JP2014192991A

JP2014192991A - 電力変換装置

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Publication number: JP2014192991A
Application number: JP2013065373A
Authority: JP
Inventors: Takao Arai; 孝夫新井; Keigo Onizuka; 圭吾鬼塚; Kazuyuki Kano; 和幸狩野; Fuminori Yamaguchi; 文典山口
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-10-06
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: CN203747673U; JP6047758B2

Abstract

【課題】複数の発熱部品への冷却作用を確保する。
【解決手段】筺体内に、左右に間隔Ｈを有して直流リアクトルを収容する第１窪み１１、及び交流リアクトルを収容する第２窪み１２を成形し、筺体の外側の夫々スイッチ素子ＩＰＭ、第１窪み１１、及び第２窪み１２に対応して第１フィンＦ１、第２フィンＦ２、及び第３フィンＦ３を設け、スイッチ素子ＩＰＭを間隔Ｈの上方側に設け、第１窪み１１は第２窪み１２よりも下方側に設け、第１フィンＦ１は筐体の上側から下側へ向かってほぼ垂直かつ下端が第２窪み１２付近迄延在し、第２フィンＦ２、及び第３フィンＦ３は第１フィンＦ１とほぼ平行に構成され、第２フィンＦ２及び第３フィンＦ３のの上端を筐体上側の第１フィンＦ１の位置まで延在させ、第１フィンＦ１の下方側から第１フィンＦ１へ送風するファンＦＡＮを配置したことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来より、太陽電池、蓄電池、或いは燃料電池等の直流電力を交流に変換して負荷へ供
給する電力変換装置が提供されている。電力変換装置は、直流リアクトルを有する昇圧回
路を備え、昇圧後の直流電力をスイッチング素子を有するインバータ回路で交流電力に変
換している。この交流電力は高周波成分を含み、この高周波成分は交流リアクトルを有す
るフィルタ回路で減衰させている。

これらの直流リアクトル、交流リアクトル、スイッチ素子は発熱部品であり、冷却フィ
ンや送風ファン等を用いて冷却する必要がある。特許文献１にはインバータ回路の複数の
スイッチ素子とインバータ回路の前段に配置されるコンデンサの冷却構造について記載さ
れている。

特許文献１では、上下方向に延在する放熱フィンを有するケースに複数のスイッチ素子
を配置し、このケースの複数のスイッチ素子の右隣にコンデンサ配置用の孔を設けている
。コンデンサは複数のコンデンサをバンドでまとめて、この孔に複数のコンデンサを貫通
してバンドに設けられたネジ孔を利用してケースにネジ止めされる。これによりコンデン
サと放熱フィンとが並んで配置される。また、放熱フィン及びコンデンサの下方の少し離
れた位置から放熱フィン及びコンデンサに向かって空気を送風する共通の送風ファンを設
けている。これにより、送風された空気が放熱フィンに沿って放熱フィンの下方から上方
へ流れて放熱フィンが冷やされて複数のスイッチ素子が冷却されると共に、コンデンサに
直接空気が送風されてコンデンサが冷却される。このように、特に発熱の高い複数のスイ
ッチ素子については、冷却フィンと送風ファンとによる冷却が行われ、次いで発熱の高い
発熱部品（コンデンサ）は送風ファンにより冷却が行われる。

特開平１０−２９５０８７号公報

しかしながら、特許文献１の冷却構造では、複数のスイッチ素子と発熱部品とを左右隣
りに配置しているため、下方は送風ファンからの冷却風により冷やされるが、上方は互い
の熱がケースを通して干渉し合い冷却が不十分になるという問題があった。
また、発熱部品が直流リアクトルや交流リアクトルの場合、発熱するだけでなく振動す
る。このため、特許文献１の冷却構造において、コンデンサの代わりに直流リアクトルや
交流リアクトルをまとめて配置すると、互いの振動により振動が増幅され騒音となること
があった。

本発明は、このような問題に鑑みて成されたものであり、単一の筐体内で発熱量の異な
る部品の冷却を確保することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１リアクトルを通して直流電力を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路で昇圧された直流電力をスイッチ素子を用いて交流電力に変換するインバー
タ回路と、第２リアクトルを通して前記交流電力の高周波成分を減衰させるフィルタ回路
と、前記昇圧回路、前記インバータ回路、及び前記フィルタ回路を収容する筺体と、を備
えた電力変換装置において、前記筺体内に、左右に間隔を有して第１リアクトルを収容す
る第１窪み、及び第２リアクトルを収容する第２窪みを成形し、前記スイッチ素子に対応
する前記筺体の外側に設ける第１フィンと、第１窪みに対応する前記筺体の外側に設ける
第２フィンと、第２窪みに対応する筺体の外側に設ける第３フィンとを有し、前記スイッ
チ素子を前記間隔の上方側に設け、第１窪みは第２窪みよりも下方側に設け、第１フィン
は前記筐体の上側から下側へ向かってほぼ垂直かつこの第１フィンの下端は少なくとも第
２窪み付近迄延在し、第２フィンは第１フィンとほぼ平行に構成され、第３フィンは第１
フィンとほぼ平行に構成され、第２フィン及び第３フィンの夫々の上端の位置を前記筐体
の上側の第１フィンの位置まで延在させ、第１フィンの下方側から第１フィンへ送風する
ファンを前記筺体に配置したことを特徴とする。

本発明によれば、複数の発熱部品への冷却作用を確保することができる。

本実施形態の電力変換装置の前面図である。本実施形態の電力変換装置の背面の斜視図である。

電力変換装置は、太陽電池の出力を、直流リアクトルＤＣＬ（第１リアクトル）を用い
て昇圧する昇圧回路と、昇圧回路で昇圧された直流電力を複数のスイッチ素子ＩＰＭを通
して交流電力に変換して出力するインバータ回路と、インバータ回路の出力する交流電力
から高周波成分を交流リアクトルＡＣＬ（第２リアクトル）を用いて減衰させるフィルタ
回路と、これらの昇圧回路、インバータ回路、及びフィルタ回路とを収容する単一の筺体
１０とを備えている。

図１に示すように、太陽電池を複数（ここでは５つ）設け、この５つの太陽電池の出力
を夫々昇圧する昇圧回路を設けている。このため、直流リアクトルＤＣＬも５つ必要とな
る。昇圧回路、インバータ回路、及びフィルタ回路の回路構成については既存のＤＣ／Ｄ
Ｃのスイッチング型の昇圧回路、ＤＣ／ＡＣのＰＷＭに基づく変換回路や５０Ｈｚ／６０
Ｈｚを境界とするローパスフィルタの構成を用いることができるため詳細については省略
する。太陽電池からの配線Ｌ１〜Ｌ５は、筺体１０の配線蓋１５の配線孔（不図示）を経
て内部へ引き回され、夫々開閉器Ｓ１〜Ｓ５に接続されている。開閉器Ｓ１〜Ｓ５は、直
流リアクトルＤＣＬの下方側に設けられ、手動により回線の開閉動作を行うことが可能で
ある。開閉器Ｓ１〜Ｓ５は、電力変換装置のメンテナンス等を行う際に作業者によって開
かれる。

筺体１０は、アルミ合金をダイカスト加工して成形され、前面部分に開口を有する略直
方体形状を有している。筺体１０はグランドに接地されている。筺体１０の内側（筺体１
０の内面）には、直流リアクトルＤＣＬと交流リアクトルＡＣＬとを夫々配置する第１窪
み１１、及び第２窪み１２が左右に間隔Ｈを有して成形され、第１窪み１１は、第１２窪
みよりも下方側に成形されている。

第１窪み１１には複数の昇圧回路を成す全ての直流リアクトルＤＣＬが配置される。複
数の直流リアクトルＤＣＬは、第１窪み１１の中で３列に分けて配置され、最も下（筐体
１０の下側）列には１個の直流リアクトルＤＣＬが配置され、２列目及び３列目には夫々
２個の直流リアクトルＤＣＬは配置されている。これらの直流リアクトルＤＣＬの配置に
合わせて、最も下の列の直流リアクトルＤＣＬに対応する第１窪み１１の左右の壁を下方
に向かって先細り形状として空気の流れを良くしている。尚、直流リアクタＤＣＬの数は
５個に限るものではないが、前記同様の窪み形状を用いることができる。

直流リアクトルＤＣＬ、交流リアクトルＡＣＬは夫々第１窪み１１、第２窪み１２の底
に（内部で）ネジ止め固定された後、熱導電性の高い樹脂が流し込まれている。この樹脂
は冷えて硬化することによってリアクトルの隙間に浸透しリアクトルを成すコイルの振動
を抑制している。また、熱を筐体１０へ伝達する作用を有している。

筐体１０内において、スイッチ素子ＩＰＭは第１窪み１１と第２窪み１２との間隔Ｈに
設けられると共に、第１窪み１１及び第２窪み１２よりも上方側に設けられる。また、ス
イッチ素子ＩＰＭ、直流リアクトルＤＣＬ、及び交流リアクトルＡＣＬを覆うように、か
つ筺体１０の開口側には、昇圧回路、インバータ回路、及びフィルタ回路を構成する基板
１７ａ〜１７ｃが配置される（図１点線参照）。

基板１７ａには、夫々の太陽電池の出力する直流電力のノイズを減衰する第１ノイズフ
ィルタが５つ備えられており、直流リアクトルＤＣＬには第１ノイズフィルタを介して直
流電力が入力されるようになっている。また、基板１７ｃにはフィルタ回路から出力され
る交流電力のノイズを減衰する第２ノイズフィルタが備えられており、第２リアクトルを
通って出力される交流電力は、第２ノイズフィルタを介して交流リアクトルＡＣＬの下方
に設けられる端子台１６へ供給される。端子台１６からは、配線が配線蓋１５の配線孔を
介して外部（例えば、商用電力系統、負荷など）に引き回され、端子台１６へ供給される
交流電力が端子台を介して外部へ供給される。電力変換装置１は、図示しない蓋により前
面部分の開口を閉じて利用される。

図２に示すように、筺体１０の外側（筺体１０の背面）には、ダイカスト加工の際に、
スイッチ素子ＩＰＭの配置箇所に対応して設けられる複数の第１フィンＦ１と、第１窪み
１１に対応して設けられる複数の第２フィンＦ２と、第２窪み１２に対応して設けられる
複数の第３フィンＦ３とが一体成形されている。第１〜第３フィンＦ１〜Ｆ３は互いに平
行に筺体１０の上方側を面一にして上下方向に延在している。第１フィンＦ１の下端は、
第２窪み１２付近迄延在し、第２フィンＦ２の下端は、第１窪み１１を超えて延在してい
る。従って、第１フィンＦ１、第２フィンＦ２、第３フィンＦ３の夫々の下端は、第３フ
ィンＦ３、第１フィンＦ１、第２フィンＦ２の順に筐体１０の下側により延在している。
また、第１フィンＦ１は、第３フィンＦ３の下端位置と第２フィンＦ２の下端位置との段
差を減らすようにその下端を斜めに構成している。電力変換装置１は、これらのフィンＦ
１〜Ｆ３側を建屋の壁と対向して取り付けられるように構成されている。

筺体１０の外側（背面）には、前記第３フィンの下方（第１フィンＦ１の斜め下）から
第１フィンＦ１へ送風を行うファンＦＡＮが配置されている。また、第２フィンＦ２の下
端は、ファンＦＡＮよりも下方迄延在し、ファンＦＡＮからの送風が第２フィンＦ２に流
れ込まないようになっている。逆に第３フィンＦ３の下端はファンＦＡＮよりも上方であ
るため、ファンＦＡＮからの送風の一部が第３フィンＦ３へ送風されるようになっている
。

以上のように、本実施形態の電力変換装置１によれば、直流リアクトルＤＣＬ、及び交
流リアクトルＡＣＬを配置する第１窪み１１、及び第２窪み１２をスイッチ素子ＩＰＭの
左右に配置している。すなわちスイッチ素子ＩＰＭはリアクトルＤＣＬ、ＡＣＬとの間に
配置されている。また、スイッチ素子ＩＰＭがリアクトルＤＣＬ、ＡＣＬよりも上方側に
なるように配置し下方からファンＦＡＮにより第１フィンＦ１へ送風している。このため
、最も発熱の高いスイッチ素子ＩＰＭの熱が下方側（リアクトル）へ伝わりにくくなると
共に、リアクトルＤＣＬ、ＡＣＬの熱が第１フィンＦ１へ伝わったとしても第１フィンＦ
１は送風されているため冷却作用が確保されている。

また、スイッチ素子ＩＰＭから側方（リアクトルＡＣＬ、ＤＣＬ上部）に伝わった熱に
より第１窪み１１、及び第２窪み上部の空気が温められて、第２、第３フィンＦ２、Ｆ３
の間を流れる空気流が促進され冷却効果が向上する。また、この際に、スイッチ素子ＩＰ
Ｍから側方（リアクトルＡＣＬ、ＤＣＬ上部）に伝わった熱は第２、第３フィンＦ２、Ｆ
３により放熱される。

また、第１窪み１１と第２窪み１２を設けて筺体１０の機械的強度を向上し、これらの
窪み１１、１２に夫々直流リアクトルＤＣＬと交流リアクトルＡＣＬとを配置し熱伝導性
の高い樹脂でモールドしているため、直流リアクトルＤＣＬ及び交流リアクトルＡＣＬの
コイル振動が抑制される。更に、直流リアクトルＤＣＬ、及び交流リアクトルＡＣＬとは
、スイッチ素子ＩＰＭを間に配置する分距離を置いて配置されるため、互いの振動が互い
に及ぼす影響を小さくすることができる。

また、第１窪み１１と第２窪み１２に設けられた第２フィンＦ２、と第３フィンＦ３に
より機械的強度が向上し、直流リアクトルＤＣＬ、及び交流リアクトルＡＣＬの振動を抑
制することができる。

また、本実施形態によれば、複数の昇圧回路を用いることにより、直流リアクトルＤＣ
Ｌを複数用いている。これにより、共通の昇圧回路を用いて単一の直流リアクトルＤＣＬ
を用いる場合に比べて熱源が分散して放熱効果が良くなる。また、筐体１０の最も下側の
列に配置される直流リアクトルＤＣＬに対応する第１の窪み１１の左右の壁を筐体１０の
下方に向かって先細り形状としているため、直流リアクトルＤＣＬと第１窪み１１の側壁
との距離が短くなり放熱効果が向上する。

また、本実施形態によれば、直流リアクトルＤＣＬには第１ノイズフィルタを介して直
流電力が入力され、交流リアクトルＡＣＬを通って出力される交流電力は第２ノイズフィ
ルタを介して外部へ供給される。このような場合、スイッチ素子ＩＰＭからのノイズを直
流リアクトルＤＣＬが拾ってしまうと、その後の昇圧回路やインバータ回路の動作に不具
合が生じる惧れがあるが、本実施形態によれば、筺体１０を接地し、第１窪み１１を第２
窪み１２よりも下方に成形して、スイッチ素子ＩＰＭから直流リアクトルＤＣＬとの間に
距離がある。このため、スイッチ素子ＩＰＭから直流リアクトルＤＣＬへノイズが伝わり
にくくなっている。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にす
るためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱すること
なく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

例えば、ファンＦＡＮは第１窪み１１の下方側に設けたが、図１や図２のＡに示すよう
に、第１フィンＦ１の真下などに配置して、フィンＦ１の真下からフィンＦ１の下方へ送
風するようにしても良い。

１電力変換装置
１０筐体
１１第１窪み
１２第２窪み
１５配線孔
１６端子台
１７基板
ＤＣＬ直流リアクトル（第１リアクトル）
ＡＣＬ交流リアクトル（第２リアクトル）
ＩＰＭ複数のスイッチ素子
Ｓ１〜Ｓ５開閉器
Ｌ１〜Ｌ５配線
ＦＡＮファン
Ｆ１第１フィン
Ｆ２第２フィン
Ｆ３第３フィン

Claims

第１リアクトルを通して直流電力を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路で昇圧された直流電力をスイッチ素子を用いて交流電力に変換するインバ
ータ回路と、
第２リアクトルを通して前記交流電力の高周波成分を減衰させるフィルタ回路と、
前記昇圧回路、前記インバータ回路、及び前記フィルタ回路を収容する筺体と、を備え
た電力変換装置において、
前記筺体内に、左右に間隔を有して第１リアクトルを収容する第１窪み、及び第２リア
クトルを収容する第２窪みを成形し、
前記スイッチ素子に対応する前記筺体の外側に設ける第１フィンと、第１窪みに対応す
る前記筺体の外側に設ける第２フィンと、第２窪みに対応する筺体の外側に設ける第３フ
ィンとを有し、
前記スイッチ素子を前記間隔の上方側に設け、
第１窪みは第２窪みよりも下方側に設け、
第１フィンは前記筐体の上側から下側へ向かってほぼ垂直かつこの第１フィンの下端は
少なくとも第２窪み付近迄延在し、
第２フィンは第１フィンとほぼ平行に構成され、
第３フィンは第１フィンとほぼ平行に構成され、
第２フィン及び第３フィンの夫々の上端の位置を前記筐体の上側の第１フィンの位置ま
で延在させ、第１フィンの下方側から第１フィンへ送風するファンを前記筺体に配置した
ことを特徴とする電力変換装置。
前記昇圧回路を複数設け、
第１窪みには全ての前記昇圧回路の第１リアクトルが配置されることを特徴とする請求
項１に記載の電力変換装置。
複数の第１リアクトルは第１の窪みに複数列に渡って配置され、前記筐体の最も下側の
列に配置される第１リアクトルに対応する第１の窪みの左右の壁を前記筐体の下方に向か
って先細り形状とすることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。