【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンデンサ及びそれを用いた電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力変換装置、例えば直流電力を交流電力に変換するインバータ装置の直流側には、直流電力の変動を抑制するために、電界コンデンサが電気的に並列接続されている。電界コンデンサには、インバータ装置の出力電流に比例したリップル電流が流れる。これにより、電界コンデンサのケース内部では、リップル電流に応じた損失、すなわちコンデンサ素子に流れるリップル電流をＩｒ，コンデンサ素子の等価直列抵抗をＲｅとしたとき、下記数式に示す損失ｌｃが発生し、発熱する。
【０００３】
ｌｃ＝Ｉｒ２×Ｒｅ …（数１）
コンデンサ素子で発生した熱は、コンデンサ素子から、コンデンサ素子に電気的に接続されたリード端子に熱伝達されて外部に放熱される。また、コンデンサ素子で発生した熱は、コンデンサ素子から、コンデンサ素子を収納するケースに熱伝達され、さらにそれから、ケースの外表面を覆うスリーブに、また、被載置物とケースの外表面との間に設けられた底板を介して被載置物にそれぞれ熱伝達され、外部に放熱される。しかしながら、底板は塩化ビニールによって製作されている。また、底板と被載置物との間にスリーブの厚さ分だけ空気の層が介在するので、被載置物とケースとの間の熱抵抗が大きくなり、コンデンサ素子で発生した熱をケースの外部に効率良く放熱することができない。
【０００４】
そこで、従来は、例えば特許文献１に開示されているように、巻回部の巻芯として、巻芯外体内にヒートパイプを挿入した構造とし、巻回部の熱をヒートパイプを介して容器の外部に運ぶようにし、コンデンサ素子で発生した熱の放熱性を向上させている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２０４３７８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、地球環境問題について様々な分野においてその対応がなされている。例えば自動車分野においては、環境対応自動車、すなわち電動機を唯一の駆動源とする電気自動車、内燃機関と電動機とを駆動源とするハイブリッド型電気自動車などの普及により、排気ガスの排出量を低減している。環境対応自動車の電機駆動系は、直流電源から供給された直流電力を電力変換装置（インバータ装置）によって交流電力に変換し、変換した交流電力で電動機を駆動するという構成が主流である。環境対応自動車のさらなる普及にあたっては、さらなる低価格化や燃費向上などが要求されている。このため、環境対応自動車の電機駆動系に対して低価格化や小型化などが要求されており、そのコンポーネント機器である電力変換装置の低価格化や小型化などが必須とされている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された従来のものでは、ヒートパイプを用いる放熱構造を採用しているので、コンデンサ自身が高価となり、低価格化を実現する電力変換装置への採用は不向きであると考えられる。また、特許文献１に開示された従来のものでは、コンデンサ容器からヒートパイプが突出する構造であるので、コンデンサ自身が大型化となり、小型化を実現する電力変換装置への採用は不向きであると考えられる。さらに、電力変換装置内部にコンデンサを設置する場合、特許文献１に開示された従来のものでは、ヒートパイプを介してコンデンサ容器外に伝えられたコンデンサ内部の熱を電力変換装置内部に放熱することになるので、電力変換装置内部の温度上昇を抑制する手段を電力変換装置に講じる必要になり、低価格化や小型化を実現する電力変換装置への採用は不向きであると考えられる。
【０００８】
以上のことから、従来より、電力変換装置にとって好適な放熱構造を有するコンデンサの実現が課題であった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電力変換装置にとって好適な放熱構造を有するコンデンサ及びそれを用いた電力変換装置を提供する。また、本発明は、低価格でかつ大型化を招くことなく放熱性能の向上を図ることができるコンデンサ及びそれを用いた電力変換装置を提供する。さらに、本発明は、電力変換装置の放熱構造を利用して自身の放熱性能の向上を図ることができるコンデンサ及びそれを用いた電力変換装置を提供する。
【００１０】
上記コンデンサは、開口部を有するケースと、このケース内に収納されたコンデンサ素子と、ケースの開口部を封止する封口部材と、ケース内においてコンデンサ素子と電気的に接続されると共に、封口部材を貫通してケース外に突出するリード端子と、ケースの外表面の一部分に設けられると共に、ケースが載置される被載置物と接触する底板と、この底板が露出するようにケースの外表面を覆うと共に、電気的に絶縁性を有するスリーブとを有するものにおいて、電気的に絶縁性を有すると共に、熱伝導性を有する部材で底板を構成することによって達成することができる。底板は、ケースから被載置部材に向かって突出して被載置部材と接触する凸部を有する放熱シートである。
【００１１】
本発明によれば、底板と被載置物との間に空気層を介在させることなくケースと被載置物との間に放熱路を構成することができるので、ケースと被載置物との間の熱抵抗を低減することができると共に、底板の圧縮寸法をスリーブの厚さで決めることができるので、ケースと被載置物との間の熱抵抗を最小の一定の値に保持することができる。従って、本発明によれば、コンデンサの放熱性能を向上させることができる。
【００１２】
また、上記コンデンサにおいて、底板を、ケースの外表面を覆う凹形状の放熱シートとすることにより、ケースと被載置物との間の放熱面積を拡大してケースと被載置物との間の熱抵抗をさらに低減することができ、コンデンサの放熱性能をさらに向上させることができる。
【００１３】
また、上記コンデンサにおいて、底板を、ケースの外表面との接触面に粘着層を有する放熱シートとすることにより、底板をケースに設けるにあたり、粘着材を用いる必要がなくなり、粘着材による熱抵抗を低減することができ、コンデンサの放熱性能をさらに向上させることができる。
【００１４】
また、上記コンデンサにおいて、底板を、片面に金属層を有する絶縁板としてこれをケースの外表面に半田によって接続することにより、底板として放熱シートを用いた場合に比べ、底板自身の熱伝導率をさらに向上させて、ケースと被載置物との間の熱抵抗をさらに低減することができ、コンデンサの放熱性能をさらに向上させることができる。
【００１５】
また、上記コンデンサにおいて、底板をコンパウンドとすると共に、スリーブの一部分をケースと被載置物との間に配置して、ケースの外表面と被載置物との対向方向におけるコンパウンドの厚さを決定することにより、低価格な材料を用いてケースと被載置物との間の熱抵抗を低減することができ、低価格でコンデンサの放熱性能を向上させることができる。
【００１６】
上記電力変換装置は、ヒートシンクと、ヒートシンク上に絶縁基板を介して載置された半導体素子と、この半導体素子の直流側と電気的に並列接続されると共に、直流電力の変動を抑制する平滑用コンデンサと、半導体素子の動作を制御する制御回路とを有するものにおいて、平滑用コンデンサが、電気的に絶縁性を有すると共に、熱伝導性を有する底板をヒートシンクに接触させることによって達成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１，図２は、本発明の第１実施例である電界コンデンサの構成を示す。図３は、第１実施例の電界コンデンサが用いられるインバータ装置の構成を示すものであって、第１実施例の電界コンデンサをインバータ装置のヒートシンク上に搭載した状態を示す。
【００１８】
図３において２００はインバータ装置を示す。インバータ装置２００は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であり、冷却水路２４を有するヒートシンク２３と、ヒートシンク２３上に絶縁基板を介して半導体素子が載置された半導体モジュール２１と、半導体モジュール２１の半導体素子の直流側と電気的に並列接続され、かつ半導体モジュール２１の側方のヒートシンク２３上に載置され、直流電力の変動を抑制する平滑用の電解コンデンサ１００と、ヒートシンク２３に半導体モジュール２１及び電解コンデンサ１００が載置された状態でこれらを覆うインバータケース２０と、インバータケース２０の内部から外部へ突出し、半導体モジュール２１の半導体素子の直流側と外部（例えば車載用電源であるバッテリ）と電解コンデンサ１００とを電気的に接続する直流側バスバー２２と、インバータケース２０の内部から外部へ突出し、半導体モジュール２１の半導体素子の交流側と外部（例えば車両の駆動源である交流電動機）とを電気的に接続する交流側バスバー２６と、インバータケース２０の内部において半導体モジュール２１の上方に配置され、半導体モジュール２１の半導体素子の動作を制御する制御回路２５とを備え構成されている。
【００１９】
ヒートシンク２３は、アルミニウムなどの熱伝導性部材によって形成された放熱部材である。絶縁基板はセラミックス製のものであり、その両面に導電パターンが設けられている。半導体素子は、ＭＯＳ−ＦＥＴ，ＩＧＢＴなどのスイッチグ素子である。このように構成されたインバータ装置２００では、半導体素子の動作によって生じた熱が絶縁基板を介してヒートシンク２３に熱伝達され、冷却水路２４を流れる冷却水と熱交換される。また、ヒートシンク２３上に電解コンデンサ１００も載置されているので、電解コンデンサ１００で発生した熱も熱伝達されるようになっている。
【００２０】
電界コンデンサ（蓄電装置或いは静電容量装置と呼ばれる場合もある）１００は、円筒の中心軸一方端に開口部を有する円筒状のケース２（或いは円筒状の容器という）と、ケース２内に収納されたコンデンサ素子１（或いは静電容量素子という）と、ケース２の開口部を封止する封口板５（或いは封口部材又は封止部材という）と、ケース２内においてコンデンサ素子１と電気的に接続されたリード部材３と、リード部材３と電気的に接続され、封口板５を貫通してケース２の外部に突出する端子部材４と、ケース２の外表面の一部分（本実施例では、ケース２のヒートシンク２３への載置面である底面）に設けられ、ケース２が載置されるヒートシンク２３と接触し、かつ電気的絶縁性と熱伝導性を有する部材で構成された底板１０と、底板１０が露出するようにケース２の外表面を覆う（本実施例では、封口板５の一部分（周縁）を含むケース２の一方端と、底板１０の一部分（周縁）を含むケース２の他方端とを含んでケース２の周壁面を覆う）と共に、電気的に絶縁性を有するスリーブ７（或いは掩蔽部材という）とを備え構成されている。
【００２１】
コンデンサ素子１は、陽極箔と陰極箔との間に、絶縁紙であるセパレータを介して巻きこみ、電解液を染み込ませた券回部材である。本実施例ではコンデンサ素子１として電解コンデンサ素子を例示したが、フィルムコンデンサ素子を適用してもよい。ケース２はアルミニウムなどの熱伝導性部材製であり、陰極と同電位である。リード部材３は、コンデンサ素子１の陽極と端子部材４の正極側とを電気的に接続するものと、コンデンサ素子１の陰極と端子部材４の負極側とを電気的に接続するものとからなる。リード部材３と端子部材４とを纏めてリード端子という場合もある。
【００２２】
底板１０は、ケース２からヒートシンク２３に向かってスリーブ７の厚みよりも大きく突出すると共に、ヒートシンク２３の載置面に接触する凸部を有するものであり、シリコンを含有した高熱伝導材料から形成された、弾性を有する放熱シートである。
【００２３】
電解コンデンサ１００は、図２に示すように、直流側バスバー２２に固定され、ヒートシンク２３に一定の圧力で押し付けられる構成となっている。このように、電解コンデンサ１００をヒートシンク２３へ押し付けることにより、底板１０は、スリーブ７の外表面からヒートシンク２３側に突出している分が圧縮されてヒートシンク２３に接触する。すなわち底板１０の圧縮しろはほぼスリーブ７の厚さによって決められるので、底板１０には常に同じ圧力がかかり続け、許容範囲以上の圧力が印加されることはない。従って、本実施例では、印加圧力のアンバランスの度合いによって底板１０が裂け、高圧電源系の電流がリークすることを抑制することができる。
【００２４】
電界コンデンサ１００のケース２の内部では、リップル電流に応じた損失が発生して発熱する。コンデンサ素子１で発生した熱の一部は、コンデンサ素子１からリード部材３，端子部材４に熱伝達されて外部に放熱される。また、コンデンサ素子１で発生した熱の一部はコンデンサ素子１からケース２に熱伝達され、これからスリーブ７及び底板１０にそれぞれ熱伝達される。スリーブ７に熱伝達されたコンデンサ素子１の熱はインバータ装置２００内に放熱される。底板１０に熱伝達されたコンデンサ素子１の熱はヒートシンク２３に熱伝達され、冷却水路２４を流れる冷却水と熱交換される。
【００２５】
このように、本実施例では、コンデンサリップル電流とコンデンサ素子１の内部等価直列抵抗により発生した熱をケース２から、圧縮された底板１０を介してヒートシンク２３に放熱させることができ、高放熱性で高リップル耐量の電解コンデンサ１００を提供することができる。しかも、本実施例では、印加圧力のアンバランスの度合いによって底板１０が裂け、高圧電源系の電流がリークすることを抑制することができるので、高信頼性の放熱構造を有する電解コンデンサ１００を提供することができる。
【００２６】
尚、本実施例では、底板１０を凸部が一体に形成された放熱シートで構成した場合について説明したが、平面の放熱シートと凸部の放熱シートとを別々に形成し、これらの２枚の放熱シートを合わせて底板１０を構成しても同様の効果を得ることができる。
【００２７】
図４は、本発明の第２実施例である電解コンデンサの構成を示す。本実施例では電解コンデンサ１００を横置きでインバータ装置のヒートシンク上に載置した場合である。この場合、底板１０は、ケース２の周壁の外表面の一部に設けられている。スリーブ７は底板１０が露出するようにケース２の周壁の外表面を覆っている。このような構成においても前例と同様に、高放熱性を有する電解コンデンサ１００を提供することができる。
【００２８】
図５は、本発明の第３実施例である電解コンデンサの構成を示す。本実施例は第１実施例の変形例であり、底板１０に凸部を設けるのではなく、底板１０が設けられるケース２の底面を凸構造とし、底板１０を突出させるようにしたものである。このような構成においても前例と同様に、高放熱性を有する電解コンデンサ１００を提供することができる。
【００２９】
図６は、本発明の第４実施例である電解コンデンサの構成を示す。本実施例では、底板１０として、ケース２の底面及び周壁の外表面の底面側を覆う凹形状の比較的高硬度の放熱シートを用いている。本実施例では、底板１０をケース２に固着するための粘着材を用いる必要がなく、ケース２と底板１０との間の熱抵抗を前例よりも低減することができるので、前例よりもさらに高放熱性を有する電解コンデンサ１００を提供することができる。また、スリーブ７は、底板１０の開口側の周壁の外表面の一部分を含み、ケース２の周壁の外表面の封口板５側を覆っている。ケース２の底面に平らな形状の底板を敷く場合には、沿面距離を稼ぐためにケース２の下面の形状より大き目の底板を選択せざるを得ず、電解コンデンサの搭載面積が大きくなる。しかし、本実施例では、スリーブ７と底板１０とをオーバラップさせているので、電解コンデンサ１００の搭載面積が大きくなることがない。
【００３０】
図７は、本発明の第５実施例である電解コンデンサの構成を示す。本実施例は第４実施例の変形例であり、底板１０とスリーブ７とのオーバラップを逆にしている。すなわちスリーブ７の周壁の外表面の封口板５側とは反対側の部分を底板１０で覆っている。このように構成された本実施例においても、前例と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
図８は、本発明の第６実施例である電解コンデンサの構成を示す。本実施例は第１実施例の変形例であり、ケース２の底面の一部分（周縁）をスリーブ７で覆い、粘着材（図示省略）によってケース２の底面に接着された底板１０を、ケース２の底面の一部を覆ったスリーブ７を覆うように下方に向かって突出させている。本実施例によれば、スリーブ７で底板１０の圧縮寸法を決定することができるので、無用な圧力が底板１０に印加されることがない。従って、本実施例によれば、信頼性の高い低熱抵抗の放熱構造を有する電解コンデンサ１００を提供することができる。
【００３２】
図９は、本発明の第７実施例である電界コンデンサの構成を示す。本実施例では、ケース２の周壁面の底面近傍までをスリーブ７で覆い、ケース２の底面に粘着材（図示省略）によって比較的高硬度の平面状の底板１０を接着している。底板１０はその据付面積がケース２の底面の据付面積よりも大きい。本実施例によれば、低コストで高放熱性能を有する電解コンデンサ１００を提供することができる。
【００３３】
図１０は、本発明の第８実施例である電解コンデンサの構成を示す。本実施例では、ケース２の底面に半田層１２、その下に、両面に金属層（図示省略）を有する絶縁板１３、その下に半田層１２、さらにその下に金属板１４からなる積層体を設けている。金属板１４はその下にグリス（図示省略）が塗布され、ヒートシンク２３上にネジ１５によって取り付けられて固定されている。絶縁板１３にはアルミナが、金属板１４には銅がそれぞれ用いられているが、それらの有する機能、すなわちアルミナにあっては絶縁性、銅にあっては熱伝導性を満足するものであれば他の材料を用いても構わない。本実施例によれば、前例のように底板を使用した場合と比べ、電解コンデンサ１００の放熱性能をさらに向上させることができる。尚、本実施例では、ヒートシンク２３上に金属板１４をネジ１５で固定する場合について説明したが、金属板１４を使用せず、絶縁板１３の下にグリスを塗布し、絶縁板１３をヒートシンク２３上に絶縁性のネジで固定するようにしてもよい。
【００３４】
図１１は、本発明の第９実施例である電解コンデンサの構成を示す。本実施例では、前例で述べた底板の代わりに、ケース２の底面に直接放熱用のシリコンコンパウンド１１を塗布している。シリコンコンパウンド１１の厚さは、ケース２の底面の一部分（周縁）を覆うスリーブ７の厚みによって決められている。本実施例によれば、低コストで高放熱性能を有する電解コンデンサ１００を提供することができる。尚、シリコンコンパウンド１１はボイドを含む可能性があることから、主に低電圧の電力変換装置に搭載された電解コンデンサへの適用が好ましい。
【００３５】
図１２は、本発明の第１０実施例の電解コンデンサの構成を示す。本実施例では第９実施例の変形例であり、ケース２の底面に底板１０（放熱シート）を接着させ、その上で、底板１０のケース２側とは反対側の面にシリコンコンパウンド１１を塗布させている。スリーブ７は底板１０の一部分（周縁）を覆うように設けられている。シリコンコンパウンド１１の厚みはスリーブ７の厚みによって決定されている。本実施例によれば、低コストで高放熱性能を有する電解コンデンサ１００を提供することができると共に、底板１０を設けているので、高電圧の電力変換装置に搭載された電解コンデンサにも適用することができる。すなわち第９実施例の課題を解決することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、電力変換装置にとって好適な放熱構造を有するコンデンサ及びそれを用いた電力変換装置を提供することができる。また、本発明は、低価格でかつ大型化を招くことなく放熱性能の向上を図ることができるコンデンサ及びそれを用いた電力変換装置を提供することができる。さらに、本発明は、電力変換装置の放熱構造を利用して自身の放熱性能の向上を図ることができるコンデンサ及びそれを用いた電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の電解コンデンサの構造を示す断面図。
【図２】図１の下方側の平面図。
【図３】図１の電解コンデンサが搭載されたインバータ装置の構成を示す断面図。
【図４】本発明の第２実施例の電解コンデンサの構造を示す断面図。
【図５】本発明の第３実施例の電解コンデンサの構造を示す断面図。
【図６】本発明の第４実施例の電解コンデンサの構造を示す断面図。
【図７】本発明の第５実施例の電解コンデンサの構造を示す断面図。
【図８】本発明の第６実施例の電解コンデンサの構造を示す断面図。
【図９】本発明の第７実施例の電解コンデンサの構造を示す断面図。
【図１０】本発明の第８実施例の電解コンデンサの構造を示す断面図。
【図１１】本発明の第９実施例の電解コンデンサの構造を示す断面図。
【図１２】本発明の第１０実施例の電解コンデンサの構造を示す断面図。
【符号の説明】
１…コンデンサ素子、２…ケース、３…リード部材、４…端子部材、５…封口板、７…スリーブ、１０…底板、１１…シリコンコンパウンド、２０…インバータケース、２１…半導体モジュール、２３…ヒートシンク、２５…制御回路、２６…交流側バスバー、１００…電解コンデンサ、２００…インバータ装置。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacitor and a power conversion device using the same.
[0002]
[Prior art]
An electric field capacitor is electrically connected in parallel to a DC side of a power converter, for example, an inverter that converts DC power to AC power, in order to suppress fluctuations in DC power. A ripple current proportional to the output current of the inverter device flows through the electrolytic capacitor. As a result, when the loss according to the ripple current, that is, the ripple current flowing through the capacitor element is represented by Ir and the equivalent series resistance of the capacitor element is represented by Re, the loss lc expressed by the following equation occurs inside the case of the electrolytic capacitor, and heat is generated. I do.
[0003]
lc = Ir 2 × Re (Equation 1)
The heat generated in the capacitor element is transferred from the capacitor element to a lead terminal electrically connected to the capacitor element and is radiated to the outside. The heat generated by the capacitor element is transferred from the capacitor element to the case housing the capacitor element, and then to the sleeve covering the outer surface of the case, and between the object to be mounted and the outer surface of the case. The heat is transferred to the object to be placed via the bottom plate provided at the bottom, and is radiated to the outside. However, the bottom plate is made of vinyl chloride. In addition, since an air layer is interposed between the bottom plate and the mounted object by the thickness of the sleeve, the thermal resistance between the mounted object and the case increases, and the heat generated by the capacitor element is transferred to the outside of the case. Can not efficiently radiate heat.
[0004]
Therefore, conventionally, as disclosed in Patent Document 1, for example, a structure in which a heat pipe is inserted into a winding core outer body as a winding core of a winding portion, and heat of the winding portion is transferred to a container through the heat pipe. To improve the heat dissipation of the heat generated by the capacitor element.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-11-204378
[Problems to be solved by the invention]
2. Description of the Related Art In recent years, various environmental problems have been addressed in various fields. For example, in the automotive field, the spread of environmentally friendly vehicles, that is, electric vehicles using an electric motor as a sole driving source, hybrid electric vehicles using an internal combustion engine and an electric motor as driving sources, and the like, have reduced emission gas emissions. I have. The mainstream of the electric drive system of an environmentally-friendly vehicle is to convert DC power supplied from a DC power supply into AC power by a power converter (inverter device) and drive the motor with the converted AC power. As eco-friendly vehicles become more widespread, further price reductions and improved fuel efficiency are required. For this reason, there is a demand for a lower price and a smaller size of the electric drive system of the environmentally friendly automobile, and it is essential to lower the price and the size of the power conversion device as a component device thereof.
[0007]
However, the conventional device disclosed in Patent Document 1 employs a heat dissipation structure using a heat pipe, so that the capacitor itself becomes expensive and is not suitable for use in a power conversion device that realizes low cost. Conceivable. Further, in the conventional device disclosed in Patent Document 1, since the heat pipe projects from the capacitor container, the capacitor itself becomes large, and it is not suitable for use in a power conversion device that realizes miniaturization. Conceivable. Further, in the case where a capacitor is installed inside the power converter, in the conventional device disclosed in Patent Document 1, heat inside the capacitor transmitted to the outside of the capacitor container via the heat pipe is radiated to the inside of the power converter. Therefore, it is necessary to provide a means for suppressing a rise in temperature inside the power conversion device to the power conversion device, and it is considered that the adoption of the power conversion device for realizing low cost and downsizing is not suitable.
[0008]
From the above, it has been a problem to realize a capacitor having a heat dissipation structure suitable for a power conversion device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a capacitor having a heat dissipation structure suitable for a power conversion device, and a power conversion device using the same. Further, the present invention provides a capacitor which can be improved in heat radiation performance at low cost without increasing the size, and a power conversion device using the same. Further, the present invention provides a capacitor capable of improving its heat radiation performance by utilizing the heat radiation structure of the power converter, and a power converter using the same.
[0010]
The capacitor has a case having an opening, a capacitor element housed in the case, a sealing member for sealing the opening of the case, and a sealing member electrically connected to the capacitor element in the case. A lead terminal that penetrates through and projects out of the case; a bottom plate that is provided on a part of the outer surface of the case and that contacts the object on which the case is placed; and an outer surface of the case that exposes the bottom plate. And a sleeve having an electrically insulating property and a sleeve having an electrically insulating property and a heat conductive member to form the bottom plate. The bottom plate is a heat radiating sheet having a projection protruding from the case toward the placement member and coming into contact with the placement member.
[0011]
According to the present invention, a heat radiation path can be formed between the case and the mounted object without interposing an air layer between the bottom plate and the mounted object. Since the thermal resistance can be reduced and the compression size of the bottom plate can be determined by the thickness of the sleeve, the thermal resistance between the case and the object can be kept at a minimum constant value. Therefore, according to the present invention, the heat radiation performance of the capacitor can be improved.
[0012]
Further, in the above capacitor, the bottom plate is formed as a concave heat radiating sheet covering the outer surface of the case, so that a heat radiating area between the case and the mounted object is enlarged so that the heat between the case and the mounted object is increased. The resistance can be further reduced, and the heat radiation performance of the capacitor can be further improved.
[0013]
Further, in the above capacitor, by providing the bottom plate as a heat radiating sheet having an adhesive layer on the contact surface with the outer surface of the case, it is not necessary to use an adhesive when providing the bottom plate to the case, and the thermal resistance due to the adhesive is reduced. The heat radiation performance of the capacitor can be further improved.
[0014]
Further, in the above capacitor, by connecting the bottom plate as an insulating plate having a metal layer on one side to the outer surface of the case by soldering, the thermal conductivity of the bottom plate itself is reduced as compared with the case where a heat dissipation sheet is used as the bottom plate. By further improving, the thermal resistance between the case and the mounted object can be further reduced, and the heat radiation performance of the capacitor can be further improved.
[0015]
In the above capacitor, the bottom plate is a compound, and a part of the sleeve is disposed between the case and the object to be mounted, and the thickness of the compound in the direction in which the outer surface of the case faces the object to be mounted is determined. Thus, the heat resistance between the case and the object to be mounted can be reduced by using a low-cost material, and the heat radiation performance of the capacitor can be improved at a low cost.
[0016]
The power converter includes a heat sink, a semiconductor device mounted on the heat sink via an insulating substrate, and a smoothing device that is electrically connected in parallel with a DC side of the semiconductor device and that suppresses fluctuations in DC power. In a capacitor having a capacitor and a control circuit for controlling the operation of the semiconductor element, the smoothing capacitor can be achieved by bringing a bottom plate having electrical insulation and thermal conductivity into contact with a heat sink. .
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 and 2 show a configuration of an electric field capacitor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 3 shows a configuration of an inverter device using the electric field capacitor of the first embodiment, and shows a state where the electric field capacitor of the first embodiment is mounted on a heat sink of the inverter device.
[0018]
In FIG. 3, reference numeral 200 denotes an inverter device. The inverter device 200 is a power conversion device that converts DC power into AC power, and includes a heat sink 23 having a cooling water channel 24, a semiconductor module 21 having a semiconductor element mounted on the heat sink 23 via an insulating substrate, The smoothing electrolytic capacitor 100 which is electrically connected in parallel with the DC side of the semiconductor element of the module 21 and is mounted on the heat sink 23 on the side of the semiconductor module 21 and suppresses fluctuations in DC power. An inverter case 20 that covers the semiconductor module 21 and the electrolytic capacitor 100 in a state where the semiconductor module 21 and the electrolytic capacitor 100 are mounted, protrudes from the inside of the inverter case 20 to the outside, and has a DC side of a semiconductor element of the semiconductor module 21 and an outside (for example, a vehicle-mounted power supply. DC side battery for electrically connecting the battery and the electrolytic capacitor 100 A bar 22, an AC bus bar 26 projecting from the inside of the inverter case 20 to the outside, and electrically connecting the AC side of the semiconductor element of the semiconductor module 21 to the outside (for example, an AC motor that is a driving source of a vehicle); A control circuit 25 is disposed inside the case 20 above the semiconductor module 21 and controls the operation of the semiconductor element of the semiconductor module 21.
[0019]
The heat sink 23 is a heat dissipating member formed of a heat conductive member such as aluminum. The insulating substrate is made of ceramics, and has conductive patterns on both surfaces. The semiconductor element is a switching element such as a MOS-FET or IGBT. In the inverter device 200 configured as described above, heat generated by the operation of the semiconductor element is transferred to the heat sink 23 via the insulating substrate, and exchanges heat with the cooling water flowing through the cooling water passage 24. Further, since the electrolytic capacitor 100 is also mounted on the heat sink 23, heat generated in the electrolytic capacitor 100 is also transferred.
[0020]
An electric field capacitor (sometimes called a power storage device or a capacitance device) 100 includes a cylindrical case 2 (or a cylindrical container) having an opening at one end of the center axis of the cylinder, and is housed in the case 2. Capacitor element 1 (or referred to as a capacitance element), a sealing plate 5 (or a sealing member or a sealing member) for sealing the opening of the case 2, and electrically connected to the capacitor element 1 in the case 2. The connected lead member 3, a terminal member 4 electrically connected to the lead member 3, penetrating the sealing plate 5 and protruding to the outside of the case 2, and a part of the outer surface of the case 2 (in this embodiment, A bottom plate 10 which is provided on the bottom surface of the case 2 on which the heat sink 23 is mounted and which is in contact with the heat sink 23 on which the case 2 is mounted, and which is formed of a member having electrical insulation and thermal conductivity. , Cover the outer surface of the case 2 so that the plate 10 is exposed (in this embodiment, one end of the case 2 including a part (peripheral edge) of the sealing plate 5 and the other end of the case 2 including a part (peripheral edge) of the bottom plate 10 And a sleeve 7 (or referred to as an enveloping member) having an electrically insulating property.
[0021]
The capacitor element 1 is a winding member wound around an anode foil and a cathode foil via a separator which is insulating paper and impregnated with an electrolytic solution. In this embodiment, an electrolytic capacitor element is exemplified as the capacitor element 1, but a film capacitor element may be applied. Case 2 is made of a heat conductive member such as aluminum and has the same potential as the cathode. The lead member 3 includes a member for electrically connecting the anode of the capacitor element 1 and the positive electrode side of the terminal member 4 and a member for electrically connecting the cathode of the capacitor element 1 and the negative electrode side of the terminal member 4. . The lead member 3 and the terminal member 4 may be collectively referred to as a lead terminal.
[0022]
The bottom plate 10 protrudes from the case 2 toward the heat sink 23 more than the thickness of the sleeve 7 and has a convex portion that comes into contact with the mounting surface of the heat sink 23, and is made of a high heat conductive material containing silicon. In addition, the heat dissipation sheet has elasticity.
[0023]
As shown in FIG. 2, the electrolytic capacitor 100 is configured to be fixed to the DC busbar 22 and pressed against the heat sink 23 with a constant pressure. By pressing the electrolytic capacitor 100 against the heat sink 23 in this manner, the portion of the bottom plate 10 protruding from the outer surface of the sleeve 7 toward the heat sink 23 is compressed and comes into contact with the heat sink 23. That is, since the compression margin of the bottom plate 10 is substantially determined by the thickness of the sleeve 7, the same pressure is constantly applied to the bottom plate 10, and a pressure exceeding an allowable range is not applied. Therefore, in the present embodiment, it is possible to prevent the bottom plate 10 from being torn due to the degree of imbalance of the applied pressure, and the current of the high-voltage power supply system from leaking.
[0024]
Inside the case 2 of the electrolytic capacitor 100, heat is generated due to a loss corresponding to the ripple current. Part of the heat generated in the capacitor element 1 is transferred from the capacitor element 1 to the lead member 3 and the terminal member 4 and is radiated to the outside. Further, a part of the heat generated in the capacitor element 1 is transferred from the capacitor element 1 to the case 2 and then transferred to the sleeve 7 and the bottom plate 10 respectively. The heat of the capacitor element 1 transferred to the sleeve 7 is radiated into the inverter device 200. The heat of the capacitor element 1 transferred to the bottom plate 10 is transferred to the heat sink 23 and exchanges heat with the cooling water flowing through the cooling water passage 24.
[0025]
As described above, in the present embodiment, the heat generated by the capacitor ripple current and the internal equivalent series resistance of the capacitor element 1 can be radiated from the case 2 to the heat sink 23 via the compressed bottom plate 10, resulting in high heat dissipation. Thus, it is possible to provide the electrolytic capacitor 100 having a high ripple resistance. Moreover, in the present embodiment, it is possible to prevent the bottom plate 10 from being torn due to the degree of imbalance of the applied pressure and to prevent the current of the high-voltage power supply system from leaking, so that the electrolytic capacitor 100 having a highly reliable heat dissipation structure is provided. can do.
[0026]
In this embodiment, the case has been described in which the bottom plate 10 is formed of a heat radiating sheet in which the convex portion is integrally formed. However, the flat heat radiating sheet and the heat radiating sheet of the convex portion are separately formed, and these two sheets are formed. The same effect can be obtained by forming the bottom plate 10 by combining the heat radiating sheets.
[0027]
FIG. 4 shows a configuration of an electrolytic capacitor according to a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the electrolytic capacitor 100 is placed horizontally on a heat sink of an inverter device. In this case, the bottom plate 10 is provided on a part of the outer surface of the peripheral wall of the case 2. The sleeve 7 covers the outer surface of the peripheral wall of the case 2 so that the bottom plate 10 is exposed. Even in such a configuration, the electrolytic capacitor 100 having high heat dissipation can be provided as in the previous example.
[0028]
FIG. 5 shows a configuration of an electrolytic capacitor according to a third embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the first embodiment, in which the bottom surface of the case 2 on which the bottom plate 10 is provided has a convex structure instead of providing the bottom plate 10 with a projection, and the bottom plate 10 is made to protrude. . Even in such a configuration, the electrolytic capacitor 100 having high heat dissipation can be provided as in the previous example.
[0029]
FIG. 6 shows a configuration of an electrolytic capacitor according to a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, as the bottom plate 10, a heat radiation sheet having a concave shape and relatively high hardness, which covers the bottom surface of the case 2 and the bottom surface of the outer surface of the peripheral wall, is used. In this embodiment, it is not necessary to use an adhesive for fixing the bottom plate 10 to the case 2, and the thermal resistance between the case 2 and the bottom plate 10 can be reduced as compared with the previous example. The electrolytic capacitor 100 having heat dissipation can be provided. The sleeve 7 includes a part of the outer surface of the peripheral wall on the opening side of the bottom plate 10 and covers the outer surface of the peripheral wall of the case 2 on the side of the sealing plate 5. When a flat bottom plate is laid on the bottom surface of the case 2, a bottom plate larger than the shape of the lower surface of the case 2 must be selected in order to increase the creepage distance, and the mounting area of the electrolytic capacitor becomes large. However, in this embodiment, since the sleeve 7 and the bottom plate 10 overlap, the mounting area of the electrolytic capacitor 100 does not increase.
[0030]
FIG. 7 shows a configuration of an electrolytic capacitor according to a fifth embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the fourth embodiment, and the overlap between the bottom plate 10 and the sleeve 7 is reversed. That is, a portion of the outer surface of the peripheral wall of the sleeve 7 opposite to the sealing plate 5 side is covered with the bottom plate 10. In this embodiment configured as described above, the same effect as in the previous example can be obtained.
[0031]
FIG. 8 shows a configuration of an electrolytic capacitor according to a sixth embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the first embodiment. A part (peripheral edge) of the bottom surface of the case 2 is covered with a sleeve 7 and the bottom plate 10 adhered to the bottom surface of the case 2 with an adhesive (not shown) is attached to the case 2. Is protruded downward so as to cover the sleeve 7 covering a part of the bottom surface of the. According to this embodiment, since the compression size of the bottom plate 10 can be determined by the sleeve 7, unnecessary pressure is not applied to the bottom plate 10. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide the electrolytic capacitor 100 having a highly reliable heat dissipation structure with low heat resistance.
[0032]
FIG. 9 shows a configuration of an electric field capacitor according to a seventh embodiment of the present invention. In the present embodiment, the sleeve 7 covers the vicinity of the bottom surface of the peripheral wall surface of the case 2, and a relatively hard flat bottom plate 10 is adhered to the bottom surface of the case 2 with an adhesive (not shown). The installation area of the bottom plate 10 is larger than the installation area of the bottom surface of the case 2. According to the present embodiment, it is possible to provide the electrolytic capacitor 100 having high heat dissipation performance at low cost.
[0033]
FIG. 10 shows a configuration of an electrolytic capacitor according to an eighth embodiment of the present invention. In the present embodiment, a laminate composed of a solder layer 12 on the bottom surface of the case 2, an insulating plate 13 below which metal layers (not shown) are provided on both sides, a solder layer 12 therebelow, and a metal plate 14 therebelow. Is provided. The metal plate 14 is coated with grease (not shown) under the metal plate 14, and is fixed on the heat sink 23 with the screw 15. Alumina is used for the insulating plate 13 and copper is used for the metal plate 14. However, it is necessary that alumina has satisfactory functions, that is, alumina has insulating properties and copper has thermal conductivity. Other materials may be used as long as they are used. According to the present embodiment, the heat radiation performance of the electrolytic capacitor 100 can be further improved as compared with the case where the bottom plate is used as in the previous example. In this embodiment, the case where the metal plate 14 is fixed on the heat sink 23 with the screws 15 has been described, but grease is applied under the insulating plate 13 without using the metal plate 14 and the insulating plate 13 is fixed to the heat sink 23. 23 may be fixed with insulating screws.
[0034]
FIG. 11 shows a configuration of an electrolytic capacitor according to a ninth embodiment of the present invention. In the present embodiment, instead of the bottom plate described in the previous example, the silicon compound 11 for heat radiation is applied directly to the bottom surface of the case 2. The thickness of the silicon compound 11 is determined by the thickness of the sleeve 7 that covers a part (periphery) of the bottom surface of the case 2. According to the present embodiment, it is possible to provide the electrolytic capacitor 100 having high heat dissipation performance at low cost. Since the silicon compound 11 may include voids, it is preferable to apply the present invention mainly to an electrolytic capacitor mounted on a low-voltage power converter.
[0035]
FIG. 12 shows the configuration of the electrolytic capacitor according to the tenth embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the ninth embodiment, in which a bottom plate 10 (heat radiating sheet) is adhered to the bottom surface of the case 2, and a silicon compound 11 is attached to a surface of the bottom plate 10 opposite to the case 2 side. It has been applied. The sleeve 7 is provided so as to cover a part (peripheral edge) of the bottom plate 10. The thickness of the silicon compound 11 is determined by the thickness of the sleeve 7. According to this embodiment, it is possible to provide the electrolytic capacitor 100 having high heat dissipation performance at low cost, and since the bottom plate 10 is provided, the present invention is also applicable to an electrolytic capacitor mounted on a high-voltage power converter. be able to. That is, the problem of the ninth embodiment can be solved.
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention described above, it is possible to provide a capacitor having a heat dissipation structure suitable for a power conversion device and a power conversion device using the same. Further, the present invention can provide a capacitor capable of improving heat radiation performance at low cost and without increasing the size, and a power conversion device using the same. Further, the present invention can provide a capacitor capable of improving its own heat radiation performance by utilizing the heat radiation structure of the power conversion device, and a power conversion device using the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of an electrolytic capacitor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the lower side of FIG. 1;
FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of an inverter device equipped with the electrolytic capacitor of FIG. 1;
FIG. 4 is a sectional view showing a structure of an electrolytic capacitor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a structure of an electrolytic capacitor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view showing the structure of an electrolytic capacitor according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view showing the structure of an electrolytic capacitor according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view showing the structure of an electrolytic capacitor according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view showing the structure of an electrolytic capacitor according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view showing the structure of an electrolytic capacitor according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a sectional view showing the structure of an electrolytic capacitor according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a sectional view showing the structure of an electrolytic capacitor according to a tenth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Capacitor element, 2 ... Case, 3 ... Lead member, 4 ... Terminal member, 5 ... Sealing plate, 7 ... Sleeve, 10 ... Bottom plate, 11 ... Silicon compound, 20 ... Inverter case, 21 ... Semiconductor module, 23 ... Heat sink , 25: control circuit, 26: AC busbar, 100: electrolytic capacitor, 200: inverter device.
