WO2012108398A1 - パワーコンディショナ - Google Patents
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
- H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
Definitions
- the present invention relates to a power conditioner, and more particularly to a heat dissipation technique for a heat generating part in a power conditioner that converts DC power generated by a solar cell or the like into AC power.
- the case As a power conditioner for an indoor installation type solar power generation system, in order to obtain a heat dissipation characteristic with a good heat dissipation characteristic and the case surface does not become hot, the case is made of a metal case, An orthogonal transformation circuit that converts the DC power generated by the battery into AC power, and a heat sink with the power module of this orthogonal transformation circuit installed, and an outer resin sheet attached to the top surface of the top plate of this metal housing (Patent Document 1).
- the present invention provides an outdoor-installed power conditioner instead of such an indoor-installed power conditioner, and has an electrical component heat dissipation characteristic housed inside the power conditioner for the outdoor installation type. It relates to an improved structure.
- a power conditioner converts DC power generated by a solar cell into AC power through a booster circuit including a diode, a DC / AC conversion circuit (also referred to as a DC / AC conversion circuit or an inverter circuit), and a filter circuit including a reactor.
- the generated power is supplied to the commercial power grid GRID, and in the circuit, there are electrical components that generate a large amount of heat, such as a DC / AC converter circuit, a filter circuit reactor, and a booster circuit diode. If such heat is generated in the housing, the characteristics of these circuit elements may change or malfunction.
- the heat generated from the heat generating electrical components (such as a diode) of the booster circuit is devised. It is intended to provide a technique for radiating heat well outside the casing through the heat sink without entering the casing.
- the present invention suppresses heat interference between the heat radiation of each component on the heat sink when the heat generating electrical components of the booster circuit are attached to the single heat sink in addition to the DC / AC converter circuit and the reactor. It provides a technique for radiating heat well outside the body.
- the power conditioner of the present invention includes a booster that boosts the voltage of DC power generated by a solar cell, an inverter that converts the DC power boosted by the booster to AC power, and the inverter that is converted by the inverter
- a power conditioner in which a filter unit for shaping the waveform of AC power is housed in a single housing, the housing has a waterproof sealing structure, and at least a part of the back side wall is formed of a heat sink.
- the printed wiring board is disposed substantially in parallel with the base portion of the heat sink, and the exothermic electrical components constituting the boosting unit are connected to the printed wiring board and disconnected from the printed wiring board.
- the heat sink is attached to the base portion of the heat sink through a heat conductive member, and the switch constituting the inverter portion is mounted. Connect the quenching element to the printed circuit board, and wherein the mounting thermally conductively to the base portion of the heat sink at a position that does not deviate from the printed wiring board.
- the heat-generating electrical parts constituting the booster are connected to the printed wiring board and attached to the heat sink base portion through the heat conduction block at a position near the outer periphery that is removed from the printed wiring board. .
- the heat generated from the heat-generating electrical components constituting the booster is not dissipated in the housing and is radiated well outside the housing. An effect is obtained.
- this heat-generating electrical component is attached to the heat conducting member at a position away from the printed wiring board, it can be connected without particularly lengthening the connection terminal to the printed wiring board.
- the switching elements constituting the inverter connected to the printed wiring board are thermally conductively attached to the base of the heat sink at a position not detached from the printed wiring board, a switching element is provided on the base of the heat sink of the printed wiring board. It can arrange
- the reactor constituting the filter portion is accommodated on the upper side, and other circuit elements including the printed wiring board are accommodated on the lower side, and the base portion of the heat sink and the An air ascending passage is formed in the space between the printed wiring board and the printed wiring board.
- the heat sink is made of aluminum
- the heat conducting member is made of block-like aluminum attached to a base portion of the heat sink, and the heat-generating electrical component is transferred to the heat conducting member by a fixture. It is fixed to the front side of the member.
- the reactor provided in the filter portion is characterized in that the outer periphery of the coil of the reactor is thermally conductively attached to the base portion of the heat sink via a flexible heat conductive sheet and an electrical insulating sheet.
- the reactor provided in the boosting unit is characterized in that the outer periphery of the reactor is thermally conductively attached to the base portion of the heat sink via a flexible thermal conductive sheet and an electrical insulating sheet. To do.
- a chamber in which the reactor provided in the filter unit and the reactor provided in the boosting unit are accommodated is an upper chamber, and other circuit elements including the printed wiring board are accommodated in the casing.
- a compartment wall that suppresses air convection between the two chambers so that the chamber is a lower chamber, and the heat-generating electrical component is disposed in the vicinity of the reactor in the vicinity of the compartment wall.
- the chamber in which the reactor is accommodated is an upper chamber
- the chamber in which other circuit elements including the printed wiring board are accommodated is a lower chamber.
- the heat generating electrical parts are arranged in the vicinity of the reactor in the vicinity of the partition wall.
- the heat conductive sheet is provided with a thickness flexible so that the outer periphery of the coil of the reactor is in contact with the surface thereof, and the electric insulating sheet holds the back surface of the heat conductive sheet and the reactor.
- the heat generation is a sheet having a thickness that can be transmitted to the heat sink.
- the casing is closed by a lid that can be opened and closed in a casing that is surrounded by a metal plate and opens to the front side, and at least a part of the back side wall is formed of a heat sink. And a plurality of switching elements so as to constitute the inverter unit, wherein the heat sink side is the mounting side in a state in which the chamber in which the reactor is accommodated is in the upper position with the opening as the front side.
- An intelligent power module (IPM) that is electrically connected in a bridge shape is disposed in a chamber in which the other circuit elements are accommodated, and the heat dissipation surface of the intelligent power module (IPM) is exposed inside the casing. It is characterized in that it is attached thermally conductively.
- the case is characterized in that a heat dissipation promotion fan is provided on a back side surface of the heat sink, and the heat dissipation promotion fan is disposed at a position corresponding to the intelligent power module (IPM). .
- the casing includes a casing having a front side opening having the back side wall, a lid that is detachably fixed to the casing so as to open and close the front side opening of the casing, and a back side of the lid.
- a packing that is attached and the front end of the peripheral wall of the front opening of the casing is in close contact with each other in a biting state is provided, and a switch that opens and closes a predetermined circuit portion of the power conditioner is provided inside the casing,
- the lower wall is provided with a switch operating part for manually operating the switch protruding downward, and when the switch operating part is in an ON state for closing the circuit of the switch, removal of the lid from the casing is prevented, And a lid opening / closing restricting part that releases the blocking when the switch operating part is in an OFF state that opens the circuit of the switch.
- the switch operation unit rotates from an OFF state in which the switch circuit is opened to an ON state in which the switch circuit is closed, and returns from the switch ON state to the switch OFF state by the reverse rotation.
- the lid opening / closing restricting portion is a fixed-side locking portion in which a rotation locking portion rotating with the rotation of the switch operation portion is locked and unlocked on the back side of the lid.
- the present invention it is possible to provide a power conditioner in which the heat generated from the heat-generating electrical component is not dissipated in the casing and is radiated well outside the casing through the heat sink.
- a boosting unit that boosts the voltage of DC power generated by a solar cell
- an inverter unit that converts DC power boosted by the boosting unit into AC power
- AC power converted by the inverter unit
- the casing has a sealing structure for waterproofing, and at least a part of a back side wall is formed of a heat sink, and the heat sink
- the printed wiring board is disposed substantially in parallel with the base portion of the substrate, and the heat generating electrical components constituting the boosting unit are connected to the printed wiring board and near the outer periphery separated from the printed wiring board
- a heat conduction member is attached to the base portion of the heat sink via a heat conduction member, and a switching element constituting the inverter portion is mounted on the preheater.
- the power conditioner PCD according to the present embodiment has a configuration in which an electric circuit unit CT including an electrical component having a high voltage and performing an intended operation is accommodated in the housing 1.
- FIG. 1 shows the configuration of the main circuit MC of the power conditioner PCD according to the present embodiment.
- an inverter circuit that includes a booster DC / DC that constitutes a booster circuit that boosts a DC voltage of DC power generated by the solar battery PV, and that converts DC power boosted by the booster DC / DC into AC power.
- the inverter part INV which comprises is provided.
- the DC power from the solar cell PV which is a DC power source
- the DC power boosted by the booster DC / DC is converted into AC power by the inverter INV (DC / AC
- this is supplied to a commercial power system GRID having a single-phase AC 200V as a predetermined low-frequency sinusoidal AC power corresponding to the frequency of the commercial power system GRID via the filter unit LPF constituting the low-pass filter circuit. It is the composition which is done.
- the boosting unit, the inverter unit, and the like are electrical components that have a high voltage. *
- a booster DC / DC includes a reactor L1, a switching element T1, a diode D0, a diode D1, and a capacitor C1, and a DC voltage supplied from the solar cell PV is controlled by a chopper controller H1.
- the switching element T1 is turned ON (referred to as ON) and OFF (referred to as OFF) to be boosted to a predetermined voltage.
- the inverter unit INV In the inverter unit INV, four switching elements T2 to T5 are connected in a single-phase full bridge for switching control, and the four switching elements T2 to T5 are direct current supplied from the boosting unit DC / DC.
- the electric power is turned ON (referred to as ON) and OFF (referred to as OFF) by the PWM control unit H2 to be converted into AC power having a predetermined frequency corresponding to the frequency of the commercial power grid GRID.
- the inverter part INV can be called a DC / AC conversion part.
- the filter unit LPF constitutes a low-pass filter circuit that cuts off high frequencies by the reactor L2, the reactor L3, and the capacitor C3, and the connection point Q between the switching elements T2 and T3 of the inverter unit INV is connected to the reactor L2, and the switching element T4 Is connected to the reactor L3, and the pulse voltage output from the inverter INV is smoothed (high frequency components are removed), and a sine wave AC voltage corresponding to the frequency of the commercial power grid GRID. And output to the commercial power grid GRID via the control relay RY.
- the booster DC / DC stores energy in the reactor L1 when the switching element T1 is turned on (turned on), and accumulates in the reactor L1 when the switching element T1 is turned off (turned off). The energy is released and the capacitor C1 is charged.
- the switching element T1 controls the ratio of the ON time and the OFF time
- the booster DC / DC boosts the voltage of the DC power supplied from the solar cell PV to a predetermined voltage.
- the diode D1 is for preventing current from flowing backward to the solar cell PV side, and the diode parallel to the switching element T1 is for protecting the switching element T1.
- the diode D0 is connected so as to bypass the reactor L1 and the diode D1, and when the generated voltage of the solar cell PV exceeds the terminal voltage of the capacitor C1 (voltage at the position P), the output of the solar cell PV is directly connected to the diode D0.
- the capacitor C1 is charged via the inverter and supplied to the inverter unit INV. That is, when the power generation amount of the solar cell PV is large and boosting by the boosting unit DC / DC is not required, the output of the solar cell PV is supplied to the inverter unit INV without passing through the reactor L1 and the diode D1, and at least by the reactor L1. The loss of generated power can be prevented and the conversion efficiency in the power conditioner can be increased. On the other hand, since the output of the solar cell PV passes continuously, the calorific value is large. This amount of heat generation is larger than that in which the diode D1 is intermittently energized by the operation of the switching element T1.
- the booster DC / DC performs chopper control so as to perform control to operate at the maximum point of the output power of the solar cell PV so that the output becomes the maximum value (PW).
- Part H1 operates.
- the voltage and current output from the booster DC / DC are detected, and the boosting rate of the booster DC / DC is controlled so that the product (output power) is maximized.
- the chopper controller H1 detects the current IS of the solar battery PV, the voltage VCS of the capacitor CS connected in parallel with the solar battery PV, and the current IL of the reactor L1, thereby switching the switching element T1.
- the boost ratio (ON duty of the switching element T1) can be controlled so that the power output from the booster DC / DC is maximized.
- the inverter unit INV outputs the sine wave superimposed on the commercial power system GRID by the PWM control unit H2 so that the current calculated based on the maximum value (PW) is output to the commercial power system GRID. Controls the peak value of AC voltage.
- the main controller H of the main circuit MC of the power conditioner PCD includes a chopper controller H1 and a PWM controller H2.
- the main circuit MC of the power conditioner PCD has a portion surrounded by a dotted line in FIG. 1 wired on one printed wiring board PB1, and each of the switching elements T1 to T5 is usually called an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). is there.
- IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
- the switching elements T2 to T5 are modularized so as to be accommodated in a single (one) package, and are called IPM (intelligent power module).
- the switching element T1 and the diode D1 can be modularized together with the switching elements T2 to T5 in a single (one) package.
- 2 shows an IPM module in which the switching elements T1 to T5 and the diode D1 are accommodated in a single (one) package.
- V1 and V2 correspond to V1 and V2 shown in FIG. 1
- P, Q and R correspond to P, Q and R shown in FIG.
- the circuit elements having a large amount of heat generation there are switching elements T2 to T5 of the inverter section INV.
- the IPM that accommodates the switching elements T2 to T5 has a back side (lower side in FIG. 2) such as aluminum.
- a heat radiating surface KH is made of metal, and the mounting flange portion of the IPM is fixed to the heat sink 5 by screws 12 so that the heat radiating surface KH is in close contact with the front surface of the heat sink 5, which will be described later. 5 is configured to dissipate heat.
- FIG. 4 is an overall perspective view of the power conditioner PCD according to the present embodiment housed in a sealed housing for waterproofing.
- the power conditioner PCD is installed outdoors in the vertical direction.
- the power conditioner PCD is attached to the vertical wall HK of the outer wall of the house in a substantially vertical state. For this reason, it is set as the form accommodated in the housing
- the casing 1 is a substantially rectangular metal box, and is closed by a metal casing 2 and a metal lid 3 that can open and close the opening 1A on the front side of the casing 2, and at least a part of the back side wall is formed. It is comprised by the heat sink 5, and is the structure by which the electric circuit part of power conditioner PCD was accommodated in the inside.
- the heat sink 5 has a plurality of vertical radiating fins 5A formed in parallel on the back side of the flat base portion 5B with an air passage 5C in the vertical direction.
- the heat sink 5 is extruded by a heat good conductor such as aluminum. Mass production is performed by cutting a long one to be molded into a predetermined length.
- the heat sink 5 is attached to the casing 2 in a state where the base portion 5B faces the housing 1 and the heat radiating fins 5A are exposed on the back side of the housing 1. Since the case 1 is made of metal because it is installed outdoors, light resistance is taken into consideration so as not to deteriorate against sunlight.
- the casing 2 is made of metal in which the upper and lower walls 2A and 2B and the left and right walls 2C and 2D constitute a peripheral wall 2S, and openings 2F and 2R are formed on the front side and the back side.
- the base part 5B of the heat sink 5 is in close contact with the flange 2R1 at the peripheral edge of the back side opening 2R formed in the back wall 2E of the casing 2 so that at least a part of the back side wall of the casing 2 is constituted by the heat sink 5.
- Attached with screws 9, the back side opening 2R of the casing 2 is closed in a waterproof state. With this attachment, the heat radiating fins 5 ⁇ / b> A are exposed on the back side of the housing 1.
- a sealing packing may be interposed between the flange 2R1 and the heat sink 5.
- the front opening 2F of the casing 2 is closed in a waterproof state by a lid 3 that can be opened and closed.
- An annular waterproof packing 4 is attached to the inner periphery of the lid 3 with double-sided tape or the like. It is fixed to mounting flanges 8B and 8C provided on the left and right walls 2C and 2D of the peripheral wall 2S of the casing 2 with screws 11 through mounting holes 10 penetrating the mounting portions 3B and 3C formed on the left and right sides of the lid 3.
- the lid 3 can be removed from the casing 2 by loosening the screw 11.
- a locking flange 8A is provided on the upper wall 2A of the peripheral wall 2S of the casing 2 so as to protrude upward, and the lid 3 is attached to the casing 2 in a state substantially perpendicular to the vertical wall HK of the outer wall of the house.
- the locking portion 3A1 formed downward on the upper side 3A of the lid 3 is locked to the upper wall 2A of the casing 2.
- the screw 11 is loosened, and the lower side of the lid 3 is lifted and inclined with respect to the casing 2 as shown in FIG.
- the lid 3 can be removed from the casing 2 by lifting the lid 3 up to a position where the locking portion 3A1 is released and pulling the lid 3 forward in this state.
- the lower wall 2B of the peripheral wall 2S of the casing 2 is provided with a lead wire lead-out portion 6 and a manually operated switch operation portion 7 so as to protrude downward from the lower wall 2B.
- the lead wire lead-out portion 6 is a connection line that connects the electric circuit portion CT accommodated in the housing 1 and the solar cell PV, or a connection line that connects to the commercial power system GRID via the filter circuit LPF and the control relay RY. This is the part through which the lead wire passes.
- the switch operation unit 7 is a part for manually operating ON / OFF control of the switch SW arranged in the housing 1 from the outside of the housing 1.
- the switch SW is a switch that opens and closes a predetermined circuit portion of the power conditioner PCD.
- the switch SW is interposed in a lead wire that connects the power generation output from the solar cell PV to the predetermined circuit portion of the power conditioner PCD.
- a switch SW for switching between the ON state and the OFF state by directly opening and closing the circuit is shown.
- the switch SW is disposed in the casing 2 in the vicinity of the lower wall 2B of the peripheral wall 2S of the casing 2, and is connected to an operation shaft 7J extending from the switch SW through the lower wall 2B to the outside of the housing 1. 7 is attached.
- the lead wire lead-out portion 6 and the switch operation portion 7 have an appropriate waterproof seal mounting structure for the casing 2 with respect to the lower wall 2B. The reason why the lead wire lead-out portion 6 and the switch operation portion 7 are provided on the lower wall 2B is because it is an area where raindrops are not easily applied.
- the switch operation unit 7 rotates from the OFF state of the switch SW to the ON state of the switch SW, and reversely and reversely rotates from the ON state of the switch SW. It is a rotary type that returns to the OFF state.
- a flange 3F extending rearward is formed on a part of the lower side portion of the lid 3, and this flange 3F has a switch operation when the switch SW is in an OFF state.
- a hole or notch 60 is formed through which the portion 7 can penetrate.
- notch 60 having a shape similar to that of the switch operation unit 7 can be passed through when the switch SW is in the OFF state.
- the notch 60 or the hole 60 may be used in which the switch operation unit 7 can be submerged when in the state and the switch operation unit 7 cannot be submerged when the switch is in the ON state.
- the state of FIG. 20 shows the state of the switch operation unit 7 when the switch SW is in the OFF state.
- the switch operation unit 7 is rotated approximately 90 degrees counterclockwise to SW is turned on.
- the switch operating unit 7 is in a position where the correspondence with the hole or notch 60 is removed and the flange 3F is covered.
- the screw 11 is loosened and removed, and the lower part of the lid 3 is centered on the engaging portion between the engaging portion 3A1 of the upper side 3A of the lid 3 and the engaging flange 8A of the upper wall 2A of the casing 2 as described above.
- the flange 3F at the periphery of the hole or notch 60 abuts on the back side of the switch operating unit 7, so that the pivoting operation of the lid 3 is further prevented. It cannot be removed. In this way, when the switch SW is in the ON state, the lid 3 cannot be removed from the casing 2 even if the screw 11 is loosened and removed, so that the electric circuit portion of the power conditioner PCD in the casing 2 cannot be touched. Safety will be maintained.
- a rotation locking portion 61 whose tip is bent to a flange portion 61P is fixed to a portion inside the housing 1 of the operation shaft 7J that extends from the switch SW through the lower wall 2B to the outside of the housing 1.
- a fixed side locking portion 62 is fixed to the back side of the lid 3 corresponding to the rotation locking portion 61.
- the rotation locking unit 61 is in the unlocked state as indicated by the dotted line 61A,
- the stop portion 61 is in a state of being detached from the fixed side locking portion 62 on the back side of the lid 3.
- the screw 11 is loosened and removed, and as shown in FIG. 15, with the engaging portion between the engaging portion 3A1 of the upper side 3A of the lid 3 and the engaging flange 8A of the upper wall 2A of the casing 2 as an axis, the lid 3
- the lid 3 By turning the lower part forward, the lid 3 is inclined, and the lid 3 is smoothly inclined as shown in FIG. 15.
- the lid 3 can be removed from the casing 2 by lifting the lid 3 upward to a position where it can be removed and pulling the lid 3 forward in that state.
- the switch SW is turned ON by rotating the switch operation unit 7 approximately 90 degrees counterclockwise.
- the rotation locking portion 61 is in a locked state rising as shown by a solid line, and the flange 61P of the rotation locking portion 61 is behind the lid 3 as shown in FIG. It is the state latched by the fixed side latching
- the screw 11 is loosened and removed, and the lower part of the lid 3 is centered on the engaging portion between the engaging portion 3A1 of the upper side 3A of the lid 3 and the engaging flange 8A of the upper wall 2A of the casing 2 as described above.
- the hook 61P of the pivot locking portion 61 is locked to the fixed side latching portion 62 on the back side of the lid 3, and the pivoting operation of the lid 3 is further prevented.
- the lid 3 cannot be removed. In this way, when the switch SW is in the ON state, the lid 3 cannot be removed from the casing 2 even if the screw 11 is loosened and removed, so that the electric circuit portion of the power conditioner PCD in the casing 2 cannot be touched. Safety is maintained without touching high-voltage electrical components such as the booster and inverter.
- the lid opening / closing restricting portion prevents the lid 3 from being removed from the casing 2 when the switch operating portion 7 is in the ON state of the switch SW, and the switch operating portion 7 is In other configurations that release this block when in the OFF state, the lid cannot be opened during operation as a power conditioner to prevent touching the high pressure part and to ensure safety. Is.
- the electric circuit portion of the power conditioner PCD accommodated in the casing 1 is formed on a plurality of printed wiring boards PB1 to PB5 including the wiring of the main circuit MC.
- the step-up unit DC / DC, the inverter unit INV, and the filter unit LPF are formed on the printed wiring board PB1 to which the electric elements constituting them are connected.
- the printed wiring boards PB1 to PB5 are arranged in parallel on the front surface side of the base part 5B with a space from the flat base part 5B of the heat sink 5.
- the reactors L2 and L3 have a base of the heat sink 5 whose outer periphery is exposed to the inside of the housing 1 via a flexible heat conductive sheet 18A and an electrical insulating sheet 19A. It is the structure which the outer peripheral part of the coil part which comprises a reactor in the part 5B was attached thermally.
- the heat conductive sheet 18A is made of a silicon polymer material impregnated with silicon oil, and has a thickness of about 3 mm to 10 mm (for example, 5 mm).
- the electrical insulating sheet 19A is a synthetic resin sheet, which is a thin sheet having a thickness of 0.5 mm to 2 mm so that heat does not hinder conduction.
- the reactors L ⁇ b> 2 and L ⁇ b> 3 are coil portions L ⁇ b> 2 ⁇ / b> C and L ⁇ b> 3 ⁇ / b> C wound respectively on two opposite sides (upper and lower sides in FIG. 6) of the quadrilateral annular core F ⁇ b> 2.
- the outer periphery of each of the coil portions L2C and L3C is covered with an insulating tape 26A as necessary in order to protect the insulating coating.
- Reactors L2 and L3 have a frame-shaped holding member 21 formed with holding portions 21A and 21B for holding opposite two sides (left and right sides in FIG.
- the sheet 18A and the electrical insulating sheet 19A are in close contact, and the electrical insulating sheet 19A is in close contact with the base portion 5B of the heat sink 5. For this reason, the heat generated by the reactors L2 and L3 is transmitted to the base portion 5B of the heat sink 5 via the flexible heat conductive sheet 18A and the electrical insulating sheet 19A, and is dissipated from the radiation fins 5A.
- the screw 24 is a screw for connecting a plurality of members to form the frame-shaped holding member 21.
- the reactors L2 and L3 are effective heat radiating from the outer periphery to the heat sink 5 through the heat conductive sheet 18A when the electric circuit portion of the power conditioner PCD is accommodated in the sealed casing 1. Therefore, there is no risk of changes in the characteristics of the electric circuit elements and destruction of the elements caused by the high temperature inside the housing 1 due to the heat generated from the reactors L2, L3, and the outdoor installation type of stable operation A power conditioner PCD is obtained.
- the electric insulation between the reactors L2 and L3 and the heat sink 5 is obtained by the electric insulating sheet 19A. Therefore, it becomes a safe configuration.
- the heat conductive sheet 18A is made of a silicon polymer material impregnated with silicon oil, it becomes a flexible state having adhesiveness, and therefore can absorb vibrations generated from the reactors L2 and L3, and has a sealed structure. Thus, it is possible to provide a technology capable of reducing noise propagated to the surroundings through the casing 1 of the above.
- the reactor L1 is a base portion of the heat sink 5 exposed to the inside of the housing 1 through a flexible heat conductive sheet 18B similar to the heat conductive sheet 18A and an electric insulating sheet 19B similar to the electric insulating sheet 19A. It is the structure which the outer peripheral part of the coil part which comprises a reactor to 5B was attached thermally.
- the heat conductive sheet 18B is made of a silicon polymer material impregnated with silicon oil, and has a thickness of about 3 mm to 10 mm (for example, 5 mm).
- the electrical insulating sheet 19B is a synthetic resin sheet, and is a thin sheet having a thickness of 0.5 mm to 2 mm so that heat does not hinder conduction.
- the reactor L1 is a single reactor in which two coil portions L1C and L1C wound around two opposite sides (upper and lower sides in FIG. 6) of a quadrilateral annular core F1 are directly connected. L1 is configured. The outer periphery of each of the coil portions L1C and L1C is covered with an insulating tape 26B as necessary in order to protect the insulating coating.
- Reactor L1 has frame-shaped holding member 20 formed with holding portions 20A and 20B for holding opposite two sides (left and right sides in FIG. 6) of annular core F1 around which coil portion L1C is not wound, attached to annular core F1. Yes.
- each coil portion L1C has a part of its outer periphery bitten into the flexible heat conductive sheet 18B (indicated by K2), and is electrically insulated from the flexible heat conductive sheet 18B.
- the sheet 19B is in close contact, and the electrical insulating sheet 19B is in close contact with the base portion 5B of the heat sink 5.
- the screw 22 is a screw for connecting a plurality of members to form the frame-shaped holding member 20.
- the reactor L1 obtains effective heat dissipation from the outer periphery to the heat sink 5 through the heat conductive sheet 18B when the electric circuit portion of the power conditioner PCD is accommodated in the sealed housing 1. Therefore, there is no risk of changes in the characteristics of the electric circuit elements and destruction of the elements caused by the high temperature inside the housing 1 due to the heat generated from the reactor L1, and the outdoor-installed power conditioner PCD with stable operation. Is obtained. In addition, even when a crack or the like occurs in the heat conductive sheet 18B when the heat conductive sheet 18B is mounted in the housing 1, the electric insulation between the reactor L1 and the heat sink 5 is obtained by the electric insulating sheet 19B. It becomes a safe configuration.
- the heat conductive sheet 18B is made of a silicon polymer material impregnated with silicon oil and becomes a flexible state having adhesiveness, it can also absorb vibrations generated from the reactor L1, and has a sealed structure. A technique capable of reducing noise propagated to the surroundings through the body 1 can be provided.
- the housing 1 Since the reactors L1, L2, and L3 generate heat, the housing 1 is provided in the filter unit LPF as shown in FIGS. 6 and 8 in order to prevent the generated heat from adversely affecting other circuit elements.
- the first chamber 15 in which the reactors L2 and L3 and the reactor L1 provided in the booster DC / DC are accommodated is located in the upper position, and the second chamber 16 in which other circuit elements are accommodated is located in the lower position.
- the first chamber 15 and the second chamber 16 are partitioned by a partition wall 17 that suppresses air convection between the two chambers.
- the partition wall 17 is made of a magnetic metal so that other circuit elements are prevented from being defective due to heat and electromagnetic noise generated from the reactors L1, L2, and L3.
- the reactor L1 is disposed in the second chamber 16 when its calorific value is small, and similarly to the above, the heat sink exposed inside the housing 1 through the flexible heat conductive sheet 18B and the electric insulating sheet 19B.
- the first chamber 15 may have a configuration in which the reactors L2 and L3 having a large heat generation amount are arranged in the same manner as described above.
- the reactor L1 is wired to the printed wiring board PB1, which is one of the control boards, with a lead wire 29A, and the reactors L2, L3 are connected to the respective terminal portions.
- the wiring 29B is wired to the printed wiring board PB1
- the lead wire 29C is wired to the printed wiring board PB2 connected to the commercial power system GRID.
- the lead wires 29 ⁇ / b> A, 29 ⁇ / b> B, and 29 ⁇ / b> C are wired through the notch portion 17 ⁇ / b> A of the partition wall 17.
- the heat generated by the intelligent power module (IPM) does not adversely affect the upper reactors L1, L2, and L3.
- the heat released from the IPM) is effectively radiated by the heat sink.
- the printed wiring board PB1 is arranged in parallel with the base portion 5B on the front side of the base portion 5B with a space SP between the flat base portion 5B of the heat sink 5. Further, as circuit elements having a high voltage and a large amount of heat generation, there are switching elements T2 to T5 of the inverter section INV, and there is an IPM (intelligent power module) in which the switching elements T1 to T5 are accommodated in one package. Is attached to the base portion 5B of the heat sink 5 at a position that does not come off from the printed wiring board PB1. Specifically, the IPM is disposed on the back side of the printed wiring board PB1 in a state of being connected to the wiring of the printed wiring board PB1, as shown in FIGS.
- the back side surface (lower side surface of FIG. 2) of the IPM is a metal heat sink KH so that the heat sink KH is in close contact with the base portion 5B of the heat sink 5 exposed on the housing 1 side.
- the screw 12 is fixed to the heat sink 5.
- the heat generated from the IPM is transmitted to the heat sink 5 through the heat radiating plate KH and is dissipated from the heat radiating fins 5A of the heat sink 5.
- the heat generated by the intelligent power module (IPM) does not adversely affect the upper reactors L1, L2, and L3.
- the heat released from the IPM) is effectively radiated by the heat sink.
- the diode D0 connected to the wiring of the printed wiring board PB1 also generates heat.
- the step-up unit DC / DC, the inverter unit INV, and the filter unit LPF are formed on the printed wiring board PB1, and the heat generated from the diode D0 is transmitted to the heat sink 5 and is dissipated from the heat sink 5.
- the diode D0 is a general form in which a synthetic resin cover 50 is packaged in a flat rectangular parallelepiped shape, and two terminals 51 extend on one side thereof. If the front side terminal 51 of the printed wiring board PB1 is connected so that the diode D0 is arranged on the front side (right side in FIG. 10) of the printed wiring board PB1, the distance between the base portion 5B of the heat sink 5 and the diode D0 becomes long. Thus, it becomes difficult to attach the diode D0 to the base portion 5B of the heat sink 5.
- the terminal 51 in order to dispose the diode D0 at a position close to the base portion 5B of the heat sink 5, the terminal 51 is connected to the back side (left side in FIG. 10) of the printed wiring board PB1.
- the terminal 51 of the diode D0 is connected to the back side (left side in FIG. 10) of the printed wiring board PB1 in a straight line as shown in FIG. 11, the back side of the printed wiring board PB1 and A large distance from the base portion 5B of the heat sink 5 is required, the thickness of the housing 1 increases, and the contact surface of the diode D0 that contacts the base portion 5B of the heat sink 5 is opposite to the terminal 51. 11 (surface of 50A in FIG. 11), the heat dissipation area of the diode D0 is too small, and there is a problem that a sufficient heat dissipation effect cannot be obtained.
- the diode D0 in view of such points, a configuration is provided in which the thickness of the housing 1 is small and a good heat dissipation effect of the diode D0 can be obtained. Therefore, it is configured to be thermally conductively attached to the base portion 5B of the heat sink 5 via the heat conduction block 28 (heat conduction member) at a position near the outer periphery of the printed wiring board PB1 that is separated from the printed wiring board PB1.
- the diode D0 has a back side of the printed wiring board PB1 in which the tip of the terminal 51 is bent at a substantially right angle so that the terminal 51 is parallel to the printed wiring board PB1.
- the diode D0 is arranged corresponding to the notch 45 formed at the end of the printed wiring board PB1.
- the diode D0 has a heat conducting block such that a flat rectangular parallelepiped large surface (the lower surface 50B in FIG. 11) faces the heat conducting block 28 made of aluminum attached to the base portion 5B of the heat sink 5 with screws 41. It fixes to 28 with the heat conductive fixing tool 40.
- the fixing tool 40 has a mounting flange 40B at the other end formed on the heat conduction block 28 in a state of covering the diode D0 so that the locking projection 40A at one end is locked in the locking hole 28A formed in the heat conduction block 28.
- the screw holes 28B are fixed with screws 44 that are screwed together.
- an electrical insulation sheet 42 made of synthetic resin having a thickness of 0.5 mm to 2 mm is interposed between the diode D0 and the heat conduction block 28. ing. Since the electrical insulating sheet 42 is thin, the heat generated by the diode D0 is transmitted to the base portion 5B of the heat sink 5 through the heat conduction block 28 and is dissipated.
- the diode D0 Since the length of the terminal 5 of the existing diode D0 is generally determined, when the terminal 51 is not bent at a substantially right angle so as to be parallel to the printed wiring board PB1, the diode D0 is connected to the printed wiring board PB1. It cannot arrange
- the diode D0 By attaching the diode D0, the diode D0 is positioned on the extension of the interval SP between the printed wiring board PB1 and the heat sink 5. As described above, the IPM is attached to the back side of the printed wiring board PB1 in a state of being connected to the wiring of the printed wiring board PB1, and is disposed within the interval SP. The heat sink KH on the back side surface of the IPM is attached so as to be in close contact with the base portion 5B of the heat sink 5. For this reason, this space
- interval SP is required at least for attachment of IPM.
- the heat sink 5 can be easily attached to the base portion 5B, and the diode D0 is positioned on the extension of the interval SP.
- the diode D0 is present in the air passage that increases the distance SP, and the diode D0 is also cooled by the rising air, so that the heat dissipation effect is excellent.
- the heat radiation of the diode D0 is favorably performed to the base portion 5B of the heat sink 5 via the heat conduction block 28.
- the distance from the part 5B is increased by the thickness through the thickness of the heat conduction block 28, and the diode D0 is less susceptible to the heat radiation interference of the reactor L1.
- the diode D0 can be arranged close to the partition wall 17 in the upper part of the second chamber 16 and in the vicinity of the reactor L1, and accordingly, the reactor L1 is connected to the printed wiring board PB1.
- the lead wire 29B for connecting the lead wire 29A and the reactor L2 to the printed wiring board PB1 can be shortened.
- casing 1 can be employ
- the heat sink 5 has a single configuration, and the base portion 5B of the heat sink 5 includes the diode D0 as a heat-generating electrical component, the switching elements T2 to T5 that constitute the inverter portion INV, and the reactors L1 to L3. Therefore, as compared with the case where heat sinks for heat dissipation of these electrical components are provided, the configuration of the heat dissipation type housing 1 is simplified, and it becomes easy to arrange and attach these electrical components.
- the housing 1 is provided with a heat dissipation promotion fan 34 on the back side of the heat sink 5, and the heat dissipation promotion fan 34 is disposed at a position substantially corresponding to the IPM (intelligent power module).
- the heat dissipation promotion fan 34 is not provided, the heat dissipation of the heat sink 5 is left to the natural flow of air rising between the heat dissipation fins 5A of the heat sink 5, and the heat of the IPM (intelligent power module) is transmitted.
- the heat dissipation promoting fan 34 of the embodiment is in the form of a propeller 34B that is rotated by an electric motor 34A attached to a fan case 36K, but may be a fan of another form.
- a cover plate 35 having an area covering the entire back side of the heat radiating fin 5 ⁇ / b> A of the heat sink 5 is provided, and a blower hole 37 is formed at the center of the cover plate 35.
- the fan case 36K is attached to the peripheral edge of the air blowing hole 37 with a screw so that the heat radiation promoting fan 34 attached to the fan case 36K faces the air blowing hole 37.
- the cover plate 35 to which the heat radiation promotion fan 34 is attached has its left and right flange portions 35F fixed to the left and right portions of the base portion 5B of the heat sink 5 with screws 38.
- the heat radiating promotion fan 34 faces the air passage between the heat radiating fins 5A of the heat sink 5, It is arranged at the back side position substantially corresponding to the power module.
- the heat dissipation promotion fan 34 is disposed at a position slightly above the IPM (intelligent power module), but is disposed at a position directly behind the IPM (intelligent power module). It is preferable.
- a mounting plate 39 is disposed on the back side of the upper half of the cover plate 35 to which the heat sink 34 is mounted so as to cover the heat radiation promoting fan 34.
- the mounting plate 39 is provided at the front end flange portion 39F of the mounting leg 39E formed on the left and right sides thereof.
- This screw may be a dedicated screw, but may also be used as a screw 38 for attaching the cover plate 35.
- an attachment hole 39H for attachment to a vertical wall or the like of the outer wall of the house is formed in the upper part of the attachment plate 39.
- a space holding portion 35P bent backward is formed at the lower end portion of the cover plate 35, and the rear tip 35P1 of the space holding portion 35P is formed in a state of extending downward from the mounting plate 39.
- a flat heat insulating material 43 is stuck to a predetermined thickness. Yes. This is because the upper wall 2A of the first chamber 15 is warmed by the heat generated by the reactors L1, L2, and L3. Therefore, when the heat insulating material 43 is not present, the first chamber 15A is reduced when the ambient temperature of the power conditioner PCD decreases. There is a concern that dew is generated on the upper wall 2A of 15 and this dew falls to the reactors L1, L2, L3 and the second chamber, and the electrical insulation state deteriorates. However, since this dew condensation can be prevented by providing the heat insulating material 43, such a concern is eliminated.
- the display 30 is attached to the printed wiring board PB3, and the display 30 faces the window 33 formed in a part of the vertical recess 31 formed in the center of the lid 3.
- a transparent resin cover 32 is adhered to the entire depression 31 in a liquid-tight state so that raindrops do not enter 1.
- the display 30 displays an operation state of the inverter PCD, an error code display at the time of failure, and the like.
- the power conditioner according to the present invention is not limited to the configurations shown in the above-described embodiments, but can be applied to various forms, and includes various forms within the technical scope of the present invention.
- Diode INV ... Inverter LPF ... Filter L2, L Reactor GRID ... commercial power system PV ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ solar PB1 of ... filter portion LPF, PB2, PB3, PB4 ⁇ printed circuit board
Landscapes
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Abstract
【課題】屋外設置される筐体が防水を目的とした密閉構造である場合、パワーコンディショナの回路素子のうち、特に発熱の大きな素子が発する熱が筐体内に篭らず、放熱効果が良好となる技術を提供するものであり、特に、発熱の大きなリアクトルの放熱を考慮した新規な構成を提供する。 【解決手段】太陽電池が発電する直流電圧を昇圧する昇圧部と、前記昇圧部で昇圧した直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部で変換された交流電力の波形を整形するフィルタ部が、密閉構造の筐体内に収容されたパワーコンディショナにおいて、筐体は裏側壁の少なくとも一部がヒートシンクで構成され、ヒートシンクの基盤部と間隔を存し且つ並行にプリント配線基板が配置され、昇圧部の発熱素子は、この間隔側でプリント配線基板に接続され、且つプリント配線基板から外れた位置においてヒートシンクの基盤部に熱伝導ブロックを介して熱伝導的に取り付た。
Description
本発明は、パワーコンディショナに関し、特に、太陽電池などが発電する直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナにおける発熱部の放熱技術に関するものである。
屋内設置式の太陽光発電システム用パワーコンディショナとして、放熱特性がよく、且つ筐体表面が高温になることのないものを得るために、筐体を金属筐体とし、その筐体内に、太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換する直交変換回路と、この直交変換回路のパワーモジュールを取り付けたヒートシンクとを設置し、この金属筐体の天板の上面に外側樹脂シートを貼付したものがある(特許文献1)。
この特許文献1では、パワーコンディショナの筐体内の放熱が良好に行なえると共に、パワーコンディショナの筐体に人が触れたときのやけどなどを防止できる効果が期待でき、このパワーコンディショナは屋内設置式として有用である旨の効果が記載されている。
本発明は、このような屋内設置式パワーコンディショナではなく、屋外設置式のパワーコンディショナを提供するものであり、屋外設置式とするためにパワーコンディショナ内部に収納される電装部品放熱特性を向上させる構造に関するものである。
パワーコンディショナは、太陽電池が発電する直流電力を、ダイオードを含む昇圧回路、直流交流変換回路(DC/AC変換回路またはインバータ回路ともいう)、及びリアクタを含むフィルタ回路を通って交流電力に変換された電力が商用電力系統GRIDへ供給される構成であるが、その回路の中には、直流交流変換回路、フィルタ回路のリアクタ、及び昇圧回路のダイオードのように発熱が大きな電装部品がある。これらの発熱が筐体内に篭れば、これらの回路素子の特性が変化し、または動作不良となる虞がある。
直流交流変換回路及びフィルタ回路のリアクタから発する熱をヒートシンクから放散させる技術は種々考案されているが、本発明は、特に、昇圧回路の発熱性の電装部品(ダイオードなど)から発生される熱が筐体内に篭らず、ヒートシンクを介して筐体外へ良好に放熱される技術を提供するものである。
また、本発明は、単一のヒートシンクに直流交流変換回路及びリアクタに加えて昇圧回路の発熱性の電装部品を取り付けた際にヒートシンク上で夫々の部品の放熱が熱干渉するのを抑制し筐体外へ良好に放熱される技術を提供するものである。
本発明のパワーコンディショナは、太陽電池などが発電する直流電力の電圧を昇圧する昇圧部と、前記昇圧部で昇圧した直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部で変換された交流電力の波形を整形するフィルタ部が、単一の筐体内に収容されたパワーコンディショナにおいて、前記筐体は防水のための密閉構造を有し且つ裏側壁の少なくとも一部がヒートシンクで構成され、前記ヒートシンクの基盤部と間隔を存し且つ略並行にプリント配線基板が配置され、前記昇圧部を構成する発熱性の電装部品を、前記プリント配線基板に接続し、且つ前記プリント配線基板から外れた外周近傍の位置において前記ヒートシンクの基盤部に熱伝導部材を介して熱伝導的に取り付けると共に、前記インバータ部を構成するスイッチング素子を前記プリント配線基板に接続し、且つ前記プリント配線基板から外れない位置において前記ヒートシンクの基盤部に熱伝導的に取り付けることを特徴とする。
これにより、昇圧部を構成する発熱性の電装部品を、プリント配線基板に接続し、且つプリント配線基板から外れた外周近傍の位置においてヒートシンクの基盤部に熱伝導ブロックを介して熱伝導的に取り付ける。このため、筐体内に配置されるプリント配線基板の配置との関係において、昇圧部を構成する発熱性の電装部品から発生される熱が筐体内に篭らず、筐体外へ良好に放熱される効果が得られる。また、この発熱性の電装部品は、プリント配線基板から外れた位置において熱伝導部材へ取り付けられるため、プリント配線基板への接続端子を特別に長くしなくても接続でき、その接続したプリント配線基板を取り付けた後に熱伝導部材へ取り付けることができ、熱伝導部材への取り付け作業もし易くなる。また、プリント配線基板に接続したインバータ部を構成するスイッチング素子は、プリント配線基板から外れない位置においてヒートシンクの基盤部に熱伝導的に取り付けるため、プリント配線基板のヒートシンクの基盤部側にスイッチング素子を配置でき、プリント配線基板のヒートシンクの基盤部との間隔を有効活用した放熱性のよい配置とすることができる。
また、上述の発明において、前記筐体内は、前記フィルタ部を構成するリアクトルを上部側に収容し、前記プリント配線基板を含む他の回路素子を下側に収容して前記ヒートシンクの基盤部と前記プリント配線基板との間の前記間隔に空気の上昇通路を構成したことを特徴とする。
また、上述の発明において、前記ヒートシンクはアルミニウム製であり、前記熱伝導部材は前記ヒートシンクの基盤部に取り付けたブロック状のアルミニウム製であり、前記発熱性の電装部品は、固定具によって前記熱伝導部材の前面側に固定したことを特徴とする。
また、上述の発明において、前記フィルタ部に備えたリアクトルが、当該リアクトルのコイル外周を柔軟性の熱伝導シートと電気絶縁シートを介して前記ヒートシンクの基盤部に熱伝導的に取り付けたことを特徴とする。
また、上述の発明において、前記昇圧部に備えたリアクトルが、当該リアクトルの外周を柔軟性の熱伝導シートと電気絶縁シートを介して前記ヒートシンクの基盤部に熱伝導的に取り付けたことを特徴とする。
また、上述の発明において、前記筐体内は、前記フィルタ部に備えたリアクト及び前記昇圧部に備えたリアクトルが収容される室が上部室となり、前記プリント配線基板を含む他の回路素子が収容される室が下部室となるように前記両室間の空気対流を抑制する区画壁にて区画され、前記発熱性の電装部品は前記区画壁に近接して前記リアクトルの近傍配置とすることを特徴とする。
また、上述の発明において、前記筐体内は、前記リアクトルが収容される室が上部室となり、前記プリント配線基板を含む他の回路素子が収容される室が下部室となるように前記両室間の空気対流を抑制する区画壁にて区画され、前記発熱性の電装部品は前記区画壁に近接して前記リアクトルの近傍配置とすることを特徴とする。
また、上述の発明において前記熱伝導シートは、表面に前記リアクトルのコイル外周が食い込み状態で当接する厚さの柔軟性を備え、前記電気絶縁シートは前記熱伝導シートの裏面を保持して前記リアクトルの発熱が前記ヒートシンクに良好に伝達される厚さのシートであることを特徴とする。
また、上述の発明において、前記筐体は、周囲が金属板で囲まれ表側に開口し裏側壁の少なくとも一部がヒートシンクで構成されたケーシングの前記表側の開口が開閉可能な蓋にて閉じられた防水のための密閉構造であり、前記開口を表側として前記リアクトルが収容される室が上位置となる状態で前記ヒートシンク側が取り付け側であり、前記インバータ部を構成するように複数のスイッチング素子がブリッジ状に電気接続されたインテリジェントパワーモジュール(IPM)が前記他の回路素子が収容される室に配置され、前記インテリジェントパワーモジュール(IPM)の放熱面が、前記筐体の内側に露出した前記ヒートシンクに熱伝導的に取り付けられたことを特徴とする。
また、上述の発明において、前記筐体は、前記ヒートシンクの裏側面に放熱促進用ファンを設け、前記放熱促進用ファンを前記インテリジェントパワーモジュール(IPM)に対応する位置に配置したことを特徴とする。
また、上述の発明において、前記筐体は、前記裏側壁を有する表側開口のケーシングと、このケーシングの表側開口を開閉するように前記ケーシングに着脱可能に固定される蓋と、前記蓋の裏側に取り付けられ前記ケーシングの表側開口の周囲壁の前端が食い込み状態で密着するパッキンを備え、前記ケーシングの内側には前記パワーコンディショナの所定の回路部を開閉するスイッチを設け、前記ケーシングの周囲壁の下壁には、前記スイッチを手動操作するスイッチ操作部が下方へ突出する状態に設けられ、前記スイッチ操作部がスイッチの回路を閉じるON状態のとき前記ケーシングからの前記蓋の取り外しを阻止し、且つ前記スイッチ操作部がスイッチの回路を開くOFF状態のとき前記阻止が解除される蓋開閉規制部を備えたことを特徴とする。
また、上述の発明において、前記スイッチ操作部は、スイッチの回路を開くOFF状態からスイッチの回路を閉じるON状態へ回動しこの回動と逆回動にてスイッチON状態からスイッチOFF状態へ復帰する回動式であり、前記蓋開閉規制部は前記蓋の裏側に前記スイッチ操作部の回動に伴って回動する回動係止部が係止及び係止解除となる固定側係止部を備え、前記スイッチON状態のとき前記回動係止部が前記固定側係止部に係止して前記蓋の取り外しが阻止され、前記スイッチOFF状態のとき前記阻止が解除される構造を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、発熱性の電装部品から発生される熱が筐体内に篭らず、ヒートシンクを介して筐体外へ良好に放熱されるパワーコンディショナを提供することができる。
本実施例は、太陽電池などが発電する直流電力の電圧を昇圧する昇圧部と、前記昇圧部で昇圧した直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部で変換された交流電力の波形を整形するフィルタ部が、単一の筐体内に収容されたパワーコンディショナにおいて、前記筐体は防水のための密閉構造を有し且つ裏側壁の少なくとも一部がヒートシンクで構成され、前記ヒートシンクの基盤部と間隔を存し且つ略並行にプリント配線基板が配置され、前記昇圧部を構成する発熱性の電装部品を、前記プリント配線基板に接続し、且つ前記プリント配線基板から外れた外周近傍の位置において前記ヒートシンクの基盤部に熱伝導部材を介して熱伝導的に取り付けると共に前記インバータ部を構成するスイッチング素子を前記プリント配線基板に接続し、且つ前記プリント配線基板から外れない位置において前記ヒートシンクの基盤部に熱伝導的に取り付ける構成であり、以下にその実施例を図に基づき説明する。
本実施例に係るパワーコンディショナPCDは、高電圧となる電装部品を含み所期の動作をする電気回路部CTが筐体1内に収容された形態である。この電気回路部CTのうち、図1には本実施例に係るパワーコンディショナPCDの主回路MCの構成を示している。図1において、太陽電池PVが発電する直流電力の直流電圧を昇圧する昇圧回路を構成する昇圧部DC/DCを備え、昇圧部DC/DCで昇圧した直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するインバータ部INVを備える。直流電源である太陽電池PVからの直流電力は、チョッパ動作により昇圧部DC/DCにて昇圧され、昇圧部DC/DCで昇圧した直流電力は、インバータ部INVにより交流電力に変換(DC/AC変換という)された後、ローパスフィルタ回路を構成するフィルタ部LPFを介して商用電力系統GRIDの周波数に相当する所定の低周波数の正弦波の交流電力として単相交流200Vの商用電力系統GRIDへ供給される構成である。昇圧部やインバータ部などは高電圧となる電装部品である。
図1において、昇圧部DC/DCは、リアクトルL1、スイッチング素子T1、ダイオードD0、ダイオードD1及びコンデンサC1で昇圧回路が構成され、太陽電池PVから供給される直流電圧は、チョッパ制御部H1による制御によってスイッチング素子T1がON(オンという)及びOFF(オフという)動作して所定電圧に昇圧される。
また、インバータ部INVは、スイッチング制御のために4個のスイッチング素子T2~T5が単相フルブリッジ接続されており、4個のスイッチング素子T2~T5が、昇圧部DC/DCから供給される直流電力をPWM制御部H2によってON(オンという)及びOFF(オフという)動作して、商用電力系統GRIDの周波数に相当する所定の周波数の交流電力に変換される。このため、インバータ部INVは、DC/AC変換部と称することができる。
フィルタ部LPFは、リアクトルL2、リアクトルL3及びコンデンサC3にて高周波数を遮断するローパスフィルタ回路を構成し、インバータ部INVのスイッチング素子T2とT3の接続点QがリアクトルL2に接続され、スイッチング素子T4とT5の接続点RがリアクトルL3に接続され、インバータ部INVから出力されるパルス電圧を平滑して(高周波成分を除去して)商用電力系統GRIDの周波数に相当する周波数の正弦波の交流電圧とし、制御リレーRYを介して商用電力系統GRIDへ出力される。
図1において、昇圧部DC/DCは、スイッチング素子T1がオン(ONとする)状態になるとリアクトルL1にエネルギーが蓄積され、スイッチング素子T1がオフ(OFFとする)状態になるとリアクトルL1に蓄積されたエネルギーが放出されてコンデンサC1に充電される。この場合、スイッチング素子T1がON時間とOFF時間の割合を制御することにより、昇圧部DC/DCは、太陽電池PVから供給される直流電力の電圧を所定の電圧に昇圧する。ダイオードD1は、電流が太陽電池PV側へ逆流しないようにするためであり、スイッチング素子T1に並列のダイオードは、スイッチング素子T1の保護のためである。
ダイオードD0はリアクトルL1とダイオードD1をバイパスするように接続されており、太陽電池PVの発電電圧がコンデンサC1の端子電圧(位置Pの電圧)を超える場合に太陽電池PVの出力が直接このダイオードD0を介してコンデンサC1を充電しインバータ部INVへ供給されるものである。すなわち、太陽電池PVの発電量が大きく昇圧部DC/DCによる昇圧を必要としないときは、太陽電池PVの出力がリアクトルL1、ダイオードD1を経ることなくインバータ部INVへ供給され、少なくともリアクタL1による発電電力の損失を防止できパワーコンディショナでの変換効率を上げることができるものである。一方、太陽電池PVの出力が連続して通過するためその発熱量は大きいものとなる。この発熱量はダイオードD1がスイッチング素子T1の動作で断続的に通電される状態に比して大きいものである。
このような動作において、昇圧部DC/DCは、その出力が最大値(PWとする)になるようにするために、太陽電池PVの出力電力の最大点で動作させる制御を行うようにチョッパ制御部H1が動作する。このための一つの制御方式として、昇圧部DC/DCから出力される電圧と電流とを検出し、その積(出力電力)が最大になるように昇圧部DC/DCの昇圧率を制御する。例えば、太陽電池PVの電流ISと、太陽電池PVと並列接続されたコンデンサCSの電圧VCSと、リアクトルL1の電流ILとをチョッパ制御部H1が検出し、それによってスイッチング素子T1をスイッチング制御して、昇圧部DC/DCから出力される電力が最大になるように、この昇圧比(スイッチング素子T1のONデューティ)の制御をすることができる。
また、インバータ部INVは、前記最大値(PWとする)に基づいて算出した電流が商用電力系統GRIDへ出力されるように、PWM制御部H2によって商用電力系統GRIDへ重畳される前記正弦波の交流電圧のピーク値を制御する。
図1に示すように、パワーコンディショナPCDの主回路MCの主制御部Hは、チョッパ制御部H1とPWM制御部H2を含んでいる。パワーコンディショナPCDの主回路MCは、図1に点線で囲む部分が一つのプリント配線基板PB1に配線され、スイッチング素子T1~T5のそれぞれは、通常、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)と称するものである。スイッチング素子T2~T5は、図2に示すように、単一(一つ)のパッケージに収容される形態でモジュール化されており、IPM(インテリジェントパワーモジュール)と称する。なお、製造上のメリットを出すために、スイッチング素子T1及びダイオードD1もスイッチング素子T2~T5と共に単一(一つ)のパッケージに収容される形態でモジュール化することができる。このため、図2に示すものは、スイッチング素子T1~T5及びダイオードD1が単一(一つ)のパッケージに収容されたIPMモジュールを示している。
このIPMにおいて、V1、V2は図1に示すV1、V2に相当し、P、Q、Rが図1に示すP、Q、Rに相当する。発熱量の大きい回路素子として、インバータ部INVのスイッチング素子T2~T5があり、後述のように、このスイッチング素子T2~T5を収容したIPMは、裏側面(図2の下側面)がアルミニウム等の金属製の放熱面KHとなっており、この放熱面KHが後述のヒートシンク5の前面に密着するように、ネジ12によってIPMの取り付けフランジ部がヒートシンク5に固定され、IPMから発生する熱がヒートシンク5によって放熱される構成である。
図4は、防水のための密閉構造の筐体内に収容された本実施例に係るパワーコンディショナPCDの全体斜視図である。パワーコンディショナPCDは屋外に縦方向に設置されるものであり、例えば家屋の外壁の縦壁HKに略垂直状態に取り付けられるものである。このため、図1に示す主回路を含めて、電気回路部分を雨滴などから保護するために防水構造の筐体1に収容した形態とする。
筐体1は、略直方形状の金属製箱体であり、金属製ケーシング2と、このケーシング2の表側の開口1Aを開閉可能な金属製蓋3にて閉じられ、裏側壁の少なくとも一部がヒートシンク5で構成され、内部にパワーコンディショナPCDの電気回路部が収容された構成である。ヒートシンク5は、平板状の基盤部5Bの裏側に縦方向の放熱フィン5Aが上下方向の空気通路5Cを存して複数並列形成されたものであり、ヒートシンク5は、アルミニウムなどの熱良導体で押し出し成形される長尺のものを所定長さに切断することにより、量産される。ヒートシンク5は、基盤部5Bが筐体1内に臨み放熱フィン5Aが筐体1の裏側に露出した状態でケーシング2に取り付けられる。筐体1を金属製としたのは、屋外設置であるため、太陽光に対して劣化しないように耐光性を考慮したものである。
ケーシング2は、上下の壁2A、2B及び左右の壁2C、2Dでもって周囲壁2Sを構成し、表側と裏側に開口2F、2Rを形成した金属製である。ケーシング2の裏側壁の少なくとも一部がヒートシンク5で構成されるように、ケーシング2の裏壁2Eに形成した裏側開口2Rの周縁部のフランジ2R1に、ヒートシンク5の基盤部5Bが密着するようにネジ9にて取り付けられ、ケーシング2の裏側開口2Rが防水状態に塞がれている。この取り付けによって、放熱フィン5Aが筐体1の裏側に露出した状態となる。この場合、フランジ2R1とヒートシンク5の間にシール用パッキンを介在させてもよい。
また、ケーシング2の表側開口2Fは開閉可能な蓋3にて防水状態に閉じられる。蓋3の内側周縁に環状の防水用パッキン4が両面テープ等によって取り付けられている。蓋3の左右辺部に形成した取り付け部3B、3Cを貫通する取り付け孔10を通して、ネジ11にてケーシング2の周囲壁2Sの左右の壁2C、2Dに設けた取り付けフランジ8B、8Cに固定される。この固定によって、ケーシング2の表側開口2Fを形成する周囲壁2Sの先端(前端)が、パッキン4に食い込み状態で当接することによって、ケーシング2と蓋3が防水状態にシールされる。蓋3はネジ11を緩めることによってケーシング2から取り外し可能である。
ケーシング2の周囲壁2Sの上壁2Aには、上方へ突出状態に係止フランジ8Aが設けられており、ケーシング2への蓋3の取り付けは、家屋の外壁の縦壁HKに略垂直状態に取り付けられたケーシング2に対して、蓋3の下部を持ち上げた斜め状態において、図15に示すように、蓋3の上辺3Aに下向き形成した係止部3A1をケーシング2の上壁2Aの係止フランジ8Aに係止するように操作し、この係止状態から矢印Y方向へ蓋3の下部をケーシング2に近づけつつ蓋3の回動によってケーシング2の表側開口1Aを閉じ、蓋3は表側開口1Aの全体を覆う大きさを有しており、上記のように、ネジ11にてケーシング2の周囲壁2Sの左右の壁2C、2Dに設けた取り付けフランジ8B、8Cに固定する。この固定によって、図16に示すように、表側開口1Aの周縁を形成する周囲壁2Sの先端(前端)が蓋3の内側周縁に取り付けた防水用パッキン4に食い込み状態で密着し、表側開口1Aの全周で防水シール状態となる。
蓋3の取り外しを行う場合は、ネジ11を緩め、図15に示すように、ケーシング2に対して蓋3の下部を持ち上げて斜め状態にした状態で、係止フランジ8Aから蓋3の上辺3Aの係止部3A1が外れる位置まで蓋3を上方へ持ち上げ、その状態で蓋3を手前に引けば、ケーシング2から蓋3を取り外すことができる。
ケーシング2の周囲壁2Sの下壁2Bには、リード線引き出し部6と手動操作のスイッチ操作部7が下壁2Bから下方へ突出する状態に設けられている。リード線引き出し部6は、筐体1内に収容された電気回路部CTと太陽電池PVとを接続する接続ラインや、フィルタ回路LPF及び制御リレーRYを介して商用電力系統GRIDへ接続する接続ライン等のリード線が通る部分である。スイッチ操作部7は、筐体1内に配置されたスイッチSWのON・OFF制御を筐体1の外側から手動操作する部分である。スイッチSWは、パワーコンディショナPCDの所定の回路部を開閉するスイッチであり、実施例では、太陽電池PVからの発電出力をパワーコンディショナPCDの所定の回路部へ接続するリード線に介在し、このリード線を開閉接片が直接回路を開閉してON状態-OFF状態を切り換えるスイッチSWを示している。スイッチSWは、ケーシング2の周囲壁2Sの下壁2Bに近接してケーシング2内に配置されており、スイッチSWから下壁2Bを貫通して筐体1外へ延びる操作軸7Jにスイッチ操作部7が取り付けられている。これらリード線引き出し部6とスイッチ操作部7は、ケーシング2に下壁2Bに対して適宜の防水シール構成の取り付け構造となっている。リード線引き出し部6とスイッチ操作部7を下壁2Bに設けたのは、雨滴が掛かり難い領域であるからである。
また、本実施例では、安全性向上のために、スイッチ操作部7がスイッチON状態のときケーシング2からの蓋3の取り外しを阻止し、スイッチ操作部7がスイッチOFF状態のとき、蓋3の取り外しを阻止する状態が解除される蓋開閉規制部を備えた構成としている。以下にこの構成を記載する。
この蓋開閉規制部を備えた構成の一つについて説明する。図18乃至図20に示すように、スイッチ操作部7は、スイッチSWのOFF状態からスイッチSWのON状態へ回動し、この回動と逆回動にてスイッチSWのON状態からスイッチSWのOFF状態へ復帰する回動式である。図18乃至図20に示すように、蓋3の下辺部の一部には、後方へ延出するフランジ3Fが形成されており、このフランジ3Fには、スイッチSWのOFF状態のとき、スイッチ操作部7が潜り抜けることができる孔または切り欠き60が形成されている。図18乃至図20には、スイッチSWのOFF状態のとき、スイッチ操作部7が潜り抜けることができるようなスイッチ操作部7と類似形状の切り欠き60を示す構成であるが、スイッチSWのOFF状態のときスイッチ操作部7が潜り抜けることができ、且つスイッチON状態のときスイッチ操作部7が潜り抜けることができない切り欠き60または孔60でもよい。
図18及び図20に示すスイッチSWのOFF状態において、ネジ11を緩めて外し、図15に示すように、蓋3の上辺3Aの係止部3A1とケーシング2の上壁2Aの係止フランジ8Aとの係合部を軸として、蓋3の下部を手前に引く回動によって蓋3は斜め状態になり、この回動に伴って、スイッチ操作部7が孔または切り欠き60から潜り抜ける。このように、スイッチ操作部7による蓋3の回動阻止がなく、蓋3はスムースに図15に示すように斜め状態になり、この状態で係止フランジ8Aから蓋3の上辺3Aの係止部3A1が外れる位置まで蓋3を上方へ持ち上げ、その状態で蓋3を手前に引けば、ケーシング2から蓋3を取り外すことができる。
図20の状態は、スイッチSWのOFF状態のときのスイッチ操作部7の状態を示すが、図19に示すように、スイッチ操作部7を反時計回りに略90度回動させることによって、スイッチSWがON状態となる。このスイッチSWのON状態では、スイッチ操作部7は、孔または切り欠き60との対応が外れてフランジ3Fに覆い被さる位置となる。この状態で、ネジ11を緩め外し、上記のように、蓋3の上辺3Aの係止部3A1とケーシング2の上壁2Aの係止フランジ8Aとの係合部を軸として、蓋3の下部を手前に引く回動操作を行う場合、孔または切り欠き60の周縁部のフランジ3Fがスイッチ操作部7の裏側に当接するため、それ以上に蓋3の回動操作が阻止され、蓋3の取り外しができないこととなる。このように、スイッチSWがON状態のときは、ネジ11を緩め外しても、蓋3をケーシング2から取り外しできないため、ケーシング2内のパワーコンディショナPCDの電気回路部へ触れることができず、安全性が保たれることとなる。
図21及び図22には、蓋開閉規制部の他の構成を示している。これにおいて、スイッチSWから下壁2Bを貫通して筐体1外へ延びる操作軸7Jの筐体1内の部分に、先端が鉤部61Pに屈曲した回動係止部61が固定されている。一方、この回動係止部61に対応して蓋3の裏側には、固定側係止部62を固定している。この構成において、図21に点線7Aで示すようにスイッチ操作部7がスイッチSWのOFF状態のとき、回動係止部61は点線61Aのように係止解除状態になっており、回動係止部61が蓋3の裏側の固定側係止部62から外れた状態である。このため、ネジ11を緩め外し、図15に示すように、蓋3の上辺3Aの係止部3A1とケーシング2の上壁2Aの係止フランジ8Aとの係合部を軸として、蓋3の下部を手前に引く回動によって蓋3は斜め状態になり、蓋3はスムースに図15に示すように斜め状態になり、この状態で係止フランジ8Aから蓋3の上辺3Aの係止部3A1が外れる位置まで蓋3を上方へ持ち上げ、その状態で蓋3を手前に引けば、ケーシング2から蓋3を取り外すことができる。
一方、図21に実線で示すように、スイッチ操作部7を反時計回りに略90度回動させることによって、スイッチSWがON状態となる。このスイッチSWのON状態では、回動係止部61は実線のように立ち上がった係止状態になっており、図22に示すように、回動係止部61の鉤61Pが蓋3の裏側の固定側係止部62に係止した状態である。この状態で、ネジ11を緩め外し、上記のように、蓋3の上辺3Aの係止部3A1とケーシング2の上壁2Aの係止フランジ8Aとの係合部を軸として、蓋3の下部を手前に引く回動操作を行う場合、回動係止部61の鉤61Pが蓋3の裏側の固定側係止部62に係止して、それ以上に蓋3の回動操作が阻止され、蓋3の取り外しができないこととなる。このように、スイッチSWがON状態のときは、ネジ11を緩め外しても、蓋3をケーシング2から取り外しできないため、ケーシング2内のパワーコンディショナPCDの電気回路部へ触れることができず、昇圧部やインバータ部などの高電圧となる電装部品に触れることが無く安全性が保たれることとなる。
なお、蓋開閉規制部の構成は、上記の構成に拘わらず、スイッチ操作部7がスイッチSWのON状態のとき、ケーシング2からの蓋3の取り外しを阻止し、且つスイッチ操作部7がスイッチSWのOFF状態のときこの阻止が解除される他の構成によって、パワーコンディショナとして動作中は、この蓋を開けることができないようにして、高圧部に触れることを防止して安全を図るようにするものである。
次に、発熱の大きな素子である、インバータ部INV、昇圧部DC/DCに備えたリアクトルL1、及びフィルタ部LPFに備えたリアクトルL2、L3の発熱を放散させるための技術について記載する。
筐体1内に収容されたパワーコンディショナPCDの電気回路部は、主回路MCの配線を含めて、複数のプリント配線基板PB1~PB5に形成され、筐体1内の収容配置は、発熱量の大きな回路素子であるリアクトルL1、L2、L3が配置される第1室15と、プリント配線基板PB1~PB5及びそれらに形成されたその他の電気回路部分が収容される第2室16とに区画壁17によって区画されている。昇圧部DC/DC、インバータ部INV及びフィルタ部LPFは、それらを構成する電気素子が接続されるプリント配線基板PB1に形成されている。プリント配線基板PB1~PB5は、ヒートシンク5の平板状の基盤部5Bと間隔を存して基盤部5Bの前面側に並行に配置している。
リアクトルL2、L3は、図7、9、14~17に示すように、その外周を柔軟性の熱伝導シート18Aと電気絶縁シート19Aを介して、筐体1の内側に露出したヒートシンク5の基盤部5Bにリアクトルを構成するコイル部の外周部が熱伝導的に取り付けた構成である。熱伝導シート18Aは、シリコンオイルを含浸させたシリコン高分子材で構成され、厚さが略3mm~10mm(例えば5mm)である。また電気絶縁シート19Aは合成樹脂製シートであり、熱が伝導の阻害とならないように厚さが0.5mm~2mmの薄いシートである。
図6及び図9に示すように、リアクトルL2、L3は、四辺形状の環状鉄心F2の対向二辺(図6の上下辺)にそれぞれコイル部L2C、L3Cが巻回されたものであり、図15及び図16に示すように、各コイル部L2C、L3Cは、その絶縁被覆の保護するために必要に応じて外周が絶縁テープ26Aによって覆われている。リアクトルL2、L3は、コイル部L2C、L3Cが巻回されない環状鉄心F2の対向二辺(図6の左右辺)を保持する保持部21A、21Bを形成した枠状の保持部材21が環状鉄心F2に取り付けられている。保持部材21に形成した4箇所の取り付けフランジ21Fが、ネジ25によってヒートシンク5の基盤部5Bに固定されることによって、リアクトルL2、L3は、熱伝導シート18Aと電気絶縁シート19Aを介してヒートシンク5に取り付けられる。この取り付けによって、図15及び図16に示すように、各コイル部L2C、L3Cは、その外周の一部が柔軟性の熱伝導シート18Aに食い込み状態(K1で示す)となり、柔軟性の熱伝導シート18Aと電気絶縁シート19Aは密着し、電気絶縁シート19Aはヒートシンク5の基盤部5Bに密着する。このため、リアクトルL2、L3の発熱は、柔軟性の熱伝導シート18Aと電気絶縁シート19Aを介してヒートシンク5の基盤部5Bに伝達され、放熱フィン5Aから放散される。ネジ24は複数の部材を結合して枠状の保持部材21を形成するためのネジである。
このように、リアクトルL2、L3は、パワーコンディショナPCDの電気回路部が密閉構造の筐体1内に収容される場合において、その外周から熱伝導シート18Aを通してヒートシンク5に伝熱する効果的放熱を得ることができるため、リアクトルL2、L3から発する熱によって筐体1内が高温によるなることにより生じる電気回路素子の特性の変化や素子の破壊等の虞がなく、安定動作の屋外設置型のパワーコンディショナPCDが得られるものとなる。また、筐体1内への熱伝導シート18Aの取り付け等の際に熱伝導シート18Aに亀裂などが生じた場合にも、電気絶縁シート19AによってリアクトルL2、L3とヒートシンク5との電気絶縁が得られるため、安全構成となる。更に、熱伝導シート18Aは、シリコンオイルを含浸させたシリコン高分子材で構成されることにより、粘着性を有する柔軟性の状態となるため、リアクトルL2、L3から生じる振動も吸収でき、密閉構造の筐体1を介して周囲に伝播される騒音を低減できる技術が提供できるものとなる。
また、リアクトルL1は、熱伝導シート18Aと同様の柔軟性の熱伝導シート18Bと、電気絶縁シート19Aと同様の電気絶縁シート19Bを介して、筐体1の内側に露出したヒートシンク5の基盤部5Bにリアクトルを構成するコイル部の外周部が熱伝導的に取り付けた構成である。熱伝導シート18Bは、シリコンオイルを含浸させたシリコン高分子材で構成され、厚さが略3mm~10mm(例えば5mm)である。また電気絶縁シート19Bは合成樹脂製シートであり、熱が伝導の阻害とならないように厚さが0.5mm~2mmの薄いシートである。
リアクトルL1は、図6及び図9に示すように、四辺形状の環状鉄心F1の対向二辺(図6の上下辺)に巻回した二つコイル部L1C、L1Cが直接接続されてひとつのリアクトルL1を構成したものである。コイル部L1C、L1Cは、その絶縁被覆の保護するために必要に応じてそれぞれ外周が絶縁テープ26Bによって覆われている。リアクトルL1は、コイル部L1Cが巻回されない環状鉄心F1の対向二辺(図6の左右辺)を保持する保持部20A、20Bを形成した枠状の保持部材20が環状鉄心F1に取り付けられている。保持部材20に形成した4箇所の取り付けフランジ20Fが、ネジ23によってヒートシンク5の基盤部5Bに固定されることによって、リアクトルL1は、熱伝導シート18Bと電気絶縁シート19Bを介してヒートシンク5に取り付けられる。この取り付けによって、図17に示すように、各コイル部L1Cは、その外周の一部が柔軟性の熱伝導シート18Bに食い込み状態(K2で示す)となり、柔軟性の熱伝導シート18Bと電気絶縁シート19Bは密着し、電気絶縁シート19Bはヒートシンク5の基盤部5Bに密着する。このため、リアクトルL1の発熱は、柔軟性の熱伝導シート18Bと電気絶縁シート19Bを介してヒートシンク5の基盤部5Bに伝達され、放熱フィン5Aから放散される。ネジ22は複数の部材を結合して枠状の保持部材20を形成するためのネジである。
このように、リアクトルL1は、パワーコンディショナPCDの電気回路部が密閉構造の筐体1内に収容される場合において、その外周から熱伝導シート18Bを通してヒートシンク5に伝熱する効果的放熱を得ることができるため、リアクトルL1から発する熱によって筐体1内が高温によるなることにより生じる電気回路素子の特性の変化や素子の破壊等の虞がなく、安定動作の屋外設置型のパワーコンディショナPCDが得られるものとなる。また、筐体1内への熱伝導シート18Bの取り付け等の際に熱伝導シート18Bに亀裂などが生じた場合にも、電気絶縁シート19BによってリアクトルL1とヒートシンク5との電気絶縁が得られるため、安全構成となる。更に、熱伝導シート18Bは、シリコンオイルを含浸させたシリコン高分子材で構成されることにより、粘着性を有する柔軟性の状態となるため、リアクトルL1から生じる振動も吸収でき、密閉構造の筐体1を介して周囲に伝播される騒音を低減できる技術が提供できるものとなる。
リアクトルL1、L2、L3は発熱するため、この発熱が他の回路素子へ悪影響を及ぼさないようにするために、筐体1内は、図6及び図8に示すように、フィルタ部LPFに備えたリアクトルL2、L3、及び昇圧部DC/DCに備えたリアクトルL1が収容される第1室15が上位置となり、他の回路素子が収容される第2室16が下位置となるように配置し、第1室15と第2室16は、両室間の空気対流を抑制する区画壁17にて区画されている。区画壁17は、リアクトルL1、L2、L3から発生する熱及び電磁ノイズによって他の回路素子が不良になることが防止されるように、磁性体の金属製で構成される。
なお、リアクトルL1はその発熱量が少ない場合は第2室16に配置し、上記同様に、柔軟性の熱伝導シート18Bと、電気絶縁シート19Bを介して、筐体1の内側に露出したヒートシンク5の基盤部5Bに熱伝導的に取り付けた構成とし、第1室15には上記同様の構成によって、発熱量の大きいリアクトルL2、L3を配置した状態でもよい。
図6、図7等に示すように、リアクトルL1は、端子部がリード線29Aでもって制御基板の一つであるプリント配線基板PB1に配線され、リアクトルL2、L3は、それぞれの端子部がリード線29Bでもってプリント配線基板PB1に配線されると共に、リード線29Cでもって商用電力系統GRIDへ接続されるプリント配線基板PB2に配線されている。この場合、リード線29A、29B、29Cは、区画壁17の切り欠き部17Aを通して配線されている。
このIPMは第2室16に配置されているため、インテリジェントパワーモジュール(IPM)の発熱が上部のリアクトルL1、L2、L3に悪影響を及ぼさず、リアクトルから発生する熱の放熱と、インテリジェントパワーモジュール(IPM)から発生する熱の放熱とが、ヒートシンクによって効果的に放熱されるものとなる。
プリント配線基板PB1は、ヒートシンク5の平板状の基盤部5Bと間隔SPを存して基盤部5Bの前面側に基盤部5Bに並行に配置している。また、高電圧となり発熱量の大きい回路素子としては、インバータ部INVのスイッチング素子T2~T5があり、スイッチング素子T1~T5を一つのパッケージに収容したIPM(インテリジェントパワーモジュール)があるが、このIPMは、プリント配線基板PB1から外れない位置において、ヒートシンク5の基盤部5Bに取り付けられる。具体的には、IPMは、間隔SPに配置されるように、図2、図3及び図7に示すように、プリント配線基板PB1の配線と接続する状態でプリント配線基板PB1の裏側に配置され、且つ、このIPMの裏側面(図2の下側面)が金属製の放熱板KHとなっており、この放熱板KHが筐体1側に露出したヒートシンク5の基盤部5Bに密着するように、ネジ12によってヒートシンク5に固定されている。これによって、IPMから発生する熱は、放熱板KHを通してヒートシンク5に伝達され、ヒートシンク5の放熱フィン5Aから放散される構成である。
このIPMは第2室16に配置されているため、インテリジェントパワーモジュール(IPM)の発熱が上部のリアクトルL1、L2、L3に悪影響を及ぼさず、リアクトルから発生する熱の放熱と、インテリジェントパワーモジュール(IPM)から発生する熱の放熱とが、ヒートシンクによって効果的に放熱されるものとなる。
また、プリント配線基板PB1の配線へ接続したダイオードD0も発熱する。昇圧部DC/DC、インバータ部INV及びフィルタ部LPFは、プリント配線基板PB1に形成されており、このダイオードD0から発生する熱をヒートシンク5へ伝達し、ヒートシンク5から放散する構成とする。図11に示すように、ダイオードD0は、合成樹脂製カバー50で扁平直方体状にパッケージされ、その一方側に2本に端子51が延出した一般的な形態である。このダイオードD0をプリント配線基板PB1の前面側(図10の右側)に配置するように、プリント配線基板PB1の前面側端子51を接続すれば、ヒートシンク5の基盤部5BとダイオードD0の距離が長くなりすぎて、ヒートシンク5の基盤部5BへダイオードD0を取り付けることが困難となる。
このため本実施例では、ヒートシンク5の基盤部5Bに近い位置にダイオードD0を配置するために、端子51をプリント配線基板PB1の裏面側(図10の左側)に接続する構成としている。このような配置にする場合、ダイオードD0の端子51を図11に示すような直線状のままプリント配線基板PB1の裏面側(図10の左側)に接続すれば、プリント配線基板PB1の裏面側とヒートシンク5の基盤部5Bとの大きな間隔が必要になり、筐体1の厚さが大きくなると共に、ヒートシンク5の基盤部5Bへ当接するダイオードD0の当接面は、端子51とは反対側の面(図11の50Aの面)となり、ダイオードD0の放熱面積としては少なすぎ、十分な放熱効果は得られなくなる、という問題が生じる。
本実施例では、このような点に鑑み、筐体1の厚さが小さく、且つダイオードD0の良好な放熱効果が得られる構成を提供する。そのため、プリント配線基板PB1から外れたプリント配線基板PB1の外周近傍の位置において、ヒートシンク5の基盤部5Bに熱伝導ブロック28(熱伝道部材)を介して熱伝導的に取り付ける構成としている。具体的には、図10及び図13に示すように、ダイオードD0は、端子51がプリント配線基板PB1に並行するように端子51の先端部が略直角状に屈曲されてプリント配線基板PB1の裏側(間隔SP側)に接続され、プリント配線基板PB1から外れた位置に配置し、その位置においてヒートシンク5の基盤部5Bへ取り付ける構成としている。具体的には、プリント配線基板PB1の端部に形成した切り欠き45に対応してダイオードD0を配置する。ダイオードD0は、扁平直方体状の面積の大きな面(図11の下側面50B)が、ヒートシンク5の基盤部5Bにネジ41で取り付けたアルミニウム製の熱伝導ブロック28に対面するように、熱伝導ブロック28へ熱伝導性の固定具40によって固定する。固定具40は、その一端の係止突起40Aが熱伝導ブロック28に形成した係止孔28Aに係止するようにダイオードD0を覆う状態で、他端の取り付けフランジ40Bを熱伝導ブロック28に形成したネジ孔28Bに螺合するネジ44で固定する。
この場合、ダイオードD0とヒートシンク5との電気絶縁を確保するために、ダイオードD0と熱伝導ブロック28との間に、厚さが0.5mm~2mmの合成樹脂製の電気絶縁シート42が介在されている。電気絶縁シート42は薄いので、ダイオードD0の発熱は、熱伝導ブロック28を介してヒートシンク5の基盤部5Bへ伝わり放散される。
既存のダイオードD0の端子5の長さは一般的に定まっているため、このようにプリント配線基板PB1に並行するように端子51を略直角状に屈曲しない場合は、ダイオードD0をプリント配線基板PB1の端部よりも外側へ配置することができない。端子5の長さを特別に長いダイオードD0とすれば、ダイオードD0のコストアップを来すため好ましくない。そのため、本実施例では既存のダイオードD0を使用した場合でも効果的な放熱が得られるようにするために、プリント配線基板PB1の端部に切り欠き45を形成し、この切り欠き45に対応してダイオードD0を配置し、ヒートシンク5の基盤部5Bとの間に生じる間隔を埋めるように熱伝導ブロック28を取り付ける。
このようなダイオードD0の取り付けによって、ダイオードD0は、プリント配線基板PB1とヒートシンク5との間隔SPの延長上に位置する状態となる。上記のように、IPMは、プリント配線基板PB1の配線と接続する状態でプリント配線基板PB1の裏側に取り付けられており、間隔SP内に配置される。そして、このIPMの裏側面の放熱板KHがヒートシンク5の基盤部5Bに密着する取り付けである。このため、この間隔SPは、少なくともIPMの取り付け上必要なものである。
このように、IPMが取り付けられるプリント配線基板PB1の同じ面に、ダイオードD0が取り付けられることにより、ヒートシンク5の基盤部5Bへの取り付けが容易となり、且つ、ダイオードD0が間隔SPの延長上に位置することにより、この間隔SPを上昇する空気の通路中にダイオードD0が存在することとなり、この上昇する空気によっても冷却されるため、放熱効果に優れたものとなる。
また、上記のようなダイオードD0の取り付けによって、ダイオードD0の放熱が熱伝導ブロック28を介してヒートシンク5の基盤部5Bへ良好に行われるが、一方では、リアクトルL1の熱が伝わるヒートシンク5の基盤部5Bの部分からの距離が熱伝導ブロック28の厚みを介する分だけ長くなり、ダイオードD0がリアクトルL1の放熱の干渉を受け難くなる。このため、図6に示すように、ダイオードD0を第2室16の上部において区画壁17に近接し、リアクトルL1の近傍配置とすることができ、その分、リアクトルL1をプリント配線基板PB1に接続するリード線29A及びリアクトルL2をプリント配線基板PB1に接続するリード線29Bが短くできる。またそれによって、小さい筐体1を採用できるものとなる。
上記のように、ヒートシンク5は単一の構成であり、このヒートシンク5の基盤部5Bに、発熱性の電装部品であるダイオードD0、インバータ部INVを構成するスイッチング素子T2~T5、リアクトルL1~L3が取り付けられているため、これら電気部品の放熱用ヒートシンクをそれぞれ設ける場合に比して、放熱式の筐体1の構成が簡素され、これら電気部品の配置及び取り付けがし易いものとなる。
筐体1は、ヒートシンク5の裏側に放熱促進用ファン34を設け、放熱促進用ファン34をIPM(インテリジェントパワーモジュール)に略対応する位置に配置している。放熱促進用ファン34を設けない場合は、ヒートシンク5の放熱は、ヒートシンク5の放熱フィン5A間を上昇する空気の自然の流れに任されることとなり、IPM(インテリジェントパワーモジュール)の熱が伝達されるヒートシンク5の部分が高温になることにより、その熱がヒートシンク5を伝ってリアクトルL1、L2、L3から発生する熱が伝導されるヒートシンク5の部分の温度低下の邪魔になり、リアクトルL1、L2、L3から発生する熱の放熱効果の低下を招くが、放熱促進用ファン34を設けることにより、このようなことが抑制され、IPM(インテリジェントパワーモジュール)の熱の放熱効果の向上と共に、リアクトルL1、L2、L3から発生する熱の放熱効果の向上ができるものとなる。
実施例の放熱促進用ファン34は、図13に示すように、ファンケース36Kに取り付けた電動機34Aによって回転するプロペラ34Bの形態であるが、他の形態のファンであってもよい。図7、図9、図12及び図13に示すように、ヒートシンク5の放熱フィン5Aの裏側全体を覆う面積のカバー板35を設け、このカバー板35の中央部には送風用孔37が形成されており、ファンケース36Kに取り付けた放熱促進用ファン34が送風用孔37に臨むように、送風用孔37の周縁部にファンケース36Kをネジにて取り付けている。
放熱促進用ファン34を取り付けたカバー板35は、その左右のフランジ部35Fをヒートシンク5の基盤部5Bの左右部分にネジ38にて固定する。これによって図13に示すように、カバー板35がヒートシンク5の放熱フィン5Aの裏側全体を覆う状態で、放熱促進用ファン34がヒートシンク5の放熱フィン5A相互間の空気通路に臨み、IPM(インテリジェントパワーモジュール)に略対応する裏側位置に配置される。図7に示すように、実施例では、放熱促進用ファン34がIPM(インテリジェントパワーモジュール)の若干上寄りの位置に配置された状態であるが、IPM(インテリジェントパワーモジュール)の真裏位置に配置することが好ましい。
図7に示すようにパワーコンディショナPCDを家屋の外壁の縦壁等に沿って略垂直状態に取り付けられるために、図7、図9、図12及び図13に示すように、放熱促進用ファン34を取り付けたカバー板35の上半部の裏側に、放熱促進用ファン34を覆う状態で取り付け板39が配置され、取り付け板39は、その左右両側に形成した取り付け脚39Eの先端フランジ部39Fをヒートシンク5の基盤部5Bの左右部分にネジにて固定する。このネジは、専用のネジでもよいがカバー板35を取り付けるネジ38と兼用してもよい。取り付け板39の上部には、家屋の外壁の縦壁等に取り付けられるための取り付け孔39Hが形成されている。なお、カバー板35の下端部には、後方へ折り曲げ形成した間隔保持部35Pを形成しており、間隔保持部35Pの後方先端35P1が取り付け板39の下方延長上となる状態に形成される。これによって、取り付け板39を家屋の外壁の縦壁等に沿って取り付けるとき、間隔保持部35Pの後方先端35P1が家屋の外壁の縦壁等に当接するため、パワーコンディショナPCDが家屋の外壁の縦壁等に沿って略垂直状態の取り付けを維持できるものとなる。
ケーシング2の上壁2Aの内側面、即ち、リアクトルL1、L2、L3が収容される第1室15の上壁2Aの内面には、所定厚さに平板状の断熱材43が貼着されている。これは、第1室15の上壁2AはリアクトルL1、L2、L3の発熱によって温められるため、断熱材43が存在しない場合には、パワーコンディショナPCDの周囲温度が低下したとき、第1室15の上壁2Aに露付きが生じ、この露がリアクトルL1、L2、L3や第2室に落下して、電気絶縁状態が悪化する懸念がある。しかし、断熱材43を設けることにより、この露付きを防止できるため、このような懸念は解消される。
プリント配線基板PB3に表示器30が取り付けられており、蓋3の中央部に形成した縦方向の窪み31の一部に形成した窓33に表示器30が臨む状態であり、窓33から筐体1内に雨滴が侵入しないように、窪み31全体に透明な樹脂カバー32が液密状態に接着されている。表示器30は、パワーコンディショナPCDの動作状態や、故障時のエラーコードの表示等が表示される。
本発明に係るパワーコンディショナは、上記実施例に示した構成に限定されず、種々の形態のものに適用できるものであり、本発明の技術範囲において種々の形態を包含するものである。
1・・・・・筐体
2・・・・・金属製ケーシング
2S・・・・ケーシング2の周囲壁
3・・・・・金属製蓋
3A・・・・蓋3の上辺
3A1・・・蓋3の上辺3Aの係止部
3B、3C・・・蓋3の左右辺部に形成した取り付け部
3F・・・・フランジ
4・・・・・防水用パッキン
5・・・・・ヒートシンク
5A・・・・放熱フィン
5B・・・・基盤部
5C・・・・空気通路
6・・・・・リード線引き出し部
7・・・・・手動操作のスイッチ操作部
7J・・・・軸
8A・・・・係止フランジ
8B、8C・・・取り付けフランジ
9・・・・・ネジ
11・・・・ネジ
12・・・・ネジ
15・・・・第1室
16・・・・第2室
17・・・・区画壁
18A、18B・・・熱伝導シート
19A、19B・・・電気絶縁シート
20、21・・・・・保持部材
26A、26B・・・絶縁テープ
28・・・・熱伝導ブロック
29A、29B、29C・・・リード線
30・・・・表示器
34・・・・放熱促進用ファン
35・・・・カバー板
37・・・・送風用孔
39・・・・取り付け板
40・・・・固定具
41・・・・ネジ
44・・・・ネジ
51・・・・ダイオードの端子
60・・・・孔または切り欠き
61・・・・回動係止部
62・・・・固定側係止部
PCD・・・パワーコンディショナ
MC・・・・パワーコンディショナPCDの主回路
IPM・・・インテリジェントパワーモジュール
DC/DC・・・昇圧部
L1・・・・昇圧部DC/DCのリアクトル
D1・・・・ダイオード
D0・・・・ダイオード
INV・・・インバータ部
LPF・・・フィルタ部
L2、L3・・・フィルタ部LPFのリアクトル
GRID・・・商用電力系統
PV・・・・太陽電池
PB1、PB2、PB3、PB4・・・プリント配線基板
2・・・・・金属製ケーシング
2S・・・・ケーシング2の周囲壁
3・・・・・金属製蓋
3A・・・・蓋3の上辺
3A1・・・蓋3の上辺3Aの係止部
3B、3C・・・蓋3の左右辺部に形成した取り付け部
3F・・・・フランジ
4・・・・・防水用パッキン
5・・・・・ヒートシンク
5A・・・・放熱フィン
5B・・・・基盤部
5C・・・・空気通路
6・・・・・リード線引き出し部
7・・・・・手動操作のスイッチ操作部
7J・・・・軸
8A・・・・係止フランジ
8B、8C・・・取り付けフランジ
9・・・・・ネジ
11・・・・ネジ
12・・・・ネジ
15・・・・第1室
16・・・・第2室
17・・・・区画壁
18A、18B・・・熱伝導シート
19A、19B・・・電気絶縁シート
20、21・・・・・保持部材
26A、26B・・・絶縁テープ
28・・・・熱伝導ブロック
29A、29B、29C・・・リード線
30・・・・表示器
34・・・・放熱促進用ファン
35・・・・カバー板
37・・・・送風用孔
39・・・・取り付け板
40・・・・固定具
41・・・・ネジ
44・・・・ネジ
51・・・・ダイオードの端子
60・・・・孔または切り欠き
61・・・・回動係止部
62・・・・固定側係止部
PCD・・・パワーコンディショナ
MC・・・・パワーコンディショナPCDの主回路
IPM・・・インテリジェントパワーモジュール
DC/DC・・・昇圧部
L1・・・・昇圧部DC/DCのリアクトル
D1・・・・ダイオード
D0・・・・ダイオード
INV・・・インバータ部
LPF・・・フィルタ部
L2、L3・・・フィルタ部LPFのリアクトル
GRID・・・商用電力系統
PV・・・・太陽電池
PB1、PB2、PB3、PB4・・・プリント配線基板
Claims (12)
- 太陽電池などが発電する直流電力の電圧を昇圧する昇圧部と、前記昇圧部で昇圧した直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部で変換された交流電力の波形を整形するフィルタ部が、単一の筐体内に収容されたパワーコンディショナにおいて、前記筐体は防水のための密閉構造を有し且つ裏側壁の少なくとも一部がヒートシンクで構成され、前記ヒートシンクの基盤部と間隔を存し且つ略並行にプリント配線基板が配置され、前記昇圧部を構成する発熱性の電装部品を、前記プリント配線基板に接続し、且つ前記プリント配線基板から外れた外周近傍の位置において前記ヒートシンクの基盤部に熱伝導部材を介して熱伝導的に取り付けると共に、前記インバータ部を構成するスイッチング素子を前記プリント配線基板に接続し、且つ前記プリント配線基板から外れない位置において前記ヒートシンクの基盤部に熱伝導的に取り付けることを特徴とするパワーコンディショナ。
- 前記筐体内は、前記フィルタ部を構成するリアクトルを上部側に収容し、前記プリント配線基板を含む他の回路素子を下側に収容して前記ヒートシンクの基盤部と前記プリント配線基板との間の前記間隔に空気の上昇通路を構成したことを特徴とする請求項1に記載のパワーコンディショナ。
- 前記ヒートシンクはアルミニウム製であり、前記熱伝導部材は前記ヒートシンクの基盤部に取り付けたブロック状のアルミニウム製であり、前記発熱性の電装部品は、固定具によって前記熱伝導部材の前面側に固定したことを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のパワーコンディショナ。
- 前記フィルタ部に備えたリアクトルが、当該リアクトルのコイル外周を柔軟性の熱伝導シートと電気絶縁シートを介して前記ヒートシンクの基盤部に熱伝導的に取り付けたことを特徴とする請求項1に記載のパワーコンディショナ。
- 前記昇圧部に備えたリアクトルが、当該リアクトルの外周を柔軟性の熱伝導シートと電気絶縁シートを介して前記ヒートシンクの基盤部に熱伝導的に取り付けたことを特徴とする請求項4に記載のパワーコンディショナ。
- 前記筐体内は、前記フィルタ部に備えたリアクトル及び前記昇圧部に備えたリアクトルが収容される室が上部室となり、前記プリント配線基板を含む他の回路素子が収容される室が下部室となるように前記両室間の空気対流を抑制する区画壁にて区画され、前記発熱性の電装部品は前記区画壁に近接して前記リアクトルの近傍配置とすることを特徴とする請求項5に記載のパワーコンディショナ。
- 前記筐体内は、前記リアクトルが収容される室が上部室となり、前記プリント配線基板を含む他の回路素子が収容される室が下部室となるように前記両室間の空気対流を抑制する区画壁にて区画され、前記発熱性の電装部品は前記区画壁に近接して前記リアクトルの近傍配置とすることを特徴とする請求項3に記載のパワーコンディショナ。
- 前記熱伝導シートは、表面に前記リアクトルのコイル外周が食い込み状態で当接する厚さの柔軟性を備え、前記電気絶縁シートは前記熱伝導シートの裏面を保持して前記リアクトルの発熱が前記ヒートシンクに良好に伝達される厚さのシートであることを特徴とする請求項6に記載のパワーコンディショナ。
- 前記筐体は、周囲が金属板で囲まれ表側に開口し裏側壁の少なくとも一部がヒートシンクで構成されたケーシングの前記表側の開口が開閉可能な蓋にて閉じられた防水のための密閉構造であり、前記開口を表側として前記リアクトルが収容される室が上位置となる状態で前記ヒートシンク側が取り付け側であり、前記インバータ部を構成するように複数のスイッチング素子がブリッジ状に電気接続されたインテリジェントパワーモジュール(IPM)が前記他の回路素子が収容される室に配置され、前記インテリジェントパワーモジュール(IPM)の放熱面が、前記筐体の内側に露出した前記ヒートシンクに熱伝導的に取り付けられたことを特徴とする請求項8に記載のパワーコンディショナ。
- 前記筐体は、前記ヒートシンクの裏側面に放熱促進用ファンを設け、前記放熱促進用ファンを前記インテリジェントパワーモジュール(IPM)に対応する位置に配置したことを特徴とする請求項9に記載のパワーコンディショナ。
- 前記筐体は、前記裏側壁を有する表側開口のケーシングと、このケーシングの表側開口を開閉するように前記ケーシングに着脱可能に固定される蓋と、前記蓋の裏側に取り付けられ前記ケーシングの表側開口の周囲壁の前端が食い込み状態で密着するパッキンを備え、前記ケーシングの内側には前記パワーコンディショナの所定の回路部を開閉するスイッチを設け、前記ケーシングの周囲壁の下壁には、前記スイッチを手動操作するスイッチ操作部が下方へ突出する状態に設けられ、前記スイッチ操作部がスイッチの回路を閉じるON状態のとき前記ケーシングからの前記蓋の取り外しを阻止し、且つ前記スイッチ操作部がスイッチの回路を開くOFF状態のとき前記阻止が解除される蓋開閉規制部を備えたことを特徴とする請求項1に記載のパワーコンディショナ。
- 前記スイッチ操作部は、スイッチの回路を開くOFF状態からスイッチの回路を閉じるON状態へ回動しこの回動と逆回動にてスイッチON状態からスイッチOFF状態へ復帰する回動式であり、前記蓋開閉規制部は前記蓋の裏側に前記スイッチ操作部の回動に伴って回動する回動係止部が係止及び係止解除となる固定側係止部を備え、前記スイッチON状態のとき前記回動係止部が前記固定側係止部に係止して前記蓋の取り外しが阻止され、前記スイッチOFF状態のとき前記阻止が解除される構造を備えたことを特徴とする請求項11に記載のパワーコンディショナ。
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