JP7064998B2 - 設置型電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、地面等の設置面に設置して使用される設置型電力変換装置に関し、特に、電動車の車載バッテリを充電するために使用される設置型電力変換装置に関する。

電気自動車、ハイブリッドカーおよびプラグインハイブリッドカーのような電動車の車載バッテリを充電するためには、充電スタンドと呼ばれることもある設置型電力変換装置が使用される。設置型電力変換装置は、設置面に設置される筐体と、筺体内に収容された電力変換のための電気回路部品とを備えている。

筐体は、通常、箱型を有している。また、大電力を処理する電気回路部品を十分に冷却するために、筐体には、通常、外部の新鮮な空気を取り入れる吸気口と、電気回路部品によって暖められた空気を外部に排出する排気口とが設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１８－５０３８０号公報

ところで、近年の大雨による河川の氾濫等の増加を受けて、防水対策を施した設置型電力変換装置のニーズが高まってきている。もっとも安易な防水対策は、水の侵入を防ぐために筐体を完全に密閉することであるが、このような対策を施すと電気回路部品の冷却に支障が生じる。別の防水対策として、筐体を縦長化するとともに、水に浸かると故障する電気回路部品を筐体の上部に集中的に配置することも考えられるが、このような対策を施すと装置の重心が高くなって地震の際に転倒しやすくなる。また、筐体の縦長化（大型化）は、製造コストの増加も招いてしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、上記したような不具合を生じさせることなく、ある程度までの水の侵入によっては電気回路部品が故障することがない設置型電力変換装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る設置型電力変換装置は、設置面に設置される箱型の筐体と、筐体内の空間を、電気回路部品を収容するための回路部品収容空間と、上下方向に延びたダクト空間とに隔てる隔壁部と、ダクト空間の下部を外部に連通させる、筐体に形成された第１通気口と、ダクト空間の上部を外部に連通させる、筐体に形成された第２通気口と、回路部品収容空間の下部に配置された防水箱とを備え、防水箱は、底板と該底板の全ての縁部に立設された側板とを含み、電気回路部品の一部は、防水箱内に収容されている、との構成を有している。

この構成では、回路部品収容空間の下部に配置された防水箱が、底板と該底板の全ての縁部に立設された側板を含んでいる。したがって、この構成によれば、回路部品収容空間に水が浸入したとしても、その水位が側板の高さを超えるまでは、防水箱に収容された電気回路部品が水に浸かることはない。

また、この構成では、第１通気口および第２通気口を介して外部に連通したダクト空間と回路部品収容空間とが隔壁部によって隔てられている。したがって、この構成によれば、第１通気口および第２通気口からダクト空間に水が浸入したとしても、回路部品収容空間に収容された電気回路部品が直ちに水に浸かることはない。

上記設置型電力変換装置は、部品搭載面および放熱面を有する基板と、基板の放熱面から突出したヒートシンクとをさらに備え、防水箱に収容されている電気回路部品を除く他の電気回路部品の一部は、部品搭載面に搭載され、基板は、隔壁部に形成された開口部を塞ぐように回路部品収容空間に配置され、ヒートシンクは、開口部を通ってダクト空間内に突出している、との構成を有していてもよい。

この構成によれば、上下方向に延びたダクト空間を流れる空気によって、部品搭載面に搭載された電気回路部品を空冷することができる。

また、上記設置型電力変換装置は、第２通気口に配置されたファンをさらに備え、ファンが回転すると、第１通気口からダクト空間に取り込まれた空気がヒートシンクの間を通り抜けながら上昇していく、との構成を有していてもよい。

この構成によれば、ヒートシンクの間を流れる空気の量と速度を増大させ、部品搭載面に搭載された電気回路部品を効率よく空冷することができる。

なお、電気回路部品が、外部から入力された交流電力または直流電力を整形する入力側フィルタ回路に関する第１部品と、整形後の交流電力または直流電力を所望の直流電力に変換する電力変換回路に関する第２部品と、上記所望の直流電力を整形して外部に出力する出力側フィルタ回路に関する第３部品とを含む場合は、第１部品または第３部品が防水箱に収容され、第２部品が基板の部品搭載面に搭載されていることが好ましい。

この構成によれば、第１部品および第３部品よりも発熱量が大きい第２部品を積極的に空冷し、安定的に動作させることができる。

本発明によれば、ある程度までの水の侵入によっては電気回路部品が故障することがない設置型電力変換装置を提供することができる。

本発明の実施例に係る設置型電力変換装置の外観を示す斜視図である。 実施例に係る設置型電力変換装置の外観を示す、（Ａ）正面図、（Ｂ）背面図、（Ｃ）左側面図、および（Ｄ）右側面図である。 実施例に係る設置型電力変換装置において電力変換を行う電気回路のブロック図である。 実施例に係る設置型電力変換装置の内部構造を示す、（Ａ）前面パネルを外した状態の正面図、および（Ｂ）背面パネルを外した状態の背面図である。 実施例に係る設置型電力変換装置の内部構造を示す、（Ａ）縦断面図、および（Ｂ）模式的な縦断面図である。 実施例に係る設置型電力変換装置に備えられた防水箱の斜視図である。 実施例に係る設置型電力変換装置に備えられた防水箱の内部構造を示す、（Ａ）正面側から見た斜視図、および（Ｂ）背面側から見た斜視図である。 実施例に係る設置型電力変換装置に備えられた防水箱の主要部を示す分解斜視図である。 実施例に係る設置型電力変換装置に備えられた防水箱の内部構造を示す縦断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る設置型電力変換装置の一実施例について説明する。

図１および図２に、本発明の実施例に係る設置型電力変換装置１を示す。同図に示すように、設置型電力変換装置１は、左右一対の脚部３，３を介して地面に設置される箱型の筐体２と、筐体２の右側面上部から引き出された充電ケーブル５と、充電ケーブル５の先端に設けられた充電コネクタ６と、筐体２の右側面下部に設けられた端子台カバー７とを備えている。設置型電力変換装置１は、端子台カバー７に隠れた端子台１０（図３参照）に入力されるＡＣ１００ＶまたはＡＣ２００Ｖの交流電力もしくは直流電力を電動車の車載バッテリが必要とする直流電力に変換するとともに、該直流電力を充電コネクタ６から出力し、これにより電動車の車載バッテリを充電する。

筺体２は、メンテナンス等の際に取り外される前面パネル２ａおよび背面パネル２ｂを有している。このうち、前面パネル２ａの上部には、複数の操作ボタンを含む操作パネル４が設けられている。また、背面パネル２ｂの下部には、外部の新鮮な空気を筐体２の内部に取り入れるための吸気口８が形成され、背面パネル２ｂの上部には、筐体２の内部で暖められた空気を外部に排出する排気口９が形成されている。

上述の電力変換は、筐体２の内部に収容された電気回路部品によって行われる。図３に示すように、電気回路部品には、端子台１０を介して外部から入力される交流電力または直流電力を整形する入力側フィルタ回路１１に関する部品と、整形後の交流電力または直流電力を比較的高い電圧（本実施例では、４００Ｖ）の直流電力に変換する電力変換回路１２に関する部品と、電力変換回路１２によって得られた直流電力を整形して外部に出力する出力側フィルタ回路１３に関する部品とが含まれている。また、電気回路部品には、整形後の交流電力または直流電力から比較的低い電圧（本実施例では、１２Ｖ）の直流電力を生成する補助電源回路１４に関する部品と、電力変換回路１２の動作を制御する制御回路１５に関する部品とが含まれている。

入力側フィルタ回路１１および補助電源回路１４を取り囲んでいる防水箱２６については、後で詳細に説明する。

入力側フィルタ回路１１は、入力端が端子台１０に接続されるとともに、出力端が電力変換回路１２および補助電源回路１４に接続されている。電力変換回路１２は、入力端が入力側フィルタ回路１１に接続されるとともに、出力端が出力側フィルタ回路１３に接続されている。また、出力側フィルタ回路１３は、入力端が電力変換回路１２に接続されるとともに、出力端が充電ケーブル５に接続されている。

補助電源回路１４は、入力端が入力側フィルタ回路１１に接続されるとともに、出力端が制御回路１５に接続されている。補助電源回路１４の出力端は、後述するファン２３にも接続されている。また、制御回路１５は、操作パネル４および電力変換回路１２に接続されている。制御回路１５は、操作パネル４が受け付けた充電開始／停止等に関する指令に基づいて、電力変換回路１２に含まれる複数のスイッチング素子を開閉させる。

図４および図５に、本実施例に係る設置型電力変換装置１の内部構造を示す。縦断面図である図５（Ａ）およびその模式図である図５（Ｂ）に示すように、設置型電力変換装置１は、筐体２の内部の空間を、電気回路部品（１１，１２，１３，１４，１５）を収容するための回路部品収容空間２１と、上下方向に延びたダクト空間２２とに隔てる隔壁部２０をさらに備えている。本実施例では、筐体２の内部の空間のうち、背面パネル２ｂに近い部分がダクト空間２２となり、それ以外の部分が回路部品収容空間２１となっている。なお、図４および図５では、制御回路１５に関する部品の図示が省略されている。

本実施例に係る設置型電力変換装置１は、上述のファン２３をさらに備えている。ファン２３は、排気口９に沿うようにダクト空間２２に配置されている。また、ダクト空間２２の下部は、吸気口８によって筐体２の外部と連通し、ダクト空間２２の上部は、排気口９によって筐体２の外部と連通している。

本実施例に係る設置型電力変換装置１は、上述の防水箱２６をさらに備えている。防水箱２６は、回路部品収容空間２１の最下部に配置されている。また、防水箱２６には、入力側フィルタ回路１１に関する部品と、補助電源回路１４に関する部品とが収容されている。

本実施例に係る設置型電力変換装置１は、基板２４およびヒートシンク２５をさらに備えている。基板２４は、部品搭載面２４ａおよび放熱面２４ｂを有し、部品搭載面２４ａには、電力変換回路１２に関する部品が搭載されている。また、放熱面２４ｂには、図４（Ｂ）に示すように、左右方向に等間隔に並んだ複数のフィンを備えたヒートシンク２５が設けられている。電力変換回路１２に関する部品が発熱すると、その熱は、基板２４を介してヒートシンク２５に伝導する。基板２４およびヒートシンク２５は、熱伝導性の高い材料で構成されていることが好ましい。なお、基板２４からヒートシンク２５への熱伝導に加えて、基板２４に搭載した部品にヒートシンク２５を直接に接触させて放熱するようにしてもよい。

基板２４は、隔壁部２０に形成された開口部を塞ぐように回路部品収容空間２１に配置されている。また、ヒートシンク２５は、隔壁部２０に形成された開口部を通ってダクト空間２２内に突出している。このため、ファン２３が回転すると、吸気口８からダクト空間２２に取り込まれた新鮮な空気は、ヒートシンク２５の間を通り抜けながら上昇し、これにより、ヒートシンク２５、基板２４および電力変換回路１２に関する部品が空冷される。

なお、本実施例のように吸気口８を筺体２（背面パネル２ｂ）の下部に設けるのは、浸水の点で不利となる。しかしながら、浸水を考慮して吸気口８の位置を上方にずらすと、吸気口８と排気口９との間の距離（すなわち、ダクト空間２２の長さ）が短くなり、ヒートシンク２５の効果を最大限に発揮できない。このため、本実施例では、吸気口８を筺体２の下部に配置することにより、ダクト空間２２の長さを稼ぐとともにヒートシンク２５を通過する空気の流れを整え、放熱効果の向上を図っている。

このように、本実施例に係る設置型電力変換装置１では、他の部品に比べて発熱量が多い電力変換回路１２に関する部品がダクト空間２２を流れる空気によって積極的に空冷される。一方、発熱量が相対的に少ない入力側フィルタ回路１１、出力側フィルタ回路１３および補助電源回路１４に関する部品は、積極的には空冷されない。

ここで、入力側フィルタ回路１１に関する部品を回路部品収容空間２１の下部に配置（すなわち、防水箱２６に収容）したのは、端子台カバー７に隠れた端子台１０に近いことが好ましいからである。補助電源回路１４に関する部品を防水箱２６に収容したのは、入力側フィルタ回路１１に関する部品に近いことが好ましいからである。また、出力側フィルタ回路１３に関する部品を回路部品収容空間２１の上部に配置したのは、充電ケーブル５の引き出し口に近いことが好ましいからである。なお、本実施例では、端子台１０は、防水箱２６よりも上側に位置している。

図６、図７、図８および図９に示すように、入力側フィルタ回路１１および補助電源回路１４に関する部品を収容する防水箱２６は、矩形状の底板２６ａと、底板２６ａの４つの縁部の全部に立設された４枚の側板２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅとを有している。底板２６ａおよび４枚の側板２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅは、いずれも金属製である。また、底板２６ａと各側板２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅとの間、および隣り合う側板（例えば、２６ｂと２６ｃ）の間には、隙間は存在しない。

防水箱２６の主要部の構成について、図８を参照しながらさらに詳しく説明する。同図に示すように、防水箱２６の主要部は、側板２６ｂ，２６ｃ，２６ｅをなす第１部品と、底板２６ａおよび側板２６ｄをなす第２部品とから構成されている。第１部品および第２部品は、それぞれ１枚の金属版を折り曲げて形成したものである。したがって、側板２６ｂと側板２６ｃとの間、側板２６ｂと側板２６ｅとの間、および底板２６ａと側板２６ｄとの間には、隙間は存在しない。また、第１部品と第２部品とを組み合わせたときに生じる合わせ目は、隙間を塞ぐための対策が施されている。すなわち、底板２６ａの縁部と側板２６ｂ，２６ｃ，２６ｅの縁部との合わせ目、側板２６ｃの縁部と側板２６ｄの縁部との合わせ目、および側板２６ｅの縁部と側板２６ｄの縁部との合わせ目は、溶接と止水コーキング処理によって隙間が塞がれている。なお、図９に示すように、側板２６ｅおよび側板２６ｃ（図示なし）の水平方向端部は、側板２６ｄを越えて延設されている。これにより、側板２６ｃ，２６ｅそれぞれと側板２６ｄとの間に溶接しろが残され、確実に溶接することができる。

防水箱２６は、基板取付板２７と、基板取付板２７と一体的に形成された第１天板２８と、第２天板２９とをさらに有している。また、基板取付板２７は、第１部品搭載面２７ａおよび第２部品搭載面２７ｂを有している。入力側フィルタ回路１１に関する部品は、基板取付板２７の第１部品搭載面２７ａに搭載され、補助電源回路１４に関する部品は、基板取付板２７の第２部品搭載面２７ｂに搭載されている。基板取付板２７および第１天板２８は、基板取付板２７の上端において繋がっている。

特に図９に示すように、基板取付板２７の下端は、底板２６ａに設けられたネジ部にネジ留めされている。第１天板２８は、背面側の側板２６ｂの上端にネジ留めされている。また、第２天板２９は、前面側の側板２６ｂの上端にネジ留めされている。第２天板２９は、その一部が第１天板２８に重なっており、第１天板２８にもネジ留めされている。

上述した通り、底板２６ａと各側板２６ｂとの間、および隣り合う側板２６ｂ，２６ｂの間には、隙間は存在しない。第１天板２８と側板２６ｂとの間、第２天板２９と側板２６ｂとの間、および第１天板２８と第２天板２９との間にも、隙間は存在しない。このため、これらの間から防水箱２６の内部に水が浸入することはない。しかしながら、第１天板２８および第２天板２９には、配線を通すための幾つかの貫通孔が形成されている。したがって、回路部品収容空間２１に侵入した水の水位が側板２６ｂの高さを超えると、第１天板２８および第２天板２９の貫通孔から防水箱２６の内部に水が浸入する。言い換えると、回路部品収容空間２１に侵入した水の水位が側板２６ｂの高さを超えるまでは、入力側フィルタ回路１１および補助電源回路１４に関する部品が水に浸かることはない。

このように、本実施例に係る設置型電力変換装置１において、防水箱２６は、ある程度までは水の侵入から電気回路部品を守っているといえる。また、本実施例に係る設置型電力変換装置１の防水箱２６は、入力側フィルタ回路１１および補助電源回路１４に関する部品を収容しているに過ぎないので、よく知られた浸水対策である電気回路部品の樹脂封止（樹脂ポッティング）を行った場合に比べ、軽量化と故障時のメンテナンス性の向上を図ることができる。

なお、防水箱２６は、図３に示すように、端子台１０を介して接地されている。このため、防水箱２６は、電力変換回路１２に含まれる複数のスイッチング素子等が生じさせたノイズから入力側フィルタ回路１１および補助電源回路１４を守るシールドの役割も果たしている。また、金属製の防水箱２６が接地されているので、防水箱２６に浸入した水によって入力側フィルタ回路１１等の回路とＧＮＤとがショートしたこと、すなわち、防水箱２６からの漏電が起こっていることを検知して装置を安全に停止させる漏電検知機能を容易に実現することができる。

以上、本発明に係る設置型電力変換装置の実施例について説明してきたが、本発明はこれに限定されない。本発明には、例えば、以下に示すような変形例が存在する。

（１）本発明に係る設置型電力変換装置は、筺体の上部に形成された吸気口と、筺体の下部に形成された排気口とを有していてもよい。ただし、暖められた空気は上昇しようとするため、空冷の効率からすると、実施例のように筺体の上部に排気口を形成し、下部に吸気口を形成することが好ましい。

（２）本発明に係る設置型電力変換装置は、筐体の右側面または左側面に形成された吸気口および排気口を有していてもよい。このような構成を採用する場合は、筐体の内部の空間を隔壁部によって前後にではなく左右に分割する必要がある。

（３）本発明に係る設置型電力変換装置は、電動車の車載バッテリを充電するための設置型充電装置に限定されない。用途が変われば、当然ながら、図３に示した電力変換を行うための電気回路も変わる。

（４）防水箱は、入力側フィルタ回路および補助電源回路を構成する部品ではなく、発熱量が比較的少ない他の電気回路（例えば、出力側フィルタ回路）に関する部品を収容していてもよい。

（５）防水箱の底板は、矩形状以外の形状を有していてもよい。例えば、防水箱の底板が円形である場合、防水箱は円柱状となる。

（６）シールド機能および漏電検知機能が不要であれば、防水箱２６は、樹脂製であってもよい。

（７）防水箱の主要部は、５枚の金属板を溶接等によって隙間なく組み立てたものであってもよいし、１枚または３枚以上の金属板を折り曲げてなる複数の部品を隙間なく組み立てたものであってもよい。

１ 設置型電力変換装置
２ 筐体
２ａ 前面パネル
２ｂ 背面パネル
３ 脚部
４ 操作パネル
５ 充電ケーブル
６ 充電コネクタ
７ 端子台カバー
８ 吸気口
９ 排気口
１０ 端子台
１１ 入力側フィルタ回路
１２ 電力変換回路
１３ 出力側フィルタ回路
１４ 補助電源回路
１５ 制御回路
２０ 隔壁部
２１ 回路部品収容空間
２２ ダクト空間
２３ ファン
２４ 基板
２４ａ 部品搭載面
２４ｂ 放熱面
２５ ヒートシンク
２６ 防水箱
２６ａ 底板
２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ 側板
２７ 基板取付板
２７ａ 第１部品搭載面
２７ｂ 第２部品搭載面
２８ 第１天板
２９ 第２天板

Claims (4)

1. 設置面に設置される箱型の筐体と、
   前記筐体内の空間を、電気回路部品を収容するための回路部品収容空間と、上下方向に延びたダクト空間とに隔てる隔壁部と、
   前記ダクト空間の下部を外部に連通させる、前記筐体に形成された第１通気口と、
   前記ダクト空間の上部を外部に連通させる、前記筐体に形成された第２通気口と、
   前記回路部品収容空間の下部に配置された防水箱と、
   前記電気回路部品に供給すべき交流電力または直流電力が入力される端子台と、
   を備え、
   前記防水箱は、金属製の底板と該底板の全ての縁部に立設された金属製の側板とを含み、かつ前記端子台を介して接地されており、
   前記電気回路部品の一部は、前記防水箱内に収容されている
   ことを特徴とする設置型電力変換装置。
2. 部品搭載面および放熱面を有する基板と、
   前記基板の前記放熱面から突出したヒートシンクと、
   をさらに備え、
   前記防水箱に収容されている前記電気回路部品を除く他の前記電気回路部品の一部は、前記部品搭載面に搭載され、
   前記基板は、前記隔壁部に形成された開口部を塞ぐように前記回路部品収容空間に配置され、
   前記ヒートシンクは、前記開口部を通って前記ダクト空間内に突出している
   ことを特徴とする請求項１に記載の設置型電力変換装置。
3. 前記第２通気口に配置されたファンと、
   をさらに備え、
   前記ファンが回転すると、前記第１通気口から前記ダクト空間に取り込まれた空気が前記ヒートシンクの間を通り抜けながら上昇していく
   ことを特徴とする請求項２に記載の設置型電力変換装置。
4. 前記電気回路部品は、外部から入力された交流電力または直流電力を整形する入力側フィルタ回路に関する第１部品と、整形後の交流電力または直流電力を所望の直流電力に変換する電力変換回路に関する第２部品と、前記所望の直流電力を整形して外部に出力する出力側フィルタ回路に関する第３部品とを含み、
   前記第１部品または前記第３部品が前記防水箱に収容され、
   前記第２部品が前記基板の前記部品搭載面に搭載されている
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の設置型電力変換装置。

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