JP6913856B2 - Film capacitor - Google Patents
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Description
本発明は各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車の電装等に使用されるフィルムコンデンサに関するものである。 The present invention relates to a film capacitor used in various electronic devices, electric devices, industrial devices, electrical components of automobiles, and the like.
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。 In recent years, from the viewpoint of environmental protection, all electric devices are controlled by an inverter circuit, and energy saving and high efficiency are being promoted. In particular, in the automobile industry, the development of technologies related to global environment-friendly energy saving and high efficiency is becoming active, such as the introduction of hybrid electric vehicles (hereinafter referred to as HEVs) that run on electric motors and engines.
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フィルムコンデンサが注目されている。また、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フィルムコンデンサを採用する傾向が目立っている。 Since such an electric motor for HEV has a high working voltage range of several hundred volts, a film capacitor having a high withstand voltage and low loss electrical characteristics is attracting attention as a capacitor used in connection with such an electric motor. Has been done. In addition, there is a conspicuous tendency to use film capacitors, which have an extremely long life, due to the demand for maintenance-free products in the market.
フィルムコンデンサは、一般に金属箔を電極に用いるものと、誘電体フィルム上に設けた蒸着金属を電極に用いるものとに大別される。中でも誘電体フィルム上に蒸着金属を設けた、所謂金属化フィルムを用いたフィルムコンデンサは、金属箔を用いるものに比べて電極の占める体積が小さく小形軽量化が図れることと、蒸着電極特有の自己回復性能(絶縁欠陥部で短絡が生じた場合に、短絡のエネルギーで欠陥部周辺の蒸着電極が蒸発・飛散して絶縁化しコンデンサの機能が回復する性能)により絶縁破壊に対する信頼性が高いことから、従来から広く用いられている。 Film capacitors are generally classified into those using a metal foil as an electrode and those using a vapor-deposited metal provided on a dielectric film as an electrode. Among them, a film capacitor using a so-called metallized film in which a vapor-deposited metal is provided on a dielectric film has a smaller volume occupied by the electrode and can be made smaller and lighter than a capacitor using a metal foil. High reliability against dielectric breakdown due to recovery performance (performance in which when a short circuit occurs in an insulation defect, the vaporized electrode around the defect evaporates and scatters due to the energy of the short circuit to insulate and restore the function of the capacitor). , Has been widely used in the past.
その中で、例えば特許文献1に記載のように、複数のコンデンサ素子を一塊にして、実質的な小型化を図ったフィルムコンデンサも提案されている。図7にこの種のフィルムコンデンサの断面図を示す。図7のフィルムコンデンサ6は、巻回軸を同軸とすることで、二つのコンデンサ素子を一塊としている。
Among them, for example, as described in
図7に示すように、フィルムコンデンサ6では、巻回軸Dを中心に金属化フィルムを巻回して形成された内側の巻回素子61と、この内側の巻回素子61の外側に、内側の巻回素子61を形成した金属化フィルムと同じ幅の金属化フィルムを巻回して形成された外側の巻回素子64とが、絶縁材67を介して形成されている。二つの巻回素子の一方の端面(図7における下側)に形成されたメタリコン電極62bと、メタリコン電極65bとは一体となっており、二つの巻回素子の他方の端面には、それぞれメタリコン電極62aと、メタリコン電極65aが形成され、巻回軸方向の寸法が同じ、コンデンサ素子63とコンデンサ素子66とが一塊となったフィルムコンデンサを構成している。
As shown in FIG. 7, in the film capacitor 6, an
このような、複数のコンデンサ素子を一塊にしたフィルムコンデンサによれば、複数のコンデンサ素子を、それぞれ別々の単体のコンデンサにして使用するよりも、実装スペース(面積、体積)が低減され、実質的にフィルムコンデンサの小型化が図れることになる。 According to such a film capacitor in which a plurality of capacitor elements are grouped together, the mounting space (area, volume) is reduced and substantially, as compared with the case where the plurality of capacitor elements are used as separate single capacitors. In addition, the film capacitor can be miniaturized.
しかしながら、図7に示すような構成の、複数のコンデンサ素子を一塊としたフィルムコンデンサでは、コンデンサの実質的な小型化が図れる反面、フィルムコンデンサの容量当たりの表面積が小さくなるため、コンデンサの稼動時の熱が発散し難くなり、温度上昇が大きくなるという課題を有していた。 However, in a film capacitor having a configuration as shown in FIG. 7 in which a plurality of capacitor elements are grouped together, the capacitor can be substantially reduced in size, but the surface area per capacity of the film capacitor is reduced, so that when the capacitor is in operation. There was a problem that it became difficult for the heat of the film to dissipate and the temperature rise became large.
このような課題を解決するために、本発明のフィルムコンデンサは、誘電体フィルムの表面に金属電極が設けられた金属化フィルムを巻回した巻回体を備えるフィルムコンデンサであって、巻回体は巻回軸を同一とする複数のコンデンサ素子よりなり、この複数のコンデンサ素子は、巻回軸方向の寸法が異なる二つ以上のコンデンサ素子を含む構成となっている。 In order to solve such a problem, the film capacitor of the present invention is a film capacitor provided with a wound body in which a metallized film having a metal electrode provided on the surface of a dielectric film is wound, and the wound body is provided. Consists of a plurality of capacitor elements having the same winding axis, and the plurality of capacitor elements include two or more capacitor elements having different dimensions in the winding axis direction.
以上のように、複数のコンデンサ素子を一塊とすることでコンデンサの実質的な小型化を図ったフィルムコンデンサにおいて、複数のコンデンサ素子の巻回軸方向の寸法を異ならせることで、フィルムコンデンサの稼動時の熱が発散し易くなり、フィルムコンデンサの温度上昇を抑制することができ、寿命や信頼性を向上させることができる。 As described above, in a film capacitor in which a plurality of capacitor elements are grouped together to substantially reduce the size of the capacitor, the film capacitor can be operated by different dimensions in the winding axis direction of the plurality of capacitor elements. The heat of time is easily dissipated, the temperature rise of the film capacitor can be suppressed, and the life and reliability can be improved.
以下、図を用いて本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるフィルムコンデンサの外観を示す斜視図である。(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the film capacitor according to the first embodiment of the present invention.
図2は、図1に示すフィルムコンデンサの断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the film capacitor shown in FIG.
図1に示すように、本実施形態におけるフィルムコンデンサ1は、金属化フィルムを巻回することによって形成された巻回素子11と、この巻回素子11の端面に形成されたメタリコン電極12aとを有するコンデンサ素子13、および、このコンデンサ素子13の外側に、金属化フィルムを巻回することによって形成された巻回素子14と、この巻回素子14の端面に形成されたメタリコン電極15aとを有するコンデンサ素子16の、二つのコンデンサ素子を含み、この二つのコンデンサ素子が一塊となった巻回体10を備えている。
As shown in FIG. 1, in the
フィルムコンデンサ1のメタリコン電極12a、15a、15bには、このフィルムコンデンサ1と、外部機器とを接続するための外部端子19a、19b、19cが接続される。
図2を参照しながら詳しく説明すると、巻回体10を構成する二つのコンデンサ素子13、16の内、コンデンサ素子13は、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタレートなどの誘電体フィルムの表面に、アルミニウムやアルミニウムと他の金属の合金などの金属蒸着電極が形成された金属化フィルムを、巻回軸(図2における線A)を中心に巻回して形成された巻回素子11と、この巻回素子11の両端面に形成されたメタリコン電極12a、12bとを有している。
Explaining in detail with reference to FIG. 2, among the two
コンデンサ素子16は、巻回素子11の外側に、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタレートなどの絶縁材17を介して、巻回軸方向の寸法が、巻回素子11を形成する金属化フィルムよりも小さい金属化フィルムを巻回して形成された巻回素子14と、この巻回素子14の両端面に形成されたメタリコン電極15a、15bとを有している。
The
ここで、コンデンサ素子13のメタリコン電極12bとコンデンサ素子16のメタリコン電極15bとは一体となっている。すなわち、コンデンサ素子13とコンデンサ素子16とは一方の電極を共有しており、上述のようにメタリコン電極15bに外部端子19cが接続されると、コンデンサ素子13も外部機器と電気的に接続されることになる。
Here, the metallikon electrode 12b of the
それぞれ、巻回軸方向の寸法が異なる金属化フィルムから形成されたコンデンサ素子13とコンデンサ素子16とは、巻回軸方向の寸法が異なり、コンデンサ素子16の巻回軸方向の寸法は、コンデンサ素子13の巻回軸方向の寸法よりも小さくなっており、従って、コンデンサ素子16の端面(図2におけるメタリコン電極15a側の端面)から、コンデンサ素子13の一部が突き出ている。
The
このように、二つのコンデンサ素子13、16の巻回軸を同一にして、二つのコンデンサ素子13、16を一塊としたフィルムコンデンサ1において、一方のコンデンサ素子13の一部が、他方のコンデンサ素子16の端面から突き出ていることによって、一方のコンデンサ素子13の外部に露出する部分の面積が大きくなり、その結果、フィルムコンデンサ1の稼動時の、自己発熱によって生じた熱を発散し易くなり、フィルムコンデンサの温度上昇を抑制することができる。
In this way, in the
なお、本実施形態では、コンデンサ素子13と、コンデンサ素子16との二つのコンデンサ素子を備えたフィルムコンデンサ1の構成を基に説明したが、コンデンサ素子の数はこれに限られるものではなく、図6に示すように、コンデンサ素子43、コンデンサ素子46、コンデンサ素子53の三つのコンデンサ素子を備えてもよいし、またそれ以上の数のコンデンサ素子を備えてもかまわない。
In the present embodiment, the description has been made based on the configuration of the
また、複数のコンデンサ素子の中で、稼動時の温度が最も高いコンデンサ素子を巻回体の最外周に配置することで、少なくともこのコンデンサ素子の外表面はフィルムコンデンサ1の外部に曝されることとなり、フィルムコンデンサの稼動時の自己発熱による温度上昇を、より小さくすることができる。
Further, by arranging the capacitor element having the highest operating temperature among the plurality of capacitor elements on the outermost periphery of the winding body, at least the outer surface of the capacitor element is exposed to the outside of the
この場合、コンデンサ素子の稼動時の温度が、最外周から最内周に向かって小さくなる構成とすることで、フィルムコンデンサの稼動時の自己発熱による温度上昇を、さらに小さくすることができる。例えば、ハイブリッド自動車のインバータ回路等に搭載される平滑用のコンデンサ素子と、フィルタ用のコンデンサ素子との二つのコンデンサ素子を、本発明の構成による一塊のフィルムコンデンサとした場合、外周側に温度上昇の大きいフィルタ用のコンデンサ素子を配置することが、フィルムコンデンサの温度上昇を抑制する上で好ましい。 In this case, by making the temperature during operation of the capacitor element decrease from the outermost circumference to the innermost circumference, the temperature rise due to self-heating during operation of the film capacitor can be further reduced. For example, when two capacitor elements, a smoothing capacitor element and a filter capacitor element mounted on an inverter circuit of a hybrid vehicle, are made into a single film capacitor according to the configuration of the present invention, the temperature rises to the outer peripheral side. It is preferable to arrange a capacitor element for a filter having a large size in order to suppress a temperature rise of the film capacitor.
また、複数のコンデンサ素子の中で、巻回軸方向の寸法が最も大きいコンデンサ素子を、巻回体の巻回軸寄りに配置することで、フィルムコンデンサの強度を高めることができる。 Further, the strength of the film capacitor can be increased by arranging the capacitor element having the largest dimension in the winding axis direction among the plurality of capacitor elements near the winding axis of the winding body.
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2におけるフィルムコンデンサの外観を示す斜視図である。(Embodiment 2)
FIG. 3 is a perspective view showing the appearance of the film capacitor according to the second embodiment of the present invention.
図4は、図3に示すフィルムコンデンサの断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view of the film capacitor shown in FIG.
図3に示すように、本実施形態におけるフィルムコンデンサ2は、金属化フィルムを巻回することによって形成された巻回素子21と、この巻回素子21の端面に形成されたメタリコン電極22aとを有するコンデンサ素子23、および、このコンデンサ素子23の外側に、金属化フィルムを巻回することによって形成された巻回素子24と、この巻回素子24の端面に形成されたメタリコン電極25aとを有するコンデンサ素子26の、二つのコンデンサ素子を含み、この二つのコンデンサ素子が一塊となった巻回体20を備えている。
As shown in FIG. 3, the
フィルムコンデンサ2のメタリコン電極22a、25a、25bには、このフィルムコンデンサ2と、外部機器とを接続するための外部端子29a、29b、29cが接続される。
図4を参照しながら詳しく説明すると、巻回体20を構成する二つのコンデンサ素子23、26の内、コンデンサ素子23は、金属化フィルムを、巻回軸(図4における線B1)を中心に巻回して形成された巻回素子21と、この巻回素子21の両端面に形成されたメタリコン電極22a、22bとを有している。
Explaining in detail with reference to FIG. 4, of the two
コンデンサ素子26は、巻回素子21の外側に、絶縁材27を介して、巻回軸方向の寸法が、巻回素子21を形成した金属化フィルムよりも小さい金属化フィルムを巻回して形成された巻回素子24と、この巻回素子24の両端面に形成されたメタリコン電極25a、25bとを有している。
The
ここで、コンデンサ素子23のメタリコン電極22bとコンデンサ素子26のメタリコン電極25bとは一体となっている。すなわち、コンデンサ素子23とコンデンサ素子26とは一方の電極を共有しており、上述のようにメタリコン電極25bに外部端子29cが接続されると、コンデンサ素子23も外部機器と電気的に接続されることになる。
Here, the
コンデンサ素子26の巻回軸方向の寸法は、コンデンサ素子23の巻回軸方向の寸法よりも小さくなっており、コンデンサ素子26の端面から、コンデンサ素子23の一部が突き出ている。
The dimension of the
そして、コンデンサ素子23と、コンデンサ素子26との間の、絶縁材27の外側に、伝熱材28が、この伝熱材28の一部が、二つのコンデンサ素子23、26の内、巻回軸方向の寸法が小さいコンデンサ素子26の端面から突き出て、外部に露出するように挟置されている。
Then, a
伝熱材28は、銅箔やアルミニウム箔などの金属箔やグラファイトシートなど、フィルムコンデンサを構成する誘電体フィルム、或いは絶縁材27などの材料として用いたポリプロピレンやポリエチレンテレフタレートよりも、熱伝導率の高い材料から選ばれる。
The
このように、二つのコンデンサ素子23、26が一塊となった巻回体20を備えたフィルムコンデンサ2において、二つのコンデンサ素子23、26の間に、熱伝導率の高い伝熱材28を挟置し、伝熱材28の一部が、巻回軸方向の寸法が小さいコンデンサ素子26の端面から突き出るようにすることで、フィルムコンデンサ2の稼動時の自己発熱によって生じたフィルムコンデンサ2の内部の熱を、フィルムコンデンサ2の外部に発散し易くなり、その結果、フィルムコンデンサ2の内部の温度上昇を抑制することができる。
In this way, in the
なお、伝熱材28は、コンデンサ素子23の巻回軸方向の中心部(図4における線B2)、またはコンデンサ素子26の巻回軸方向の中心部(図4における線B3)の内、いずれかの中心部に達していることが好ましい。このような構成とすることで、コンデンサ素子23、26の稼動時の温度が最も高くなるコンデンサ素子23、26の中心部の熱を、コンデンサ素子23、26の外部に、より多く発散させることができ、その結果、フィルムコンデンサ2の温度上昇を更に抑制することができる。
The
また、フィルムコンデンサ2の構成であれば、コンデンサ素子26内部の篭り熱を、伝熱材28を介して外部に引き出し、発散させることができる。したがって、外周側のコンデンサ素子26としては、熱を外部に発散させたいコンデンサ素子、すなわち稼動時の温度がより高くなるコンデンサ素子を配置した方が、フィルムコンデンサ2全体としての温度上昇を抑制することができる。
Further, in the case of the configuration of the
(実施の形態3)
図5は、本発明の実施の形態3におけるフィルムコンデンサの断面図である。(Embodiment 3)
FIG. 5 is a cross-sectional view of the film capacitor according to the third embodiment of the present invention.
図5に示すように、本実施形態におけるフィルムコンデンサ3は、金属化フィルムを巻回することによって形成された巻回素子31と、この巻回素子31の端面に形成されたメタリコン電極32aと、を有するコンデンサ素子33、および、このコンデンサ素子33の外側に、金属化フィルムを巻回することによって形成された巻回素子34と、この巻回素子34の端面に形成されたメタリコン電極35aと、を有するコンデンサ素子36の、二つのコンデンサ素子を含み、この二つのコンデンサ素子が一塊となった巻回体を備えている。
As shown in FIG. 5, the
さらに詳しく説明すると、巻回体を構成する二つのコンデンサ素子の内、コンデンサ素子33は、金属化フィルムを、巻回軸(図5における線C1)を中心に巻回して形成された巻回素子31と、この巻回素子31の両端面に形成されたメタリコン電極32a、32bとを有している。
More specifically, among the two capacitor elements constituting the winding body, the
コンデンサ素子36は、巻回素子31の外側に、絶縁材37を介して、巻回軸方向の寸法が、巻回素子31を形成した金属化フィルムよりも小さい金属化フィルムを巻回して形成された巻回素子34と、この巻回素子34の両端面に形成されたメタリコン電極35a、35bとを有している。
The
コンデンサ素子36の巻回軸方向の寸法は、コンデンサ素子33の巻回軸方向の寸法よりも小さくなっており、コンデンサ素子36の両方の端面から、コンデンサ素子33の一部が突き出ている。
The dimension of the
そして、コンデンサ素子33と、コンデンサ素子36の間の、絶縁材37の外側に、伝熱材38aと伝熱材38bとが挟置されている。伝熱材38aと伝熱材38bとは、電気的に繋がっておらず、図5に示すように、コンデンサ素子36の内側において、間隔を空けて非接触状態で配置されている。
The
伝熱材38aは、二つのコンデンサ素子33、36の内、巻回軸方向の寸法が小さいコンデンサ素子36の一方(図5における上方)の端面から突き出ており、伝熱材38bは二つのコンデンサ素子33、36の内、巻回軸方向の寸法が小さいコンデンサ素子36の他方(図5における下方)の端面から突き出ている。
The
伝熱材38aまたは伝熱材38bは、いずれかがコンデンサ素子33またはコンデンサ素子36の、巻回軸方向の中心部(図5における線C2)に達していることが好ましい。本実施形態においては、伝熱材38aが巻回軸方向の中心部まで達している。
It is preferable that either the
このように、二つのコンデンサ素子33、36が一塊となった巻回体を備えたフィルムコンデンサにおいて、コンデンサ素子33の両方の端面から、コンデンサ素子36の一部が突き出た構成とすることと、伝熱材38aがコンデンサ素子36の両方の端面から突き出た構成とすることで、フィルムコンデンサ3の温度上昇を抑制することができるとともに、フィルムコンデンサ3の巻回軸方向の温度の偏りを抑制することができる。
In this way, in a film capacitor having a winding body in which two
なお、コンデンサ素子36の一部が、コンデンサ素子33の一方の端面と、他方の端面とから突き出す量(寸法)のバランスは、二つの伝熱材38a、38bの巻回軸方向の寸法や、挟置する位置等と合わせて、フィルムコンデンサ3の巻回軸方向の温度の偏りが小さくなるように制御すればよい。
The balance of the amount (dimensions) of a part of the
なお、本実施形態では、コンデンサ素子33と、コンデンサ素子36の間に、伝熱材38aと伝熱材38bとを挟置した構成について説明したが、コンデンサ素子33の両方の端面から、コンデンサ素子36の一部を突き出した構成において、コンデンサ素子33と、コンデンサ素子36の間に、伝熱材38aと伝熱材38bとを挟置しない場合には、コンデンサ素子36の一部が、コンデンサ素子33の一方の端面と、他方の端面とから突き出す量(寸法)は、コンデンサ素子33両方の端面において均等であることが、フィルムコンデンサ3の巻回軸方向の温度の偏りをより小さくできるので好ましい。
In the present embodiment, the configuration in which the
本発明は各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車の電装等に使用されるフィルムコンデンサに有用である。 The present invention is useful for film capacitors used in various electronic devices, electrical devices, industrial devices, electrical components of automobiles, and the like.
1、2、3 フィルムコンデンサ
10、20、30 巻回体
11、21、31 巻回素子
12a、12b、22a、22b、32a、32b メタリコン電極
13、16、23、26、33、36、43、46、53 コンデンサ素子
14、24、34 巻回素子
15a、15b、25a、25b、35a、35b メタリコン電極
17、27、37 絶縁材
19a、19b、19c、29a、29b、29c 外部端子
28、38a、38b 伝熱材1, 2, 3
Claims (4)
前記巻回体は、巻回軸を同一とする複数のコンデンサ素子よりなり、
前記複数のコンデンサ素子は、隣接して配置され、前記巻回軸方向の寸法が異なる二つのコンデンサ素子を含み、
前記二つのコンデンサ素子の内の前記巻回軸方向の寸法が大きいコンデンサ素子の両端面は、前記巻回軸方向の寸法が小さいコンデンサ素子の両端面からそれぞれ巻回軸方向に突き出しており、
前記二つのコンデンサ素子間に、前記巻回軸方向に間隔を空けた二つの伝熱材が挟置され、前記二つの伝熱材は、前記二つのコンデンサ素子の内の前記巻回軸方向の寸法が小さいコンデンサ素子の両端面からそれぞれ巻回軸方向に突き出している
ことを特徴とするフィルムコンデンサ。 A film capacitor having a wound body in which a metallized film having a metal electrode provided on the surface of a dielectric film is wound.
The winding body is composed of a plurality of capacitor elements having the same winding axis.
Wherein the plurality of capacitor elements are disposed adjacent, it viewed including the dimensions of the winding axis directions are different two capacitor elements,
Both end faces of the capacitor element having a large dimension in the winding axis direction of the two capacitor elements project in the winding axis direction from both end faces of the capacitor element having a small dimension in the winding axis direction.
Two heat transfer materials spaced apart in the winding axis direction are sandwiched between the two capacitor elements, and the two heat transfer materials are in the winding axis direction of the two capacitor elements. A film capacitor characterized in that it protrudes in the winding axis direction from both end faces of a capacitor element having a small size.
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