JP5499795B2

JP5499795B2 - Ｅｍｃフィルターユニットおよびインバータ装置の筐体構造

Info

Publication number: JP5499795B2
Application number: JP2010058070A
Authority: JP
Inventors: 信高野
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2030-03-15
Also published as: JP2011192825A

Description

この発明は、ＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility）対策として汎用インバータ装置に搭載するＥＭＣフィルターのユニット構造、およびインバータ装置の筐体構造に関する。

近年、規制が強化されているＥＭＣ対策として、頭記の汎用インバータ装置には、インバータから発生するノイズを低減させるノイズフィルターを搭載したフィルター内蔵型の製品が普及しており、そのノイズフィルターとしてインバータ装置内部の電源ラインにフェライトコアを介挿したものが広く採用されている（例えば、特許文献１参照）。

次に、フェライトコアを用いたノイズフィルターの従来における基本なユニット構造、および該ノイズフィルターを内蔵した汎用インバータ装置を図８，図９に示す。まず、図８において、１はリングコア形のフェライトコア、２はフェライトコア１に数ターン巻回したケーブルであり、三相電源ラインのＲ，Ｓ，Ｔ各相に対応するケーブル２Ｒ，２Ｓ，２Ｔはコモンモードコイルとしてフェライトコア１に複数ターン巻回してフィルターユニット３を構成している。なお、２ａはケーブル２の接続端子である。

上記のフィルターユニット３は、図９で示すようにインバータ装置の筐体４の内部に組み込まれている。すなわち、インバータ装置の筐体４は中仕切隔壁４ａを境に筐体の前面側と後面側に室４ｂ，４ｃが仕切られており、前面側の室４ｂにはパワースイッチング素子（ＩＢＧＴ素子）５，およびその制御回路のプリント配線基板，端子台（不図示）等の回路部品を搭載配備し、後面側の室４ｃには前記パワースイッチング素子５のヒートシンク（放熱フィン），発熱部品である電解コンデンサ，および冷却ファン（いずれも不図示）を配備して冷却風を導風するようにした構造になる(例えば、特許文献２参照)。そして、前記のフィルターユニット３はパワースイッチング素子５の側方に並置して前記中仕切隔壁４ａに固定支持した上で、そのケーブル２の接続端子２ａを入力側の電源ラインに介挿接続している。

なお、フェライトコアを用いた前記ノイズフィルター（コモンモード）の機能，動作原理は周知でその詳細な説明は省略するが、ケーブルに流れる高周波ノイズ電流により発生する磁界をフェライトコアが集束し、その高周波損失により熱に変えてノイズを減衰させる。

特開２００８−１７８２１８号公報特開２００８−１５４３３１号公報（図３、図４）

ところで、ＥＭＣフィルターとしてインバータ装置に搭載する先記フィルターユニットのフェライトコアは、そのインピーダンス特性，高周波特性をノイズ電流の大きさ，周波数、およびインバータのキャリア周波数などに対応して適正なものに選定する必要があり、実際には定格の異なる各種インバータ装置の機種ごとに選定したＥＭＣフィルターを実装して検証を行い、そのノイズ低減効果の評価を確認して決定するようにしている。例えば発生するノイズ電流量が大きい場合には、フェライトコアの磁気飽和を避けるために図８に示したリングコア形のフェライトコア１の数を増やして同軸上に複数個並べ、このフェライトコアにケーブル２を一括巻回してフィルターユニット３を構成するなどの選択変更が必要となる。

この場合に、図８，図９のように１個のフェライトコア１にＲ，Ｓ，Ｔ各相のケーブル２を数ターン巻き付けるには、フェライトコア１を筐体４の隔壁４ａに固定支持したままでも比較的簡単な手作業で対応できる。しかしながら、フェライトコア１を複数個並べてケーブル２を各フェライトコアに通して巻き付ける場合は、筐体内部のスペース制約もあってケーブル２の巻回作業が困難であり、またこの作業をインバータ装置の筐体４に組み込む以前の段階で行うにしても、各個のフェライトコア１がバラバラの状態ではケーブル２の巻き付け作業、および筐体４への組み付け作業がやり難くなる。

そのほか、フェライトコアは使用条件によっては発熱量が大きくなり、図９のようにフィルターユニット３を他の回路部品と並置して筐体４の内部にそのまま組み付けた構成では、フェライトコアの発熱によりコア温度が上昇してそのインピーダンス特性が変化するほか、発熱量が大きくなるとコアに巻き付けたケーブル２，および周辺に配置したパワースイッチング素子５，制御回路のプリント配線板などにも影響が及ぶおそれがある。

この発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は、ＥＭＣフィルターユニットをインバータ装置の筐体内部に組み付けた状態で、該筐体の風洞室に導風する冷却風を利用してフェライトコアの発熱を効果的に除熱できるようにしたインバータ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明のインバータ装置は、筐体と、該筐体には中仕切隔壁を挟んでその前面，後面側にパワースイッチング素子を含む各種回路部品を収容する回路室，およびパワースイッチング素子のヒートシンクに冷却風を導風する風洞室が画成されているインバータ装置において、複数のリングコア形フェライトコアを同軸上に並べてユニットケースに収容し、この状態で前記フェライトコアに各相のケーブルを一括して複数ターン巻回した構成になり、前記ユニットケースは断面形状が半円形の樋状容器で、かつその内周面側に前記フェライトコアを個別に嵌入保持する複数のコア収容溝部を同軸上に並べて画成したＥＭＣフィルターユニットと、前記ＥＭＣフィルターユニットの搭載位置に合わせて前記中仕切隔壁に、回路室側から裏面の風洞室側に膨出して冷却風の導風路に開放した凹部を形成した上で、該凹部にＥＭＣフィルターユニットのフェライトコアを嵌入する。

また、具体的に次記のよう態様で構成することができる。
（１）前記コア収容溝部の両端にフェライトコアを収容位置に係止保持するスナップフィットファスナーを設ける。（２）前記ユニットケースの周壁面にコア収容溝部と個々に対応する放熱窓を開口する。（３）前記ユニットケースの外周面側にはその軸方向に沿って延在する複数条のケーブルガイド溝を周方向に分散して刻設形成し、該ケーブルガイド溝に沿ってケーブルを相別に巻き付ける。（４）前項（３）において、前記ケーブルガイド溝の側壁に各相のケーブルを巻付け位置に保持するケーブル押え突起を設ける。

上記の構成によれば、次記の効果を奏する。
ＥＭＣユニットを搭載するインバータ装置について、フィルターユニットの搭載位置に合わせて、筐体の中仕切用隔壁の壁面に電子部品収容室側から裏面の風洞室側に膨出して導風路に開放した凹部を形成した上で、該凹部にＥＭＣフィルターユニットのフェライトコアを嵌入したことにより、風洞室に導風する冷却風でフェライトコアを冷却し、コアの発熱を効果的に除熱してインピーダンス特性の安定化が図れる。

また、複数個のフェライトコア（リングコア）を同軸上に並べてユニットケースに収容保持した状態で、フェライトコアに各相のケーブルを通して巻き付けることにより、フェライトコアへのケーブル巻き付け作業を楽に行うことができる。また、ユニットケースに収容するフェライトコアの個数を必要に応じて選択変更することも可能である。

さらに、（１）コア収容溝部の開口端にフェライトコアを収容位置に係止保持するスナップフィットファスナーを設けたことで、フェライトコアをワンタッチ操作でユニットケースに収容して所定位置に係止保持できる。（２）ユニットケースの周壁面にコア収容溝部と個々に対応する放熱窓を開口したことで、該放熱窓を通じてフェライトコアの発生熱をケース外方に熱放散させることができる。（３）ユニットケースの外周面側にはその軸方向に沿って延在する複数条のケーブルガイド溝を周方向に分散して刻設形成し、該ケーブルガイド溝に沿ってケーブルを相別に巻き付けるようにしたことで、ケーブルの巻き付け作業が簡便となり、またこのケーブルガイド溝の側壁に各相のケーブルを巻付け位置に保持するケーブル押え突起を設けたことで、ケーブルを巻付け位置に安定保持できる。

この発明によるＥＭＣフィルターユニットの組立構造を表す図であって、（ａ）は組立状態の外形斜視図、（ｂ）は（ａ）のユニットケースにフェライトコアを収容保持した組立段階での外形斜視図である。図１におけるユニットケースの詳細構造図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれユニットケースを内周側，外周側から見た外形斜視図である。図２のユニットケースにフェライトコアを収容する手順の説明図である。図２に示したユニットケースの構造一部を変更した応用実施例のＥＭＣフィルターユニットの組立構造を表す外形斜視図である。図１（ａ）のＥＭＣフィルターユニットを搭載するインバータ装置の筐体を回路室側から見た外形斜視図である。図５の筐体にＥＭＣフィルターユニットを組み付けた状態を表す外形斜視図である。図６のインバータ装置を風洞室側から見た外形斜視図である。１個のフェライトコアで構成したＥＭＣフィルターユニットの組立構造を表す外形斜視図である。図８のＥＭＣフィルターユニットを搭載したインバータ装置の外形斜視図である。

以下、この発明の実施の形態を図１〜図７に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図８，図９に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
まず、この発明によるＥＭＣフィルターユニットの組立構造を図１（ａ），（ｂ）に示す。図において、６はこの発明により新たに追加したユニットケースであり、このユニットケース６にリングコア形になる複数個（図示例では３個）のフェライトコア１を同軸上に並べて収容保持した状態（図１（ｂ）参照）で、各個のフェライトコア１に三相の各相に対応するケーブル２Ｒ，２Ｓ，２Ｔを数ターン巻き付けてフィルターユニット３を構成している。

ここで、前記ユニットケース６についての詳細構造を図２（ａ），（ｂ）に示す。すなわち、ユニットケース６は図示のように断面形状が半円形になるモールド樹脂製の樋形容器であり、その内周面側にはフェライトコア１を１個ずつ嵌入保持する複数のコア収容溝部６ａが仕切壁６ｂを介して同軸上に画成されており、さらに各コア収容溝部６ａの周方向の両端にはフェライトコア１を収容位置に係止保持する角状のスナップフィットファスナー（係合爪片）６ｃが溝部の内周側に向けて一体に形成されている。また、各コア収容溝部６ａに対応してユニットケース６の周壁面には放熱窓（角穴）６ｄが開口している。一方、ユニットケース６の外周面側には、その軸方向に沿って延在する複数条（図示例では３条）のケーブルガイド溝６ｅが周方向に分散して刻設形成されている。なお、６ｆはユニットケース６の取付フランジ、６ｇは締結ねじの通し穴である。

次に、前記構成になるＥＭＣフィルターユニット３の組立手順について説明する。まず、図３で表すようにユニットケース６の内周面側に画成したコア収容溝部６ａにフェライトコア１を１個ずつ押し込んで図１（ｂ）の組立状態に保持する。この組立状態では各個のフェライトコア１が同軸上に整列してリングコアの上半分がユニットケース６から突き出している。また、コア収容溝部６ａの両端に設けたスナップフィットファスナー６ｃがフェライトコア１の周面に当接してその撓み弾性力によりコアを収容位置に係止保持する。続いて各相のケーブル２Ｒ，２Ｓ，２Ｔを同軸上に整列した各フェライトコア１の穴に通し、各相別にユニットケース６の外周面側に形成したケーブルガイド溝６ｅに沿って各相のケーブル２Ｒ，２Ｓ，２Ｔを数ターン巻き付け、これで図１（ａ）に示したフィルターユニット３が完成する。

この組立構造によれば、複数個のフェライトコア１を使ってフィルターユニット３を組立てる工程で、あらかじめ各個のフェライトコア１をユニットケース６に保持しておくことにより、Ｒ，Ｓ，Ｔ各相のケーブル２Ｒ，２Ｓ，２Ｔの巻き付け作業を簡単，かつ適正に行うことができる。また、ユニットケース６に形成したコア収容溝６ａの条数に応じてフェライトコア１の選択数を変更することも可能である。

なお、コアに巻き付けたケーブル２Ｒ，２Ｓ，２Ｔがユニットケース６のケーブルガイド溝６ｅから抜け出すのを防ぐために、図４に示す実施例では、ケーブルガイド溝６ｅの側壁頂部からガイド溝内に向けて突き出すようにケーブル押え突起６ｈが一体に形成されており、これにより各相のケーブル２Ｒ，２Ｓ，２Ｔを溝内に押さえ込むことができる。

次に、前記構成のＥＭＣフィルターユニット３を搭載するインバータ装置の筐体構造、および該筐体へのフィルターユニット３の組み付け手順を図５〜図７を参照して説明する。すなわち、図示実施例のインバータ装置，およびその筐体４は図９に示した従来構造と基本的に同様であるが、図５の実施例では筐体４の中仕切隔壁４ａの壁面に、筐体前面側の回路室４ｂから背面側の風洞室４ｃに向けてアーチ状に膨出するフィルターユニット収容用の凹部４ｄがＥＭＣフィルターユニット３の取付位置に合わせて形成されており、この凹部４ｄは図７で示すように凹部周面が風洞室４ｃの導風路４ｅに開放されている。

そして、この筐体４に図１（ａ）に示したＥＭＣフィルターユニット３を組み付けるには、図５のようにユニットケース６から下半部が突き出たフェライトコア１のリングコアを筐体４の回路室４ｂに向けて筐体前方から前記中仕切隔壁４ａに形成した凹部４ｄにフィルターユニット６に保持したフェライトコア１を挿入し、ユニットケース６の取付フランジ６ｆ（図２参照）を締結ネジ９により隔壁４ａに固定する。ここで、図６，図７は筐体４にＥＭＣフィルターユニット３を組み付けた状態を表し、図７で示すうようにフィルターユニット３のユニットケース６に保持したフェライトコア１の周面が凹部４ｂの開放面を通じて導風路４ｅに露呈している。なお、図７において、７はパワースイッチング素子５（図６参照）に伝熱結合して風洞室４ｃに配置したヒートシンク（放熱フィン）、８は冷却ファンである。

上記の構成でインバータ装置の実運転時には、冷却ファン８を通じて筐体４の風洞室４ｃに押込み導風した冷却風の一部がＥＭＣフィルターユニット３のフェライトコア１を収容した凹部４ｄの周域に通風してフェライトコア１の発生熱を除熱する。これにより、通電に伴うフェライトコア１の過度な温度上昇を抑えてそのインピーダンス特性の安定化を図るとともに、フェライトコア１に巻回したケーブル２，およびフィルターユニット３の周辺に並ぶ他の回路部品にコア発熱の影響が波及するのを回避できる。

１：フェライトコア
２：ケーブル
３：ＥＭＣフィルターユニット
４：インバータ装置の筐体
４ａ：中仕切隔壁
４ｂ：回路室
４ｃ：風洞室
４ｄ：凹部
４ｅ：導風路
５：パワースイッチング素子
６：フィルターユニットのユニットケース
６ａ：コア収容溝部
６ｃ：スナップフィットファスナー
６ｄ：放熱窓
６ｅ：ケーブルガイド溝
６ｈ：ケーブル押え突起
７：ヒートシンク
８：冷却ファン

Claims

筐体と、該筐体には中仕切隔壁を挟んでその前面，後面側にパワースイッチング素子を含む各種回路部品を収容する回路室，およびパワースイッチング素子のヒートシンクに冷却風を導風する風洞室が画成されているインバータ装置において、
複数のリングコア形フェライトコアを同軸上に並べてユニットケースに収容し、この状態で前記フェライトコアに各相のケーブルを一括して複数ターン巻回した構成になり、前記ユニットケースは断面形状が半円形の樋状容器で、かつその内周面側に前記フェライトコアを個別に嵌入保持する複数のコア収容溝部を同軸上に並べて画成したＥＭＣフィルターユニットと、
前記ＥＭＣフィルターユニットの搭載位置に合わせて前記中仕切隔壁に、回路室側から裏面の風洞室側に膨出して冷却風の導風路に開放した凹部を形成した上で、該凹部にＥＭＣフィルターユニットのフェライトコアを嵌入したことを特徴とするインバータ装置。
請求項１に記載のインバータ装置において、前記コア収容溝部の両端にフェライトコアを収容位置に係止保持するスナップフィットファスナーを設けたことを特徴とするインバータ装置。
請求項１または２に記載のインバータ装置において、前記ユニットケースの周壁面にコア収容溝部と個々に対応する放熱窓を開口したことを特徴とするインバータ装置。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のインバータ装置において、前記ユニットケースの外周面側にはその軸方向に沿って延在する複数条のケーブルガイド溝を周方向に分散して刻設形成し、該ケーブルガイド溝に沿ってケーブルを相別に巻き付けたことを特徴とするインバータ装置。
請求項４に記載のインバータ装置において、前記ケーブルガイド溝の側壁に各相のケーブルを巻付け位置に保持するケーブル押え突起を設けたことを特徴とするインバータ装置。