JP6303130B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関するものである。

従来より、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置が提供されている。この様な電
力変換装置は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子（パワーモジュール）をＰＷ
Ｍ制御により周期的にＯＮ／ＯＦＦ動作させて交流電力を生成する。この際に、パワーモ
ジュールやそれらの周辺のリアクトル（例えば、昇圧回路の直流リアクトルや、フィルタ
回路の交流リアクトル）などに大電流が流れ発熱するため、電力変換装置には放熱構造が
必要となる。

この様な放熱構造として、筐体を内部回路部とダクト部に分離する仕切り板を設け、パ
ワーモジュールの熱を放熱する冷却フィンと、冷却フィンを冷却する冷却ファンと、リア
クトルを有したモータ制御装置（電力変換装置）において、仕切り板に抜き穴を設け、リ
アクトルのコイル及びコアを抜き穴に挿入してダクト内に配置し、同じくダクト内に配置
される冷却フィンをリアクトルと一緒に冷却ファンにより冷却するものが提案されている
（特許文献１）。

また、筐体に冷却フィン付きの窪みをダイキャスト加工により一体成形し、この窪みに
リアクトルを配置してりリアクトルの放熱を行うと共に筐体を密閉構造にしてリアクトル
を筐体内へ密閉する電力変換装置が提案されている（特許文献２）。

特開２０１０−１３０７７９号公報 米国特許出願公開第２００８／０２９１６３２号明細書

しかしながら、特許文献１のように、リアクトルをダクト部へ設けた場合、リアクトル
が筐体外へむき出しになりショート等の原因となる場合がある。また、特許文献２に記載
のものでは、リアクトルの熱が窪みを伝わって筐体に取り付けられた他の放熱要素へ伝わ
って当該他の放熱要素の放熱効果が弱くなるという課題があった。

本発明はこの様な課題に鑑みて成された発明であり、他の放熱要素の放熱を確保しなが
らリアクトルの放熱を確保する事ができる電力変換装置を提供することを目的とする。

本発明の電力変換装置は、複数のスイッチ素子を用いて直流電力を交流電力に変換した
後出力線へ供給すると共に、当該出力線に少なくともリアクトル及びコンデンサを有する
フィルタ回路を介在させて前記交流電力に含まれる高周波成分を減衰させるように成した
電力変換装置において、筐体の内側から外側に向かって開口を介して突出しかつ前記リア
クトルを収容するケースと、前記複数のスイッチ素子につながる前記出力線が引き出され
る孔を有し前記筐体と前記ケースとの間に設けられて前記開口を覆う部材とを備え、前記
複数のスイッチ素子を前記筐体の内側の前記ケースと位置をずらして配置すると共に、少
なくとも前記ケースと前記筐体とが相対向する間を断熱することを特徴とする。

本発明の電力変換装置は、他の放熱要素の放熱を確保しながらリアクトルの放熱を確保
する事ができる電力変換装置を提供することを目的とする。

本実施例の電力変換装置の回路図である。 本実施例の電力変換装置の正面図である。 本実施例の電力変換装置の背面側の斜視図である。 本実施例のリアクトルを収容するケースの分解斜視図である。 本実施例の電力変換装置の右側面の簡略図である。

本実施形態は、リアクトルを収容するケースと他の放熱要素（例：インバータ回路）を
収容する筐体との間を断熱することにより、リアクトルの熱が他の放熱要素へ伝わりづら
くなり、他の放熱要素の放熱を確保しながらリアクトルの放熱を確保することができる。

図１に示すように電力変換装置１は、開閉器３ａ〜３ｄ、昇圧回路４、インバータ回路
５、フィルタ回路６、系統連系用のリレー７、及び制御回路９を備えており、複数の直流
電源（ここでは太陽電池２ａ〜２ｄが４つ）が出力する直流電力を商用電力系統８に同期
する交流電力に変換し、この交流電力を商用電力系統８へ重畳する。

太陽電池２ａ〜２ｄが出力する直流電力は、夫々開閉器３ａ〜３ｄを介した後まとめて
昇圧回路４へ入力される。開閉器３ａ〜３ｄは、メンテナンスなどを行う場合に開かれ、
電力変換装置１（昇圧回路４以降の回路）へ太陽電池２ａ〜２ｄから供給される直流電力
を遮断する。

昇圧回路４は、直流リアクトルＤＣＬ、スイッチ素子、ダイオード、コンデンサからな
る非絶縁型のチョッパ回路により構成されている。昇圧回路４は、スイッチ素子を所定の
周波数によりオン／オフ動作することにより入力された直流電力の電圧を所望の電圧に昇
圧してインバータ回路５へ出力する。

インバータ回路５は、複数のスイッチ素子をフルブリッジ接続した回路からなり、これ
らのスイッチ素子をＰＷＭ制御によりオンデューティを変動させながら周期的にオン／オ
フ動作することにより直流電力を商用電力系統に同期した交流電力に変換する。変換され
た交流電力は、スイッチ素子と商用電力系統との間を接続する出力線Ｌへ供給される。尚
、インバータ回路５の構成はブリッジ接続に限らず中性点クランプ方式などを用いること
も可能である。

フィルタ回路６は、出力線Ｌに介在する交流リアクトルＡＣＬ及びコンデンサからなり
、インバータ回路５の出力する交流電力の高周波成分を減衰する。高周波成分が減衰され
た交流電力は系統連系用のリレー７を介して商用電力系統へ重畳される。

制御回路９は、マイコンなどからなり、昇圧回路４やインバータ回路５のスイッチ素子
のオン／オフ動作の制御を行う。

図２、図３に示すように、これらの電力変換装置１を構成する電子部品は筐体１０の内
部に収容される。ここで、図３（ａ）は、電力変換装置の背面側の斜視図であり、図３（
ｂ）はケース４０（後述）を筐体１０から分離した際の背面側の斜視図である。

インバータ回路５の複数のスイッチ素子等を包含するスイッチモジュールＩＰＭは、直
接、筐体１０の底部１５に取り付けられ、そのほかの電子部品は、複数の基板１６に分け
て実装され筐体１０に取り付けられる。また、直流リアクトルＤＣＬや交流リアクトルＡ
ＣＬは、筐体１０の外側へ突出させたケース４０に配置される（詳細は後述）。

筐体１０は、略直方体形状を有しており、上壁１１、下壁１２、左壁１３、右壁１４、
底部１５がアルミ合金等をダイキャスト加工により一体成形されている。電力変換装置１
の上壁１１、下壁１２、左壁１３、右壁１４、により形成される正面側の縁部には、ゴム
製のパッキン１９が取り付けられ、正面蓋をこのパッキン１９に押し付けて閉じることに
より筐体１０と正面蓋との間の密閉性を確保する。また、上壁１１、下壁１２、左壁１３
、右壁１４、にはガードＧが取り付けられている。尚、図３は、分かりやすくするために
ガードＧを取り外した図を示している。

筐体１０の内側の底部１５の中央にはスイッチモジュールＩＰＭ（基板１６に隠れてい
るため図２に点線で示す）が配置され、その外側にはスイッチモジュールＩＰＭを放熱す
るためのフィンＦ１が設けられている。また、筐体１０の底部１５にはスイッチモジュー
ルＩＰＭと位置をずらしてフィンＦ１を挟んで孔１７が２つ設けられている。筐体１０の
底部１５の外側には、左壁１３側の孔の位置に筐体１０の底部１５と相対向して直流リア
クトルＤＣＬが配置されるケース４０が設けられる。また、筐体１０の底部１５の外側に
は、右壁１４側の孔１７の位置に筐体１０の底部１５と相対向して交流リアクトルＡＣＬ
が配置されるケース４０が構成されている。これらのケース４０は、筐体１０の内側から
外側に向かって開口Ｈを介して突出する。

筐体１０の底部１５左壁１３側の直流リアクトルＤＣＬの下側には、開閉器３ａ〜３ｄ
が配置され、底部１５右壁１４側の交流リアクトルＡＣＬの下側には交流電力を出力用の
端子２１が配置されている。

次に、交流リアクトルＡＣＬの具体的な配置について述べる。尚、直流リアクトルＤＣ
Ｌは交流リアクトルＡＣＬと同様に配置するため説明を省略する。

交流リアクトルＡＣＬは、ケース４０の中にネジ止めなどにより取り付けられる。ケー
ス４０は開口を有する略直方体状の形状をしており、この開口Ｈから交流リアクトルＡＣ
Ｌを収容し、ケース４０へ交流リアクトルＡＣＬを螺子止めした後、ケース４０内に熱導
電性の良い樹脂が充填している。また、ケース４０の外側には複数のフィンＦ２が設けら
れており、リアクトルの発する熱が樹脂及びこのフィンＦ２を介して放出される。

このケース４０と筐体１０との間には板状の取付部材３０が配置される。取付部材３０
はケース４０の開口を覆うと共に、ケース４０と一緒に筐体１０にネジ止めにより配置さ
れる。ケース４０と取付部材３０との間には、厚さ１ｍｍ程度の熱伝導性の低く断熱性を
有するシリコンゴムなどのゴム製の第１パッキン３３を挟み込んで配置する。

取付部材３０には交流リアクトルＡＣＬの配線（出力線Ｌ）を通すための円形の孔３２
が設けられ、孔３２の周囲は、ケース４０から筐体１０側へ約５ｍｍほど突出する凸部３
６（スペーサ）が形成されている。また、凸部３６の内側縁部には凸部３６より高いリブ
３７が形成されている。これらのケース４０及び取付部材３０は、筐体１０と同様にアル
ミ合金等をダイキャスト加工して得られる。

取付部材３０を筐体１０に配置する際には、リブ３７が孔１７へ嵌め込まれ取付部材３
０の位置決めがなされる。また、この凸部３６と筐体１０との間には、厚さ１ｍｍ程度の
熱伝導性の低いシリコンゴムなどのゴム製の第２パッキン３４が挟み込まれて配置される
。尚、凸部３６（スペーサ）は筐体１０側に設けられていても良いし、別部材で設けられ
ても良い。

この様に、本実施形態では、凸部３６及び第２パッキン３４により筐体１０と取付部材
３０（ケース４０）との間に約５ｍｍ〜６ｍｍ程度の隙間Ｓ（空気の断熱層）ができる（
図５参照）ため、筐体１０とケース４０との間に空気による断熱効果が得られる。従って
、交流リアクトルＡＣＬの熱が他の放熱要素（例えば、インバータ回路を構成するスイッ
チ素子など）へ伝わりづらくなり、他の放熱要素の放熱を確保することができる。また、
交流リアクトルＡＣＬの放熱はケース４０のフィンＦ２から確保される。

ケース４０と筐体１０との間に取付部材３０を配置し、ケース４０と取付部材３０との
間、及び取付部材３０と筐体との間に夫々第１パッキン３３、第２パッキン３４を配置し
たため、ケース４０と筐体との間を密閉し防水性を高めることができる。

また、本実施形態では、ケース４０に交流リアクトルＡＣＬが取り付けられるため、交
流リアクトルＡＣＬの熱が隙間Ｓの断熱効果により筐体１０へ伝わりづらくなり、スイッ
チモジュールＩＰＭの取り付けられる筐体１０の部分が交流リアクトルＡＣＬの発熱の影
響を受けにくくなってスイッチモジュールＩＰＭの放熱が確保される。

また、本実施形態では、ケース４０に設けられる凸部３６が筐体１０と接するが、この
接触面積はが小さく筐体１０へ伝達する交流リアクトルＡＣＬの熱の影響は実質的にない
。尚、断熱性のパッキンを設けても良い。

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、ケース４０と筐体１０とが相対向する間に空気の断熱層を設けて断熱したが、
この空気の断熱層に断熱部材を配置するようにしても良いし、取付部材３０を、断熱性を
有する部材としても良い。

本実施形態の電力変換装置１は、太陽電池２ａ〜２ｄ等の直流電源を含む電力変換シス
テム等としても利用することができる。

１ 電力変換装置
２ａ〜２ｄ 太陽電池
３ａ〜３ｄ 開閉器
４ 昇圧回路
５ インバータ回路
６ フィルタ回路
７ リレー
８ 商用電力系統
９ 制御回路
１０ 筐体
１１ 上壁
１２ 下壁
１３ 左壁
１４ 右壁
１５ 底部
１６ 基板
１７ 孔
１９ パッキン
２１ 端子
３０ 取付部材
３２ 孔
３３ 第１パッキン
３４ 第２パッキン
３６ 凸部
３７ リブ
４０ ケース
ＩＰＭ スイッチモジュール
Ｆ１、Ｆ２ フィン
Ｌ 出力線
Ｇ ガード
Ｈ 開口
Ｓ 隙間

Claims (5)

1. 複数のスイッチ素子を用いて直流電力を交流電力に変換した後出力線へ供給すると共に
   、 当該出力線に少なくともリアクトル及びコンデンサを有するフィルタ回路を介在させ
   て前記交流電力に含まれる高周波成分を減衰させるように成した電力変換装置において、
   筐体の内側から外側に向かって開口を介して突出しかつ前記リアクトルを収容するケー
   スと、
   前記複数のスイッチ素子につながる前記出力線が引き出される孔を有し前記筐体と前記ケ
   ースとの間に設けられて前記開口を覆う部材とを備え、
   前記複数のスイッチ素子を前記ケースと位置をずらして前記筐体の内側に配置すると共
   に、少なくとも前記ケースと前記筐体とが相対向する間を断熱することを特徴とする電力
   変換装置。
2. 前記部材と前記筐体との間に空気の断熱層を設けることを特徴とする請求項１に記載の
   電力変換装置。
3. 前記部材は断熱性を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記孔の周囲には、前記ケースから前記筐体側へ突出するスペーサが形成され、前記空
   気の断熱層をスペーサの周囲に構成すると共に、前記部材と前記ケースとの間に配置され
   る第１パッキンと、
   前記スペーサと前記筐体との間に配置される第２パッキンと、を備えたことを特徴とす
   る請求項２に記載の電力変換装置。
5. 前記ケースに前記リアクトルが熱伝導的に取り付けられ、前記ケースにはフィンが形成
   されることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の電力変換装置。

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