JPH06123449A - 空気調和機の室外ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】インバータ方式空気調和機の小形化、原価低減
を目的する。 【構成】インバータの構成を１層目に放熱フィンを配置
せしめ、２層目に整流器とパワートランジスタ等の発熱
部品を該放熱フィンに密接した状態で配置し、３層目に
ノイズフィルタ、整流器、力率改善回路、平滑コンデン
サ等から成る電源回路を構成した配線基板を配置し、４
層目に制御回路配線基板を配置し、２層目と３層目の電
気的接続を整流器およびパワートランジスタのリード端
子部ではんだ付け、またはリード線付きコネクタで行
い、２層目と３層目の接続を基板間垂直コネクタ、また
はリード線で行い、該放熱フィンと電気ケースを固定し
た構成のインバータを収納した空気調和機の室外ユニッ
ト。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空気調和機の室外ユニッ
トに関するもので、主にインバータを搭載した室外ユニ
ットに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、空気調和機は室温の制御性が優れ
ていることからインバータ化が進み、インバータの電装
品を搭載した室外ユニットが主力になっている。インバ
ータの場合、従来からの内外接続ターミナル、電源回
路、コンデンサ、リレー等に加えて、力率改善回路、整
流器、ノイズフィルタ、インバータモジュール、制御回
路、放熱フィン等の電気部品が必要となっている。その
ため、電装品が複雑かつ大形になり、インバータの電気
品実装方法と室外ユニットへの収納方法が製品の大き
さ、コスト、信頼性等を決めるうえに重要になってい
る。

【０００３】図１０は、従来の空気調和機を示すもので
あるが、室内機１００と室外機１０１とからなり、冷媒
配管１０２によって結ばれている。室外機１０１はイン
バータ１０３、圧縮機１０４および熱交換機１０５、送
風ファン１０６、モータ１０７からなり、圧縮機１０４
および熱交換機１０５が室内機１００の熱交換機１０
８、冷媒配管１０２とともに冷凍サイクルを形成してい
る。室内機１００の熱交換機１０８は、冷媒を媒体に暖
房時に外気の熱を室内に放出し、冷房時には逆に外気の
冷気を室内に放出して冷暖房の空調を行うものである
が、インバータ１０３は圧縮機１０４の駆動制御を行う
もので、室内の温度と設定温度の差に応じて圧縮機１０
４の回転数を制御するものである。図１１は、従来の空
気調和機における室外ユニットの構成とインバータ装置
の収納配置を示すものである。図１１において、１０９
は室外機外枠ケース、１０７はファンモータ、１０６は
送風ファン、１０５は熱交換機、１０３はインバータ、
１１０は仕切り板、１０４は圧縮機である。図において
室外ユニットは、送風ファン１０６と熱交換機１０５を
収納した熱交換機室１１１と圧縮機室１１２とを垂直な
仕切り板１１３で区画する、インバータ１０３はその底
部を仕切り板１１３の上部に接触させた配置で圧縮機１
０４の上部区画に設置している。

【０００４】図１２は、従来のインバータの構成を示す
もので、図おいて１は内外接続ターミナルで鉄板製の電
気品ケース２の前方底部にネジ止めされる。３はリアク
タで、電気品ケース２にネジ止めされる。４はインバー
タモジュールで整流器５と共に放熱フィン６に密接した
状態で固定し、放熱フィン６を電気品ケース２にネジ止
めする。その際、放熱フィン６は、送風ファン１０６の
円周方向側部と対向する位置に配置されて、送風ファン
１０６の回転によって生じる気流でインバータモジュー
ル４および整流器５等の発熱素子を冷却する。７はコン
デンサで、該リアクタ３との回路構成で力率改善回路を
形成しており、平滑コンデンサ８と並列して垂直に電気
品ケース２に配置している。９は制御基板でパターン側
に樹脂製の絶縁枠１０を介して電気品ケース２に固定し
ている。

【０００５】１１はノイズフィルタでプリント基板１２
で回路を形成して、該プリント基板１２を電気品ケース
２の上面部に固定している。１３は電気品ケースの鉄製
の蓋である。

【０００６】図１３はインバータの回路構成を示すもの
で、図１２と同一符号は同一の電気部品をしめす。図１
３に示すインバータ回路は、ノイズフィルター１１、リ
アクタ３、コンデンサ７，８、整流器５からなる電源回
路１４とインバータモジュール４と制御回路９から構成
されており、個々の電気部品の端子間に接続端子付きの
リード線１５を使用して電気的に接合しており、これら
のリード線１５は夫れ夫れの電流容量および電圧に応じ
た線径、被覆厚のものを用いている。

【０００７】以上の従来例と類似したものとしては、特
公開平３−９９１３６、特願平Ｐ０３−１７８９８５等
に紹介されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の空気調和機の室
外ユニットおよびインバータは、以上のように構成され
ているためつぎの課題があった。

【０００９】（１）インバータの回路を構成する電気部
品が個々に分離しているためリード線が膨大且つ多岐に
渡り、接続部の信頼性の低化を来す他に布線作業の煩雑
さに伴ない加工費が高くなる。また、リード線から発生
する誘導性および静電性ノイズから制御回路の誤動作を
招くため、ノイズ対策部品が多くなる。

【００１０】（２）電気品ケースの形状が複雑であり、
インバータの回路を構成する電気部品を電気ケース内に
収納して固定する際に、作業性が悪くなり組立て加工費
の高騰を招いていた。

【００１１】（３）電気品ケースの形状が複雑であり、
かつ電気部品の形状と合致していないためケース内の占
積率が悪く、空間部が多い実装構造になっている。従っ
て、インバータ全体が大きくなり、従来例ではインバー
タの容積が約８．６ｌになり、空気調和機の室外ユニッ
ト全体の容積および重量にも影響を与えていた。従来例
では、容積約１０３ｌになり、室外ユニットを一般家庭
に据え付ける際に、設置スペースが広く必要になる他
に、据付け作業に長時間を要する等、空気調和機の製品
上の課題があった。

【００１２】本発明は、上記の課題を解消するためにな
されたもので、インバータに実装する電気部品の外枠寸
法を小形にするとともに布線数を最小且つ最短にして、
作業の改善、ノイズの低減を図る。さらには、室外機ユ
ニットの小形化、原価低減を目的にしたものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】ユニット本体内に圧縮
機、室外側熱交換器、室外側送風機等の冷凍サイクル構
成部品とノイズフィルタ、力率改善回路、整流器、平滑
コンデンサ、パワートランジスタ、放熱フィン、制御回
路配線基板等の構成回路から成るインバータを収納した
空気調和機の室外ユニットにおいて、該インバータの構
成を１層目に放熱フィンを配置せしめ、２層目に整流器
とパワートランジスタ等の発熱部品を該放熱フィンに密
接した状態で配置し、３層目にノイズフィルタ、整流
器、力率改善回路、平滑コンデンサ等から成る電源回路
を構成した配線基板を配置し、４層目に制御回路配線基
板を配置し、２層目と３層目の電気的接続を整流器およ
びパワートランジスタのリード端子部ではんだ付け、ま
たはリード線付きコネクタで行い、２層目と３層目の接
続を基板間垂直コネクタ、またはリード線で行い、該放
熱フィンと電気ケースを固定した構成のインバータを収
納した空気調和機の室外ユニットにより上記目的を達成
するものである。

【００１４】

【作用】以上の様に、インバータを構成する電気部品を
多層構造に配置することによってインバータ内部の占積
率を高くして小形化、布線数の削減、ノイズの低減を達
成するとともに小形インバータを空気調和機の室外ユニ
ットに搭載することによって室外ユニットを軽量小形化
することが可能になる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は本発明によるインバータの構成を示し、図２は該イ
ンバータの層構成を示す斜視図である。同１記号は同１
物を示す。図において、多層構造の１層目は、アルミ製
の放熱フィン６で平坦部に２層目を構成するインバータ
モジュール４と整流器４をネジ１６で密接させる。

【００１６】３層目は、パワー成形基板１７でスペーサ
１８を介して放熱フィン６とネジ１６で固定する。パワ
ー成形基板１７の上には、力率改善用コンデンサ７、お
よび直流電源平滑用コンデンサ８、ノイズフィルタ１
１、入出力端子１９、基板間コネクタ４０、基板間サポ
ート２１が搭載されている。４層目は、プリント配線基
板２２で基板間サポート２１によりパワー成形配線基板
と固定される。プリント配線基板２２の上には、マイコ
ン２３、センサ端子２４、制御用電源トランス２５等を
搭載し、はんだ付けすることで制御回路を構成する。上
記多層で構成したインバータの電気組品を電気品ケース
２に収納して放熱フィン６の側面部にネジ１６により固
定する。

【００１７】次に各層構成と電気的接合方法について説
明する。図３に第１の実施例を説明する。同一符号は、
同一物を示す。図において、１層目の放熱フィン６は、
２層目のインバータモジュール４および整流器５等の発
熱素子を冷却するためのもので、フィン部に通風ダクト
２６を設けて冷却効果を高める。３層目のパワー成形基
板１７は、主にインバータの電源回路１４を構成する回
路であり、２０Ａ以上の電流容量が必要となる。そこ
で、本実施例ではパワー成形基板１７として３０Ａまで
電流を流すことが可能な、成形基板を使用している。パ
ワー成形基板１７の構造を、図４，図５で説明する。図
４は回路パターン２７の一例を示すもので、銅もしくは
導電性金属からなり、大電流を流しても発熱することが
ないようにするために、抵抗値を小さくするように例え
ばパターン幅を４ｍｍ以上、パターン厚を０．５ｍｍ以
上に設定している。この回路パターン２７は、射出成形
樹脂２８で被覆されている。図５は成形基板の断面構造
を示すものであるが、回路パターン２７の端部を折り曲
げて、成形樹脂層２８から突出した接続端子１９が設け
られ、また大形の電気部品、例えばコンデンサ８等を固
定するリブ２９が形成されている。このリブ２９が形成
された部分には、コンデンサ８等の電気部品の端子３０
が嵌め込まれる貫通孔３１が設けられ、これら貫通孔の
まわりの下側の成形樹脂層２８を開孔して形成されたは
んだランド３２ａで端子３０と回路パターン２７とがは
んだ付けされる。また、成形樹脂層２８の表面に設けた
はんだランド３２ｂには、パワー成形基板１７の裏面に
配置された電気部品３３の端子３４がはんだ付けされ
る。図３の実施例では、層間の電気的接続は、パワー成
形基板１７のはんだランド３２を使用して行う。すなわ
ち、インバータモジュール４および整流器５のリード端
子３３ａ，３３ｂは、パワー成形基板１７の表面はんだ
ランド３２ｂにはんだ付けされる。また、パワー成形基
板１７上に搭載するノイズフィルタ等の電気部品は裏面
に設けたはんだランド３２ａにはんだ付けされる。

【００１８】なお、該パワー成形基板１７は従来のプリ
ント配線基板で構成しても同様の機能を得る。４層目は
プリント配線基板２２でマイコン２０等の電子部品を搭
載し、はんだ接合することによって、制御回路を形成す
る。固定は、射出成形樹脂１１９と一体で成形時に作成
する基板間サポート２１で行う。また他層との電気的接
続は、プリント配線基板上にはんだ付けされた入出力端
子３４ａ、と他層に設けた入出力端子３４ｂの間をリー
ド線１５で接続する。この際、リード線１５はパワー成
形基板１７とプリント配線基板２２に設けた開孔部３
５，３６のを通して布線することによって、リード線１
５の引き回しが無くなり短くすることができる。

【００１９】次に、第２の実施例を図６にしめす。本実
施例の層構造および搭載する電気部品は図３で説明した
第１の実施例と同様であり、層間の電気的接続方法が異
なるものである。同一符号は同一物を示す。以下、図６
により説明する。

【００２０】３７はパワープリント配線基板であり、基
板上にフォトカプラ、コンデンサ、ドライブ回路３８等
を搭載する。パワープリント配線基板３７のはんだラン
ド部にインバータモジュール４のリード端子３３ａ、パ
ワー成形基板１７の回路パターンの延長上にあり、成形
樹脂２８から外部に突出した接続端子３９をはんだ付け
して、リード線の無い状態で電気的接続を行う。また制
御回路を形成するプリント配線基板２２とは、所定の位
置にはんだ付けした基板間コネクタ４０を嵌合すること
により接続する。

【００２１】このように多層構造でユニット化されたイ
ンバータ装置によると、空間面積が小さくなり、層間の
接合をコネクタおよびはんだ付けで行えば、リード線も
大幅に減少する。かかるインバータ装置の電気品ケース
の寸法の一例を示すと、幅１４０ｍｍ×１５０ｍｍ×２
００ｍｍであり、容積は４．１リットルであって、布線
レス構造となる。

【００２２】図７は以上のインバータ装置１０３を組み
込んだ空気調和機の室外ユニットの一実施例を示すもの
であって、図１１に対応する部分には同一符号をつけて
いる。

【００２３】この実施例は、図１１に示した従来例と同
様、圧縮機１０４の上方にインバータ装置１０３を配置
したものである。これによると、本発明のインバータ装
置１０３の容積が約１／２になっているため、従来のイ
ンバータ装置を用いた図１０の室外ユニットに比べ、横
幅が狭くなり、容積が２０％〜３０％程度小さくなる。
図８は圧縮機１０４をプロペラファン１０６とモータ１
０７の下方に配置し、この圧縮機１０４の横にインバー
タ装置１０３を配置した本発明による空気調和機の室外
機の他の実施例を示すものである。図９はこの実施例の
斜視図であり１１４は全面カバーである。この実施例
は、各装置が上記のように配置されるから、図７に示し
た実施例に比ば、高さ方向は高くなるが、幅がより狭く
なり、設置場所の占有面積をさらに小さくすることがで
きる。因みに、この実施例では、幅を６００ｍｍ、高さ
を６５０ｍｍ、奥行きを６５０ｍｍとし、容積を７２リ
ットルと従来比で約７０％にすることができた。

【００２４】なお、本発明は図１３に示した回路例にの
み限定されるものではないし、各層の電気部品の配置
は、図１や図２に示したものに限るものではない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多層構造実装方式とパワー成形基板の応用により大形の
電気部品を三次元的に配置できるから、空間面積の少な
い高密度タイプの容積を１／２程度に小形化したインバ
ータを得ることができる。また、各層の電気的接合には
んだ付け、および基板間コネクタを使用することで布線
数を大幅に減少でき、このことによって組立て加工分数
を従来の約２／３にすることが可能に成った他配線類か
ら発生するノイズを低減することができる。このインバ
ータを空気調和機の室外ユニットに搭載することで、ユ
ニットの奥行き、高さは従来のものと同等としても、ユ
ニットの幅が従来のものに比べて大幅に短縮できること
から、空気調和機の据付け時における配置の自由度が増
すし、空気調和機の占有面積の縮小、据付け作業の短縮
等の多大な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインバータ装置の斜視図である。

【図２】本発明のインバータ装置の層構成を示す斜視図
である。

【図３】本発明のインバータ装置の第１実施例の断面図
である。

【図４】パワー成形基板の回路パターンを示す図であ
る。

【図５】パワー成形基板の断面構造図である。

【図６】本発明のインバータ装置の第２実施例の断面図
である。

【図７】本発明の第１の実施例による空気調和機の室外
ユニットを示す図である。

【図８】本発明の第２の実施例による空気調和機の室外
ユニットを示す図である。

【図９】本発明の第２の実施例による空気調和機の室外
ユニットの斜視図である。

【図１０】従来の空気調和機の斜視図である。

【図１１】従来の空気調和機の室外ユニットを示す図で
ある。

【図１２】従来のインバータ装置の展開図である。

【図１３】従来のインバータ装置の回路図である。

【符号の説明】

１…内外接続ターミナル、２…電気品ケース、３…リア
クタ、４…インバータモジュール、５…整流器、６…放
熱フィン、７…力率改善用コンデンサ、８…平滑コンデ
ンサ、９…制御基板、１０…絶縁枠、１１…ノイズフィ
ルタ、１２…プリント基板、１３…蓋、１４…電源回
路、１５…リード線、１６…ネジ、１７…パワー成形基
板、１８…スペーサ、１９…入出力端子、２０…基板間
コネクタ、２１…基板間サポート、２２…プリント配線
基板、２３…マイコン、２４…センサ端子、２５…制御
用電源トランス、２６…通風ダクト、２７…パターン回
路、２８…成形樹脂、２９…固定リブ、３０…貫通孔、
３１…リード端子、３２…はんだランド、３３…端子、
３４…接続端子、３５…開孔部、３６…成形基板開孔
部、３７…パワープリント基板、３８…ドライブ回路、
３９…接続端子、４０…基板間コネクタ、１０…室内
機、１０１…室外機、１０２…冷媒配管、１０３…イン
バータ、１０４…圧縮機、１０５…熱交換機、１０６…
送風ファン、１０７…モータ、１０８…室内熱交換機、
１０９…ケース、１１０…仕切り板、１１１…熱交換機
室、１１３…圧縮機室、１１４…パネル。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ユニット本体内に圧縮機、室外側熱交換
   器、室外側送風機等の冷凍サイクル構成部品とノイズフ
   ィルタ、力率改善回路、整流器、平滑コンデンサ、パワ
   ートランジスタ、放熱フィン、制御回路配線基板等の構
   成回路から成るインバータを収納した空気調和機の室外
   ユニットにおいて、該インバータの構成を１層目に放熱
   フィンを配置せしめ、２層目に整流器とインバータモジ
   ュール等の発熱部品を該放熱フィンに密接した状態で配
   置し、３層目にノイズフィルタ、整流器、力率改善回
   路、平滑コンデンサ等から成る電源回路を構成した配線
   基板を配置し、４層目に制御回路配線基板を配置し、２
   層目と３層目の電気的接続を整流器およびパワートラン
   ジスタのリード端子部ではんだ付け、またはリード線付
   きコネクタで行い、２層目と３層目の接続を基板間垂直
   コネクタ、またはリード線で行い、該放熱フィンと電気
   ケースを固定した構成のインバータを収納したことを特
   徴とする空気調和機の室外ユニット。
2. 【請求項２】請求項１の空気調和機の室外ユニットにお
   いて、インバータの該放熱フィンを送風機プロペラファ
   ンの側部と対向した配置にインバータを設置したことを
   特徴とする空気調和機の室外ユニット。
3. 【請求項３】請求項１の空気調和機の室外ユニットにお
   いて、インバータの該放熱フィンを送風機プロペラファ
   ン側部と直列になるように配置し、放熱フィンに通風ダ
   クトを設けたことを特徴とするインバータ装置。
4. 【請求項４】請求項１の空気調和機の室外ユニットにお
   いて、インバータの２層目の配線基板を大電流を流しえ
   る厚い配線導体を有し、外部への接続タブ端子を有した
   電源回路パターンを、射出成形樹脂で覆ったパワー成形
   基板で構成したことを特徴とするインバータ装置。
5. 【請求項５】請求項４において、該パワー成形基板で、
   回路パターンと搭載部品の接続部が露出するように成形
   樹脂を形成し、且つ配線導体にはんだ付けランドを基板
   の両面に設けた構造の成形基板を内蔵したことを特徴と
   するインバータ装置。
6. 【請求項６】請求項４において、該パワー成形基板で、
   回路パターンと搭載部品の接続部が露出するように成形
   樹脂を形成し、且つ配線導体にはんだ付けランドを基板
   の両面に設けた構造の成形基板の１部を開孔して、該開
   孔部に電気回路部品を搭載したプリント配線基板を配置
   して、該プリント基板に設けたリード端子と該配線導体
   のはんだ付けランドをはんだ付けにより接続した構造の
   成形基板を内蔵したことを特徴とするインバータ装置。