JP7296824B2

JP7296824B2 - コンデンサ

Info

Publication number: JP7296824B2
Application number: JP2019152729A
Authority: JP
Inventors: 光大橋
Original assignee: Shizuki Electric Co Inc
Current assignee: Shizuki Electric Co Inc
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2039-08-23
Also published as: JP2021034541A

Description

この発明は、放熱板を備えたコンデンサに関する。

放熱板を利用したコンデンサの冷却構造は従来から存在する。例えば、特許文献１、２では、樹脂内に埋設した放熱板の一部をケース外に延出させ、この延出された部分に冷却器を当接させることでコンデンサの冷却を図っている。

特開２０１３－１９１８０５号公報特開２０１７－１７８６１号公報

ところで、コンデンサが自動車のエンジンルーム近傍に設置された場合、９０℃近い周囲温度に曝されることもある。そのため、コンデンサの寿命を延ばすためにも少しでも温度を下げる工夫が必要となる。

そこで本発明は、冷却効果の高いコンデンサの提供を目的とする。

本発明のコンデンサは、複数のコンデンサ素子２と、コンデンサ素子２に接続されたバスバー３（４、５）と、放熱板６とをケース７に収容し、樹脂Ｒを充填したコンデンサ１であって、放熱板６が、樹脂Ｒ内に配置される本体部６１と、樹脂Ｒ外で冷却される冷却部６４と、本体部６１と冷却部６４とを連結する立ち上がり部６２とを備え、ケース７の開口部７３側から見て、立ち上がり部６２が樹脂Ｒ内において複数のコンデンサ素子２に跨っていることを特徴としている。

また、放熱板６の本体部６１のケース７内での位置決めを行う位置決め手段（７２ａ、６１ｂ）を備えることが好ましい。また、位置決め手段が、ケース内面に設けられ、放熱板６の本体部６１と係合する係合部７２ａを備え、バスバー（４）が、基部４１と、基部４１に設けられ、コンデンサ素子２との接続に供する素子接続部４３とを備え、バスバー（４）の基部４１と放熱板６の本体部６１とが対向しており、放熱板６の本体部６１のバスバー（４）の素子接続部４３と対応する位置に、電気的な接続を避けるための回避部６１ａが設けられていることが好ましい。

本発明のコンデンサは、本体部よりも冷却部に近い立ち上がり部が、複数のコンデンサ素子に跨っているため、立ち上がり部がコンデンサ素子に跨っていないものや１つのコンデンサ素子にのみ跨っているものに比べて高い冷却効果が得られる。

立ち上がり部を複数のコンデンサ素子に跨らせると、必然的に立ち上がり部をケースの側壁部に沿わせることができなくなる。そのため、コンデンサ組み立て時に、冷却部だけを固定しても本体部がぐらついたり、位置がずれたりしやすい。その点、放熱板の本体部のケース内での位置決めを行う位置決め手段を備えている場合、本体部のぐらつきや位置ずれを抑制することができる。位置決め手段が、ケース内面に設けられ、放熱板の本体部と係合する係合部を備えている場合、放熱板をケースに支持させることができ、放熱板とバスバーとの間に隙間を形成しやすい。また、バスバーが、基部と、基部に設けられ、コンデンサ素子との接続に供する素子接続部とを備え、バスバーの基部と放熱板の本体部とが対向しており、放熱板の本体部のバスバーの素子接続部と対応する位置に、電気的な接続を避けるための回避部が設けられている場合、バスバーやコンデンサ素子と放熱板との干渉を抑制し、バスバーやコンデンサ素子と放熱板との間の絶縁を確保しやすくなる。そのため、絶縁紙などの絶縁部材を別途設けなくてもよい。

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。樹脂を省略したコンデンサの平面図である。コンデンサの断面図である。

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～図３に示すように、複数のコンデンサ素子２と、コンデンサ素子２に接続されるバスバー３と、コンデンサ素子２やバスバー３の熱を放熱するための放熱板６とを備えている。また、コンデンサ素子２、バスバー３、放熱板６を収容するケース７と、ケース７内に充填され、少なくともコンデンサ素子２を覆う樹脂Ｒとをさらに備えている。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。

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、軸方向から見ると俵状、具体的には、４つのコーナー部にＲ（アール）が設けられており、軸方向外周に平坦部２ｃと曲面部２ｄとを有している。

上記構成のコンデンサ素子２は、電極部２ａ、２ｂを上下に向けた状態において、互いに曲面部２ｄ、２ｄ同士を対向させるようにして２つ並べることで、コンデンサ素子群２１を構成している。なお、コンデンサ素子群２１におけるコンデンサ素子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。

バスバー３は、コンデンサ素子２の一方（上側）の電極部２ａに接続される第１バスバー４と、コンデンサ素子２の他方（下側）の電極部２ｂに接続される第２バスバー５とを備えている。

第１バスバー４は、コンデンサ素子２の上側の電極部２ａに接続される。この第１バスバー４は、コンデンサ素子２の上側の電極部２ａを覆うようにして配置される基部４１と、外部機器との接続に供される複数の外部接続部４２とを備えている。基部４１は平面視略矩形状であって、長手方向の長さは、コンデンサ素子群２１の長手方向の長さとほぼ等しく、短手方向の幅は、コンデンサ素子群２１の短手方向の幅よりやや小とされている。この基部４１には、コンデンサ素子２の上側の電極部２ａとの接続に供される素子接続片（素子接続部）４３が設けられている。この素子接続片４３は、１つの電極部２ａに対して２つ設けられている。外部接続部４２は、基部４１の長辺から垂直方向に立ち上がる垂直部４２ａと、垂直部４２ａの上端から水平方向に延出された水平部４２ｂとを備えている。水平部４２ｂの先端近傍には、外部機器との接続に供する接続孔４２ｃが設けられている。

第２バスバー５は、基部５１がコンデンサ素子２の下側の電極部２ｂに対向し、下側の電極部２ｂに接続される点、外部接続部５２の垂直部５２ａの長さが、コンデンサ素子２の高さ（軸方向の長さ）分、第１バスバー４の垂直部４２ａよりも長い点を除いて、第１バスバー４と同様の構成とされている。そのため、同添え字を付し、詳細な説明は省略する。

放熱板６は、樹脂Ｒ内に位置する本体部６１と、樹脂Ｒ外において冷却器Ｃと当接する冷却部６４と、本体部６１と冷却部６４とを連結部６３を介して連結する立ち上がり部６２とを備えている。

本体部６１は平面視翼状であって、第１バスバー４の基部４１に対向している。本体部６１の長手方向の長さは、ケース７の長手方向の内寸とほぼ等しく、短手方向の幅は、コンデンサ素子群２１の短手方向の幅の半分程度とされている。また、本体部６１には、本体部６１と第１バスバー４の基部４１とを重ね合わせたとき、第１バスバー４の素子接続片４３と対応する位置に、素子接続片４３や、素子接続片４３と電極部２ａとの接続に用いるはんだ等との接触を避ける（電気的な接続を避ける）ための切欠状の回避部６１ａが設けられている。なお、回避部６１ａは孔状であってもよい。さらに、本体部６１の長手方向の両端には、ケース７内での位置決めやケース７への放熱板６の固定を行うための切欠状の係合部６１ｂが設けられている。

立ち上がり部６２は、本体部６１から上方（本体部６１や樹脂面に対して略垂直）に延出されている。本体部６１に対する具体的な延出位置は、本体部６１の長手方向においては、本体部６１の長手方向の略中央である。また、本体部６１の短手方向においては、本体部６１の短手方向の長さの１／３～１／４程度内側（中央部側）に入ったところである。なお、この延出位置については、ケース７内にコンデンサ素子群２１と放熱板６とを設置した際に、平面視、コンデンサ素子群２１の略中央に立ち上がり部６２が位置するように調整した結果である。従って、コンデンサ素子群２１との位置関係に応じて適宜変更可能である。立ち上がり部６２の高さは、ケース７内に放熱板６が設置され、且つ樹脂Ｒが充填された状態において、立ち上がり部６２の上端が樹脂面に位置するように調整されている（図３参照）。

連結部６３は、立ち上がり部６２の上端から斜め上に向かって延出されている。このように斜めに延出することで冷却部６４（冷却器Ｃ）までの距離を短くすることができる。ただし、垂直に立ち上げた後、水平方向に延出させて冷却部６４に接続していてもよいし、円弧状とされていてもよい。

冷却部６４は、連結部６３の上端から水平方向（本体部６１や樹脂面に対して略平行）に延出されている。冷却部６４の先端近傍には、ケース７や冷却器Ｃとの固定に供する固定孔６４ａが設けられている。冷却部６４の幅は、立ち上がり部６２や連結部６３の幅と等しい。ただ、異ならせてもよい。

なお、バスバー３と放熱板６とは、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。ただ、放熱板６については必ずしも導電性を備えている必要はなく、熱伝導率の高い材質を用いてもよい。

ケース７は、図１に示すように、底部７１と、底部７１の外縁から立ち上がる側壁部７２と、側壁部７２の上端から延出された取付脚７４と、同じく側壁部７２の上端から延出された固定脚７５とを備えている。ケース７の上端は開口しており、内部には、コンデンサ素子２とバスバー３と放熱板６とを収容可能な収容空間が形成されている。底部７１は、コンデンサ素子群２１の平面視形状よりやや大であり、４つのコーナー部のうち２つがコンデンサ素子２の曲面部２ｄに沿うようにして湾曲している。また、長手方向の中央部においても、コンデンサ素子２の曲面部２ｄに沿うようにして内側に凹んでいる。底部７１の短手方向の外縁から立ち上がる側壁部７２の内面には、放熱板６の本体部６１の両端に設けられた係合部６１ｂと係合する係合部７２ａが設けられている。この係合部７２ａは、放熱板６の切欠状の係合部６１ｂに嵌る突起部７２ａ１と、放熱板６の本体部６１を載置可能であって、ケース７内における放熱板６の上下の位置決めを行う段部７２ａ２とから構成されている。

ケース７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、コンデンサ素子群２１と第１バスバー４の基部４１とを重ね合わせ、コンデンサ素子２の一方の端部２ａと第１バスバー４の素子接続片４３とをはんだ付け等で接続する。同じように、コンデンサ素子群２１と第２バスバー５の基部５１とを重ね合わせ、コンデンサ素子２の他方の端部２ｂと第２バスバー５の素子接続片（素子接続部）５３とをはんだ付け等で接続する。なお、この際、第１バスバー４の外部接続部４２の方向と第２バスバー５の外部接続部５２の方向とを揃えるようにする。これにより、コンデンサ素子２とバスバー３とからなるモジュールＭが形成される。

続いて、外部接続部４２、５２をケース７外に位置させつつ、モジュールＭをケース７内に収容する。この際、外部接続部４２、５２をケース７の取付脚７４側に向けておく。次に、モジュールＭの上から被せるようにして放熱板６をケース７内に収容する。この際、冷却部６４をケース７外に位置させる。また、ケース７の固定脚７５に載置する。さらに、放熱板６の係合部６１ｂとケース７の係合部７２ａの突起部７２ａ１とを係合させるとともに、放熱板６の本体部６１を係合部７２ａの段部７２ａ２に載置する。これによりケース７内における放熱板６の位置が固定される。また、この固定状態において、放熱板６と第１バスバー４とが対向しつつも、放熱板６の本体部６１と第１バスバー４の基部４１との間に隙間Ｓが形成されるため、別途、放熱板６と第１バスバー４の基部４１との間に絶縁のための部材を設ける必要が無い。特に、本体部６１の長手方向の略中央に立ち上がり部６２が設けられているため、放熱板６の上下方向（本体部６１の板厚方向）の剛性が高まり、本体部６１のたわみが抑制され、第１バスバー４との間の隙間が確実に確保される。続いて、ケース７内に樹脂Ｒを充填し、コンデンサ素子２とバスバー３と放熱板６とを樹脂モールドする。樹脂Ｒが硬化すればコンデンサ１の製造が完了する。

上記構成のコンデンサ１では、図２に示すように、平面視（ケース７の開口部７３側から見たとき）、樹脂Ｒ内に位置する放熱板６の立ち上がり部６２が２つのコンデンサ素子２に跨って配置されている。なお、この状態は、立ち上がり部６２の直下に２つのコンデンサ素子２が位置しているともいえる。このように立ち上がり部６２が複数のコンデンサ素子２に跨っていると、そうでないものに比べて冷却効果が大きく、コンデンサ素子２の寿命を延ばすことができる。また、立ち上がり部６２を２つのコンデンサ素子２に跨らせようとすると、必然的に立ち上がり部６２をケース側壁部７２に沿わせることができなくなり、冷却部６４をケース７に固定したとしても本体部６１の位置が定まらない可能性がある。しかし、本体部６１に係合部６１ｂを設けるとともに、ケース７に係合部７２ａを設けている、換言すれば、放熱板６の本体部６１の位置決めを行う位置決め手段を備えているため、組み立て時（樹脂充填前）における放熱板６のぐらつきを抑え、組み立て作業を簡単且つ正確に行うことができる。

表１は、周囲温度８０℃、電流値６０Ａｒｍｓの条件下で熱解析シミュレーションを行った結果である。なお、図１のコンデンサを実施例としている。また、立ち上がり部６２を本体部６１の長手方向の端部に設けてケース７の側壁部７２に沿わせつつ、ケース７の長手方向の端部から連結部６３および冷却部６４をケース７外に延出した他は、図１のコンデンサと同様のコンデンサを比較例としている。

Ｔ１：一方のコンデンサ素子の最大温度（℃）Ｔ２：他方のコンデンサ素子の最大温度（℃）

表１に示すように、実施例では、比較例に比べてコンデンサ素子の最大温度が低く抑えられていることが分かる。

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、コンデンサ素子２の軸方向を上下方向に向け、コンデンサ素子２の上側の電極部２ａに放熱板６の立ち上がり部６２を跨らせていたが、コンデンサ素子２の軸方向を水平方向に向け、コンデンサ素子２の側面（平坦部２ｃや曲面部２ｄ）に立ち上がり部６２を跨らせてもよい。また、位置決め手段として、放熱板６の本体部６１に切欠状の係合部６１ｂを設け、ケース７に突起部７２ａ１や段部７２ａ２を設けていたが、ケース７に切欠状や凹状の係合部を設け、放熱板６の本体部６１を嵌め込むようにしてもよい。また、段部７２ａ２に本体部６１を載置するだけでも上下方向の位置決めが可能となり、本体部６１の外縁を突起部７２ａ１に当接させるだけでも水平方向の位置決めが可能となる。そのため、係合部６１ｂとしては、切欠状のものに限らず、凸状など種々の形状であってもよい。また、突起部７２ａ１や段部７２ａ２についても、係合部６１ｂに合わせて適宜形状を変えてもよい。要は、ケース７内に放熱板６の本体部６１を位置決めできる機構であれば、種々の公知のものを採用してよい。

また、コンデンサ素子２を２つ用いていたが、３つ以上用いてもよい。また、立ち上がり部６２が跨るコンデンサ素子２の数も２つに限らず、３つ以上でも良い。コンデンサ素子２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、コンデンサ素子２との接続に際してリード線を用いてもよい。この場合、素子接続部４３、５３としてはリード線を挿通するための孔であってもよい。

１コンデンサ
２コンデンサ素子
２ａ一方（上側）の電極部
２ｂ他方（下側）の電極部
２ｃ平坦部
２ｄ曲面部
２１コンデンサ素子群
３バスバー
４第１バスバー
４１基部
４２外部接続部
４２ａ垂直部
４２ｂ水平部
４２ｃ接続孔
４３素子接続片（素子接続部）
５第２バスバー
５１基部
５２外部接続部
５２ａ垂直部
５２ｂ水平部
５２ｃ接続孔
５３素子接続片（素子接続部）
６放熱板
６１本体部
６１ａ回避部
６１ｂ係合部
６２立ち上がり部
６３連結部
６４冷却部
６４ａ固定孔
７ケース
７１底部
７２側壁部
７２ａ係合部
７２ａ１突起部
７２ａ２段部
７３開口部
７４取付脚
７５固定脚
Ｒ樹脂
Ｍモジュール
Ｃ冷却器
Ｓ隙間

Claims

複数のコンデンサ素子と、
コンデンサ素子に接続されたバスバーと、
放熱板と、
をケースに収容し、樹脂を充填したコンデンサであって、
放熱板が、樹脂内に配置される本体部と、樹脂外で冷却される冷却部と、本体部と冷却部とを連結する立ち上がり部とを備え、
ケースの開口部側から見て、立ち上がり部が樹脂内において複数のコンデンサ素子に跨っている、
コンデンサ。
放熱板の本体部のケース内での位置決めを行う位置決め手段を備える、請求項１記載のコンデンサ。
位置決め手段が、ケース内面に設けられ、放熱板の本体部と係合する係合部を備え、
バスバーが、基部と、基部に設けられ、コンデンサ素子との接続に供する素子接続部とを備え、
バスバーの基部と放熱板の本体部とが対向しており、
放熱板の本体部のバスバーの素子接続部と対応する位置に、電気的な接続を避けるための回避部が設けられている、
請求項１又は２記載のコンデンサ。