JP2011086673A - ケースモールド型コンデンサ - Google Patents

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Abstract

【課題】自動車用等に使用されるケースモールド型コンデンサに関し、耐熱性の向上とスペースの有効活用を図ることを目的とする。
【解決手段】電流供給用または電流取り出し用の端子部2a、3aを一端に設けたバスバー2、3で複数の素子1a〜1cを接続し、これらを箱型のケース4内に収容して樹脂モールドしてなり、上記複数の素子1a〜1cとして、少なくとも容量が異なる複数の素子1a〜1cを容量の大きさ順に並べて用い、かつ、容量の小さい素子1aが上記バスバー2に設けた電流供給用の端子部2a側に配置されるようにした構成により、リプル電流を複数の素子1a〜1cに分散して流すことができるようになるため、電流供給用の端子部2aに近接した素子1aが発熱し、特性劣化を引き起こすことを抑制できる。
【選択図】図1

Description

本発明は各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に使用され、特に、ハイブリッド自動車のモータ駆動用インバータ回路の平滑用、フィルタ用、スナバ用に最適な金属化フィルムコンデンサをケース内に樹脂モールドしたケースモールド型コンデンサに関するものである。
近年、環境保護の観点から、あらゆる電気機器がインバータ回路で制御され、省エネルギー化、高効率化が進められている。中でも自動車業界においては、電気モータとエンジンで走行するハイブリッド車(以下、HEVと呼ぶ)が市場導入される等、地球環境に優しく、省エネルギー化、高効率化に関する技術の開発が活発化している。
このようなHEV用の電気モータは使用電圧領域が数百ボルトと高いため、このような電気モータに関連して使用されるコンデンサとして、高耐電圧で低損失の電気特性を有する金属化フィルムコンデンサが注目されており、更に市場におけるメンテナンスフリー化の要望からも極めて寿命が長い金属化フィルムコンデンサを採用する傾向が目立っている。
そして、このようにHEV用として用いられる金属化フィルムコンデンサには、使用電圧の高耐電圧化、大電流化、大容量化等が強く要求されるため、バスバーによって並列接続した複数の金属化フィルムコンデンサをケース内に収納し、このケース内にモールド樹脂を注型したケースモールド型コンデンサが開発され、実用化されている。
更に、このようなケースモールド型コンデンサでは、上記バスバーの一端に設けた外部接続用の端子部に近接した金属化フィルムコンデンサが他の金属化フィルムコンデンサと比べて電気的接続経路が短いためにインピーダンスが低くなり、このようなケースモールド型コンデンサに接続された外部機器が高速スイッチング動作を行った際に、スイッチング周波数及びその他の高周波で発生するリプル電流がインピーダンスの低い金属化フィルムコンデンサに多く流れようとし、このために外部接続用の端子部に近接する金属化フィルムコンデンサの発熱が高くなり、この結果、特性劣化を引き起こすという問題を有しているため、このような問題を解決するための技術が種々開発され、提案されている。
図3はこの種の従来のケースモールド型コンデンサの構成を示した樹脂モールド前の平面図、図4は図3のケースを除いた状態を示した斜視図であり、図3と図4において、11a〜11dは金属化フィルムコンデンサ(以下、コンデンサと呼ぶ)であり、このコンデンサ11a〜11dは両端面にメタリコン電極を夫々形成してP極電極(図3において上面側)とN極電極(図3において底面側)の一対の取り出し電極が夫々設けられたものであり、このようなコンデンサ11a〜11dを直線状に併設したものである。
12はP極バスバー、12aはこのP極バスバー12の一端に設けられて上方へ引き出された外部接続用のP極端子、12bはこのP極バスバー12から枝状に複数に分岐されて半田付け部12cで各コンデンサ11a〜11dのP極電極と夫々半田付けされる接合部であり、上記P極端子12aに近い方から順に、コンデンサ11a、11b、11c、11dを配置したものである。また、上記コンデンサ11aとコンデンサ11bのP極電極に半田付け部12cで接合される夫々の接合部12bは、P極端子12aからの電気的接続経路が略同じ長さになるように形成されているものである。
13はN極バスバー、13aはこのN極バスバー13の一端に設けられて上方へ引き出された外部接続用のN極端子であり、このN極バスバー13にも上記P極バスバー12と同様に接合部13b(図示せず)、半田付け部13c(図示せず)が設けられ、この接合部13bは上記P極バスバー12に設けられた接合部12bと上下方向で対称位置になるように設けられているものである。
14は樹脂製のケースであり、このケース14内に上記P極バスバー12、N極バスバー13により一体に連結されたコンデンサ11a〜11dを収容した後、このケース14内に図示しないモールド樹脂を充填することによってケースモールド型コンデンサが構成され、上記モールド樹脂から表出したP極端子12aとN極端子13aを介して図示しない外部機器に接続するようにしたものである。
このように構成された従来のケースモールド型コンデンサは、外部接続用のP極端子12a、N極端子13aに最も近いコンデンサ11aと2番目に近いコンデンサ11bの電気的接続経路を略同じ長さにした構成によってインピーダンスも略同等となり、これにより、外部接続用のP極端子12a、N極端子13aに最も近いコンデンサ11aと2番目に近いコンデンサ11bが高周波リプル電流に対して同等の発熱状態になるために発熱が分散され、コンデンサ11aのみが発熱が高くなって特性劣化を招くことを抑制することができるというものであった(特許文献1)。
また、図5はこの種の従来のケースモールド型コンデンサの他の例を示した分解斜視図であり、例えば、ハイブリッド自動車等の電動車両に搭載されるモータ駆動用インバータ回路に入力される電圧を平滑するために用いられるものであり、図5において20はケースモールド型コンデンサを示し、このケースモールド型コンデンサ20はコンデンサケース21内に複数のコンデンサ素子22を並列に配列し、収容することで構成されている。
なお、図5では、便宜上、コンデンサケース21とコンデンサ素子22等の部材とを分離して示しているが、実際には、コンデンサ素子22等の部材をコンデンサケース21内に収容し、充填樹脂等をコンデンサケース21内に封入することで、ケースモールド型コンデンサ20を構成するものである。
コンデンサ素子22は、幅方向(y方向)の端面22aおよび端面22bに正電極あるいは負電極を有し、かつ偏平形状に形成したフィルムコンデンサである。
複数のコンデンサ素子22は、両側面の一方の偏平面22cをコンデンサケース21の開口部に向けて、かつ端面22a、22bの各電極をコンデンサケース21の幅方向(y方向)の両側面21a、21bに向けて、各電極が夫々同一平面上に位置するように、長手方向(x方向)に一列に密接して配列される。
正極バスバー23aおよび負極バスバー23bは、各コンデンサ素子22と外部接続機器(図示せず)等とを接続させるものであり、コンデンサ素子22の偏平面22cに、夫々端面22a、22b側に寄せて配置される。
正極バスバー23a、負極バスバー23bは、各コンデンサ素子22の各電極に接続するために、各電極に向けて引き出された複数の電極接続部24a、24bを有する。さらに、外部接続機器等に接続するために、コンデンサケース21の外部へ引き出された外部接続端子25a、25bを有する。外部接続端子25a、25bは、端部に貫通孔26a、26bが形成され、リード線等(図示せず)を固定できるようになっている。さらに、外部接続端子25a、25bの一部は絶縁を保ちつつ重なっている。このように、外部接続端子25a、25bの一部を対向させることで正極バスバー23a、負極バスバー23bのインダクタンスを小さくすることができる。
また、上記正極バスバー23aには、外部接続端子25a側から長手方向(x方向)にスリット27が形成されており、このスリット27により、幅方向(y方向)に流れる電流が抑制される。その結果、外部接続端子25aの接続点(貫通孔26a)から端面22a側の電極までの電流経路Laの長さと、端面22b側の電極から外部接続端子25bの接続点(貫通孔26b)までの電流経路の長さLbとの経路合計L(=La+Lb)が、各コンデンサ素子22の間で均一化される。つまり、各コンデンサ素子22の間でインダクタンスが均一化される。
このように構成された従来のケースモールド型コンデンサは、正極バスバー23aにスリット27を設けた構成により、外部接続端子25aに物理的に電極が近いコンデンサ素子22ほど外部接続端子25aの接続点から端面22a側までの電流経路Laが長くなり、スリットが形成されていない負極バスバー23bは、外部接続端子25bから物理的に電極が遠いコンデンサ素子22ほど外部接続端子25bの接続点から端面22b側の電極までの電流経路Lbが長くなる。その結果、経路合計Lは、各コンデンサ素子22の間で均一化され、外部接続端子25a、25bに近い一部のコンデンサ素子22の温度が過度に上昇することを抑制することができ、コンデンサ素子22の耐久性を向上することができる。
従って、従来行われていたような、バスバーの厚みを増大させたり、外部接続端子のバスバーへの接続箇所数を増やしたり、コンデンサ素子のフィルム厚を増大させたりする必要がなくなり、ケースモールド型コンデンサを小型化し、コンデンサ素子の発熱を抑制することができるというものであった(特許文献2)。
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1、特許文献2が知られている。
特開2008−251594号公報 特開2009−99884号公報
しかしながら上記従来のケースモールド型コンデンサでは、外部接続用の端子に最も近いコンデンサと2番目に近いコンデンサの電気的接続経路を略同じ長さにすることによってインピーダンスを略同等としたり(特許文献1)、一方のバスバーにスリットを設けることによって外部接続端子の接続点から各コンデンサ素子間の電流経路を均一化したり(特許文献2)することにより、外部接続端子に近い一部のコンデンサのみが発熱が高くなって特性劣化を招くという問題は解消できているものの、バスバーの形状が複雑化して歩留まりが悪くなるためにコストアップを招くばかりでなく、重量の増加を招くと共に大型化するという新たな課題が発生するものであった。
更にまた、別の課題として、このようなケースモールド型コンデンサをハイブリッド自動車等に使用する際にはエンジンルーム内に搭載されることになるために、搭載可能なスペースが小さいばかりでなく、例えばボンネットの傾斜に沿った複雑な形状の空間部となり、限られたスペースを最大限有効に活用するためには、一般的な立方体や直方体ではない形状のケースモールド型コンデンサを実現しなければならないという課題もあった。
本発明はこのような従来の課題を解決し、外部接続用の端子部に近接したコンデンサの発熱が他のコンデンサに比べて高くなり、これにより特性劣化を引き起こすことを抑制して優れた耐熱性を発揮することができると共に、限られたスペースを最大限有効に活用して小型軽量化と低コスト化を図ることが可能なケースモールド型コンデンサを提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために本発明は、電流供給用または電流取り出し用の端子部を一端に設けたバスバーで複数の素子を接続し、これらを箱型のケース内に収容して上記バスバーの端子部を除いて樹脂モールドしてなり、上記複数の素子として、少なくとも容量が異なる複数の素子を容量の大きさ順に並べて用い、かつ、容量の小さい素子が上記バスバーに設けた電流供給用の端子部側に配置されるように構成したものである。
更に、ケース底面の少なくとも一部に傾斜または段部を設けることによってケース内の深さ寸法を浅くし、この浅くした部分に容量の小さい素子が配置されるように構成したものである。
以上のように本発明によるケースモールド型コンデンサは、複数配置された素子の容量がバスバーの電流供給用の端子部に向かって漸減するようにした構成により、高周波領域で発生するリプル電流が電流供給用の端子部に近接した素子に多く流れることを抑制して容量が大きい素子に流れるようになるため、複数の素子にリプル電流を分散して流すことができるようになるため、電流供給用の端子部に近接した素子にリプル電流が大量に流れて素子が発熱し、特性劣化を引き起こすことを抑制し、優れた耐熱性を発揮することができるという効果が得られるものである。
更に、ケース底面に傾斜または段部を設けることによってケース内の深さ寸法を浅くした部分に容量の小さい素子を配置するようにした構成により、容量が小さい、すなわち大きさが小さい素子をケースの深さ寸法が浅い部分に配設することができるため、限られたスペースを最大限に有効活用して小型軽量化と低コスト化を図ることができるという効果が得られるものである。
(a)本発明の実施例1によるケースモールド型コンデンサの構成を示した平面図、(b)同正面断面図 同斜視図 従来のケースモールド型コンデンサの構成を示した樹脂モールド前の平面図 図3のケースを除いた状態を示した斜視図 従来のケースモールド型コンデンサの他の例を示した分解斜視図
以下、実施例1を用いて、本発明の特に全請求項に記載の発明について説明する。
(実施例1)
図1(a)、(b)は本発明の実施例1によるケースモールド型コンデンサの構成を示した平面図と正面断面図、図2は同ケースモールド型コンデンサの斜視図であり、本実施例によるケースモールド型コンデンサは、例えば、ハイブリッド自動車のモータ駆動用インバータ回路に入力される電圧を平滑するために用いられるものを一例として示したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1と図2において、1a〜1cは金属化フィルムコンデンサ(以下、コンデンサ素子と呼ぶ)であり、このコンデンサ素子1a〜1cは、ポリプロピレンからなる誘電体フィルムの片面、または両面に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを一対とし、上記金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向する状態で巻回した後にプレス加工によって偏平に加工し、両端面に亜鉛を溶射したメタリコン電極を夫々形成することによってP極電極とN極電極の一対の取り出し電極を夫々設けて構成されたものである。
また、上記コンデンサ素子1a〜1cは、夫々容量が異なるように形成されたものであり、この結果、大きさ(図1(b)における高さ方向の外径寸法を意味する)も異なるように形成されたものである。そして、容量が小さく、かつ、大きさが小さいものから順に並べて配置したものであり、本実施例においては3個のコンデンサ素子1a〜1cを用いた構成にしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、2個以上であれば本発明の効果を得ることができるものである。また、上記容量と大きさを異ならせる手段としては、金属化フィルムの巻回数を異ならせることによって実現したものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、誘電体フィルムの厚みや幅寸法を変えたり、また金属蒸着電極の有効電極幅を変えたりすることによって実現しても良い。
2はP極バスバー、2aはこのP極バスバー2の一端を折り曲げることによって設けられた電流供給用の端子部、2b(図示せず)は上記コンデンサ素子1a〜1cに設けられたP極電極と接続するための接続部である。3はN極バスバー、3aはこのN極バスバー3の一端を折り曲げることによって設けられた電流取り出し用の端子部、3bは上記コンデンサ素子1a〜1cに設けられたN極電極と接続するための接続部である。
そして、このように構成されたP極バスバー2の電流供給用の端子部2aと、N極バスバー3の電流取り出し用の端子部3aが、上記容量が小さく、かつ、大きさが小さいものから順に並べて配置されたコンデンサ素子1a〜1cの、最も容量と大きさが小さいコンデンサ素子1a側に配置されるようにして、P極バスバー2の接続部2bを上記コンデンサ素子1a〜1cのP極電極に夫々半田付けすると共に、N極バスバー3の接続部3bを同じくコンデンサ素子1a〜1cのN極電極に夫々半田付けすることにより、コンデンサ素子1a〜1cを並列接続して一体化しているものである。
4は上面を開放した箱型の樹脂製(本実施例においてはPPS(ポリフェニレンサルファイト)を用いたが、本発明はこれに限定されない)のケースであり、このケース4の底面には複数の段部4a〜4cが設けられている。従って、この段部4a〜4cを設けた部分はケース4内における深さ寸法が浅くなるように構成されているものである。
そして、このような段部4a〜4cを設けることによってケース4内における深さ寸法が浅くなった部分に対応するように、上記容量と大きさが小さいコンデンサ素子1a〜1cを夫々配置するようにしたものであり、より具体的には、段部4bの部分には最も容量と大きさが小さいコンデンサ素子1aを、段部4aの部分には2番目に容量と大きさが小さいコンデンサ素子1bを、段部を設けない部分には最も容量と大きさが大きいコンデンサ素子1cを配置するようにしているものである。すなわち、複数個配置されたコンデンサ素子1a〜1cの容量(大きさ)がP極バスバー2の電流供給用の端子部2a側に向かって漸減するように構成したものである。
なお、上記ケース4の底面に設けた段部4cには、P極バスバー2に設けた電流供給用の端子部2aと、N極バスバー3に設けた電流取り出し用の端子部3aが夫々配置され、コンデンサ素子は配置されない構成にしているものである。
5は上記ケース4内に充填されたモールド樹脂であり、このモールド樹脂5によってケース4内に収容された複数個のコンデンサ素子1a〜1cと、このコンデンサ素子1a〜1cを並列接続したP極バスバー2、N極バスバー3を固定するようにしており、P極バスバー2に設けた電流供給用の端子部2aとN極バスバー3に設けた電流取り出し用の端子部3aのみが上記モールド樹脂5から表出するように構成されており、これにより、本実施例によるケースモールド型コンデンサが構成されているものである。
なお、本実施例においては、上記モールド樹脂5としてエポキシ樹脂を用いたものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。また、図1(a)、図2においては、構成を分かり易くするためにモールド樹脂5を省略して記載しているものである。
6は上記ケース4が収容されたアルミニウム製の外装ケース、6aはこの外装ケース6の底面に設けられた傾斜部であり、この外装ケース6は本実施例によるケースモールド型コンデンサを構成するための必要部品ではないが、実際に本実施例によるケースモールド型コンデンサが使用される場合には、このような外装ケース6内に他の部品(図示せず)と共に収容された状態で、かつ、底面側を上方に向けて自動車のボンネット内部に搭載されることが多いものである。
このように構成された本実施例によるケースモールド型コンデンサは、容量が異なる複数個のコンデンサ素子1a〜1cを容量の大きさ順に並べて配置すると共に、コンデンサ素子1a〜1cの容量が電流供給用の端子部2aに向かって漸減するようにした構成により、高周波領域で発生するリプル電流が電流供給用の端子部2aに近接したコンデンサ素子1aに多く流れることを抑制して容量が大きいコンデンサ素子1c、1bにも流れるようになるため、複数のコンデンサ素子1a〜1cにリプル電流を分散して流すことができるようになり、電流供給用の端子部2aに近接したコンデンサ素子1aのみにリプル電流が大量に流れてコンデンサ素子1aが発熱し、特性劣化を引き起こすことを抑制して優れた耐熱性を発揮することができるという格別の効果を奏するものである。
更に、ケース4の底面に段部4a〜4c(または傾斜でも良い)を設けることによってケース4内の深さ寸法を浅くした部分に容量の小さいコンデンサ素子1a、1bを配置するようにした構成により、容量が小さい、すなわち大きさが小さいコンデンサ素子1a、1bをケース4の深さ寸法が浅い部分に配設することができるようになるため、限られたスペースを最大限に有効活用して小型軽量化と低コスト化を図ることができるという格別の効果を奏するものである。
なお、本実施例においては、(1)容量が異なる複数のコンデンサ素子を容量の大きさ順に並べて配置し、かつ、各コンデンサ素子の容量が電流供給用の端子部に向かって漸減するようにした構成と、(2)ケースの底面に段部を設けることによってケース内の深さ寸法を浅くした部分に容量の小さいコンデンサ素子を配置するようにした構成とを、同時に実施した実施例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記(1)の構成のみを実施し、上記(2)の構成は実施しない場合であっても、電流供給用の端子部に近接したコンデンサ素子のみにリプル電流が大量に流れてコンデンサ素子が発熱し、特性劣化を引き起こすことを抑制して優れた耐熱性を発揮することができるという格別の効果は十分に得られるものである。
また、本実施例においては、小型軽量化と低コスト化を図る目的で、ケースの底面に段部を設けることによってケース内の深さ寸法を浅くした部分に大きさの小さいコンデンサ素子を配置する実施例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ケースの底面に傾斜を設けることによってケース内の深さ寸法を浅くする構成であっても構わないものであり、このような構成によっても同等の効果が得られるものである。
また、上記小型化と低コスト化を図る目的で行う他の手段として、ケースの側面に傾斜または段部を設けることも可能であり、これらの手段は自動車のエンジンルーム内等の限られたスペースの形状、寸法等に対応して、適宜、最適な手段を選択すれば良いものである。
更にまた、本実施例においては、P極バスバー2とN極バスバー3を用いて並列接続した複数個のコンデンサ素子1a〜1cを樹脂製のケース4内に収容し、このケース4内にモールド樹脂5を充填することによってケースモールド型コンデンサを構成した例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記P極バスバー2とN極バスバー3を用いて並列接続した複数個のコンデンサ素子1a〜1cを直接アルミニウム製の外装ケース6内に収容し(樹脂製のケース4は使用しない)、この外装ケース6内に直接モールド樹脂5を充填することによってケースモールド型コンデンサを構成するようにしても構わないものであり、いずれの場合でも本発明による効果は十分に得られるものである。
本発明によるケースモールド型コンデンサは、優れた耐熱性を有し、かつ、限られたスペースを最大限に有効活用して小型軽量化と低コスト化を図ることができるという効果を有し、特に、ハイブリッド自動車等の自動車用分野のコンデンサ等として有用である。
1a、1b、1c コンデンサ素子
2 P極バスバー
2a 電流供給用の端子部
2b、3b 接続部
3 N極バスバー
3a 電流取り出し用の端子部
4 ケース
4a、4b、4c 段部
5 モールド樹脂
6 外装ケース
6a 傾斜部

Claims (5)

  1. 両端面に夫々電極を設けた複数の素子と、電流供給用または電流取り出し用の端子部を一端に設けて上記複数の素子を電気的に接続した少なくとも一対のバスバーと、上記バスバーに接続された複数の素子を収容した箱型のケースと、上記バスバーに設けた端子部が表出する状態で上記ケース内に充填されたモールド樹脂からなり、上記複数の素子として、少なくとも容量が異なる複数の素子を容量の大きさ順に並べて用い、かつ、容量の小さい素子が上記バスバーに設けた電流供給用の端子部側に配置されるようにしたケースモールド型コンデンサ。
  2. 素子として巻回形の素子を用いると共に、この素子の巻回数を異ならせることによって容量が異なるようにしたものであり、かつ、この素子の巻回軸がケースの底面と平行になるように配置したものである請求項1に記載のケースモールド型コンデンサ。
  3. 両端面に夫々電極を設けた複数の素子と、電流供給用または電流取り出し用の端子部を一端に設けて上記複数の素子を電気的に接続した少なくとも一対のバスバーと、上記バスバーに接続された複数の素子を収容した箱型のケースと、上記バスバーに設けた端子部が表出する状態で上記ケース内に充填されたモールド樹脂からなり、上記複数の素子として、少なくとも大きさが異なる複数の素子を大きさ順に並べて用い、かつ、大きさの小さい素子が上記バスバーに設けた電流供給用の端子部側に配置されるようにしたケースモールド型コンデンサ。
  4. 素子として巻回形の素子を用いると共に、この素子の巻回数を異ならせることによって大きさが異なるようにしたものであり、かつ、この素子の巻回軸がケースの底面と平行になるように配置したものである請求項3に記載のケースモールド型コンデンサ。
  5. ケース底面の少なくとも一部に傾斜または段部を設けることによってケース内の深さ寸法を浅くし、この浅くした部分に容量または大きさの小さい素子が配置されるようにした請求項1または3に記載のケースモールド型コンデンサ。
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