JPH04364379A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、インバータ装置に関
し、さらに詳しく言えば、誘導電動機の可変速運転など
に用いられているインバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータ装置は、消費電力の大きい電
力用半導体素子を使用しているため、多くの熱を発生す
る。その発熱量は定格電力によって異なるが、数百〜数
千Ｗに達する。そこで、電力用半導体素子が発生する熱
を放散して温度上昇を抑制する必要がある。その温度上
昇抑制方法としては、従来より自冷方式、強制風冷方式
、強制水冷方式などの方法が考案されている。

【０００３】図８は、従来の自冷方式インバータ装置の
一例を示す概略斜視図である。このインバータ装置（３
１）は、多数の放熱用フィン（３２ａ）を有するブロッ
ク状の冷却体（３２）に、電力用半導体素子およびその
制御回路を含む電子回路部（４２）を密着して取り付け
たものである。電子回路部（４２）は、密閉された容器
内に収容してある。このインバータ装置（３１）では、
電子回路部（４２）から生じた熱は冷却体（３２）に伝
達され、空気の自然対流により放散される。

【０００４】図９は、従来の強制風冷方式インバータ装
置の一例を示す概略斜視図である。このインバータ装置
（５１）は、図８のインバータ装置（３１）と同じよう
に、放熱用フィン（５２ａ）を有するブロック状の冷却
体（５２）に、電力用半導体素子およびその制御回路を
含む電子回路部（６２）を密着して取り付け、さらに、
冷却体（５２）の下端付近に強制冷却用のファン（６３
）を設けたものである。なお、（６４）は冷却体（５２
）、電子回路部（６２）およびファン（６３）を覆うカ
バーである。このインバータ装置（５１）では、電子回
路部（６２）から生じる熱は冷却体（５２）を介して空
気の強制対流により放散される。

【０００５】図１０は、従来の強制風冷方式インバータ
装置の他の例を示す概略側面図である。このインバータ
装置（７１）は、冷却体（７２）および強制冷却用のフ
ァン（８３）を遮蔽板（８５）の後方に配置する一方、
電力用半導体素子部（７３）および制御回路部（７４）
を遮蔽板（８５）の前方に配置したものである。電力用
半導体素子部（７３）は、冷却体（７２）に密着して取
り付けてあり、制御回路部（７４）は、支持体（７７）
により冷却体（７２）から離して冷却体（７２）に取り
付けてある。制御盤キャビネット（８１）に収容する際
には、冷却体（７２）およびファン（８３）を制御盤キ
ャビネット（８１）外に配置し、電力用半導体素子部（
７３）および制御回路部（７４）を制御盤キャビネット
（８１）内に配置する。なお、（７５）は電力用半導体
素子部（７３）および制御回路部（７４）を覆うカバー
、（８４）は冷却体（７２）および強制冷却用のファン
（８３）を覆うカバーである。このインバータ装置（７
１）では、図９のインバータ装置（３１）と同様に、電
力用半導体素子部（７３）から生じる熱は冷却体（６２
）を介して空気の強制対流により放散される。

【０００６】図１１は、従来の強制水冷方式インバータ
装置の一例を示す概略側面図である。このインバータ装
置（９１）は、冷却体（９２）と一体的に構成した水冷
式の電力用半導体素子（９３）を用いており、その冷却
体（９２）の内部をホース（１００）を介して冷却水が
通過するようにしてある。制御回路部（９４）は、支持
体（９７）によって冷却体（９２）から離して取り付け
てある。電力用半導体素子（９３）を含む冷却体（９２
）および制御回路部（９４）は、カバー（９５）で覆っ
てある。制御盤キャビネット（１０１）に収容する際に
は、電力用半導体素子（９３）を含む冷却体（９２）、
制御回路部（９４）およびカバー（９５）がすべて制御
盤キャビネット（１０１）内に配置される。このインバ
ータ装置（９１）では、電力用半導体素子（９３）から
生じる熱が冷却体（９２）を介して水流により効果的に
放散される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図８の自冷式インバー
タ装置（３１）は、耐水性、耐粉塵性などの耐環境性に
優れているが、大きな冷却フィン（３２ａ）が必要とな
るなため、冷却体（３２）が大型になる問題点がある。 図９の風冷式インバータ装置（５１）は、図８のインバ
ータ装置（３１）より小型化できるが、冷却ファン（６
３）により生じた空気流が電子回路部（６２）を通過す
るため、制御回路部などが塵埃などにより侵され易い問
題点がある。図１０の強制風冷方式インバータ装置（７
１）は、半導体素子部（７３）および制御回路部（７４
）が塵埃などに侵される恐れはないが、冷却ファン（８
３）が制御盤キャビネット（８１）外に露出しているた
め、水がかかったりオイルミストが存在する環境では使
用できない問題点がある。図１１の水冷方式インバータ
装置（９１）は、半導体素子部（９３）が冷却体（９２
）と一体的に構成されているため、構造が複雑になり、
また、制御盤キャビネット（１０１）に収納する際に、
制御盤キャビネット（１０１）内に冷却水用の配管を設
ける必要がある問題点がある。そこで、この発明の目的
は、小型であって制御盤などのキャビネットへの収容が
容易であり、しかも耐環境性に優れたインバータ装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明のインバータ装
置は、半動体素子部と、その半動体素子部に制御信号を
送る制御部と、その半動体素子部を冷却する水冷式の冷
却体とを備え、さらに、キャビネットに収容した際に前
記半動体素子部および制御部がキャビネットの内部に配
置され、前記冷却体がキャビネットの外部に露出するよ
うにしていることを特徴とする。

【０００９】

【作用】この発明のインバータ装置では、冷却体を風冷
式に比べて冷却効率の良い水冷式にし、且つ冷却体をキ
ャビネットの外部に配置するので、冷却体ひいてはイン
バータ装置全体を小型化することができる。また、半動
体素子部と制御部をキャビネット内部に配置し、冷却体
をキャビネット外部に露出させるので、半動体素子部と
制御部が外気から遮断され、塵埃の影響をうける恐れが
なくなる。他方、冷却体はキャビネット外部に露出する
が、冷却ファンを持たない水冷式であるため、水やオイ
ルミストにより悪影響を受ける恐れがない。このため、
耐環境性が向上する。さらに、キャビネットに収容した
際に冷却体がキャビネット外に露出するので、冷却水用
の配管はキャビネット外で冷却体に接続すれば足りる。 このため、小型であることと相まってキャビネットへの
収容が容易となる。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面に基づいてこの発明の実施例
を説明する。図１は、この発明のインバータ装置の一実
施例を示す斜視図、図２は同インバータ装置の正面図、
図３は同インバータ装置の平面図である。この発明のイ
ンバータ装置（１）は、誘導電動機などの電動機制御に
用いるもので、交流電圧を直流電圧に変換した後、その
直流電圧を可変周波数、可変電圧の交流電圧に変換する
。このインバータ装置（１）は、電力用半導体素子部（
３）を冷却する水冷式の冷却体（２）、電力用半導体素
子を含む電力用半導体素子部（３）、電力用半導体素子
部（３）に制御信号を送る制御回路を搭載した制御回路
基板（４）、電力用半導体素子部（３）および制御回路
基板（４）を覆うカバー（５）、およびインバータ装置
（１）を制御盤キャビネット（１１）に収容・固定する
際に用いる一対の取付け枠（６）を備えている。

【００１１】冷却体（２）は、内部に屈曲したパイプ（
８）を埋設したアルミニウム製ブロックとしてあり、そ
の片側に電力用半導体素子部（３）が密接して固定して
ある。パイプ（８）の各端部には、ホースジョイント（
９ａ）（９ｂ）がそれぞれ取り付けてあり、これらホー
スジョイント（９ａ）（９ｂ）は、冷却体（２）の下面
に突出している。運転中は、ホースジョイント（９ａ）
（９ｂ）に接続されたホース（１０）を介してパイプ（
８）に冷却水が流される。運転中に電力用半導体素子部
（３）が発生する熱は、こうして冷却体（２）を介して
冷却水により放散され、電力用半導体素子部（３）の温
度上昇が抑制される。

【００１２】電力用半導体素子部（３）の主回路は、図
７に示すように、商用電源の交流電圧を整流して直流電
圧に変換するコンバータ回路（３ａ）と、整流された電
圧を平滑化する平滑コンデンサ（３ｃ）と、平滑した直
流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路（３ｂ）と
を備えている。コンバータ回路（３ａ）およびインバー
タ回路（３ｂ）は、いずれもモジュール化してある。制
御回路（４ａ）は、電力用半導体素子部（３）のインバ
ータ回路（３ｂ）に制御信号を送るもので、通常、マイ
クロコンピュータにより構成される。

【００１３】コンバータモジュールおよびインバータモ
ジュールの一例を図６に示す。このようなモジュール型
の電力用半導体素子（１２）は、図１１の従来のインバ
ータ装置（９１）のように、電力用半導体素子と冷却体
とが一体的になっていないため、電力用半導体素子と冷
却体とを区分することが可能である。このため、後述の
ように、冷却体（２）のみを制御盤キャビネット（１１
）の外部に露出させて収容することができる。

【００１４】制御回路基板（４）は、支持体（７）によ
って、冷却体（２）の電力用半導体素子部（３）と同じ
側に取り付けてある。図３から明らかなように、制御回
路基板（４）は冷却体（２）および電力用半導体素子部
（３）から離れていて、制御回路基板（４）と冷却体（
２）および電力用半導体素子部（３）との間には隙間が
存在する。

【００１５】一対の取付け枠（６）は、冷却体（２）の
両側面の電力用半導体素子部（３）側の端部に固定して
ある。したがって、冷却体（２）が取付け枠（６）の後
方に位置し、冷却体（２）以外の部分すなわち電力用半
導体素子部（３）、制御回路基板（４）およびカバー（
５）が取付け枠（６）の前方に位置している。取付け枠
（６）は、インバータ装置（１）を制御盤キャビネット
（１１）に収容・固定する際に、ボルトなどによって制
御盤キャビネット（１１）の背面板に固定される。

【００１６】図４は、上記インバータ装置（１）の制御
盤キャビネット（１１）への取り付け状況を示す側面図
、図５はその斜視図である。このインバータ装置（１）
を収容する制御盤キャビネット（１１）には、予め背面
板に透孔（１１ａ）が形成してあり、その透孔（１１ａ
）に冷却体（２）以外の部分が嵌入するようにしてある
。

【００１７】インバータ装置（１）を制御盤キャビネッ
ト（１１）に収容する際には、まず、制御盤キャビネッ
ト（１１）の後側からその背面の透孔（１１ａ）に冷却
体（２）以外の構成部分を嵌入させ、制御盤キャビネッ
ト（１１）内に入れる。次に、一対の取付け枠（６）を
制御盤キャビネット（１１）の背面板に当接させるとと
もにボルト止めし、インバータ装置（１）を固定する。 こうしてインバータ装置（１）の制御盤キャビネット（
１１）への収容・固定が終了すると、電力用半導体素子
部（３）の主回路用端子台および制御回路（４ａ）用の
端子台にそれぞれ結線を行ない、さらに、冷却体（２）
のホースジョイント（９ａ）（９ｂ）にそれぞれホース
（１０）を接続し、一方のホース（１０）より冷却水を
供給し、他方のホース（１０）から排出するようにする
。

【００１８】このようにして制御盤キャビネット（１１
）に収容された状態では、インバータ装置（１）は、図
４に示すように、電力用半導体素子部（３）、制御回路
基板（４）およびカバー（５）が制御盤キャビネット（
１１）の内部に配置され、冷却体（２）のみが制御盤キ
ャビネット（１１）の外部に露出する。このため、電力
用半導体素子部（３）および制御回路基板（４）が外気
から遮断され、塵埃、水、オイルミストなどの影響を避
けることができる。

【００１９】また、冷却体（２）は、制御盤キャビネッ
ト（１１）の外部に露出するが、冷却ファンなどを持た
ない水冷式であるため、水やオイルミストなどにより悪
影響を受ける恐れがない。したがって、耐水性、耐塵埃
性などが要求される環境にも問題なく使用することがで
きる。また、冷却体（２）が制御盤キャビネット（１１
）の外部にあるため、放熱作用も良好となる。

【００２０】さらに、制御盤キャビネット（１１）の外
部でホースジョイント（９ａ）（９ｂ）にホース（１０
）を接続すれば、冷却水の供給・排出が行なえるので、
制御盤キャビネット（１１）の内部に冷却水用の配管を
設ける必要がない。このため、制御盤キャビネット（１
１）への収容・固定作業が簡単になる。

【００２１】なお、上記実施例では、一対の取付け枠（
６）を冷却体（２）の側面の電力用半導体素子部（３）
側の端部に固定し、収容時にそれら取付け枠（６）を制
御盤キャビネット（１１）の背面板に固定するようにし
ているが、この構成に限られるものではなく、収容時に
、半動体素子部（３）と制御部（４）がキャビネット（
１１）の内部に配置され、冷却体（２）がキャビネット
（１１）の外部に露出していれば足りる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のインバ
ータ装置は、小型で、制御盤などのキャビネットへの収
容が容易であり、しかも耐環境性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のインバータ装置の一実施例を示す斜
視図である。

【図２】図１のインバータ装置の正面図である。

【図３】図１のインバータ装置の平面図である。

【図４】図１のインバータ装置を制御盤キャビネットに
収容した状態を示す側面説明図である。

【図５】図１のインバータ装置を制御盤キャビネットに
収容した状態を示す斜視図である。

【図６】（ａ）は図１のインバータ装置に用いたモジュ
ール型の電力用半動体素子の平面図、（ｂ）は正面図で
ある。

【図７】図１のインバータ装置の回路図である。

【図８】従来の自冷方式インバータ装置の一例を示す斜
視図である。

【図９】従来の強制風冷方式インバータ装置の一例を示
す斜視図である。

【図１０】従来の強制風冷方式インバータ装置の他の例
を示す概略側面図である。

【図１１】従来の強制水冷方式インバータ装置の一例を
示す概略側面図である。

【符号の説明】

１　　インバータ装置 ２　　冷却体 ３　　電力用半動体素子部 ３ａ　　コンバータ回路 ３ｂ　　インバータ回路 ３ｃ　　平滑コンデンサ ４　　制御回路基板 ４ａ　　制御回路 ５　　カバー ６　　取付け枠 ７　　支持体 ８　　パイプ ９ａ、９ｂ　　ホースジョイント １０　　ホース １１　　制御盤キャビネット １１ａ　　透孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半動体素子部と、その半動体素子部に
   制御信号を送る制御部と、その半動体素子部を冷却する
   水冷式の冷却体とを備え、さらに、キャビネットに収容
   した際に前記半動体素子部および制御部がキャビネット
   の内部に配置され、前記冷却体がキャビネットの外部に
   露出するようにしていることを特徴とするインバータ装
   置。