JPH10155283A

JPH10155283A - インバータ装置

Info

Publication number: JPH10155283A
Application number: JP8323603A
Authority: JP
Inventors: Yasuki Tadokoro; 康樹田所; Kaoru Nakajima; 薫中島
Original assignee: Ebara Corp; Ebara Densan Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ebara Densan Ltd
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 1998-06-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】環境条件に対する適応性が高く、組立工程が
簡単となり、その製造コストを低減でき、且つ保守性が
良好なインバータ装置を提供する。【解決手段】電力用パワー素子２１と、パワー素子
を駆動するドライバ回路２２と、ドライバ回路を制御す
るＣＰＵを含む制御回路２３と、インターフェース回路
とからなるインバータ部を回路基板上に搭載し、回路部
品を搭載した基板を一体的にモールド樹脂封止し、入出
力線及びインタフェース端子のみをモールド封止した樹
脂体の外側に取り出した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ装置に
係り、特にポンプ及びファン等の回転機械に任意の周波
数及び駆動電圧の交流電力を供給するインバータ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ポンプ及びファン等の回転機械に、商用
交流電源の周波数及び電圧を任意の周波数及び電圧に変
換するインバータ装置を用いることにより、ポンプやフ
ァン等の回転機械を可変速運転することが広く行われて
いる。インバータ装置は、ポンプやファンを駆動するモ
ータの回転速度を任意に変えられるため、ポンプやファ
ン等の負荷に対応した最適な回転速度で運転することに
より、定格速度で運転するのと比較して省エネルギー運
転が行える。

【０００３】インバータ装置は一般的に、商用交流電源
等の交流電力を整流するダイオードモジュール等の整流
回路から成るコンバータ部と、整流された交流電力を平
滑化すると共に直流電力として蓄積するコンデンサ部
と、コンデンサ部に蓄えられた直流電力を所定の周波数
及び電圧の交流電力に逆変換するインバータ部とから構
成されている。コンバータ部には突入電流防止用抵抗或
いはマグネットスイッチ、又はサイリスタなどから構成
される突入電流防止回路を備えることが一般的である。
又インバータ部は、パワートランジスタ、ＩＧＢＴなど
の電力用パワー素子と、そのパワー素子を駆動するドラ
イバ回路と、そのドライバ回路に電力用パワー素子の開
閉信号を出力するＣＰＵ及びメモリ等からなる制御回路
と、その制御回路に例えば＋５Ｖ等の直流電源を供給す
る制御電源回路と、電力用パワー素子等を過電圧或いは
過電流等から保護する保護回路等を含んでいる。

【０００４】これらのインバータ装置を構成する各種の
回路部品は、通常一枚の回路基板上に搭載され、端子台
を備え、入力側は商用交流電源に接続され、出力側はポ
ンプ或いはファンなどを駆動するモータの電源入力線に
接続されている。制御回路を構成するＣＰＵ及びメモリ
等は、保守用の便宜等から回路基板上にソケットを備
え、差し替えが可能となっている。又、これらの回路部
品を搭載した回路基板は一般的には筐体に収納され、筐
体内には放熱フィン、ファン等を備え、発熱の大きい電
力用パワー素子等を冷却している。

【０００５】又、筐体には操作表示器を備え、動作周波
数及び各種の警報等を表示できるようになっているのが
一般的である。又、筐体外部へのインターフェース回路
を備え、外部からインバータの操作信号、或いは保護回
路が異常状態を検出した場合の警報信号等が出力できる
ようになっている。係る従来のインバータ装置は、上述
した各種の回路部品を購入して、回路基板上に配置し、
これらを各種コネクタなどで配線接続していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のイン
バータ装置では、上述した各種構成部品を回路基板上に
配置し、コネクタなどで配線接続していたため、以下の
問題があった。即ち、組立、配線等に工数がかかる、イ
ンバータ装置として全体的に小型化ができない、各種の
構成部品はそれぞれがモールド樹脂封止等によりパッケ
ージ化されており、これらを回路基板上に搭載して筐体
の中に入れるため、全体的なサイズが大型化する上、余
分なパッケージ分のコストも必要となり、全体的に製造
コストが上昇するという問題があった。

【０００７】又、インバータ装置は上述したようにその
制御回路として、ＣＰＵ、メモリ等の電子部品で構成さ
れるため、例えばポンプのケーシングに直接取り付ける
と、ポンプの取扱液により冷却されて電子部品の接続部
分等に結露する可能性があり、このため湿気が入らない
ようにする、或いは冷却されないようにする等の結露防
止対策が必要であった。このため、組立工程が更に複雑
となり、製造コストが上昇するという問題があった。

【０００８】又、従来はインバータ装置は交流電力を直
流電力に変換するコンバータ部と直流電力を蓄積するコ
ンデンサ部と、直流電力を任意の周波数、電圧に逆変換
するインバータ部とから構成されている。このため例え
ば２台のポンプから成るポンプシステムにおいては、２
台のポンプを駆動する２台のモータにそれぞれインバー
タ装置が必要であった。ところが２台のポンプを駆動す
るためには２組のインバータ部が必要であるが、２組の
コンバータ部及び２組のコンデンサは必ずしも必要では
ない。これらは共用することが可能であるが、従来のイ
ンバータ装置はこのような使い方ができるものではなか
った。又、制御回路に＋５Ｖ等の電源を供給する制御電
源回路も必ずしも、インバータ部の台数だけ設ける必要
はない。

【０００９】又、従来のインバータ装置においては制御
プログラムを収納したメモリ等をソケットに差し込み、
制御内容の変更時等にはこれを差し替えることにより、
保守の便宜を図ってきた。このため、例えば結露防止の
ためにこの部分をモールド樹脂封止すると、保守性に問
題が生じ、用途が限られ、少量多品種生産であるポンプ
の制御装置等には応用が困難であった。

【００１０】本発明は上述した事情に鑑みて為されたも
ので、環境条件に対する適応性が高く、組立工程が簡単
となり、その製造コストを低減でき、且つ保守性が良好
なインバータ装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のインバータ装置
は、電力用パワー素子と、該パワー素子を駆動するドラ
イバ回路と、該ドライバ回路を制御するＣＰＵを含む制
御回路と、インターフェース回路とからなるインバータ
部を回路基板上に搭載し、上記回路部品を搭載した基板
を一体的にモールド樹脂封止し、入出力線及びインタフ
ェース端子のみをモールド封止した樹脂体の外側に取り
出したことを特徴とする。

【００１２】また、前記モールド封止した樹脂体は、前
記インバータの動作状態を監視してこれを保護する保護
回路を含むものであることを特徴とする。

【００１３】また、前記モールド封止した樹脂体は、更
に整流器からなるコンバータ部と、突入電流防止回路と
を含むものであることを特徴とする。

【００１４】また、整流器と、突入電流防止回路とから
なるコンバータ部を回路基板に搭載し、上記回路部品を
搭載した基板を一体的にモールド樹脂封止し、入出力線
のみを前記モールド封止した樹脂体の外側に取り出した
ことを特徴とする。

【００１５】また、前記請求項１乃至３に記載のインバ
ータ部からなる樹脂封止モジュールと、前記請求項４記
載のコンバータ部からなる樹脂封止モジュールとを組み
合わせて、前記コンバータ部と前記インバータ部との間
にコンデンサを接続したことを特徴とする。

【００１６】また、前記制御回路は、電気的書き換え可
能なメモリを有し、該メモリに収納されるプログラム
は、前記インターフェース回路を介して前記モールド樹
脂体の外側から書き換え可能なことを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。

【００１８】図１は本発明の第１実施形態のインバータ
装置の回路図である。インバータ装置は、整流器をブリ
ッジ型に結線し、商用３相交流電源入力を整流するダイ
オードモジュールから成るコンバータ部１１と、整流さ
れた電力を平滑化すると共に直流電力として蓄積するコ
ンデンサ１２と、コンデンサに蓄積された直流電力を任
意の周波数、電圧に逆変換するインバータ部１３とから
構成される。この第１実施形態では、インバータ部１３
が一体的にモールド樹脂封止されており、モジュール化
されている。即ち、ＩＧＢＴ、パワートランジスタなど
から成る電力用パワー素子部２１と、パワー素子を駆動
するドライバ回路２２と、ＣＰＵを含む制御回路２３
と、制御回路に＋５Ｖ等の電源を供給する制御電源回路
２４と、制御回路２３と外部信号線とのインターフェイ
ス回路２７等の回路部分を一枚の回路基板に搭載してモ
ールド樹脂封止することで一体化して１個のモジュール
としている。モータへの出力線及びコンデンサ、コンバ
ータ部との接続線は、モールド樹脂体から直接取り出し
ている。又、インタフェース回路の接続端子はモールド
樹脂体の外側に配置され、各端子はモールド樹脂体内の
制御回路部分に接続されている。

【００１９】図２は、保護回路部分を含めてインバータ
部をモジュール化した例を示す。保護回路２８は、コン
デンサ部１２とインバータ部１３との間に電流検出用の
抵抗２５を挿入し、この抵抗から過電流を検出すると共
に、直流部分に並列に抵抗２６を接続し、この抵抗から
分圧した電圧を取り出して過電圧を検出する。そして過
電流又は過電圧が検出されたならば、ＣＰＵを含む制御
回路２３に検出信号を送り、インバータの運転を停止す
る等の保護動作を行うようになっている。

【００２０】図３は、更にコンバータ部１１及び突入電
流防止回路３０を含めて一体的に樹脂モールドしてモジ
ュール化した例を示す。コンバータ部１１は、上述した
ように整流器（ダイオード）をブリッジ型に結線して商
用交流電源入力を全波整流することで直流電力を生成す
るものである。突入電流防止回路３０は、ポンプ等の負
荷機器の起動時等に過大なサージ状の電流が突入するこ
とに対して、各種回路部分を保護するための回路であ
り、突入防止用抵抗とサイリスタ等のバイパス回路が並
列に挿入されたものである。これらの部分を一体的にモ
ールド化することで、コンデンサ１２を除く全ての回路
部分がモールド樹脂体内に封止され１個のモジュールと
なる。

【００２１】図８は、この実施形態の外観形状を示す。
モールド樹脂体４２は、モータに接続する出力線の引出
口４１Ｒ，４１Ｓ，４１Ｔ、商用交流電源に接続される
入力線の引出口４２Ｒ，４２Ｓ，４２Ｔが設けられてい
る。同様にコンデンサ１２に接続する接続線の引出口４
３＋，４３−が設けられている。更にインターフェイス
基板４５がモールド樹脂体４０の外部に配置され、イン
ターフェイス端子口４６が外部信号線に接続可能となっ
ている。このインターフェイス端子口４６の各接続線
は、樹脂体４０内に封止された制御回路のＣＰＵ部分等
に接続されている。

【００２２】従って、ＣＰＵを含む回路部分がモールド
樹脂体内に封止されているため、結露が防止でき正常動
作する。これにより、ポンプのケーシング部に直接この
インバータ装置を取り付ける時などのように温度差があ
っても、特別な結露対策を行うことなく容易に取付が可
能である。このため装置コストを低減し、且つインバー
タ装置を小型化することができる。

【００２３】図４は、コンバータ部１１のみをインバー
タ部から切り離し、別個の回路基板に搭載し、且つ一体
的にモジュール化したものである。すなわち、ダイオー
ドモジュール部分１１と突入電流防止回路部分３０とが
モールド樹脂体４０内に封止されている。そして、商用
交流電源に接続する引出口４２Ｒ，４２Ｓ，４２Ｔ，及
びインバータ部との接続口４４＋，４４−が引き出され
ている。

【００２４】図５は、一組のモールド樹脂封止されたコ
ンバータ部モジュールとコンデンサと、複数組のインバ
ータ部モジュールとを用いて複数のモータを駆動する例
を示す。ここでインバータ部モジュールは図１又は図２
に示したモジュール１３又は１３Ａを用いる。コンバー
タ部モジュールは、図４に示したモジュール１１Ａを用
いる。図９はこの結線状態を模式的に示したものであ
る。このように一組のコンバータ部１１Ａとモータ台数
分のインバータ部１３Ａとを用いることによって、重複
したな回路部分を除くことができ、製造コストの低減及
び小型化が図れる。

【００２５】図６は、コンバータ部のモジュール１１Ｂ
に制御電源回路を含めた例を示す。制御電源回路２４
は、コンデンサ１２に蓄積される直流電圧から、ＣＰＵ
等の制御回路に＋５Ｖ等の直流電圧を供給する回路であ
る。複数台のインバータ部モジュール１３Ｂには、必ず
しも１台毎に制御電源回路２４を設ける必要がない。そ
こで、インバータ部モジュール１３Ｂには、制御電源回
路２４を持たないで、コンバータ部モジュール１１Ｂに
制御電源回路２４を持たせたものである。そして、制御
電源回路２４をコンバータ部内に含めることにより、複
数のインバータ部モジュール１３Ｂに対して一つの制御
電源回路で制御電源を供給することが可能となり、更な
る製造コストの低減が計れる。

【００２６】図７は、単数の制御電源回路を備えたコン
バータ部モジュール１１Ｂとコンデンサ１２に、複数の
インバータ部モジュール１３Ｂを組み合わせた例であ
る。複数のインバータ部モジュール１３Ｂの制御回路
は、単数のコンバータ部モジュール１１Ｂの制御電源回
路２４から、電源の供給を受けて動作する。

【００２７】又、インバータ部を制御するＣＰＵを、例
えばフラッシュメモリ等の電気的に書き換え可能なメモ
リを内蔵したものとすることで、制御回路部分をモール
ド樹脂封止したモジュールにおいても、インターフェイ
ス回路を通してその制御プログラムの書き換えを行うこ
とが可能である。これにより少量多品種のポンプシステ
ム等の用途に容易に対応することが可能である。

【００２８】すなわち、インバータ装置を現場に据え付
けた後でも、インターフェイス回路を通してプログラム
内容の変更が可能であるため、設置現場の状況に応じた
動作特性でポンプ等を運転することが可能となる。そし
て、試験後にプログラム内容の変更が必要な場合にも、
インターフェイス回路を介して容易に書き換え可能であ
るため、設置現場で直ちに所要の変更を行うことが可能
である。又、設備の増設等によりインバータの動作特性
の変更が必要な場合にも容易に対応が可能であり、極め
て柔軟性の高いインバータ装置とすることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上に説明したように本発明ではインバ
ータ装置をコンバータ部、インバータ部等に分割して一
体的にモールド樹脂封止することで、インバータ装置を
モジュール化することができる。これによりインバータ
装置の組立及び配線工数が大幅に低減し、製造コストを
低減することができる。又、インバータ装置全体として
の小型化が図れるとともに、従来必要とされていたパッ
ケージ数が減少するため製造コストを低減することがで
きる。更に制御回路部分等の結露防止対策が必要と無く
なるので、例えば直接ポンプのケーシング等の温度差が
ある場所にも本発明のインバータ装置を設置することが
可能となり、極めて使い勝手の良いインバータ装置とす
ることができる。

【００３０】又、複数のモータを用いて複数のポンプ或
いはファン等を駆動するシステムでは、コンバータ部と
複数組のインバータ部とを用いることで、部品点数の大
幅な削減が図れ、システム全体としての製造コストの低
減及び小型化が図れる。更にコンバータ部に制御電源回
路を設けることにより、複数のモータを複数のインバー
タ部モジュールを用いて駆動する際にも、各インバータ
部の制御回路に共通の一個の制御電源回路から電力を供
給することができる。これにより更なる製造コストの低
減が図れる。

【００３１】更に制御回路のプログラムを記憶するメモ
リをフラッシュメモリ等の電気的書き換え可能なメモリ
を用いることで、制御回路部分をモールド樹脂封止した
後でもプログラムの書き換えが可能であり、インバータ
装置を製造後、或いはインバータ装置を設置現場に取り
付けた後でもプログラムの追加、変更が可能である。こ
のため少量多品種のシステムに容易に対応でき、一方で
ハードウェアは大量生産が可能であるため低コスト化で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態のインバータ装置の回路
図。

【図２】本発明の第２実施形態のインバータ装置の回路
図。

【図３】本発明の第３実施形態のインバータ装置の回路
図。

【図４】本発明の第４実施形態のインバータ装置の回路
図。

【図５】一組のコンバータ部及びコンデンサと複数組の
インバータ部とを用いて構成したインバータ装置の説明
図。

【図６】制御電源回路をコンバータ部に持たせた本発明
の第５実施形態のインバータ装置の回路図。

【図７】他の実施形態の一組のコンバータ部及びコンデ
ンサと、複数組のインバータ部とを用いて構成したイン
バータ装置の説明図。

【図８】本発明の第３実施形態のインバータ装置の外観
図。

【図９】一組のコンバータ部及びコンデンサと、複数組
のインバータ部とを用いて構成したインバータ装置の結
線図。

【符号の説明】

１１，１１Ａ，１１Ｂコンバータ部（モジュー
ル）１２コンデンサ１３，１３Ａ，１３Ｂインバータ部（モジュー
ル）２１電力用パワー素子２２ドライバ回路２３ＣＰＵを含む制御回路２４制御電源回路２５保護回路２６ダイオードモジュール３０突入電流防止回路

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【手続補正書】

【提出日】平成９年５月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力用パワー素子と、該パワー素子を駆
動するドライバ回路と、該ドライバ回路を制御するＣＰ
Ｕを含む制御回路と、インターフェース回路とからなる
インバータ部を回路基板上に搭載し、上記回路部品を搭
載した基板を一体的にモールド樹脂封止し、入出力線及
びインタフェース端子のみをモールド封止した樹脂体の
外側に取り出したことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】前記モールド封止した樹脂体は、前記イ
ンバータの動作状態を監視してこれを保護する保護回路
を含むものであることを特徴とする請求項１記載のイン
バータ装置。
【請求項３】前記モールド封止した樹脂体は、更に整
流器からなるコンバータ部と、突入電流防止回路とを含
むものであることを特徴とする請求項１又は２記載のイ
ンバータ装置。
【請求項４】整流器と、突入電流防止回路とからなる
コンバータ部を回路基板に搭載し、上記回路部品を搭載
した基板を一体的にモールド樹脂封止し、入出力線のみ
を前記モールド封止した樹脂体の外側に取り出したこと
を特徴とするインバータ装置。
【請求項５】前記請求項１乃至３に記載のインバータ
部からなる樹脂封止モジュールと、前記請求項４記載の
コンバータ部からなる樹脂封止モジュールとを組み合わ
せて、前記コンバータ部と前記インバータ部との間にコ
ンデンサを接続したことを特徴とするインバータ装置。
【請求項６】前記制御回路は、電気的書き換え可能な
メモリを有し、該メモリに収納されるプログラムは、前
記インターフェース回路を介して前記モールド樹脂体の
外側から書き換え可能なことを特徴とする請求項１乃至
５のいずれかに記載のインバータ装置。