(57)【要約】【課題】巻回型フィルムコンデンサのコンデンサ素子の発熱を均一化する。【解決手段】巻回型フィルムコンデンサ５０は、誘電体フィルム５２と電極層５３とを有するメタライズドフィルム５１を巻回することにより構成されたコンデンサ素子５５を含み、コンデンサ素子５５の最外周側の第１領域５５１における誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積の割合は、最内周側の第２領域５５２における誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積の割合よりも大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体フィルムと電極層とを交互に重なり合うように巻回することにより構成されたコンデンサ素子を備える巻回型フィルムコンデンサであって、
前記コンデンサ素子の最外周側の第１領域における前記誘電体フィルムの表面積に対する前記電極層の表面積の割合が、前記コンデンサ素子の最内周側の第２領域における前記誘電体フィルムの表面積に対する前記電極層の表面積の割合よりも大きいことを特徴とする巻回型フィルムコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体フィルムと電極層とを交互に重なり合うように巻回することにより構成されたコンデンサ素子を備える巻回型フィルムコンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の巻回型フィルムコンデンサとして、表面に電極層を構成する金属膜が蒸着された誘電体フィルムであるメタライズドフィルムを巻回することにより構成されたコンデンサ素子を含むものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この巻回型フィルムコンデンサでは、メタライズドフィルムの巻回開始部および巻回終了部に溶着された絶縁体フィルムによりコンデンサ素子の内周および外周が覆われる。これにより、メタライズドフィルムの金属を除去することなく、コンデンサ素子の巻始め部および巻終わり部でのショートの発生を抑制することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２６４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような巻回型フィルムコンデンサでは、構造上、積層方向（素子の径方向）における熱干渉によりコンデンサ素子の中心部（最内周部）、すなわちメタライズドフィルムの巻回開始端に近接した部分が高温になりやすい。そして、特に巻回型フィルムコンデンサに印加される電流に高周波リップル電流が重畳する場合、コンデンサ素子の中心部周辺がより発熱しやすくなってしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、コンデンサ素子の発熱を均一化することができる巻回型フィルムコンデンサの提供を主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による巻回型フィルムコンデンサは、誘電体フィルムと電極層とを交互に重なり合うように巻回することにより構成されたコンデンサ素子を備える巻回型フィルムコンデンサであって、前記コンデンサ素子の最外周側の第１領域における前記誘電体フィルムの表面積に対する前記電極層の表面積の割合が、前記コンデンサ素子の最内周側の第２領域における前記誘電体フィルムの表面積に対する前記電極層の表面積の割合よりも大きいことを特徴とする。
【０００７】
この巻回型フィルムコンデンサは、誘電体フィルムと電極層とを交互に重なり合うように巻回することにより構成されたコンデンサ素子を含む。そして、コンデンサ素子の最外周側の第１領域における誘電体フィルムの表面積に対する電極層の表面積の割合は、コンデンサ素子の最内周側の第２領域における誘電体フィルムの表面積に対する電極層の表面積の割合よりも大きい。従って、巻回型フィルムコンデンサに印加される電流に高周波リップル電流が重畳した際、当該高周波リップル電流は、表皮効果によりコンデンサ素子の表面側、すなわち最外周側の第１領域の電極層に集中するようになる。これにより、最内周側の第２領域の電極層における電流密度を低下させて、第２領域、すなわちコンデンサ素子の中心部周辺での発熱を良好に抑制することができる。この結果、この巻回型フィルムコンデンサでは、第１および第２領域の範囲（素子の径方向における厚み）や、第１および第２領域における誘電体フィルムの表面積に対する電極層の表面積の割合を調整することで、コンデンサ素子の発熱を良好に均一化することが可能となる。なお、コンデンサ素子の最外周側の第１領域と、最内周側の第２領域との間には、誘電体フィルムの表面積に対する電極層の表面積の割合が第１領域における割合と第２領域における割合との間の値とされた少なくとも１つの中間領域が含まれてもよい。
【０００８】
また、誘電体フィルムおよび電極層は、誘電体フィルムの巻回終了端から当該巻回終了端よりも巻回開始端側の第１位置までの範囲における誘電体フィルムの表面積に対する電極層の表面積の割合が、誘電体フィルムの巻回開始端から当該巻回開始端よりも巻回終了端側の第２位置までの範囲における誘電体フィルムの表面積に対する電極層の表面積の割合よりも大きくなるように形成されてもよい。この場合、第１位置は、第２位置と同一位置であってもよく、第２位置よりも巻回終了端側の位置であってもよい。
【０００９】
更に、誘電体フィルムおよび電極層は、誘電体フィルムの巻回開始端と巻回終了端との間に定められた境界位置から当該境界位置よりも巻回終了端側の第１位置までの範囲における誘電体フィルムの表面積に対する電極層の表面積の割合が、上記境界位置から当該境界位置よりも巻回開始端側の第２位置までの範囲における誘電体フィルムの表面積に対する電極層の表面積の割合よりも大きくなるように形成されてもよい。この場合、第１位置は、巻回終了端であってもよく、当該巻回終了端と上記境界位置との間の位置であってもよい。また、第２位置は、巻回開始端であってもよく、当該巻回開始端と上記境界位置との間の位置であってもよい。
【００１０】
そして、電極層は、誘電体フィルムに蒸着された金属膜により構成されてもよく、前記誘電体フィルムとは別体の金属箔であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による巻回型フィルムコンデンサを含む電力制御装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明による巻回型フィルムコンデンサを示す斜視図である。
【図３】本発明による巻回型フィルムコンデンサのコンデンサ素子を構成するメタライズドフィルムを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明による巻回型フィルムコンデンサ５０を含む電力制御装置（ＰＣＵ）１０を示す概略構成図である。同図に示す電力制御装置１０は、図示しないハイブリッド自動車や電気自動車に搭載された同期発電電動機（交流電動機）ＭＧを駆動するためのものである。図示するように、電力制御装置１０は、巻回型フィルムコンデンサ５０に加えて、例えばリチウムイオン二次電池またはニッケル水素二次電池であるバッテリ１からの電力を昇圧する電圧変換モジュール（昇圧コンバータ）２０やインバータ３０、平滑コンデンサ４０、電圧変換モジュール２０およびインバータ３０を制御する制御回路（マイクロコンピュータ）が実装された図示しない回路基板等を含む。
【００１４】
電圧変換モジュール２０は、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である２つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２と、各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２に対して逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとを含む。リアクトルＬの一端は、図示しないリレーを介してバッテリ１の正極端子に電気的に接続され、リアクトルＬの他端には、トランジスタ（上アーム）Ｔｒ１のエミッタと他方のトランジスタ（下アーム）Ｔｒ２のコレクタとが電気的に接続される。また、トランジスタＴｒ２のエミッタは、図示しないリレーを介してバッテリ１の負極端子に電気的に接続される。
【００１５】
これにより、電圧変換モジュール２０のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２をスイッチング制御することによりバッテリ１からの直流電力の電圧すなわち昇圧前電圧ＶＬを昇圧し、昇圧された電圧すなわち昇圧後電圧ＶＨをインバータ３０に供給することができる。また、電圧変換モジュール２０の２つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２をスイッチング制御することにより、インバータ３０側からの直流電圧を降圧し、降圧された電圧によりバッテリ１を充電することも可能となる。
【００１６】
インバータ３０は、６つのトランジスタと、各トランジスタに逆方向に並列接続された６つのダイオードとにより構成される（何れも図示省略）。６つのトランジスタは、インバータ３０の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側とになるよう２個ずつ対をなす。また、対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、電動機ＭＧの三相コイル（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各々が電気的に接続される。
【００１７】
平滑コンデンサ４０は、例えば２個のコンデンサ素子（図示省略）を含む。平滑コンデンサ４０の正極端子は、バスバーを介して上記トランジスタＴｒ１のコレクタおよびインバータ３０の正極母線に電気的に接続される。また、平滑コンデンサ４０の負極端子は、バスバーを介してバッテリ１の負極端子や上記トランジスタＴｒ２のエミッタ、インバータ３０の負極母線に電気的に接続される。これにより、電圧変換モジュール２０により昇圧された昇圧後電圧ＶＨは、平滑コンデンサ４０により平滑化される。
【００１８】
巻回型フィルムコンデンサ５０は、電力制御装置１０において、いわゆるフィルタコンデンサとして用いられる。巻回型フィルムコンデンサ５０の正極端子は、バスバーを介してバッテリ１の正極端子および上記リアクトルＬの一端に電気的に接続される。また、巻回型フィルムコンデンサ５０の負極端子は、バスバーを介してバッテリ１の負極端子や上記トランジスタＴｒ２のエミッタ、インバータ３０の負極母線に電気的に接続される。これにより、電圧変換モジュール２０のバッテリ１側の電圧すなわち昇圧前電圧ＶＬは、巻回型フィルムコンデンサ５０により平滑化される。
【００１９】
また、本実施形態において、バッテリ１の電力は、車両の車室内の空気調和を行う空気調和装置１００にも供給される。図１に示すように、空気調和装置１００は、バッテリ１からの電力により駆動されて冷媒を吸入・圧縮する圧縮機１０１を含む。圧縮機１０１は、バッテリ１に接続されるインバータ１０２と、当該インバータ１０２により駆動される交流モータＭとを有する電動インバータコンプレッサとして構成されている。従って、巻回型フィルムコンデンサ５０に印加される電流には、空気調和装置１００の電力系統からの高周波リップル電流が重畳することになる。
【００２０】
図２は、巻回型フィルムコンデンサ５０を示す斜視図である。同図に示すように、巻回型フィルムコンデンサ５０は、２枚のメタライズドフィルム５１を筒状に巻回することにより構成されたコンデンサ素子５５と、コンデンサ素子５５を収容する例えば樹脂製の外装部材（ケース）５７とを含む。各メタライズドフィルム５１は、プラスチックからなる長尺矩形状の誘電体フィルム５２と、当該誘電体フィルム５２の一方の表面に蒸着された金属膜からなる電極層５３とを有するものである。２枚のメタライズドフィルム５１は、一方の誘電体フィルム５２と他方の電極層５３とが当接するように重ね合わされ、当該２枚のメタライズドフィルム５１を複数回巻回することで、誘電体フィルム５２と電極層５３とが交互に重なり合うことになる。
【００２１】
また、コンデンサ素子５５の両端部には、溶融させた金属粒子を吹き付けることにより図示しないメタリコン電極が形成される。コンデンサ素子５５の一端側のメタリコン電極は、２枚のメタライズドフィルム５１の一方の電極層５３およびリード線５４に電気的に接続され、他端側のメタリコン電極は、他方のメタライズドフィルム５１の電極層５３およびリード線５４と電気的に接続される。更に、外装部材５７内には、図示しない封止樹脂が充填される。
【００２２】
図３は、コンデンサ素子５５を構成するメタライズドフィルム５１を示す平面図である。同図に示すように、各メタライズドフィルム５１の電極層５３は、それぞれ複数の電極部５３ａ，５３ｂと、それぞれ複数のヒューズ部５３ｃ，５３ｄ，５３ｇとを含む。複数の電極部５３ａおよび複数のヒューズ部５３ｃは、誘電体フィルム５２（メタライズドフィルム５１）の巻回開始端５２ｓ（第２位置）と、当該巻回開始端５２ｓと巻回終了端５２ｅとの間に予め定められた境界線（境界位置）５２ｂとの間の範囲に含まれるように誘電体フィルム５２上に形成される。本実施形態において、複数の電極部５３ａは、矩形状に形成されており、誘電体フィルム５２の長手方向および当該長手方向と直交する短手方向に間隔をおいて配列される。また、各ヒューズ部５３ｃは、長手方向において隣り合う電極部５３ａ同士または短手方向において隣り合う電極部５３ａ同士を電気的に接続する。これにより、メタライズドフィルム５１には、複数（４個）の電極部５３ａと複数（４個）のヒューズ部５３ｃとにより包囲される未蒸着部５３ｅが複数形成される。
【００２３】
また、複数の電極部５３ｂおよび複数のヒューズ部５３ｄは、誘電体フィルム５２（メタライズドフィルム５１）の巻回終了端５２ｅ（第１位置）と上記境界線５２ｂとの間の範囲に含まれるように誘電体フィルム５２上に形成される。本実施形態において、複数の電極部５３ｂも、矩形状に形成されており、誘電体フィルム５２の長手方向および短手方向に間隔をおいて配列される。また、各ヒューズ部５３ｄは、長手方向において隣り合う電極部５３ｂ同士または短手方向において隣り合う電極部５３ｂ同士を電気的に接続する。これにより、メタライズドフィルム５１には、複数（４個）の電極部５３ｂと複数（４個）のヒューズ部５３ｄとにより包囲される未蒸着部５３ｆが複数形成される。そして、境界線５２ｂを介して上記長手方向において隣り合う電極部５３ａと電極部５３ｂとは、ヒューズ部５３ｇを介して互いに電気的に接続されている。境界線５２ｂは、巻回終了端５２ｅよりも巻回開始端５２ｓ側かつ当該巻回開始端５２ｓよりも巻回終了端５２ｅ側の任意の位置に定められる。
【００２４】
図３に示すように、巻回終了端５２ｅと境界線５２ｂとの間の範囲に含まれる電極部５３ｂは、巻回開始端５２ｓと境界線５２ｂとの間の範囲に含まれる電極部５３ａよりも大きい表面積を有する。また、巻回終了端５２ｅと境界線５２ｂとの間の範囲に含まれる電極部５３ｂ間の間隔は、巻回開始端５２ｓと境界線５２ｂとの間の範囲に含まれる電極部５３ａ間の間隔よりも短い。更に、巻回終了端５２ｅと境界線５２ｂとの間の範囲に含まれる未蒸着部５３ｆは、巻回開始端５２ｓと境界線５２ｂとの間の範囲に含まれる未蒸着部５３ｅよりも小さい表面積を有する。すなわち、メタライズドフィルム５１（誘電体フィルム５２および電極層５３）は、巻回終了端５２ｅから境界線５２ｂまでの範囲における誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積（電極部５３ｂおよびヒューズ部５３ｄ等の総表面積）の割合が、巻回開始端５２ｓから境界線５２ｂまでの範囲における誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積（電極部５３ａおよびヒューズ部５３ｃ等の総表面積）の割合よりも大きくなるように形成される。
【００２５】
この結果、２枚のメタライズドフィルム５１を巻回することにより構成されるコンデンサ素子５５には、それぞれ複数の電極部５３ｂおよびヒューズ部５３ｄを含む最外周側の第１領域５５１と、それぞれ複数の電極部５３ａおよびヒューズ部５３ｃを含む最内周側の第２領域５５２とが形成される（図２参照）。そして、第１領域５５１における誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積（電極部５３ｂおよびヒューズ部５３ｄ等の総表面積）の割合は、第２領域５５２における誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積（電極部５３ａおよびヒューズ部５３ｃ等の総表面積）の割合よりも大きくなる。
【００２６】
上述のように構成される巻回型フィルムコンデンサ５０を含む電力制御装置１０や空気調和装置１００の作動中、巻回型フィルムコンデンサ５０に印加される電流には、空気調和装置１００の電力系統からの高周波リップル電流が重畳することになる。そして、当該高周波リップル電流は、誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積の割合がコンデンサ素子５５の第２領域５５２に比べて第１領域５５１で大きくなっていることから、表皮効果によりコンデンサ素子５５の表面側、すなわち最外周側の第１領域５５１の電極層５３に集中するようになる。これにより、最内周側の第２領域５５２の電極層５３における電流密度を低下させて、第２領域５５２、すなわちコンデンサ素子５５の中心部周辺での発熱を良好に抑制することが可能となる。
【００２７】
また、本実施形態において、コンデンサ素子５５を構成するメタライズドフィルム５１は、巻回終了端５２ｅから境界線５２ｂまでの範囲における誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積の割合が、巻回開始端５２ｓから境界線５２ｂまでの範囲における誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積の割合よりも大きくなるように形成される。これにより、２枚のメタライズドフィルム５１を巻回すれば、第１領域５５１と第２領域５５２とを誘電体フィルム５２および電極層５３の表面積の割合が互いに異なるようにコンデンサ素子５５に容易に形成することが可能となる。
【００２８】
以上説明したように、電力制御装置１０に含まれる巻回型フィルムコンデンサ５０は、誘電体フィルム５２と電極層５３とを有するメタライズドフィルム５１を巻回することにより構成されたコンデンサ素子５５を含む。そして、巻回型フィルムコンデンサ５０では、コンデンサ素子５５の最外周側の第１領域５５１における誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積の割合が、最内周側の第２領域５５２における誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積の割合よりも大きくなっている。これにより、巻回型フィルムコンデンサ５０では、第１および第２領域５５１，５５２の範囲（コンデンサ素子５５の径方向における厚み）や、第１および第２領域５５１，５５２における誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積の割合を調整することで、コンデンサ素子５５の発熱を良好に均一化することができる。
【００２９】
なお、巻回型フィルムコンデンサ５０において、コンデンサ素子５５の最外周側の第１領域５５１と、最内周側の第２領域５５２との間に、誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積の割合が第１領域５５１における割合と第２領域５５２における割合との間の値とされた少なくとも１つの中間領域が含まれてもよい。すなわち、コンデンサ素子５５は、内周（中心）側から外周側に向かうにつれて誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積の割合が段階的に増加するように構成されてもよい。この場合、メタライズドフィルム５１（誘電体フィルム５２および電極層５３）に対して、上記境界線（境界位置）５２ｂを複数設定すればよい。そして、ある境界線５２ｂから当該境界線５２ｂよりも巻回終了端５２ｅ側の他の境界線５２ｂあるいは巻回終了端５２ｅ（第１位置）までの範囲における誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積の割合を、上記境界線５２ｂから当該境界線５２ｂよりも巻回開始端５２ｓ側の他の境界線５２ｂあるいは巻回開始端５２ｓ（第２位置）までの範囲における誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積の割合よりも大きくすればよい。
【００３０】
また、コンデンサ素子５５は、内周（中心）側から外周側に向かうにつれて誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積の割合が漸増するように構成されてもよい。この場合、メタライズドフィルム５１は、巻回開始端５２ｓから巻回終了端５２ｅに向かうにつれて誘電体フィルム５２の表面積に対する電極層５３の表面積の割合が漸増するように形成されればよい。
【００３１】
更に、メタライズドフィルム５１は、誘電体フィルム５２および電極層５３の表面積の割合が互いに異なるように形成された複数のメタライズドフィルムを互いに接合（少なくとも電極層５３同士を接続）することにより構成されてもよい。また、誘電体フィルム５２に蒸着される電極層５３（金属膜）の蒸着パターンは、上述のものには限られず、任意のパターンとされ得る。更に、コンデンサ素子５５は、上述のような蒸着電極型素子に限られるものではなく、互いに分離された誘電体フィルム５２と電極層５３とを巻回することにより構成される箔電極型素子であってもよい。
【００３２】
そして、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記発明を実施するための形態は、あくまで課題を解決するための手段の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、巻回型フィルムコンデンサの製造産業等において利用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１  バッテリ、１０  電力制御装置、２０  電圧変換モジュール、３０  インバータ、４０  平滑コンデンサ、５０  巻回型フィルムコンデンサ、５１  メタライズドフィルム、５２  誘電体フィルム、５２ｂ  境界線、５２ｅ  巻回終了端、５２ｓ  巻回開始端、５３  電極層、５３ａ，５３ｂ  電極部、５３ｃ，５３ｄ，５３ｇ  ヒューズ部、５３ｅ，５３ｆ  未蒸着部、５４  リード線、５５  コンデンサ素子、５７  外装部材、１００  空気調和装置、１０１  圧縮機、１０２  インバータ、５５１  第１領域、５５２  第２領域、Ｄ１，Ｄ２  ダイオード、Ｌ  リアクトル、Ｍ  交流モータ、ＭＧ  同期発電電動機、Ｔｒ１，Ｔｒ２  トランジスタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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