JP5012140B2 - ケースモールド型コンデンサ及びその検査方法 - Google Patents

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樹脂モールドしたケースモールド型コンデンサ及びその検査方法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５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であり、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では、ケース１３内に収容されるコンデンサ１０として、Ｐ極バスバー１１ならびにＮ極バスバー１２に夫々設けられた外部接続用のＰ極端子１１ａならびにＮ極端子１２ａに接続された図示しない電力変換器の電圧を平滑化するための平滑用のコンデンサが主体に用いられていた。

また、上記平滑用のコンデンサと上記電力変換器で発生するサージ電圧を吸収するためのスナバ用のコンデンサを組み合わせて使用する場合があり、この２種類のコンデンサは図６のインピーダンス周波数特性図に示すように、互いに共振周波数が異なるものであり、上記平滑用のコンデンサの共振周波数ｆ１に対してスナバ用のコンデンサの共振周波数ｆ２が１桁以上も高いものである。

このように共振周波数が異なる２種類のコンデンサを組み合わせて用いたケースモールド型コンデンサにおいては、サージ電圧の吸収性を高めるためにスナバ用のコンデンサの共振周波数ｆ２をより低インピーダンス化しなければ、スナバ用のコンデンサのサージ電圧の吸収性が良化できないという課題があった。

また、種類が異なるコンデンサを組み合わせて用いたケースモールド型コンデンサにおいては、モールド樹脂を充填して組み立てを終えた状態の完成品検査において、種類が異なる夫々のコンデンサを独立して検査することができないという課題もあった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、共振周波数が異なる２種類のコンデンサを組み合わせて用いた場合でも、優れたサージ電圧の吸収性を発揮することができる、低インピーダンス周波数特性のケースモールド型コンデンサを提供すると共に、種類が異なる夫々のコンデンサを独立して検査することができる検査方法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、共振周波数（ｆ１）を有する第１の金属化フィルムコンデンサと、上記共振周波数（ｆ１）よりも高い共振周波数（ｆ２）を有する第２の金属化フィルムコンデンサをバスバーで接続し、これ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であって、上記第２の金属化フィルムコンデンサをバスバーの一端に設けた外部接続用の端子部側に配置すると共に、第１／第２の金属化フィルムコンデンサの一方の極は共通のバスバーで、同他方の極は夫々独立した２つのバスバーで接続し、かつ、第２の金属化フィルムコンデンサに接続されたバスバーの端子部の幅を、この端子部の先端に設けた外部接続部の幅よりも大きくし、第１／第２の金属化フィルムコンデンサの一方の極に接続された共通のバスバーの端子部の前後に同他方の極に接続された独立した２つのバスバーの端子部を夫々配設した構成のものである。

また、このケースモールド型コンデンサの検査方法としては、種類が異なる第１／第２の金属化フィルムコンデンサの一方の極に接続された共通のバスバーと、同他方の極に接続された夫々独立した２つのバスバーの一端に夫々設けられた外部接続用の端子部を介して、上記第１／第２の金属化フィルムコンデンサを夫々単独で検査するようにしたものである。

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、第２の金属化フィルムコンデンサに接続されたバスバーの端子部の幅を、この端子部の先端に設けた外部接続部の幅の２倍以上とした構成により、バスバーの外部接続部を介して端子部に流れる入力側の電流と、端子部から外部接続部へと流れる出力側の電流とが、幅広に形成された端子部内で互いに打ち消し合うように流れるためにインダクタンスがキャンセルされ、これによりインピーダンスを低減することができるという効果が得られるものである。

また、種類が異なる第１／第２の金属化フィルムコンデンサの一方の極に接続された共通のバスバーと、同他方の極に接続された夫々独立した２つのバスバーの一端に夫々設けられた外部接続用の端子部を介して、上記第１／第２の金属化フィルムコンデンサを夫々単独で検査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１）
以下、実施の形態１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は本発明の実施の形態１によるケースモールド型コンデンサの構成を示した樹脂モールド前の斜視図、図２は図１のケースを除いた状態の斜視図、図３は図２の分解斜視図である。

図１〜図３において、１は共振周波数（ｆ１）を有する第１の金属化フィルムコンデンサとしての平滑用の金属化フィルムコンデンサ、２は共振周波数（ｆ２）を有する第２の金属化フィルムコンデンサとしてのスナバ用の金属化フィルムコンデンサ（以下、第１／第２のコンデンサと呼ぶ）であり、この第１／第２のコンデンサ１、２の夫々の共振周波数（ｆ１）、（ｆ２）は、（ｆ２）＞１０（ｆ１）の関係のものである。

また、上記第１／第２のコンデンサ１、２は夫々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夫々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設けて構成されたものであり、このように構成された第１のコンデンサ１を３個と、第２のコンデンサ２を１個、直線状に併設したものである（なお、各コンデンサの個数はこれに限定されるものではない）。

３はＮ極バスバー、３ａはこのＮ極バスバー３の一端に設けられた外部接続用のＮ極端子部、３ｂはこのＮ極端子部３ａの先端に設けられた外部接続部（外部機器との接合に必要な寸法により決定される）であり、この外部接続部３ｂの幅Ｗに対して上記Ｎ極端子部３ａの幅を２倍以上に形成するようにしたものである。また、上記Ｎ極バスバー３はＮ極端子部３ａ側に上記第２のコンデンサ２を配置した状態で、第１／第２のコンデンサ１、２の各Ｎ極電極（図１〜図３において奥側）を一体に接続した共通のバスバーである。

４は第１のＰ極バスバー、４ａはこの第１のＰ極バスバー４の一端に設けられた外部接続用のＰ極端子部、４ｂはこのＰ極端子部４ａの先端に設けられた外部接続部（上記外部接続部３ｂと同様）であり、この第１のＰ極バスバー４は上記複数個の第１のコンデンサ１の各Ｐ極電極（図１〜図３において手前側）を一体に接続した独立したバスバーである。

５は第２のＰ極バスバー、５ａはこの第２のＰ極バスバー５の一端に設けられた外部接続用のＰ極端子部、５ｂはこのＰ極端子部５ａの先端に設けられた外部接続部であり、この外部接続部５ｂの幅Ｗに対してＰ極端子部５ａの幅を２倍以上に形成するようにしたものである。また、上記第２のＰ極バスバー５は上記第２のコンデンサ２のＰ極電極（図１〜図３において手前側）に接続された独立したバスバーである。

さらに、上記Ｎ極バスバー３のＮ極端子部３ａの前後に図示しない絶縁材を夫々挟んだ状態で、第１のＰ極バスバー４のＰ極端子部４ａと第２のＰ極バスバー５のＰ極端子部５ａを夫々配置した構成にしているものであり、これにより、第１／第２のコンデンサ１、２が並列接続状態で一体に連結され、Ｐ極側の外部接続部４ｂ、５ｂならびにＮ極側の外部接続部３ｂを介して図示しない外部機器に接続されるようにしたものである。

６は樹脂製のケースであり、このケース６内に上記Ｎ極バスバー３、第１のＰ極バスバー４、第２のＰ極バスバー５により一体に連結された複数個の第１／第２のコンデンサ１、２を収容した後、このケース６内に図示しない絶縁性のモールド樹脂を充填することによって本実施の形態によるケースモールド型コンデンサが構成されているものである。

また、上記図示しないモールド樹脂が充填された状態では、Ｎ極バスバー３とＮ極端子部３ａの一部、第１のＰ極バスバー４とＰ極端子部４ａの一部、第２のＰ極バスバー５とＰ極端子部５ａの一部はモールド樹脂内に埋設され、Ｎ極端子部３ａの一部と外部接続部３ｂ、Ｐ極端子部４ａの一部と外部接続部４ｂ、Ｐ極端子部５ａの一部と外部接続部５ｂはモールド樹脂から表出するように構成されているものである。

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、第２のコンデンサ２としてのスナバ用コンデンサに接続された第２のＰ極バスバー５のＰ極端子部５ａ、Ｎ極バスバー３のＮ極端子部３ａの幅を、これらの端子部の夫々の先端に設けた外部接続部５ｂ、３ｂの幅の２倍以上とし、かつ、第１／第２のコンデンサ１、２のＮ極電極に接続された共通のＮ極バスバー３のＮ極端子部３ａの前後に、第１／第２のコンデンサ１、２のＰ極に接続された第１のＰ極バスバー４のＰ極端子部４ａ、第２のＰ極バスバー５のＰ極端子部５ａを夫々配置した構成により、各バスバーの外部接続部を介して端子部に流れる入力側の電流と、端子部から外部接続部へと流れる出力側の電流とが、幅広に形成された端子部内で互いに打ち消し合うように流れるためにインダクタンスがキャンセルされ、これによりインピーダンスを低減することができるようになり、従来に比べて、スナバ用のコンデンサのサージ電圧の吸収性を良化させることができるようになるという格別の効果を奏するものである。

また、第１／第２のコンデンサ１、２のＰ極電極に接続されるＰ極バスバーを分割した構成により、ケースモールド型コンデンサとして組み立てを終えた後に、第１のコンデンサ１としての平滑用コンデンサと、第２のコンデンサ２としてのスナバ用コンデンサの容量値が１００倍以上異なっている場合でも、夫々を独立して検査することによって正しい値を把握することが可能になるという格別の効果を奏するものである。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２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。

本実施の形態は、上記実施の形態１で図１〜図３を用いて説明したケースモールド型コンデンサのＰ極側のバスバーの構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図４は本発明の実施の形態２によるケースモールド型コンデンサの構成を示した樹脂モールド前の要部斜視図であり、図４において、７はＮ極バスバー、７ａはこのＮ極バスバー７の一端に設けられた外部接続用のＮ極端子部、７ｂはこのＮ極端子部７ａの先端に設けられた外部接続部であり、このＮ極バスバー７は上記実施の形態１で説明したＮ極バスバー３と同様に形成され、第１／第２のコンデンサ１、２の各Ｎ極電極（図４において奥側）を一体に接続した共通のバスバーである。

８は第１のＰ極バスバー、８ａはこのＰ極バスバー８の一端に設けた連結部であり、この第１のＰ極バスバー８は複数個のコンデンサ１のＰ極電極（図４において手前側）を一体に接続した独立したバスバーである。

９は第２のＰ極バスバー、９ａはこの第２のＰ極バスバー９の一端に設けられた外部接続用のＰ極端子部、９ｂはこのＰ極端子部９ａの先端に設けられた外部接続部、９ｃは連結部であり、この第２のＰ極バスバー９は上記連結部９ｃ以外は上記実施の形態１で説明した第２のＰ極バスバー５と同様に形成され、コンデンサ２のＰ極電極（図４において手前側）に接続された独立したバスバーである。

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、上記実施の形態１によるケースモールド型コンデンサにより得られる効果に加え、コンデンサのＰ極電極に接続される第１／第２のＰ極バスバーの分割構成の自由度を拡大することができるものであり、上記実施の形態１で示した第１／第２のＰ極バスバーの分割構成ができない場合等に適したものであり、本実施の形態以外にも種々の構成が可能なものである。

本発明によるケースモールド型コンデンサは、インピーダンスの低減を図り、スナバ用のコンデンサのサージ電圧の吸収性を良化することができ、更には異なる種類のコンデンサを夫々独立して検査することができるという効果を有し、特にハイブリッド自動車等の自動車用分野のコンデンサ等として有用である。

本発明の実施の形態１によるケースモールド型コンデンサの構成を示した樹脂モールド前の斜視図 同図１のケースを除いた状態の斜視図 同図２の分解斜視図 本発明の実施の形態２によるケースモールド型コンデンサの構成を示した樹脂モールド前の要部斜視図 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 従来のケースモールド型コンデンサのインピーダンス周波数特性図

符号の説明

１ 平滑用のコンデンサ
２ スナバ用のコンデンサ
３、７ Ｎ極バスバー
３ａ、７ａ Ｎ極端子部
３ｂ、４ｂ、５ｂ、７ｂ、９ｂ 外部接続部
４、８ 第１のＰ極バスバー
４ａ、５ａ、９ａ Ｐ極端子部
５、９ 第２のＰ極バスバー
６ ケース
８ａ、９ｃ 連結部

Claims (4)

1. 共振周波数（ｆ１）を有する第１の金属化フィルムコンデンサと、上記共振周波数（ｆ１）よりも高い共振周波数（ｆ２）を有する第２の金属化フィルムコンデンサを外部接続用の端子部を一端に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であって、上記第２の金属化フィルムコンデンサをバスバーの一端に設けた外部接続用の端子部側に配置すると共に、第１／第２の金属化フィルムコンデンサの一方の極は共通のバスバーで、同他方の極は夫々独立した２つのバスバーで接続し、かつ、第２の金属化フィルムコンデンサに接続されたバスバーの端子部の幅を、この端子部の先端に設けられた外部接続部の幅よりも大きくし、第１／第２の金属化フィルムコンデンサの一方の極に接続された共通のバスバーの端子部の前後に同他方の極に接続された独立した２つのバスバーの端子部を夫々配設したケースモールド型コンデンサ。
2. 共振周波数（ｆ２）は共振周波数（ｆ１）よりも１０倍以上高く、第２の金属化フィルムコンデンサに接続されたバスバーの端子部の幅は、この端子部の先端に設けられた外部接続部の幅よりも２倍以上大きい請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
3. 第１の金属化フィルムコンデンサとしてインバータの平滑用を、第２の金属化フィルムコンデンサとしてサージ電圧の吸収を行うスナバ用を用いた請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
4. 種類が異なる第１／第２の金属化フィルムコンデンサを、一方の極は共通のバスバーで、同他方の極は夫々独立した２つのバスバーで接続し、これ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を検査する検査方法であって、上記共通のバスバーならびに２つの独立したバスバーの一端に夫々設けられて上記モールド樹脂から表出した外部接続用の端子部を介して、上記第１／第２の金属化フィルムコンデンサを夫々単独で検査するようにした請求項１〜３のいずれか一つに記載のケースモールド型コンデンサの検査方法。

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