JP7163542B2

JP7163542B2 - コンデンサ

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Publication number: JP7163542B2
Application number: JP2018112212A
Authority: JP
Inventors: 友佳石原; 勇太岡部
Original assignee: Shizuki Electric Co Inc
Current assignee: Shizuki Electric Co Inc
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2022-11-01
Anticipated expiration: 2038-06-12
Also published as: JP2019216173A

Description

この発明は、伝熱部材を備えたコンデンサに関する。

特許文献１～３には、電極板に伝熱部材を当接又は近接させ、電極板やコンデンサ素子の熱を取り除くことが記載されている。特に特許文献２には、正負電極板を互いに重ね合わせる（平行平板構造とする）ことで低インダクタンス化を図りつつ、正負電極板の間に伝熱部材（熱伝導シート）を介在させることが記載されている。

特開２０１３－０８４７８７号公報特開２０１６－１１９４４０号公報特開２０１７－０１７８６１号公報

ところで、１つ又は複数のコンデンサ素子と、コンデンサ素子の電極部にそれぞれ接続される正負一対の電極板とからなるモジュールを複数組み合わせてコンデンサを構成することがある。このようなコンデンサにおいて、例えば特許文献２と同様に、正負電極板の間に伝熱部材を介在させようとすると、各モジュールにそれぞれ伝熱部材を設けることとなり、部品点数の増加による組み立ての煩雑化やコスト増を招くことになる。

そこで本発明は、部品点数を抑えつつも効率良く冷却することができるコンデンサの提供を目的とする。

本発明のコンデンサ１は、第１コンデンサ素子２と、第１コンデンサ素子２の一方の電極部２ａに接続された第１電極板４と、第１コンデンサ素子２の他方の電極部２ｂに接続された第２電極板５とからなる第１モジュールＭ１と、第２コンデンサ素子３と、第２コンデンサ素子３の一方の電極部３ａに接続された第３電極板６と、第２コンデンサ素子３の他方の電極部３ｂに接続された第４電極板７とからなる第２モジュールＭ２と、伝熱部材８とを備え、第３電極板６が、第１モジュールＭ１に沿う伸長部６１ｃを有し、第４電極板７が、第１モジュールＭ１の反対側で第３電極板６の伸長部６１ｃに重なる重ね合わせ部７１ｂを有し、伝熱部材８が、第３電極板６の伸長部６１ｃ及び／又は第４電極板７の重ね合わせ部７１ｂに沿う本体部８１と、第１電極板４に沿う延設部８３とを有している。

伝熱部材８の本体部８１が、第１モジュールＭ１と第３電極板６の伸長部６１ｃとの間に位置していることが好ましい。

特に、伝熱部材８の本体部８１が、第２電極板５と第３電極板６の伸長部６１ｃとの間に位置していることが好ましい。

本発明のコンデンサは、伝熱部材が、第３電極板の伸長部及び／又は第４電極板の重ね合わせ部に沿う本体部と、第１電極板に沿う延設部とを有しているため、１つの伝熱部材で２つのモジュールの冷却を図ることができ、部品点数を抑えつつも効率良く冷却することができる。

伝熱部材の本体部が、第１モジュールと第３電極板の伸長部との間に位置していれば、熱のこもり易いモジュールと電極板との間の冷却を図ることができる。

伝熱部材の本体部が、第２電極板と第３電極板の伸長部との間に位置していれば、１つの伝熱部材によって、第１、第２、第３電極板の冷却を図ることができる。

この発明の一実施形態に係るコンデンサを示す分解斜視図である。各モジュールと伝熱部材とをケースに収容した状態を示す斜視図である。コンデンサの要部断面図である。コンデンサを外部機器の筐体に取り付けた状態を示す要部断面図である。異なる実施形態のコンデンサを示す要部断面図である。冷却効果の比較対象となるコンデンサを示す要部断面図である。

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に示すように、第１コンデンサ素子２と、第１コンデンサ素子２の一方の電極部２ａに接続された第１電極板４と、第１コンデンサ素子２の他方の電極部２ｂに接続された第２電極板５とからなる第１モジュールＭ１と、第２コンデンサ素子３と、第２コンデンサ素子３の一方の電極部３ａに接続された第３電極板６と、第２コンデンサ素子３の他方の電極部３ｂに接続された第４電極板７とからなる第２モジュールＭ２と、伝熱部材８とを備えている。また、第１、第２モジュールＭ１、Ｍ２を収容するケース９と、ケース９内に充填され、少なくとも第１、第２コンデンサ素子２、３を覆う樹脂Ｒ（図３参照）とを備えている。以下、上記の各部品について説明していくが、説明における「上下」の概念は、製造時、より具体的には樹脂充填時におけるものであって、必ずしも使用時の上下を規定するものではない。

第１コンデンサ素子２は、絶縁性のフィルムの表面に金属を蒸着した金属化フィルムを巻回することでなるフィルムコンデンサであって、図１に示すように、軸方向両端面に金属を溶射してなる電極部２ａ、２ｂがそれぞれ形成されている。このコンデンサ素子２は、軸方向から見ると扁平状、具体的には略トラック状（２本の平行線とその両端を半円でつないだ形状）であり、軸方向外周に平坦部２ｃと曲面部２ｄとを有している。

上記構成の第１コンデンサ素子２は、電極部２ａ、２ｂを上下に向けた状態で、互いに平坦部２ｃ、２ｃ同士を対向させるようにして４つ並べることで、第１コンデンサ素子群を構成している。なお、第１コンデンサ素子群における第１コンデンサ素子２の数は、必要な静電容量に合わせて適宜変更可能である。

第２コンデンサ素子３は、第１コンデンサ素子２と同様の構成である。また、第２コンデンサ素子群も第１コンデンサ素子群と同様の構成である。従って、同添え字を付し、詳細な説明は省略する。なお、第１コンデンサ素子群と第２コンデンサ素子群とでコンデンサ素子２、３の数を合わせる必要は無い。

第１電極板４は、図１に示すように、第１コンデンサ素子２の下側の電極部２ａに接続されている。この第１電極板４は、第１コンデンサ素子２の外面に沿う本体部４１と、本体部４１の上端から上方に延出された外部接続部４２と、本体部４１の電極部２ａ側の端部から延出された素子接続片４３とからなる。本体部４１は、第１コンデンサ素子２の下側の電極部２ａに沿う水平部４１ａと、水平部４１ａの一端から立ち上がり、曲面部２ｄに沿う垂直部４１ｂとに大別されており、全体として側面視略Ｌ字状となっている。

第２電極板５は、第１コンデンサ素子２の上側の電極部２ｂに接続されている。この第２電極板５は、第１コンデンサ素子２の上側の電極部２ｂに沿う本体部５１と、本体部５１の端部から上方に延出された外部接続部５２と、本体部５１の外部接続部５２が延出された側とは反対側の端部から延出された素子接続片５３とからなる。なお、第２電極板５の外部接続部５２は、第１電極板４の外部接続部４２と重ならないよう、ずらして設けられている。

第３電極板６は、第２コンデンサ素子３の下側の電極部３ａに接続されている。この第３電極板６は、その一部が第２コンデンサ素子３の外面に沿う本体部６１と、本体部６１の端部から上方に延出された外部接続部６２と、本体部６１の電極部３ａ側の端部から延出された素子接続片６３とからなる。本体部６１は、第２コンデンサ素子３の下側の電極部３ａに沿う水平部６１ａと、水平部６１ａの一端から立ち上がり、曲面部３ｄに沿う垂直部６１ｂと、垂直部６１ｂの上端から水平方向に延びる伸長部６１ｃとに大別されており、全体として側面視略Ｚ字状となっている。

第４電極板７は、第２コンデンサ素子３の上側の電極部３ｂに接続されている。この第４電極板７は、一部が第２コンデンサ素子３の上側の電極部３ｂに沿う本体部７１と、本体部７１の端部から上方に延出された外部接続部７２と、本体部７１の外部接続部７２が延出された側とは反対側の端部から延出された素子接続片７３とからなる。本体部７１は、第２コンデンサ素子３の上側の電極部３ｂに沿う水平部７１ａと、第３電極板６の伸長部６１ｃと重なる重ね合わせ部７１ｂとに大別されている。また、水平部７１ａと重ね合わせ部７１ｂとの間には、水平部７１ａよりも重ね合わせ部７１ｂを僅かに持ち上げる段差７１ｃが設けられている。第４電極板７の外部接続部７２は、第３電極板６の外部接続部６２と重ならないよう、ずらして設けられている。

各電極板４、５、６、７は、例えばアルミニウムや銅などの金属板を適宜打ち抜き加工や折り曲げ加工することで形成されている。

伝熱部材８は、平面視略矩形状の本体部８１と、本体部８１の端部から延出された接続部８２と、接続部８２が延出された端部から下方に向かって延出された延設部８３とからなる。接続部８２は、本体部８１のコーナー近傍から延出されており、先端近傍には取付孔８２ａが穿設されている。延設部８３は、２つの接続部８２、８２の間から延出されている。この延設部８３は、第１、第２電極板４、５の外部接続部４２、５２との接触を避けるため、外部接続部４２、５２が位置する箇所に切欠き８３ａが設けられている。なお、この状態は、延設部８３が２つに分割されているともいえる。伝熱部材８は、例えばアルミニウムや銅などの金属板を適宜打ち抜き加工や折り曲げ加工することで形成される。ただ、導電性を備える必要なく、熱伝導率の高い材質のもので製造可能である。

ケース９は平面視略矩形状の底部９１と、底部９１の四辺からそれぞれ立ち上がる側壁部９２とからなる。上面に開口９３が設けられており、内部には第１、第２コンデンサ素子２、３を収容可能な収容空間を備えている。４つの側壁部９２のうちの１つの側壁部９２には、伝熱部材８の接続部８２と接続するための取付部９４が設けられている。この取付部９４は、コンデンサ１を外部機器であるインバータなどの筐体Ｃに取り付ける際にも使用するものであって、取付孔９４ａを備えている。

ケース９内に充填される樹脂Ｒは例えばエポキシ樹脂である。ただこれに限らず、ウレタン樹脂等の公知の種々の樹脂を使用可能である。

次に、コンデンサ１の製造方法について説明する。まず、第１コンデンサ素子２に対して第１、第２電極板４、５を接続して第１モジュールＭ１を構成するとともに、第２コンデンサ素子３に対して第３、第４電極板６、７を接続して第２モジュールＭ２を構成する。具体的には、第１コンデンサ素子２の下側の電極部２ａと、第１電極板４の素子接続片４３とを接続し、第１コンデンサ素子２の上側の電極部２ｂと、第２電極板５の素子接続片５３とを接続する。また、第２コンデンサ素子３の下側の電極部３ａと、第３電極板６の素子接続片６３とを接続し、第２コンデンサ素子３の上側の電極部３ｂと、第４電極板７の素子接続片７３とを接続する。この際、各電極板４、５、６、７の外部接続部４２、５２、６２、７２は同じ側に揃えておく。この状態で、第３電極板６の伸長部６１ｃと、第４電極板７の重ね合わせ部７１ｂとが絶縁を確保した上で互いに重なり合う。

次に、第１モジュールＭ１と第２モジュールＭ２の間に伝熱部材８を介在させる。具体的には、まず第１コンデンサ素子２の上側の電極部２ｂ及び第２電極板５の本体部５１の上に、伝熱部材８の本体部８１を絶縁を確保した上で重ね合わせる。この際、伝熱部材８の延設部８３に設けられた切欠き８３ａに第１、第２電極板４、５の外部接続部４２、５２を位置させるとともに、延設部８３を第１電極板４の垂直部４１ｂに沿わせる（絶縁を確保した上で重ね合わせる）。続いて、伝熱部材８の本体部８１の上に、第３電極板６の伸長部６１ｃを沿わせる（絶縁を確保した上で重ね合わせる）。これにより、第１コンデンサ素子２と第２コンデンサ素子３とは互いに曲面部２ｄ、３ｄを互いに対向させた状態で水平方向に並ぶこととなり、第３電極板６の伸長部６１ｃが第１モジュールＭ１の上面に沿うこととなる。また、伝熱部材８の本体部８１が、第１モジュールＭ１（より具体的には第２電極板５の本体部５１）と第３電極板６の伸長部６１ｃとの間に位置することになる。

このように一体とされた第１、第２モジュールＭ１、Ｍ２と伝熱部材８とを、図２に示すようにケース９に収容する。この際、伝熱部材８の接続部８２と、ケース９の取付部９４との位置を合わせておく。また、各電極板４、５、６、７の外部接続部４２、５２、６２、７２がケース開口９３から外部に突出するように収容する。そして、ケース９内に樹脂Ｒを充填し、外部接続部４２、５２、６２、７２や接続部８２を除いて樹脂モールドする。これによりコンデンサ１の製造を完了する。

上記構成のコンデンサ１は、例えば図４に示すように、外部機器の筐体Ｃに取り付けて使用される。取り付けは、例えば伝熱部材８の接続部８２とケース９の取付部９４との取付孔８２ａ、９４ａにボルトを挿入し、筐体Ｃにボルトを螺合することで行う。これにより、伝熱部材８の接続部８２が筐体Ｃに直接当接し、各モジュールＭ１、Ｍ２からの熱が伝熱部材８を介して筐体Ｃに伝わる。外部機器の筐体Ｃは通常、熱容量が大きく、外部機器がインバータのように発熱するものであれば冷却されていることから、コンデンサ１を効率良く冷却することができる。特に、伝熱部材８が、第２電極板５の本体部５１と第３電極板６の伸長部６１ｃとの間に位置しているとともに、第１電極板４の垂直部４１ｂと近接対向しているため、効率の良い冷却が可能となる。なお、第４電極板７については、伝熱部材８に直接面していないが、最もケース開口９３側に位置しているため、筐体Ｃとの距離が近く、筐体Ｃからの冷却効果を得ることができる。

冷却効果を具体的に示すと、伝熱部材８を最もケース開口９３側に配置するとともに、延設部８３を設けないコンデンサ１１（図６参照）の場合、電力投入時における発熱温度が最大で９９．３℃であったが、本実施形態のコンデンサ１では最大で９７．７℃と、さらに１．６℃下げることができた。なお、この下げ幅（差）については、コンデンサ１の周囲の温度と筐体Ｃの温度との差が大きい場合や、伝熱部材８の接続部８２の数を増やすことによってより顕著なものとなる。

また、本発明のコンデンサ１は、第３電極板６と第４電極板７とが互いに重なり合っているため、低インダクタンス化にも寄与する。

図５は、本発明のコンデンサの異なる実施形態を示す断面図である。図に示すように、伝熱部材８の本体部８１を、第４電極板７の重ね合わせ部７１ｂに沿わせても良い。この場合であっても、第１、第２、第４電極板４、５、７を効率良く冷却することができる。また、第３電極板６の伸長部６１ｃ、第４電極板７の重ね合わせ部７１ｂ、伝熱部材８の本体部８１をケース９の底部９１側や側壁部９２側に配置しても良い。

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、第１、第２コンデンサ素子２、３としてはフィルムコンデンサに限らず、セラミックコンデンサなど種々のコンデンサ素子を用いても良い。コンデンサ素子の形状についても、円柱状や角柱状など種々の形状を採用し得る。また、第１、第２コンデンサ素子２、３の軸方向が上下に向いていたが、横に向けても良い。

伝熱部材８の接続部８２の数は適宜変更可能である。ただ、筐体Ｃとの当接面積が広いほど冷却効果が得られるため、数を増やすか、１つ当たりの面積を増やすことが好ましい。上記実施形態では、電極板４、５、６、７同士、電極板４、５、６、７と伝熱部材８との絶縁を、絶縁を確保可能な間隔を空けることで確保しているが、絶縁紙などの絶縁体を介在させても良い。

１コンデンサ
２第１コンデンサ素子
２ａ一方の電極部
２ｂ他方の電極部
２ｃ平坦部
２ｄ曲面部
３第２コンデンサ素子
３ａ一方の電極部
３ｂ他方の電極部
３ｃ平坦部
３ｄ曲面部
４第１電極板
４１本体部
４１ａ水平部
４１ｂ垂直部
４２外部接続部
４３素子接続片
５第２電極板
５１本体部
５２外部接続部
５３素子接続片
６第３電極板
６１本体部
６１ａ水平部
６１ｂ垂直部
６１ｃ伸長部
６２外部接続部
６３素子接続片
７第４電極板
７１本体部
７１ａ水平部
７１ｂ重ね合わせ部
７１ｃ段差
７２外部接続部
７３素子接続片
８伝熱部材
８１本体部
８２接続部
８２ａ取付孔
８３延設部
８３ａ切欠き
９ケース
９１底部
９２側壁部
９３開口
９４取付部
９４ａ取付孔
Ｒ樹脂
Ｍ１第１モジュール
Ｍ２第２モジュール
Ｃ外部機器の筐体

Claims

両端面に金属を溶射してなる電極部が形成された第１コンデンサ素子と、第１コンデンサ素子の一方の電極部に接続された第１電極板と、第１コンデンサ素子の他方の電極部に接続された第２電極板とからなる第１モジュールと、
第２コンデンサ素子と、第２コンデンサ素子の一方の電極部に接続された第３電極板と、第２コンデンサ素子の他方の電極部に接続された第４電極板とからなる第２モジュールと、
伝熱部材とを備え、
第３電極板が、第１モジュールに沿う伸長部を有し、
第４電極板が、第１モジュールの反対側で第３電極板の伸長部に重なる重ね合わせ部を有し、
伝熱部材が、第３電極板の伸長部及び／又は第４電極板の重ね合わせ部と、第１コンデンサ素子の他方の電極部とに沿う本体部と、第１電極板に沿う延設部とを有している、
コンデンサ。
第１コンデンサ素子と、第１コンデンサ素子の一方の電極部に接続された第１電極板と、第１コンデンサ素子の他方の電極部に接続された第２電極板とからなる第１モジュールと、
第２コンデンサ素子と、第２コンデンサ素子の一方の電極部に接続された第３電極板と、第２コンデンサ素子の他方の電極部に接続された第４電極板とからなる第２モジュールと、
伝熱部材と、
第１モジュールと第２モジュールを収容するケースと、
ケースに充填された樹脂とを備え、
第２電極板が、第１コンデンサ素子に沿う本体部を有し、
第３電極板が、第２電極板の本体部に重なるようにして第１モジュールに沿う伸長部を有し、
第４電極板が、第１モジュールの反対側で第３電極板の伸長部に重なる重ね合わせ部を有し、
伝熱部材が、第３電極板の伸長部及び／又は第４電極板の重ね合わせ部に沿う本体部と、第１電極板に沿う延設部とを有しており、
第２電極板の本体部と、第３電極板の伸長部と、第４電極板の重ね合わせ部と、伝熱部材の本体部とが、第１コンデンサ素子よりもケースの開口側に配置されている、
コンデンサ。
第１電極板が、第１コンデンサ素子を挟んで第２電極板の本体部の反対側に位置する水平部と、その水平部からケースの開口側に向かって立ち上がる垂直部とを備え、
延設部が、垂直部に沿っている、請求項２記載のコンデンサ。