JP2024025426A - 電解コンデンサおよび電源装置 - Google Patents

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健太郎 浜崎
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Abstract

【課題】装置の小型化を実現することが可能な電解コンデンサおよび電源装置を提供する。【解決手段】電解コンデンサは、複数のコンデンサ素子と、複数のコンデンサ素子のそれぞれを格納する複数の格納部と、複数の格納部内の複数のコンデンサ素子を封止する封止部と、を備え、複数の格納部は、一体に構成される。【選択図】図３

Description

本開示は、電解コンデンサおよび電源装置に関する。
一般的に、電源装置（例えば、バッテリーを充電するための充電装置等）には、電解コンデンサが設けられている。電解コンデンサは、アレニウスの法則等により、高温になるほど使用寿命が短くなることがわかっているので、その放熱性の向上が課題である。また、大容量が必要な上に、リップル電流対策から、複数の電解コンデンサが用いられることが多いので、装置の大型化の要因にもなっていた。
例えば、特許文献１には、複数の電解コンデンサをケースの中に収納して固定する装置が開示されている。
特開２００９－１６４２６６号公報
しかしながら、上記の装置の場合、例えばアルミケースとスリーブの二重構造を有する外装体にコンデンサ素子を格納した、既存の電解コンデンサがそのままケースの中に配置されるだけの構成であるので、一定以上の小型化を実現することができないものとなっていた。
本開示の目的は、装置の小型化を実現することが可能な電解コンデンサおよび電源装置を提供することである。
本開示に係る電解コンデンサは、
複数のコンデンサ素子と、
前記複数のコンデンサ素子のそれぞれを格納する複数の格納部と、
前記複数の格納部内の前記複数のコンデンサ素子を封止する封止部と、
を備え、
前記複数の格納部は、一体に構成される。
本開示に係る電源装置は、
複数のコンデンサ素子と、
前記複数のコンデンサ素子のそれぞれを格納する複数の格納部と、
前記複数の格納部内の前記複数のコンデンサ素子を封止する封止部と、
を有する電解コンデンサを備え、
前記複数の格納部は、一体に構成される。
本開示によれば、装置の小型化を実現することができる。
本開示の実施の形態に係る電源装置を示す図である。 本実施の形態に係る電解コンデンサを示す斜視図である。 本実施の形態に係る電解コンデンサの分解斜視図である。 電解コンデンサの筐体部分の分解斜視図である。 本体部をＺ方向から見た図である。 変形例に係る電解コンデンサの筐体部分の分解斜視図である。 変形例に係る電解コンデンサの筐体部分の分解斜視図である。 変形例に係る本体部をＺ方向から見た図である。 変形例に係る電解コンデンサを示す斜視図である。
（実施の形態）
以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本開示の実施の形態に係る電源装置を示す図である。図２は、本実施の形態に係る電解コンデンサを示す斜視図である。
なお、以下の説明においては、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用する。後述する図においても共通の直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を示している。例えば、Ｘ軸が左右方向を示し、Ｙ軸が前後方向を示し、Ｚ軸が上下方向を示している。
図１に示すように、電源装置１は、例えば、車両に搭載され、整流部、電力変換部等を有する。電源装置１は、車両外部の外部交流電源２に接続され、外部交流電源２から供給される交流電力を直流電力に電力変換してバッテリー３を充電する。図２に示すように、電源装置１には、例えば整流部と電力変換部との間等に、電解コンデンサ１００が設けられる。
電解コンデンサ１００は、例えば、交流電力から直流電力への変換に伴い発生する電源ノイズを平滑化するものであり、筐体１１０と、複数のコンデンサ素子１２０と、複数の封止部１３０と、複数の格納部１４０とを備える（図３も参照）。電解コンデンサ１００は、例えば、筐体１１０よりもＺ方向の＋側に配置される回路基板４に接続される。
筐体１１０は、例えば、直方体状に構成されており、本体部１１１と、底壁部１１２とを有する。
図３に示すように、本体部１１１は、筐体１１０の側面部に対応する部分であり、例えば、アルミニウムで構成される。本体部１１１内には、複数のコンデンサ素子１２０および複数の封止部１３０が複数の格納部１４０に収容されている。
底壁部１１２は、本体部１１１の底面部に対応する部分であり、例えば、アルミニウムで構成される。図４に示すように、底壁部１１２は、本体部１１１とは別体の板状部材であり、例えば、放熱接着剤、溶接、ねじ止め、摩擦撹拌接合等により、本体部１１１に接着される。
図３に示すように、複数のコンデンサ素子１２０は、例えば、陽極体、セパレータ、陰極体が巻回された円柱形状に構成される。複数のコンデンサ素子１２０のそれぞれは、複数の格納部１４０のそれぞれに格納される。各コンデンサ素子１２０のＺ方向の＋側には、陽極体および陰極体にそれぞれ接続された２つのリード線１２１が設けられている。
２つのリード線１２１は、Ｚ方向の＋側に延びており、筐体１１０にコンデンサ素子１２０が配置された際に、筐体１１０から露出する。
複数の封止部１３０のそれぞれは、格納部１４０内に配置されたコンデンサ素子１２０を封止する。封止部１３０は、例えば、ゴム等の弾性体であり、格納部１４０を閉塞可能な円形状に構成されている。
封止部１３０の２つのリード線１２１に対応する位置には、貫通孔（不図示）が形成されており、２つのリード線１２１が貫通孔を通されて、回路基板４に接続される。
図５に示すように、複数の格納部１４０は、コンデンサ素子１２０を格納する部分であり、それぞれが筐体１１０の本体部１１１と一体に構成されている。格納部１４０の数は、電源装置１で必要とされる容量を満たすコンデンサ素子１２０の数、筐体１１０の大きさ、等に基づいて決定される。本実施の形態では、格納部１４０の数が、Ｘ方向に４つ、Ｙ方向に２つ並んだ合計８つである例が示されている。
また、本実施の形態では、Ｘ方向に並ぶ２つの格納部１４０におけるＸ方向で隣接する壁部が一体化されており、Ｙ方向に並ぶ２つの格納部１４０におけるＹ方向で隣接する壁部が一体化されている例が示されている。また、本実施の形態では、Ｘ方向で２つ、Ｙ方向で２つずつの正方形状に配置された合計４つの格納部１４０の中心部分が空間となっている例が示されている。
格納部１４０は、円柱形状のコンデンサ素子１２０をＺ方向の＋側から格納できるように、コンデンサ素子１２０の底面と同様の円形状を有する格納空間１４０Ａを有する。
格納空間１４０Ａは、Ｚ方向に本体部１１１を貫通しており、本体部１１１と底壁部１１２とが接合されることで、格納空間１４０Ａの、Ｚ方向の－側が閉塞されて、格納部１４０にＺ方向の＋側からコンデンサ素子１２０が格納される。そして、格納空間１４０ＡのＺ方向の＋側に、上記の封止部１３０が配置されることで、格納部１４０でコンデンサ素子１２０が封止される。
また、格納部１４０内は、絶縁処理が施されている。具体的には、格納空間１４０Ａを形成する壁面部分と、底壁部１１２のＺ方向の＋側の面とに絶縁処理が施されている。絶縁処理は、例えば、アルマイト処理、絶縁シートを配置する処理、樹脂塗装を施す処理等、であっても良い。
これにより、各格納部１４０に格納された各コンデンサ素子１２０が絶縁されるので、隣接するコンデンサ素子１２０間の距離を近づけることが可能となる。
また、本体部１１１および格納部１４０は、例えば、押出加工により形成される。これにより、Ｚ方向に平行な内壁面で構成される格納空間１４０Ａを形成することが可能となる。
以上のように構成された本実施の形態に係る電解コンデンサ１００の作用効果について説明する。
従来の複数の電解コンデンサを格納する構成では、例えば、アルミケース、スリーブの二重構造を有する外装体にコンデンサ素子が格納された一般的な電解コンデンサが、ケースに複数個、収納される。つまり、従来の構成は、一定以上の小型化ができない構成であった。
それに対し、本実施の形態では、電解コンデンサ１００における複数の格納部１４０が一体に構成されている。つまり、本実施の形態では、少なくとも二重構造を有する外装体がない構成であるので、各コンデンサ素子１２０を、上記の一般的な電解コンデンサよりも近づけることが可能となる。その結果、従来の構成よりも装置の小型化を実現することができる。
また、従来の構成では、ケース内に、ポッティング材、発泡材等の別の材料を介して、各電解コンデンサが固定されるので、放熱部材や冷却部材等と接触するケースと、電解コンデンサとの間の熱伝導が別の材料を経由して行われる。そのため、従来の構成では、放熱性についても一定の限界がある。
それに対し、本実施の形態では、電解コンデンサ１００における複数の格納部１４０が一体に構成されているので、従来の構成のように別の材料を経由することなく、スムーズに熱伝導が行われる。すなわち、本実施の形態では、従来の構成よりも放熱性を向上させることができる。
また、本実施の形態では、格納部１４０の内側には、絶縁処理が施されているので、コンデンサ素子１２０、つまり、従来の構成における電解コンデンサの中身をシンプルに並べた構成とすることができる。そして、これらのコンデンサ素子１２０を、一体化した複数の格納部１４０に格納することで、全体として小さくすることができる。
また、複数の格納部１４０が側面部および底面部を有する筐体１１０を構成するので、例えば、冷却部材を配置した箇所に筐体１１０を配置したり、筐体１１０の配置箇所に、ヒートシンク等の放熱部材を配置させる等することで、筐体１１０を放熱させやすくすることができる。その結果、電解コンデンサ１００の放熱性をさらに向上させることができる。
また、複数の格納部１４０および側面部が、押出加工により形成されるので、格納部１４０の格納空間１４０Ａを構成する内壁面をＺ方向に平行な形状にすることができる。例えば、成型品の場合、抜きテーパーが存在するため、格納部の格納空間が広がる部分が存在する。
それに対し、本実施の形態では、格納部１４０の格納空間１４０Ａを構成する内壁面がＺ方向に平行な形状であるので、成型品で構成される構成のように格納空間が広がる部分が存在しない。その結果、装置を小型化することができる。また、押出加工により、簡易に格納部１４０を作成することができる。
また、底面部が、複数の格納部１４０および側面部とは別体の金属で構成されるので、冷却部材または放熱部材を配置した位置に筐体１１０を配置することで、導電性の高い箇所を冷却部材または放熱部材と容易に接触させることができる。その結果、放熱性を向上させやすくすることができる。
また、複数の格納部１４０および側面部がアルミニウムで構成されるので、熱伝導率の優れた材料を用いつつ、安価な構成とすることができる。
なお、上記実施の形態では、底面部が、格納部１４０および側面部とは別体の金属で構成されていたが、本開示はこれに限定されず、側面部とは一体に構成されていても良い。また、底面部が弾性体を含んで構成されていても良い。
例えば、図６に示すように、底面部が、格納部１４０および側面部とは別体の弾性板１１３で構成されていても良い。
弾性板１１３は、板状に構成された、例えばゴムである。弾性板１１３は、本体部１１１のＺ方向の－側に、公知の方法で接着される。本体部１１１のＺ方向の－側には、弾性板１１３を配置可能な凹部１１１Ａが設けられており、凹部１１１Ａに弾性板１１３が配置される。
これにより、格納部１４０内のコンデンサ素子１２０をＺ方向の－側から封止しつつ、安価な構成とすることができる。
また、図７に示すように、底面部が、複数の格納部１４０のそれぞれのＺ方向の－側の開口部分を封止可能な弾性体１１４を含んでいても良い。
弾性体１１４は、格納部１４０の開口部分を封止可能な円形状に構成されている。弾性体１１４は、格納部１４０の数に対応して複数設けられる。図７に示す例では、弾性体１１４は、８つ設けられた例が示されている。
これにより、格納部１４０内のコンデンサ素子１２０のそれぞれをＺ方向の－側から封止しつつ、安価な構成とすることができる。
なお、図６および図７では、弾性板１１３および弾性体１１４等の弾性部材が例示されているが、例えば絶縁シート（例えば、ポリカーボネートシート等）、その他の部材が用いられても良い。
また、一般的な電解コンデンサには、先端部分等に防爆弁が設けられている。例えば、電解コンデンサ内の圧力が上昇した場合、防爆弁が破断することで、電解コンデンサ内部の圧力を抜くことで、電解コンデンサの爆発が防止される。上記実施の形態では、電解コンデンサ１００の防爆弁については特に言及されていなかったが、防爆弁が設けられていても良い。
例えば、図８に示すように、格納部１４０は、格納部１４０の破裂を防止する防爆部１５０を有していても良い。
防爆部１５０は、格納部１４０における筐体１１０の内側に位置する壁部に設けられている。具体的には、格納部１４０は、筐体１１０の外壁を構成する第１壁１４１と、筐体１１０の内部空間と対向する第２壁１４２とを含んでいる。第２壁１４２は、本開示の「対向壁」に対応する。
筐体１１０の内部空間は、格納部１４０以外の空間であり、防爆部１５０は、第２壁１４２に設けられている。
防爆部１５０は、例えば、Ｚ方向に延びる溝形状に形成されている。防爆部１５０の部分が、他の部分よりも薄いので、格納部１４０内の圧力が上昇した際に、防爆部１５０の部分が破断しやすい。
防爆部１５０が破断することで、格納部１４０の破裂を防止することができる。また、筐体１１０の内部空間に向けて、防爆部１５０が破断することで、電解コンデンサ１００の周辺への影響を抑制することができる。
また、上記実施の形態では、筐体１１０の底面部を冷却部材または放熱部材に接触させることで、電解コンデンサ１００の放熱を行っていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、筐体１１０の側面部を放熱部材に接触させて放熱を行っても良い。
また、図９に示すように、筐体１１０の本体部１１１の設けられる放熱部１１１Ｂを有していても良い。放熱部１１１Ｂは、例えば、側面部から突出するフィンであっても良い。
これにより、例えば、筐体１１０の底面部が放熱部材と接触できない場合においても、放熱を行うことができる。
また、上記実施の形態では、押出加工により格納部１４０および側面部が形成されていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、ダイカスト等、成形品として形成されたものであっても良い。この場合、底面部は、側面部および格納部と一体に構成される。
また、上記実施の形態では、側面部と格納部とが一体に構成されていたが、底面部が側面部および格納部と一体に構成される場合、格納部と側面部とが離間していても良い。
また、上記実施の形態では、格納部が２列に並ぶ形状であったが、本開示はこれに限定されず、１列に並んだ形状であっても良いし、格納部がＬ字状に並ぶ形状等、電源装置において配置可能である限り、どのように並んでいても良い。
また、上記実施の形態では、Ｘ方向で２つ、Ｙ方向で２つずつの正方形状に配置された合計４つの格納部１４０の中心部分が空間となっている例が示されていたが、本開示はこれに限定されず、筐体１１０内で格納部１４０以外の空間が形成されていなくても良い。
また、上記実施の形態では、筐体の形状（直方体の形状）で電解コンデンサが構成されていたが、本開示はこれに限定されず、筐体の形状でなくても良い。例えば、円筒形状の格納部が、そのまま複数接続された形状を有する電解コンデンサであっても良い。
その他、上記実施の形態は、何れも本開示を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、これらによって本開示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、本開示はその要旨、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。
本開示の電解コンデンサは、装置の小型化を実現することが可能な電解コンデンサおよび電源装置として有用である。
１ 電源装置
２ 外部交流電源
３ バッテリー
４ 回路基板
１００ 電解コンデンサ
１１０ 筐体
１１１ 本体部
１１１Ａ 凹部
１１１Ｂ 放熱部
１１２ 底壁部
１１３ 弾性板
１１４ 弾性体
１２０ コンデンサ素子
１２１ リード線
１３０ 封止部
１４０ 格納部
１４０Ａ 格納空間
１４１ 第１壁
１４２ 第２壁
１５０ 防爆部

Claims (10)

  1. 複数のコンデンサ素子と、
    前記複数のコンデンサ素子のそれぞれを格納する複数の格納部と、
    前記複数の格納部内の前記複数のコンデンサ素子を封止する封止部と、
    を備え、
    前記複数の格納部は、一体に構成される、
    電解コンデンサ。
  2. 前記格納部の内側には、絶縁処理が施されている、
    請求項１に記載の電解コンデンサ。
  3. 前記複数の格納部は、側面部および底面部を有する筐体の一部を構成する、
    請求項１に記載の電解コンデンサ。
  4. 前記複数の格納部および前記側面部は、押出加工により形成される、
    請求項３に記載の電解コンデンサ。
  5. 前記底面部は、前記複数の格納部および前記側面部とは別体で構成される、
    請求項４に記載の電解コンデンサ。
  6. 前記底面部は、前記複数の格納部を封止する部材を含んで構成される、
    請求項４に記載の電解コンデンサ。
  7. 前記格納部は、前記筐体の内部空間と対向する対向壁を含み、
    前記対向壁は、前記格納部の破裂を防止する防爆部を有する、
    請求項３に記載の電解コンデンサ。
  8. 前記側面部に設けられる放熱部をさらに備える、
    請求項３に記載の電解コンデンサ。
  9. 前記複数の格納部および前記側面部は、アルミニウムで構成される、
    請求項３に記載の電解コンデンサ。
  10. 複数のコンデンサ素子と、
    前記複数のコンデンサ素子のそれぞれを格納する複数の格納部と、
    前記複数の格納部内の前記複数のコンデンサ素子を封止する封止部と、
    を有する電解コンデンサを備え、
    前記複数の格納部は、一体に構成される、
    電源装置。


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