JP2006196678A - Capacitor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンデンサ装置に関し、より特定的には、平滑用の大容量コンデンサ装置に関する。 The present invention relates to a capacitor device, and more particularly to a smoothing large-capacity capacitor device.
特開平2−45907号公報(特許文献1)には、2つの電極間の誘電体セラミックス素体またはコーティングする絶縁樹脂に導電性を付与して、コンデンサ自体に自己放電機能を設けることにより、放電用回路を特別に設ける必要がないコンデンサ装置が開示されている。
自動車用モータを駆動するインバータ回路の平滑用コンデンサにおいても、電源が遮断された後も電荷が残留するので、安全に配慮し放電抵抗を接続して速やかに電荷を放電させている。 Even in the smoothing capacitor of the inverter circuit that drives the motor for automobiles, the electric charge remains even after the power supply is cut off. Therefore, the electric discharge is promptly discharged by connecting a discharge resistor for safety.
しかし、このような用途では、特開平2−45907号公報(特許文献1)に開示されるようなセラミックス素体を誘電体とするコンデンサは、耐圧、容量値および価格等が合わないので用いられない。 However, in such applications, a capacitor using a ceramic body as a dielectric as disclosed in JP-A-2-45907 (Patent Document 1) is used because its withstand voltage, capacitance value, price, etc. do not match. Absent.
また、このような用途の平滑用コンデンサは、高周波大電流、大容量化の要望を満たすために複数個のコンデンサ素子が並列接続されて用いられる。さらに、車両のボンネット内部に設置されるとはいっても屋外で使用されるものであり、高耐湿性が必要でありまた機械的強度も要求されるため、金属ケースに収容されまた内部を防湿樹脂で充填している。つまり、コンデンサは素子保護のため熱がこもりやすい構造となっている。 In addition, a smoothing capacitor for such a use is used in which a plurality of capacitor elements are connected in parallel in order to meet the demand for high frequency high current and large capacity. Furthermore, even though it is installed inside the hood of a vehicle, it is used outdoors, requires high moisture resistance, and requires mechanical strength. Therefore, it is housed in a metal case and has a moisture-proof resin inside. Filled with. That is, the capacitor has a structure in which heat is easily trapped for protecting the element.
放電抵抗で放電を行なう際には熱が生じるため、このような構造のコンデンサでは、放電抵抗を設置する位置に注意しないと、放電抵抗付近が高温となってしまい放電抵抗の焼損する恐れがある。したがって、放電による熱により温度が上昇しないようにしておくことが必要である。 Since heat is generated when discharging with the discharge resistor, in the case of a capacitor having such a structure, if the discharge resistor is not carefully positioned, the vicinity of the discharge resistor becomes hot and the discharge resistor may be burned out. . Therefore, it is necessary to prevent the temperature from rising due to heat generated by the discharge.
本発明の目的は、放熱よく自己放電をおこなうことができるコンデンサ装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the capacitor | condenser apparatus which can perform self-discharge with sufficient heat dissipation.
この発明は、要約すると、コンデンサ装置であって、第1、第2の電極を有するコンデンサと、コンデンサを収容するケースと、コンデンサとケースとの隙間に充填され、第1の電極および第2の電極に接触する、導電性を有する第1の樹脂部とを備える。 In summary, the present invention provides a capacitor device, in which a capacitor having first and second electrodes, a case for housing the capacitor, and a gap between the capacitor and the case are filled, and the first electrode and the second electrode A first resin portion having electrical conductivity that contacts the electrode.
好ましくは、コンデンサ装置は、ケースを収容する外装ケースと、ケースと外装ケースとの間に充填された第2の樹脂部とをさらに備える。 Preferably, the capacitor device further includes an outer case that accommodates the case, and a second resin portion that is filled between the case and the outer case.
好ましくは、コンデンサは、第1、第2の電極間に並列接続された複数のコンデンサ素子を含む。 Preferably, the capacitor includes a plurality of capacitor elements connected in parallel between the first and second electrodes.
この発明の他の局面に従うと、コンデンサ装置であって、第1、第2の電極を有するコンデンサと、第1、第2の電極に接続される導電体とを備える。導電体は、第1の電極に接続される第1のバスバーと、第1のバスバーに少なくとも一部が平行に配置され、第2の電極に接続される第2のバスバーと、第1のバスバーおよび第2のバスバーに接触する、導電性を有する第1の樹脂部とを含む。 According to another aspect of the present invention, a capacitor device includes a capacitor having first and second electrodes, and a conductor connected to the first and second electrodes. The conductor includes a first bus bar connected to the first electrode, a second bus bar arranged at least partially in parallel with the first bus bar, and connected to the second electrode, and the first bus bar. And a first resin portion having electrical conductivity that contacts the second bus bar.
好ましくは、コンデンサ装置は、コンデンサを収容するケースと、コンデンサとケースとの隙間に充填され、第1の電極および第2の電極に接触する、導電性を有する第2の樹脂部とをさらに備える。 Preferably, the capacitor device further includes a case for housing the capacitor, and a conductive second resin portion that fills a gap between the capacitor and the case and contacts the first electrode and the second electrode. .
より好ましくは、コンデンサ装置は、ケースを収容する外装ケースと、ケースと外装ケースとの間に充填された第3の樹脂部とをさらに備える。 More preferably, the capacitor device further includes an exterior case that accommodates the case, and a third resin portion that is filled between the case and the exterior case.
好ましくは、コンデンサは、第1、第2の電極間に並列接続された複数のコンデンサ素子を含む。 Preferably, the capacitor includes a plurality of capacitor elements connected in parallel between the first and second electrodes.
本発明によれば、放電抵抗素子を別途設ける必要が無くかつ放熱が広い領域で起こるため、温度上昇を抑えることができ放熱の面で有利である。また、コンデンサの放電による熱を良好に外部に放出することができる。さらに、ケース内に樹脂を充填するので製造がしやすくまた構造的にも強度が高い。 According to the present invention, it is not necessary to separately provide a discharge resistance element, and heat dissipation occurs in a wide region, so that a temperature rise can be suppressed, which is advantageous in terms of heat dissipation. In addition, heat generated by discharging the capacitor can be released to the outside. Furthermore, since the case is filled with resin, it is easy to manufacture and has high structural strength.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当部品には同一の符号を付してそれらについての説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
[コンデンサ装置の用いられるシステムの構成]
図1は、本発明のコンデンサ装置が用いられるモータ駆動システムの構成を示した回路図である。このようなモータ駆動システムは、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車などに搭載されるシステムである。
[Configuration of system in which capacitor device is used]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a motor drive system in which the capacitor device of the present invention is used. Such a motor drive system is a system mounted on, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle.
図1に示されるモータ駆動システムは、バッテリ1と、システムメインリレー41と、コンデンサ装置3と、インバータ2と、モータ40と、モータ制御回路30とを含む。
The motor drive system shown in FIG. 1 includes a battery 1, a system
バッテリ1は、たとえばニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池である。システムメインリレー41は、モータ制御回路30からの信号によりオン/オフされる。
The battery 1 is a secondary battery such as nickel metal hydride or lithium ion. The system
インバータ2は、コンデンサ装置3によって平滑化された電源電位を受けて交流モータ40を駆動する。また、インバータ2は、回生制動に伴い交流モータ40において発電された電力をバッテリ1に戻す。
交流モータ40は、車両の図示しない駆動輪を駆動するためのトルクを発生するためのモータである。このモータは、たとえば、ハイブリッド自動車に搭載される場合には、エンジンによって駆動される発電機の機能を持ち、かつ、エンジンに対して電動機として動作しエンジンの始動を行ない得るようなものであってもよい。
The
インバータ2は、U相アームUAと、V相アームVAと、W相アームWAと、電流センサ21と、電流センサ21の出力を受けて各相アームの制御を行なうIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)制御回路20とを含む。インバータ2は、インテリジェントパワーモジュール(IPM)として1つのケースに収められていても良い。
The
U相アームUA、V相アームVA、およびW相アームWAは、コンデンサ装置3の両端子に接続されるバスバー1c、1d間に並列に接続される。
U-phase arm UA, V-phase arm VA, and W-phase arm WA are connected in parallel between
U相アームUAは、直列接続されたIGBT素子4,5と、IGBT素子4,5とそれぞれ並列に接続されるダイオード10,11とを含む。ダイオード10のカソードはIGBT素子4のコレクタと接続され、ダイオード10のアノードはIGBT素子4のエミッタと接続される。ダイオード11のカソードはIGBT素子5のコレクタと接続され、ダイオード11のアノードはIGBT素子5のエミッタと接続される。
U-phase arm UA includes
V相アームVAは、直列接続されたIGBT素子6,7と、IGBT素子6,7とそれぞれ並列に接続されるダイオード12,13とを含む。ダイオード12のカソードはIGBT素子6のコレクタと接続され、ダイオード12のアノードはIGBT素子6のエミッタと接続される。ダイオード13のカソードはIGBT素子7のコレクタと接続され、ダイオード13のアノードはIGBT素子7のエミッタと接続される。
V-phase arm VA includes IGBT elements 6 and 7 connected in series, and
W相アームWAは、直列接続されたIGBT素子8,9と、IGBT素子8,9とそれぞれ並列に接続されるダイオード14,15とを含む。ダイオード14のカソードはIGBT素子8のコレクタと接続され、ダイオード14のアノードはIGBT素子8のエミッタと接続される。ダイオード15のカソードはIGBT素子9のコレクタと接続され、ダイオード15のアノードはIGBT素子9のエミッタと接続される。
W-phase arm WA includes
各相アームの中間点は、交流モータ40の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータ40は、三相の永久磁石モータであり、U,V,W相の3つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、U相コイルの他方端がIGBT素子4,5の接続ノードに接続される。またV相コイルの他方端がIGBT素子6,7の接続ノードに接続される。またW相コイルの他方端がIGBT素子8,9の接続ノードに接続される。
An intermediate point of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of
モータ制御回路30は、インバータ2に対して、直流電圧をモータ40を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示とモータ40で発電された交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ1側に戻す回生指示とを出力する。
The
[実施の形態1]
図2は、図1のコンデンサ装置3の平面図である。
[Embodiment 1]
FIG. 2 is a plan view of the capacitor device 3 of FIG.
図3は、図2のコンデンサ装置3のIII−IIIにおける断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view taken along III-III of the capacitor device 3 of FIG.
図4は、図2のコンデンサ装置3のIV−IVにおける断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view taken along IV-IV of the capacitor device 3 of FIG.
図2〜図4を参照して、コンデンサ装置3は、金属製のケース42と、ケース42
の内側に収容される樹脂ケース44と、樹脂ケース44の内部に配置される複数のコンデンサ素子50と、複数のコンデンサ素子50の各々の正電極に接続される金属板52と、複数のコンデンサ素子50の各々の負電極に接続される金属板54とを含む。金属板52には、+端子1aが接続されており、金属板54には−端子1bが接続されている。
2 to 4, the capacitor device 3 includes a
A
コンデンサ素子50は、たとえば耐圧性の高いポリエステルやポリプロピレンなどのフィルムを誘電体として用いたフィルムコンデンサである。
コンデンサ素子50の各々は、ベースのフィルム材に金属薄膜を蒸着したものを巻回して構成する。巻回後には両端部に正負それぞれの電極金属薄膜が露出しているので、露出している電極薄膜部分にメタリコンと呼ばれる溶射金属を形成し、メタリコンの部分と金属板52,54とをはんだ付けで接続する。コンデンサ素子50は、金属板52,54の間に複数が並列接続される。
Each of the
金属製のケース42は、例えば大量生産が可能なアルミダイカスト製である。金属製のケース42により内部のコンデンサ素子50は外部からの衝撃等から保護される。また、インバータ2と組み合わされたときにおいて、インバータ2から発生する電磁的ノイズを外部に漏洩させないためのシールドとしての効果も有する。
The
樹脂ケース44は絶縁性および耐湿性が良好な樹脂でできており、たとえばPPS樹脂が使用される。樹脂ケース44は、その外側に配置される金属製のケース42と内部のコンデンサ素子50との絶縁を確実にし、また、コンデンサ素子50を湿気から保護するために用いられている。ケース内に樹脂を充填するので製造がしやすくまた構造的にも強度が高い。
The
さらに、コンデンサ素子50の耐湿性をいっそう確保し、振動に対する機械的強度を向上させるために、樹脂ケース44にはエポキシ樹脂等が充填され樹脂部48が形成されている。
Furthermore, in order to further ensure the moisture resistance of the
端子1aおよび1bは樹脂ケース44に充填された樹脂部48から上方に突出しており、各々の先端部分にボルト取付け用の孔が設けられている。
The
樹脂部48としては、たとえばエポキシ樹脂に導電性の粉末を分散させたものを使用することができる。導電性粉末の密度を調整することにより、電極間の抵抗値を数十kΩに調整することができる。導電性粉末の例としては、フレーク状銀粉、球状銀粉やカーボン粉末を使用することができる。なお、導電性粉末は導電フィラーとも呼ばれる。
As the
樹脂部48に導電性を持たせておくことで、電源遮断時に一定時間内にコンデンサに蓄積されていた電荷を放電することができる。この放電は比較的ゆっくりでよいので電極間の抵抗値は数十kΩに設定される。
By making the
放電抵抗を端子間につける場合には抵抗素子の大きさが小さいと熱が抵抗素子に集中してしまい放熱の問題が生じるが、樹脂部48は比較的大きさが大きく放熱も広い領域で起こるため、温度上昇を抑えることができ放熱の面でも有利である。
When a discharge resistor is provided between the terminals, if the size of the resistance element is small, heat is concentrated on the resistance element, causing a problem of heat dissipation. However, the
本発明のコンデンサ素子は、樹脂ケース44と金属ケース42との間に充填されて形成された樹脂部46をさらに含む。金属ケース42もコンデンサ装置の強度を高めるために有効である。樹脂ケース44を金属ケース42に収容した場合、樹脂部46がなければ樹脂ケース44と金属ケース42はいくつかの点で点接触することになる。樹脂ケース44と金属ケース42との間の大部分は薄い空気層を介在して熱伝達を行なうので、熱伝達は良好ではない。
The capacitor element of the present invention further includes a
このため樹脂ケース44と金属ケース42の両方に密着している薄い樹脂部46を形成し放熱性を向上させている。この金属ケース42は、車両が走行すると走行風によって冷却されるので、コンデンサの放電による熱を良好に外部に放出することができる。
For this reason, the
好ましくは、樹脂部46として高熱伝導性樹脂を用いることでさらに良好に熱を外部に放出できる。例えば、内部のコンデンサ素子と金属ケース42との間の絶縁は樹脂ケース44で確保されているので、樹脂部46にも金属粉末を分散させれば樹脂部46自身の熱伝導率も良くすることができ、コンデンサ素子50から金属ケース42外部への放熱をさらに良くすることができる。
Preferably, heat can be released to the outside more satisfactorily by using a high thermal conductive resin as the
[実施の形態2]
実施の形態1ではコンデンサ装置内部の充填樹脂に導電性を持たせることにより、この部分で蓄積電荷を放電させる放電抵抗を形成した。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the filling resin inside the capacitor device is made conductive, thereby forming a discharge resistor for discharging the accumulated charge at this portion.
これに対し実施の形態2では、コンデンサ装置は端子部分にバスバーが取付けられこのバスバー部分で放電を行なう。 On the other hand, in the second embodiment, the capacitor device has a bus bar attached to the terminal portion and discharges at the bus bar portion.
図5は、図2〜図4で示したコンデンサ装置に接続されるパワーモジュールを示した図である。 FIG. 5 is a diagram showing a power module connected to the capacitor device shown in FIGS.
図5を参照して、モジュールIPMは、冷却器60上に設けられた回路基板61,62,63と、回路基板上に搭載されたIGBT素子4,5と、IGBT素子4,5と隣接基板とを接続するワイヤ64,65とを含む。基板61にはバスバー1cが接続され、基板63にはバスバー1dが接続される。バスバー1c、1dはバスバーユニットBBを構成している。このバスバーユニットBBは、樹脂でその一部が覆われて一体構造となっている。
Referring to FIG. 5, module IPM includes
バスバーユニットBBに含まれているバスバー1c、1dの他方端は、図2、図3における端子1a、1bとそれぞれ接続される。
The other ends of the bus bars 1c and 1d included in the bus bar unit BB are connected to the
図6は、図5のVI−VI断面における断面図である。 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG.
図6を参照して、バスバー1c、1dは直流電源に接続される機器の内部に配策される正極、負極用の金属導体で一般的にはインダクタンスを低減させるために絶縁層70を介在させて積層されている。実施の形態2ではバスバー1c、1dを導電性樹脂71,73で接続する。導電性樹脂71、73は放電抵抗として機能する。
Referring to FIG. 6, bus bars 1c and 1d are positive and negative metal conductors arranged inside a device connected to a DC power source, and generally have an insulating
導電性樹脂71,73およびバスバー1c,1dは絶縁被覆72で外装されている。したがってバスバーユニットBBを走行風で冷却される金属ケース42に密着させて放熱性を高めることができる。
The
なお、バスバー1c,1dの少なくとも一部分を実施の形態1の場合と同様に抵抗値を調整した導電性樹脂でモールドしてもよい。 Note that at least a part of the bus bars 1c and 1d may be molded with a conductive resin having a resistance value adjusted in the same manner as in the first embodiment.
実施の形態2でも、放熱が良好な放電抵抗を実現することができる。 Also in the second embodiment, it is possible to realize a discharge resistance with good heat dissipation.
なお、図2〜図3で説明したようにコンデンサ素子を充填する樹脂に導電性を持たせ、かつバスバーの平行部分にも図6で示した構成を用いても良い。この場合の導電性樹脂の抵抗値は、2つの抵抗の合成抵抗値が数十kΩとなるように調整する。このようにすれば発熱部分をさらに分散させることができ、温度上昇を抑えることができる。 2 to 3, the resin filling the capacitor element may be made conductive, and the configuration shown in FIG. 6 may be used for the parallel portion of the bus bar. In this case, the resistance value of the conductive resin is adjusted so that the combined resistance value of the two resistors is several tens of kΩ. In this way, the heat generating portion can be further dispersed, and the temperature rise can be suppressed.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 バッテリ、1a,1b 端子、1c,1d バスバー、2 インバータ、3 コンデンサ装置、4〜9 IGBT素子、10〜15 ダイオード、20 IGBT制御回路、21 電流センサ、30 モータ制御回路、40 モータ、41 システムメインリレー、42 金属ケース、44 樹脂ケース、46,48 樹脂部、50 コンデンサ素子、52,54 金属板、60 冷却器、61,62,63 回路基板、64,65 ワイヤ、70 絶縁層、71,73 導電性樹脂、72 絶縁被覆、BB バスバーユニット、IPM モジュール、UA U相アーム、VA V相アーム、WA W相アーム。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery, 1a, 1b terminal, 1c, 1d Bus bar, 2 Inverter, 3 Capacitor device, 4-9 IGBT element, 10-15 Diode, 20 IGBT control circuit, 21 Current sensor, 30 Motor control circuit, 40 Motor, 41 System Main relay, 42 Metal case, 44 Resin case, 46, 48 Resin part, 50 Capacitor element, 52, 54 Metal plate, 60 Cooler, 61, 62, 63 Circuit board, 64, 65 Wire, 70 Insulating layer, 71, 73 conductive resin, 72 insulation coating, BB bus bar unit, IPM module, UA U phase arm, VA V phase arm, WA W phase arm.
Claims (7)
前記コンデンサを収容するケースと、
前記コンデンサと前記ケースとの隙間に充填され、前記第1の電極および前記第2の電極に接触する、導電性を有する第1の樹脂部とを備える、コンデンサ装置。 A capacitor having first and second electrodes;
A case for housing the capacitor;
A capacitor device comprising: a conductive first resin portion that fills a gap between the capacitor and the case and contacts the first electrode and the second electrode.
前記ケースと前記外装ケースとの間に充填された第2の樹脂部とをさらに備える、請求項1に記載のコンデンサ装置。 An outer case for housing the case;
The capacitor device according to claim 1, further comprising a second resin portion filled between the case and the exterior case.
前記第1、第2の電極間に並列接続された複数のコンデンサ素子を含む、請求項1または2に記載のコンデンサ装置。 The capacitor is
The capacitor device according to claim 1, comprising a plurality of capacitor elements connected in parallel between the first and second electrodes.
前記第1、第2の電極に接続される導電体とを備え、
前記導電体は、
前記第1の電極に接続される第1のバスバーと、
前記第1のバスバーに少なくとも一部が平行に配置され、前記第2の電極に接続される第2のバスバーと、
前記第1のバスバーおよび前記第2のバスバーに接触する、導電性を有する第1の樹脂部とを含む、コンデンサ装置。 A capacitor having first and second electrodes;
A conductor connected to the first and second electrodes,
The conductor is
A first bus bar connected to the first electrode;
A second bus bar disposed at least partially in parallel with the first bus bar and connected to the second electrode;
A capacitor device comprising: a first resin portion having electrical conductivity that contacts the first bus bar and the second bus bar.
前記コンデンサと前記ケースとの隙間に充填され、前記第1の電極および前記第2の電極に接触する、導電性を有する第2の樹脂部とをさらに備える、請求項4に記載のコンデンサ装置。 A case for housing the capacitor;
5. The capacitor device according to claim 4, further comprising a conductive second resin portion that fills a gap between the capacitor and the case and contacts the first electrode and the second electrode. 6.
前記ケースと前記外装ケースとの間に充填された第3の樹脂部とをさらに備える、請求項5に記載のコンデンサ装置。 An outer case for housing the case;
The capacitor device according to claim 5, further comprising a third resin portion filled between the case and the exterior case.
前記第1、第2の電極間に並列接続された複数のコンデンサ素子を含む、請求項4〜6のいずれか1項に記載のコンデンサ装置。 The capacitor is
The capacitor device according to claim 4, comprising a plurality of capacitor elements connected in parallel between the first and second electrodes.
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