JP4837730B2

JP4837730B2 - キャパシタモジュール

Info

Publication number: JP4837730B2
Application number: JP2008513309A
Authority: JP
Inventors: 淑隆新垣; 彦三郎平木; 悟西村
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: US20100060243A1; GB2450826A; CN101432829B; DE112007000991T5; US8149567B2; JPWO2007126082A1; WO2007126082A1; DE112007000991B4; CN101432829A; GB2450826B; KR101015080B1; GB0818772D0; KR20080111505A

Description

本発明は、複数のキャパシタを接続したキャパシタモジュールに関するものである。

従来のキャパシタとしては、金属ケースの内部にキャパシタ素子を挿入して構成したものがある。金属ケースは、一端が閉じて他端が開口した筒状を成しており、内部にキャパシタ素子を挿入した後に、他端の開口が端子板によって閉塞されている。端子板は、キャパシタ素子の内部端子に接続した外部端子を有するもので、金属ケースの開口縁に固定されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、キャパシタを複数接続してキャパシタモジュールとして用いる場合の放熱構造としては、従来、複数個の組型の電池が熱伝導性部材を介して取り付けられたヒートシンクであって、当該ヒートシンクの内部空間に冷却用流体を流れるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−２５２１５１号公報特開２００５−２６２１９号公報

ところで、複数のキャパシタを接続してキャパシタモジュールを構成する場合には、基準となるモジュール筐体にキャパシタをそれぞれ固定する必要がある。しかし、キャパシタ自体には、固定のための構成がない。このため従来では、キャパシタをモジュール筐体の底板に載置するとともに、各キャパシタにおける金属ケースの開口縁に押え金具を配置し、押え金具とモジュール筐体との間にキャパシタを挟持する形態で固定する方法が考えられる。

しかしながら、上記のように押え金具を介してキャパシタをモジュール筐体との間に挟持する固定方法では、振動が繰り返し加えられた場合、信頼性および耐久性の点で必ずしも好ましいとはいえない。特に、建設機械のように非常に大きい振動が繰り返し加えられる条件下で使用した場合には、上述した問題が一層顕著となり、押え金具がずれることにより、キャパシタがモジュール筐体から脱落する虞れがある。

また、例えば建設機械にキャパシタモジュールを適用した場合では、駆動・減速を数秒から１０数秒単位で頻繁に行うため頻繁な充放電サイクルでの使用がキャパシタに要求される。このために、負荷変動が大きくなってキャパシタの発熱量が増すことになる。そこで、キャパシタの寿命低下を防ぐために、頻繁な充放電サイクルであってもキャパシタの内部温度が耐熱温度（例えば６０℃）を超えない放熱構造が望まれている。

さらに、キャパシタモジュールを適用することで建設機械の車体概観を変更することは、建設機械の製造コストを増すことになり好ましくない。すなわち、省スペースのためにキャパシタモジュールの小型化が要求される。しかし、キャパシタの容量を削減してしまうとキャパシタ素子の内部損失によって発熱量が増してしまうことから、ここでも適した放熱構造が望まれている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、振動が加えられる条件下にあっても信頼性および耐久性を確保してキャパシタを固定することができ、かつキャパシタの内部温度の上昇に応じて適した放熱構造を得ることができるキャパシタモジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るキャパシタモジュールは、キャパシタ素子を収納するキャパシタケースの外底壁部を他壁よりも厚く形成し、前記外底壁部にネジ穴を設けたキャパシタとし、前記キャパシタを複数備え、前記キャパシタを前記ネジ穴に固定ネジを螺合することによって放熱体に固定したことを特徴とする。

また、本発明に係るキャパシタモジュールは、上記発明において、前記放熱体は、断面内部に冷却媒体を流通させる冷却通路を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係るキャパシタモジュールは、上記発明において、前記放熱体を金属材で形成し、前記キャパシタの外壁面と前記放熱体との間に絶縁材からなるシート材を介在させたことを特徴とする。

また、本発明に係るキャパシタモジュールは、上記発明において、前記固定ネジと前記放熱体との間に絶縁材からなる介装材を介在させたことを特徴とする。

また、本発明に係るキャパシタモジュールは、上記発明において、前記キャパシタをカバーで覆ったことを特徴とする。

また、本発明に係るキャパシタモジュールは、上記発明において、前記キャパシタおよび前記固定ネジをカバーで覆ったことを特徴とする。

また、本発明に係るキャパシタモジュールは、上記発明において、前記カバーは金属材で形成されたものであることを特徴とする。

また、本発明に係るキャパシタモジュールは、上記発明において、複数の前記キャパシタを電気的に接続する接続金具と前記カバーとの間に絶縁材からなるシート材を介在したことを特徴とする。

また、本発明に係るキャパシタモジュールは、上記発明において、キャパシタの温度を検出する温度センサを前記カバーの内側に設ける一方、前記温度センサが検出した温度に応じて各キャパシタの充放電制御を行うコントローラを前記カバーの外側に取り付けたことを特徴とする。

また、本発明に係るキャパシタモジュールは、上記発明において、前記温度センサを、キャパシタを電気的に接続する接続金具に設けたことを特徴とする。

また、本発明に係るキャパシタモジュールは、上記発明において、キャパシタの出力電圧を昇圧する昇圧器を設けたことを特徴とする。

また、本発明に係るキャパシタモジュールは、上記発明において、前記放熱体に防振ゴムからなる脚を設けたことを特徴とする。

本発明に係るキャパシタモジュールは、キャパシタ素子を収納するキャパシタケースの外底壁部を他壁よりも厚く形成し、前記外底壁部にネジ穴を設けたキャパシタとし、前記キャパシタを複数備え、前記キャパシタを前記ネジ穴に固定ネジを螺合することによって放熱体に固定した。この結果、例えば建設機械にキャパシタモジュールを搭載した場合など、非常に大きい振動が繰り返し加えられる条件下で使用した場合であっても信頼性および耐久性を確保してキャパシタを固定することができる。また、ネジ穴への固定ネジの螺合によって放熱体の固定面に対してキャパシタケースの外壁面の密着性が向上するので、キャパシタが発生した熱を放熱体に適宜伝えてキャパシタの放熱を行うことができる。すなわち、キャパシタの内部温度の上昇に応じて適した放熱構造を得ることができる。

また、放熱体は、断面内部に冷却媒体を流通させる冷却通路を備えている。この結果冷却媒体によってさらにキャパシタの放熱を行うことができる。すなわち、キャパシタの内部温度の上昇に応じてさらに適した放熱構造を得ることができる。

また、放熱体を金属材で形成し、キャパシタの外壁面と放熱体との間に絶縁材からなるシート材を介在させることにより、上記放熱構造を維持しつつキャパシタの電気的な絶縁性を向上することができる。

また、固定ネジと放熱体との間に絶縁材からなる介装材を介在させることにより、上記放熱構造を維持しつつキャパシタの電気的な絶縁性を向上することができる。

また、固定ネジは、絶縁材で形成されたものであるため、上記放熱構造を維持しつつキャパシタの電気的な絶縁性を向上することができる。

また、キャパシタおよび固定ネジをカバーで覆ったことにより、キャパシタに対する防滴構造および防塵構造を得ることができる。

また、カバーを金属材で形成することにより、キャパシタが発生した熱を、カバーを介して放熱するため、キャパシタの放熱性能を向上することができる。

また、複数のキャパシタを電気的に接続する接続金具とカバーとの間に絶縁材からなるシート材を介在したことにより、キャパシタが発生した熱を接続金具からカバーを介して放熱するため、キャパシタの放熱性能を向上することができる。

また、キャパシタの温度を検出する温度センサをカバーの内側に設ける一方、温度センサが検出した温度に応じて各キャパシタの充放電制御を行うコントローラをカバーの外側に取り付けたことにより、発熱に応じたキャパシタの制御を行うことができ、キャパシタモジュールの安全性を向上することができる。また、キャパシタの制御を行うコントローラを、カバーの外側に取り付けたことにより、コントローラを含むキャパシタモジュールを得ることができる。すなわち、例えば建設機械などに対してキャパシタモジュールをコントローラとともに搭載することができる。

また、接続金具部の温度はキャパシタ内部の温度とほぼ等しいので、接続金具に温度センサを取り付けることにより理想的なコントロールが可能となる。これによりキャパシタ内部に温度センサを埋め込む必要がなくなる。

また、キャパシタの出力電圧を昇圧する昇圧器を設けたことにより、キャパシタの容量・数・充放電圧を減らして、キャパシタモジュールの省スペース化および低コスト化を図ることができる。

また、放熱体に防振ゴムからなる脚を設けたことにより、防振構造が得られるので、例えば被取付部としての建設機械にキャパシタモジュールを搭載した場合など、非常に大きい振動が繰り返し加えられる条件下であっても信頼性および耐久性を確保してキャパシタモジュールを取り付けることができる。

図１は、本発明が適用される建設機械の一例を示す概略図である。図２は、キャパシタモジュールを示す平面から見た概略図である。図３は、図２におけるIII−III断面図である。図４は、キャパシタを示す断面図である。図５は、金型を示す縦断面図である。図６は、金型を示す平面図である。図７は、キャパシタケースを成形する工程を示す概念図である。図８は、キャパシタケースを成形する工程を示す概念図である。図９は、キャパシタケースを成形する工程を示す概念図である。図１０は、キャパシタケースの硬化状態を示す概念図である。図１１は、キャパシタの他の形態を示す断面図である。図１２は、キャパシタの他の形態を示す断面図である。図１３は、キャパシタの他の形態を示す断面図である。図１４は、キャパシタの他の形態を示す断面図である。図１５は、キャパシタモジュールの他の形態を示す概念図である。

符号の説明

１，１５キャパシタモジュール
２，１１，１２，１３，１４，キャパシタ
３放熱体
４固定ネジ
９温度センサ
１０脚
２１キャパシタ素子
２２，２４，２５，２６，２７キャパシタケース
２３端子板
３１固定面
３２貫通穴
３３冷却通路
４１シート材
４２介装材
５１接続金具
５２バランス回路
５３シート材
６１上カバー
６２下カバー
７１コントローラ
７２電気配線
７３コネクタ
８１ポンプ
８２冷却器
８３冷却管
１００油圧ショベル
１０１エンジン
１０２Ａアシストモータ
１０２Ｂ旋回モータ
１０３自走部
１０４旋回部
２０１外金型
２０２内金型
２１１内部端子
２２１，２４１，２５１，２６１，２７１底壁部
２２２，２４２，２５２，２６２，２７２ネジ穴
２３１外部端子
２４３凸状部
２５３係合部
３３１入水口
３３２出水口
２０１１キャビティ
２０１２第一突起
２０１３第二突起
２０２１柱部
Ｈ１隙間
Ｈ２間隔
Ｍ軟質金属
Ｏ中心

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は本発明が適用される建設機械の一例を示す概略図である。ここでは、建設機械として油圧ショベル１００を一例としてある。この油圧ショベル１００は、駆動系としてエンジン１０１に加えてモータ１０２Ａ，１０２Ｂを用いたものである。具体的には、図１に示すようにアシストモータ１０２Ａと旋回モータ１０２Ｂとを用いている。アシストモータ１０２Ａは、エンジン１０１の出力軸に直結してあり、例えば燃費向上のためエンジン１０１の回転数を落としているとき、直ちに作業を行う場合に、操作者の操作に対する応答性を向上するようにエンジン１０１の補助を行うためのものである。旋回モータ１０２Ｂは、自走部１０３に対して略鉛直に設けた旋回軸の周りに回転可能に配置した旋回部１０４に設けてあり、当該旋回部１０４を旋回するためのものである。そして、アシストモータ１０２Ａ，旋回モータ１０２Ｂには、本発明に係るキャパシタモジュール１が接続してある。キャパシタモジュール１は、アシストモータ１０２Ａ，旋回モータ１０２Ｂに電力を供給する一方で、アシストモータ１０２Ａ，旋回モータ１０２Ｂで発電した電力を蓄える。

図２はキャパシタモジュールを示す平面から見た概略図、図３は図２におけるIII−III断面図、図４はキャパシタを示す断面図である。キャパシタモジュール１は、図２および図３に示すように複数のキャパシタ２を接続して設けたものである。図４に示すようにキャパシタ２は、その概観として、キャパシタ素子２１を収容するキャパシタケース２２と、端子板２３とで構成してある。

キャパシタ素子２１は、図には明示しないが、正電極と負電極とをセパレータを介して複数積層してある。正電極および負電極は、金属箔（例えばアルミニウム箔）からなる集電極を活性炭シートで挟んで構成してあって電解液が含浸してある。そして、キャパシタ素子２１は、キャパシタケース２２の内部にて各電極から延在する内部端子２１１を有している。キャパシタケース２２は、軽金属（例えばアルミニウム）からなり、底部が閉じて上部が開口した有底筒状の容器をなしている。端子板２３は、キャパシタケース２２の上部開口を塞いだ状態で当該キャパシタケース２２に固定してある。そして、端子板２３に設けた正負の各外部端子２３１を、キャパシタケース２２の内部にてキャパシタ素子２１の各内部端子２１１に接続してある。

また、上記キャパシタ２は、略角柱体であり、キャパシタケース２２における底壁部（一壁）２２１の外底壁面には、キャパシタモジュール１を構成する際に被固定面への固定用のネジ穴２２２が設けてある。ネジ穴２２２は、下方に開口する雌ネジ穴として形成してある。また、ネジ穴２２２を設けたキャパシタケース２２の底壁部２２１の壁厚は、側壁などの他壁と比較して厚く形成してある。

ここで、上記キャパシタ２の製造方法について説明する。図５は金型を示す縦断面図、図６は金型を示す平面図、図７〜図９はキャパシタケースを成形する工程を示す概念図、図１０はキャパシタケースの硬化状態を示す概念図である。

キャパシタケース２２は、図５に示す外金型２０１と内金型２０２とによってインパクト成形によって成形される。外金型２０１は、上方に向けて開口し、図６に示すように矩形状の四隅を円弧状に形成した開口を上方に向けたキャビティ２０１１を有している。キャビティ２０１１の内底面には、略中央において上方に延在する円柱形状の第一突起２０１２と、当該第一突起２０１２の周りを囲む態様で上方に延在する円筒形状の第二突起２０１３とが設けてある。第一突起２０１２は、第二突起２０１３よりも上方に長く突出して形成してある。一方、内金型２０２は、外金型２０１のキャビティ２０１１の開口に向けて下方向に延在し、その下端部が図６に一点鎖線で示すように外金型２０１のキャビティ２０１１の内側壁に対して隙間Ｈ１を空けて挿入する態様で矩形状の四隅を円弧状に形成した断面形状の柱部２０２１を有している。この内金型２０２は、外金型２０１に対して相対的に上下に移動可能に設けてある。

外金型２０１，内金型２０２によってキャパシタケース２２を成形するには、まず、図７に示すように外金型２０１のキャビティ２０１１の内部にキャパシタケース２２の材料となる一塊の軟質金属Ｍを装填する。軟質金属Ｍには、インパクト成形性に優れたアルミニウム（例えばＡ１１１０材）を使用する。次いで、図８に示すように内金型２０２を外金型２０１に向けて下降させ、この内金型２０２によって軟質金属Ｍに衝撃力を付与して圧縮する。圧縮された軟質金属Ｍは、外金型２０１のキャビティ２０１１の内部で流動化して、内金型２０２の柱部２０２１との隙間Ｈ１から当該隙間Ｈ１の壁厚でキャビティ２０１１から突出して柱部２０２１の側壁面に沿って上昇する。すなわち、上昇した部位が成形されたキャパシタケース２２の側壁部になる（図１０参照）。また、図８に示すように内金型２０２の柱部２０２１は、外金型２０１のキャビティ２０１１に挿入された状態で、その下端面とキャビティ２０１１の内底面との間で、第一突起２０１２の突出長さを含む所定間隔Ｈ２を空けて止められる。すなわち、所定間隔Ｈ２が成形されたキャパシタケース２２の底壁部２２１になる（図１０参照）。次いで、内金型２０２を外金型２０１から抜くように上昇させ、外金型２０１，内金型２０２から成形されたキャパシタケース２２を取り出す。

成形されたキャパシタケース２２は、外金型２０１，内金型２０２間の間隔Ｈ２を壁厚とする底壁部２２１を有し、底部が閉じて上部が開口した容器となる。また、上記インパクト成形においては、圧縮によって軟質金属Ｍが流動化した部分が加工硬化される。ここで、一般的なインパクト成形では、外金型２０１，内金型２０２間に間隔Ｈ２を設けて底壁部２２１の壁厚を厚く成形しようとした場合、当該間隔Ｈ２によって圧縮が伝わらないため充分に流動化せず加工硬化し難い。したがって、このように成形した底壁部２２１の外底壁面に後述のようにネジ穴２２２を形成するとネジ穴２２２の強度を得ることができない。しかし、本実施の形態では、外金型２０１に設けた第一突起２０１２および第二突起２０１３を介在させて軟質金属Ｍに対して衝撃力を付与するため、第一突起２０１２および第二突起２０１３を避けるように軟質金属Ｍが流動化して加工硬化することになる。すなわち、加工硬化した部分に後述のようにネジ穴２２２を形成することでネジ穴２２２の強度が向上する。加工硬化の度合いは、軟質金属Ｍが流動化した際の移動量が大きい程大きくなる。具体的には、図１０に示すように、第一突起２０１２および第二突起２０１３の近傍の部位と、外金型２０１のキャビティ２０１１から突出した部位が加工硬化大（Ｇ１）となる。また、第一突起２０１２および第二突起２０１３から少し離れた部位と、キャビティ２０１１から突出する前の部位とが加工硬化中（Ｇ２）となる。そして、キャビティ２０１１の内部であって壁厚を最も厚く成形した部位が加工硬化小（Ｇ３）となる。このように、外金型２０１のキャビティ２０１１の内底面に設けた第一突起２０１２，第二突起２０１３を含む凹凸部によって軟質金属Ｍを流動化させることで、壁厚を厚くしたキャパシタケース２２の底壁部２２１を加工硬化させる。

次いで、キャパシタケース２２の底壁部２２１に上記ネジ穴２２２を形成する。このネジ穴２２２は、上記第一突起２０１２によって底壁部２２１の外底壁面に設けた穴部を利用して形成する。この穴部は、上述したように加工硬化大（Ｇ１）とした部分であるため、ネジ穴２２２の強度が向上する。また、第二突起２０１３によってネジ穴２２２の周囲の強度も向上する。次いで、キャパシタケース２２の開口部を広口に成形する。このようにしてキャパシタケース２２が成形される。

最後に、図４に示すようにキャパシタケース２２の内部にキャパシタ素子２１を収容し、広口としたキャパシタケース２２の開口部に端子板２３を嵌め込み、当該端子板２３によってキャパシタケース２２の上部開口を塞ぐ。そして、キャパシタケース２２の開口縁を内方に絞り込んで端子板２３とキャパシタケース２２の開口縁とを互いに固定する。このようにしてキャパシタ２が成形される。

以下、図２および図３に戻ってキャパシタモジュール１について説明する。キャパシタモジュール１は、上記キャパシタ２を固定する放熱体３を有している。放熱体３は、キャパシタ２を固定する固定面（被固定面）３１を上面として板状に形成してある。放熱体３は、熱伝導性が比較的高い軽金属であるアルミニウムによって形成してある。

放熱体３には、上下方向に貫通した貫通穴３２が複数設けてある。この貫通穴３２は、キャパシタ２を固定するための固定ネジ４を挿通するためのものである。固定ネジ４は、放熱体３の下面から貫通穴３２に挿通されてキャパシタ２の底壁部２２１に設けたネジ穴２２２に螺合することでキャパシタ２を固定面３１に固定する。また、キャパシタ２を固定面３１に固定した形態で、キャパシタ２の底壁部２２１の外底壁面と、放熱体３の固定面３１との間には、熱伝導性の絶縁材（例えばケイ素）からなるシート材４１が介在してある。このシート材４１は、キャパシタ２を固定面３１に固定したときに、キャパシタ２の底壁部２２１の外底壁面と固定面３１との間に介在して、キャパシタ２と固定面３１とを絶縁した非接触な状態に配置し、かつ、キャパシタ２が発生した熱を放熱体３に伝えるように作用する。また、キャパシタ２を固定面３１に固定した固定ネジ４と、放熱体３の貫通穴３２との間には、絶縁材（例えば合成樹脂材）からなる介装材４２が介在してある。介装材４２は、貫通穴３２に挿通する態様で筒状に形成してあり、貫通穴３２の下部開口に係止するフランジを有している。すなわち、介装材４２は、固定ネジ４によってキャパシタ２を固定面３１に固定したときに、固定ネジ４と貫通穴３２との間に介在して固定ネジ４と貫通穴３２とを絶縁した非接触な状態に配置する。

キャパシタ２は、図２に示すように放熱体３の固定面３１に対して縦横に整列した形態で複数固定してある。そして、各キャパシタ２は、図２に示す横列および縦列において正電極側の外部端子２３１と、負電極側の外部端子２３１とが向き合うように配置してある。そして異極の外部端子２３１同士を接続金具５１で接続してある。すなわち、本実施の形態において各キャパシタ２は、接続金具５１によって直列に接続してある。また、個々のキャパシタ２には、各外部端子２３１を跨ぐようにしてバランス回路５２が設けてある。バランス回路５２は、キャパシタ素子２１の電圧を所定範囲に規定するためのものである。ここで、キャパシタ２の外部端子２３１の上端には、雌ネジ穴（図示せず）が設けてあって、当該雌ネジ穴に螺合する雄ネジ（図示せず）によって接続金具５１およびバランス回路５２が取り付けられる。なお、図には明示しないが各キャパシタ２の側壁面は、絶縁材（例えば合成樹脂材）からなる皮膜で覆われており、電気絶縁性の向上が図られている。

また、放熱体３の固定面（上面）３１には、上カバー（カバー）６１が設けてある。上カバー６１は、固定面３１に固定した全てのキャパシタ２を覆う形状をなし、熱伝導性が比較的高い軽金属であるアルミニウムによって形成してある。さらに、放熱体３の下面には、下カバー（カバー）６２が設けてある。下カバー６２は、放熱体３の下面から挿通した全ての固定ネジ４を覆う形状をなし、熱伝導性が比較的高い軽金属であるアルミニウムによって形成してある。これら、上カバー６１と下カバー６２は、放熱体３を挟むように不図示のネジによって放熱体３に対して共に固定してある。なお、上記では、上カバー６１、下カバー６２をアルミニウムの例で説明したが、これに限られるものではなく他の部材で形成されたものでもよい。

上記上カバー６１の外側上面には、キャパシタ２の制御を行うコントローラ７１が固定してある。コントローラ７１は、図には明示しないが制御器、電力変換器および昇圧器などを一体化したコントロールユニットをなしている。制御器は、キャパシタ２の充放電制御を行うものである。そして、電圧変換器は、キャパシタ２から出力された直流電力を交流電力に変換してアシストモータ１０２Ａ，旋回モータ１０２Ｂに供給したり、アシストモータ１０２Ａ，旋回モータ１０２Ｂから出力された交流電力を直流電力に変換してキャパシタ２に供給したりするためのものである。また、昇圧器は、キャパシタ２が出力する電力の電圧を昇圧するためのものである。また、キャパシタ２とコントローラ７１とを接続する電気配線７２には、コネクタ７３が介装してある。このコネクタ７３は、キャパシタ２や後述のコントローラ７１のメンテナンス時に外すことでメンテナンス作業の安全性を確保することが可能である。さらに、図には明示しないが、電気配線７２にはヒューズが介装してある。

図３に示すようにコントローラ７１の制御器には、キャパシタ２の外部温度を検出する温度センサ９が接続してある。温度センサ９は、キャパシタ２を覆う上カバー６１の内部領域であって、整列したキャパシタ２のほぼ中央の位置で接続金具５１に設けてある。すなわち、コントローラ７１では、上カバー６１の内部領域において温度センサ９によって検出されたキャパシタ２の外部温度に応じて、キャパシタ２の充放電制御を行う。具体的には、キャパシタ２の外部温度が予めコントローラ７１で設定した設定温度を超えた場合には、警告する、あるいは、キャパシタ２の充放電の割合を減らして温度上昇を低減させる、もしくは、キャパシタ２の充放電を止める。なお、上カバー６１の内部に温度センサ９を複数設けてもよく、これにより温度センサ９の校正ができるので温度検出の精度が向上する。

また、放熱体３の断面内部には、キャパシタ２の放熱を促進するための冷却水（冷却媒体）を通す冷却通路３３が設けてある。図２に示すように冷却通路３３は、放熱体３の固定面３１に整列して固定した各キャパシタ２の下側を通る態様で、貫通穴３２を避けつつ放熱体３の固定面３１に沿って複数並列して平行に成形してある。この冷却通路３３は、複数平行に並設したそれぞれの一端同士を共に連通してあり、他端を二方に別にまとめてその一方を入水口３３１、他方を出水口３３２として放熱体３の外部に開口するように形成してある。なお、放熱体３は、冷却通路３３を平行に形成した押出成形部と、冷却通路３３の各端部側を形成した２つの機械加工部とで３つに分割して形成してあり、押出成形部に各機械加工部を溶接によって接合した構造としてある。また、放熱体３は、一体の鋳物構造としてもよい。そして、冷却通路３３の入水口３３１と出水口３３２とには、冷却管８３の各端部が接続してある。冷却管８３には、ポンプ８１と冷却器（例えばラジエータ）８２が配置してある。すなわち、ポンプ８１によって冷却管８３および冷却通路３３を経由して冷却水を循環させ、この循環させた冷却水を冷却器８２によって冷却する。これにより、放熱体３に固定したキャパシタ２の熱を放熱する。なお、本実施の形態では冷却通路３３に対して、キャパシタ２の並びを平行に取り付けた状態を説明したが、これに限定されず冷却通路３３に対してキャパシタ２の並びを直交する状態で取り付けてもよい。

冷却管８３は、コントローラ７１に経由して設けてある。さらに、冷却管８３は、旋回モータ１０２Ｂに経由して設けてある。すなわち、ポンプ８１によって冷却器８２で冷却された冷却水を、放熱体３の冷却通路３３、コントローラ７１、旋回モータ１０２Ｂに経由させて再び冷却器８２に戻して循環させている。ここで、冷却器８２で冷却された最も温度の低い冷却水は、最初に放熱体３の冷却通路３３に送られ、その後コントローラ７１、旋回モータ１０２Ｂの順で送られる。このように、最も温度の低い冷却水を最初に放熱体３に送ることで、耐熱温度の低いキャパシタ２の放熱を優先し、その次に耐熱温度の低い順でコントローラ７１、旋回モータ１０２Ｂを放熱する。また、冷却管８３は、冷却通路３３の出水口３３２からコントローラ７１に至る間で、電気配線７２と一体に配置してある。このため、冷却管８３の配管スペースと、電気配線７２の配線スペースとを共用して省スペース化を図っている。

上記のごとく構成したキャパシタモジュール１は、油圧ショベル（被取付部）１００に対して防振ゴムからなる脚１０を介して放熱体３を取り付けてある。

このように、上述したキャパシタ２は、キャパシタ素子２１を収容するキャパシタケース２２の外壁面に対して放熱体３における固定面３１への固定用のネジ穴２２２を設けた。この結果、固定面３１に対してキャパシタ２を固定ネジ４によって固定できるから、油圧ショベル（建設機械）１００のように非常に大きい振動が繰り返し加えられる条件下で使用しても信頼性および耐久性を確保してキャパシタ２を固定することが可能になる。

また、上述したキャパシタ２は、キャパシタ素子２１を収容し当該キャパシタ素子２１に接続する外部端子２３１を上部に配置したキャパシタケース２２の外底壁面に対して放熱体３における固定面３１への固定用のネジ穴２２２を設けた。この結果、油圧ショベル（建設機械）１００のように非常に大きい振動が繰り返し加えられる条件下で使用しても信頼性および耐久性を確保してキャパシタ２を固定することが可能になる。特に、外部端子２３１を上部に配置したキャパシタ２の底を固定面３１に対して固定ネジ４によって固定できるから、複数のキャパシタ２を固定面３１に対して整列して固定することができる。これによりキャパシタモジュール１のコンパクト化、小型化が図れる。

また、上述したキャパシタ２は、キャパシタケース２２の底壁部（一壁）２２１を他壁の壁厚よりも厚く形成し、この底壁部２２１にネジ穴２２２を設けた。この結果、ネジ穴の深さが充分に取れるので、さらに信頼性および耐久性を確保して被固定面に固定することが可能になる。なお、ネジ穴の深さを充分に取る構成として、図１１に示すように、キャパシタケース２４の底壁部２４１に凸状部２４３を形成し、この凸状部２４３の外底壁面にネジ穴２４２を設けてもよい。図１１に示すキャパシタ１１を適用する場合には、凸状部２４３を介装材４２に挿通するようにして固定ネジ４で固定すればよい。また、凸状部２４３を非円形の柱状に形成すれば、キャパシタ１１を放熱体３に固定する際に外部端子２３１の電極の向きの位置決めを容易にして、キャパシタ１１を適用するキャパシタモジュールの組み立て性を向上することが可能になり、さらに固定ネジ４を締め付けたときのキャパシタ１１の回り止めをすることが可能になる。

なお、キャパシタとして、図１２に示すキャパシタ１２を適用してもよい。キャパシタ１２が有するキャパシタケース２５の底壁部２５１の外底壁面には、ネジ穴２５２が設けられるとともに、放熱体３の固定面３１側と係合する係合部２５３が設けられている。図１２で示す係合部２５３は凹部として設けてある。この結果、固定面３１側に係合部２５３が係合する被係合部（図示せず）を設けることで、キャパシタ２を放熱体３に固定する際に外部端子２３１の電極の向きの位置決めを容易にして、キャパシタ１２を適用するキャパシタモジュールの組み立て性を向上することが可能になり、さらに固定ネジ４を締め付けたときのキャパシタ１２の回り止めをすることが可能になる。なお、係合部２５３は、図１２に示す凹部に限らず凸部であってもよく、当該係合部２５３の形態にあわせて固定面３１に被係合部を用意すればよい。さらに、係合部２５３は、図１２に示す位置に限らず外底壁面の縁部分に設けてもよい。

さらに、キャパシタとして、図１３に示すように、キャパシタケース２６の底壁部２６１の外底壁面の中心から外れた位置にネジ穴２６２を設けたキャパシタ１３を適用してもよい。この結果、キャパシタ１３を放熱体３に固定する際に外部端子２３１の電極の向きの位置決めを容易にして、キャパシタ１３を適用するキャパシタモジュールの組み立て性を向上することが可能になる。

さらにまた、キャパシタとして、図１４に示すように、キャパシタ素子２１の電圧を所定範囲に規定するバランス回路５２をキャパシタケース２７の内部に設けたキャパシタ１４を適用してもよい。このキャパシタケース２７の底壁部２７１の外底壁面の中心には、ネジ穴２７２が設けられている。バランス回路５２をキャパシタ１４の外部に取り付ける場合には、上述したように外部端子２３１の上端に設けた雌ネジ穴（図示せず）に雄ネジ（図示せず）を螺合するが、バランス回路５２を予めキャパシタケース２７の内部に設けておけば、バランス回路５２の取り付け作業がなくなるので、キャパシタ１４を適用するキャパシタモジュールの組み立て性を向上することが可能になる。

なお、上述した実施の形態では、キャパシタケースにネジ穴を１つ設けた構成として図に示したが、キャパシタケースにネジ穴を複数設けてもよい。

上述したキャパシタ２の製造方法は、外金型２０１のキャビティ２０１１内に装填した軟質金属Ｍに対して内金型２０２によって衝撃力を付与して有底筒状のキャパシタケース２２を成形するキャパシタ２の製造方法において、キャビティ２０１１の内底面に設けた第一突起２０１２，第二突起２０１３を含む凹凸部を介在させて軟質金属Ｍに対して衝撃力を付与する工程と、第一突起２０１２，第二突起２０１３を含む凹凸部が介在したキャパシタケース２２の外底壁面にネジ穴２２２を形成する工程とを含む。すなわち、キャパシタケース２２をインパクト成形によって成形するときに、外金型２０１のキャビティ２０１１の内底面に設けた第一突起２０１２，第二突起２０１３を含む凹凸部によって軟質金属Ｍを流動化させることによってキャパシタケース２２の底壁部２２１を加工硬化させ、この加工硬化させたキャパシタケース２２の外底壁面にネジ穴２２２を形成することで、ネジ穴２２２およびネジ穴２２２を設ける部分の強度を増すことができる。

上述したキャパシタモジュール１は、キャパシタ素子２１を収容するキャパシタケース２２の外壁面に対して固定用のネジ穴２２２を有するキャパシタ２と、キャパシタケース２２のネジ穴２２２に固定ネジ４を螺合することによって複数のキャパシタ２を固定した放熱体３とを備えている。この結果、例えば油圧ショベル（建設機械）１００にキャパシタモジュール１を搭載した場合など、非常に大きい振動が繰り返し加えられる条件下で使用した場合であっても信頼性および耐久性を確保してキャパシタ２を固定することが可能になる。また、ネジ穴２２２への固定ネジ４の螺合によって放熱体３の固定面３１に対してキャパシタケース２２の外底壁面の密着性が向上するので、キャパシタ２が発生した熱を放熱体３に適宜伝えてキャパシタ２の放熱を行うことが可能になる。すなわち、キャパシタ２の内部温度の上昇に応じて適した放熱構造を得ることが可能になる。

また、キャパシタモジュール１は、キャパシタ２がキャパシタケース２２の上部に外部端子２３１を配置したものであり、このキャパシタケース２２の外底壁面にネジ穴２２２を形成してある。この結果、外部端子２３１を上部に配置したキャパシタケース２２の底を放熱体３の固定面３１に対して固定ネジ４によって固定できるから、複数のキャパシタ２を固定面３１に対して整列して固定することができ、モジュールの小型化を図ることが可能になる。

また、キャパシタモジュール１は、放熱体３の断面内部に設けてあって冷却水（冷却媒体）を流通させる冷却通路３３と、冷却水を冷却する冷却器８２と、冷却水を冷却器８２から冷却通路３３に導くポンプ８１とを備えている。この結果、冷却水によってさらにキャパシタ２の放熱を促進することが可能になる。すなわち、キャパシタ２の内部温度の上昇に応じてさらに適した放熱構造を得ることが可能になる。

そして、キャパシタモジュール１は、放熱体３を金属材で形成する一方、キャパシタ２の外底壁面と放熱体３の固定面３１との間に絶縁材からなるシート材４１を介在させ、かつ固定ネジ４と放熱体３との間に絶縁材からなる介装材４２を介在させている。この結果、上記放熱構造を維持しつつキャパシタ２の電気的な絶縁性を向上することが可能になる。

さらに、キャパシタモジュール１は、キャパシタ２および固定ネジ４を上下カバー（カバー）６１，６２で覆っている。この結果、キャパシタ２に対する防滴構造および防塵構造を得ることが可能になる。

また、キャパシタモジュール１は、キャパシタ２の温度を検出する温度センサ９を上カバー６１の内側に設ける一方、温度センサ９が検出した温度に応じて各キャパシタ２の充放電制御を行うコントローラ７１を上カバー６１の外側に取り付けてある。この結果、発熱に応じたキャパシタ２の制御を行うことが可能になり、キャパシタモジュール１の安全性を向上することが可能になる。また、キャパシタ２の制御を行うコントローラ７１をカバーの外側に取り付けたことにより、コントローラ７１を含むキャパシタモジュール１を得ることが可能になる。すなわち、例えば建設機械などに対してキャパシタモジュール１をコントローラ７１とともに搭載することが可能になる。

そして、キャパシタモジュール１は、キャパシタ２の出力電圧を昇圧する昇圧器を設けてある。この結果、キャパシタ２の容量・数・充放電圧を減らして、キャパシタモジュール１の省スペース化を図ることが可能になる。すなわち、例えば油圧ショベル（建設機械）１００の概観を変えることなく空いた空間にキャパシタモジュール１を搭載することが可能になる。

さらに、キャパシタモジュール１は、放熱体３に防振ゴムからなる脚１０を設けてある。この結果、防振構造が得られるので、例えば被取付部としての油圧ショベル（建設機械）１００にキャパシタモジュール１を搭載した場合など、非常に大きい振動が繰り返し加えられる条件下であっても信頼性および耐久性を確保してキャパシタモジュール１を取り付けることが可能である。

ところで、図１５はキャパシタモジュールの他の形態を示す概念図である。図１５で示すキャパシタモジュール１５は、上カバー６１と接続金具５１との間に絶縁材からなるシート材５３を介在した構成としてある。接続金具５１は、比較的熱伝導性の高い金属材（例えばアルミニウム）で形成してある。ここでは、図３に対して接続金具５１を上カバー６１の内壁面に沿って配置するために、キャパシタケース２７の内部にバランス回路５２を設けたキャパシタ１４（図１４参照）を適用してある。その他、キャパシタケース２７の外部で接続金具５１の下方にバランス回路５２を設けた構成でもよい。このように構成したキャパシタモジュール１５は、キャパシタ１４が発生した熱を接続金具５１から上カバー６１を介して放熱するため、キャパシタ１４の放熱性能を向上することが可能になる。

以上のように、本発明は、非常に大きい振動が繰り返し加えられる建設機械用として好適である。

Claims

キャパシタ素子を収納するキャパシタケースの外底壁部を他壁よりも厚く形成し、前記外底壁部にネジ穴を設けるとともに、前記外底壁部に対向する上側壁部に端子を設けてキャパシタとし、
前記キャパシタを複数備え、前記ネジ穴に固定ネジを螺合することによって、断面内部に冷却媒体を流通させる冷却通路を備えた放熱体に前記キャパシタを固定し、
前記放熱体は金属材で形成し、
前記キャパシタの外壁面と前記放熱体との間には絶縁材からなるシート材を介在させたこと
を特徴とするキャパシタモジュール。
前記固定ネジと前記放熱体との間に絶縁材からなる介装材を介在させたことを特徴とする請求項１に記載のキャパシタモジュール。
前記キャパシタをカバーで覆ったことを特徴とする請求項１または２に記載のキャパシタモジュール。
前記キャパシタおよび前記固定ネジをカバーで覆ったことを特徴とする請求項１または２に記載のキャパシタモジュール。
前記カバーは金属材で形成されたものであることを特徴とする請求項３または４に記載のキャパシタモジュール。
複数の前記キャパシタを電気的に接続する接続金具と前記カバーとの間に絶縁材からなるシート材を介在したことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載のキャパシタモジュール。
キャパシタの温度を検出する温度センサを前記カバーの内側に設ける一方、
前記温度センサが検出した温度に応じて各キャパシタの充放電制御を行うコントローラを前記カバーの外側に取り付けたこと
を特徴とする請求項３に記載のキャパシタモジュール。
前記温度センサを、キャパシタを電気的に接続する接続金具に設けたことを特徴とする請求項７に記載のキャパシタモジュール。
キャパシタの出力電圧を昇圧する昇圧器を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のキャパシタモジュール。
前記放熱体に防振ゴムからなる脚を設けたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のキャパシタモジュール。