(57)【要約】      （修正有）【課題】発熱性の半導体素子を効果的に冷却できると共に制御回路などの温度上昇を抑制することができるヒートシンク構造を提供する。【解決手段】直流電力を単相または三相の交流電力に変換して出力する電力変換装置１であって、この変換を成す電気回路を収納し、底部３Ｅを有する筐体と、筐体の底部３Ｅに設けられる開口１７と、電気回路を構成する発熱性の半導体素子ＩＰＭが外面板８Ａに熱伝導可能に設けられ、かつ外面板８Ａの反対面側に開口１７に面して複数の放熱フィン８Ｂが放熱フィン間を空気が流れるように平行に設けた状態のヒートシンク８とを備える。ヒートシンク８は半導体素子ＩＰＭが設けられた箇所を除く外面板８Ａの上及び放熱フィン８Ｂ間の空気の流れを構成しない外側面に被覆部材１２が設けられる。【選択図】図２
2017175748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を単相または三相の交流電力に変換して出力する電力変換装置に於いて、
前記変換を成す電気回路を収納し、かつ底部を有する筐体と、前記筐体の前記底部に設
けられる開口と、前記電気回路を構成する発熱性の半導体素子が外面板に熱伝導可能に設
けられ、かつ前記外面板の前記半導体素子が設けられていない反対面側に前記開口に面し
て複数の放熱フィンが当該放熱フィン間を空気が流れるように平行に設けられた状態のヒ
ートシンクとを備え、
前記ヒートシンクは、前記外面板の前記半導体素子が設けられた箇所を除く部分及び放
熱フィン間の空気の流れに接しない外側面に被覆部材が設けられて構成されていることを
特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記空気が通る通風孔を前記平行に設置された前記放熱フィンの延長上の前記筐体の壁
面に設けることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記被覆部材は少なくとも断熱効果を備えると共に、前記外面板に実質的に隙間のない
状態で設けられていることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の電力変換装置
。
【請求項４】
一方の側に発熱性の電気部品を熱伝導可能に有し、他方の側に複数の放熱フィンを平行
に有し前記放熱フィン間を流れる空気で前記電気部品の冷却を行うヒートシンクを有底状
の筐体に備えると共に、前記放熱フィン間を流れる空気が通る通風孔を前記筐体に備える
電力変換装置において、前記ヒートシンクの一方の側を少なくとも前記電気部品の投影面
積部分を除いて実質的に前記ヒートシンクの一方の側と隙間のない状態で覆う第１の被覆
部材と、前記放熱フィン間を流れる前記空気と接しない前記放熱フィンの面を覆い前記筐
体の底部に取り付けられかつ第１の被覆部材と一体に構成された第２の被覆部材とを備え
ることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換装置に関するものであり、更に詳細には、直流電力を単相または三相
の交流電力に変換して系統へ重畳可能に成した電力変換装置に装着されるヒートシンクに
関するものである。
【背景技術】
【０００２】
屋内設置式の太陽光発電システム用の電力変換装置（パワーコンディショナ）として、
放熱特性がよく、かつ、筐体表面が高温になら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を備
えたものがある。この直交変換回路を成すパワーモジュール、例えば発熱性の電気部品で
ある半導体スイッチング素子、を取り付けたヒートシンクなどを備えた電力変換装置が知
られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１では、電力変換装置の筐体内の冷却が良好に行なえると共に、電力変換
装置の筐体に人が触れたときに火傷や感電などを防止できる効果が記載されている。即ち
、この電力変換装置では、パワーモジュールを一体に取り付けたヒートシンクを用い空冷
方式による放熱を行うものであって、ヒートシンクに付設した多数のフィンが有する大き
な表面積に空気を触れさせることで、パワーモジュールの冷却を行うことができるように
なっている。
【０００４】
上述の電力変換装置では、ヒートシンクを用いることによって放熱が行えるものである
。上述の電力変換装置では、筺体の内外を貫通し、特にヒートシンクのフィン間を空気が
流れるようにスリット状の通風孔を穿設していた。しかしながら、例えば、筺体内部での
空気の流れが不充分な場合には、半導体スイッチング素子などの発熱の大きな素子から発
するジュール熱が筐体内に篭ってしまう虞がある。その結果、これら回路素子の耐熱限度
を超えた場合、その素子の保護装置が作動したり、またはその素子が破壊したりする虞が
あった。
【０００５】
図９は、従来の太陽光発電システム用電力変換装置に装着されるヒートシンクの構成を
示す説明図である。
従来のヒートシンク８−１は、発熱量の大きい回路素子（電気部品）、例えばインバー
タ部（ＩＮＶ）を構成するＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）、がヒートシン
ク８−１の外面板８Ａ上に熱伝導可能に取り付けられていた。このヒートシンク８−１の
前記外面板８Ａの反対面側に複数の放熱フィン８Ｂが平行に設置されていた。このヒート
シンク８−１は金属筺体の１側面を形成する底部３Ｅ（図示せず）に設置されていた。前
記金属筺体の下壁３Ｂ（図９の裏面側）に設けられた開口（図示せず）から流入した空気
（矢印）が前記放熱フィン８Ｂ間を流れて前記ＩＰＭを冷却し、前記金属筺体の上壁３Ａ
（図９の表面側）に設けられた開口（図示せず）から流出する（矢印）ように前記金属筐
体が構成されている。２０は取り付けネジである。
【０００６】
インバータ部（ＩＰＭ）の出力容量を大きくする場合、ヒートシンク１Ａの替りに大型
で冷却能力の高いヒートシンクを使用するか、ヒートシンク１Ａを使用するが送風機を設
置して強制的に放熱フィン４間に空気を流通させるなどの方法がある。しかし、いずれの
方法も装置が大型になるので金属筺体内に設置できなくなる問題や、大幅にコストアップ
になるなどの新たな問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
本発明の目的は、装置の大型化やコストアップになることなく、発熱性の半導体素子や
電気部品を効果的に冷却でき、また筐体内の温度上昇を抑制することができるヒートシン
クまたはこのヒートシンクを備えた電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電力変換装置は、直流電力を単相または三相の交流電力に変換して出力する電
力変換装置に於いて、変換を成す電気回路を収納し、かつ底部を有する筐体と、筐体の底
部に設けられる開口と、電気回路を構成する発熱性の半導体素子が外面板に熱伝導可能に
設けられ、かつ外面板の半導体素子が設けられていない反対面側に開口に面して複数の放
熱フィンが当該放熱フィン間を空気が流れるように平行に設けられた状態のヒートシンク
とを備え、ヒートシンクは、外面板の半導体素子が設けられた箇所を除く部分及び放熱フ
ィン間の空気の流れに接しない外側面に被覆部材が設けられて構成されていることを特徴
とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電力変換装置では、ヒートシンクの被覆部材によりヒートシンクの外面板の表
面および外側面の表面から筺体内に熱エネルギーが散逸するのを抑制できるものである。
【００１１】
また、放熱フィンの温度が上がり、放熱フィンの温度とこの放熱フィン間を流れる空気
の温度との温度差が大きくなり放熱効率が向上するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、太陽光発電システム用電力変換装置の概略的な電気的構成を示す説明図である。
【図２】図２は、本発明の一実施態様に係る電力変換装置の内部の構成を示す斜視説明図である。
【図３】図３は、図２に示した本発明の電力変換装置から基板、電気部品、蓋などを取り外した構成を示す斜視説明図である。
【図４】図４は、図２、３に示した本発明の電力変換装置の上壁を示す説明図である。
【図５】図５、図２、３に示した本発明の電力変換装置の下壁を示す説明図である。
【図６】図６、図２、３に示した本発明の電力変換装置の底部を示す説明図である。
【図７】図７（Ａ）は、本発明の一実施態様に係る電力変換装置に装着されるヒートシンクの構成を示す断面説明図であり、（Ｂ）は、電力変換装置に装着されるヒートシンクを斜め上から見た説明図である。
【図８】図８は、ヒートシンクに被覆部材を取り付ける方法の１例を示す説明図である。
【図９】図９は、従来の太陽光発電システム用電力変換装置に装着されるヒートシンクの構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に本発明の実施態様につき、図を用いて詳細に説明する。
図１は、太陽光発電システム用の電力変換装置の概略的な電気的構成を示す説明図であ
る。
再生可能エネルギーである太陽電池（ＰＶ）からの直流電力が、チョッパ動作により昇
圧部（ＤＣ／ＤＣコンバータ）にて昇圧される。この昇圧部（ＤＣ／ＤＣコンバータ）で
昇圧した直流電力はインバータ部（ＩＮＶ）により商用電力系統（ＧＲＩＤ）の周波数と
実質的に同期できる低周波（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の単相又は三相の交流電力に変換
（ＤＣ／ＡＣ変換）される。この交流電力はローパスフィルタ回路を構成するフィルタ部
（ＬＰＦ）を介して正弦波の交流電力として商用電力系統（ＧＲＩＤ）へ重畳される。こ
れらの動作は制御回路により適正に制御されている。
【００１４】
図２に示すように、本発明の一実施態様に係る電力変換装置１は、太陽電池から得られ
る直流電力を商用電力系統へ重畳可能な交流に変換する。電力変換装置１は昇圧部（ＢＳ
）、インバータ部（ＩＮＶ）、フィルタ部（ＬＰＦ）など（図２に、これらをまとめてＩ
ＮＶとして示した）の電気回路を構成する電気部品６が金属筺体２内に収容されている。
金属筺体２は、本体（筐体）３と蓋体４によって構成し、本体３は上壁３Ａ、下壁３Ｂ
、右壁３Ｃ、左壁３Ｄ、および底部３Ｅで構成された有底状の筐体である。本体３は前面
開口３Ｆを有する矩形状の箱を構成している。蓋体４は、本体３の前面開口３Ｆを塞ぐよ
うに取り付けネジによって本体３に着脱自在に取り付ける。なお、蓋体４は、本体３の右
壁３Ｃまたは左壁３Ｄにヒンジによって開閉自在とすることもできる。また、蓋体４は金
属筐体２と同様の金属に限らず合成樹脂などを用いて意匠的効果が得られるデザインを備
えて構成しても良いものである。
【００１５】
本発明の電力変換装置１の金属筺体２内には電気部品６を実装した基板７が、本体３内
で底部３Ｅに並行配置となるように円柱状のスペーサ１８で取り付けられている。昇圧部
（ＢＳ）、インバータ部（ＩＮＶ）などの中でスイッチング素子は発熱して高温となるた
め、その発熱を放散するために、一つまたは別個のパッケージに収容される形態でモジュ
ール化される。これはＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）と称し、本発明の電
気部品６や半導体素子に相当する。
【００１６】
ＩＰＭはその裏側のアルミニウムなどの金属製放熱面が、アルミニウムなどの熱伝導良
好なヒートシンク８の外面板８Ａに熱伝導状態でネジなどの固定具によって取り付けられ
ている。図２に示すように、ヒートシンク８は、外面板８ＡのＩＰＭが設けられていない
反対面側に上下方向に延出した複数の放熱フィン８Ｂを左右に並行して有している。この
放熱フィン８Ｂは金属筺体２の底部３Ｅに設けられた開口１７に臨む状態で、底部３Ｅに
ネジ２０などの固定具にて取り付けられている。尚、底部３Ｅに開口１７を備えない金属
筐体を用いることも可能である。
ＩＰＭの発熱は、外面板８Ａから放熱フィン８Ｂへ伝達され、図２、図５に示すように
金属筺体２の下壁３Ｂに設けた通風孔１０から金属筺体２内に取り入れられた空気が放熱
フィン８Ｂ間を上昇する際にこの空気へ放熱して冷却される。放熱されて温度が上昇した
空気は金属筺体２の上壁３Ａ（図４参照）に設けた通風孔１１から金属筐体２の外部へ放
出される。
平行に設置された放熱フィン８Ｂの延長上の金属筐体２の壁面（下壁３Ｂおよび上壁３
Ａ）には空気が通る通風孔１０、１１が設けられている。例えば、通風孔１０、１１は放
熱フィン８Ｂ間の空気の通路に相対向した複数のスリットで構成されている。
【００１７】
ダイオードも発熱が大きい場合は、ＩＰＭと同様に、パッケージに収容される状態でモ
ジュール化し、ヒートシンク８の外面板８Ａの前面に熱伝導状態に、ネジなどの固定具に
よって取り付けて設けられる。なお、ダイオードは、ＩＰＭに含めてパッケージするよう
にすれば、ヒートシンク８の外面板８Ａへの取り作業も容易になる。
【００１８】
金属筺体２内には、ヒートシンク８の隣にリアクトル配置部９を上下方向に渡って設け
ている。直流用リアクトルＬ１と交流用リアクトルＬ２は、支持板２４を介してリアクト
ル配置部９にネジなどの固定具によって取り付けられる。
【００１９】
太陽電池（ＰＶ）からの直流入力配線、商用電力系統（ＧＲＩＤ）へつながる交流出力
配線、アース線などの配線が図２、図３に示す配線導入開口２３から導入される。図示し
ない配線は、電気回路の所定の接続部に連結され、この配線によって本発明の電力変換装
置１の電気回路が構築される。
【００２０】
図７（Ａ）は、本発明の一実施態様に係る太陽光発電システム用の電力変換装置に装着
されるヒートシンクの構成を示す断面説明図であり、（Ｂ）は、電力変換装置に装着され
るヒートシンクを斜め上から見た説明図である。
本発明の電力変換装置に装着されるヒートシンク８は、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などを収納したＩＰＭ（インテリジェントパ
ワーモジュール）がヒートシンク８の外面板８Ａ上に熱伝導可能に取り付けられている。
前記外面板８Ａの反対面側に複数の放熱フィン８Ｂが平行になるように設けられている。
そしてＩＰＭが外面板８Ａ上に熱伝導可能に取り付けられた部分１６（電気部品の投影面
積部分に相当）を除く外面板８Ａの部分及び放熱フィン８Ｂ間の空気の流れを構成しない
外側面１３、１４に被覆部材１２が実質的に隙間のない状態で被されて設けられている。
ヒートシンク８の放熱フィン８Ｂは金属筺体２の１側面を形成する底部３Ｅに設けられた
開口１７に面して設けられている。
２０はヒートシンク８を底部３Ｅに取り付けるための取り付けネジである。ヒートシン
ク８の外面板８Ａに設けられる被覆部材は第１の遮熱部材を構成し、外面側１３、１４に
設けられる被覆部材は第２の遮熱部材を構成するものである。本実施例では第１の被覆部
材と第２の被覆部材とを単一の鉄板から打ち抜いた後折り曲げて一体に構成しているので
前記と同様に以下単に被覆部材１２と称する。
尚、第１の被覆部材と第２の被覆部材とは夫々別体で構成し結合して一体に構成したも
のでも良く、また夫々ヒートシンク８に螺子止めして一体に構成したものでもよく、その
構成は限定されるものではない。
【００２１】
前記ＩＰＭが取り付けられた箇所を除く前記外面板８Ａの上に被覆部材１２が実質的に
隙間のない状態で被せられて装着されている。被覆部材１２は断熱効果を有する材料（鉄
板や樹脂材など）で構成されている。従って、発熱性の前記ＩＰＭ（電気部品）から外面
板８Ａへ伝達した熱がヒートシンク８の外面板８Ａ表面から金属筺体２内に熱輻射や熱伝
導などによって散逸するのを抑制でき、金属筺体２内に収容されている制御回路の基板７
などの温度上昇を抑制できる。そしてヒートシンク８の外面板８Ａ表面からの熱は被覆部
材１２で放熱フィン８Ｂ側へ反射される。この反射で放熱フィン８Ｂの温度が上昇し、こ
の放熱フィン８Ｂの温度と放熱フィン８Ｂ間を流れる空気の温度との温度差が大きくなる
。温度差が大きくなる分、放熱フィン８Ｂから空気へ移動する熱量が大きくなり、放熱フ
ィン８Ｂの放熱効果が向上し、前記ＩＰＭを冷却効率が向上する。
【００２２】
ヒートシンク８の外側面１３、１４の上にも被覆部材１２が同様に装着されて構成され
ているので、外側面１３、１４から金属筺体２内に熱輻射や熱伝導などによって熱エネル
ギーが散逸するのをさらに抑制できる。同時に放熱フィン８Ｂの温度上昇にも寄与でき冷
却効率の一層の向上が可能になる。
また、被覆部材１２は少なくとも断熱効果を備えると共に、外面板８Ａ及び外側面１３
、１４に実質的に隙間のない状態で設けられているので、隙間がある際の当該隙間で加熱
された空気が金属筐体２内に循環して金属筐体２内の温度を上昇させることを抑制してい
る。外側面１３、１４の表面温度は発熱体となる電気部品から離れているためヒートシン
ク８の外面板８Ａほど温度が高くならないので外側面１３、１４と被覆部材１２との隙間
は多少あってよいものである。この際、当該隙間で加熱された空気は放熱フィン８Ｂ間を
流れる空気に引かれ金属筐体２内を循環する量は少なくなるものである。
【００２３】
被覆部材１２の材料は遮熱効果があれば特に限定されるものではなく、金属筺体２内に
熱輻射や熱伝導などによって熱エネルギーが散逸するのを抑制でき、機械的強度が高く、
耐久性のある信頼性の高い材料であれば使用することができる。具体的には、例えば、セ
ラミックス、耐熱性エンジニアリングプラスチックス、金属あるいはその発泡体など、お
よびこれらを組み合わせた組成物や積層体などを挙げることができる。
【００２４】
図８は、ヒートシンクに被覆部材を取り付ける方法の１例を示す説明図である。尚、図
７に示すＩＰＭと図８に示すＩＰＭとは形状が異なるが、ＩＰＭの形状が限定されるもの
ではない実施形態を示すものである。
図８に示すように、外面板８Ａの反対面側には複数の放熱フィン８Ｂが平行になるよう
に設置されている。ＩＰＭはヒートシンク８の外面板８Ａ上に熱伝導可能に取り付けられ
ている。ＩＰＭが外面板８Ａ上に熱伝導可能に取り付けられ取り付けられた箇所１６を除
く外面板８Ａの部分及び放熱フィン８Ｂ間の空気の流れを構成しない外側面１３、１４の
上に実質的に隙間のない状態で固定した被覆部材１２を備えている。この被覆部材１２を
ヒートシンク８の所定の箇所に設置し、ネジ２０を用いて底部３Ｅの上に固定して装着す
る。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、筐体内にヒートシンクと電気回路とを備える筐体内の温度上昇を抑制する電
力変換装置に用いることができるものである。
【００２６】
上記実施の形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記
載の発明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明の各部構成は上記実施
の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１  電力変換装置
２  金属筺体
３  本体
３Ａ  上壁
３Ｂ  下壁
３Ｃ  右壁
３Ｄ  左壁
３Ｅ  底部
４  蓋体
６  電気部品
７  基板
８、８-１  ヒートシンク
８Ａ  外面板
８Ｂ  放熱フィン
１０、１１  通風孔
１２  被覆部材
１３、１４  外側面
１６  ＩＰＭが設けられた箇所
１７  開口
【図１】
2017175748.tif 000003
【図２】
2017175748.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017175748.tif 000009
【図８】
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【図９】
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