(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端直流電流を、ＡＣ電圧供給システムに給電される出力端交流電流に変換するためのインバータ（１０）であって、
−直流電流発電機の直流電流電線を受け入れるための直流電流接続部（１５）を有する第１のハウジング部分（１１）と、
−ＡＣ電圧供給システムの交流電流電線を受け入れるための交流電流接続部（１６）を有する第２のハウジング部分（１２）と、
−ＤＣ電圧コンバータのパワーエレクトロニクス部品を収容するための第３のハウジング部分（１３）と、
−インバータブリッジ回路のパワーエレクトロニクス部品を収容するための第４のハウジング部分（１４）と、
を備えるインバータ（１０）において、
前記ハウジング部分（１１乃至１４）がそれぞれ、実質的に平坦な裏側壁面を有し、かつ、前記ハウジング部分（１１乃至１４）が、実質的に長方形の断面を有する冷却用空気ダクト（１７）を包囲するように配置され、前記第１のハウジング部分（１１）が前記第２のハウジング部分（１２）に対向して配置され、前記第３のハウジング部分（１３）が前記第４のハウジング部分（１４）に対向して配置されているとともに、
互いに反対の位置にある２つの実質的に平坦な冷却面（１９ａ、１９ｂ）を有するヒートシンク（１８）が、前記冷却用空気ダクト（１７）に配置されており、前記冷却面（１９ａ、１９ｂ）が、前記第３のハウジング部分（１３）および前記第４のハウジング部分（１４）の前記裏側壁面に割り当てられ、これらのハウジング部分（１３、１４）に配置されたパワーエレクトロニクス部品と熱接触していることを特徴とするインバータ（１０）。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ（１０）において、ＤＣ電圧中間回路の第１の部分が前記第３のハウジング部分（１３）に配置され、ＤＣ電圧中間回路の第２の部分が、前記第４のハウジング部分（１４）に配置されていることを特徴とするインバータ（１０）。
【請求項３】
請求項２に記載のインバータ（１０）において、前記ＤＣ電圧中間回路の前記第１の部分および前記第２の部分が、前記第３のハウジング部分（１３）と、前記第４のハウジング部分（１４）との間の管状の連絡ダクト（２０）の中に延在する中間回路接続線を介して互いに電気的に接続されており、前記連絡ダクト（２０）の外壁が、電気的に絶縁されて具体化されていることを特徴とするインバータ（１０）。
【請求項４】
請求項３に記載のインバータ（１０）において、前記連絡ダクト（２０）が、正電位および負電位を有する中間回路接続線を収容するための少なくとも第１および第２の部分ダクト（２１ａ、２１ｂ）を有し、前記部分ダクト（２１ａ、２１ｂ）が、前記連絡ダクト（２０）に沿って軸方向に延在し、軸方向に延在する隔壁（２２）によって互いに電気的に絶縁されていることを特徴とするインバータ（１０）。
【請求項５】
請求項４に記載のインバータ（１０）において、前記連絡ダクト（２０）が、前記ＤＣ電圧中間回路の中心点電位を有する中間回路接続線を収容するための第３の部分ダクト（２１ｃ）を有し、前記第３の部分ダクト（２１ｃ）が、前記連絡ダクト（２０）に沿って軸方向に延在し、軸方向に延在するさらなる隔壁（２２）によって、前記第１の部分ダクト（２１ａ）、および前記第２の部分ダクト（２１ｂ）から電気的に絶縁されていることを特徴とするインバータ（１０）。
【請求項６】
請求項３乃至５の何れか１項に記載のインバータ（１０）において、前記中間回路接続線が、電気的絶縁なしに具体化されており、それぞれ、特に、導電性の電線からなる高可撓性メッシュを含むことを特徴とするインバータ（１０）。
【請求項７】
請求項３乃至６の何れか１項に記載のインバータにおいて、前記連絡ダクト（２０）が、２つの部分管（２３ａ、２３ｂ）を備え、１つの部分管（２３ａ）が前記第３のハウジング部分（１３）へ、および１つの部分管（２３ｂ）が、前記第４のハウジング部分（１４）へとそれぞれ伸びていることを特徴とするインバータ。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載のインバータ（１０）において、フィルタチョークとして、および／または蓄積チョークとして具体化されているコイル線材であって、変換される直流電流および／または変換された交流電流をフィルタリングするか、または蓄積するように構成されているコイル線材が、前記第１のハウジング部分（１１）および／または前記第２のハウジング部分（１２）に配置されていることを特徴とするインバータ（１０）。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載のインバータ（１０）において、直流電流回路遮断器（２４）が前記第１のハウジング部分（１１）に配置され、かつ／または交流電流回路遮断器（２５）が前記第２のハウジング部分（１２）に配置されていることを特徴とするインバータ（１０）。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載のインバータ（１０）において、前記ヒートシンク（１８）が、前記ハウジング部分（１１、１２、１３、１４）とは別個の単一部分または複数部分構成の構成部品であって、特に、押出形材を備える単一部分または複数部分構成の構成部品を備え、互いに反対の位置にある前記ヒートシンク（１８）の冷却面（１９ａ、１９ｂ）が、前記第３のハウジング部分（１３）の前記裏側壁面、および前記第４のハウジング部分（１４）の前記裏側壁面の、対応する切欠部（２６ａ、２６ｂ）に嵌合されていることを特徴とするインバータ（１０）。
【請求項１１】
請求項１乃至９の何れか１項に記載のインバータ（１０）において、前記ヒートシンク（１８）が、冷却フィン（２７）によって形成され、前記冷却フィン（２７）が、互いに対向する前記第３のハウジング部分（１３）の前記裏側壁面、および前記第４のハウジング部分（１４）の前記裏側壁面上に配置されていることを特徴とするインバータ（１０）。
【請求項１２】
請求項８又は請求項８を引用する請求項９乃至１１の何れか１項に記載のインバータ（１０）において、前記インバータ（１０）が、前記第１のハウジング部分（１１）の前記裏側壁面上、または前記第２のハウジング部分（１２）の前記裏側壁面上に配置された少なくとも１つのさらなるヒートシンク（２８）であって、前記第１のハウジング部分（１１）に配置された前記コイル線材、および／または前記第２のハウジング部分（１２）に配置された前記コイル線材を冷却するように構成され、かつ、前記冷却用空気ダクト（１７）に熱的に接続された少なくとも１つのさらなるヒートシンク（２８）を有し、その結果、前記さらなるヒートシンク（２８）が、前記コイル線材によって出力された熱を、前記冷却用空気ダクト（１７）を通って流れる冷却用空気に出力することを特徴とするインバータ（１０）。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか１項に記載のインバータ（１０）において、前記冷却用空気ダクト（１７）を通る冷却用空気の流れを生成するように構成されている送風機ユニット（２９）が、前記冷却用空気ダクト（１７）の一方の端部に配置されており、前記送風機ユニット（２９）が、前記冷却用空気ダクトの軸に垂直な方向に摺動可能であり、前記摺動が、係止機構（３０）によって解除可能に阻止されることで、前記送風機ユニット（２９）を前記インバータ（１０）から取り外すことができるようになっていることを特徴とするインバータ（１０）。
【請求項１４】
請求項１３に記載のインバータ（１０）において、カバー（３３）が、前記冷却用空気ダクトの（１７）の、前記送風機ユニット（２９）とは反対の側に配置されていることを特徴とするインバータ（１０）。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載のインバータ（１０）において、位置決め機構（３１）が前記インバータ（１０）の取り付け側に設けられ、前記インバータ（１０）の前記取り付け側が、前記冷却用空気ダクト（１７）の前記軸に対して垂直な向きになっており、前記位置決め機構（３１）が、実質的に水平な面の上に直立するように前記インバータ（１０）を位置決めするように構成されていることで、前記インバータ（１０）が取り付けられた後に、前記冷却用空気ダクト（１７）が垂直な向きになっており、または前記位置決め機構（３１）が、前記インバータ（１０）を壁（３２）から吊るすように構成されており、その結果、取り付け後に、前記インバータ（１０）の前記取り付け側が、前記壁（３２）に対して平行な向きになっており、前記インバータ（１０）の前記冷却用空気ダクト（１７）が、前記壁（３２）に対して垂直な向きになっていることを特徴とするインバータ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数部分構成のハウジングおよび内蔵の冷却用空気ダクトを有するインバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータは、電力生成ユニットの電力を直流電流から交流電流に変換し、交流電力を電力供給システム、例えばＡＣ電圧供給システムに給電し、かつ／または、電気消費装置を動作させるために、電力を直接前記消費装置に供給することが可能である。特に、再生式電源から電力を生成する発電機、例えば光起電力発電機または風力発電機は、本明細書では発電ユニットとして使用することが可能である。
【０００３】
インバータのハウジングは様々な要件を満たさなければならない。これら要件には、特に、直流電流電線、交流電流電線および通信回線用接続の提供、スイッチング素子およびコイル線材などのパワーエレクトロニクス部品の収容および冷却だけでなく、周囲環境の影響に対する電子部品の遮蔽もまた含まれる。さらにまた、インバータは、その外寸の面および重量の面で可能な限りコンパクトな構造であるべきだが、構成部品が十分に取り付け可能であるようにしておかなければならない。特定の要件を満たすインバータの特定の実施形態はまた、コストについても最適に構成されなければならない。
【０００４】
従来のインバータは、周囲から密封され、かつ、裏面側にヒートシンクを有するハウジングを備えている。このヒートシンクに、ハウジング内に配置された発熱素子が熱的に接続されていることで、ヒートシンクが構成部品からの廃熱を吸収し、廃熱を外部の空気に出力できるようになっている。例えば、欧州特許出願公開第２２９９５８２Ａ１号明細書は、ハウジングを有するインバータを開示しており、そこでは、冷却用空気ダクトの長手方向に配設された冷却フィンを有する冷却用空気ダクトが、ハウジングの裏面側中央に延在し、ハウジング内のパワーエレクトロニクス部品がハウジングの外壁の内側に置かれ、この外壁が冷却用空気ダクトの境界面を形成している。
【０００５】
欧州特許出願公開第４５５９６９Ａ１号明細書は、強制換気冷却装置を備える密閉ハウジングを有する安全な電源を開示している。強制換気冷却装置は、ハウジング内に延在し、かつ強制換気冷却装置から密封されて分離された通風ダクトを備える。冷却装置は、少なくとも２つの互いに電気的に絶縁されたヒートシンク部であって、通風ダクトを画定するヒートシンク部を備え、通風ダクト内へ突起している冷却フィンを備えるとともに、一次回路の熱出力素子、および二次回路の熱出力素子の別個の付属装置用に設計されている。
【０００６】
米国特許出願公開第２０１１０２６１５３１Ａ１号明細書は、ハウジングを有するスイッチモード電源について記載している。そこでは、冷却液が流れる冷却液ダクトがハウジングを貫通して延在することで、ハウジング内の電子部品が冷却液によって冷却されるようになっている。
【０００７】
独国特許出願公開第１０２０１３０２２３０６Ａ１号明細書は、ハウジングと、ヒートシンクと、空気誘導部と、を有する電気装置を開示している。そこでは、空気誘導部、ヒートシンクおよびハウジングが、冷却用空気ダクトを形成しており、冷却用空気流が冷却用空気ダクトを通して誘導されている。
【０００８】
独国特許出願公開第１０２０１３１００６０７Ａ１号明細書は、第１のハウジングモジュールと、第２のハウジングモジュールと、を有するインバータを開示している。そこでは、インバータの周囲の方に開口している冷却用空気ダクトが、第１のハウジングモジュールと部分的に境界を接し、また、第２のハウジングモジュールと円周方向に部分的に境界を接している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、複数部分構成のハウジングを有するインバータを明示するという目的に基づいている。このハウジングは、パワーエレクトロニクス部品の損失熱が確実に十分に排出されるようにすると同時に、数十キロワットまでの高電力定格用であっても、コンパクトな外寸を有し、軽量であり、かつ、コスト効率良く製造することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本目的は、特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴を有するインバータによって実現される。好適な諸実施形態が、従属特許請求項において定義されている。
【００１１】
入力端直流電流を、ＡＣ電圧供給システムに給電される出力端交流電流に変換するためのインバータは、直流電流発電機の直流電流電線を受け入れるための直流電流接続部を有する第１のハウジング部分と、ＡＣ電圧供給システムの交流電流電線を受け入れるための交流電流接続部を有する第２のハウジング部分と、ＤＣ電圧コンバータのパワーエレクトロニクス部品を収容するための第３のハウジング部分と、インバータブリッジ回路のパワーエレクトロニクス部品を収容するための第４のハウジング部分と、を備える。ハウジング部分はそれぞれ、実質的に平坦な裏側壁面を有し、かつ、ハウジング部分が、実質的に長方形の断面を有する冷却用空気ダクトを包囲するように配置され、第１のハウジング部分が第２のハウジング部分に対向して配置され、第３のハウジング部分が第４のハウジング部分に対向して配置されている。インバータは、互いに反対の位置にある２つの実質的に平坦な冷却面を有するヒートシンクが、冷却用空気ダクトに配置されており、冷却面が、第３のハウジング部分および第４のハウジング部分の裏側壁面に割り当てられ、これらのハウジング部分に配置されたパワーエレクトロニクス部品と熱接触していることを特徴とする。
【００１２】
このような設計を有するインバータは、コンパクトな外寸を有する。なぜなら、入力側直流電流の出力側交流電流への変換に必要な電気部品、電子部品および電気機械部品が、複数のハウジング部分にわたり分散されて配置されているからである。ヒートシンクが２つの冷却面を有し、かつ、第３のハウジング部分と第４のハウジング部分との間に配置されているという事実の結果、特に、最も多くの損失熱を発生することが実験に基づいて判明している、インバータのパワーエレクトロニクス部品が、従来のインバータと比べて大きくなった冷却面上の第３のハウジング部分および第４のハウジング部分内に設置されると同時に、インバータの寸法、すなわちインバータの高さ、幅および奥行を、相互に最適に適合させることが可能である。特に、インバータの構成部品をＤＣ電圧コンバータの構成部品、およびインバータブリッジ回路の構成部品に分割し、それらを冷却用空気ダクトの反対側の様々なハウジング部分間に分散させることにより、電力定格の大きなインバータを構築することが可能になる。これにより、冷却面に対して垂直な向きの寸法、例えば設置奥行は大きくなっているものの、冷却面に平行な寸法、すなわち、例えば、インバータの幅および高さは、従来の方法で構築された同程度の電力定格を有するインバータよりもかなり小さくなっている。それに加え、ほとんど、または無視できる量の損失熱しか生じない構成部品の収容に最高度に適した設置空間、したがって、冷却要件を一切課さないか、または少なくとも特定の冷却要件を課さない設置空間が、第１のハウジング部分および第２のハウジング部分において利用可能である。本発明によるインバータは、直流電流電線および交流電流電線用の接続領域が、容易にアクセス可能な地点に設置可能であることで、インバータが容易に、かつ安全に運転開始可能になるというさらなる利点を提供する。
【００１３】
ＤＣ電圧コンバータおよびインバータブリッジ回路を有する２段型インバータは一般に、特に数十キロワットから数百キロワットの領域の高電力定格の場合には、多数のキャパシタで構成することが可能なＤＣ電圧中間回路を有する。本発明によるインバータの場合では、ＤＣ電圧中間回路は、第３のハウジング部分と第４のハウジング部分との間に分割されていること、すなわち、ＤＣ電圧中間回路の第１の部分が第３のハウジング部分に配置され、ＤＣ電圧中間回路の第２の部分が第４のハウジング部分に配置されていることが好ましい。ＤＣ電圧中間回路の第１の部分および第２の部分は、キャパシタンスが大体同じであることが好ましい。その結果、ＤＣ電圧中間回路が、第３のハウジング部分と第４のハウジング部分間にほぼ等しく分割される。ＤＣ電圧中間回路のキャパシタンスの少なくともほぼ４分の１が、１つのハウジング部分に位置し、キャパシタンスの４分の３が、その他のハウジング部分に位置する。このように分割されている結果、利用可能な構造空間を最適に活用することができる。それに加え、このように分割されている結果、インバータの電磁環境適合性（ＥＭＣ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）の面で利点が得られる。特に、ＤＣ電圧コンバータからＤＣ電圧中間回路までの電路、次いでＤＣ電圧中間回路からインバータブリッジ回路までの電路を非常に短くしておくことが可能である。特に、これらの電路では、ＤＣ電圧コンバータまたはインバータブリッジ回路のスイッチング素子のクロック類が、高周波の変調を生じ、したがってエミッションが起こり得るが、ＤＣ電圧中間回路の電圧、したがって別々のハウジング部分に配置されたＤＣ電圧中間回路の部分間の接続線の電圧もまた、ほとんど高周波の変調がない。
【００１４】
インバータのさらなる実施形態では、ＤＣ電圧中間回路の第１の部分および第２の部分は、第３のハウジング部分と第４のハウジング部分との間の管状の連絡ダクトの中に延在する中間回路接続線を介して、互いに電気的に接続されている。こういった意味合いにおいて、連絡ダクトの外壁は、電気的に絶縁されて具体化されている。連絡ダクトは、正電位および負電位を有する中間回路接続線を収容するための少なくとも２つの部分ダクトを有し、この部分ダクトが、連絡ダクトに沿って軸方向に延在し、軸方向に延在する隔壁によって互いに電気的に絶縁されていることが好ましい。さらにまた、連絡ダクトは、ＤＣ電圧中間回路の中心点電位を有する中間回路接続線を収容するための第３の部分ダクトを有することがあり、その場合、第３の部分ダクトもまた連絡ダクトに沿って軸方向に延在し、軸方向に延在するさらなる隔壁によって、第１の部分ダクトおよび第２の部分ダクトから電気的に絶縁されている。
【００１５】
連絡ダクトの中に延在する中間回路接続線が、一方でハウジング部分から、および適宜、電気絶縁性の外壁によって周囲から電気的に絶縁され、他方で電気絶縁性の隔壁によって互いに電気的に絶縁されているという事実によって、中間回路接続線自体を絶縁せずに済ませるか、または最小限に減らすことが可能であり、基準規則で要求される可能性がある絶縁距離が、隔壁によって確実に遵守されるようになる。特に、中間回路接続線は、高可撓性に具体化することが可能であり、特に、それぞれが導電性の電線からなるメッシュを含むことで、ＤＣ電圧中間回路の各部分への接続を生み出すように、第３のハウジング部分内および第４のハウジング部分内に非常に狭い半径で、中間回路接続線を配置することが可能になっている。具体的に言えば、例えば、中間回路接続線が連絡ダクトを出た後に、非常に狭い空間では中間回路接続線を９０度または１８０度の範囲にわたって曲げることができ、ＤＣ電圧中間回路のキャパシタを収容する回路基板に取り付けることができる。その結果、インバータの取り付けが簡単になるだけでなく、利用可能な設置空間もまた最大限まで活用される。
【００１６】
連絡ダクトは、２つの部分管を含むことがあり、１つの部分管が第３のハウジング部分および第４のハウジング部分へとそれぞれ伸びている。部分管はハウジング部分に別々に取り付け可能であるので、インバータの組立体全体を通じて連続した連絡ダクトが生み出される。あるいは、部分管は、組み立て後にハウジング部分の内部から前記ハウジング部分の裏側壁面を貫通して差し込むこともまた可能である。これにより、インバータの取り付けがさらに簡単になる。
【００１７】
インバータの１つの実施形態では、フィルタチョークとして、および／または蓄積チョークとして具体化されたコイル線材であって、変換される直流電流および／または変換される交流電流をフィルタリングするか、または蓄積するように構成されているコイル線材が、第１のハウジング部分および／または第２のハウジング部分に配置されている。これらのコイル線材は、一般にインバータの運転に必要であり、かなりの設置空間をふさぎ、インバータの総重量のかなりの部分を占める。第１のハウジング部分および第２のハウジング部分にコイル線材を配置した結果として、均衡の取れた重量の分散を実現し、かつ、第３のハウジング部分および第４のハウジング部分に配置されたＤＣ電圧コンバータの構成部品、およびインバータブリッジ回路の構成部品の取り付けとは独立して、コイル線材が実施可能であるという点でインバータの組み立てをさらに簡素化することができる。直流電流接続部および交流電流接続部もまた第１のハウジング部分および第２のハウジング部分に配置されているので、入力接続部と出力接続部との間、ならびに概してＤＣ電圧コンバータの入力側およびインバータブリッジ回路の出力側に電気的に配置されたコイル線材間に、ＥＭＣに対して好都合な短い長さの電線を実現することができる。さらにまた、直流電流回路遮断器を第１のハウジング部分に配置し、かつ／または交流電流回路遮断器を第２のハウジング部分に配置すると有利であることが分かっている。
【００１８】
インバータの１つの実施形態では、ヒートシンクは、ハウジング部分とは別個の単一部分または複数部分構成の構成部品を備える。この構成部品は、特に、容易、かつコスト効率良く製造することが可能な押出形材を含むことができる。こういった意味合いにおいて、互いに反対の位置にあるヒートシンクの冷却面は、第３のハウジング部分の裏側壁面および第４のハウジング部分の裏側壁面の、対応する切欠部に嵌合することが可能である。その結果、冷却される構成部品であって、第３のハウジング部分および第４のハウジング部分に配置されている構成部品は、第３のハウジング部分または第４のハウジング部分の連続した裏側壁面が追加の熱抵抗を有する廃熱の伝導を妨害することなく、冷却面に直接取り付けることができる。
【００１９】
あるいは、ヒートシンクは、互いに対向する第３のハウジング部分の裏側壁面および第４のハウジング部分の裏側壁面に配置された冷却フィンによって形成することができる。これにより、冷却される構成部品間の最適な熱接触もまた可能になり、取り付けが簡単になり、また、第３のハウジング部分および第４のハウジング部分の内部空間が確実に、冷却用空気ダクトに対して、したがって周囲に対して最適に封止されるようになる。
【００２０】
インバータは、第１のハウジング部分または第２のハウジング部分の裏側壁面に配置された少なくとも１つのさらなるヒートシンクであって、第１のハウジング部分に配置されたコイル線材、および／または第２のハウジング部分に配置されたコイル線材を冷却するように構成され、かつ、冷却用空気ダクトに熱的に接続している、少なくとも１つのさらなるヒートシンクを有することができ、その結果、このさらなるヒートシンクがコイル線材からの熱を吸収し、冷却用空気ダクトを通って流れる冷却用空気に前記熱を出力する。その結果、さらなる冷却面が、第１のハウジング部分および／または第２のハウジング部分内で利用可能になり、これにより、冷却面は、追加の取り付け費用なしに、そしてインバータの寸法を大きくせずに、またはわずかに大きくするだけで、コイル線材を確実に冷却する。
【００２１】
インバータの１つの実施形態では、送風機ユニットが冷却用ダクトを通る冷却用空気の流れを生成するように構成されているが、これは、冷却用空気ダクトの一方の端部に配置することができる。その結果、ヒートシンクの冷却性能を大幅に増大させることが可能であり、必要な冷却性能を実現するためのヒートシンクは、送風機ユニットのないものよりも大幅に小型にすることができる。送風機ユニットは、冷却用空気ダクトの軸に垂直な方向に摺動可能とすることができ、また、摺動は、係止機構によって解除可能に阻止されるので、送風機ユニットをインバータから取り外すことができる。その結果、送風機ユニットの送風機の洗浄、メンテナンス、および適宜、修理または交換が、大幅に簡素化される。
【００２２】
カバーが、冷却用空気ダクトの、送風機ユニットとは反対の側に配置されることがある。このカバーは、インバータの周囲からの汚れに対して冷用却空気ダクトを保護し、冷却用空気ダクトから流れ出る冷却用空気流の向きを逸らすことができ、したがって、あらゆる汚れ、特に、冷却用空気流とともに冷却用空気ダクトを出る粒子が、落下して冷却用空気ダクトの中へ戻ることを防ぐことができる。さらにまた、カバーは、外に吹きつける水、特に雨水の進路を変え、十分に流れ去ることが可能な適切な地点まで導くことができる。
【００２３】
インバータの１つの実施形態では、位置決め機構が、インバータの取り付け側に設けられる場合があり、この場合、インバータの取り付け側は、冷却用空気ダクトの軸に対して垂直な向きになっている。位置決め機構は、実質的に水平な面の上に直立するようにインバータを位置決めするように構成することができ、その結果、インバータが取り付けられた後に、冷却用空気ダクトが垂直な向きになっている。したがって、インバータは、独立型の装置として動作可能であり、その結果、特に、インバータが、数十キロワットの領域の高電力定格を有し、それに応じて高い自重を有する場合には、位置決めおよび運転の開始が大幅に簡素化される。位置決め機構は、代替的に、インバータを壁から吊るすように構成することができ、その結果、取り付け後に、インバータの取り付け側が、壁に対して平行な向きになっており、インバータの冷却用空気ダクトが、壁に対して垂直な向きになっている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
以下のテキストでは、図面に図示されている例示的実施形態に関して、本発明をさらに説明し、記述する。
【００２５】
【図１】図１は、ハウジングが取り付けられた状態の、本発明によるインバータを示す。
【図２】図２は、ハウジングを分解図で図示した、本発明によるインバータを示す。
【図３】図３は、本発明によるインバータのさらなる分解図を示す。
【図４ａ】図４ａは、本発明によるインバータのハウジング部分間の連絡ダクトの詳細を分解図で示す。
【図４ｂ】図４ｂは、連絡ダクトの詳細を分解図で示す。
【図５】図５は、壁に取り付けられた状態の、本発明によるインバータを示す。
【図６】図６は、本発明によるインバータの通風ユニットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図面の説明
図１は、第１のハウジング部分１１と、第２のハウジング部分１２と、第３のハウジング部分１３と、第４のハウジング部分１４と、を備えるハウジングを有するインバータ１０を示す。ハウジング部分１１〜１４は、それぞれ互いに隣接して配置され、その結果実質的に長方形の構成を形成している。
【００２７】
第１のハウジング部分１１は、直流電流接続部１５を有し、この直流電流接続部１５に、発電機の、例えば光起電力発電機の直流電流電線が接続することが可能である。直流電流接続部１５はそれぞれ、正の極性および負の極性が与えられた接続プラグをペアで備え、各ペアに発電機を接続することが可能である。さらなる電気部品、電子部品または電気機械部品（わかり易くするためにここでは図示しない）、特に直流電流回路遮断器２４（図６を参照）、ヒューズおよび過電圧避雷装置に加えて、インバータ１０によって変換される直流電流を蓄積するため、かつ／またはフィルタリングするためのコイル線材もまた、第１のハウジング部分１１内に配置することが可能である。
【００２８】
第２のハウジング部分１２は、第１のハウジング部分１１に対向して配置され、第１のハウジング部分１１と実質的に平行な向きになっている。第２のハウジング部分１２は、交流電流接続部１６を有し、この交流電流接続部１６に、特に、ＡＣ電圧システムの一部とすることが可能な交流電流電線が接続可能であり、その結果、インバータ１０は、直流電流接続部１５を介して受け取った直流電流から生成された交流電流を、ＡＣ電圧システムに給電することが可能になる。さらなる電気部品、電子部品または電気機械部品、特に交流電流回路遮断器２５に加えて、ヒューズおよび過電圧避雷器装置（わかり易くするためにここでは図示しない）、および、インバータ１０によって生成された交流電流を蓄積するため、かつ／またはフィルタリングするためのコイル線材もまた、第２のハウジング部分１２内に配置することができる。
【００２９】
第３のハウジング部分１３は、その両方の側面が第１のハウジング部分１１の裏面側、および第２のハウジング部分１２の裏面側と隣接し、この点に関して言えば、ハウジング部分１１と１２との間に配置されている。少なくとも１つのＤＣ電圧コンバータが第３のハウジング部分１３内に配置されており、その構成部品には特に、パワーエレクトロニクス半導体スイッチ、蓄積キャパシタおよび作動電子機器類（わかり易くするためにここでは図示しない）が含まれ得る。接続可能な発電機の数に応じて、第３のハウジング部分１２の中で、特に、並列に接続された複数のＤＣ電圧コンバータを配置することもまた可能である。
【００３０】
第４のハウジング部分１４は、第３のハウジング部分１３に対向して配置され、第３のハウジング部分１３と実質的に平行な向きになっており、その両方の側面が第１のハウジング部分１１の裏面側、および第２のハウジング部分１２の裏面側と隣接し、この点に関して言えば、ハウジング部分１１と１２との間に配置されている。第４のハウジング部分１４内には、少なくとも１つのインバータブリッジ回路が配置されており、その構成部品には特に、パワーエレクトロニクス半導体スイッチ、蓄積キャパシタ、および作動電子機器類が含まれ得るが、わかり易くするためにここでは図示しない。インバータブリッジ回路のために選択されるトポロジーに応じて、また、変換される総電力に応じて、特に、並列に接続された複数のインバータブリッジを第４のハウジング部分１４に配置することもまた可能である。
【００３１】
代替的な１つの実施形態では、第１のハウジング部分１１の両方の側面および第２のハウジング部分１２の両方の側面が、第３のハウジング部分１３の裏面側および／または第４のハウジング部分１４の裏面側に隣接するように、ハウジング部分１１〜１４を配置することもまた可能であり、その結果、第１のハウジング部分１１および／または第２のハウジング部分１２は、第３のハウジング部分１３と第４のハウジング部分１４との間に配置される。
【００３２】
ハウジング部分１１〜１４は、実質的に長方形の断面を有する冷却用空気ダクト１７が、ハウジング部分の裏側壁面によって形成されるように配置される。ヒートシンク１８が、この冷却用空気ダクト１７内に配置されている。第３のハウジング部分１３、および第４のハウジング部分１４に配置されているパワーエレクトロニクス部品のうちの少なくとも一部、特に、動作中にかなりの損失熱を生ずるもの、したがって広範囲にわたる冷却が必要なものは、ヒートシンク１８と熱接触しているように、これらのハウジング部分１３および１４に配置されることで、これらのパワーエレクトロニクス部品によって生じた損失熱が、ヒートシンク１８を介して周囲に出力できるようになっている。
【００３３】
図２は、分解図で図示した、本発明によるインバータ１０の一実施形態を示す。ハウジング部分１１〜１４は、ここでは単純化して図示され、例えばインバータ１０の組み立ての前に生じ得るような、互いに間隔を置いた配置で図示されている。ヒートシンク１８は、第３のハウジング部分１３の裏面側、および第４のハウジング部分１４の裏面側に配置された冷却フィン２７によって形成されている。インバータ１０の組み立て後に、互いに対向する冷却フィンは、互いに間隔を置いて配置してもよいし、互いに当接させて配置してもよいし、あるいは重複させて配置してもよい。
【００３４】
ＤＣ電圧コンバータおよびインバータブリッジを有するインバータ１０を動作させるためには、通常ＤＣ電圧中間回路が必要である。ＤＣ電圧中間回路は、インバータ１０の電力定格に応じて、複数のキャパシタを備えることがある。ＤＣ電圧中間回路のキャパシタは、第３のハウジング部分１３、もしくは第４のハウジング部分１４の何れかに配置するか、またはハウジング部分１３と１４とに分けて配置することができる。
【００３５】
インバータ１０は、ここでは、例えば、２つの部分管２３ａ、２３ｂから構成された連絡ダクト２０を有する。連絡ダクト２０それ自体は、部分管２３ａ、２３ｂの破線で示された接続によって図２に示され、これらの部分管２１ａ、２１ｂは互いに当接または重複しているか、またはインバータ１０の組み立て後に相互に差し込み嵌合される。この連絡ダクト２０は、第３のハウジング部分１３に配置されたＤＣ電圧中間回路の第１の部分を、第４のハウジング部分１４に配置されたＤＣ電圧中間回路の第２の部分に接続する中間回路接続線を受け入れるために設けられている。連絡ダクト２０の例示的な設計の詳細が、図４ａおよび図４ｂに関連して開示されている。
【００３６】
図３は、分解図で図示した、本発明によるインバータ１０のさらなる一実施形態を示す。ハウジング部分１１〜１４はそれぞれ、ここではベース体１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａおよび関連付けされたカバー１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂを備える。ヒートシンク１８は、この実施形態では別個の単一ピースの構成部品として具体化され、例えば、押出形材の形で製造することが可能である。あるいは、ヒートシンク１８は、複数の部分で、特に互いに逆の２つの押出形材で構成することもまた可能である。例えば圧力ダイカストのような他の製造法もまた考えられる。ヒートシンク１８は、２つの冷却面１９ａ、１９ｂを有しており、それらはそれぞれ冷却フィン２７に接続されている。
【００３７】
第３のハウジング部分１３のベース体１３ａ、および第４のハウジング部分１４のベース体１４ａは、切欠部２６ａ、２６ｂを有しており、切欠部２６ａ、２６ｂの輪郭は、冷却面１９ａがベース体１３ａの裏側壁面をぴったりと閉鎖し、かつ、冷却面１９ｂがベース体１４ａの裏側壁面をぴったりと閉鎖するように具体化されている。したがって、冷却用空気ダクト１７（図３では表示されていない）は、冷却面１９ａ、１９ｂおよびベース体１１ａ、１２ａの裏側壁面によって形成されている。加えて、第１のハウジング部分１１のベース体１１ａは、随意にさらなるヒートシンク２８を有する。さらなるヒートシンク２８は、ここでは例えば、ベース体１１ａの裏側壁面に組み込まれた冷却フィンとして具体化されている。あるいは、ヒートシンク２８は、ベース体１１ａの裏側壁面に取り付け可能な、またはこの裏側壁面の切欠部に嵌合可能な別個の構成部品として具体化することができる。
【００３８】
図３によるインバータ１０は、インバータ１０の取り付け側に配置された位置決め機構３１を有しており、この場合、インバータ１０の取り付け側は冷却用空気ダクト１７の一方の端部に位置し、冷却用空気ダクト１７の軸に対して垂直な向きになっている。図３による位置決め機構３１は、支持脚部として具体化されていることで、インバータ１０は、実質的に平坦な面に位置決めすることが可能になり、その結果、冷却用空気流がヒートシンク１８を通って垂直方向に流れ、さらなるヒートシンク２８を通り越して流れる。強制換気を行う場合には、この強制換気は特に、図６による送風機ユニット２９を含んでもよい。流れの方向は、随意に下から上、または上から下に設定することが可能である。
【００３９】
冷却用空気ダクト１７を覆い、汚れから保護するカバー３３が、冷却用空気ダクト１７の上部終端として設けられている。冷却用空気ダクト１７を出る冷却用空気流は、カバーによって向きを逸らすことができ、これにより特にあらゆる汚れ、例えば、冷却用空気流とともに冷却用空気ダクト１７を出る粒子が、落下して冷却用空気ダクト１７の中へ戻ることを防ぐことができる。さらに、カバー３３は、外から吹きつける水、特に雨水の進路を変え、難なく流れ去ることが可能な適切な地点まで導くことができる。
【００４０】
ベース体１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａは、裏側壁面および／または側壁面に開口部３４を有することができ、この開口部３４を貫通して、ハウジング部分１１〜１４に配置された電気部品、電子部品または電気機械部品を接続するためのケーブル接続を、ハウジング部分１１〜１４間で誘導することができる。この目的のために、開口部３４は、ベース体１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａのうちの１つの開口部３４が、それぞれの隣接したベース体１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａのうちの１つの開口部３４と、空間的にそれぞれ一致するように配置されており、その結果、生じた貫通開口部が適切な封止によって密閉可能になっている。
【００４１】
図４ａは、図２に関連して既に説明したが、わかり易くするために図３では図示していない連絡ダクト２０の一実施形態の詳細図を示す。連絡ダクト２０は、第３のハウジング部分１３のベース体１３ａの裏側壁面、および第４のハウジング部分１４のベース体１４ａの裏側壁面の間を延在し、この実施形態では、２つの部分管２１ａ、２１ｂで構成されており、２つの部分管２１ａ、２１ｂは、インバータ１０の組み立て後に相互に差し込み嵌合される。あるいは、インバータ１０の組み立て後に、部分管２１ａ、２１ｂを互いに当接させ、部分管２１ａ、２１ｂ間の接合箇所に追加の封止を行うことが可能である。
【００４２】
インバータ１０の組み立て後に、部分管２１ａは、第３のハウジング部分１３の中へと伸び、部分管２１ｂは、第４のハウジング部分１４の中へと伸びている。その結果、特に、ハウジング部分１３および１４に配置されているインバータ１０のＤＣ電圧中間回路の部分を互いに接続するために、中間回路接続線が、部分管２１ａ、２１ｂによって形成された連絡ダクト２０の中に延在することが可能になる。
【００４３】
図４ｂは、部分管２３ａ、２３ｂのさらなる詳細図を示す。部分管２３ａ、２３ｂは、部分ダクト２１ａ、２１ｂ、２１ｃを有し、部分ダクト２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、隔壁２２によって互いに分離されている。部分管の外壁および隔壁２２は、電気絶縁特性を有することができ、その結果、部分ダクト２１ａ、２１ｂ、２１ｃの中に延在する中間回路接続線が、互いに対してだけでなく、第３のハウジング部分１３のベース体１３ａ、および第４のハウジング部分１４のベース体１４ａに対してもそれぞれ電気的に絶縁されるようになる（図４ａ参照）。その結果、中間回路接続線を個別に絶縁せずに済ませることが可能であり、それ自体を見た場合には、互いに対しても、導電性のハウジング部分に対しても、十分に絶縁しない実質的に非絶縁の導体を使用することが可能である。特に、編組電線を中間回路接続線として使用することが可能である。このような編組電線は、個々の電線またはより線導体のメッシュで構成されているが、高い可撓性を有するので、個々のより線導体が扇型に広がることなく、狭い半径で敷設することが可能である。
【００４４】
ハウジング部分１３ａおよび１４ａに配置されたＤＣ電圧中間回路の部分を互いに接続するために、少なくとも２つの中間回路接続線、すなわち、接続部によって形成された中間回路全体の正極用に１つ、および陰極用に１つの中間回路接続線がそれぞれ必要である。これらの少なくとも２つの中間回路接続線は、部分ダクト２１ａおよび２１ｂに配置することができる。部分ダクト２１ｃが存在する場合には、部分ダクト管２１ｃは、ＤＣ電圧中間回路の部分の任意の中心点電位を接続するさらなる中間回路接続線を受け入れることができる。さらに、さらなる電線、例えば搭載されている電力システムに給電するための、でなければ制御信号もしくは通信信号を伝達するための電線を、部分ダクト２１ｃに、またはさらなる部分ダクトに配置することが可能である。
【００４５】
図５は、壁３２に取り付けられた状態の本発明によるインバータ１０を示す。インバータ１０は、位置決め機構３１を有する。位置決め機構３１は、この実施形態では壁固定手段として具体化されている。この目的のために、位置決め機構３１は、一方で図３に関連して既に定義されている取り付け側に、例えばねじを用いて固定し、他方で、例えばねじを用いて固定するか、またはフックに係合させて壁３２に固定することが可能である。したがって、インバータ１０の取り付け側は、壁３２に平行な向きになっている。また、冷却用空気ダクト１７は壁３２に垂直な向きになっており、その結果、冷却用空気流が水平方向にヒートシンク１８を通って流れるようになる。このような取り付け位置では、煙突効果がないこと、あるいはごくわずかな煙突効果であることが見込まれるので、強制換気を行う場合があり、この強制換気は特に、図６による送風機ユニット２９を含んでもよい。冷却用空気流の流れの方向は、随意に壁から離れる方向、または壁に近づく方向とすることができる。
【００４６】
図６は、インバータ１０の送風機ユニット２９を示しており、ここでは送風機ユニット２９は、複数の送風機２９ａを有してもよい。送風機ユニット２９は、このインバータ１０の実施形態では、インバータ１０の取り付け側に配置されている。この代わりに、またはこれに加えて、送風機ユニット２９ａは、インバータ１０の、取り付け側とは反対の側に取り付けることができる。送風機ユニット２９は、冷却用空気ダクト１７の軸に垂直な方向に摺動可能であるように取り付けられており、例えば、そこでは、送風機２９ａが共通の固定板の上に配置されている。共通の固定板は、特にハウジング部分１１および１２の裏面側、および／またはハウジング部分１３の下側に配置されたガイドによって誘導することができる。送風機ユニットの摺動は、係止機構３０によって解除可能に阻止することができる。図６による係止機構３０は、例えば、回転可能に取り付けられた係止レバーを有する。図６の左側に図示された位置では、係止機構３０は送風機ユニット２９の摺動を阻止しており、そこでは、係止レバーは溝に係合しているか、またはハウジング部分１３の裏面側の縁部の後ろに係合している。図６の右側に図示された位置では、係止機構３０は係止されておらず、その結果、これでは基本的に送風機ユニット２９が摺動してしまうことになる。このように送風機ユニット２９は、インバータのさらなる部分を分解する必要なしに、例えばメンテナンス目的、または修理目的で取り外すことが可能である。
【００４７】
本発明の有利な発展形態は、特許請求の範囲、明細書、および図面に見出すことができる。本明細書で言及されている特徴、および、複数の特徴の組み合わせの利点は、例示に過ぎず、本発明による実施形態によってこれらの利点を達成することを必ずしも必要とせずに代替的または累積的にもたらされてもよい。これにより、添付の特許請求の範囲の主題を変更することなく、原出願の明細書および特許明細書の開示された内容に関して、以下のことが当てはまる。さらなる特徴−特に、表された形状、ならびに複数の構成要素の互いに対する相対寸法、それらの相対配置および連動は、図面において見出すことができる。特許請求の範囲の選択された従属的な参照とは異なるように、本発明の様々な実施形態の特徴または様々な特許請求の範囲に記載の特徴を組み合わることもまた可能であり、本明細書によって示唆されている。このことは、別個の図面に表された、または前記図面の説明において言及された特徴にもまた関連する。これらの特徴を、様々な特許請求の範囲に記載の特徴と組み合わせることもまた可能である。同様に、特許請求の範囲で明記された特徴は、本発明のさらなる実施形態から省略することもまた可能である。
【００４８】
特許請求の範囲および本明細書で言及された特徴は、それらの数に関して、正確にこの数または、明記された数よりも大きな数が存在するように理解されるものとし、副詞「少なくとも」を使用してはっきりと表現する必要はない。したがって、例えば、テキストが１つの要素を言及している場合には、これは、正確に１つの要素、２つ以上の要素が存在することを意味すると理解されるものとする。さらなる特徴をこれらの要素に追加することが可能であるし、あるいは前記要素は、それぞれの方法またはそれぞれの装置が関連する単なる要素にすぎない場合がある。
【符号の説明】
【００４９】
１０  インバータ
１１  ハウジング部分
１１ａ  ベース体
１１ｂ  カバー
１２  ハウジング部分
１２ａ  ベース体
１２ｂ  カバー
１３  ハウジング部分
１３ａ  ベース体
１３ｂ  カバー
１４  ハウジング部分
１４ａ  ベース体
１４ｂ  カバー
１５  直流電流接続部
１６  交流電流接続部
１７  冷却用空気ダクト
１８  ヒートシンク
１９ａ、１９ｂ  冷却面
２０  連絡ダクト
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  部分ダクト
２２  隔壁
２３ａ、２３ｂ  部分管
２４  直流電流回路遮断器
２５  交流電流回路遮断器
２６ａ、２６ｂ  切欠部
２７  冷却フィン
２８  ヒートシンク
２９  送風機ユニット
２９ａ  送風機
３０  係止機構
３１  位置決め機構
３２  壁
３３  カバー
３４  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
0006654192.tif 000006
【図５】
0006654192.tif 000007
【図６】
0006654192.tif 000008