JP5106814B2

JP5106814B2 - 電力変換装置、受配電盤

Info

Publication number: JP5106814B2
Application number: JP2006261361A
Authority: JP
Inventors: 洋介山田; 忠士西
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2026-09-26
Also published as: JP2008086087A

Description

本発明は、半導体素子とコンデンサを最短接続するようにした電力変換装置と、この電力変換装置を備えた強制風冷の横断冷却方式の受配電盤に関する。

従来、電力変換装置等にあって、半導体素子とコンデンサとの配線インダクタンスを低減することを目的とした特許提案が種々ある。特許文献１はそのうちの一例で、これには、半導体素子とコンデンサを最短接続するために、正極直流端子と負極直流端子とは、その間に絶縁体を挟んで積層化すると共に、コンデンサの対応する極に直接接続するようにしたものが記載されている。このように構成することで、配線インダクタンスが低減できる。

一方、特許文献２には、電力変換装置を構成する複数個のモジュール型電力変換素子を冷却板に取り付け、これを筐体に収納する電力変換装置における問題点、すなわち電力変換素子の漏れ電流を低減する対策について記載されている。
特開２００４−１９４３８２特開２００５−２３７１９７

前述した特許文献１にあっては、低インダクタンス化が可能であるものの、冷却性能の面では問題があるので何等かの対策を施す必要がある。

前述した特許文献２にあっては、冷却性能の面では問題がないものの、低インダクタンス化の対策については何等考慮されていない。

本発明は、低インダクタンス化を満足し、かつ冷却性能が向上する電力変換装置、これを備えた受配電盤を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、複数の半導体素子及び前記半導体素子が駆動した際の電圧変化を緩和するための複数のコンデンサ並びに前記半導体素子が駆動時に生ずるサージを抑制するためのスナバコンデンサを組み合わせ接続し、電源と負荷の間で電力変換を行うものであって、前記各半導体素子は、対向する位置に平行な面を有し、このうちの一方の面に電源端子を有し、かつ他方の面に複数の放熱フィンからなる放熱器を備えたものであり、前記各コンデンサは、柱状であってこの軸方向の一端面に直交しかつ外部に露出するように端子を備えた電力変換装置において、
設置面に設置される変換器用筐体内であってこの底面に前記各コンデンサを、前記各コンデンサに有する端子が上部側となるように垂直でかつ並置させ、前記変換器用筐体内であって前記底面と直交する側面に前記放熱器に有する前記各半導体素子が前記コンデンサに近接するように配設し、前記変換器用筐体内であって前記放熱器の上部に冷却ファンを設け、前記冷却ファンの動作により前記変換器用筐体の外部からの外気を取り込むと共に、前記冷却ファンによって発生する冷却風により前記放熱器を冷却し、その冷却済の風を前記変換器用筐体外部から排出するように構成し、前記冷却ファンで発生する風が前記コンデンサに直接当らないようにする風流方向を規制する風流規制体を前記変換器用筐体内に設け、
前記各コンデンサに有する端子と、前記各半導体素子に有する電源端子を断面Ｌ字状の接続導体により電気的に接続し、前記変換器用筐体内であって前記各スナバコンデンサを前記各半導体素子に近接して設置すると共に前記スナバコンデンサに有する端子を前記接続導体に電気的に接続するようにしたことを特徴とする電力変換装置である。

前記目的を達成するため、請求項２に対応する発明は、請求項１記載の電力変換装置を備えた強制風冷の横断冷却方式の受配電盤である。

本発明によれば、低インダクタンス化を満足し、かつ冷却性能が向上する電力変換装置、これを備えた受配電盤を提供できる。

以下本発明の実施形態について、図面を参照して説明するが、その前に本発明の概要について、図１〜図３を参照して説明する。ここで、本発明の受配電盤は、吸気盤例えば監視盤１０及び制御保護盤２０と、風洞盤例えば４個の電力変換器盤３０及び連系変圧器盤４０と、排気盤例えば補機盤５０を順次所定方向に一直線上に並置し、各盤間連通させ、吸気盤を構成する筐体例えば制御保護盤２０の筐体２１内には、筐体２１の側面に形成されている吸気用開口部１２１、１２２から所定距離だけ離隔して吸気用ファン２２を内蔵させ、また排気盤例えば補機盤５０を構成する筐体５１内には、筐体５１の側面に形成されている排気用開口部５２から所定距離だけ離隔して排気用ファン５３を内蔵させ、吸気用ファン２２により取り込まれた吸気盤内の風を風洞盤に送り込み、最後に排気盤において排気用ファン５３により外部に放出させる強制風冷の横断冷却方式である。

監視盤１０は、監視盤用筐体１１の側壁であって、左側壁背面側及び背面側にそれぞれ吸気用開口部１２１、１２２が形成され、負荷例えばナトリウムイオウ電池等の充電及び放電が可能な電池に電力を供給可能な構成で全体の機器の監視を行なうためのものである。

制御保護盤２０は、制御保護盤用筐体２１内の背面側の空間である室に例えば４台の吸気用ファン２２がそれぞれ上下方向に収納されると共に、盤全体の機器の制御を行う保護機器を収納したものである。この保護機器には、後述する冷却風が直接当らないようにすべき制御基板(図示せず)が含まれている。

電力変換器盤３０は、例えば４台で構成され、その各々は変換器盤用筐体３１内に電力供給源例えば電力系統からの交流電力を直流電力に変換した電力を前記負荷に供給する電力変換器を収納したものであって、電力変換器を構成する半導体デバイスは各々半導体素子３２例えばＩＧＢＴに放熱フィン３３とミニファン３４が一体に形成されている。ここで、ミニファン３４で発生する風が放熱フィン３３に当り、これにより放熱フィン３３を冷却することで、各半導体素子３２が冷却される。この半導体素子３２を冷却した後の風は、図３の矢印に示すように電力変換器盤３０の筐体３１内を循環するように、放熱フィン３３にパネル３５が一体に形成されている。

連系変圧器盤４０は、連系変圧器盤用筐体４１内に電力供給源例えば電力系統からの交流電圧を降圧する連系変圧器４２が収納され、かつ筐体４１の入口側にミニファン４４(例えば各電力変換器盤３０に備えているものと同じもの)が設けられている。これは、電力変換器盤３０であってパネル３５の外側にある、半導体素子３２以外の回路素子例えばコンデンサ、リアクトル等が吸気用ファン２２と排気用ファン５３により発生する冷却風により冷却され、この冷却風が連系変圧器盤用筐体４１内に導かれるように、ミニファン４４が設けられている。

補機盤５０は、補機盤用筐体５１の側壁に排気用開口部５２が形成され、補機盤用筐体５１内であって排気用開口部から所定距離だけ離隔して排気用ファン５３が収納設置され、かつ前記電力系統からの交流電力を取り込み可能な構成となっている。

そして、監視盤１０と、制御保護盤２０と、電力変換器盤３０と、連系変圧器盤４０と、補機盤５０を順次所定方向に一直線状に並置した列盤構成とすると共に、各盤相互間を連通し、吸気用ファン２２により吸気用開口部１２１、１２２を介して前記列盤内に外気を吸入し、排気用ファン５３により排気用開口部５２を介して列盤外部に排出することで、制御保護盤用筐体２１の内部に発生する冷却風により、前記電力変換器及び前記連系変圧器を冷却するようにした受配電盤である。

以上述べた受配電盤は、強制風冷の横断冷却方式であるので、例えばナトリウムイオン電池を充電する用途に用いられる。

次に、図４乃至図１３を参照して本発明の実施形態について説明する。始めに、図４、図５、図７乃至図１３を参照して実施形態１について説明する。従来の電力変換装置は、複数の半導体素子０１及び半導体素子０１が駆動した際の電圧変化を緩和するための複数のコンデンサ０２並びに半導体素子０１が駆動時に生ずるサージを抑制するためのスナバコンデンサ０４を組み合わせ接続し、図示しない電源及び負荷の間で電力変換を行うものであって、各半導体素子０１は、対向する位置に平行な面０１１、０１２を有し、このうちの一方の面０１１に電源端子０１３を有し、かつ他方の面０１２に複数の放熱フィン０６１からなる放熱器０６を備えたものであり、各コンデンサ０２は、柱状であってこの軸方向端面に直交するように端子０２１を備えたものである。

このような構成の電力変換装置に以下の構成を具備したものである。すなわち、各コンデンサ０２を同一方向に並置させると共に、半導体素子０１の対向する面０１１、０１２を、コンデンサ０２の配列方向と直角に配置固定し、かつスナバコンデンサ０４を半導体素子０１に近接して配設したものである。また、各コンデンサ０２の端子０２１と、半導体素子０１の電源端子０１３と、スナバコンデンサ０４の端子を電気的に接続するためのものであって断面Ｌ字状の接続導体０３と、コンデンサ０２の配列位置とは異なる位置であって放熱器０６に近接して配設され、放熱器０６を構成する放熱フィン０６１を風によって冷却する冷却ファン０５と、冷却ファン０５で発生する風がコンデンサ０２に直接当らないようにする風流方向を規制する風流規制体(風洞)０７を具備したものである。

このように実施形態１によれば次のような作用効果が得られる。

１) 各コンデンサ０２を同一方向に並置させると共に、半導体素子０１の対向する面０１１、０１２を、コンデンサ０２の配列方向と直角に配置固定し、各コンデンサ０２の端子０２１と、半導体素子０１の電源端子０１３と、スナバコンデンサ０４の端子を、断面Ｌ字状の接続導体０３で電気的に接続するようにしたので、低インダクタンス化が可能で、取付けスペースの省スペース化を可能となる。

２) 冷却ファン０５で発生する風がコンデンサ０２に直接当らないようにする風流方向を規制する風流規制体(風洞)０７を設けたので、コンデンサ０２を冷却ファン０５の排気風から防ぎ、コンデンサ０２の冷却性能向上が可能となる。
次に、図６を参照して実施形態２を説明する。実施形態１と同様に、従来の電力変換装置に、以下の構成を具備したものである。すなわち、各コンデンサ０２を同一方向に並置させると共に、半導体素子０１の対向する面０１１、０１２を、コンデンサ０２の配列方向と同一方向に配置固定し、かつスナバコンデン０４サを半導体素子０１に近接して配設したものである。また、各コンデンサ０２の端子０２１と、半導体素子０１の電源端子０１３と、スナバコンデンサ０４の端子を電気的に接続するためのものであって高低部分を有しかつ高低部分を連結した形状の接続導体０９と、コンデンサ０２の配列位置とは異なる位置であって放熱器０６に近接して配設され、放熱器０６を構成する放熱フィン０６１を風によって冷却する冷却ファン０５と、冷却ファン０５で発生する風がコンデンサ０２に直接当らないようにする風流方向を規制する風流規制体(風洞)０７を具備したものである。

このように実施形態２によれば次のような作用効果が得られる。

３) 各コンデンサ０２を同一方向に並置させると共に、半導体素子０１の対向する面０１１、０１２を、コンデンサ０２の配列方向と同一方向に配置固定し、各コンデンサ０２の端子０２１と、半導体素子０１の電源端子０１３と、スナバコンデンサ０４の端子を、断面Ｌ字状の接続導体０３で電気的に接続するようにしたので、低インダクタンス化が可能となる。

４) 冷却ファン０５で発生する風がコンデンサ０２に直接当らないようにする風流方向を規制する風流規制体(風洞)０７を設けたので、コンデンサ０２を冷却ファン０５の排気風から防ぎ、コンデンサ０２の冷却性能向上が可能となる。

本発明を適用した受配電盤を示す斜視図。図１の構成を説明するための概略斜視図。図１及び図２の盤内部を説明するための横断面図。本発明の電力変換装置の実施形態１の要部のみを示す側断面図。図４のＺ部を拡大して示す図。本発明の電力変換装置の実施形態２の要部のみを示す側断面図。図４の実施形態１をより具体化したイメージを示す斜視図。図４の実施形態１をより具体化したイメージを示すもので、図７とは見る方向が異なる斜視図。図７の上面図。図７の正面図。図７の下面図。図７の左側面図。図７の右側面図。

符号の説明

０１…半導体素子、０２…コンデンサ、０３…接続導体、０４…スナバコンデンサ、０５…冷却ファン、０６…放熱器、０７…風流規制体、０９…接続導体、１０…監視盤、１１…監視盤用筐体、０１１…一方の面、０１２…他方の面、０１３…電源端子、２０…制御保護盤、２１…筐体、２１…制御保護盤用筐体、０２１…端子、２２…吸気用ファン、３０…電力変換器盤、３１…変換器盤用筐体、３１…筐体、３２…半導体素子、３３…放熱フィン、３４…ミニファン、３５…パネル、４０…連系変圧器盤、４１…連系変圧器盤用筐体、４１…筐体、４２…連系変圧器、４４…ミニファン、５０…補機盤、５１…筐体、５１…補機盤用筐体、５２…排気用開口部、５３…排気用ファン、０６１…放熱フィン、１２１、１２２…吸気用開口部。

Claims

複数の半導体素子及び前記半導体素子が駆動した際の電圧変化を緩和するための複数のコンデンサ並びに前記半導体素子が駆動時に生ずるサージを抑制するためのスナバコンデンサを組み合わせ接続し、電源と負荷の間で電力変換を行うものであって、前記各半導体素子は、対向する位置に平行な面を有し、このうちの一方の面に電源端子を有し、かつ他方の面に複数の放熱フィンからなる放熱器を備えたものであり、前記各コンデンサは、柱状であってこの軸方向の一端面に直交しかつ外部に露出するように端子を備えた電力変換装置において、
設置面に設置される変換器用筐体内であってこの底面に前記各コンデンサを、前記各コンデンサに有する端子が上部側となるように垂直でかつ並置させ、前記変換器用筐体内であって前記底面と直交する側面に前記放熱器に有する前記各半導体素子が前記コンデンサに近接するように配設し、前記変換器用筐体内であって前記放熱器の上部に冷却ファンを設け、前記冷却ファンの動作により前記変換器用筐体の外部からの外気を取り込むと共に、前記冷却ファンによって発生する冷却風により前記放熱器を冷却し、その冷却済の風を前記変換器用筐体外部から排出するように構成し、前記冷却ファンで発生する風が前記コンデンサに直接当らないようにする風流方向を規制する風流規制体を前記変換器用筐体内に設け、
前記各コンデンサに有する端子と、前記各半導体素子に有する電源端子を断面Ｌ字状の接続導体により電気的に接続し、前記変換器用筐体内であって前記各スナバコンデンサを前記各半導体素子に近接して設置すると共に前記スナバコンデンサに有する端子を前記接続導体に電気的に接続するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
請求項１記載の電力変換装置を備えた強制風冷の横断冷却方式の受配電盤。