JP6400909B2

JP6400909B2 - コンデンサ及びコンデンサの設置方法

Info

Publication number: JP6400909B2
Application number: JP2014009582A
Authority: JP
Inventors: 裕二塩見; 真教石田
Original assignee: Shizuki Electric Co Inc
Current assignee: Shizuki Electric Co Inc
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2034-01-22
Also published as: JP2015138880A

Description

この発明は、コンデンサ素子をケースに収納したコンデンサ及びコンデンサの設置方法に関し、特にコンデンサの放熱に関する。

フィルムコンデンサの誘電体フィルムには、主にＰＰ（ポリプロピレン）が用いられる（例えば特許文献１、２参照）。

特開２０１２−１９０９６９号公報特開２０１３−４６５２号公報

ところで、近年、コンデンサの小型化や低コスト化が推し進められており、ＥＳＲ（等価直列抵抗）の上昇が避けられない状態にある。ＥＳＲが上昇すると、一般にコンデンサの自己発熱量が増大し、コンデンサ自体の温度上昇を招くことになるが、ＰＰの耐熱温度が１０５度と比較的低温であることから、温度上昇に伴って動作が不安定となったり、熱劣化によって寿命短縮が生じていた。また、装置全体の小型化を図る目的で、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等に近接してコンデンサを配置する場合には、ＩＧＢＴからの発熱も加わることとなり、上記悪影響がより顕著なものとなっていた。

そこで、この発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、コンデンサからの放熱を促進し、熱による悪影響を小さくすることのできるコンデンサの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のコンデンサは、コンデンサ素子２と、このコンデンサ素子２に接続される電極板３と、コンデンサ素子２及び電極板３とは電気的に絶縁状態とされた伝熱体４とをケース５に収納し樹脂１０を充填したコンデンサ１であって、上記伝熱体４は、一方が樹脂１０に埋設され、他方が露出しケース５外方へと突出しており、上記ケース５には、上記伝熱体４の突出する側が被取付体１１への設置側となるよう、取付手段５４が設けられていることを特徴としている。

伝熱体４は、電極板３に絶縁体を介して取り付けられた金属製の伝熱ブロック４Ａであるのが好ましい。または、コンデンサ素子２の側面に近接且つ対向配置された金属製の伝熱板４Ｂであるのが好ましい。または、コンデンサ素子２の側面に近接且つ対向配置された金属製の伝熱板４Ｂと、この伝熱板４Ｂに取り付けられた金属製の伝熱ブロック４Ａとからなるのが好ましい。

本発明のコンデンサの設置方法は、コンデンサ素子２と、このコンデンサ素子２に接続される電極板３と、コンデンサ素子２及び電極板３とは電気的に絶縁状態とされた伝熱体４とをケース５に収納し樹脂１０を充填したコンデンサの設置方法であって、上記伝熱体４は、一方が樹脂１０に埋設され、他方が露出しケース５外方へと突出しており、上記伝熱体４の突出部が、被取付体１１に当接するようにしてコンデンサ１を設置することを特徴としている。

この発明のコンデンサでは、コンデンサ素子と電気的に絶縁状態であって、一方が樹脂に埋設され、他方が露出しケース外方へと突出した伝熱体を有し、また、伝熱体の突出する側が被取付体への設置側（設置面、当接面）となるよう、取付手段を設けていることから、コンデンサを被取付体に取り付けると同時に、伝熱体を被取付体に当接させることができる。すると、コンデンサの熱は伝熱体を介して被取付体に伝達されることとなり、結果、コンデンサからの放熱が促進されることとなる。

また、伝熱体として、電極板に絶縁体を介して金属製の伝熱ブロックを取り付けた場合には、電極板の熱を効率良く放熱させることができる。さらに、コンデンサ素子の側面に近接且つ対向配置させた金属製の伝熱板を伝熱体として用いた場合や、このように配置した伝熱板に金属製の伝熱ブロックを取り付けた場合には、コンデンサ素子の熱を効率良く放熱させることができる。

また、この発明のコンデンサの設置方法では、ケースから突出する伝熱体を被取付体に当接させるようにしてコンデンサを設置することから、コンデンサの熱を、伝熱体を介して被取付体に伝達させることができ、結果、コンデンサからの放熱を促進させることができる。

この発明の一実施形態に係るコンデンサを示す斜視図である。同じくそのコンデンサの分解斜視図である。コンデンサの被取付体への取付状態を示す断面図である。この発明の異なる実施形態に係るコンデンサを示す分解斜視図である。コンデンサ素子と電極板と伝熱体とを一体とさせた状態を示す斜視図である。同じくそのコンデンサの断面図である。この発明のさらに異なる実施形態に係るコンデンサを示す断面図である。

次に、この発明のコンデンサ１の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。この発明のコンデンサ１は、図１及び図２に示すように、コンデンサ素子２と、電極板３と、伝熱体４とをケース５内に収納し、これらを樹脂モールドすることにより構成されている。以下、各構成部品について説明する。

コンデンサ素子２は、例えばＰＰ製のフィルム上に金属を蒸着した金属化フィルムを巻回することで形成されたフィルムコンデンサであって、その両端部には、メタリコンを溶射してなる電極部２１、２２が設けられている。また、一方の電極部２１には第１リード端子６が接続され、他方の電極部２２には第２リード端子７が接続されている。なお、コンデンサ素子２は、図２に示すように、コンデンサ素子２の軸方向及びそれと直交する方向に複数並設された状態で使用される。

電極板３は、コンデンサ素子２の一方の電極部２１に接続される第１電極板８と、コンデンサ素子２の他方の電極部２２に接続される第２電極板９とからなる。

第１電極板８は、図２に示すように、上記複数並設されたコンデンサ素子２の一側面を覆うことができる程度の大きさ及び形状（平面視略長方形状）とされた例えば銅板である。第１電極板８には、コンデンサ素子２の一方の電極部２１に接続された第１リード端子６と接続可能なように、第１リード端子６と対向する位置に接続孔８１が設けられ、また
、コンデンサ素子２の他方の電極部２２に接続された第２リード端子７と接続されないよう、第２リード端子７と対向する位置に接続回避孔８２が設けられている。また、板の一辺からは外部の電気機器と接続するための外部接続部８３が延設されている。

第２電極板９は、図２に示すように、上記第１電極板８をコンデンサ素子２の軸方向に延設したような形状とされている。また、コンデンサ素子２の他方の電極部２２に接続された第２リード端子７と接続可能なように、第２リード端子７と対向する位置に接続孔９１が設けられ、コンデンサ素子２の一方の電極部２１に接続された第１リード端子６との接続を避けるため、第１リード端子６と対向する位置に接続回避孔９２が設けられている点で、第１電極板８と大きく相違している。なお、材質や外部接続部９３を延設している点については第１電極板８と同様である。

伝熱体４は、図２に示すように、例えばアルミや銅等の熱伝導率の高い金属製の伝熱ブロック４Ａであって、当接面となる部分の面積が大きくなるよう扁平とされている。

ケース５は、図３に示すように、第１電極板８や第２電極板９よりも平面視大とされた底面部５１と、この底面部５１の外周端からそれぞれ立ち上がるようにして設けられた側壁部５２とを備えており、上面には複数並設されたコンデンサ素子２や第１、第２電極板８、９を内部に入れ込むための開口部５３が設けられている。また、開口部５３が設けられた面が被取付体１１への設置面（当接面）となるよう、開口部５３側に、ボルト孔を有する取付足（取付手段）５４が複数設けられている。

ケース５内に充填される樹脂１０は、例えばエポキシ樹脂等からなるが、絶縁を確保できるものであれば種々の樹脂を使用可能である。なお、図１及び図２においては、樹脂１０を図示していない。

以上に、本発明のコンデンサ１の構成部品について説明したが、次に、本発明のコンデンサ１の組立手順について詳細に説明する。コンデンサ１の組立にあたっては、まず、第１電極板８と第２電極板９とを絶縁紙等の絶縁体（図示しない）を介して重ね合わせる。この際、第１電極板８の接続孔８１と第２電極板９の接続回避孔９２とが対向するように、且つ第１電極板８の接続回避孔８２と第２電極板９の接続孔９１とが対向するようにして両者を重ね合わせる。

次に、第１リード端子６を第１電極板８の接続孔８１に挿通させるとともに、第２リード端子７を第２電極板９の接続孔９１に挿通させ、それぞれ半田等によって接続させる。なお、コンデンサ素子２と電極板３とを接続させるにあたっては、負極となる電極板（本実施形態では第１電極板８）が、正極となる電極板（本実施形態では第２電極板９）とコンデンサ素子２との間に位置せず、外側（ケース開口部５３側）に位置するように接続する。

次に、第２電極板９よりも外側に配置された第１電極板８に伝熱ブロック４Ａを取り付けていく。取り付けにあたっては、第１電極板８と伝熱ブロック４Ａとの間に絶縁体（図示しない）を介在させ、伝熱ブロック４Ａの電気的な絶縁を確保しておく。なお、例えば絶縁性の接着剤を用いて伝熱ブロック４Ａを電極板３に接着させれば、固定と絶縁の双方を同時に行え、作業の効率化及びコスト削減を図ることができる。ただ、確実な絶縁を実現するために、予め伝熱ブロック４Ａの第１電極板８と当接する面に絶縁体を取り付けておいても良い。また、伝熱ブロック４Ａの取り付けのタイミングは、これに限らず、第１電極板８と第２電極板９を重ね合わせる前に、予め第１電極板８に取り付けておいても良い。

第１電極板８に伝熱ブロック４Ａを取り付けた後、これら一体となったコンデンサ素子２、電極板３、伝熱ブロック４Ａをケース５内に収納する。この際、コンデンサ素子２が底面部５１側に位置するようにし、伝熱ブロック４Ａが開口部５３側に位置するようにする。また、図３に示すように、伝熱ブロック４Ａが側壁部５２よりも僅かに開口部５３から突出するように配置する。そして、ケース５内に樹脂１０を充填し、コンデンサ素子２、電極板３を樹脂モールドすることで組立を完了する。なお、伝熱ブロック４Ａは、一部が樹脂１０に埋設されるが、その他は樹脂１０から露出した状態となる。

上記構成のコンデンサ１は、伝熱ブロック４Ａが突出する側（具体的には、開口部５３側）が被取付体（例えば電気機器のケース）１１への設置側（当接面）となるように、伝熱ブロック４Ａが突出する側（具体的には、開口部５３側）に取付足５４が設けられていることから、この取付足５４を用いてインバータ等の電気機器のケース１１にコンデンサ１を取り付けると、図３に示すように、伝熱ブロック４Ａとケース１１とが自ずと当接することになる。一般に、電気機器のケース１１は金属製であって熱伝導率が高く、また熱容量や表面積もコンデンサ単体に比べて格段に大きいことから、ケース１１が放熱器（ヒートシンク）として機能することとなり、コンデンサ１の電極板３で生じた熱は伝熱ブロック４Ａを介してケース１１に伝達され、結果、コンデンサ１からの放熱が促進されることとなる。また、このような放熱方法を採ることにより、別途、専用のヒートシンクを設ける必要が無くなることから、低コスト化や装置の小型化にも寄与することになる。

次に、本発明の異なる実施形態について詳細に説明する。この実施形態のコンデンサ１Ａは、図４乃至図６に示すように、ケース底面部５１側に電極板３が配置され、ケース開口部５３側にコンデンサ素子２が配置されている。また、伝熱体４として、伝熱ブロック４Ａの他に、金属製の伝熱板４Ｂが用いられている点で上記実施形態とは大きく相違している。

伝熱板４Ｂは、例えばアルミや銅等の熱伝導率の高い金属薄板を断面略Ｕ字状に折曲形成することで構成されている。この伝熱板４Ｂは、コンデンサ素子２や電極板３と当接せず電気的に絶縁状態で、コンデンサ素子２の周りを覆うようにして、コンデンサ素子２の側面に近接且つ対向配設されている。

また、伝熱板４Ｂのケース開口部５３側に伝熱ブロック４Ａが取り付けられており、この伝熱ブロック４Ａが樹脂１０から露出しケース開口部５３からケース５外方へと突出している。そして、ケース開口部５３側に設けられた取付足５４を用いて、コンデンサ１を電気機器のケース１１に取り付ければ、ケース開口部５３から突出した伝熱ブロック４Ａが自ずとケース１１に当接するようになっている。

そのため、本実施形態においても上記実施形態と同様に、電気機器のケース１１をヒートシンクとして用いることができ、コンデンサ１からの放熱を促進させることができる。また、専用のヒートシンクを設けなくても良いことから、低コスト化や小型化を図ることができる。

以上に、この発明の代表的な実施形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。

例えば、上記実施例においては、伝熱ブロック４Ａを樹脂１０から突出させ、伝熱ブロック４Ａを電気機器のケース１１に当接させていたが、図７に示すように、伝熱ブロック４Ａを用いず、伝熱板４Ｂを樹脂１０から突出させ、伝熱板４Ｂ自体をケース１１に当接させるようにしても良い。このようなコンデンサ１Ｂでは、伝熱ブロック４Ａが必要なくなるため、作業の効率化や低コスト化を図ることができる。

また、上記実施例においては、第１電極板８と第２電極板９とを重ね合わせていたが、必ずしも重ね合わせる必要はない。また、電極板３をケース開口部５３または底面部５１のどちらかに配置していたが、これに限らず、側壁部５２と対向させるようにして配置するようにしても良い。この場合、断面略Ｕ字状の伝熱板４Ｂによって、コンデンサ素子２と電極板３の双方を覆うことができ、両者からの放熱を促進させることができる。なお、伝熱板４Ｂの形状としては、断面略Ｕ字状に限らず、Ｌ字状等、種々の形状を用いても良い。ただ、コンデンサ素子２と対向する面及び被取付体１１と当接する面が大きくなるような形状が好ましい。また、伝熱体４は、ケース開口部５３からケース５の外方へと突出するように構成されていたが、ケース底面部５１やケース側壁部５２から突出するように構成しても良い。この場合、アウトサート等の方法でケース底面部５１やケース側壁部５２の樹脂壁面に予め伝熱体４を取り付けておき、コンデンサ素子２及び電極板３をケース５内に収納すればよい。

１・・コンデンサ、２・・コンデンサ素子、３・・電極板、４・・伝熱体、４Ａ・・伝熱ブロック、４Ｂ・・伝熱板、５・・ケース、５３・・ケース開口部、５４・・取付手段、１０・・樹脂

Claims

コンデンサ素子（２）と、このコンデンサ素子（２）に接続される電極板（３）と、コンデンサ素子（２）及び電極板（３）とは電気的に絶縁状態とされた伝熱体（４）とをケース（５）に収納し樹脂（１０）を充填したコンデンサであって、
上記伝熱体（４）は、電極板（３）に絶縁体を介して取り付けられた金属製の伝熱ブロック（４Ａ）であって、一方が樹脂（１０）に埋設され、他方が露出しケース（５）外方へと突出しており、上記ケース（５）には、上記伝熱体（４）の突出する側が被取付体（１１）への設置側となるよう、取付手段（５４）が設けられていることを特徴とするコンデンサ。
コンデンサ素子（２）と、このコンデンサ素子（２）に接続される電極板（３）と、コンデンサ素子（２）及び電極板（３）とは電気的に絶縁状態とされた伝熱体（４）とをケース（５）に収納し樹脂（１０）を充填したコンデンサであって、
上記伝熱体（４）は、コンデンサ素子（２）の側面に近接且つ対向配置された金属製の伝熱板（４Ｂ）と、この伝熱板（４Ｂ）に取り付けられた金属製の伝熱ブロック（４Ａ）とからなり、伝熱体（４）の一方が樹脂（１０）に埋設され、他方が露出しケース（５）外方へと突出しており、上記ケース（５）には、上記伝熱体（４）の突出する側が被取付体（１１）への設置側となるよう、取付手段（５４）が設けられていることを特徴とするコンデンサ。
コンデンサ素子（２）と、このコンデンサ素子（２）に接続される電極板（３）と、コンデンサ素子（２）及び電極板（３）とは電気的に絶縁状態とされた伝熱体（４）とをケース（５）に収納し樹脂（１０）を充填したコンデンサの設置方法であって、
上記伝熱体（４）は、電極板（３）に絶縁体を介して取り付けられた金属製の伝熱ブロック（４Ａ）であって、一方が樹脂（１０）に埋設され、他方が露出しケース（５）外方へと突出しており、上記伝熱体（４）の突出部が、被取付体（１１）に当接するようにしてコンデンサを設置することを特徴とするコンデンサの設置方法。
コンデンサ素子（２）と、このコンデンサ素子（２）に接続される電極板（３）と、コンデンサ素子（２）及び電極板（３）とは電気的に絶縁状態とされた伝熱体（４）とをケース（５）に収納し樹脂（１０）を充填したコンデンサの設置方法であって、
上記伝熱体（４）は、コンデンサ素子（２）の側面に近接且つ対向配置された金属製の伝熱板（４Ｂ）と、この伝熱板（４Ｂ）に取り付けられた金属製の伝熱ブロック（４Ａ）とからなり、伝熱体（４）の一方が樹脂（１０）に埋設され、他方が露出しケース（５）外方へと突出しており、上記伝熱体（４）の突出部が、被取付体（１１）に当接するようにしてコンデンサを設置することを特徴とするコンデンサの設置方法。