JP6478264B2

JP6478264B2 - コンデンサ

Info

Publication number: JP6478264B2
Application number: JP2014259832A
Authority: JP
Inventors: 真教石田; 裕二塩見; 勇太岡部
Original assignee: Shizuki Electric Co Inc
Current assignee: Shizuki Electric Co Inc
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2034-12-24
Also published as: JP2016119440A

Description

この発明は、コンデンサ素子をケースに収納し樹脂を充填したコンデンサに関し、特に冷却に適したコンデンサに関する。

複数のコンデンサ素子を電極板とともにケースに収納し樹脂を充填してなるコンデンサは、従来から広く用いられている。

ところで、コンデンサに通電すると、コンデンサ素子や電極板が発熱する。特に、コンデンサを大電流用や高周波共振用として使用した場合には、発熱が大きくなり易い。また、コンデンサに接続される機器（例えばＩＧＢＴ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）からも電極板を介して熱が伝わってくる。さらに、コンデンサ素子が樹脂によって覆われていることから、ケース内に熱がこもり易い。そのため、上記構成のコンデンサは、熱によってコンデンサ素子の特性劣化が生じ易いといった問題がある。

そこで、特許文献１では、コンデンサ本体から取り出した電極板に冷却器を当接させることで、電極板及びコンデンサ本体の冷却（放熱）を促し、上記問題の解決を図っている。

特開２００３−４７２５９号公報

ところが、特許文献１に開示された構成は、正負いずれか一方の電極板に冷却器を当接させているに過ぎない。従って、冷却器と当接しない他方の電極板は、電極板間に介在する絶縁体を介して、冷却器と当接する一方の電極板側に熱を伝えることになるが、絶縁体として使用されているポリプロピレンやマイカシート、樹脂等（特許文献１の段落［００２７］参照）は熱伝導率が低いため、熱の伝達が思うように進まず、他方の電極板の冷却が不十分となり易い。冷却を促すために、例えば正負電極板にそれぞれ冷却器を当接させることも考えられるが、冷却器は通常、導電性を有することから、短絡を防ぐために、電気的に独立した冷却器を別途設けることが好ましく、結果、装置の大型化やコスト増に繋がってしまう。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、小型化や低コスト化を図りながらも、十分な冷却効果を得られ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、本願のコンデンサは、コンデンサ素子２と、このコンデンサ素子２に接続された正負電極板８、９とをケース４に収納し樹脂５を充填したコンデンサ１であって、ケース４の外方に引き出された正負電極板８、９の外部接続部８ｂ、９ｂは、絶縁性を有する熱伝導シート１４を介して重なり合っているとともに、冷却手段１６を当接させるための当接部１１ｇを有していることを特徴としている。

また、外部接続部８ｂ、９ｂ間には、熱伝導シート１４の他に絶縁体１５が介在しており、この絶縁体１５には、熱伝導シート１４と対向する部分に開口１５ｂが設けられてい
ることが好ましい。

この発明のコンデンサでは、正負電極板の外部接続部が熱伝導シートを介して重なり合っているため、いずれか一方の電極板に冷却手段を当接させれば、他方の電極板も自ずと冷却されることになる。そのため、他方の電極板のために別途、冷却手段を設ける必要は無く、小型化や低コスト化を実現しながらも十分な冷却効果を得ることができる。また、電極板の厚みが薄いと抵抗が増して発熱量が増加することから、通常、電極板はある程度の厚みを有しているが、このように正負電極板の双方を冷却すれば、電極板の厚みを薄くすることも可能であり、一層のコスト削減を図ることができる。さらに、コンデンサを大電流用として用いることも可能となる。

また、外部接続部間に、熱伝導シートの他に絶縁体が介在しており、この絶縁体に、熱伝導シートと対向する部分に開口が設けられていれば、外部接続部間の絶縁の確実性を高めながらも、正負電極板と熱伝導シートとを直接当接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。コンデンサ素子と電極板との接続状態を示す斜視図である。図３の端面図である。

次に、この発明のコンデンサ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、複数のコンデンサ素子２と、これらコンデンサ素子２に接続された電極板３とをケース４内に収納し樹脂５を充填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、例えば絶縁性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とともに、断面形状を円形から略楕円形になるように押圧することで形成されたフィルムコンデンサであって、図２に示すように、その側面には、巻回による湾曲部２ａと押圧による平坦部２ｂが形成されている。また、軸方向両端部には、メタリコンを溶射してなる電極部２ｃ、２ｃが形成されている。また、これら電極部２ｃ、２ｃには、例えば軟銅線からなるリード端子６がスポット溶接や半田付けによってそれぞれ接続されている。そして、コンデンサ素子２は、平坦部２ｂ、２ｂ同士、電極部２ｃ、２ｃ同士を互いに対向させるようにして、軸方向及びそれと直交する方向に複数並設され、コンデンサ素子群７を形成している。

電極板３は、図１及び図２に示すように、コンデンサ素子２の一方の電極部（例えば正極となる側）２ｃと外部機器（例えばＩＧＢＴ）との接続に供される第１電極板（例えば正電極板）８と、コンデンサ素子２の他方の電極部（例えば負極となる側）２ｃと外部機器との接続に供される第２電極板（例えば負電極板）９とから構成されている。

また、第１、第２電極板８、９はそれぞれ、コンデンサ素子２と接続されるリップル電極板１０、１２と、ＤＣ電源と接続されるＤＣ電極板１１、１３とから構成されている。

第１電極板８のリップル電極板（以下、第１リップル電極板と称す）１０は、例えば銅板をプレス成型することでなる。具体的には、図２に示すように、コンデンサ素子群７の側面を覆う基板部１０ａと、基板部１０ａの一辺（図において上辺）から略Ｌ字状に折曲して延出されてなる外部接続部１０ｂとから構成されている。基板部１０ａには、コンデ
ンサ素子２の一方の電極部２ｃに接続されたリード端子６と接続可能なように、このリード端子６と対向する位置に接続孔１０ｃが設けられている。また、コンデンサ素子２の他方の電極部２ｃに接続されたリード端子６との接続を避けるために、このリード端子６と対向する位置に接続回避孔１０ｄが設けられている。外部接続部１０ｂには、その先端部に外部機器との接続に供する突出片１０ｅ及び連結孔１０ｆが設けられている。

第１電極板８のＤＣ電極板（以下、第１ＤＣ電極板と称す）１１は、例えば銅板をプレス成型することでなる。具体的には、図２に示すように、コンデンサ素子群７の側面を半分程度覆う基板部１１ａと、基板部１１ａの一辺（図において上辺）から略Ｌ字状に折曲して延出されてなる外部接続部１１ｂと、基板部１１ａの外部接続部１１ｂが延出されている辺とは異なる一辺（図において左手前の辺）からコンデンサ素子２の電極部２ｃに沿うようにして折曲して延出されてなる電源接続部１１ｃとから構成されている。外部接続部１１ｂは、第１リップル電極板１０と同様に、その先端部に外部機器との接続に供する突出片１１ｄ及び連通孔１１ｅが設けられている。また、電源接続部１１ｃには、その先端部にＤＣ電源と接続するための接続端子１１ｆが設けられている。

そして、図３に示すように、第１ＤＣ電極板１１が外側になるように、第１リップル電極板１０と第１ＤＣ電極板１１の基板部１０ａ、１１ａ同士、外部接続部１０ｂ、１１ｂ同士を重ね合わせることで、第１電極板８としての基板部８ａと外部接続部８ｂとが構成されている。

第２電極板９のリップル電極板（以下、第２リップル電極板と称す）１２とＤＣ電極板（以下、第２ＤＣ電極板と称す）１３は、図２及び図３に示すように、第１電極板８の第１リップル電極板１０や第１ＤＣ電極板１１と略同様であって、第２リップル電極板１２と第２ＤＣ電極板１３とを重ね合わせることで、第２電極板９としての基板部９ａと外部接続部９ｂとが構成されている。なお、正負の違いに起因して、接続孔１０ｃや接続回避孔１０ｄ、突出片１０ｅ、１１ｄの位置が入れ替わったり、ずれたりしている点、第２リップル電極板１２と第２ＤＣ電極板１３との間にコンデンサ素子群７が介在している点で第１電極板８と相違しているが、その他の構成については、第１電極板８と同様であることから、同じ添え字を付し、詳細な説明は省略する。

ところで、第１電極板８と第２電極板９とは、図４に示すように、熱伝導シート１４及び絶縁体１５を介して外部接続部８ｂ、９ｂ同士が重なり合っている。また、基板部部８ａ、９ａ同士も絶縁体１５を介して重なり合っている。

熱伝導シート１４は、例えば、シリコンゴムやシリコン樹脂にセラミックス粒子等を分散含有させたシート状のものであって、高い熱伝導率と絶縁性を備えている。また、弾力性があって密着性も良い。この熱伝導シート１４は、外部接続部８ｂ、９ｂ同士の重なり合う部分より僅かに小さいか、略同じ大きさとされており、それぞれの外部接続部８ｂ、９ｂの表面に直接当接（密着）している。なお、熱伝導シート１４としては、シリコン系の他にアクリル系のものを使用しても良い。

絶縁体１５としては、熱伝導シートに比べて熱伝導率が高くないものの、電気絶縁性や取り扱い易さ、コストを重視し、例えば絶縁紙等が用いられる。絶縁体１５は、第１電極板８よりもやや大きく、第１、第２電極板８、９間に介在させた場合に、絶縁紙１５の外周部分が第１、第２電極板８、９間からはみ出し、第１、第２電極板８、９の縁端部間での沿面距離を確保できるようになっている。これは、外部接続部８ｂ、９ｂでも同様であって、重なり合う外部接続部８ｂ、９ｂ間から絶縁紙１５が外方にはみ出すようにして介在しており、外部接続部８ｂ、９ｂ同士の沿面距離を確保している。また、絶縁紙１５には、図２に示すように、コンデンサ素子２の第１、第２リード端子６と対向する箇所に、
リード端子６を挿通可能な開口部１５ａが設けられている。さらに、熱伝導シート１４と対向する部分にも開口部１５ｂが設けられている。そのため、熱伝導シート１４は、熱伝導率の低い絶縁紙１５を介することなく外部接続部８ｂ、９ｂの表面に直接当接するようになっている。この状態は、絶縁紙１５が外部接続部８ｂ、９ｂ（又は熱伝導シート１４）を縁取るように設けられているともいえる。なお、熱伝導シート１４の外周部分と絶縁紙１５の開口部１５ｂ周りとは重なり合っており、絶縁が確保されるようになっている。

ケース４は、例えば樹脂製であって、図１に示すように略長方形状の底部４ａと、その底部４ａの４辺からそれぞれ立ち上がる側壁部４ｂとから構成されている。４つの側壁部４ｂのうち１つの側壁部４ｂ（図において左手前側）には開口が設けられており、この開口部４ｃから、第１、第２電極板８、９の接続端子１１ｆ、１３ｆがケース４の外方に引き出されている。また、底部４ａと対向する面にも開口が設けられており、この開口部４ｄから第１、第２電極板８、９の外部接続部８ｂ、９ｂがケース４の外方に引き出されている。

ケース４の外方に引き出された外部接続部８ｂ、９ｂの表面は、図１や図４に示すように、比較的大きな平坦部１１ｇとなっている。そして、この平坦部１１ｇに冷却手段１６が当接している。これは、平坦部１１ｇが冷却手段１６の当接部となっているともいえる。なお、冷却手段１６は、例えばインバータを冷却するための冷却器であるが、別途、コンデンサ１を冷却するために設けた冷却器であっても良い。

上記構成のコンデンサ１は、重なり合った第１、第２電極板８、９のうち、一方の電極板（第１電極板８）に冷却手段１６を当接させているに過ぎないが、第１、第２電極板８、９間に熱伝導シート１４を介在させているため、冷却手段１６と当接しない他方の電極板（第２電極板９）も効率的に冷却することができる。そのため、別途、他方の電極板のために冷却手段１６を設ける必要が無く、コスト削減を図ることができる。また、効率的に冷却することができるため、電極板３の厚みを薄くすることも可能となり、一層のコスト削減を図ることができる。また、大電流で使用した場合も、熱によるコンデンサ素子２の特性劣化を抑制することができる。

以上に、この発明の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、上記実施形態では、重なり合う第１、第２電極板８、９の外部接続部８ｂ、９ｂ同士の沿面距離を確保するため、絶縁体１５を外部接続部８ｂ、９ｂ間からはみ出させていたが、熱伝導シート１４をはみ出させるようにして沿面距離を確保するようにしても良い。ただ、熱伝導シート１４は比較的高価であり、また軟質で欠損し易いことから、絶縁体１５を併用した方が安価で且つ耐久性に優れる。なお、上記実施形態では、絶縁体１５は１枚の絶縁紙で構成されていたが、例えば基板部８ａ、８ｂ間に位置するものと、外部接続部８ｂ、９ｂ間に位置するものとの２枚の絶縁紙で構成するようにしても良い。また、絶縁体１５として絶縁紙の他に、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、テフロン（登録商標）、ポリイミド、シリコン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂シートやマイカシート等、公知の種々の絶縁材質を使用可能である。

また、上記実施形態では、ケース４の素材として樹脂を用いていたが、アルミ等の金属を用いても良い。この場合、ケース４からの放熱も見込める。また、ケース４に充填される樹脂５としては、エポキシ樹脂やウレタン樹脂等、公知の種々のものが使用可能である。また、冷却手段１６としては冷媒を循環させるものやヒートシンク等、公知の種々のものを使用可能である。また、冷却手段１６と電極板３との電気的な接続を避けるために、
両者間に絶縁体１５を介在させるようにしても良い。この際、絶縁体１５として熱伝導シート１４を用いれば、冷却手段１６と電極板３の間での熱交換が良好となる。また、当接部１１ｇは、常に平坦である必要は無く、冷却手段１６の形状に合わせて適宜変更可能である。

１・・コンデンサ、２・・コンデンサ素子、２ａ・・湾曲部、２ｂ・・平坦部、２ｃ・・電極部、３・・電極板、４・・ケース、４ａ・・底部、４ｂ・・側壁部、４ｃ・・開口部、４ｄ・・開口部、５・・樹脂、６・・リード端子、７・・コンデンサ素子群、８・・第１電極板、８ａ・・基板部、８ｂ・・外部接続部、９・・第２電極板、９ａ・・基板部、９ｂ・・外部接続部、１０・・第１リップル電極板、１０ａ・・基板部、１０ｂ・・外部接続部、１０ｃ・・接続孔、１０ｄ・・接続回避孔、１０ｅ・・突出片、１０ｆ・・連結孔、１１・・第１ＤＣ電極板、１１ａ・・基板部、１１ｂ・・外部接続部、１１ｃ・・電源接続部、１１ｄ・・突出片、１１ｅ・・連結部、１１ｆ・・接続端子、１１ｇ・・当接部（平坦部）、１２・・第２リップル電極板、１２ａ・・基板部、１２ｂ・・外部接続部、１２ｃ・・接続孔、１２ｄ・・接続回避孔、１２ｅ・・突出片、１２ｆ・・連結孔、１３・・第２ＤＣ電極板、１３ａ・・基板部、１３ｂ・・外部接続部、１３ｃ・・電源接続部、１３ｄ・・突出片、１３ｅ・・連結部、１３ｆ・・接続端子、１３ｇ・・当接部（平坦部）、１４・・熱伝導シート、１５・・絶縁体、１５ａ・・開口部、１５ｂ・・開口部、１６・・冷却手段

Claims

コンデンサ素子（２）と、このコンデンサ素子（２）に接続された正負電極板（８、９）とをケース（４）に収納し樹脂（５）を充填したコンデンサであって、
ケース（４）の外方に引き出された正負電極板（８、９）の外部接続部（８ｂ、９ｂ）は、絶縁性を有する熱伝導シート（１４）を介して重なり合っているとともに、冷却手段（１６）を当接させるための当接部（１１ｇ）を有しており、
外部接続部（８ｂ、９ｂ）間には、熱伝導シート（１４）の他に熱伝導シート（１４）より大とされた絶縁体（１５）が介在しており、この絶縁体（１５）には、熱伝導シート（１４）と対向する部分に開口（１５ｂ）が設けられ、熱伝導シート（１４）の外周部分と絶縁体（１５）の開口（１５ｂ）周りとが重なり合っていることを特徴とするコンデンサ。
絶縁体（１５）が外部接続部（８ｂ、９ｂ）間からはみ出している請求項１記載のコンデンサ。