(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される交流電源電圧を整流回路で整流し、該整流された電圧を平滑回路で平滑化し、該平滑化された平滑直流電圧をインバータ回路で可変電圧可変周波数の交流電圧として変換出力する主回路基板と、前記交流電源電圧または平滑直流電圧をもとに各種電源電圧を生成して装置内の基板に供給する電源基板とを収容したインバータ装置であって、
前記交流電源電圧が所定電圧を超える所定範囲内の高交流電源電圧を入力する高交流電源電圧入力端子を有し、該高交流電源電圧入力端子から入力された高交流電源電圧を高圧整流回路で整流し、該整流された電圧をスイッチングレギュレータ回路で前記所定電圧以下の直流電圧に変換し、該変換された直流電圧を前記平滑直流電圧として降圧出力端子から前記電源基板に入力する着脱可能な降圧基板を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記降圧基板は、前記高交流電源電圧が入力された場合の前記平滑直流電圧を、前記スイッチングレギュレータ回路に入力する直流電源電圧入力端子を備えたことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記主回路基板の一面は、該主回路基板を冷却する冷却ユニット側に設けられ、
前記降圧基板は、前記主回路基板の他面側に平行配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記降圧基板は、降圧基板筐体に覆われ、当該インバータ装置の筐体外から前記主回路基板に対して平行配置されるように着脱可能に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４００Ｖ系電源電圧を超える高圧の電源を用いる場合に生産効率の低下とコストアップとを防止することができるインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種交流モータを制御する場合、インバータ装置が用いられる。このインバータ装置は、２００Ｖ系や４００Ｖ系の交流電源電圧を整流回路で整流し、該整流された電圧を平滑回路で平滑化し、該平滑化された直流電圧をインバータ回路で交流モータを制御する可変電圧可変周波数の交流電圧に変換出力するのが一般的である。
【０００３】
上述したインバータ装置は、上述した整流回路、平滑回路、及びインバータ回路を搭載した主回路基板と、各種電源電圧を生成する電源基板と、インバータ回路などを制御する制御基板とを別々に設けている。主回路基板は、ＩＧＢＴやダイオードなどの半導体素子やコンデンサなどの発熱素子を冷却する必要があるため、電源基板や制御基板とは別個に設けられる。ここで、特許文献１には、入力電源電圧によって、２００Ｖ系の主回路基板と４００Ｖ系の主回路基板とを入れ替えるものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３０３７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１では、入力電源電圧によって２００Ｖ系の主回路基板と４００Ｖ系の主回路基板とを入れ替える構成としているが、さらに入力電源電圧が例えば５７５Ｖ系のように大きくなると、２００Ｖ系と５７５Ｖ系との主回路基板の入れ替えとともに、電源基板も、それぞれ２００Ｖ系から５７５Ｖ系の電源基板に入れ替える必要がある。
【０００６】
この電源基板の入れ替えは、入力交流電源電圧が５７５Ｖや６９０Ｖになると、絶縁耐圧対策としての沿面距離や空間距離などが２００Ｖ系や４００Ｖ系に対して１．５倍程度に急激に大きくなるからである。そして、例えば５７５Ｖ系までの入力電源に対しても動作可能な１つの共通な電源基板を生成しようとすると、勢いインバータ装置の筐体が大きくなる。５７５Ｖ系を採用する国は、カナダ等の一部の国であり、ほとんどの国が４００Ｖ系以下を採用している。したがって、共通の５７５Ｖ系の電源基板を作製することはインバータ装置を大きくするのみならず、無駄に容量の大きな電源基板を製造する必要があることから生産効率の低下とコストアップを招来することになる。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、４００Ｖ系電源電圧を超える高圧の電源を用いる場合に生産効率の低下とコストアップとを防止することができるインバータ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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるインバータ装置は、入力される交流電源電圧を整流回路で整流し、該整流された電圧を平滑回路で平滑化し、該平滑化された平滑直流電圧をインバータ回路で可変電圧可変周波数の交流電圧として変換出力する主回路基板と、前記交流電源電圧または平滑直流電圧をもとに各種電源電圧を生成して装置内の基板に供給する電源基板とを収容したインバータ装置であって、前記交流電源電圧が所定電圧を超える所定範囲内の高交流電源電圧を入力する高交流電源電圧入力端子を有し、該高交流電源電圧入力端子から入力された高交流電源電圧を高圧整流回路で整流し、該整流された電圧をスイッチングレギュレータ回路で前記所定電圧以下の直流電圧に変換し、該変換された直流電圧を前記平滑直流電圧として降圧出力端子から前記電源基板に入力する着脱可能な降圧基板を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかるインバータ装置は、上記の発明において、前記降圧基板は、前記高交流電源電圧が入力された場合の前記平滑直流電圧を、前記高圧整流回路に入力する直流電源電圧入力端子を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかるインバータ装置は、上記の発明において、前記主回路基板の一面は、該主回路基板を冷却する冷却ユニット側に設けられ、前記降圧基板は、前記主回路基板の他面側に平行配置されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかるインバータ装置は、上記の発明において、前記降圧基板は、降圧基板筐体に覆われ、当該インバータ装置の筐体外から前記主回路基板に対して平行配置されるように着脱可能に接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、入力される交流電源電圧が所定電圧を超える所定範囲内の高交流電源電圧である場合に用いられ、前記高交流電源電圧を入力する高交流電源電圧入力端子を有し、該高交流電源電圧入力端子から入力された高交流電源電圧を高圧整流回路で整流し、該整流された電流をスイッチングレギュレータ回路で前記所定電圧以下の直流電圧に変換し、該変換された直流電圧を電源基板に入力される平滑直流電圧として降圧出力端子から前記電源基板に入力する着脱可能な降圧基板を備える。このため、高交流電源電圧に耐え得る電源基板を新たに製造する必要がなく、所定電圧以下で動作する共通の電源基板に接続される前記降圧基板を準備して着脱するのみでよく、交流電源電圧を用いるインバータ装置の筐体構成も共通の筐体を用いることができる。この結果、高交流電源電圧の使用も可能なインバータ装置を製造する際の生産効率の低下とコストアップとを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態であるインバータ装置の回路構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示したインバータ装置の外観を斜め右下から見た斜視図である。
【図３】図３は、図１に示したインバータ装置の変形例の外観を斜め右下から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（回路構成）
以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態であるインバータ装置の回路構成を示すブロック図である。また、図２は、図１に示したインバータ装置の外観を斜め右下から見た斜視図である。図１に示すように、インバータ装置は、主回路基板１０、降圧基板２０、電源基板３０、及び制御基板４０などの回路基板群１を有する。
【００１５】
（主回路基板）
主回路基板１０には、ケーブルＣＢ０から端子Ｔ１１，Ｔ１２を介して４００Ｖ系の電圧を超える、例えば５７５Ｖ系の交流電源電圧が入力される。主回路基板１０は、入力された交流電源電圧を整流回路１１で整流し、該整流された電圧を平滑回路１２で平滑化し、該平滑化された直流電圧をインバータ回路１３で可変電圧可変周波数の３相交流電圧として端子Ｔ２２，Ｔ２１を介してモータＭに変換出力する。主回路基板１０は、入力された３相の交流電源電圧のうちの任意の２相の交流電源電圧を取り出す端子Ｔ３２と、平滑回路１２で平滑化された平滑直流電圧を取り出す端子Ｔ４２とを有する。なお、主回路基板１０は、入力される交流電源電圧に応じて入れ替える。例えば、入力される交流電源電圧が４００Ｖ系から５７５Ｖ系となる場合には、４００Ｖ系の主回路基板を５７５Ｖ系の主回路基板１０に入れ替える。
【００１６】
（降圧基板）
降圧基板２０は、４００Ｖ系の電圧を超える、例えば５７５Ｖ系の電圧が交流電源電圧として主回路基板１０に入力された場合に用いられる補助基板であり、電源基板３０とは別体の基板である。降圧基板２０は、例えば５７５Ｖ系の直流電圧が入力される直流電源電圧入力端子としての端子Ｔ６２、例えば５７５Ｖ系の高交流電圧が入力される高交流電源電圧入力端子としての端子Ｔ５２、降圧基板２０によって降圧された直流電圧、例えば４００Ｖ系の直流電圧を出力する降圧出力端子としての端子Ｔ７２、高圧整流回路２１、スイッチングレギュレータ回路２２を有する。
【００１７】
端子Ｔ３２，Ｔ５２間は、ケーブルＣＢ１及び端子Ｔ３１，Ｔ５１を介して接続される。また、端子Ｔ４２，Ｔ６２間は、ケーブルＣＢ２及び端子Ｔ４１，Ｔ６１を介して接続される。ケーブルＣＢ１を用いて接続する場合は、５７５Ｖ系の交流電源電圧が降圧基板２０に入力され、高圧整流回路２１を介して整流された後にスイッチングレギュレータ回路２２に入力される。一方、ケーブルＣＢ２を用いて接続する場合は、５７５Ｖ系の平滑直流電圧がスイッチングレギュレータ回路２２にそのまま入力される。このケーブルＣＢ１，ＣＢ２の接続は、いずれか一方のみでもよいし、両方とも接続してもよい。
【００１８】
端子Ｔ５２から入力された５７５Ｖ系の２相交流電力は、サージアブソーバとしてのバリスタＳＡ、＋側に設けられた抵抗Ｒ１、−側に設けられた抵抗Ｒ２を介して高圧整流回路２１に入力される。高圧整流回路２１は、ダイオードＤ３〜Ｄ６、コンデンサＣ１〜Ｃ３、抵抗Ｒ３〜Ｒ５を用いて、入力された２相交流電圧を整流するとともに平滑化し、整流及び平滑化された直流電圧をスイッチングレギュレータ回路２２に出力する。
【００１９】
スイッチングレギュレータ回路２２は、入力された直流電圧をスイッチングして所望電圧、例えば４００Ｖ系の直流電圧に降圧変換し、端子Ｔ７２から出力する。スイッチングレギュレータ回路２２では、まず、制御ＩＣ２８がＦＥＴ２４をスイッチングする。このスイッチング信号は、トランスＴＲ１を介して２分岐される。２分岐されたスイッチング信号は、２つのＦＥＴ２５，２６のゲートに入力される。各ＦＥＴ２５，２６は、入力されたスイッチング信号によってスイッチングされ、ＦＥＴ２５，２６の同時オンによってトランスＴＲ２に電流が流れる。トランスＴＲ２に流れた電流は、４００Ｖ系の低圧の脈動電流に変換される。トランスＴＲ２を介して出力された電圧は、ダイオードＤ１０、コンデンサＣ５，Ｃ６、抵抗Ｒ８，Ｒ９を介して平滑化され、端子Ｔ７２から出力される。なお、トランスＴＲ２の入力側には、制御ＩＣ２８の電源供給用のコイルが設けられる。このコイルで拾った電圧は、ダイオードＤ９を介してトランスＴＲ１の入力側及び制御ＩＣ２８に入力される。また、フィードバック回路２７は、トランスＴＲ２の出力側で平滑された電圧を、フォトカプラＰＣを介して制御ＩＣ２８に入力する。制御ＩＣ２８は、入力された電圧と基準電圧とを比較して、ＦＥＴ２４をスイッチングする。
【００２０】
ここで、降圧基板２０は、トランスＴＲ２で高圧部２０ａと低圧部２０ｂとに分かれるが、高圧部２０ａと低圧部２０ｂとの絶縁性を確保するために、高圧部２０ａと低圧部２０ｂとの間に絶縁部２３が形成される。この絶縁部２３は、基板上の絶縁とともに、トランスＴＲ２も絶縁テープなどの絶縁体を介して絶縁される。また、フォトカプラＰＣも、高圧部２０ａと低圧部２０ｂとの絶縁のために設けられたものである。フォトカプラＰＣは、絶縁の確保のために、空気よりも絶縁性の高い絶縁材料で発光ダイオードとフォトダイオードとの間を満たすことが好ましい。
【００２１】
（電源基板）
電源基板３０は、４００Ｖ系以下の直流電圧をもとにインバータ装置内の各種基板、例えば制御基板４０などが用いる直流１２Ｖや５Ｖなどの各種電源電圧を生成して供給する基板である。電源基板３０は、４００Ｖ系以下の直流電圧が入力される端子Ｔ８２を有する。また、電源基板３０は、４００Ｖ系以下の交流電源電圧が入力される端子Ｔ９２を有する。ケーブルＣＢ３及び端子Ｔ７１，Ｔ８１は、降圧基板２０と電源基板３０との間を接続し、降圧基板２０が出力する４００Ｖ系の直流電圧を電源基板３０に入力する。なお、電源基板３０は、主回路基板１０に入力される交流電源電圧が４００Ｖ系以下であっても、４００Ｖ系を超える場合であっても、共通に配置される基板である。そして、４００Ｖ系以下の交流電源電圧が主回路基板１０に入力される場合には、主回路基板１０の端子Ｔ４２と電源基板３０の端子Ｔ８２との間を、ケーブルＣＢ２，端子Ｔ４１，Ｔ６１を用いて、降圧基板２０を介さずに直接接続される。また、主回路基板１０の端子Ｔ３２と電源基板３０の端子Ｔ９２との間を、ケーブルＣＢ１，端子Ｔ３１，Ｔ５１を用いて、降圧基板２０を介さずに直接接続することができる。一方、４００Ｖ系を超える交流電源電圧が主回路基板１０に入力される場合には、この交流電源電圧あるいは平滑直流電圧を４００Ｖ系以下の直流電圧を降圧する降圧基板２０を介して電源基板３０に接続される。なお、降圧基板２０は、４００Ｖ系を超える交流電源電圧が主回路基板１０に入力される場合にインバータ装置内に装着される。
【００２２】
（制御基板）
制御基板４０は、電源基板３０から供給される電源をもとに、例えば主回路基板１０のインバータ回路１３が変換する可変電圧可変周波数の３相交流電力の生成を少なくとも制御する。主回路基板１０、電源基板３０、及び制御基板４０は、常にインバータ装置内に標準装備され、降圧基板２０は、必要に応じてインバータ装置内に付加される。すなわち、インバータ装置内には、降圧基板２０を装着するための空きスロットが設けられている。
【００２３】
（配置構成）
図２に示すように、主回路基板１０、降圧基板２０、電源基板３０、及び制御基板４０などの回路基板群１は、主回路基板１０が収まるように、上下方向に延びる長方体形状をなす筐体本体６０内に配置される。また、主回路基板１０は、ＩＧＢＴやダイオードなどの半導体素子やキャパシタなどに大電流が流れる発熱基板であり、筐体本体６０の後方の側面側に配置され、ヒートシンクを介した冷却ユニット５０によって冷却される。筐体本体６０の前方の側面側には制御基板４０が配置される。そして、降圧基板２０及び電源基板３０は、主回路基板１０に平行で、主回路基板１０から前方向に向かって電源基板３０、降圧基板２０、制御基板４０が順次配置される。なお、降圧基板２０及び制御基板４０は、他の主回路基板１０や電源基板３０に比して小さく、降圧基板２０は、下方側に配置され、制御基板４０は、上方向側に配置される。また、降圧基板２０は、着脱自在である。なお、図１に示した端子Ｔ１１は、圧着端子であり、端子Ｔ１２に対しては圧着端子を介して接続される。そして、端子Ｔ１１を先端に有したケーブルＣＢ０は、主回路基板１０の筐体本体６０の下方側面に設けられたグロメット６０ａを介して防水構造を有する筐体本体６０内に引き込まれる。
【００２４】
この実施の形態では、主回路基板１０に対応させて筐体本体６０の大きさ及び形状を決定している。そして、４００Ｖ系を超える交流電源電圧を用いる場合には、従来、４００Ｖ系を超える交流電源電圧に対応した新たな電源基板を作製する必要があった。この新たな電源基板の作製の際に、沿面距離などの耐圧を考慮した絶縁設計を行う必要がある。例えば５７５Ｖ系の交流電源電圧を用いる場合には、４００Ｖ系の電源を用いる場合に比して沿面距離を約１．５倍にしなければならず、筐体本体６０の形状を上下方向、左右方向、またはその両方向に大きくする設計変更をしなければならない。これに対し、この実施の形態では、４００Ｖ系を超える電源を用いる場合であっても、４００Ｖ系以下の電圧に共通な電源基板３０の配置をそのままにして、降圧基板２０を、筐体本体６０内で主回路基板１０に対して前方向に平行配置するようにしている。特に、制御基板４０の下方向には空きスペースがあり、降圧基板２０の上下方向の長さも短いことから、降圧基板２０を設けない装置仕様であっても、降圧基板２０を下方向に配置することは十分可能である。この結果、インバータ装置の左右前後方向の大きさ、形状をそのままにして、単に降圧基板２０を主回路基板１０に対して電源基板３０と同様に前後方向に積み重ね配置するのみで、コンパクトなインバータ装置を実現することができる。この場合、降圧基板２０を準備するのみで、４００Ｖ系の電源の使用が可能なインバータ装置と５７５系の電源の使用が可能なインバータ装置を別個に作製する必要がないため、生産効率の低下とコストアップとを防止することができる。
【００２５】
（変形例）
なお、上述した実施の形態では、筐体本体６０内に降圧基板２０を着脱するようにしていたが、図３に示した変形例では、降圧基板２０を筐体内に配置した降圧基板ユニット６２を、インバータ装置の外部からケーブルＣＢ１〜ＣＢ３を介して外部接続するようにしている。この場合、筐体本体６１の大きさを、前後方向に対してさらに小さくすることが可能となる。
【００２６】
なお、例えば、筐体本体６１の前面側に降圧基板ユニット６２を外部で取り付けることができる取付部あるいは取付係合部を設けておくことが好ましい。
【００２７】
ところで、上述した降圧基板２０は、５７５Ｖ系の電源を用いる場合に、５７５Ｖ系の電圧を４００Ｖ系の電圧に降圧するようにしていた。ここで、さらに高圧の６９０Ｖ系の電源を用いる場合には、６９０Ｖ系の電源に対応した別個の降圧基板２０を準備しておくことが好ましい。５７５Ｖ系を超える電源を用いた降圧基板では、電圧の上昇とともに、沿面距離などの対絶縁対策が異なるからである。なお、降圧基板２０が耐圧上、主回路基板１０の大きさで収まらない場合には、降圧基板２０を２つの基板に分割して、それぞれ主回路基板１０に平行に積み重ね配置すればよい。
【符号の説明】
【００２８】
１  回路基板群
１０  主回路基板
１１  整流回路
１２  平滑回路
１３  インバータ回路
２０  降圧基板
２０ａ  高圧部
２０ｂ  低圧部
２１  高圧整流回路
２２  スイッチングレギュレータ回路
２３  絶縁部
２４〜２６  ＦＥＴ
２７  フィードバック回路
２８  制御ＩＣ
３０  電源基板
４０  制御基板
５０  冷却ユニット
６０，６１  筐体本体
６１ａ  グロメット
６２  降圧基板ユニット
ＣＢ０〜ＣＢ３  ケーブル
Ｍ  モータ
ＰＣ  フォトカプラ
Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ３１，Ｔ３２，Ｔ４１，Ｔ４２，Ｔ５１，Ｔ５２，Ｔ６１，Ｔ６２，Ｔ７１，Ｔ７２，Ｔ８１，Ｔ８２，Ｔ９２  端子
【図１】
0006330676.tif 000002
【図２】
0006330676.tif 000003
【図３】
0006330676.tif 000004