JP2008187206A - 金属化フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】従来の耐熱性を向上させたフィルムコンデンサは、外部からの発熱影響を緩和することは多少できるが、大きなリプル電流で使用されるフィルムコンデンサにおいてはコンデンサ素子自身の発熱が籠もり、結果的に温度上昇値が高くなる。
【解決手段】コンデンサ素子を内蔵したコンデンサ外装ケースと、前記コンデンサ外装ケース内にモールドされた樹脂で構成され、コンデンサ外装ケースの少なくとも一面に金属板を備える。コンデンサ素子を内蔵したコンデンサ外装ケースと、前記コンデンサ外装ケース内にモールドされた樹脂で構成され、コンデンサ外装ケースの少なくとも一面に金属板を備えている。この構成により、素子自身の発熱を放熱し、かつ、外部からの熱影響を緩和することにより、高耐熱フィルムコンデンサとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサ素子を外装ケース内に備え、外装ケース内に樹脂充填されてなるケースモールド型で乾式の金属化フィルムコンデンサに関するものである。

近年、ケースモールド型乾式フィルムコンデンサは、従来の家電分野だけではなく、車両分野をはじめとしてあらゆる分野に展開されている。特にエンジンとモータの両方で駆動させるハイブリッド車等において、モータを駆動するインバータ回路の平滑用等に用いられ、エンジンルーム等に設置される場合、高温にさらされるだけなく、軽量小型化高密度実装により発熱体の近傍に設置されるケースが多くなる。

このような、外からコンデンサ内部へ受ける熱の影響や、逆に内部から外へ発する熱の影響を小さくするためには、コンデンサ内部における発熱体であり、かつ電荷蓄積のコンデンサとしての主機能を行なうコンデンサ素子の周辺部を大きくすればよい。しかしこれはコンデンサ全体が大きくなり、小型軽量化の要求に反する。すなわち、車両用に用いるケースモールド型のコンデンサには、高温に耐え得る性能を備え、しかも小型化の要求に対応させるという相反する性能を同時に満足する必要がある。

図４は従来の耐熱性を向上させたフィルムコンデンサ構造を示しており、１３はコンデンサ素子、１１は金属化フィルム、１２はコンデンサ素子最外層に配置して、外部からの熱影響を緩和する断熱材を示す（特許文献１参照）。

通常、フィルムコンデンサにおいては、金属化フィルムを巻回したコンデンサ素子最外層には、素子本体を機械的応力に対して保護することを目的として厚手のフィルム等を配置しているが、図４で示された従来のフィルムコンデンサでは、コンデンサ素子最外層には、この厚手のフィルムの代わり、あるいはその上層部に断熱性の高い材質を用いた断熱材１２を配列したことにより外部からコンデンサ素子１３本体への熱影響を緩和している。
特開昭５９−１９７１２０号公報（第３図）

しかし、従来の耐熱性を向上させたフィルムコンデンサは、外部からの熱影響を緩和することは多少できるが、大きなリプル電流で使用されるフィルムコンデンサにおいてはコンデンサ素子自身の発熱が内部にこもり、結果的に温度上昇が大きくなるという課題を有していた。

本発明は、コンデンサ素子自身の発熱を放熱させ、かつ、外部からの熱影響を緩和することにより、高耐熱フィルムコンデンサを提供することを目的とする。

本発明の金属化フィルムコンデンサは、上記課題を解決するために、金属化フィルムを巻回または積層した１つまたは複数のコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を内蔵した略直方体形状の外装ケースとを備え、前記外装ケース内に樹脂充填し、発熱体近傍に設置する金属化フィルムコンデンサであって、前記外装ケースの外側面のうち前記発熱体に最も近い外側面に放熱板を配したものである。

また放熱板は、金属板のみ、または金属板と断熱材の二層構造にしたものである。

以上のように、外装ケースに放熱板を備えることにより、内蔵するコンデンサ素子自身の発熱を放熱し、かつ、外部からの熱影響を緩和することにより、高耐熱フィルムコンデンサとすることができる。

また、外部からの熱影響を受けにくいことで、コンデンサ近傍に発熱体を設置することができ、ユニット全体の小型化に寄与する。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図３を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１において、１はコンデンサ素子、２は充填樹脂、３は外装ケース、４は放熱板、５は電極部、６は発熱体であるスイッチング素子モジュールを示す。

以上のように構成されたケースモールド型乾式コンデンサについて、その動作を説明する。

コンデンサ素子１は金属化フィルムを巻回または積層し、その両端に金属溶射してなる電極部５を設けたものである。そしてこの電極部５に電圧を印加して電荷蓄積を行なう。このコンデンサ素子１を樹脂製の略直方体形状の外装ケース３に内蔵し、充填樹脂２を充填している。この充填樹脂２は、コンデンサ素子１における自己発熱を放熱させると同時に、塵埃や水分等からコンデンサ素子１を保護する。また、外装ケース３はコンデンサ素子１とモールド樹脂２を保持するものであり、外的な機械的衝撃からコンデンサ素子１を保護する。

さらに、図１で示すように、略直方体形状の外装ケース３の外側上面に放熱板４を配している。この放熱板４はアルミ製であり、外装ケースに接着剤によって取り付けている。

なお、本実施の形態においては、コンデンサを設置する実施例として、ハイブリッド車のインバータ回路に用いる場合を示しており、インバータ回路を構成する、スイッチング素子モジュール６の近辺にコンデンサを設置させている。そして、本実施の形態におけるコンデンサの外装ケース３の外側面のうち、スイッチング素子モジュール６に最も近い面に放熱板４を配している。

以上のように、本実施の形態によればコンデンサ素子１に電極部５を通して電流が流れると、コンデンサ素子１の損失分による熱が発生するが、コンデンサ素子１周囲に設置された充填樹脂２と外装ケース３を通じて外部に放熱される。

一方、本実施の形態におけるケースモールド型で乾式のコンデンサ外部に設置されているスイッチング素子モジュール６の発熱は外装ケース３に設置された放熱板４により反射されて、外装ケース３、モールド樹脂２及びコンデンサ素子１に対する影響が緩和し、耐熱性が向上する。すなわち、この放熱板４は、本実施の形態でのコンデンサを設置した時に、発熱体に最も近い外装ケースの外側面に取り付け、発熱体からの熱を反射させ、コンデンサ素子１に対する外部からの熱影響を緩和させている。

なお、本実施の形態においては、コンデンサを近傍に設置する発熱体の例として、スイッチング素子モジュール６を示したが、もちろんこれにこだわるわけではなく、その他の発熱体素子であってもよい。

そして、本実施の形態で示したように、コンデンサ近傍に発熱体を設置することができることから、本実施の形態のケースモールド型で乾式のコンデンサを使用した装置全体を小型化することができる。

なお、本実施の形態では、放熱板４をアルミ製としたが、アルミの他、銅、銀など、熱の反射性、放熱性がよいものが適しているので、材料コストととから適宜材料選定を行なえばよい。

さらに、本実施の形態では、放熱板４を、接着剤を用いて外装ケース３に取り付ける例を示したが、取り付ける方法は、この他両面テープなどでもよい。ただし、接着剤であっても、両面テープであっても、外装ケース３内のコンデンサ素子１からの熱伝導を妨げないようできるだけ層を薄くすることが必要である。

（実施の形態２）
図２は、本実施の形態における金属化フィルムコンデンサを示し、７は放電抵抗器であり、本実施の形態において実施の形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。そして、本実施の形態で、実施の形態１と異なるのは、放電抵抗器７を金属化フィルムコンデンサと一体化した点である。

以下、本実施の形態における金属化フィルムコンデンサについて、図２および図３を用いてその動作を説明する。なお図３は、本実施の形態における金属化フィルムコンデンサをハイブリッド車用インバータ回路に用いた電気回路の概略を示した図である。

図２および図３において、放電抵抗器７はコンデンサ素子１に蓄積した電荷を放電する作用を有し、メンテナンス時等で、コンデンサ素子１に蓄積した電荷をできるだけ早く放電させ、安全に作業できるようにするために設けることを必要とされているものである。

そして放電抵抗器７は、本実施の形態のコンデンサと並列に接続され、回路がオフになってから回路電圧を規定時間内に規定電圧以下にするため設置されている。このため、本実施の形態のコンデンサの静電容量が大きく、回路電圧が高い場合、抵抗値を下げる必要があり、その結果、回路動作中の発熱量は極めて高くなる。

ここで、図２で示すように、放電抵抗器７と向かい合う外装ケース３の外側面に金属板４を設けることにより、放電抵抗器７の発生する熱を反射し、コンデンサ素子１の温度上昇値は低くすることができる。その結果、本実施の形態における金属化フィルムコンデンサと放電抵抗器７を一体化することができる。なお、本実施の形態における放電抵抗器７は、抵抗素子群を基板上に配したもので、図２で示すように、外装ケース３の外側面に取付用ボスを４本立て、該外側面と距離をおいて取り付けるようにしている。また基板はこの取付用ボスにねじ止めしてもよいし、ボス先端に加工された部分を有し、はめ込み式で固定させてもよい。また、取付用ボスは、外装ケースを成形品とし、予め設けておくようにすれば、部品点数が削減できる。

なお、本実施の形態では、抵抗値２５ｋΩ、回路電圧ＤＣ７５０Ｖ、消費電力が２２．５Ｗである。表１に放熱板４を設けた場合と設けない場合のコンデンサ素子１の温度上昇値結果を示す。表１に示すように、放熱板４を設けることにより、設けない場合に比べ、７Ｋも温度上昇を抑えることができた。

また、本実施の形態では金属板４の材質はアルミとしたが、銅、銀など熱反射性、放熱性の優れるものであれば同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では放熱体の一例として放電抵抗器を用いる例を示したが、これに限られるものではなく、その他の発熱体であっても本実施の形態による効果は得られる。

以上のように、本実施の形態によれば、放電抵抗器７等の発熱体と向かい合う外装ケース３の外側面に放熱板４を設けることにより、放電抵抗器７を金属化フィルムコンデンサと一体化することができ、ユニットとして小型化に寄与することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態について、本実施の形態における金属化フィルムコンデンサを示す図２を用いて説明する。

図２において、８は断熱材であり、図２において、実施の形態２と異なるのは、金属板４と外装ケース３の間に断熱材８を設けた二層構造である点である。

以下、本実施の形態におけるケースモールド型乾式コンデンサについて、その動作を説明する。

断熱材８は外部からの熱影響を緩和する作用を有する。金属板４と外装ケース３の間に断熱材８を設けることにより、コンデンサ素子１の温度上昇値は実施の形態２より更に低くすることができ、その結果、耐熱性を向上することができる。

なお本実施の形態では、断熱材８は、シリコン系の発泡材を使用したが、熱伝導性の低い構造及び、材質であれば同じ効果が得られる。

なお、実施の形態２と同じ電気的条件で、表１にコンデンサ素子１の温度上昇値結果を示す。表１で示すように、金属板のみを用いた放熱板よりもさらに温度上昇を２Ｋ抑えることができ、放熱板を全く用いない場合に比べ、９Ｋも温度上昇を抑えることができた。

なお、実施の形態１から３において金属板に放熱用フィンを設けると、さらに放熱性を高めることができる。

本発明の金属化フィルムコンデンサは、平滑用コンデンサとして広く一般に用いることができ、特に車載用インバータ回路の平滑用やフィルタ用などに有用である。

本発明の金属化フィルムコンデンサの実施の形態１における概略図 本発明の金属化フィルムコンデンサの実施の形態２および３における概略図 本発明の金属化フィルムコンデンサの実施の形態２における金属化フィルムコンデンサをハイブリッド車用インバータ回路に用いた電気回路の概略を示した図 従来の耐熱性を向上させたフィルムコンデンサ概略図

符号の説明

１ コンデンサ素子
２ 充填樹脂
３ 外装ケース
４ 放熱板
７ 放電抵抗器
８ 断熱材

Claims (10)

1. 金属化フィルムを巻回または積層した１つまたは複数のコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を内蔵した略直方体形状の外装ケースとを備え、前記外装ケース内に樹脂充填し、発熱体近傍に設置する金属化フィルムコンデンサであって、前記外装ケースの外側面のうち前記発熱体に最も近い外側面に放熱板を配した金属化フィルムコンデンサ。
2. 放熱板は、コンデンサ素子が発熱する熱を放熱する作用を有する請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
3. 放熱板は、外部から外装ケースに放射される熱を反射する作用を有する請求項１または２のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサ。
4. 放熱板は、放熱用フィンを有する請求項１から３のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサ。
5. 放熱板は金属板である請求項１から４のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサ。
6. 放熱板はアルミまたは銅である請求項５記載の金属化フィルムコンデンサ。
7. 放熱板は金属板部と樹脂製の断熱材の二層構造である請求項１から４のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサ。
8. 放熱板の断熱材を、金属部と外装ケースの間に挟んで配した請求項７記載の金属化フィルムコンデンサ。
9. 断熱材はシリコン系発泡材を用いた請求項７または８のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサ。
10. 放熱板の金属板部は、アルミまたは銅である請求項７から９のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサ。

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