JP2007059420A - キャパシタユニット - Google Patents

Abstract

【課題】小型のキャパシタユニットを提供することを目的とする。
【解決手段】キャパシタ１を実装するとともに充放電回路およびキャパシタ状態検出回路を構成する回路部品を実装した回路基板７と、前記充放電回路および／または前記キャパシタ状態検出回路を構成する前記回路部品の内、少なくとも発熱部品２３ａを実装した高熱伝導性樹脂基板２４とからなり、回路基板７と高熱伝導性樹脂基板２４の間に隙間が形成されるように重ねて固定したものであり、高熱伝導性樹脂基板２４がヒートシンクの役割を果たすため、キャパシタユニットの小型化を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明はバッテリ等を利用した電子機器の非常用電源に関するものであり、特に、車両の制動を電気的に行う電子ブレーキシステム等に利用されるキャパシタユニットに関するものである。

近年、ハイブリッドカーや電気自動車の開発が急速に進められており、それに伴い車両の制動についても、従来の機械的な油圧制御から電気的な油圧制御への各種の提案がなされてきている。

一般に車両の油圧制御を電気的に行うためには、電源としてバッテリが用いられるが、その場合バッテリだけでは何らかの原因で電力の供給が断たれると油圧制御ができなくなり、車両の制動が不可能になる可能性がある。

そこで、バッテリとは別に非常用補助電源として大容量キャパシタを搭載することにより非常時の対応ができるような提案がなされている。

なお、この出願に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００５−９４９４３号公報

従来のキャパシタユニットの例（分解斜視図）を図４に示す。

複数のキャパシタ１は、その胴部をホルダー２に挟持され、この状態で各キャパシタ１のリード線３はキャパシタ１用の配線基板４に半田付けにより実装されている。

このようにして完成したキャパシタブロック５はケース６に収納される。

一方、キャパシタ１の充放電回路やキャパシタ状態検出回路等を有する回路基板７は図４に示すように縦方向にケース６に収納される。この際、回路基板７には発熱部品の放熱のためにヒートシンク８が取り付けられ、ヒートシンク８に設けた穴９を介してネジ１０でケース６のネジ受け部１１に固定されている。

ここで、キャパシタユニットは車両制動に用いられるため、高信頼性を確保する一環として、回路基板７には万一の外乱ノイズへの対策として各種ノイズ対策部品（図示せず）を使用するとともに、図４では省略しているが、図５に示したように回路基板７をシールドケース１２およびシールドケース筐体１３の内部に配する二重の耐ノイズ構成となっている。

従って、回路基板７は必然的にキャパシタ１を実装した配線基板４とは別体構成となるため、両者を電気的に接続する中継コネクタ１４が必要となる。

このようにして組み立てられたケース６には図示しないケース筐体を取り付けることによってキャパシタユニットが完成する。

このような構成のキャパシタユニットは確かに車両制動用の補助電源として十分な性能を有し、ハイブリッドカーや電気自動車の信頼性向上に寄与できる。

しかし、図４や図５のキャパシタユニットの構造から明らかなように、ノイズ対策としてキャパシタ部分と回路部分を別体の基板にして両者を中継コネクタ１４で接続している上に、回路部分にシールドケースを取り付けていた。

従って、従来のキャパシタユニットは部品点数が多く非常に大きい構造であった。

キャパシタユニットが大きいと、特に最近車種展開が広がっているハイブリッドカーにとって設置できるスペースに制約ができることになり、様々な車種展開を妨げる要因となる。

これらのことから、キャパシタユニットが大きい構造を有することが課題であった。

このキャパシタユニットを小型化するにあたって、最も大きな体積を要しているのは図４からも明らかなようにキャパシタブロック５である。これは２８個ものキャパシタ１を使用していたためであり、それゆえ小型化を困難にしていた。

しかし近年、キャパシタ１自体の性能向上（容量アップ）やキャパシタユニットの制御仕様変更等によってキャパシタ１の必要本数は削減される傾向にあり、実際、後述するように同じ用途（車両制動用補助電源）であってもキャパシタ１の必要本数は６個まで削減されている。

そこで、次に大きな部品として注目されるのがヒートシンク８である。これは、図４より明らかなようにキャパシタ１よりも大きいため、ヒートシンク８を小型化することはキャパシタユニット全体の小型化に非常に有効であると考えられる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ヒートシンクの小型化を通して小型のキャパシタユニットを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のキャパシタユニットはキャパシタを実装するとともに充放電回路およびキャパシタ状態検出回路を構成する回路部品を実装した回路基板と、前記充放電回路および／または前記キャパシタ状態検出回路を構成する前記回路部品の内、少なくとも発熱部品を実装した高熱伝導性樹脂基板とからなり、前記回路基板と前記高熱伝導性樹脂基板の間に隙間が形成されるように重ねて固定したものである。

本構成によってキャパシタユニットはヒートシンクに替わって高熱伝導性樹脂基板を用いたため、従来に比べ極めて薄い構造となる。その結果、前記目的を達成することができる。

本発明のキャパシタユニットによれば、従来の構成部品の中で最も大きかったヒートシンクが不要な構成となるため、キャパシタユニットの小型化が実現できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態におけるキャパシタユニット内部の一部分解斜視図である。図２は本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの面実装タイプの発熱部品の取り付け斜視図である。図３は本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの一部分解斜視図である。

なお、各図において、従来例の図４、図５と同じ構成要素については同じ符号を用いて説明する。

図１において、複数のキャパシタ１（本実施の形態１では６個とした）は円筒形状の電気二重層コンデンサからなり、これが回路基板７にキャパシタ１のリード線（図示せず）を半田付けすることにより電気的に接続されている。

また、各キャパシタ１は回路基板７に対し水平方向に実装するために、胴部の一部に樹脂製のキャパシタ押さえ板２１をネジ１０で回路基板７に固定している。

このように水平方向に固定することで小型化に寄与するとともに、キャパシタ押さえ板２１で強固に固定しているので、特に自動車に取り付けた場合に印加される振動による故障を防ぐことができる。

回路基板７にはキャパシタユニット外部との電気的接続を行うためのコネクタ２２が設けられ、さらに回路基板７の裏面にはキャパシタ１に充放電を行う充放電回路のうちＦＥＴ等の発熱部品を除く回路部品（図示せず）と、キャパシタユニット１の状態を検出するためのキャパシタ状態検出回路（図示せず）の回路部品が実装されている。

一方、発熱部品２３ａは回路基板７とは別に高熱伝導性樹脂基板２４に接着剤によって固着実装されている。

高熱伝導性樹脂基板２４はベースとなる金属（例えばアルミニウムや銅）の表面に高熱伝導性樹脂を一体成形した構造であるので、発熱部品２３ａの熱は高熱伝導性樹脂基板２４に伝達され、回路基板７への熱伝導を回避している。この結果、キャパシタ１の熱による劣化を軽減している。

このように充放電回路および／またはキャパシタ状態検出回路を構成する回路部品の内、少なくとも発熱部品２３ａを高熱伝導性樹脂基板２４に実装する構成としたことで、従来最も大きかった部品であるヒートシンクを用いることなくキャパシタユニットを構成でき、小型化が可能となる。

なお、発熱部品が面実装タイプの場合は、配線用リードフレームも一体成形した高熱伝導性樹脂基板２４に実装する。

具体的には図２（図１の点線で示した発熱部品実装部分を見やすいように９０度反時計方向に回転させたときの斜視拡大図）に示すように、面実装タイプの発熱部品２３ｂの端子２５を高熱伝導性樹脂基板２４に圧着成形されたリードフレーム２５ａに半田２５ｂで電気的、機械的に固定している。

このように固定することで、構造は若干複雑になるものの、図１の発熱部品２３ａの固定時に使用した接着剤が不要となり直接発熱部品２３ｂを高熱伝導性樹脂基板２４上に実装するので、放熱性がさらによくなる長所がある。

発熱部品２３ａの端子２５、または発熱部品２３ｂのリードフレーム２５ａはそれぞれ図１、図２に示すように回路基板７と電気的接続を得るために曲げ加工が施されている。よって、端子２５、またはリードフレーム２５ａを回路基板７の対応する穴２６に差し込むことで回路基板７と高熱伝導性樹脂基板２４が電気的に接続される。

但し、回路基板７と高熱伝導性樹脂基板２４があまりに近づきすぎると、発熱部品２３ａ、２３ｂの熱が回路基板７やキャパシタ１にも伝達してしまうので、両者が近づきすぎないように、かつ小型化のために重ねて固定する必要がある。

そこで、回路基板７と高熱伝導性樹脂基板２４の間に隙間が形成されるような高さの金属製のスペーサ２７を介して両者を固定するようにしている。

スペーサ２７は円筒形状をしており、その軸方向にはメネジが貫通するように切ってある。なお、スペーサ２７は円筒形状に限らず、断面が多角形の柱状形状でもよい。

このスペーサ２７を回路基板７と高熱伝導性樹脂基板２４の間で回路基板７の四隅に配し、回路基板７の上側からと高熱伝導性樹脂基板２４の裏側から、それぞれの基板穴２８を介してネジ１０を締めこむことによって固定している。

これにより、発熱部品２３ａ、２３ｂと回路基板７の間に空気層ができ、断熱性が向上する。

さらに、本実施の形態ではキャパシタ１が回路基板７の高熱伝導性樹脂基板２４に設けた発熱部品２３ａ、２３ｂと対向する面の裏側、すなわち図１の回路基板７の上側に実装している。これにより、キャパシタ１への熱が回路基板７で遮られ、キャパシタ１の熱劣化を軽減できる。

また、発熱部品２３ａ、２３ｂは本実施の形態では３個使用しているが、これらが高熱伝導性樹脂基板２４上で互いに最も遠くなる位置、すなわち本実施の形態では図１に示したような三角形の頂点の位置に配している。

これにより、高熱伝導性樹脂基板２４に温度バラツキが無くなり、各発熱部品２３ａ、２３ｂを均等に放熱できる。

また、図１より明らかなように、キャパシタ１を３個ずつに分けて実装し、回路基板７の周辺部と中央部にキャパシタ１を配さない構成、すなわち発熱部品２３ａ、２３ｂと対向する位置近傍の回路基板７にはキャパシタ１を配さない構成としている。

これにより、発熱部品２３ａ、２３ｂの熱をさらにキャパシタ１に伝わりにくくすることができる。

以上のようにして組み立てたキャパシタユニットの内部を図３の下部に示す。従来の大型部品であったヒートシンクが無く、小型、かつ薄型化が実現できることがわかる。

高熱伝導性樹脂基板２４は回路基板７より面積が大きいので、高熱伝導性樹脂基板２４に金属製の筐体２９をネジ１０で取り付けることにより、回路基板７全体が筐体２９で覆われる。

なお、筐体２９にはコネクタ穴３０が設けられているので、コネクタ２２はコネクタ穴３０を介して外部と接続することができる。

このような構成とすることで、以下の理由によりさらなる小型化が達成できる。

回路基板７と高熱伝導性樹脂基板２４の基板穴２８は全てグランドと電気的に導通するように構成してある。従って、両基板を金属製のネジ１０およびスペーサ２７で固定すると、同時に各グランドも電気的に接続されることになる。

さらに、高熱伝導性樹脂基板２４に筐体２９を金属製のネジ１０で機械的に固定すると、高熱伝導性樹脂基板２４の筐体取り付け用の基板穴２８もグランドと電気的に接続されているので、筐体２９もグランドと電気的に接続される。

従って、回路基板７、高熱伝導性樹脂基板２４、筐体２９が全てグランド共通となるため、高熱伝導性樹脂基板２４、筐体２９が回路基板７に対するシールドケースの役割を果たす。

そこで、本実施の形態の構成でノイズ試験を行ったところ、特にノイズによる誤動作は認められず、本構成でも十分な耐ノイズ性があることがわかった。

このことから、回路基板７にはノイズ対策部品が不要となり、その分、回路基板７の大きさを小さくすることができ、また、部品点数削減による小型化も同時に達成できた。

以上の構成により、単に従来の最大部品であったヒートシンクを高熱伝導性樹脂基板２４に変更しただけでなく、小型化してもキャパシタ１への熱伝達が発生しにくくなるよう信頼性も同時に考慮した前記の様々な構造を採用し、さらに高熱伝導性樹脂基板２４と筐体２９でシールドケースを構成し、ノイズ対策部品の削減および回路基板７の小型化を行うことで初めてキャパシタユニット全体として従来と同等の信頼性、耐ノイズ性を確保しつつ小型化、薄型化を達成することができた。

本発明にかかるキャパシタユニットは、従来の最大部品であったヒートシンクを高熱伝導性樹脂基板に替えたことにより小型化が可能になるので、特に車両の制動を電気的に行う電子ブレーキシステム等に利用される非常用電源等として有用である。

本発明の実施の形態におけるキャパシタユニット内部の一部分解斜視図 本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの面実装タイプの発熱部品の取り付け斜視図 本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの一部分解斜視図 従来のキャパシタユニットの一部分解斜視図 従来のキャパシタユニットのシールドケースの分解斜視図

符号の説明

１ キャパシタ
７ 回路基板
２１ キャパシタ押さえ板
２３ａ、２３ｂ 発熱部品
２４ 高熱伝導性樹脂基板
２９ 筐体

Claims (7)

1. 複数のキャパシタと、
   前記キャパシタに充放電を行う充放電回路と、
   前記キャパシタの状態を検出するためのキャパシタ状態検出回路を有し、
   前記キャパシタを実装するとともに、前記充放電回路および前記キャパシタ状態検出回路を構成する回路部品を実装した回路基板と、
   前記充放電回路および／または前記キャパシタ状態検出回路を構成する前記回路部品の内、少なくとも発熱部品を実装した高熱伝導性樹脂基板とからなり、
   前記回路基板と前記高熱伝導性樹脂基板の間に隙間が形成されるように重ねて固定したキャパシタユニット。
2. 回路基板と高熱伝導性樹脂基板のグランドは電気的に接続された請求項１に記載のキャパシタユニット。
3. 高熱伝導性樹脂基板には回路基板を覆うように金属製の筐体が取り付けられ、前記筐体は前記高熱伝導性樹脂基板のグランドと電気的に接続された請求項１に記載のキャパシタユニット。
4. キャパシタの胴部の一部にキャパシタ押さえ板を配し、前記キャパシタ押さえ板を回路基板に固定した請求項１に記載のキャパシタユニット。
5. 発熱部品と対向する位置近傍の回路基板にはキャパシタを配さない請求項１に記載のキャパシタユニット。
6. キャパシタは回路基板の高熱伝導性樹脂基板に対向する面の裏側に実装した請求項１に記載のキャパシタユニット。
7. 発熱部品は高熱伝導性樹脂基板上で互いに最も遠くなる位置に配した請求項１に記載のキャパシタユニット。

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