WO2023203754A1 - コンデンサユニットおよび電子機器 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a capacitor unit and electronic equipment.
- Some electronic devices such as power conversion devices that convert input power and supply the converted power to a load, are equipped with a large-capacity capacitor unit.
- An example of a capacitor unit is disclosed in Patent Document 1.
- the capacitor unit disclosed in Patent Document 1 includes a heat conductive plate that contacts the capacitor element, and radiates heat generated by the capacitor element to the outside of a casing that houses the capacitor element via the heat conductive plate.
- an insulating member made of, for example, resin is filled around the capacitor elements.
- the capacitor element and the heat conductive plate are covered with an insulating member.
- the insulating member preferably covers the heat conductive plate with the end portions of the heat conductive plate exposed. If the thermally conductive plate and the insulating member are made of different materials and there is a difference in linear expansion coefficient, the amount of heat generated by the capacitor element increases and the temperature of the resin and the thermally conductive plate rises. Thermal stress generated at the interface with the conductive plate increases. As a result, the insulating member peels off from the heat conductive plate, and moisture contained in the air around the capacitor unit enters the gap created by the peeling.
- the present disclosure has been made in view of the above-mentioned circumstances, and aims to provide a capacitor unit having a structure that suppresses peeling of an insulating member and an electronic device including the capacitor unit.
- a capacitor unit of the present disclosure includes a plurality of capacitor elements, one or more heat transfer members, and an insulating member.
- the plurality of capacitor elements are provided at intervals from each other.
- the heat transfer member is provided at a position adjacent to at least one of the plurality of capacitor elements, and internally disperses heat received from at least one of the plurality of capacitor elements.
- the insulating member covers the heat transfer member and the plurality of capacitor elements with the ends of the heat transfer member exposed.
- the heat transfer member has a first peeling suppressing portion provided at least at a position adjacent to the exposed end on the outer surface covered with the insulating member and having at least one of a protruding shape and a recessed shape. .
- the heat transfer member included in the capacitor unit according to the present disclosure has a first peeling suppressing portion having at least one of a protruding shape and a recessed shape. As a result, peeling of the insulating member is suppressed.
- An example of an electronic device is a power conversion device mounted on a railway vehicle that converts DC power supplied from a DC power source into three-phase AC power and supplies it to an electric motor.
- the electronic device 1 according to the first embodiment will be described below using a power conversion device as an example.
- the electronic device 1 shown in FIG. 1 receives DC power from a power source (not shown), specifically, from a current collector.
- the current collector obtains power supplied from the substation via the power supply line.
- the power supply line is, for example, an overhead wire or a third rail.
- the current collector is, for example, a pantograph or a current collector shoe.
- the electronic device 1 converts the DC power supplied from the current collector into three-phase AC power, and supplies the converted three-phase AC power to the load 91 .
- electronic device 1 is a three-level inverter, and load 91 is a three-phase induction motor.
- the electronic device 1 includes a terminal 1a connected to the current collector, a terminal 1b grounded, a capacitor unit 11 charged with power supplied from the current collector, and a terminal 1b connected to the current collector, and a capacitor unit 11 charged with power supplied from the current collector. It includes a power conversion unit 12 that converts supplied DC power into three-phase AC power. It is preferable that the terminal 1a is electrically connected to a current collector via a contactor, a filter reactor, or the like.
- the capacitor unit 11 includes a first capacitor C1 and a second capacitor C2. The first capacitor C1 and the second capacitor C2 are connected in series. A first capacitor C1 and a second capacitor C2 connected in series are connected between terminals 1a and 1b.
- the primary terminal of the power conversion unit 12 is connected to the terminal 1a, the terminal 1b, and the connection point of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 connected in series, respectively.
- Three secondary terminals corresponding to the U phase, V phase, and W phase of the three-phase AC power of the power converter 12 are connected to corresponding input terminals of the load 91.
- the power converter 12 includes a plurality of switching elements controlled by a control device (not shown). For example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) are used as the plurality of switching elements.
- the power conversion unit 12 performs power conversion by controlling the switching operation of turning on and off the plurality of switching elements by the control device. Specifically, the power converter 12 converts DC power supplied via the primary terminal into three-phase AC power for supplying to the load 91, and outputs the three-phase AC power from the secondary terminal.
- FIG. 3 which is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 2
- FIG. 4 which is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. and a heat transfer member 22a that internally disperses heat received from the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d, , 22b, 22c, 32a, 32b, 32c.
- the internal temperature of the capacitor unit 11 is the temperature of each of the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d.
- the vertical direction is the Z-axis direction
- the direction in which the capacitor elements 21a, 21b, 21c, and 21d are arranged is the X-axis direction.
- the X, Y, and Z axes are orthogonal to each other.
- the capacitor unit 11 further includes a first conductor 23a that is electrically connected to the positive electrodes of each of the capacitor elements 21a, 21b, 21c, and 21d, and a first conductor 23a that is electrically connected to the positive electrode of each of the capacitor elements 31a, 31b, 31c, and 31d. and a first conductor 33a.
- the first conductors 23a and 33a are, for example, bus bars made of a conductor such as copper or aluminum.
- the capacitor unit 11 further includes a second conductor 23b that is electrically connected to the negative electrodes of each of the capacitor elements 21a, 21b, 21c, and 21d, and a second conductor 23b that is electrically connected to the negative electrode of each of the capacitor elements 31a, 31b, 31c, and 31d. and a second conductor 33b.
- the second conductors 23b and 33b are bus bars made of a conductor such as copper or aluminum, for example.
- the capacitor unit 11 further includes a first terminal 24a electrically connected to the first conductor 23a, a first terminal 34a electrically connected to the first conductor 33a, and a first terminal 34a electrically connected to the second conductor 23b. and a second terminal 34b electrically connected to the second conductor 33b.
- the capacitor unit 11 further includes an insulating member 25 that covers a portion of each of the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, 32c and the entirety of the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, 31d. Equipped with The insulating member 25 is connected to the heat transfer members 22a, 22b, 22c with the respective ends 221a, 221b, 221c, 321a, 321b, 321c of the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, 32c exposed. , 32a, 32b, and 32c.
- the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, 32c included in the capacitor unit 11 described above include exposed ends 221a, 221b, 221c, 321a, 321b, and 321c. As a result, separation of the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c from the insulating member 25 is suppressed.
- the capacitor elements 21a, 21b, 21c, and 21d are arranged in a line with intervals between them. Specifically, the capacitor elements 21a, 21b, 21c, and 21d are arranged side by side in the X-axis direction, with the main surfaces of the exterior facing perpendicular to the X-axis. Similarly, capacitor elements 31a, 31b, 31c, and 31d are arranged side by side and spaced apart from each other. Specifically, the capacitor elements 31a, 31b, 31c, and 31d are arranged side by side in the X-axis direction, with the main surfaces of the exterior facing perpendicular to the X-axis.
- the capacitor element 21a is a film capacitor, and includes a film 41c on which a positive electrode 41a is formed, and a film 41d on which a negative electrode 41b is formed. Films 41c and 41d are overlapped and wound around the central axis.
- the film 41c is a plastic film, and the positive electrode 41a is formed by depositing a metal such as aluminum or zinc onto the film 41c.
- the film 41d is a plastic film, and the negative electrode 41b is formed by depositing a metal such as aluminum or zinc onto the film 41d.
- One end of the capacitor element 21a in the direction of the central axis corresponds to a positive terminal, and the other end corresponds to a negative terminal.
- the upper end of the capacitor element 21a corresponds to the positive terminal
- the lower end of the capacitor element 21a corresponds to the negative terminal.
- the capacitor element 21a has an oval outer shape in a cross section perpendicular to the central axis.
- An ellipse means an external shape obtained by connecting the outer edges of two circles with the same diameter with two straight lines of the same length.
- the capacitor element 21a is provided with its central axis aligned with the Z-axis direction. Specifically, as shown in FIGS.
- the upper end of the capacitor element 21a in the Z-axis direction corresponds to the positive terminal of the capacitor element 21a
- the lower end of the capacitor element 21a in the Z-axis direction corresponds to the negative terminal of the capacitor element 21a. do.
- the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, 32c are provided at a position adjacent to at least one of the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, 31d.
- the heat transferred from at least one of 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d is dispersed internally.
- the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, 32c are connected to the capacitor elements 21a, 21b, 21c. , 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d, the capacitor elements are preferably provided between two adjacent capacitor elements.
- the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, 32c are located adjacent to different capacitor elements among the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, 31d. established in
- the heat transfer member 22a is provided between the capacitor elements 21a and 21b, and internally disperses the heat received from the capacitor elements 21a and 21b.
- the heat transfer member 22b is provided between the capacitor elements 21b and 21c, and internally disperses the heat received from the capacitor elements 21b and 21c.
- the heat transfer member 22c is provided between the capacitor elements 21c and 21d, and internally disperses the heat received from the capacitor elements 21c and 21d.
- the heat transfer member 32a is provided between the capacitor elements 31a and 31b, and internally disperses the heat received from the capacitor elements 31a and 31b.
- the heat transfer member 32b is provided between the capacitor elements 31b and 31c, and internally disperses the heat received from the capacitor elements 31b and 31c.
- the heat transfer member 32c is provided between the capacitor elements 31c and 31d, and internally disperses the heat received from the capacitor elements 31c and 31d.
- the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c are plate-shaped members in which at least one main surface abuts at least one of the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d. It is preferable that there be. Contacting includes direct contact and indirect contact.
- the heat transfer member 22a is a plate-like member, one main surface of the heat transfer member 22a contacts the capacitor element 21a, and the other main surface of the heat transfer member 22a contacts the capacitor element 21b.
- the heat transfer member 22b is a plate-shaped member, and one main surface of the heat transfer member 22b contacts the capacitor element 21b, and the other main surface of the heat transfer member 22b contacts the capacitor element 21c.
- the heat transfer member 22c is a plate-shaped member, and one main surface of the heat transfer member 22c contacts the capacitor element 21c, and the other main surface of the heat transfer member 22c contacts the capacitor element 21d.
- the heat transfer member 32a is a plate-like member, one main surface of the heat transfer member 32a contacts the capacitor element 31a, and the other main surface of the heat transfer member 32a contacts the capacitor element 31b.
- the heat transfer member 32b is a plate-shaped member, and one main surface of the heat transfer member 32b contacts the capacitor element 31b, and the other main surface of the heat transfer member 32b contacts the capacitor element 31c.
- the heat transfer member 32c is a plate-shaped member, and one main surface of the heat transfer member 32c contacts the capacitor element 31c, and the other main surface of the heat transfer member 32c contacts the capacitor element 31d.
- the heat transfer member 22a is a plate-like member that contacts the capacitor elements 21a, 21b with its surface, heat can be efficiently transferred from the capacitor elements 21a, 21b to the heat transfer member 22a.
- the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c are made of a material with high thermal conductivity, such as metal such as copper or aluminum, graphite, which is an anisotropic heat transfer member, or a different metal. It is preferably made of a clad material, a highly thermally conductive ceramic, or the like.
- the heat transfer efficiency from the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d to the outer surface of the capacitor unit 11 is improved.
- heat generated in the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d is efficiently transferred to the outside of the capacitor unit 11.
- the rise in temperature of capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d is suppressed.
- the first conductor 23a is electrically connected to the positive electrode 41a of each of the capacitor elements 21a, 21b, 21c, and 21d by contacting the vertically upper ends of the capacitor elements 21a, 21b, 21c, and 21d.
- the first conductor 33a is electrically connected to the positive electrode 41a of each of the capacitor elements 31a, 31b, 31c, and 31d by contacting the vertically upper ends of the capacitor elements 31a, 31b, 31c, and 31d.
- the second conductor 23b is electrically connected to the negative electrode 41b of each of the capacitor elements 21a, 21b, 21c, and 21d by contacting the vertical lower ends of the capacitor elements 21a, 21b, 21c, and 21d.
- the second conductor 33b is electrically connected to the negative electrode 41b of each of the capacitor elements 31a, 31b, 31c, and 31d by contacting the vertical lower ends of the capacitor elements 31a, 31b, 31c, and 31d.
- the first terminal 24a is attached to the first conductor 23a with a fastening member (not shown) in contact with the first conductor 23a. As a result, the first terminal 24a is electrically connected to the first conductor 23a.
- the first terminal 34a is attached to the first conductor 33a with a fastening member (not shown) in contact with the first conductor 33a. As a result, the first terminal 34a is electrically connected to the first conductor 33a.
- the second terminal 24b is attached to the second conductor 23b with a fastening member (not shown) in contact with the second conductor 23b. As a result, the second terminal 24b is electrically connected to the second conductor 23b.
- the second terminal 34b is attached to the second conductor 33b with a fastening member (not shown) in contact with the second conductor 33b. As a result, the second terminal 34b is electrically connected to the second conductor 33b.
- the first capacitor C1 is realized by the above-mentioned capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, first conductor 23a, second conductor 23b, first terminal 24a, and second terminal 24b.
- the first terminal 24a corresponds to the positive terminal of the first capacitor C1
- the second terminal 24b corresponds to the negative terminal of the first capacitor C1.
- the first terminal 24a is electrically connected to the terminal 1a and the primary terminal of the power converter 12 by a bus bar (not shown).
- the second terminal 24b is electrically connected to the primary terminal of the power converter 12 and the second capacitor C2 by a bus bar (not shown).
- a second capacitor C2 is realized by the above-described capacitor elements 31a, 31b, 31c, and 31d, the first conductor 33a, the second conductor 33b, the first terminal 34a, and the second terminal 34b.
- the first terminal 34a corresponds to the positive terminal of the second capacitor C2
- the second terminal 34b corresponds to the negative terminal of the second capacitor C2.
- the first terminal 34a is electrically connected to the primary terminal of the power converter 12 and the first capacitor C1 by a bus bar (not shown).
- the second terminal 34b is electrically connected to the terminal 1b and the primary terminal of the power converter 12 by a bus bar (not shown).
- the insulating member 25 is made of, for example, resin such as epoxy, urethane, and silicone.
- the insulating member 25 insulates the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, 31d and the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, 32c from each other.
- the insulating member 25 includes the heat transfer members 22a, 22b, 22c and the capacitor elements 21a, 21b, with the ends 221a, 221b, 221c of the heat transfer members 22a, 22b, 22c exposed. Covers 21c and 21d.
- the insulating member 25 is configured such that the heat transfer members 22a, 22b, 22c, which are plate-shaped members, have their ends 221a, 221b, 221c exposed in the Y-axis direction. Covers capacitor elements 21a, 21b, 21c, and 21d.
- the insulating member 25 further includes end portions 321a, 321b, 321c of the heat transfer members 32a, 32b, 32c, specifically Y of the heat transfer members 32a, 32b, 32c which are plate-shaped members.
- the heat transfer members 32a, 32b, 32c and the capacitor elements 31a, 31b, 31c, 31d are covered with the ends 321a, 321b, 321c in the axial direction exposed.
- the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, 31d, the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, 32c, the first conductors 23a, 33a, the second conductor 23b, 33b, the first terminals 24a, 34a, and the second terminals 24b, 34b are fixed in relative position.
- the insulating member 25 further connects the first conductors 23a, 33a, the second conductors 23b, 33b, and the It covers the first terminals 24a, 34a and the second terminals 24b, 34b. By exposing a portion of each of the first terminals 24a, 34a and a portion of each of the second terminals 24b, 34b, the bus bar is electrically connected to the first terminals 24a, 34a and the second terminals 24b, 34b. It becomes possible to connect.
- the above-described capacitor unit 11 can be obtained by arranging the components of the capacitor unit 11 other than the insulating member 25 inside a case (not shown), filling the case with epoxy resin, curing it, and taking it out from the case.
- the condenser unit 11 has exposed ends 221a, 221b, 221c of heat transfer members 22a, 22b, 22c and exposed heat transfer members 32a, 32b, 32c, as shown in FIG. It is preferable to further include a cooling section 26 that is thermally connected to the ends 321a, 321b, and 321c.
- the capacitor unit 11 further includes a TIM (Thermal Interface Material) 29 that contacts the surface of the insulating member 25 facing the cooling section 26 and the cooling section 26 to reduce contact thermal resistance.
- TIM Thermal Interface Material
- FIG. 6 is a diagram showing the capacitor unit 11 in the same cross section as FIG. 3.
- the cooling unit 26 directly contacts the exposed ends 221a, 221b, 221c of the heat transfer members 22a, 22b, 22c and the exposed ends 321a, 321b, 321c of the heat transfer members 32a, 32b, 32c. It has a heat receiving block 27 that comes into contact with it, and a heat radiator 28 that radiates the heat transferred from the heat receiving block 27.
- Heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c are attached to one main surface 27a of the heat receiving block 27 by an attachment method such as fastening with a fastening member (not shown), bonding with an adhesive, brazing, welding, or the like.
- the heat radiator 28 is attached to the other main surface 27b of the heat receiving block 27 by an attachment method such as fastening with a fastening member (not shown), brazing, welding, or the like.
- the heat transfer member 22a is transferred from the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, 31d. , 22b, 22c, 32a, 32b, 32c, heat is transferred to the heat receiving block 27.
- the heat receiving block 27 is made of a material with high thermal conductivity, such as a metal such as copper or aluminum, graphite which is an anisotropic heat transport member, a cladding material made of different metals, or a highly thermally conductive ceramic. It is preferable that
- the heat receiving block 27 comes into contact with the end surfaces of the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, 32c, heat is directly transferred from the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, 32c to the heat receiving block 27. transferred, increasing heat transfer efficiency.
- the cooling performance of the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, 31d is improved, and the temperature increase of the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, 31d is suppressed. It becomes possible to suppress this.
- the heat radiator 28 radiates the heat transferred from the heat receiving block 27 to the surrounding air.
- the heat transferred from the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, 31d to the heat receiving block 27 via the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, 32c is transferred to the surroundings by the radiator 28. heat is radiated into the air.
- capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d are cooled.
- the heat radiator 28 has a plurality of fins whose main surfaces are parallel to the YZ plane, as shown in FIGS. 6 and 7.
- the radiator 28 is made of a material with high thermal conductivity, such as metal such as copper or aluminum, graphite which is an anisotropic heat transport member, a cladding material made of different metals, or highly thermally conductive ceramic. It is preferable that
- the TIM 29 is formed of a heat dissipation sheet, grease, etc.
- the TIM 29 contacts the surface of the insulating member 25 facing the cooling section 26 and the main surface 27a of the heat receiving block 27, and covers the outer surfaces of the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c around the Y-axis direction.
- the TIM 29 allows heat to be efficiently transferred from the insulating member 25 to the heat receiving block 27 of the cooling unit 26.
- the electronic device 1 includes a housing 13 that houses the capacitor unit 11 and the power converter 12 having the above configuration.
- the description of the power conversion unit 12 is omitted in FIG. 8 .
- An opening 13a is formed in the housing 13.
- the cooling unit 26 of the condenser unit 11 closes the opening 13a with a portion exposed to the outside of the housing 13 through the opening 13a.
- air outside the housing 13 containing foreign substances such as dust and moisture is suppressed from flowing into the interior of the housing 13 through the opening 13a.
- the heat radiator 28 With the heat radiator 28 exposed to the outside of the housing 13, the heat receiving block 27 closes the opening 13a from inside the housing 13. Since the heat radiator 28 is exposed to the outside of the housing 13, the heat radiator 28 radiates the heat transferred from the heat receiving block 27 to the air outside the housing 13.
- capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d are cooled. Since the temperature of the air outside the housing 13 is lower than the temperature of the air inside the housing 13, the cooling performance of the condenser unit 11 is higher than that of a condenser unit that radiates heat to the air inside the housing.
- the heat generated in the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, 31d is transferred to the heat receiving block 27 included in the cooling unit 26 via the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, 32c. be done.
- the heat transferred to the heat receiving block 27 is radiated to the air outside the casing 13 via the radiator 28 attached to the heat receiving block 27 or the casing 13 with which the heat receiving block 27 comes into contact.
- the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d are cooled, and the temperature rise of the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d is suppressed.
- the heat generated in the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d is radiated to the air outside the housing 13, so that the temperature of the air inside the housing 13 decreases.
- the rise is suppressed.
- an increase in the internal temperature of the capacitor unit 11 is suppressed.
- the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, 31d generate heat when energized and the temperature rises
- the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, 31d generate heat.
- the temperatures of the adjacent heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, 32c and the insulating member 25 rise. Since the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c and the insulating member 25 are formed of different members, their linear expansion coefficients are different from each other.
- Thermal stress generated at the interface between the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, 32c and the insulating member 25 prevents the insulating member 25 from peeling off from the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, 32c.
- the structure for suppressing this will be explained below. Since the structures of the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c are the same, only the heat transfer member 22a will be described.
- FIG. 9 and FIG. 10 which is a cross-sectional view taken along line XX in FIG.
- the first peeling suppressing portion 50 is provided at least at a position adjacent to the end portion 221a.
- 9 and 10 are diagrams showing only the heat transfer member 22a among the components of the capacitor unit 11.
- the position adjacent to the end 221a may be a position sufficiently close to the end 221a, for example, in a range where the distance from one end of the end 221a on the Y-axis negative direction side is 30 mm or less.
- the first peeling suppressing portion 50 has at least one of a protruding shape and a recessed shape.
- the first peeling suppressing section 50 has a plurality of recesses 51 arranged in the Z-axis direction.
- Each recess 51 has a shape recessed from the outer surface of the heat transfer member 22a in the negative direction of the X-axis.
- the heat transfer member 22a is formed of a flat plate member having a width in the X-axis direction of 10 mm
- the length of the recess 51 in the X-axis direction is in the range of 2 mm or more and 3 mm or more. It is preferable.
- the plurality of recesses 51 are arranged side by side at intervals in the Z-axis direction.
- the recess 51 is filled with the insulating member 25, as shown in FIG. 11, which is a sectional view taken along the line XI-XI in FIG. As a result, the anchor effect prevents the insulating member 25 from peeling off from the heat transfer member 22a.
- the heat transfer member 22a has a polygonal shape with rounded corners in the direction from the exposed end 221a to the portion covered by the insulating member 25, that is, in a cross section perpendicular to the Y-axis direction. It is preferable. In the first embodiment, the heat transfer member 22a has a rectangular shape with rounded corners in the XZ plane.
- the first peeling suppressing portion 50 provided at a position adjacent to the end 221a of the heat transfer member 22a prevents the insulating member 25 from peeling off from the heat transfer member 22a, so that the insulating member 25 and the heat transfer member 22a The formation of voids between the two is suppressed. Therefore, moisture contained in the air outside the capacitor unit 11 moves along the end portion 221a, passes through the gap between the insulating member 25 and the heat transfer member 22a, and reaches the capacitor elements 21a and 21b. things are suppressed.
- the heat transfer members 22a, 22b, 22c included in the capacitor unit 11 according to the first embodiment are located at positions adjacent to the exposed ends 221a, 221b, 221c on the outer surface covered by the insulating member 25.
- the first peeling suppressing portion 50 is provided at least in the first peeling suppressing portion 50 .
- the heat transfer members 32a, 32b, 32c included in the capacitor unit 11 are provided with first peeling restraints provided at least at positions adjacent to the exposed ends 321a, 321b, 321c on the outer surface covered with the insulating member 25. 50.
- the first peeling suppressing portion 50 has at least one of a protruding shape and a recessed shape. The first peeling suppressing portion 50 suppresses peeling of the insulating member 25 from the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c.
- the amount of heat generated by the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d increases, and the heat transfer members 22a, 22b, 22c , 32a, 32b, 32c and the insulating member 25, even if the thermal stress generated at the interface increases, peeling of the insulating member 25 is suppressed. Therefore, a highly reliable capacitor unit 11 can be obtained in a high temperature environment.
- the peeling of the insulating member 25 is suppressed even when the heat generation amount of the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d increases, so the first peeling suppression is performed.
- the permissible temperature of the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d of the capacitor unit 11 is higher than that of a capacitor unit in which the portion 50 is not provided. In other words, it becomes possible to increase the voltage applied to the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d, or to make the films 41c and 41d thinner. Therefore, restrictions on the design of the capacitor unit 11 are relaxed.
- the capacity of the capacitor unit 11 can be increased by increasing the voltage applied to the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d.
- the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d that is, the capacitor unit 11 can be made smaller.
- the shape of the first peeling suppressing portion 50 is not limited to the above-mentioned example, and may be any shape as long as it can suppress the insulating member 25 from peeling off from the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c. .
- Heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c each having a first peeling suppressing portion 50 having a shape different from that in Embodiment 1 will be described in Embodiment 2, focusing on the differences from Embodiment 1.
- FIGS. 13 is a sectional view taken in the direction of arrows.
- 12 and 13 are diagrams showing only the heat transfer member 22a among the components of the capacitor unit 11.
- the first peeling suppressing portion 50 is formed of a plurality of through holes 52 arranged in the Z-axis direction. Each through hole 52 penetrates the heat transfer member 22a in the X-axis direction.
- the through hole 52 is filled with the insulating member 25.
- the anchor effect prevents the insulating member 25 from peeling off from the heat transfer member 22a.
- the first peeling suppressing portion 50 of the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c included in the capacitor unit 11 according to the second embodiment is formed of a plurality of through holes 52.
- the through hole 52 By filling the through hole 52 with the insulating member 25, the insulating member 25 located on one main surface side of the heat transfer member 22a and the insulating member 25 located on the other main surface side of the heat transfer member 22a are separated. , are continuous via the insulating member 25 filled in each through hole 52. Therefore, peeling of the insulating member 25 from the heat transfer member 22a is more reliably suppressed than in the first embodiment. Similar effects can be obtained with the heat transfer members 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c.
- the shape of the first peeling suppressing portion 50 is not limited to the above-mentioned example, and may be any shape as long as it can suppress the insulating member 25 from peeling off from the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c. .
- Embodiment 3 focuses on the differences from Embodiments 1 and 2 regarding heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c having first peeling suppressing portions 50 having shapes different from those of Embodiments 1 and 2. I will explain.
- the first peeling suppressing portion 50 is formed of a slit 53 extending in the Z-axis direction.
- the slit 53 is filled with the insulating member 25.
- the anchor effect prevents the insulating member 25 from peeling off from the heat transfer member 22a.
- the first peeling suppressing portions 50 of the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c included in the capacitor unit 11 according to the third embodiment are formed by the slits 53.
- the slit 53 By filling the slit 53 with the insulating member 25, peeling of the insulating member 25 from the heat transfer member 22a is suppressed over the entire Z-axis direction of the heat transfer member 22a. Therefore, peeling of the insulating member 25 from the heat transfer member 22a is more reliably suppressed than in the first embodiment. Similar effects can be obtained with the heat transfer members 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c.
- the shape of the first peeling suppressing portion 50 is not limited to the above-mentioned example, and may be any shape as long as it can suppress the insulating member 25 from peeling off from the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c. .
- Embodiment 4 focuses on the differences from Embodiment 1-3 regarding heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c having first peeling suppressing portions 50 having a shape different from Embodiment 1-3. I will explain.
- the first peeling suppressing portion 50 provided in the heat transfer member 22a of the capacitor unit 11 according to the fourth embodiment has a protruding shape and a recessed shape.
- FIG. 16 and FIG. 17, which is a cross-sectional view taken along the line XVII-XVII in FIG. It has a convex portion 55 formed at an adjacent position.
- 16 and 17 are diagrams showing only the heat transfer member 22a among the components of the capacitor unit 11.
- the concave portion 54 and the convex portion 55 are formed by making a cut in the heat transfer member 22a and pulling out a part of the heat transfer member 22a in the X-axis direction.
- the insulating member 25 When the insulating member 25 is filled around the heat transfer member 22a, the insulating member 25 is filled into the recess 54 formed by the through hole. As a result, the anchor effect prevents the insulating member 25 from peeling off from the heat transfer member 22a.
- the convex portion 55 on the Y-axis negative direction side of the concave portion 54 moisture contained in the air outside the capacitor unit 11 is suppressed from moving in the Y-axis negative direction along the heat transfer member 22a. Ru.
- the first peeling suppressing portion 50 included in the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c included in the capacitor unit 11 according to the fourth embodiment includes the recess 54 and the projection 55. Filling the recess 54 with the insulating member 25 prevents the insulating member 25 from peeling off from the heat transfer member 22a. By providing the convex portion 55, even if a gap is created between the heat transfer member 22a and the insulating member 25, moisture contained in the air outside the capacitor unit 11 moves along the heat transfer member 22a. However, it is suppressed from reaching the capacitor elements 21a and 21b through the gap between the insulating member 25 and the heat transfer member 22a.
- the structure that suppresses peeling of the insulating member 25 from the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c is not limited to the first peeling suppressing portion 50.
- a capacitor unit that suppresses peeling of the insulating member 25 with a structure different from that of the first peeling suppressing section 50 will be described in a fifth embodiment, focusing on the differences from the first embodiment.
- the capacitor unit 61 shown in FIG. 18 includes covering members 62a, 62b, which cover the outer surfaces of the heat transfer members 22a, 22b, 22c, with the ends 221a, 221b, 221c of the heat transfer members 22a, 22b, 22c exposed. 62c. In the capacitor unit 61, the heat transfer members 22a, 22b, 22c do not have the first peeling suppressing portion 50.
- the capacitor unit 61 further includes covering members 62a, 62b that cover the outer surfaces of the heat transfer members 32a, 32b, 32c with the ends 321a, 321b, 321c of the heat transfer members 32a, 32b, 32c exposed. , 62c.
- the heat transfer members 32a, 32b, and 32c do not have the first peeling suppressing portion 50.
- the heat transfer member 22a and the heat transfer member 22a are covered.
- the covering member 62a will be explained.
- the heat transfer member 22a is covered with a covering member 62a with the end portion 221a exposed.
- the covering member 62a is a member whose linear expansion coefficient is smaller than the linear expansion coefficient of the heat transfer member 22a and larger than the linear expansion coefficient of the insulating member 25, or a member whose linear expansion coefficient is larger than the linear expansion coefficient of the heat transfer member 22a, In addition, it is formed of a member having a linear expansion coefficient smaller than that of the insulating member 25. In other words, the linear expansion coefficient of the covering member 62a is smaller than the linear expansion coefficient of the heat transfer member 22a and larger than the linear expansion coefficient of the insulating member 25, or larger than the linear expansion coefficient of the heat transfer member 22a, and , is smaller than the linear expansion coefficient of the insulating member 25.
- both the thermal stress at the interface between the heat transfer member 22a and the covering member 62a and the thermal stress at the interface between the covering member 62a and the insulating member 25 are the same as those at the interface between the heat transfer member 22a and the insulating member 25 in Embodiment 1-4. smaller than the thermal stress at the interface with The same applies to the heat transfer members 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c.
- the heat transfer member 22a may be formed of magnesium, the covering member 62a may be formed of polyethylene, and the insulating member 25 may be formed of epoxy resin. At this time, the linear expansion coefficient of the covering member 62a is smaller than the linear expansion coefficient of the heat transfer member 22a and larger than the linear expansion coefficient of the insulating member 25.
- the heat transfer member may be made of carbon steel, the covering member 62a may be made of fluororesin, and the insulating member 25 may be made of high-density polyethylene.
- the capacitor unit 61 includes the covering members 62a, 62b, 62c covering the heat transfer members 22a, 22b, 22c, the covering members 62a, 62b covering the heat transfer members 32a, 32b, 32c, 62c.
- the thermal stress at the interface between heat transfer member 22a and covering member 62a and the thermal stress at the interface between covering member 62a and insulating member 25 are both the same as those at the interface between heat transfer member 22a and insulating member 25 in Embodiment 1-4. less than the thermal stress at Therefore, separation of the insulating member 25 from the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c is suppressed.
- the capacitor unit 61 may include the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c included in the capacitor unit 11 according to Embodiment 1-4.
- the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c may be formed of heat pipes.
- the first peeling suppressing part 50 is formed with a recess 51 or a slit 53 that does not penetrate the wall surface of the heat pipe.
- the shape of the first peeling suppressing part 50 is arbitrary as long as it can suppress peeling of the insulating member 25 from the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c.
- the first peeling suppressing portion 50 may be formed by roughening the surfaces of the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c by filing them.
- the first peeling suppressing portion 50 may be formed by etching the surfaces of the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c to form irregularities.
- the first peeling suppressing portion 50 may be formed by a narrow portion having a cross-sectional area perpendicular to the Y-axis direction that is narrower than other portions.
- the through hole 52 is a through hole that extends from the surface of the heat transfer member 22a facing in the X-axis positive direction to the surface facing in the X-axis negative direction, and extends in a direction intersecting the X-axis. may be formed.
- the through holes 52 may be formed in multiple rows.
- the location where the first peeling suppressing portion 50 is provided is not limited to the above-mentioned example, and the exposed ends 221a, 221b, 221c of the heat transfer members 22a, 22b, 22c and the exposure of the heat transfer members 32a, 32b, 32c Any location may be used as long as it includes positions adjacent to the ends 321a, 321b, and 321c.
- the first peeling suppressing portion 50 may be provided over the entire surface of the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c.
- recesses 51 may be provided on both the surface facing the X-axis positive direction and the surface facing the X-axis negative direction of the heat transfer member 22a.
- slits 53 may be formed on both the surface facing the X-axis positive direction and the surface facing the X-axis negative direction of the heat transfer member 22a.
- convex portions 55 protruding in the positive direction of the X-axis and convex portions 55 protruding in the negative direction of the X-axis are arranged alternately in the Z-axis direction. Good too.
- the shape of the insulating member 25 is not limited to the above example.
- slits 25a may be formed on the surface of the insulating member 25 facing the cooling section 26. By forming the slits 25a, thermal stress applied to the insulating member 25 is reduced.
- the capacitor units 11 and 61 may further include a structure that prevents the insulating member 25 from peeling off from the components of the capacitor unit 11 other than the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c.
- FIG. 23 and FIG. 24 which is a cross-sectional view taken along the line XXIV-XXIV in FIG. It may have a second peeling suppressing part 70 that suppresses peeling.
- the first conductors 23a, 33a and the second conductors 23b, 33b have a second It has a peeling suppressing part 70.
- the second peeling suppressing portion 70 is formed of a plurality of recesses 71 recessed in the Z-axis direction. By providing the second peeling suppressing portion 70, it is suppressed that the insulating member 25 is peeled off from the first conductors 23a, 33a and the second conductors 23b, 33b and a gap is generated. As a result, moisture contained in the air outside the capacitor unit 11 passes through the gaps between the insulating member 25 and the first conductors 23a, 33a and the second conductors 23b, 33b, and the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d are suppressed.
- the shape of the second peeling suppressing portion 70 is not limited to the above example.
- the second peeling suppressing portion 70 may be formed with a slit.
- the second peeling suppressing portion 70 may be formed of a recess and a projection that are adjacent to each other.
- the number of capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d included in the capacitor units 11 and 61 is not limited to the above example, but is arbitrary.
- the capacitor unit 11 has two capacitor groups, the first capacitor C1 and the second capacitor C2, but the number of capacitor groups is arbitrary.
- the capacitor unit may include only the first capacitor C1, or may include a third capacitor in addition to the first capacitor C1 and the second capacitor C2.
- the configurations of the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d are not limited to the above example.
- the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d may be film capacitors using metal foil.
- the number and shape of the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c are such that the heat generated in the capacitor elements 21a, 21b, 21c, 21d, 31a, 31b, 31c, and 31d can be internally dispersed. If so, it is optional.
- the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c may be formed of rod-shaped members.
- the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c may be plate-shaped members bent in a U-shape, or rod-shaped members bent in a U-shape.
- the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c may be plate-shaped members in which a refrigerant is sealed in a flow path formed inside.
- the heat transfer members 22a, 22b, 22c, 32a, 32b, and 32c are not limited to the above example.
- the heat transfer member may be provided at a position adjacent only to the capacitor element 21d, specifically, at a position adjacent to the surface of the capacitor element 21d facing in the positive direction of the X-axis.
- a heat transfer member may be provided between the first conductor 23a and the surface of the capacitor element 21a facing in the negative direction of the X-axis.
- the shape of the heat radiator 28 is arbitrary as long as it can radiate the heat transferred from the heat receiving block 27.
- the plurality of fins that the radiator 28 has can be arbitrarily changed depending on the flow of air near the radiator 28.
- the heat radiator 28 may have a plurality of rod-shaped protrusions.
- the radiator 28 may have a heat pipe, or may have a plate-like member in which a refrigerant is sealed in a flow path formed inside.
- the position where the cooling unit 26 is provided is not limited to the above example. Specifically, the cooling unit 26 may be provided inside the housing 13 instead of outside the housing 13. In this case, the cooling unit 26 is preferably provided inside the casing 13 at a position into which air from outside the casing 13 flows.
- the method of attaching the insulating member 25 to the heat receiving block 27 is arbitrary.
- the insulating member 25 may be attached to the heat receiving block 27 by an attachment method such as fastening with a fastening member or bonding with an adhesive.
- the electronic device 1 is not limited to a three-level power converter, but is any device including the capacitor unit 11. As an example, the electronic device 1 may be a rectifier.
- the electronic device 1 is not limited to a railway vehicle, and can be mounted on any moving object such as an automobile, a ship, or an aircraft.
- the load 91 is not limited to a three-phase induction motor, but is any device that receives power supply from the electronic device 1.
- the load 91 is an air conditioner, a lighting device, or the like.
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Abstract
コンデンサユニット(11)は、複数のコンデンサ素子(21a,21b,21c,21d)と、複数のコンデンサ素子(21a,21b,21c,21d)の少なくともいずれかに隣接した位置に設けられて、受けた熱を内部で分散させる1つまたは複数の伝熱部材(22a,22b,22c)と、を備える。伝熱部材(22a,22b,22c)は、絶縁部材(25)に覆われる外面において、露出している端部(221a,221b,221c)に隣接している位置に少なくとも設けられ、突出する形状および窪む形状の少なくともいずれかを有する第1剥離抑制部(50)を有する。
Description
本開示は、コンデンサユニットおよび電子機器に関する。
電子機器、例えば、入力電力を変換して変換した電力を負荷に供給する電力変換装置には、大容量のコンデンサユニットを備えるものがある。コンデンサユニットの一例が、特許文献1に開示されている。特許文献1に開示されるコンデンサユニットは、コンデンサ素子に接触する熱伝導板を備え、熱伝導板を介して、コンデンサ素子を収容する筐体の外部に、コンデンサ素子で生じた熱を放熱させる。
コンデンサ素子の相互の相対的な位置関係がずれることを抑制するために、コンデンサ素子の周囲に、例えば樹脂である絶縁部材が充填される。例えば、特許文献1に開示されるコンデンサユニットにおいて、コンデンサ素子および熱伝導板は絶縁部材で覆われる。コンデンサ素子の冷却性能を高めるため、絶縁部材は、熱伝導板の端部が露出した状態で熱伝導板を覆うことが好ましい。熱伝導板と絶縁部材とが異なる部材で形成されていて、線膨張率に差があると、コンデンサ素子の発熱量が大きくなって樹脂と熱伝導板の温度が上昇するにつれて、絶縁部材と熱伝導板との界面で生じる熱応力が大きくなる。この結果、絶縁部材が熱伝導板から剥離し、剥離によって生じる隙間に、コンデンサユニットの周囲の空気に含まれる水分が浸入してしまう。
本開示は上述の事情に鑑みてなされたものであり、絶縁部材の剥離を抑制する構造を有するコンデンサユニットおよびコンデンサユニットを備える電子機器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本開示のコンデンサユニットは、複数のコンデンサ素子と、1つまたは複数の伝熱部材と、絶縁部材と、を備える。複数のコンデンサ素子は、互いに間隔を空けて設けられる。伝熱部材は、複数のコンデンサ素子の少なくともいずれかに隣接した位置に設けられ、複数のコンデンサ素子の少なくともいずれかから受けた熱を内部で分散させる。絶縁部材は、伝熱部材の端部を露出させた状態で、伝熱部材および複数のコンデンサ素子を覆う。伝熱部材は、絶縁部材に覆われる外面において、露出している端部に隣接している位置に少なくとも設けられ、突出する形状および窪む形状の少なくともいずれかを有する第1剥離抑制部を有する。
本開示に係るコンデンサユニットが備える伝熱部材は、突出する形状および窪む形状の少なくともいずれかを有する第1剥離抑制部を有する。この結果、絶縁部材の剥離が抑制される。
以下、本開示の実施の形態に係るコンデンサユニットおよび電子機器について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
(実施の形態1)
電子機器の一例として、鉄道車両に搭載され、直流電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して電動機に供給する電力変換装置がある。電力変換装置を例にして、実施の形態1に係る電子機器1について以下に説明する。
電子機器の一例として、鉄道車両に搭載され、直流電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して電動機に供給する電力変換装置がある。電力変換装置を例にして、実施の形態1に係る電子機器1について以下に説明する。
図1に示す電子機器1は、図示しない電源、具体的には、集電装置から直流電力の供給を受ける。集電装置は、電力供給線を介して変電所から供給される電力を取得する。電力供給線は、例えば、架線または第三軌条である。集電装置は、例えば、パンタグラフまたは集電靴である。電子機器1は、集電装置から供給された直流電力を三相交流電力に変換して、変換した三相交流電力を負荷91に供給する。実施の形態1では、電子機器1は3レベルインバータであって、負荷91は三相誘導電動機である。
電子機器1は、集電装置に接続される端子1aと、接地される端子1bと、集電装置から供給される電力で充電されるコンデンサユニット11と、コンデンサユニット11を介して集電装置から供給される直流電力を三相交流電力に変換する電力変換部12と、を備える。端子1aは、接触器、フィルタリアクトル等を介して、集電装置に電気的に接続されることが好ましい。コンデンサユニット11は、第1コンデンサC1と、第2コンデンサC2と、を有する。第1コンデンサC1および第2コンデンサC2は直列に接続されている。直列に接続された第1コンデンサC1および第2コンデンサC2は、端子1a,1bの間に接続される。
電力変換部12の一次端子は、端子1a、端子1b、および直列に接続された第1コンデンサC1と第2コンデンサC2の接続点にそれぞれ接続される。電力変換部12の三相交流電力のU相、V相、W相に対応する3つの二次端子は、負荷91の対応する入力端子に接続される。電力変換部12は、図示しない制御装置によって制御される複数のスイッチング素子を有する。複数のスイッチング素子として、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)が用いられる。複数のスイッチング素子のオンオフを切り替えるスイッチング動作が制御装置によって制御されることで、電力変換部12は、電力変換を行う。詳細には、電力変換部12は、一次端子を介して供給される直流電力を負荷91に供給するための三相交流電力に変換し、三相交流電力を二次端子から出力する。
図2、図2におけるIII-III線での矢視断面図である図3、および図2におけるIV-IV線での矢視断面図である図4に示すように、コンデンサユニット11は、複数のコンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dと、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dから受けた熱を内部で分散させる伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cと、を備える。コンデンサユニット11の内部温度は、具体的には、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dのそれぞれの温度である。図2、図3、および図4において、鉛直方向をZ軸方向とし、コンデンサ素子21a,21b,21c,21dの配列方向をX軸方向とする。X軸、Y軸、およびZ軸は互いに直交する。
コンデンサユニット11はさらに、コンデンサ素子21a,21b,21c,21dのそれぞれの正極に電気的に接続される第1導体23aと、コンデンサ素子31a,31b,31c,31dのそれぞれの正極に電気的に接続される第1導体33aと、を備える。第1導体23a,33aは、例えば、銅、アルミニウム等の導電体で形成されるバスバーである。
コンデンサユニット11はさらに、コンデンサ素子21a,21b,21c,21dのそれぞれの負極に電気的に接続される第2導体23bと、コンデンサ素子31a,31b,31c,31dのそれぞれの負極に電気的に接続される第2導体33bと、を備える。第2導体23b,33bは、例えば、銅、アルミニウム等の導電体で形成されるバスバーである。
コンデンサユニット11はさらに、第1導体23aに電気的に接続される第1端子24aと、第1導体33aに電気的に接続される第1端子34aと、第2導体23bに電気的に接続される第2端子24bと、第2導体33bに電気的に接続される第2端子34bと、を備える。
コンデンサユニット11はさらに、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cのそれぞれの一部およびコンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの全体を覆う絶縁部材25を備える。絶縁部材25は、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cのそれぞれの端部221a,221b,221c,321a,321b,321cを露出させた状態で、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cを覆う。
上述のコンデンサユニット11が備える伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cは、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cの露出している端部221a,221b,221c,321a,321b,321cに隣接している位置に設けられる第1剥離抑制部50を有する。この結果、絶縁部材25が伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cが剥離することが抑制される。
コンデンサユニット11の各部の詳細について以下に説明する。図2に示すように、コンデンサ素子21a,21b,21c,21dは、互いに間隔を空けて一列に並べて設けられる。詳細には、コンデンサ素子21a,21b,21c,21dは、外装の主面がX軸に直交する向きで、X軸方向に並べて設けられる。同様に、コンデンサ素子31a,31b,31c,31dは、互いに間隔を空けて並べて設けられる。詳細には、コンデンサ素子31a,31b,31c,31dは、外装の主面がX軸に直交する向きで、X軸方向に並べて設けられる。
コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの構成は同じであるため、コンデンサ素子21aの構成について図5を用いて説明する。コンデンサ素子21aはフィルムコンデンサであって、正極41aが形成されているフィルム41cと、負極41bが形成されているフィルム41dと、を備える。フィルム41c,41dが重ねられて中心軸周りに巻かれる。フィルム41cはプラスチックフィルムであって、金属、例えば、アルミニウム、亜鉛等がフィルム41cに蒸着されることで、正極41aが形成される。同様に、フィルム41dはプラスチックフィルムであって、金属、例えば、アルミニウム、亜鉛等がフィルム41dに蒸着されることで、負極41bが形成される。
コンデンサ素子21aの中心軸の方向の一端が正極端子に相当し、他端が負極端子に相当する。図5の例では、コンデンサ素子21aの上端が正極端子に相当し、コンデンサ素子21aの下端が負極端子に相当する。コンデンサ素子21aは、中心軸に直交する断面の外形が長円となる形状を有する。長円とは、直径が同じ2つの円の外縁を同じ長さの2本の直線で繋ぐことで得られる形状の外形を意味する。コンデンサ素子21aは、中心軸がZ軸方向に一致する向きで設けられる。詳細には、図2および図3に示すように、コンデンサ素子21aのZ軸方向上端がコンデンサ素子21aの正極端子に相当し、コンデンサ素子21aのZ軸方向下端がコンデンサ素子21aの負極端子に相当する。
伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cは、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの少なくともいずれかに隣接した位置に設けられて、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの少なくともいずれかから伝達された熱を内部で分散させる。
コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dのそれぞれの温度上昇を抑制するため、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cは、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの内、互いに隣接している2つのコンデンサ素子の間に設けられることが好ましい。実施の形態1では、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cは、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの内、互いに異なるコンデンサ素子に隣接した位置に設けられる。
詳細には、伝熱部材22aは、コンデンサ素子21a,21bの間に設けられ、コンデンサ素子21a,21bから受けた熱を内部で分散させる。伝熱部材22bは、コンデンサ素子21b,21cの間に設けられ、コンデンサ素子21b,21cから受けた熱を内部で分散させる。伝熱部材22cは、コンデンサ素子21c,21dの間に設けられ、コンデンサ素子21c,21dから受けた熱を内部で分散させる。
同様に、伝熱部材32aは、コンデンサ素子31a,31bの間に設けられ、コンデンサ素子31a,31bから受けた熱を内部で分散させる。伝熱部材32bは、コンデンサ素子31b,31cの間に設けられ、コンデンサ素子31b,31cから受けた熱を内部で分散させる。伝熱部材32cは、コンデンサ素子31c,31dの間に設けられ、コンデンサ素子31c,31dから受けた熱を内部で分散させる。
伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cは、少なくとも一方の主面がコンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの少なくともいずれかに当接する板状部材であることが好ましい。当接するとは、直接的に当接することおよび間接的に当接することを含むものとする。実施の形態1では、伝熱部材22aは板状部材であって、伝熱部材22aの一方の主面はコンデンサ素子21aに当接し、伝熱部材22aの他方の主面はコンデンサ素子21bに当接する。伝熱部材22bは板状部材であって、伝熱部材22bの一方の主面はコンデンサ素子21bに当接し、伝熱部材22bの他方の主面はコンデンサ素子21cに当接する。伝熱部材22cは板状部材であって、伝熱部材22cの一方の主面はコンデンサ素子21cに当接し、伝熱部材22cの他方の主面はコンデンサ素子21dに当接する。
同様に、伝熱部材32aは板状部材であって、伝熱部材32aの一方の主面はコンデンサ素子31aに当接し、伝熱部材32aの他方の主面はコンデンサ素子31bに当接する。伝熱部材32bは板状部材であって、伝熱部材32bの一方の主面はコンデンサ素子31bに当接し、伝熱部材32bの他方の主面はコンデンサ素子31cに当接する。伝熱部材32cは板状部材であって、伝熱部材32cの一方の主面はコンデンサ素子31cに当接し、伝熱部材32cの他方の主面はコンデンサ素子31dに当接する。
伝熱部材22aがコンデンサ素子21a,21bに面で当接する板状部材であることで、コンデンサ素子21a,21bから伝熱部材22aに効率よく熱を伝達することができる。伝熱部材22b,22c,32a,32b,32cについても同様である。これによって、コンデンサユニット11の内部温度の上昇を抑制することが可能となる。
伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cは、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属、異方性を有する熱輸送部材であるグラファイト、異種金属で形成されるクラッド材、高熱伝導性セラミック等で形成されることが好ましい。
伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cが設けられることで、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dからコンデンサユニット11の外面までの伝熱効率が向上し、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dで生じた熱がコンデンサユニット11の外部に効率よく伝達される。この結果、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの温度の上昇が抑制される。
第1導体23aは、コンデンサ素子21a,21b,21c,21dの鉛直方向上端に当接することで、コンデンサ素子21a,21b,21c,21dのそれぞれの正極41aに電気的に接続される。同様に、第1導体33aは、コンデンサ素子31a,31b,31c,31dの鉛直方向上端に当接することで、コンデンサ素子31a,31b,31c,31dのそれぞれの正極41aに電気的に接続される。
第2導体23bは、コンデンサ素子21a,21b,21c,21dの鉛直方向下端に当接することで、コンデンサ素子21a,21b,21c,21dのそれぞれの負極41bに電気的に接続される。同様に、第2導体33bは、コンデンサ素子31a,31b,31c,31dの鉛直方向下端に当接することで、コンデンサ素子31a,31b,31c,31dのそれぞれの負極41bに電気的に接続される。
第1端子24aは、図示しない締結部材によって第1導体23aに当接した状態で第1導体23aに取り付けられる。この結果、第1端子24aは、第1導体23aに電気的に接続される。第1端子34aは、図示しない締結部材によって第1導体33aに当接した状態で第1導体33aに取り付けられる。この結果、第1端子34aは、第1導体33aに電気的に接続される。
同様に、第2端子24bは、図示しない締結部材によって第2導体23bに当接した状態で第2導体23bに取り付けられる。この結果、第2端子24bは、第2導体23bに電気的に接続される。第2端子34bは、図示しない締結部材によって第2導体33bに当接した状態で第2導体33bに取り付けられる。この結果、第2端子34bは、第2導体33bに電気的に接続される。
上述のコンデンサ素子21a,21b,21c,21d、第1導体23a、第2導体23b、第1端子24a、および第2端子24bによって、第1コンデンサC1が実現される。第1端子24aは第1コンデンサC1の正極端子に相当し、第2端子24bは第1コンデンサC1の負極端子に相当する。第1端子24aは図示しないバスバーによって、端子1aおよび電力変換部12の一次端子に電気的に接続される。第2端子24bは、図示しないバスバーによって、電力変換部12の一次端子および第2コンデンサC2に電気的に接続される。
上述のコンデンサ素子31a,31b,31c,31d、第1導体33a、第2導体33b、第1端子34a、および第2端子34bによって、第2コンデンサC2が実現される。第1端子34aは第2コンデンサC2の正極端子に相当し、第2端子34bは第2コンデンサC2の負極端子に相当する。第1端子34aは図示しないバスバーによって、電力変換部12の一次端子および第1コンデンサC1に電気的に接続される。第2端子34bは、図示しないバスバーによって、端子1bおよび電力変換部12の一次端子に電気的に接続される。
絶縁部材25は、例えば、エポキシ、ウレタン、シリコーン等の樹脂で形成される。絶縁部材25は、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dおよび伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cを互いに絶縁する。図3に示すように、絶縁部材25は、伝熱部材22a,22b,22cの端部221a,221b,221cを露出させた状態で、伝熱部材22a,22b,22cおよびコンデンサ素子21a,21b,21c,21dを覆う。詳細には、絶縁部材25は、板状部材である伝熱部材22a,22b,22cのY軸方向における端部221a,221b,221cを露出させた状態で、伝熱部材22a,22b,22cおよびコンデンサ素子21a,21b,21c,21dを覆う。
絶縁部材25はさらに、図4に示すように、伝熱部材32a,32b,32cの端部321a,321b,321c、具体的には、板状部材である伝熱部材32a,32b,32cのY軸方向における端部321a,321b,321cを露出させた状態で、伝熱部材32a,32b,32cおよびコンデンサ素子31a,31b,31c,31dを覆う。
絶縁部材25によって、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31d、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32c、第1導体23a,33a、第2導体23b,33b、第1端子24a,34a、および第2端子24b,34bの相互の相対的な位置関係が固定される。
絶縁部材25はさらに、第1端子24a,34aのそれぞれの一部および第2端子24b,34bのそれぞれの一部が露出した状態で、第1導体23a,33a、第2導体23b,33b、第1端子24a,34a、および第2端子24b,34bを覆う。第1端子24a,34aのそれぞれの一部および第2端子24b,34bのそれぞれの一部が露出していることで、バスバーを第1端子24a,34aおよび第2端子24b,34bに電気的に接続することが可能となる。
例えば、図示しないケースの内部に絶縁部材25以外のコンデンサユニット11の構成要素を並べて、エポキシ樹脂をケースに充填して硬化させてケースから取り出すことで、上述のコンデンサユニット11が得られる。
冷却性能を高めるために、コンデンサユニット11は、図6に示すように、伝熱部材22a,22b,22cの露出している端部221a,221b,221cおよび伝熱部材32a,32b,32cの露出している端部321a,321b,321cに熱的に接続される冷却部26をさらに備えることが好ましい。コンデンサユニット11は、絶縁部材25の冷却部26に向く面と冷却部26に当接し、接触熱抵抗を低減するTIM(Thermal Interface Material)29と、をさらに備えることが好ましい。冷却部26は、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dから伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cを介して伝達された熱を放熱する。図6は、図3と同じ断面でコンデンサユニット11を見た図である。
冷却部26は、伝熱部材22a,22b,22cの露出している端部221a,221b,221cおよび伝熱部材32a,32b,32cの露出している端部321a,321b,321cに直接的に当接する受熱ブロック27と、受熱ブロック27から伝達された熱を放熱する放熱器28と、を有する。受熱ブロック27の一方の主面27aに、図示しない締結部材による締結、接着剤による接着、ろう付け、溶接等の取付方法によって、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cが取り付けられる。受熱ブロック27の他方の主面27bに、図示しない締結部材による締結、ろう付け、溶接等の取付方法によって、放熱器28が取り付けられる。
受熱ブロック27が伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cに熱的に接続されることで、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dから伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cを介して受熱ブロック27に熱が伝達される。受熱ブロック27は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属、異方性を有する熱輸送部材であるグラファイト、異種金属で形成されるクラッド材、高熱伝導性セラミック等で形成されることが好ましい。
受熱ブロック27が伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cの端面に当接することで、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cから受熱ブロック27に直接的に熱が伝達され、伝熱効率が高まる。この結果、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの冷却性能が向上して、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの温度の上昇を抑制することが可能となる。
放熱器28は、受熱ブロック27から伝達された熱を周囲の空気に放熱する。コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dから伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cを介して受熱ブロック27に伝達された熱は、放熱器28によって周囲の空気に放熱される。この結果、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dが冷却される。実施の形態1では、放熱器28は、図6および図7に示すように、主面がYZ平面に平行な複数のフィンを有する。放熱器28は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属、異方性を有する熱輸送部材であるグラファイト、異種金属で形成されるクラッド材、高熱伝導性セラミック等で形成されることが好ましい。
TIM29は、放熱シート、グリス等で形成される。TIM29は、絶縁部材25の冷却部26に向く面と受熱ブロック27の主面27aに当接し、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cのY軸方向の周りの外面を覆う。TIM29は、絶縁部材25から冷却部26の受熱ブロック27に効率よく熱を伝達することを可能にする。
図8に示すように、電子機器1は、上記構成を有するコンデンサユニット11および電力変換部12を収容する筐体13を備える。図の複雑化を避けるため、図8において、電力変換部12の記載を省略した。
筐体13には、開口13aが形成される。コンデンサユニット11が有する冷却部26は、一部が開口13aから筐体13の外部に露出した状態で開口13aを塞ぐ。冷却部26が開口13aを塞ぐことで、塵埃、水分等の異物を含む筐体13の外部の空気が開口13aから筐体13の内部に流入することが抑制される。詳細には、放熱器28が筐体13の外部に露出した状態で、受熱ブロック27は筐体13の内部から開口13aを塞ぐ。放熱器28が筐体13の外部に露出しているため、放熱器28は、受熱ブロック27から伝達された熱を筐体13の外部の空気に放熱する。この結果、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dが冷却される。筐体13の外部の空気の温度は、筐体13の内部の空気の温度より低いため、筐体の内部の空気に放熱するコンデンサユニットと比べて、コンデンサユニット11の冷却性能は高い。
上記構成を有する電子機器1に電力が供給されると、具体的には、電子機器1が集電装置に電気的に接続されると、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dに電流が流れて、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dが発熱する。コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dで生じた熱は、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cを介して冷却部26が有する受熱ブロック27に伝達される。受熱ブロック27に伝達された熱は、受熱ブロック27に取り付けられる放熱器28または受熱ブロック27が当接する筐体13を介して、筐体13の外部の空気に放熱される。この結果、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dが冷却されて、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの温度上昇が抑制される。
上述したように、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dで生じた熱は、筐体13の外部の空気に放熱されるため、筐体13の内部の空気の温度上昇が抑制される。この結果、コンデンサユニット11の内部温度の上昇が抑制される。
上述のようにコンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dが通電時に発熱し、温度が上昇すると、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dに隣接している伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cおよび絶縁部材25の温度が上昇する。伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cと絶縁部材25とは異なる部材で形成されているため、線膨張係数が互いに異なる。このため、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの発熱量が増大すると、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cと絶縁部材25との界面で生じる熱応力が大きくなる。
伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cと絶縁部材25との界面で生じる熱応力によって、絶縁部材25が伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cから剥離することを抑制するための構造について以下に説明する。伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cの構造は互いに同じであるため、伝熱部材22aについて説明する。
図9および図9におけるX-X線での矢視断面図である図10に示すように、伝熱部材22aは、絶縁部材25に覆われる外面において、絶縁部材25に覆われずに露出している端部221aに隣接した位置に少なくとも設けられる第1剥離抑制部50を有する。図9および図10は、コンデンサユニット11の構成要素の内、伝熱部材22aのみを表示した図である。端部221aに隣接した位置とは、端部221aに十分に近い位置、例えば、端部221aのY軸負方向側の一端からの距離が30ミリメートル以下となる範囲に設けられればよい。
第1剥離抑制部50は、突出する形状および窪む形状の少なくともいずれかを有する。実施の形態1において、第1剥離抑制部50は、Z軸方向に並べられている複数の凹部51を有する。各凹部51は、伝熱部材22aの外面からX軸負方向に窪む形状を有する。例えば、伝熱部材22aが、X軸方向の幅が10ミリメートルの平板部材で形成されるときに、凹部51のX軸方向の長さは、2ミリメートル以上、かつ、3ミリメートル以上の範囲であることが好ましい。複数の凹部51は、Z軸方向に互いに間隔を空けて並べて設けられる。
伝熱部材22aの周囲に絶縁部材25が充填されると、図3におけるXI-XI線での矢視断面図である図11に示すように、凹部51に絶縁部材25が充填される。この結果、アンカー効果によって、絶縁部材25が伝熱部材22aから剥離することが抑制される。
伝熱部材22aは、露出している端部221aから絶縁部材25で覆われている部分に向かう方向、すなわち、Y軸方向に直交する断面において、角が丸みを帯びた多角形の形状を有することが好ましい。実施の形態1では、伝熱部材22aは、XZ平面において、角が丸みを帯びた四角形の形状を有する。
伝熱部材22aの端部221aに隣接した位置に設けられる第1剥離抑制部50によって、絶縁部材25が伝熱部材22aから剥離することが抑制されることで、絶縁部材25と伝熱部材22aとの間に空隙が生じることが抑制される。このため、コンデンサユニット11の外部の空気に含まれる水分が、端部221aに沿って移動し、絶縁部材25と伝熱部材22aとの間の空隙を通って、コンデンサ素子21a,21bに到達することが抑制される。
以上説明した通り、実施の形態1に係るコンデンサユニット11が備える伝熱部材22a,22b,22cは、絶縁部材25に覆われる外面において、露出している端部221a,221b,221cに隣接した位置に少なくとも設けられる第1剥離抑制部50を有する。同様に、コンデンサユニット11が備える伝熱部材32a,32b,32cは、絶縁部材25に覆われる外面において、露出している端部321a,321b,321cに隣接した位置に少なくとも設けられる第1剥離抑制部50を有する。第1剥離抑制部50は、突出する形状および窪む形状の少なくともいずれかを有する。第1剥離抑制部50によって、絶縁部材25が伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cから剥離することが抑制される。
上述のように第1剥離抑制部50が設けられていることで、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの発熱量が増大し、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cと絶縁部材25との界面で生じる熱応力が増大しても、絶縁部材25の剥離が抑制されている。このため、高温の環境下で信頼性の高いコンデンサユニット11が得られる。
上述のようにコンデンサユニット11において、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの発熱量の増大時においても絶縁部材25の剥離が抑制されているため、第1剥離抑制部50が設けられていないコンデンサユニットと比べて、コンデンサユニット11が有するコンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの許容温度は高くなる。換言すれば、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dに印加される電圧を高くすること、または、フィルム41c,41dを薄くすることが可能となる。このため、コンデンサユニット11の設計の制約が緩和される。
コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dに印加される電圧を高くすることで、コンデンサユニット11の大容量化が可能となる。フィルム41c,41dを薄くすることで、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの小型化、すなわち、コンデンサユニット11の小型化が可能となる。
(実施の形態2)
第1剥離抑制部50の形状は、上述の例に限られず、絶縁部材25が伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cから剥離することが抑制可能な形状であれば任意である。実施の形態1と異なる形状の第1剥離抑制部50を有する伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cについて、実施の形態1と異なる点を中心に実施の形態2で説明する。
第1剥離抑制部50の形状は、上述の例に限られず、絶縁部材25が伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cから剥離することが抑制可能な形状であれば任意である。実施の形態1と異なる形状の第1剥離抑制部50を有する伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cについて、実施の形態1と異なる点を中心に実施の形態2で説明する。
伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cの構造は互いに同じであるため、実施の形態2に係るコンデンサユニット11が備える伝熱部材22aについて図12および図12におけるXIII-XIII線での矢視断面図である図13を用いて説明する。図12および図13は、コンデンサユニット11の構成要素の内、伝熱部材22aのみを示す図である。第1剥離抑制部50は、Z軸方向に並べられている複数の貫通孔52で形成される。各貫通孔52は、伝熱部材22aをX軸方向に貫通する。
伝熱部材22aの周囲に絶縁部材25が充填されると、貫通孔52に絶縁部材25が充填される。この結果、アンカー効果によって、絶縁部材25が伝熱部材22aから剥離することが抑制される。
以上説明した通り、実施の形態2に係るコンデンサユニット11が備える伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cが有する第1剥離抑制部50は、複数の貫通孔52で形成される。貫通孔52に絶縁部材25が充填されていることで、伝熱部材22aの一方の主面側に位置する絶縁部材25と伝熱部材22aの他方の主面側に位置する絶縁部材25とは、各貫通孔52に充填されている絶縁部材25を介して連続している。このため、絶縁部材25が伝熱部材22aから剥離することが、実施の形態1よりも確実に抑制される。伝熱部材22b,22c,32a,32b,32cについても同様の効果が得られる。
(実施の形態3)
第1剥離抑制部50の形状は、上述の例に限られず、絶縁部材25が伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cから剥離することが抑制可能な形状であれば任意である。実施の形態1,2と異なる形状の第1剥離抑制部50を有する伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cについて、実施の形態1,2と異なる点を中心に実施の形態3で説明する。
第1剥離抑制部50の形状は、上述の例に限られず、絶縁部材25が伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cから剥離することが抑制可能な形状であれば任意である。実施の形態1,2と異なる形状の第1剥離抑制部50を有する伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cについて、実施の形態1,2と異なる点を中心に実施の形態3で説明する。
伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cの構造は互いに同じであるため、実施の形態3に係るコンデンサユニット11が備える伝熱部材22aについて図14および図15を用いて説明する。第1剥離抑制部50は、Z軸方向に延びるスリット53で形成される。
伝熱部材22aの周囲に絶縁部材25が充填されると、スリット53に絶縁部材25が充填される。この結果、アンカー効果によって、絶縁部材25が伝熱部材22aから剥離することが抑制される。
以上説明した通り、実施の形態3に係るコンデンサユニット11が備える伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cが有する第1剥離抑制部50は、スリット53で形成される。スリット53に絶縁部材25が充填されていることで、伝熱部材22aにおいてZ軸方向の全体に亘って、絶縁部材25が伝熱部材22aから剥離することが抑制される。このため、絶縁部材25が伝熱部材22aから剥離することが、実施の形態1よりも確実に抑制される。伝熱部材22b,22c,32a,32b,32cについても同様の効果が得られる。
(実施の形態4)
第1剥離抑制部50の形状は、上述の例に限られず、絶縁部材25が伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cから剥離することが抑制可能な形状であれば任意である。実施の形態1-3と異なる形状の第1剥離抑制部50を有する伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cについて、実施の形態1-3と異なる点を中心に実施の形態4で説明する。
第1剥離抑制部50の形状は、上述の例に限られず、絶縁部材25が伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cから剥離することが抑制可能な形状であれば任意である。実施の形態1-3と異なる形状の第1剥離抑制部50を有する伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cについて、実施の形態1-3と異なる点を中心に実施の形態4で説明する。
実施の形態4に係るコンデンサユニット11が有する伝熱部材22aに設けられる第1剥離抑制部50は、突出する形状および窪む形状を有する。詳細には、図16および図16におけるXVII-XVII線での矢視断面図である図17に示すように、第1剥離抑制部50は、貫通孔で形成される凹部54と、凹部54に隣接している位置に形成される凸部55と、を有する。図16および図17は、コンデンサユニット11の構成要素の内、伝熱部材22aのみを表示する図である。凹部54および凸部55は、伝熱部材22aに切り込みを入れて伝熱部材22aの一部をX軸方向に引き出すことで形成される。
伝熱部材22aの周囲に絶縁部材25が充填されると、貫通孔で形成される凹部54に絶縁部材25が充填される。この結果、アンカー効果によって、絶縁部材25が伝熱部材22aから剥離することが抑制される。凹部54のY軸負方向側に凸部55が設けられていることで、コンデンサユニット11の外部の空気に含まれる水分が伝熱部材22aに沿ってY軸負方向に移動することが抑制される。
以上説明した通り、実施の形態4に係るコンデンサユニット11が備える伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cが有する第1剥離抑制部50は、凹部54および凸部55を有する。凹部54に絶縁部材25が充填されていることで、絶縁部材25が伝熱部材22aから剥離することが抑制される。凸部55が設けられていることで、たとえ伝熱部材22aと絶縁部材25との間に空隙が生じても、コンデンサユニット11の外部の空気に含まれる水分が伝熱部材22aに沿って移動し、絶縁部材25と伝熱部材22aとの間の空隙を通って、コンデンサ素子21a,21bに到達することが抑制される。
(実施の形態5)
絶縁部材25が伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cから剥離することを抑制する構造は、第1剥離抑制部50に限られない。第1剥離抑制部50とは異なる構造で絶縁部材25の剥離を抑制するコンデンサユニットについて、実施の形態1と異なる点を中心に実施の形態5で説明する。
絶縁部材25が伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cから剥離することを抑制する構造は、第1剥離抑制部50に限られない。第1剥離抑制部50とは異なる構造で絶縁部材25の剥離を抑制するコンデンサユニットについて、実施の形態1と異なる点を中心に実施の形態5で説明する。
図18に示すコンデンサユニット61は、伝熱部材22a,22b,22cの端部221a,221b,221cを露出させた状態で、伝熱部材22a,22b,22cの外面を覆う被覆部材62a,62b,62cを備える。コンデンサユニット61において、伝熱部材22a,22b,22cは、第1剥離抑制部50を有さない。
図示しないが、コンデンサユニット61はさらに、伝熱部材32a,32b,32cの端部321a,321b,321cを露出させた状態で、伝熱部材32a,32b,32cの外面を覆う被覆部材62a,62b,62cをさらに備える。コンデンサユニット61において、伝熱部材32a,32b,32cは、第1剥離抑制部50を有さない。
伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cの構造は互いに同じであって、被覆部材62a,62b,62cの構造は互いに同じであるため、伝熱部材22aと伝熱部材22aを覆う被覆部材62aについて説明する。伝熱部材22aは、端部221aを露出させた状態で、被覆部材62aに覆われる。
被覆部材62aは、線膨張係数が伝熱部材22aの線膨張係数より小さく、かつ、絶縁部材25の線膨張係数より大きい部材、または、線膨張係数が伝熱部材22aの線膨張係数より大きく、かつ、絶縁部材25の線膨張係数より小さい部材で形成される。換言すれば、被覆部材62aの線膨張係数は、伝熱部材22aの線膨張係数より小さく、かつ、絶縁部材25の線膨張係数より大きい、または、伝熱部材22aの線膨張係数より大きく、かつ、絶縁部材25の線膨張係数より小さい。このため、伝熱部材22aと被覆部材62aとの界面における熱応力および被覆部材62aと絶縁部材25との界面における熱応力はいずれも、実施の形態1-4における伝熱部材22aと絶縁部材25との界面における熱応力より小さい。伝熱部材22b,22c,32a,32b,32cについても同様である。
一例として、伝熱部材22aがマグネシウムで形成され、被覆部材62aがポリエチレンで形成され、絶縁部材25がエポキシ樹脂で形成されればよい。このとき、被覆部材62aの線膨張係数は、伝熱部材22aの線膨張係数より小さく、かつ、絶縁部材25の線膨張係数より大きい。他の一例として、伝熱部材が炭素鋼で形成され、被覆部材62aがフッ素樹脂で形成され、絶縁部材25が高密度ポリエチレンで形成されればよい。
以上説明した通り、実施の形態5に係るコンデンサユニット61は、伝熱部材22a,22b,22cを覆う被覆部材62a,62b,62cおよび伝熱部材32a,32b,32cを覆う被覆部材62a,62b,62cを備える。伝熱部材22aと被覆部材62aとの界面における熱応力および被覆部材62aと絶縁部材25との界面における熱応力はいずれも、実施の形態1-4における伝熱部材22aと絶縁部材25との界面における熱応力より小さい。このため、絶縁部材25が伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cから剥離することが抑制される。
本開示は、上述の実施の形態に限られない。上述の実施の形態は任意に組み合わせることが可能である。一例として、コンデンサユニット61は、実施の形態1-4に係るコンデンサユニット11が備える伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cを有してもよい。
伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cは、ヒートパイプで形成されてもよい。この場合、第1剥離抑制部50は、ヒートパイプの壁面を貫通しない凹部51またはスリット53で形成されることが好ましい。
第1剥離抑制部50の形状は、絶縁部材25が伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cから剥離することを抑制できる形状であれば任意である。一例として、第1剥離抑制部50は、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cの表面をやすりで削って荒くすることで形成されてもよい。他の一例として、第1剥離抑制部50は、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cの表面にエッチング加工を施して凹凸を形成することで、形成されてもよい。他の一例として、第1剥離抑制部50は、Y軸方向に直交する断面の面積が他の部分と比べて狭い狭小部により形成されてもよい。他の一例として、貫通孔52は、伝熱部材22aのX軸正方向に向く面からX軸負方向に向く面に至る貫通孔であって、X軸に交差する方向に延伸する貫通孔で形成されてもよい。貫通孔52は、複数列に亘って形成されてもよい。
第1剥離抑制部50が設けられる場所は、上述の例に限られず、伝熱部材22a,22b,22cの露出している端部221a,221b,221cおよび伝熱部材32a,32b,32cの露出している端部321a,321b,321cに隣接している位置を含む場所であれば任意である。一例として、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cの全面に亘って、第1剥離抑制部50が設けられてもよい。
他の一例として、図19に示すように、伝熱部材22aのX軸正方向に向く面およびX軸負方向に向く面の両方に凹部51が設けられてもよい。他の一例として、図20に示すように、伝熱部材22aのX軸正方向に向く面およびX軸負方向に向く面の両方にスリット53が形成されてもよい。他の一例として、図21に示すように、伝熱部材22aにおいて、X軸正方向に突出する凸部55およびX軸負方向に突出する凸部55がZ軸方向に交互に並べて設けられてもよい。
絶縁部材25の形状は、上述の例に限られない。一例として、図22に示すように、絶縁部材25の冷却部26に向く面に、スリット25aが形成されてもよい。スリット25aが形成されることで、絶縁部材25にかかる熱応力が低減される。
コンデンサユニット11,61は、絶縁部材25が伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32c以外のコンデンサユニット11の構成要素から剥離することを抑制する構造をさらに備えてもよい。
一例として、図23および図23におけるXXIV-XXIV線での矢視断面図である図24に示すように、第1導体23a,33aおよび第2導体23b,33bの少なくともいずれかは、絶縁部材25の剥離を抑制する第2剥離抑制部70を有してもよい。図23および図24の例では、第1導体23a,33aおよび第2導体23b,33bは、絶縁部材25が第1導体23a,33aおよび第2導体23b,33bから剥離することを抑制する第2剥離抑制部70を有する。
第2剥離抑制部70は、Z軸方向に窪む複数の凹部71で形成される。第2剥離抑制部70が設けられることで、絶縁部材25が第1導体23a,33aおよび第2導体23b,33bから剥離して空隙が生じることが抑制される。この結果、コンデンサユニット11の外部の空気に含まれる水分が、絶縁部材25と第1導体23a,33aおよび第2導体23b,33bとの間の空隙を通って、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dに到達することが抑制される。
第2剥離抑制部70の形状は、上述の例に限られない。一例として、第2剥離抑制部70はスリットで形成されてもよい。他の一例として、第2剥離抑制部70は、互いに隣接している凹部および凸部で形成されてもよい。
コンデンサユニット11,61が備えるコンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの数は、上述の例に限られず、任意である。実施の形態ではコンデンサユニット11は第1コンデンサC1と第2コンデンサC2の2つのコンデンサ群を有するが、コンデンサ群の数は任意である。例えば、コンデンサユニットは第1コンデンサC1のみを有してもよいし、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2に加えて、第3コンデンサを有してもよい。
コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dの構成は、上述の例に限られない。一例として、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dは、金属箔を用いたフィルムコンデンサでもよい。
伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cの個数および形状は、コンデンサ素子21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31dで生じた熱を内部で分散することができる形状であれば任意である。一例として、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cは、棒状部材で形成されてもよい。
他の一例として、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cは、U字型に折り曲げられた板状部材でもよいし、U字型に折り曲げられた棒状部材でもよい。他の一例として、伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cは、内部に形成された流路に冷媒が封入されている板状部材でもよい。
伝熱部材22a,22b,22c,32a,32b,32cが設けられる位置は、上述の例に限られない。一例として、上述の位置に加えて、コンデンサ素子21dにのみ隣接した位置、具体的には、コンデンサ素子21dのX軸正方向に向く面に隣接した位置に伝熱部材が設けられてもよい。他の一例として、第1導体23aとコンデンサ素子21aのX軸負方向に向く面との間に伝熱部材が設けられてもよい。
放熱器28の形状は、受熱ブロック27から伝達された熱を放熱することができる形状であれば任意である。一例として、放熱器28が有する複数のフィンは、放熱器28の近傍の空気の流れに応じて任意に変更可能である。他の一例として、放熱器28は、複数の棒状の突起を有してもよい。他の一例として、放熱器28は、ヒートパイプを有してもよいし、内部に形成された流路に冷媒が封入されている板状部材を有してもよい。
冷却部26が設けられる位置は、上述の例に限られない。具体的には、冷却部26は、筐体13の外部ではなく、筐体13の内部に設けられてもよい。この場合、冷却部26は、筐体13の内部であって、筐体13の外部の空気が流入する位置に設けられることが好ましい。
絶縁部材25を受熱ブロック27に取り付ける方法は、任意である。一例として、締結部材による締結、接着剤による接着等の取付方法によって、絶縁部材25を受熱ブロック27に取り付ければよい。
電子機器1は、3レベル電力変換装置に限られず、コンデンサユニット11を備える任意の機器である。一例として、電子機器1は、整流装置でもよい。電子機器1は、鉄道車両に限られず、自動車、船舶、航空機等の任意の移動体に搭載可能である。
負荷91は、三相誘導電動機に限られず、電子機器1から電力供給を受ける任意の機器である。例えば、負荷91は、空調機器、照明機器等である。
本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。すなわち、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、この開示の範囲内とみなされる。
1 電子機器、1a,1b端子、11,61 コンデンサユニット、12 電力変換部、13 筐体、13a 開口、21a,21b,21c,21d,31a,31b,31c,31d コンデンサ素子、22a,22b,22c,32a,32b,32c 伝熱部材、23a,33a 第1導体、23b,33b 第2導体、24a,34a 第1端子、24b,34b 第2端子、25 絶縁部材、25a,53 スリット、26 冷却部、27 受熱ブロック、27a,27b 主面、28 放熱器、29 TIM、41a 正極、41b 負極、41c,41d フィルム、50 第1剥離抑制部、51,54,71 凹部、52 貫通孔、55 凸部、62a,62b,62c 被覆部材、70 第2剥離抑制部、91 負荷、221a,221b,221c,321a,321b,321c 端部、C1 第1コンデンサ、C2 第2コンデンサ。
Claims (15)
- 互いに間隔を空けて設けられる複数のコンデンサ素子と、
前記複数のコンデンサ素子の少なくともいずれかに隣接した位置に設けられ、前記複数のコンデンサ素子の少なくともいずれかから受けた熱を内部で分散させる1つまたは複数の伝熱部材と、
前記伝熱部材の端部を露出させた状態で、前記伝熱部材および前記複数のコンデンサ素子を覆う絶縁部材と、を備え、
前記伝熱部材は、前記絶縁部材に覆われる外面において、露出している前記端部に隣接している位置に少なくとも設けられ、突出する形状および窪む形状の少なくともいずれかを有する第1剥離抑制部を有する、
コンデンサユニット。 - 前記第1剥離抑制部は、凹部を有する、
請求項1に記載のコンデンサユニット。 - 前記凹部は、前記伝熱部材を貫通する貫通孔で形成される、
請求項2に記載のコンデンサユニット。 - 前記凹部は、スリットで形成される、
請求項2に記載のコンデンサユニット。 - 前記第1剥離抑制部は、前記凹部に隣接した位置に形成される凸部をさらに有する、
請求項2から4のいずれか1項に記載のコンデンサユニット。 - 前記伝熱部材の前記端部を露出させた状態で、前記伝熱部材の外面を覆う被覆部材をさらに備え、
前記絶縁部材は、前記複数のコンデンサ素子の全体および前記被覆部材で覆われた前記伝熱部材を覆う、
請求項1から5のいずれか1項に記載のコンデンサユニット。 - 互いに間隔を空けて設けられる複数のコンデンサ素子と、
前記複数のコンデンサ素子の少なくともいずれかに隣接した位置に設けられ、前記複数のコンデンサ素子の少なくともいずれかから受けた熱を内部で分散させる1つまたは複数の伝熱部材と、
前記伝熱部材の端部を露出させた状態で、前記伝熱部材の外面を覆う被覆部材と、
前記複数のコンデンサ素子の全体および前記被覆部材で覆われた前記伝熱部材を覆う絶縁部材と、
を備えるコンデンサユニット。 - 前記被覆部材の線膨張係数は、前記伝熱部材の線膨張係数より小さく、かつ、前記絶縁部材の線膨張係数より大きい、または、前記伝熱部材の線膨張係数より大きく、かつ、前記絶縁部材の線膨張係数より小さい、
請求項6または7に記載のコンデンサユニット。 - 前記伝熱部材は、露出している前記端部から前記絶縁部材で覆われる部分に向かう方向に直交する断面において、角が丸みを帯びた多角形の形状を有する、
請求項1から8のいずれか1項に記載のコンデンサユニット。 - 前記絶縁部材から露出して設けられる第1端子および第2端子と、
前記第1端子と前記コンデンサ素子の正極とを電気的に接続する第1導体と、
前記第2端子と前記コンデンサ素子の負極とを電気的に接続する第2導体と、を備える、
請求項1から9のいずれか1項に記載のコンデンサユニット。 - 前記第1導体および前記第2導体の少なくともいずれかは、外面に設けられ、突出する形状および窪む形状の少なくともいずれかを有する第2剥離抑制部を有する、
請求項10に記載のコンデンサユニット。 - 前記伝熱部材の露出した前記端部に熱的に接続され、前記複数のコンデンサ素子から前記伝熱部材を介して伝達された熱を放熱する冷却部をさらに備える、
請求項1から11のいずれか1項に記載のコンデンサユニット。 - 前記冷却部に向く前記絶縁部材の外面にスリットが形成される、
請求項12に記載のコンデンサユニット。 - 請求項1から13のいずれか1項に記載のコンデンサユニットを備える、
電子機器。 - 請求項12または13に記載のコンデンサユニットと、
前記コンデンサユニットを介して電源から供給される電力を負荷に供給するための電力に変換し、変換した前記電力を出力する電力変換部と、
前記コンデンサユニットおよび前記電力変換部を収容する筐体と、を備え、
前記コンデンサユニットが備える前記冷却部は、前記複数のコンデンサ素子から前記1つまたは複数の伝熱部材を介して伝達された熱を、前記筐体の外部の空気に放熱する、
電子機器。
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