JP6075701B1

JP6075701B1 - 電気機器及び電力変換装置

Info

Publication number: JP6075701B1
Application number: JP2015180034A
Authority: JP
Inventors: 亮介津曲; 哲男柳本; 真仲矢; 裕基時松
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2035-09-11
Also published as: CN106535544B; CN106535544A; US10491134B2; US20170077832A1; JP2017055077A

Abstract

【課題】プリント基板間の配置関係を維持しつつプリント基板における電子部品の実装数を増加できることで、機能向上を実現しつつ小型化する。【解決手段】メイン基板７ａと、このメイン基板７ａに対し積層方向に配置されたオプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄと、このオプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄに対し電気的に接地すると共に支持し、メイン基板７ａの実装面に実質的に接触しないよう配置されたアース支持バー８と、を有する。アース支持バー８は、メイン基板７ａ及びオプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄを収納する筐体２に固定される。アース支持バー８は、メイン基板７ａを跨がるように設置される。アース支持バー８は、ネジ２５を介してオプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄのアースパターン３２と導通する。アース支持バー８は、そのバー本体部１１から積層方向でオフセットする位置でオプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄを支持する。【選択図】図３

Description

開示の実施形態は、電気機器及び電力変換装置に関する。

特許文献１には、複数の電子回路基板のそれぞれの基板表面と基板裏面に接触子が設けられ、それら電磁回路基板を並列に配置した場合に接触子どうしが接触して電気的に接続されて基板間の電力供給や接地が行われる構成が開示されている。

特開２００２−９４１３号公報

一方、回路基板上に設置する各種の電子部品の小型化に伴い、実装面積に対する電子部品の高密度化が進んでいる。これに対して、上記従来技術のように接触子やボスなどの支柱物を介して２つのプリント基板を機械的に連結する構成では、その接触子やボスの設置面積の分だけ電子部品の実装数を低下させる要因となっていた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、プリント基板間の配置関係を維持しつつプリント基板における電子部品の実装数を増加できることで、機能向上を実現しつつ小型化できる電気機器及び電力変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、第１の基板と、前記第１の基板に対し積層方向に配置された第２の基板と、前記第２の基板に対し電気的に接地すると共に支持し、前記第１の基板の実装面に実質的に接触しないよう配置された導電支持部材と、を有する電気機器が適用される。

また、本発明の別の観点によれば、外部の供給電力を電動機への駆動制御電力に変換する電力変換装置であって、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電気機器の構成を備える電力変換装置が適用される。

また、本発明の別の観点によれば、積層方向に配置された２つの基板のうち、一方の基板に対し電気的に接地すると共に支持し、他方の基板の実装面に実質的に接触しないよう配置された手段と、を有する電気機器が適用される。

本発明によれば、プリント基板間の配置関係を維持しつつプリント基板における電子部品の実装数を増加できることで、機能向上を実現しつつ小型化できる。

実施形態に係るノイズフィルタを備えたインバータの完成状態での外観斜視図である。インバータの分解斜視図である。アース支持バーの全体斜視図である。蓋部を外した状態のインバータにおいてオプション基板の設置構造を前方側から見た正面図である。図４中の矢視Ｖ−Ｖ断面を表す側断面図である。

以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、インバータについて「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」というときは、図１等の各図中に適宜示す矢印方向に各々対応する。本実施形態におけるこれらの方向の定義は、当該インバータの標準的な設置状態における各方向の向きに基づいている。ただし、当該インバータを載置する姿勢によって各方向の向きを適宜変更してもよい。

図１は、本実施形態の電気機器であるインバータの完成状態での外観全体を斜視して表している。この図１において、インバータ１は外部から供給された３相交流電力を特に図示しないモータ等の電動機へ入力する駆動制御電力に変換する電力変換装置であり、全体が略直方体形状に形成された外郭としての筐体２を有している。この筐体２は、その前面に当該インバータ１の操作部及び表示部としてのオペレータ３と、当該インバータ１の動作状態を簡略的に表示するインジケータ４を有している。

図２は、インバータ１の一部分解状態を斜視して表している。この図２において、インバータ１の筐体２は、その略直方体形状の厚さ方向（前後方向）で蓋部２ａ（図１参照、図２中では省略）と筐体本体部２ｂに着脱可能に分割でき、その内部に複数の回路基板７と、アース支持バー８（導電支持部材）を収納している。図示する例では、複数の回路基板７として、全体が略矩形形状で実装面積の大きい１つのメイン基板７ａ（第１の基板）と、それぞれ上下方向に長い略矩形形状で実装面積の小さい第１オプション基板７ｂ、第２オプション基板７ｃ、及び第３オプション基板７ｄ（第２の基板）を備えている。メイン基板７ａは当該インバータ１の主要な制御回路を搭載したプリント基板であり、各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄはユーザが選択的に設ける補助的な制御回路を搭載したプリント基板であって、いずれの回路基板７も電子部品を実装する実装面を前方側に向けた姿勢で設置される。なお、図示の煩雑を避けるため、各基板７ａ〜７ｄ上に実装する電子部品の図示を省略している。

筐体本体部２ｂの内部においては、メイン基板７ａが筐体本体部２ｂの底面に固定され、左右方向に並ぶ３つのオプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄがそれぞれメイン基板７ａに対して前方側に同じ離間距離で平行に配置される。つまり、各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄは、それぞれメイン基板７ａに対して前後方向（積層方向）に積層配置される。このメイン基板７ａと各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄとの配置関係は、後述するボス３１（後述の図５参照）と上記のアース支持バー８により保持される。

以上のようなインバータ１などの電気機器においては、その機能的な主要部品の多くがプリント基板に実装され、このプリント基板に対して電力の供給や信号の送受を行うための各種配線が接続される。それら配線のうちの１つとして、当該プリント基板における０電位を確保するために接地用の配線を別途接続する必要がある。また近年では、機器全体の設置面積の省スペース化や拡張性を図るために、上述したように独立した複数のプリント基板を積層配置する構成が多くある。

一方、回路基板７上に設置する各種の電子部品の小型化に伴い、実装面積に対する電子部品の高密度化が進んでいる。これに対して、ボスなどの支柱を介して２つの回路基板を連結すると、そのボスの設置面積の分だけ電子部品の実装数を低下させる要因となる。また、電気機器の組み立て作業において、各回路基板ごとに上記接地用配線としてケーブルなどを別途接続する作業は煩雑であり、機器構成を複雑化させる要因にもなる。

これに対し本実施形態では、メイン基板７ａの実装面に実質的に接触しないようアース支持バー８が配置され、このアース支持バー８が各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄに対して電気的に接地すると共に機械的に支持し、メイン基板７ａと各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄとの間の上記積層配置関係を保持する。

図３は、上記アース支持バー８の全体を拡大斜視して表している。このアース支持バー８は、全体が導電性を有する１枚の金属板を各所で適宜の形状に形成し、各所で適宜に折り曲げて作成されている。図３に示す例において、アース支持バー８は左右方向に延びるバー本体部１１と、その左側の端部から後方に延びる脚部１２と、脚部１２の後端に位置する固定部１３と、脚部１２から上方に延びる第１基板当接部１４と、バー本体部１１の中央からやや左側寄りの位置から上方に延びる第１基板支持部１５と、この第１基板支持部１５から右方に延びる第２基板当接部１６と、バー本体部１１の中央からやや右側寄りの位置から上方に延びる第２基板支持部１７と、この第２基板支持部１７から上方に延びる第３基板当接部１８と、バー本体部１１の右側の端部から上方に延びる第３基板支持部１９とを有している。

バー本体部１１（本体部）は、その左右方向の長さ寸法が上記メイン基板７ａの左右方向の幅寸法より少しだけ長い略帯状に形成されており、上記の第１基板支持部１５と第２基板支持部１７のそれぞれ近傍に後述するＬＥＤ基板を固定するためのＬＥＤ固定穴２１が設けられている。

固定部１３にはバー位置決め穴２６と略Ｕ字形状のバー固定溝２２が設けられており、当該固定部１３だけが上記メイン基板７ａの裏側（後方側）に重なるよう配置される。そして、筐体本体部２ｂ内の底面に設けた凸部（特に図示せず）にバー位置決め穴２６をはめ込んで当該アース支持バー８を位置決めし、その状態でメイン基板７ａとともにバー固定溝２２にネジを挿通して締結することで、当該アース支持バー８の全体が筐体２内部に固定される。このとき固定部１３だけが筐体本体部２ｂ内の底面とメイン基板７ａの間に挟まれるが、ネジの締結を緩めることでネジからバー固定溝２２を外し、当該アース支持バー８だけを取り外すことができる（以上、図示省略）。

第１基板当接部１４と第３基板当接部１８は、それぞれ先端（上端）が前方に屈曲した略Ｌ字型に形成されており、それぞれの前方端部が第１オプション基板７ｂと第３オプション基板７ｄの裏面に当接して支持する。また、第２基板当接部１６の先端が第２オプション基板７ｃの裏面に接触して支持する。

第１基板支持部１５、第２基板支持部１７、及び第３基板支持部１９は、それぞれバー本体部１１よりも少しだけ前方側にオフセットするよう屈曲されており、それぞれ各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄを固定するためのネジを挿通する基板固定穴２３が設けられている。

図４は、蓋部２ａを外した状態のインバータ１において前方側から見たオプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄの設置構造を表しており、図５は、図４中の矢視Ｖ−Ｖ断面を表している。これら図４、図５において、アース支持バー８は、そのバー本体部１１がメイン基板７ａに対して所定距離で離間した前方側で左右方向に跨がるように配置されており、脚部１２も含めたいずれの箇所もメイン基板７ａの実装面に接触していない。なお、固定部１３はメイン基板７ａの裏側（後方側）に位置し、上述したようにバー固定溝２２に挿通したネジを介して筐体本体部２ｂの底面とメイン基板７ａの裏面の間に挟まれて固定されている。

各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄには上端部と下端部にそれぞれネジ穴２４が設けられており（図２参照）、各上端部側のネジ穴２４に挿通するネジ２５が筐体本体部２ｂのボス３１に螺合し、各下端部側のネジ穴２４に挿通するネジ２５（締結部材）がアース支持バー８の各基板支持部１５，１７，１９に設けられた基板固定穴２３に螺合する。このためアース支持バー８の各基板支持部１５，１７，１９は、それぞれの基板固定穴２３が各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄの下端部側のネジ穴２４と位置が一致するとともに、各支持部１５，１７，１９の前方側表面が対応するオプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄの後方側裏面に面接触する。また、各基板当接部１４，１６，１８の先端もそれぞれ対応するオプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄの後方側裏面に接触して支持している。また各ボス３１は、筐体本体部２ｂの底面からメイン基板７ａを貫通して前方側に延設された支柱体であり、それぞれの先端が対応するオプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄの後方側裏面に当接して支持する。以上により各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄは、それぞれ上端部が筐体本体部２ｂのボス３１により支持され、下端部がアース支持バー８により支持される。

また、本実施形態の例では、図５中のＡ部をネジ２５の軸方向断面で表した拡大断面図に示すように、各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄのそれぞれが２枚の絶縁層３６で導体薄板のアースパターン３２を挟んだ積層構造となっている。なお、このアースパターン３２は、図４中で透視により図示するハッチング領域のように、電子部品の実装領域以外の禁止領域に配置されている（図示するような外周縁部に限られない）。また、アース支持バー８の各基板支持部１５，１７，１９は、いずれも各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄのアースパターン３２の配置領域に重複するよう配置されている。これにより、各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄの下端部側のネジ穴２４に挿通するネジ２５がアースパターン３２とアース支持バー８の各基板支持部１５，１７，１９とを電気的に接続している。一方、アース支持バー８の固定部１３はメイン基板７ａのアースパターン（特に図示せず）に電気的に接続しており、当該アース支持バー８とメイン基板７ａのアースパターンがともに電気的に接地されている。これにより、各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄのアースパターン３２が、共通のアース支持バー８とメイン基板７ａを介して電気的に接地されている。なお、特に図示しないが、各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄの後方側表面にアースパターン３２を配置して、これらにアース支持バー８の各基板支持部１５，１７，１９が直接面接触する構成としても同様の接地が可能となる。また、メイン基板７ａを介さずにアース支持バー８に接地用配線線を直接接続して接地してもよい。

以上のように共通する１つのアース支持バー８（及びメイン基板７ａ）を介して各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄを接地できるため、個別に別途の接地用配線を介した接地を行う必要がない。また、各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄの下端部側においてボス３１の代わりにアース支持バー８が機械的に支持しているため、メイン基板７ａに対する各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄの配置関係を維持しつつボス３１の設置数を削減できる。なお、アース支持バー８が、各請求項記載の積層方向に配置された２つの基板のうち、一方の基板に対し電気的に接地すると共に支持し、他方の基板の実装面に実質的に接触しないよう配置された手段に相当する。

また、アース支持バー８のバー本体部１１の前方側には、ＬＥＤ固定穴２１に係止されたブラケットを介してＬＥＤ基板３４（第３の基板）が固定されている。このＬＥＤ基板には、上記インジケータの光源となる４つのＬＥＤ３５が搭載されており、メイン基板７ａ及びオプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄの動作状態に応じて各ＬＥＤ３５から照射された光が導光体４１を介して蓋部２ａのインジケータ４を点灯させる。

＜本実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態のインバータ１によれば、メイン基板７ａの実装面に実質的に接触しないようアース支持バー８が配置され、このアース支持バー８が各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄに対して電気的に接地すると共に機械的に支持し、メイン基板７ａと各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄとの間の上記積層配置関係を保持する。これにより、アース支持バー８によって各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄを接地できるため接地用配線の個別接続が不要となり、またメイン基板７ａと各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄ間の配置関係を維持しつつボス３１の設置数を削減できるためそれだけメイン基板７ａにおける電子部品の実装数を増加できることで、機能向上を実現しつつ小型化できる。

なお、アース支持バー８がメイン基板７ａの実装面に実質的に接触しないという意味は、メイン基板７ａに対してその実装面における電子部品の実装数に影響を与えないよう配置されていることを意味する。このため本実施形態のように固定部１３以外で完全に非接触としている以外にも、例えばメイン基板７ａの実装面に対しても電子部品の実装に大きく影響しない程度に接触してもよい。

また、本実施形態では特に、アース支持バー８は、メイン基板７ａ及び各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄを収納する筐体２に固定されている。これにより、メイン基板７ａの実装面積に影響を与えることなく各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄを確実に支持固定できる。

また、本実施形態では特に、アース支持バー８は、メイン基板７ａを跨がるように設置されている。これにより、アース支持バー８がメイン基板７ａの実装面を覆う配置となるため、当該アース支持バー８がメイン基板７ａに対してノイズシールドとして機能できる。

また、本実施形態では特に、アース支持バー８は、締結部材であるネジ２５を介して各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄのアースパターン３２と導通している。これにより、各基板支持部１５，１７，１９の構成を簡素化して取り付け作業を容易化できるとともに、アースパターン３２とアース支持バー８の間でネジ２５を介した確実な導通を確保できる。

また、本実施形態では特に、アース支持バー８は、そのバー本体部１１から積層方向（前方側）にオフセットする位置で各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄを支持している。これにより、各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄの撓みを抑制できるとともに、オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄがバー本体部１１を覆うよう配置される場合でも電子部品間の配線パターン等とバー本体部１１との間に上記オフセット分の離間距離Ｄを確保して接触を回避できる（図５中の点線部参照）。

また、本実施形態では特に、アース支持バー８は、オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄの裏面に当接するＬ字型の基板当接部１４，１６，１８を有している。これにより、各基板当接部１４，１６，１８の先端部分でオプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄに対し当接接触して支持できるため、当該オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄの実装面積の低下を抑制しつつ、より確実な支持が可能となる。

また、本実施形態では特に、アース支持バー８は、複数のオプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄに対して電気的に接地すると共に支持している。これにより、複数のオプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄの支持と接地を１つのアース支持バー８で行えるため、構造の簡素化と部品点数の削減が可能となる。なお、特に図示しないが、オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄを１つだけ設けた場合でも本実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、特に図示しないが、各オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄの上端部側に対して支持、接地するようアース支持バー８（及びアースパターン３２）を配置してもよいし、上端部側と下端部側のそれぞれに対して支持、接地するよう２つのアース支持バー８（及びアースパターン３２）を設けてもよい。複数のアース支持バー８でオプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄを支持、接地した場合には、さらにボス３１の設置数を削減してメイン基板７ａにおける電子部品の実装数を増加できるとともに、オプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄにおける接地がより確実となる。

また、本実施形態では特に、アース支持バー８は、メイン基板７ａ又はオプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄの動作状態を表示するＬＥＤ３５を備えたＬＥＤ基板３４を支持している。状態表示用のＬＥＤ３５を備えるＬＥＤ基板３４は、他のメイン基板７ａやオプション基板７ｂ，７ｃ，７ｄと異なる特別な位置に配置させる必要がある。これに対し本実施形態では、アース支持バー８がＬＥＤ基板３４を支持することで他の回路基板７と相違する任意の位置に配置できる。

また、本実施形態では特に、外部の供給電力をモータ等の電動機への駆動制御電力に変換するインバータ１が上記構成を備えている。このように複数の回路基板７を積層配置する構成のインバータ１において、アース支持バー８を特に好適に適用できる。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１インバータ（電気機器、電力変換装置）
２筐体
２ａ蓋部
２ｂ筐体本体部
３オペレータ
４インジケータ
７ａメイン基板（第１の基板）
７ｂ，７ｃオプション基板（第２の基板）
，７ｄ
８アース支持バー（導電支持部材）
１１バー本体部
１２脚部
１３固定部
１４第１基板当接部
１５第１基板支持部
１６第２基板当接部
１７第２基板支持部
１８第３基板当接部
１９第３基板支持部
２１ＬＥＤ固定穴
２２バー固定溝
２３基板固定穴
２４ネジ穴
２５ネジ（締結部材）
２６バー位置決め穴
３１ボス
３２アースパターン
３４ＬＥＤ基板（第３の基板）
３５ＬＥＤ
３６絶縁層

Claims

第１の基板と、
前記第１の基板に対し積層方向に配置された、前記第１の基板より実装面の面積が小さい第２の基板と、
前記第２の基板に対し電気的に接地すると共に支持し、前記第１の基板を跨がるように配置され、且つ、前記第１の基板の前記実装面に実質的に接触しないよう配置された導電支持部材と、
を有することを特徴とする電気機器。
筐体に対して着脱可能な蓋部をさらに有し、
前記導電支持部材は、
前記第２の基板を前記第１の基板よりも前記蓋部側に配置されるように支持することを特徴とする請求項１記載の電気機器。
前記導電支持部材は、複数の前記第２の基板に対して電気的に接地すると共に支持することを特徴とする請求項１又は２記載の電気機器。
前記導電支持部材は、前記第２の基板のアースパターンの配置領域に重複するように配置され締結部材を介して前記アースパターンと導通する基板支持部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気機器。
前記導電支持部材は、前記第１の基板及び前記第２の基板を収納する筐体に固定されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電気機器。
前記導電支持部材は、本体部から前記積層方向でオフセットする位置で前記第２の基板を支持する基板支持部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電気機器。
前記導電支持部材は、前記第２の基板に当接するＬ字型の基板当接部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電気機器。
前記第２の基板は、複数の前記導電支持部材で支持されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電気機器。
前記導電支持部材は、前記第１の基板又は前記第２の基板の動作状態を表示するＬＥＤを備えた第３の基板を支持することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電気機器。
外部の供給電力を電動機への駆動制御電力に変換する電力変換装置であって、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電気機器の構成を備えることを特徴とする電力変換装置。