JP2009188158A - ケースモールド型コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】自動車用等に使用されるケースモールド型コンデンサに関し、耐熱性の向上を図ることを目的とする。
【解決手段】少なくとも２種類の機能が異なる素子１、２を外部接続用の端子３、５、４、６を一端に設けたバスバーで並列接続し、これらをケース７内に収容して樹脂モールドしたケースモールド型コンデンサにおいて、上記機能が異なる素子１、２間の境界部に、ケース７外底面からケース７内部に亘る空隙部を形成するためのスリット状の窪み部７ａをケース７底面に設けた構成により、上記機能が異なる素子１、２間に形成される空気層は熱抵抗が大きいことから熱の伝播が緩和されるようになるため、発熱が高い方の素子２の熱が隣接する他方の発熱が低い素子１に伝播するのを抑制して影響を軽減することができるようになり、優れた耐熱性を発揮することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に使用され、特に、ハイブリッド自動車のモータ駆動用インバータ回路の平滑用、フィルタ用、スナバ用に最適な金属化フィルムコンデンサをケース内に収容して樹脂モールドしたケースモールド型コンデンサに関するものである。

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。

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金属化フィルムコンデンサが注目されており、更に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金属化フィルムコンデンサを採用する傾向が目立っている。

そして、このようにＨＥＶ用として用いられる金属化フィルムコンデンサには、使用電圧の高耐電圧化、大電流化、大容量化等が強く要求されるため、バスバーによって並列接続した複数の金属化フィルムコンデンサをケース内に収納し、このケース内にモールド樹脂を注型したケースモールド型コンデンサが開発され、実用化されている。

図４はこの種の従来のケースモールド型コンデンサの構成を示した分解斜視図、図５は図４のＡ−Ａ線における断面図であり、図４と図５において、１０は金属化フィルムコンデンサ（以下、コンデンサと呼ぶ）を示し、このコンデンサ１０はポリプロピレンからなる誘電体フィルムの片面または両面に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを一対とし、上記金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向する状態で巻回し、両端面に亜鉛を溶射したメタリコン電極を形成することによってＰ極とＮ極の一対の取り出し電極を夫々設けて構成されたものである。

１１はＰ極バスバー、１１ａはこのＰ極バスバー１１の一端に設けられた外部接続用のＰ極端子であり、このＰ極バスバー１１は上記コンデンサ１０を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ１０の一方の端面に形成されたＰ極電極と夫々接合され、また、Ｐ極端子１１ａはこのコンデンサ１０の上方へ引き出され、後述するケース１３から表出するようにしているものである。

１２はＮ極バスバー、１２ａはこのＮ極バスバー１２の一端に設けられた外部接続用のＮ極端子であり、このＮ極バスバー１２も上記Ｐ極バスバー１１と同様に、上記コンデンサ１０を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ１０の他方の端面に形成されたＮ極電極と夫々接合され、また、Ｎ極端子１２ａはこのコンデンサ１０の上方へ引き出され、後述するケース１３から表出するようにしており、これにより、複数個のコンデンサ１０がＰ極バスバー１１とＮ極バスバー１２により並列接続状態で連結されているものである。

１３は樹脂製のケース、１４はこのケース１３内に充填されたモールド樹脂であり、このモールド樹脂１４は上記Ｐ極バスバー１１とＮ極バスバー１２により並列接続されて連結された複数個のコンデンサ１０をケース１３内に収納して樹脂モールドしたものである。

このように構成された従来のケースモールド型コンデンサは、コンデンサ１０をモールド樹脂１４にてケース１３内に樹脂モールドしたことにより、機械的強度、耐熱性、耐水性に優れた高信頼性のケースモールド型コンデンサを提供することができるというものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００４−１４６７２４号公報

しかしながら上記従来のケースモールド型コンデンサをＨＥＶ用として使用する場合には、直流電源の交流成分を平滑する目的で使用されるために直流電源への平滑リプル電流が大きくなり、これによりコンデンサの発熱も高くなり、熱余裕度が少ないものになってしまうという問題を有していた。

また、近年では、小型化や低価格化のために２つの電圧が異なる直流電源の交流成分を夫々平滑するために、インバータの平滑用とフィルタ用の各コンデンサを１つのケース内に夫々収容して樹脂モールドした構成のものが多くなってきており、この場合には機能が異なる２種類のコンデンサの各直流電源に対する平滑リプル電流が異なるため、より高く発熱した方のコンデンサの熱が隣接する他方の発熱が低いコンデンサの発熱と相互干渉し、結果的に発熱が高い方のコンデンサの熱が他方の発熱が低いコンデンサに伝播して発熱を高めてしまうことになり、これにより、周囲温度、または許容リプル電流を下げないとコンデンサ寿命を短くしてしまう恐れがある等の課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、発熱が高い方のコンデンサの熱が隣接する他方の発熱が低いコンデンサに影響を与えることを抑制することにより、優れた耐熱性を発揮することができるケースモールド型コンデンサを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、少なくとも２種類の機能が異なる素子を外部接続用の端子部を一端に設けたバスバーで並列接続し、これらをケース内に収容して樹脂モールドしたケースモールド型コンデンサにおいて、上記ケース外底面からケース内部に亘る窪み部をケース底面にスリット状に設けることにより、上記機能が異なる素子間の境界部に断面凸形の空隙部を形成した構成のものである。

以上のように本発明によるケースモールド型コンデンサは、機能が異なる素子間の境界部に断面凸形の空隙部を形成するためのスリット状の窪み部をケース底面に設けた構成により、上記機能が異なる素子間の境界部に形成された空隙部には空気が介在することになり、この空気層は熱抵抗が大きいことから熱の伝播が緩和されるようになるため、発熱が高い方の素子の熱が隣接する他方の発熱が低い素子に伝播するのを抑制して熱の影響を軽減することができるようになり、優れた耐熱性を発揮することができるという効果が得られるものである。

（実施の形態）
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に全請求項に記載の発明について説明する。

図１は本発明の一実施の形態によるケースモールド型コンデンサの構成を示した斜視図、図２は同正面図、図３は同ケースモールド型コンデンサの樹脂モールド前の状態を示した斜視図である。

図１〜図３において、１は断面小判形の第１の金属化フィルムコンデンサ（以下、第１の素子１と呼ぶ）、２は断面小判形の第２の金属化フィルムコンデンサ（以下、第２の素子２と呼ぶ）を示し、この第１の素子１（第２の素子２も同様）は、ポリプロピレンからなる誘電体フィルムの片面または両面に金属蒸着電極を形成した金属化フィルム（図示せず）を一対とし、上記金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向する状態で巻回した後、プレス加工することによって断面が小判形の偏平形状にし、両端面に亜鉛を溶射したメタリコン電極（図示せず）を夫々形成することによってＰ極電極とＮ極電極の一対の取り出し電極を設けて構成されたものである。

なお、上記第１の素子１と第２の素子２は機能が異なるものであり、本実施の形態においては第１の素子１として図示しない第１直流電源に対応するインバータの平滑用を、第２の素子２として図示しない第２直流電源に対応する同フィルタ用を夫々用いたものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

３は図示しない第１のＰ極バスバーの一端に設けられた外部接続用のＰ極端子、４は図示しない第１のＮ極バスバーに設けられた外部接続用のＮ極端子であり、このＰ極端子３とＮ極端子４が上記図示しない第１直流電源に接続されるものである。また、これらの第１のＰ極バスバーならびに第１のＮ極バスバーは、上記第１の素子１を、小判形の断面の長径方向を水平方向（水平方向に限定されるものではない）にして複数個（本実施の形態においては３個であるが、これに限定されるものではない）並列した状態で、第１の素子１の両端面に設けられた一対のメタリコン電極からなるＰ極電極とＮ極電極に夫々半田付けすることにより接合しているものである。

５は図示しない第２のＰ極バスバーの一端に設けられた外部接続用のＰ極端子、６は図示しない第２のＮ極バスバーに設けられた外部接続用のＮ極端子であり、このＰ極端子５とＮ極端子６が上記図示しない第２直流電源に接続されるものである。また、これらの第２のＰ極バスバーならびに第２のＮ極バスバーは、上記第２の素子２を、小判形の断面の長径方向を垂直方向（垂直方向に限定されるものではない）にして複数個（本実施の形態においては２個であるが、これに限定されるものではない）並列した状態で、第２の素子２の両端面に設けられた一対のメタリコン電極からなるＰ極電極とＮ極電極に夫々半田付けすることにより接合しているものである。

７は樹脂製（本実施の形態においてはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）を用いたが、これに限定されるものではない）の上面開放形のケース、７ａはこのケース７の外底面からケース７内部に向かって設けられたスリット状の窪み部であり、この窪み部７ａは上記機能が異なる第１の素子１と第２の素子２の境界部に位置するように設けられたものであり、この窪み部７ａを設けることにより、ケース７内に配置された第１の素子１と第２の素子２の境界部には境界壁７ｂが形成され、この境界壁７ｂの内部は断面凸形の空隙部となるようにしたものである。７ｃは取り付け部である。

８は上記ケース７内に充填されたモールド樹脂であり、このモールド樹脂８は上記第１の素子１に接合された第１のＰ極バスバー、第１のＮ極バスバーの夫々の一端に設けられたＰ極端子３、Ｎ極端子４、ならびに第２の素子２に接合された第２のＰ極バスバー、第２のＮ極バスバーの夫々の一端に設けられたＰ極端子５、Ｎ極端子６のみが上面に表出する状態で、第１のＰ極バスバー、第１のＮ極バスバーにより連結された第１の素子１、ならびに第２のＰ極バスバー、第２のＮ極バスバーにより連結された第２の素子２をケース７内に収納して樹脂モールドしたものであり、本実施の形態においては、このモールド樹脂８としてエポキシ樹脂を用いたものである。

このように構成された本実施の形態によるケースモールド型コンデンサは、機能が異なる第１の素子１と第２の素子２の境界部にスリット状の窪み部７ａが形成されるようにした構成により、この窪み部７ａ内は断面凸形の空隙部となって空気層が存在することになり、この空気層は熱抵抗が大きいことから熱の伝播が緩和されるようになるため、発熱が高い方の素子の熱が隣接する他方の発熱が低い素子に伝播するのを抑制して影響を軽減することができるようになり、優れた耐熱性を発揮することができるという格別の効果を奏するものである。

より具体的には、本実施の形態においては、インバータ回路の平滑用としての第１の素子１よりも、同フィルタ用としての第２の素子２の方が印加される直流電源電圧が低いため、（周囲温度＋リプル電流による発熱）の温度許容値は高く設定してもコンデンサ寿命は問題ない。これにより、同フィルタ用としての第２の素子２はリプル電流が高くなってもコンデンサ容量を抑え、形状を小形にしている。従って、平滑用とフィルタ用ではフィルタ用としての第２の素子２の方が発熱が高くなり、第２の素子２の熱が隣接する第１の素子１に伝播して第１の素子１の発熱を高めてしまい、第１の素子１の寿命を短くしてしまうという問題が発生する。実際に、ケース７に窪み部７ａを設けない場合には、素子１の発熱温度に加えて素子２の発熱の影響によって更に３．５ｄｅｇ上昇するものであるが、本実施の形態による窪み部７ａを設けたものによれば、素子１の更なる温度上昇は１．６ｄｅｇにとどまるものであり、熱余裕度が少ないコンデンサにおいては大きな効果があるものということができる。

なお、参考までに、上記ケース７の寸法（ｍｍ）を説明すると、長さＬ；２４４、幅Ｗ１；１１４、高さＨ１；５５、窪み部７ａの深さＨ２；３５、窪み部７ａの上端の幅Ｗ２；１．５、窪み部７ａの下端の幅Ｗ３；３．５、としたものであり、上記窪み部７ａの深さＨ２は、発熱が高くなる方の第２の素子２の配置状態における高さ寸法の２／３以上程度あれば良いと思われるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

また、本実施の形態においては、上記機能が異なる素子１、２間の境界部に断面凸形の空隙部を形成するためにケース７の底面に設けた窪み部７ａは、ケース７の対向する側面間を貫通するスリット状とした例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記対向する側面と同一面となる壁部を夫々の側面に設けるようにしても良いものであり、これにより、ケース７の機械的な強度を向上させることができるようになるものである。

本発明によるケースモールド型コンデンサは、優れた耐熱性を発揮することができるという効果を有し、特に高い信頼性が要求される自動車用分野のコンデンサ等として有用である。

本発明の一実施の形態によるケースモールド型コンデンサの構成を示した斜視図 同正面図 同ケースモールド型コンデンサの樹脂モールド前の状態を示した斜視図 従来のケースモールド型コンデンサの構成を示した分解斜視図 図４のＡ−Ａ線における断面図

符号の説明

１ 第１の素子
２ 第２の素子
３、５ Ｐ極端子
４、６ Ｎ極端子
７ ケース
７ａ 窪み部
７ｂ 境界壁
７ｃ 取り付け部
８ モールド樹脂

Claims (4)

1. 電圧が異なる少なくとも２つの直流電源の交流成分を夫々平滑するための機能が異なる少なくとも２種類の素子を外部接続用の端子部を一端に設けたバスバーで並列接続し、これらをケース内に収容して少なくとも上記バスバーの端子部を除いて樹脂モールドしたケースモールド型コンデンサにおいて、上記ケース外底面からケース内部に亘る窪み部をケース底面にスリット状に設けることにより、上記機能が異なる素子間の境界部に断面凸形の空隙部を形成したケースモールド型コンデンサ。
2. 機能が異なる素子間の境界部に断面凸形の空隙部を形成するためにケース底面に設けたスリット状の窪み部の両端となるケースの対向する側面に、この対向する側面と同一面となる壁部を設けた請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
3. 少なくとも２種類の機能が異なる素子として、インバータの平滑用、フィルタ用を用いた請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
4. 少なくとも２種類の機能が異なる素子が夫々断面小判形に形成された請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。

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