JP2024041340A - capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a technology for cooling a capacitor provided in a power conversion device (such as an inverter unit).
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。 FIG. 7 shows an electrical circuit diagram of a general inverter unit. As shown in FIG. 7, a capacitor (for example, a film capacitor) C is connected between the P terminal and the N terminal. Further, switching elements Su, Sx, switching elements Sv, Sy, and switching elements Sw, Sz are connected in series between the P terminal and the N terminal. The switching elements are, for example, IGBTs, and the switching elements Su to Sz constitute an inverse converter (IGBT package) 1.
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。
A motor M is connected to the AC side of the inverter 1 (the connection point between switching elements Su and Sx, the connection point between switching elements Sv and Sy, and the connection point between switching elements Sw and Sz). Furthermore, a
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。 Capacitor C serves to smooth the DC link voltage. Further, a discharge resistor R is connected in parallel to the capacitor C. The discharge resistor R is provided to discharge the charge of the capacitor C when the input power to the inverter unit is turned off. This prevents electric shock accidents.
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。
FIG. 8 shows the configuration of a conventional capacitor C. As shown in FIG. 8, the capacitor C is housed in a rectangular
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。
Capacitor C becomes a heat-generating component because current always flows through it. In order to cool the capacitor C, in the existing configuration, a thermally
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。
However, the actual heat generating part is inside the molded capacitor (capacitor element and internal conductor), and the generated heat is radiated through the resin mold →
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。 Furthermore, although the capacitor C is a large component within the inverter unit, the heat generated by the capacitor C has become a bottleneck when trying to downsize the inverter unit.
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。 In view of the above, it is an issue to provide a capacitor that has improved cooling performance and is easy to assemble.
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。 The present invention has been devised in view of the above-mentioned conventional problems, and one aspect thereof is a capacitor provided in a power conversion device, which includes a capacitor element and a substantially rectangular parallelepiped-shaped capacitor housing the capacitor element. A case, a main body part housed in the capacitor case together with the capacitor element, a terminal part exposed from the capacitor case, a cooling plate filled in the capacitor case, and containing the capacitor element and the cooling plate. a resin to be fixed in an insulated state, and a bonding surface, which is one surface of the rectangular parallelepiped capacitor case, is bonded to the casing of the power conversion device directly or through a heat transfer member, and the capacitor case The main body portion of the cooling plate is disposed near a surface opposite to the joint surface, and the terminal portion of the cooling plate and the casing of the power conversion device are connected.
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。 Further, as one aspect thereof, in four sides of the surface of the capacitor case opposite to the bonding surface, a side exposing the terminal portion of the cooling plate and a side exposing the electrode terminal of the capacitor element are different. It is characterized by the presence of
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。 Further, as one aspect thereof, the cooling plate is provided with studs for mounting a board.
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。 Moreover, as another aspect, a discharge resistor connected in parallel to the capacitor element is arranged on the cooling plate.
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。 According to the present invention, it is possible to provide a capacitor that has improved cooling performance and is easy to assemble.
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。 Embodiments 1 to 3 of the capacitor according to the present invention will be described in detail below based on FIGS. 1 to 6.
[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。
[Embodiment 1]
In the first embodiment, a capacitor provided in a power conversion device will be described. FIG. 1(a) shows an existing capacitor, and FIG. 1(b) shows a capacitor according to the first embodiment.
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。
As shown in FIGS. 1(a) and 1(b), the capacitor element C is housed in a
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。
In the capacitor of the first embodiment, as shown in FIG. 1(b), a capacitor element C and a
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。
As shown in FIG. 1(b) and FIG. 2, the
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。
As shown in FIG. 3, a
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。
The
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。
Further, the surface (opening surface) of the
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。 Hereinafter, a method for cooling the capacitor will be explained based on FIG. 4.
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。
By arranging the
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。
In the conventional configuration, heat generated inside the capacitor is radiated via the resin mold (long distance) →
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。
Therefore, the cooling path is shorter than the conventional configuration (resin mold distance and
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。
In addition, in FIG. 3, the top side of the
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。
Further, the
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。
As described above, according to the first embodiment, since the capacitor C and the cooling structure are integrated, it is necessary to add a heat dissipation mechanism such as a heat
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。
When assembling the inverter unit, only the
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。 By having a cooling mechanism (cooling plate 7) inside the condenser C, the inside can be actively cooled, and the cooling capacity is improved.
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。 Therefore, it is possible to provide a capacitor that has improved cooling capacity and is easy to assemble.
[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。
[Embodiment 2]
As shown in FIG. 5(a), the capacitor of the second embodiment has, in addition to the configuration of the first embodiment, a
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。
Then, as shown in FIG. 5(b), for example, a
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。 With this configuration, the second embodiment provides the same effects as the first embodiment.
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。 Moreover, it becomes possible to arrange components (control board 11) above the capacitor C, and it becomes possible to achieve miniaturization.
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。
Further, the
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。
Further, the noise generated by the capacitor C can be blocked by the
[Embodiment 3]
The capacitor of the third embodiment has a configuration in which a discharge resistor R is attached to the
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。
As shown in FIG. 6, a discharge resistor R is placed on the
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。 With this configuration, the third embodiment provides the same effects as the first embodiment.
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。 Conventionally, the capacitor C and the discharge resistor R were constructed as separate bodies, and each required cooling. As shown in FIG. 6, in the third embodiment, by integrating the capacitor C and the discharge resistor R, the cooling section can be shared, and the cooling structure can be unified.
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。 Further, since the discharge resistor R becomes a part of the component of the capacitor C, there is no need to separately assemble the discharge resistor R, the number of steps can be reduced, and unit assembly becomes easy.
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。 Furthermore, a harness connecting the capacitor C and the discharge resistor R is not required.
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。 Although only the specific examples described in the present invention have been described in detail above, it is obvious to those skilled in the art that various modifications and modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. Naturally, such variations and modifications fall within the scope of the claims.
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
C...Capacitor R...Discharge resistance Su~Sz...Switching element 1...
5... Housing of inverter unit (power converter) 6...
Claims (4)
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。 A capacitor provided in a power conversion device,
a capacitor element,
a substantially rectangular parallelepiped-shaped capacitor case that houses the capacitor element;
a cooling plate having a main body part housed in the capacitor case together with the capacitor element, a terminal part exposed from the capacitor case;
a resin filled in the capacitor case and fixing the capacitor element and the cooling plate in an insulated state;
Equipped with
A joint surface, which is one surface of the rectangular parallelepiped capacitor case, is joined to the casing of the power conversion device directly or via a heat transfer member,
arranging the main body of the cooling plate near a surface opposite to the joint surface of the capacitor case;
A capacitor, wherein the terminal portion of the cooling plate and the casing of the power conversion device are connected.
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。 On the four sides of the surface opposite to the joint surface of the capacitor case,
2. The capacitor according to claim 1, wherein a side of the cooling plate where the terminal portion is exposed is different from a side where the electrode terminal of the capacitor element is exposed.
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