JP2014057408A

JP2014057408A - コンデンサ収容ユニット

Info

Publication number: JP2014057408A
Application number: JP2012199737A
Authority: JP
Inventors: Kazunobu Kamiya; 和伸神谷; Shigekazu Higashimoto; 繁和東元; Munehiko Masutani; 宗彦増谷; Kazuyoshi Takeuchi; 万善竹内
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2032-09-11
Also published as: JP5994501B2

Abstract

【課題】放電抵抗器からコンデンサへの熱の伝導を抑制しつつ、小型化を図ること。
【解決手段】コンデンサ収容ユニット２０は、四角箱状をなす筐体２３を有している。筐体２３の内部には、上記したコンデンサ２１と放電抵抗器２２とが収容されている。放電抵抗器２２とコンデンサ２１の間には、放電抵抗器２２を筐体２３の内面に押さえつける第１のブラケット３１が設けられている。また、第１のブラケット３１とコンデンサ２１との間には、第２のブラケット４１が設けられている。第１のブラケット３１と第２のブラケット４１の間には、隙間Ｓが形成されている。隙間Ｓには、空気が存在している。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンデンサと、コンデンサに接続された放電抵抗器とを筐体に収容するとともに、筐体に封止用の樹脂を充填したコンデンサ収容ユニットに関する。

コンデンサ収容ユニットでは、コンデンサの温度上昇を抑えることが望まれている。そこで、特許文献１では、放電抵抗器が熱を発したときに、この熱がコンデンサに及ぶこと抑制し、これによりコンデンサの温度上昇を抑制している。

特許文献１に記載のコンデンサ収容ユニットは、筐体の内部に、コンデンサ及びコンデンサに接続された放電抵抗器を収容している。放電抵抗器は、コンデンサよりも鉛直方向上方に設けられている。コンデンサと放電抵抗器の間には、放電抵抗器が発する熱がコンデンサに至るのを抑制する放射熱遮断板が設けられている。これにより、放電抵抗器が発した熱がコンデンサに及ぶことを抑制している。

特開２０１１−１５１９９５号公報

ところで、コンデンサ収容ユニットにおいては、放電抵抗器からコンデンサへの熱の伝導を抑制することに加えて、コンデンサ収容ユニットを小型化することが望まれている。
本発明の目的は、放電抵抗器からコンデンサへの熱の伝導を抑制しつつ、小型化を図ることができるコンデンサ収容ユニットを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、コンデンサと、前記コンデンサに接続された放電抵抗器とを筐体に収容するとともに、前記筐体に封止用の樹脂を充填したコンデンサ収容ユニットであって、前記放電抵抗器を前記筐体の内面に押さえつける第１のブラケットと、前記第１のブラケットと前記コンデンサとの間に設けられるとともに、少なくとも一部が前記第１のブラケットと間隔をあけて設けられる第２のブラケットとを備え、前記第１のブラケットと前記第２のブラケットとの間に断熱層を有することを要旨とする。

これによれば、第１のブラケットが放電抵抗器を筐体に押さえつけることで、放電抵抗器が筐体の内面に密着して、放電抵抗器が発した熱が筐体に伝導しやすい。このため、第１のブラケットに伝導する熱量が少なくなる。また、第１のブラケットと第２のブラケットの間には、断熱層が形成される。放電抵抗器から第１のブラケットに伝導した熱は、この断熱層によって断熱されて、第２のブラケットに伝導しにくい。このため、第２のブラケットからコンデンサに熱が伝導することを抑制することができる。したがって、放電抵抗器が発した熱は、コンデンサに伝導しにくく、放電抵抗器とコンデンサ間の距離を短くすることができる。このため、コンデンサ収容ユニットの小型化が図られる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコンデンサ収容ユニットであって、前記断熱層は、前記第１のブラケットと前記第２のブラケットを重ね合わせることで形成されることを要旨とする。

これによれば、第１のブラケットと第２のブラケットを重ね合わせることで断熱層が形成されるため、断熱層を形成しやすい。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のコンデンサ収容ユニットであって、前記断熱層は、空気層であることを要旨とする。

これによれば、空気は熱伝導率が低いため、コンデンサに熱が伝導することを更に好適に抑制することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３に記載のコンデンサ収容ユニットであって、前記第１のブラケット及び前記第２のブラケットは板状をなし、前記第１のブラケットは、一部が前記筐体の内面に接触するとともに、少なくとも一部が前記第２のブラケットよりも板厚が厚いことを要旨とする。

これによれば、第１のブラケットの一部を筐体の内面に接触させることで、放電抵抗器から第１のブラケットに伝導した熱を筐体に伝導させることができるため、筐体を介して第１のブラケットに伝導した熱の放熱を行うことができる。このため、コンデンサに向けて熱が伝導しにくい。また、第１のブラケットの少なくとも一部を第２のブラケットよりも厚くすることで、第１のブラケットに熱が伝導しやすい。このため、第１のブラケットを利用して筐体に熱を伝導させやすく、放電抵抗器で発した熱がコンデンサに伝導することを更に抑制することができる。

請求項５に記載の発明は。請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のコンデンサ収容ユニットであって、インバータ装置に設けられることを要旨とする。
これによれば、インバータ装置に設けられるコンデンサ収容ユニットを小型化できるため、インバータ装置の小型化も図られる。

本発明によれば、放電抵抗器からコンデンサへの熱の伝導を抑制しつつ、小型化を図ることができる。

実施形態におけるインバータ装置を示す回路図。実施形態におけるコンデンサ収容ユニットを示す概略断面図。実施形態における第１のブラケットと第２のブラケットの関係を示す正面図。実施形態における第１のブラケットと第２のブラケットの関係を示す斜視図。別例の第１のブラケットと第２のブラケットを示す概略断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態について、図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、インバータ装置１０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有している。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６としては、例えば絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ（insulated gate bipolar transistor：ＩＧＢＴ）やパワーＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）等のパワー半導体素子が用いられる。第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２、第３のスイッチング素子Ｑ３と第４のスイッチング素子Ｑ４、第５のスイッチング素子Ｑ５と第６のスイッチング素子Ｑ６は、それぞれ直列に接続されている。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５のコレクタはそれぞれ、バッテリＢの正極に接続されている。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６のエミッタはそれぞれ、バッテリＢの負極に接続されている。

各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のエミッタとコレクタ間には、それぞれダイオードＤが逆並列に、すなわちカソードがコレクタにアノードがエミッタに対応する状態に接続されている。

第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２の接続点、第３のスイッチング素子Ｑ３と第４のスイッチング素子Ｑ４の接続点及び第５のスイッチング素子Ｑ５と第６のスイッチング素子Ｑ６の接続点は、負荷５１（例えば、三相モータ）に接続されている。

また、インバータ装置１０は、コンデンサ収容ユニット２０を有している。コンデンサ収容ユニット２０は、電源の負極と正極の間に接続される平滑用のコンデンサ２１と、このコンデンサ２１に並列接続され、コンデンサ２１の残留電荷を放電する放電抵抗器２２を有している。上記のように構成されたインバータ装置１０は、バッテリＢから供給される直流電力を交流電力に変換して負荷５１に供給する。以下、コンデンサ収容ユニット２０について詳細に説明する。

図２に示すように、コンデンサ収容ユニット２０は、四角箱状をなす筐体２３を有している。筐体２３の内部には、上記したコンデンサ２１と放電抵抗器２２とが収容されている。放電抵抗器２２は、筐体２３の一側壁２３ａの内面に接した状態で設けられている。コンデンサ２１は、放電抵抗器２２から離間して設けられている。放電抵抗器２２とコンデンサ２１の間には、放電抵抗器２２を筐体２３の内面に押さえつける第１のブラケット３１が設けられている。第１のブラケット３１とコンデンサ２１との間には、第２のブラケット４１が設けられている。また、筐体２３の内部には、封止用の樹脂５３が充填されている。

図３及び図４に示すように、第１のブラケット３１及び第２のブラケット４１は、一枚の矩形平板状の部材を折り曲げることで形成されている。第１のブラケット３１を形成する板状の部材の板厚ｔ１は、第２のブラケット４１を形成する板状の板厚ｔ２よりも厚い。したがって、第１のブラケット３１は、全体の板厚ｔ１が第２のブラケット４１の板厚ｔ２よりも厚くなっている。

第１のブラケット３１は、矩形平板状をなす第１の基部３２と、第１の基部３２の対向する一対の端部から第１の基部３２の厚み方向に垂直に屈曲する矩形平板状をなす第１の屈曲部３３と、それぞれの第１の屈曲部３３の先端から第１の屈曲部３３の厚み方向に水平に屈曲する第１のフランジ部３４と、からなる。

第２のブラケット４１は、矩形平板状をなす第２の基部４２と、第２の基部４２の対向する一対の端部から第２の基部４２の厚み方向に垂直に屈曲する矩形平板状をなす第２の屈曲部４３と、それぞれの第２の屈曲部４３の先端から第２の屈曲部４３の厚み方向に水平に屈曲する第２のフランジ部４４と、からなる。第１のブラケット３１及び第２のブラケット４１は、熱伝導率の高い金属性の材料などから形成されている。例えば、バネ鋼（炭素系、シリコンマンガン系、マンガンクロム系などの鋼）から形成されている。

それぞれの第１の屈曲部３３の外面間の長さｄ１は、それぞれの第２の屈曲部４３の内面間の長さｄ２よりも若干短い。また、第１の屈曲部３３の外面に連設される第１のフランジ部３４の外面から第１の基部３２の外面までの長さｄ３は、第２の屈曲部４３の内面に連設される第２のフランジ部４４の内面から第２の基部４２の内面までの長さｄ４よりも若干短い。第１の基部３２の短手方向の長さｄ５と第２の基部４２の短手方向の長さｄ６は同一となっている。これにより、第１のブラケット３１は、第２のブラケット４１に重ね合わせ可能となっている。また、第１の基部３２の短手方向の長さｄ５と第２の基部４２の短手方向の長さｄ６は、筐体２３の図示しない底面から底面と対向する上面までの距離（底板の内面から天板の内面までの距離）と同一となっている。

図２に示すように、第２のブラケット４１に第１のブラケット３１を重ね合わせると第１の屈曲部３３の外面に連設される第１のフランジ部３４の外面と第２の屈曲部４３の内面に連設される第２のフランジ部４４の内面が接する。また、第１の屈曲部３３の外面と第２の屈曲部４３の内面の間及び第１の基部３２及び第２の基部４２の間には、若干の隙間Ｓが形成される。すなわち、第２のブラケット４１は、第２の基部４２及び第２の屈曲部４３が、第１のブラケット３１と間隔をあけて設けられている。本実施形態では、この隙間Ｓには空気が存在しており、空気層を形成している。そして、この空気層が断熱層として機能している。なお、隙間Ｓに存在する媒体を断熱層として機能させるためには、樹脂５３よりも熱伝導率が低い媒体を用いる必要がある。また、第１のブラケット３１は、第１の基部３２の短手方向の両端面、第１の屈曲部３３の長手方向の両端面及び第１のフランジ部３４の長手方向の両端面が筐体２３の底面及び底面と対向する上面に接するように配置されている。第２のブラケット４１は、第２の基部４２の短手方向の両端面、第２の屈曲部４３の長手方向の両端面及び第２のフランジ部４４の長手方向の両端面が筐体２３の底面及び底面と対向する上面に接するように配置されている。このため、隙間Ｓは、筐体２３の底面と上面によって閉塞されて樹脂５３を充填する際に、隙間Ｓに樹脂５３が入り込む虞がない。

上記のように重ね合わされた第１のブラケット３１と第２のブラケット４１は、放電抵抗器２２が接する側壁２３ａと、この側壁２３ａから離間して設けられた二つのボス５２の間に第１のフランジ部３４及び第２のフランジ部４４を挿入することで固定されている。側壁２３ａからボス５２までの離間距離は、第１の屈曲部３３の内面に連設される第１のフランジ部３４の内面から、第２の屈曲部４３の外面に連設される第２のフランジ部４４の内面までの長さｄ８と同一の長さとなっている。また、二つのボス５２間の離間距離は、それぞれの第２の屈曲部４３の外面間の長さｄ７（図３参照）と同一となっている。第１のブラケット３１及び第２のブラケット４１は、側壁２３ａとボス５２によって第１のブラケット３１及び第２のブラケット４１の厚み方向（板厚）への移動が規制され、固定されている。放電抵抗器２２は、第１の基部３２の内面に押圧されて、側壁２３ａの内面に押しつけられている。

次に、本実施形態のコンデンサ収容ユニット２０の作用について説明する。
インバータ装置１０が駆動されるときや、コンデンサ２１の残留電荷を放電するときには、放電抵抗器２２に電流が流れてジュール熱が生じる。放電抵抗器２２が発熱すると、この熱は、筐体２３及び第１のブラケット３１に伝導する。このとき、放電抵抗器２２を筐体２３の内面に押さえつけることで、放電抵抗器２２と筐体２３が密着して、熱は筐体２３に伝導しやすい。

また、第１のブラケット３１の板厚ｔ１を第２のブラケット４１の板厚ｔ２よりも厚くすることで、第１のブラケット３１にも熱が伝導しやすく、第１のブラケット３１に伝導した熱は、筐体２３の内面に接する第１のフランジ部３４から好適に筐体２３に伝導する。

また、第１のブラケット３１に伝導した熱は、隙間Ｓを介して第２のブラケット４１に伝導しようとするが、隙間Ｓに存在する空気が断熱層として機能しているため、熱が第２のブラケット４１に伝導しにくい。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第１のブラケット３１で放電抵抗器２２を筐体２３の内面に押さえつけることで、放電抵抗器２２と筐体２３の内面を密着させている。このため、放電抵抗器２２が発熱すると、この熱は、筐体２３に伝導しやすい。また、第１のブラケット３１と第２のブラケット４１の間に隙間Ｓを形成している。そして、この隙間Ｓには、空気が存在している。このため、空気層が断熱層として機能して、第２のブラケット４１に熱が伝導しにくい。すなわち、放電抵抗器２２で発した熱がコンデンサ２１に伝導しにくく、コンデンサ２１と放電抵抗器２２の離間距離を短くすることができる。したがって、コンデンサ収容ユニット２０の小型化が図られる。

（２）隙間Ｓは、第１のブラケット３１を第２のブラケット４１に重ね合わせたときに形成され、この隙間Ｓには、空気が存在している。このため、第１のブラケット３１を第２のブラケット４１に重ね合わせるだけで断熱層を形成することができる。したがって、断熱層を形成しやすい。

（３）また、第１のブラケット３１を第２のブラケット４１に重ね合わせ可能とすることで、第１のブラケット３１及び第２のブラケット４１をボス５２と側壁２３ａの間に固定するときに、第１のブラケット３１と、第２のブラケット４１を重ね合わせた状態で固定することができる。

（４）断熱層として空気層を採用している。空気は、熱伝導率が低いため、第１のブラケット３１から第２のブラケット４１に熱が伝導することを更に好適に抑制することができる。

（５）第１のブラケット３１全体の板厚ｔ１は、第２のブラケット４１の板厚ｔ２よりも厚い。また、第１のフランジ部３４は、側壁２３ａの内面に接している。このため、第１のブラケット３１に伝導した熱を筐体２３に伝導させることができる。また、第１のブラケット３１の板厚ｔ１を厚くすることで、第１のブラケット３１に熱が伝導しやすく、筐体２３に熱を伝導させやすい。このため、放電抵抗器２２で発した熱がコンデンサ２１に伝導するのを更に好適に抑制することができる。

（６）コンデンサ収容ユニット２０は、インバータ装置１０に設けられている。コンデンサ収容ユニット２０を小型化できるため、インバータ装置１０の小型化も図られる。
（７）第２のブラケット４１に第１のブラケット３１を重ね合わせると第１の屈曲部３３の外面に連設される第１のフランジ部３４の外面と第２の屈曲部４３の内面に連設される第２のフランジ部４４の内面が接する。また、隙間Ｓは、筐体２３の底面と上面によって閉塞されている。このため、筐体２３内に樹脂５３を充填するときに、樹脂５３が隙間Ｓに流れ込むことが抑制されている。隙間Ｓに樹脂５３が流れ込むと、空気よりも熱伝導率の高い樹脂５３によって断熱層としての機能が低下するおそれがある。隙間Ｓに樹脂５３が入り込むことを抑制することで、断熱層としての機能の低下を抑制することができる。

（８）ボス５２と側壁２３ａの間に第１のフランジ部３４及び第２のフランジ部４４を挿入することで第１のブラケット３１及び第２のブラケット４１を固定している。このため、ボス５２と側壁２３ａが、筐体２３の内部に樹脂５３を充填する前の仮押さえとして機能する。したがって、仮押さえのための部材を別途設ける必要がない。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図５に示すように、実施形態において、第２のブラケット４１の第２の屈曲部４３に、更に屈曲部４３ａを形成してもよい。屈曲部４３ａは、第１のブラケット３１から離れる方向に屈曲する。屈曲部４３ａは、第１のブラケット３１から離れる方向に屈曲しているため、第１のブラケット３１と第２のブラケット４１の間の隙間Ｓを広く確保することができる。そして、隙間Ｓによって放電抵抗器２２が発する熱を適切に断熱することができる。

○ 実施形態において、ボス５２と側壁２３ａによって第１のブラケット３１及び第２のブラケット４１を固定したが、これに限られない。例えば、第１のフランジ部３４及び第２のフランジ部４４を貫通するボルトやネジなどの締結部材を側壁２３ａに螺合して第１のブラケット３１及び第２のブラケット４１を締結固定してもよい。

○ 実施形態において、隙間Ｓに樹脂５３よりも熱伝導率が低い断熱材などが設けられていてもよい。
○ 実施形態において、第１のブラケット３１及び第２のブラケット４１の形状を変更してもよい。例えば、側壁２３ａに交わる一対の側壁間で延びる平板状のブラケットを用いてもよい。また、円形状の板材や多角形状の板材などを用いてもよい。

○ 実施形態において、第２のブラケット４１とコンデンサ２１との間に、第２のブラケット４１との間に断熱層を形成するブラケットを更に設けてもよい。すなわち、ブラケットは、２個以上設けられていれば、いくつ設けられていてもよい。

○ 実施形態において、隙間Ｓは、第１の屈曲部３３と第２の屈曲部４３の間や、第１の基部３２と第２の基部４２の間にのみ形成されていてもよい。この場合であっても、それぞれの隙間Ｓが断熱層として機能して放電抵抗器２２で発した熱がコンデンサ２１に伝導することが抑制される。

○ 実施形態において、第１のブラケット３１は、一部の板厚が第２のブラケット４１の板厚よりも厚くてもよい。
○ 実施形態のコンデンサ収容ユニット２０をインバータ装置１０以外に設けてもよい。例えば、コンバータ装置などに設けてもよい。

１０…インバータ装置、２０…コンデンサ収容ユニット、２１…コンデンサ、２２…放電抵抗器、２３…筐体、３１…第１のブラケット、４１…第２のブラケット、５３…樹脂。

Claims

コンデンサと、前記コンデンサに接続された放電抵抗器とを筐体に収容するとともに、前記筐体に封止用の樹脂を充填したコンデンサ収容ユニットであって、
前記放電抵抗器を前記筐体の内面に押さえつける第１のブラケットと、
前記第１のブラケットと前記コンデンサとの間に設けられるとともに、少なくとも一部が前記第１のブラケットと間隔をあけて設けられる第２のブラケットとを備え、前記第１のブラケットと前記第２のブラケットとの間に断熱層を有することを特徴とするコンデンサ収容ユニット。
前記断熱層は、前記第１のブラケットと前記第２のブラケットを重ね合わせることで形成されることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ収容ユニット。
前記断熱層は、空気層であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコンデンサ収容ユニット。
前記第１のブラケット及び前記第２のブラケットは板状をなし、前記第１のブラケットは、前記筐体の内面に接触するとともに、少なくとも一部が前記第２のブラケットよりも板厚が厚いことを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のコンデンサ収容ユニット。
インバータ装置に設けられることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のコンデンサ収容ユニット。