JP6380538B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば昇降機や空調機等の制御において用いられる電力変換装置に関するものである。

従来、例えば昇降機や空調機等の制御において用いられる電力変換装置として、例えば特許文献１に提案されたものが知られている。

この特許文献１に提案されている電力変換装置は、ヒートシンクを構成する第１のケースにおいて基板取付面の周域に分散するよう複数の支持台座が立設されている。また、第１のケースに積層されて装置本体を構成する筒状の第２のケースの内周面に内方に突出する態様で複数の押え片が形成されている。そして、第１のケースに第２のケースを積層するように配置することで、上記装置本体の内部に形成される収納空間に種々の回路が実装された基板を支持台座と押え片とで挟み込むようにして収納している。

特開２０１２−１６４８４３号公報

ところで、電力変換装置においては、小型化等の要請により、複数の基板が互いに離隔した状態で積層して収納空間に収納されるのが一般的である。そのため、上述した特許文献１に提案されている電力変換装置のように、第１のケースに立設された支持台座と、第２のケースに形成された押え片とで各基板を支持するようにすると次のような問題があった。

すなわち、複数の基板のうち、第１のケースの基板取付面との間に少なくとも１つの基板（以下、第１基板ともいう）が配置されている基板（以下、第２基板ともいう）を支持台座と押え片とで挟み込むように支持する場合、第２基板を支持するための支持台座は、第１基板が配置される領域を通過することとなる。そのため、第１基板には、第２基板を支持するための支持台座が通過するための切欠を形成する必要があり、結果的に、第１基板における部品や回路パターンの実装面積を低減させてしまう虞れがあった。この問題は、第１基板の数が多いほど、第１のケースに近接する基板ほど切欠面積が大きくなり、より顕著となる。

また、第１基板に取り付けたスペーサを介して第２基板を固定する場合にも、上記と同様、第１基板に実装される部品や回路パターンは第２の基板を固定するためのスペーサを避けなければならず、結果的に、第１基板における部品や回路パターンの実装面積を減少させてしまう虞れがあった。

さらに、第１基板と第２基板とを金属製のスペーサで固定する場合には、絶縁距離の制約を受けるという問題もあった。

本発明は、上記実情に鑑みて、基板の実装面積の低減を抑制することができる電力変換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置は、ヒートシンクを構成するケースと、前記ケースとともに装置本体を構成し、かつ内部に形成された収納空間に複数の基板を互いに離隔した状態で積層して収納するカバーとを備えた電力変換装置に関するものである。前記収納空間を臨む態様で前記ケースに直接、あるいは間接的に配設され、かつ基板の縁端部を載置させる保持部を有するガイドを備えている。このガイドは、前記ケースとの間に少なくとも１つの基板が配置されている対象基板の縁端部の一部を前記保持部に載置させて該対象基板の少なくとも一部を保持することを特徴とする。

また本発明は、上記電力変換装置において、前記基板のうち前記ケースに最も近接するケース側基板は、実装されたパワー半導体モジュールが該ケースに熱的に接続されるよう締結されて固定されるものである。前記ガイドは、前記ケース側基板が前記ケースから離隔するよう変位することを規制する規制部を有することを特徴とする。

また本発明は、上記電力変換装置において、前記ガイドは、前記保持部が保持する前記対象基板の縁端部に形成された突部の進入を許容する位置決め用孔を有することを特徴とする。

また本発明は、上記電力変換装置において、前記ガイドは、前記カバーに形成された規制突部を進入させることにより、前記保持部が保持する前記対象基板が前記ケースから離隔するよう変位することを前記規制突部が規制することを許容する規制溝部を有することを特徴とする。

また本発明は、上記電力変換装置において、前記ガイドは、前記対象基板の互いに対向する関係にある一対の縁端部の一部を前記保持部に載置させて該対象基板を保持することを特徴とする。

本発明では、収納空間を臨む態様でケースに直接、あるいは間接的に配設され、かつ基板の縁端部を載置させる保持部を有するガイドを備えている。このガイドがケースとの間に少なくとも１つの基板が配置されている対象基板の縁端部の一部を保持部に載置させて該対象基板の少なくとも一部を保持する。これにより、対象基板よりもケース側に配置される基板における少なくともガイドの保持部が保持する対象基板の部分に対応する個所には、該対象基板を保持するための支持台座やボス等を回避するための切欠を設ける必要がない。よって、本発明によれば、基板の実装面積の低減を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態である電力変換装置の一部の構成要素を省略して内部構造を示す正面図である。 図２は、本発明の実施の形態である電力変換装置の要部の縦断面図である。 図３は、本発明の実施の形態である電力変換装置の要部の取付状態を示すための斜視図である。 図４は、ガイドの斜視図である。 図５は、ガイドの斜視図である。 図６は、本発明の実施の形態である電力変換装置の要部の縦断面図であり、図２とは異なる部分の断面図である。 図７は、本発明の実施の形態である電力変換装置の要部の縦断面図であり、図２及び図６とは異なる部分の断面図である。 図８は、本発明の実施の形態である電力変換装置の要部の縦断面図であり、図２、図６及び図７とは異なる部分の断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る電力変換装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１及び図２は、それぞれ本発明の実施の形態である電力変換装置を示すものであり、図１は、一部の構成要素を省略して内部構造を示す正面図であり、図２は、縦断面図である。ここで例示する電力変換装置は、例えば昇降機や空調機等を駆動する電動機の制御に用いられるものであり、筐体である装置本体１を備えている。尚、以下の説明においては便宜上、装置本体１を横に置いた状態（図３参照）で前方、後方、左方、右方としているが、ここで例示する電力変換装置は装置本体１の後方を上側にして盤面等に据え付けられている。

装置本体１は、ケース１０とカバー２０とを有している。ケース１０は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等の良好な熱伝導性を有する材料を押出成型にて形成されるものでヒートシンクを構成するものである。このケース１０は、フィンユニット１１及びファン１２を有している。

フィンユニット１１は、ベース１１ａと複数のフィン１１ｂとを備えて構成され、アルミ押出成形あるいはベース１１ａに複数のフィン１１ｂをかしめたかしめフィンにより形成されている。ベース１１ａは、略平板状の形態を成している。このベース１１ａの中央領域には、複数の締結孔１１１（図３参照）が形成されている。また、このベース１１ａの中央領域には、伝熱性に優れたサーマルグリスが塗布されている。

複数のフィン１１ｂは、それぞれ薄板状の形態を成している。これらフィン１１ｂは、ベース１１ａの下面において個々が前後方向に沿って延在する態様で左右方向に並ぶよう起立姿勢にて配設されている。

ファン１２は、フィンユニット１１よりも前方側に配設されている。このファン１２は、駆動することにより、ケース１０の前方側に形成された開口１３を介して外気をケース１０の内部に導入し、フィンユニット１１のフィン１１ｂ間を通過させた後に、ケース１０の後方側に形成された開口（図示せず）を通じて外部に排出するためのものである。

カバー２０は、例えばプラスチック等の樹脂材から形成されるものであり、ケース１０に取り付けられることにより内部に複数の基板４０が収納される収納空間２を画成するものである。このカバー２０は、ボトムカバー２０ａとトップカバー２０ｂとを備えている。

ボトムカバー２０ａは、図３に示すように、底部２１がケース１０の上面を覆うように固定用ビス５０にてケース１０に取り付けられている。より詳細には、ボトムカバー２０ａは、例えばＯリングやパッキン等の図示せぬ水密材を適宜介在させた状態で底部２１がケース１０の上面を覆うように固定用ビス５０にてケース１０に取り付けられている。このボトムカバー２０ａは、ケース１０から収納空間２に水が侵入することを規制するものである。

このボトムカバー２０ａにおける底部２１には、取付開口２２及び壁部２３が設けられている。取付開口２２は、略矩形状の形態を成しており、フィンユニット１１のベース１１ａに対応する個所に形成されている。この取付開口２２は、ベース１１ａの中央領域を露出させるものである。

壁部２３は、底部２１の縁端部において該底部２１を囲繞するよう上方に向けて延在するものである。これら壁部２３は、底部２１の高さレベルによって上下方向の延在長さは異なるが、それぞれの上端部が同一平面上に位置するよう形成されている。このような壁部２３のうち互いに対向する一対の左壁部２３ａ及び右壁部２３ｂには、連結突起２４及び取付孔２５が形成されている。

連結突起２４は、左壁部２３ａ及び右壁部２３ｂに前後２個所ずつあり、左壁部２３ａ及び右壁部２３ｂの上端縁部の近傍において外方に突出するよう形成されている。これら連結突起２４は、ボトムカバー２０ａにトップカバー２０ｂを連結させるためのものである。

取付孔２５は、連結突起２４よりも下方側において形成された矩形状のものである。取付孔２５は、前後一対となるものであり、左壁部２３ａ及び右壁部２３ｂの前方側と後方側とに設けられている。つまり、左壁部２３ａ及び右壁部２３ｂにはそれぞれ４つの取付孔２５が形成されている。これら取付孔２５は、ガイド３０を取り付けるためのものである。

ガイド３０は、例えばプラスチック等の樹脂材から形成された板状部材であり、収納空間２を臨む態様で左壁部２３ａ及び右壁部２３ｂに２つずつ配設されている。

図４及び図５は、それぞれ右壁部２３ｂに取り付けられたガイド３０を示す斜視図である。ここで、４つのガイド３０は全て同一の形状を成しており、左壁部２３ａに取り付けられるガイド３０は、右壁部２３ｂに取り付けられるガイド３０と前後方向及び左右方向を反対にして取り付けられている。

これら図４及び図５に示すように、ガイド３０は、取付片３１、規制部３２、第１保持部３３、規制溝部３４、規制リブ３５、位置決め用孔３６、第２保持部３７、位置決め用突起３８を備えて構成されている。

取付片３１は、複数（図示の例では２つ）設けられている。これら取付片３１は、ガイド３０の下端部に形成された矩形状開口を略閉塞するよう該矩形状開口の上縁部より下方に向けて延在する舌片状部位である。この取付片３１には、その下端部分に右方に向けて突出する取付突起３１ａが形成されている。

規制部３２は、取付片３１の上方域において、前後方向に沿って延在し、かつ左方に向けて突出する部位により形成されている。第１保持部３３は、規制部３２の上方域において、前後方向に沿って延在し、かつ左方に向けて突出する部位により形成されている。規制溝部３４は、第１保持部３３の上方域に形成されるものであり、第１保持部３３の上面の一部が底部２１となるようガイド３０の上端部から第１保持部３３に至る溝状部位である。

規制リブ３５は、複数（図示の例では２つ）設けられている。一方の規制リブ３５は、第１保持部３３の上方域の後端部において上下方向に沿って延在するよう左方に突出する部位により形成されている。他方の規制リブ３５は、第１保持部３３の上方域における規制溝部３４の前方側において上下方向に沿って延在するよう左方に突出する部位により形成されている。これら規制リブ３５と第１保持部３３との間には、基板４０の厚みよりも大きい間隙が形成されている。

位置決め用孔３６は、第１保持部３３の上方域における規制溝部３４の後方側において形成された矩形状のものである。第２保持部３７は、ガイド３０の上端部において、前後方向に沿って延在し、かつ左方に向けて突出する部位により形成されている。この第２保持部３７は、上記規制溝部３４により前後に分断されており、規制溝部３４の近傍においては下方に向かうに連れて漸次規制溝部３４に近接する傾斜面が形成されている。この第２保持部３７における規制溝部３４の後方側には、前端部が上記傾斜面を構成する規制突壁３９が前後方向に沿って延在するよう形成されている。位置決め用突起３８は、第２保持部３７における規制溝部３４の前方側において上方に向けて突出するよう形成されている。ここで規制突壁３９及び位置決め用突起３８の第２保持部３７からの上方への突出高さであるが、基板４０の厚みよりも僅かに大きいものとなるよう調整されている。

このようなガイド３０は、取付片３１が前後一対の取付孔２５に壁部２３の内側から進入し、かつボトムカバー２０ａの底部２１に設けられた取付リブ２６と壁部２３とに挟まれることで、図３に示すように左壁部２３ａ及び右壁部２３ｂにそれぞれ２つずつ配設されている。尚、図３においては、基板４０が配設される前にガイド３０が配設されているように見えるが、実際には、ガイド３０は、後述するようにケース１０に最も近接する基板４０が配設された後にガイド３０が配設される。

トップカバー２０ｂは、下面が開口した略直方状の箱体である。このトップカバー２０ｂの左側面及び右側面の下端部には図示せぬ連結孔部が形成されており、これら連結孔部にボトムカバー２０ａの連結突起２４を進入させることで、トップカバー２０ｂはボトムカバー２０ａの上方を閉塞するように連結され、内部に上記収納空間２を画成するものである。

またトップカバー２０ｂには、第１規制突部２８（図７参照）及び第２規制突部２９（図８参照）が設けられている。第１規制突部２８は、トップカバー２０ｂがボトムカバー２０ａに連結される場合に、ボトムカバー２０ａに配設されるガイド３０の規制溝部３４に対応する個所に設けられている。

この第１規制突部２８は、前後幅が規制溝部３４の前後幅よりも小さく、トップカバー２０ｂがボトムカバー２０ａに連結される際に規制溝部３４に上方より進入可能なものである。尚、この第１規制突部２８は、規制溝部３４に進入した場合に、第１保持部３３との離間距離が基板４０の厚み以上の大きさの間隙が形成されるようその上下寸法が調整されている。

第２規制突部２９は、トップカバー２０ｂがボトムカバー２０ａに連結される場合に、ボトムカバー２０ａに配設されるガイド３０の規制突壁３９に対応する個所に設けられている。この第２規制突部２９は、トップカバー２０ｂがボトムカバー２０ａに連結される際に規制突壁３９の上面に下面が当接可能なものである。

このようなカバー２０がケース１０に取り付けられることで画成される収納空間２には、複数（図示の例では３つ）の基板４０が配設されている。これら基板４０は、収納空間２において互いに離隔した状態で積層されて収納されており、それぞれ半導体素子や回路等が実装されている。これら基板４０のうち最も下方に位置してケース１０に最も近接する第１基板（ケース側基板）４１は、下面に例えばＩＧＢＴ素子等のパワー半導体モジュール４４が実装されている。尚、以下において、第１基板４１の上方側に積層されるものを第２基板（対象基板）４２と称し、第２基板４２の上方側に積層される基板４０を第３基板（対象基板）４３と称して説明する。

本実施の形態における電力変換装置においては、次のようにして第１基板４１、第２基板４２及び第３基板４３が収納空間２に収納されている。

第１基板４１は、下面に実装されたパワー半導体モジュール４４が取付開口２２を通過するようにしてフィンユニット１１のベース１１ａの中央領域に載置されて図示せぬ締結部材により該ベース１１ａに締結されることで配設される。これにより、パワー半導体モジュール４４はベース１１ａ（フィンユニット１１）に熱的に接続されている。また、第１基板４１の縁端部の一部は、図６に示すように、ボトムカバー２０ａの底部２１に立設された支持リブ２７に載置されて支持されている。

このようにして第１基板４１が配設された後に、ボトムカバー２０ａの壁部２３（左壁部２３ａ及び右壁部２３ｂ）にガイド３０を配設させる。このようにして壁部２３に４つのガイド３０をそれぞれ配設させることで、ガイド３０の規制部３２が、図２に示したように、第１基板４１の縁端部の上方に位置する。これにより、第１基板４１が上方に向けて変位しようとしても縁端部の一部が規制部３２の下面に当接して該変位が規制される。よって、ガイド３０は、規制部３２を通じて第１基板４１がケース１０から離隔するように変位することを規制することができる。

第２基板４２は、縁端部の一部が対応するガイド３０の第１保持部３３の上面に載置されて配設される。この場合において、第２基板４２の縁端部に形成される図示せぬ突部がガイド３０の位置決め用孔３６に進入することで、第２基板４２は、ガイド３０により所望の個所に位置が決められる。

そして、ガイド３０における第１保持部３３と規制リブ３５との間隙は、基板４０の厚みより大きいので、第２基板４２の縁端部が第１保持部３３と規制リブ３５との間に進入して、トップカバー２０ｂがボトムカバー２０ａに連結される前における第２基板４２の上下方向の変位量が第１保持部３３と規制リブ３５とによりある程度規制される。

更に、トップカバー２０ｂをボトムカバー２０ａに連結することで、規制溝部３４にトップカバー２０ｂの第１規制突部２８が進入することで、図７に示すように、第２基板４２の縁端部の一部は、第１保持部３３と第１規制突部２８とに挟まれて、上下方向への変位が規制される。これによりガイド３０は、第２基板４２の上下方向への変位を規制した上で第２基板４２の一部を保持することができる。

第３基板４３は、縁端部の一部が対応するガイド３０の第２保持部３７の上面に載置されて配設される。この場合において、第３基板４３の縁端部に形成される図示せぬ凹部に位置決め用突起３８が相対的に進入することで、第３基板４３は、ガイド３０により位置決めされる。

そして、トップカバー２０ｂをボトムカバー２０ａに連結することで、規制突壁３９の上面にトップカバー２０ｂの第２規制突部２９の下面が当接することで、図８に示すように、第３基板４３の縁端部の一部は、第２保持部３７と第２規制突部２９とに挟まれて、上下方向への変位が規制される。これにより、ガイド３０は、第３基板４３の上下方向への変位を規制した上で第３基板４３の一部を保持することができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態である電力変換装置においては、収納空間２を臨む態様でボトムカバー２０ａの壁部２３（左壁部２３ａ及び右壁部２３ｂ）に配設されたガイド３０が、第１保持部３３に第２基板４２の縁端部の一部を載置させて該第２基板４２の一部を保持するとともに、第２保持部３７に第３基板４３の縁端部の一部を載置させて該第３基板４３の一部を保持している。これにより、第１基板４１における少なくともガイド３０の第１保持部３３が保持する第２基板４２の部分に対応する個所には、該第２基板４２を保持するための支持台座やボス等を回避するための切欠を設ける必要がない。また、第１基板４１及び第２基板４２における少なくともガイド３０の第２保持部３７が保持する第３基板４３の部分に対応する個所には、該第３基板４３を保持するための支持台座やボス等を回避するための切欠を設ける必要がない。よって、本発明の実施の形態である電力変換装置によれば、基板４０の実装面積の低減を抑制することができる。

さらに、第１〜第３基板４１，４２，４３はネジを用いずにガイド３０への保持が可能なため、装置本体１の内部の収納空間２に複数の基板を互いに離隔した状態で積層して収納する場合でも、ネジレス方式による基板の固定が可能になる。なお、基板の固定を補強するために基板の一部をネジで固定してもよく、この場合にはネジの使用本数を削減することが可能である。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。

上述した実施の形態では、ガイド３０がカバー２０を構成するボトムカバー２０ｂに配設されていたが、本発明においては、ガイドは、ケースに配設されていてもよい。

上述した実施の形態では、ガイド３０は、互いに対向する左壁部２３ａ及び右壁部２３ｂに配設されて第２基板４２や第３基板４３の互いに対向する関係にある縁端部の一部を第１保持部３３及び第２保持部３７に載置させて保持するようにしていたが、本発明においては、ガイドは、対象基板（第２基板４２及び第３基板４３）の一部を保持することができれば、その配設個所等は特に制限されるものではない。

１ 装置本体
２ 収納空間
１０ ケース
１１ フィンユニット
１２ ファン
１１ａ ベース
１１ｂ フィン
２０ カバー
２０ａ ボトムカバー
２０ｂ トップカバー
２１ 底部
２２ 取付開口
２３ 壁部
２４ 連結突起
２５ 取付孔
３０ ガイド
３１ 取付片
３２ 規制部
３３ 第１保持部
３４ 規制溝部
３５ 規制リブ
３６ 位置決め用孔
３７ 第２保持部
３８ 位置決め用突起
３９ 係止突壁
４０ 基板
４１ 第１基板
４２ 第２基板
４３ 第３基板
４４ パワー半導体モジュール

Claims (5)

1. ヒートシンクを構成するケースと、
   前記ケースの上面に配設されるボトムカバーと、
   前記ボトムカバーに連結され、該ボトムカバーとの間で複数の基板を互いに離隔した状態で積層する収納空間を形成するトップカバーと、
   前記収納空間を臨む態様で前記ボトムカバーに配設されるガイドと
   を備え、
   前記ボトムカバーは、前記ケースに最も近接するケース側基板の縁端部を支持する支持リブを有し、
   前記ガイドは、前記ケース側基板の上方側に積層される対象基板の縁端部を保持する保持部と、前記ボトムカバーへの配設により前記支持リブに支持されたケース側基板の上下方向への変位を規制する規制部を有し、
   前記トップカバーは、前記ボトムカバーへの連結により前記保持部に保持された対象基板の上下方向への変位を規制する規制突部を有することを特徴とする電力変換装置。
2. 前記対象基板は、互いに離隔した態様で積層される複数の基板であり、
   前記ガイドは、各対象基板に対応して複数の保持部を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記ガイドは、上端部から前記ケース側基板に積層される一の対象基板に対応する保持部に至る規制溝部を有し、
   前記トップカバーは、前記ボトムカバーへの連結により、前記規制溝部に進入して一の対象基板の上下方向への変位を規制する第１規制突部と、前記一の対象基板よりも上方に積層される他の対象基板の上下方向への変位を規制する第２規制突部とを有することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記一の対象基板は、縁端部に突部を有し、
   前記ガイドは、前記一の対象基板に対応する保持部の後方側に前記突部が進入する位置決め用孔を有することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記他の対象基板は、縁端部に凹部を有し、
   前記ガイドは、前記他の対象基板に対応する保持部に前記凹部に進入する位置決め用突起を有することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電力変換装置。

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