特許 6437880 フィルムコンデンサ、連結型コンデンサ、インバータおよび電動車輌

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6437880

(24)【登録日】2018年11月22日

(45)【発行日】2018年12月12日

(54)【発明の名称】フィルムコンデンサ、連結型コンデンサ、インバータおよび電動車輌

(51)【国際特許分類】

   H01G 4/32 20060101AFI20181203BHJP

   H01G 4/252 20060101ALI20181203BHJP

   H01G 4/228 20060101ALI20181203BHJP

   H01G 2/02 20060101ALI20181203BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20181203BHJP

【ＦＩ】

   H01G4/32 305B

   H01G4/32 530

   H01G4/252 C

   H01G4/228 M

   H01G2/02 101E

   H02M7/48 Z

【請求項の数】9

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-105550(P2015-105550)

(22)【出願日】2015年5月25日

(65)【公開番号】特開2016-219699(P2016-219699A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2017年10月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】山崎 洋一

【審査官】 多田 幸司

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−３０３０５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭３５−０１６１２５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２００５−０９３７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０６１２１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１０５５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５７−１３０４２１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特公昭３１−００４５７７（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｇ ４／３２

Ｈ０１Ｇ ２／０２

Ｈ０１Ｇ ４／２２８

Ｈ０１Ｇ ４／２５２

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁材料からなる芯体に金属化フィルムを巻回してなる本体と、該本体の軸長方向の両端面にそれぞれ設けられた第１、第２端子電極とを具備するとともに、
前記芯体は、前記軸長方向に位置する第１端部、第２端部、および前記本体の径方向に位置する外周面を有するとともに、前記外周面に前記第１端部から前記軸長方向に延び、前記第２端部に達しない第１凹部が設けられており、
該第１凹部に前記第１端子電極と接続する第１アンカー部が設けられていることを特徴とするフィルムコンデンサ。

【請求項2】

前記第１アンカー部は、前記軸長方向に延びる溝状の前記第１凹部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のフィルムコンデンサ。

【請求項3】

前記第１アンカー部は導電性材料からなり、前記金属化フィルムの電極膜に接続していることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルムコンデンサ。

【請求項4】

前記芯体の前記外周面に前記第２端部から前記軸長方向に延び、前記第１端部に達しないとともに前記第１凹部と離間した第２凹部が設けられており、
該第２凹部に前記第２端子電極と接続する第２アンカー部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載のフィルムコンデンサ。

【請求項5】

前記芯体の前記第１端部の面には、前記第１アンカー部と接続する導電性材料からなる接続層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載のフィルムコンデンサ。

【請求項6】

請求項１乃至５のうちいずれかに記載のフィルムコンデンサを、バスバーにより複数個接続してなることを特徴とする連結型コンデンサ。

【請求項7】

スイッチング素子により構成されるブリッジ回路と、該ブリッジ回路に接続された容量部とを備えているインバータであって、前記容量部が請求項１乃至５のうちいずれかに記載のフィルムコンデンサであることを特徴とするインバータ。

【請求項8】

スイッチング素子により構成されるブリッジ回路と、該ブリッジ回路に接続された容量部とを備えているインバータであって、前記容量部が請求項６に記載の連結型コンデンサ
であることを特徴とするインバータ。

【請求項9】

電源と、該電源に接続された請求項７または８に記載のインバータと、該インバータに接続されたモータと、該モータにより駆動する車輪と、を備えていることを特徴とする電動車輌。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フィルムコンデンサ、連結型コンデンサ、インバータおよび電動車輌に関する。

【背景技術】

【0002】

フィルムコンデンサは、例えば、ポリプロピレン樹脂をフィルム化した誘電体フィルムと、この誘電体フィルムの表面に蒸着によって形成された電極膜とを有する金属化フィルムを、樹脂製の芯体に巻回してコンデンサ本体（以下、本体という）が構成されており、この本体の軸長方向の両端部には、メタリコンで形成された端子電極がそれぞれ設けられている（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−１３８０４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来のフィルムコンデンサでは、本体と端子電極との接合強度が未だ低いという問題があった。

【0005】

本発明は、本体と端子電極との接合強度を向上できるフィルムコンデンサ、連結型コンデンサ、インバータおよび電動車輌を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のフィルムコンデンサは、絶縁材料からなる芯体に金属化フィルムを巻回してなる本体と、該本体の前記芯体の軸長方向の両端面にそれぞれ設けられた第１、第２端子電極とを具備するとともに、前記芯体は、前記軸長方向に位置する第１端部、第２端部、および前記本体の径方向に位置する外周面を有するとともに、前記外周面に前記第１端部から前記軸長方向に延び、前記第２端部に達しない第１凹部が設けられており、該第１凹部に前記第１端子電極と接続する第１アンカー部が設けられていることを特徴とする。

【0007】

本発明の連結型コンデンサは、上記のフィルムコンデンサを、バスバーにより複数個接続してなるものである。

【0008】

本発明のインバータは、スイッチング素子により構成されるブリッジ回路と、該ブリッジ回路に接続された容量部とを備えているインバータであって、前記容量部が上記のフィルムコンデンサまたは連結型コンデンサである。

【0009】

本発明の電動車輌は、電源と、該電源に接続された上記のインバータと、該インバータに接続されたモータと、該モータにより駆動する車輪と、を備えている。

【発明の効果】

【0010】

本発明のフィルムコンデンサによれば、芯体の径方向の外周面に、軸長方向に位置する第１端部から軸長方向に延び、第２端部に達しない第１凹部が設けられており、この第１凹部に第１端子電極と接続する第１アンカー部が設けられているため、本体と端子電極との接合強度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】フィルムコンデンサの構成を模式的に示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は展開斜視図である。

【図2】（ａ）はフィルムコンデンサの横断面図、（ｂ）は芯体の軸長方向における一方側端部の外周面に第１アンカー部を有する状態を示す側面図、（ｃ）は芯体の外周面の第１アンカー部と電極膜とが接続している状態を示す縦断面図である。

【図3】芯体の端面に接続層を有する形態を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は縦断面図である。

【図4】芯体の両端部の外周面にアンカー部を有する形態を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は縦断面図である。

【図5】連結型コンデンサを模式的に示す斜視図である。

【図6】インバータの構成を説明するための概略構成図である。

【図7】電動車輌を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、フィルムコンデンサＡの構成を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は模式的に示す展開斜視図である。この図１のフィルムコンデンサＡは、誘電体フィルム１ａ、１ｂの主面にそれぞれ電極膜３ａ、３ｂを備えた２種類の金属化フィルム５ａ、５ｂを積層した状態で、絶縁材料からなる芯体６に巻回してなる本体９を具備している。芯体６の軸長方向Ｌにおける本体９の両端面には、それぞれ第１、第２端子電極１１ａ、１１ｂが設けられており、第１端子電極１１ａが電極膜３ａに接続し、第２端子電極１１ｂが電極膜３ｂに接続している。

【0013】

なお、図１（ｂ）は、理解を容易にするために、誘電体フィルム１ａ、１ｂ、電極膜３ａ、３ｂの厚みを、手前ほど厚く記載している。また、図１（ｂ）では、第１、第２端子電極１１ａ、１１ｂの記載を省略した。

【0014】

誘電体フィルム１ａ上に、一部誘電体フィルム１ａの露出部２０ａを形成するように電極膜３ａを形成して金属化フィルム５ａが構成され、誘電体フィルム１ｂ上に、一部誘電体フィルム１ｂの露出部２０ｂを形成するように電極膜３ｂを形成して金属化フィルム５ｂを構成し、これらを少し幅方向にずらして、図１（ｂ）に示すように芯体６に積層巻回されている。

【0015】

そして、金属化フィルム５ａ、５ｂを芯体６に積層巻回する際に、加圧され、図２（ｃ）に示すように、誘電体フィルム１ａ、１ｂ間に隙間（露出部２０ａ、２０ｂ）がある部分Ｓ１は、これらの誘電体フィルム１ａ、１ｂ同士が接合して隙間を無くし、電極膜３ａ、３ｂの軸長方向Ｌの一方側が誘電体フィルム１ａ、１ｂで被覆され、電極膜３ａと第２端子電極１１ｂとが絶縁され、電極膜３ｂと第１端子電極１１ａとが絶縁されている。

【0016】

また、誘電体フィルム１ａ、１ｂと電極膜３ａ、３ｂとの間に隙間がある部分Ｓ２（金属化フィルム５ａ、５ｂの幅方向にずらした部分）は隙間が残存し、この隙間に第１、第２端子電極１１ａ、１１ｂを構成する材料が配されることにより、第１端子電極１１ａが電極膜３ａに接続され、第２端子電極１１ｂが電極膜３ｂに接続されている。

【0017】

そして、図２に示すように、軸長方向Ｌにおける芯体６の一方側端部の外周面には、軸長方向Ｌに延びる第１アンカー部１３が４本設けられ、これらの第１アンカー部１３の軸長方向Ｌ側の端面は第１端子電極１１ａに接続している。

【0018】

図２（ａ）は、図２（ｂ）の２ａ−２ａ線に沿った断面図であり、図２（ｃ）においては、芯体６は側面で示し、芯体６の周囲は断面で示した図である。この図２に示すように、芯体６は、例えば樹脂製で円柱状をしており、その軸長方向Ｌの端面は円形をなしている。なお、芯体６は、円筒状であっても良く、また、楕円柱状または楕円筒状であっても
良いことは勿論である。なお、図２（ｃ）の断面図では、電極膜３ａ、３ｂを合計で３層有するように金属化フィルム５ａ、５ｂを巻回しているが、４層以上であっても良いことは勿論である。

【0019】

第１アンカー部１３は、芯体６の一方端部の外周面に所定間隔を置いて形成された、軸長方向Ｌに延びる４本の溝状の凹部７に、例えば、導電性材料である金属材料（合金を含む）を配置して構成されている。

【0020】

軸長方向Ｌに直交する方向における凹部７の断面は、図２（ａ）に示すように、底部が凹曲面状であり、凹部７内の第１アンカー部１３の断面形状は、凹部７の底面に対応した凸曲面状の内側面と、芯体６の外周面と連続する凸曲面状の外側面とで構成されている。凹部７の断面形状は特に限定されるものではないが、特に、外側面が、芯体６の外周面と連続する凸曲面状であることが、金属化フィルム５ａ、５ｂに応力が印加されにくいという点から望ましい。

【0021】

また、第１アンカー部１３を、軸長方向Ｌに延びる溝状の凹部７に設けたが、凹部７は、軸長方向Ｌの長さよりも、芯体６の外周方向（軸長方向Ｌと直交する方向）の長さが長い凹部であっても良く、この場合、第１アンカー部１３は凹部７形状に対応した形状となる。

【0022】

さらに、第１アンカー部１３は、図２（ｃ）に示すように、金属化フィルム５ａの電極膜３ａに接続している。なお、４本の第１アンカー部１３である必要はなく、第１アンカー部１３は１本〜３本、５本以上であってもよく、さらに、芯体７の一方端部の外周面を取り巻くように全面に形成された環状体であっても良い。

【0023】

第１アンカー部１３を構成する金属材料は、第１、第２端子電極１１ａ、１１ｂを構成する金属材料と同じであることが望ましい。第１、第２端子電極１１ａ、１１ｂは、例えば、亜鉛、アルミニウム、銅およびハンダから選ばれる１種の金属材料が好適である。

【0024】

次に、フィルムコンデンサＡの製造方法について説明する。まず、例えば、誘電体フィルム１ａ、１ｂとなるポリアリレート系樹脂を用意する。ポリアリレート系樹脂をスラリ化するための溶媒として、例えば、シクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、トルエン、キシレン、クロロホルムおよびテトラヒドロフランから選ばれる１種を用意する。

【0025】

誘電体フィルム１ａ、１ｂを形成する場合、例えば、基材としてＰＥＴフィルムを準備し、上記したポリアリレート系樹脂を特定の溶媒に溶解させてスラリ状に調製し、これをＰＥＴフィルム上に成膜し、乾燥工程を経て誘電体フィルム１ａ、１ｂを得る。なお、成膜には、ドクターブレード法、ダイコータ法およびナイフコータ法等から選ばれる一種の成形法を用いる。

【0026】

次に、得られた誘電体フィルム１ａ、１ｂの表面に亜鉛、アルミニウムなどの金属成分を蒸着することによって電極膜３ａ、３ｂを形成し、電極膜３ａ、３ｂを形成した誘電体フィルム１ａ、１ｂからなる金属化フィルム５ａ、５ｂを用意する。

【0027】

また、例えば、円柱状の樹脂製の芯体６を準備し、この芯体６の軸長方向Ｌの一方側端部に４本の凹部７を形成し、この凹部７内に、金属材料を蒸着して第１アンカー部１３を形成する。この第１アンカー部１３を有する芯体６に、金属化フィルム５ａ、５ｂを、図１（ｂ）に示すように巻回させて、フィルムコンデンサＡの本体９を得る。

【0028】

次に、図２（ｃ）に示すように、本体９の電極膜３ａ、３ｂが露出した端面に第１、第
２端子電極１１ａ、１１ｂを形成する。第１、第２端子電極１１ａ、１１ｂの形成には、例えば、金属の溶射（メタリコン）、メッキ法などが好適である。次いで、第１、第２端子電極１１ａ、１１ｂを形成した本体９の表面を外装部材で囲うことによってフィルムコンデンサＡを得ることができる。

【0029】

このようなフィルムコンデンサＡでは、凹部７内に第１アンカー部１３を有する芯体６の外周に金属化フィルム５ａ、５ｂを巻回してなる本体９の軸長方向Ｌの端面に、例えば、メタリコンからなる第１、第２端子電極１１ａ、１１ｂを形成することにより、電極膜３ａ、３ｂと第１、第２端子電極１１ａ、１１ｂとを接続するとともに、第１端子電極１１ａと第１アンカー部１３とを接合し、第１端子電極１１ａと本体９（芯体６）との接合強度を向上できる。

【0030】

また、上記形態では、第１アンカー部１３と電極膜３ａとが接続しているため、従来のメタリコンからなる端子電極１１ａと電極膜３ａとの電気的接続信頼性を向上できる。

【0031】

図３は、フィルムコンデンサＡの他の形態を示すもので、この形態では、芯体６の軸長方向Ｌの一方側端面には、第１アンカー部１３と接続する導電性材料からなる接続層１５が設けられている。すなわち、芯体６の軸長方向Ｌの一方側端面には接続層１５が設けられており、この接続層１５は、第１アンカー部１３の軸長方向Ｌの一方側端面を被覆し、接続している。

【0032】

この接続層１５は、金属材料（合金を含む）の蒸着膜であり、接続層１５を構成する金属材料は、第１アンカー部１３を構成する金属材料と同じ、すなわち、第１、第２端子電極１１ａ、１１ｂの構成材料と同じであることが望ましい。

【0033】

このようなフィルムコンデンサＡでは、メタリコンからなる端子電極１１ａは、樹脂からなる芯体６への接合力が低いため、予め芯体６の端面に蒸着で接続層１５を形成しておき、この後の工程で、メタリコンからなる第１端子電極１１ａを、芯体６の一方側端面およびその近傍に形成することで、端子電極１１ａと本体６との接合強度を向上できる。

【0034】

なお、図示しなかったが、図２、図３の芯体６の一方側端面に軸長方向に凹部を形成し、この凹部内に蒸着で柱状導体を形成し、第１端子電極１１ａ、もしくは接続層と接続するようにしても良い。言い換えれば、柱状導体を芯体６の一方側端面に埋設しても良い。この場合には、さらに、第１端子電極１１ａと本体９との接合強度を向上できる。

【0035】

図４は、フィルムコンデンサＡのさらに他の形態を示すもので、この形態では、図２に示すように、芯体６の軸長方向Ｌの一方側端部の外周面に、第１端子電極１１ａと接続する第１アンカー部１３を具備するとともに、さらに、芯体６の軸長方向Ｌの他方側端部の外周面に、第２端子電極１１ｂと接続する第２アンカー部１７を具備している。第２アンカー部１７は、電極膜３ａに接続しないように、軸長方向Ｌの長さが短く調整されている。なお、第２アンカー部１７の表面を絶縁膜で被覆し、電極膜３ａとを絶縁しても良い。

【0036】

このようなフィルムコンデンサＡでは、図２のフィルムコンデンサＡの効果に加え、さらに、メタリコンからなる端子電極１１ｂと、第２アンカー部１７とが接合し、端子電極１１ｂと本体９との接合強度を向上できる。なお、この態様でも、図３で示した接続層１５を、第２アンカー部１７と接続するように設けることができる。

【0037】

図５は、連結型コンデンサＣの構成を模式的に示した斜視図である。図５においては構成を分かりやすくするために、ケースならびにモールド用の樹脂を省略して記載している。本実施形態の連結型コンデンサＣは、複数個のフィルムコンデンサＡが一対のバスバー
２１、２３により並列接続された構成となっている。バスバー２１、２３は、外部接続用の端子部２１ａ、２３ａとフィルムコンデンサＡの端子電極１１ａ、１１ｂにそれぞれ接続される引出端子部２１ｂ、２３ｂにより構成されている。

【0038】

連結型コンデンサＣに上記したフィルムコンデンサＡを適用すると、本体と端子電極との接合強度が高い連結型コンデンサＣを得ることができる。

【0039】

なお、図５に示した連結型コンデンサＣは、フィルムコンデンサＡの断面の長径の方向に配置したものであるが、この他に、フィルムコンデンサＡを断面の短径の方向に積み上げた構造であっても同様の効果を得ることができる。

【0040】

図６は、インバータの構成を説明するための概略構成図である。図６には、直流から交流を作り出すインバータＤの例を示している。本実施形態のインバータＤは、図６に示すように、スイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ（Insulated gate Bipolar Transistor）
）とダイオードにより構成されるブリッジ回路３１と、電圧安定化のためにブリッジ回路３１の入力端子間に配置された容量部３３とを備えた構成となっている。ここで、容量部３３として上記のフィルムコンデンサＡまたは連結型コンデンサＣが適用される。

【0041】

なお、このインバータＤは、直流電源の電圧を昇圧する昇圧回路３５に接続されることになる。一方、ブリッジ回路３１は駆動源となるモータジェネレータ（モータＭ）に接続されることになる。

【0042】

図７は、電動車輌を示す概略構成図である。図７には、電動車輌Ｅとしてハイブリッド自動車（ＨＥＶ）の例を示している。

【0043】

図７における符号４１は駆動用のモータ、４３はエンジン、４５はトランスミッション、４７はインバータ、４９は電源（電池）、５１ａ、５１ｂは前輪および後輪である。

【0044】

この電動車輌Ｅは、駆動源としてモータ４１またはエンジン４３、もしくは両方の出力がトランスミッション４５を介して左右一対の前輪５１ａに伝達される機能を主として備えており、電源４９はインバータ４７を介してモータ４１に接続されている。

【0045】

また、図７に示した電動車輌Ｅには、電動車輌Ｅ全体の統括的な制御を行う車輌ＥＣＵ５３が設けられている。車輌ＥＣＵ５３には、イグニッションキー５５や図示しないアクセルペダル、ブレーキ等の電動車輌Ｅからの運転者等の操作に応じた駆動信号が入力される。この車輌ＥＣＵ５３は、その駆動信号に基づいて指示信号をエンジンＥＣＵ５７、電源４９、および負荷としてのインバータ４７に出力する。エンジンＥＣＵ５７は、指示信号に応答してエンジン４３の回転数を制御し、電動車輌Ｅを駆動する。

【0046】

上記のフィルムコンデンサＡまたは連結型コンデンサＣを容量部３３として適用したインバータＤを、例えば、図７に示すような電動車輌Ｅのインバータ４７として用いると、フィルムコンデンサＡまたは連結型コンデンサＣが、接続信頼性の高いものであるため、電動車輌Ｅに搭載されたＥＣＵなどの制御装置の電流制御をより安定したものにすることができる。

【0047】

なお、本実施形態のインバータＤは、上記のハイブリッド自動車（ＨＥＶ）のみならず、電気自動車（ＥＶ）や燃料電池車、あるいは電動自転車、発電機、太陽電池など種々の電力変換応用製品に適用できる。

【符号の説明】

【0048】

１ａ、１ｂ・・誘電体フィルム
３ａ、３ｂ・・電極膜
５ａ、５ｂ・・金属化フィルム
６・・・芯体
７・・・凹部
９・・・本体
１１ａ・・・第１端子電極
１１ｂ・・・第２端子電極
１３・・・第１アンカー部
１５・・・接続層
１７・・・第２アンカー部
Ｌ・・・軸長方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】