【手続補正書】
【提出日】令和3年3月17日(2021.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】充電装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラグイン型車両に搭載された蓄電器等を充電するための充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１６−４７００７号公報（特許文献１）には、変圧器を含む受電部とコンバータを含む電源部とからなる直流電源部と、制御指令に基づいて直流電源部を制御する電源制御部と、制御指令を出力する給電制御部と、プラグイン型車両のプラグインコネクタに接続されて、電源制御部によって制御された直流電源部から出力される直流電力をプラグイン型車両の蓄電器に供給する電源プラグと、少なくとも直流電源部、電源制御部及び給電制御部が収納されるハウジングとを備えた充電装置の従来例が開示されている。この従来の充電装置では、ハウジングは、少なくとも受電部及び電源部が収納される電源収納室と、電源収納室に対して設けられた点検扉とを備え、電源収納室内では、受電部の上に電源部を配置し、点検扉が開かれた状態において、少なくとも電源部がスライド機構を介してハウジングの外部に引き出し可能に電源収納室内の構造が構成されている。
【０００３】
また特開２０１３−８５３６７号公報（特許文献２）には、ハウジングの上部にハウジングの内部に外気を押し込んでハウジングの内部機器を冷却するファンを設ける冷却構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−４７００７号公報
【特許文献２】特開２０１３−８５３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特開２０１６−４７００７号公報（特許文献１）には、電源部の放熱構造については、特に開示はない。特許文献１の構造で簡単な冷却構造として採用できるのは、特許文献２に示される冷却構造のように、ハウジングの外部から内部に外気を導入するファンをハウジングに対して取り付けることである。しかしながらこのような構造を採用した場合、外気温が高くなる場合には、発熱量が最も多くなるコンバータの冷却が不十分となり、十分な充電性能を発揮できない恐れがある。またコンバータから放熱した熱が、他の機器に影響を与える恐れがある。
【０００６】
本発明の目的は、従来よりもコンバータの放熱を良好なものとして、さらに他の機器への放熱の影響を小さくすることができる充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の充電装置は、変圧器を含む受電部とコンバータ回路を含む電源部とからなる直流電源部と、制御指令に基づいて直流電源部を制御する電源制御部と、制御指令を出力する給電制御部と、少なくとも直流電源部、電源制御部及び給電制御部が収納されるハウジングとを備えている。また本発明の充電装置では、ハウジングは、少なくとも受電部及び電源部が収納される電源収納室と、電源収納室に対して設けられた点検扉とを備え、電源収納室内では、受電部の上に電源部が配置されている。さらに本発明の充電装置では、電源部が、受電部側に開口する第１の吸気口及び第２の吸気口と、第１の排気口及び第２の排気口を有するダクトの内部に、複数の半導体スイッチング素子を含むコンバータ回路と複数の半導体スイッチング素子が熱伝達可能に実装されたヒートシンクを備えている。その上で、ダクトの内部には、ヒートシンクを収納し且つ第１の吸気口から吸気した空気を第１の排気口から排出する第１の通路と、コンバータ回路を収納し且つ第２の吸気口から吸気した空気を第２の排気口から排出する第２の通路がそれぞれ独立して構成されている。
【０００８】
本発明によれば、ヒートシンクからの放熱及びコンバータ回路の半導体スイッチング素子からの放熱をそれぞれ独立した第１の通路と第２の通路を通してハウジングの外部に排出するため、ハウジング内部への放熱の漏れを可能な限り防止して、従来よりも放熱性能を高めた充電装置を提供することができる。
【０００９】
また点検扉が開かれた状態において、少なくとも電源部がスライド機構を介してハウジングの外部に引き出し可能に電源収納室内の構造が構成されているのが好ましい。このようにすると、組み立て及びメンテナンスが容易になる。
【００１０】
ハウジングの下部領域には、電源収納室の受電部が収納されている部分にハウジングの外部の空気を導入する通気口が形成されており、第１の吸気口には第１の通路に空気を押し込む押し込み送風機が配置されており、第２の通路中にはヒートシンクの内部通路を介して第２の吸気口から空気を引き込む誘引送風機が配置されているのが好ましい。
【００１１】
このような構成を採用すると、電源部の下に位置する受電部からの放熱を第１の通路及び第２の通路を通して分散して吸収及び放熱することができる。特に、第２の通路中に誘引送風機を配置すると、空気抵抗の大きいコンバータ回路からの放熱を確実に実行することができる。また放熱性能の向上のために空気抵抗が小さくなっているヒートシンクが収納されている第１の通路に対して押し込み送風機を用いると、冷却性能を十分に発揮することができる。
【００１２】
ハウジングには、ダクトが定位置に配置された状態で、第１の排気口及び第２の排気口と気密に連通する排気ダクトが装着されているのが好ましい。このような排気孔があれば、ハウジング内にダクトからの熱が漏れることがなく、且つダクトのハウジング内への装着及び引き出しが容易になる。
【００１３】
また電源部の上に電源制御部及び給電制御部が収納される制御部収納室が電源収納室と連通状態で形成されており、制御部収納室の内部には、通気口からダクトの周囲を通って制御部収納室に空気を導入しハウジングの外に空気を排出する送風機が収納されているのが好ましい。このような送風機を設ければ、ダクトの外側に位置するハウジング内の空間の温度の上昇を抑制できる。
【００１４】
さらにハウジングの通気口には、塩分または火山灰を含む粉塵を取るフィルタが装着されているのが好ましい。このようなフィルタを用いれば、粉塵の堆積による内部短絡の発生を防止することができる。
【００１５】
またハウジングの通気口には、塩分または火山灰を含む粉塵を取るフィルタ装置の吐き出し口を接続してもよい。ハウジングの外部にフィルタ装置を配置すれば、長期間にわたってフィルタ処理を実施することができるので、メンテナンスの回数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（Ａ）は本発明に係る充電装置の一つの実施の形態を表す正面図、（Ｂ）は同じ充電装置の右側面図である。
【図２】図１の充電装置における直流電源部をハウジングの外部に引き出す様子を示す右側面図である。
【図３】図１の充電装置における電源部の空気の通路を概略的に示す右側面図である。
【図４】（Ａ）乃至（Ｃ）は、ヒートシンクの構造を示す図である。
【図５】ハウジングの通気口にフィルタを装着した図１の充電装置を示す斜視図である。
【図６】ハウジングの通気口にフィルタ装置の吐き出し口を装着した図１の充電装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の充電装置について詳細に説明する。図１（Ａ）は本発明の一つの実施の形態の充電装置１の正面図、（Ｂ）は右側面図であり、図２は、直流電源部３をハウジング１１の外部に引き出す様子を示す右側面図である。ハウジング１１内に収納された各部材は通常、外部から見ることはできないが、図１（Ａ）（Ｂ）においては、便宜的にハウジング１１内に収納されている部材を概念的に破線で示してある。また、図２においては、第１の実施の形態の概要を説明するために、説明上不要な部材を省略して簡略化している。
【００１８】
充電装置１は、主に、直流電源部３と、電源制御部５と、給電制御部７と、電源プラグ９と、ハウジング１１とから構成されている。直流電源部３は、変圧器（図示していない）を含む受電部１３と、コンバータ（図３に示す）を含む電源部１５とからなる。受電部１３は、商用電源から交流電力を受電し、変圧して電源部１５へ送り、電源部１５は、受電部１３から送られてきた交流電力を直流電力に変換する。電源制御部５は、給電制御部７からの制御指令に基づいて直流電源部３を制御し、電源プラグ９に直流電力を供給する。給電制御部７は、利用者によるタッチパネルの操作に応じて制御指令を発信する。なお、図１においては、電源制御部５、受電部１３及び電源部１５は、ブロックとして示してあるが、実際には、フレーム部材に複数の部品が実装された構造を有するものである。
【００１９】
電源プラグ９は、図示しない充電対象のプラグイン型車両のプラグインコネクタに接続されて、電源制御部５によって制御された直流電源部３から出力される直流電力をプラグイン型車両の蓄電器に供給する。電源プラグ９は、給電ケーブル１７により電源制御部５と接続されており、充電を行っていない待機状態では、ハウジング１１の右側外壁面に備えられたプラグホルダ１９に保持されている。
【００２０】
ハウジング１１は、直方体形状をしており、内部は、図２に示すように、ハウジング１１の左右の内壁面の間に水平に架け渡された仕切板２２によって、電源収納室２３と制御部収納室２５とに、相互に空気が連通可能に仕切られており、仕切板２２上には電流制御部５が載置されている。ハウジング１１の正面部分には、点検扉２７が備えられている。電源収納室２３内では、受電部１３の上に電源部１５が配置されている。なお図１（Ａ）に符号２１Ａ及び２１Ｂで示したボタンは、運転開始ボタンと運転停止ボタンである。
【００２１】
図２に示すように、電源部１５の背面側領域には、電力及び制御信号の入出力を行う電源制御部接続プラグ２９が備えられている。電源制御部接続プラグ２９は、電源制御部５と電気的に接続された電源収納室２３に配置された電源制御部レセプタクル３１に挿入され、コネクタ構造を構成する。このコネクタ構造により、電源部１５と電源制御部５とが、すなわち、直流電源部３と電源制御部５とが接続されている。
【００２２】
電源収納室２３内の下部領域には、一対のガイドレール３３，３３と、一対のスライダ３５，３５により構成されたスライド機構が備えられている。一対のガイドレール３３，３３は、電源収納室２３内の下部領域を間に挟むハウジング１１の側面部に備えられている。一対のスライダ３５，３５は、キャスタ３９を備えた板状の支持体（図示していない）の側面に備えられており、一対のガイドレール３３，３３とスライド可能に係合するように構成されている。支持体の上には、直流電源部３が載せられており、スライド機構を介して、直流電源部３をハウジング１１の外部に引き出すことが可能になっている。支持体３７が前方に引き出されるときには、キャスタ３９が支持体３７の前方部分を支持しているので、スライダ３５，３５は、スムーズにガイドレール３３，３３上をスライドする。
【００２３】
図２は、直流電源部３をハウジング１１の外部に引き出す様子を示す概略の右側面図である。直流電源部３の保守・点検を行う際には、点検扉２７（図２では図示省略）を横に開くことで、直流電源部３にアクセス可能であり、スライド機構により、容易にハウジング１１の外部に引き出すことができる。直流電源部３を引き出すと、同時に、電源制御部レセプタクル３１から電源制御部接続プラグ２９が引き抜かれることになるため、電源部１５が電気的に接続されていない状態となる。
【００２４】
このように、点検扉２７が開かれた状態において、直流電源部３がスライド機構を介してハウジング１１の外部に引き出し可能に電源収納室２３内の構造が構成されているので、組み立て及びメンテナンスが容易である。
【００２５】
ハウジング１１は地上に固定可能なベース４１を介して地上に立設される。ベース４１は上面が開口した直方体形状を有しており、ベース４１の両側面及び後面には通気口（図示していない）が設けられている。ハウジング１１は底面においてベース４１に固定されており、底面にはベース４１との間で空気が連通するための開口（図示していない）が備えられている。またハウジング１１の電源収納室２３の側方の右側面には、上下２つの通気口４３，４３が設けられており、これらにより、ハウジング１１の下部領域には、電源収納室２３の受電部１３が収納されている部分にハウジング１１の外部の空気を導入する通気口が形成される。
【００２６】
本実施の形態の充電装置１は、ハウジング１１の外部から空気を導入して各機器を冷却する空冷式の冷却構造を備えている。主要な空気の流れは図１に各矢印で示すとおりである。すなわち、細い実線矢印で示す方向に流れる外気吸気Ａは、ベース４１の通気口及びハウジング１１の通気口４３を通じて、ハウジング１１内の電源収納室２３の受電部１３が収納されている部分に、底面及び右側面から取り込まれる。取り込まれた外気吸気Ａは、主要な３つの通路を進行しつつ充電装置１を構成する各機器を冷却した後、ハウジング１１の外へ排気される。それぞれの通路を進行する冷却用の通気は、二重線矢印で示す方向に流れる第１の通気Ｖ１、一点鎖線矢印で示す方向に流れる第２の通気Ｖ２、及び太い実線矢印で示す方向に流れる第３の通気Ｖ３である。
【００２７】
図３は充電装置１における電源部１５の空気の通路を概略的に示す右側面図である。同図に示すように、電源部１５が、受電部１３側に開口する第１の吸気口４５及び第２の吸気口４７と、第１の排気口４９及び第２の排気口５１を有するダクト５３の内部に、複数の半導体スイッチング素子（図示していない）を含むコンバータ回路５５と複数の半導体スイッチング素子が熱伝達可能に実装されたヒートシンク５７を備えている。その上で、ダクト５３の内部には、ヒートシンク５７を収納し且つ第１の吸気口４５から吸気した空気を第１の排気口４９から排出する第１の通路５９と、コンバータ回路５５を収納し且つ第２の吸気口４７から吸気した空気を第２の排気口５１から排出する第２の通路６１がそれぞれ独立して構成されている。図４（Ａ）乃至（Ｃ）は、本実施の形態で使用しているヒートシンク５７の構造を示す左側面図、正面図及び右側面図である。本実施の形態で用いるヒートシンク５７は。押出成形により形成されたもので、一端から他端まで延びる複数の内部通路５７Ａを備えている。
【００２８】
第１の吸気口４５には第１の通路５９に空気を押し込む押し込み送風機６３が配置されており、第２の通路６１中にはヒートシンク５７の内部通路５７Ａを介して第２の吸気口４７から空気を引き込む誘引送風機６５が配置されている。このような構成により、電源部１５の下に位置する受電部１３からの放熱を第１の通路５９及び第２の通路６１を通して分散して吸収及び放熱することができる。特に、第２の通路６１中に誘引送風機６５を配置すると、空気抵抗の大きいコンバータ回路５５からの放熱を確実に実行することができる。また放熱性能の向上のために空気抵抗が小さくなっているヒートシンク５７が収納されている第１の通路５９に対して押し込み送風機６３を用いると、冷却性能を十分に発揮することができる。
【００２９】
ハウジング１１には、ダクト５３が定位置に配置された状態で、第１の排気口４９及び第２の排気口５１と気密に連通する排気孔を備えた排気ダクト７１が取り付けられている。この排気ダクト７１は、下方に向かって排気を排出する構造を有している。このような排気ダクト７１があれば、ハウジング１１内にダクト５３からの通気が入ることにより熱が漏れることがなく、且つダクト５３のハウジング１１内への装着及び引き出しが容易になる。本実施の形態の充電装置１においては、図２のように直流電源部３がハウジング１１の外に引き出された状態から、点検等が終了して直流電源部３を定位置に戻し、ダクト５３も定位置に配置するだけで、第１の排気口４９及び第２の排気口５１が排気ダクト７１に気密に連通するように、両者の位置及び接続構造は設計されている。
【００３０】
本実施の形態のように、長手方向が上下に延びるように配置されたヒートシンク５７の下側に押し込み送風機６３を設ける場合と、ヒートシンク５７の上側に誘引送風機を設ける場合について、冷却性能の比較実験を行ったところ、前者のほうがヒートシンク５７の温度を下げることができることが確認できた。また本実施の形態のように、第２の通路６１中に誘引送風機６５を配置する場合と、第２の吸気口４７の外に押し込み送風機を配置する場合について、冷却性能の比較実験を行ったところ、前者のほうがコンバータ回路５５の温度を下げることができることが確認できた。本実施の形態では、この確認結果に基づいて、各送風機の配置位置を決定している。なお送風機の種類及び配置位置は、状況に応じて適宜に変えることができるのは勿論である。
【００３１】
なお本願明細書で「気密」とは、各排気口４９，５１と排気ダクト７１の排気孔との間の気体の漏洩を完全に阻止するような厳密なものではなく、通常の運転中に生じるであろう各通気の移動速度やダクト５３内とハウジング１１内との気圧差に拘わらず、各排気口４９，５１と排気ダクト７１との間を通気が実質的に漏れない程度の気密性で足りる。
【００３２】
また第３の通気Ｖ３は、ベース４１の通気口及びハウジング１１の通気口４３から制御部収納室２５に導入され、第３の排気口６７から排出される。すなわち電源部１５の上に電源制御部５及び給電制御部７が収納される制御部収納室２５が電源収納室２３と連通状態で形成されており、制御部収納室２５の内部には、各通気口からダクト５３の周囲を通って制御部収納室２５に空気を導入しハウジング１１の外に空気を排出する送風機６９が収納されている。このような送風機６９を設ければ、ダクト５３の外側に位置するハウジング１１内の空間の温度の上昇を抑制できる。
【００３３】
さらに、図５に示すように、充電装置１のハウジング１１の通気口４３には、塩分または火山灰を含む粉塵を取るフィルタ７３を装着してもよい。充電装置１が海辺や火山の近くに設置される場合にこのようなフィルタ７３を用いれば、海塩粒子による腐食や粉塵の堆積による内部短絡の発生を防止することができる。
【００３４】
さらにまた、図６に示すように、充電装置１のハウジング１１の通気口４３には、塩分または火山灰を含む粉塵を取るフィルタ装置７５の吐き出し口を接続してもよい。ハウジング１１の外部にフィルタ装置７５を配置すれば、長期間にわたってフィルタ処理を実施することができるので、メンテナンスの回数を減らすことができる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態の充電装置１によれば、ヒートシンク５７からの放熱及びコンバータ回路５５の半導体スイッチング素子からの放熱をそれぞれ独立した第１の通路５９と第２の通路６１を通してハウジング１１の外部に排出するため、ハウジング１１内部への放熱の漏れを可能な限り防止して、従来よりも放熱性能を高めた充電装置を提供することができる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で変更が可能であるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明によれば、従来よりもコンバータの放熱を良好なものとして、さらに他の機器への放熱の影響を小さくすることができる充電装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  充電装置
３  直流電源部
５  電源制御部
７  給電制御部
９  電源プラグ
１１  ハウジング
１３  受電部
１５  電源部
１７  給電ケーブル
１９  プラグホルダ
２２  仕切板
２３  電源収納室
２５  制御部収納室
２７  点検扉
２９  電源制御部接続プラグ
３１  電源制御部レセプタクル
３３  ガイドレール
３５  スライダ
３９  キャスタ
４１  ベース
４３  通気口
４５  第１の吸気口
４７  第２の吸気口
４９  第１の排気口
５１  第２の排気口
５３  ダクト
５５  コンバータ回路
５７  ヒートシンク
５９  第１の通路
６１  第２の通路
６３  押し込み送風機
６５  誘引送風機
６７  第３の排気口
６９  送風機
７１  排気ダクト
７３  フィルタ
７５  フィルタ装置
Ａ    外気吸気
Ｖ１  第１の通気
Ｖ２  第２の通気
Ｖ３  第３の通気