JP2016058688A - コンデンサモジュールおよびコンデンサモジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レイアウトの自由度が高いコンデンサモジュールおよびコンデンサモジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】コンデンサモジュール１０は、バスバー５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂが接続されたコンデンサ素子２０と、ケース３０と、封止樹脂４０を備える。ケース３０は、開口部３１を有し、内部にコンデンサ素子２０が収納される。封止樹脂４０は、ケース３０内に充填され、コンデンサ素子２０を封止する。ケース３０からバスバー５０ｂ，５１ｂが貫通孔３２ａ，３２ｂを通して突出している。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンデンサモジュールおよびコンデンサモジュールの製造方法に関するものである。

スイッチング方式の電力変換装置は、上下のアームを構成する複数の半導体スイッチング素子、コンデンサ等により構成されている。コンデンサの使用形態として、コンデンサ素子をケースに収納して樹脂で封止したコンデンサモジュールが用いられる（例えば、特許文献１）。コンデンサモジュールの製造方法としては例えば次のようになる。コンデンサ素子とバスバーとを、はんだ付け等により接続した後、開口部を有するケースに入れる。引き続き、バスバーがケースの開口部から引き出された状態で樹脂をケースに注入するとともに注入した樹脂を硬化させる。

特開２０１１−２３９６７９号公報

ところが、バスバーはケースの開口部からしか引き出すことができないため、レイアウトの関係で例えばケースにおける開口部とは反対側に結線対象の部品が配置される場合においてはバスバーの長さが長くなってしまう。

本発明の目的は、レイアウトの自由度が高いコンデンサモジュールおよびコンデンサモジュールの製造方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、バスバーが接続されたコンデンサ素子と、開口部を有し、内部に前記コンデンサ素子が収納されたケースと、前記ケース内に充填され、前記コンデンサ素子を封止する封止樹脂と、を備え、前記ケースから前記バスバーが貫通孔または切欠きを通して突出してなることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、バスバーが接続されたコンデンサ素子が、開口部を有するケースの内部に収納され、ケース内に充填された封止樹脂によりコンデンサ素子が封止される。ここで、ケースからバスバーが貫通孔または切欠きを通して突出している。よって、レイアウトの自由度が高いものとなる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載のコンデンサモジュールにおいて、前記コンデンサ素子に接続される複数の前記バスバーが前記ケースの異なる面から突出してなるとよい。

請求項３に記載のように、請求項２に記載のコンデンサモジュールにおいて、前記ケースにおける前記異なる面は、対向する面であるとよい。
請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンデンサモジュールにおいて、前記コンデンサ素子に接続される複数の前記バスバーの少なくとも１つは前記ケースの開口部から突出しているとよい。

請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンデンサモジュールにおいて、前記ケースにおける前記バスバーが通る部位をシールするシール部材を更に備えるとよい。

請求項６に記載の発明では、開口部を有するケースに対し前記開口部から、バスバーが接続されたコンデンサ素子を、前記ケースから前記バスバーが貫通孔または切欠きを通して突出する状態で配置する第１工程と、前記第１工程後において、前記ケース内に封止樹脂を注入するとともに前記封止樹脂を硬化して前記コンデンサ素子を樹脂封止する第２工程と、を有することを要旨とする。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１に記載のコンデンサモジュールを製造することができる。
請求項７に記載のように、請求項６に記載のコンデンサモジュールの製造方法において、前記第１工程後における前記ケース内に前記封止樹脂を注入する前に、前記ケースにおける前記バスバーが通る部位をシールするとよい。

請求項８に記載のように、請求項７に記載のコンデンサモジュールの製造方法において、前記第２工程において前記封止樹脂を硬化した後に前記バスバーが通る部位をシールするシール部材を取り外すとよい。

本発明によれば、レイアウトの自由度を高くすることができる。

（ａ）は実施形態におけるコンデンサモジュールの平面図、（ｂ）はコンデンサモジュールの正面図、（ｃ）はコンデンサモジュールの左側面図。 図１（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。 コンデンサモジュールの分解斜視図。 電力変換装置の電気的構成を示す回路図。 コンデンサモジュールにおける周辺機器との接続状態を説明するための側面図。 コンデンサモジュールの製造工程を説明するための縦断面図。 コンデンサモジュールの製造工程を説明するための縦断面図。 （ａ）は別例のコンデンサモジュールを示す正面図、（ｂ）は同じく右側面図。 別例のコンデンサモジュールを示す正面図。 別例のコンデンサモジュールを示す正面図。 別例のコンデンサモジュールを示す正面図。 別例のコンデンサモジュールを示す正面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１，２，３に示すように、コンデンサモジュール１０は、バスバー５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂが接続されたコンデンサ素子２０と、直方体をなすケース３０と、エポキシ樹脂よりなる封止樹脂（ポッティング樹脂）４０と、を備える。

図３に示すように、コンデンサ素子２０は、フィルムコンデンサ２１を複数（図３では３個）備えるとともに、正極板２２および負極板２３を有する。フィルムコンデンサ２１が３個並べて立設した状態で配置されている。各フィルムコンデンサ２１の上面に配される正極電極には帯板状の正極板２２が接合されている。また、各フィルムコンデンサ２１の下面に配される負極電極には帯板状の負極板２３が接合されている。コンデンサ素子２０における帯板状の正極板２２および帯板状の負極板２３は水平方向に平行に延設されている。

コンデンサ素子２０の正極板２２には帯板状のバスバー５０ａおよび帯板状のバスバー５０ｂが、はんだ付けにより接合されている。本実施形態ではバスバー５０ａとバスバー５０ｂとは１本の帯板で構成されており、コンデンサ素子２０の正極板２２からバスバー５０ａが上方に真っ直ぐ延びるとともにバスバー５０ｂが下方に真っ直ぐ延びている。

コンデンサ素子２０の負極板２３には帯板状のバスバー５１ａおよび帯板状のバスバー５１ｂが、はんだ付けにより接合されている。本実施形態ではバスバー５１ａとバスバー５１ｂとは１本の帯板で構成されており、コンデンサ素子２０の負極板２３からバスバー５１ａが上方に真っ直ぐ延びるとともにバスバー５１ｂが下方に真っ直ぐ延びている。

ケース３０は樹脂よりなる。直方体をなすケース３０は、６つの面Ｓ１〜Ｓ６のうち、上面Ｓ１が開口する開口部３１であり、底面Ｓ２および４つの側面Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６を有する。ケース３０の底面Ｓ２には帯板状のバスバー５０ｂが通る貫通孔３２ａおよび帯板状のバスバー５１ｂが通る貫通孔３２ｂが形成されている。貫通孔３２ａは、断面長方形のバスバー５０ｂよりも若干大きく形成されている。同様に、貫通孔３２ｂは、断面長方形のバスバー５１ｂよりも若干大きく形成されている。

そして、ケース３０の上面の開口部３１からコンデンサ素子２０がケース３０の内部に挿入され、バスバー５０ｂ，５１ｂが貫通孔３２ａ，貫通孔３２ｂを通る状態でコンデンサ素子２０がケース３０内に収納される。

このように、ケース３０は、開口部３１を有し、内部にコンデンサ素子２０が収納される。ケース３０からバスバー５０ｂ，５１ｂが貫通孔３２ａ，３２ｂを通して突出している。封止樹脂４０がケース３０内に充填され、コンデンサ素子２０を封止している。

また、ケース３０におけるバスバー５０ｂ，５１ｂが通る部位がシール部材８０，８１によりシールされている。シール部材８０，８１はゴム材よりなる。シール部材８０，８１は、筒部８２と、筒部８２の一端での外周面に形成されたフランジ部８３よりなる。筒部８２の外周面がケース３０の貫通孔３２ａ，３２ｂの内壁と密着するとともに筒部８２の内壁面にはバスバー５０ｂ，５１ｂが密着する。フランジ部８３は貫通孔３２ａ，３２ｂへのシール部材８０，８１の挿入時にケース３０の外壁面に接触するストッパとなる。

図４に示すように、電力変換装置としてのＤＣ／ＡＣインバータ６０は、コンデンサ６２と、６つの半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６を有する。２つの半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、２つの半導体スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４、２つの半導体スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６が、それぞれ、直列接続され、各直列回路が並列に接続されている。上下のアームを構成する２つの半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の中間点からＵ相端子が接続されている。また、上下のアームを構成する２つの半導体スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の中間点からＶ相端子が接続されている。さらに、上下のアームを構成する２つの半導体スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の中間点からＷ相端子が接続されている。

バッテリ電源６１の正極にコンデンサ６２の正極が接続されるとともに半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５が接続されている。また、バッテリ電源６１の負極にコンデンサ６２の負極が接続されるとともに半導体スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６が接続されている。

図４のコンデンサ６２は、図１，２に示したように、コンデンサモジュール１０としてモジュール化されている。また、図４における６つの半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６は、図５に示すように、パワーモジュール７０としてモジュール化されている。

そして、図５に示すように、コンデンサモジュール１０においてケース３０から突出する正極用のバスバー５０ｂがバッテリ電源６１と接続されるとともに正極用のバスバー５０ａがパワーモジュール７０と接続される。また、コンデンサモジュール１０においてケース３０から突出する負極用のバスバー５１ｂがバッテリ電源６１と接続されるとともに負極用のバスバー５１ａがパワーモジュール７０と接続される。

次に、コンデンサモジュール１０の製造工程について説明する。
図６に示すように、バスバー５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂが接続されたコンデンサ素子２０を用意し、コンデンサ素子２０をケース３０の開口部３１からケース３０内に配置する。このとき、バスバー５０ｂ，５１ｂをケース３０の貫通孔３２ａ，３２ｂに通す。これにより、ケース３０からバスバー５０ｂ，５１ｂが貫通孔３２ａ，３２ｂを通して突出する。

そして、図７に示すように、ケース３０におけるバスバー５０ｂ，５１ｂが通る部位をシール部材８０，８１でシールする。
引き続き、図１，２に示すように、ケース３０の開口部３１からケース３０内に、硬化前の封止樹脂４０を注入するとともに、封止樹脂４０を硬化してコンデンサ素子２０を樹脂封止する。

このようにして、コンデンサモジュール１０の製造の際には、箱形の樹脂製ケース３０の一面である上面Ｓ１はエポキシ樹脂よりなる封止樹脂４０を注入するための開口部３１であるが、開口部３１とは反対の面である底面Ｓ２にバスバー取り出し用の貫通孔３２ａ，３２ｂを設ける。そして、バスバー５０ｂ，５１ｂと貫通孔３２ａ，３２ｂの隙間を埋めるシール部材（ゴム栓）８０，８１を取り付ける。つまり、シール部材（ゴム栓）８０，８１により硬化前の封止樹脂が流れ出るのを防止する。さらに、エポキシ樹脂よりなる封止樹脂４０を注入し硬化させる。

シール部材８０，８１は封止樹脂４０を硬化した後にケース３０から取り外してもよい。つまり、シール部材８０，８１を、硬化前の封止樹脂４０がケース３０内から漏れ出ないようにするシール用の治具として用いて、硬化後にシール治具としてのシール部材８０，８１を外すようにしてもよい。

その後、図５に示すように、コンデンサモジュール１０においてケース３０から突出するバスバー５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂをバッテリ電源６１およびパワーモジュール７０と接続する。

このようにして、バスバー５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂの取り出し位置をケース３０の開口部３１以外にも設けることで、配線の自由度が大きくなる。また、新たに設けた貫通孔３２ａ，３２ｂとバスバー５０ｂ，５１ｂの隙間を埋めるシール部材８０，８１を設ける。これにより、バスバーを用いた配線の長さの短縮によるバスバーでの電気抵抗を減らして熱に変わるロスや電気的ロスの低減が図られる。また、バスバーの長さの低減によるコストダウンが図られる。さらに、配線の長さの低減による体格低減が図られる。また、配線構造が簡素化され、パワーモジュール７０とコンデンサ素子２０との間のインダクタンスの低減が図られる。さらに、レイアウトの関係でケースにおける開口部とは反対側に結線対象の部品が配置される場合に対応でき、レイアウトの自由度が高くなる。また、配線の引き回し用のバスバーが不要になり、部品点数の削減が図られる。

上述したように上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）コンデンサモジュール１０の構成として、ケース３０からバスバー５０ｂ，５１ｂが貫通孔３２ａ，３２ｂを通して突出している。よって、バスバー５０ｂ，５１ｂはケース３０の開口部３１から引き出すのではなくケース３０を貫通して引き出されることによりレイアウトの自由度が高いものとなる。

（２）コンデンサ素子２０に接続される複数のバスバー５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂがケース３０の異なる面から突出しているので、実用的である。
（３）ケース３０における異なる面は、対向する面、即ち、上面Ｓ１および底面Ｓ２であるので、小型化を図る上で好ましいものとなる。

（４）コンデンサ素子２０に接続される複数のバスバー５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂの少なくとも１つのバスバー５０ａ，５１ａはケース３０の開口部３１から突出しているので、このバスバー５０ａ，５１ａではシールする必要がなくなり、シール部品を少なくして製造容易となる。

（５）ケース３０におけるバスバー５０ｂ，５１ｂが通る部位をシールするシール部材８０，８１を更に備えたので、硬化前の封止樹脂４０を確実にシールすることができる。
（６）コンデンサモジュールの製造方法として、第１工程と第２工程とを有する。第１工程においては、開口部３１を有するケース３０に対し開口部３１から、バスバー５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂが接続されたコンデンサ素子２０を、ケース３０からバスバー５０ｂ，５１ｂが貫通孔３２ａ，３２ｂを通して突出する状態で配置する。第２工程においては、第１工程後において、ケース３０内に封止樹脂４０を注入するとともに封止樹脂４０を硬化してコンデンサ素子２０を樹脂封止する。これにより、上記（１）のコンデンサモジュール１０を製造することができる。

（７）第１工程後におけるケース３０内に封止樹脂４０を注入する前に、ケース３０におけるバスバー５０ｂ，５１ｂが通る部位をシールするので、封止樹脂が流れ出すことを防止することができる。

（８）第２工程において封止樹脂４０を硬化した後にバスバー５０ｂ，５１ｂが通る部位をシールするシール部材８０，８１を取り外すことにより、軽量化できる。また場合によってはシール部材８０，８１を再利用できる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・実施形態ではシール部材８０，８１としてゴム栓（粘性のあるゴム製の栓）を用いているが、樹脂製の栓であってもよい。他にも、塗ってシールするコーキング材であってもよく、粘性のある液体で隙間を埋めるようにしてもよい。

・バスバーの本数は限定されない。
・バスバー（５０ｂ，５１ｂ）の取り出し面は封止樹脂注入用の開口部３１の逆側の底面に限定されない。具体例を、図８，９，１０，１１，１２を用いて説明する。

図８（ａ）においては、ケース３０の上面Ｓ１の開口部３１に対し、側面Ｓ５からバスバー９０ａ，９１ａを突出させるとともに、側面Ｓ５に対向する側面Ｓ６からバスバー９０ｂ，９１ｂを突出させている。バスバー９０ａ，９０ｂは正極用であり、バスバー９１ａ，９１ｂは負極用である。ここで、ケース３０におけるバスバー９０ａ，９０ｂ，９１ａ，９１ｂが通る部位には例えば図８（ｂ）に示すように切欠き（スリット）３５，３６が形成され、切欠き３５，３６は上面Ｓ１に開口している。そして、ケース３０からバスバー９０ｂ，９１ｂが切欠き３５，３６を通して突出している。バスバー９０ａ，９１ａについても同様に切欠きを通してケース３０から突出している。切欠き３５，３６の部分はたとえば板状のシール部材を配置して封止樹脂４０を充填・硬化させると良い。

図９においては、ケース３０の上面Ｓ１の開口部３１からバスバー９２ａ，９３ａを突出させるとともに、側面Ｓ６からバスバー９２ｂ，９３ｂを突出させている。バスバー９２ａ，９２ｂは正極用であり、バスバー９３ａ，９３ｂは負極用である。

図１０においては、ケース３０の上面Ｓ１の開口部３１からバスバー９４ａ，９５ａを突出させ、側面Ｓ６からバスバー９４ｂを突出させるとともに側面Ｓ６に対向する側面Ｓ５からバスバー９５ｂを突出させている。バスバー９４ａ，９４ｂは正極用であり、バスバー９５ａ，９５ｂは負極用である。

図１１においては、ケース３０の上面Ｓ１の開口部３１に対し、側面Ｓ６からバスバー９６ａ，９７ａを突出させるとともに、底面Ｓ２からバスバー９６ｂ，９７ｂを突出させている。バスバー９６ａ，９６ｂは正極用であり、バスバー９７ａ，９７ｂは負極用である。

図１２においては、ケース３０の上面Ｓ１の開口部３１に対し、側面Ｓ６からバスバー９８ａを突出させるとともに、底面Ｓ２からバスバー９８ｂを突出させている。また、側面Ｓ６に対向する側面Ｓ５からバスバー９９ａを突出させるとともに、底面Ｓ２からバスバー９９ｂを突出させている。バスバー９８ａ，９８ｂは正極用であり、バスバー９９ａ，９９ｂは負極用である。

・ケースにおけるバスバーが貫通する部位においてバスバーと貫通孔の内壁との隙間が小さい場合にはシール部材を不要にしてもよい。即ち、シール部材（ゴム栓等）を取り付ける部位の隙間が小さく硬化前のエポキシ等の封止樹脂の流出がない場合は、シール部材（ゴム栓等）を使用しなくてもよい。

・ケース３０の材質は樹脂に限定されない。
・コンデンサ素子２０としてフィルムコンデンサを用いたが、他にも、例えば電解コンデンサを用いてもよい。

・異なる面から突出するバスバーは、同電位の場合（例えば５０ａと５０ｂ）、上記実施形態では一体として形成したが、別々の部品としても良いが、一体としたほうが部品点数が少なく好ましい。また、対向する面から突出させる場合、一体としたほうがバスバーの加工が少なくて済み好ましい。

・図４ではインバータ（ＤＣ／ＡＣインバータ）に適用し、コンデンサモジュールにバッテリ電源およびパワーモジュールが接続される場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路等）に適用してもよい。

１０…コンデンサモジュール、２０…コンデンサ素子、３０…ケース、３１…開口部、３２ａ…貫通孔、３２ｂ…貫通孔、３５…切欠き、３６…切欠き、４０…封止樹脂、５０ａ…バスバー、５０ｂ…バスバー、５１ａ…バスバー、５１ｂ…バスバー、８０…シール部材、８１…シール部材、９０ａ…バスバー、９０ｂ…バスバー、９１ａ…バスバー、９１ｂ…バスバー、９２ａ…バスバー、９２ｂ…バスバー、９３ａ…バスバー、９３ｂ…バスバー、９４ａ…バスバー、９４ｂ…バスバー、９５ａ…バスバー、９５ｂ…バスバー、９６ａ…バスバー、９６ｂ…バスバー、９７ａ…バスバー、９７ｂ…バスバー、９８ａ…バスバー、９８ｂ…バスバー、９９ａ…バスバー、９９ｂ…バスバー、Ｓ１…上面、Ｓ２…底面、Ｓ３〜Ｓ６…側面。

Claims (8)

1. バスバーが接続されたコンデンサ素子と、
   開口部を有し、内部に前記コンデンサ素子が収納されたケースと、
   前記ケース内に充填され、前記コンデンサ素子を封止する封止樹脂と、
   を備え、
   前記ケースから前記バスバーが貫通孔または切欠きを通して突出してなることを特徴とするコンデンサモジュール。
2. 前記コンデンサ素子に接続される複数の前記バスバーが前記ケースの異なる面から突出してなることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサモジュール。
3. 前記ケースにおける前記異なる面は、対向する面であることを特徴とする請求項２に記載のコンデンサモジュール。
4. 前記コンデンサ素子に接続される複数の前記バスバーの少なくとも１つは前記ケースの開口部から突出していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンデンサモジュール。
5. 前記ケースにおける前記バスバーが通る部位をシールするシール部材を更に備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンデンサモジュール。
6. 開口部を有するケースに対し前記開口部から、バスバーが接続されたコンデンサ素子を、前記ケースから前記バスバーが貫通孔または切欠きを通して突出する状態で配置する第１工程と、
   前記第１工程後において、前記ケース内に封止樹脂を注入するとともに前記封止樹脂を硬化して前記コンデンサ素子を樹脂封止する第２工程と、
   を有することを特徴とするコンデンサモジュールの製造方法。
7. 前記第１工程後における前記ケース内に前記封止樹脂を注入する前に、前記ケースにおける前記バスバーが通る部位をシールするようにしたことを特徴とする請求項６に記載のコンデンサモジュールの製造方法。
8. 前記第２工程において前記封止樹脂を硬化した後に前記バスバーが通る部位をシールするシール部材を取り外すようにしたことを特徴とする請求項７に記載のコンデンサモジュールの製造方法。