JP7284491B2

JP7284491B2 - コンデンサ

Info

Publication number: JP7284491B2
Application number: JP2018155800A
Authority: JP
Inventors: 勇太岡部
Original assignee: Shizuki Electric Co Inc
Current assignee: Shizuki Electric Co Inc
Priority date: 2018-08-22
Filing date: 2018-08-22
Publication date: 2023-05-31
Anticipated expiration: 2038-08-22
Also published as: JP2020031139A

Description

この発明は、バスバーを備えたコンデンサに関する。

特許文献１には、バスバーで生じる熱のコンデンサ素子への伝達を抑制するための種々の方法が開示されている。具体的には、バスバーを、コンデンサ素子との接続に供する素子部バスバーと、外部機器との接続に供する接続部バスバーとに分けるとともに、接続部バスバーをケース外に配置することで、接続部バスバーで生じる熱のコンデンサ素子への伝達を抑制するとともに、空気の自然対流による接続部バスバーの冷却を図っている。また、電流密度が高くなる箇所については、接続部バスバーの断面積を大きくして発熱を抑制している。

特開２００５－０５０９９６号公報

しかし、バスバーをケース外に配置すると、感電や漏電など安全面での配慮が必要となる。また、コンデンサが高温となる場所に設置される場合は、その熱にバスバーが直接曝されることになるため冷却効果を得にくい。特にコンデンサが自動車のエンジンルーム近傍で使用される場合は、周囲温度が９０℃近くにもなるため、冷却はおろか、バスバーが外部の熱をコンデンサ素子へ伝える伝熱部材として働く虞もある。断面積を大きくするためにバスバーの寸法を大きくすれば、その分、外部からの熱の影響を受け易くなる。このように、バスバーが発熱することを前提にした対症療法的な対応では、使用場所によっては別の問題を生じることとなる。

そこで本発明は、バスバーの発熱を抑制することができるコンデンサの提供を目的とする。

本発明のコンデンサは、コンデンサ素子２と、コンデンサ素子２の一方の電極２ａと接続される一方側バスバー３と、コンデンサ素子２の他方の電極２ｂと接続される他方側バスバー４とを備え、一方側バスバー３が、直流電源に接続される電源接続端子３ａと、外部回路に接続される回路接続端子３ｂと、コンデンサ素子２に接続される素子接続端子３ｃとを有しており、一方側バスバー３が、電源接続端子３ａと回路接続端子３ｂと素子接続端子３ｃを、電源接続端子３ａ、回路接続端子３ｂ、素子接続端子３ｃの順に一筆書きで繋ぐ電流経路を形成していることを特徴としている。

また、一方側バスバー３の、電源接続端子３ａと回路接続端子３ｂとを繋ぐ電流経路と、回路接続端子３ｂと素子接続端子３ｃとを繋ぐ電流経路との間に、空間Ｓを設けていることが好ましい。

本発明のコンデンサは、一方側バスバーが、電源接続端子と回路接続端子と素子接続端子を、電源接続端子、回路接続端子、素子接続端子の順に一筆書きで繋ぐ電流経路を形成しているため、直流電源から外部回路へと流れる電流と、外部回路からコンデンサ素子へと流れる電流とが互いに別の経路を通ることになる。そのため、一方側バスバーでの電流密度を低く維持することができ、発熱を抑制することができる。

また、一方側バスバーの、電源接続端子と回路接続端子とを繋ぐ電流経路と、回路接続端子と素子接続端子とを繋ぐ電流経路との間に空間を設けていれば、電源接続端子と回路接続端子とを繋ぐ電流経路からのコンデンサ素子側への熱伝達を抑制することができる。

この発明の一実施形態に係るコンデンサを示す分解斜視図である。コンデンサの斜視図である。図３ａがＰバスバーでの電流の流れを示す斜視図、図３ｂが回路図である。図４ａが比較例のＰバスバーでの電流の流れを示す斜視図、図４ｂが回路図である。

次に、この発明のコンデンサの一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。この発明のコンデンサ１は、直流電源と外部回路（例えばインバータ回路）との間に設置される平滑用コンデンサであって、図１及び図２に示すように、コンデンサ素子２と、コンデンサ素子２に接続されるＰ、Ｎバスバー（一方側、他方側バスバー）３、４と、コンデンサ素子２とＰ、Ｎバスバー３、４とを収容するケース５と、ケース５内に充填される充填剤（例えば樹脂：図示しない）とを備えている。以下、各構成部品について説明していくが、説明における「上下」の概念は、製造時、より具体的には充填剤の充填時におけるものであって、必ずしも使用時の上下を規定するものではない。

コンデンサ素子２は、絶縁性のフィルムの表面に金属を蒸着した金属化フィルムを巻回又は積層することでなるフィルムコンデンサであって、図１に示すように扁平な略円柱状であり、軸方向両端面に金属を溶射してなる電極２ａ、２ｂがそれぞれ形成されている。本実施形態では、このコンデンサ素子２を、電極２ａ、２ｂを上下に向けた状態で２つ並べることでコンデンサ素子群を構成している。なお、コンデンサ素子群を構成するコンデンサ素子２の数は適宜変更可能である。

Ｐバスバー（一方側バスバー）３は、直流電源に接続される電源接続端子３ａと、外部回路に接続される回路接続端子３ｂと、コンデンサ素子２の一方の電極２ａ（図１において下側の電極）に接続される素子接続端子３ｃとを有している。電源接続端子３ａと回路接続端子３ｂと素子接続端子３ｃの位置関係としては、電源接続端子３ａと回路接続端子３ｂの間に素子接続端子３ｃが位置している。換言すれば、電源接続端子３ａから回路接続端子３ｂへと向かう方向において、回路接続端子３ｂよりも手前に素子接続端子３ｃが位置している。従って、電源接続端子３ａから回路接続端子３ｂを介して素子接続端子３ｃに流れる電流は、電源接続端子３ａから回路接続端子３ｂに向かった後、電源接続端子３ａ側に向かって流れることになる。このＰバスバー３は、電源接続端子３ａと回路接続端子３ｂと素子接続端子３ｃを、電源接続端子３ａ、回路接続端子３ｂ、素子接続端子３ｃの順に一筆書きで繋ぐ電流経路を形成する。なお、ここでの「一筆書き」とは、経路が切断されること無く連続し且つ同じ経路を通らないという意味である。具体的には、図３に示すように、Ｐバスバー３が平面視略つ字状とされており、電源接続端子３ａが「つ」の書き始めに位置し、回路接続端子３ｂが「つ」の屈曲部分に位置し、素子接続端子３ｃが「つ」の書き終わりに位置している。そして、直流電源と外部回路とを繋ぐ、電源接続端子３ａから回路接続端子３ｂまでの電流経路と、外部回路とコンデンサ素子２とを繋ぐ、回路接続端子３ｂから素子接続端子３ｃまでの電流経路が重ならないようになっている。この実施形態では、Ｐバスバー３は、直流電源と外部回路とを接続する第１バスバー３１と、外部回路とコンデンサ素子２とを接続する第２バスバー３２とに分かれている。

まず、第１バスバー３１について説明すると、図１に示すように、第１バスバー３１は、電源接続端子３ａと、回路接続端子３ｂの一部と、電源接続端子３ａと回路接続端子３ｂの一部を繋ぐ本体部３１ａとを有している。本体部３１ａは略帯状であって、コンデンサ素子群の長手方向の長さよりも長い。また、コンデンサ素子群の長手方向と平行（垂直）に配置される。電源接続端子３ａは、本体部３１ａの一方端部（図１において左側端部）から上方に延出されている。電源接続端子３ａの先端側は水平方向に折曲され、先端には直流電源と接続するための接続孔が設けられている。回路接続端子３ｂは、本体部３１ａの他方端部（図１において右側端部）から上方に延出されている。回路接続端子３ｂの先端には外部回路と接続するための接続孔が設けられている。

第２バスバー３２は、回路接続端子３ｂの一部と、素子接続端子３ｃと、回路接続端子３ｂの一部と素子接続端子３ｃとを繋ぐ本体部３２ａとを有している。本体部３２ａは、垂直部３２ａ１と、垂直部３２ａ１の上下端から水平方向にそれぞれ延出された水平部３２ａ２、３２ａ３とを備えている。垂直部３２ａ１は側面視略長方形状であって、コンデンサ素子群の長手方向の側面に沿うように配置される。上端から延出された水平部３２ａ２は平面視略Ｚ字状であって、コンデンサ素子群とは反対の方向に延出されている。下端から延出された水平部３２ａ３は平面視略長方形状であって、コンデンサ素子群側に延出されている。従って、本体部３２ａの縦断面は略Ｚ字状となっている。回路接続端子３ｂは、水平部３２ａ２の先端から（図１において奥側）から上方に２つ延出されている。回路接続端子３ｂの先端には外部回路と接続するための接続孔が設けられている。素子接続端子３ｃは、下端から延出された水平部３２ａ３からコンデンサ素子群側に延出されている。この素子接続端子３ｃは、コンデンサ素子２とはんだ付けし易いよう、小幅とされている。

第１バスバー３１と第２バスバー３２とは、第１バスバー３１の回路接続端子３ｂと、第２バスバー３２の２つの回路接続端子３ｂのうちの端部側の回路接続端子とを重ね合わせるようにして接続することで電気的に接続される（図３ａ参照）。なお、回路接続部３ｂ以外は当接しておらず、絶縁も確保されている。これにより、電源接続端子３ａ、回路接続端子３ｂ、素子接続端子３ｃの順に一筆書きで繋ぐ電流経路が形成される。電源接続端子３ａと回路接続端子３ｂとを繋ぐ電流経路は、第１バスバー３１の本体部３１ａによって構成され、回路接続端子３ｂと素子接続端子３ｃとを繋ぐ電流経路は、第２バスバー３２の本体部３２ａによって構成される。

Ｎバスバー４は、図１に示すように、直流電源に接続される電源接続端子４ａと、外部回路に接続される回路接続端子４ｂと、コンデンサ素子２の他方の電極２ｂ（図１において上側の電極）に接続される素子接続端子４ｃとを有している。また、本体部４ｄを有している。本体部４ｄは平面視略長方形状であって、コンデンサ素子群の上面を覆う程度の大きさを有している。電源接続端子４ａは、本体部４ｄの四つ角のうちの１つの角（図１において左側の奥の角）から延出されている。この電源接続端子４ａは、Ｐバスバー３の電源接続端子３ａ側に向かって延出された水平部４ａ１と、水平部４ａ１の先端から上方に延出された垂直部４ａ２とを備えている。また、電源接続端子４ａの上端（先端）側は水平方向に折曲され、先端には直流電源と接続するための接続孔が設けられている。回路接続端子４ｂは、本体部４ｄの四つ角のうちの１つの角（図１において右側の奥の角）から上方に延出されており、その先端には外部回路と接続するための接続孔が設けられている。素子接続端子４ｃは、本体部４ｄを略Ｕ字状にくり抜くことで形成されている。

上記構成のＰ、Ｎバスバー３、４は、例えば銅板やアルミニウム板等の金属板（平板状の金属）を、適宜打ち抜き加工や折り曲げ加工することによって形成されている。

ケース５は、底部５ａと、底部５ａの縁から立ち上がる側壁５ｂとによって構成されており、内部にはコンデンサ素子２やＰ、Ｎバスバー３、４を収容するための収容空間が設けられている。また、上面にはコンデンサ素子２やＰ、Ｎバスバー３、４を内部に収容するための開口５ｃが設けられている。このケース５は、主にコンデンサ素子２とＰバスバー３の第２バスバー３２とＮバスバー４とを収容する主室５１と、Ｐバスバー３の第１バスバー３１を収容する副室５２とを備えている。なお、副室５２を構成する側壁５ｂ１は、立てた状態で副室５２に収容される第１バスバー３１の本体部３１ａと近接対向することになる。主室５１と副室５２との間には、底部５ａから立ち上がる筒体５３が設けられている。この筒体５３は、充填剤が充填されない未充填部（空間Ｓ）を形成するためのものであって、底が無く上下方向に貫通している。

このようなケース５は、例えば絶縁体（例えば合成樹脂）によって形成される。但し、絶縁を確保できるのであれば、アルミなどの導電体（金属板）によって形成しても良い。

ケース５に充填される充填剤は、例えばエポキシ樹脂やウレタン樹脂などの樹脂（合成樹脂）である。ただこれに限らず、絶縁性を備える種々のものを使用可能である。

次に、コンデンサ１の製造方法について説明する。まず、コンデンサ素子２を２つ並べてコンデンサ素子群を形成し、Ｐバスバー３の第２バスバー３２の素子接続端子３ｃと、コンデンサ素子２の下側の電極２ａとを接続するとともに、Ｎバスバー４の素子接続端子４ｃと、コンデンサ素子２の上側の電極２ｂとを接続する。続いて、第１バスバー３１の回路接続端子３ｂと、第２バスバー３２の回路接続端子３ｂとを重ね合わせ、Ｐバスバー３を構成する。この状態でＰ、Ｎバスバー３、４の電源接続端子３ａ、４ａ同士、回路接続端子３ｂ、４ｂ同士は絶縁を確保しつつも互いに近接した状態となる。また、コンデンサ素子２が、電源接続端子３ａ、４ａと回路接続端子３ｂ、４ｂの間に位置する。換言すれば、電源接続端子３ａ、４ａから回路接続端子３ｂ、４ｂに向かう方向において、回路接続端子３ｂ、４ｂよりも手前に少なくとも１つのコンデンサ素子２が位置している。

このように一体となったコンデンサ素子２とＰ、Ｎバスバー３、４をケース５内に収容する。この際、電源接続端子３ａ、４ａ、回路接続端子３ｂ、４ｂをケース５外に引き出す。また、ケース５の主室５１にコンデンサ素子２やＮバスバー４、Ｐバスバー３の第２バスバー３２を収容し、副室５２にＰバスバー３の第１バスバー３１を収容する。この際、第１バスバー３１の本体部３１ａと、副室５２を構成する側面とが近接対向する。そしてケース５内に充填剤を充填し、電源接続端子３ａ、４ａと回路接続端子３ｂ、４ｂを除く、Ｐ、Ｎバスバー３、４とコンデンサ素子２を封止することでコンデンサ１の製造が完了する。

上記構成のコンデンサ１は、ケース５の主室５１と副室５２との間に筒体５３を設けていることから、ケース５内に充填剤を充填しても筒体５３内が充填剤によって満たされることはない。従って、第１バスバー３１と第２バスバー３２の間に、充填剤の未充填部が形成される。換言すれば、電源接続端子３ａと回路接続端子３ｂとを繋ぐ電流経路と、回路接続端子３ｂと素子接続端子３ｃとを繋ぐ電流経路との間に空間Ｓが形成される。そのため、第１バスバー３１の熱が、第２バスバー３２側に位置するコンデンサ素子２に伝わるのを抑制することができる。また、筒体５３が貫通しているため、空気の自然対流による放熱も期待できる。自然対流による放熱は、副室５２を構成する側壁５ｂ１に近接対向する第１バスバー３１の本体部３１ａでも期待できる。また、電源接続端子３ａ、４ａや回路接続端子３ｂ、４ｂを除いて充填剤によって覆われているため、安全性が高く、外部（周囲温度や外部機器）からの熱影響も受け難い。

また、図４ａ、ｂに示す比較例のように、Ｐバスバーが、電源接続端子３ａ、回路接続端子３ｂ、素子接続端子３ｃの順に一筆書きで繋ぐ電流経路を形成しておらず、電源接続端子３ａと回路接続端子３ｂとを繋ぐ電流経路（一点鎖線矢印）と、回路接続端子３ｂと素子接続端子３ｃとを繋ぐ電流経路（実線矢印）とが重なっている場合、直流電源から入力され外部回路に流れる直流電流と、外部回路でリップルが重畳されてコンデンサ素子２側に流れるリップル電流の２つの電流が同じ経路を流れることとなり、電流密度が高くなって発熱が大きくなる。一方、本発明のコンデンサ１では、図３ａ、ｂに示すように、電源接続端子３ａ、回路接続端子３ｂ、素子接続端子３ｃの順に一筆書きで繋ぐ電流経路を形成しており、電源接続端子３ａと回路接続端子３ｂとを繋ぐ電流経路（一点鎖線矢印）と、回路接続端子３ｂと素子接続端子３ｃとを繋ぐ電流経路（実線矢印）とが重なっていない、具体的には、Ｐバスバー３が、直流電流を外部回路に流す第１バスバー３１と、リップル電流をコンデンサ素子２に流す第２バスバー３２とに分かれているため、電流密度を低く抑えることができ、Ｐバスバー３での発熱を抑えることができる。なお、回路接続端子３ｂには直流電流とリップル電流が流れることになるが、第１バスバー３１の回路接続端子３ｂと第２バスバー３２の回路接続端子３ｂとを重ね合わせているため、断面積が大きく、発熱を抑制することができる。

以上に、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば上記実施形態では、Ｐバスバー３を一方側バスバーとし、Ｎバスバー４を他方側バスバーとして説明していたが、相互に入れ替えても良い。すなわち、Ｎバスバー４を一方側バスバーとし、Ｎバスバー４が、電源接続端子４ａと回路接続端子４ｂと素子接続端子４ｃを、電源接続端子４ａ、回路接続端子４ｂ、素子接続端子４ｃの順に一筆書きで繋ぐ電流経路を形成していても良い。この際、Ｎバスバー４を、直流電源と外部回路とを接続する第１バスバーと、外部回路とコンデンサ素子２とを接続する第２バスバーとに分けても良い。また、Ｐバスバー３とＮバスバー４の双方がそれぞれ電源接続端子３ａ（４ａ）、回路接続端子３ｂ（４ｂ）、素子接続端子３ｃ（４ｃ）の順に一筆書きで繋ぐ電流経路を形成していても良い。また、Ｐバスバー３やＮバスバー４を、必ずしも第１バスバーと第２バスバーとに分ける必要は無く、一部品で構成しても良い。要は、電源接続端子３ａと回路接続端子３ｂとを繋ぐ電流経路と、回路接続端子３ｂと素子接続端子３ｃとを繋ぐ電流経路とが重なっていなければ良い（一体となっていなければ良い）。例えば、電源接続端子３ａと回路接続端子３ｂとを繋ぐ電流経路と、回路接続端子３ｂと素子接続端子３ｃとを繋ぐ電流経路との間に、両電流経路の絶縁を確保するための切欠き部を設けても良い。また、筒体５３は貫通していなくても良い。

１コンデンサ
２コンデンサ素子
２ａ一方（下方）の電極
２ｂ他方（上方）の電極
３Ｐバスバー（一方側バスバー）
３ａ電源接続端子
３ｂ回路接続端子
３ｃ素子接続端子
３１第１バスバー
３１ａ本体部
３２第２バスバー
３２ａ本体部
３２ａ１垂直部
３２ａ２上端の水平部
３２ａ３下端の水平部
４Ｎバスバー（他方側バスバー）
４ａ電源接続端子
４ａ１水平部
４ａ２垂直部
４ｂ回路接続端子
４ｃ素子接続端子
４ｄ本体部
５ケース
５ａ底部
５ｂ側壁
５ｃ開口
５１主室
５２副室
５ｂ１副室を構成する側壁
５３筒体
Ｓ空間

Claims

コンデンサ素子と、
コンデンサ素子の一方の電極と接続される一方側バスバーと、
コンデンサ素子の他方の電極と接続される他方側バスバーとを備え、
一方側バスバーが、電源接続端子と、回路接続端子と、素子接続端子とを有するコンデンサの実装構造であって、
一方側バスバーにおいて、電源接続端子を直流電源に接続し、回路接続端子を外部回路に接続し、素子接続端子をコンデンサ素子に接続し、電源接続端子、回路接続端子、素子接続端子の順に、経路が切断されること無く連続し且つ同じ経路を通らない一筆書きで繋ぐ電流経路を形成し、一方側バスバーの、電源接続端子と回路接続端子とを繋ぐ電流経路と、回路接続端子と素子接続端子とを繋ぐ電流経路との間に、空間を設けた、コンデンサの実装構造。