JP5945684B2

JP5945684B2 - ケースモールド型コンデンサ

Info

Publication number: JP5945684B2
Application number: JP2011089880A
Authority: JP
Inventors: 秀和松岡
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2016-07-05
Anticipated expiration: 2031-04-14
Also published as: JP2012222313A

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、このような金属化フィルムコンデンサは、一般に金属箔を電極に用いるものと、誘電体フィルム上に設けた蒸着金属を電極に用いるものとに大別される。中でも、蒸着金属を電極（以下、金属蒸着電極と呼ぶ）とする金属化フィルムコンデンサは、金属箔のものに比べて電極の占める体積が小さく小型軽量化が図れることと、金属蒸着電極特有の自己回復機能（絶縁欠陥部で短絡が生じた場合に、短絡のエネルギーで欠陥部周辺の金属蒸着電極が蒸発・飛散して絶縁化し、コンデンサの機能が回復する性能）により絶縁破壊に対する信頼性が高いことから、従来から広く用いられている。

また、このように構成された金属化フィルムコンデンサをＨＥＶ用として用いる場合には、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。

従来のケースモールド型コンデンサの構成を図６に示す。図６において、１０はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子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の金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回し、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正極電極と負極電極を夫々設けて構成されたものである。

１１は正極バスバー、１１ａはこの正極バスバー１１の一端に設けられた外部接続用の正極端子であり、この正極バスバー１１は金属板からなり、上記コンデンサ素子１０を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ素子１０の一方の端面に形成された正極電極と夫々接合され、また、正極端子１１ａはこのコンデンサ素子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は負極バスバー、１２ａはこの負極バスバー１２の一端に設けられた外部接続用の負極端子であり、この負極バスバー１２も金属板からなり、上記正極バスバー１１と同様に、上記コンデンサ素子１０を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ素子１０の他方の端面に形成された負極電極と夫々接合され、また、負極端子１２ａはこのコンデンサ素子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素子１０が連結されているものである。

１３はポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳという）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は上記正極バスバー１１と負極バスバー１２により接続された複数個のコンデンサ素子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、コンデンサ素子１０を耐熱性、耐湿性、耐絶縁性に優れたモールド樹脂１４にてケース１３内にモールドし、かつ、ケース１３の材料として、機械的強度、耐熱性、耐水性に優れ、過酷な使用条件にも耐えうるＰＰＳを用いたことにより、従来よりも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２００６−３１９３００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、従来の車載用以外の用途から車載用としての用途に使用されるために、例えば高周波で５０〜１００Ａの大電流が入力されるような過酷な条件下では、正極端子１１ａならびに負極端子１２ａが発熱し、入力側から印加される電流と共に熱も伝播され、上記正極バスバー１１ならびに負極バスバー１２が発熱する。

そして、この正極バスバー１１ならびに負極バスバー１２が発熱すると、この正極端子１１ａならびに負極端子１２ａに一番近いコンデンサ素子１０から順次隣接するコンデンサ素子１０へと熱が伝播され、全てのコンデンサ素子１０の温度が上昇してケースモールド型コンデンサとしての特性が劣化してしまうという課題を有している。

これは、バスバーである金属板に流れる電流が表皮効果により金属板の表面に集中し、板厚の中心部に電流が流れないためである。

これを解決するには、金属板の表面積を大きくすることにより解決できるが、金属板の表面積を大きくするとケースも大きくなってしまい、ケースに無駄な空間ができ、その空間をモールド樹脂１４で充填しなければならないことからケースモールド型コンデンサの重量が重くなりコスト高となる課題を有している。

本発明はこのような従来の課題を解決し、小型軽量で、バスバーに流れる電流を効率よくして発熱を抑制し、コンデンサ素子への熱を伝播しにくくし、耐熱性に優れた長寿命の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。

上記目的を達成するために本発明は、コンデンサ素子と、このコンデンサ素子の一対の電極に接続した一対のバスバーと、コンデンサ素子を収容して樹脂モールドしたケースとを備えたケースモールド型コンデンサにおいて、上記バスバーは、樹脂モールドされた導電体と、この導電体の端部に設けた外部接続用の端子部と、導電体の側部から突出させてコンデンサ素子の電極に接続する電極接続部とを有し、該導電体が、中空状かつ外部から中空部へ貫通する貫通孔を有し、かつ前記中空部には樹脂が充填した偏平管より構成されたことを特徴とする。

本発明は、バスバーの導電体を中空状の偏平管にすることにより、外部接続用の端子部から導電体に流れる電流が、導電体の表皮効果により偏平管の肉厚に均一に流れるので、従来の金属板を用いたときの表面積と同じにした場合は、偏平管の肉厚を薄くしてバスバーの断面積を小さくしても、電流が効率良く流れ、放熱効果も優れることから、バスバーの温度が高くならず、ケースモールド型コンデンサの長寿命化を図ることができる。この場合、バスバーの材料コストを低減することができる。

また、従来の金属板を用いたときの断面積を同じにした場合は、バスバーに流す電流を大きくしても、導電体が中空状にしているので熱容量が小さく放熱効率も良いので、大電流用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。

本実施の形態１におけるケースモールド型コンデンサの斜視図同バスバーの導電体の構成を表す斜視図同比較例のケースモールド型コンデンサの斜視図本実施の形態２におけるケースモールド型コンデンサの斜視図本実施の形態３におけるケースモールド型コンデンサの斜視図従来のケースモールド型コンデンサの斜視図

（実施の形態１）
図１は本実施の形態のケースモールド型コンデンサの斜視図である。図１において、コンデンサ素子２１は、ポリプロピレンなどの誘電体フィルムの片面または両面にアルミニウムなどの金属を蒸着させた金属化フィルム（図示せず）を一対とし、この金属化フィルムを誘電体フィルムを介して対向する状態で巻回し、その後小判形に偏平に形成され、コンデンサ素子２１の両端面には亜鉛などを溶射して電極２１ａが形成される。

バスバー２２は、長尺の導電体２２ａと、この導電体２２ａの長尺方向の端部に設けた外部接続用の端子部２２ｂと、コンデンサ素子２１の各電極２１ａに接続する電極接続部２２ｃとを備える。バスバー２２の電極接続部２２ｃは、複数のコンデンサ素子２１の各電極とそれぞれ接続されて並列接続する。外部接続用の端子部２２ｂは、ケース２４の開口部から表出するように配設される。

上記バスバー２２の導電体２２ａは中空状の偏平管よりなる。この偏平管の内部を中空状にすることにより、高周波の大電流を流しても表皮効果により偏平管の肉厚全体に流れるので電流効率に優れる。

この偏平管２２ａの構成を図２に示す。この偏平管２２ａは、例えば銅管を圧潰したもの、或いは銅板を曲げ加工して円筒状に形成し、この円筒状を圧潰したもの等を用いることができる。中空状の厚みｃは偏平管２２ａの肉厚ｂよりも薄くすることにより、ケースモールド型コンデンサの低背化を図ることができる。また、従来の金属板よりも偏平管の肉厚を薄くできるので、放熱効果が期待でき、材料コストも低減化を図ることができる。

外部接続用の端子部２２ｂは、導電体２２ａの一方の端部を押し潰し、所定の長さａで折り曲げて２枚重ねにした構成にすることにより、外部から大電流を入力しても、端子部２２ｂの発熱を抑制することができ、導電体２２ａに効率よく電流を流すことができる。

電極接続部２２ｃは、導電体２２ａの側部にコンデンサ素子２１の電極ごとに銅等の板片を取り付けた構成よりなる。

なお、バスバー２３においても、バスバー２２と同じ構成を有するもので、コンデンサ素子２１のもう一方の電極に接続する。

ケース２４は、充填樹脂（図示せず）を安定に保持するため、充填樹脂との親和性がよい材料であることが必要である。この要求に満足するものとしてポリフェニレンサルファイドが好ましい。また、放熱性を優先させる場合はアルミニウム等の金属ケースを用いることもできる。

充填樹脂は、熱硬化性のエポキシ樹脂などが用いられるが、急激な温度変化や冷熱サイクルに耐えるため、ケース２４と充填樹脂の熱膨張係数を近づけて充填樹脂やケース２４でのクラック発生を防止するため、無機フィラーを含有することが好ましい。無機フィラーはアルミナやシリカなどの無機物を主成分とするものでよく、また含有量は充填樹脂１００重量部に対して３０から８０重量部程度が好ましい。

このように構成された本実施の形態１によるケースモールド型コンデンサは、バスバー２２の導電体２２ａを中空状の偏平管にすることにより、従来の金属板を用いたときの表面積と同じにした場合、偏平管の肉厚を薄くしてバスバー２２の断面積を小さくすることができるので、電流が効率良く流れ、放熱効果も優れることからバスバー２２の温度が高くならず、ケースモールド型コンデンサの長寿命を向上させることができる。

また、従来の金属板を用いたときの断面積と同じにした場合は、バスバー２２に流す電流を大きくしても、導電体２２ａが中空状にしているので熱容量が小さく放熱効率も良いので、大電流用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。

ここで、本実施の形態１のケースモールド型コンデンサと、比較例１として図３に示すバスバー３２、３３に金属板（銅板）を用いたときのケースモールド型コンデンサについて、バスバーの発熱温度と、寿命試験の結果を（表１）に示す。

なお、本実施の形態１のバスバーは、銅管（φ１３ｍｍ、肉厚０．４ｍｍ）をプレスして、図２に示す偏平管（ａ＝２０、ｂ＝１．０、ｃ＝０．２）を用いた。比較例１のバスバー３２、３３は、幅２０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのものを用いた。

寿命試験の条件は、温度１００℃で、負荷電圧７５０Ｖ、リプル電流５０Ａｒｍｓ（周波数１００ｋＨｚ）を通電して、容量変化率が−５％に達した時間を算出し、比較例１を１００としたときの指数を示す。

バスバーの発熱温度は、寿命試験を行ったときのバスバーの最も高い温度で、温度１００℃から上昇した値である。

（表１）から明らかなように、同外形寸法のバスバーにおいても印加されるリプル電流に伴い、実施の形態１では比較例１の約０．５２倍の温度上昇に抑制することができるため、コンデンサ素子へのバスバーの温度上昇影響が少なくなることでコンデンサ寿命を１．４５倍に長寿命化することが確認された。

（実施の形態２）
図４は本実施の形態２のケースモールド型コンデンサの斜視図である。図４において、バスバー４３、４４は、導電体４３ａ、４４ａと、外部接続用の端子部４３ｂ、４４ｂと、電極接続部（番号付与せず）から構成されている。

ここで、導電体４３ａ、４４ａと電極接続部は上記実施の形態１と同様である。外部接続用の端子部４３ｂ、４４ｂは円筒形に構成したものである。

このような外部接続用の端子部４３ｂ、４４ｂにすることにより、外部側の接続部を棒状と簡単な構成にすることができる。また、接続方法も棒状を差し込んで圧着または溶接するといった簡単な方法で、接続の電流損失を低減することができ、バスバー４３、４４の発熱を低減することができる。

（実施の形態３）
図５は本実施の形態３のケースモールド型コンデンサの斜視図である。図５において、バスバーの導電体に貫通孔を数箇所開けたものを用いた以外は上記実施の形態１と同様である。

バスバー５３、５４には所定の間隔で貫通孔５５を設けることにより、バスバー５３、５４を接続したコンデンサ素子をケースに挿入し、充填樹脂を注入したときに、導電体である偏平管の中空状に樹脂が充填するので、大電流を流しても偏平管内での接触がなく、絶縁性も保つことにより表皮効果が確保できるので、大電流用に適したケースモールド型コンデンサを提供することができる。

本発明によるケースモールド型コンデンサは、複数のコンデンサを１つのケース内に収納して樹脂モールドする場合に、バスバーの電流効率に優れ、低コスト、小型軽量の設計を行うことができるので、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等に有用である。

２１コンデンサ素子
２１ａ電極
２２、２３バスバー
２２ａ導電体
２２ｂ外部接続用の端子部
２２ｃ電極接続部
２４ケース

Claims

コンデンサ素子と、
このコンデンサ素子の一対の電極に接続した一対のバスバーと、
コンデンサ素子を収容して樹脂モールドしたケースとを備えたケースモールド型コンデンサにおいて、
上記バスバーは、
樹脂モールドされた導電体と、
この導電体の端部に設けた外部接続用の端子部と、
導電体の側部から突出させてコンデンサ素子の電極に接続する電極接続部とを有し、
該導電体が、中空状かつ外部から中空部へ貫通する貫通孔を有し、かつ前記中空部には樹脂が充填した偏平管より構成されたことを特徴とするケースモールド型コンデンサ。
前記偏平管は前記貫通孔を複数有する請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
前記貫通孔は所定の間隔で前記偏平管に設けられた請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。