JP4461931B2 - インバータユニット - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関等により駆動される発電機等からなる電源の出力を一定の周波数の交流電圧に変換するインバータユニットに関するものである。

内燃機関等の原動機により駆動される発電機を電源として一定の周波数（通常は商用周波数）の交流電圧を得る場合に、インバータユニットが用いられる。交流発電機の出力を一定の周波数の交流出力に変換するインバータユニットは、図６に示したように、交流発電機の出力を直流出力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータＣＮＶと、該コンバータの出力を一定の周波数の交流電圧に変換するインバータＩＮＶと、フィルタＦＬとにより構成される。フィルタＦＬは、例えば第１及び第２のコイルＬ1及びＬ2とコンデンサＣ1とからなる低域通過形のフィルタで、インバータＩＮＶの出力から高調波成分を除去するために設けられている。

図７は従来のこの種のインバータユニット４０１の構造の一例を概略的に示したものである。図７において、４０２は矩形状の底壁部４０２ａと、底壁部４０２ａの長手方向に相対する側壁部４０２ｂ，４０２ｃと、底壁部４０２ａの幅方向に相対する側壁部４０２ｄ，４０２ｅとを有する箱形のケースで、ケース４０２内にコンバータＣＮＶ、インバータＩＮＶ及びフィルタＦＬを含むインバータユニットの構成部品が収納されている。

フィルタＦＬの第１及び第２のコイルＬ1及びＬ2はそれぞれ第１の鉄心Ｉ1及び第２の鉄心Ｉ2に取り付けられた第１のボビンＢ1及び第２のボビンＢ2に巻回されている。負荷電流の変化に対してフィルタのカットオフ周波数を安定に保つため、コイルＬ1及びＬ2をそれぞれ巻回する鉄心Ｉ1及びＩ2としては、鋼板の積層体からなっていて直線状に延びる角柱形の鉄心が用いられている。

２つのコイルＬ1及びＬ2は、ケース４０２の一端の側壁部４０２ｂに近接した位置に、それぞれの中心軸線を一致させた状態で並べて配置され、第１のコイルＬ1の鉄心Ｉ1の端部Ｉ1b及び第２のコイルＬ2の鉄心Ｉ2の端部（図示せず。）がそれぞれケース４０２の幅方向に相対する側壁部４０２ｄ及び４０２ｅに近接して配置されている。コンデンサＣ1とコンバータＣＮＶ及びインバータＩＮＶの構成部品はプリント基板４０３に取り付けられ、該プリント基板４０３は、コイルＬ1及びＬ2の側方に配置されている。

コイルＬ1及びＬ2をケース４０２の中央寄りに配置することも考えられるが、コイルをケースの中央寄りに配置すると、プリント基板４０３を２つに分割することが必要になるため、構造が複雑になる上に、フィルタからの出力線の引き出しが煩雑になり、組立に要する工数が多くなってコストが高くなる。

これに対し、図示のようにコイルＬ1及びＬ2をケース４０２の端部に配置すると、プリント基板４０３を分割する必要がないため、構造を簡単にすることができる。またコイルＬ1及びＬ2をケース４０２の端部に配置すると、フィルタＦＬから外部への出力線の引き出しを容易にすることができる。

この種のユニットでは、コンバータ及びインバータからの放熱を良好にするために、ケース４０２にヒートシンクとしての機能を持たせることが多い。またインバータユニットの重量が重くなるのを防ぐため、ケース４０２として、できだけ質量が小さいものを用いることが望ましい。そのため、通常ケース４０２は、熱伝導率が高く、しかも軽量なアルミニウムにより構成される。

図示してないが、ユニットに防水性と耐震性とを持たせるためにケース４０２内に樹脂が注入され、該樹脂によりユニットの構成部品の少なくとも一部がモールドされる。この種のインバータユニットは例えば特許文献１に示されている。

図７に示したインバータユニットは、交流発電機を電源として用いることが想定されているため、発電機の交流出力を直流出力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータＣＮＶを備えているが、蓄電池や太陽電池などの直流電源の出力を一定周波数の交流出力に変換する場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータが省略される。
特開平１１−１２２９３２号公報

図７に示したように、アルミニウムからなるケース４０２の端部にコイルＬ1及びＬ2を配置して、コイルＬ1及びＬ2をそれぞれ巻回した鉄心Ｉ1及びＩ2の端部をケース４０２の側壁部４０２ｄ及び４０２ｅの内面に近接させて配置すると、鉄心Ｉ1及びＩ2の端部から出入りする磁束がケースの側壁部４０２ｄ及び４０２ｅを貫通して流れる。ケースの側壁部４０２ｄ，４０２ｅを貫通して交流磁束が流れると、側壁部４０２ｄ，４０２ｅに渦電流が流れ、この渦電流により生じる磁束が鉄心Ｉ1及びＩ2を通して流れる交流磁束の変化を妨げるため、鉄心Ｉ1及びＩ2の磁気抵抗が大きくなり、コイルＬ1及びＬ2のインダクタンスが減少する。

従って、この種のインバータユニットでは、コイルＬ1及びＬ2のインダクタンスの減少分を見込んで、両コイルに必要以上に大きなインダクタンスを持たせておかなければならなかった。そのため、コイルＬ1及びＬ2が大形になり、コストが高くなるのを避けられなかった。コイルＬ1及びＬ2のインダクタンスの減少を防ぐために、鉄心Ｉ1及びＩ2の端部とケース４０２の側壁４０２ｄ及び４０２ｅの内面との間の距離を大きくすることも考えられるが、このようにした場合には、ケース４０２が大形になるため、ユニットが大形になるのを避けられない。

従って本発明の目的は、フィルタを構成するコイルとして従来用いられていたものよりも小形のものを用いて、小形軽量化を図ることができるようにしたインバータユニットを提供することにある。

本発明は、少なくともインバータと該インバータの出力から高調波成分を除去するフィルタとを構成部品として備えて、該構成部品が底壁部と側壁部とを有するアルミニウム製の箱形ケース内に収容されたインバータユニットに適用される。フィルタは直線状に延びる鉄心に巻回されてケースの一端に寄った位置に配置されたコイルを有していて、該コイルが巻かれた鉄心の端部がケースの側壁部の内面に近接して配置される。

本発明においては、ケースの側壁部に近接して配置された鉄心の端部から出入りする磁束をケースの側壁部の内面に沿う方向に指向させるように案内する磁束案内部が鉄心の端部に設けられている。

上記のように構成すると、鉄心の端部に近接したケースの側壁部を貫通する磁束を減少させて、ケースの側壁部に渦電流が流れるのを抑制することができる。そのため、ケースの側壁部に流れる渦電流により鉄心の磁気抵抗が大きくなるのを防いで、コイルのインダクタンスが減少するのを抑制することができる。従って、フィルタのコイルとして従来用いられていたものよりも小形のものを用いることができ、インバータユニットの小形軽量化を図ることができる。

上記磁束案内部は、鉄心の端面よりも面積が大きい板面を有して鉄心の端部とケースの側壁部の内面との間に配置された強磁性材料の板により構成することができる。

上記磁束案内部はまた、ケースの側壁部の内面に近接して配置された鉄心の端部からケースの側壁部の内面に沿って突出してケースの底壁部と反対側に延びる突出部により構成することもできる。

以上のように、本発明によれば、コイルの鉄心の端部から出入りする磁束をケースの側壁部の内面に沿う方向に指向させるように案内する磁束案内部を鉄心の端部に設けたことにより、鉄心の端部に近接したケースの側壁部を貫通する磁束を減少させて、ケースの側壁部に渦電流が流れるのを抑制することができるため、ケースの側壁部に流れる渦電流により鉄心の磁気抵抗が大きくなるのを防いで、コイルのインダクタンスが減少するのを抑制することができる。従って、本発明によれば、フィルタのコイルとして従来用いられていたものよりも小形のものを用いることができ、インバータユニットの小形軽量化を図ることができるという利点が得られる。

図１ないし図３は、本発明に係わるインバータユニット１の第１の実施形態の構成を示したものである。インバータユニット１は、図６に示されたものと同様に、ＡＣ／ＤＣコンバータＣＮＶと、インバータＩＮＶと、フィルタＦＬとを有しており、フィルタＦＬは、第１のコイルＬ1及び第２のコイルＬ2とコンデンサＣ1とにより構成されている。

図１において、符号２はアルミニウムにより形成された箱形のケースを示している。ケース２は、矩形板状の底壁部２ａと、底壁部２ａの長手方向に相対する側壁部２ｂ，２ｃと、底壁部２ａの幅方向に相対する側壁部２ｄ，２ｅとを有しており、ケース２内にコンバータＣＮＶ、インバータＩＮＶ及びフィルタＦＬを含むインバータユニットの構成部品が収納されている。

フィルタＦＬの第１及び第２のコイルＬ1及びＬ2はそれぞれ第１の鉄心Ｉ1及び第２の鉄心Ｉ2に取り付けられた第１のボビンＢ1及び第２のボビンＢ2に巻回されている。鉄心Ｉ1及びＩ2は、直線状に延びる角柱形の鉄心で、これらの鉄心は、鋼板を所定枚数積層することにより構成されている。

第１のコイルＬ1及び第２のコイルＬ2は、ケース２の長手方向の一端側の側壁部２ｂに近接した位置に、それぞれの軸線を一致させてケース２の幅方向に向けた状態で、かつ第１の鉄心Ｉ1の一端Ｉ1a及び第２の鉄心Ｉ2の一端Ｉ2aどうしを隣接させた状態で並べて配置されている。第１及び第２の鉄心Ｉ1及びＩ2のそれぞれの他端Ｉ1b及びＩ2bは、ケースの幅方向に相対する１対の側壁部２ｄ及び２ｅの内面に近接した状態で配置されている。

コンデンサＣ1と、コンバータＣＮＶ及びインバータＩＮＶの構成部品とはプリント基板３に取り付けられ、該プリント基板３は、コイルＬ1及びＬ2とケース２の長手方向の他端側の側壁部２ｃとの間のスペースに配置されている。

本実施形態においては、第１の鉄心Ｉ1の他端Ｉ1bと該第１の鉄心の他端Ｉ1bが対向するケースの側壁部２ｄとの間、及び第２の鉄心Ｉ2の他端Ｉdbと該第２の鉄心の他端Ｉ1bが対向するケースの側壁部２ｅとの間にそれぞれ第１の板５及び６が配置され、これらの板５及び６により、第１の鉄心の他端Ｉ1b及び第２の鉄心の他端Ｉ2bから出入りする磁束φをケースの側壁部２ｄ，２ｅの内面に沿う方向に指向させるように案内する磁束案内部が構成されている。第１の板５及び第２の板６は鉄等の強磁性材料により形成されている。

第１の板５は、第１の鉄心Ｉ1の他端Ｉ1bと該他端Ｉ1bが対向するケースの側壁部２ｄとの間に介在する部分と、第１の鉄心Ｉ1の他端の端面の外縁部を越えて延びる部分とを有するように形成される。同様に、第２の板６は、第２の鉄心Ｉ2の他端Ｉ2bと該他端Ｉ2bが対向するケースの側壁部２ｅとの間に介在する部分と、第２の鉄心Ｉ2の他端の端面の外縁部を越えて延びる部分とを有するように形成される。
図示の例では、第１の板５及び第２の板６が第１の鉄心Ｉ1及び第２の鉄心Ｉ2の端面よりも面積が大きい板面を有する矩形状の板からなっていて、これらの板がそれぞれ第１の鉄心Ｉ1の他端Ｉ1bとケースの側壁部２ｄとの間及び第２の鉄心Ｉ2の他端Ｉ2bとケースの側壁部２ｅとの間に挟み込まれた状態で配置されている。

上記のように、第１の鉄心Ｉ1の端部Ｉ1bと該端部Ｉ1bが対向するケースの側壁部２ｄとの間、及び第２の鉄心Ｉ2の端部Ｉ2bと該端部Ｉ2bが対向するケースの側壁部２ｅとの間にそれぞれ、第１の鉄心の端面及び第２の鉄心の端面よりも面積が大きい板面を有する強磁性材料からなる第１の板５及び第２の板６を配置して、これらの板により、鉄心Ｉ1及びＩ2の端部から出入りする磁束φをケースの側壁部２ｄ及び２ｅの内面に沿う方向に指向させるように案内する磁束案内部を形成すると、ケース２の壁部を貫通しない磁路を磁束φが通り易くすることができるため、ケースの壁部を貫通する磁束の量を少なくすることができる。従って、ケースに生じる渦電流を減少させて、ケースに生じる渦電流により鉄心Ｉ1及びＩ2の磁気抵抗が大きく増大するのを防ぐことができ、鉄心の磁気抵抗の増大によりコイルのインダクタンスが減少するのを抑制することができる。

上記のように、本発明によれば、ケースに流れる渦電流の影響を受けてコイルのインダクタンスが大きく減少するのを防ぐことができるため、コイルのインダクタンスの減少を見込んで必要以上に大形のコイルを用意する必要がなくなり、従来よりも小形のコイルを用いて、ユニットの小形化を図ることができる。

図４及び図５は、本発明の第２の実施形態を示したもので、この実施形態では、ケース２の幅方向に相対する１対の側壁部２ｄ及び２ｄにそれぞれ対向する第１及び第２の鉄心Ｉ1及びＩ2の端部Ｉ1b及びＩ2bに、側壁部２ｄ及び２ｅの内面に沿って、ケースの底壁部２ａと反対側に突出して延びる突出部１１及び１２が設けられ、これらの突出部により、コイルの鉄心の端部から出入りする磁束をケースの側壁部の内面に沿う方向に指向させるように案内する磁束案内部が形成されている。

図示の例では、鉄心Ｉ1及びＩ2をそれぞれ構成する鋼板の端部に、それぞれの鋼板の長手方向に対して直角な方向に折れ曲がった折り曲げ部を形成することにより（鋼板の端部にＬ字形の形状を持たせることにより）、鉄心Ｉ1及びＩ2の端部Ｉ1b及びＩ2bに、側壁部２ｄ及び２ｅの内面に沿ってケースの底壁部２ａと反対側に延びる突出部１１及び１２を形成している。

また図１ないし図３に示した実施例では、２つのコイルＬ1及びＬ2をそれぞれ巻回したボビンＢ1及びＢ2の隣接する端部間に隙間が形成されているが、図４及び図５に示した実施例では、コイルＬ1及びＬ2をそれぞれ巻回したボビンＢ1及びＢ2の隣接する端部どうしが隙間なく突き合されている。図４及び図５に示した実施例のその他の点は、図１ないし図３に示した実施例と同様に構成されている。

図４及び図５に示したように、鉄心Ｉ1及びＩ2の端部Ｉ1b及びＩ2bに、それぞれの端部が対向するケースの側壁部２ｄ及び２ｅの内面に沿ってケースの底壁部２ａと反対側に突出して延びる突出部１１及び１２を形成しておくと、図５に示したように、ケース２の壁部を貫通しない磁路を磁束φが通り易くすることができるため、ケースの壁部を貫通する磁束の量を少なくすることができる。従って、ケース２に生じる渦電流を減少させて、鉄心Ｉ1及びＩ2の磁気抵抗が増大するのを防ぐことができ、コイルのインダクタンスが減少するのを抑制することができる。

また図４及び図５に示したように、鉄心の端部にケースの底壁部２ａと反対側に突出する突出部１１及び１２を設けると、ケースの底壁部２ａ側に流れる磁束の量を少なくすることができるため、ケースの底壁部で生じる渦電流を減少させて、渦電流損を減少させることができ、ケースからの発熱を抑えることができる。

なお、図４及び図５に示した実施例において、鉄心Ｉ1及びＩ2の端部Ｉ1b及びＩ2bからケースの底壁部２ａと反対側に突出する突出部１１及び１２の外に、鉄心Ｉ1及びＩ2の端部Ｉ1b及びＩ2bからケースの底壁部２ａ側に突出する突出部を併せて設けることを妨げないが、鉄心Ｉ1及びＩ2の端部Ｉ1b及びＩ2bからケースの底壁部２ａ側に突出する突出部を設ける場合には、底壁部側に突出する突出部の突出長を底壁部と反対側に突出する突出部の突出長よりも短くして、鉄心Ｉ1及びＩ2の端部Ｉ1b及びＩ2bから底壁部２ａと反対側に突出した突出部を通して磁束を流す磁路の磁気抵抗を、鉄心Ｉ1及びＩ2の端部Ｉ1b及びＩ2bから底壁部２ａ側に突出した突出部を通して磁束を流す磁路の磁気抵抗よりも十分に小さくしておくことが望ましい。

上記の各実施例においては、２つのコイルＬ1及びＬ2をそれぞれ別の鉄心Ｉ1及びＩ2に巻回しているが、コイルＬ1及びＬ2は、共通の鉄心に巻回することもできる。即ち、鉄心Ｉ1及びＩ2を一体化した長い鉄心にコイルＬ1及びＬ2を並べて巻回することもできる。

本発明の第１の実施形態の構成を概略的に示した斜視図である。 図１の要部の平面図である。 図２のIII−III線に沿って断面した断面図である。 本発明の第２の実施形態の要部の構成を示した平面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿って断面して示した断面図である。 インバータユニットの電気的な構成の一例を示した回路図である。 従来のインバータユニットの構成を概略的に示した斜視図である。

符号の説明

ＣＮＶ コンバータ
ＩＮＶ インバータ
Ｃ1 コンデンサ
Ｌ1，Ｌ2 コイル
Ｉ1，Ｉ2 鉄心
１ インバータユニット
２ ケース
２ａ 底壁部
２ｂ〜２ｅ 側壁部
５，６ 強磁性材料からなる板
１１，１２ 突出部

Claims (5)

1. 少なくともインバータと該インバータの出力から高調波成分を除去するフィルタとを構成部品として備えて、該構成部品が底壁部と側壁部とを有するアルミニウム製のケース内に収容され、
   前記フィルタは直線状に延びる鉄心に巻回されて前記ケースの一端に寄った位置に配置されたコイルを有して、該コイルが巻かれた鉄心の端部が前記ケースの側壁部の内面に近接して配置され、
   前記ケースの側壁部に近接して配置された鉄心の端部から出入りする磁束を前記ケースの側壁部の内面に沿う方向に指向させるように案内する磁束案内部が前記鉄心の端部に設けられているインバータユニット。
2. 前記磁束案内部は、前記鉄心の端面よりも面積が大きい板面を有して前記鉄心の端部と前記ケースの側壁部の内面との間に配置された強磁性材料の板からなっている請求項１に記載のインバータユニット。
3. 前記磁束案内部は、前記ケースの側壁部の内面に近接して配置された鉄心の端部から前記ケースの側壁部の内面に沿って突出して前記ケースの底壁部と反対側に延びる突出部からなっている請求項１に記載のインバータユニット。
4. 少なくともインバータと該インバータの出力から高調波成分を除去するフィルタとを構成部品として備えて、該構成部品が底壁部と側壁部とを有する箱形のアルミニウム製ケース内に収容され、
   前記フィルタは、直線状に延びる第１の鉄心及び第２の鉄心にそれぞれ巻回された第１及び第２のコイルを備えていて、前記第１及び第２のコイルがそれぞれの軸線を一致させた状態で、かつ第１及び第２の鉄心の一端どうしを隣接させた状態で並べて配置されて、前記第１及び第２の鉄心のそれぞれの他端が前記ケースの相対する１対の側壁部の一方及び他方の内面に近接した状態で配置され、
   前記第１の鉄心の他端と該第１の鉄心の他端が対向する前記ケースの側壁部との間、及び前記第２の鉄心の他端と該第２の鉄心の他端が対向するケースの側壁部との間にそれぞれ前記第１の鉄心の他端及び第２の鉄心の他端から出入りする磁束を前記ケースの側壁部の内面に沿う方向に指向させるように案内する磁束案内部を構成する強磁性材料からなる第１及び第２の板が配置されているインバータユニット。
5. 少なくともインバータと該インバータの出力から高調波成分を除去するフィルタとを構成部品として備えて、該構成部品が底壁部と側壁部とを有する箱形のアルミニウム製ケース内に収容され、
   前記フィルタは、直線状に延びる第１の鉄心及び第２の鉄心にそれぞれ巻回された第１及び第２のコイルを備えていて、前記第１及び第２のコイルがそれぞれの軸線を一致させた状態で、かつ第１及び第２の鉄心の一端どうしを隣接させた状態で並べて配置されて、前記第１及び第２の鉄心のそれぞれの他端が前記ケースの相対する１対の側壁部の一方及び他方の内面に近接した状態で配置され、
   前記ケースの相対する１対の側壁部の一方及び他方の内面にそれぞれ対向する前記第１及び第２の鉄心の端部に、前記１対の側壁部の一方及び他方の内面に沿って、前記ケースの底壁部と反対側に突出して延びる突出部が設けられているインバータユニット。
   

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