(57)【要約】【課題】冷却水として純水を使用せずに工業用水の使用により電源装置内部を効果的に冷却して、電源供給を安定的に行うことができる高周波電源装置を提供する。【解決手段】交流電源を直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、ＡＣ／ＤＣ変換部で変換された直流を平滑化するフィルター部と、フィルター部で平滑化された直流電圧を高周波電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換部と、ＤＣ／ＡＣ変換部で変換された高周波電圧を整合する負荷マッチング部とを筺体内に備えた高周波電源装置であって、ＡＣ／ＤＣ変換部からＤＣ／ＡＣ変換部の間を接続するブスバー６に、熱伝導性絶縁接着シート６１を介して銅板６３と冷却配管６４とからなる冷却板６２が接合されている。【選択図】図３
2011129644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、該ＡＣ／ＤＣ変換部で変換された直流を平滑化するフィルター部と、該フィルター部で平滑化された直流電圧を高周波電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換部と、該ＤＣ／ＡＣ変換部で変換された高周波電圧を整合する負荷マッチング部とを筺体に備えた高周波電源装置であって、前記ＡＣ／ＤＣ変換部から前記ＤＣ／ＡＣ変換部の間を接続するブスバーに、その長さ方向に沿う冷却配管が熱伝導性絶縁接着シートを介して接合されていることを特徴とする高周波電源装置。
【請求項２】
前記筺体に吸気孔及び排気孔が設けられるとともに、前記排気孔に冷却ファンが設けられており、前記冷却ファンによって生じる前記吸気孔から前記排気孔に向けた冷却風の流れの中に、前記フィルター部のリアクトル及び前記負荷マッチング部のマッチングトランスが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波電源装置。
【請求項３】
前記筺体は箱体と該箱体を蓋う蓋体とを備え、該蓋体の内面にロジック基板が設けられ、該ロジック基板に電源回路用ＣＰＵ及び制御回路用ＣＰＵが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱装置等に接続される高周波電源装置に係り、交流電源を直流に変換して平滑化した後に高周波電圧に変換して供給する電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱装置は、電気導体からなる被加熱材料に電磁誘導によって誘導電流を生じさせ、被加熱材料自身のジュール熱によって発熱させる装置であり、外部熱源を持たず、熱効率が高いため、省エネルギー化にもつながり、金属の溶解、金属の焼入れ等の熱処理などに広く用いられている。
この誘導加熱装置に用いられる電源装置としては、例えば特許文献１に記載されるように、交流電源を整流器によって直流に変換し、リアクトル、コンデンサ等を経て平滑化した後、スイッチング素子によって高周波の交流に変換して負荷に供給するようにしたものがある。
また、特許文献２記載の高周波電源装置は、商用交流電源電圧を有する入力電源信号と高周波交流信号を平衡変調器に入力して、ＤＳＢ変調信号を出力し、これを絶縁兼変圧用のトランスに入力して変圧後、復調器で復調し、所定の電圧を有する信号を出力するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６４９０７号公報
【特許文献２】特開平１１−２４２５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような高周波電源装置では高電流が出力されるため、内部の発熱が問題になる。特許文献１記載の電源装置においては、特に、直流領域で用いられる導体の放熱対策が必要であり、その導体を冷却水によって冷却することが行われるが、電食防止のために冷却水として純水が使用される。このため、電源装置に付帯して純水装置を設置し、電源装置との間で純水を常時循環させる必要があり、装置全体の大型化を招くという問題がある。また、リアクトルやトランスなどの発熱部品が多く用いられるため、その放熱対策も講じておく必要がある。
【０００５】
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであって、冷却水として純水を使用せずに工業用水の使用により内部を効果的に冷却して、電源供給を安定的に行うことができる高周波電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の高周波電源装置は、交流電源を直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、該ＡＣ／ＤＣ変換部で変換された直流を平滑化するフィルター部と、該フィルター部で平滑化された直流電圧を高周波電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換部と、該ＤＣ／ＡＣ変換部で変換された高周波電圧を整合する負荷マッチング部とを筺体に備えた高周波電源装置であって、前記ＡＣ／ＤＣ変換部から前記ＤＣ／ＡＣ変換部の間を接続するブスバーに、その長さ方向に沿う冷却配管が熱伝導性絶縁接着シートを介して接合されていることを特徴とする。
【０００７】
この電源装置においては、ブスバーと冷却配管とを熱伝導性絶縁接着シートにより接着したので、ブスバーで発生した熱を、熱伝導性絶縁接着シートを介して速やかに冷却配管に伝達することができる。また、熱伝導性絶縁接着シートは絶縁性を有しているので、ブスバーと冷却配管との間を電気的に絶縁状態にして、冷却配管の電食を引き起こすことがない。そのため、冷却水に純水ではなく工業用水を使用することができる。
【０００８】
また、本発明の高周波電源装置において、前記筺体に吸気孔及び排気孔が設けられるとともに、前記排気孔に冷却ファンが設けられており、前記冷却ファンによって生じる前記吸気孔から前記排気孔に向けた冷却風の流れの中に、前記フィルター部のリアクトル及び前記負荷マッチング部のマッチングトランスが配置されていることを特徴とする。
【０００９】
前記吸気孔と前記排気孔との間の空気の流れに沿って、フィルター部のリアクトル及び負荷マッチング部のマッチングトランスを冷却することが可能となり、これにより、筺体内の温度上昇を抑制して全体の冷却効率を向上することができる。
【００１０】
さらに、本発明の高周波電源装置において、前記筺体は箱体とこれを蓋う蓋体とを備え、該蓋体の内面にロジック基板が設けられ、該ロジック基板に電源回路用ＣＰＵ及び制御回路用ＣＰＵが設けられていることを特徴とする。
【００１１】
一枚のロジック基板にＣＰＵを二つ搭載して、一方は電源動作をさせて、もう一方は電源内の保護動作を制御させる構成とすることで、基板を一枚に集約することができる。このように、電源及び制御回路を一枚の基板に集約することで、電源装置自体を小型化することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高周波電源装置内部を効果的に冷却して、電源供給を安定的に行うことができ、しかも、純水を使用せずに工業用水での冷却を可能とし、装置全体の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る高周波電源装置の一実施形態を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。
【図２】高周波電源装置の蓋体の内面を示す図である。
【図３】高周波電源装置に設けられるブスバーを説明する図である。
【図４】高周波電源装置を説明するブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の高周波電源装置１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図４に示す高周波電源装置１は、外部から供給される５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用周波数電力（例えば、２００Ｖ）を所望の周波数をもった高周波電圧に変換する。この高周波電源装置１には、外部から供給された交流電源を直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換部２と、このＡＣ／ＤＣ変換部２に接続され、ＡＣ／ＤＣ変換部２で変換された直流を平滑化するフィルター部３と、このフィルター部３に接続され、平滑化された直流を所望の高周波電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換部４と、このＤＣ／ＡＣ変換部４で変換された高周波電圧を整合する負荷マッチング部５とにより構成されており、これらＡＣ／ＤＣ変換部２、フィルター部３、ＤＣ／ＡＣ変換部４、負荷マッチング部５は、図１に示すように小型の筺体１０内に収納されている。
【００１５】
ＡＣ／ＤＣ変換部２は、ブリッジダイオード２０によって構成される。ブリッジダイオード２０により、外部から供給される三相電圧は全波整流されてＤＣ電圧に変換される。供給される三相電圧は、図４中のＲ，Ｓ，Ｔの端子部で示している。
フィルター部３は、フィルターコンデンサ３０及びリアクトル３１によって構成される。フィルターコンデンサ３０は三相全波整流波形の電圧のリプルを平滑化し、リアクトル３１は三相全波整流波形の電流のリプルを平滑化する。
【００１６】
ＤＣ／ＡＣ変換部４は二つのＩＧＢＴモジュール４０（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により構成されており、ＤＣ電圧は、このＩＧＢＴモジュール４０のフルブリッジ回路に送られ、高周波電圧に変換される。
これらのＡＣ／ＤＣ変換部２からＤＣ／ＡＣ交換部４の間は、銅製の帯状導電板からなるブスバー６により接続されている。
そして、負荷マッチング部５は、マッチングトランス５０と、図示しない整合コンデンサ及び加熱コイルによって構成される。ＤＣ／ＡＣ変換部４で高周波化された電力はマッチングトランス５０に送られて、マッチングトランス５０の出力は整合コンデンサと加熱コイルによる直列共振回路に送られる。
【００１７】
次に、このように構成した高周波電源装置１において、各ユニットの筺体１０内の配置を説明する。
筺体１０は箱体１１と蓋体１２とで構成され、箱体１１内中央部に配置されるブリッジダイオード２０及びＩＧＢＴモジュール４０は下面が電気的に絶縁されており、一つのヒートシンク２１に搭載されている。このブリッジダイオード２０の近傍（図中の左下）に、リアクトル３１がダンパー３２を介して箱体１１の底面から隙間を設けて配置されており、リアクトル３１の下方に位置する箱体１１の底面に、吸気孔１３が設けられている。
フィルターコンデンサ３０はＩＧＢＴモジュール４０の真上に配置されており、省スペース化を図るとともに、配線を短くしてインダクタンスを最小化して、配線インダクタンスに起因して発生するサージ電圧用のスナバ回路を省略している。
【００１８】
また、箱体１１には吸気孔１３から導入される空気を排出する排気孔１４が設けられている。この排気孔１４は、筺体１０内に配置された種々の電気部品を吸気孔１３との間に挟み込むように、筺体１０の吸気孔１３から離れた位置で、吸気孔１３とほぼ対角をなす位置の側面に設けられている。図１（ｂ）に示す例では、吸気孔１３の真上にリアクトル３１が配置され、排気孔１４の内側にマッチングトランス５０が配置されている。そして、排気孔１４の外側に冷却ファン７が取り付けられている。
このように、吸気孔１３と排気孔１４との間の空間にリアクトル３１やマッチングトランス５０、その他の電子部品が配置されているので、空冷ファン７の冷却風が吸気孔１３から排気孔１４に向けて流れると、筺体１０内部の電子部品を効率的に空冷することができる。これにより、筺体１０内の温度上昇を抑制して全体の冷却効率を向上することができる。例えば、冷却風の流れＦを、図１中の二点鎖線で示す。
【００１９】
そして、図１中に示していないが、ブリッジダイオード２０とリアクトル３１との間及びフィルターコンデンサ３０とＩＧＢＴモジュール４０との間は、例えば、銅製の帯状導電板のブスバー６により接続されている。このブスバー６は、図３に示すように熱伝導性及び絶縁性を有した熱伝導性絶縁接着シート６１を介して冷却板６２を接合する構成とされている。冷却板６２は、銅板６３に複数の冷却配管６４をろう付け又は溶接等の方法により接合した構成であり、冷却配管６４内を循環する冷却水によってブスバー６を冷却する。
【００２０】
熱伝導性絶縁接着シート６１は、エポキシ樹脂等の接着剤の中に熱伝導性の高いフィラーを充填してなるものであり、そのフィラーとしては窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化硼素、アルミナ等が用いられる。熱伝導性絶縁接着シート６１の熱伝導性としては、例えば、レーザーフラッシュ法により測定される熱伝導率が１〜５Ｗ／ｍ・Ｋ、絶縁性としてはＪＩＳ  Ｋ６９１１による絶縁破壊電圧が１２０〜１７０ＫＶ／ｍｍとされる。このような特性の熱伝導性絶縁接着シートとして、例えば、東レ株式会社のＴＳＡが好適である。ブスバー６と冷却板６２とは、熱伝導性に優れた熱伝導性絶縁接着シートを介して接触しているので、効率的にブスバー６の冷却を行うことができる。また、これらのブスバー６及び冷却板６２は電気的に絶縁状態にされているので、冷却水に純水ではなく工業用水を使用することができる。
【００２１】
また、本実施形態の高周波電源装置１においては、図１（ｂ）中に示す箱体１１内部の右側部に、冷却水を循環供給可能な複数の循環パイプ８０が備えられた水冷ヘッダー８が設けられている。この水冷ヘッダー８から、筺体１０内の冷却配管６４に冷却水が供給される。
さらに、図２に示すように筺体１０の上部に設けられた蓋体１２の内面には、ロジック基板９が設けられている。図１に示すシールド板１５は、このロジック基板９をシールドするために設けられている。
【００２２】
本実施形態の高周波電源装置１は、ＤＣ／ＡＣ変換部４で周波数を可変することで出力の調整を行っている。この可変動作を行うのがロジック基板９である。このロジック基板９には、電源回路用のＣＰＵ９１及び制御回路用のＣＰＵ９２が取り付けられている。ＣＰＵ９１は、電圧に変換された各フィードバック信号と出力設定電圧とを比較しながら出力ＤＣ電圧を可変させるマイコンであり、ＣＰＵ９２は、各種インターロックを監視して盤内温度及び接点の異常を検出し、ＣＰＵ９１に停止命令を出すマイコンである。筺体１０内には、ゲートドライブ基板１７や電圧フィードバック基板１８等が備えられており、これらの基板から発信された信号を検知して、高周波電源装置１の制御を行う。
このように、一枚のロジック基板９にＣＰＵを二つ搭載して、一方のＣＰＵ９１に電源動作をさせ、もう一方のＣＰＵ９２に電源内の保護動作を制御させる構成とし、ロジック基板８を一枚に集約している。そして、電源及び制御回路を一枚のロジック基板８に集約することで、電源装置自体を小型化している。
【００２３】
また、本実施形態の高周波電源装置１においては、筺体１０内の各側面の内側に部品を配置しているが、これら部品は底面で支持されている。このため、側面の四方に配置されたパネルを着脱することができ、メンテナンス性が向上している。
【００２４】
このように、上述した高周波電源装置１においては、ブスバー６に熱伝導性絶縁接着シートを介して冷却配管を接合したことによって冷却水として純水を使用せずに工業用水の使用を可能とし、効果的に冷却することができるとともに、筺体に設けられた吸気孔及び排気孔との間に発熱部品を挟んで配置しているので、一つの冷却ファンで効率的に筺体の内部を冷却することができる。
加えて、一つのロジック基板にＣＰＵを二つ搭載することで、電源装置自体を小型化することができる。
【００２５】
以上、本発明の実施形態である高周波電源装置１について説明したが、本発明はこの記載に限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、ブスバー６に複数の冷却配管６４を設けた構成としたが、ブスバー６の板幅に合わせて扁平な一つの流路を有する配管で冷却配管を構成しても良い。
また、ＡＣ／ＤＣ変換部２からＤＣ／ＡＣ変換部４の間の接続にだけ上述のブスバー６を用いたが、その他の部品間の接続にこのブスバー６を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１  高周波電源装置
２  ＡＣ／ＤＣ変換部
３  フィルター部
４  ＤＣ／ＡＣ変換部
５  負荷マッチング部
６  ブスバー
７  冷却ファン
８  水冷ヘッダー
９  ロジック基板
１０  筺体
１１  箱体
１２  蓋体
１３  吸気孔
１４  排気孔
１５  シールド板
１７  ゲートドライブ基板
１８  電圧フィードバック基板
２０  ブリッジダイオード
２１  ヒートシンク
３０  フィルターコンデンサ
３１  リアクトル
３２  ダンパー
４０  ＩＧＢＴモジュール
５０  マッチングトランス
６１  熱伝導性絶縁接着シート
６２  冷却板
６３  銅板
６４  冷却配管
８０  循環パイプ
９１，９２  ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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