JP4923589B2 - ケースモールド型コンデンサ - Google Patents
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Description
本発明は、車載用、電気機器用、産業用、電力用等の金属化フィルムコンデンサに関するものである。
産業用途やハイブリッド自動車に代表される車両駆動用途などのパワーインバータシステムに用いられる平滑用コンデンサには、大容量で定格電圧が高く、耐電流の大きなコンデンサが要求される。この平滑用コンデンサに用いられるフィルムコンデンサは、定格電圧が高く、耐電流性能に優れるが、コンデンサ１素子の容量が小さいため、複数個のコンデンサ素子を並列に接続することによって、必要量の容量を得ている。
元来、車両駆動用途などにおけるインバータの駆動周波数は、１０ｋＨｚ程度の高周波であるため、コンデンサの配線におけるインダクタンスが重要となる。これはインダクタンスが大きいとサージ電圧を上昇させ、インバータの故障の原因となるからである。
このインバータにおいて平滑用コンデンサとして用いられる大容量フィルムコンデンサは、複数個のコンデンサ素子をバスバーなどにより電気的に接続しているため、インダクタンスが大きくなってしまう。
そこで低インダクタンスコンデンサを得るため、異極のバスバーを対向させ、相互インダクタンスを小さくする方法や、たとえば特許文献１に代表されるような発明が公開されている。
特開２００１−７６９６７号公報
しかしこれらのコンデンサは、各電極のバスバーに接続されている素子数が等しいものであり、素子数が等しくない場合について、インダクタンスを小さくする有用な知見は得られていない。
本発明は、各電極のバスバーに接続されている素子数が異なる場合に、特に複数個の平滑用コンデンサを１つのコンデンサユニットに収納する場合に、インダクタンスの低いコンデンサを提供することを目的とする。
複数のコンデンサ素子を一端に外部接続端子部を設けたバスバーで接続したコンデンサにおいて、バスバーには接続された素子数の多いバスバーと、接続された素子数の少ないバスバーとがあり、前者のバスバーの外部接続端子部は、コンデンサ素子上に配置された第１のバスバーに対してほぼ直角に折り曲げられ、外端部の幅が複数のコンデンサ素子側より狭く、この複数のコンデンサ素子側の幅がコンデンサ素子上に配置されたバスバーの幅よりも幅が広いとともに、後者のバスバーの外部接続端子部より面積が大きく、かつ、前者のバスバーの外部接続端子部の一部が後者のバスバーの外部接続端子部に絶縁を保ちつつ重なっていることから、インダクタンスとリプル電流による発熱を小さくすることができる。
本発明は、複数のコンデンサ素子を一端に外部接続端子部を設けたバスバーで接続したコンデンサにおいて、バスバーには接続された素子数の多いバスバーと、接続された素子数の少ないバスバーとがあり、前者のバスバーの外部接続端子部はコンデンサ素子上に配置されたバスバーに対してほぼ直角に折り曲げられ、後者のバスバーの外部接続端子部より面積が大きく、かつ、前者のバスバーの外部接続端子部の一部が後者のバスバーの外部接続端子部に重なっていることから、インダクタンスが小さく、コンデンサ発熱がより効率的に拡散され、温度上昇の小さいコンデンサを得ることができる。
コンデンサ素子は金属化フィルムを巻回したものであり、巻回軸を水平にし、巻回端面が同一平面になるように配列しているので、量産性の高いコンデンサを得ることができる。
以下に本発明を実施の形態にそって、詳細に説明する。
図１（ａ）および（ｂ）は本発明におけるコンデンサユニットの斜視図であり、図１（ａ）は外部接続端子部側から見た斜視図、図１（ｂ）は外部接続端子部と反対側から見た斜視図である。
図１（ａ）および（ｂ）において、１は銅製の正極バスバーであり、２は負極バスバーであり、後述するコンデンサ素子３の正極および負極に接続されている。
正極バスバー１および負極バスバー２は外部へ電気を引き出すための外部接続端子部６を有している。
３はコンデンサ素子であり、コンデンサ素子３はポリプロピレンフィルム（以下ＰＰフィルムと省略）などの誘電体フィルムに一端に非蒸着部分であるマージンを持つようにアルミニウムを真空蒸着により電極を形成した金属化フィルム２枚を、マージン位置が互いに逆になり、誘電体フィルムを介して電極が対向するように重ねて巻き取り、端面に亜鉛メタリコンにより外部電極（図示せず）を形成したものである。
コンデンサ素子３を複数個配列させ、負極バスバー２を共通にして、正極バスバー１を正極バスバー１ａ、正極バスバー１ｂなどと分割して電気を引き出してコンデンサユニットを構成する。このとき、接続されているコンデンサ素子３の数の多い負極バスバー２の外部接続端子部６は同じ位置から引き出される正極バスバー１ａの外部接続端子部６より面積が大きく、かつ負極バスバー２の外部接続端子部６の一部が正極バスバー１ａの外部接続端子部６に電気的絶縁を保ちつつ重なっている。
本発明について、実施の形態を用いて説明する。
（実施の形態１）
ＰＰフィルムの厚さを４．０μｍとしたコンデンサ素子３を図２に示すとおり、素子幅１１を５０ｍｍ、素子厚さ１２を２５ｍｍ、素子長さ１３を８０ｍｍで作成した。
ＰＰフィルムの厚さを４．０μｍとしたコンデンサ素子３を図２に示すとおり、素子幅１１を５０ｍｍ、素子厚さ１２を２５ｍｍ、素子長さ１３を８０ｍｍで作成した。
図１（ａ）および（ｂ）に示すとおり、このコンデンサ素子３を５個配列して１．２ｍｍ厚の銅製バスバーで接続し、コンデンサユニットを完成させた。構成は、負極バスバー２を共通にして、第１正極バスバー１ａに４個、第２正極バスバー１ｂに１個接続とした。コンデンサユニットの寸法は、図１（ａ）および（ｂ）に示すとおりであり、バスバー長さ４を２４０ｍｍ、バスバー幅５ａを２０ｍｍ、５ｂを４０ｍｍ、バスバーの外部接続端子部６高さを５５ｍｍ、バスバー間距離７を４０ｍｍとした。
なお、正極バスバー１ａの外部接続端子部６の面積より負極バスバー２の外部接続端子部６の面積の方が大きく、正極バスバー１ａの外部接続端子部６と負極バスバー２の外部接続端子部６の一部は絶縁を保ちつつ重なっている。
（従来例１）
コンデンサユニットの寸法を図３に示すとおり、バスバー長さ４を２４０ｍｍ、バスバー幅５ｃを２０ｍｍ、バスバーの外部接続端子部６高さを５５ｍｍ、バスバー間距離７を４０ｍｍとした以外は、実施の形態１にそって、コンデンサユニットを作成した。
コンデンサユニットの寸法を図３に示すとおり、バスバー長さ４を２４０ｍｍ、バスバー幅５ｃを２０ｍｍ、バスバーの外部接続端子部６高さを５５ｍｍ、バスバー間距離７を４０ｍｍとした以外は、実施の形態１にそって、コンデンサユニットを作成した。
なお、正極バスバー１ａおよび負極バスバー２それぞれの外部接続端子部６におけるバスバー幅５ｃは２０ｍｍで同じであり、重なっていないものとする。
（従来例２）
コンデンサユニットの寸法を図４（ａ）および（ｂ）に示すとおり、バスバー長さ４を２４０ｍｍ、バスバー幅５ｄを４０ｍｍ、５ｅを２０ｍｍ、バスバーの外部接続端子部６高さを５５ｍｍ、バスバー間距離７を４０ｍｍとした以外は、実施の形態１にそって、コンデンサユニットを作成した。
コンデンサユニットの寸法を図４（ａ）および（ｂ）に示すとおり、バスバー長さ４を２４０ｍｍ、バスバー幅５ｄを４０ｍｍ、５ｅを２０ｍｍ、バスバーの外部接続端子部６高さを５５ｍｍ、バスバー間距離７を４０ｍｍとした以外は、実施の形態１にそって、コンデンサユニットを作成した。
なお、正極バスバー１ａおよび負極バスバー２それぞれの外部接続端子部６におけるバスバー幅５ｄは４０ｍｍで同じであり、同じ面積のものが絶縁を保ちつつ重なっているものとする。
（比較例１）
コンデンサユニットの寸法を図５（ａ）および（ｂ）に示すとおり、バスバー長さ４を２４０ｍｍ、バスバー幅５ｆを２０ｍｍ、５ｇを４０ｍｍ、バスバーの外部接続端子部６高さを５５ｍｍ、バスバー間距離７を４０ｍｍとした以外は、実施の形態１にそって、コンデンサユニットを作成した。
コンデンサユニットの寸法を図５（ａ）および（ｂ）に示すとおり、バスバー長さ４を２４０ｍｍ、バスバー幅５ｆを２０ｍｍ、５ｇを４０ｍｍ、バスバーの外部接続端子部６高さを５５ｍｍ、バスバー間距離７を４０ｍｍとした以外は、実施の形態１にそって、コンデンサユニットを作成した。
なお、正極バスバー１ａの外部接続端子部６の面積より負極バスバー２の外部接続端子部６の面積の方が小さく、正極バスバー１ａの外部接続端子部６の一部と負極バスバー２の外部接続端子部６は絶縁を保ちつつ重なっている。
実施の形態１と従来例１〜２、比較例１のコンデンサユニットについて、正極バスバー１ａ側のインダクタンスをアジレント・テクノロジー社製インピーダンスアナライザ ４２９４Ａで測定した。測定周波数は、１ＭＨｚとした。
（表１）に実施の形態１と従来例１〜２のインダクタンスの値を示す。Ｎ数は各３、単位はｎＨである。
また、（表２）に実施の形態１と比較例１のコンデンサユニットに周波数１０ｋＨｚの電流を５０Ａｒｍｓ流したときの温度上昇値を示す。単位は、ｄｅｇ．である。
（表１）から、正極バスバー１ａおよび負極バスバー２それぞれの外部接続端子部６を対向させることにより、インダクタンスを小さくできることがわかる。その中でもっともインダクタンスの小さな値を示したのは、従来例２である。しかし、従来例２は、ばらつきが大きく、量産性を考えると好ましくない。ばらつきの大きい要因として、正極バスバー１ａと負極バスバー２の重なり具合によっては、磁束が漏れて相互インダクタンスが大きくなるためと考えられる。
実施の形態１と比較例１では、インダクタンスの値もばらつきも小さく、量産性が高い。
（表２）から、実施の形態１の温度上昇は、比較例１に比較して小さいことがわかる。これは、素子数の多い負極バスバー２の方の外部接続端子部６を広幅にしていることにより、コンデンサ発熱がより効率的に拡散されるためと思われる。
なお、実施の形態では、負極バスバー２を共通としたが、正極バスバー１ａおよび１ｂを共通としてもよい。
なお、実施の形態では、誘電体フィルムをＰＰフィルムとしたが、これに限られるものではなく、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートやポリフェニルサルファイドなどの熱可塑性高分子フィルムであればよいことはいうまでもない。また、これらの高分子をメインとしたフィルムであってもよい。
本発明による金属化フィルムコンデンサは、各電極に接続される素子数が異なる場合にＥＳＬが小さく、また温度上昇の小さいコンデンサを得ることができるという効果を有し、特に、車載用のインバータ回路の平滑用、車両駆動用モータの駆動回路の平滑用等として有用である。
１ 正極バスバー
２ 負極バスバー
３ コンデンサ素子
４ バスバー長さ
５ バスバー幅
６ バスバーの外部接続端子部
７ バスバー間距離
１１ 素子幅
１２ 素子厚さ
１３ 素子長さ
２ 負極バスバー
３ コンデンサ素子
４ バスバー長さ
５ バスバー幅
６ バスバーの外部接続端子部
７ バスバー間距離
１１ 素子幅
１２ 素子厚さ
１３ 素子長さ
Claims (2)
- 複数のコンデンサ素子を一端に外部接続端子部を設けたバスバーで接続し、これをケース内に収容して少なくとも前記外部接続端子部を除いて樹脂を充填したケースモールド型コンデンサにおいて、前記バスバーには接続された素子数の多い方の第１のバスバーと、接続された素子数の少ない方の第２のバスバーとがあり、前記第１のバスバーと第２のバスバーは、いずれか一方が正極であり、他方が負極であり、
前記第１のバスバーの外部接続端子部は、
前記コンデンサ素子上に配置された前記第１のバスバーに対してほぼ直角に折り曲げられ、
その外端部の幅が前記複数のコンデンサ素子側より狭く、
この複数のコンデンサ素子側の幅が、前記複数のコンデンサ素子上に配置された前記第１のバスバーの幅より広いとともに、
前記第２のバスバーの外部接続端子部より面積が大きく、かつ、
前記第１のバスバーの外部接続端子部の一部が前記第２のバスバーの外部接続端子部に絶縁を保ちつつ重なっていることを特徴とするケースモールド型コンデンサ。 - 前記コンデンサ素子は金属化フィルムを巻回したものであり、巻回軸を水平にし、巻回端面が同一平面になるように配列した請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
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