(57)【要約】【課題】放熱性能を改善して信頼性を向上させることができるパワーモジュールを得る。【解決手段】太陽電池からの直流電力を交流電力へ変換するパワーコンディショナ１００は、発熱体であるパワーモジュール２を含む電気部品を収納する筐体３と、パワーモジュール２と熱的に接続されたヒートシンク１と、筐体３とヒートシンク１との間に隙間Ａ，Ｂを設けた状態で、筐体３と機械的に非接触の状態にあるヒートシンク１を筐体３に取付けるヒートシンク取付部４とを備える。【選択図】図１
2016021836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体を含む電気部品を収納する筐体と、
前記発熱体と熱的に接続された放熱体と、
前記筐体と前記放熱体との間に隙間を設けた状態で、前記筐体と機械的に非接触の状態にある前記放熱体を前記筐体に取付ける放熱体取付部と、
を備えたことを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項２】
前記筐体の天面板と前記放熱体の天面板側端部との間に隙間が設けられる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。
【請求項３】
前記筐体の天面板は、前記筐体の正面側に配置される正面側天面板と、前記筐体の背面側に配置される背面側天面板とに区分され、
前記正面側天面板と前記背面側天面板とがねじ止めされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパワーコンディショナ。
【請求項４】
前記筐体の正面板の内側面に放熱体が設置されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のパワーコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池からの直流電力を交流電力へ変換するパワーコンディショナに関し、特にパワーコンディショナの筐体の放熱構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムに用いられるパワーコンディショナでは、発熱による内部部品の故障を防止するためパワーモジュールで発生した熱をヒートシンクで外部へ放熱する構造が採用されている。ヒートシンクは筐体に直接取付けられているため、ヒートシンクの熱が筐体へ伝熱し、筐体の温度、特に筐体の天面板の温度が上昇する。パワーコンディショナは屋内の人が容易に触れることができる場所に設置される場合もあるため、筐体の温度が上がり過ぎないように対策する必要がある。
【０００３】
下記特許文献１においては、筐体天面への伝熱量を抑制するため、筐体とヒートシンクの間に樹脂のシートを挿入する構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６４３５１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、上記特許文献１に示される従来の構造ではヒートシンクが筐体の天面部に直接固定されているため、パワーモジュールからヒートシンクへ伝達された熱はヒートシンクと天面部との接触部分を介して天面部へと伝達され、放熱性能が低下するという問題、すなわち天面板の温度上昇に伴い天面板を通じて外部へ放出される熱量が減少するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放熱性能を改善して信頼性を向上させることができるパワーコンディショナを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、発熱体を含む電気部品を収納する筐体と、前記発熱体と熱的に接続された放熱体と、前記筐体と前記放熱体との間に隙間を設けた状態で、前記筐体と機械的に非接触の状態にある前記放熱体を前記筐体に取付ける放熱体取付部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、放熱性能を改善して信頼性を向上させることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るパワーコンディショナの斜視図
【図２】図１に示すパワーモジュールを通るＡ−Ａ線に沿った矢視断面図
【図３】本発明の実施の形態２に係るパワーコンディショナの断面図
【図４】図３に示される背面側天面板の斜視図
【図５】図３に示される正面側天面板の斜視図
【図６】本発明の実施の形態３に係るパワーコンディショナの断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係るパワーコンディショナの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るパワーコンディショナ１００の斜視図、図２は図１に示すパワーモジュール２を通るＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。
【００１２】
パワーコンディショナ１００は、太陽光発電システムに用いられ、発熱体の一例であるパワーモジュール２と、パワーモジュール２を含む電気部品を収納する筐体３と、放熱体の一例であるヒートシンク１と、放熱体取付部であるヒートシンク取付部４とを有する。なお、本実施の形態では、パワーコンディショナ１００の筐体３に収納される複数の電気部品のうち、パワーモジュール２以外については図示を省略している。
【００１３】
パワーモジュール２はパワーコンディショナ１００の電力変換部を構成する部品、例えばＩＧＢＴあるいはリアクトルであり、ヒートシンク１は、パワーモジュール２の放熱を促すために設置される。ヒートシンク取付部４は筐体３とヒートシンク１との間に介在して筐体３の内側面に固定される。ヒートシンク取付部４の構造の詳細は後述する。
【００１４】
筐体３は金属製の板材を箱状に組み立てて構成され、正面板３ａ、天面板３ｂ、１対の側面板３ｄ、および底面板３ｃを有する。天面板３ｂと１対の側面板３ｄと底面板３ｃとで構成される箱体の一面側には開口部６が設けられ、開口部６と対向する位置には開口部１１が設けられている。パワーコンディショナ１００の運用時には開口部６が正面板３ａにより塞がれている。
【００１５】
ヒートシンク１は、放熱効果を上げるための複数のフィン１ｂと、各フィン１ｂを支持する基部１ａとを有する。ヒートシンク１の天面板側端部１ｃから底面板側端部１ｄまでの幅Ｗ１は、天面板３ｂの内側面３ｅから底面板３ｃの内側面３ｆまでの幅Ｗ２より狭く形成されている。
【００１６】
ヒートシンク取付部４の基部４ａの中央部には開口部４ｄが形成され、基部４ａには一対の折り曲げ部４ｂ、４ｃが形成されている。図示例の折り曲げ部４ｂは、基部４ａの天面板３ｂ側の端部を天面板３ｂと平行に開口部６側へ折り曲げた形状である。同様に折り曲げ部４ｃは、基部４ａの底面板３ｃ側の端部を底面板３ｃと平行に開口部６側へ折り曲げた形状である。
【００１７】
基部４ａの開口部１１側の面４ｅにはヒートシンク１が設置される。図示例では、基部４ａの開口部６側の面４ｆから挿入されるねじ７がヒートシンク１の基部１ａにねじ込まれることによって、ヒートシンク１がヒートシンク取付部４に固定されている。このとき、ヒートシンク１は、ヒートシンク１の天面板側端部１ｃが天面板３ｂの内側面３ｅと接触せず、かつ、ヒートシンク１の底面板側端部１ｄが底面板３ｃの内側面３ｆと接触しない位置に設置される。
【００１８】
パワーモジュール２は、ヒートシンク１の開口部６側の面１ｅにおいて、ヒートシンク１の基部１ａと熱的に接続された状態で、かつ、ヒートシンク取付部４の基部４ａと接触しない状態で、ヒートシンク取付部４の開口部４ｄに配置される。
【００１９】
一対の折り曲げ部４ｂ、４ｃは筐体３の内側面に固定される。図示例では、天面板３ｂと底面板３ｃの外部から挿入されるねじ５が折り曲げ部４ｂ、４ｃにねじ込まれることによって、折り曲げ部４ｂ、４ｃが天面板３ｂの内側面３ｅと底面板３ｃの内側面３ｆに固定される。これによって、パワーモジュール２、ヒートシンク１、およびヒートシンク取付部４が筐体３の内部に固定される。また、パワーモジュール２、ヒートシンク１、ヒートシンク取付部４、および筐体３が熱的に接続される。
【００２０】
前述したようにヒートシンク１は、ヒートシンク１の天面板側端部１ｃが天面板３ｂの内側面３ｅと接触せず、かつ、ヒートシンク１の底面板側端部１ｄが底面板３ｃの内側面３ｆと接触しない位置に設置される。従って、図示例のようにヒートシンク取付部４を筐体３に固定したとき、ヒートシンク１の天面板側端部１ｃと天面板３ｂの内側面３ｅとの間には隙間Ａが形成され、ヒートシンク１の底面板側端部１ｄと底面板３ｃの内側面３ｆとの間には隙間Ｂが形成される。
【００２１】
パワーモジュール２が駆動することにより発生した熱の大半はヒートシンク１の基部１ａおよびフィン１ｂで吸熱される。図２中の符号ａが付された矢印はヒートシンク１に吸熱された熱の伝達方向を表している。実施の形態１に係るパワーコンディショナ１００では、ヒートシンク１と筐体３との間に隙間Ａ，Ｂが設けられているため、ヒートシンク１に伝達した熱ａの大半は、符号ｂで示されるようにヒートシンク１の天面板側端部１ｃ、底面板側端部１ｄ、および開口部１１側の端部１ｆから開口部１１へ放熱される。
【００２２】
一方、ヒートシンク１に伝達した熱ａの一部は、符号ｃで示すようにヒートシンク取付部４の基部４ａを介して天面板３ｂおよび底面板３ｃに伝達される。前述した従来技術では、ヒートシンクが筐体の天面部に直接固定されているため、パワーモジュールからヒートシンクへ伝達した熱の大半がヒートシンクと天面部との接触部分を介して天面部へと伝達され、天面板の温度の上昇に伴い天面板の放熱性能が低下する。これに対して実施の形態１のパワーコンディショナ１００では、ヒートシンク１が間接的に天面板３ｂに固定されている。そのため符号ｃの熱の伝達量は、ヒートシンク１が天面板３ｂに直接固定されている場合に比べて低い値となる。従って天面板３ｂの放熱性能の低下が抑制される。特に天面板３ｂの内、ヒートシンク取付部４との接触部よりも開口部６側の部分は、符号ｂで示される熱が伝達され難い位置にあるため、ヒートシンク取付部４との接触部よりも開口部１１側の部分よりも、放熱性能の低下が抑制される。放熱性能の低下が抑制された結果、ヒートシンク１で吸熱されていないパワーモジュール２の熱、すなわち符号ｄで示す熱は開口部６側に位置する天面板３ｂで吸熱され易くなり、パワーモジュール２が効果的に冷却され、パワーモジュール２の故障を抑制することができる。また放熱性能の低下が抑制されることでヒートシンク１を従来よりも小型化することができる。
【００２３】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係るパワーコンディショナ２００の断面図、図４は図３に示される背面側天面板３ｂ−１の斜視図、図５は図３に示される正面側天面板３ｂ−２の斜視図である。実施の形態１と異なる点は、天面板３ｂおよび底面板３ｃが分割された構造である点である。なお背面側とは図３で言えばヒートシンク１の端部１ｆ側を表す。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００２４】
天面板３ｂは背面側天面板３ｂ−１と正面側天面板３ｂ−２とにより構成される。図４に示すように、背面側天面板３ｂ−１は、方形板状の金属を折り曲げて形成され、ヒートシンク取付部４が固定される取付板固定部３ｂ−１１と、正面側天面板３ｂ−２が接続される正面側天面板接続部３ｂ−１３とで構成される。取付板固定部３ｂ−１１は、背面側天面板３ｂ−１の短手方向Ｌ１の一端側３ｂ−１０に位置する。なお短手方向Ｌ１は筐体３の奥行き方向に対応する。正面側天面板接続部３ｂ−１３は、背面側天面板３ｂ−１の短手方向Ｌ１の他端側３ｂ−１２に位置し、かつ、取付板固定部３ｂ−１１の延長線上よりも底面板３ｃ側にオフセットしている。取付板固定部３ｂ−１１には、背面側天面板３ｂ−１の長手方向Ｌ２に沿って複数のスリット３ｂ−１ａが形成され、さらに図１に示すねじ５を挿入するための挿入穴３ｂ−１ｂが形成されている。なお長手方向Ｌ２は筐体３の横幅方向に対応する。正面側天面板接続部３ｂ−１３には、ねじ８をねじ込むためのねじ込み穴３ｂ−１ｃが形成されている。
【００２５】
図５に示すように、正面側天面板３ｂ−２は、方形板状の金属を折り曲げて形成され、背面側天面板３ｂ−１が接続される背面側天面板接続部３ｂ−２１と、正面板３ａが固定される正面板固定部３ｂ−２３とで構成される。背面側天面板接続部３ｂ−２１は、正面側天面板３ｂ−２の短手方向Ｌ１の一端側３ｂ−２０に位置する。正面板固定部３ｂ−２３は、正面側天面板３ｂ−２の短手方向Ｌ１の他端側３ｂ−２２に位置し、かつ、背面側天面板接続部３ｂ−２１の延長線上よりも底面板３ｃ側にオフセットしている。背面側天面板接続部３ｂ−２１には、正面側天面板３ｂ−２の長手方向Ｌ２に沿って２つの挿入穴３ｂ−２ａが形成されている。
【００２６】
なお、底面板３ｃは、天面板３ｂと同様に、第一の底面板３ｃ−１と第二の底面板３ｃ−２とにより構成されており、第一の底面板３ｃ−１と第二の底面板３ｃ−２の構成の説明は省略する。
【００２７】
図３に示すヒートシンク取付部４は、取付板固定部３ｂ−１１に形成された挿入穴３ｂ−１ｂに挿入されるねじ５によって、取付板固定部３ｂ−１１の内側面３ｅに固定される。背面側天面板３ｂ−１と正面側天面板３ｂ−２は、正面側天面板３ｂ−２の挿入穴３ｂ−２ａに挿入されたねじ８が、背面側天面板３ｂ−１のねじ込み穴３ｂ−１ｃにねじ込まれることで相互に結合される。このとき背面側天面板３ｂ−１と正面側天面板３ｂ−２との合わせ目は、ねじ８がねじ込まれた箇所以外の部分が機械的および熱的な結合が低いため、背面側天面板３ｂ−１に伝達した符号ｃの熱は、結合面よりも開口部６側に伝わり難くなり、正面側天面板３ｂ−２の放熱性能の低下が抑制される。放熱性能の低下が抑制された結果、符号ｄで示す熱は開口部６側に位置する天面板３ｂで吸熱され易くなる。その結果、パワーモジュール２がより効果的に冷却され、パワーモジュール２の故障を抑制することができ、また放熱性能の低下が抑制されることでヒートシンク１を相対的により小型化することができる。
【００２８】
実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３に係るパワーコンディショナ３００の断面図である。実施の形態３のパワーコンディショナ３００では天面板３ｂおよび底面板３ｃの構造が実施の形態２と同様であるが、正面板３ａの内側面３ａ−１に放熱体であるヒートシンク１０が設置されている点が異なる。
【００２９】
ヒートシンク１０にはヒートシンク取付部４と対応する面に複数のフィンが形成されているため、ヒートシンク１０では符号ｄで示す熱と正面側天面板３ｂ−２に伝達された熱とが効果的に吸熱される。その結果、パワーモジュール２がより一層効果的に冷却され、パワーモジュール２の故障を抑制することができる。またヒートシンク１をより一層小型化することができる。
【００３０】
なお、実施の形態３の構造は実施の形態１にも適用可能であり、実施の形態１の正面板３ａにヒートシンク１０を設置することでパワーモジュール２を効果的に冷却することが可能である。
【００３１】
なお、実施の形態１，２，３では、ヒートシンク取付部４が天面板３ｂの内側面３ｅと底面板３ｃの内側面３ｆに固定されている例を説明したが、ヒートシンク取付部４を固定する位置は他の場所でもよく、例えば一対の側面板３ｄの内側面でもよい。すなわちヒートシンク取付部４が、筐体３とヒートシンク１との間に隙間を設けた状態で、筐体３と機械的に非接触の状態にあるヒートシンク１が筐体３に取付けられていれば、ヒートシンク取付部４の設置場所は実施の形態１，２，３に示した構成例に限定されるものではなく、このように構成した場合でも筐体３の放熱性能の低下が抑制される。
【００３２】
また実施の形態１，２，３では、ヒートシンク取付部４が筐体３にねじ止めされているが、ヒートシンク取付部４の筐体３への固定はねじ止めに限定されるものではなく、例えば溶接で固定し、筐体３の内側面とヒートシンク取付部４との間に嵌合構造を設けて嵌め込むものでもよい。
【００３３】
以上に説明したように実施の形態１，２，３に係るパワーコンディショナ１００，２００，３００は、筐体３と、発熱体と熱的に接続された放熱体であるヒートシンク１と、筐体３とヒートシンク１との間に隙間Ａ，Ｂを設けた状態で、筐体３と機械的に非接触の状態にあるヒートシンク１を筐体３に取付ける放熱体取付部であるヒートシンク取付部４とを備える。ヒートシンク１を筐体３と機械的に非接触の状態にすることで、パワーモジュール２で発生した熱は、ヒートシンク１から筐体３へ直接伝達されずに、ヒートシンク１の表面からパワーコンディショナ１００，２００，３００の外部に放熱される。従って筐体３の放熱性能の低下が抑制され、パワーモジュール２が効果的に冷却される。その結果、パワーモジュール２の故障が抑制され長期使用が可能となる。また筐体３の放熱性能の低下が抑制されることでヒートシンク１を相対的に小型化することができる。
【００３４】
また実施の形態１，２，３に係るパワーコンディショナ１００，２００，３００では、筐体３の天面板３ｂとヒートシンク１の天面板側端部１ｃとの間に隙間Ａが設けられる。この構成により、さらに筐体３の天面板３ｂにおける放熱性能の低下が抑制され、パワーモジュール２が効果的に冷却される。さらに天面板３ｂの温度上昇が抑制されるため、従来技術のように樹脂のシートを用いる必要がなく、筐体３の構造を簡素化することができる。
【００３５】
また実施の形態２，３に係るパワーコンディショナ２００，３００では、筐体３の天面板３ｂが、筐体３の正面側に配置される正面側天面板３ｂ−２と、筐体３の背面側に配置される背面側天面板３ｂ−１とに区分され、正面側天面板３ｂ−２と背面側天面板３ｂ−１とがねじ止めされている。この構成により、正面側天面板３ｂ−２の放熱性能の低下が抑制され、パワーモジュール２がより効果的に冷却される。
【符号の説明】
【００３６】
１  ヒートシンク、１ａ  基部、１ｂ  フィン、１ｃ  天面板側端部、１ｄ  底面板側端部、１ｅ  面、１ｆ  端部、２  パワーモジュール、３  筐体、３ａ  正面板、３ａ−１  内側面、３ｂ  天面板、３ｂ−１  背面側天面板、３ｂ−１ａ  スリット、３ｂ−１ｂ  挿入穴、３ｂ−１ｃ  ねじ込み穴、３ｂ−１０  一端側、３ｂ−１１  取付板固定部、３ｂ−１２  他端側、３ｂ−１３  正面側天面板接続部、３ｂ−２  正面側天面板、３ｂ−２ａ  挿入穴、３ｂ−２０  一端側、３ｂ−２１  背面側天面板接続部、３ｂ−２２  他端側、３ｂ−２３  正面板固定部、３ｃ  底面板、３ｃ−１  第一の底面板、３ｃ−２  第二の底面板、３ｄ  側面板、３ｅ，３ｆ  内側面、４  ヒートシンク取付部、４ａ  基部、４ｂ，４ｃ  折り曲げ部、４ｄ  開口部、４ｅ，４ｆ  面、５  ねじ、６  開口部、７  ねじ、８  ねじ、１０  ヒートシンク、１１  開口部、１００，２００，３００  パワーコンディショナ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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