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JP7564451B2 - Power Conversion Equipment - Google Patents
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JP7564451B2 - Power Conversion Equipment - Google Patents

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電力変換装置に関する。 Related to power conversion devices.

特許文献1(特開2018-148629号公報)に、電力変換装置の構成部品であるコンデンサとリアクトルとを同一の基板に実装する発明が示されている。 Patent document 1 (JP 2018-148629 A) shows an invention in which a capacitor and a reactor, which are components of a power conversion device, are mounted on the same board.

しかし、電力変換回路とリアクトルとを同一の基板に実装すると、電源品質が悪い場合、あるいは、スイッチング速度を高速化する場合、リアクトルの発熱が大きくなってしまう。リアクトルの発熱量が大きくなると、耐熱性能が高い基板を使わなければならなくなるが、それでは電力変換装置の製造コストが上がる。 However, if the power conversion circuit and reactor are mounted on the same board, the reactor will generate a lot of heat if the power quality is poor or if the switching speed is increased. If the reactor generates a lot of heat, a board with high heat resistance must be used, but this increases the manufacturing costs of the power conversion device.

第1観点の電力変換装置は、電力変換回路と、リアクトルと、基板とを備えている。電力変換回路は、パワー半導体を有する。リアクトルは、コアと巻線とを有する。電力変換回路とリアクトルとは、同一の基板に実装されている。リアクトルの巻線のうち、コアに巻きつけられる線は、20℃における電気抵抗率(Ω・m)が銅よりも高い物質から成る線である。 The power conversion device of the first aspect includes a power conversion circuit, a reactor, and a substrate. The power conversion circuit has a power semiconductor. The reactor has a core and a winding. The power conversion circuit and the reactor are mounted on the same substrate. Of the windings of the reactor, the wire wound around the core is made of a material with a higher electrical resistivity (Ω·m) at 20°C than copper.

ここでは、電力変換装置において従来から一般的に用いられているリアクトルに代えて、発熱量が抑えられるリアクトルを採用している。具体的には、20℃における電気抵抗率が銅よりも高い物質から成る線が、巻線のうち少なくともコアに巻きつけられる線として使われているリアクトルが、第1観点の電力変換装置において採用されている。この電力変換装置によれば、リアクトルの発熱量が小さく抑えられるため、耐熱性能が良い高価な基板を使う必要がなくなり、電力変換装置の製造コストを抑えることができる。 Here, instead of the reactors that have been conventionally and generally used in power conversion devices, a reactor that generates less heat is used. Specifically, the power conversion device of the first aspect employs a reactor in which a wire made of a material with a higher electrical resistivity at 20°C than copper is used as the wire wound around at least the core of the winding. With this power conversion device, the amount of heat generated by the reactor is kept low, eliminating the need to use an expensive substrate with good heat resistance, and reducing the manufacturing costs of the power conversion device.

第2観点の電力変換装置は、第1観点の電力変換装置であって、リアクトルの巻線のうちコアに巻きつけられる線は、アルミニウム線である。 The power conversion device of the second aspect is the power conversion device of the first aspect, in which the wire of the reactor winding that is wound around the core is an aluminum wire.

ここでは、20℃における電気抵抗率(Ω・m)が銅線の1.5倍以上であるアルミニウム線を、リアクトルの巻線のうち少なくともコアに巻きつけられる線として使用している。このようなリアクトルを採用しているため、この電力変換装置では、リアクトルの発熱量が小さく抑えられている。 Here, aluminum wire, which has an electrical resistivity (Ω·m) at 20°C that is 1.5 times that of copper wire, is used as the wire wound around at least the core of the reactor winding. By using such a reactor, the amount of heat generated by the reactor is kept low in this power conversion device.

第3観点の電力変換装置は、第1観点又は第2観点の電力変換装置であって、リアクトルは、さらに、電力変換回路に接続される接続部を有する。接続部は、銅から成る。 The power conversion device of the third aspect is the power conversion device of the first or second aspect, in which the reactor further has a connection part that is connected to the power conversion circuit. The connection part is made of copper.

ここでは、リアクトルの接続部が銅から成るため、従来の電力変換装置と同様に、ハンダによって容易にリアクトルを電力変換回路に接続することができる。 Here, the reactor connection is made of copper, so the reactor can be easily connected to the power conversion circuit with solder, just like in conventional power conversion devices.

第4観点の電力変換装置は、第1観点又は第2観点の電力変換装置であって、リアクトルは、さらに、電力変換回路に接続される接続部を有する。接続部は、めっき付きのアルミニウムから成る。 The power conversion device of the fourth aspect is the power conversion device of the first or second aspect, and the reactor further has a connection part that is connected to the power conversion circuit. The connection part is made of plated aluminum.

ここでは、リアクトルの接続部がめっき付きのアルミニウムであるので、めっき部分をハンダによって容易に電力変換回路に接続することができる。例えば、アルミニウム線に銅メッキを施した部分をリアクトルの接続部とすれば、リアクトルを容易に電力変換回路に接続することができる。 In this case, the connection part of the reactor is plated aluminum, so the plated part can be easily connected to the power conversion circuit by soldering. For example, if the copper-plated part of the aluminum wire is used as the connection part of the reactor, the reactor can be easily connected to the power conversion circuit.

第5観点の電力変換装置は、第1観点から第4観点のいずれかの電力変換装置であって、リアクトルのインダクタンスは、定格電流時に1mH以下である。 The power conversion device of the fifth aspect is a power conversion device of any one of the first aspect to the fourth aspect, in which the inductance of the reactor is 1 mH or less at the rated current.

第6観点の電力変換装置は、第1観点から第5観点のいずれかの電力変換装置であって、リアクトルには、10A以上の電流が流れる。 The power conversion device of the sixth aspect is the power conversion device of any one of the first aspect to the fifth aspect, in which a current of 10 A or more flows through the reactor.

第7観点の電力変換装置は、第6観点の電力変換装置であって、リアクトルには、100A以下の電流が流れる。 The power conversion device of the seventh aspect is the power conversion device of the sixth aspect, in which a current of 100 A or less flows through the reactor.

第8観点の電力変換装置は、第1観点から第7観点のいずれかの電力変換装置であって、基板は、基材と、その基材に接合されている銅箔とを有する。銅箔の厚さは、30μm以上、75μm以下である。 The power conversion device of the eighth aspect is a power conversion device of any one of the first aspect to the seventh aspect, in which the substrate has a base material and a copper foil bonded to the base material. The thickness of the copper foil is 30 μm or more and 75 μm or less.

第9観点の電力変換装置は、第1観点から第8観点のいずれかの電力変換装置であって、基板は、基材と、その基材に接合されている銅箔とを有する。基材は、ガラスエポキシ又はガラスコンポジットである。 The power conversion device of the ninth aspect is the power conversion device of any one of the first aspect to the eighth aspect, in which the substrate has a base material and a copper foil bonded to the base material. The base material is a glass epoxy or a glass composite.

第10観点の電力変換装置は、第1観点から第9観点のいずれかの電力変換装置であって、電源電圧が、単相又は3相の、200V以上、240V以下である。 The power conversion device of the tenth aspect is a power conversion device of any one of the first to ninth aspects, in which the power supply voltage is single-phase or three-phase, and is 200V or more and 240V or less.

電力変換装置を含む空気調和装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an air conditioning device including a power conversion device. 空気調和装置の室外ユニットの横断面図である。2 is a cross-sectional view of the outdoor unit of the air conditioning apparatus. FIG. 室外ユニットの送風機室側の前板及び機械室側の前板を取り外した状態を示す前面図である。1 is a front view showing the outdoor unit with the front panel on the blower chamber side and the front panel on the machine chamber side removed. FIG. 電力変換装置の電気回路の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an electric circuit of the power conversion device. プリント基板における主要部品の概略配置図である。FIG. 2 is a schematic layout diagram of main components on a printed circuit board. リアクトルの側面図である。FIG. リアクトルの上面図である。FIG.

(1)空気調和装置の全体構成
図1は、冷凍サイクルを行う空気調和装置1の概略構成図である。
(1) Overall Configuration of the Air Conditioner FIG. 1 is a schematic diagram of an air conditioner 1 that performs a refrigeration cycle.

空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、建物等の室内の冷房及び暖房を行う装置である。空気調和装置1は、主として、室外ユニット2と、室内ユニット4とが接続されることによって構成されている。ここで、室外ユニット2と室内ユニット4とは、液冷媒連絡管5及びガス冷媒連絡管6を介して接続されている。 The air conditioner 1 is a device that cools and heats the interior of a building or the like by using a vapor compression refrigeration cycle. The air conditioner 1 is mainly composed of an outdoor unit 2 and an indoor unit 4 connected together. Here, the outdoor unit 2 and the indoor unit 4 are connected via a liquid refrigerant connection pipe 5 and a gas refrigerant connection pipe 6.

(1-1)室内ユニット
室内ユニット4は、室内に設置されており、冷媒回路10の一部を構成している。室内ユニット4は、主として、室内熱交換器41を有している。
(1-1) Indoor Unit The indoor unit 4 is installed indoors and constitutes a part of the refrigerant circuit 10. The indoor unit 4 has an indoor heat exchanger 41 as a main component.

室内熱交換器41は、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の放熱器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。室内熱交換器41の液側は液冷媒連絡管5に接続されており、室内熱交換器41のガス側はガス冷媒連絡管6に接続されている。 The indoor heat exchanger 41 is a heat exchanger that functions as a refrigerant evaporator to cool the indoor air during cooling operation, and functions as a refrigerant radiator to heat the indoor air during heating operation. The liquid side of the indoor heat exchanger 41 is connected to the liquid refrigerant connection pipe 5, and the gas side of the indoor heat exchanger 41 is connected to the gas refrigerant connection pipe 6.

室内ユニット4は、室内ユニット4内に室内空気を吸入して、室内熱交換器41において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給するための室内ファン42を有している。すなわち、室内ユニット4は、室内熱交換器41を流れる冷媒の加熱源又は冷却源としての室内空気を室内熱交換器41に供給するファンとして、室内ファン42を有している。ここでは、室内ファン42として、室内ファン用モータ42aによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等が使用されている。 The indoor unit 4 has an indoor fan 42 that draws indoor air into the indoor unit 4, exchanges heat with the refrigerant in the indoor heat exchanger 41, and then supplies the air to the room as supply air. That is, the indoor unit 4 has the indoor fan 42 as a fan that supplies indoor air to the indoor heat exchanger 41 as a heating or cooling source for the refrigerant flowing through the indoor heat exchanger 41. Here, a centrifugal fan or a multi-blade fan driven by an indoor fan motor 42a is used as the indoor fan 42.

室内ユニット4は、室内ユニット4を構成する各部の動作を制御する室内側制御部40を有している。そして、室内側制御部40は、室内ユニット4の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、リモコン(図示せず)との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外ユニット2との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。 The indoor unit 4 has an indoor control unit 40 that controls the operation of each part that constitutes the indoor unit 4. The indoor control unit 40 has a microcomputer, memory, etc. that are provided to control the indoor unit 4, and is capable of exchanging control signals with a remote control (not shown) and with the outdoor unit 2.

(1-2)室外ユニット
室外ユニット2は、室外に設置されており、冷媒回路10の一部を構成している。室外ユニット2は、主として、圧縮機21と、四路切換弁22と、室外熱交換器23と、冷媒ジャケット29と、膨張弁26と、液側閉鎖弁27と、ガス側閉鎖弁28とを有している。
(1-2) Outdoor Unit The outdoor unit 2 is installed outdoors and constitutes a part of the refrigerant circuit 10. The outdoor unit 2 mainly has a compressor 21, a four-way switching valve 22, an outdoor heat exchanger 23, a refrigerant jacket 29, an expansion valve 26, a liquid-side shut-off valve 27, and a gas-side shut-off valve 28.

圧縮機21は、冷凍サイクルの低圧の冷媒を高圧になるまで圧縮する機器である。圧縮機21は、後述の電力変換装置100を通じて電源供給される圧縮機用のモータ21aによって、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素(図示せず)を回転駆動する密閉式構造となっている。圧縮機21は、吸入側に吸入管31が接続されており、吐出側に吐出管32が接続されている。吸入管31は、圧縮機21の吸入側と四路切換弁22とを接続する冷媒管である。吐出管32は、圧縮機21の吐出側と四路切換弁22とを接続する冷媒管である。 The compressor 21 is a device that compresses the low-pressure refrigerant of the refrigeration cycle until it becomes high pressure. The compressor 21 has a sealed structure that rotates a volumetric compression element (not shown), such as a rotary type or scroll type, by a compressor motor 21a that is supplied with power through a power conversion device 100 described below. The compressor 21 has a suction pipe 31 connected to the suction side and a discharge pipe 32 connected to the discharge side. The suction pipe 31 is a refrigerant pipe that connects the suction side of the compressor 21 to the four-way switching valve 22. The discharge pipe 32 is a refrigerant pipe that connects the discharge side of the compressor 21 to the four-way switching valve 22.

四路切換弁22は、冷媒回路10における冷媒の流れの方向を切り換えるための切換弁である。四路切換弁22は、冷房運転時には、室外熱交換器23を圧縮機21において圧縮された冷媒の放熱器として機能させ、かつ、室内熱交換器41を室外熱交換器23において放熱した冷媒の蒸発器として機能させる冷房サイクル状態への切り換えを行う。四路切換弁22は、暖房運転時には、室内熱交換器41を圧縮機21において圧縮された冷媒の放熱器として機能させ、かつ、室外熱交換器23を室内熱交換器41において放熱した冷媒の蒸発器として機能させる暖房サイクル状態への切り換えを行う。 The four-way switching valve 22 is a switching valve for switching the direction of refrigerant flow in the refrigerant circuit 10. During cooling operation, the four-way switching valve 22 switches to a cooling cycle state in which the outdoor heat exchanger 23 functions as a radiator for the refrigerant compressed in the compressor 21 and the indoor heat exchanger 41 functions as an evaporator for the refrigerant that has radiated heat in the outdoor heat exchanger 23. During heating operation, the four-way switching valve 22 switches to a heating cycle state in which the indoor heat exchanger 41 functions as a radiator for the refrigerant compressed in the compressor 21 and the outdoor heat exchanger 23 functions as an evaporator for the refrigerant that has radiated heat in the indoor heat exchanger 41.

室外熱交換器23は、冷房運転時には室外空気を冷却源とする冷媒の放熱器として機能し、暖房運転時には室外空気を加熱源とする冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。 The outdoor heat exchanger 23 is a heat exchanger that functions as a radiator of the refrigerant using the outdoor air as a cooling source during cooling operation, and as an evaporator of the refrigerant using the outdoor air as a heating source during heating operation.

膨張弁26は、冷房運転時には、室外熱交換器23において放熱した冷凍サイクルの高圧の冷媒を冷凍サイクルの低圧まで減圧する弁である。また、膨張弁26は、暖房運転時には、室内熱交換器41において放熱した冷凍サイクルの高圧の冷媒を冷凍サイクルの低圧まで減圧する弁である。 The expansion valve 26 is a valve that reduces the pressure of the high-pressure refrigerant in the refrigeration cycle that has dissipated heat in the outdoor heat exchanger 23 to the low pressure of the refrigeration cycle during cooling operation. Also, the expansion valve 26 is a valve that reduces the pressure of the high-pressure refrigerant in the refrigeration cycle that has dissipated heat in the indoor heat exchanger 41 to the low pressure of the refrigeration cycle during heating operation.

冷媒ジャケット29は、冷媒回路10を循環する冷媒によって、後述の電装品ユニット70を構成する電装品のうち発熱が大きく冷却が必要な被冷却素子(パワー半導体であるダイオードD1~D6やスイッチング素子SW1~SW6)を冷却する熱交換器である。具体的には、液冷媒管35を流れる冷媒によって、冷媒ジャケット29は被冷却素子の冷却を行う。液冷媒管35は、室外熱交換器23と液冷媒連絡管5とを接続する冷媒管である。冷媒ジャケット29は、冷房運転時には室外熱交換器23において放熱した後の冷凍サイクルの高圧の冷媒(室外熱交換器23と膨張弁26との間を流れる冷媒)によって被冷却素子を冷却する熱交換器として機能し、暖房運転時には膨張弁26よって減圧された後の冷凍サイクルの低圧の冷媒(膨張弁26と室外熱交換器23との間を流れる冷媒)によって被冷却素子を冷却する熱交換器として機能する。 The refrigerant jacket 29 is a heat exchanger that uses the refrigerant circulating through the refrigerant circuit 10 to cool the elements to be cooled (diodes D1 to D6, which are power semiconductors, and switching elements SW1 to SW6) that generate a large amount of heat and need to be cooled among the electrical components that make up the electrical component unit 70 described below. Specifically, the refrigerant jacket 29 cools the elements to be cooled using the refrigerant flowing through the liquid refrigerant pipe 35. The liquid refrigerant pipe 35 is a refrigerant pipe that connects the outdoor heat exchanger 23 and the liquid refrigerant connection pipe 5. During cooling operation, the refrigerant jacket 29 functions as a heat exchanger that cools the elements to be cooled using the high-pressure refrigerant of the refrigeration cycle after heat dissipation in the outdoor heat exchanger 23 (the refrigerant flowing between the outdoor heat exchanger 23 and the expansion valve 26), and during heating operation, it functions as a heat exchanger that cools the elements to be cooled using the low-pressure refrigerant of the refrigeration cycle after pressure reduction by the expansion valve 26 (the refrigerant flowing between the expansion valve 26 and the outdoor heat exchanger 23).

液側閉鎖弁27及びガス側閉鎖弁28は、外部の機器・配管(具体的には、液冷媒連絡管5及びガス冷媒連絡管6)との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁27は、液冷媒管35の端部に設けられている。ガス側閉鎖弁28は、第2ガス冷媒管34の端部に設けられている。 The liquid side shutoff valve 27 and the gas side shutoff valve 28 are valves provided at the connection ports to external equipment and piping (specifically, the liquid refrigerant connection pipe 5 and the gas refrigerant connection pipe 6). The liquid side shutoff valve 27 is provided at the end of the liquid refrigerant pipe 35. The gas side shutoff valve 28 is provided at the end of the second gas refrigerant pipe 34.

室外ユニット2は、室外ユニット2内に室外空気を吸入して、室外熱交換器23において冷媒と熱交換させた後に、外部に排出するための室外ファン36を有している。ここでは、室外ファン36として、室外ファン用モータ36aによって駆動されるプロペラファン等が使用されている。 The outdoor unit 2 has an outdoor fan 36 that draws outdoor air into the outdoor unit 2, exchanges heat with the refrigerant in the outdoor heat exchanger 23, and then expels the air to the outside. Here, a propeller fan driven by an outdoor fan motor 36a is used as the outdoor fan 36.

室外ユニット2は、室外ユニット2を構成する各部の動作を制御する室外側制御部20を有している。そして、室外側制御部20は、室外ユニット2の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット4の室内側制御部40との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。なお、室外側制御部20は、後述の電装品ユニット70に設けられている。 The outdoor unit 2 has an outdoor side control unit 20 that controls the operation of each part that constitutes the outdoor unit 2. The outdoor side control unit 20 has a microcomputer, memory, etc. that are provided to control the outdoor unit 2, and is capable of exchanging control signals and the like with the indoor side control unit 40 of the indoor unit 4. The outdoor side control unit 20 is provided in the electrical equipment unit 70, which will be described later.

(1-3)冷媒連絡管
冷媒連絡管5、6は、空気調和装置1を建物等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管であり、設置場所や室外ユニットと室内ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。
(1-3) Refrigerant communication pipe The refrigerant communication pipes 5, 6 are refrigerant pipes that are installed on-site when the air conditioning apparatus 1 is installed at an installation location such as a building, and refrigerant communication pipes of various lengths and pipe diameters are used depending on the installation conditions, such as the installation location and the combination of the outdoor unit and the indoor unit.

以上のように、室外ユニット2と、室内ユニット4と、冷媒連絡管5、6とが接続されることによって、空気調和装置1の冷媒回路10が構成されている。 As described above, the outdoor unit 2, the indoor unit 4, and the refrigerant connection pipes 5 and 6 are connected to form the refrigerant circuit 10 of the air conditioning device 1.

(1-4)制御部
空気調和装置1は、室内側制御部40と室外側制御部20とから構成される制御部8によって、室外ユニット2及び室内ユニット4の各機器の制御を行うことができるようになっている。すなわち、室内側制御部40と室外側制御部20とによって、上記の冷房運転や暖房運転等の冷凍サイクル運転を含む空気調和装置1全体の運転制御を行う制御部8が構成されている。制御部8は、主としてコンピュータにより実現されるものである。制御部8は、制御演算装置と記憶装置とを備える。制御演算装置には、CPU又はGPUといったプロセッサを使用できる。制御演算装置は、記憶装置に記憶されているプログラムを読み出し、このプログラムに従って所定の画像処理や演算処理を行う。さらに、制御演算装置は、プログラムに従って、演算結果を記憶装置に書き込んだり、記憶装置に記憶されている情報を読み出したりすることができる。
(1-4) Control Unit The air conditioning device 1 is configured to control each device of the outdoor unit 2 and the indoor unit 4 by a control unit 8 composed of an indoor side control unit 40 and an outdoor side control unit 20. That is, the indoor side control unit 40 and the outdoor side control unit 20 constitute the control unit 8 that controls the operation of the entire air conditioning device 1, including the refrigeration cycle operations such as the cooling operation and heating operation. The control unit 8 is mainly realized by a computer. The control unit 8 includes a control arithmetic device and a storage device. A processor such as a CPU or a GPU can be used for the control arithmetic device. The control arithmetic device reads a program stored in the storage device and performs predetermined image processing and arithmetic processing according to the program. Furthermore, the control arithmetic device can write the calculation results to the storage device and read information stored in the storage device according to the program.

(2)室外ユニットの詳細構成
次に、図2及び図3を用いて、室外ユニット2の詳細構成について説明する。なお、以下の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」や「前面」、「側面」、「背面」、「天面」、「底面」等の方向や面を示す文言は、特にことわりのない限り、図3に示される室外ユニット2を前面とした場合における方向や面を意味する。
(2) Detailed Configuration of Outdoor Unit Next, a detailed configuration of the outdoor unit 2 will be described with reference to Figures 2 and 3. In the following description, terms indicating directions or surfaces, such as "upper", "lower", "left", "right", "front", "side", "rear", "top", and "bottom", refer to directions or surfaces when the outdoor unit 2 shown in Figure 3 is regarded as the front surface, unless otherwise specified.

室外ユニット2は、ユニットケーシング50の内部空間を鉛直方向に延びる仕切板57で左右に分割することによって送風機室S1と機械室S2とを形成した構造を有するものである。室外ユニット2は、ユニットケーシング50の背面及び側面の一部から室外空気を内部へと吸い込んだ後に、ユニットケーシング50の前面から空気を排出するように構成されている。室外ユニット2は、主として、ユニットケーシング50と、冷媒回路構成部品と、室外ファン36と、複数の電装品が設けられた電装品ユニット70とを有している。冷媒回路構成部品は、上述したように、圧縮機21、四路切換弁22、室外熱交換器23、膨張弁26、冷媒ジャケット29、閉鎖弁27、28、及び、これらの機器を接続する冷媒管を含む。 The outdoor unit 2 has a structure in which the internal space of the unit casing 50 is divided into left and right spaces by a vertically extending partition plate 57, forming a blower chamber S1 and a machine chamber S2. The outdoor unit 2 is configured to draw outdoor air into the unit casing 50 from the rear and part of the side, and then discharge the air from the front of the unit casing 50. The outdoor unit 2 mainly has the unit casing 50, refrigerant circuit components, an outdoor fan 36, and an electrical equipment unit 70 in which multiple electrical equipment is provided. As described above, the refrigerant circuit components include the compressor 21, the four-way switching valve 22, the outdoor heat exchanger 23, the expansion valve 26, the refrigerant jacket 29, the shutoff valves 27 and 28, and the refrigerant pipes connecting these devices.

ユニットケーシング50は、略直方体状に形成されており、主として、冷媒回路構成部品21~28と、室外ファン36と、電装品ユニット70とを収容している。ユニットケーシング50は、底板51と、送風機室側の側板52と、機械室側の側板53と、送風機室側の前板54と、機械室側の前板55と、天板56とを有している。 The unit casing 50 is formed in a roughly rectangular parallelepiped shape and mainly houses the refrigerant circuit components 21-28, the outdoor fan 36, and the electrical equipment unit 70. The unit casing 50 has a bottom plate 51, a side plate 52 on the blower room side, a side plate 53 on the machine room side, a front plate 54 on the blower room side, a front plate 55 on the machine room side, and a top plate 56.

電装品ユニット70は、ユニットケーシング50の前面寄りに位置するように、機械室S2内に配置されている。電装品ユニット70は、室外ユニット2内の機器の制御等に使用される複数の電装品が設けられたユニットであり、室外側制御部20が設けられている。電装品ユニット70は、主として、プリント基板71と、圧縮機用のモータ21aへの電源供給に使用される被冷却素子、リアクトル121、コンデンサ122、室外側制御部20などを含む複数の電装品と、を有している。複数の電装品は、鉛直面に水平に配置されたプリント基板71の主面71a(室外ユニット2の前面側を向く面)に実装されている。 The electrical equipment unit 70 is disposed in the machine room S2 so as to be located near the front of the unit casing 50. The electrical equipment unit 70 is a unit provided with multiple electrical components used for controlling the equipment in the outdoor unit 2, and is provided with an outdoor side control unit 20. The electrical equipment unit 70 mainly has a printed circuit board 71 and multiple electrical components including a cooled element used to supply power to the compressor motor 21a, a reactor 121, a capacitor 122, and the outdoor side control unit 20. The multiple electrical components are mounted on the main surface 71a (the surface facing the front side of the outdoor unit 2) of the printed circuit board 71, which is arranged horizontally in a vertical plane.

冷媒ジャケット29は、液冷媒管35のU字曲げされた部分の長手方向に沿う縦長形状の部材であり、プリント基板71上に支持されている。冷媒ジャケット29は、上下方向に折り返すようにU字曲げされた液冷媒管35が装着された構造を有している。冷媒ジャケット29は、プリント基板71の主面71aに実装された被冷却素子を前面側から覆うように配置されており、被冷却素子に熱的に接触している。被冷却素子は、後述するコンバータ回路110のダイオードD1~D6、インバータ回路130のスイッチング素子SW1~SW6及び還流ダイオードRD1~RD6などである。 The refrigerant jacket 29 is a vertically elongated member that runs along the length of the U-shaped bent portion of the liquid refrigerant tube 35, and is supported on the printed circuit board 71. The refrigerant jacket 29 has a structure in which the liquid refrigerant tube 35 is mounted, bent in a U-shape so as to be folded back in the vertical direction. The refrigerant jacket 29 is arranged to cover the front side of the cooled elements mounted on the main surface 71a of the printed circuit board 71, and is in thermal contact with the cooled elements. The cooled elements include the diodes D1 to D6 of the converter circuit 110, the switching elements SW1 to SW6 and the reflux diodes RD1 to RD6 of the inverter circuit 130, which will be described later.

なお、ここでは図示を省略するが、四路切換弁22や膨張弁26等の冷媒回路構成部品もユニットケーシング50内に配置されている。また、電力変換装置100や冷媒ジャケット29を含む電装品ユニット70の詳細な構成については、後述する。 Although not shown here, refrigerant circuit components such as the four-way switching valve 22 and the expansion valve 26 are also arranged inside the unit casing 50. The detailed configuration of the electrical equipment unit 70, including the power conversion device 100 and the refrigerant jacket 29, will be described later.

(3)空気調和装置の基本動作
次に、空気調和装置1の基本動作について、図1を用いて説明する。空気調和装置1は、基本動作として、冷媒ジャケット29による被冷却素子の冷却を行いつつ、冷房運転及び暖房運転を行う。冷房運転及び暖房運転は、制御部8によって行われる。
(3) Basic Operation of the Air Conditioner Next, the basic operation of the air conditioner 1 will be described with reference to Fig. 1. As a basic operation, the air conditioner 1 performs cooling operation and heating operation while cooling the cooled elements by the refrigerant jacket 29. The cooling operation and heating operation are performed by the control unit 8.

(3-1)冷房運転
冷房運転時には、四路切換弁22が冷房サイクル状態(図1の実線で示される状態)に切り換えられる。
(3-1) Cooling Operation During cooling operation, the four-way switching valve 22 is switched to the cooling cycle state (the state shown by the solid line in FIG. 1).

冷媒回路10において、冷凍サイクルの低圧のガス冷媒は、圧縮機21に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。 In the refrigerant circuit 10, low-pressure gas refrigerant in the refrigeration cycle is drawn into the compressor 21, compressed to the high pressure of the refrigeration cycle, and then discharged.

圧縮機21から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁22を通じて、室外熱交換器23に送られる。 The high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 21 is sent to the outdoor heat exchanger 23 through the four-way switching valve 22.

室外熱交換器23に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器23において、室外ファン36によって冷却源として供給される室外空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。 The high-pressure gas refrigerant sent to the outdoor heat exchanger 23 exchanges heat with the outdoor air supplied as a cooling source by the outdoor fan 36 in the outdoor heat exchanger 23, dissipating heat and becoming a high-pressure liquid refrigerant.

室外熱交換器23において放熱した高圧の液冷媒は、冷媒ジャケット29に送られる。 The high-pressure liquid refrigerant that has dissipated heat in the outdoor heat exchanger 23 is sent to the refrigerant jacket 29.

冷媒ジャケット29に送られた高圧の液冷媒は、被冷却素子と熱交換を行って加熱される。このとき、被冷却素子は、冷媒ジャケット29を流れる高圧の液冷媒の流量及び温度に応じて、冷却されることになる。 The high-pressure liquid refrigerant sent to the refrigerant jacket 29 exchanges heat with the element to be cooled and is heated. At this time, the element to be cooled is cooled according to the flow rate and temperature of the high-pressure liquid refrigerant flowing through the refrigerant jacket 29.

冷媒ジャケット29において加熱された高圧の液冷媒は、膨張弁26に送られる。 The high-pressure liquid refrigerant heated in the refrigerant jacket 29 is sent to the expansion valve 26.

膨張弁26に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁26によって冷凍サイクルの低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒になる。膨張弁26で減圧された低圧の気液二相状態の冷媒は、液側閉鎖弁27及び液冷媒連絡管5を通じて、室内熱交換器41に送られる。 The high-pressure liquid refrigerant sent to the expansion valve 26 is reduced in pressure to the low pressure of the refrigeration cycle by the expansion valve 26, becoming a low-pressure two-phase gas-liquid refrigerant. The low-pressure two-phase gas-liquid refrigerant reduced in pressure by the expansion valve 26 is sent to the indoor heat exchanger 41 through the liquid-side shutoff valve 27 and the liquid refrigerant connection pipe 5.

室内熱交換器41に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器41において、室内ファン42によって加熱源として供給される室内空気と熱交換を行って蒸発する。これにより、室内空気は冷却され、その後に、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。 The low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant sent to the indoor heat exchanger 41 evaporates in the indoor heat exchanger 41 through heat exchange with indoor air supplied as a heat source by the indoor fan 42. This cools the indoor air, which is then supplied to the room to cool it.

室内熱交換器41において蒸発した低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管6、ガス側閉鎖弁28及び四路切換弁22を通じて、再び、圧縮機21に吸入される。 The low-pressure gas refrigerant that has evaporated in the indoor heat exchanger 41 is sucked back into the compressor 21 through the gas refrigerant connection pipe 6, the gas side shutoff valve 28, and the four-way switching valve 22.

(3-2)暖房運転
暖房運転時には、四路切換弁22が暖房サイクル状態(図1の破線で示される状態)に切り換えられる。
(3-2) Heating Operation During heating operation, the four-way selector valve 22 is switched to the heating cycle state (the state shown by the dashed line in FIG. 1).

冷媒回路10において、冷凍サイクルの低圧のガス冷媒は、圧縮機21に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。 In the refrigerant circuit 10, low-pressure gas refrigerant in the refrigeration cycle is drawn into the compressor 21, compressed to the high pressure of the refrigeration cycle, and then discharged.

圧縮機21から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁22、ガス側閉鎖弁28及びガス冷媒連絡管6を通じて、室内熱交換器41に送られる。 The high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 21 is sent to the indoor heat exchanger 41 through the four-way switching valve 22, the gas side shutoff valve 28, and the gas refrigerant connection pipe 6.

室内熱交換器41に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器41において、室内ファン42によって冷却源として供給される室内空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。これにより、室内空気は加熱され、その後に、室内に供給されることで室内の暖房が行われる。 The high-pressure gas refrigerant sent to the indoor heat exchanger 41 exchanges heat with indoor air supplied as a cooling source by the indoor fan 42 in the indoor heat exchanger 41, dissipating heat and becoming high-pressure liquid refrigerant. This heats the indoor air, which is then supplied to the room to heat the room.

室内熱交換器41で放熱した高圧の液冷媒は、液冷媒連絡管5及び液側閉鎖弁27を通じて、膨張弁26に送られる。 The high-pressure liquid refrigerant that has dissipated heat in the indoor heat exchanger 41 is sent to the expansion valve 26 through the liquid refrigerant connection pipe 5 and the liquid side shutoff valve 27.

膨張弁26に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁26によって冷凍サイクルの低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒になる。膨張弁26で減圧された低圧の気液二相状態の冷媒は、冷媒ジャケット29に送られる。 The high-pressure liquid refrigerant sent to the expansion valve 26 is reduced in pressure to the low pressure of the refrigeration cycle by the expansion valve 26, becoming a low-pressure two-phase gas-liquid refrigerant. The low-pressure two-phase gas-liquid refrigerant reduced in pressure by the expansion valve 26 is sent to the refrigerant jacket 29.

冷媒ジャケット29に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、被冷却素子と熱交換を行って加熱される。このとき、被冷却素子は、冷媒ジャケット29を流れる低圧の気液二相状態の冷媒の流量(すなわち、冷媒循環量)及び温度に応じて、冷却されることになる。 The low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant sent to the refrigerant jacket 29 is heated by heat exchange with the element to be cooled. At this time, the element to be cooled is cooled according to the flow rate (i.e., the amount of refrigerant circulating) and temperature of the low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant flowing through the refrigerant jacket 29.

冷媒ジャケット29において加熱された低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器23に送られる。 The low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant heated in the refrigerant jacket 29 is sent to the outdoor heat exchanger 23.

室外熱交換器23に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器23において、室外ファン36によって加熱源として供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。 The low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant sent to the outdoor heat exchanger 23 exchanges heat with the outdoor air supplied as a heat source by the outdoor fan 36 in the outdoor heat exchanger 23, evaporating and becoming a low-pressure gas refrigerant.

室外熱交換器23で蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁22を通じて、再び、圧縮機21に吸入される。 The low-pressure refrigerant that has evaporated in the outdoor heat exchanger 23 is sucked back into the compressor 21 through the four-way switching valve 22.

(4)室外ユニットの電装品ユニットの構成
上述のように、室外ユニット2の電装品ユニット70は、プリント基板71と、プリント基板71に実装される複数の電装品と、冷却が必要な電装品(被冷却素子)を冷やすための冷媒ジャケット29とを有する。プリント基板71及びプリント基板71に実装される電装品の一部は、圧縮機用のモータ21aへの電源供給を行う電力変換装置100を構成する。
(4) Configuration of Electrical Component Unit of Outdoor Unit As described above, the electrical component unit 70 of the outdoor unit 2 has the printed circuit board 71, a plurality of electrical components mounted on the printed circuit board 71, and the refrigerant jacket 29 for cooling the electrical components that require cooling (elements to be cooled). The printed circuit board 71 and some of the electrical components mounted on the printed circuit board 71 constitute the power conversion device 100 that supplies power to the motor 21a for the compressor.

(4-1)電力変換装置
電力変換装置100は、交流電源102から供給される電力を所定の周波数に変換してからモータ21aに印加する。モータ21aは、三相交流モータである。電力変換装置100は、図4に示すように、主として、交流を直流に変換する電力変換回路であるコンバータ回路110と、リアクトル121と、コンデンサ122と、直流を交流に変換する電力変換回路であるインバータ回路130と、制御回路150とを有している。これらの回路110,130,150は、プリント基板71のパターンやプリント基板71に実装される電装品によって構成されている。リアクトル121およびコンデンサ122も、各回路110,130,150が形成されているプリント基板71に実装される。プリント基板71は、ハーネスを介して交流電源102に接続される。
(4-1) Power Conversion Device The power conversion device 100 converts the power supplied from the AC power source 102 into a predetermined frequency and then applies it to the motor 21a. The motor 21a is a three-phase AC motor. As shown in FIG. 4, the power conversion device 100 mainly includes a converter circuit 110, which is a power conversion circuit that converts AC to DC, a reactor 121, a capacitor 122, an inverter circuit 130, which is a power conversion circuit that converts DC to AC, and a control circuit 150. These circuits 110, 130, and 150 are configured by the patterns of a printed circuit board 71 and electrical components mounted on the printed circuit board 71. The reactor 121 and the capacitor 122 are also mounted on the printed circuit board 71 on which the circuits 110, 130, and 150 are formed. The printed circuit board 71 is connected to the AC power source 102 via a harness.

(4-1-1)交流電源
交流電源102は、電力変換装置100及びモータ21aに電力を供給するものである。具体的には、交流電源102は、いわゆる商用の三相交流電源であり、50Hz又は60Hz等の周波数を有する交流電圧を供給する。交流電源102の電源電圧は、単相又は3相の、200V以上、240V以下である。
(4-1-1) AC Power Supply The AC power supply 102 supplies power to the power conversion device 100 and the motor 21a. Specifically, the AC power supply 102 is a so-called commercial three-phase AC power supply, and supplies an AC voltage having a frequency of 50 Hz, 60 Hz, etc. The power supply voltage of the AC power supply 102 is single-phase or three-phase, and is 200 V or more and 240 V or less.

(4-1-2)コンバータ回路
コンバータ回路110は、交流電源102に接続されており、交流電源102が出力した交流電圧を全波整流して直流電圧に変換するものである。コンバータ回路110は、パワー半導体である6つのダイオードD1~D6がブリッジ状に結線されたダイオードブリッジ回路により構成される。ダイオードD1及びD2と、ダイオードD3及びD4と、ダイオードD5及びD6とは、それぞれ直列に接続される。ダイオードD1及びD2の接続点は、交流電源102のR相の出力に接続される。また、ダイオードD3及びD4の接続点は、交流電源102のS相の出力に接続される。また、ダイオードD5及びD6の接続点は、交流電源102のT相の出力に接続される。コンバータ回路110は、交流電源102から出力された交流電圧を整流する。
(4-1-2) Converter Circuit The converter circuit 110 is connected to the AC power supply 102, and converts the AC voltage output by the AC power supply 102 into a DC voltage by full-wave rectification. The converter circuit 110 is configured by a diode bridge circuit in which six diodes D1 to D6, which are power semiconductors, are connected in a bridge shape. The diodes D1 and D2, the diodes D3 and D4, and the diodes D5 and D6 are connected in series, respectively. The connection point of the diodes D1 and D2 is connected to the R-phase output of the AC power supply 102. The connection point of the diodes D3 and D4 is connected to the S-phase output of the AC power supply 102. The connection point of the diodes D5 and D6 is connected to the T-phase output of the AC power supply 102. The converter circuit 110 rectifies the AC voltage output from the AC power supply 102.

(4-1-3)リアクトル
リアクトル121は、コンバータ回路110とインバータ回路130との間に設けられ、コンバータ回路110及びインバータ回路130と直列に接続される。リアクトル121は、図6及び図7に示すように、主として、コア201と、巻線202と、ターミナル203と、ピン121aとを有する。図5に示すように、電力変換回路であるコンバータ回路110やインバータ回路130と、リアクトル121とは、同一のプリント基板71に実装されている。リアクトル121は、ターミナル203及び複数のピン121aを介してプリント基板71に固定される。
(4-1-3) Reactor The reactor 121 is provided between the converter circuit 110 and the inverter circuit 130, and is connected in series with the converter circuit 110 and the inverter circuit 130. As shown in Fig. 6 and Fig. 7, the reactor 121 mainly has a core 201, a winding 202, a terminal 203, and a pin 121a. As shown in Fig. 5, the converter circuit 110 and the inverter circuit 130, which are power conversion circuits, and the reactor 121 are mounted on the same printed circuit board 71. The reactor 121 is fixed to the printed circuit board 71 via the terminal 203 and a plurality of pins 121a.

リアクトル121の巻線202のうち、コア201に巻きつけられる線202aは、20℃における電気抵抗率(Ω・m)が銅よりも高い物質から成る線である。ここでは、リアクトル121の巻線202として、アルミニウム線を採用している。アルミニウム線は、20℃における電気抵抗率(Ω・m)が銅線の1.5倍以上である。銅の20℃における電気抵抗率は、約1.7×10-8(Ω・m)である。ここでは、巻線202として用いたアルミニウム線の材料であるアルミニウムとして、20℃における電気抵抗率が2.6×10-8(Ω・m)~2.9×10-8(Ω・m)であるものを採用している。 Of the windings 202 of the reactor 121, the wire 202a wound around the core 201 is a wire made of a material having a higher electrical resistivity (Ω·m) at 20° C. than copper. Here, an aluminum wire is used as the windings 202 of the reactor 121. The electrical resistivity (Ω·m) of aluminum wire at 20° C. is 1.5 times or more that of copper wire. The electrical resistivity of copper at 20° C. is approximately 1.7×10 -8 (Ω·m). Here, aluminum having an electrical resistivity of 2.6×10 -8 (Ω·m) to 2.9×10 -8 (Ω·m) at 20° C. is used as the material of the aluminum wire used as the windings 202.

リアクトル121の接続部であるターミナル203は、銅めっき付きのアルミニウムから成る薄板部材である。ターミナル203は、プリント基板71のパターン(銅箔)に半田付けされ、コンバータ回路110やインバータ回路130に接続される。 The terminal 203, which is the connection part of the reactor 121, is a thin plate member made of copper-plated aluminum. The terminal 203 is soldered to the pattern (copper foil) of the printed circuit board 71 and is connected to the converter circuit 110 and the inverter circuit 130.

リアクトル121のインダクタンスは、定格電流時に1mH以下である。 The inductance of reactor 121 is 1 mH or less at rated current.

リアクトル121には、20A以上、100A以下の電流が流れる。 A current of 20 A or more and 100 A or less flows through reactor 121.

(4-1-4)コンデンサ
コンデンサ122は、コンバータ回路110とインバータ回路130との間に設けられ、コンバータ回路110及びインバータ回路130と並列に接続される。コンデンサ122は、一端がリアクトル121を介してコンバータ回路110の正側出力端子に接続され、他端がコンバータ回路110の負側出力端子に接続される。そして、コンデンサ122の両端に生じた直流電圧が、インバータ回路130の入力ノードに接続される。ここでは、コンデンサ122として、フィルムコンデンサを採用している。
(4-1-4) Capacitor The capacitor 122 is provided between the converter circuit 110 and the inverter circuit 130, and is connected in parallel with the converter circuit 110 and the inverter circuit 130. One end of the capacitor 122 is connected to the positive output terminal of the converter circuit 110 via the reactor 121, and the other end is connected to the negative output terminal of the converter circuit 110. A DC voltage generated across the capacitor 122 is connected to the input node of the inverter circuit 130. In this embodiment, a film capacitor is used as the capacitor 122.

(4-1-5)インバータ回路
インバータ回路130は、ゲート制御信号の入力に基づいて、コンバータ回路110で整流された電圧を所定の周波数の交流電圧に逆変換してモータ21aに印加するものである。ここでは、インバータ回路130は、入力ノードがコンデンサ122に並列に接続される。インバータ回路130は、三相交流をモータ21aに出力するために、パワー半導体である6個のスイッチング素子SW1~SW6を備えている。詳しくは、インバータ回路130は、2つのスイッチング素子を互いに直列接続してなる3つのスイッチングレグを備え、各スイッチングレグにおいて上アームのスイッチング素子SW1,SW3,SW5と下アームのスイッチング素子SW2,SW4,SW6との接続点が、それぞれモータ21aの各相(U相,V相,W相)のコイルに接続される。また、各スイッチング素子SW1~SW6には、還流ダイオードRD1~RD6が逆並列に接続される。そして、インバータ回路130は、これらのスイッチング素子SW1~SW6のオンオフ動作によって、入力された電圧をスイッチングし、三相交流電圧に変換してモータ21aへ供給する。なお、このオンオフ動作の制御は、制御回路150により実行される。また、各スイッチング素子SW1~SW6は、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)により実現される。
(4-1-5) Inverter Circuit The inverter circuit 130 inversely converts the voltage rectified by the converter circuit 110 into an AC voltage of a predetermined frequency based on the input of a gate control signal, and applies the converted voltage to the motor 21a. Here, the input node of the inverter circuit 130 is connected in parallel to the capacitor 122. The inverter circuit 130 includes six switching elements SW1 to SW6, which are power semiconductors, in order to output three-phase AC to the motor 21a. More specifically, the inverter circuit 130 includes three switching legs each including two switching elements connected in series to each other, and in each switching leg, the connection points between the switching elements SW1, SW3, and SW5 of the upper arm and the switching elements SW2, SW4, and SW6 of the lower arm are connected to the coils of each phase (U-phase, V-phase, and W-phase) of the motor 21a. In addition, freewheel diodes RD1 to RD6 are connected in inverse parallel to each of the switching elements SW1 to SW6. The inverter circuit 130 switches the input voltage by turning on and off these switching elements SW1 to SW6, converts it into a three-phase AC voltage, and supplies it to the motor 21a. The on and off operations are controlled by a control circuit 150. Each of the switching elements SW1 to SW6 is realized by, for example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT).

(4-1-6)制御回路
制御回路150は、電力変換装置100における各種制御を実行するものである。具体的には、制御回路150は、主としてマイコンから成り、インバータ回路130の各スイッチング素子SW1~SW6のオンオフ動作を制御して、圧縮機21のモータ21aを駆動する。
(4-1-6) Control Circuit The control circuit 150 executes various controls in the power conversion device 100. Specifically, the control circuit 150 is mainly composed of a microcomputer, and controls the on/off operation of each of the switching elements SW1 to SW6 of the inverter circuit 130 to drive the motor 21a of the compressor 21.

(4-1-7)プリント基板
プリント基板71は、両面基板であり、板厚が1.6mmのガラスエポキシ基板である。プリント基板71は、ガラス布にエポキシ樹脂を含侵させた材料で製造されている基材(ガラスエポキシ材)と、その基材に接合されている銅箔とを有する。銅箔の厚さは、30μm以上、75μm以下である。ここでは、35μm~40μmの厚みの銅箔が基材に接合されている。プリント基板71は、NEMA規格がFR-4の、一般的な耐熱性を有する基板である。
(4-1-7) Printed Circuit Board The printed circuit board 71 is a double-sided board, and is a glass epoxy board with a board thickness of 1.6 mm. The printed circuit board 71 has a base material (glass epoxy material) made of a material in which glass cloth is impregnated with epoxy resin, and copper foil bonded to the base material. The thickness of the copper foil is 30 μm or more and 75 μm or less. Here, copper foil with a thickness of 35 μm to 40 μm is bonded to the base material. The printed circuit board 71 is a board having general heat resistance, conforming to the NEMA standard of FR-4.

(4-2)冷媒ジャケット
冷媒ジャケット29は、上述のとおり、プリント基板71上に支持される部材であり、コンバータ回路110のダイオードD1~D6、インバータ回路130のスイッチング素子SW1~SW6及び還流ダイオードRD1~RD6などを冷却する。
(4-2) Coolant Jacket As described above, the coolant jacket 29 is a member supported on the printed circuit board 71, and cools the diodes D1 to D6 of the converter circuit 110, the switching elements SW1 to SW6 and the freewheeling diodes RD1 to RD6 of the inverter circuit 130, and the like.

(5)電力変換装置の特徴
(5-1)
上記の空気調和装置1の室外ユニット2において圧縮機用のモータ21aに対して設けられている電力変換装置100では、リアクトル121が、コンバータ回路110やインバータ回路130とともに、同一のプリント基板71に実装されている。そして、従来から電力変換装置において一般的に用いられている銅線を巻線とするリアクトルではなく、電力変換装置100では、アルミニウム線を巻線202とする、発熱量が抑えられるリアクトル121、を採用している。具体的には、20℃における電気抵抗率が銅よりも高いアルミニウム線が巻線202として使われているリアクトル121が、電力変換装置100において採用されている。この電力変換装置100によれば、リアクトル121の発熱量が小さく抑えられるため、耐熱性能が良い高価なプリント基板を使う必要がなくなり、電力変換装置100の製造コストが抑えられている。具体的には、電力変換装置100においては、NEMA規格がFR-4の、一般的な耐熱性を有するプリント基板71が採用されている。
(5) Features of the power conversion device (5-1)
In the power conversion device 100 provided for the motor 21a for the compressor in the outdoor unit 2 of the air conditioner 1, the reactor 121 is mounted on the same printed circuit board 71 together with the converter circuit 110 and the inverter circuit 130. The power conversion device 100 employs a reactor 121 having an aluminum wire as a winding 202 and suppressing the amount of heat generated, instead of a reactor having a copper wire as a winding, which has been conventionally generally used in power conversion devices. Specifically, the power conversion device 100 employs a reactor 121 in which an aluminum wire having a higher electrical resistivity at 20°C than copper is used as the winding 202. According to this power conversion device 100, the amount of heat generated by the reactor 121 is suppressed to a low level, so that it is not necessary to use an expensive printed circuit board with good heat resistance, and the manufacturing cost of the power conversion device 100 is suppressed. Specifically, the power conversion device 100 employs a printed circuit board 71 having general heat resistance and conforming to the NEMA standard of FR-4.

言い換えると、アルミニウム線を巻線202とし、巻線202の抵抗値を上げることによって発熱量が抑えられるリアクトル121を、電力変換装置100で採用している。これにより、電源歪みによる高周波の電圧歪みに起因するリアクトル121の異常発熱が抑えられている。巻線202の抵抗値が上がると、電源歪みの波形が鈍り、リアクトル121の異常発熱が生じ難くなる。 In other words, the power conversion device 100 employs a reactor 121 in which the winding 202 is made of aluminum wire and the amount of heat generated is suppressed by increasing the resistance of the winding 202. This suppresses abnormal heat generation in the reactor 121 caused by high-frequency voltage distortion due to power supply distortion. When the resistance of the winding 202 increases, the waveform of the power supply distortion becomes dull, making it less likely that abnormal heat will occur in the reactor 121.

また、スイッチング速度を高速化する場合も、従来の銅線を巻線として使っているリアクトルでは異常発熱する恐れがあるが、電力変換装置100では、リアクトル121の異常発熱が抑えられる。 In addition, when increasing the switching speed, there is a risk of abnormal heat generation in a conventional reactor that uses copper wire as a winding, but the power conversion device 100 suppresses abnormal heat generation in the reactor 121.

(5-2)
電力変換装置100では、20℃における電気抵抗率(Ω・m)が銅線の1.5倍以上であるアルミニウム線を、リアクトル121の巻線202として使用している。このようなリアクトル121を採用しているため、この電力変換装置100では、リアクトルの発熱量がかなり小さく抑えられている。
(5-2)
In the power conversion device 100, an aluminum wire having an electrical resistivity (Ω·m) at 20° C. that is 1.5 times or more that of a copper wire is used as the winding 202 of the reactor 121. Since such a reactor 121 is used, in the power conversion device 100, the amount of heat generated by the reactor is kept considerably small.

(5-3)
電力変換装置100では、リアクトル121の接続部であるターミナル203が、銅めっき付きのアルミニウムである。したがって、銅めっき部分をハンダによって容易にプリント基板71の銅箔から成るパターンに接続することができる。
(5-3)
In the power conversion device 100, the terminal 203 which is the connecting portion of the reactor 121 is made of copper-plated aluminum. Therefore, the copper-plated portion can be easily connected to the pattern made of copper foil of the printed circuit board 71 by soldering.

(6)変形例
(6-1)
上記の電力変換装置100では、リアクトル121の接続部であるターミナル203が、銅めっき付きのアルミニウムである。これに代えて、リアクトル121のターミナルとして、銅から成る板部材を用いてもよい。この場合も、従来の電力変換装置と同様に、容易にリアクトルをプリント基板に半田付けし、コンバータ回路やインバータ回路に接続させることができる。
(6) Modification (6-1)
In the above-described power conversion device 100, the terminal 203, which is the connection portion of the reactor 121, is made of copper-plated aluminum. Alternatively, a plate member made of copper may be used as the terminal of the reactor 121. In this case, too, the reactor can be easily soldered to a printed circuit board and connected to a converter circuit or an inverter circuit, as in the case of a conventional power conversion device.

(6-2)
上記の電力変換装置100では、リアクトル121の接続部であるターミナル203が、銅めっき付きのアルミニウムであるが、銅以外のめっきを付けたアルミニウムを採用してもよい。
(6-2)
In the above-described power conversion device 100, the terminal 203 which is the connecting portion of the reactor 121 is made of aluminum plated with copper, but aluminum plated with a material other than copper may be used.

(6-3)
上記の電力変換装置100では、リアクトル121の巻線202の全体をアルミニウム線にしているが、巻線のうちコアに巻きつけられる線だけをアルミニウム線にしてもよい。
(6-3)
In the above-described power conversion device 100, the entire winding 202 of the reactor 121 is made of aluminum wire, but only the wire wound around the core of the winding may be made of aluminum wire.

(6-4)
上記の電力変換装置100では、リアクトル121の巻線202をアルミニウム線にしているが、20℃における電気抵抗率(Ω・m)が銅よりも高い物質から成る線であれば、そのようなアルミニウム線以外の線を採用してもよい。
(6-4)
In the above-described power conversion device 100, the winding 202 of the reactor 121 is made of aluminum wire, but a wire other than aluminum wire may be used as long as the wire is made of a material having a higher electrical resistivity (Ω·m) at 20° C. than copper.

(6-5)
上記の電力変換装置100では、1つのリアクトル121を採用しており、リアクトル121に流れる電流が20A以上、100A以下である。この構成に代えて、2以上のリアクトルを用いる電力変換装置とした場合には、各リアクトルを流れる電流が10A以上、20A以下になることがある。
(6-5)
The above-described power conversion device 100 employs one reactor 121, and the current flowing through the reactor 121 is equal to or more than 20 A and equal to or less than 100 A. If a power conversion device using two or more reactors is used instead of this configuration, the current flowing through each reactor may be equal to or more than 10 A and equal to or less than 20 A.

なお、電力変換装置のプリント基板への入力電流は、いずれの場合も16A以上、100A以下である。 In addition, the input current to the printed circuit board of the power conversion device is 16A or more and 100A or less in all cases.

(6-6)
上記の電力変換装置100では、プリント基板71の基材として、ガラス布にエポキシ樹脂を含侵させた材料で製造されている基材(ガラスエポキシ材)を採用している。上記のプリント基板71は、NEMA規格がFR-4の、一般的な耐熱性を有する基板である。
(6-6)
In the above-mentioned power conversion device 100, a substrate (glass epoxy material) made of a material in which glass cloth is impregnated with epoxy resin is used as the substrate of the printed circuit board 71. The printed circuit board 71 is a substrate having general heat resistance that conforms to the NEMA standard of FR-4.

このプリント基板71に代えて、切り揃えたガラス繊維を重ねてエポキシ樹脂を含侵させたガラスコンポジットを基材とするプリント基板を、電力変換装置において採用してもよい。例えば、NEMA規格がCEM-3のガラスコンポジット基板を採用する電力変換装置としても、製造コストが抑えられる。 Instead of this printed circuit board 71, a printed circuit board with a base material made of a glass composite made by layering cut glass fibers and impregnating them with epoxy resin may be used in the power conversion device. For example, even if a power conversion device uses a glass composite board that meets the NEMA standard CEM-3, the manufacturing costs can be reduced.

(6-7)
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
(6-7)
Although the embodiments of the present disclosure have been described above, it will be understood that various changes in form and details can be made without departing from the spirit and scope of the present disclosure described in the claims.

71 プリント基板(基板)
100 電力変換装置
110 コンバータ回路(電力変換回路)
121 リアクトル
130 インバータ回路(電力変換回路)
201 リアクトルのコア
202 リアクトルの巻線
203 リアクトルのターミナル(接続部)
71 Printed circuit board (circuit board)
100 Power conversion device 110 Converter circuit (power conversion circuit)
121 Reactor 130 Inverter circuit (power conversion circuit)
201 Reactor core 202 Reactor winding 203 Reactor terminal (connection part)

特開2018-148629号公報JP 2018-148629 A

Claims (8)

パワー半導体を有する電力変換回路(110,130)と、
コア(201)と巻線(202)とを有するリアクトル(121)と、
基板(71)と、
を備え、
前記電力変換回路と前記リアクトルとが同一の前記基板に実装されており、
前記基板は、基材と、前記基材に接合されている銅箔とを有し、
前記基材は、ガラスエポキシ又はガラスコンポジットであり、
前記巻線のうち、前記コアに巻きつけられる線(202a)は、20℃における電気抵抗率(Ω・m)が銅よりも高い物質から成る線であり、アルミニウム線である、
電力変換装置(100)。
A power conversion circuit (110, 130) having a power semiconductor;
A reactor (121) having a core (201) and a winding (202);
A substrate (71);
Equipped with
the power conversion circuit and the reactor are mounted on the same substrate,
The substrate has a base material and a copper foil bonded to the base material,
The substrate is a glass epoxy or a glass composite,
Among the windings, the wire (202a) wound around the core is a wire made of a material having an electrical resistivity (Ω·m) at 20° C. higher than that of copper, and is an aluminum wire.
A power conversion device (100).
前記リアクトルは、さらに、前記電力変換回路に接続される接続部を有し、
前記接続部は、銅から成る、
請求項1に記載の電力変換装置。
The reactor further has a connection portion connected to the power conversion circuit,
The connection portion is made of copper.
The power conversion device according to claim 1 .
前記リアクトルは、さらに、前記電力変換回路に接続される接続部(203)を有し、
前記接続部は、めっき付きのアルミニウムから成る、
請求項1に記載の電力変換装置。
The reactor further has a connection portion (203) connected to the power conversion circuit,
The connection portion is made of plated aluminum.
The power conversion device according to claim 1 .
前記リアクトルのインダクタンスは、定格電流時に1mH以下である、
請求項1から3のいずれかに記載の電力変換装置。
The inductance of the reactor is 1 mH or less at a rated current.
The power conversion device according to claim 1 .
前記リアクトルには、10A以上の電流が流れる、
請求項1から4のいずれかに記載の電力変換装置。
A current of 10 A or more flows through the reactor.
5. The power conversion device according to claim 1.
前記リアクトルには、100A以下の電流が流れる、
請求項5に記載の電力変換装置。
A current of 100 A or less flows through the reactor.
The power conversion device according to claim 5 .
前記基板は、基材と、前記基材に接合されている銅箔とを有し、
前記銅箔の厚さが、30μm以上、75μm以下である、
請求項1から6のいずれかに記載の電力変換装置。
The substrate has a base material and a copper foil bonded to the base material,
The thickness of the copper foil is 30 μm or more and 75 μm or less.
The power conversion device according to claim 1 .
電源電圧が、単相又は3相の、200V以上、240V以下である、
請求項1から7のいずれかに記載の電力変換装置。
The power supply voltage is single-phase or three-phase, and is 200V or more and 240V or less.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 7 .
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