特許 7465954 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-03

(45)【発行日】2024-04-11

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240404BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022516496

(86)(22)【出願日】2020-04-20

(86)【国際出願番号】 JP2020017118

(87)【国際公開番号】W WO2021214846

(87)【国際公開日】2021-10-28

【審査請求日】2022-07-08

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 史宏

(72)【発明者】

【氏名】田邉 啓輔

(72)【発明者】

【氏名】濱埜 晃嗣

(72)【発明者】

【氏名】冨山 清隆

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 宏義

【審査官】東 昌秋

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－１４０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１３０９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－８１３１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３００６９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ １／００－７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主回路基板と、第１基板と、第２基板とを有する電力変換装置であって、
前記電力変換装置は、強電部に配置された第１回路を有し、
前記主回路基板は、
交流電圧を整流し直流電圧を出力する整流回路と、
前記直流電圧を逆変換し交流電力を出力するインバータ回路と、を前記強電部に配置し、
前記第２基板は、
弱電部に配置された第２回路を備え、
前記第１基板は、
前記主回路基板と前記第２基板に接続され、
前記強電部と前記弱電部とを強化絶縁するための強化絶縁領域と、
前記強化絶縁領域に配置され、前記直流電圧を受電し、前記第１回路および前記第２回路に電力を供給する電源回路の構成部品である絶縁トランスと、
前記強化絶縁領域に配置され、前記第１回路と前記第２回路との間で信号を授受させる絶縁素子と、を備え、
前記電力変換装置は、さらに、
前記主回路基板に接続された第３基板を備え、
前記第１回路は、前記第３基板に実装され、前記インバータ回路に駆動信号を出力する駆動回路を備えたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

主回路基板と、第１基板と、第２基板とを有する電力変換装置であって、
前記電力変換装置は、強電部に配置された第１回路を有し、
前記主回路基板は、
交流電圧を整流し直流電圧を出力する整流回路と、
前記直流電圧を逆変換し交流電力を出力するインバータ回路と、を前記強電部に配置し、
前記第２基板は、
弱電部に配置された第２回路を備え、
前記第１基板は、
前記主回路基板と前記第２基板に接続され、
前記強電部と前記弱電部とを強化絶縁するための強化絶縁領域と、
前記強化絶縁領域に配置され、前記直流電圧を受電し、前記第１回路および前記第２回路に電力を供給する電源回路の構成部品である絶縁トランスと、
前記強化絶縁領域に配置され、前記第１回路と前記第２回路との間で信号を授受させる絶縁素子と、を備え、
前記第１基板は、前記主回路基板に立設され、
前記主回路基板は、前記交流電圧を受電する端子台を備え、
前記第１基板は、前記端子台の側面に対面する
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項3】

主回路基板と、第１基板と、第２基板とを有する電力変換装置であって、
前記電力変換装置は、強電部に配置された第１回路を有し、
前記主回路基板は、
交流電圧を整流し直流電圧を出力する整流回路と、
前記直流電圧を逆変換し交流電力を出力するインバータ回路と、を前記強電部に配置し、
前記第２基板は、
弱電部に配置された第２回路を備え、
前記第１基板は、
前記主回路基板と前記第２基板に接続され、
前記強電部と前記弱電部とを強化絶縁するための強化絶縁領域と、
前記強化絶縁領域に配置され、前記直流電圧を受電し、前記第１回路および前記第２回路に電力を供給する電源回路の構成部品である絶縁トランスと、
前記強化絶縁領域に配置され、前記第１回路と前記第２回路との間で信号を授受させる絶縁素子とを備え、
前記第１基板は、前記主回路基板に立設され、
前記第１基板と前記第２基板は略垂直に配置され、前記第２基板は前記主回路基板と対面し、
前記第２基板に対し略水平に接続された第４基板を備え、
前記第４基板は、前記インバータ回路を操作するための操作部、若しくは前記インバータ回路の動作状態を出力する表示部の内少なくともひとつを備えることを特徴とする電力変換装置。

【請求項4】

主回路基板と、第１基板と、第２基板とを有する電力変換装置であって、
前記電力変換装置は、強電部に配置された第１回路を有し、
前記主回路基板は、
交流電圧を整流し直流電圧を出力する整流回路と、
前記直流電圧を逆変換し交流電力を出力するインバータ回路と、を前記強電部に配置し、
前記第２基板は、
弱電部に配置された第２回路を備え、
前記第１基板は、
前記主回路基板と前記第２基板に接続され、
前記強電部と前記弱電部とを強化絶縁するための強化絶縁領域と、
前記強化絶縁領域に配置され、前記直流電圧を受電し、前記第１回路および前記第２回路に電力を供給する電源回路の構成部品である絶縁トランスと、
前記強化絶縁領域に配置され、前記第１回路と前記第２回路との間で信号を授受させる絶縁素子と、を備え、
前記電力変換装置は、さらに、
前記インバータ回路を冷却する放熱フィンと、
前記放熱フィンに固定され、前記インバータ回路の形状に合わせた開口部を備えるモジュールケースと、
前記モジュールケースに接合されるように構成された本体ケースを備え、
前記本体ケースは、前記第１基板を固定する第２固定手段を備えることを特徴とする電力変換装置。

【請求項5】

主回路基板と、第１基板と、第２基板とを有する電力変換装置であって、
前記電力変換装置は、強電部に配置された第１回路を有し、
前記主回路基板は、
交流電圧を整流し直流電圧を出力する整流回路と、
前記直流電圧を逆変換し交流電力を出力するインバータ回路と、を前記強電部に配置し、
前記第２基板は、
弱電部に配置された第２回路を備え、
前記第１基板は、
前記主回路基板と前記第２基板に接続され、
前記強電部と前記弱電部とを強化絶縁するための強化絶縁領域と、
前記強化絶縁領域に配置され、前記直流電圧を受電し、前記第１回路および前記第２回路に電力を供給する電源回路の構成部品である絶縁トランスと、
前記強化絶縁領域に配置され、前記第１回路と前記第２回路との間で信号を授受させる絶縁素子と、を備え、
前記電力変換装置は、さらに、
前記インバータ回路を冷却する放熱フィンと、
前記放熱フィンに固定され、前記インバータ回路の形状に合わせた開口部を備えるモジュールケースと、
前記第２基板に対し略水平に接続された第４基板と、
前記放熱フィンに固定され、前記インバータ回路の形状に合わせた開口部を備えるモジュールケースと、
前記モジュールケースに接合されるように構成された本体ケースと、
前記本体ケースに接合されるように構成された前面カバーを備え、
前記前面カバーは、前記第４基板を固定する第３固定手段を備えることを特徴とする電力変換装置。

【請求項6】

請求項１から５の何れか一項に記載の電力変換装置であって、
前記第１回路は、前記インバータ回路に駆動信号を出力する駆動回路であることを特徴とする電力変換装置。

【請求項7】

請求項１から５の何れか一項に記載の電力変換装置であって、
前記第２回路は、外部装置との間で信号を授受する通信回路であることを特徴とする電力変換装置。

【請求項8】

請求項２から３の何れか一項に記載の電力変換装置であって、
前記第１基板は、前記主回路基板の、前記インバータ回路が実装された面と反対側の面に配置されることを特徴とする電力変換装置。

【請求項9】

請求項２から３の何れか一項に記載の電力変換装置であって、
前記主回路基板と前記第１基板の双方と接触し互いに固定する第１固定手段を備えることを特徴とする電力変換装置。

【請求項10】

請求項４から５の何れか一項に記載の電力変換装置であって、
前記主回路基板と前記第１基板の双方と接触し互いに固定する第１固定手段を備え
前記放熱フィン、前記モジュールケース、前記第１固定手段、前記主回路基板のうちいずれか３つ以上の部品が、同一ねじで共締めされることを特徴とする電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータに交流電力を供給する電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

モータ駆動用電力変換装置は、数百Ｖの系統電圧を受電し、用途に応じて数百Ｗ～数百ｋＷの電力を出力する。このため、これらの電圧、電流に耐えることが可能な強電系の回路部（以降強電部と呼称する）を有する。一方、当該電力変換装置の運転・停止等の指令は、装置の使用者やＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）等の外部装置により、当該電力変換装置の外部から与えられる。そのため、装置の使用者と強電部のインターフェースとして、弱電系の回路部（以降弱電部と呼称する）を有しており、種々の信号を強電部と弱電部で授受しながら、モータ駆動用電力変換装置は、使用者の意図した動作を実現する。

【0003】

ここで、モータ駆動用電力変換装置には、当該装置の運用に関わる人々の安全を確保するための処置を講じる必要がある。種々の安全規格（例えばＩＥＣ規格やＵＬ規格）では、電気的安全性の一部として、系統電圧やモータの電圧といった強電部と、人が接触する可能性がある弱電部との間に、感電を防止するための措置として強化絶縁と称する電気的絶縁の要求事項が定義されている。強化絶縁を実現するためには、実装基板上では各規格で定められた所定の絶縁距離を設ける必要があるため、基板面積を増大させる要因となっている。そのため、強化絶縁境界部分の面積を可能な限り低減し、電力変換装置を構成することが、基板面積の省スペース化、装置の小型化を実現する上で有効である。

【0004】

特許文献１には、電流制御用マイクロコンピュータ、主制御用マイクロコンピュータの２種のマイコンを備えた電力変換装置における強化絶縁の取り方が記されている。特許文献１の図１によると、制御用の電源回路はドライブ部に配置され、電源回路で生成された電源電圧が、電流制御用マイクロコンピュータと主制御用マイクロコンピュータに供給されている。また、電流制御用マイクロコンピュータと主制御用マイクロコンピュータ間は、通信回路に設けられたフォトカプラなどの絶縁素子を用いて強化絶縁されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００７－３００６９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１には２種のマイコンが実装されており、電流制御用マイクロコンピュータは強電部に、主制御用マイクロコンピュータは弱電部に、それぞれ配置され、互いに強化絶縁されている。また、電源回路はドライブ部に実装されている。ここで、電源回路の出力には、強電部（電流制御用マイクロコンピュータ）用の電源ラインと、弱電部（主制御用マイクロコンピュータ）用の電源ラインの双方が配置され、強化絶縁境界部がドライブ部、電流制御部と複数の基板を跨いで配置されている。先に述べた様に強化絶縁境界部は可能な限り小さくするのが好ましく、強化絶縁境界部が基板間を跨ぐ構成は、回路基板の大型化を招くという課題があった。

【0007】

そこで、本発明の目的は、強化絶縁境界部が複数の基板を跨ぐ構成を回避し、回路基板の小型化を実現した電力変換装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決する為本発明で述べる電力変換装置では、主回路基板と、第１基板と、第２基板とを有する。主回路基板は、交流電圧を整流し直流電圧を出力する整流回路と、直流電圧を逆変換し交流電力を出力するインバータ回路とを、強電部に配置し、第２基板は、弱電部に配置された第２回路を備え、第１基板は、主回路基板と第２基板に接続され、強電部に配置された第１回路と、強電部と弱電部とを強化絶縁するための強化絶縁領域と、強化絶縁領域に配置され、直流電圧を受電し、第１回路および第２回路に電力を供給する電源回路の構成部品である絶縁トランスと、強化絶縁領域に配置され、第１回路と第２回路との間で信号を授受させる絶縁素子とを備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、強化絶縁境界部が複数の基板を跨ぐ構成を回避することが可能となり、回路基板の小型化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例１における電力変換装置のブロック図である。

【図2】実施例１における、他の電力変換装置のブロック図である。

【図3】実施例１における、他の電力変換装置のブロック図である。

【図4】実施例１における電力変換装置の斜視図である。

【図5】実施例１における電力変換装置の下面図である。

【図6】実施例２における電力変換装置の斜視図である。

【図7】実施例２における他の電力変換装置の斜視図である。

【図8】実施例３における電力変換装置の斜視図である。

【図9】実施例３における電力変換装置の下面図である。

【図10】実施例４における電力変換装置のブロック図である。

【図11】第４基板を追加した場合の電力変換装置の斜視図である。

【図12】第４基板を追加した場合の電力変換装置の下面図である。

【図13】電力変換装置の斜視図である。

【図14】放熱フィンとモジュールケースを示した図である。

【図15】本体ケースを示した図である。

【図16】前面カバーを示した図である。

【図17】従来の電力変換装置のブロック図である。

【図18】電源回路に用いられるフライバックコンバータの回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。

【0012】

図１７は、特許文献１に記載された電力変換装置のブロック図である。図１７に示す様に従来の電力変換装置は、主回路基板１０１、第１基板１０２、第２基板１０３の３枚で構成される。主回路基板１０１は、整流回路１１１、平滑コンデンサ１１２、インバータ回路１１３といった主回路部品と、電源回路１２３が実装され、端子台１１４からモータへ駆動電流を供給する。第１基板１０２は、インバータ回路１１３の電流を検出し、駆動信号をインバータ回路１１３に出力する駆動回路１２５が実装される。第２基板１０３は、外部装置と電力変換装置間の通信を担う通信回路１３１が実装される。

【0013】

駆動回路１２５、通信回路１３１は互いに強化絶縁（図の点線領域）されており、絶縁素子であるフォトカプラ１２１、１２２を介して信号を互いに受け渡している。また、電源回路１２３は、平滑コンデンサ１１２の両端電圧Ｖｄｃ１を受電し、駆動回路１２５に電源電圧Ｖｄｃ２を、通信回路１３１に電源電圧Ｖｄｃ３を供給している。

【0014】

図１８に、電源回路１２３として一般的に用いられるフライバックコンバータの回路図を示す。図１８に示す様に電源回路１２３は、絶縁トランス１２４、整流ダイオード２０１、２０２、平滑コンデンサ２０３、２０４、ＭＯＳＦＥＴ２０５で構成される。絶縁トランス１２４は、１次巻線１２４１の一方の端子に電圧Ｖｄｃ１が接続され、他方の端子にＭＯＳＦＥＴ２０５のドレイン端子が接続される。絶縁トランス１２４の１次巻線１２４１には、ＭＯＳＦＥＴ２０５のスイッチングによりパルス電圧が入力され、絶縁トランス１２４の巻き数比に応じた電圧を２次巻線１２４２、１２４３から出力する。２次巻線１２４２、１２４３から出力された電力は、必要に応じて電圧変換回路によって電圧変換され、駆動回路１２５、通信回路１３１等の負荷によって消費される。また、強電部に配置されている１次巻線１２４１、２次巻線１２４２と、弱電部に配置されている２次巻線１２４３は互いに強化絶縁される。

【0015】

特許文献１に記載された電力変換装置では、フォトカプラ１２１、１２２が第１基板１０２に実装されているのに対し、電源回路１２３が主回路基板１０１に実装されているため、強化絶縁境界部は図１７に示す様に、主回路基板１０１と第１基板１０２を跨ぐ形で配置される。従って、強化絶縁境界部を複雑に配置する必要があり、回路基板の大型化を招の要因となっている。

【実施例1】

【0016】

図１は、実施例１における電力変換装置のブロック図である。図１に示す様に実施例１で述べる電力変換装置は、主回路基板１０１、第１基板１０２、第２基板１０３の３枚で構成される。主回路基板１０１は、整流回路１１１、平滑コンデンサ１１２、インバータ回路１１３といった主回路部品が実装される。つまり、主回路部品は強電部に配置される。第１基板１０２は、駆動信号をインバータ回路１１３に出力する駆動回路１２５、電源回路１２３の構成部品である絶縁トランス１２４が実装される。電源回路１２３の詳細は、図１８に記載した通りであり、電源回路１２３の構成部品に絶縁トランス１２４がある。第２基板１０３は、外部装置と駆動回路間の通信を担う通信回路１３１が実装される。つまり、通信回路１３１は、弱電部に配置される。第１基板１０２には、強化絶縁領域(図１の点線領域)が設けられ、この強化絶縁領域に、直流電圧を受電し、種々の負荷に電力を供給する電源回路の構成部品である絶縁トランス１２４と、駆動回路１２５と通信回路１３１との間で信号を授受させる絶縁素子であるフォトカプラ１２１、１２２とが配置される。強化絶縁領域は、第１基板１０２上で、強電部と弱電部とを各規格で定められた所定の距離をとることで形成される。

【0017】

これにより、強化絶縁を構成する為の絶縁素子である絶縁トランス１２４、フォトカプラ１２１、１２２が全て同一基板に実装されるため、第１基板１０２内で強化絶縁が完結する。

【0018】

尚、駆動回路１２５、通信回路１３１のいずれか一方は、マイコンを含んで構成する事が望ましい。例えば、駆動回路１２５にマイコンを実装し、外部装置との通信信号を通信回路１３１にて処理し、フォトカプラ１２１、１２２を介して駆動回路１２５内に実装されたマイコンと通信しても良い。また、通信回路１３１にマイコンを実装し、インバータ回路の電流を駆動回路１２５で演算した後、フォトカプラ１２１、１２２を介して通信回路１３１内に実装されたマイコンに伝達し、当該マイコンからフォトカプラ１２１、１２２を介してインバータ回路へ駆動信号を出力しても良い。また、特許文献１と同様に、駆動回路１２５、通信回路１３１の双方にマイコンを実装しても良い。

【0019】

また、実施例１の特徴である第１基板上に絶縁トランス１２４、フォトカプラ１２１、１２２が設けられた構成を満足していれば、駆動回路１２５は、第１基板１０２上に限らず強電部の何処かに実装されていれば良い。例えば、図２に示す様に、主回路基板１０１上に実装しても良いし、図３に示す様に、主回路基板１０１に接続される第３基板１０４を設け、第３基板１０４に実装しても良い。また、図示しないが通信回路１３１も同様に、第２基板１０３上に限らず弱電部の何処かに実装されていれば良い。

【0020】

以上の通り、実施例１によれば、強化絶縁を構成する為の絶縁素子である絶縁トランス１２４、フォトカプラ１２１、１２２が全て同一基板に実装されるため、第１基板１０２内で強化絶縁が完結し、基板を小型化することができる。

【実施例2】

【0021】

次に、実施例２について述べる。基本的な基板構成は、図１～３に説明された実施例１と同じであり、本実施例では図４～図７を用いて、主回路基板１０１と第１基板１０２の接続部に関し具体例を述べる。

【0022】

図４、図５は本実施例における電力変換装置の基本構成図であり、図４は図１に示す基板構成における斜視図、図５は下面図である。実施例１と同様に、主回路基板１０１は主に、系統電圧を受電しモータ駆動用の交流電力を出力する電力変換機能を担っており、主回路基板１０１上に設けられた端子台１１４で系統電圧を受電し、整流回路１１１(図５参照)、平滑コンデンサ１１２、インバータ回路１１３を経て端子台１１４から交流電力をモータに出力する。端子台１１４と平滑コンデンサ１１２は主回路基板１０１の電力変換装置の前面側(図４の前方向)に配置される。図１３に電力変換装置の斜視図を示しているが、表示部１４１または操作部１４２を備えた表示パネルが電力変換装置の前面となる。また、整流回路１１１とインバータ回路１１３は電力変換装置の後部側に配置され、後述する放熱フィンと接合される。第１基板１０２は、駆動回路１２５、フォトカプラ１２１、１２２、電源回路１２３の構成部品である絶縁トランス１２４が実装される。

【0023】

本実施例で述べる電力変換装置では、主回路基板１０１と第１基板１０２が概ね垂直に立設される。第１基板１０２は、主回路基板１０１の整流回路１１１、インバータ回路１１３が実装された面と反対側の面に実装される。つまり、第１基板１０２は、整流回路１１１、インバータ回路１１３が実装された部分の電力変換装置前面側に空間を確保する様に、主回路基板１０１の製品側面側に実装される。また、第１基板１０２は、主回路基板１０１の端子台１１４の側面に対面するように配置される。これにより、主回路基板１０１に重ねるように平行に、第１基板１０２を実装する場合と比較し、主回路基板１０１の製品前面側の空間に、自然対流による気流を確保することができ、整流回路１１１、インバータ回路１１３の冷却性能を確保できる。

【0024】

絶縁トランス１２４は、第１基板１０２の電力変換装置内側面に配置され、先に述べた自然対流の気流により冷却される。また、第１基板１０２の実装面積を拡大したい場合は、端子台１１４の側面に対面する箇所にも、第１基板１０２を設けても良い。

【0025】

また、主回路基板１０１と第１基板１０２間は平滑コンデンサ１１２の電圧Ｖｄｃ１（数百Ｖ）と、駆動回路１２５からインバータ回路１１３に出力される駆動信号等（数Ｖ程度）を同時に伝達する必要がある。これらの配線が近接した場合、低電圧ラインへのノイズの重畳による回路の誤動作が懸念される。そのため、図４に示す様に、低電圧伝送用コネクタ１１５と高電圧伝送用コネクタ１１６を設ける等、信号の種類に応じて複数のコネクタを配置しても良い。

【0026】

また、図４、図５では主回路基板１０１と第１基板１０２間を基板対基板コネクタ（１１５、１１６）で接続している。これにより、主回路基板１０１に対し電力変換装置前面側から第１基板１０２を差し込むことで電力変換装置を構成できるため、はんだ付けの工程が無く容易に組み立てることができる。しかしながら、主回路基板１０１と第１基板１０２が電気的に接続されていれば構成は問わず、例えばピンヘッダを用いてはんだ付けしても良いし、主回路基板１０１と第１基板１０２間を直接はんだ付けで接続しても良い。

【0027】

また、図４、図５に示す様に、第１基板１０２は主回路基板１０１と基板対基板コネクタ１１５、１１６で物理的に接続されるが、耐震性を更に向上させる場合は、基板間固定部１１７、１１８を設けても良い。具体的には、基板間固定部１１７、１１８は、主回路基板１０１とねじ止め若しくははんだ付けで固定され、第１基板１０２とはんだ付け、若しくは基板間固定部１１７、１１８に設けられたクリップに基板を挟み込む、等の手法により接触して固定される。

【0028】

図６、図７は実施例２における電力変換装置の基本構成図であり、図６は、図２に示す基板構成における斜視図、図７は、図３に示す基板構成における斜視図である。図６に示す様に、図２に示した基板構成では、図４、図５に示す構成と同様に、第１基板１０２が主回路基板１０１に対し立設されており、駆動回路１２５は主回路基板１０１に実装されている。また、図７に示す様に、図３に示した基板構成では、図４～図６に示す構成と同様に、第１基板１０２が主回路基板１０１に対し立設されており、更に第３基板１０４は基板対基板コネクタ１１９により、主回路基板１０１に対し立設される。これにより、インバータ回路１１３の製品前面側の自然対流による気流が通る空間を削減せずに駆動回路１２５を強電部に実装できる。

【0029】

尚、基板対基板コネクタ１１９は電気的に接続されていれば構成は問わず、例えばピンヘッダを用いてはんだ付けしても良いし、主回路基板１０１と第３基板１０４間を直接はんだ付けで接続しても良い。

【0030】

実施例２によれば、強化絶縁を構成する為の絶縁素子である絶縁トランス１２４、フォトカプラ１２１、１２２が全て同一基板に実装されるため、第１基板１０２内で強化絶縁が完結し、基板を小型化することができる。

【0031】

また、実施例２によれば、第１基板１０２が主回路基板１０１に対して概ね垂直に接続されるため、主回路基板１０１実装される整流回路１１１、インバータ回路の熱を対流させることができ、冷却効率を向上させることができる。

【実施例3】

【0032】

次に、実施例３について述べる。基本的な基板構成は図１～図３に説明された実施例１と同じであり、本実施例では図８、図９を用いて第１基板１０２と第２基板１０３の接続部に関し具体例を述べる。

【0033】

図８、図９は、実施例３における電力変換装置の基本構成図であり、図８は斜視図、図９は下面図である。図８、図９に示す様に、本実施例で述べる電力変換装置は、第２基板１０３を主回路基板１０１に対し概ね並行に配置させ、主回路基板１０１と第２基板１０３の間に、第１基板１０２を主回路基板１０１、第２基板１０３の双方に対し概ね垂直に配置する。

【0034】

第２基板１０３は、外部装置と電力変換装置の間の通信を担う通信回路１３１と、外部装置と電力変換装置のインターフェースである端子台１３２が実装される。使用者は外部装置と端子台１３２を電線で接続し、所望の通信系を構築する。

【0035】

ここで、主回路基板１０１と第２基板１０３はいずれも端子台（１１４、１３２）を備えていることから、使用者の作業性を考慮すると、いずれの基板も製品前面（電力変換装置前面）に対し並行に配置するのが望ましい。また、主回路基板１０１、第２基板１０３の間の信号の授受を、第１基板１０２が担うことで、主回路基板１０１と第２基板１０３間の信号伝送手段を簡素化できるため、全体として小型な電力変換装置を構成することが可能となる。

【0036】

また、使用者が端子台１３２に電線を接続する際、製品前面から後方に向けて外力が加わる。ここで、主回路基板１０１と第１基板１０２間を実施例２で述べた手法により固定し、且つ第１基板１０２と第２基板１０３間を半田付け、ピンヘッダ、基板対基板コネクタ等で固定した場合、当該外力が第２基板１０３を介して第１基板１０２、主回路基板１０１に伝達されるため、基板間の接続部の破損若しくは基板の破損が懸念される。

【0037】

そこで、図９に示す様に、第１基板１０２と第２基板１０３間の信号を、基板対ケーブルコネクタ１２６、１３３及びケーブル１２７を用いて伝送する。これにより第２基板１０３に加わる外力は第１基板１０２に影響を及ぼさないため、第１基板１０２と第２基板１０３間を固定した場合に比べて、耐久性に優れた電力変換装置を構成することが可能となる。

【0038】

尚、第１基板１０２と第２基板１０３間の接続部は、外力を逃げる構成であればケーブルを用いる必要は無く、例えば基板対基板可動（フローティング）コネクタを適用しても良い。

【0039】

また、本実施例では図１に示した基板構成、図４に示した、主回路基板１０１、第１基板１０２の構成を基に第３基板１０４の配置について説明したが、図２、図３に示した基板構成、図５、図６に示した基本構成図に対し第３基板１０４を設けた場合でも、第１基板１０２に対し概ね垂直に配置することで同様の効果を得る。

【実施例4】

【0040】

次に、実施例４について、図１０～図１２を用いて述べる。

【0041】

図１０は、本実施例における電力変換装置のブロック図である。実施例４で述べる電力変換装置では、実施例１～３に述べた電力変換装置に対し、更に表示部１４１または操作部１４２を備えた第４基板１０５が追加されている。

【0042】

表示部１４１は、周波数、設定値等のデータを表示する７セグＬＥＤ、インバータが運転中に点灯する運転中ランプ等で構成され、また、操作部１４２は、インバータを運転する際に押下するＲＵＮキー、インバータを減速・停止する際に押下する停止キー等で構成される。表示部１４１、操作部１４２を備えることにより、装置の使用者の作業性が向上する。

【0043】

図１１、図１２は、図１、図４、図５、図８、図９に示す構成に対し、第４基板を追加した場合の電力変換装置の基本構成図であり、図１１は斜視図、図１２は下面図である。使用者の作業性を考慮すると、表示部１４１及び操作部１４２は、主回路基板１０１、第２基板１０３と同様に製品前面に対し並行に配置するのが望ましいことから、図１１、図１２に示す様に第４基板１０５は第２基板１０３に対し基板対基板コネクタ１３４を介して概ね並行に接続される。

【実施例5】

【0044】

次に、実施例５について、図１３～図１６を用いて述べる。

【0045】

図１３は、実施例５における電力変換装置の構成図である。本実施例で述べる電力変換装置では、実施例４に述べた電力変換装置に対し、各基板１０１～１０５を保護するケース２０６～２０８及び放熱フィン２０９が追加されている。

【0046】

図１４は、図１３から放熱フィン２０９とモジュールケース２０８を抜き出し図示した物である。放熱フィン２０９は、主回路基板１０１に実装された整流回路１１１、インバータ回路１１３から生じた熱を放出する目的で配置されており、整流回路１１１、インバータ回路１１３は、放熱フィン２０９に固定される。また、モジュールケース２０８は整流回路１１１、インバータ回路１１３を放熱フィン２０９に取り付ける際、取り付け位置を簡単に確定できる様、予め整流回路１１１、インバータ回路１１３が実装される部分に開口部が設けられており、放熱フィン２０９に固定される。

【0047】

ここで、モジュールケース２０８－放熱フィン２０９間をねじで固定した場合、当該ねじで他の部品と共締めすることも可能である。例えば、実施例２で述べた基板間固定部１１７、１１８と第１基板をねじ止めにより固定する場合、基板間固定部１１７、１１８、第１基板１０２、モジュールケース２０８、放熱フィン２０９を同一のねじで締結することでねじ本数を削減できる。

【0048】

尚、図１３、図１４には図示していないが、電力変換装置の放熱性能を更に向上させるため、放熱フィン２０９に対し、冷却ファンを更に追加しても良い。

【0049】

図１５は、図１３から本体ケース２０７を抜き出し図示した物である。本体ケース２０７は、各基板１０１～１０３を外部から保護しており、モジュールケース２０８若しくは放熱フィン２０９と接合されるように構成されている。

【0050】

先に述べた様に第１基板１０２は、主回路基板１０１と基板対基板コネクタ１１５、１１６若しくは基板間固定部１１７、１１８により固定されているが、更に耐震性を補強する場合は、本体ケース２０７に、第１基板１０２を固定する固定部２０７１を設けても良い。具体的には、第１基板１０２を本体ケース２０７にねじ止め、若しくは固定部２０７１に設けられた隙間に挟み込む、等の手法により接触して固定される。また、第２基板１０３は、本体ケース２０７にねじ止め、若しくは固定部２０７２に設けられた隙間に挟み込む、等の手法により固定される。

【0051】

図１６は、図１３から前面カバー２０６を抜き出し図示した物である。前面カバー２０６は第４基板１０５、表示部１４１、操作部１４２を外部から保護しており、本体ケース２０７と接合されるように構成されている。また、第４基板１０５は、前面カバー２０６に接触して固定され、前面カバー２０６を本体カバー２０７に接合した際に、コネクタ１３４が嵌合する様に構成される。

【符号の説明】

【0052】

１０１、１０２、１０３、１０４、１０５：基板
１１１：整流回路
１１２：平滑コンデンサ
１１３：インバータ回路
１１４、１３２：端子台
１１５、１１６、１１９、１２６、１３３、１３４：基板間接続部
１１７、１１８：基板間固定部
１２１、１２２：フォトカプラ
１２３：電源回路
１２４：絶縁トランス
１２４１：１次巻線
１２４２、１２４３：２次巻線
１２５：駆動回路
１２７：ケーブル
１３１：通信回路
１４１：表示部
１４２：操作部
２０１、２０２：整流ダイオード
２０３、２０４：平滑コンデンサ
２０６、２０７、２０８：ケース
２０９：放熱フィン
２０７１、２０７２：ケース２０７に設けられた基板固定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】