JP2011192809A - パワーコンディショナー装置およびこの装置に使用するモジュール基板構造 - Google Patents

パワーコンディショナー装置およびこの装置に使用するモジュール基板構造 Download PDF

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Abstract

【課題】個々の電子部品の故障の際のメンテナンス性を向上させて、低コストのメンテナンスを実現する。
【解決手段】太陽電池や燃料電池などから供給される直流電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０により昇圧した後インバータ回路４０により交流電力に変換し、この交流電力を一般負荷に供給すべく、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０およびインバータ回路４０或いはこれら両回路の作動を制御するＣＰＵなどの電子回路をケース体内に収容して構成する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０とインバータ回路４０とを、別体構成のＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板３１とインバータ回路実装基板４１とにそれぞれ実装することによりモジュール化した。
【選択図】図６

Description

本発明は、太陽電池や燃料電池などから供給される直流電力を昇圧した後交流電力に変換し、かかる交流電力を一般負荷に供給すべくなしたパワーコンディショナー装置に関する。
この種のパワーコンディショナー装置は、太陽電池や燃料電池などから供給された直流電力を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ回路や、該ＤＣ／ＤＣコンバータ回路から供給された直流電力をリアクトルにて整流した後交流電力に変換するインバータ回路、或いはこれらＤＣ／ＤＣコンバータ回路やインバータ回路を制御するＣＰＵなどから構成されている。
そして、ＣＰＵなどとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路およびインバータ回路は、スイッチング素子やダイオード等多くの電子部品を有して構成しており、従来の技術においては、これらスイッチング素子やダイオード果てまたリアクトル等の電子部品は、単一のプリント基板に実装することにより構成していた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−５４２１５公報
しかしながら、かかるパワーコンディショナー装置は、個々の電子部品を単一のプリント基板に実装して構成しているために、各電子部品が個別的に故障を起こした場合には、故障した個々の電子部品を交換してメンテナンスを行うことが非常に難しく、いきおい、すべて新品の電子部品が実装して構成された新たなプリント基板に交換する必要があり、正常な電子部品が未だ実装されている旧プリント基板を廃棄処分することになって、メンテナンス費用が嵩むことになると共に、地球環境に影響しかねない。
また、インバータ回路やＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、スイッチング素子を使用して構成していることから非常に高温を発することになり、ＣＰＵなどの作動に影響を及ぼすことにもなりかねない。
そこで、本発明は、第一に、個々の電子部品の故障の際のメンテナンス性を向上させ、低コストのメンテナンスを実現させ且つ地球環境の保護にも寄与し、併せて、第二に、スイッチング素子或いはリアクトルが発した高熱を効率よく冷却することにより他の電子部品に影響させないようにしたパワーコンディショナー装置を提供することを目的としている。
本発明に係るパワーコンディショナー装置は、太陽電池や燃料電池などから供給される直流電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路により昇圧した後インバータ回路により交流電力に変換し、この交流電力を一般負荷に供給すべく、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路および前記インバータ回路或いはこれら両回路の作動を制御するＣＰＵなどの電子回路をケース体内に収容して構成するパワーコンディショナ装置であって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路と前記インバータ回路とを、別体構成のＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板とインバータ回路実装基板とにそれぞれ実装することによりモジュール化したことを特徴とするものである。
本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路とインバータ回路とを、別体構成のＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板とインバータ回路実装基板とにそれぞれ実装してモジュール化したことにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路及びインバータ回路は、それぞれ別体構成のＤＣコンバータ回路実装基板及びインバータ回路実装基板に実装されていることから、個別の電子部品が故障した際には、一方の回路を実装する回路実装基板を新品に交換するだけで、メンテナンス作業を実現することができ、他方の回路実装基板はそのまま使用を継続できることからメンテナンス費用が低減できると共に、新品の電子部品との交換範囲を最小限に止めて、地球環境保護に寄与することができる。
そして、上記発明に係る一つの実施の形態における前記インバータ回路は、単相交流を出力すべく、２つの相別インバータ回路にてそれぞれ構成し、該各相別インバータ回路を、互いに別体構成の相別インバータ回路実装基板にそれぞれ実装することによりモジュール化したことを特徴としている。
かかる構成を有する本発明によれば、２つの相別インバータ回路は、それぞれ互いに別体構成の相別インバータ実装基板に実装されているために、一方の相別インバータ回路を構成する電子部品が故障した場合には、かかる故障した電子部品が実装された相別インバータ実装基板を新品に交換するだけで、メンテナンス作業を実現することができ、メンテナンス費用が低減できると共に、新品の電子部品との交換範囲を最小限にして、未だ故障していない電子部品が廃棄処分されるのを防止して、地球環境保護にも寄与することができる。
また、上記発明に係る他の一つの実施の形態における前記インバータ回路は、三相交流を出力すべく、３つの相別インバータ回路にてそれぞれ構成とし、該各相別のインバータ回路を、それぞれ別体構成の相別インバータ回路実装基板に実装することによりモジュール化したことを特徴とするものである。
かかる構成を有する本発明によれば、３つの相別インバータ回路は、それぞれ別体構成の相別インバータ実装基板に実装されているために、一の相別インバータ回路を構成する電子部品が故障した場合には、かかる故障した電子部品が実装された相別インバータ実装基板を新品に交換するだけでメンテナンス作業を実現することができて、メンテナンス費用が低減できると共に、新品の電子部品との交換範囲を最小限にして、未だ故障していない電子部品が廃棄処分されるのを防止して、地球環境保護にも寄与することができる。
また、上記本発明に係る他の一つの実施の形態におけるパワーコンディショナー装置は、前記各相別インバータ回路実装基板に、それぞれ前記各相別インバータ回路を構成すべく複数のインバータ回路用スイッチング素子を直線上に並設実装することによりインバータ回路用スイッチング素子群を構成させると共に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路を構成する複数のＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子を直線上に並設実装することによりＤＣ／ＤＣ回路用スイッチング素子群を構成させ、且つ、前記ケース内において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路のＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群と前記３つの相別インバータ回路のうち第一の相別インバータ回路を構成する前記第一のインバータ回路用スイッチング素子群とを、互いに対向するように配置すると共に、前記３つの相別インバータ回路のうち第二の相別インバータ回路を構成する第二のインバータ回路用スイッチング素子群と第三の相別インバータ回路を構成する第三のインバータ回路用スイッチング素子群同士を互いに対向するように配置し、さらに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群及び前記第一のインバータ回路用スイッチング素子群と、第二のインバータ回路用スイッチング素子群及び前記第三のインバータ回路用スイッチング素子群とを、前記ケース内において、互いに対向するように配置したことを特徴とするものである。
かかる構成を有する本発明によれば、各相別インバータ回路を構成する各インバータ回路用スイッチング素子群とＤＣ／ＤＣコンバータ回路を構成するＤＣ／ＤＣ回路用スイッチング素子群とをケース内においてひと纏まりにして集合させることができ、各スイッチング素子が発生する高熱を効率よく冷却することができ、他の電子部品に影響させないように構成することができる。
また、上記本発明に係る他の一つの実施の形態におけるパワーコンディショナー装置は、前記ベース部材の表面側において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群及び前記第一のインバータ回路用スイッチング素子群と、前記第二のインバータ回路用スイッチング素子群及び前記第三のインバータ回路用スイッチング素子群との間を互いに離間させることにより、空隙部を形成して
おり、該空隙部内における前記ベース部材の表面側にリアクトルを配設したことを特徴とするものである。
かかる構成を有する本発明は、ベース部材の表面上において、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群及び第一のインバータ回路用スイッチング素子群と、第二のインバータ回路用スイッチング素子群及び前記第三のインバータ回路用スイッチング素子群との間に形成された空隙部にリアクトルを配設していることから、リアクトルが各相別インバータ回路における各スイッチング素子が発する高熱からの影響を少なくして、個別に冷却することができることになり、装置の冷却機能を効率よく達成することができる。
また、本発明に係る他の実施の形態におけるパワーコンディショナー装置は、前記ベース部材の背面側に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群及び前記第一のインバータ回路用スイッチング素子群が対向するように、第一の主ヒートシンクを設置すると共に、前記第二のインバータ回路用スイッチング素子群及び第三のインバータ回路用スイッチング素子群が対向するように第二の主ヒートシンクを配置したことを特徴とするものである。
かかる構成を有する本発明は、各スイッチング素子群スイッチング素子群は、それぞれ第一の主ヒートシンクと第二の主ヒートシンクとで、個別に冷却されることになって、結果的に効率的な冷却機能を果たせることになる。
また、本発明に係る他の実施の形態におけるパワーコンディショナー装置は、前記第一乃至第三のインバータ回路実装基板及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板における前記各スイッチング素子群の実装基板面に対向する対向基板面に、それぞれ前記各スイッチング素子群に対向するように、補助ヒートシンクを設置して、該各補助ヒートシンクを前記各ベース部材に形成した貫通孔に嵌合することにより前記各主ヒートシンクに直接接合したことを特徴とするものである。
かかる構成を有する本発明においては、第一乃至第三のインバータ回路実装基板及びＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板における各スイッチング素子群の実装基板面に対向する対向基板面にそれぞれ設置した補助ヒートシンクが、それぞれ各スイッチング素子群に対向して設置され、しかも、貫通孔に嵌合して各主ヒートシンクに直接接合されていることにより、各スイッチング素子の冷却効果を高めることができる。
また、本発明に係る他の実施の形態におけるパワーコンディショナー装置は、 前記第一および第二の主ヒートシンクの背面側において、前記各補助ヒートシンクに対向させるように、空冷ダクトを設置して、該空冷ダクト内に冷却ファンにより冷却空気を強制的に供給するように構成したことを特徴とするものである。
かかる構成を有する本発明は、第一のヒートシンク及び第二のヒートシンクが、個別の空冷ダクトに各冷却ファンによって導入された冷気を用いて、個別に冷却されることになり、各スイッチング素子群が互いに発する高熱に影響されることなく効率よく冷却されることになって、各冷却ファンによる冷却効果を効率よく発揮することができる。
また、本発明に係る他の実施の形態におけるパワーコンディショナー装置は、前記第一の主ヒートシンク及び前記第二の主ヒートシンクの各一辺を、前記空隙部側に延在させることにより、前記リアクトルを冷却するリアクトル冷却用空冷フィンを形成したことを特徴とするものである。
かかる構成を有する本発明は、各主ヒートシンクに一体に形成されたリアクトル冷却用空冷フィンによって、リアクトルを冷却することができることから、前記冷却ファンによる各スイッチング素子の冷却機能を効率的に果たさせることができる。
また、本発明に係る他の実施の形態におけるパワーコンディショナー装置は、前記各空冷ダクト内に冷却空気を強制的に供給する冷却ファンは、前記各空冷ダクトの最上流側に設置したことを特徴とするものである。
かかる構成を有する本発明は、冷却ファンが各空冷ダクトの上流側に配置されているために、当該冷却ファンが各スイッチング素子群によって発せられた高熱の影響を小さくすることができ、かかる冷却ファンの長寿命化を果たすことができる。
また、本発明に係る他の実施の形態におけるパワーコンディショナー装置は、前記ＣＰＵを、前記ベース部材における前記空冷ダクトの上流側部位に位置するように、前記ケース内に配置したことを特徴とするものである。
かかる構成を有する本発明は、熱に影響されやすいＣＰＵを、空冷ダクトにおける上流側において、ケース内に配置したことにより、ＣＰＵは、各スイッチング素子群やリアクトルが発する高熱に影響されることなく、常に正常な制御機能を果たすことが可能となる。
上記のように構成する本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路とインバータ回路とを、別体構成のＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板とインバータ回路実装基板とにそれぞれ実装してモジュール化したことにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路及びインバータ回路は、それぞれ別体構成のＤＣコンバータ回路実装基板及びインバータ回路実装基板に実装されていることから、個別の電子部品が故障した際には、一方の回路を実装する回路実装基板を新品に交換するだけで、メンテナンス作業を実現することができ、他方の回路実装基板はそのまま使用を継続できることからメンテナンス費用が低減できると共に、新品の電子部品との交換範囲を最小限に止めて、地球環境保護に寄与することができる。
また、上記のように構成する本発明は、各相別インバータ回路を構成する各インバータ回路用スイッチング素子群とＤＣ／ＤＣコンバータ回路を構成するＤＣ／ＤＣ回路用スイッチング素子群とをケース内においてひと纏まりにして集合させることができ、各スイッチング素子が発生する高熱を効率よく冷却することができ、他の電子部品に影響させないように構成することができる。
本発明に係る実施例を採用したパワーコンディショナー装置を正面上方から描画した斜視図である。 本発明に係る実施例を採用したパワーコンディショナー装置を背面下方から描画した斜視図である。 本発明に係る実施例を採用したパワーコンディショナー装置を分解して描画した斜視図である。 図３に描画されたベース部材の平面図である。 図３に示されたベース部材上に本発明に係る実施例を採用したパワーコンディショナー装置における電子部品を配設した状態を描画した平面図である。 本発明に係る実施例を採用したパワーコンディショナー装置を構成するＤＣ−ＤＣコンバータ回路をＤＣ−ＤＣコンバータ回路実装基板に実装した状態を描画した概略斜視図である。 本発明に係る実施例を採用したパワーコンディショナー装置を構成するインバータ回路をインバータ回路実装基板に実装した状態を描画した概略斜視図である。 本発明に係る実施例におけるパワーコンディショナー装置のインバータ回路を構成するスイッチング素子を補助シートシンクに装着するための取付け係止具の斜視図である。 図８に描画された取付け係止具を用いてスイッチング素子を補助ヒートシンクに装着した状態を補助ヒートシンクの側面側から描画した図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。
次に、図を用いて、本発明に係る実施例を採用したパワーコンディショナー装置を説明する。
図１乃至図３において、太陽電池や燃料電池などから供給される直流電力を昇圧した後交流電力に変換するパワーコンディショナー装置のケース１は、前後方向に扁平で、且つ正面視上下方向に長い長方形状の金属よりなる収容箱体であり、１０アンペア程度の大電流を扱うべく、左右方向の幅を小電流を扱うためのケース本体(不図示)と交換して既存の設置場所に設置できる寸法を有して構成されており、ケース１は、後述の電子部品等を収容するための収容空間を有すると共に背面側が開口した筺体１ａと、筺体１ａの開口部を閉塞する背面蓋体１ｂとで構成しており、背面蓋体１ｂは、筺体１ａの開口部を閉塞した状態で、係合片１ｂ−１を筺体１ａ側の係合部（不図示）に係合することによって、筺体１ａに固着されている。
筺体１ａの前面部の上方側に寄った部位には、筺体１ａ内に収容されたコネクタ１ｃ等を外部に表出させるために一対の小開口部１ａ−１が形成されており(図３参照)、小開口部１ａ−１は、カバー体１ａ−２を不図示のシール材を介在させた状態で筺体１ａにビス等により固定することにより閉塞されている。
筺体１ａの下面には、図２に示すように、筺体１ａ内に配設されたハーネスを外部に引き出すための複数個のハーネスクランプ具１ａ−３が設置されている。
背面蓋体１ｂには、後に詳述する冷却装置２が設置されている。
そして、ケース１は、筺体１ａの前面側から背面側にかけて、順次、複数の制御用電子部品３ａを実装した制御基板３、パワーモジュール１０を配設したパワーモジュール基板４、パワーモジュール基板４を設置するベース部材５及び冷却装置２を収容した後、背面蓋体１ｂによって開口部を閉塞するように構成している。
パワーモジュール基板４は、図５に示すように、互いに別体構成のＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板３１、インバータ回路実装基板４１及びＣＰＵ実装基板２３を有して構成しており、インバータ回路実装基板４１は、本装置において三相交流を出力するために３つの相別インバータ回路６−１、６−２及び６−３をそれぞれ実装するために、互いに別体構成の第一のインバータ回路実装基板４１−１、第二のインバータ回路実装基板４１−２及び第三のインバータ回路実装基板４１−３を有して構成している。
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板３１は、図６に示すように、コンデンサーやサーミスタ等の電子部品の他に、複数個のＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子１１が実装されていると共に、これらＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子１１をアルミ製棒材から成る補助ヒートシンク８Ａに直付けで設置することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０のモジュール化を果たしている。
そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子１１が装着された補助ヒートシンク８Ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板３１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子１１が実装された基板面に対して反対側の対向基板面に接合して、ねじ等により固定設置されている。このとき、インバータ回路実装基板４１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子１１が実装された基板面がＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子１１が設置された補助ヒートシンク８Ａにおける設置面側に突出しないように、補助ヒートシンク８Ａに段差部８Ａ−１が形成されている。
インバータ回路実装基板４１を構成する互いに別体構成の第一のインバータ回路実装基板４１−１、第二のインバータ回路実装基板４１−２及び第三のインバータ回路実装基板４１−３は、図７に示すように、前述のＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板３１と同様に、コンデンサーやサーミスタ等の電子部品の他に、複数個のインバータ回路用スイッチング素子１２を実装するとともに、これらスイッチング素子をアルミ製棒材から成る補助ヒートシンク８Ｂに直付にて設置することにより、インバータ回路４０のモジュール化を果たしている。
インバータ回路用スイッチング素子１２の補助ヒートシンク８Ｂへの直付設置は、図８に示す取付け係止具７を用いて行う。即ち、取付け係止具７は、略平板状のスイッチング素子側固定片部７−１と補助ヒートシンク側係止片部７−２とを一体に形成して構成されている。
そして、インバータ回路用スイッチング素子１２は、図９に示すように、補助ヒートシンク８Ｂ上に電気絶縁性の放熱シート９を介在させた状態で載置した上で、補助ヒートシンク８Ｂに螺合したねじ７−３に補助ヒートシンク側係止片部７−２を係止することによって、スイッチング素子固定片部７−１の突起部７−１ａがインバータ回路用スイッチング素子１２を補助ヒートシンク８Ｂ側に弾性力により押さえ込まれて、固定されている。
このとき、インバータ回路用スイッチング素子１２は、放熱シート９の介在により、補助ヒートシンク８Ｂに対して、密着性を持って設置されている。さらに、放熱シート９は、図９に示すように、補助ヒートシンク８ＢとＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子１１の端子１１ａの間に延設介在して、補助ヒートシンク８Ｂとインバータ回路用スイッチング素子１２の端子１１ａの間における絶縁距離を出している。放熱シート９は、補助ヒートシンク８Ｂに接着剤等を用いて接合されている。
また、インバータ回路用スイッチング素子１２が装着された補助ヒートシンク８Ｂは、インバータ回路実装基板４１におけるインバータ回路用スイッチング素子１２が実装された基板面に対して反対側の対向基板面に接合して、ねじ等により固定設置されている。このとき、インバータ回路実装基板４１におけるインバータ回路用スイッチング素子１２が実装された基板面がインバータ回路用スイッチング素子１２が設置された補助ヒートシンク８Ｂにおける設置面側に突出しないように、補助ヒートシンク８Ｂに段差部８Ｂ−１が形成されている（図７参照）。
そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板３１に複数のＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子１１を実装する場合、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板３１の一辺端側に一直線上に並設実装することにより、ＤＣ／ＤＣ回路用スイッチング素子群１１Ａを構成している。
また、第一のインバータ回路実装基板４１−１、第二のインバータ回路実装基板４１−２及び第三のインバータ回路実装基板４１−３にそれぞれ複数のインバータ回路用スイッチング素子１２を実装する場合、複数のインバータ回路用スイッチング素子１２は、それぞれ第一のインバータ回路実装基板４１−１、第二のインバータ回路実装基板４１−２及び第三のインバータ回路実装基板４１−３の一辺端側に一直線上に並設実装することにより、インバータ回路用スイッチング素子群１２Ａを構成している。
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板３１と、第一のインバータ回路実装基板４１−１、第二のインバータ回路実装基板４１−２及び第三のインバータ回路実装基板４１−３とは、共に、ベース部材５にねじ等により取り付けられている。そして、ベース部材５へのＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板３１、第一のインバータ回路実装基板４１−１、第二のインバータ回路実装基板４１−２及び第三のインバータ回路実装基板４１−３の配置は、まず、ベース部材５上において、第一の相別インバータ回路６−１を構成する第一のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−１とＤＣ／ＤＣコンバータ回路を構成するＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群１１Ａとを互いに対向するように配置すると共に、第二の相別インバータ回路６−２を構成する第二のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−２と第三の相別インバータ回路６−３を構成する第三のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−３同士を互いに対向するように配置し、さらに、前記第一のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−１およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路のＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群１１Ａと、第二のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ及び第三のインバータ回路用スイッチング素子群とを、ケース１内におけるベース部材５の表面略中央部において、互いに対向するように配置している。
ベース部材５の略中央部における、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群１１Ａ及び第一のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−１と、第二のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−１及び第三のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−３との間には、空隙部１３が形成されており、空隙部１３におけるベース部材５の表面上には、複数個のリアクトル１４が配設されている。
ベース部材５は、図４に示すように、その外周端部を囲繞するようにリング状パッキン１５が配置されていて、リング状パッキン１５は図１０に示すようにベース部材５と筺体１ａとの間の密着性を出して、ケース１に雨水等が侵入しないようにしている。
また、ベース部材５における補助ヒートシンク８Ａ、８Ｂに対向する部位に、それぞれ貫通孔５Ａが形成されており、貫通孔５Ａにはそれぞれ補助ヒートシンク８Ａ、８Ｂが嵌合している。
さらに、ベース部材５の背面側には、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板３１に及びインバータ回路実装基板４１に実装された各ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群１１Ａ、１２Ｂにそれぞれ対向配置されるように、互いにアルミ材等から成る別体構成の第一および第二の主ヒートシンク１６、１６がそれぞれ接合設置されている。
第一および第二の主ヒートシンク１６、１６は、ベース部材５の設置面に対して対向する対向面には、凹凸状の放熱面が形成されていると共に、第一および第二の主ヒートシンク１６、１６の各一辺側は、ベース部材５の中央部における空隙部１３側に互いに若干の隙間を有する範囲内において延在することにより、リアクトル冷却用空冷フィン部１６Ａ、１６Ａが形成されていて、リアクトル冷却用空冷フィン部１６Ａ、１６Ａは、リアクトル１４に対向して、リアクトル１４を空冷するように構成されている。
さらに、第一および第二の主ヒートシンク１６、１６の背面側において、各補助ヒートシンク８Ａ、８Ｂに対向させるように、スイッチング素子群１１Ａ、１２Ａを主に冷却するための冷却空気を導入する空冷ダクト１７、１７が設置されている。
空冷ダクト１７、１７の最上流側(ケース１の設置状態で下部側)には、半ダクト１８、１８が介在した状態で、空冷ダクト１７、１７内に強制的に冷却空気を供給する冷却ファン１９、１９がそれぞれ設置されている。両冷却ファン８、８は、空冷ダクト１７、１７への取付け部材２０により、互いにサブアッシーされている。半ダクト１８、１８は、冷却ファン８、８における第一および第二の主ヒートシンク１６、１６との間における絶縁距離を確保するもので、絶縁材料から構成されている。
空冷ダクト１７、１７の最下流側である天面（ケース１の設置状態で上部側）には、開口部が網目状になって閉塞された天面カバー体２１が装着されており、空冷ダクト１７、１７内に虫やごみ等が侵入するのを防止している。
また、空冷ダクト１７、１７とベース部材５との間には、リング状パッキン１５Ａが介在している。リング状パッキン１５Ａは、貫通孔５Ａを囲繞するように設置されている。
さらに、、ベース部材５おける、空冷ダクト１７、１７の上流側部位に位置するように、ＣＰＵ２２を設置したＣＰＵ実装基板２３が配設されている。
以上説明した構成を有する本発明の実施例に係るパワーコンディショナー装置においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０とインバータ回路４０とを、別体構成のＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板３１とインバータ回路実装基板４１とにそれぞれ実装してモジュール化したことにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０及びインバータ回路４０は、それぞれ別体構成のＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板３１及びインバータ回路実装基板４１に実装されていることから、個別の電子部品が故障した際には、一方の回路を実装する回路実装基板を新品に交換するだけで、メンテナンス作業を実現することができ、他方の回路実装基板はそのまま使用を継続できることからメンテナンス費用が低減できると共に、新品の電子部品との交換範囲を最小限に止めて、地球環境保護に寄与することができる。
また、上記構成において、３つの相別インバータ回路６−１、６−２、６−３は、それぞれ別体構成の相別インバータ実装基板である第一のインバータ回路実装基板４１−１、第二のインバータ回路実装基板４１−２、第三のインバータ回路実装基板４１−３にそれぞれ実測されているために、第一のインバータ回路実装基板４１−１、第二のインバータ回路実装基板４１−２、第三のインバータ回路実装基板４１−３のうち一のインバータ回路実装基板を構成する電子部品が故障した場合には、かかる故障した電子部品が実装されたインバータ回路実装基板を新品に交換するだけでメンテナンス作業を実現することができて、メンテナンス費用が低減できると共に、新品の電子部品との交換範囲を最小限にして、未だ故障していない電子部品が廃棄処分されるのを防止して、地球環境保護にも寄与することができる。
また、上記構成において、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０を構成するＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群１１Ａや各相別インバータ回路６−１、６−２、６−３をそれぞれ構成するインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板３１や第一乃至第三のインバータ回路実装基板４１−１、４１−２、４１−３にそれぞれ直線上に並設実装され、しかも、ケース１内におけるベース部材５において、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群１１Ａと第一のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−１とを互いに対向するように配置するとともに、第二のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−２と第三のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−３とを互いに対向するように配置し、しかも、第一のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−１およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群１１Ａと、第二のインバータ回路用スイッチング素子群１２−２及び第三のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−３とが、前記ケース内におけるベース部材５上おいて、互いに接対向するように配置していることから、各インバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ-１乃至１２Ａ−３及びＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群は、ケース１内におけるベース部材５上において、一纏まりにして集合することになり、各スイッチング素子１１、１２が発生する高熱を効率よく冷却することができ、他の電子部品に影響させないように構成することができる。
また、上記構成において、ベース部材５の表面上において、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群１１Ａ及び第一のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−１と、第二のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−２及び第三のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−３と、の間に形成された空隙部１３にリアクトル１４を配設していることから、リアクトル１４が各スイッチング素子１１、１２が発する高熱からの影響を少なくして、個別に冷却することができることになり、装置の冷却機能を効率よく達成することができる。
しかも、第一及び第二の主ヒートシンク１６の各一辺を、空隙部１３側に延在させることにより、リアクトル冷却用空冷フィン部１６Ａを一体形成したことから、リアクトル１４を冷却することができることから、冷却ファン１９による各スイッチング素子１１、１２の冷却機能を効率的に果たさせることができる。
また、上記構成において、ベース部材５の背面側に、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群１１Ａ及び第二のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−２が対向するように第一の主ヒートシンクを構成する主ヒートシンク１６を設置するとともに、第一のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−１及び第三のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ-３が対向するように第二の主ヒートシンクを構成する主ヒートシンク１６を設置したことにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群１１Ａ及び第一のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ−１と、第二のインバータ回路用スイッチング素子１２Ａ−２及び第三のインバータ回路用スイッチング素子群１２Ａ-３とは、第一および第二の主ヒートシンク１６によって、個別的に冷却されることになって、結果的に効率的な冷却機能を果たせることになる。
また、上記構成において、第一乃至第三のインバータ回路実装基板４１−１、４１−２、４１−３及びＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板３１における各スイッチング素子群１２Ａ−１乃至１２Ａ−３及び１１Ａが実装された基板面に対して反対側の対向基板面に、それぞれ前記各スイッチング素子群１２Ａ−１乃至１２Ａ−３及び１１Ａに対向するように、補助ヒートシンク８Ａ、８Ｂをそれぞれ接合設置して、各補助ヒートシンク８Ａ、８Ｂをベース部材５に形成した貫通孔５Ａに嵌合することにより各主ヒートシンク１６に直接接合したことから、各スイッチング素子群１２Ａ−１乃至１２Ａ−３及び１１Ａの冷却効果を高めることができる。
また、上記構成において、第一および第二の主ヒートシンク１６、１６の背面側において、各補助ヒートシンク８Ａ、８Ｂに対向させるように、空冷ダクト１７、１７をそれぞれ設置して、空冷ダクト１７、１７内に冷却ファン１９により冷却空気を強制的に供給するように構成したことから、第一及び第二の主ヒートシンク１６、１６が、個別の空冷ダクト１７、１７に各冷却ファン１９によって導入された冷気を用いて、個別に冷却されることになり、各スイッチング素子群１１Ａ、１２Ａ−１乃至１２Ａ-３が互いに発する高熱に影響されることなく効率よく冷却されることになって、各冷却ファンによる冷却効果を効率よく発揮することができる。
また、上記構成において、第一及び第二の主ヒートシンク１６の各一辺を、空隙部側に延在させることにより、リアクトル１４を冷却するリアクトル冷却用空冷フィン部１６Ａを形成したことから、リアクトル冷却用空冷フィン部１６Ａによって、リアクトル１４を冷却することができることから、冷却ファン１９による各スイッチング素子群１１Ａ、１２Ａ−１乃至１２Ａ−３の冷却機能を効率的に果たさせることができる。
また、上記構成において、各空冷ダクト１７内に冷却空気を強制的に供給する冷却ファン１９は、各空冷ダクト１７の最上流側に設置したことから、冷却ファン１９が各スイッチング素子群１２Ａ−１乃至１２Ａ−３及び１１Ａによって発せられた高熱の影響を小さくすることができ、かかる冷却ファンの長寿命化を果たすことができる。
なお、筺体１ａに背面蓋体１ｂを設けることによって、空冷ダクト１７や空隙部１３から冷気が逃げないようにして、やはり冷却機能の向上を図っている。
さらにまた、上記構成において、熱に影響されやすいＣＰＵ２２が、ベース部材５における空冷ダクト１７の上流側に位置するようにＣＰＵ実装基板２３に設置されていることから、各スイッチング素子群１１Ａ、１２Ａ−１乃至１２Ａ−３やリアクトル１４が発する高熱に影響されることなく、常に正常な制御機能を果たすことが可能となる。
なお、上記実施例においては、三相交流を出力するパワーコンディショナー装置として構成したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路と単一のインバータ回路とで、一相交流を出力するパワーコンディショナー装置或いはＤＣ／ＤＣコンバータ回路と２つのインバータ回路とで単相交流を出力するパワーコンディショナー装置として構成することができる。
以上説明したように、本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路とインバータ回路とを、別体構成のＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板とインバータ回路実装基板とにそれぞれ実装してモジュール化したことにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路及びインバータ回路は、それぞれ別体構成のＤＣコンバータ回路実装基板及びインバータ回路実装基板に実装されていることから、個別の電子部品が故障した際には、一方の回路を実装する回路実装基板を新品に交換するだけで、メンテナンス作業を実現することができ、他方の回路実装基板はそのまま使用を継続できることからメンテナンス費用が低減できると共に、新品の電子部品との交換範囲を最小限に止めて、地球環境保護に寄与することができる。
このために、本発明は、太陽電池や燃料電池などから供給される直流電力を昇圧した後交流電力に変換である。る交流電力を一般負荷に供給すべくなしたパワーコンディショナー装置等に好適である。
１ ケース
１ａ 筺体
１ｂ 背面蓋体
２ 冷却装置
３ パワーモジュール基板
４ パワーモジュール基板
５ ベース部材
６−１、６−２、６−３ 相別インバータ回路
８Ａ、８Ｂ 補助ヒートシンク
１０ パワーモジュール
１１ ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子
１１Ａ ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群
１２ インバータ回路用スイッチング素子
１２Ａ インバータ回路用スイッチング素子群
１２Ａ−１ 第一のインバータ回路用スイッチング素子群
１２Ａ−２ 第二のインバータ回路用スイッチング素子群
１２Ａ−３ 第三のインバータ回路用スイッチング素子群
１３ 空隙部
１４ リアクトル
１６ 主ヒートシンク
１７ 空冷ダクト
１９ 冷却ファン
２２ ＣＰＵ
３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ回路
４０ インバータ回路
４１−１ 第一のインバータ回路実装基板
４１−２ 第二のインバータ回路実装基板
４１−３ 第三のインバータ回路実装基板

Claims (11)

  1. 太陽電池や燃料電池などから供給される直流電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路により昇圧した後インバータ回路により交流電力に変換し、この交流電力を一般負荷に供給すべく、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路および前記インバータ回路或いはこれら両回路の作動を制御するＣＰＵなどの電子回路をケース体内に収容して構成するパワーコンディショナ装置であって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路と前記インバータ回路とを、別体構成のＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板とインバータ回路実装基板とにそれぞれ実装することによりモジュール化したことを特徴とするパワーコンディショナー装置。
  2. 前記インバータ回路は、単相交流を出力すべく、２つの相別インバータ回路にてそれぞれ構成し、該各相別インバータ回路を、別体構成の相別インバータ回路実装基板にそれぞれ実装することによりモジュール化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ー装置。
  3. 前記インバータ回路は、三相交流を出力すべく、３つの相別インバータ回路にてそれぞれ構成とし、該各相別のインバータ回路を、それぞれ別体構成の相別インバータ回路実装基板に実装することによりモジュール化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ー装置。
  4. 前記各相別インバータ回路実装基板に、それぞれ前記各相別インバータ回路を構成すべく複数のインバータ回路用スイッチング素子を直線上に並設実装することによりインバータ回路用スイッチング素子群を構成させると共に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路を構成する複数のＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子を直線上に並設実装することによりＤＣ／ＤＣ回路用スイッチング素子群を構成させ、
    且つ、前記ケース内において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路のＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群と前記３つの相別インバータ回路のうち第一の相別インバータ回路を構成する前記第一のインバータ回路用スイッチング素子群とを、互いに対向するように配置すると共に、前記３つの相別インバータ回路のうち第二の相別インバータ回路を構成する第二のインバータ回路用スイッチング素子群と第三の相別インバータ回路を構成する第三のインバータ回路用スイッチング素子群同士を互いに対向するように配置し、
    さらに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群及び前記第一のインバータ回路用スイッチング素子群と、第二のインバータ回路用スイッチング素子群及び前記第三のインバータ回路用スイッチング素子群とを、前記ケース内において、互いに対向するように配置した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ー装置。
  5. 前記ベース部材の表面側において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群及び前記第一のインバータ回路用スイッチング素子群と、前記第二のインバータ回路用スイッチング素子群及び前記第三のインバータ回路用スイッチング素子群との間を互いに離間させることにより、空隙部を形成しており、該空隙部内における前記ベース部材の表面側にリアクトルを配設し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ー装置。
  6. 前記ベース部材の背面側に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用スイッチング素子群及び前記第一のインバータ回路用スイッチング素子群が対向するように、第一の主ヒートシンクを設置すると共に、前記第二のインバータ回路用スイッチング素子群及び第三のインバータ回路用スイッチング素子群が対向するように第二の主ヒートシンクを配置した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ー装置。
  7. 前記第一乃至第三のインバータ回路実装基板及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路実装基板における前記各スイッチング素子群の実装基板面に対向する対向基板面に、それぞれ前記各スイッチング素子に対向するように、補助ヒートシンクを設置して、該各補助ヒートシンクを前記各ベース部材に形成した貫通孔に嵌合することにより前記各主ヒートシンクに直接接合した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ー装置。
  8. 前記第一および第二の主ヒートシンクの背面側において、前記各補助ヒートシンクに対向させるように、空冷ダクトを設置して、該空冷ダクト内に冷却ファンにより冷却空気を強制的に供給するように構成したことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のパワーコンディショナー装置。
  9. 前記第一の主ヒートシンク及び前記第二の主ヒートシンクの各一辺を、前記空隙部側に延在させることにより、前記リアクトルを冷却するリアクトル冷却用空冷フィンを形成したことを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか一に記載のパワーコンディショナー装置。
  10. 前記各空冷ダクト内に冷却空気を強制的に供給する前記冷却ファンは、前記各空冷ダクトの最上流側に設置したことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のパワーコンディショナー装置。
  11. 前記ＣＰＵを、前記ベース部材における前記空冷ダクトの上流側部位に位置するように、前記ケース内に配置したことを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれか一に記載のパワーコンディショナー装置。
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