JPH089653A

JPH089653A - インバータ装置

Info

Publication number: JPH089653A
Application number: JP6134502A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Sugino; 英則杉野; Satoko Ishii; 聡子石井; Nobunaga Suzuki; 宣長鈴木; Masaharu Muramatsu; 正治村松; Tsunehiro Endo; 常博遠藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1996-01-12
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: JP3467315B2

Abstract

(57)【要約】【目的】小形化が充分に図れ、製品コストの大幅低減が
可能で、汎用化に広く寄与することができるインバータ
装置を提供すること。【構成】インバータ主回路を構成する順変換部と逆変換
部、それに主回路の端子台とを樹脂モールドより一体に
成形して主回路端子台一体形モジュール９とし、これを
冷却フィン１３に取付け、これに、主回路電解コンデン
サ４を収容したコンデンサボックス２１と、操作パネル
カバー２５を積み重ね、それぞれ電源基板１６と、制御
基板２３を配置したもの。【効果】主回路が端子台も含めてモジュール９に一体化
されているので、個別取付けに必要なスペースが不要に
なり、且つ、それらの間での配線も必要としないので、
配線作業に必要なスペースも不要になるので、小形化を
充分に図ることができ、主回路の端子台と、順変換部及
び逆変換部との接続のための配線や基板が省略できるた
め、組立工数が低減され、コストダウンが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ユニット化され、壁取
付け型として有用なインバータ装置に係り、特に、誘導
電動機駆動用に好適な汎用のインバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータ装置は、汎用の誘導電動機
を、簡単に、しかも効率的に可変速運転できるため、近
年、広く使用されるようになってきているが、このイン
バータ装置の一般的な内部構成は、図５に示すようにな
っている。すなわち、この図５は、一般的なインバータ
装置の基本的な動作に必要な主回路部分を示した図で、
インバータ装置全体を１で示してあり、同図において、
２は順変換部、３は逆変換部、４は平滑用の電解コンデ
ンサ、１ａは主回路直流電流検出用抵抗、１ｂは主回路
直流電流検出部、そして、１ｃは出力周波数指令部であ
る。

【０００３】インバータ装置１は、例えば５０HZ、又は
６０HZの商用交流電源から交流電力を入力し、これか
ら、例えば、０.５HZ の低い周波数から１０００HZ 位
の高い周波数までの、任意の周波数の交流電力に連続的
に変換し、これを誘導電動機ＩＭに供給して、この誘導
電動機ＩＭを可変速運転するようになっているものであ
り、従って、順変換部２の入力側には、順変換部２を商
用電源系統に接続するための端子を備えた主回路入力側
端子台が設けられ、逆変換部３の出力側には、逆変換部
３と電動機ＩＭなどの負荷に接続するための端子を備え
た主回路出力側端子台が設けられている。

【０００４】ところで、従来のインバータ装置では、例
えば特開昭６０−２１９９６８号公報などで知られてい
るように、インバータ装置内部に、順変換部と逆変換部
と、それに主回路端子台を個別に設け、これらの間を電
線や配線用基板を用いて接続していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、インバ
ータ装置における内部機器の配置について、充分な配慮
がされているとはいえず、現在、強く要求されている、
装置の“小形化”という観点では、大きなマイナス要素
となっていて、装置の小型化に伴う適用範囲の拡大が充
分に得られないという問題があった。

【０００６】すなわち、従来技術では、インバータ装置
の順変換部及び逆変換部は、それぞれ個別にモジュール
化され、さらに、主回路端子も個別に配置されている。
そして、主回路端子台は、回路基板にはんだ付けされて
いるか、もしくは装置の枠や本体ケース等に取り付けさ
れていることが多い。

【０００７】この結果、従来技術では、順変換部及び逆
変換部、それに端子台の配置に必要なスペースや、それ
らの間での配線に必要なスペースが大きくなって、充分
な小形化が得られないのである。

【０００８】本発明の目的は、小形化が充分に図れ、製
品コストの大幅低減が可能で、汎用化に広く寄与するこ
とができるインバータ装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、インバータ
装置の主回路を構成する順変換部と逆変換部、それに端
子台を、それらの間での接続配線も含めて一体化し、モ
ジュール構成とすることにより達成される。

【００１０】

【作用】モジュール構成された順変換部と逆変換部、そ
れに端子台は、それぞれを個別に取付ける必要が無いの
で、個別取付けに必要なスペースが不要になり、且つ、
それらの間での配線も必要としないので、配線作業に必
要なスペースも不要になるので、小形化を充分に図るこ
とができる。また、主回路の端子台と、順変換部及び逆
変換部との接続のための配線や基板が省略できるため、
組立工数が低減され、この結果、製品のコストダウンに
も大きく寄与することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明によるインバータ装置につい
て、図示の実施例によって詳細に説明する。まず、図３
は、本発明が特徴とする主回路端子台一体形モジュール
(以下、単にパワーモジュールと記す)９の一実施例で、
この実施例では、図４の回路図に示すように、順変換部
２と逆変換部３、入力側端子台６、出力側端子台７、サ
ーミスタ素子などからなる逆変換部温度検出素子８、そ
れに、逆変換器を駆動するドライブ回路や、電源回路な
どとのインターフェース用端子ピン部１０、さらには、
主回路直流電流検出用抵抗１ａなども含めて、入力側端
子台６と出力側端子台７以外は金属基板の同一面に実装
され、図４に示す結線状態でパターン配線された上で、
所定の合成樹脂により一体にモールド成形されている。

【００１２】順変換部２は、６個のブリッジ結線された
ダイオードからなる三相ブリッジ整流回路で構成されて
おり、その直流出力は、主回路直流母線を介して逆変換
部３に接続されている。入力側端子台６は、電源入力用
端子Ｒ、Ｓ、Ｔと、直流電圧端子Ｐ、Ｎの５個の端子を
備えており、まず、その電源入力端子Ｒ、Ｓ、Ｔには、
順変換部２を構成している三相ブリッジ整流回路の３個
所のダイオード直列接続部からなる交流入力点が接続さ
れる。そして、これらの電源入力端子Ｒ、Ｓ、Ｔには、
図５に示すように、５０HZ 、又は６０HZ の商用三相交
流電源が接続されるようになっている。

【００１３】次に、入力側端子台６の直流電圧端子Ｐ、
Ｎは、順変換部２の直流出力が供給されている主回路直
流母線に接続されており、この直流電圧端子Ｐ、Ｎに、
後述するように、モジュール９の外部にあるコンデンサ
が接続され、直流電圧が平滑化されるようになってい
る。

【００１４】逆変換部３は、ＩＧＢＴ(絶縁ゲート形バ
イポーラトランジスタ)と、これと逆並列接続されたフ
ライホイールダイオードからなる６個のアームを備え、
これら６個のアームを主回路直流母線の正極側(Ｐ)線路
と負極側線路(Ｎ)の間にブリッジ接続して形成した三相
のインバータ回路で構成されており、その３個所のアー
ム直列接続点が三相交流出力点になっている。

【００１５】出力側端子台７は、３個の交流出力端子
Ｕ、Ｖ、Ｗを備えており、これらの端子が逆変換部３の
三相交流出力点に接続されている。そして、これらの交
流出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗを介して、負荷となる誘導電動機
ＩＭが接続されるようになっている。

【００１６】主回路直流電流検出用抵抗１ａは、主回路
直流母線のＮ側に流れる電流を電圧に変換して、外部に
取り出すために設けられているもので、温度検出素子８
は、逆変換部３内のＩＧＢＴ素子の温度を検知し、ＩＧ
ＢＴの素子が熱破壊しないように保護するための信号を
得るために設けられているものである。

【００１７】端子ピン部１０は、インターフェース用の
回路接続部となるもので、ＩＧＢＴのゲート駆動信号を
パワーモジュール９内部に入力したり、パワーモジュー
ル９内部で検出した主回路直流電圧や主回路直流電流検
出値、それに逆変換部３の温度検出信号などをパワーモ
ジュール９外部へ出力したりするための配線が接続され
る。

【００１８】次に、図３に戻り、パワーモジュール９の
構成について、さらに詳しく説明する。まず、この実施
例では、パワーモジュール９は合成樹脂製で、全体が、
略長方形の蓋の無い浅い箱形をなすようにして作られて
おり、これに、入力側端子台６と出力側端子台７が、図
から明らかなように、その長手方向に対抗する端部に対
称的に配置して一体に形成してある。そして、パワーモ
ジュール９の底部の隅には、ネジ用の孔１２が設けられ
ており、後述するように、冷却フィンが取り付けられる
ようになっている。

【００１９】なお、この実施例によるインバータ装置
は、主として、壁などに垂直に取付けて使用するように
なっているものであり、この場合には、入力側端子台６
側を上側にし、出力側端子台７側が下側になるようにし
て取付けるようになっている。

【００２０】そして、このパワーモジュール９は、以下
に説明するようにして作成されている。すなわち、上記
したように、順変換部２と逆変換部３、逆変換部温度検
出用素子８、それに主回路直流電流検出用抵抗１ａなど
の主回路を構成する素子は金属基板に取付けてあるが、
この金属基板は、ほぼ方形(長方形)に作られており、そ
の一方の面に、上記した順変換部６などが、それぞれ取
付られている。そして、まず、入力側端子台６、出力側
端子台７、それに端子ピン部１０のそれぞれの端子とな
る部分、つまり端子金具が用意され、これらの端子金具
と、上記主回路を構成している各素子との間に、予め図
４に示す配線が施される。このとき、これらの端子金具
は、それによって形成されるべき端子台６、７の各端子
と、端子ピン部１０の各端子に対応して、それぞれ位置
決めされており、例えば、入力側端子台６と、出力側端
子台７の各端子となるべき端子金具は、金属基板を水平
に挾んで、その一方の端部と他方の端部からそれぞれ両
側に突出するように位置決めされている。

【００２１】そして、この金属基板に取付られている順
変換部２、逆変換部３、逆変換部温度検出用素子８、そ
れに主回路直流電流検出用抵抗１ａなどが、パワーモジ
ュール９内の破線で示してある領域１１に位置するよう
にして、金属基板を位置決めした上で、上記した端子と
なる各端子金具により、入力側端子台６と出力側端子台
７、それに端子ピン部１０が形成されるようにして、全
体を所定の合成樹脂材料により一体成形し、これにより
パワーモジュール９が作成されるのである。

【００２２】次に、このパワーモジュール９を用いた本
発明によるインバータ装置の一実施例について、図１に
より説明する。この図１において、１３は冷却フィン、
１４はパワーモジュール取り付け用のネジ、１５は電
線、１５ａはファストン端子(弾性挿入型の端子、ファ
ッスン端子などと呼ばれているもの)、１５ｂは圧着端
子(ねじ止め型の端子)、１６は電源基板、１７はボトム
エントリーソケット、１８はフレキシブルフラットケー
ブル、２０は主回路電解コンデンサ挿入部、２１はコン
デンサボックス、２２は電線ホルダ、２３は制御基板、
２４はソケット(制御基板２３の下面に設置されてい
る)、２５は操作パネルカバー、２６、２７は制御回路
端子台カバー、２８はソケット、２９はコンデンサボッ
クスカバー、３０及び３１は制御基板端子台、３２はデ
ィジタル操作キーである。

【００２３】冷却フィン１３はダイカストケースとも呼
ばれるもので、アルミダイカストなどで作られており、
パワーモジュール９は、取り付け用ネジ１４によって、
その底部にある金属基板が冷却用フィン１３の、図では
上側(インバータ装置が壁取り付け状態になったときに
は、手前側に対応)の面に接触するようにして、４個所
で固定される。

【００２４】一方、このパワーモジュール９の、冷却用
フィン１３が取付けられる底部とは反対側の面、すなわ
ち、図では上側の面には、コンデンサボックス２１が、
図示のように、所定の爪部材２１ａを用いた、はめあい
構造により、積み重ねられるようにして嵌合され取付け
られており、この中に２個の主回路電解コンデンサ４が
収容されるようになっている。

【００２５】この主回路電解コンデンサ４は、コンデン
サボックス２１内の主回路電解コンデンサ挿入部２０に
収納され、コンデンサボックスカバー２９の突起によっ
て押し込まれ、これにより、脱落などが発生しないよう
に、確実に保持さるようになっている。そして、それら
の電極端子は、それぞれ２本の電線１５によりパワーモ
ジュール９にある入力側端子台６のＰ、Ｎ端子に並列に
接続されている。

【００２６】電線１５は、片側が圧着端子１５ｂになっ
ていて、これにより、入力側端子台６のＰ、Ｎ端子には
ねじで接続されるが、もう片側はファストン端子１５ａ
になっていて、主回路電解コンデンサ４の電極端子に弾
性的に挿入され接続されるようになっている。そして、
このとき、この電線１５は、不要な接触による電線の破
損、短絡等を避けるため、コンデンサボックス２１の枠
の内側に設けてある電線ホルダ部２２に途中を巻きつけ
た形で内部に引き込まれ、ファストン端子１５ａを主回
路電解コンデンサ４の電極端子に挿入して、接続が得ら
れるようになっている。なお、この電線ホルダ部２２に
ついては、後で説明する図２(c)に詳細が示されてい
る。

【００２７】従って、この結果、パワーモジュール９内
の順変換部２の直流側回路に２個の主回路電解コンデン
サ４が並列に接続され、これにより、インバータの直流
回路での電圧平滑が得られるようになっている。

【００２８】パワーモジュール９とコンデンサボックス
２１の間には、パワーモジュール９の上側に残されてい
る空所に入り込む形で、電源基板１６が配置されるよう
になっており、この電源基板１６に対する電気的な接続
は、この電源基板１６をパワーモジュール９内に配置し
たとき、パワーモジュール９に設けられている端子ピン
部１０に、電源基板１６に搭載されているボトムエント
リーソケット１７が挿入されることにより自動的に得ら
れ、これにより、電源基板１６とパワーモジュール９間
での電気的信号の経路が与えられることになる。

【００２９】制御基板２３は、操作パネルカバー２５の
内部に、図では下側から挿入された上で、主回路電解コ
ンデンサ４の上側に配置され、図示のように、所定の爪
部材２５ａを用いたはめあい構造により、コンデンサボ
ックス２１の上から積み重ねられるようにして嵌合され
ている。

【００３０】そして、この操作パネルカバー２５には、
制御基板２３に設けられている制御回路端子台３０、３
１に対応した部分に窓が形成してあり、ここに制御回路
端子台カバー２６、２７がはめこまれるようになってい
る。

【００３１】制御基板２３には、例えばマイクロコンピ
ュータなどの、インバータの制御に必要な回路装置と、
制御信号端子台３０、３１と、ディジタルキー３２など
が実装されており、この制御基板２３と電源基板１６と
の間での電気的接続は、電源基板１６の上面に搭載され
たソケット２８と、制御基板２３の下面に搭載されたソ
ケット２４をフレキシブルフラットケーブル１８で接続
することによって得られるようになっている。そして、
このフレキシブルフラットケーブル１８を介して、制御
基板２３から、電源基板１６にインバータドライブ信号
が伝送されるようになっている。

【００３２】図２は、この実施例によるインバータ装置
の外観図で、(a)は側面図で、(b)は上面図、(c)は操作
パネルカバー２５を取外した状態での上面図、そして
(d)は他の側面図である。

【００３３】図示のように、冷却フィン１３にパワーモ
ジュール９が積層して取付けられており、これにより、
順変換部２と逆変換部３などからなるインバータ主回路
で発生した熱は、これらが搭載されている金属基板から
冷却フィン１３に伝達され、ここから雰囲気中に発散さ
れてゆくことになり、この結果、必要な冷却機能が得ら
れることになる。

【００３４】また、パワーモジュール９の上側、つまり
冷却フィン１３とは反対側には、コンデンサボックス２
１と、操作パネルカバー２５が順次、積み重ねた形で取
付けられ、この結果、一方の端部(上側)に入力側端子台
６を有し、これに対向している端部(下側)には出力側端
子台７を有していて、全体が汎用の電磁開閉器に類似し
た外形になるようになっている。

【００３５】従って、入力側端子台６のＲ、Ｓ、Ｔ端子
に三相交流電源からの電線を接続し出力側端子台７の
Ｕ、Ｖ、Ｗ端子には、誘導電動機ＩＭの電線を接続した
上で、制御信号端子台３０、３１に接続した所定の外部
装置から、或いはユーザがディジタルキー３２を操作す
ることにより、周波数指令などの各種の指令がインバー
タ装置に入力されると、それらの信号が、前記のマイク
ロコンピュータによって取り込まれ、その信号に応じ
て、このマイクロコンピュータによって新たにインバー
タドライブ信号が作成され、フレキシブルフラットケー
ブル１８を通して電源基板１６に伝送され、最終的にパ
ワーモジュール９に伝送され、インバータが制御される
ことになり、誘導電動機ＩＭを可変速運転することがで
きる。

【００３６】また、このとき、パワーモジュール９から
の各種の信号は、電源基板１６からフレキシブルフラッ
トケーブル１８を介して制御基板２３に伝送され、マイ
クロコンピュータに取り込まれ、必要な各種処理に使用
されることになる。

【００３７】従って、この実施例によれば、図１に示す
ように、インバータの主回路が、端子台も含め配線済の
状態で一体に樹脂モールド化され、パワーモジュール９
を構成しているので、インバータ装置の組立てに際し
て、順変換部や、逆変換部などを個別に取付けたり、そ
の上で、パワーモジュール９内での主回路部分での配線
作業を行なったりする必要は一切無いから、製造工程が
充分に簡略化できる。

【００３８】そして、この結果、取付や配線のための余
分なスペースを必要としないから、小型化を充分に図る
ことができる。

【００３９】ところで、以上の実施例では、主回路電解
コンデンサをコンデンサボックス内部に装着し、主回路
端子台に有るＰ、Ｎ端子とはインバータ装置の内部で結
線するように構成してあるが、本発明はこれに限定され
ることなく、主回路電解コンデンサをパワーモジュール
とは別の位置に配置し、Ｐ、Ｎ端子から外側で配線して
もよい。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、以下に列挙する効果が
得られる。 (1) インバータ装置全体を充分に小形化することができ
る。 (2) 組立工数の低減による大幅な製品のコストダウンが
可能になる。 (3) 電源側の端子と負荷側(電動機側)の端子が対向する
位置にあるため、配線が容易である。 (4) 配電盤などに取付けられる機器として一般的な電磁
開閉器と同一の端子配置にすることができるので、習慣
的な配線作業となり、本質的に誤配線を少なくすること
ができる。 (5) 平滑コンデンサの取付位置を自由に選定できるた
め、インバータ装置をユーザの電気品箱内部に組込む
際、設計に大きな自由度が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインバータ装置の一実施例を示す
分解斜視図である。

【図２】本発明によるインバータ装置の一実施例を示す
外観図である。

【図３】本発明によるパワーモジュールの一実施例を示
す説明図である。

【図４】本発明によるパワーモジュールの一実施例を示
す回路図である。

【図５】インバータ装置の主回路の一例を示す回路図で
ある。

【符号の説明】

１インバータ装置１ａ主回路直流電流検出用抵抗１ｂ検出部１ｃ周波数指令２順変換部３逆変換部４主回路電解コンデンサ６入力側端子台７出力側端子台８逆変換部温度検出用素子９パワーモジュール(主回路端子台一体形モジュール) １０インターフェース用端子ピン部１１主回路部品配置用の領域１２取り付け用のネジ孔１３冷却フィン１４パワーモジュール取り付けネジ１５電線１５ａファストン端子１５ｂ圧着端子１６電源基板１７ボトムエントリーソケット１８フレキシブルフラットケーブル２０主回路電解コンデンサ挿入部２１コンデンサボックス２２電線ホルダ２３制御基板２４ソケット２５操作パネルカバー２６ターミナルカバー（下側）２７ターミナルカバー（上側）２８ソケット２９コンデンサボックスカバー３０制御基板端子台（上側）３１制御基板端子台（下側）３２ディジタル操作キー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村松正治千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者遠藤常博千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも順変換部と逆変換部、入力側
端子台、それに出力側端子台とを備えたインバータ装置
において、ほぼ方形の金属基板の一方の面に少なくとも上記順変換
部と逆変換部を配置した上で、この金属基板を水平に挾
んで、その一方の端部と他方の端部からそれぞれ両側に
突出するようにして複数の端子金具を配置し、これら複数の端子金具により、上記入力側端子台と出力
側端子台の各端子が形成されるようにして全体を合成樹
脂材で一体成型し、この一体成形して作成した主回路端
子台一体形モジュールを用いて構成したことを特徴とす
るインバータ装置。
【請求項２】請求項１の発明において、上記主回路端
子台一体形モジュールは、その金属基板面側が冷却フィ
ンに取付られ、その上記冷却フィンとは反対側には、上
記逆変換部を駆動するドライブ回路が実装された回路基
板と、上記順変換部の直流出力電圧を平滑化するコンデ
ンサ、それに上記ドライブ回路へのドライブ信号を作成
する論理部が実装された回路基板が順次積み上げられて
いることを特徴とするインバータ装置。
【請求項３】請求項２の発明において、上記入力側端
子台が主回路直流母線に接続された端子を備え、この端
子から上記コンデンサに対する接続線が設けられている
ことを特徴とするインバータ装置。