JP2022178839A - コンデンサの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサ内部のコンデンサ素子で発生する熱を、効率よく、冷却することが可能なコンデンサの冷却構造を提供する。【解決手段】複数のコンデンサ素子３ａ，３ｂと、コンデンサ素子３ａ，３ｂを並列させて収容するコンデンサケース２と、コンデンサ素子３ａ，３ｂに電気的に接続されるバスバー４とを備え、コンデンサ素子３ａ，３ｂで発生する熱をコンデンサケース２の外部に放散して、コンデンサ素子３ａ，３ｂの温度を低下させるコンデンサの冷却構造において、全てのコンデンサ素子３ａ，３ｂに対して電気的に絶縁されるとともに、隣接して並列する二つのコンデンサ素子３ａ，３ｂの間に挟まれて、それら二つのコンデンサ素子３ａ，３ｂに熱伝達可能なように配置された冷却板６を設ける。【選択図】図５

Description

この発明は、例えば、インバータやコンバータなどの電力変換装置に用いられるコンデンサの温度を低下させる、もしくは、温度の上昇を抑制するコンデンサの冷却構造に関するものである。

特許文献１には、インバータやコンバータなどの電力変換装置に用いられるコンデンサの取り付け構造であって、複数個のコンデンサを良好に冷却するとともに、実装密度を向上させることを目的とするコンデンサの取り付け構造に関する発明が記載されている。この特許文献１に記載されたコンデンサの取り付け構造では、複数個のコンデンサが並列に配置されるとともに、隣合うコンデンサ同士の間に、コンデンサ取り付け部材が配置されている。コンデンサ取り付け部材は、コンデンサに密着するように挟み込まれた状態で、コンデンサに取り付けられている。そして、コンデンサ取り付け部材は、放熱用のヒートシンク等に固定されており、コンデンサで発生する熱が、コンデンサ取り付け部材を介して、ヒートシンク等に伝わるように構成されている。

特開２００６－１２９４８号公報

上記の特許文献１に記載されたコンデンサの取り付け構造では、複数のコンデンサを並べて配置し、隣り合うコンデンサ同士の間に挟み込んで取り付けたコンデンサ取り付け部材とヒートシンクとを熱的に接続している。それにより、コンデンサの実装密度の向上と冷却性能の向上との両立を図っている。特許文献１に記載されたコンデンサのように、電力変換装置に用いられるコンデンサ（例えば、平滑コンデンサやフィルタコンデンサ）は、要求される静電容量が大きいため、通常、複数個の素子（コンデンサ素子）が並列に配置されている。コンデンサの種類としては、フィルムコンデンサが多く採用されている。フィルムコンデンサのコンデンサ素子は、金属の電極を蒸着させたプラスチックフィルム（誘電体）を、ロール状に巻き込んで形成されている。蒸着される金属製の電極は、湿度の影響を受けて劣化しやすい。そのため、フィルムコンデンサのコンデンサ素子は、ケースに収容され、例えば、エポキシ樹脂やウレタン樹脂などによるポッティング加工が施されている。

上記のようなフィルムコンデンサを採用して、特許文献１に記載されているようなコンデンサの取り付け構造を構成した例を、図１、図２に示してある。この従来技術によるコンデンサの取り付け構造１００では、複数のコンデンサ（フィルムコンデンサ）１０１が並列に配置されている。図１に示す例では、二つのコンデンサ１０１が並列に配置されている。コンデンサ１０１は、コンデンサケース１０２、コンデンサ素子１０３、および、ポッティング材１０４から構成されている。具体的には、樹脂製のコンデンサケース１０２の中に、並列する二つのコンデンサ素子１０３が収容されている。ポッティング材１０４は、例えば、エポキシ樹脂が用いられ、コンデンサ素子１０３を収容したコンデンサケース１０２の中に充填されている。すなわち、コンデンサ素子１０３は、コンデンサケース１０２の中で、ポッティング材１０４に覆われて密閉されている。そして、取り付け構造１００では、コンデンサ取り付け部材１０５によって、コンデンサ１０１が固定されている。コンデンサ取り付け部材１０５は、例えば、不等辺山形綱（アングル）のような断面がＬ字形状の部材であり、アルミニウム合金や銅合金などの熱伝導率が高い金属材料によって形成されている。コンデンサ取り付け部材１０５は、長辺側のウェブ部１０５ａが、互いに隣接する二つのコンデンサ１０１にそれぞれ密着するように挟み込まれた状態で、それら二つのコンデンサ１０１にそれぞれ取り付けられている。コンデンサ取り付け部材１０５の短辺側のフランジ部１０５ｂは、ヒートシンク１０６に固定されている（すなわち、コンデンサ取り付け部材１０５とヒートシンク１０６とが熱的に接続されている）。

上記のように、特許文献１に記載されたコンデンサの取り付け構造は、コンデンサ１０１の冷却性能を向上させるために、熱伝導率が高い金属製のコンデンサ取り付け部材１０５を用いて、コンデンサ１０１の熱をヒートシンク１０６に逃がすように構成されている。但し、図２に矢印で示すように、コンデンサ素子１０３の内部で発生した熱は、コンデンサ取り付け部材１０５に伝達されるまでには、いずれも樹脂製のポッティング材１０４およびコンデンサケース１０２を通過しなければならない。一般に、樹脂材料は、例えば金属材料等と比較して、相対的に熱伝導率が低い。そのため、特許文献１に記載されたコンデンサの取り付け構造や、図１、図２で示す構成では、コンデンサ素子で発生した熱を、効率よく、ヒートシンクに伝達させることができず、その結果、コンデンサの冷却性能を十分に向上させることができない可能性がある。

この発明は、上記のような技術的課題に着目して考え出されたものであり、コンデンサ内部のコンデンサ素子で発生する熱を、効率よく、効果的に、冷却することが可能なコンデンサの冷却構造を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、複数の、あるいは、少なくとも二つに分割されたコンデンサ素子と、複数の前記コンデンサ素子を並列させて収容するコンデンサケースと、前記コンデンサ素子に電気的に接続される電気伝導部材とを備え、前記コンデンサ素子で発生する熱を前記コンデンサケースの外部に放散して、前記コンデンサ素子の温度を低下させる、もしくは、前記コンデンサ素子の温度の上昇を抑制するコンデンサの冷却構造において、全ての前記コンデンサ素子に対して電気的に絶縁されるとともに、隣接して並列する二つの前記コンデンサ素子の間に挟まれて、それら並列する二つの前記コンデンサ素子のそれぞれに、熱伝達可能なように配置された冷却部材を備えていることを特徴とするものである。

また、この発明は、前記コンデンサケース内で、前記コンデンサ素子および前記冷却部材ならびに前記電気伝導部材の一部を覆って密閉する被覆部材を備えていてもよく、この発明における前記冷却部材は、前記被覆部材よりも熱伝導率が高い材料で形成されていてもよい。

また、この発明における前記冷却部材は、前記コンデンサ素子に対向して、前記コンデンサ素子から熱が伝達される吸熱部と、前記吸熱部と一体に形成され、前記吸熱部から熱が伝達されるとともに、前記コンデンサケースに対向または接触して、前記コンデンサケースに熱を伝達する放熱部とを有しており、前記コンデンサ素子の熱を、前記冷却部材（すなわち、前記吸熱部および前記放熱部）を介して、前記コンデンサケースの外部に放散する（例えば、前記コンデンサ素子の熱を、前記冷却部材から前記コンデンサケースに伝達するとともに、前記コンデンサケースから前記コンデンサケースの外部に放散する、あるいは、前記コンデンサ素子の熱を、前記冷却部材から、直接、前記コンデンサケースの外部に放散する）ように構成されていてもよい。

また、この発明は、前記コンデンサケース内で、前記コンデンサ素子および前記吸熱部ならびに前記電気伝導部材の一部を覆って密閉する被覆部材を備えていてもよく、この発明における前記冷却部材は、前記被覆部材よりも熱伝導率が高い材料で形成されていてもよい。

そして、この発明における前記電気伝導部材は、前記コンデンサ素子に対向して、前記コンデンサ素子から熱が伝達される延伸部を有していてもよい。

この発明のコンデンサの冷却構造では、コンデンサケース内に収容され、コンデンサ本体の構成要素となるコンデンサ素子が、コンデンサケース内に、複数、並列に配置される。言い換えると、コンデンサ素子が、少なくとも二つに分割され、コンデンサケース内に並列して収容される。そして、この発明のコンデンサの冷却構造では、互いに隣接する二つのコンデンサ素子の間に挟み込まれ、それら二つのコンデンサ素子のそれぞれに対して熱伝達可能に配置した冷却部材が設けられている。冷却部材は、例えば、アルミニウム合金や銅合金など、相対的に熱伝導率が高い素材によって形成される。また、冷却部材は、コンデンサ素子に対して電気的に絶縁されている。そのような冷却部材を挟んでコンデンサ素子を配置することにより、コンデンサ素子で発生した熱は、コンデンサ素子から冷却部材に移動する。すなわち、冷却部材が、いわゆる“冷やし金”のように機能し、コンデンサ素子が冷却される。その結果、コンデンサ素子の中心付近に熱がとどまることなく、コンデンサ素子の内部で熱が拡散されて、コンデンサ素子の温度、特に、コンデンサ素子の中心付近の局所的な最高温度が低下する。コンデンサ素子で発生する最高温度が低下することにより、コンデンサ素子の温度が耐熱上限温度を超過してしまうことを、効果的に回避できる。したがって、この発明のコンデンサの冷却構造によれば、コンデンサケース内部のコンデンサ素子で発生する熱を、効率よく、効果的に、冷却することができる。ひいては、コンデンサの耐久性および信頼性を向上させることができる。

この発明のコンデンサの冷却構造の課題を説明するための図であって、この発明における「冷却部材」を設けていない従来の構成を示す断面図である。 この発明のコンデンサの冷却構造の課題を説明するための図であって、図１における範囲Ａの詳細を示す拡大図である。 この発明のコンデンサの冷却構造の構成を説明するための図であって、この発明で対象にするコンデンサを“平滑コンデンサ”および“フィルタコンデンサ”として用いたパワーコントロールユニット（電力変換装置）の電気回路図である。 この発明のコンデンサの冷却構造の構成を説明するための図であって、この発明で対象にするコンデンサの構成を全体的に示す斜視図である。 この発明のコンデンサの冷却構造の構成を説明するための図であって、図４における平面Ｂで切断した断面を含む斜視図である。 この発明のコンデンサの冷却構造の構成を説明するための図であって、図４における平面Ｂで切断した断面を示す断面図である。 この発明のコンデンサの冷却構造の作用効果を説明するための図であって、比較例として、この発明における「電気伝導部材の延伸部」を設けていない従来の構成を示す斜視図である。 この発明のコンデンサの冷却構造の作用効果を説明するための図であって、比較例として、この発明における「冷却部材」、および、「電気伝導部材の延伸部」をいずれも設けていない従来の構成によるコンデンサ素子の温度分布図である。 この発明のコンデンサの冷却構造の作用効果を説明するための図であって、この発明における「冷却部材」、および、「電気伝導部材の延伸部」をそれぞれ設けた構成によるコンデンサ素子の温度分布図である。 この発明のコンデンサの冷却構造の構成を説明するための図であって、この発明における「冷却部材」の他の例（断面がＬ字形状となる「放熱部」を設けた構成）を示す断面図である。 この発明のコンデンサの冷却構造の構成を説明するための図であって、この発明における「冷却部材」の他の例（断面がＴ字形状となる「放熱部」を設けた構成）を示す断面図である。

この発明の実施形態を、図を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、この発明を具体化した場合の一例に過ぎず、この発明を限定するものではない。

この発明の実施形態におけるコンデンサの冷却構造で対象にするコンデンサは、例えば、ハイブリッド車両、電気自動車、あるいは、燃料電池自動車などに搭載されるインバータやコンバータ等の電力変換装置に用いられる。一例として、図３に、ハイブリッド車両（図示せず）に搭載されるパワーコントロールユニットＰＣＵの電力変換装置（図示せず）に用いられるコンデンサ１を示してある。この図３に示すパワーコントロールユニットＰＣＵの電気回路図において、電気回路図の中央付近に組み込まれているコンデンサ１は、いわゆる“平滑コンデンサ”であり、交流電流を整流して直流電流に変換する際に、脈流を平均化して、ハイブリッド車両に供給する電圧の変動を抑制する。一方、図３の電気回路図の左側に組み込まれているコンデンサ１は、いわゆる“フィルタコンデンサ”であり、ハイブリッド車両の電源電圧を昇圧する際に発生するリプル電流を除去する。前述したように、ハイブリッド車両等の電力変換装置に用いられる“平滑コンデンサ”や“フィルタコンデンサ”は、いずれも、小型化、かつ、高耐電圧化が要求される。そのため、それら“平滑コンデンサ”および“フィルタコンデンサ”には、“フィルムコンデンサ”が多く採用されている。“フィルムコンデンサ”は、例えば、樹脂によるポッティング加工が施されるため、構造的に内部の熱が外部に放出されにくい。また、上記のような“平滑コンデンサ”や“フィルタコンデンサ”は、いずれも、定格電圧および定格電流が大きいため、コンデンサ内部の発熱量が大きい。そのため、コンデンサ１の温度を低下させる、あるいは、コンデンサ１の発熱を抑制すること、すなわち、コンデンサ１の冷却性能を向上させることが肝要である。

そこで、この発明の実施形態におけるコンデンサの冷却構造は、後述する“冷却部材”を設け、コンデンサ１で発生する熱を効率よく外部に放出して、コンデンサ１の冷却性能を向上させるように構成されている。

図４、図５、図６に、この発明の実施形態におけるコンデンサの冷却構造を適用したコンデンサ１の一例を示してある。図４、図５、図６に示すコンデンサ１は、主要な構成要素として、コンデンサケース２、複数のコンデンサ素子３、バスバー（電気伝導部材）４、ポッティング材（被覆部材）５、および、冷却板（冷却部材）６を備えている。なお、図５、図６は、図４に示すコンデンサ１を、図４における平面Ｂで切断した断面を示している。

コンデンサケース２は、コンデンサ１の外殻を形成するものであり、後述する複数のコンデンサ素子３を並列させて収容している。コンデンサケース２は、内部のコンデンサ素子３を保護するため、また、コンデンサ素子３と外部との電気的な絶縁性を確保するために、例えば、ＰＰＳ（ポリ・フェニレン・サルファイド）樹脂を材料にして形成されている。コンデンサケース２は、例えば、アルミシートのような熱伝導率が高い放熱シート７を介して、例えば、インバータケース８のような、外部の構造物に固定されている。

コンデンサ素子３は、コンデンサ１の中核となる構成要素であり、コンデンサ１の機能を担っている。この発明の実施形態におけるコンデンサ１は、コンデンサケース２内に並列させた複数のコンデンサ素子３を有している。言い換えると、少なくとも二つに分割されたコンデンサ素子３によって、コンデンサ１が構成されている。図５、図６に示す実施形態では、第１コンデンサ素子３ａ、および、第２コンデンサ素子３ｂの、二つのコンデンサ素子３が設けられている。言い換えると、コンデンサ素子３は、第１コンデンサ素子３ａと第２コンデンサ素子３ｂとに分割して構成されている。後述するように、第１コンデンサ素子３ａ、および、第２コンデンサ素子３ｂは、それぞれ、コンデンサケース２内で、冷却板６を挟み込んで、並列して配置されている。

バスバー４は、この発明の実施形態における“電気伝導部材”に相当する部材であり、複数のコンデンサ素子３に部分的に接触して配置され、それら複数のコンデンサ素子３に電気的に接続されている。すなわち、バスバー４は、複数のコンデンサ素子３を互いに電気的に接続している。それと同時に、バスバー４は、複数のコンデンサ素子３と、パワーコントロールユニットＰＣＵの電気回路（図示せず）とを電気的に接続している。図４に示す実施形態では、Ｐ電極側のバスバー４ａ、および、Ｎ電極側のバスバー４ｂの、二つのバスバー４が設けられている。それらバスバー４ａ，４ｂにより、第１コンデンサ素子３ａと第２コンデンサ素子３ｂとが電気的に接続されている。それとともに、第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂと、パワーコントロールユニットＰＣＵの電気回路とが電気的に接続されている。

また、バスバー４は、上記のように“電気伝導部材”であり、例えば、銅（タフピッチ銅、無酸素銅）や、アルミニウム合金等を材料にして形成されている。したがって、バスバー４は、電気伝導率が良好であるとともに、熱伝導率も相対的に大きい金属材料によって形成されている。この発明の実施形態では、そのような熱伝導率が大きいバスバー４の特性を利用し、コンデンサ素子３で発生する熱を、バスバー４からコンデンサケース２の外部に放出するように構成されている。そのために、バスバー４は、延伸部４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆを有している。

図４、図５、図６に示すように、Ｐ電極側のバスバー４ａに、延伸部４ｃ，４ｄが形成されている。延伸部４ｃは、第１コンデンサ素子３ａの外側（図５、図６の左側）の側面３ｃに対向して、側面３ｃに密着するように配置されている。したがって、第１コンデンサ素子３ａの側面３ｃから、バスバー４ａの延伸部４ｃに熱が伝達される。延伸部４ｄは、第１コンデンサ素子３ａの前面３ｄおよび第２コンデンサ素子３ｂの前面（図示せず）に対向して、それら前面３ｄおよび第２コンデンサ素子３ｂの前面にそれぞれ密着するように配置されている。したがって、第１コンデンサ素子３ａの前面３ｄおよび第２コンデンサ素子３ｂの前面から、それぞれ、バスバー４ａの延伸部４ｄに熱が伝達される。延伸部４ｃ，４ｄに伝達された熱は、それぞれ、バスバー４ａの本体を伝わり、バスバー４ａの接続部４ｇから、例えば、電気回路内のパワー半導体（図示せず）の冷却器（図示せず）に伝達される。すなわち、バスバー４ａによって、第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂが冷却される。

同様に、図４、図５、図６に示すように、Ｎ電極側のバスバー４ｂに、延伸部４ｅ，４ｆが形成されている。延伸部４ｅは、第２コンデンサ素子３ｂの外側（図５、図６の右側）の側面３ｅに対向して、側面３ｅに密着するように配置されている。したがって、第２コンデンサ素子３ｂの側面３ｅから、バスバー４ｂの延伸部４ｅに熱が伝達される。延伸部４ｆは、第１コンデンサ素子３ａの後面（図示せず）および第２コンデンサ素子３ｂの後面（図示せず）に対向して、それら第１コンデンサ素子３ａの後面および第２コンデンサ素子３ｂの後面にそれぞれ密着するように配置されている。したがって、第１コンデンサ素子３ａの後面および第２コンデンサ素子３ｂの後面から、それぞれ、バスバー４ｂの延伸部４ｆに熱が伝達される。延伸部４ｅ，４ｆに伝達された熱は、それぞれ、バスバー４ｂの本体を伝わり、バスバー４ｂの接続部４ｈから、例えば、電気回路内のパワー半導体（図示せず）の冷却器（図示せず）に伝達される。すなわち、バスバー４ｂによって、第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂが冷却される。

図７に、上記のような延伸部４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆを設けていない従来の構成を示してある。図７に示す従来の構成と比較して、バスバー４ａ，４ｂに、それぞれ、延伸部４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆを設けることにより、当然、第１コンデンサ素子３ａとバスバー４ａとの間の接触面積、および、第２コンデンサ素子３ｂとバスバー４ｂとの間の接触面積が増加する。そのため、第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂからバスバー４ａ，４ｂに伝達される熱量が増大する。したがって、バスバー４ａ，４ｂに延伸部４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆを設けることにより、コンデンサ素子３の冷却性能を向上させることができる。なお、図７は、この発明の実施形態におけるコンデンサの冷却構造を適用しない、従来技術の構成を示す図であるが、この発明の実施形態に対する比較例として、この発明の実施形態におけるコンデンサの冷却構造と同じ構成、あるいは、この発明の実施形態におけるコンデンサの冷却構造の各部の構成に相当する構成については、上記の図４、図５、図６で用いたこの発明の実施形態におけるコンデンサ１の各部の構成と同じ参照符号を付けてある。

ポッティング材５は、この発明の実施形態における“被覆部材”に相当する部材であり、コンデンサケース２内で、コンデンサ素子３、および、バスバー４の一部、ならび、後述する冷却板（冷却部材）６を覆って密閉している。バスバー４の一部は、バスバー４がコンデンサケース２から出ている箇所を除いた部分、すなわち、バスバー４ａの接続部４ｇを除いた部分、および、バスバー４ｂの接続部４ｈを除いた部分である。ポッティング材５は、上記のように、コンデンサケース２内で、コンデンサ素子３、および、バスバー４の一部、ならび、冷却板６を密閉するための、いわゆるポッティング加工で用いられるものであり、例えば、エポキシ樹脂やウレタン樹脂等を材料にして形成されている。

冷却板６は、この発明の実施形態における“冷却部材”に相当する板状の部材であり、隣接して並列する二つのコンデンサ素子３の間に挟まれて、それら隣接して並列する二つのコンデンサ素子３のそれぞれに、熱伝達可能なように、配置されている。図５、図６に示す実施形態では、隣接して並列する第１コンデンサ素子３ａと第２コンデンサ素子３ｂとの間に挟まれて、第１コンデンサ素子３ａの内側（図５、図６の右側）の側面３ｆに対向し、かつ、第２コンデンサ素子３ｂの内側（図５、図６の左側）の側面３ｇに対向するように配置されている。したがって、冷却板６は、それら第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂのそれぞれに対して、側面３ｆおよび側面３ｇからそれぞれ熱が伝達されるように配置されている。また、冷却板６は、全てのコンデンサ素子３に対して、電気的に絶縁されている。すなわち、図５、図６に示す実施形態では、冷却板６は、第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂに対して、電気的に絶縁されている。上記のように、冷却板６は、樹脂材料を用いたポッティング加工によって、コンデンサ素子３に対して電気的に絶縁されている。それと同時に、冷却板６は、バスバー４や、その他の部材に対しても、電気的に絶縁されている。そして、冷却板６は、上記のような樹脂製のポッティング材（被覆部材）５よりも、熱伝導率が高い材料によって形成されている。例えば、冷却板６は、アルミニウム合金や銅合金等の金属を材料にして形成されている。

この発明の実施形態におけるコンデンサ１は、コンデンサケース２内で、コンデンサ素子３が樹脂製のポッティング材５によって覆われている。前述したように、樹脂材料は、相対的に熱伝導率が低いので、コンデンサ素子３で発生した熱は、ポッティング材５を通過しにくい。そのため、従来の構成では、コンデンサ素子３内部の中心付近で熱が滞留しやすい。コンデンサ素子３の中心付近で熱が滞留してしまうと、コンデンサ素子３の表面から熱が放出されにくくなり、その結果、コンデンサ１の冷却性能が低下してしまう。そこで、この発明の実施形態では、上記のように、コンデンサ素子３を、第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂの少なくとも二つに分割して構成し、それら分割した二つの第１コンデンサ素子３ａと第２コンデンサ素子３ｂとの間に、冷却板６を設けている。第１コンデンサ素子３ａと第２コンデンサ素子３ｂとの間に、金属製で熱伝導率が高い冷却板６を配置することにより、第１コンデンサ素子３ａの内部、および、第２コンデンサ素子３ｂの内部で発生した熱が、それぞれ、冷却板６に伝達される。すなわち、冷却板６が、いわゆる“冷やし金”のように機能し、コンデンサ素子３が冷却される。理論上、冷却板６の温度が上昇して、コンデンサ素子３の内部の温度と平衡状態になるまで、コンデンサ素子３の熱が冷却板６に伝達される。冷却板６の熱は、ポッティング材５、コンデンサケース２、および、放熱シート７を介して、インバータケース８に伝達される。すなわち、冷却板６によって、コンデンサ素子３が冷却される。

図８に、前述の図７で示した従来の構成におけるコンデンサ素子３（第１コンデンサ素子３ａ、第２コンデンサ素子３ｂ）の発熱時の温度分布を示してある。図８の温度分布図における点Ｃ_１が、第１コンデンサ素子３ａの温度が最高になる部位であり、図８の温度分布図における点Ｃ_２で示す部位が、第２コンデンサ素子３ｂの温度が最高になる部位である。この図８の温度分布図に示すように、従来の構成では、コンデンサ素子３全体としての中心付近で、コンデンサ素子３の温度が高くなっている。そのため、コンデンサ素子３の周辺に配置されているコンデンサケース２やバスバー４に対してコンデンサ素子３の熱が伝達されにくく、コンデンサ素子３の冷却性能は芳しくない。

これに対して、上記の図４、図５、図６で示すこの発明に実施形態におけるコンデンサ１におけるコンデンサ素子３（第１コンデンサ素子３ａ、第２コンデンサ素子３ｂ）の発熱時の温度分布を、図９に示してある。図９の温度分布図における点Ｄ_１が、第１コンデンサ素子３ａの温度が最高になる部位であり、図９の温度分布図における点Ｄ_２で示す部位が、第２コンデンサ素子３ｂの温度が最高になる部位である。この図９の温度分布図に示すように、この発明に実施形態におけるコンデンサ１では、冷却板６によって第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂが冷却されるため、第１コンデンサ素子３ａの内部および第２コンデンサ素子３ｂの内部で、それぞれ、熱が拡散され、それら第１コンデンサ素子３ａの内部の温度分布および第２コンデンサ素子３ｂの内部の温度分布が、いずれも、緩やかになっている。また、点Ｄ_１および点Ｄ_２で発生しているコンデンサ素子３の最高温度は、上記の図８で示した点Ｃ_１および点Ｃ_２で発生しているコンデンサ素子３の最高温度よりも、それぞれ、１０％程度低下している。したがって、図４、図５、図６で示すこの発明に実施形態におけるコンデンサ１では、コンデンサ素子３の中心付近に滞留する熱が拡散されて、コンデンサ素子３の周辺に配置されているコンデンサケース２やバスバー４に対してコンデンサ素子３の熱が伝達されやすくなる。そのため、冷却性能が良好なコンデンサ１を構成することができる。

図１０、図１１に、この発明の実施形態における“冷却部材”の他の構成例を示してある。なお、以下の図１０、図１１で図示して説明するコンデンサ１において、上述した図４、図５、図６で示したコンデンサ１と構成や機能が同じ部材もしくは部品等については、図４、図５、図６で用いた参照符号と同じ参照符号を付けてある。

図１０に示す冷却板１１は、この発明の実施形態における“冷却部材”に相当する断面がＬ字形状の部材であり、吸熱部１１ａ、および、放熱部１１ｂを有している。なお、冷却板１１、すなわち、吸熱部１１ａ、および、放熱部１１ｂは、いずれも、上述した冷却板６と同様に、全てのコンデンサ素子３に対して、電気的に絶縁されている。すなわち、図１０に示す実施形態では、吸熱部１１ａ、および、放熱部１１ｂは、いずれも、第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂに対して、電気的に絶縁されている。それと同時に、吸熱部１１ａ、および、放熱部１１ｂは、いずれも、バスバー４や、その他の部材に対して、電気的に絶縁されている。そして、吸熱部１１ａ、および、放熱部１１ｂは、いずれも、前述したような樹脂製のポッティング材（被覆部材）５よりも、熱伝導率が高い材料によって形成されている。例えば、吸熱部１１ａ、および、放熱部１１ｂは、いずれも、アルミニウム合金や銅合金等の金属を材料にして形成されている。

吸熱部１１ａは、隣接して並列する二つのコンデンサ素子３の間に挟まれ、それら隣接して並列する二つのコンデンサ素子３のそれぞれに対向して、それら二つのコンデンサ素子３から熱が伝達される。図１０に示す実施形態では、吸熱部１１ａは、隣接して並列する第１コンデンサ素子３ａと第２コンデンサ素子３ｂとの間に挟まれて、第１コンデンサ素子３ａの内側（図１０の右側）の側面３ｆに対向し、かつ、第２コンデンサ素子３ｂの内側（図１０の左側）の側面３ｇに対向するように配置されている。したがって、吸熱部１１ａは、それら第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂのそれぞれに対して、側面３ｆおよび側面３ｇからそれぞれ熱が伝達されるように配置されている。

放熱部１１ｂは、上記の吸熱部１１ａと一体に形成され、吸熱部１１ａから熱が伝達されるとともに、コンデンサケース２に対向または接触して、コンデンサケース２に熱を伝達する。吸熱部１１ａおよび放熱部１１ｂは、いずれも、板状に形成されており、それぞれの端部が直角に突き合わされて、それら吸熱部１１ａと放熱部１１ｂとが一体に形成されている。したがって、図１０に示す実施形態では、冷却板１１は、断面がＬ字形状の部材になっている。また、図１０に示す実施形態では、放熱部１１ｂは、コンデンサケース２に埋め込まれて配置されるとともに、コンデンサケース２の板厚部分を貫通して、インバータケース８に接触している。すなわち、放熱部１１ｂは、コンデンサケース２に接触するとともに、インバータケース８にも接触し、それらコンデンサケース２およびインバータケース８に熱を伝達する。すなわち、コンデンサ素子３の熱は、冷却板１１からコンデンサケース２に伝達されるとともに、コンデンサケース２からコンデンサケース２の外部に放散される。あるいは、コンデンサ素子３の熱は、冷却板１１から、直接、コンデンサケース２の外部に放散される。

したがって、この発明の実施形態における“冷却部材”を、上記の冷却板１１のように構成することにより、上述した冷却板６と同様に、吸熱部１１ａによって第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂを冷却する。それとともに、それら第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂから吸収した吸熱部１１ａの熱を、放熱部１１ｂから、コンデンサケース２、および、外部のインバータケース８などに伝達することができる。すなわち、第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂから吸収した熱を、コンデンサケース２の外部に放散することができる。そのため、第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂを、効率よく、効果的に、冷却することができる。

図１１に示す冷却板１２は、この発明の実施形態における“冷却部材”に相当する断面がＴ字形状の部材であり、吸熱部１２ａ、放熱部１２ｂ、および、放熱部１２ｃを有している。なお、冷却板１２、すなわち、吸熱部１２ａ、放熱部１２ｂ、および、放熱部１２ｃは、いずれも、上述した冷却板６と同様に、全てのコンデンサ素子３に対して、電気的に絶縁されている。すなわち、図１１に示す実施形態では、吸熱部１２ａ、放熱部１２ｂ、および、放熱部１２ｃは、第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂに対して、電気的に絶縁されている。それと同時に、吸熱部１２ａ、放熱部１２ｂ、および、放熱部１２ｃは、いずれも、バスバー４や、その他の部材に対して、電気的に絶縁されている。そして、吸熱部１２ａ、放熱部１２ｂ、および、放熱部１２ｃは、いずれも、前述したような樹脂製のポッティング材（被覆部材）５よりも、熱伝導率が高い材料によって形成されている。例えば、吸熱部１２ａ、放熱部１２ｂ、および、放熱部１２ｃは、いずれも、アルミニウム合金や銅合金等の金属を材料にして形成されている。

吸熱部１２ａは、隣接して並列する二つのコンデンサ素子３の間に挟まれ、それら隣接して並列する二つのコンデンサ素子３のそれぞれに対向して、それら二つのコンデンサ素子３から熱が伝達される。図１１に示す実施形態では、吸熱部１２ａは、隣接して並列する第１コンデンサ素子３ａと第２コンデンサ素子３ｂとの間に挟まれて、第１コンデンサ素子３ａの内側（図１１の右側）の側面３ｆに対向し、かつ、第２コンデンサ素子３ｂの内側（図１１の左側）の側面３ｇに対向するように配置されている。したがって、吸熱部１２ａは、それら第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂのそれぞれに対して、側面３ｆおよび側面３ｇからそれぞれ熱が伝達されるように配置されている。

放熱部１２ｂ、および、放熱部１２ｃは、いずれも、上記の吸熱部１２ａと一体に形成され、吸熱部１２ａから熱が伝達されるとともに、コンデンサケース２に対向または接触して、コンデンサケース２に熱を伝達する。吸熱部１２ａ、放熱部１２ｂ、および、放熱部１２ｃは、いずれも、板状に形成されており、吸熱部１２ａの端部に対して、放熱部１２ｂ、および、放熱部１２ｃのそれぞれの端部が、いずれも、直角に突き合わされて、それら吸熱部１２ａと放熱部１２ｂと放熱部１２ｃとが一体に形成されている。したがって、図１１に示す実施形態では、冷却板１２は、断面がＴ字形状の部材になっている。また、図１１に示す実施形態では、放熱部１２ｂ、および、放熱部１２ｃは、いずれも、コンデンサケース２に埋め込まれて配置されるとともに、コンデンサケース２の板厚部分を貫通して、インバータケース８に接触している。すなわち、放熱部１２ｂ、および、放熱部１２ｃは、いずれも、コンデンサケース２に接触するとともに、インバータケース８にも接触し、それらコンデンサケース２およびインバータケース８に熱を伝達する。すなわち、コンデンサ素子３の熱は、冷却板１２からコンデンサケース２に伝達されるとともに、コンデンサケース２からコンデンサケース２の外部に放散される。あるいは、コンデンサ素子３の熱は、冷却板１２から、直接、コンデンサケース２の外部に放散される。

したがって、この発明の実施形態における“冷却部材”を、上記の冷却板１２のように構成することにより、上述した冷却板６と同様に、吸熱部１２ａによって第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂを冷却する。それとともに、それら第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂから吸収した吸熱部１２ａの熱を、放熱部１２ｂ、および、放熱部１２ｃから、コンデンサケース２、および、外部のインバータケース８などに伝達することができる。すなわち、第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂから吸収した熱を、コンデンサケース２の外部に放散することができる。そのため、第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂを、より一層、効率よく、効果的に、冷却することができる。

以上のように、この発明の実施形態におけるコンデンサの冷却構造では、コンデンサケース２内に収容され、コンデンサ１の構成要素となるコンデンサ素子３が、コンデンサケース２内に、複数、並列に配置される。言い換えると、コンデンサ素子３が、少なくとも二つに分割され、コンデンサケース２内に並列して収容される。そして、この発明の実施形態におけるコンデンサの冷却構造では、互いに隣接する第１コンデンサ素子３ａと第２コンデンサ素子３ｂとの間に挟み込まれ、それら第１コンデンサ素子３ａおよび第２コンデンサ素子３ｂのそれぞれに対して熱伝達可能に配置した冷却板６，１１，１２が設けられている。冷却板６，１１，１２は、例えば、アルミニウム合金や銅合金など、相対的に熱伝導率が高い素材によって形成される。また、冷却板６，１１，１２は、コンデンサ素子３に対して電気的に絶縁されている。そのような冷却板６，１１，１２を挟んでコンデンサ素子３を配置することにより、コンデンサ素子３で発生した熱は、コンデンサ素子３から冷却板６，１１，１２に移動する。すなわち、冷却板６，１１，１２（特に、冷却板６、冷却板１１の吸熱部１１ａ、および、冷却板１２の吸熱部１２ａ）が、いわゆる“冷やし金”のように機能し、コンデンサ素子３が冷却される。その結果、コンデンサ素子３の中心付近に熱がにとどまることなく、コンデンサ素子３の内部で熱が拡散され、コンデンサ素子３の温度、特に、コンデンサ素子３の中心付近の局所的な最高温度が低下する。コンデンサ素子３で発生する最高温度が低下することにより、コンデンサ素子３の温度が耐熱上限温度を超過してしまうことを、効果的に回避できる。

したがって、この発明の実施形態におけるコンデンサの冷却構造によれば、コンデンサケース２内部のコンデンサ素子３で発生する熱を、効率よく、効果的に、冷却することができる。ひいては、この発明の実施形態におけるコンデンサの冷却構造を適用するコンデンサ１の耐久性および信頼性を向上させることができる。

１ コンデンサ
２ コンデンサケース
３ コンデンサ素子
３ａ（複数のコンデンサ素子の）第１コンデンサ素子
３ｂ（複数のコンデンサ素子の）第２コンデンサ素子
３ｃ（第１コンデンサ素子の外側の）側面
３ｄ（第１コンデンサ素子の）前面
３ｅ（第２コンデンサ素子の外側の）側面
３ｆ（第１コンデンサ素子の内側の）側面
３ｇ（第２コンデンサ素子の内側の）側面
４ バスバー（電気伝導部材）
４ａ（Ｐ電極側の）バスバー
４ｂ（Ｎ電極側の）バスバー
４ｃ（Ｐ電極側のバスバーの）延伸部
４ｄ（Ｐ電極側のバスバーの）延伸部
４ｅ（Ｎ電極側のバスバーの）延伸部
４ｆ（Ｎ電極側のバスバーの）延伸部
４ｇ（Ｐ電極側のバスバーの）接続部
４ｈ（Ｎ電極側のバスバーの）接続部
５ ポッティング材（被覆部材）
６ 冷却板（冷却部材）
７ 放熱シート
８ インバータケース
１１ 冷却板（冷却部材）
１１ａ（冷却板の）吸熱部
１１ｂ（冷却板の）放熱部
１２ 冷却板（冷却部材）
１２ａ（冷却板の）吸熱部
１２ｂ（冷却板の）放熱部
１２ｃ（冷却板の）放熱部
ＰＣＵ パワーコントロールユニット
１００ ［従来技術］コンデンサの取り付け構造
１０１ ［従来技術］コンデンサ（フィルムコンデンサ）
１０２ ［従来技術］コンデンサケース
１０３ ［従来技術］コンデンサ素子
１０４ ［従来技術］ポッティング材
１０５ ［従来技術］コンデンサ取り付け部材
１０５ａ［従来技術］（コンデンサ取り付け部材の）ウェブ部
１０５ｂ［従来技術］（コンデンサ取り付け部材の）フランジ部
１０６ ［従来技術］ヒートシンク

Claims (5)

1. 複数のコンデンサ素子と、複数の前記コンデンサ素子を並列させて収容するコンデンサケースと、前記コンデンサ素子に電気的に接続される電気伝導部材とを備え、前記コンデンサ素子で発生する熱を前記コンデンサケースの外部に放散して、前記コンデンサ素子の温度を低下させるコンデンサの冷却構造において、
   前記コンデンサ素子に対して電気的に絶縁されるとともに、隣接して並列する二つの前記コンデンサ素子の間に挟まれて、前記コンデンサ素子に熱伝達可能なように配置された冷却部材を備えている
   ことを特徴とするコンデンサの冷却構造。
   
2. 請求項１に記載のコンデンサの冷却構造において、
   前記コンデンサケース内で、前記コンデンサ素子および前記冷却部材ならびに前記電気伝導部材の一部を覆って密閉する被覆部材を備え、
   前記冷却部材は、前記被覆部材よりも熱伝導率が高い材料で形成されている
   ことを特徴とするコンデンサの冷却構造。
   
3. 請求項１に記載のコンデンサの冷却構造において、
   前記冷却部材は、前記コンデンサ素子に対向して、前記コンデンサ素子から熱が伝達される吸熱部と、前記吸熱部と一体に形成され、前記吸熱部から熱が伝達されるとともに、前記コンデンサケースに対向または接触して、前記コンデンサケースに熱を伝達する放熱部とを有しており、
   前記コンデンサ素子の熱を、前記冷却部材を介して、前記コンデンサケースの外部に放散する
   ことを特徴とするコンデンサの冷却構造。
   
4. 請求項３に記載のコンデンサの冷却構造において、
   前記コンデンサケース内で、前記コンデンサ素子および前記吸熱部ならびに前記電気伝導部材の一部を覆って密閉する被覆部材を備え、
   前記冷却部材は、前記被覆部材よりも熱伝導率が高い材料で形成されている
   ことを特徴とするコンデンサの冷却構造。
   
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のコンデンサの冷却構造において、
   前記電気伝導部材は、前記コンデンサ素子に対向して、前記コンデンサ素子から熱が伝達される延伸部を有している
   ことを特徴とするコンデンサの冷却構造。

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