JP2017168778A - 電解コンデンサの冷却構造および電解コンデンサユニット - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性を向上させることが可能な電解コンデンサの冷却構造および電解コンデンサユニットを提供する。【解決手段】第１面を備えた放熱性樹脂と、放熱性樹脂と一体的に設けられ、防爆弁を有し、防爆弁を第１面側にして並べられた複数の電解コンデンサと、を備えた電解コンデンサユニットと、第２面を備え、第１面に第２面を熱的に接触させるように取り付けられた放熱性部材と、を備え、第１面および第２面の少なくとも一方に、複数の防爆弁の全てを外気に通気させる通気経路を設け、通気経路は、複数の防爆弁のうちの少なくとも１つの防爆弁を他の少なくとも１つの防爆弁を介して外気に通気させる通気溝を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、電解コンデンサの冷却構造および電解コンデンサユニットに関する。

例えば、電気自動車に搭載され、大電力の変換を行う充電器には、大きな静電容量を有する複数の電解コンデンサが使用される。

電解コンデンサは内部抵抗によって発熱する。また、電解コンデンサはアレニウスの法則により、高温になるとその寿命が短くなる。寿命を延ばすために、電解コンデンサの放熱性を向上させることが重要となる。

放熱性を向上させるため、電解コンデンサを放熱性樹脂で一体成型する方法がある。
例えば、特許文献１には、複数の電解コンデンサを放熱性樹脂で一体化した構造が開示されている。

しかし、このような樹脂一体型電解コンデンサ（以下、電解コンデンサユニットと称する。）では、樹脂が電解コンデンサの防爆弁を塞ぐため、電解コンデンサの内圧が高くなり、防爆弁が膨張することにより、樹脂にクラックが生じるおそれがある。

例えば、特許文献２には、クラックを発生させないように、防爆弁を外気に通気させるための通気孔が樹脂に設けられた構造が開示されている。

さらに、伝熱特性に優れたヒートシンクと樹脂とを接触させた電解コンデンサの冷却構造がある。この冷却構造では、放熱性を向上させるために、樹脂とヒートシンクとの接触面積（放熱面積ともいう。）は、なるべく広くされる。

特開平４−４０２６７号公報 特開昭５９−１１７１３４号公報

しかしながら、特許文献２に開示された通気孔が設けられた樹脂と上記のヒートシンクとを接触させた場合、ヒートシンクが通気孔を塞ぐため、防爆弁が膨張することにより、樹脂にクラックが生じるおそれがあるという問題点があった。

本発明は、放熱性を向上させることが可能な電解コンデンサの冷却構造および電解コンデンサユニットを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る電解コンデンサの冷却構造は、
第１面を備えた放熱性樹脂と、当該放熱性樹脂と一体的に設けられ、防爆弁を有し、当該防爆弁を前記第１面側にして並べられた複数の電解コンデンサと、を備えた電解コンデンサユニットと、
第２面を備え、前記第１面に前記第２面を熱的に接触させるように取り付けられた放熱性部材と、
を備え、
前記第１面および前記第２面の少なくとも一方に、前記複数の防爆弁の全てを外気に通気させる通気経路を設け、
前記通気経路は、前記複数の防爆弁のうちの少なくとも１つの防爆弁を他の少なくとも１つの防爆弁を介して前記外気に通気させる通気溝を有する。

また、本発明に係る電解コンデンサユニットは、
放熱先に熱的に接触する接触面を備えた放熱性樹脂と、
前記放熱性樹脂と一体的に設けられ、防爆弁を有し、当該防爆弁を前記接触面側にして並べられた複数のコンデンサと、
を備え、
前記接触面に、前記複数の防爆弁の全てを外気に通気させる通気経路を設け、
前記通気経路は、前記複数の防爆弁のうちの少なくとも１つの防爆弁を他の少なくとも１つの防爆弁を介して前記外気に通気させる通気溝を有する。

本発明によれば、複数の防爆弁の全てを外気に通気させる。これにより、防爆弁が膨張しても、樹脂にクラックが生じるのを防止する。また、樹脂と放熱性部材との接触面に、少なくとも１つの防爆弁を他の少なくとも１つの防爆弁を介して外気に通気させるように通気溝を設ける。これにより、防爆弁毎に通気溝を設けた場合に比べて通気溝の長さを短くすることができ、短くなった分だけ、樹脂とヒートシンクとの接触面積を広くして、放熱性を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る電解コンデンサの冷却構造の斜視図である。 電解コンデンサの冷却構造の断面図である。 樹脂の下面（第１面）を上にして斜め上方から見たときの電解コンデンサユニットの斜視図である。 樹脂の第１面に設けられた通気経路の一例を示す図である。 通気経路の変形例１を示す図である。 通気経路の変形例２を示す図である。 通気経路の変形例３を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る電解コンデンサの冷却構造１の斜視図である。図２は電解コンデンサの冷却構造１の断面図である。なお、図１および図２では、電解コンデンサの冷却構造１の説明をわかり易くするために、電解コンデンサユニット２の形状等を簡略化して示している。

図１および図２に示すように、電解コンデンサの冷却構造１は、電解コンデンサユニット２と、基板３と、ヒートシンク４とを有する。電解コンデンサユニット２は、基板３およびヒートシンク４により両側から挟まれるように配置される。以下の説明で、ヒートシンク４から基板３に向かう方向を上方向といい、基板３からヒートシンク４に向かう方向を下方向という。

電解コンデンサユニット２は、複数の電解コンデンサ５と、放熱性を有する樹脂６とを備えている。

基板３は、電解コンデンサ５の端子５１（後述する）を通すための下穴を有する。また、基板３は、樹脂６の樹脂ピン５３（後述する）と通すための下穴を有する。また、基板３は、ヒートシンク４の上面４２（後述する）に基板３を締結するための締結用ネジ３３を通すための下穴を有する。

ヒートシンク４は、伝熱特性に優れたアルミニウム、鉄、銅などの金属製で、上面４２およびフィン４４を有する。ヒートシンク４の上面４２が樹脂６の下面６４（後述する）と熱的に接触されるようにして、電解コンデンサユニット２がヒートシンク４に組み付けられる。ヒートシンク４が本発明の「放熱性部材」に対応する。また、ヒートシンク４の上面４２が本発明の「第２面」に対応する。なお、「熱的に接触」には、直接的および間接的な接触が含まれる。間接的な接触の態様としては、例えば、ヒートシンク４の上面４２と樹脂６の下面６４との間の隙間には、グリースやシートなどの放熱性に優れた材料（図示略）が設けられる。

電解コンデンサ５は端子５１を有する。端子５１は基板３に接続されている。以下の説明では、基板３において、端子５１と接続された領域を第１領域３１といい、また、第１領域３１を除く領域を第２領域３２という。

電解コンデンサ５は防爆弁Ｖ（図２、図３参照）を有する。電解コンデンサ５は、防爆弁Ｖを下面６４（後述する）にして並べられている。複数の電解コンデンサ５は、樹脂６と一体的に設けられている。

樹脂６は、立方体の形状を有し、上面６２、下面６４、外周面６６を備えている。樹脂６の材料には、放熱性を有する樹脂として、例えば、アクリル系ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ混合樹脂組成物などが使用される。

上面６２には樹脂ピン５３が立設されている。また、基板３の第２領域３２には下穴が設けられる。そして、下穴に通された樹脂ピン５３が接着剤で固定される。これによって、樹脂６を基板３の第２領域３２に固定することができる。なお、樹脂６を基板３の第２領域３２にネジによって固定してもよい。

外周面６６の両側には上下方向に対し直交する方向にフランジ６７が突出するように設けられている。フランジ６７は、ヒートシンク４にネジ止めされる。これによって、樹脂６がヒートシンク４に固定される。

図３は、樹脂６の下面６４を上にして斜め上方から見たときの電解コンデンサユニット２の斜視図である。図４は、樹脂６の下面６４に設けられた通気経路８の一例を示す図である。

図２〜図４に示すように、樹脂６の下面６４には、通気経路８が設けられている。通気経路８は、複数の開口７および複数の通気溝８１を有する。開口７は、防爆弁Ｖに対応して設けられている。樹脂６の下面６４が本発明の「第１面」に対応する。

複数の電解コンデンサ５は、例えば３×３のマトリックス状に配置されている。図２は、電解コンデンサ５の防爆弁Ｖを示している。

通気溝８１は、防爆弁Ｖに対応して設けられた各開口７を介して、防爆弁Ｖの全てを外気に通気させている。

通気溝８１は、例えばＵ字状またはコ字状の断面形状を有する。図２に、樹脂６の下面６４とヒートシンク４の上面４２との間に生じた通気溝８１を示す。

以下の説明では、ｍ行ｎ列の位置に配置された防爆弁Ｖを“Ｖｍｎ”により表す（ｍ＝１，２，３、ｎ＝１，２，３）。

図４に示すように、防爆弁Ｖｍ１，Ｖｍ３上の開口７から下面の端縁６５に通気溝８１がそれぞれ延設される。これによって、防爆弁Ｖｍ１，Ｖｍ３が開口７を介して外気に通気される。以下、「防爆弁Ｖを外気に通気させる」とは、防爆弁Ｖを、開口７を介して外気に通気させることを意味する。また、以下に、防爆弁Ｖを通気させるための通気溝８１や防爆弁Ｖの通気について説明するとき、その説明を簡略化するため、「防爆弁Ｖ上の開口７からの通気溝８１」を「防爆弁Ｖからの通気溝８１」等のように開口７を省略して説明する場合がある。

本実施の形態に係る通気溝８１は、防爆弁Ｖｍ２を、防爆弁Ｖｍ２と隣接する防爆弁Ｖｍ１，Ｖｍ３を介して外気に通気させる。（例えば、防爆弁Ｖ２２を、防爆弁Ｖ２１，Ｖ２３を介して外気に通気させる。）なお、防爆弁Ｖｍ２を通気させるための通気溝８１を、防爆弁Ｖｍ２から防爆弁Ｖｍ１，Ｖｍ３の両方に延設させたが、防爆弁Ｖｍ２から防爆弁Ｖｍ１，Ｖｍ３の少なくとも一方に延設させればよい。
また、防爆弁Ｖ１ｎ，Ｖ３ｎから下面の端縁６５に通気溝８１がそれぞれ延設され、防爆弁Ｖ２ｎが、防爆弁Ｖ１ｎ及び／または防爆弁Ｖ３ｎを介して外気に通気できるように通気溝８１が設けられても良い。

ここで、比較例として、２行２列の位置に配置された防爆弁Ｖ２２を外気に通気させるために、防爆弁Ｖ２２上の開口７から下面６４の端縁６５まで通気溝８１を設けた場合、防爆弁Ｖ２２を通気させるための通気溝８１の全長は、例えば、防爆弁Ｖ２２上の開口７から防爆弁Ｖ２１に通気させるための通気溝８１の全長に比べて長くなる。

本実施の形態では、防爆弁Ｖ２２を通気させるための通気溝８１を、上記比較例のように下面６４の端縁６５まで延設させる必要がないため、上記比較例に比べて、防爆弁Ｖ２２を通気するための通気溝８１の全長が短くなり、短くなった分だけ、樹脂６とヒートシンク４との接触面積が広くなる。

同様に、本実施の形態では、防爆弁Ｖ１２を通気させるための通気溝８１を、防爆弁Ｖ１２上の開口７から防爆弁Ｖ１１上の開口７および防爆弁Ｖ１３上の開口７に延設させる。また、防爆弁Ｖ３２を通気させるための通気溝８１を、防爆弁Ｖ３２から防爆弁Ｖ３１および防爆弁Ｖ３３に延設させる。

なお、図４では、通気溝８１を防爆弁Ｖ１２からそれに隣接する防爆弁Ｖ１１，Ｖ１３に延設させた。しかし、防爆弁Ｖ１２から下面６４の端縁６５までの距離が、防爆弁１２からそれに隣接する防爆弁Ｖ１１，Ｖ１３までの距離より短い場合、防爆弁Ｖ１２を通気させるための通気溝８１を、防爆弁Ｖ１２から下面６４の端縁６５に延設させてもよい。同じく、図４では、通気溝８１を防爆弁Ｖ３２からそれに隣接する防爆弁Ｖ３１，Ｖ３３に延設させた。しかし、防爆弁Ｖ３２から下面６４の端縁６５までの距離が、防爆弁３２からそれに隣接する防爆弁Ｖ３１，Ｖ３３までの距離より短い場合、防爆弁Ｖ３２を通気させるための通気溝８１を、防爆弁Ｖ３２から下面６４の端縁６５に延設させてもよい。

上記実施の形態に係る電解コンデンサ５の冷却構造によれば、防爆弁Ｖを外気に通気させるための通気溝８１を短くしたので、短くなった分だけ、樹脂６とヒートシンク４との接触面積が広くなり、放熱性を高めることができる。

また、下面６４の中央部に配置された防爆弁Ｖｍ２を通気するための通気溝８１を、防爆弁Ｖｍ２からそれに隣接する防爆弁Ｖｍ１，Ｖｍ３の両方にそれぞれ延設させたので、通気性を向上させることができる。

また、上面６２から立設され、基板３の下穴に通された樹脂ピン５３が接着剤等で固定され、これによって、樹脂６が基板３の第２領域３２に固定されるため、樹脂６と一体的に設けられた電解コンデンサ５の端子５１と基板３との相対移動が拘束され、振動、衝撃による電解コンデンサ５の端子５１の折損を防止することが可能となる。

（変形例１）
次に、電解コンデンサの冷却構造１の変形例１について図５を参照して説明する。
上記実施の形態では、通気溝８１を下面６４の中央部に配置された防爆弁Ｖｍ２から下面６４の端部に配置された防爆弁Ｖｍ１，Ｖｍ３の少なくとも一方に延設させて、防爆弁Ｖｍ２を防爆弁Ｖｍ１，Ｖｍ３を介して外気に通気させた。

これに対し、変形例１に係る通気溝８１は、図５に示すように、防爆弁Ｖ２２を８つの防爆弁Ｖを介して外気に通気させる。つまり、通気溝８１で９個の防爆弁Ｖの全てを直列に接続する。９本の通気溝８１および９個の防爆弁Ｖにより、１本の通気経路８が構成される。

このように、通気溝８１で９個の防爆弁Ｖの全てを直列に接続する場合、防爆弁Ｖ同士を接続する通気溝８１の全長の総計が最小になるようにする。これにより、樹脂６とヒートシンク４との接触面積が最大となり、放熱性を高めることができる。

なお、変形例１では、図５に示すように、外気に直接的に通気させる防爆弁Ｖを、防爆弁Ｖ３１としたが、本発明はこれに限らない、例えば、通気経路８の全長のほぼ中央に位置する防爆弁Ｖ１３としてもよい。これにより、１本の通気経路８であっても、通気性を高めることが可能となる。

（変形例２）
次に、電解コンデンサの冷却構造１の変形例２について図６を参照して説明する。
上記実施の形態および変形例１では、複数の防爆弁Ｖの配置について図３〜図５を参照して概略的に説明した。これに対し、変形例２では、複数の防爆弁Ｖの配置について図６を参照して具体的に説明する。

図６に示すように、樹脂６の下面６４には１７個の防爆弁Ｖが互いに隣接し合うように配置される。図６に、下面６４の端縁６５までの距離が比較的近い位置に配置された１５個の防爆弁Ｖａと、下面６４の端縁６５までの距離が比較的遠い位置に配置された２個の防爆弁Ｖｂとを示す。

通気溝８１を防爆弁Ｖａから下面６４の端縁６５に延設させることにより、防爆弁Ｖａは外気に直接的に通気される。これに対し、通気溝８１により防爆弁Ｖｂとそれに隣接する防爆弁Ｖａとを接続することにより、防爆弁Ｖｂは外気に間接的に通気される。

以上のように、防爆弁Ｖｂを外気に通気させる場合、通気溝８１で防爆弁Ｖｂと防爆弁Ｖａとを接続すればよく、通気溝８１を防爆弁Ｖｂから下面６４の端縁６５まで延設させる必要がない。このため、防爆弁Ｖｂを外気に通気させるための通気溝８１の全長が短くなり、短くなった分だけ、樹脂６とヒートシンク４との接触面積を広くすることができる。

（変形例３）
次に、電解コンデンサの冷却構造１の変形例３について図７を参照して説明する。
なお、変形例３において、１５個の防爆弁Ｖａおよび２個の防爆弁Ｖｂの配置は、変形例２に示す配置と同じである。

変形例２では、下面６４の端縁６５までの距離が比較的近い位置に配置された防爆弁Ｖａを外気に直接的に通気させ、下面６４の端縁６５までの距離が比較的遠い位置に配置された防爆弁Ｖｂを外気に間接的に通気させた。

これに対し、変形例３では、通気溝８１は、１５個の防爆弁Ｖａおよび２個の防爆弁Ｖｂを直列に接続する。これにより、１７本の通気溝８１および１７個の防爆弁Ｖａ，Ｖｂにより、１本の通気経路８が構成される。

このように、通気溝８１で１７個の防爆弁Ｖａ，Ｖｂの全てを直列に接続する場合においても、放熱性を高めるために、通気溝８１の全長の総計を短くすることにより、樹脂６とヒートシンク４との接触面積を広くする。

上記実施の形態および各変形例では、複数の防爆弁Ｖを、他の防爆弁Ｖを介して外気に通気させた通気溝８１を示したが、本発明はこれに限らず、複数の防爆弁Ｖのうちの少なくとも１つの防爆弁Ｖを、他の少なくとも１つの防爆弁Ｖを介して外気に通気させる通気溝８１であってもよい。

また、上記実施の形態では、防爆弁Ｖを外気に通気させるための通気溝８１を樹脂６の下面６４に設けたが、本発明は、これに限らず、通気溝８１をヒートシンク４の上面４２に設けてもよく、樹脂６の下面６４およびヒートシンク４の上面４２の両方に設けてもよい。これにより、通気溝８１の設計の自由度を高めることができる。

また、上記実施の形態では、防爆弁Ｖに対応して開口７が設けられた電解コンデンサユニット２において、通気溝８１が開口７を介して間接的に防爆弁Ｖを外気に通気させるものを示したが、本発明は、これに限らず、電解コンデンサユニット２に開口７が設けられない場合に、通気溝８１が防爆弁Ｖを直接的に外気に通気させるように構成されてもよい。

さらに、上記実施の形態では、電解コンデンサ５と樹脂６とが一体成型された電解コンデンサユニット２について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、放熱性樹脂に複数の電解コンデンサ５が収容された電解コンデンサユニット２についても、本発明を適用するこれにより、電解コンデンサ５の放熱性を高めることができる。

上記実施の形態では、電解コンデンサユニット２とヒートシンク４とを有する冷却構造を示したが、本発明は、これに限らず、ヒートシンク４を有しない電解コンデンサユニット２単体としても、上記実施の形態と同様の効果を奏する。すなわち、樹脂６の下面６４（接触面）に、防爆弁Ｖを外気に通気させる通気溝８１を設け、この通気溝８１を短く構成することにより、短くなった分だけ、樹脂６と放熱先との接触面積が広くなり、放熱性を高めることができる。

その他、上記実施の形態は、何れも本発明の実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明は、放熱性を向上させることが必要な電解コンデンサの冷却構造および電解コンデンサユニットに好適に利用される。

Ｖ 防爆弁
１ 冷却構造
２ 電解コンデンサユニット
３ 基板
４ ヒートシンク
５ 電解コンデンサ
６ 樹脂
７ 開口
８ 通気経路
３１ 第１領域
３２ 第２領域
８１ 通気溝

Claims (5)

1. 第１面を備えた放熱性樹脂と、当該放熱性樹脂と一体的に設けられ、防爆弁を有し、当該防爆弁を前記第１面側にして並べられた複数の電解コンデンサと、
   を備えた電解コンデンサユニットと、
   第２面を備え、前記第１面に前記第２面を熱的に接触させるように取り付けられた放熱性部材と、
   を備え、
   前記第１面および前記第２面の少なくとも一方に、前記複数の防爆弁の全てを外気に通気させる通気経路を設け、
   前記通気経路は、前記複数の防爆弁のうちの少なくとも１つの防爆弁を他の少なくとも１つの防爆弁を介して前記外気に通気させる通気溝を有する、電解コンデンサの冷却構造。
2. 前記通気溝は、前記複数の防爆弁の全てを直列に接続する、請求項１に記載の電解コンデンサの冷却構造。
3. 前記放熱性樹脂における前記第１面と反対側の第３面に設けられ、前記電解コンデンサの端子と接続する第１領域を有する基板を備え、
   前記第３面に、前記基板における前記第１領域を除く第２領域を固定する、請求項１または２に記載の電解コンデンサの冷却構造。
4. 前記電解コンデンサユニットは、前記放熱性樹脂と前記電解コンデンサとが一体成型される、請求項１から３のいずれかに記載の電解コンデンサの冷却構造。
5. 放熱先に熱的に接触する接触面を備えた放熱性樹脂と、
   前記放熱性樹脂と一体的に設けられ、防爆弁を有し、当該防爆弁を前記接触面側にして並べられた複数のコンデンサと、
   を備え、
   前記接触面に、前記複数の防爆弁の全てを外気に通気させる通気経路を設け、
   前記通気経路は、前記複数の防爆弁のうちの少なくとも１つの防爆弁を他の少なくとも１つの防爆弁を介して前記外気に通気させる通気溝を有する、電解コンデンサユニット。
   

Images