JP2017098495A - Film capacitor, coupled capacitor, inverter using them, and electric vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、フィルムコンデンサ、連結型コンデンサと、これを用いたインバータおよび電動車輌に関するものである。 The present invention relates to a film capacitor, a coupled capacitor, an inverter using the same, and an electric vehicle.
フィルムコンデンサは、例えば、ポリプロピレン樹脂をフィルム化した誘電体フィルムの表面に蒸着によって形成された金属膜を電極として有している。このような構成により、誘電体フィルムの絶縁欠陥部で短絡が生じた場合にも、短絡のエネルギーで欠陥部周辺の金属膜が蒸発、飛散して絶縁化し、フィルムコンデンサの絶縁破壊を防止できる(自己回復性)という利点を有している(例えば、特許文献1を参照)。 The film capacitor has, for example, a metal film formed by vapor deposition on the surface of a dielectric film obtained by filming a polypropylene resin as an electrode. With such a configuration, even when a short-circuit occurs in the insulation defect portion of the dielectric film, the metal film around the defect portion is evaporated and scattered by the short-circuit energy to insulate and prevent insulation breakdown of the film capacitor ( Self-healing) (see, for example, Patent Document 1).
このため、フィルムコンデンサは電気回路が短絡した際の発火や感電を防止することができるという点が注目され、近年、LED(Light Emitting Diode)照明等の電源回路への適用を始め、ハイブリッド自動車のモータ駆動や太陽光発電のインバータシステム等に用途が拡大しつつある(例えば、特許文献2を参照)。 For this reason, it has been noted that film capacitors can prevent ignition and electric shock when an electric circuit is short-circuited. Recently, application to power supply circuits such as LED (Light Emitting Diode) lighting has started, and Applications are expanding to motor drive and photovoltaic power generation inverter systems (see, for example, Patent Document 2).
フィルムコンデンサでは、金属膜として一般に蒸着膜が使用されているが、厚さが1〜100nmと薄いためシート抵抗が大きく、等価直列抵抗(ESR)が大きくなるという問題があり、ESRを低減するため単純に膜厚を厚くしてシート抵抗を小さくすると、自己回復性を損なう懸念があった。特許文献3では、金属膜を蒸着した誘電体フィルムを捲回または積層した本体の両端部にメタリコン電極を有するフィルムコンデンサにおいて、図10に示すように蒸着電極(金属膜)を有効電極幅のほぼ中央部に設けた絶縁スリット107で分割して分割電極(103a、103b)とし、メタリコン電極接続側の分割電極(103a)を厚くすることでESRを低減できることが開示されている。
In a film capacitor, a vapor deposition film is generally used as a metal film. However, since the thickness is as thin as 1 to 100 nm, there is a problem that the sheet resistance is large and the equivalent series resistance (ESR) is large, so that ESR is reduced. If the sheet resistance is reduced simply by increasing the film thickness, there is a concern that the self-recovering property is impaired. In Patent Document 3, in a film capacitor having metallicon electrodes on both ends of a main body obtained by winding or laminating a dielectric film on which a metal film is deposited, as shown in FIG. It is disclosed that the ESR can be reduced by dividing the
しかしながら、特許文献3に記載されたフィルムコンデンサでは、幅方向の中央部に蒸着電極が無い部分(絶縁スリット)が集中しているため、捲回方向にシワが発生しやすい。このようなフィルムコンデンサは、高電圧を印加した際に、シワに沿って破壊が発生して静電容量が大きく低下しやすく、フィルムコンデンサの寿命が短くなるという課題があった。 However, in the film capacitor described in Patent Document 3, wrinkles are likely to occur in the winding direction because portions (insulating slits) where there is no vapor deposition electrode are concentrated at the center in the width direction. Such a film capacitor has a problem that when a high voltage is applied, breakage occurs along the wrinkles, and the electrostatic capacity is likely to be greatly reduced, and the life of the film capacitor is shortened.
本発明では、等価直列抵抗(ESR)が低減され、寿命の長いフィルムコンデンサ、連結型コンデンサと、これを用いたインバータおよび電動車輌を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a film capacitor, a coupled capacitor, an inverter using the same, and an electric vehicle that have a reduced equivalent series resistance (ESR) and have a long lifetime.
本発明のフィルムコンデンサは、誘電体フィルムと金属膜とが捲回された本体部、および該本体部の対向する端面に設けられた一対の外部電極を備え、前記金属膜は、捲回の周
方向に連続して交互に配置された、互いに厚さの異なる第1部位と第2部位とを有し、前記誘電体フィルムを挟んで前記第1部位と前記第2部位とが対向している。
The film capacitor of the present invention includes a main body in which a dielectric film and a metal film are wound, and a pair of external electrodes provided on opposite end surfaces of the main body, and the metal film has a winding circumference. The first portion and the second portion, which are alternately arranged continuously in the direction and have different thicknesses, are opposed to each other with the dielectric film interposed therebetween. .
本発明の連結型コンデンサは、複数のフィルムコンデンサと、該複数のフィルムコンデンサを接続するバスバーと、を備えている連結型コンデンサであって、前記フィルムコンデンサが、上記のフィルムコンデンサである。 The connection type capacitor of the present invention is a connection type capacitor comprising a plurality of film capacitors and a bus bar connecting the plurality of film capacitors, wherein the film capacitor is the film capacitor described above.
本発明のインバータは、スイッチング素子により構成されるブリッジ回路と、該ブリッジ回路に接続された容量部とを備えているインバータであって、前記容量部が上記のフィルムコンデンサまたは連結型コンデンサである。 The inverter of the present invention is an inverter including a bridge circuit constituted by a switching element and a capacitor connected to the bridge circuit, and the capacitor is the film capacitor or the connected capacitor.
本発明の電動車輌は、電源と、該電源に接続されたインバータと、該インバータに接続されたモータと、該モータにより駆動する車輪と、を備えている電動車両であって、前記インバータが上記のインバータである。 An electric vehicle according to the present invention is an electric vehicle including a power source, an inverter connected to the power source, a motor connected to the inverter, and wheels driven by the motor. It is an inverter.
本発明によれば、等価直列抵抗(ESR)が低減され、寿命の長いフィルムコンデンサ、連結型コンデンサと、これを用いたインバータおよび電動車輌を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, an equivalent series resistance (ESR) is reduced and a long-life film capacitor, a connection type | mold capacitor, an inverter using this, and an electric vehicle can be provided.
図1に示すフィルムコンデンサAは、誘電体フィルム1a、金属膜3a、誘電体フィルム1bおよび金属膜3bがこの順に重ねられ、捲回された本体部6の対向する端面に、外部電極7a、7bとしてメタリコン電極が設けられている。なお、図1においては、理解を容易にするために、引き出した誘電体フィルム1a、1bおよび金属膜3a、3bの厚みを紙面の手前にくる程厚くなるように描いている。
A film capacitor A shown in FIG. 1 includes a dielectric film 1a, a
図1においては、誘電体フィルム1a、1bおよび金属膜3a、3bの幅方向をx方向、長さ方向をy方向、厚さ方向をz方向として示している。
In FIG. 1, the width direction of the
たとえば、誘電体フィルム1a、1bの主面には、それぞれ金属膜3a、3bが設けられ、金属化フィルム5a、5bを構成している。この場合、金属膜3a、3bは誘電体フィルム1a、1bの幅方向(x方向)の一端側に、この誘電体フィルム1a、1bにおい
て露出部分となる金属膜3a、3bの形成されていない部分(以下、金属膜非形成部10a、10bという場合がある。)が長さ方向(y方向)に連続して残るように形成されている。
For example,
金属化フィルム5a、5bは、金属膜非形成部10a、10bが誘電体フィルム1a、1bの幅方向(x方向)に互いに逆方向に位置するように配置され、金属膜3a、3bをずらした状態で重ねあわされている。
The
すなわち、フィルムコンデンサAは、誘電体フィルム1aおよび金属膜3aにより構成される金属化フィルム5aと、誘電体フィルム1bおよび金属膜3bにより構成される金属化フィルム5bとが、図1に示すように重ねられ捲回されている。
That is, in the film capacitor A, as shown in FIG. 1, the
金属膜3a、3bは、本体部6の互いに異なる端面に露出した接続部において、それぞれ外部電極7a、7bに接続している。
The
本実施形態では、図2に示すように、金属膜3が、互いに厚さの異なる第1部位3cと第2部位3dとを有し、第1部位3cと第2部位3dとが(誘電体フィルム1の)捲回される長さ方向(y方向)に交互に連続して配置されている。ここで、厚さが厚い方を第1部位3c、厚さが薄い方を第2部位3dとする。このような金属膜3を設けた金属化フィルム5を用い、捲回することで、本体部6は、図3に示すように、誘電体フィルム1を挟んで第1部位3cと第2部位3dとが対向したものとなる。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the metal film 3 has a
ここで、誘電体フィルム1は、一方の主面が第1部位3cに接する領域では、他方の主面は第2部位3dに接し、一方の主面が第2部位3dに接する領域では、他方の主面は第1部位3cに接している。すなわち、誘電体フィルム1は、一方の主面が金属膜3の第1部位3cに接する領域の裏側(他方の主面)では金属膜3の第2部位3dに接し、一方の主面が金属膜3の第2部位3dに接する領域の裏側(他方の主面)では金属膜3の第1部位3cに接している。
Here, in the region where one main surface is in contact with the
換言すれば、誘電体フィルム1は、金属膜3の互いに厚さの異なる一対の部位である第1部位3cと第2部位3dに挟まれている。
In other words, the
このようなフィルムコンデンサAでは、誘電体フィルム1を挟む金属膜3の一対の部位である第1部位3cおよび第2部位3dの厚さが互いに異なることで、フィルムコンデンサAの自己回復性(耐電圧)を維持しつつESRを低減することができる。すなわち、厚さが薄くシート抵抗が高い第2部位3dにより自己回復性すなわち耐電圧が維持され、厚さが厚くシート抵抗が低い第1部位3cによりESRが低減される。
In such a film capacitor A, the thicknesses of the
ここで、厚さの異なる第1部位3cと第2部位3dとは、捲回される長さ方向(y方向)に交互に配置される。誘電体フィルム1を挟んで金属膜3が対向する領域を有効領域としたとき、第1部位3cおよび第2部位2dは、有効領域の幅方向の一方の端部から他方の端部にわたって設けられている。このように、金属膜3の厚さを、有効領域の範囲の幅方向(x方向)において均一にすることで、厚さの異なる分割電極を幅方向に並べて配置した場合と比較して、捲回方向(y方向)に沿ったシワが発生しにくくなり、フィルムコンデンサAの寿命が向上する。また、第2部位3dと低抵抗の第1部位3cとが交互に隣接することで、高抵抗の第2部位3dから低抵抗の第1部位3cに電流が拡散しやすく、発熱を抑制することができるという利点もある。
Here, the 1st site |
金属膜3の第2部位3dは、図4(a)、(b)に示すように、断続的に設けられた網目状の絶縁スリットにより分割された複数の分割電極3diと、分割電極間をつなぐヒュ
ーズ部により構成されることが好ましい。絶縁スリットにより分割された分割電極3diおよびヒューズ部は、レーザー加工により形成できる。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
このようにヒューズ部を分散することで、発熱の集中を抑制し、ヒューズ部が複数層にわたって同時に断線する懸念を低減することができる。また、自己回復により蒸発した成分が網目状の絶縁スリットを通じて外部に蒸散しやすいという利点もある。 By dispersing the fuse portions in this way, it is possible to suppress the concentration of heat generation and to reduce the concern that the fuse portions are disconnected simultaneously across a plurality of layers. In addition, there is an advantage that components evaporated by self-recovery are easily evaporated to the outside through a mesh-like insulating slit.
一方、金属膜3の第1部位3cは、有効領域の幅方向の一方の端部から他方の端部にわたって連続して設けられていることが、ESRを低減する上で好ましい。
On the other hand, the
第1部位3cの厚さをT1、第2部位3dの厚さをT2としたとき、T1とT2の比(T1/T2)は、2.0〜8.0の範囲であることが好ましい。T1とT2の比をこのような範囲とすることで、第1部位3cによるESR低減効果が得られるとともに、フィルムコンデンサAの体積増加を抑制することができる。
When the thickness of the
第2部位3dの厚さT2は、例えば20nm以下、特には5〜15nmの範囲とするのがよい。第2部位3dをこのような厚さとすることで、面積抵抗(シート抵抗)が18〜50Ω/□となり、自己回復性を発揮できる。一方、第1部位3cの厚さT1は、T2の2〜4倍、すなわち10〜80nmの範囲とすることが好ましい。ただし、T1はT2の2倍以上とする。
The thickness T2 of the
第1部位3cと第2部位3dのy方向の長さは等しい。第1部位3cおよび第2部位3dのy方向の長さをWとし、捲回された誘電体フィルム1の周(一周)の長さをLとしたとき、Wは、捲回の周の長さLと等しいことが好ましい。すなわち、誘電体フィルム1が捲回されている半径によりWを変化させることが好ましい。これにより、捲回されたフィルムコンデンサAでは誘電体フィルム1が第1部位3cと第2部位3dとに挟まれた状態となり、自己回復性すなわち耐電圧を維持しつつESRを低減することができる。なお、WがLの整数倍、またはLがWの整数倍であってもよい。
The lengths in the y direction of the
また、金属膜3(3a、3b)は、外部電極7(7a、7b)との接続部の近傍(3e)では、金属膜3a、3bが重なり合う有効領域に対して、金属膜3の抵抗を低くしたヘビーエッジ構造を有していることが好ましい(以下、金属膜3の外部電極7との接続部の近傍3eを、ヘビーエッジ部3eという場合もある)。外部電極7との接続部近傍3eにおける金属膜3の厚さ(T3)は、第1部位3cの厚さT1と同等であることが好ましい。接続部近傍3eにおける金属膜3の厚さT3を、第1部位3cの厚さT1と同等とすることにより、シワが発生しにくくなり、フィルムコンデンサAの寿命をさらに向上することができる。
Further, the metal film 3 (3a, 3b) has a resistance of the metal film 3 against the effective region where the
また、第1部位3cは、図3に示すように、金属膜非形成部10(誘電体フィルム1の露出部)の近傍で厚さが薄くなっていることが好ましい。このような構成により、第2部位3dのヘビーエッジ部3eで絶縁破壊が発生した時に自己回復性を発現できる。
Moreover, as shown in FIG. 3, it is preferable that the 1st site |
図5(a)は、図2のY−Y線断面図、図5(b)は、図1のX−X線断面図である。フィルムコンデンサAは、例えば図5(a)、(b)に示すように、誘電体フィルム1の両主面に金属膜3を例えば蒸着により形成した金属化フィルム5(両面蒸着フィルム)と、金属膜を形成していない誘電体フィルム1とを重ねて捲回することで得られる。
5A is a cross-sectional view taken along line YY in FIG. 2, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. For example, as shown in FIGS. 5A and 5B, the film capacitor A includes a metallized film 5 (double-sided vapor-deposited film) in which metal films 3 are formed on both main surfaces of the
両主面に金属膜3を有する金属化フィルム5としては、一方の主面に金属膜3の第1部位3cを設けた領域の他方の主面には、金属膜3の第2部位3dを設け、一方の主面に金属膜3の第2部位3dを設けた領域の他方の主面には、金属膜3の第1部位3cを設けた
ものを使用する(図5(a))。このような金属化フィルム5と、金属膜を形成していない誘電体フィルム1とを捲回することで、本実施形態のフィルムコンデンサAが得られる。
As the metallized
また、例えば誘電体フィルム1の一方の主面に金属膜3a、3bを例えば蒸着により形成し、他方の主面には金属膜を形成していない金属化フィルム5a、5b(片面蒸着フィルム)を、金属化フィルム5aの金属膜3aを有する面と、金属化フィルム5bの金属膜を形成していない面とが向かい合い、金属化フィルム5aの金属膜を形成していない面と、金属化フィルム5bの金属膜3bを有する面とが向かい合うように重ね合わせ、捲回することでも得られる(図6(a)、(b)を参照)。
Further, for example,
このとき、金属化フィルム5aの第1部位3cと、金属化フィルム5bの第2部位3dとが、誘電体フィルム1を挟んで対向し、金属化フィルム5aの第2部位3dと、金属化フィルム5bの第1部位3cとが、誘電体フィルム1を挟んで対向するように配置して捲回することで、本実施形態のフィルムコンデンサAが得られる(図6(a))。
At this time, the
なお、図3〜6の断面図においては、説明を容易にするためにフィルムの厚さ方向(z方向)を拡大して示している。 In addition, in the cross-sectional views of FIGS. 3 to 6, the thickness direction (z direction) of the film is shown in an enlarged manner for easy explanation.
誘電体フィルム1に用いる絶縁性の樹脂の材料としては、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリアリレート(PAR)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリエーテルイミド(PEI)、およびシクロオレフィンポリマー(COP)などが挙げられる。特にポリアリレート(PAR)は、絶縁破壊電圧が高いことから好ましい。
Examples of the insulating resin material used for the
このようなフィルムコンデンサは、例えば以下のようにして作製すればよい。まず、誘電体フィルム1を準備する。誘電体フィルム1は、例えば絶縁性の樹脂を溶媒に溶解した樹脂溶液を、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)製の基材の表面にシート状に成形し、乾燥して溶剤を揮発させることにより得られる。成形方法としては、ドクターブレード法、ダイコータ法およびナイフコータ法等、周知の成膜方法から適宜選択すればよい。成形に使用する溶剤としては、例えば、メタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノプロピルエーテル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、キシレン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジメチルアセトアミド、シクロヘキサン、又は、これらから選択された2種以上の混合物を含んだ有機溶剤を用いるのがよい。また、溶融押し出し法で作製した樹脂のフィルムを延伸加工してもよい。
Such a film capacitor may be produced, for example, as follows. First, the
誘電体フィルム1の厚さは、例えば5μm以下とすればよいが、特に0.5〜4μmの厚さの誘電体フィルム1を用いることが好ましい。
The thickness of the
誘電体フィルム1は、上述の絶縁性の樹脂のみにより構成されていてもよいが、他の材料を含んでいてもよい。誘電体フィルム1に含まれる樹脂以外の構成要素としては、例えば上述の有機溶剤や無機フィラーが挙げられる。無機フィラーには、例えば、アルミナ、酸化チタン、二酸化珪素などの無機酸化物、窒化珪素など無機窒化物、ガラスなどを用いることができる。特に、ペロブスカイト型構造を有する複合酸化物など比誘電率の高い材料を無機フィラーとして用いた場合には、誘電体フィルム1全体の比誘電率が向上し、フィルムコンデンサを小型化することができる。また、無機フィラーと樹脂との相溶性を高める上で、無機フィラーにシランカップリング処理やチタネートカップリング処理等の表面処理を行っても良い。
The
誘電体フィルム1にこのような無機フィラーを用いる場合、無機フィラーを50質量%未満、樹脂を50質量%以上含有する複合フィルムとすることで、樹脂の可撓性を維持したまま、無機フィラーによる比誘電率向上などの効果を得ることができる。また、無機フィラーのサイズ(平均粒径)は、4〜1000nmとすることが好ましい。
When such an inorganic filler is used for the
作製した誘電体フィルム1の主面に、幅方向の端部の一方にマスクをした後、アルミニウム(Al)などの金属成分を蒸着して、金属化フィルム5とする。
After masking one end of the width direction on the main surface of the produced
第1部位3cおよび第2部位3dを有する金属膜3は、以下のようにして形成する。誘電体フィルム1の一方の主面の第2部位3dを形成する領域に、オイルを塗布してマスク(オイルマスク)をする。オイルマスクをした誘電体フィルム1に、抵抗加熱方式の真空蒸着装置を用いて1回目の蒸着を行う。このとき、オイルマスクは揮発し、さらに2回目の蒸着を行うことで、オイルマスクが揮発した領域にも蒸着膜が形成され、第1部位3cおよび第2部位3dを有する金属膜3を備えた金属化フィルム5が得られる。
The metal film 3 having the
誘電体フィルム1の両方の主面に、第1部位3cおよび第2部位3dを有する金属膜3を形成する場合、まず一方の主面に上記の方法で第1部位3cおよび第2部位3dを有する金属膜3を形成する。その後、他方の主面の幅方向の他方の端部(一方の主面でマスクした方とは異なる端部)にマスクをし、3回目の蒸着を他方の主面に行う。一方の主面に設けた金属膜3の第1部位3cおよび第2部位3dを画像処理により判別し、一方の主面に第1部位3cが形成された領域の他方の主面にオイルマスクを施す。さらに、4回目の蒸着を、オイルマスクを施した他方の主面に行うことで、両主面に金属膜3を有し、誘電体フィルム1が第1部位3cと第2部位3dに挟まれた金属化フィルム5が得られる。
When the metal film 3 having the
両主面に金属膜3を有する金属化フィルム5は、金属膜3を有していない誘電体フィルム1と重ねて捲回し、本体部6を得る。
The metallized
一方の主面だけに金属膜3(3a、3b)を有する金属化フィルム5(5a、5b)は、2枚を一組として、画像処理により一方の金属膜3の第1部位3cと他方の金属膜3の第2部位3dとが重なり合うように重ねて捲回し、本体部6を得る。
The metallized film 5 (5a, 5b) having the metal film 3 (3a, 3b) only on one main surface has two sheets as one set, and the
得られた本体部6の両端面に外部電極7としてメタリコン電極を形成することでフィルムコンデンサAが得られる。外部電極7の形成には、例えば、金属の溶射、スパッタ法、メッキ法などが好適である。 A film capacitor A is obtained by forming a metallicon electrode as the external electrode 7 on both end faces of the obtained main body 6. For the formation of the external electrode 7, for example, metal spraying, sputtering, plating, or the like is suitable.
次いで、外部電極7を形成した本体部6の表面を外装部材(図示せず)で覆うことによって、本実施形態のフィルムコンデンサAを得る。 Subsequently, the film capacitor A of this embodiment is obtained by covering the surface of the main body 6 on which the external electrode 7 is formed with an exterior member (not shown).
金属膜3の材料としては、例えばアルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)などの金属や合金などが挙げられる。金属膜3の厚さは5〜100nm、特には10〜80nmとすることが好ましい。 Examples of the material of the metal film 3 include metals and alloys such as aluminum (Al) and zinc (Zn). The thickness of the metal film 3 is preferably 5 to 100 nm, particularly 10 to 80 nm.
また、メタリコン電極の材料としては、亜鉛、アルミニウム、銅およびハンダから選ばれる少なくとも1種の金属材料が好適である。 Further, as the material of the metallicon electrode, at least one metal material selected from zinc, aluminum, copper and solder is suitable.
図7は、連結型コンデンサの一実施形態の構成を模式的に示した斜視図である。図7においては構成を分かりやすくするために、ケースならびにモールド用の樹脂を省略して記載している。本実施形態の連結型コンデンサCは、複数個のフィルムコンデンサAが一対のバスバー21、23により並列接続された構成となっている。バスバー21、23は、
外部接続用の端子部21a、23aとフィルムコンデンサAの外部電極7a、7bにそれぞれ接続される引出端子部21b、23bにより構成されている。
FIG. 7 is a perspective view schematically showing the configuration of one embodiment of a coupled capacitor. In FIG. 7, in order to make the configuration easy to understand, the case and the resin for molding are omitted. The coupled capacitor C of this embodiment has a configuration in which a plurality of film capacitors A are connected in parallel by a pair of
It is composed of
連結型コンデンサCに上記したフィルムコンデンサAを適用すると、等価直列抵抗(ESR)が低減され、寿命の長い連結型コンデンサCを得ることができる。 When the film capacitor A described above is applied to the connection type capacitor C, the equivalent series resistance (ESR) is reduced, and the connection type capacitor C having a long life can be obtained.
連結型コンデンサCは、フィルムコンデンサAを複数個(本実施形態においては4個)並べた状態で、本体部6の両端にそれぞれ形成された外部電極7a、7bに、接合材を介してバスバー21、23を取り付けることによって得ることができる。
The connected capacitor C has a plurality of film capacitors A (four in the present embodiment) arranged, and is connected to
なお、フィルムコンデンサAや連結型コンデンサCは、ケースに収納したのちケース内の空隙に樹脂を充填し、樹脂モールド型(ケースモールド型)のコンデンサとすることもできる。 The film capacitor A and the connected capacitor C can be made into a resin mold type (case mold type) capacitor after being accommodated in the case and filled with a resin in the gap in the case.
なお、図7に示した連結型コンデンサCは、フィルムコンデンサAの断面の長径の方向に配置したものであるが、この他に、フィルムコンデンサAを断面の短径の方向に積み上げた構造であっても同様の効果を得ることができる。 7 is arranged in the direction of the major axis of the cross section of the film capacitor A. In addition, the connected capacitor C has a structure in which the film capacitor A is stacked in the direction of the minor axis of the cross section. However, the same effect can be obtained.
図8は、インバータの一実施形態の構成を説明するための概略構成図である。図8には、直流から交流を作り出すインバータDの例を示している。本実施形態のインバータDは、図8に示すように、スイッチング素子(例えば、IGBT(Insulated gate Bipolar Transistor))とダイオードにより構成されるブリッジ回路31と、電圧安定化のために
ブリッジ回路31の入力端子間に配置された容量部33とを備えた構成となっている。ここで、容量部33として上記のフィルムコンデンサAまたは連結型コンデンサCが適用される。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram for explaining the configuration of an embodiment of the inverter. FIG. 8 shows an example of an inverter D that generates alternating current from direct current. As shown in FIG. 8, the inverter D of the present embodiment includes a
なお、このインバータDは、直流電源の電圧を昇圧する昇圧回路35に接続されることになる。一方、ブリッジ回路31は駆動源となるモータジェネレータ(モータM)に接続されることになる。
The inverter D is connected to a
図9は、電動車輌の一実施形態を示す概略構成図である。図9には、電動車輌Eとしてハイブリッド自動車(HEV)の例を示している。 FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an electric vehicle. FIG. 9 shows an example of a hybrid vehicle (HEV) as the electric vehicle E.
図9における符号41は駆動用のモータ、43はエンジン、45はトランスミッション、47はインバータ、49は電源(電池)、51a、51bは前輪および後輪である。
9,
この電動車輌Eは、駆動源としてモータ41またはエンジン43、もしくは両方の出力がトランスミッション45を介して左右一対の前輪51aに伝達される機能を主として備えており、電源49はインバータ47を介してモータ41に接続されている。
This electric vehicle E mainly has a function of transmitting the output of the
また、図9に示した電動車輌Eには、電動車輌E全体の統括的な制御を行う車輌ECU53が設けられている。車輌ECU53には、イグニッションキー55や図示しないアクセルペダル、ブレーキ等の電動車輌Eからの運転者等の操作に応じた駆動信号が入力される。この車輌ECU53は、その駆動信号に基づいて指示信号をエンジンECU57、電源49、および負荷としてのインバータ47に出力する。エンジンECU57は、指示信号に応答してエンジン43の回転数を制御し、電動車輌Eを駆動する。
Further, the electric vehicle E shown in FIG. 9 is provided with a
本実施形態のフィルムコンデンサAまたは連結型コンデンサCを容量部33として適用したインバータDを、例えば、図9に示すような電動車輌Eに搭載すると、フィルムコンデンサAまたは連結型コンデンサCが、等価直列抵抗(ESR)が低減され、寿命の長い
ものであるため、インバータ47等で発生するスイッチング・ノイズを長期間低減することができる。
When the inverter D to which the film capacitor A or the connected capacitor C of the present embodiment is applied as the
なお、本実施形態のインバータDは、上記のハイブリッド自動車(HEV)のみならず、電気自動車(EV)や燃料電池車、あるいは電動自転車、発電機、太陽電池など種々の電力変換応用製品に適用できる。 In addition, the inverter D of this embodiment can be applied not only to the hybrid vehicle (HEV) described above but also to various power conversion application products such as an electric vehicle (EV), a fuel cell vehicle, an electric bicycle, a generator, and a solar cell. .
ポリアリレート(U−100、ユニチカ製)を用いて平均厚さ3μmの誘電体フィルムを作製した。誘電体フィルムは、ポリアリレートをトルエンに溶解し、コータを用いてポリエチレンテレフタレート(PET)製の基材上に塗布し、シート状に成形した。成形後、130℃で熱処理してトルエンを除去し、誘電体フィルムを得た。 A dielectric film having an average thickness of 3 μm was prepared using polyarylate (U-100, manufactured by Unitika). The dielectric film was prepared by dissolving polyarylate in toluene, applying the solution onto a polyethylene terephthalate (PET) substrate using a coater, and forming the sheet. After molding, heat treatment was performed at 130 ° C. to remove toluene, and a dielectric film was obtained.
得られた誘電体フィルムを基材から剥離し、130mm幅にスリット加工した後、誘電体フィルムの一方または両方の主面に電極膜として、メタルマスクを用いて97mm幅のAl金属膜を真空蒸着法により形成した。 The obtained dielectric film was peeled off from the substrate, slitted to a width of 130 mm, and then a 97 mm wide Al metal film was vacuum deposited on one or both main surfaces of the dielectric film as an electrode film using a metal mask. Formed by the method.
金属膜の真空蒸着は、抵抗加熱方式の真空蒸着装置を用いて行った。試料No.1〜3では、オイルマスクを用いて蒸着膜の厚さを調整し、表1に示すような構成の金属膜を有する金属化フィルムとした。なお、試料No.2は誘電体フィルムの両主面に金属膜を設けた金属化フィルム、他の試料は誘電体フィルムの片面だけに金属膜を設けた金属化フィルムとした。 Vacuum deposition of the metal film was performed using a resistance heating type vacuum deposition apparatus. Sample No. In 1-3, the thickness of the vapor deposition film was adjusted using the oil mask, and it was set as the metallized film which has a metal film of a structure as shown in Table 1. Sample No. 2 is a metallized film in which a metal film is provided on both principal surfaces of the dielectric film, and the other samples are metallized films in which a metal film is provided only on one side of the dielectric film.
金属膜の厚さは、イオンミリング加工をした断面の走査型電子顕微鏡(SEM)観察により求めた。シート抵抗は、マルチメータを用いて4端子抵抗測定モードにより評価した。金属膜の厚さおよびシート抵抗を表1に示す。なお、試料No.3は、便宜的に金属膜の厚い部分を第1部位、薄い部分を第2部位として表1に示した。 The thickness of the metal film was obtained by observation with a scanning electron microscope (SEM) of a cross section subjected to ion milling. Sheet resistance was evaluated in a 4-terminal resistance measurement mode using a multimeter. Table 1 shows the thickness of the metal film and the sheet resistance. Sample No. For convenience, Table 1 shows the thick part of the metal film as the first part and the thin part as the second part for convenience.
130mm幅の金属化フィルムをさらにスリット加工し、1.5mmのマージン部(誘電体フィルムが露出した金属膜非形成部)を有する50mm幅の金属化フィルムとした。 The 130 mm wide metallized film was further slit to obtain a 50 mm wide metallized film having a 1.5 mm margin (a non-metal film-formed part where the dielectric film was exposed).
巻芯として、外径5mm、長さ50mmのポリプロピレン(PP)製の円柱を用いた。50mm幅の一対の金属化フィルムまたは金属化フィルムと誘電体フィルムとを、金属膜が誘電体フィルムを介して対向するように重ね合わせて巻芯に捲回し、捲回体を作製した。なお、一対の金属化フィルムは、幅方向(x方向)に互いに0.5mmずれた状態とし、マージン部を幅方向(x方向)の異なる側にそれぞれ配した状態で捲回し、捲回体を得た。捲回数は450回とした。 As a winding core, a polypropylene (PP) cylinder having an outer diameter of 5 mm and a length of 50 mm was used. A pair of metallized films having a width of 50 mm or a metallized film and a dielectric film were overlapped so that the metal films were opposed to each other with the dielectric film interposed therebetween, and wound around a core to prepare a wound body. The pair of metallized films are wound in a state where they are shifted from each other by 0.5 mm in the width direction (x direction), and the margin portions are arranged on different sides in the width direction (x direction). Obtained. The number of wrinkles was 450.
なお、試料No.1、2の金属膜は、Wが捲回体の中心部(巻始め)では15.7mm、外周部(巻終り)では37.7mmとし、中心部から外周部にかけて次第にWが大きくなるように形成した。試料No.1を捲回する際には、画像処理により一方の金属化フィルムの第1部位と他方の金属化フィルムの第2部位とが重なり合うように重ねて捲回した。試料No.2の第2部位には、レーザー加工により断続的に網目状の絶縁スリットを設け、2mm×2mmの分割電極と分割電極間をつなぐ幅0.4mmのヒューズ部を形成した。
Sample No. In the
捲回体の電極膜が露出した対向する端面に亜鉛と錫との合金を溶射し、端子電極であるメタリコン電極を形成してフィルムコンデンサとした。 An alloy of zinc and tin was sprayed on the opposing end face where the electrode film of the wound body was exposed to form a metallicon electrode as a terminal electrode to obtain a film capacitor.
作製したフィルムコンデンサの静電容量、誘電損失(tanδ)、耐電圧、寿命を測定
した。静電容量および誘電損失(tanδ)は、LCRメータを用いてAC10V、1kHzの条件で測定した。等価直列抵抗(ESR)は、静電容量および誘電損失(tanδ)の測定結果から算出した。
The capacitance, dielectric loss (tan δ), withstand voltage, and lifetime of the produced film capacitor were measured. Capacitance and dielectric loss (tan δ) were measured using an LCR meter under conditions of
耐電圧は、絶縁抵抗計を用いて、フィルムコンデンサに0Vから毎秒10Vの昇圧速度で直流電圧を印加する昇圧試験を行い、リーク電流が0.01Aに達したときの電圧とした。測定した耐電圧と誘電体フィルムの厚さから、破壊電界強度(BDE、V/μm)を算出した。 The withstand voltage was a voltage when a DC voltage was applied to the film capacitor at a boosting rate of 0 V to 10 V per second using an insulation resistance meter, and the leakage current reached 0.01 A. The breakdown electric field strength (BDE, V / μm) was calculated from the measured withstand voltage and the thickness of the dielectric film.
寿命は、105℃で400V/μmの直流電圧を連続印加し、10時間毎に静電容量を測定して、静電容量が初期値より5%以上低下した直前の時間とした。 The lifetime was defined as the time immediately before the capacitance decreased by 5% or more from the initial value by continuously applying a DC voltage of 400 V / μm at 105 ° C. and measuring the capacitance every 10 hours.
試料No.1、2は、ESRが低く、かつ寿命が500時間以上という優れた特性を示すものであった。一方、試料No.3は、寿命が400時間未満と短く、捲回時に幅方向(x方向)の中央付近に発生したシワの部分で破壊が生じていた。試料No.4はESRが大きく、試料No.5はシート抵抗が低すぎるため自己回復機能が発現せず、破壊電界強度(BDE)が低いものとなった。 Sample No. Nos. 1 and 2 showed excellent characteristics such as low ESR and a lifetime of 500 hours or more. On the other hand, sample No. No. 3 had a short lifetime of less than 400 hours, and fracture occurred in the wrinkle portion that occurred near the center in the width direction (x direction) during winding. Sample No. No. 4 has a large ESR. In No. 5, the sheet resistance was too low, so that the self-healing function was not exhibited, and the breakdown electric field strength (BDE) was low.
A、B・・・・・・・・フィルムコンデンサ
C・・・・・・・・・・連結型コンデンサ
D・・・・・・・・・・インバータ
E・・・・・・・・・・電動車輌
1、1a、1b・・・・誘電体フィルム
3、3a、3b・・・・金属膜
3c・・・・・・・・・金属膜の第1部位
3d・・・・・・・・・金属膜の第2部位
3e・・・・・・・・・金属膜のヘビーエッジ部
5、5a、5b・・・・金属化フィルム
6・・・・・・・・・・本体部
7、7a、7b・・・・外部電極
21、23・・・・・・バスバー
31・・・・・・・・・ブリッジ回路
33・・・・・・・・・容量部
35・・・・・・・・・昇圧回路
41・・・・・・・・・モータ
43・・・・・・・・・エンジン
45・・・・・・・・・トランスミッション
47・・・・・・・・・インバータ
49・・・・・・・・・電源
51a・・・・・・・・前輪
51b・・・・・・・・後輪
53・・・・・・・・・車輌ECU
55・・・・・・・・・イグニッションキー
57・・・・・・・・・エンジンECU
A, B ... Film capacitor C ... Linked capacitor D ... Inverter E ...
55 ...
Claims (11)
前記金属膜は、捲回の周方向に交互に連続して配置された、互いに厚さの異なる第1部位と第2部位とを有し、
前記誘電体フィルムを挟んで前記第1部位と前記第2部位とが対向していることを特徴とするフィルムコンデンサ。 A main body portion in which a dielectric film and a metal film are wound, and a pair of external electrodes provided on opposite end surfaces of the main body portion,
The metal film has a first part and a second part, which are alternately and continuously arranged in the circumferential direction of winding, and have different thicknesses,
The film capacitor, wherein the first part and the second part are opposed to each other with the dielectric film interposed therebetween.
前記第1の金属化フィルムと前記第2の金属化フィルムとは、いずれか一方の前記金属化フィルムの前記金属膜を備える前記一方の主面と、他方の前記金属化フィルムの金属膜を備えない他方の主面とが互いに接するとともに、前記第1部位と前記第2部位とが前記誘電体フィルムを挟んで向かい合うように配置されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のフィルムコンデンサ。 The main body is constituted by first and second metallized films provided with the metal film on one main surface of the dielectric film,
The first metallized film and the second metallized film include the one main surface including the metal film of one of the metallized films and the metal film of the other metallized film. The other main surface that is not in contact with each other, and the first portion and the second portion are disposed so as to face each other with the dielectric film interposed therebetween. The film capacitor as described.
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