JP2008054410A

JP2008054410A - キャパシタユニット

Info

Publication number: JP2008054410A
Application number: JP2006227631A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Koike; 隆文小池
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2008-03-06

Abstract

【課題】高強度性と高放熱性を両立できる小型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】フタ１５の回路部品収納部分１９をキャパシタ収納部分１７より低背にするとともに、回路部品収納部分１９の外表面には、キャパシタ収納部分１７に対して直角方向に設けた複数の放熱溝２１からなる放熱部２３を有した構造としたものであり、回路部品収納部分１９に設けた複数の放熱溝２１が梁の役割を担うので、フタ１５の形成時に回路部品収納部分１９が反ることがなくなり高強度性が得られるとともに、熱が伝わる回路部品収納部分１９に設けた複数の放熱溝２１により高放熱性が得られる。
【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補助電源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、地球環境保護の観点から、ハイブリッド自動車やアイドリングストップ自動車の開発が急速に進められている。それに伴い、ハイブリッド自動車に対しては車両の制動を電気的に行う車両制動装置が開発されている。この電源としてはバッテリが用いられるが、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、車両の制動が不可能になる可能性があった。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等を複数個搭載することにより非常時の対応ができるキャパシタユニットが提案されている。

また、アイドリングストップ自動車については、アイドリングストップ状態からエンジンを起動する際に、スタータに大電流が流れるのでバッテリ電圧が下がり、他の電装品の動作に影響を及ぼす。そこで、バッテリ電圧が低下した時に、他の電装品に電力を補助的に供給するキャパシタユニットも提案されている。

このようなキャパシタユニットが、例えば特許文献１に提案されている。その分解斜視図を図８に示す。なお、図８では車両制動装置の非常用補助電源として構成されたキャパシタユニットの例を示す。

複数のキャパシタ１０１はケース１０３に挿入固定されるとともに、キャパシタ基板１０５により電気的に接続されている。また、キャパシタ１０１の充放電制御を司る回路基板１０７もケース１０３に挿入固定されている。なお、キャパシタ基板１０５と回路基板１０７はケーブル１０９で電気的に接続されている。

回路基板１０７に実装される回路部品には複数の発熱部品１１１が含まれるので、これらは放熱器１１３に固定されている。また、外部との電気的接続を担うコネクタ１１５も実装されている。なお、回路基板１０７には、これ以外にも回路部品が実装されているが、図８では省略している。

このようにキャパシタ１０１や回路基板１０７等が取り付けられたケース１０３にはフタ１１７が被せられる。この際、フタ１１７に一体形成したフタ固定部１１９が、ケース１０３に一体形成した爪部１２１と嵌合することにより、ケース１０３にフタ１１７が固定される。
特開２００５−９４９４３号公報

しかし、図８の構成では最も背の高いキャパシタ１０１に合わせてケース１０３やフタ１１７を設計していたので、キャパシタユニットが大型化していた。これに対し、出願人は回路基板１０７の内、キャパシタ１０１と放熱器１１３が存在しない部分の空間に着目し、この空間を削るようなフタ１１７の構成を着想した。

このようなフタ１１７の斜視図を図９に示す。フタ１１７において、キャパシタ収納部分１２５は図８のフタ１１７と同様の高さとし、それ以外の回路部品収納部分１２７はキャパシタ収納部分１２５より低背にする構成とした。これにより、無駄な空間を省くことができるので、キャパシタユニットを小型化できる。

しかし、このようなフタ１１７を作製してみると、図９に示すように回路部品収納部分１２７に反りが発生した。これは、回路部品収納部分１２７がキャパシタ収納部分１２５に比べて薄く大面積となるためである。従って、フタ１１７を樹脂の射出成型で一体形成すると、どうしても反りが起こるという課題があった。

また、反りに対し無理に応力を加えてケース１０３に取り付け、キャパシタユニットを動作させてみたところ、放熱器１１３とフタ１１７の間隔が狭まったため、放熱器１１３の熱が回路部品収納部分１２７に伝達した。特に、アイドリングストップ自動車への用途で検討した結果、車両使用中にキャパシタ１０１への充放電が頻繁に行われるため、発熱部品１１１が顕著に発熱し回路部品収納部分１２７の温度上昇が大きかった。この熱はやがてキャパシタ収納部分１２５に伝わり、そこからキャパシタ１０１にも伝わってしまっていた。これにより、キャパシタ１０１の温度が上がり、劣化が促進されるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、反りが発生しない高強度性と、フタ１１７が熱くならない高放熱性を両立できる小型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フタの回路部品収納部分をキャパシタ収納部分より低背にするとともに、前記回路部品収納部分の外表面には複数の溝からなる放熱部を有した構造からなるものである。

本構成によって回路部品収納部分に設けた複数の溝が梁の役割を担うので、回路部品収納部分が反ることがなくなるとともに、熱が伝わる回路部品収納部分に設けた複数の溝を介して熱が放散される。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、フタの回路部品収納部分に複数の溝を設けたので、溝による高強度性と高放熱性を同時に得ることができる。

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１）
図１は本発明の実施の形態１におけるキャパシタユニットの分解斜視図である。図２は本発明の実施の形態１におけるキャパシタユニットの回路部品収納部分の一部断面図である。図３は本発明の実施の形態１におけるキャパシタユニットの嵌合部を有する回路部品収納部分の一部断面図であり、（ａ）は嵌合部のフタ溝が放熱器と対向位置にある場合の一部断面図を、（ｂ）は嵌合部のフタ溝が回路部品収納部分全体にある場合の一部断面図をそれぞれ示す。図４は本発明の実施の形態１におけるキャパシタユニットの他の構造の放熱器の斜視図である。

図１において、複数の円柱状のキャパシタ１は回路基板３に電気的に接続されている。なお、キャパシタ１には電気二重層キャパシタを用いた。回路基板３にはキャパシタ１の充放電を制御する回路部品４も電気的に接続されている。回路部品の中にはＦＥＴ等の発熱部品が含まれるので、これらは放熱器５に取り付けられている。但し、発熱部品は図１に示す放熱器５の陰の部分に取り付けられているので、図１には発熱部品を示していない。なお、キャパシタ１への熱影響を低減するために、放熱器５は図１に示すように回路基板３におけるキャパシタ１からできるだけ離れた位置に固定されている。放熱器５は例えばアルミニウム等の金属で形成され、その熱容量により発熱部品からの熱を奪う構成としている。また、回路基板３には外部との電気的接続を担うコネクタ７も実装されている。

このようにして構成された回路基板３はケース９に収納固定されている。回路基板３は４本のネジ１１をケース９に締め込むことにより固定される。この時、コネクタ７はケース９に一体形成されたコネクタ挿入部１３に挿入される。なお、ケース９は樹脂製で、図示しないネジ１１の締め込み部分も含め、図１に示すような形状に射出成型で一体形成されている。

ケース９はフタ１５を取り付けることにより、コネクタ挿入部１３を除く開口部全体が覆われる構成としている。

ここで、フタ１５の詳細について説明する。フタ１５もケース９と同様に樹脂製であり、図１に示す形状に射出成型で一体形成されている。フタ１５には、回路基板３上のキャパシタ１が実装された部分に対向した、キャパシタ１を収納するキャパシタ収納部分１７が形成されている。また、回路基板３上のキャパシタ１以外の回路部品が実装された部分に対向した、回路部品を収納する回路部品収納部分１９もフタ１５に形成されている。なお、キャパシタ１は他の回路部品に比べ背が高いので、回路部品収納部分１９を高さが必要なキャパシタ収納部分１７より低背にすることで、無駄な空間を削減でき小型化が可能となる。

また、回路部品収納部分１９の外表面には、図１に示すようにキャパシタ収納部分１７に対して直角方向に複数の放熱溝２１を設けている。なお、複数の放熱溝２１をまとめて放熱部２３という。放熱部２３の放熱溝２１はキャパシタ収納部分１７から遠ざかるほど深くなる構造としている。そのために、図１の構成では、放熱溝２１の壁の高さを、キャパシタ収納部分１７から遠ざかるほど高くなるようにしている。このような方向に複数の放熱溝２１を形成することにより、低背の回路部品収納部分１９に梁を設けたことになるので、フタ１５の成型後に、従来の図９に示したような反りが発生せず高強度化が図れる。

次に、このようなキャパシタユニットの組立について説明する。

まず、前記したように回路基板３をネジ１１でケース９に固定する。

次に、放熱器５のフタ１５と対向する面、すなわち図１では放熱器５の手前面に放熱促進部材２５を貼付する。なお、放熱促進部材２５はシート形状であり、弾力性を有する樹脂成分の中に熱伝導を良化させるためのフィラが混合されている。フィラには例えばセラミックスやカーボン等を用いている。

次に、ケース９にフタ１５を取り付ける。この時の取り付け方法は従来の図９と同様に、フタ１５に一体形成したフタ固定部２７を、ケース９に一体形成した爪部２９に嵌合させることにより取り付けている。このようにしてキャパシタユニットが完成する。

ここで、組立が完了したキャパシタユニットの断面図（図１においてキャパシタ収納部分１７側から見た太点線部分の断面図）を図２に示す。放熱促進部材２５はケース９にフタ１５を取り付けることにより、放熱器５のフタ１５と対向する面、および放熱器５と対向するフタ１５の内面の間で弾性により圧縮され、密着挟持される厚さとしている。従って、発熱素子（図示せず）からの熱は放熱器５から放熱促進部材２５を介してフタ１５に伝わるが、フタ１５には放熱部２３が設けられているので、そこから効率的に放熱が可能となる。このような構成により、発熱素子の熱が従来よりも積極的に放熱できるので、発熱素子の劣化が抑制される。さらに、放熱溝２１はキャパシタ収納部分１７から遠ざかるほど深くなる構造としている上、放熱器５はキャパシタ１からできるだけ離れた位置に固定しているので、放熱器５付近の放熱溝２１は深くなることになる。従って、放熱溝２１の表面積が大きくなるので、より高放熱性が得られる結果、フタ１５はほとんど熱くならない。また、キャパシタ収納部分１７近傍の放熱溝２１は浅いので、キャパシタ１へはほとんど熱が伝わらなくなる。その結果、キャパシタ１の熱劣化を低減することが可能となる。

このような構成とすることで、フタ１５が反らず、放熱性も良好なキャパシタユニットが得られた。

なお、放熱器５のフタ１５と対向する面、および少なくとも放熱器５と対向するフタ１５の内面の間には、互いに嵌合することのできる大きさの溝状、または突起状の嵌合部を設け、嵌合部の隙間には、ゲル状成分、または経時的に硬化する樹脂成分を含む放熱促進部材を配する構成としてもよい。この場合の具体的な構造例を図３に示す。

まず、図３（ａ）の構造では、放熱器５に放熱器溝３１を、フタ１５の内面にフタ溝３３をそれぞれ設けている。放熱器溝３１とフタ溝３３は図面に対し垂直方向に形成されている。放熱器溝３１とフタ溝３３はケース９にフタ１５を取り付けた際にちょうど互いに嵌合する。また、両者の嵌合部３５は放熱器溝３１とフタ溝３３の間に隙間が生じるように設計してあるので、その隙間にゲル状の樹脂成分と前記したフィラを混合した放熱促進部材２５を配している。なお、放熱促進部材２５はゲル状であるので、隙間から流出しないように放熱器５の端部に対向するフタ溝３３の高さを放熱器５の一部にかかるように高くしてある。その結果、放熱器５は高さの高いフタ溝３３の中に挿入されることになる。

このような構成とすることで、図２の構成に比べ放熱器５と放熱促進部材２５、および放熱促進部材２５とフタ溝３３の接触面積が大きくなるので、その分、効率的に熱が伝導される。従って、さらに高放熱性のキャパシタユニットが得られる。

このように、図３（ａ）ではフタ溝３３を最低限の本数とした構造を示したが、フタ溝３３は少なくとも放熱器溝３１と対向する部分にあればよいので、例えば図３（ｂ）に示す構造のように、フタ溝３３を回路部品収納部分１９の内面全体に設けた構成としてもよい。なお、これに伴って、放熱促進部材２５がゲル状であれば、その流出を防止できなくなるので、放熱促進部材２５には経時的に硬化する樹脂成分とフィラからなる構成とした。これにより、組立時にゲル状の放熱促進部材２５を放熱器溝３１に塗布した後、フタ１５を被せることで、放熱促進部材２５は嵌合部３５の隙間に広がる。その後、時間が経つと硬化するので、流出することはなくなる。

このような構成とすることで、図３（ａ）の構成のように放熱器５を高さの高いフタ溝３３に挿入する必要がなくなるため、組立容易性が増すとともに、回路部品収納部分１５の内面全体にもフタ溝３３が設けられるので、回路部品収納部分１５の外表面に設けた放熱溝２１とともに両面に梁を設けた構造となり、反りに対し、さらなる高強度性のキャパシタユニットが得られる。

なお、図３の構成では嵌合部３５を溝の嵌合により実現していたが、これは図４に示すように突起としてもよい。すなわち、図４は放熱器５のみを抽出した斜視図であるが、フタ１５と対向する面（図４では手前の面）に複数の放熱器突起３７を設けている。これと同様の突起をフタ１５側にも設けておく。その際、突起の間に相手の突起が嵌合するように設計しておく。突起同士の嵌合部３５の隙間には図３と同様の放熱促進部材２５を配すればよい。

このように構成することで、図３の溝構造に比べて放熱器５と放熱促進部材２５、および放熱促進部材２５とフタ溝３３の接触面積がさらに大きくなるので、より効率的に熱を伝導できるキャパシタユニットが得られる。

以上の構成により、反りに対する高強度性と発熱素子に対する高放熱性を両立できるので、ハイブリッド自動車やアイドリングストップ自動車等に適用可能な小型キャパシタユニットが実現できた。

（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２におけるキャパシタユニットのフタの斜視図である。なお、図５において、図１と同じ構成要素には同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。また、本実施の形態２の回路部分やケース部分は実施の形態１と同一であるので、図５での表示を省略する。

すなわち、本実施の形態２における特徴となる部分は、フタ１５の放熱部２３における放熱溝２１の構造である。この詳細について以下に説明する。

実施の形態１における放熱部２３の構造は、図１に示すように放熱溝２１の壁の高さがキャパシタ収納部分１７から遠ざかるほど高くなるように構成することで、放熱溝２１の深さが深くなるようにしていたが、本実施の形態２では図５に示すように、放熱溝２１の底部がキャパシタ収納部分１７から遠ざかるほど低く（＝深く）なるような構造とした。このような構成としても、放熱溝２１による梁構造により反りに対する高強度性が得られるとともに、放熱溝２１の表面積拡大により高放熱性が得られる。

さらに本構成では、図１の構成のように放熱部２３が回路部品収納部分１９から飛び出すことがなくなるので、さらなる小型化が可能となる。但し、図５の構成では回路部品収納部分１９を削るように加工することで放熱部２３を形成しているので、放熱溝２１をあまり深くできない。従って、図１の構成に対し放熱性は若干低下するので、例えばバッテリの異常時にしか使用されず比較的発熱量の少ない車両制動装置の非常用補助電源の用途に好適である。

以上の構成により、反りに対する高強度性と発熱素子に対する高放熱性を両立できる、さらに小型のキャパシタユニットが実現できた。

（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３におけるキャパシタユニットのフタの斜視図である。なお、図６において、図１と同じ構成要素には同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。また、本実施の形態３の回路部分やケース部分は実施の形態１と同一であるので、図６での表示を省略する。

すなわち、本実施の形態３における特徴となる部分は、フタ１５の放熱部２３における放熱溝２１の構造である。この詳細について以下に説明する。

図６に示すように、少なくとも放熱器５と対向するフタ１５の表面に設けられた放熱部２３の放熱溝２１は、フタ１５の他の部分の放熱溝２１より多く形成している。なお、放熱溝２１は最低限、放熱器５と対向するフタ１５の表面に設ければよく、図６のように、これより広い部分に設けても構わないが、キャパシタ収納部分１７の近傍は少なくしている。これにより、放熱器５の近傍の回路部品収納部分１９にのみ放熱溝２１が多数形成されるので、その分、表面積が大きくなり放熱が良好となる。また、放熱器５の近傍以外の回路部品収納部分１９では放熱溝２１を少なくしているが、これは回路部品収納部分１９の反りを起こさせない最低限の数としている。これにより、反りが起こらない上、放熱器５の近傍の放熱溝２１の熱が伝わりにくくなるのでキャパシタ収納部分１７の温度上昇を低減できる。その結果、キャパシタ１の熱劣化を抑制できる。

さらに、放熱器５の近傍の放熱溝２１を多数形成したことで放熱特性が良好となることから、その分、放熱器５の近傍の放熱溝２１を低背化できる。すなわち、放熱部２３の放熱溝２１はキャパシタ収納部分１７から遠ざかるほど浅くなる構造とすることができる。このような構造により、放熱溝２１の深さに限界のある実施の形態２の構造に比べ良好な放熱特性を維持しつつ、実施の形態１の構造よりも回路部品収納部分１９における低背化が可能となる。その結果、キャパシタユニットの車両への搭載場所の制限が少なくなり、例えばリアシートの背もたれ裏面等にも搭載することが可能となる。

以上の構成により、反りに対する高強度性と発熱素子に対する高放熱性を両立できる小型のキャパシタユニットが実現できた。

（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４におけるキャパシタユニットのフタの斜視図である。なお、図７において、図１と同じ構成要素には同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。また、本実施の形態４の回路部分やケース部分は実施の形態１と同一であるので、図７での表示を省略する。

すなわち、本実施の形態４における特徴となる部分は、フタ１５の放熱部２３における放熱溝２１の構造である。この詳細について以下に説明する。

図７に示すように、放熱部２３は、キャパシタ収納部分１７から遠ざかるほど深くなる放熱溝２１と浅くなる放熱溝２１の両方が形成された構成としている。これにより、放熱溝２１の表面積は放熱器５の近傍では大きくなるが、キャパシタ収納部分１７の近傍では小さくなり、実施の形態３と同様に、放熱器５の近傍での放熱特性は良好で、かつ、その熱がキャパシタ収納部分１７に伝わりにくくなる。従って、キャパシタ収納部分１７から遠ざかるほど浅くなる放熱溝２１が反りに対する梁の役割を果たすとともに、放熱器５の近傍に配される両方の放熱溝２１によって良好な放熱特性が得られる。

なお、本実施の形態４は、実施の形態２に対し、キャパシタ収納部分１７から遠ざかるほど浅くなる放熱溝２１を追加した構成となるので、フタ１５の成型時の反りと、車両搭載時の振動等による外力の両方に対して、実施の形態２の構成よりもさらに良好な高強度性が得られる。

なお、実施の形態１〜４では、いずれもフタ１５の材質を樹脂で構成したが、これはアルミニウム等の金属製の材質であってもよい。これにより、樹脂よりは若干成型性が悪くなるため高コストとなるが、熱伝導が極めて良好なため、さらなる高放熱性を得ることができる。従って、コストと放熱特性のいずれを重視するかで最適な材質を選択すればよい。

また、実施の形態１〜４では、キャパシタ１の形状を円柱状としたが、これは角柱状としてもよい。

本発明にかかるキャパシタユニットは、フタの回路部品収納部分に複数の溝を設けることにより、溝による高強度性と高放熱性を同時に得ることができるので、特に車両の補助電源等として有用である。

本発明の実施の形態１におけるキャパシタユニットの分解斜視図本発明の実施の形態１におけるキャパシタユニットの回路部品収納部分の一部断面図本発明の実施の形態１におけるキャパシタユニットの嵌合部を有する回路部品収納部分の一部断面図であり、（ａ）嵌合部のフタ溝が放熱器と対向位置にある場合の一部断面図、（ｂ）嵌合部のフタ溝が回路部品収納部分全体にある場合の一部断面図本発明の実施の形態１におけるキャパシタユニットの他の構造の放熱器の斜視図本発明の実施の形態２におけるキャパシタユニットのフタの斜視図本発明の実施の形態３におけるキャパシタユニットのフタの斜視図本発明の実施の形態４におけるキャパシタユニットのフタの斜視図従来のキャパシタユニットの分解斜視図従来の小型キャパシタユニットのフタの斜視図

符号の説明

１キャパシタ
３回路基板
４回路部品
５放熱器
９ケース
１５フタ
１７キャパシタ収納部分
１９回路部品収納部分
２１放熱溝
２３放熱部
２５放熱促進部材
３１放熱器溝
３３フタ溝
３５嵌合部
３７放熱器突起

Claims

複数の円柱状、または角柱状のキャパシタと、
前記キャパシタの充放電を制御する発熱部品を有する回路部品を電気的に接続した回路基板と、
前記回路基板を収納するケースと、
前記ケースを覆うフタから構成され、
前記発熱部品は放熱器に取り付けられて、前記キャパシタから離れた位置で前記回路基板に取り付けられ、
前記フタはキャパシタ収納部分と回路部品収納部分からなり、かつ前記回路部品収納部分を前記キャパシタ収納部分より低背にするとともに、
前記回路部品収納部分の外表面に複数の溝からなる放熱部を有した構造からなるキャパシタユニット。
放熱部の溝はキャパシタ収納部分から遠ざかるほど深くなる、または浅くなる構造を有する請求項１に記載のキャパシタユニット。
放熱部の溝は放熱器と対向するフタの外表面に設けられた溝を他の部分の溝より多く形成した請求項１に記載のキャパシタユニット。
放熱部の溝はキャパシタ収納部分から遠ざかるほど深くなる溝と浅くなる溝の両方の構造を有する請求項１に記載のキャパシタユニット。
放熱器とフタの間には放熱促進部材を設けた請求項１に記載のキャパシタユニット。
放熱器とフタの間には、互いに嵌合することのできる大きさの溝状、または突起状の嵌合部を設けた請求項１に記載のキャパシタユニット。
嵌合部の隙間には、ゲル状成分、または経時的に硬化する樹脂成分を含む放熱促進部材を配した請求項６に記載のキャパシタユニット。