JP3750630B2 - コンデンサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンデンサ素子をコンデンサケース内に備え、コンデンサケース内部を樹脂充填したフィルムコンデンサの内部構造関するものであり、特にモータ駆動のインバータ回路に使用されるコンデンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、フィルムコンデンサは容量増加の要望、使用環境の厳しさや軽量化が要求されている。
【0003】
従来、このフィルムコンデンサはコンデンサケースに1個あるいは複数個のコンデンサ素子を内蔵し、樹脂充填したものである。
【0004】
図6は上記従来のフィルムコンデンサを示しており、101はコンデンサケース、102は金属化フィルムを巻回または積層してなるコンデンサ素子、103はコンデンサ素子の電極面と接続したリード線または金具、104は充填樹脂である。
【0005】
以上のように構成されたフィルムコンデンサは、温度や湿度に対し経時のコンデンサ特性を確保するためコンデンサケースの材料およびケース厚みから充填樹脂の材料およびケースとコンデンサ素子との樹脂厚みの水準に至るまで詳細設計を実施している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のフィルムコンデンサは、使用温度、湿度などの使用環境の厳しさに対し、耐環境性向上として、コンデンサケースやコンデンサケース内に充填する樹脂の厚みを増すという方策をとり、軽量化の要求に軽量化に対して相反する対策を実施していた。
【0007】
フィルムコンデンサにおいて、温度や湿度に対し経時のコンデンサ特性が劣化する主たる要因は、環境条件によりコンデンサケースや充填樹脂に水分が徐々に進入しコンデンサ素子へ到達し、その金属を蒸着したフィルムを劣化させるためである。
【0008】
本発明は、このような課題に対し、コンデンサケースや充填する樹脂の材料や厚みによる方策をとらず、軽量化を損なうことなく耐環境性を向上させることができるフィルムコンデンサを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のフィルムコンデンサは、上記課題を解決するために、コンデンサ素子と、コンデンサケース内側面との間に金属箔と樹脂を密着させた積層板を配置したものである。そして、この構成により温度や湿度の変化でコンデンサ内部へ徐々に進入する水分の経路を積層板の金属箔で遮断し水分がコンデンサ素子に達する時間を遅らせコンデンサ特性の低下を防ぐものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
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。
【0011】
(実施の形態1)
図1は本実施の形態におけるコンデンサの断面を示す図であり、1はコンデンサケース、2はコンデンサケース1に内蔵するコンデンサ素子、3はコンデンサ素子2に接続するリード線または金具、4はコンデンサケース1内部を充填する充填樹脂、5はコンデンサケース2内側面と、コンデンサ素子間に設けた積層板を示す。
【0012】
コンデンサ素子2は、金属化フィルムを巻回または積層したものであり、両端面に電極が設けられ、リード線または金具3が電極に接続され、外部との接続ができるようにしている。さらに積層板5を、コンデンサ素子2を覆うようにしてコンデンサ素子2とコンデンサケース1内側面との間に配置する。積層板5は、銅やアルミニウムなどの十数ミクロンあるいはそれ以上の厚さで金属箔をエポキシ系などの樹脂に密着させたものである。なお、図1では、積層板5は、コンデンサ素子2の4面のみに配置した図になっているが、残る2面にも同様に積層板5を配し、コンデンサ素子2の全ての面を積層板5で覆うようにしている。そして充填樹脂4をコンデンサケース1内に充填してフィルムコンデンサを構成している。
【0013】
なお、充填樹脂4を充填する前は、コンデンサ素子2は、コンデンサケース1に予め設けられたリブで支えて固定し、積層板5は、取り付け用穴でビス等により固定しておく。なお、積層板をビス止めするのは、充填樹脂4を充填する際、積層板5が浮遊するのを防止するためである。
【0014】
以上の様に構成したフィルムコンデンサについて以下にその動作を説明する。
【0015】
まず、フィルムコンデンサにおいて、コンデンサ素子1へ水分が到達する経路は図2の(a)(b)に示す様に、次の5つの経路が考えられる。
【0016】
1)コンデンサケース1の上面開口部から上面の充填樹脂4を経てコンデンサ素子2の上面に達する経路(経路1)
2)コンデンサケース1の上面開口部から上面の充填樹脂4を経てコンデンサ素子2の側面電極面に達する経路(経路2)
3)コンデンサケース1の側面部から側面の充填樹脂4を経てコンデンサ素子2の側面電極面に達する経路(経路3)
4)コンデンサケース1の前後面部から前後面の充填樹脂4を経てコンデンサ素子2の前後面に達する経路(経路4)
5)コンデンサケース1の底面部から底面の充填樹脂4を経てコンデンサ素子2の底面に達する経路(経路5)
これらの経路は、ケースや充填樹脂の材質の特性、厚みなどによりコンデンサ素子に水分が到達する透過経過時間が異なる。一般に透過経過時間は、ケース、充填樹脂の吸水率や水分透過特性の影響が大きく、またその厚みに比例する。
【0017】
本発明の形態では、コンデンサケース1内で銅やアルミニウムなどの十数ミクロンあるいはそれ以上の金属箔をエポキシ系などの樹脂に密着させた積層板5を配置し、コンデンサ素子2のすべての面を覆うようにして充填樹脂4を注型した。このことにより、時間経過中に種々の環境条件下で進入する水分が金属箔と樹脂を密着した積層板5で遮断される。そして、わずかに積層板5で覆い尽くされていない箇所から進入する経路が残されるだけでコンデンサ素子2へ水分が到達する時間を大幅に遅延することができる。
【0018】
なお、本実施の形態では積層板5は、コンデンサ素子2をすべて覆うようにして構成したが、例えば特に水分の進入の多い、コンデンサケース1の開口部(図1で上部)のみに配しても、相応の効果は得られるので、コスト面から鑑みて適切な枚数を配してもよい。
(実施の形態2)
実施の形態2について、図3を用いて説明する。図3は実施の形態2におけるコンデンサの構成図であり、(a)は平面図、(b)は正面図を示す。なお、図3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重複する説明を省略する。
【0019】
本実施の形態で実施の形態1と異なるのは、コンデンサ素子2を6個設け、積層板5を、コンデンサケース1の開口面(図3で下部)に配置し、6個のコンデンサ素子2を全面に覆うようにした点である。
【0020】
本実施の形態で、この位置に積層板5を配したのは、コンデンサケース1で耐吸水特性などのよい材質を選定した場合や充填樹脂4の厚みを大きく確保した場合、前述の水分進入経路で距離が近いと判断される箇所、すなわちコンデンサケース1上面開口部の充填樹脂4からコンデンサ素子2の上面に達する経路を遮断するためである。コンデンサ素子2をコンデンサケース1内に設置した場合、コンデンサケース1の内側面とコンデンサ素子2との間隔が異なる。この異なる間隔中、充填樹脂4の厚みが大きいところほど水分進入に対し強く、厚みが小さいと、水分進入がしやくなる。また、コンデンサケース1の開口部から水分が進入しやすいことを示す実験結果として、コンデンサケースの厚みに対し、充填樹脂の厚みをその数倍にすることで、ほぼ同等のコンデンサ容量の劣化を示すコンデンサ容量の劣化試験結果が得られている。すなわち、コンデンサケースに覆われていない開口部は、コンデンサケースに覆われた時と同等のコンデンサ容量劣化にするためには、充填樹脂厚みはコンデンサケースの数倍にする必要があり、開口部が最も水分が進入しやすいということを示す。
【0021】
このように、コンデンサケース1の開口部が、水分がコンデンサ素子に進入するまでの時間が最も短い経路であるから、この位置に本実施の形態の積層板5を配置することによりコストパフォーマンスの高い耐環境タイプのフィルムコンデンサを提供することができる。
【0022】
次に、実施の形態2で示したフィルムコンデンサを製造する方法について説明する。
【0023】
本実施の形態のフィルムコンデンサの製造方法では、まず、コンデンサ素子2をコンデンサケース1の開口面から挿入し、コンデンサケース1の底面や側壁に設けたリブで支えるようにして固定する。この時、6個のコンデンサ素子2は、その電極部をリード線または金具3によって並列に接続しており、リード線または金具3は、その片方の端部を外部機器等と接続できるように外部に出すような構造としている。続いて積層板5を同様に開口面から挿入し、コンデンサ素子2の上面に配置する。コンデンサケース1にはビス止め用のボス、積層板5には固定用穴を設けており、ビス等により積層板5をコンデンサケース1に固定する。さらに、充填樹脂4を開口面よりコンデンサケース1に注入し、樹脂充填する。なお、積層板をビス止めするのは、充填樹脂4を充填する際、積層板5が浮遊するのを防止するためである。
【0024】
なお、本実施の形態では、コンデンサケース1の開口面のみに積層板5を配置する例を示したが、コスト面で問題がなければ、コンデンサ素子2の全面を積層板5を覆うようにすれば尚一層の効果が得られる。この場合についてその製造方法を説明する。まず、積層板5をコンデンサケース1の開口部から挿入し、コンデンサケース1の底面に配置する。このとき、コンデンサケース1の底面にはリブが設けられており、このリブにより積層板5を支持するようにする。さらに、コンデンサ素子2をコンデンサケース1の底面に置いた積層板5の上に配置し、コンデンサケース1の側壁に設けたリブで側面を支える。この時、底面に置いた積層板5はコンデンサ素子2により固定されることとなる。次に積層板5をコンデンサケース1の側面もしくは前後面とコンデンサ素子2の側面もしくは前後面の間に配置する。このとき、コンデンサケース1の側壁に溝や突起状のリブを設けておき、積層板5の端部を溝にはめ込み、さらにリブで支えるようにして、コンデンサ素子2の側面4面を覆うようにして固定する。さらに、積層板5をコンデンサケース1の開口面でコンデンサ素子2の上面に配置する。このとき、コンデンサケース1の開口面部にビス止め用のボス、積層板5に取りつけ穴を設けておき、ビス等により固定する。
【0025】
また、本実施の形態では、コンデンサ素子2をその底面を小判型形状のものを示したが、別の実施例として、図4に示すように略直方体であるフィルムコンデンサであっても同様の効果が得られる。また、図4に示すように、コンデンサ素子の電極に接続するリード線または金具は、その用途に応じて外部に出す位置を自由に変えても本発明の構成と効果を妨げるものではない。
【0026】
また、図5は本実施の形態のフィルムコンデンサを車輌駆動用モータを駆動するインバータ回路の平滑用として用いた例を示す図であり、21は電池などの直流電源、22は本実施の形態のフィルムコンデンサ、23はインバータ回路、24はモータ、25は自動車を示す。
【0027】
本実施の形態で示したフィルムコンデンサは、上記で示したように、水分が進入してフィルムコンデンサに到達するまでの時間を遅延させることで、耐環境性が向上できることから、図5で示すように、車両駆動用モータ24を駆動するインバータ回路23に接続し、数百ヘルツから数十キロヘルツの高周波電流のリップル電流等の平滑する平滑用として用い、自動車25に搭載するのに適している。
【0028】
【発明の効果】
以上のように、本発明によるコンデンサの構成で金属箔と樹脂板を密着させた積層板を配置することにより、耐環境性にすぐれ小型軽量化を図ったフィルムコンデンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における構成の断面図
【図2】(a)コンデンサ素子に水分が到達する経路を示すコンデンサ正面図
(b)コンデンサ素子に水分が到達する経路を示すコンデンサ側面図
【図3】(a)本発明のコンデンサの実施の形態2における構成の平面図
(b)本発明のコンデンサの実施の形態2における構成の正面図
【図4】(a)本発明のコンデンサの実施の形態2における別の構成の平面図
(b)本発明のコンデンサの実施の形態2における別の構成の正面図
【図5】本実施の形態のコンデンサを車輌駆動用モータを駆動するインバータ回路の平滑用として用いた例を示す図
【図6】従来のフィルムコンデンサの構成の断面図
【符号の説明】
1 コンデンサケース
2 コンデンサ素子
4 充填樹脂
5 金属箔と樹脂を密着させた積層板
23 インバータ回路
24 モータ
25 自動車
Claims (7)
- コンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を内蔵し、内部を樹脂充填したコンデンサケースとを備えるコンデンサであって、前記コンデンサ素子と前記コンデンサケース内側面との間に金属箔と樹脂を有する積層板を配置したコンデンサ。
- 積層板は、金属箔と樹脂とが密着させてなる請求項1記載のコンデンサ。
- コンデンサ素子の外周面の一部と、コンデンサケース内側面との間に積層板を配置した請求項1記載のコンデンサ。
- 前記コンデンサ素子は略直方体である請求項3記載のコンデンサ。
- 複数の前記コンデンサ素子をコンデンサケースに内蔵する請求項1から4のいずれかに記載のフィルムコンデンサ。
- コンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を内蔵し、内部を樹脂充填したコンデンサケースとを備え、前記コンデンサ素子と前記コンデンサケース内側面との間に金属箔と樹脂を有する積層板を配置したコンデンサを、平滑用コンデンサとして用いた自動車駆動用モータを駆動するインバータ回路。
- コンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を内蔵し、内部を樹脂充填したコンデンサケースとを備え、前記コンデンサ素子と前記コンデンサケース内側面との間に金属箔と樹脂を有する積層板を配置したコンデンサを、平滑用コンデンサとして用いた自動車駆動用モータを駆動するインバータ回路を搭載した自動車。
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