特許 7564451 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】2024-10-01

(45)【発行日】2024-10-09

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20241002BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021141344

(22)【出願日】2021-08-31

(65)【公開番号】P2023034885

(43)【公開日】2023-03-13

【審査請求日】2023-01-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー

(72)【発明者】

【氏名】山根 千英

(72)【発明者】

【氏名】小栗 昭彦

(72)【発明者】

【氏名】藤原 正英

(72)【発明者】

【氏名】大下 和広

(72)【発明者】

【氏名】万本 和輝

【審査官】佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０４１４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２１３２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１１７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２２８４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１２４３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３７４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０７２１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３４０５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１９８５１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０６２２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０４５９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０５３０３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０１Ｆ ３０／１０

Ｂ２３Ｋ ９／０７３

Ｈ０１Ｂ １／００，１／０２

Ｈ０５Ｋ ３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パワー半導体を有する電力変換回路（１１０，１３０）と、
コア（２０１）と巻線（２０２）とを有するリアクトル（１２１）と、
基板（７１）と、
を備え、
前記電力変換回路と前記リアクトルとが同一の前記基板に実装されており、
前記基板は、基材と、前記基材に接合されている銅箔とを有し、
前記基材は、ガラスエポキシ又はガラスコンポジットであり、
前記巻線のうち、前記コアに巻きつけられる線（２０２ａ）は、２０℃における電気抵抗率（Ω・ｍ）が銅よりも高い物質から成る線であり、アルミニウム線である、
電力変換装置（１００）。

【請求項2】

前記リアクトルは、さらに、前記電力変換回路に接続される接続部を有し、
前記接続部は、銅から成る、
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記リアクトルは、さらに、前記電力変換回路に接続される接続部（２０３）を有し、
前記接続部は、めっき付きのアルミニウムから成る、
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記リアクトルのインダクタンスは、定格電流時に１ｍＨ以下である、
請求項１から３のいずれかに記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記リアクトルには、１０Ａ以上の電流が流れる、
請求項１から４のいずれかに記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記リアクトルには、１００Ａ以下の電流が流れる、
請求項５に記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記基板は、基材と、前記基材に接合されている銅箔とを有し、
前記銅箔の厚さが、３０μｍ以上、７５μｍ以下である、
請求項１から６のいずれかに記載の電力変換装置。

【請求項8】

電源電圧が、単相又は３相の、２００Ｖ以上、２４０Ｖ以下である、
請求項１から７のいずれかに記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１（特開２０１８－１４８６２９号公報）に、電力変換装置の構成部品であるコンデンサとリアクトルとを同一の基板に実装する発明が示されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかし、電力変換回路とリアクトルとを同一の基板に実装すると、電源品質が悪い場合、あるいは、スイッチング速度を高速化する場合、リアクトルの発熱が大きくなってしまう。リアクトルの発熱量が大きくなると、耐熱性能が高い基板を使わなければならなくなるが、それでは電力変換装置の製造コストが上がる。

【課題を解決するための手段】

【0004】

第１観点の電力変換装置は、電力変換回路と、リアクトルと、基板とを備えている。電力変換回路は、パワー半導体を有する。リアクトルは、コアと巻線とを有する。電力変換回路とリアクトルとは、同一の基板に実装されている。リアクトルの巻線のうち、コアに巻きつけられる線は、２０℃における電気抵抗率（Ω・ｍ）が銅よりも高い物質から成る線である。

【0005】

ここでは、電力変換装置において従来から一般的に用いられているリアクトルに代えて、発熱量が抑えられるリアクトルを採用している。具体的には、２０℃における電気抵抗率が銅よりも高い物質から成る線が、巻線のうち少なくともコアに巻きつけられる線として使われているリアクトルが、第１観点の電力変換装置において採用されている。この電力変換装置によれば、リアクトルの発熱量が小さく抑えられるため、耐熱性能が良い高価な基板を使う必要がなくなり、電力変換装置の製造コストを抑えることができる。

【0006】

第２観点の電力変換装置は、第１観点の電力変換装置であって、リアクトルの巻線のうちコアに巻きつけられる線は、アルミニウム線である。

【0007】

ここでは、２０℃における電気抵抗率（Ω・ｍ）が銅線の１．５倍以上であるアルミニウム線を、リアクトルの巻線のうち少なくともコアに巻きつけられる線として使用している。このようなリアクトルを採用しているため、この電力変換装置では、リアクトルの発熱量が小さく抑えられている。

【0008】

第３観点の電力変換装置は、第１観点又は第２観点の電力変換装置であって、リアクトルは、さらに、電力変換回路に接続される接続部を有する。接続部は、銅から成る。

【0009】

ここでは、リアクトルの接続部が銅から成るため、従来の電力変換装置と同様に、ハンダによって容易にリアクトルを電力変換回路に接続することができる。

【0010】

第４観点の電力変換装置は、第１観点又は第２観点の電力変換装置であって、リアクトルは、さらに、電力変換回路に接続される接続部を有する。接続部は、めっき付きのアルミニウムから成る。

【0011】

ここでは、リアクトルの接続部がめっき付きのアルミニウムであるので、めっき部分をハンダによって容易に電力変換回路に接続することができる。例えば、アルミニウム線に銅メッキを施した部分をリアクトルの接続部とすれば、リアクトルを容易に電力変換回路に接続することができる。

【0012】

第５観点の電力変換装置は、第１観点から第４観点のいずれかの電力変換装置であって、リアクトルのインダクタンスは、定格電流時に１ｍＨ以下である。

【0013】

第６観点の電力変換装置は、第１観点から第５観点のいずれかの電力変換装置であって、リアクトルには、１０Ａ以上の電流が流れる。

【0014】

第７観点の電力変換装置は、第６観点の電力変換装置であって、リアクトルには、１００Ａ以下の電流が流れる。

【0015】

第８観点の電力変換装置は、第１観点から第７観点のいずれかの電力変換装置であって、基板は、基材と、その基材に接合されている銅箔とを有する。銅箔の厚さは、３０μｍ以上、７５μｍ以下である。

【0016】

第９観点の電力変換装置は、第１観点から第８観点のいずれかの電力変換装置であって、基板は、基材と、その基材に接合されている銅箔とを有する。基材は、ガラスエポキシ又はガラスコンポジットである。

【0017】

第１０観点の電力変換装置は、第１観点から第９観点のいずれかの電力変換装置であって、電源電圧が、単相又は３相の、２００Ｖ以上、２４０Ｖ以下である。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】電力変換装置を含む空気調和装置の概略構成図である。

【図2】空気調和装置の室外ユニットの横断面図である。

【図3】室外ユニットの送風機室側の前板及び機械室側の前板を取り外した状態を示す前面図である。

【図4】電力変換装置の電気回路の概略構成図である。

【図5】プリント基板における主要部品の概略配置図である。

【図6】リアクトルの側面図である。

【図7】リアクトルの上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

（１）空気調和装置の全体構成
図１は、冷凍サイクルを行う空気調和装置１の概略構成図である。

【0020】

空気調和装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、建物等の室内の冷房及び暖房を行う装置である。空気調和装置１は、主として、室外ユニット２と、室内ユニット４とが接続されることによって構成されている。ここで、室外ユニット２と室内ユニット４とは、液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６を介して接続されている。

【0021】

（１－１）室内ユニット
室内ユニット４は、室内に設置されており、冷媒回路１０の一部を構成している。室内ユニット４は、主として、室内熱交換器４１を有している。

【0022】

室内熱交換器４１は、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の放熱器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。室内熱交換器４１の液側は液冷媒連絡管５に接続されており、室内熱交換器４１のガス側はガス冷媒連絡管６に接続されている。

【0023】

室内ユニット４は、室内ユニット４内に室内空気を吸入して、室内熱交換器４１において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給するための室内ファン４２を有している。すなわち、室内ユニット４は、室内熱交換器４１を流れる冷媒の加熱源又は冷却源としての室内空気を室内熱交換器４１に供給するファンとして、室内ファン４２を有している。ここでは、室内ファン４２として、室内ファン用モータ４２ａによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等が使用されている。

【0024】

室内ユニット４は、室内ユニット４を構成する各部の動作を制御する室内側制御部４０を有している。そして、室内側制御部４０は、室内ユニット４の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、リモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外ユニット２との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

【0025】

（１－２）室外ユニット
室外ユニット２は、室外に設置されており、冷媒回路１０の一部を構成している。室外ユニット２は、主として、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、室外熱交換器２３と、冷媒ジャケット２９と、膨張弁２６と、液側閉鎖弁２７と、ガス側閉鎖弁２８とを有している。

【0026】

圧縮機２１は、冷凍サイクルの低圧の冷媒を高圧になるまで圧縮する機器である。圧縮機２１は、後述の電力変換装置１００を通じて電源供給される圧縮機用のモータ２１ａによって、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）を回転駆動する密閉式構造となっている。圧縮機２１は、吸入側に吸入管３１が接続されており、吐出側に吐出管３２が接続されている。吸入管３１は、圧縮機２１の吸入側と四路切換弁２２とを接続する冷媒管である。吐出管３２は、圧縮機２１の吐出側と四路切換弁２２とを接続する冷媒管である。

【0027】

四路切換弁２２は、冷媒回路１０における冷媒の流れの方向を切り換えるための切換弁である。四路切換弁２２は、冷房運転時には、室外熱交換器２３を圧縮機２１において圧縮された冷媒の放熱器として機能させ、かつ、室内熱交換器４１を室外熱交換器２３において放熱した冷媒の蒸発器として機能させる冷房サイクル状態への切り換えを行う。四路切換弁２２は、暖房運転時には、室内熱交換器４１を圧縮機２１において圧縮された冷媒の放熱器として機能させ、かつ、室外熱交換器２３を室内熱交換器４１において放熱した冷媒の蒸発器として機能させる暖房サイクル状態への切り換えを行う。

【0028】

室外熱交換器２３は、冷房運転時には室外空気を冷却源とする冷媒の放熱器として機能し、暖房運転時には室外空気を加熱源とする冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。

【0029】

膨張弁２６は、冷房運転時には、室外熱交換器２３において放熱した冷凍サイクルの高圧の冷媒を冷凍サイクルの低圧まで減圧する弁である。また、膨張弁２６は、暖房運転時には、室内熱交換器４１において放熱した冷凍サイクルの高圧の冷媒を冷凍サイクルの低圧まで減圧する弁である。

【0030】

冷媒ジャケット２９は、冷媒回路１０を循環する冷媒によって、後述の電装品ユニット７０を構成する電装品のうち発熱が大きく冷却が必要な被冷却素子（パワー半導体であるダイオードＤ１～Ｄ６やスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６）を冷却する熱交換器である。具体的には、液冷媒管３５を流れる冷媒によって、冷媒ジャケット２９は被冷却素子の冷却を行う。液冷媒管３５は、室外熱交換器２３と液冷媒連絡管５とを接続する冷媒管である。冷媒ジャケット２９は、冷房運転時には室外熱交換器２３において放熱した後の冷凍サイクルの高圧の冷媒（室外熱交換器２３と膨張弁２６との間を流れる冷媒）によって被冷却素子を冷却する熱交換器として機能し、暖房運転時には膨張弁２６よって減圧された後の冷凍サイクルの低圧の冷媒（膨張弁２６と室外熱交換器２３との間を流れる冷媒）によって被冷却素子を冷却する熱交換器として機能する。

【0031】

液側閉鎖弁２７及びガス側閉鎖弁２８は、外部の機器・配管（具体的には、液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６）との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁２７は、液冷媒管３５の端部に設けられている。ガス側閉鎖弁２８は、第２ガス冷媒管３４の端部に設けられている。

【0032】

室外ユニット２は、室外ユニット２内に室外空気を吸入して、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後に、外部に排出するための室外ファン３６を有している。ここでは、室外ファン３６として、室外ファン用モータ３６ａによって駆動されるプロペラファン等が使用されている。

【0033】

室外ユニット２は、室外ユニット２を構成する各部の動作を制御する室外側制御部２０を有している。そして、室外側制御部２０は、室外ユニット２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット４の室内側制御部４０との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。なお、室外側制御部２０は、後述の電装品ユニット７０に設けられている。

【0034】

（１－３）冷媒連絡管
冷媒連絡管５、６は、空気調和装置１を建物等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管であり、設置場所や室外ユニットと室内ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。

【0035】

以上のように、室外ユニット２と、室内ユニット４と、冷媒連絡管５、６とが接続されることによって、空気調和装置１の冷媒回路１０が構成されている。

【0036】

（１－４）制御部
空気調和装置１は、室内側制御部４０と室外側制御部２０とから構成される制御部８によって、室外ユニット２及び室内ユニット４の各機器の制御を行うことができるようになっている。すなわち、室内側制御部４０と室外側制御部２０とによって、上記の冷房運転や暖房運転等の冷凍サイクル運転を含む空気調和装置１全体の運転制御を行う制御部８が構成されている。制御部８は、主としてコンピュータにより実現されるものである。制御部８は、制御演算装置と記憶装置とを備える。制御演算装置には、ＣＰＵ又はＧＰＵといったプロセッサを使用できる。制御演算装置は、記憶装置に記憶されているプログラムを読み出し、このプログラムに従って所定の画像処理や演算処理を行う。さらに、制御演算装置は、プログラムに従って、演算結果を記憶装置に書き込んだり、記憶装置に記憶されている情報を読み出したりすることができる。

【0037】

（２）室外ユニットの詳細構成
次に、図２及び図３を用いて、室外ユニット２の詳細構成について説明する。なお、以下の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」や「前面」、「側面」、「背面」、「天面」、「底面」等の方向や面を示す文言は、特にことわりのない限り、図３に示される室外ユニット２を前面とした場合における方向や面を意味する。

【0038】

室外ユニット２は、ユニットケーシング５０の内部空間を鉛直方向に延びる仕切板５７で左右に分割することによって送風機室Ｓ１と機械室Ｓ２とを形成した構造を有するものである。室外ユニット２は、ユニットケーシング５０の背面及び側面の一部から室外空気を内部へと吸い込んだ後に、ユニットケーシング５０の前面から空気を排出するように構成されている。室外ユニット２は、主として、ユニットケーシング５０と、冷媒回路構成部品と、室外ファン３６と、複数の電装品が設けられた電装品ユニット７０とを有している。冷媒回路構成部品は、上述したように、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、膨張弁２６、冷媒ジャケット２９、閉鎖弁２７、２８、及び、これらの機器を接続する冷媒管を含む。

【0039】

ユニットケーシング５０は、略直方体状に形成されており、主として、冷媒回路構成部品２１～２８と、室外ファン３６と、電装品ユニット７０とを収容している。ユニットケーシング５０は、底板５１と、送風機室側の側板５２と、機械室側の側板５３と、送風機室側の前板５４と、機械室側の前板５５と、天板５６とを有している。

【0040】

電装品ユニット７０は、ユニットケーシング５０の前面寄りに位置するように、機械室Ｓ２内に配置されている。電装品ユニット７０は、室外ユニット２内の機器の制御等に使用される複数の電装品が設けられたユニットであり、室外側制御部２０が設けられている。電装品ユニット７０は、主として、プリント基板７１と、圧縮機用のモータ２１ａへの電源供給に使用される被冷却素子、リアクトル１２１、コンデンサ１２２、室外側制御部２０などを含む複数の電装品と、を有している。複数の電装品は、鉛直面に水平に配置されたプリント基板７１の主面７１ａ（室外ユニット２の前面側を向く面）に実装されている。

【0041】

冷媒ジャケット２９は、液冷媒管３５のＵ字曲げされた部分の長手方向に沿う縦長形状の部材であり、プリント基板７１上に支持されている。冷媒ジャケット２９は、上下方向に折り返すようにＵ字曲げされた液冷媒管３５が装着された構造を有している。冷媒ジャケット２９は、プリント基板７１の主面７１ａに実装された被冷却素子を前面側から覆うように配置されており、被冷却素子に熱的に接触している。被冷却素子は、後述するコンバータ回路１１０のダイオードＤ１～Ｄ６、インバータ回路１３０のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６及び還流ダイオードＲＤ１～ＲＤ６などである。

【0042】

なお、ここでは図示を省略するが、四路切換弁２２や膨張弁２６等の冷媒回路構成部品もユニットケーシング５０内に配置されている。また、電力変換装置１００や冷媒ジャケット２９を含む電装品ユニット７０の詳細な構成については、後述する。

【0043】

（３）空気調和装置の基本動作
次に、空気調和装置１の基本動作について、図１を用いて説明する。空気調和装置１は、基本動作として、冷媒ジャケット２９による被冷却素子の冷却を行いつつ、冷房運転及び暖房運転を行う。冷房運転及び暖房運転は、制御部８によって行われる。

【0044】

（３－１）冷房運転
冷房運転時には、四路切換弁２２が冷房サイクル状態（図１の実線で示される状態）に切り換えられる。

【0045】

冷媒回路１０において、冷凍サイクルの低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。

【0046】

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２を通じて、室外熱交換器２３に送られる。

【0047】

室外熱交換器２３に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン３６によって冷却源として供給される室外空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。

【0048】

室外熱交換器２３において放熱した高圧の液冷媒は、冷媒ジャケット２９に送られる。

【0049】

冷媒ジャケット２９に送られた高圧の液冷媒は、被冷却素子と熱交換を行って加熱される。このとき、被冷却素子は、冷媒ジャケット２９を流れる高圧の液冷媒の流量及び温度に応じて、冷却されることになる。

【0050】

冷媒ジャケット２９において加熱された高圧の液冷媒は、膨張弁２６に送られる。

【0051】

膨張弁２６に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁２６によって冷凍サイクルの低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒になる。膨張弁２６で減圧された低圧の気液二相状態の冷媒は、液側閉鎖弁２７及び液冷媒連絡管５を通じて、室内熱交換器４１に送られる。

【0052】

室内熱交換器４１に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器４１において、室内ファン４２によって加熱源として供給される室内空気と熱交換を行って蒸発する。これにより、室内空気は冷却され、その後に、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。

【0053】

室内熱交換器４１において蒸発した低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管６、ガス側閉鎖弁２８及び四路切換弁２２を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。

【0054】

（３－２）暖房運転
暖房運転時には、四路切換弁２２が暖房サイクル状態（図１の破線で示される状態）に切り換えられる。

【0055】

冷媒回路１０において、冷凍サイクルの低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。

【0056】

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２、ガス側閉鎖弁２８及びガス冷媒連絡管６を通じて、室内熱交換器４１に送られる。

【0057】

室内熱交換器４１に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器４１において、室内ファン４２によって冷却源として供給される室内空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。これにより、室内空気は加熱され、その後に、室内に供給されることで室内の暖房が行われる。

【0058】

室内熱交換器４１で放熱した高圧の液冷媒は、液冷媒連絡管５及び液側閉鎖弁２７を通じて、膨張弁２６に送られる。

【0059】

膨張弁２６に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁２６によって冷凍サイクルの低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒になる。膨張弁２６で減圧された低圧の気液二相状態の冷媒は、冷媒ジャケット２９に送られる。

【0060】

冷媒ジャケット２９に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、被冷却素子と熱交換を行って加熱される。このとき、被冷却素子は、冷媒ジャケット２９を流れる低圧の気液二相状態の冷媒の流量（すなわち、冷媒循環量）及び温度に応じて、冷却されることになる。

【0061】

冷媒ジャケット２９において加熱された低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器２３に送られる。

【0062】

室外熱交換器２３に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン３６によって加熱源として供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。

【0063】

室外熱交換器２３で蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁２２を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。

【0064】

（４）室外ユニットの電装品ユニットの構成
上述のように、室外ユニット２の電装品ユニット７０は、プリント基板７１と、プリント基板７１に実装される複数の電装品と、冷却が必要な電装品（被冷却素子）を冷やすための冷媒ジャケット２９とを有する。プリント基板７１及びプリント基板７１に実装される電装品の一部は、圧縮機用のモータ２１ａへの電源供給を行う電力変換装置１００を構成する。

【0065】

（４－１）電力変換装置
電力変換装置１００は、交流電源１０２から供給される電力を所定の周波数に変換してからモータ２１ａに印加する。モータ２１ａは、三相交流モータである。電力変換装置１００は、図４に示すように、主として、交流を直流に変換する電力変換回路であるコンバータ回路１１０と、リアクトル１２１と、コンデンサ１２２と、直流を交流に変換する電力変換回路であるインバータ回路１３０と、制御回路１５０とを有している。これらの回路１１０，１３０，１５０は、プリント基板７１のパターンやプリント基板７１に実装される電装品によって構成されている。リアクトル１２１およびコンデンサ１２２も、各回路１１０，１３０，１５０が形成されているプリント基板７１に実装される。プリント基板７１は、ハーネスを介して交流電源１０２に接続される。

【0066】

（４－１－１）交流電源
交流電源１０２は、電力変換装置１００及びモータ２１ａに電力を供給するものである。具体的には、交流電源１０２は、いわゆる商用の三相交流電源であり、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ等の周波数を有する交流電圧を供給する。交流電源１０２の電源電圧は、単相又は３相の、２００Ｖ以上、２４０Ｖ以下である。

【0067】

（４－１－２）コンバータ回路
コンバータ回路１１０は、交流電源１０２に接続されており、交流電源１０２が出力した交流電圧を全波整流して直流電圧に変換するものである。コンバータ回路１１０は、パワー半導体である６つのダイオードＤ１～Ｄ６がブリッジ状に結線されたダイオードブリッジ回路により構成される。ダイオードＤ１及びＤ２と、ダイオードＤ３及びＤ４と、ダイオードＤ５及びＤ６とは、それぞれ直列に接続される。ダイオードＤ１及びＤ２の接続点は、交流電源１０２のＲ相の出力に接続される。また、ダイオードＤ３及びＤ４の接続点は、交流電源１０２のＳ相の出力に接続される。また、ダイオードＤ５及びＤ６の接続点は、交流電源１０２のＴ相の出力に接続される。コンバータ回路１１０は、交流電源１０２から出力された交流電圧を整流する。

【0068】

（４－１－３）リアクトル
リアクトル１２１は、コンバータ回路１１０とインバータ回路１３０との間に設けられ、コンバータ回路１１０及びインバータ回路１３０と直列に接続される。リアクトル１２１は、図６及び図７に示すように、主として、コア２０１と、巻線２０２と、ターミナル２０３と、ピン１２１ａとを有する。図５に示すように、電力変換回路であるコンバータ回路１１０やインバータ回路１３０と、リアクトル１２１とは、同一のプリント基板７１に実装されている。リアクトル１２１は、ターミナル２０３及び複数のピン１２１ａを介してプリント基板７１に固定される。

【0069】

リアクトル１２１の巻線２０２のうち、コア２０１に巻きつけられる線２０２ａは、２０℃における電気抵抗率（Ω・ｍ）が銅よりも高い物質から成る線である。ここでは、リアクトル１２１の巻線２０２として、アルミニウム線を採用している。アルミニウム線は、２０℃における電気抵抗率（Ω・ｍ）が銅線の１．５倍以上である。銅の２０℃における電気抵抗率は、約１．７×１０^－８（Ω・ｍ）である。ここでは、巻線２０２として用いたアルミニウム線の材料であるアルミニウムとして、２０℃における電気抵抗率が２．６×１０^－８（Ω・ｍ）～２．９×１０^－８（Ω・ｍ）であるものを採用している。

【0070】

リアクトル１２１の接続部であるターミナル２０３は、銅めっき付きのアルミニウムから成る薄板部材である。ターミナル２０３は、プリント基板７１のパターン（銅箔）に半田付けされ、コンバータ回路１１０やインバータ回路１３０に接続される。

【0071】

リアクトル１２１のインダクタンスは、定格電流時に１ｍＨ以下である。

【0072】

リアクトル１２１には、２０Ａ以上、１００Ａ以下の電流が流れる。

【0073】

（４－１－４）コンデンサ
コンデンサ１２２は、コンバータ回路１１０とインバータ回路１３０との間に設けられ、コンバータ回路１１０及びインバータ回路１３０と並列に接続される。コンデンサ１２２は、一端がリアクトル１２１を介してコンバータ回路１１０の正側出力端子に接続され、他端がコンバータ回路１１０の負側出力端子に接続される。そして、コンデンサ１２２の両端に生じた直流電圧が、インバータ回路１３０の入力ノードに接続される。ここでは、コンデンサ１２２として、フィルムコンデンサを採用している。

【0074】

（４－１－５）インバータ回路
インバータ回路１３０は、ゲート制御信号の入力に基づいて、コンバータ回路１１０で整流された電圧を所定の周波数の交流電圧に逆変換してモータ２１ａに印加するものである。ここでは、インバータ回路１３０は、入力ノードがコンデンサ１２２に並列に接続される。インバータ回路１３０は、三相交流をモータ２１ａに出力するために、パワー半導体である６個のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６を備えている。詳しくは、インバータ回路１３０は、２つのスイッチング素子を互いに直列接続してなる３つのスイッチングレグを備え、各スイッチングレグにおいて上アームのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５と下アームのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６との接続点が、それぞれモータ２１ａの各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のコイルに接続される。また、各スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６には、還流ダイオードＲＤ１～ＲＤ６が逆並列に接続される。そして、インバータ回路１３０は、これらのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のオンオフ動作によって、入力された電圧をスイッチングし、三相交流電圧に変換してモータ２１ａへ供給する。なお、このオンオフ動作の制御は、制御回路１５０により実行される。また、各スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６は、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）により実現される。

【0075】

（４－１－６）制御回路
制御回路１５０は、電力変換装置１００における各種制御を実行するものである。具体的には、制御回路１５０は、主としてマイコンから成り、インバータ回路１３０の各スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のオンオフ動作を制御して、圧縮機２１のモータ２１ａを駆動する。

【0076】

（４－１－７）プリント基板
プリント基板７１は、両面基板であり、板厚が１．６ｍｍのガラスエポキシ基板である。プリント基板７１は、ガラス布にエポキシ樹脂を含侵させた材料で製造されている基材（ガラスエポキシ材）と、その基材に接合されている銅箔とを有する。銅箔の厚さは、３０μｍ以上、７５μｍ以下である。ここでは、３５μｍ～４０μｍの厚みの銅箔が基材に接合されている。プリント基板７１は、ＮＥＭＡ規格がＦＲ－４の、一般的な耐熱性を有する基板である。

【0077】

（４－２）冷媒ジャケット
冷媒ジャケット２９は、上述のとおり、プリント基板７１上に支持される部材であり、コンバータ回路１１０のダイオードＤ１～Ｄ６、インバータ回路１３０のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６及び還流ダイオードＲＤ１～ＲＤ６などを冷却する。

【0078】

（５）電力変換装置の特徴
（５－１）
上記の空気調和装置１の室外ユニット２において圧縮機用のモータ２１ａに対して設けられている電力変換装置１００では、リアクトル１２１が、コンバータ回路１１０やインバータ回路１３０とともに、同一のプリント基板７１に実装されている。そして、従来から電力変換装置において一般的に用いられている銅線を巻線とするリアクトルではなく、電力変換装置１００では、アルミニウム線を巻線２０２とする、発熱量が抑えられるリアクトル１２１、を採用している。具体的には、２０℃における電気抵抗率が銅よりも高いアルミニウム線が巻線２０２として使われているリアクトル１２１が、電力変換装置１００において採用されている。この電力変換装置１００によれば、リアクトル１２１の発熱量が小さく抑えられるため、耐熱性能が良い高価なプリント基板を使う必要がなくなり、電力変換装置１００の製造コストが抑えられている。具体的には、電力変換装置１００においては、ＮＥＭＡ規格がＦＲ－４の、一般的な耐熱性を有するプリント基板７１が採用されている。

【0079】

言い換えると、アルミニウム線を巻線２０２とし、巻線２０２の抵抗値を上げることによって発熱量が抑えられるリアクトル１２１を、電力変換装置１００で採用している。これにより、電源歪みによる高周波の電圧歪みに起因するリアクトル１２１の異常発熱が抑えられている。巻線２０２の抵抗値が上がると、電源歪みの波形が鈍り、リアクトル１２１の異常発熱が生じ難くなる。

【0080】

また、スイッチング速度を高速化する場合も、従来の銅線を巻線として使っているリアクトルでは異常発熱する恐れがあるが、電力変換装置１００では、リアクトル１２１の異常発熱が抑えられる。

【0081】

（５－２）
電力変換装置１００では、２０℃における電気抵抗率（Ω・ｍ）が銅線の１．５倍以上であるアルミニウム線を、リアクトル１２１の巻線２０２として使用している。このようなリアクトル１２１を採用しているため、この電力変換装置１００では、リアクトルの発熱量がかなり小さく抑えられている。

【0082】

（５－３）
電力変換装置１００では、リアクトル１２１の接続部であるターミナル２０３が、銅めっき付きのアルミニウムである。したがって、銅めっき部分をハンダによって容易にプリント基板７１の銅箔から成るパターンに接続することができる。

【0083】

（６）変形例
（６－１）
上記の電力変換装置１００では、リアクトル１２１の接続部であるターミナル２０３が、銅めっき付きのアルミニウムである。これに代えて、リアクトル１２１のターミナルとして、銅から成る板部材を用いてもよい。この場合も、従来の電力変換装置と同様に、容易にリアクトルをプリント基板に半田付けし、コンバータ回路やインバータ回路に接続させることができる。

【0084】

（６－２）
上記の電力変換装置１００では、リアクトル１２１の接続部であるターミナル２０３が、銅めっき付きのアルミニウムであるが、銅以外のめっきを付けたアルミニウムを採用してもよい。

【0085】

（６－３）
上記の電力変換装置１００では、リアクトル１２１の巻線２０２の全体をアルミニウム線にしているが、巻線のうちコアに巻きつけられる線だけをアルミニウム線にしてもよい。

【0086】

（６－４）
上記の電力変換装置１００では、リアクトル１２１の巻線２０２をアルミニウム線にしているが、２０℃における電気抵抗率（Ω・ｍ）が銅よりも高い物質から成る線であれば、そのようなアルミニウム線以外の線を採用してもよい。

【0087】

（６－５）
上記の電力変換装置１００では、１つのリアクトル１２１を採用しており、リアクトル１２１に流れる電流が２０Ａ以上、１００Ａ以下である。この構成に代えて、２以上のリアクトルを用いる電力変換装置とした場合には、各リアクトルを流れる電流が１０Ａ以上、２０Ａ以下になることがある。

【0088】

なお、電力変換装置のプリント基板への入力電流は、いずれの場合も１６Ａ以上、１００Ａ以下である。

【0089】

（６－６）
上記の電力変換装置１００では、プリント基板７１の基材として、ガラス布にエポキシ樹脂を含侵させた材料で製造されている基材（ガラスエポキシ材）を採用している。上記のプリント基板７１は、ＮＥＭＡ規格がＦＲ－４の、一般的な耐熱性を有する基板である。

【0090】

このプリント基板７１に代えて、切り揃えたガラス繊維を重ねてエポキシ樹脂を含侵させたガラスコンポジットを基材とするプリント基板を、電力変換装置において採用してもよい。例えば、ＮＥＭＡ規格がＣＥＭ－３のガラスコンポジット基板を採用する電力変換装置としても、製造コストが抑えられる。

【0091】

（６－７）
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

【符号の説明】

【0092】

７１ プリント基板（基板）
１００ 電力変換装置
１１０ コンバータ回路（電力変換回路）
１２１ リアクトル
１３０ インバータ回路（電力変換回路）
２０１ リアクトルのコア
２０２ リアクトルの巻線
２０３ リアクトルのターミナル（接続部）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0093】

【文献】特開２０１８－１４８６２９号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】