(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体スイッチング素子により構成されるインバータ回路が搭載され熱伝導体によって形成された基板と、この基板が組み込まれた樹脂製のモジュールケースと、このモジュールケースに設けられ前記インバータ回路と電気的に接続された端子と、前記基板の放熱面が平面に合うように前記モジュールケースが取り付けられたヒートシンクと、前記インバータブリッジ回路を駆動する制御回路が搭載され、この制御回路と電気的に接続されたピンコネクタとを有する制御基板と、前記モジュールケースに設けられこの制御基板を固定する機構とを備え、前記端子と前記ピンコネクタとが結合されることで前記インバータ回路と前記制御回路とが電気的に接続されるようにした電力変換装置。
【請求項２】
複数の半導体スイッチング素子により構成されるインバータ回路が搭載され熱伝導体によって形成された基板と、この基板が組み込まれた樹脂製のモジュールケースと、このモジュールケースに設けられ前記インバータ回路と電気的に接続されたピンコネクタと、前記基板の放熱面が平面に合うように前記モジュールケースが取り付けられたヒートシンクと、前記インバータブリッジ回路を駆動する制御回路が搭載され、この制御回路と電気的に接続された端子とを有する制御基板と、前記モジュールケースに設けられこの制御基板を固定する機構とを備え、前記ピンコネクタと前記端子とが結合されることで前記インバータ回路と前記制御回路とが電気的に接続されるようにした電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機等において、インバータ回路を使用して圧縮機モーターの駆動環境を制御する電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の空気調和機は、省エネルギー、高効率に空気調和を行うことが求められている。これを実現するため、空気調和機の主たる動力源である圧縮機の運転効率を向上させることが重要なポイントとなる。
【０００３】
この為、一般的には圧縮機に直流モーター（ブラシレスモーター）を採用し、その回転数をその時に必要な負荷（設定温度と室内温度との偏差）にあわせて変動させ、負荷が小さい時には低速、負荷が大きい時には高速で回転させるようにしている。
【０００４】
圧縮機モーターの回転数を制御する方式としては、直流をモーターを駆動するための信号であるパルス幅変調（以下、ＰＷＭという）された信号に変換するインバータ回路による制御が知られている。
【０００５】
一般的に、空気調和機に用いられるモータ駆動装置は大別して次の部品により成り立っている。すなわち、モータ駆動装置は主に、商用電源から入力した交流電力を整流する整流器（コンバータ）、整流器の出力を平滑する主にコンデンサからなる平滑回路、平滑回路の出力を電動機を駆動するためのＰＷＭ信号に変換するインバータ回路、インバータ回路を構成する６個のスイッチング素子（トランジスタ、ゲート絶縁形バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ））にスイッチング信号を供給するためのマイコンを有する圧縮機駆動用制御回路（以下マイコン制御回路）、インバータが発生するノイズが商用交流電源側に流出することを抑制するリアクトルとコンデンサからなるノイズフィルタ、力率を改善するためのリアクトルとコンデンサからなる力率改善回路、圧縮機を駆動するブラシレスモーター（電動機）のロータ磁極位置を検出する圧縮機ローター磁極位置検出器を備えている。
【０００６】
尚、整流回路とインバータ回路は構成する半導体素子を高密度実装することで各々モジュール化され、汎用の電気電子部品、例えばダイオードスタックやパワートランジスタモジュールとして製品化され、広く用いられている。
【０００７】
一般に空気調和機に用いられるインバータモジュールは、他の電子部品とは異なり、圧縮機モーター駆動用であるため、それを構成するスイッチング素子に例えば１００Ｖ〜３００Ｖもの高電圧がかかり、２０Ａ近くの電流が流れる為、素子自信がもつ内部抵抗によって素子自体が発熱する。
【０００８】
この為、これらスイッチング素子の温度上昇による素子破壊を防ぐために複数のスイッチング素子がパッケージされたモジュールにアルミニウム製の冷却用放熱フィンを取付けて使用するのが一般的である。
【０００９】
その他の放熱フィンを必要としない部品（圧縮機駆動制御回路部品等）は１枚又は複数のプリント配線基板上に実装されて基板組品を成すのであるが、モジュールとの接続には、モジュールと放熱フィンを密着固定しなければならない為、モジュールと前記基板組品とは分離して配置し、夫々の端子間の接続には電線等を用いて行われることが多い。
【００１０】
製造コストを低減する目的で配線の省略と放熱フィンとの密着固定を同時に満たすための従来技術として、特開平６−１２３４４９号公報（以下、文献１）特開平８−８６４７３号公報（以下、文献２）及び特開平１０−２６７３２６号公報（以下、文献３）に記載された実装構造が知られている。
【００１１】
文献１に記載された実装構造について図８を用いて説明する。パワープリント配線基板１０３上にフォトカプラ、コンデンサ、ドライブ回路等を搭載し、これら電子部品が搭載された基板面とは反対の基板面にインバータモジュール１０２を配置し、このインバータモジュール１０２の接続端子１０４をパワープリント配線基板１０３に実装してハンダ付け等により電気的接続する。一方、別に設けた成形基板１０６をパワープリント配線基板１０３と接続する。なお、符号を付していないが、パワープリント基板１０３の電子部品搭載面側に設けられた基板はマイコン等が搭載された制御基板である。そして、成形基板１０６を放熱フィン１００に固定することで、パワープリント配線基板１０３に搭載されたインバータモジュール１０２の反パワープリント配線基板１０３側の放熱面が放熱フィンに密着固定される。これにより、コンパクト化及び省配線（リード線レス）を実現するものである。
【００１２】
また、文献２には、パワーモジュールをヒートシンクに取付けるために支持具を用いている。支持具はパワーモジュールの反放熱面にネジ止めされる。この支持具は、その両端がパワーモジュールの厚さ方向に折り曲げられ、パワーモジュール厚さと同じ長さだけパワーモジュール厚さ方向に延伸し、ここでパワーモジュールの長手方向と反対の方向に両端が折り曲げられてネジ代（ネジ穴を形成する領域）が形成される。そして、ヒートシンクと支持具によって挟まれるようにパワーモジュールがネジによってヒートシンクに取付けられる。
【００１３】
一方、この支持具はプリント配線板も取付ける構造となっている。すなわち、先のネジ代の部分をパワーモジュールの短辺方向に延伸され、ここで反ヒートシンク側に折り曲げられる。この折り曲げられた部分にネジ穴が形成され、ここにプリント配線板がネジ止めされる。パワーモジュールとプリント配線板との電気的接続は、パワーモジュールの反ヒートシンク側に設けられ、支持具に取付けられたプリント配線板方向に延びた複数の端子が、プリント配線板に開けられた孔に差し込まれることで行われる。これにより文献１と同様の効果を得るものである。
【００１４】
また、文献３には、パワーモジュールと他の電子制御部品をプリント配線基板の同一面に搭載し、このプリント配線基板はシートシンクが取付けられたトップカバーに取付けられる。このトップカバーは絶縁材料によって箱状に形成され、嵌め込み係合部によってプリント配線基板の外縁部に嵌め込み係合し、この嵌め込み係合によって、プリント配線基板の電子部品取り付け面が蓋されるようになっている。そして、パワーモジュールは、トップカバーに取付けられたヒートシンクに、プリント配線基板とヒートシンクとに挟まれるように取付けられる。これにより文献１と同様の効果を奏するものである。
【００１５】
ところで、最近、高効率化を狙って低損失のスイッチング素子を搭載したインバータモジュールが出現している。一般的にスイッチング素子を高効率化すれば、例えば短絡事故のように素子の定格値を超える瞬時の突入電流（ピーク電流）に対する耐量時間（短絡耐量時間）が短くなる傾向にある。この為、短絡耐量時間内（例えば２μ秒〜５μ秒）に素早くピーク電流を検出し、インバータ回路の駆動を中止する保護回路システムが求められている。
【００１６】
保護動作を高速に行うには、配線自身がもつ抵抗成分やリアクタンス成分も無視できないため、駆動制御回路をインバータブリッジ回路の近傍に配置する手法が一般的であり、最近では、モジュールの保護の他に小型化、システム化を狙って、インバータ回路とその駆動制御回路、ピーク電流保護回路等を集積化し、同一ケース内におさめたモジュールも登場してきている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
文献１に記載された構造では、図８に示すように、プリント配線基板１０３の質量を支えるだけでなく、放熱フィン１００とモジュール放熱面１０２ａを接触させるためにプリント配線基板１０３を押さえつける構造になる。このため、電気的には必要としない接続端子１０４の径を太くするなどして接続端子自身を強固にしなければならない。
【００１８】
図８中の成形基板は他の電子部品を搭載することと兼ねることで利点はあるが、結果的にはプリント配線基板の支持具がやはり必要となり、モジュールの取り付けに伴う部品点数は余り減っていない。
【００１９】
特に、制御基板１０３を押さえつけることで間接的にモジュール放熱面１０２ａと放熱フィン１００を接触させる構造なので、支持具の高さ寸法の誤差とモジュールの高さ寸法の誤差によりモジュールと放熱フィンの間に隙間が発生して、モジュールの熱を有効に放熱フィンに伝達することができない。
【００２０】
モジュール１０２の熱を放熱フィン１００に有効に伝達する方法として、モジュール放熱面１０２ａと放熱フィン１００間の隙間に例えばシリコングリースを塗布する方法があるが、一般的にシリコングリースの方が配線部品よりもコストが高くなり、塗布工程も増えるので必ずしも得策とはいえない。
【００２１】
放熱フィンとの密着度を良くするため、プリント配線基板１０３をネジ等によって強く押さえつけると、プリント配線基板１０３に応力がかかり、基板が歪んで半田部に亀裂（半田クラック）が発生するか、パワーモジュール１０２の端子とプリント配線基板１０３間を電気接続する半田が外れてしまう恐れがある。
【００２２】
換言すると、パワーモジュール１０２と放熱フィン１００との密着度を良好に保ち、プリント配線基板１０３やパワーモジュール１０２の半田部に対する応力が発生しないようにするためには、プリント配線基板１０３の支持具の寸法精度を上げ、取付け作業時の精度を向上させる必要があった。
【００２３】
同様に、文献２に記載された実装構造では、前述した支持具とヒートシンクとの間にパワーモジュールを固定する構造となっているため、支持具をパワーモジュールの厚さ方向に折り曲げる寸法が短いと、パワーモジュールに圧力がかかってしまい、反対にこの寸法が長いとパワーモジュールの放熱面とヒートシンクとの密着度が悪くなり放熱が良好に行われなくなるといった問題がある。
【００２４】
更にパワーモジュールの接続端子とプリント配線基板との電気的接続について、このパワーモジュールの接続端子はφ0.8mm程度と弱いので、支持金具で接続端子およびプリント配線基板との接続部（特に半田付け部）に応力が掛からないように保護している。
【００２５】
しかし、電線等の配線コスト低減やパワーモジュール接続端子の保護には利点があるが、支持具のプリント配線基板への取り付け作業の精度、パワーモジュールと支持具との取り付け作業の精度及び放熱フィン（ヒートシンク）とパワーモジュールとの取り付け作業の精度が要求されるといった問題がある。
【００２６】
同様に、文献３に記載された実装構造においても、トップカバーの厚みを規定する側壁の高さの精度とパワーモジュールの半田付けの深さ（端子のどの位置で半田付けするか）精度によって、パワーモジュール放熱面とヒートシンクとの密着度が悪くなったり、パワーモジュールが搭載されたプリント板への応力が発生するといった問題がある。
【００２７】
また、上記文献１及び３に記載された実装構造では、図８に示すように、２列の接続端子１０４でプリント配線基板１０３の質量を支えるような構造になっている。このため、パワーモジュール端子を２列に配置するので、パワーモジュール設計の自由度が制限され、電気的には必要としない接続端子１０４の強化でコスト増につながってしまうといった問題がある。
【００２８】
本発明の目的は、各種部品の精度や組立て精度を上げることなく、パワーモジュールとヒートシンクとの密着性を良好にし、構成要素に不要な応力がかからない実装構造を有する電力変換装置提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、複数の半導体スイッチング素子により構成されるインバータ回路が搭載され熱伝導体によって形成された基板と、この基板が組み込まれた樹脂製のモジュールケースと、このモジュールケースに設けられ前記インバータ回路と電気的に接続された端子と、前記基板の放熱面が平面に合うように前記モジュールケースが取り付けられたヒートシンクと、前記インバータブリッジ回路を駆動する制御回路が搭載され、この制御回路と電気的に接続されたピンコネクタとを有する制御基板と、前記モジュールケースに設けられこの制御基板を固定する機構とを備え、前記端子と前記ピンコネクタとが結合されることで前記インバータ回路と前記制御回路とが電気的に接続されるようにしたことで達成される。
【００３０】
上記目的は、複数の半導体スイッチング素子により構成されるインバータ回路が搭載され熱伝導体によって形成された基板と、この基板が組み込まれた樹脂製のモジュールケースと、このモジュールケースに設けられ前記インバータ回路と電気的に接続されたピンコネクタと、前記基板の放熱面が平面に合うように前記モジュールケースが取り付けられたヒートシンクと、前記インバータブリッジ回路を駆動する制御回路が搭載され、この制御回路と電気的に接続された端子とを有する制御基板と、前記モジュールケースに設けられこの制御基板を固定する機構とを備え、前記ピンコネクタと前記端子とが結合されることで前記インバータ回路と前記制御回路とが電気的に接続されるようにしたことで達成される。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の１実施の形態を図を用いて説明する。
【００３６】
まず、図１を用いて空気調和機の冷凍サイクルの一部を構成する圧縮機モーターの回転数を制御するインバータ回路を説明する。
【００３７】
図１において、この実施の形態に係る電力変換装置は、商用交流電源５から入力した交流電力を整流する整流器２（コンバータ）、整流器２の出力を平滑する主にコンデンサからなる平滑回路１、平滑回路１の出力を電動機１０を駆動するためのＰＷＭ信号に変換するインバータ回路３、インバータ回路３を構成する６個のスイッチング素子３ａ（トランジスタ、ゲート絶縁形バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ））にスイッチング信号を供給するためのマイコンを有する圧縮機駆動用制御回路４（以下マイコン制御回路）、インバータ３が発生するノイズが商用交流電源側に流出することを抑制するリアクトルとコンデンサからなるノイズフィルタ６、力率を改善するためのリアクトルとコンデンサからなる力率改善回路７、圧縮機を駆動するブラシレスモーター（電動機）のロータ磁極位置を検出する圧縮機ローター磁極位置検出器９を備えている。
【００３８】
商用交流電源５（家庭用空気調和機の場合、電源プラグをコンセントに接続することで電源と接続される）は、ノイズフィルタ６、力率改善回路７を介して整流回路２に接続され、この整流回路２によって交流が直流に変換され、整流回路２に接続された平滑回路１の図中のＡ−Ｂ間に直流電圧（Ｖｄ）を得る。この直流電圧は、インバータ回路３の直流側に入力される。このインバータ回路３は、６個の半導体スイッチング素子３ａ及び夫々の半導体スイッチング素子３ａに逆並列に接続された還流ダイオードによって構成されている。インバータ回路３のスイッチングタイミングによって圧縮機直流モーター１０に印加される平均直流電圧を調整することで圧縮機回転数を可変速制御される。
【００３９】
インバータ回路３におけるスイッチングタイミングは、マイコン制御回路４により決定され、圧縮機モーター１０のローター（図示せず）磁極位置を磁極位置検出器９で検出し、その磁極位置信号を基にマイコンが演算してその時の運転状況に応じた圧縮機駆動信号を決定し、これをインバータ回路３に指令することでインバータ回路３の構成スイッチング素子３ａのオン・オフが行われる。そして、この信号は圧縮機モーター１０のステータ巻線に印加され、圧縮機モーターを可変速制御する。
【００４０】
なお、図１中の圧縮機ローター磁極位置検出回路９は、回転する圧縮機ローター（磁石）の磁極位置（方向）を検出するもので、その検出信号をマイコン制御回路４が受信すると、マイコンが現在のローター磁極位置を推定して次に送るインバータ回路素子３ａのスイッチング指令信号を送信する。
【００４１】
インバータ回路素子３ａはマイコンからの指令に従い、オン・オフを行い圧縮機ステータに流す電流方向を切り替える（転流動作）ことよってローターとステータとの間で誘導あるいは反発が繰り返されて連続した回転が行われる。
【００４２】
以上のような圧縮機回転数制御システムを構成する為、本発明において、具体的には整流回路素子としてダイオードを、インバータ回路素子として高速スイッチングが可能なＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar-transistor)のようなダイオードを用いて実現しようとしている。
【００４３】
尚、整流回路２とインバータ回路３は構成する半導体素子を高密度実装することで各々モジュール化され、汎用の電気電子部品、例えばダイオードスタックやパワートランジスタモジュールとして製品化され、広く用いられている。
【００４４】
次に図１に示した電力変換装置の実装について説明する。図２及び図３は図１に示した空気調和機の電力変換装置における基板分割方法を示した例であり、図４は図３に示したモジュール構造の一例であり、図５は本実施形態に係るモジュールとその他の回路基板支えとの接続固定構造の一例であり、図６及び図７はモジュールとその他回路基板との接続も含めた本実施形態の一例である。
【００４５】
以下、図２及び図３を用いて図１に示した電力変換装置に係る電気回路を実装に際して、組み立て精度や放熱を考慮しつつ個々の構成要素を組にしていく考え方を説明する。
【００４６】
図２に示す実施の形態では、別個のプリント配線基板を用いて整流・インバータ回路部８（以下パワー部と呼ぶ）とマイコン制御他回路のメイン制御部１１に分離し、パワー部を構成する半導体素子は同一基板上に集約実装し、外部接続端子と組込ケースを取り付けてモジュール製作することで、発熱素子との分離を図っている。尚、この分離の仕方のもう一つの特徴は、主回路におけるコンデンサ、すなわち、ノイズフィルタ６を構成するコンデンサ、力率改善回路７を構成するコンデンサおよび平滑回路１を構成するコンデンサを纏めたことである。また、力率改善回路７を構成するリアクトルは独立させた。
【００４７】
モジュールに使用するプリント配線基板は放熱性を高める為、基板ベースに例えばアルミニウムを使用した金属基板を採用することで基板パターン面に実装された半導体素子の発熱はこの金属プレートを通して放熱される。
【００４８】
また、整流回路２とインバータ回路３とを同一基板上に実装することで、電線等による配線作業の省略でコスト低減につながり、熱発生源を一箇所に集約できるので、ヒートシンクの共用化を図ることができるので無駄のない基板配置が可能である。
【００４９】
一方、モジュール以外のメイン制御部の電子部品は２つのプリント配線基板１１（以下メイン基板と呼ぶ）に実装し、分割によって発生する電線等の布線費用を極力抑制するようにしている。
【００５０】
尚、前記モジュール８とメイン基板１１は後に説明する各々の取付構造によって従来よりも安価に接続固定を実現している。
【００５１】
ここで、図２の場合は、布線の省略によるコスト低減を主眼として基板分割を行っているが、前述したように、メイン基板１１には１つの基板上にノイズフィルタ６や力率改善回路７のような高電圧を扱う回路（強電回路）と、例えば５Ｖ動作するマイコン等の電子回路（弱電回路）を混在させている。しかし、ノイズの影響や安全性を考慮して強電回路部と弱電回路部を分離して３分割、即ちパワー部、ノイズフィルターなどの入力電源部、マイコン制御部に分けてもよい。
【００５２】
また、汎用性を高める為、モジュール８から整流回路部２を分離してもよく、更に図３の如くインバータ駆動回路やインバータ保護回路、マイコン等を前記モジュール８内に組み込んだりしてもよい。
【００５３】
要は後に述べるモジュールの構造を工夫さえすれば、基板分割方法には関係なく、電気品の収納空間や求める性能にあわせてシステムを設計すればよい。
【００５４】
図３で示した本発明に係る分割の仕方の一実施の形態は、ただ単純に汎用性の面に有利なだけではなく、過電流のようなインバータ保護回路をインバータ回路近傍に配置することになり、従来例で挙げた高速の保護動作が実現できるので信頼性向上の面でも有利なものとなっている。電源入力回路基板１３にはノイズフィルタ６、力率改善回路７の構成要素の一つであるコンデンサ及び平滑回路１が搭載され、モジュール基板１２ａには整流回路２、インバータ回路３及びロータ磁極位置検出器９が搭載され、マイコン制御基板１２ｂには前述の保護回路を含むマイコン制御回路４が搭載されている。
【００５５】
図４は、図３で示した基板分割構成において、本発明に係る一実施の形態であるモジュール構造とその他制御基板との接続の一例を表す断面図である。
【００５６】
図４において、１２ａはアルミ基板、１４はＰＰＳ等の樹脂成型加工したモジュールケース、１２ｂはマイコン搭載したマイコン制御基板、１５はマイコン制御基板１２ｂの質量を支える為のＡＢＳ等の樹脂成型加工したマイコン基板ケース、１３はノイズフィルタや５Ｖ出力のようにマイコン駆動のための制御用直流電圧源を供給する電源回路を搭載した基板であり、ここでは、ケーブル２１を使ってマイコン基板１２ｂと電気的接続している。
【００５７】
このうち、アルミ基板１２ａの上部表面は絶縁層を挟んで導電部となる銅箔が任意のプリントパターンで施してあり、基板の部品実装面としている。
【００５８】
このアルミ基板１２ａの部品実装面上にインバータおよび整流回路の構成半導体素子１６を実装、銅箔パターンを介して各々結線して接続用入出力端子１７ａ、１７ｂを組み込んだモジュールケース１４でモジュールを形成している。
【００５９】
一方、モジュールの放熱にはアルミ基板１２ａの放熱面とアルミ製放熱フィン１８平面とを合わせ、ネジ等を使用してモジュールケース１４を介してモジュールをアルミ製放熱フィン１８に直接固定することで行う。
【００６０】
これにより、従来のようにモジュール専用支持金具を使用しないで、さらにインバータ回路３を構成するスイッチング素子３ａとマイコン制御基板１２ｂとを積層していないので、マイコン制御基板１２ｂやスイッチング素子３ａに不要な応力がかかることなく、さらにモジュールと放熱フィン１８を直接に接触させているので、高さ寸法等の誤差によりモジュールと放熱フィン１８との間に隙間ができるということがなく、モジュールの熱を確実に放熱フィン１８に伝え、効果的に放熱することができ、モジュール即ち構成素子１６の温度上昇による破壊を防止することができる。
【００６１】
ところで、本実施の形態においては、図４中のモジュールケース１４の接続端子は、図に示したように圧縮機モータ１０と接続するような高電圧、大電流を扱う大型端子１７ａと、インバータ素子へのスイッチング指令信号を送る小信号系端子１７ｂに分けて施して、大型端子１７ａは、圧縮機から延びるケーブル１９を直接接続できるようにしている。
【００６２】
これにより、低電圧で作動する電子部品の近傍には高電圧、高電流回路を通さないで済むので、ノイズによる誤作動を防止することができる。
【００６３】
また、図４中の１２ｂはマイコンおよびインバータ駆動制御回路を搭載したマイコン制御基板であり、本基板にモジュールへの制御信号ピン１７ｂと接合するピンコネクター２０を実装し、マイコン基板ケース１５に組み込んでいる。
【００６４】
この時、モジュールケース１４にはマイコン制御基板１２ｂを固定する機構１４ｂが施してあり、この取付機構１４ｂによってモジュールとマイコン制御基板１２ｂは連結固定されるようにしてある。
【００６５】
この為、先述の従来例のように専用支持金具やモジュール端子で基板固定を兼ねる必要もないので、モジュールの信号接続端子１７ｂも本図のように１列のみで配列することも可能である。
【００６６】
本実施の形態では、モジュールケース１４とマイコン基板ケース１５とを独立させて、モジュールケース１４にてスイッチング素子の質量を差さえ固定すると共に、マイコン基板ケース１５にてマイコン制御基板１２ｂの質量を支える構造となっているため、マイコン制御基板１２ｂ及び半導体スイッチ素子を支持する支持具の加工精度の善し悪しで、文献１乃至３にて説明した不要な応力がかかることや、半導体スイッチング素子とヒートシンクとの熱的接触不良といった問題の発生を防止することができる。また、組立性てについては、下記図５及び図６にて詳説するように、電気的接続及び機構的結合を簡単に行えるようにした。
【００６７】
また、本実施の形態ではマイコン基板ケース１５がモジュールケース１４と独立して分離可能なようにしているのでマイコン制御回路が変更になっても、さらにモジュール以外の基板構成が変わっても設計変更が少なくできるようにして、汎用性を持たせるようにしている。
【００６８】
勿論、基板ケース１５は、モジュールケース１４と独立した形で設けているが、モジュールケース１４と一体化構造にしてもよく、一体化することで汎用性は犠牲になるが、組み込む作業工数が減ってコスト低減につながる。
【００６９】
この時一体化構造にしてもマイコン制御基板１５を支え、固定する為の機構がモジュール側に施される形となる。
【００７０】
図５、図６および図７はモジュールケースの取付機構とマイコン制御基板ケースの取付機構の構造詳細を示した本発明に係る実施の形態である。
【００７１】
図５では、モジュールケース１４とマイコン基板ケース１５は嵌めあい方式になっているので、それぞれの凹凸部２２ａ、２２ｂを上下スライドさせることにより簡単に組み立てるようになっている。このとき、モジュールケース１４側の複数のモジュール接続端子１７ｂはマイコン基板ケース１５側に設けられたピンコネクタ２０に無理な力を加えることなく差し込まれる。
【００７２】
通常、モジュールケース１４、制御基板ケース１５とも樹脂成形で生産される為、自由な形状で設計できることや形状の微調整がし易いという樹脂成形の特長を生かした実施の形態である。
【００７３】
図６の実施の形態の場合は、モジュールケース１４とマイコン基板ケース１５を上下に重ね、予め双方に施したネジ穴２３ａ、２３ｂを通してネジ止め固定出来るようになっている。
【００７４】
マイコン制御基板１２ｂを、前記マイコン基板ケース１５に組み込む一方で、図で示したように上下方向に移動してモジュール接続端子１７ｂとをコネクターピン２４を用いて接続するようにしている。
【００７５】
図６の場合は、ネジ等で強固に固定する形となるので、モジュール及びマイコン基板を接続したままでの部品の供給が可能（ブロック毎の生産）という点で有利である。
【００７６】
図７に示した実施の形態では図６においてマイコン制御基板１２ｂを上下方向に接続していたのに対し、モジュール接続端子１７ｂを左右方向に配置し、マイコン基板１２ｂも左右方向にスライドして接続する例を示している。
【００７７】
尚、上記説明した実施の形態においては、モジュール側にモジュール接続端子(入出力端子)を設け、マイコン制御基板側にピンコネクタを設けているが、モジュール側にピンコネクタを設け、マイコン制御基板側に接続端子を設けても同様の効果を得ることができる。
【００７８】
以上説明したように本実施の形態によれば少なくともモジュールケースに基板固定の為の支持機構を施すことでモジュール配置上の制約が緩和され、モジュール接続端子の方向も自由に配置することが出来る。
【００７９】
また、モジュールの制御信号用接続端子１７ｂは、マイコン制御基板１２ｂのピンコネクタ２４によって接続して、わざわざ半田付けによって固定しなくても容易に固定を実現出来ている。勿論、ピンコネクタ２４を使用せず、マイコン制御基板に穴を設けて半田付けして接続してもよい。但しこの場合、先述の従来例のようにモジュールの信号用接続端子１７ｂ自体をさほど強固にしなくてもよく、方向、配列を自由に配置することが出来るので従来例に比べて大きなメリットを有する。
【００８０】
一方、製品保守サービスの面をみれば、従来のように半田付け部を加熱して溶融し、半田が溶融している内にモジュールから接続していた制御基板を取り外すという、面倒で時間のかかる作業をする必要がなくなり、更に制御基板をモジュールから取り外さなくとも放熱フィンに固定しているモジュールのネジ２５を外すだけで、それぞれの部品を分離することができるので簡単に保守サービスをすることができるようになる。
【００８１】
また、文献３に示されたように制御基板の支持具で放熱フィンの支持を兼ねている実装構造に対して、２重構造若しくはそれに準じた複雑な支持具の構造設計が必要なく、コストを低減することができるといった効果もある。更に文献３においては制御基板の部品面と同一面上にモジュールと放熱フィンが配置されるので、他の電子部品に接触しないようにモジュール取り付け高さ調整や制御基板上の電子部品配置調整、放熱フィン形状の変更を施さねばならないが、本実施形態によれば、モジュール基板とマイコン制御基板１２ｂが独立しているので設計自由度を確保することができる。
【００８２】
また、図８に示した文献１及び文献３に示された実装構造の何れの場合にもモジュールの上部若しくは下部に制御用基板を配置する為、モジュールのスイッチング動作によって発生する電気的ノイズが制御回路に誤動作を引き起こさないように制御基板の耐ノイズ性を高める工夫が必要である。これに対して本実施の形態によれば両基板が独立しているのノイズ対策を低減することができる。
【００８３】
以上述べたように、従来の方式では何らかの形でモジュールおよび放熱フィンを支持する専用支持金具若しくはそれに準じた機構を別途設ける必要があった。
【００８４】
この為、部分組立てによる平行生産ができなかったり、実装方式によっては２面半田付けとなり半田付け工程の複雑化によって作業性を悪くしてコスト増の要因にもなっていた。
【００８５】
従って、設計者にとってモジュール接続端子や制御用基板の応力に対する保護や耐ノイズ性等に対する製品信頼性を確保すると共に、モジュールの取り付けに係る費用を低コストで実現することは大きな課題であり、全てを満たす有効な方法は未だ確立されていなかった。
【００８６】
これに対して本実施の形態では、モジュール基板１２ａ及びマイコン制御基板１２ｂを個別のラインで生産することができ、両者の結合も簡単に行うことができるという効果がある。
【００８７】
以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、インバータ回路を一枚の基板に実装し、あるいはさらに整流回路部分をも含めて一枚の基板に実装して、それをモジュールケースに組み込んでモジュール化することにより、インバータ回路部をメインの制御基板から独立させることができる。
【００８８】
そして、モジュールと一枚の基板にマイコン制御回路を組み込んだマイコン制御基板との接続は、半田付けによらず機械的に組み合わせることができるようになるので、基板相互の組み立て作業が手工具等の簡便な道具で簡単にできるようになる。
【００８９】
したがって保守サービスにおける点検が容易になり、分解、組み立てにかかる時間、部品の交換等の作業性を改善することができる。
【００９０】
また、モジュールを支持する支持金具を必要としないので部品数が少なくなり、生産性が向上するとともに、基板の生産工程においても一度組み立てたインバータ回路部をも一度メイン基板に組み込むという直列的な生産工程を省略でき、インバータ基板部とその他の基板部を平行して生産できるので、基板の生産においても生産性を向上させることができる。
【００９１】
さらに、高電圧、高電流が流れ、ノイズを発生し易いインバータ回路部分と低電圧で作動する電子部品を組み込んだメイン基板分離できることにより、メイン基板の電子部品がノイズに影響されることが少なくなるので、機器部品の運転の信頼性が向上する。
【００９２】
総合すれば、高い信頼性を保ちつつ、安価に基板接続が行える上に、基板接続にかかる不要な空間いわゆるデッドスペースも減らすことが出来、かつモジュール設計が自由に行えるという効果が得られる。
【００９３】
【発明の効果】
以上本発明によれば、各種部品の精度や組立て精度を上げることなく、パワーモジュールとヒートシンクとの密着性を良好にし、構成要素に不要な応力がかからない電力変換装置の実装構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧縮機回転数制御のシステム構成図。
【図２】本発明に係る基板分割実施例。
【図３】本発明に係る基板分割実施例。
【図４】モジュールと基板の組み合わせの実施例。
【図５】モジュールと基板の組み合わせの別な実施例。
【図６】モジュールと基板の組み合わせの別な実施例。
【図７】モジュールと基板の組み合わせの別な実施例。
【図８】従来のモジュールと基板の組み合わせの実施例。
【符号の説明】
１…平滑回路、２…整流回路、３…インバータ回路、４…マイコン及び圧縮機モーター駆動用制御回路（マイコン制御回路）、５…商用交流電源、６…ノイズフィルタ、７…力率改善回路、８…モジュール、９…ローター磁極位置検出器、１０…圧縮機モーター（ステータ）、１１…メイン基板、１２ａ…モジュール基板（アルミ基板）、１２ｂ…マイコン制御基板、１３…電源入力回路基板（モジュール、マイコン制御基板以外の回路）、１４…モジュールケース１４ａ…基板固定機構、１５…マイコン基板ケース、１６…半導体素子（発熱半導体素子）、１７ａ…モジュール接続端子（大型端子）、１７ｂ…モジュール接続端子（制御信号用端子）、１８…モジュール冷却用放熱フィン、１９…圧縮機接続用ケーブル、２０…ピンコネクタ、２１…接続ケーブル、２２ａ…基板ケース側固定機構、２２ｂ…モジュール側固定機構、２３ａ…基板ケース側固定機構、２３ｂ…モジュール側固定機構、２４…ピンコネクタ、２５…モジュール＝放熱フィン固定用ネジ、１００…冷却用放熱フィン、１０２…インバータモジュール、１０３…制御用プリント配線基板、１０４…モジュール接続端子、１０６…成形基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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