(57)【要約】  電力変換装置（５０）は、交流電力が入力される交流電源入力部（９）と、交流電源入力部（９）に入力された交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路部と、コンバータ回路部で変換された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路部と、インバータ回路部で変換された交流電力を出力する交流電源出力部と、交流電源入力部（９）、コンバータ回路部、インバータ回路部、および交流電源出力部を電気的に接続させる導電パターン（６）とが設けられたプリント配線板（７）と、プリント配線板（７）の面方向と垂直となる面方向の板状形状を呈し、平面視において導電パターン（６）と重ねて配置されて、導電パターン（６）に対して接する２つ以上の接続部を有するバスバー（１）と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力が入力される交流電源入力部と、前記交流電源入力部に入力された交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路部と、前記コンバータ回路部で変換された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路部と、前記インバータ回路部で変換された交流電力を出力する交流電源出力部と、前記交流電源入力部、前記コンバータ回路部、前記インバータ回路部、および前記交流電源出力部を電気的に接続させる導電パターンとが設けられたプリント配線板と、
前記プリント配線板の面方向と垂直となる面方向の板状形状を呈し、平面視において前記導電パターンと重ねて配置されて、前記導電パターンに対して接する２つ以上の接続部を有するバスバーと、を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記プリント配線板の厚さは、前記２つの接続部が接する前記導体パターンの幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記プリント配線板のうち前記バスバーが配置される面に設けられた電子部品をさらに備え、
前記バスバーの高さのほうが前記バスバーの直近に設けられる電子部品の高さよりも高いことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記バスバーの前記接続部は、前記コンバータ回路部と前記インバータ回路部とを結ぶ導電パターンに接することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記バスバーの前記接続部は、前記インバータ回路部と前記交流電源出力部とを結ぶ導電パターンに接することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバータ回路部とインバータ回路部とがプリント配線板に設けられた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置において、プリント配線板に電流を流した際に発生する発熱対策として、プリント配線板の厚さ方向に延びたバスバーを、導電パターンに代えてプリント配線板上に配線部材として設置した構成が、特許文献１に開示されている。配線部材としてバスバーを設置することで、導電パターンよりも通電容量を大きくして、電流を流した場合の温度の上昇を抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２３６５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、バスバーのみに電流が流れるため、通電容量を増やそうとしたときにバスバーを大型化する必要がありコストアップしてしまうという課題があった。【０００５】
また、バスバーを配線部材として使用しているため、通電容量が異なる複数機種で共通のプリント配線板を使用する場合においては、通電容量の少ない機種でも必ずバスバーを設置しなければならず、不要な部品の実装によるコストアップを招くという課題があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、要求される通電容量に対応した構成を採用することでコストの抑制を図ることのできる電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電力変換装置は、交流電力が入力される交流電源入力部と、交流電源入力部に入力された交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路部と、コンバータ回路部で変換された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路部と、インバータ回路部で変換された交流電力を出力する交流電源出力部と、交流電源入力部、コンバータ回路部、インバータ回路部、および交流電源出力部を電気的に接続させる導電パターンとが設けられたプリント配線板と、プリント配線板の面方向と垂直となる面方向の板状形状を呈し、平面視において導電パターンと重ねて配置されて、導電パターンに対して接する２つ以上の接続部を有するバスバーと、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる電力変換装置は、要求される通電容量に対応した構成を採用することでコストの抑制を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる電力変換装置の概略構成を示す図
【図２】実施の形態１にかかる電力変換装置の部分拡大斜視図
【図３】実施の形態１にかかる電力変換装置の部分拡大平面図
【図４】実施の形態１にかかる電力変換装置の部分拡大正面図
【図５】実施の形態１にかかる電力変換装置の部分拡大側面図
【図６】本発明の実施の形態２にかかる電力変換装置の部分拡大正面図
【図７】実施の形態２にかかる電力変換装置の部分拡大側面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかる電力変換装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電力変換装置の概略構成を示す図である。電力変換装置５０は、交流電源入力部９、コンバータ回路部２０、インバータ回路部３０、および交流電源出力部４０がプリント配線板７に搭載されて構成される。交流電源入力部９とコンバータ回路部２０の間、コンバータ回路部２０とインバータ回路部３０との間、インバータ回路部３０と交流電源出力部４０との間は、プリント配線板７に形成された導電パターン６によって電気的に接続されている。
【００１２】
電力変換装置５０は、交流電源８から供給された交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を任意の周波数および電圧の交流電力に再度変換して、動力部１３に供給する。動力部１３は、例えば電動機である。
【００１３】
これらの電力の変換は、プリント配線板７に搭載された交流電源入力部９、コンバータ回路部２０、インバータ回路部３０、および交流電源出力部４０が協働することで実行される。
【００１４】
すなわち、交流電源入力部９では、交流電源８から供給された交流電力が、導電パターン６を介してコンバータ回路部２０に向けて出力される。コンバータ回路部２０は、交流電力をダイオードブリッジによって三相全波整流して直流電圧に変換する。コンバータ回路部２０は、コンバータ入力部２１およびコンバータ出力部２２を有する。コンバータ入力部２１とコンバータ出力部２２との間は、プリント配線板７に形成された導電パターン６によって電気的に接続されている。コンバータ回路部２０では、交流電源入力部９から導電パターン６を介して送られてきた交流電力がコンバータ入力部２１に入力されて直流電力に変換され、コンバータ出力部２２から導電パターン６を介してインバータ回路部３０に向けて出力される。
【００１５】
インバータ回路部３０は、スイッチング素子のスイッチング動作によって直流電力を交流電力に変換する。インバータ回路部３０は、インバータ入力部３１とインバータ出力部３２とを有する。インバータ入力部３１とインバータ出力部３２との間は、プリント配線板７に形成された導電パターン６によって電気的に接続されている。インバータ回路部３０では、コンバータ出力部２２から出力された直流電力がインバータ入力部３１に入力されて任意の周波数および電圧の交流電力に変換され、インバータ出力部３２から導電パターン６を介して交流電源出力部４０に向けて出力される。
【００１６】
交流電源出力部４０では、インバータ出力部３２から出力された交流電力が動力部１３に向けて出力される。動力部１３は、交流電源出力部４０から出力された交流電力を動力に変換する。
【００１７】
このように構成された電力変換装置５０について、プリント配線板７に形成された導体パターン６部分について説明する。図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置５０の部分拡大斜視図である。図３は、実施の形態１にかかる電力変換装置５０の部分拡大平面図である。図４は、実施の形態１にかかる電力変換装置５０の部分拡大正面図である。図５は、実施の形態１にかかる電力変換装置５０の部分拡大側面図である。図２から図５では、交流電源入力部９とコンバータ入力部２１との間を拡大して示している。
【００１８】
プリント配線板７には、バスバー１が搭載される。バスバー１は、図３に示すように、平面視において導電パターン６と重ねて配置される。バスバー１は、プリント配線板７の導電パターン６部分に形成された貫通穴４，５に挿入されて、はんだづけによってプリント配線板７に固定される第一の脚部２ａと第二の脚部２ｂを有する。また、バスバー１は、第一の脚部２ａと第二の脚部２ｂとをつなぐ本体部３を有する。第一の脚部２ａと第二の脚部２ｂとが、導電パターン６に接して、バスバー１を導電パターン６と電気的に接続させる接続部として機能する。なお、導電パターン６に接する接続部は、１つのバスバー１に対して３つ以上設けられていてもよい。
【００１９】
本体部３、第一の脚部２ａ、および第二の脚部２ｂのそれぞれは長方形または四角形の板状に形成されている。バスバー１は、第一の脚部２ａと第二の脚部２ｂとが本体部３でつなげられることで、図４に示すように全体でコ字形状の板状形状を呈する。バスバー１は、本体部３とプリント配線板７との間に空間が形成されるように搭載される。また、バスバー１の面方向が、プリント配線板７の面方向と垂直となるように、バスバー１が配置されている。
【００２０】
本体部３、第一の脚部２ａ、および第二の脚部２ｂは、厚さ寸法よりも高さ寸法のほうが十分に大きくなるように構成されている。図２から図５では、交流電源入力部９とコンバータ入力部２１との間の導電パターン６にバスバー１が接続されている。また、バスバー１は、導電パターン６と並行するように設置されている。
【００２１】
なお、導電パターン６は、プリント配線板７のうちコンバータ回路部２０等が搭載される部品面７ａに形成されてもよいし、部品面７ａの裏面であるはんだ面７ｂに形成されてもよいし、部品面７ａとはんだ面７ｂの両面に形成されていてもよい。本実施の形態１では、部品面７ａとはんだ面７ｂの両面に導電パターン６（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）が形成された例を示している。また、バスバー１は交流電圧の正極と負極のいずれか一方の導電パターン６に設置してもよいし正極と負極両方の導電パターンに設置してもよい。また、バスバー１は部品面７ａに形成された導電パターン６に設置してもよいし、はんだ面７ｂに形成された導電パターン６に設置してもよい。すなわち、本実施の形態では、導電パターン６のうち、部品面７ａに形成された正極の導電パターン６ａにバスバー１を設置しているが、部品面７ａに形成された負極の導電パターン６ｂ、はんだ面７ｂに形成された正極の導電パターン６ｃ、およびはんだ面７ｂに形成された負極の導電パターン６ｄをバスバー１の設置対象とすることができる。
【００２２】
本実施の形態１では、交流電源入力部９とコンバータ入力部２１との間の導電パターン６に重ねてバスバー１を設置しているが、他の導電パターン６に重ねて設定してもよい。すなわち、コンバータ回路部２０とインバータ回路部３０の間の導電パターン６に重ねて設置してもよいし、コンバータ入力部２１とコンバータ出力部２２との間の導電パターン６に重ねて設置してもよいし、インバータ入力部３１とインバータ出力部３２との間の導電パターン６に重ねて設置してもよいし、インバータ出力部３２と交流電源出力部４０との間の導電パターン６に重ねて設置してもよい。
【００２３】
以上のように、本実施の形態１にかかる電力変換装置５０では、バスバー１は大きな電流が流れる交流電源入力部９とコンバータ入力部２１との間の導電パターン６に接続されているため、導電パターン６に流れる電流をバスバー１側に分流することができる。したがって、導電パターン６に流れる電流を減らすことができるとともにバスバー１からの放熱が期待できるため、導電パターン６の温度上昇を抑制することができる。また、導電パターン６からの放熱も期待できるため、バスバー１のみに電流を流す場合に比べて小型のバスバー１を採用することができる。また、電流の一部がバスバー１に分流されるため、導電パターン６の細線化を図ることができ、プリント配線板７の小型化、すなわち電力変換装置５０の小型化を図ることができる。
【００２４】
また、バスバー１は厚さ寸法に対して高さ寸法が十分に大きくなるように構成されているため、プリント配線板７の実装面積の向上が可能となる。また、冷却性能を向上させるためにバスバー１のサイズアップを行う場合においても高さ方向に拡大すればよいのでプリント配線板７の実装面積を増やすことなくサイズ変更を行うことができる。
【００２５】
また、電力変換装置５０に大きな通電容量が要求される場合には、バスバー１のサイズアップで対応可能である。また、小さな通電容量で済む場合には、導電パターン６を介して交流電源入力部９からコンバータ入力部２１に電力が供給されるので、バスバー１を設けない構成を採用することができる。また、このように、導電パターン６を介して交流電源入力部９からコンバータ入力部２１に電力が供給されるので、バスバー１のみで電力を供給する場合に比べて、バスバー１の小型化を図ることができる。このように、本実施の形態１にかかる電力変換装置５０では、要求される通電容量に対応した構成を採用することでコストの抑制を図ることができる。
【００２６】
また、図５に示すように、バスバー１の厚さ寸法は、バスバー１が接する導電パターン６の幅寸法よりも小さくなっている。導電パターン６の幅寸法よりもバスバー１の厚さ寸法が小さくなるように配置しているので、バスバー１が導電パターン６上の領域からはみ出すことがなく、プリント配線板７の実装面積を増やすことなくバスバー１を追加することができる。また、このようにバスバー１を配置することで複数の機種間でプリント配線板７を共通化した場合にも、プリント配線板７の実装面積に影響を与えることがなくバスバー１を実装または未実装のいずれかの仕様を選択することができる。
【００２７】
また、バスバー１は、コンバータ入力部２１に配置された導電パターン６に重ねて配置されているので、コンバータ回路部２０がモジュール化されて入力端子部周辺が高密度化された場合においても細い導電パターン６で接続することができる。
【００２８】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２にかかる電力変換装置５１の部分拡大正面図である。図７は、実施の形態２にかかる電力変換装置５１の部分拡大側面図である。なお、実施の形態１と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２９】
図６および図７に示すように、実施の形態２にかかる電力変換装置５１では、バスバー１の高さ寸法が、プリント配線板７のうちバスバー１が搭載された面に配置された電子部品１１，１２の高さよりも高くなるように構成されている。なお、バスバー１の本体部３とプリント配線板７との間隔は、電子部品１１，１２の高さ寸法に対して高くても低くてもよい。
【００３０】
以上のように、電子部品１１，１２の高さ寸法よりもバスバー１の高さ寸法を大きくすることで、バスバー１を冷却する空気の流れが阻害されにくくなる。送風機からの冷却風を吹き付けてプリント配線板７を強制的に冷却している場合には、バスバー１に冷却風が当たりやすくなるため、冷却能力の向上を図ることができる。また、送風機を利用した強制冷却を行っていない場合でも、バスバー１から放出された熱が周囲の電子部品１１，１２に与える影響を少なくできるため、電子部品の温度上昇を抑えることができる。なお、電子部品１１，１２のうち、少なくともバスバー１に直近の電子部品の高さ寸法よりもバスバー１の高さ寸法を大きくしておけば、バスバーの冷却能力の向上を図ることができる。
【００３１】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  バスバー、２ａ  第一の脚部、２ｂ  第二の脚部、３  本体部、４，５  貫通穴、６  導電パターン、７  プリント配線板、７ａ  部品面、７ｂ  はんだ面、８  交流電源、９  交流電源入力部、１１，１２  電子部品、１３  動力部、２０  コンバータ回路部、２１  コンバータ入力部、２２  コンバータ出力部、３０  インバータ回路部、３１  インバータ入力部、３２  インバータ出力部、４０  交流電源出力部、５０，５１  電力変換装置。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成30年1月16日(2018.1.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力が入力される交流電源入力部と、前記交流電源入力部に入力された交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路部と、前記コンバータ回路部で変換された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路部と、前記インバータ回路部で変換された交流電力を出力する交流電源出力部と、前記交流電源入力部、前記コンバータ回路部、前記インバータ回路部、および前記交流電源出力部を電気的に接続させる導電パターンとが設けられたプリント配線板と、
前記プリント配線板の面方向と垂直となる面方向の板状形状を呈し、平面視において前記導電パターンと重ねて配置されて、前記導電パターンに対して接する２つ以上の接続部を有するバスバーと、を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記プリント配線板の厚さは、前記２つの接続部が接する前記導電パターンの幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記プリント配線板のうち前記バスバーが配置される面に設けられた電子部品をさらに備え、
前記バスバーの高さのほうが前記バスバーの直近に設けられる電子部品の高さよりも高いことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記バスバーの前記接続部は、前記コンバータ回路部と前記インバータ回路部とを結ぶ導電パターンに接することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記バスバーの前記接続部は、前記インバータ回路部と前記交流電源出力部とを結ぶ導電パターンに接することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【国際調査報告】
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