JP2015534284A - 高い耐振性を有する電解コンデンサモジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車制御装置のハウジング（２）に取り付けるための電解コンデンサモジュール（１）、ＬＣモジュール（１）の製造方法および電解コンデンサモジュール（１）を備えた相応する自動車制御装置に関する。その場合に、電解コンデンサモジュール（１）は、コンデンサカップ（５）と、コンデンサカップ（５）のそれぞれ一方の端面に配置された２つのカバー（７，８）とを備えた円筒状の電解コンデンサ（４）と、電解コンデンサ（４）を収容するチャンバ（６）を備えた支持プレート（３）とを有しており、２つのカバー（７，８）は、コンデンサカップ（５）の内部にコンデンサ巻成体（９）を位置固定する。コンデンサカップ（５）は、少なくとも１つの開口（１０）を有しており、電解コンデンサ（４）の内部の中間室は、コンデンサカップ（５）の内壁と、巻成体（９）との間を、少なくとも部分的に流し込み材料（１２）によって満たされている。また、電解コンデンサ（４）の外側は、チャンバ（６）の領域内で少なくとも部分的に同じ流し込み材料（１２）によって取り囲まれている。

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の電解コンデンサモジュール、請求項４または請求項５に記載の、電解コンデンサモジュールの製造方法ならびに請求項６に記載の、本発明による電解コンデンサモジュールを備えた自動車制御装置に関する。

自動車製造において、最近では、エンジンまたは変速機用の制御装置を、制御すべき自動車構成アッセンブリ、特にエンジンまたは変速機内に組み込むことが一般的である。特に、変速機制御装置は、オンサイト制御装置として極めてコンパクトなユニットを形成する。外部の制御装置のコンベンショナルな使用に比べて、このような配置は、品質、コスト、重量および機能性に関して、多大な利点を提供する。特に、これによってコネクタ接続部および線路の大幅な減少が得られ、ひいては可能となる故障原因の大幅な減少が得られる。

制御装置を変速機内に組み込むことにより、制御装置の熱的および機械的な負荷耐性に対して高い要求が課せられる。機能性は、広い温度範囲（約−４０℃〜１５０℃）にわたって保証されていなければならないと同時に、極端な機械的な振動（４０Ｇまで）においても保証されていなければならない。

自動車分野では、オンサイト制御装置において、特に電解コンデンサが、有利には、直流回路、たとえば整流回路内の充電コンデンサとして使用される。

特に、比較的大きい構造の円筒状の電解コンデンサは、高い振動負荷を加えられると、高い故障発生率を有する。電解コンデンサは、コンデンサプレートとしての２つの被膜と、その間に位置する１つの誘電体とから成る有極性のコンデンサである。一方の皮膜は金属箔、特にアルミニウム箔であり、陽極を形成する。他方の皮膜は電解質、すなわち吸収性の材料に含浸された導電性の液体であり、陰極を形成する。両皮膜の間の誘電体は、薄い酸化物層であり、この酸化物層は、金属箔の表面上に位置する。電解質層のコンタクティングのためには、別のアルミニウム箔が用いられる。電解コンデンサは巻成体コンデンサであり、特に、半径方向の接続線材（一方の端面の両接続部）を有するカップ形状、および軸方向の接続線材（端面１つ当たり１つの接続部）を有するカップ形状の巻成体コンデンサがある。

たとえばエンジンまたは変速機内の高速回転する質量による振動発生時の故障原因は、電解コンデンサの接続線材と、たとえばコンデンサの外部のプリント配線板との間のはんだ結合が解離することである。

振動負荷に基づく電解コンデンサの故障の別の原因は、その内部構造である。電解コンデンサの巻成体は、コンデンサカップ内で、各端面において特に１つのカバーによって保持されているか、もしくは軸線方向で緊定されている。構造に応じて、各カバーには１つの接続線材、もしくは１つのカバーに２つの接続線材が配置されている。接続線材は、巻成体に電気的に接続されており、たとえば溶接されている。強い振動の際には、巻成体が、この巻成体を取り囲むカップに対して相対的に運動する危険が生じる。最悪の場合には、巻成体と、電解コンデンサの内部の接続線材との間の電気的な接続が解離される。このことはやはり、電解コンデンサの故障に繋がる。

したがって、本発明の課題は、振動負荷時に、コンデンサの外部のコンタクティング部に対しても、コンデンサの内部のコンデンサ巻成体に対しても、電解コンデンサの接続線材の電気的な接続を、損傷から保護する電解コンデンサモジュールを提供することである。

この課題は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴を備えた電解コンデンサモジュールによって解決される。有利な実施態様は、請求項１を直接的にまたは間接的に引用する従属請求項に記載されている。

本発明によれば、電解コンデンサのコンデンサカップは少なくとも１つの開口を有しており、電解コンデンサの内部では、コンデンサカップの内壁と、電解コンデンサの巻成体との間の中間室が、少なくとも部分的に流し込み材料によって満たされている。これによって、コンデンサ巻成体が、このコンデンサ巻成体を取り囲むコンデンサカップに対して相対的に運動し、巻成体と接続線材との間の電気的な接続が解離されることが阻止される。

さらに、電解コンデンサは電解コンデンサモジュールのチャンバ内に、電解コンデンサの外側が、チャンバの領域内で少なくとも部分的に、電解コンデンサの内部の巻成体と、同じ流し込み材料によって取り囲まれるように配置されている。これによって、振動発生時、たとえばエンジンまたは変速機内の高速回転する部分により生ぜしめられた振動が発生した際に、電解コンデンサの接続線材と、コンデンサカップの外部に設けられたコンタクティング部との間の電気的な接続が解離されることが阻止される。

コンデンサカップの開口は、使用事例に応じてスリットまたはほぼ円形の開口として形成されていてよい。複数の開口がコンデンサカップに配置されていてもよく、その場合有利には、１つが流入開口として使用され、１つが通気開口として使用され、特に通気開口は、モジュールのチャンバ内の流し込み材料の充填高さに対して相対的に、流入開口よりも高く位置している。

電解コンデンサモジュールのチャンバが、貫通接触接続部を有していると有利である。貫通接触接続部は、電解コンデンサの接続線材と、電解コンデンサモジュールの外部のコンポーネントとの間の電気的接続を可能にする。貫通接触接続部は、選択的にチャンバの内面または外面に配置されていてよい。

本発明の別の課題は、請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の電解コンデンサモジュールを製造する方法を提供することである。

この課題は、本発明によれば、請求項４または請求項５に記載の特徴を有する方法によって解決される。

本発明による第１の方法は以下のステップを有する：
ａ）チャンバを含む支持プレートと電解コンデンサとを準備するステップ、
ｂ）電解コンデンサを支持プレートのチャンバ内に挿入するステップ、
ｃ）電解コンデンサの接続線材を貫通接触接続部に電気的に接続するステップ、
ｄ）電解コンデンサの外側が少なくとも部分的に流し込み材料によって取り囲まれ、かつ電解コンデンサの内部で、コンデンサカップの内壁と巻成体との間の中間室が、同じ流し込み材料で少なくとも部分的に満たされるまで、チャンバ内に流し込み材料を装入するステップ、および
ｅ）たとえば紫外線によって流し込み材料を硬化させるステップ。

択一的な第２の方法では、まず流し込み材料が電解コンデンサモジュールのチャンバ内に流し込まれ、電解コンデンサがチャンバ内に挿入され、続いて電解コンデンサの接続線材が貫通接触接続部に電気的に接続される。この第２の方法は、チャンバ内の流し込み材料の充填高さが一層良好に管理され得るという利点を有する。

第１、第２の方法では、支持プレートのチャンバの流し込み材料の一部が、電解コンデンサのコンデンサカップに設けられた開口を通じて、電解コンデンサの内部に流入し、そして電解コンデンサの内壁とコンデンサ巻成体との間の中間室を、少なくとも部分的に流し込み材料で満たすことが確保されている。流し込み材料を硬化させた後にコンデンサ巻成体が固定され、これによって、コンデンサ巻成体が、このコンデンサ巻成体を取り囲むコンデンサカップに対して相対的に運動し、巻成体と接続線材との間の電気的な接続が振動負荷を受けて解離されることが阻止される。

電解コンデンサモジュールは好ましくは、自動車制御装置に取り付けられる。その場合、電解コンデンサモジュールの支持プレートは、制御装置のハウジングに、形状結合式に、すなわち係合に基づいた嵌合結合により、または摩擦結合式に、たとえばねじまたはリベットを用いて結合されている。

以下の説明においては、本発明の特徴および細部を、添付図面と関連して、実施形態につき詳しく説明する。個々の変化形において記載された特徴および関連性は、基本的にすべての実施形態に転用可能である。

電解コンデンサモジュールの平面図である。 スリット状の開口を有する電解コンデンサの概略図である。 円形の開口を有する電解コンデンサの概略図である。 電解コンデンサモジュールとハウジングの一部分の断面図である。

図１には、自動車制御装置、特にいわゆるオンサイト制御装置のハウジング２に取り付けるための電解コンデンサモジュール１が図示されている。この電解コンデンサモジュール１は主として、コンデンサカップ５を備えた円筒状の電解コンデンサ４と、チャンバ６を有する支持プレート３とを含み、このチャンバ６は硬化可能な流し込み材料１２で充填されている。電解コンデンサ４は、電解コンデンサ４の外側がチャンバ６の領域内で少なくとも部分的に流し込み材料１２によって取り囲まれているように、チャンバ６内に配置されている。

電解コンデンサ４の接続線材１５，１６は、本実施形態ではチャンバ６の壁に組み込まれている貫通接触接続部１３，１４に電気的に接続されており、たとえば溶接されているか、またははんだ付けされている。これによって、電解コンデンサ４の接続線材１５，１６と、電解コンデンサモジュール１の外部のコンポーネントとの間の電気的な接続が可能となる。しかし、貫通接触接続部１３，１４はチャンバ６の外面に配置されていてもよい。

支持プレート３には特に、それぞれチャンバ６の領域内で対向して位置する２つの側に、それぞれ１つの固定装置が、貫通孔１１として配置されている。この貫通孔１１を用いて、電解コンデンサモジュール１は、制御装置のハウジング２に、形状結合式にまたは摩擦結合式に、たとえばねじまたはリベットを用いて結合可能である。

図２ａおよび図２ｂにはそれぞれ、コンデンサカップ５と、コンデンサカップ５のそれぞれ一方の端面に配置された２つのカバー７，８とを有する円筒状の電解コンデンサ４が図示されている。カバー７，８は、コンデンサ巻成体９（本実施形態では図示されていない）を、コンデンサカップ５の内部に固定する。接続線材１５，１６はこの場合、コンデンサカップ５の一方の端面に配置されている。しかし、各端面にそれぞれ１つの接続線材１５，１６を配置することも可能である。コンデンサカップ５は、図２ａに示した実施形態では３つのスリット状の開口１０を有しており、図２ｂに示した実施形態では３つの円形の開口１０を有している。しかし、開口１０は別の形状、たとえば楕円形の開口として成形されていてもよい。

流し込み材料１２をチャンバ６から電解コンデンサ４の内部に流入させるためには、唯１つの開口１０だけでも十分である。特に、１つより多い開口１０が設けられていると、１つの開口１０を通気開口として用いることができ、それによって、電解コンデンサ４の内部への流し込み材料１２の流入を加速させることができる。

図３には、電解コンデンサモジュール１およびこの電解コンデンサモジュール１に結合された、制御装置のハウジング２の断面図が図示されている。ハウジング２は部分的にしか図示されていない。電解コンデンサ４の外側は、チャンバ６の領域内で少なくとも部分的に流し込み材料１２によって取り囲まれている。さらに上ですでに述べたように、これによって特に、振動発生時、電解コンデンサ４の接続線材１５，１６と、チャンバ６の貫通接触接続部１３，１４との間の導電接続が損傷を受けることが阻止される。

流し込み材料１２は、電解コンデンサ４のコンデンサカップ５に設けられた開口１０を通じてチャンバ６から電解コンデンサ４の内部へ流入し、そしてコンデンサカップ５の内壁と、電解コンデンサ４のコンデンサ巻成体９との間の中間室を、少なくとも部分的に満たすことができる。すでに述べたように、これによって、コンデンサ巻成体９が、このコンデンサ巻成体９を取り囲むコンデンサカップ５に対して相対的に運動し、コンデンサ巻成体９と接続線材１５，１６との間の電気的な接続が解離されることが阻止される。

すでに図１につき説明したように、支持プレート３には、特にチャンバ６の領域内で対向して位置する２つの側にはそれぞれ１つの固定装置が、貫通孔１１として配置されている。この貫通孔１１を用いて、電解コンデンサモジュール１は、制御装置のハウジング２に、形状結合式にまたは摩擦結合式に、たとえばねじまたはリベットを用いて結合可能である。

選択的に、電解コンデンサ４とハウジング２との間のスペースは、熱伝導ペーストで埋められていてよい。この熱伝導ペーストは、一方では特に、振動減衰のための別の手段として使用され、他方では、電子部品内に生じる熱をハウジングに放出する。

１ 電解コンデンサモジュール
２ 自動車用制御装置のハウジング
３ 支持プレート
４ 電解コンデンサ
５ コンデンサカップ
６ チャンバ
７，８ カバー
９ コンデンサ巻成体
１０ コンデンサカップの開口
１１ 固定装置
１２ 流し込み材料
１３，１４ チャンバの貫通接触接続部
１５，１６ 電解コンデンサの接続線材

Claims (6)

1. 特に自動車制御装置のハウジング（２）に取り付けるための電解コンデンサモジュール（１）であって、円筒状の電解コンデンサ（４）が設けられており、該電解コンデンサ（４）が、コンデンサカップ（５）と、該コンデンサカップ（５）の端面にそれぞれ配置された２つのカバー（７，８）とを備えており、該カバー（７，８）が、前記コンデンサカップ（５）の内部にコンデンサ巻成体（９）を位置固定しており、さらに支持プレート（３）が設けられており、該支持プレート（３）が、前記電解コンデンサ（４）を収容するチャンバ（６）を備えている、電解コンデンサモジュール（１）において、
   前記コンデンサカップ（５）が、少なくとも１つの開口（１０）を有しており、前記電解コンデンサ（４）の内部で、前記コンデンサカップ（５）の内壁と前記コンデンサ巻成体（９）との間の中間室が、少なくとも部分的に流し込み材料（１２）によって満たされており、前記電解コンデンサ（４）の外側が、チャンバ（６）の領域内で少なくとも部分的に同じ流し込み材料（１２）によって取り囲まれていることを特徴とする電解コンデンサモジュール（１）。
2. 前記開口（１０）が、スリットまたはほぼ円形の開口として形成されている、請求項１記載の電解コンデンサモジュール（１）。
3. 前記チャンバ（６）が、前記電解コンデンサ（４）の接続線材（１５，１６）と、前記電解コンデンサモジュール（１）の外部のコンポーネントとの間の電気的な接続を可能にする貫通接触接続部（１３，１４）を有する、請求項１または２記載の電解コンデンサモジュール（１）。
4. 請求項１記載の電解コンデンサモジュール（１）を製造する方法において、
   ａ）チャンバ（６）を含む支持プレート（３）と、電解コンデンサ（４）とを準備するステップと、
   ｂ）前記電解コンデンサ（４）を前記支持プレート（３）の前記チャンバ（６）内に挿入するステップと、
   ｃ）前記電解コンデンサ（４）の前記接続線材（１５，１６）を前記貫通接触接続部（１３，１４）に電気的に接続するステップと、
   ｄ）前記電解コンデンサ（４）の外側が、少なくとも部分的に流し込み材料（１２）によって取り囲まれ、かつ前記電解コンデンサ（４）の内部で、前記コンデンサカップ（５）の内壁と、前記巻成体（９）との間の中間室が、同じ流し込み材料（１２）によって少なくとも部分的に満たされるまで、前記流し込み材料（１２）を前記チャンバ（６）内に装入するステップと、
   ｅ）前記流し込み材料（１２）を硬化させるステップと、
   を有することを特徴とする、電解コンデンサモジュール（１）の製造方法。
5. 請求項１記載の電解コンデンサモジュール（１）を製造する方法において、
   ａ）支持プレート（３）と電解コンデンサ（４）とを準備するステップと、
   ｂ）前記支持プレート（３）の前記チャンバ（６）内に流し込み材料（１２）を装入するステップと、
   ｃ）前記チャンバ（６）内に前記電解コンデンサ（４）を挿入して、前記電解コンデンサ（４）の外側が、少なくとも部分的に前記流し込み材料（１２）によって取り囲まれ、かつ前記電解コンデンサ（４）の内部で、前記コンデンサカップ（５）の内壁と、前記巻成体（９）との間の中間室が、少なくとも部分的に同じ流し込み材料（１２）によって満たされるようにするステップと、
   ｄ）前記電解コンデンサ（４）の前記接続線材（１５，１６）と前記貫通接触接続部（１３，１４）とを電気的に接続するステップと、
   ｅ）前記流し込み材料（１２）を硬化させるステップと、
   を有することを特徴とする、電解コンデンサモジュール（１）の製造方法。
6. 請求項１記載の電解コンデンサモジュールを備えた自動車制御装置において、前記電解コンデンサモジュール（１）の前記支持プレート（３）が、制御装置の前記ハウジング（２）に、形状結合式にまたは摩擦結合式に結合されている、自動車制御装置。

Images