
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