JP7298365B2 - コンデンサモジュール - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、コンデンサモジュールに関する。

特許文献１には、２種類のコンデンサ素子を一つのケースに収容するコンデンサモジュールが開示されている。特許文献１のコンデンサモジュールでは、一方のフィルタコンデンサにより昇圧前の電圧を平滑化し、他方の平滑コンデンサにより昇圧後の電圧を平滑化する。特許文献１のコンデンサモジュールでは、２種類のコンデンサモジュールが一列に並ぶようにケースに収容されている。特許文献１のコンデンサモジュールは、２種類のコンデンサ素子に電気的に接続される回路基板を備えている。回路基板には、例えば放電抵抗等が設けられている。

特開２０１６－０７３０９６号公報

電圧を平滑化するコンデンサ素子のサイズは、コンデンサ素子に印加される電圧の大きさにより異なる。大きな電圧が印加される場合には、コンデンサ素子のサイズは大きくなる。一方、それほど大きくない電圧が印加される場合には、コンデンサ素子のサイズを大きくする必要はない。サイズの異なる２種類のコンデンサを、一つのケースに一列に並ぶように収容することがある。

複数のコンデンサ素子が一列に並ぶように収容されるケースの形状は、コンデンサ素子が並ぶ方向に延びる矩形となる。矩形形状のケースは、長手方向に直交する方向に曲がりやすい。矩形形状のケースは、長手方向に直交する方向の曲げ剛性が弱い。サイズの異なる２種類のコンデンサを一つのケースに収容する場合、大きなコンデンサ素子を収容している部位ではコンデンサモジュールの長手方向に直交する方向の断面積は大きくなる。一方、小さなコンデンサ素子を収容している部位では、長手方向に直交する方向のコンデンサモジュールの断面積は小さくなる。その結果、コンデンサモジュールの断面積の小さな部位では、断面積の大きな部位に比して長手方向に直交する方向の曲げ剛性が低下する。

コンデンサモジュールの剛性低下を抑制する方法としては、コンデンサモジュールの剛性が弱い部分にリブ等を設けたり、ケースの板厚を増加させたりする方法が知られている。しかしながら、それらの方法では、使用するケースの材料の量が増加するため、コストが増加し、質量効率を悪化させる。本明細書では、低コストで質量効率よくコンデンサモジュールの剛性を向上させることができるコンデンサモジュールを提示する。

本明細書が開示するコンデンサモジュールは、小型コンデンサ素子と、大型コンデンサ素子と、ケースと、を備えている。大型コンデンサ素子は、一方向の長さが小型コンデンサ素子よりも長い。ケースは、小型コンデンサ素子と、大型コンデンサ素子とを、一方向に直交する方向に並べて収容する。ケースの一方向のどちらかの側面には、小型コンデンサ素子および大型コンデンサ素子に電気的に接続される回路基板が設けられている。本明細書が開示するコンデンサモジュールの回路基板は、側面に直交するとともに、ケースの小型コンデンサ素子を収容する部位と大型コンデンサ素子を収容する部位を跨るように延びている。

本明細書が開示するコンデンサモジュールでは、ケースの小型コンデンサ素子を収容する部位から大型コンデンサ素子を収容する部位に跨るように、回路基板を直交させている。回路基板は、ケースの側面と直交するように延びている基板台に固定される。回路基板および基板台によってコンデンサモジュールの断面積の大きな部位と断面積の小さな部位とが一体化する。その結果、断面積の小さな部位の剛性が向上する。この回路基板には、例えば放電抵抗等が設けられており、ケース内のコンデンサ素子に電気的に接続されることでコンデンサモジュールが機能する。このように、上記したコンデンサモジュールは、コンデンサモジュールが機能するために必要となる回路基板を利用して剛性を向上させる。上記したコンデンサモジュールは、剛性を向上させるためにリブ等を別に設ける必要がない。すなわち、本明細書が開示するコンデンサモジュールは、低コストで質量効率よく剛性を向上させることができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例のコンデンサモジュールの平面図である。 実施例のコンデンサモジュールの側面図である。

図面を参照して実施例のコンデンサモジュールについて説明する。図１は、実施例のコンデンサモジュール１０の平面視を示す。コンデンサモジュール１０は、ケース２と、小型バスバ１４と、大型バスバ１６と、を備えている。ケース２には、Ｘ軸方向正側の端部に締結部１２ａが設けられており、Ｙ軸方向負側の側面には締結部１２ｂが設けられており、Ｘ軸方向負側の端部には締結部１２ｃが設けられている。コンデンサモジュール１０は、例えば、電気自動車の駆動電力を制御するＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を構成する部品であり、締結部１２ａ～１２ｃを用いて、不図示のＰＣＵケースに固定される。

ケース２は、破線で示される平滑コンデンサ素子４と、２個のフィルタコンデンサ素子６と、を収容している。平滑コンデンサ素子４は、２個の小型バスバ１４を介してＰＣＵケース内の昇圧コンデンサに接続される。フィルタコンデンサ素子６は、大型バスバ１６を介してＰＣＵケース内の積層ユニットに接続される。なお、本明細書では、ＰＣＵケース内のコンデンサモジュール１０周辺に配置される昇圧コンデンサや積層ユニット等の周辺部品については、説明および図示を省略する。

図１に示すように、ケース２の平滑コンデンサ素子４を収容する部位とフィルタコンデンサ素子６を収容する部位の間には、軽量化部８が設けられている。軽量化部８は、複数の凹部で形成される。図１および図２に示すように、コンデンサ素子は、ケース２の表面付近まで収容されている。そのため、ケース２のコンデンサ素子を収容する部位には、凹部で形成される軽量化部８を設けることができない。実施例のコンデンサモジュール１０では、ケース２のコンデンサ素子を収容していない部位に軽量化部８を設けることで、ケース２を形成するための材料を低減し、低コスト化を実現するとともに、質量効率を向上させている。

また、詳細は後述するが、図１に破線で示されるように、コンデンサモジュール１０のＺ軸方向負側（すなわち、紙面奥側の面）には、回路基板２０がＸ軸方向に延びるように配置されている。回路基板２０は、平滑コンデンサ素子４およびフィルタコンデンサ素子６に電気的に接続されている。回路基板２０には、一例として放電抵抗が設けられている。回路基板２０の放電抵抗は、平滑コンデンサ素子４およびフィルタコンデンサ素子６を放電するために用いられる。

図２を参照して、実施例のコンデンサモジュール１０の形状についてさらに説明する。図２は、コンデンサモジュール１０の側面視である。先に述べたように、ケース２は、２種類のコンデンサ素子を収容している。図２に示すように、平滑コンデンサ素子４のＺ軸方向の長さよりフィルタコンデンサ素子６のＺ軸方向の長さの方が長い。ケース２は、小型の平滑コンデンサ素子４と、大型のフィルタコンデンサ素子６と、をＺ軸方向に直交するＸ軸方向に並べて収容している。

先に述べたように、ケース２は、複数個のコンデンサ素子をＸ軸方向に一列に並べて収容している。このため、図１に示すように、コンデンサモジュール１０は、平面視でＸ軸方向に延びる矩形となる。矩形のコンデンサモジュール１０は、長手方向（すなわち、Ｘ軸方向）に直交する方向（すなわち、Ｚ軸方向）に変形しやすい。先に述べたように、コンデンサモジュール１０は、Ｘ軸方向の両端部と、Ｙ軸方向の側面に設けられている締結部１２ａ～１２ｃを用いてＰＣＵケースに固定される。このため、Ｘ軸方向に延びる矩形形状のコンデンサモジュール１０がＺ軸方向に変形すると、各締結部のＺ軸方向の位置がずれる。その結果、コンデンサモジュール１０は、ＰＣＵケースに固定しづらくなる。

図２に示すように、コンデンサモジュール１０は、平滑コンデンサ素子４を収容する部位におけるＺ軸方向の長さよりもフィルタコンデンサ素子６を収容する部位におけるＺ軸方向の長さの方が長い。一方、図１に示すように、コンデンサモジュール１０は、平滑コンデンサ素子４を収容する部位におけるＹ軸方向の長さとフィルタコンデンサ素子６を収容する部位におけるＹ軸方向の長さは、ほぼ同等である。すなわち、コンデンサモジュール１０のＸ軸に直交する方向での断面積は、平滑コンデンサ素子４を収容する部位よりも、フィルタコンデンサ素子６を収容する部位の方が大きい。

コンデンサモジュール１０では、平滑コンデンサ素子４を収容する部位の方が、フィルタコンデンサ素子６を収容する部位に比してＺ軸方向に変形しやすい。以下、平滑コンデンサ素子４を収容する部位の剛性を向上させるために実施例のコンデンサモジュール１０が採用する構造について説明する。

図２に示すように、コンデンサモジュール１０のＺ軸方向負側の側面には、回路基板２０が取り付けられている。先に述べたように、回路基板２０は、平滑コンデンサ素子４およびフィルタコンデンサ素子６に電気的に接続されている。回路基板２０は、コンデンサモジュール１０のＺ軸方向負側の側面に直交している。回路基板２０は、ケース２の平滑コンデンサ素子４を収容する部位とフィルタコンデンサ素子６を収容する部位に跨るようにＸ軸方向に延びている。

回路基板２０は、ケース２と一体で形成される基板台１８に固定されている。基板台１８は、Ｘ軸方向に延びる平板である。基板台１８は、Ｙ軸方向負側の面にボス２２と、縦リブ２４と、横リブ２６と、を備えている。ケース２の側面に直交するとともにＸ軸方向に延びる回路基板２０および基板台１８は、コンデンサモジュール１０のＺ軸方向への変形を抑制する。回路基板２０および基板台１８は、先に述べたように、ケース２の平滑コンデンサ素子４を収容する部位とフィルタコンデンサ素子６を収容する部位に跨るようにＸ軸方向に延びている。回路基板２０および基板台１８は、コンデンサモジュール１０の断面積の小さい部位と大きい部位とを一体化する。その結果、Ｚ軸方向に変形しやすいケース２の平滑コンデンサ素子４を収容する部位がＺ軸方向に変形しにくくなる。別言すれば、コンデンサモジュール１０の剛性が向上する。

先に述べたように、回路基板２０は、ケース２内に収容される平滑コンデンサ素子４およびフィルタコンデンサ素子６に電気的に接続されている。回路基板２０には、一例として放電抵抗が設けられており、各コンデンサ素子が蓄電した電力を放電する。回路基板２０は、コンデンサモジュール１０を電子部品として機能させる。実施例のコンデンサモジュール１０は、上記したように、剛性を向上させるためにリブ等を別に設けることなく、コンデンサモジュール１０を機能させるために必要な回路基板２０を用いてコンデンサモジュール１０の剛性を向上させている。すなわち、実施例のコンデンサモジュール１０は、低コストで質量効率よく剛性を向上させることができる。

また、図２に示すように、回路基板２０および基板台１８は、軽量化部８を横切るように延びている。軽量化部８を設けることでケース２の低コスト化が実現されるとともに、質量効率が向上するものの、コンデンサモジュール１０の剛性は低下する。実施例のコンデンサモジュール１０では、剛性が低下する軽量化部８を横切って断面積の大きい部位まで回路基板２０および基板台１８を延ばすことによって、軽量化部８によるコンデンサモジュール１０の剛性の低下を抑制することができる。

さらに、図１に示すように、基板台１８のボス２２は、締結部１２ｂとＸ軸方向でほぼ同一の位置に設けられている。また、図２に示すように、ボス２２には縦リブ２４がＺ軸方向に延びている。縦リブ２４の一方の端部は、ケース２のＺ軸方向負側の側面に結合している。締結部１２ｂと位置を揃えて基板台１８にボス２２および縦リブ２４を配置することで、コンデンサモジュール１０がＰＣＵケースに固定された後、固定された締結部１２ｂと基板台１８をより強固に連結することができる。その結果、ＰＣＵケースに固定された締結部１２ｂから基板台１８までの剛性が向上し、回路基板２０からＺ軸方向負側に延びている４本の端子の接続がしやすくなる。

実施例の留意点を以下に述べる。実施例のコンデンサモジュール１０は、１個の平滑コンデンサ素子４と、２個のフィルタコンデンサ素子６と、を備えているが、本明細書に開示する技術は、これに限定されない。本明細書が開示する技術は、さらに多数のコンデンサ素子を備えるコンデンサモジュールに対しても適用することができる。また、実施例のコンデンサモジュール１０は、図２に示すように、ケース２のＺ軸方向負側の側面に回路基板２０が設けられているが、ケース２のＺ軸方向正側の側面に回路基板２０を設けてもよい。その場合、軽量化部８は、回路基板２０と反対側のケース２の側面に設けられてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：ケース
４：平滑コンデンサ素子
６：フィルタコンデンサ素子
８：軽量化部
１０：コンデンサモジュール
１２ａ～１２ｃ：締結部
１４：小型バスバ
１６：大型バスバ
１８：基板台
２０：回路基板
２２：ボス
２４：縦リブ
２６：横リブ

Claims (1)

1. 小型コンデンサ素子と、一方向の長さが前記小型コンデンサ素子よりも長い大型コンデンサ素子と、
   前記小型コンデンサ素子と、前記大型コンデンサ素子とを、前記一方向に直交する方向に並べて収容するケースと、
   前記ケースの前記一方向のどちらかの側面に取り付けられており、前記小型コンデンサ素子および前記大型コンデンサ素子に電気的に接続されている回路基板と、
   を備えており、
   前記回路基板は、前記側面に直交するとともに、前記ケースの前記小型コンデンサ素子を収容する部位と前記大型コンデンサ素子を収容する部位に跨るように延びている、コンデンサモジュール。

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