JP2012169322A - ケースモールド型コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】金属化フィルムコンデンサの振動で発生する騒音を低減し、静粛性を高めることができるハイブリッド自動車等に使用するケースモールド型コンデンサを提供する。
【解決手段】複数の素子を夫々Ｐ極バスバー２、Ｎ極バスバー３で接続して一体化し、これらを上面開放の樹脂製のケース４内に収容して樹脂モールドしてなり、上記素子の両端面に設けた一対の電極を垂直方向にして上記ケース４内に収容すると共に、上記ケース４の上面を除く少なくとも一つの外表面の少なくとも一部に金属製の遮音板６を配設した構成により、素子の振動により発生した大きな騒音がケース４の外表面から外部に伝播するのを遮断して、静粛性を向上させる。
【選択図】図２

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収容して樹脂モールドすることによって構成される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。

しかしながら、このような金属化フィルムコンデンサは交流電圧印加時にリプル電流が発生することによって金属化フィルムコンデンサ自体が振動し、この振動が原因で発生する騒音が問題となる場合があり、特に、このような金属化フィルムコンデンサをＨＥＶ用のインバータ回路の平滑用として用いる場合には、スイッチング周波数が数ｋＨｚ〜１５ｋＨｚという可聴周波数帯域であることから、高い静粛性が要求される自動車用に使用する場合には上記騒音を可能な限り低減することが必要不可欠となる。

また、上記騒音は民生用の金属化フィルムコンデンサの商用周波数帯域である５０〜６０Ｈｚにおける、いわゆる「うなり音」とは全く異なるものであることから、騒音を低減することは極めて困難であり、このような周波数帯域において発生する騒音を低減するために種々の提案がなされている。

例えば、上記騒音をコンデンサ自体で低減する手段として、誘電体フィルムの表面に電極膜を被着したメタライズドプラスチックフィルムを積層巻回して形成したコンデンサ素子に液状絶縁体、例えば２５℃で２５ｍｍ²／ｓと低粘度の架橋反応性モノマーであるメチルハイドロジェンシリコーンオイルを含浸させた後、１３０℃で１５分間、または１００℃で６０分間加熱することでメチルハイドロジェンシリコーンオイルを重合させて高粘度化することにより、交流電圧印加時に発生するコンデンサの振動を抑制することができるというコンデンサの製造方法が提案されている（特許文献１）。

また、金属化フィルムコンデンサを樹脂製のケース内に配置し、樹脂でモールドしたタイプの金属化フィルムコンデンサにおける騒音を低減する手段として、本出願人は以下のような提案をしている。

図７（ａ）、（ｂ）は上記本出願人が提案した、金属化フィルムコンデンサを樹脂モールドしたタイプの従来のケースモールド型コンデンサの構成を示した正面断面図と側面断面図であり、同図において、１１は金属化フィルムから構成された巻回形のコンデンサ素子、１２は樹脂ケース、１３は接続端子、１３ａはコンデンサ素子１１の電極部どうしを接続するブスバー、１４は充填樹脂、１５は吸音防音材である。

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、コンデンサ素子１１の外側面と樹脂ケース１２の内側面との間に、発泡ウレタンを材質とした吸音防音材１５を配置した構成により、コンデンサ素子１１の振動が外部へ伝播するのを抑制し、遮音効果を高め、外部への騒音を低減することができるというものであった（特許文献２）。

特開２００４−３０３９３４号公報 特開２００５−９３５１５号公報

しかしながら上記従来の金属化フィルムコンデンサでは、特許文献１のように、コンデンサ自体で、あるいは特許文献２のように、金属化フィルムコンデンサを樹脂製のケース内に配置して樹脂モールドしたタイプであるケースモールド型コンデンサの状態で、コンデンサ素子の振動を抑制し、騒音を低減するようにはしているものの、騒音が皆無になっている状況ではなかった。

これは、組み立てを終えたコンデンサ素子１１を熱処理することにより、巻回された複数の金属化フィルムが夫々収縮するものの、各金属化フィルム間に層間ギャップが発生し易くなり、この層間ギャップにより電圧印加時にコンデンサ素子１１が振動することによって騒音を発生しているものであり、このような金属化フィルムコンデンサを用いたケースモールド型コンデンサをＨＥＶ等の自動車用に使用する場合には問題となり、このような騒音を極力低減することが必要であるという大きな課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、金属化フィルムコンデンサの振動によって発生する騒音を低減して高い静粛性を発揮することが可能な、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、複数個の素子をバスバーで接続して一体化し、これらを上面開放の樹脂製のケース内に収容して樹脂モールドしたケースモールド型コンデンサにおいて、上記素子として、円筒形に巻回した素子を断面小判形に偏平加工したものを用い、この素子の断面小判形の短径側が夫々同一線上に配置されるようにして複数個の素子を配置すると共に、これらの素子の両端面に設けた一対の電極を夫々垂直方向にして上記ケース内に収容し、かつ、上記ケースの上面を除く少なくとも一つの外表面の少なくとも一部に金属製の遮音板を配設した構成としたものである。

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、素子の両端面に設けた一対の電極を垂直方向にしてケース内に収容した構成により、上記電極は素子の振動によって発生する騒音が最も小さい部分であり、この電極がケースの開口部である上面側に配置されるために、素子の振動によって電極から発生する騒音が外部に伝播しても、この騒音は小さいために、殆ど問題がない程度のものとなる。

また、断面小判形の素子の短径側を夫々同一線上に配置した構成により、素子の振動によって発生する騒音が最も大きくなる部分である素子の外周面の直線部（長径側）には隣の素子が隣接するために、素子の振動によって外周面から発生した大きな騒音がケースの側面に直接伝播するのを抑制することができる。

また、ケースの側面の外表面に遮音板を配設した構成により、素子の振動によって外周面から発生した大きな騒音がケースの側面に伝播し、外部に伝播するような場合でも、この騒音を上記遮音板によって遮断し、より高い静粛性を発揮することができるようになるという効果が得られるものである。

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斜視図 同分解斜視図 同実施例による遮音効果を説明するための周波数波形図 同遮音板の他の構成を示した断面図 本発明の実施例２によるケースモールド型コンデンサの構成を示した分解斜視図 本発明の実施例３によるケースモールド型コンデンサの構成を示した分解斜視図 （ａ）従来のケースモールド型コンデンサの構成を示した正面断面図、（ｂ）同側面断面図

以下、実施例１を用いて、本発明の特に請求項１、４、５に記載の発明について説明する。

図１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斜視図、図２は同分解斜視図であり、図１と図２において、１は金属化フィルムコンデンサ（以下、素子１と呼ぶ）を示し、この素子１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（図示せず）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円筒状に巻回し、これをプレス加工することによって断面が小判形になるように偏平加工を施した後、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り、Ｐ極電極１ａとＮ極電極１ｂ（図１においては下面側になるため、図示せず）の一対の取り出し電極を設けて構成されたものである。

２はＰ極バスバー、２ａはこのＰ極バスバー２の一端に設けられた外部接続用のＰ極端子、２ｂ（図示せず）は同他端に枝分かれするように設けられた複数の接続部であり、このＰ極バスバー２は上記断面小判形に形成された素子１の短径側が夫々同一線上に配置されるようにして、素子１を複数個（本実施例においては５個であるが、本発明はこれに限定されるものではない）並べた状態で、上記接続部２ｂと各素子１の一方の端面に形成されたＰ極電極１ａとを半田付けすることによって複数個の素子１と一体に接合され、また、Ｐ極端子２ａはこれらの素子１の上方へ引き出され、後述するケース４から表出するようにしているものである。

３はＮ極バスバー、３ａはこのＮ極バスバー３の一端に設けられた外部接続用のＮ極端子、３ｂ（図示せず）は同他端に枝分かれするように設けられた複数の接続部であり、このＮ極バスバー３も上記Ｐ極バスバー２と同様に、上記断面小判形に形成された素子１の短径側が夫々同一線上に配置されるようにして、素子１を複数個（本実施例においては５個であるが、本発明はこれに限定されるものではない）並べた状態で、上記接続部３ｂと各素子１の他方の端面に形成されたＮ極電極１ｂとを半田付けすることによって複数個の素子１と一体に接合され、また、Ｎ極端子３ａはこれらの素子１の上方へ引き出され、後述するケース４から表出するようにしており、これにより、複数個の素子１が、短径側が夫々同一線上に配置されるようにしてＰ極バスバー２とＮ極バスバー３により並列接続状態で連結されて一体化されているものである。

４は上面開放の樹脂製のケース、４ａはこのケース４の外側面上部に複数個設けられた係合リブ（詳細は後述する）であり、本実施例においてはこのケース４の材料としてＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）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。そして、このように構成された上面開放のケース４内に、上記Ｐ極バスバー２ならびにＮ極バスバー３により並列接続されて一体化された複数個の素子１を、素子１の両端面に形成されたＰ極電極１ａ、Ｎ極電極１ｂが垂直方向に配置されるようにして収容するよう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、本実施例においては、このモールド樹脂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。そして、このモールド樹脂５をケース４内に充填することにより、ケース４内に収容された複数個の素子１と、この複数個の素子１に接続されたＰ極バスバー２ならびにＮ極バスバー３をモールドして固定し、かつ、Ｐ極端子２ａとＮ極端子３ａのみがモールド樹脂５から表出するようにしているものである。

６は上記ケース４の外表面ならびに外底面に配設された金属製の遮音板、６ａはこの遮音板６の側面部上部に複数個設けられた係合孔であり、本実施例においては、この遮音板６としてステンレス板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く、質量が大きな金属板であれば高い遮音効果が得られるために好ましいものである。そして、この遮音板６は上記素子１の振動によって発生する騒音が最も大きくなる部分である素子１の外表面が配置されるケース４の側面の外表面を主体として配設されるようにすると共に、ケース４の底面の外表面にも配設されるようにすることによって一体化し、上記ケース４に設けた複数個の係合リブ４ａに遮音板６に設けた複数個の係合孔６ａを夫々嵌め込むと共に、数箇所をネジ７を用いてネジ止めすることにより、遮音板６をケース４に結合するようにしているものである。

また、この遮音板６は上記ケース４の外側面との間に所定の隙間を設けた状態で取り付けられるように構成されたものであり、上記所定の隙間とは、本実施例におけるケースモールド型コンデンサがＨＥＶ用のインバータ回路の平滑用として使用される際のスイッチング周波数が１０ｋＨｚであることから、この１０ｋＨｚの周波数で素子１が振動することによって発生する騒音を遮音するために、本実施例においては、１０ｋＨｚの周波数の１／４λ（波長）である８．５ｍｍとしたものである。

なお、このような遮音効果は、図３にその詳細を示すように、遮音したい周波数の１／２λまたは１／４λに合わせた距離だけ隙間を設けて遮音板６をケース４の外側面に配設することが好ましいものであり、１／２λを選択した場合には入射波が反射波によって打ち消された状態で遮音板６に突入するようになるために遮音効果が最大に得られ、また１／４λを選択した場合には入射波と反射波が最大の状態を遮音板６で遮断することになるために大きな遮音効果が効率良く得られるものである。

なお、上記遮音板６をケース４に取り付ける際に、このような隙間を設けることができない場合には、必ずしも隙間を設けなくてはならないものではなく、遮音板６を配設するだけでも十分に大きな遮音効果が得られるものである。

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に、ＤＣ２００Ｖ・１００Ａｒｍｓ（５〜１５ｋＨｚ正弦波）を連続通電し、素子１の振動により発生する騒音を測定した結果を比較例としての従来品（遮音板なし）と比較して（表１）に示す。

（表１）から明らかなように、本実施例によるケースモールド型コンデンサは、遮音板６を設けていない従来品である比較例の騒音が６７．８ｄＢであるのに対して、６４．３ｄＢと低い値を示し、−３．５ｄＢの騒音低減効果を発揮していることが分かる。

このように本実施例によるケースモールド型コンデンサは、素子１の両端面に設けた一対の電極（Ｐ極電極１ａ、Ｎ極電極１ｂ）を垂直方向にしてケース４内に収容した構成により、上記一対の電極（Ｐ極電極１ａ、Ｎ極電極１ｂ）は素子１の振動によって発生する騒音が最も小さい部分であり、このＰ極電極１ａまたはＮ極電極１ｂがケース４の開口部である上面側に配置されるようになるために、素子１の振動によってＰ極電極１ａまたはＮ極電極１ｂから発生する騒音が外部に伝播しても、この騒音は小さいために、殆ど問題がない程度のものとなる。

また、断面小判形の素子１の短径側が夫々同一線上に配置されるようにして、複数の素子１を配置した構成により、素子１の振動によって発生する騒音が最も大きくなる部分である素子１の外周面の直線部（長径側）には隣の素子１が隣接するために、素子１から発生する騒音がケース４の側面に直接伝播することを抑制することができるようになるものである。

また、素子１の振動によって発生する騒音が大きくなる部分である素子１の外周面の円弧部（短径側）が配置されるケース４の側面の外表面、ならびに上記複数個配置された素子１の両端に位置する素子１の外周面の直線部（長径側）が配置されるケース４の側面の外表面に遮音板６を配設した構成により、素子１の振動により外周面から発生した大きな騒音がケース４の外表面から外部に伝播するような場合でも、この大きな騒音を遮音板６によって遮断し、騒音が外部に伝播するのを抑制することができるようになるために、より高い静粛性を発揮することができるようになるという格別の効果を奏するものである。

更に、上記遮音板６を遮音したい周波数の１／２λ、または１／４λの距離だけ隙間を設けてケース４に取り付けることにより、より高い遮音効果が得られるようになるという格別の効果を奏するものである。

また、図４は上記遮音板６の他の構成を示した断面図であり、図４において８は遮音板を示し、この遮音板８は断面が波形状に構成されたものであり、この波形状の部分がケース４の外側面と対向するようにして取り付けることにより、ケース４の外側面から外部に伝播しようとする騒音が波形状の部分で複雑に反射し、遮音板８を通過し難くなるようにすることができるものである。また、このような効果を得るためには、波形状以外に、山形状や、鋸刃状等の形状であっても同様の効果が得られるものである。

なお、本発明によるケースモールド型コンデンサは、このような構成により、素子１の振動によって発生する騒音を抑制して高い静粛性を発揮することができるようになるものであるが、このような構成以外に、例えば、素子１の使用数を多くして１個当たりの素子に流れる電流を減少させたり、素子１の幅（メタリコン間の距離）を狭くしたり、素子１の偏平率を小さくしたりすること等によっても、素子１の振動を抑制して騒音を低減することができるものであり、これらの手段と組み合わせることも可能であることは言うまでもなく、これらの手段を組み合わせることによって更なる大きな効果が得られるようになるものである。

また、上記素子の偏平率については、素子の振動によって発生する騒音を抑制するという観点からは、円筒状に巻回した素子を偏平加工しないで、そのまま使用するのが最も良い方法であるが、収納効率（スペースの有効活用）の観点からは偏平加工を行って、断面を小判形にする方が良いものであり、これらを考慮すると、断面が小判形の長径（Ａ）と短径（Ｂ）の比率で表される偏平率（Ａ）／（Ｂ）に自ずと限界が生じてくるものであり、この限界値は一義的に決定されるものではないことから、各機種毎に最適な設計を行うことができるように、十分な検討を行うことが必要となるものである。

以下、実施例２を用いて、本発明の特に請求項２に記載の発明について説明する。

本実施例は、上記実施例１で図１と図２を用いて説明したケースモールド型コンデンサの遮音板に替えて、吸音材を用いるようにした構成のものであり、これ以外の構成は実施例１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて詳細に説明する。

図５は本発明の実施例２によるケースモールド型コンデンサの構成を示した分解斜視図であり、図５において、９はケース４の外側面ならびに外底面に配設された吸音材であり、本実施例においては、この吸音材９として日東電工株式会社から「エプトシーラー」という商品名で吸音材として市販されているもの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。そして、この吸音材９は素子１の振動によって発生する騒音が最も大きくなる部分である素子１の外周面が配置されるケース４の側面の外表面を主体として配設されるようにすると共に、ケース４の底面の外表面にも配設されるようにすることによって一体化し、この吸音材９を両面粘着テープ（図示せず）を用いてケース４の外側面ならびに外底面に貼り付けるようにした構成のものである。

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に、ＤＣ２００Ｖ・１００Ａｒｍｓ（５〜１５ｋＨｚ正弦波）を連続通電し、素子１の振動により発生する騒音を測定した結果を比較例としての従来品（吸音材なし）と比較して（表１）に合わせて示す。

（表１）から明らかなように、本実施例によるケースモールド型コンデンサは、吸音材９を設けていない従来品である比較例の騒音が６７．８ｄＢであるのに対して、６４．２ｄＢと低い値を示し、−３．６ｄＢの騒音低減効果を発揮していることが分かる。

このように本実施例によるケースモールド型コンデンサは、上記実施例１によるケースモールド型コンデンサにより得られる効果と同様に、素子１の振動により発生した騒音がケース４の外表面から外部に伝播するのを吸音材９で吸収することができるため、高い静粛性を発揮することができるようになるという格別の効果を奏するものである。

以下、実施例３を用いて、本発明の特に請求項３に記載の発明について説明する。

本実施例は、上記実施例１で図１と図２を用いて説明したケースモールド型コンデンサに、上記実施例２で図５を用いて説明したケースモールド型コンデンサの吸音材を追加した構成のものであり、これ以外の構成は実施例１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて詳細に説明する。

図６は本発明の実施例３によるケースモールド型コンデンサの構成を示した分解斜視図であり、図６において、６は遮音板、９は吸音材を示し、この遮音板６と吸音材９は夫々上記実施例１、実施例２で説明したものと同じものである。また、遮音板６は吸音材９の外表面を覆うように配設されるために吸音材９と略同形状に形成され、この遮音板６により吸音材９を圧縮した状態で取り付けるようにしたものである。

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に、ＤＣ２００Ｖ・１００Ａｒｍｓ（５〜１５ｋＨｚ正弦波）を連続通電し、素子１の振動により発生する騒音を測定した結果を比較例としての従来品（遮音板、吸音材共になし）と比較して（表１）に合わせて示す。

（表１）から明らかなように、本実施例によるケースモールド型コンデンサは、遮音板６、吸音材９を共に設けていない従来品である比較例の騒音が６７．８ｄＢであるのに対して、６１．５ｄＢと低い値を示し、−６．３ｄＢの大きな騒音低減効果を発揮していることが分かる。

このように本実施例によるケースモールド型コンデンサは、上記実施例１によるケースモールド型コンデンサにより得られる効果と、上記実施例２によるケースモールド型コンデンサにより得られる効果を同時に得ることができるため、相乗効果により、極めて高い静粛性を発揮することができるようになるという格別の効果を奏するものである。

本発明によるケースモールド型コンデンサは、高い静粛性を発揮す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等として有用である。

１ 素子
１ａ Ｐ極電極
１ｂ Ｎ極電極
２ Ｐ極バスバー
２ａ Ｐ極端子
２ｂ、３ｂ 接続部
３ Ｎ極バスバー
３ａ Ｎ極端子
４ ケース
４ａ 係合リブ
５ モールド樹脂
６、８ 遮音板
６ａ 係合孔
７ ネジ
９ 吸音材

Claims (5)

1. 一対の電極を両端面に設けた素子を外部接続用の端子部を一端に設けたバスバーで複数個接続して一体化し、これらを上面開放の樹脂製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たケースモールド型コンデンサにおいて、上記素子として、円筒形に巻回した素子を断面小判形に偏平加工したものを用い、この素子の断面小判形の短径側が夫々同一線上に配置されるようにして複数個の素子を配置すると共に、これらの素子の両端面に設けた一対の電極を夫々垂直方向にして上記ケース内に収容し、かつ、上記ケースの上面を除く少なくとも一つの外表面の少なくとも一部に金属製の遮音板を配設したケースモールド型コンデンサ。
2. 一対の電極を両端面に設けた素子を外部接続用の端子部を一端に設けたバスバーで複数個接続して一体化し、これらを上面開放の樹脂製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たケースモールド型コンデンサにおいて、上記素子として、円筒形に巻回した素子を断面小判形に偏平加工したものを用い、この素子の断面小判形の短径側が夫々同一線上に配置されるようにして複数個の素子を配置すると共に、これらの素子の両端面に設けた一対の電極を夫々垂直方向にして上記ケース内に収容し、かつ、上記ケースの上面を除く少なくとも一つの外表面の少なくとも一部に吸音材を配設したケースモールド型コンデンサ。
3. 一対の電極を両端面に設けた素子を外部接続用の端子部を一端に設けたバスバーで複数個接続して一体化し、これらを上面開放の樹脂製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たケースモールド型コンデンサにおいて、上記素子として、円筒形に巻回した素子を断面小判形に偏平加工したものを用い、この素子の断面小判形の短径側が夫々同一線上に配置されるようにして複数個の素子を配置すると共に、これらの素子の両端面に設けた一対の電極を夫々垂直方向にして上記ケース内に収容し、かつ、上記ケースの上面を除く少なくとも一つの外表面の少なくとも一部に吸音材を配設し、更に、この吸音材の外表面に金属製の遮音板を配設したケースモールド型コンデンサ。
4. ケースの外表面と遮音板との間に隙間を設け、この隙間が、所望の遮音周波数の１／２λまたは１／４λとな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。
5. 遮音板として、断面が波形状のものを用いた請求項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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