JP6471951B2 - コンデンサブロックおよび電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のコンデンサが電気的に接続されたコンデンサブロックおよび電力変換装置に関する。

従来、電気自動車やハイブリッド自動車等のモータジェネレータを制御するインバータには、大容量で定格電圧が高く、耐電流の大きな平滑コンデンサが必要になり、複数のコンデンサを並列に接続した車両用コンデンサが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１２−９４９９号公報

特許文献１に記載された車両用コンデンサでは、２本のバスバーの間に小容量で小型のコンデンサが複数個並列的に接続されている。特許文献１に記載のコンデンサは両端から端子が突出しているが、コンデンサの一面から２本の端子が突出している場合、２本のバスバーの距離が狭くなり、バスバー間を電気的に絶縁するために、絶縁用の部材が必要になり、大型化を招くという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みて為され、絶縁性を高めつつ、小型化を図ったコンデンサブロックおよび電力変換装置を提供することを目的とする。

本発明のコンデンサブロックは、複数個のコンデンサと、第１導電板と、第２導電板と、樹脂成形部とを備え、前記樹脂成形部の表面に絶縁壁が設けられたことを特徴とする。前記第１導電板には、複数個の前記コンデンサの各々が備える第１端子が電気的に接続される。前記第２導電板には、複数個の前記コンデンサの各々が備える第２端子が電気的に接続される。前記樹脂成形部には、前記第１導電板の表面において前記第１端子が接続される部位と前記第２導電板の表面において前記第２端子が接続される部位とを一面から露出させた状態で前記第１導電板と前記第２導電板とがインサート成形される。前記樹脂成形部の表面には、前記第１導電板の露出部位と前記第２導電板の露出部位との間の部位から突出する絶縁壁が設けられる。

このコンデンサブロックにおいて、以下の構成を備えることも好ましい。前記第１導電板および前記第２導電板は、それぞれ、平面視の形状が櫛歯形状に形成されている。前記第１導電板および前記第２導電板のうちの一方が備える凹部に、前記第１導電板および前記第２導電板のうちの他方が備える凸部が入り込むように、前記第１導電板および前記第２導電板が配置される。

このコンデンサブロックにおいて、前記第１導電板および前記第２導電板には、それぞれ、外部の電気回路に着脱自在に接続するための接続部が設けられることも好ましい。

本発明の電力変換装置は、前記コンデンサブロックとインバータ回路とを備えるインバータモジュールと、直流電源が出力する直流電力を前記インバータモジュールに適した直流電力に変換する制御を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、を備える。前記コンデンサブロックは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータからの出力を平滑する。

本発明によれば、樹脂成形部の表面には、第１導電板の露出部位（第１端子が接続される部位）と第２導電板の露出部位（第２端子が接続される部位）との間の部位から突出する絶縁壁が設けられている。この絶縁壁によって、第１導電板および第１端子と、第２導電板および第２端子との絶縁距離が大きくなり、絶縁性が向上する。しかも、絶縁壁は樹脂成形部と一体に設けられているので、第１導電板および第１端子と、第２導電板および第２端子との絶縁性を高めるための部材を別部品として備える場合に比べて、コンデンサブロックの小型化を図ることができる。また、絶縁壁で絶縁性を向上させているので、複数個のコンデンサをより近づけて配置することができ、コンデンサブロックの小型化を図ることができる。

（ａ）は本実施形態のコンデンサブロックの下面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。 本実施形態のコンデンサブロックを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）（ｃ）は側面図である。 本実施形態のコンデンサブロックを示し、（ａ）は上側から見た外観斜視図、（ｂ）は下側から見た外観斜視図である。 本実施形態のコンデンサブロックの平面図である。 本実施形態のコンデンサブロックに用いられる第１端子板および第２端子板の平面図である。 本実施形態のコンデンサブロックを用いた全体システムのブロック図である。

本発明に係るコンデンサブロックの実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。

本実施形態のコンデンサブロックは、高電圧で大電流を流す回路に使用され、例えば一般家庭に設置される太陽光発電システムのパワーコンディショナに用いられる。

図６は、コンデンサブロック１を使用する全体回路のブロック図であり、太陽電池モジュール２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３と、インバータモジュール４とを備える。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、太陽電池モジュール２の出力をインバータモジュール４に適した直流電力に変換する制御（例えば最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking））を行う。

インバータモジュール４はコンデンサブロック１とインバータ回路５とを備える。コンデンサブロック１は、インバータモジュール４の入力段に設けられ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力を平滑する。インバータ回路５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３から出力され、コンデンサブロック１で平滑化された直流電圧を、商用電源周波数と同じ周波数の交流電圧に変換して、商用電源系統と連系させる系統出力、或いは、負荷を自立運転させる自立出力に出力する。

次に、本実施形態のコンデンサブロック１の構成を説明する。コンデンサブロック１は、複数個のコンデンサ１０と、第１導電板１１と、第２導電板１２と、樹脂成形部１３を備える。

複数個のコンデンサ１０は容量値や定格電圧などが同じ電解コンデンサからなり、図４に示すように、第１導電板１１と第２導電板１２の間に複数個のコンデンサ１０が並列に接続されている。本実施形態では、複数のコンデンサ１０の各々が備える正極側の第１端子１０ａが第１導電板１１に電気的に接続され、複数のコンデンサ１０の各々が備える負極側の第２端子１０ｂが第２導電板１２に電気的に接続されている。

第１導電板１１は、図５に示すように、金属板に抜き加工および曲げ加工を施すことによって、平面視の形状が櫛歯形状に形成されている。第１導電板１１は、帯板状の連結片１１ａと、連結片１１ａの長手方向に沿う一辺（図５の左側辺）の両端部および中央部からそれぞれ側方に突出する矩形板状の突出片１１ｂとで、略Ｅ形に形成されている。

第２導電板１２は、第１導電板１１と同様に、金属板に抜き加工および曲げ加工を施すことによって、平面視の形状が櫛歯形状に形成されている（図５参照）。第２導電板１２は、帯板状の連結片１２ａと、連結片１２ａの長手方向に沿う一辺（図５の右側辺）の両端部および中央部からそれぞれ側方に突出する矩形板状の突出片１２ｂとで、略Ｅ形に形成されている。本実施形態では第２導電板１２は第１導電板１１と同じ形状および大きさに形成されている。

第１導電板１１および第２導電板１２は、第１導電板１１および第２導電板１２のうちの一方が備える凹部に、第１導電板１１および第２導電板１２のうちの他方が備える凸部が入り込むように配置される。すなわち、第１導電板１１の隣接する突出片１１ｂの間の凹部に、第２導電板１２の突出片１２ｂ（凸部）が入り込み、且つ、第２導電板１２の隣接する突出片１２ｂの間の凹部に、第１導電板１１の突出片１１ｂ（凸部）が入り込むように配置される。ここで、第１導電板１１と第２導電板１２とは所定の隙間を空けた状態で配置されている。

第１導電板１１の突出片１１ｂには、コンデンサ１０の第１端子１０ａ（正極側の端子）がそれぞれ挿入される複数の貫通孔１１ｃが、突出片１１ｂの長手方向に一定の間隔を開けて設けられている。第２導電板１２の突出片１２ｂには、コンデンサ１０の第２端子１０ｂ（負極側の端子）がそれぞれ挿入される複数の貫通孔１２ｃが、突出片１２ｂの長手方向に一定の間隔を開けて設けられている。複数個のコンデンサ１０の各々は、第１端子１０ａが突出片１１ｂの貫通孔１１ｃに挿入され、第２端子１０ｂが突出片１２ｂの貫通孔１２ｃに挿入された状態で、第１導電板１１および第２導電板１２に半田付けされており、第１導電板１１と第２導電板１２とに跨がるように実装される。

また、第１導電板１１が備える３つの突出片１１ｂのうち、隣接する突出片１２ｂの間に配置される２つの突出片１１ｂは、他の１つの突出片１１ｂよりも、連結片１１ａの長手方向（図５の上下方向）における幅寸法が大きく形成されている。そして、幅広の２つの突出片１１ｂには、その一部を切り起こすことによって帯板状の端子１１ｄがそれぞれ形成されている。すなわち、正極側の第１導電板１１には帯板状の端子１１ｄが２個設けられている。

同様に、第２導電板１２が備える３つの突出片１２ｂのうち、隣接する突出片１１ｂの間に配置される２つの突出片１２ｂは、他の１つの突出片１２ｂよりも、連結片１２ａの長手方向（図５の上下方向）における幅寸法が大きく形成されている。そして、幅広の２つの突出片１２ｂには、その一部を切り起こすことによって帯板状の端子１２ｄがそれぞれ形成されている。すなわち、負極側の第２導電板１２にも帯板状の端子１２ｄが２個設けられている。

第１導電板１１と第２導電板１２とはインサート成形により樹脂成形部１３と一体化されている。樹脂成形部１３は絶縁性を有する合成樹脂により矩形板状に形成されており、この樹脂成形部１３に第１導電板１１と第２導電板１２とが保持されている。

図１（ａ）に示すように、第１導電板１１の表面において、第１端子１０ａが接続される部位、すなわち貫通孔１１ｃが設けられた部位は、樹脂成形部１３の下面に設けられた矩形の開口部１４ａから露出する。樹脂成形部１３には、第１導電板１１に設けられた複数の貫通孔１１ｃの各々に連続するように貫通孔１３ａが形成されている（図１（ｂ）参照）。同様に、第２導電板１２の表面において、第２端子１０ｂが接続される部位、すなわち貫通孔１２ｃが設けられた部位は、樹脂成形部１３の下面に設けられた矩形の開口部１４ｂから露出する。樹脂成形部１３には、第２導電板１２に設けられた複数の貫通孔１２ｃの各々に連続するように貫通孔１３ｂが形成されている（図１（ｂ）参照）。

そして、樹脂成形部１３には、第１導電板１１の表面の露出部位と、第２導電板１２の表面の露出部位との間の部位から突出する絶縁壁１５が設けられている。この絶縁壁１５は、一方の凹部に他方の凸部が入り込むように配置された第１導電板１１と第２導電板１２の間を縫って蛇行するように一続きに形成されている。この絶縁壁１５によって、樹脂成形部１３の下面は、正極側の第１導電板１１の突出片１１ｂが露出する領域と、負極側の第２導電板１２の突出片１２ｂが露出する領域とに仕切られている。ここで、第１導電板１１の露出部位と第２導電板１２の露出部位との絶縁距離は、第１導電板１１の露出部位から絶縁壁１５の先端部までの距離（空間距離または沿面距離）と、絶縁壁１５の先端面の沿面距離と、第２導電板１２の露出部位から絶縁壁１５の先端部までの距離（空間距離または沿面距離）とを合計した距離になる。したがって、絶縁壁１５の突出量を大きくとれば、樹脂成形部１３の平面方向の大きさを大きくすることなく、第１導電板１１の露出部位と第２導電板１２の露出部位との絶縁性を高めることができる。

第１導電板１１に設けられた２個の端子１１ｄと、第２導電板１２に設けられた２個の端子１２ｄは、樹脂成形部１３の下面から下方に向かって突出している。２個の端子１１ｄと２個の端子１２ｄとは互いに平行し、樹脂成形部１３の下面から下方に突出するように設けられている。本実施形態のコンデンサブロック１が取り付けられる外部の電気回路（例えば図６に示すインバータモジュール４）には、例えば差し込み接続用のコネクタ（図示せず）やネジ式の端子台（図示せず）が設けられている。端子１１ｄ，１２ｄは、差し込み接続用のコネクタに差し込み接続したり、ネジ式の端子台に差し込んだ後にネジで締め付けることによって、着脱自在な状態で外部の電気回路に接続されるのである。

コンデンサブロック１は、第１導電板１１と第２導電板１２とをインサート成形して、第１導電板１１と第２導電板１２とを樹脂成形部１３に保持させた後、樹脂成形部１３の上側から複数のコンデンサ１０の第１端子１０ａを貫通孔１３ａ，１１ｃに、第２端子１０ｂを貫通孔１３ｂ，１２ｃにそれぞれ挿入する。その後、突出片１１ｂから下方に突出する第１端子１０ａを突出片１１ｂに半田付けし、突出片１２ｂから下方に突出する第２端子１０ｂを突出片１２ｂに半田付けすることで、複数のコンデンサ１０が第１導電板１１と第２導電板１２とに電気的に接続された状態で固定される。

以上説明したように、本実施形態のコンデンサブロック１は、複数個のコンデンサ１０と、第１導電板１１と、第２導電板１２と、樹脂成形部１３とを備え、樹脂成形部１３の表面に絶縁壁１５が設けられたことを特徴とする。第１導電板１１には、複数個のコンデンサ１０の各々が備える第１端子１０ａが電気的に接続される。第２導電板１２には、複数個のコンデンサ１０の各々が備える第２端子１０ｂが電気的に接続される。樹脂成形部１３には、第１導電板１１の表面において第１端子１０ａが接続される部位と第２導電板１２の表面において第２端子１０ｂが接続される部位とを一面から露出させた状態で、第１導電板１１と第２導電板１２とがインサート成形されている。樹脂成形部１３の表面には、第１導電板１１の露出部位と第２導電板１２の露出部位との間の部位から突出する絶縁壁１５が設けられる。

このように、樹脂成形部１３の表面には、第１導電板１１の露出部位（第１端子１０ａが接続される部位）と第２導電板１２の露出部位（第２端子１０ｂが接続される部位）との間の部位から突出する絶縁壁１５が設けられている。コンデンサ１０として小型のものが使用される場合、第１端子１０ａと第２端子１０ｂの距離が小さくなるが、絶縁壁１５によって、第１導電板１１および第１端子１０ａと、第２導電板１２および第２端子１０ｂとの絶縁距離が大きくなるので、絶縁性が向上する。しかも、絶縁壁１５は樹脂成形部１３と一体に設けられているので、第１導電板１１および第１端子１０ａと、第２導電板１２および第２端子１０ｂとの絶縁性を高めるための部材を別部品として備える場合に比べて、コンデンサブロックを小型化できる。また、コンデンサ１０として、小型で第１端子１０ａと第２端子１０ｂとの距離が比較的小さいものを使用したとしても、絶縁壁１５を備えることで絶縁性を高めているので、複数個のコンデンサ１０をより近づけて配置することができ、コンデンサブロックの小型化を図ることができる。

本実施形態のコンデンサブロック１では、第１導電板１１および第２導電板１２は、それぞれ、平面視の形状が櫛歯形状に形成されている。第１導電板１１および第２導電板１２のうちの一方が備える凹部に、第１導電板１１および第２導電板１２のうちの他方が備える凸部が入り込むように、第１導電板１１および第２導電板１２が配置されている。すなわち、第１導電板１１の凹部（隣接する突出片１１ｂの間の部位）に第２導電板１２の凸部（突出片１２ｂ）が入り込み、第２導電板１２の凹部（隣接する突出片１２ｂの間の部位）に第１導電板１１の凸部（突出片１１ｂ）が入り込むように、第１導電板１１および第２導電板１２は配置されている。

これにより、複数のコンデンサ１０が一列に配列される場合に比べて、コンデンサブロック１の幅寸法は広がるが、全長を短くできる。また本実施形態では、複数のコンデンサ１０は複数列に配置され、隣り合う列のコンデンサ１０は、配列方向において２分の１個分だけ位置をずらして千鳥状に配置されている。このように、複数のコンデンサ１０は六方細密に配置されているので、同じ面積であればコンデンサ１０の配置個数を最大とすることができ、コンデンサブロック１の小型化を実現できる。

また、本実施形態のコンデンサブロック１において、第１導電板１１および第２導電板１２には、それぞれ、外部の電気回路に着脱自在に接続するための接続部（端子１１ｄ，１２ｄ）が設けられることも好ましい。コンデンサブロック１の接続部は、外部の電気回路に対して着脱自在に接続されるので、コンデンサブロック１の性能が不良になった場合には、コンデンサブロック１を容易に交換することができる。

また、本実施形態のコンデンサブロック１において、接続部は、第１導電板１１および第２導電板１２をそれぞれ構成する金属板の一部を切り起こして形成された端子１１ｄ，１２ｄであることも好ましい。第１導電板１１と端子１１ｄとが別部品の場合は組立作業が必要になるが、端子１１ｄは、第１導電板１１を構成する金属板の一部を切り起こして形成されるので、製造の手間を簡単にできる。同様に、第２導電板１２と端子１２ｄとが別部品の場合は組立作業が必要になるが、端子１２ｄは、第２導電板１２を構成する金属板の一部を切り起こして形成されるので、製造の手間を簡単にできる。

１ コンデンサブロック
１０ コンデンサ
１０ａ 第１端子
１０ｂ 第２端子
１１ 第１導電板
１２ 第２導電板
１３ 樹脂成形部
１５ 絶縁壁

Claims (4)

1. 複数個のコンデンサと、
   複数個の前記コンデンサの各々が備える第１端子が電気的に接続される第１導電板と、
   複数個の前記コンデンサの各々が備える第２端子が電気的に接続される第２導電板と、
   前記第１導電板の表面において前記第１端子が接続される部位と前記第２導電板の表面において前記第２端子が接続される部位とを一面から露出させた状態で前記第１導電板と前記第２導電板とがインサート成形された樹脂成形部とを備え、
   前記樹脂成形部の表面に、前記第１導電板の露出部位と前記第２導電板の露出部位との間の部位から突出する絶縁壁が設けられたことを特徴とするコンデンサブロック。
2. 前記第１導電板および前記第２導電板は、それぞれ、平面視の形状が櫛歯形状に形成されており、
   前記第１導電板および前記第２導電板のうちの一方が備える凹部に、前記第１導電板および前記第２導電板のうちの他方が備える凸部が入り込むように、前記第１導電板および前記第２導電板が配置されたことを特徴とする請求項１記載のコンデンサブロック。
3. 前記第１導電板および前記第２導電板には、それぞれ、外部の電気回路に着脱自在に接続するための接続部が設けられたことを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載のコンデンサブロック。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンデンサブロックとインバータ回路とを備えるインバータモジュールと、
   直流電源が出力する直流電力を前記インバータモジュールに適した直流電力に変換する制御を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、
   前記コンデンサブロックは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータからの出力を平滑する、電力変換装置。

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