特開 2024-41340 コンデンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024041340

(43)【公開日】2024-03-27

(54)【発明の名称】コンデンサ

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240319BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022146091

(22)【出願日】2022-09-14

(71)【出願人】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100210240

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 友幸

(72)【発明者】

【氏名】秋山 浩慶

(72)【発明者】

【氏名】徳永 翔平

(72)【発明者】

【氏名】山本 裕加

(72)【発明者】

【氏名】小林 透典

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 優

(72)【発明者】

【氏名】沢木 勇人

(72)【発明者】

【氏名】友田 侑希

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA05

5H770AA21

5H770BA01

5H770DA03

5H770DA41

5H770FA13

5H770HA02Y

5H770PA22

5H770PA24

5H770PA41

5H770PA43

5H770QA01

5H770QA22

5H770QA28

5H770QA33

5H770QA35

(57)【要約】

【課題】冷却性能を向上させつつ組立容易性を兼ね備えたコンデンサを提供する。
【解決手段】略直方体形状のコンデンサケース３にコンデンサ素子と冷却プレート７を収納する。冷却プレート７は、コンデンサ素子と共にコンデンサケース３内に収納された本体部７ａと、コンデンサケース３から露出した端子部７ｂと、有する。コンデンサケース３内には樹脂が充填され、コンデンサ素子と冷却プレート７を絶縁した状態で固定する。直方体形状のコンデンサケース３の１つの面である接合面は、電力変換装置の筐体５に直接または伝熱部材４を介して接合させる。コンデンサケース３の接合面と反対側の面の近傍に冷却プレート７の本体部７ａを配置する。冷却プレート７の端子部７ｂと電力変換装置の筐体５とを接続する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換装置に設けられたコンデンサであって、
コンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子を収納する略直方体形状のコンデンサケースと、
前記コンデンサ素子と共に前記コンデンサケース内に収納された本体部と、前記コンデンサケースから露出した端子部と、有する冷却プレートと、
前記コンデンサケース内に充填され、前記コンデンサ素子と前記冷却プレートを絶縁した状態で固定する樹脂と、
を備え、
直方体形状の前記コンデンサケースの１つの面である接合面は、前記電力変換装置の筐体に直接または伝熱部材を介して接合させ、
前記コンデンサケースの前記接合面と反対側の面の近傍に前記冷却プレートの前記本体部を配置し、
前記冷却プレートの前記端子部と前記電力変換装置の前記筐体とを接続することを特徴とするコンデンサ。

【請求項2】

前記コンデンサケースの前記接合面と反対側の面の４つの辺において、
前記冷却プレートの前記端子部を露出させる辺と前記コンデンサ素子の電極端子を露出させる辺が異なっていることを特徴とする請求項１記載のコンデンサ。

【請求項3】

前記冷却プレートに基板取付用のスタッドを設けることを特徴とする請求項１記載のコンデンサ。

【請求項4】

前記コンデンサ素子に並列接続される放電抵抗を前記冷却プレート上に配置することを特徴とする請求項１記載のコンデンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置（インバータユニットなど）に設けられたコンデンサの冷却技術に関する。

【背景技術】

【0002】

図７に、一般的なインバータユニットの電気回路図を示す。図７に示すように、Ｐ端子とＮ端子との間にコンデンサ（例えばフィルムコンデンサ）Ｃが接続される。また、Ｐ端子とＮ端子との間にスイッチング素子Ｓｕ，Ｓｘ、スイッチング素子Ｓｖ，Ｓｙ、スイッチング素子Ｓｗ，Ｓｚが直列接続される。スイッチング素子は例えばＩＧＢＴであり、スイッチング素子Ｓｕ～Ｓｚで逆変換器（ＩＧＢＴパッケージ）１を構成している。

【0003】

逆変換器１の交流側（スイッチング素子Ｓｕ，Ｓｘの接続点、スイッチング素子Ｓｖ，Ｓｙの接続点、スイッチング素子Ｓｗ，Ｓｚの接続点）にはモータＭが接続される。また、逆変換器１とモータＭとの間には電流センサ２が設けられている。

【0004】

コンデンサＣはＤＣリンク電圧を平滑する役目を担う。また、コンデンサＣに対して並列に放電抵抗Ｒが接続される。放電抵抗Ｒは、インバータユニットの入力電源オフ時にコンデンサＣの電荷を放電させるために設けている。これにより感電事故を防止している。

【0005】

図８に従来のコンデンサＣの構成を示す。図８に示すように、コンデンサＣは直方体形状のコンデンサケース３に収納される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３－１６９０７０号公報

【特許文献2】特開２０２１－１９７８３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

コンデンサＣは常時電流が流れるため発熱部品となる。そのコンデンサＣの冷却を行うために、既存構成では熱伝導シート４をコンデンサＣの上面及び底面に配置し、さらに熱伝導シート４を介してインバータユニットの筐体５と接させることにより冷却を実現していた。この技術に関する先行文献として、特許文献１が開示されている。

【0008】

ただし、実際の発熱部はモールドされたコンデンサ内部（コンデンサ素子や内部導体）であり、発生した熱を樹脂モールド→コンデンサケース３→熱伝導シート４→インバータユニットの筐体５を介して放熱しているため十分な冷却性能が得られない。

【0009】

また、コンデンサＣは、インバータユニット内でも大型部品であるが、小型化をしようと思った際にコンデンサＣの発熱がネックとなっていた。

【0010】

以上示したようなことから、冷却性能を向上させつつ組立容易性を兼ね備えたコンデンサを提供することが課題となる。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、電力変換装置に設けられたコンデンサであって、コンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収納する略直方体形状のコンデンサケースと、前記コンデンサ素子と共に前記コンデンサケース内に収納された本体部と、前記コンデンサケースから露出した端子部と、有する冷却プレートと、前記コンデンサケース内に充填され、前記コンデンサ素子と前記冷却プレートを絶縁した状態で固定する樹脂と、を備え、直方体形状の前記コンデンサケースの１つの面である接合面は、前記電力変換装置の筐体に直接または伝熱部材を介して接合させ、前記コンデンサケースの前記接合面と反対側の面の近傍に前記冷却プレートの前記本体部を配置し、前記冷却プレートの前記端子部と前記電力変換装置の前記筐体とを接続することを特徴とする。

【0012】

また、その一態様として、前記コンデンサケースの前記接合面と反対側の面の４つの辺において、前記冷却プレートの前記端子部を露出させる辺と前記コンデンサ素子の電極端子を露出させる辺が異なっていることを特徴とする。

【0013】

また、その一態様として、前記冷却プレートに基板取付用のスタッドを設けることを特徴とする。

【0014】

また、他の態様として、前記コンデンサ素子に並列接続される放電抵抗を前記冷却プレート上に配置することを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、冷却性能を向上させつつ組立容易性を兼ね備えたコンデンサを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】従来のコンデンサと実施形態１のコンデンサの構成を示す斜視図。

【図2】実施形態１のコンデンサにおける冷却プレートのセット方法を示す図。

【図3】実施形態１のコンデンサをインバータユニットの筐体に設置した状態を示す図。

【図4】実施形態１のコンデンサの冷却経路を示す図。

【図5】実施形態２のコンデンサの構成を示す斜視図。

【図6】実施形態３のコンデンサの構成を示す斜視図。

【図7】一般的なインバータユニットの電気回路図。

【図8】従来のコンデンサの構成示す図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本願発明におけるコンデンサの実施形態１～３を図１～図６に基づいて詳述する。

【0018】

［実施形態１］
本実施形態１では、電力変換装置に設けられるコンデンサについて説明する。図１（ａ）に既存のコンデンサを示し、図１（ｂ）に本実施形態１のコンデンサを示す。

【0019】

図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、コンデンサ素子Ｃは直方体形状のコンデンサケース３内に収納される。コンデンサケース３からコンデンサ素子の電極端子６が露出する。

【0020】

本実施形態１のコンデンサは、図１（ｂ）に示すように、コンデンサケース３内部にコンデンサ素子Ｃと冷却プレート７を配置し、一体成型している。冷却プレート７は、略平板形状であり、コンデンサ素子Ｃと共にコンデンサケース３内に収納された本体部７ａと、コンデンサケース３から露出した端子部７ｂと、有する。

【0021】

図１（ｂ）、図２に示すように、コンデンサケース３内にコンデンサ素子Ｃと冷却プレート７を配置した状態で樹脂が充填され、コンデンサ素子Ｃの電極端子（Ｐ端子、Ｎ端子）６と冷却プレート７を電気的に絶縁した状態で固定する。

【0022】

図３に示すように、インバータユニットの筐体５の上にコンデンサケース３が載置される。コンデンサケース３とインバータユニットの筐体５との間には伝熱部材（例えば熱伝導シート、以下熱伝導シートと称する）４が設けられる。熱伝導シート４は省略してもよい。すなわち、直方体形状のコンデンサケース３の１つの面である接合面は、インバータユニットの筐体５に直接または熱伝導シート４を介して接合させ、接合面と反対側の面の近傍に冷却プレート７の本体部７ａを配置する。なお、本明細書において、接合面と反対側の面の「近傍」とは、コンデンサケース３の上半分側とする。

【0023】

インバータユニットの筐体５は４本の円柱部８を立設している。この円柱部８にはネジ孔が形成されている。冷却プレート７の端子部７ｂと筐体５の円柱部８とをねじ９等により固定する。

【0024】

また、コンデンサケース３の接合面と反対側の面（開口面）は四角形を形成する４辺から成る。コンデンサケース３の開口面の４辺のうち、冷却プレート７の端子部７ｂは、コンデンサＣの電極端子６が露出する辺（２つの辺）とは異なる辺（２つの辺）から露出させている。

【0025】

以下、図４に基づいてコンデンサの冷却方法について説明する。

【0026】

冷却プレート７を配置することで、コンデンサＣの内部（コンデンサ素子や内部導体）で発生した熱は、図４に示すように、樹脂モールド（近距離）→冷却プレート７→インバータユニットの筐体５を介して放熱する。

【0027】

従来構成では、コンデンサ内部で発生した熱は、樹脂モールド（遠距離）→コンデンサケース３→熱伝導シート４→インバータユニットの筐体５を介して放熱される。

【0028】

そのため、従来構成より冷却経路が短くなり（樹脂モールドの距離及びコンデンサケース３を省略）、かつ、冷却能力の高い冷却プレート７（熱伝導率の高い材質）を介することで効率よくインバータユニットの筐体５へ熱を排出することができる。

【0029】

また、図３では、コンデンサケース３の上面側は冷却プレート７を設置することで冷却し、コンデンサケース３の底面側は熱伝導シート４を介してインバータユニットの筐体５と接合することで冷却している。このように、コンデンサＣの反対側の面各々に冷却機構を設けることで、コンデンサＣを効率よく冷却できる。

【0030】

さらに、冷却プレート７の端子部７ｂとコンデンサＣの電極端子６は、コンデンサケース３の開口面の異なる辺から露出している。これにより、インバータユニットの筐体５に対しての冷却プレート７の端子部７ｂの取付構造の設計および取付作業が容易となる。

【0031】

以上示したように、本実施形態１によれば、コンデンサＣと冷却構造を一体しているため、コンデンサケース３の上面側の冷却時に、熱伝導シート４等の放熱機構を外部に追加する必要がない。

【0032】

インバータユニットの組み立て時、冷却プレート７の端子部７ｂの固定のみであり、熱伝導シート４等の貼付工程を削減できるため、組立が容易となる。

【0033】

コンデンサＣの内部に冷却機構（冷却プレート７）を有することで、内部を積極的に冷却でき、冷却能力が向上する。

【0034】

そのため、冷却能力を向上させつつ組立容易性を兼ね備えたコンデンサを提供することが可能となる。

【0035】

［実施形態２］
本実施形態２のコンデンサは、図５（ａ）に示すように、実施形態１の構成に加え、冷却プレート７にスタット１０を設け、スタット１０の一部をコンデンサケース３の外側に露出させる。例えば、図５（ａ）に示すように、冷却プレート７の四隅に４つのスタット１０を立設させる。スタット１０にはネジ孔が設けられる。

【0036】

そして、図５（ｂ）に示すように、例えば、インバータユニット内のスイッチング素子（ＩＧＢＴ等）のスイッチング動作の制御等を行う制御基板１１をスタット１０にネジ止めする。なお、制御基板１１以外の部品をスタット１０にネジ止めする構成としてもよい。

【0037】

本実施形態２はこのような構成により、実施形態１と同様の作用効果を奏する。

【0038】

また、コンデンサＣの上部に部品（制御基板１１）を配置することが可能となり、小型化を図ることが可能となる。

【0039】

また、冷却プレート７によりコンデンサＣのみだけでなく、コンデンサＣの上部に配置した部品（制御基板１１）で発生した熱もスタット１０と冷却プレート７にて排熱することが可能となる。

【0040】

また、コンデンサＣが発生するノイズを冷却プレート７により遮断することが可能となる。これにより、制御基板１１のノイズ誤動作を低減でき、耐ノイズ性能の向上を図ることが可能となる。
［実施形態３］
本実施形態３のコンデンサは、図６に示すように実施形態１の構成に加え、冷却プレート７に放電抵抗Ｒを取り付ける構成である。

【0041】

図６に示すように、冷却プレート７上に放電抵抗Ｒを配置する。この放電抵抗Ｒは冷却プレート７と共に樹脂充填により固定される。

【0042】

本実施形態３はこのような構成により、実施形態１と同様の作用効果を奏する。

【0043】

従来、コンデンサＣ及び放電抵抗Ｒは別体構成で、それぞれ冷却が必要であった。図６に示すように、本実施形態３はコンデンサＣと放電抵抗Ｒを一体構成とすることで冷却部を共有化でき、冷却構造を統一することが可能となる。

【0044】

また、放電抵抗ＲがコンデンサＣの構成部品の一部となるため、別途放電抵抗Ｒの組立が不要となり、工程を削減でき、ユニット組立が容易となる。

【0045】

さらに、コンデンサＣと放電抵抗Ｒとを接続するハーネスが不要となる。

【0046】

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

【符号の説明】

【0047】

Ｃ…コンデンサ
Ｒ…放電抵抗
Ｓｕ～Ｓｚ…スイッチング素子
１…逆変換器
２…電流センサ
３…コンデンサケース
４…熱伝導シート（伝熱部材）
５…インバータユニット（電力変換装置）の筐体
６…電極端子
７…冷却プレート
７ａ…本体部
７ｂ…端子部
８…円柱部
９…ねじ
１０…スタット
１１…制御基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】