JP2005276946A - Capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はコンデンサ装置に関し、より特定的には、筐体内に格納されたコンデンサ装置に関する。 The present invention relates to a capacitor device, and more particularly to a capacitor device housed in a housing.
各種の電源装置では、直流電圧から交流成分を除去する平滑用素子としてコンデンサが一般的に用いられる。自動車等の車両に搭載する場合など、電源装置の配置制約が厳しい場合には、コンデンサ装置についても、筐体内に格納して限られたスペースに配置しやすい構造とした上で、所望の電気的特性を確保することが要求される。 In various power supply apparatuses, a capacitor is generally used as a smoothing element that removes an AC component from a DC voltage. If the placement of the power supply device is severe, such as when it is mounted on a vehicle such as an automobile, the capacitor device should also be housed in a housing so that it can be placed in a limited space, and the desired electrical It is required to ensure the characteristics.
このような筐体内に格納されるコンデンサ装置としては、共通の端子を介して外部に接続可能なように、複数の巻回型箔電極コンデンサ素子を同一構造体内に格納した構成が開示されている(たとえば、特許文献1)。 As a capacitor device stored in such a casing, a configuration in which a plurality of wound foil electrode capacitor elements are stored in the same structure so as to be connected to the outside through a common terminal is disclosed. (For example, Patent Document 1).
また、複数のコンデンサ集合体を金属製放熱板とともに外装金属ケースに収納後密閉した構成(たとえば、特許文献2)、容量の異なるコンデンサ単体を複数個互いに接合したコンデンサアレイの構成(たとえば、特許文献3)、複数のコンデンサの同一極端子同士を金属導体で接続することにより全体として高周波インピーダンスを低下できるコンデンサ集合体の構成(たとえば、特許文献4)、あるいは、小容量側キャパシタンスと大容量側キャパシタンスとを組み合わせることで広い周波数範囲に渡って良好な伝達特性を得ることができる積層チップコンデンサの構成(たとえば、特許文献5)についても開示されている。
電源装置に用いられるコンデンサ装置では、高周波成分を除去するために、高周波領域でのインピーダンスが小さいことが求められるが、寄生インダクタンス等の存在により、必ずしも十分な高周波特性を得られないことが多い。 A capacitor device used in a power supply device is required to have a low impedance in a high frequency region in order to remove a high frequency component, but sufficient high frequency characteristics are not always obtained due to the presence of a parasitic inductance or the like.
特に、高速スイッチング動作を伴う電力用半導体スイッチング素子で構成された電力変換器に接続されたコンデンサ装置では、スイッチング周波数に対応した電圧変動(リップル電圧)のみならず、スイッチング動作に伴って発生するサージ電圧の両方を除去する必要がある。しかしながら、コンデンサ装置の高周波特性が不十分だと、より高周波のサージ電圧を十分に除去できない可能性がある。 In particular, in a capacitor device connected to a power converter composed of a power semiconductor switching element with high-speed switching operation, not only voltage fluctuation (ripple voltage) corresponding to the switching frequency, but also surge generated by the switching operation. Both voltages need to be removed. However, if the high frequency characteristics of the capacitor device are insufficient, there is a possibility that a higher frequency surge voltage cannot be sufficiently removed.
さらに、限られたスペースに配置するために筐体内に格納したコンデンサ装置においては、搭載性を確保した上で高周波特性の改善を図る必要がある。 Furthermore, in a capacitor device housed in a housing for placement in a limited space, it is necessary to improve high-frequency characteristics while ensuring mountability.
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、配置しやすいように筐体に格納されたコンデンサ装置の高周波特性を改善することである。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to improve the high frequency characteristics of a capacitor device housed in a housing so as to be easily arranged.
この発明によるコンデンサ装置は、筐体内に格納されたコンデンサ装置であって、端子と、複数のコンデンサユニットとを備える。端子は、コンデンサ装置と筐体の外部との間で電気的接続を確保するために設けられる。複数のコンデンサユニットは、実質的なインピーダンスが第1の周波数において極小となる第1のコンデンサユニットと、第1の周波数よりも高い第2の周波数において、実質的なインピーダンスが極小となる第2のコンデンサユニットとを含み、第2のコンデンサの電極と端子との間を電気的に接続する経路は、第1のコンデンサの電極と端子との間を電気的に接続する経路よりも短い。 A capacitor device according to the present invention is a capacitor device housed in a housing, and includes a terminal and a plurality of capacitor units. The terminal is provided to ensure electrical connection between the capacitor device and the outside of the housing. The plurality of capacitor units includes a first capacitor unit whose substantial impedance is minimal at the first frequency, and a second capacitor unit whose substantial impedance is minimal at a second frequency higher than the first frequency. A path including the capacitor unit and electrically connecting the electrode and the terminal of the second capacitor is shorter than a path electrically connecting the electrode and the terminal of the first capacitor.
この発明の他の構成によるコンデンサ装置は、筐体内に格納されたコンデンサ装置であって、端子と、複数のコンデンサユニットとを備える。端子は、コンデンサ装置と筐体の外部との間で電気的接続を確保するために設けられる。複数のコンデンサユニットは、実質的なインピーダンスが第1の周波数において極小となる第1のコンデンサユニットと、第1の周波数よりも高い第2の周波数において、実質的なインピーダンスが極小となる第2のコンデンサユニットとを含み、コンデンサ格納領域は、複数のコンデンサユニットにそれぞれ対応する複数の領域に分割され、複数の領域は、第1のコンデンサユニットが各々配置される複数の第1の領域と、第2のコンデンサユニットおよび端子が合わせて配置される少なくとも1つの第2の領域とを含む。 A capacitor device according to another configuration of the present invention is a capacitor device housed in a housing, and includes a terminal and a plurality of capacitor units. The terminal is provided to ensure electrical connection between the capacitor device and the outside of the housing. The plurality of capacitor units includes a first capacitor unit whose substantial impedance is minimal at the first frequency, and a second capacitor unit whose substantial impedance is minimal at a second frequency higher than the first frequency. The capacitor storage area is divided into a plurality of areas respectively corresponding to the plurality of capacitor units, and the plurality of areas include a plurality of first areas in which the first capacitor units are respectively disposed, Two capacitor units and at least one second region in which the terminals are arranged together.
好ましくは、複数の第1の領域の各々は等面積であり、第2の領域の面積は、各第1の領域の面積と等しい。 Preferably, each of the plurality of first regions has an equal area, and the area of the second region is equal to the area of each first region.
また好ましくは、第2のコンデンサユニットの体積は、第1のコンデンサユニットの体積よりも小さい。あるいは、第2のコンデンサユニットの容量は、第1のコンデンサユニットの容量よりも小さい。 Also preferably, the volume of the second capacitor unit is smaller than the volume of the first capacitor unit. Alternatively, the capacity of the second capacitor unit is smaller than the capacity of the first capacitor unit.
あるいは好ましくは、筐体は、直方体形状を有し、コンデンサ格納領域の底面は、長方形形状を有する。 Alternatively, preferably, the housing has a rectangular parallelepiped shape, and the bottom surface of the capacitor storage region has a rectangular shape.
また好ましくは、筐体は、直方体形状を有し、コンデンサ格納領域の底面の外周は、互いに直交する2方向の直線群によって構成され、コンデンサ格納領域の外側には当該コンデンサ装置の固定部材を取り付けるための取付け穴が設けられる。 Preferably, the casing has a rectangular parallelepiped shape, and the outer periphery of the bottom surface of the capacitor storage area is configured by two groups of straight lines orthogonal to each other, and a fixing member of the capacitor device is attached to the outside of the capacitor storage area. Mounting holes are provided.
特に、端子は、半導体スイッチング素子で構成された電力変換器と接続される。あるいは、複数のコンデンサユニットの各々は、フィルムコンデンサで構成される。 In particular, the terminal is connected to a power converter composed of a semiconductor switching element. Alternatively, each of the plurality of capacitor units is composed of a film capacitor.
この発明によるコンデンサ装置では、並列接続された複数のコンデンサユニットの間にインピーダンス極小点の周波数の違いが存在するので、同一の周波数特性のコンデンサユニットのみを用いて構成されたコンデンサ装置と比較して、高周波領域にインピーダンス極小点がさらに存在する。さらに、端子との電気的接続経路が短いコンデンサユニットでは寄生インダクタンスを小さくすることができるので、高周波特性の良いコンデンサと端子との電気的接続経路を相対的に短く設計することによって、より高い周波数領域まで高周波特性を改善できる。 In the capacitor device according to the present invention, there is a difference in the frequency of the minimum impedance point between a plurality of capacitor units connected in parallel. Therefore, compared to a capacitor device configured using only capacitor units having the same frequency characteristics. Further, a minimum impedance point exists in the high frequency region. Furthermore, since the parasitic inductance can be reduced in a capacitor unit with a short electrical connection path to the terminal, a higher frequency can be achieved by designing a relatively short electrical connection path between the capacitor and the terminal having good high frequency characteristics. High frequency characteristics can be improved up to the region.
この発明の他の構成によるコンデンサ装置では、並列接続された複数のコンデンサユニットの間にインピーダンス極小点の周波数の違いが存在するので、同一の周波数特性のコンデンサユニットのみを用いて構成されたコンデンサ装置と比較して、高周波領域にインピーダンス極小点がさらに存在する。さらに、コンデンサ格納領域を複数のコンデンサユニットにそれぞれ対応する複数の領域に分割し、端子と同じ領域に合わせて配置されるコンデンサユニットの体積または容量値を他のコンデンサユニットよりも大きく設計することにより、端子の配置に必要なスペースの残りを利用して、筐体形状を変更することなく搭載効率を確保した上で、コンデンサ装置の高周波特性を改善することができる。 In the capacitor device according to another configuration of the present invention, there is a difference in the frequency of the minimum impedance point between the plurality of capacitor units connected in parallel. Therefore, the capacitor device configured using only the capacitor unit having the same frequency characteristic. As compared with the above, there are further impedance minimum points in the high frequency region. Furthermore, the capacitor storage area is divided into a plurality of areas respectively corresponding to a plurality of capacitor units, and the volume or capacity value of the capacitor unit arranged in accordance with the same area as the terminals is designed to be larger than other capacitor units. By utilizing the remaining space necessary for the terminal arrangement, it is possible to improve the high frequency characteristics of the capacitor device while ensuring the mounting efficiency without changing the housing shape.
特に、上記複数の領域を等面積とすることにより、コンデンサユニットの種類を抑制して効率的な設計とすることができる。 In particular, by setting the plurality of regions to the same area, the types of capacitor units can be suppressed and an efficient design can be achieved.
また、この発明によるコンデンサ装置は、筐体をコンパクト配置に適した直方体形状とすることで、搭載効率を確保できる。 In addition, the capacitor device according to the present invention can ensure mounting efficiency by making the casing into a rectangular parallelepiped shape suitable for a compact arrangement.
さらに、この発明によるコンデンサ装置は、コンデンサ格納領域の外側に取付け穴を設けることにより、据え付け作業性を向上させることが可能である。 Furthermore, the capacitor device according to the present invention can improve the installation workability by providing a mounting hole outside the capacitor storage area.
あるいは、この発明によるコンデンサ装置が半導体スイッチング素子で構成された電力変換器と接続される構成では、高周波特性の改善によって、周波数域の異なるリップル電圧およびサージ電圧の両方を除去して直流電圧の変動を抑制できる。 Alternatively, in a configuration in which the capacitor device according to the present invention is connected to a power converter composed of a semiconductor switching element, the DC voltage fluctuations are eliminated by removing both ripple voltage and surge voltage in different frequency ranges by improving high frequency characteristics. Can be suppressed.
特に、この発明によるコンデンサ装置は、耐圧に優れたフィルムコンデンサを用いて容量値を確保するために、複数個のコンデンサユニットを筐体内で並列接続する構造に適用した場合に、搭載効率を確保した上で高周波特性を改善することができる。 In particular, the capacitor device according to the present invention has ensured mounting efficiency when applied to a structure in which a plurality of capacitor units are connected in parallel in a housing in order to secure a capacitance value using a film capacitor having excellent withstand voltage. The high frequency characteristics can be improved.
以下においてこの発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, about the same or equivalent part in a figure, the same code | symbol is attached | subjected and the description is not repeated.
図1は、この発明によるコンデンサ装置を備えた電源装置の搭載例として示されるハイブリッド自動車の構成を示す概略ブロック図である。 FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a hybrid vehicle shown as an example of mounting a power supply device including a capacitor device according to the present invention.
図1を参照して、この発明の実施の形態によるハイブリッド自動車100は、バッテリ10と、PCU(Power Control Unit)20と、動力出力装置30と、ディファレンシャルギア(DG:Differential Gear)40と、前輪50L,50Rと、後輪60L,60
Rと、フロントシート70L,70Rと、リアシート80とを備える。
Referring to FIG. 1, a
R,
バッテリ10は、リアシート80の後方部に配置される。そして、バッテリ10は、PCU20に電気的に接続される。PCU20は、たとえば、フロントシート70L,70Rの下部領域、すなわちフロア下領域を利用して配置される。動力出力装置30は、ダッシュボード90よりも前側のエンジンルームに配置される。PCU20は、動力出力装置30と電気的に接続される。動力出力装置30は、DG40と連結される。
The
直流電源であるバッテリ10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から成り、直流電圧をPCU20へ供給するとともに、PCU20からの直流電圧によって充電される。
The
PCU20は、バッテリ10からの直流電圧を昇圧し、その昇圧した直流電圧を交流電圧に変換して動力出力装置30に含まれるモータジェネレータを駆動制御する。また、PCU20は、動力出力装置30に含まれるモータジェネレータが発電した交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ10を充電する。
動力出力装置30は、エンジンおよび/またはモータジェネレータによる動力をDG40を介して前輪50L,50Rに伝達して前輪50L,50Rを駆動する。また、動力出力装置30は、前輪50L,50Rの回転力によって発電し、その発電した電力をPCU20へ供給する。
The
DG40は、動力出力装置30からの動力を前輪50L,50Rに伝達するとともに、前輪50L,50Rの回転力を動力出力装置30へ伝達する。
The DG 40 transmits the power from the
図2は、図1に示されたPCU20の主要部を示す電気回路図である。 FIG. 2 is an electric circuit diagram showing a main part of the PCU 20 shown in FIG.
図2を参照して、PCU20は、昇圧チョッパであるコンバータ210と、平滑コンデンサ240と、インバータ250とを含む。コンバータ210は、リアクトル220および昇圧パワーモジュール230を有する。
Referring to FIG. 2,
昇圧パワーモジュール230は、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」とも称する)Q1,Q2とダイオードD1,D2とを含む。この実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子としては、代表的にはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が適用される。
Boosting
スイッチング素子Q1,Q2は、電源ライン203とアースライン202との間に直列に接続される。各スイッチング素子Q1,Q2には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すように逆並列ダイオードD1,D2がそれぞれ接続されている。リアクトル220は、一方端が電源ライン201に接続され、他方端がスイッチング素子Q1およびQ2の接続点に接続される。平滑コンデンサ240は、電源ライン203とアースライン202との間に接続される。
Switching elements Q1, Q2 are connected in series between
インバータ250は、U相アーム253、V相アーム254およびW相アーム255からなる。U相アーム253、V相アーム254およびW相アーム255は、電源ライン203とアースライン202との間に並列に接続される。U相アーム253は、直列に接続されたスイッチング素子Q3,Q4からなり、V相アーム254は、直列に接続されたスイッチング素子Q5,Q6からなり、W相アーム255は、直列に接続されたスイッチング素子Q7,Q8からなる。また、各スイッチング素子Q3〜Q8には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流す逆並列ダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。
各相アームの中間点は、モータジェネレータM1の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータM1は、3相の永久磁石モータであり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成される。U相コイルの他端はU相アーム253に、V相コイルの他端がV相アーム254の中間点に、W相コイルの他端がW相アーム255にそれぞれ接続されている。
An intermediate point of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of motor generator M1. That is, the motor generator M1 is a three-phase permanent magnet motor, and is configured by commonly connecting one end of three coils of U, V, and W phases to a midpoint. The other end of the U-phase coil is connected to the
すなわち、コンバータ210およびインバータ250は、半導体スイッチング素子によって構成される「電力変換器」に相当する。
That is,
コンバータ210は、電源ライン201とアースライン202との間にバッテリ10から供給された直流電圧を受け、スイッチング素子Q1,Q2がスイッチング制御されることにより直流電圧を昇圧して電源ライン203へ出力する。
平滑コンデンサ240は、電源ライン203の直流電圧を平滑化してインバータ250へ供給する。インバータ250は、電源ライン203の直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータM1を駆動する。
また、インバータ250は、モータジェネレータM1が発電した交流電圧を直流電圧に変換して平滑コンデンサ240に供給する。平滑コンデンサ240は、モータジェネレータM1からの直流電圧を平滑化してコンバータ210へ供給する。コンバータ210は、平滑コンデンサ240からの直流電圧を降圧してバッテリ10等へ供給する。
このように、PCU20は、バッテリ10からの直流電圧を昇圧してモータジェネレータM1を駆動するとともに、モータジェネレータM1が発電した電力をバッテリ10等へ供給する。
As described above, the
電源装置に相当するPCU20がフロア下の限られたスペースに配置されるため、PCU20に搭載される平滑コンデンサ240についても、コンパクトな外形とすることが求められる。したがって、以下に説明するこの実施の形態によるコンデンサ装置を、ハイブリッド自動車100のPCU20を構成する平滑コンデンサ240へ適用することが可能である。
Since the
まず、図3および図4を用いて、コンデンサの実際の周波数特性について説明する。 First, the actual frequency characteristics of the capacitor will be described with reference to FIGS.
図3を参照して、コンデンサは、理想的には容量成分のみで構成されるが、実際にはリード線や電極等による寄生インダクタンス成分が存在する。このため、コンデンサ装置の等価回路300は、本来の容量成分310および寄生インダクタンス315が直列接続されたLC回路で示される。
Referring to FIG. 3, the capacitor is ideally composed only of a capacitance component, but actually there is a parasitic inductance component due to a lead wire, an electrode, or the like. Therefore, the
この結果、図4に示すように、コンデンサのインピーダンス特性は、実質的には、インピーダンスが極小となる周波数、すなわちインピーダンス極小点を有するようになる。このため、当該インピーダンス極小点よりも高い周波数領域では周波数の上昇に応じてインピーダンスも増大するので、高周波特性が悪化する。 As a result, as shown in FIG. 4, the impedance characteristic of the capacitor substantially has a frequency at which the impedance becomes minimum, that is, an impedance minimum point. For this reason, in the frequency region higher than the impedance minimum point, the impedance also increases as the frequency increases, so that the high frequency characteristics are deteriorated.
コンデンサのインピーダンス特性は、その容量値に応じて変化する。図4には、容量値C0〜C3(C0>C1>C2>C3)にそれぞれ対応するインピーダンス特性線311〜314が例示される。
The impedance characteristic of a capacitor changes according to its capacitance value. FIG. 4 illustrates impedance
インピーダンス極小点に対応する周波数f0〜f3は、容量値C0〜C3と寄生リアクタンス値との積に依存した共振周波数に相当する。たとえば、容量値C0のコンデンサの寄生インダクタンス値をLとすると、対応の共振周波数f0は、下記(1)式で示される。 The frequencies f0 to f3 corresponding to the impedance minimum point correspond to the resonance frequency depending on the product of the capacitance values C0 to C3 and the parasitic reactance value. For example, when the parasitic inductance value of the capacitor having the capacitance value C0 is L, the corresponding resonance frequency f0 is expressed by the following equation (1).
2π・f0=1/√(L・C0) …(1)
一般的には、容量値が大きくなるのに伴ってコンデンサの体積も増加するため、それに応じて寄生インダクタンスも大きくなることから、特性線311〜314に示されるように、容量値が小さいコンデンサほど、共振周波数も高くなり高周波特性に優れている。
2π · f0 = 1 / √ (L · C0) (1)
In general, as the capacitance value increases, the volume of the capacitor also increases, and accordingly, the parasitic inductance also increases accordingly. Therefore, as shown by the
図5は、この発明によるコンデンサ装置の比較例として示されるコンデンサ装置の構成を示す概念図である。 FIG. 5 is a conceptual diagram showing a configuration of a capacitor device shown as a comparative example of the capacitor device according to the present invention.
図5を参照して、比較例として示されるコンデンサ装置301は、互いに並列接続された複数のコンデンサユニット330から構成される。複数のコンデンサユニット330は同一スペック、すなわち、等容量値かつ等寸法(体積・形状)であり、筐体320内のコンデンサ格納領域325を均等分割するように配置される。
Referring to FIG. 5, a
並列接続されたこれらのコンデンサユニット330に対しては、外部端子341、342によって、筐体320の外部との間で電気的接続を確保することが可能である。
With respect to these
特に、ハイブリッド自動車に適用されるコンデンサ装置には、耐圧に優れたフィルムコンデンサを使用する場合がある。この場合に、フィルムコンデンサを用いて大容量を確保するためには、コンデンサ装置の小型化との関係から、図5に示すように複数のコンデンサユニットを並列接続する構造が効率的である。 In particular, a film capacitor having an excellent withstand voltage may be used for a capacitor device applied to a hybrid vehicle. In this case, in order to secure a large capacity using a film capacitor, a structure in which a plurality of capacitor units are connected in parallel as shown in FIG. 5 is efficient from the viewpoint of miniaturization of the capacitor device.
比較例として示されるコンデンサ装置301は、同一スペックのコンデンサユニット330を複数個並列接続して構成されるため、そのインピーダンス特性は、図6に示すように、単一のインピーダンス極小点(周波数fa)を有する。このため、高周波領域ではインダクタンス成分の影響が大きくなり、サージ電圧等の高周波電圧を十分に除去することができない。
Since the
次に、この発明の実施の形態に従うコンデンサ装置の構造について詳細に説明する。 Next, the structure of the capacitor device according to the embodiment of the present invention will be described in detail.
図7は、この発明によるコンデンサ装置の外形を説明する図である。図7(a)は、この発明によるコンデンサ装置305を上面から見た図であり、図7(b)は、コンデンサ装置305を図7(a)のX方向から見た図であり、図7(c)は、コンデンサ装置305を図7(a)のY方向から見た図である。
FIG. 7 is a view for explaining the outer shape of the capacitor device according to the present invention. 7A is a view of the
図7(a),(b),(c)を参照して、この発明によるコンデンサ装置305では、筐体320は直方体形状で設けられ、筐体320内部のコンデンサ格納領域325の底面は、長方形形状を有する。さらに、コンデンサ格納領域325は、複数の領域に分割され、これら複数の領域は、コンデンサユニットが配置される一方で外部端子341,342は配置されない「第1の領域」に相当する領域326と、外部端子341,342およびコンデンサユニットが合わせて配置される「第2の領域」に相当する領域328とに分類される。
7A, 7B, and 7C, in
図8は、この発明によるコンデンサ装置305の構成を説明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of the
図8を参照して、この発明によるコンデンサ装置305では、図7に示した領域326のそれぞれに、「第1のコンデンサユニット」に相当するコンデンサユニット350が配置され、領域328には、外部端子341,342および「第2のコンデンサユニット」に相当するコンデンサユニット360が配置される。
Referring to FIG. 8, in
このような配置とすることで、コンデンサユニット360の電極と外部端子341,342との間を電気的に接続する経路361は、コンデンサユニット350の電極と外部端子341,342との間を電気的に接続する経路351よりも自然に短くできる。
With such an arrangement, the
図7(a)で説明したように、領域328には外部端子341,342が合わせて配置されるため、コンデンサユニット360の配置スペースは小さくなる。このため、コンデンサユニット360の体積および容量は、領域326に配置されるコンデンサユニット350よりも小さくなる。一方、領域326がそれぞれ等面積であれば、各コンデンサユニット350を同一スペックとすることにより、必要なコンデンサユニットの種類を少なくして効率的な設計とすることができる。
As described with reference to FIG. 7A, since the
図9は、この発明によるコンデンサ装置の電気的な等価回路図である。 FIG. 9 is an electrical equivalent circuit diagram of the capacitor device according to the present invention.
図9を参照して、この発明によるコンデンサ装置305は、外部端子341および342の間に並列接続されたコンデンサユニット350および360から構成される。図9では、コンデンサユニット350の容量値をC0、寄生インダクタンス値をL0とし、コンデンサユニット360の容量値をC2(C2<C0)、寄生インダクタンス値をL2(L2<L0)としている。図9に示した電気回路より、コンデンサ装置301のインピーダンス特性は、図10に示すようになる。
Referring to FIG. 9,
図10を参照して、コンデンサユニット350が、比較例として示したコンデンサ装置301を構成するコンデンサユニット330と同様のインピーダンス特性を有するものとすると、コンデンサユニット330は、C0およびL0に対応する共振周波数faでインピーダンス極小点を有する。
Referring to FIG. 10, when
コンデンサユニット360の共振周波数fbは、C2およびL2がC0およびL0よりもそれぞれ小さいことから、共振周波数faよりも高い。したがって、コンデンサ装置305は、比較例として示したコンデンサ装置301と同様のインピーダンス極小点(周波数fa)に加えて、コンデンサユニット360(C2,L2)の共振周波数fbに対応する高周波領域において、インピーダンス極小点をさらに有する。
The resonance frequency fb of the
特に、コンデンサユニットは、外部端子341,342の近くに配置する程、外部端子と当該コンデンサとの間の接続距離が短くなるので、寄生インダクタンス値を抑制して高周波領域でのインピーダンスを下げやすい。したがって、コンデンサ装置305のように、インピーダンス極小点の周波数が相対的に高いコンデンサユニット360の電極と外部端子341,342との間を電気的に接続する経路361が、他のコンデンサユニットでの当該経路よりも相対的に短くなる構成とすることによって、コンデンサ装置305全体での高周波領域のインピーダンス低減効果、すなわち高周波特性の改善効果が大きくなる。
In particular, as the capacitor unit is arranged closer to the
したがって、この発明によるコンデンサ装置301は、高周波特性を改善してサージ電圧等の高周波電圧をより確実に除去できる。また、コンデンサユニット350,360の選定によって、所望のインピーダンス特性を実現できる。たとえば、周波数faを図2に示した昇圧型コンバータ210やインバータ250のスイッチング周波数と対応させれば、電源ライン203上の交流電圧変動(リップル電圧)を除去できる。さらに、高周波領域の周波数fbをスイッチング周波数を考慮してサージ電圧の周波数と対応させれば、周波数域の異なるリップル電圧およびサージ電圧の両方を除去して、電源ライン203上の直流電圧の変動を抑制できる。
Therefore, the
さらに、このような高周波特性を改善するためのコンデンサユニット360は、外部端子341,342が設けられるスペースの残りを利用して、筐体320の外形を変更することなく効率的に配置することができる。すなわち、高周波特性を改善するためのコンデンサユニットを配置するために、コンパクト配置に適した筐体320の直方体形状を変更する必要がなく、搭載効率を確保できる。
Furthermore, the
図11は、この発明によるコンデンサ装置の他の構造例を示す図である。 FIG. 11 shows another example of the structure of the capacitor device according to the present invention.
図11(a)は、この発明による他の構造例のコンデンサ装置305♯を上面から見た図であり、図11(b)は、コンデンサ装置305♯を図11(a)のX方向から見た図であり、図11(c)は、コンデンサ装置305♯を図11(a)のY方向から見た図である。
FIG. 11A is a view of a
図11(a)を参照して、コンデンサ装置305♯では、筐体320の四隅に固定用の取付け穴345が設けられる。コンデンサ格納領域325♯は、当該取付け穴345を避けるように、互いに直交する2方向の直線群によってその外周が構成されるような形状を有する。コンデンサ格納領域325♯は、コンデンサユニットを配置するための「第1の領域」に相当する複数の領域326♯,329♯と、コンデンサユニットおよび外部端子341,342を合わせて配置するための「第2の領域」に相当する領域328♯とに分割される。
Referring to FIG. 11A, in
図11(b),(c)に示されるように、取付け穴345に対応する領域では、固定部材(図示せず)を配置するために筐体320の側面部が空洞とされている。
As shown in FIGS. 11B and 11C, in the region corresponding to the
図12を参照して、図11に示した領域326♯にそれぞれ対応して同一スペックのコンデンサユニット350♯が配置され、領域328♯には、外部端子341,342と共に、コンデンサユニット360♯が配置される。
Referring to FIG. 12,
コンデンサ装置305♯においても同様に、インピーダンス極小点の周波数が相対的に高いコンデンサユニット360♯の電極と外部端子341,342との間を電気的に接続する経路361♯は、他のコンデンサユニット350の電極と外部端子341,342との間を電気的に接続する経路351♯よりも自然に短くできる。このため、コンデンサ装置305♯全体での高すなわち高周波特性の改善効果が大きくなる。
Similarly, in
なお、取付け穴345間の領域329♯には、コンデンサユニット355♯がさらに配置される。領域329♯については、領域326♯と同体積(底面積)として、領域326♯と同様のコンデンサユニット350♯を配置してもよい。
このような構成とすることにより、図13に示されるようにコンデンサ装置305♯のインピーダンス特性についても、コンデンサ装置305と同様に、コンデンサユニット350♯に対応するインピーダンス極小点(共振周波数fc)のみならず、コンデンサユニット360♯に対応するインピーダンス極小点(共振周波数fd)が存在するようになる。
By adopting such a configuration, as shown in FIG. 13, the impedance characteristic of
これにより、コンデンサ装置305と同様に高周波特性を改善して、周波数域の異なるリップル電圧およびサージ電圧の両方を除去して、電源ライン203上の直流電圧の変動を抑制できる。
Thereby, like the
さらに、コンデンサ装置305♯では、筐体320の四隅に取付け穴345を設けることによりその据え付け作業性を向上させるとともに、筐体320の外形を直方体形状に維持できるので、搭載効率を確保することが可能である。
Furthermore, in
以上の実施の形態においては、ハイブリッド自動車の電源装置(PCU)において、インバータ入力電圧の平滑コンデンサにこの発明によるコンデンサ装置を適用する構成例について説明した。しかしながら、この発明の適用はこのような場合に限定されるものではなく、各種の電源装置に搭載されるコンデンサ装置について、その搭載効率を確保したままで、高周波特性を改善する目的に広く適用することができる。 In the above embodiment, the configuration example in which the capacitor device according to the present invention is applied to the smoothing capacitor of the inverter input voltage in the power supply unit (PCU) of the hybrid vehicle has been described. However, the application of the present invention is not limited to such a case, and it is widely applied to the purpose of improving the high frequency characteristics while maintaining the mounting efficiency of the capacitor devices mounted on various power supply devices. be able to.
特に、耐圧に優れたフィルムコンデンサを用いて容量値を確保するために、複数個のコンデンサユニットを筐体内で並列接続する構造において、この発明によるコンデンサ装置の適用が好適である。 In particular, the use of the capacitor device according to the present invention is suitable for a structure in which a plurality of capacitor units are connected in parallel in a housing in order to secure a capacitance value using a film capacitor having an excellent breakdown voltage.
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.
10 バッテリ、20 PCU(電源装置)、100 ハイブリッド自動車、201,203 電源ライン、202 アースライン、240 平滑コンデンサ、250 インバータ、301,305,305♯ コンデンサ装置、315 インダクタンス成分(寄生インダクタンス)、300 等価回路(コンデンサ装置)、311〜314 インピーダンス特性線、320 筐体、325 コンデンサ格納領域、326,326♯,328,328♯,329♯ 領域、330,350,360,350♯,355♯,360♯ コンデンサユニット、341,342 外部端子、345 取付け穴、fa,fb,fc,fd 周波数(インピーダンス極小点)、M1 モータジェネレータ、Q1〜Q8 半導体スイッチング素子。 10 battery, 20 PCU (power supply unit), 100 hybrid vehicle, 201, 203 power line, 202 ground line, 240 smoothing capacitor, 250 inverter, 301, 305, 305 # capacitor unit, 315 inductance component (parasitic inductance), 300 equivalent Circuit (capacitor device), 311 to 314 impedance characteristic line, 320 housing, 325 capacitor storage area, 326, 326 #, 328, 328 #, 329 # area, 330, 350, 360, 350 #, 355 #, 360 # Capacitor unit, 341, 342 External terminal, 345 Mounting hole, fa, fb, fc, fd Frequency (impedance minimum point), M1 motor generator, Q1-Q8 semiconductor switching element.
Claims (9)
当該コンデンサ装置と前記筐体の外部との間で電気的接続を確保するために設けられた端子と、
前記筐体内部のコンデンサ格納領域に配置され、前記端子に対して並列に接続された複数のコンデンサユニットとを備え、
前記複数のコンデンサユニットは、
実質的なインピーダンスが第1の周波数において極小となる第1のコンデンサユニットと、
前記第1の周波数よりも高い第2の周波数において、実質的なインピーダンスが極小となる第2のコンデンサユニットとを含み、
前記第2のコンデンサの電極と前記端子との間を電気的に接続する経路は、前記第1のコンデンサの電極と前記端子との間を電気的に接続する経路よりも短い、コンデンサ装置。 A capacitor device housed in a housing,
A terminal provided to ensure electrical connection between the capacitor device and the outside of the housing;
A plurality of capacitor units arranged in a capacitor storage area inside the housing and connected in parallel to the terminals;
The plurality of capacitor units are:
A first capacitor unit whose substantial impedance is minimal at the first frequency;
A second capacitor unit having a substantial impedance minimum at a second frequency higher than the first frequency;
The capacitor | condenser apparatus with which the path | route which electrically connects between the electrode of the said 2nd capacitor | condenser and the said terminal is shorter than the path | route which electrically connects between the electrode of the said 1st capacitor | condenser and the said terminal.
当該コンデンサ装置と前記筐体の外部との間で電気的接続を確保するために設けられた端子と、
前記筐体内部のコンデンサ格納領域に配置され、前記端子に対して並列に接続された複数のコンデンサユニットとを備え、
前記複数のコンデンサユニットは、
実質的なインピーダンスが第1の周波数において極小となる第1のコンデンサユニットと、
前記第1の周波数よりも高い第2の周波数において、実質的なインピーダンスが極小となる第2のコンデンサユニットとを含み、
前記コンデンサ格納領域は、前記複数のコンデンサユニットにそれぞれ対応する複数の領域に分割され、
前記複数の領域は、
前記第1のコンデンサユニットが各々配置される複数の第1の領域と、
前記第2のコンデンサユニットおよび前記端子が合わせて配置される少なくとも1つの第2の領域とを含む、コンデンサ装置。 A capacitor device housed in a housing,
A terminal provided to ensure electrical connection between the capacitor device and the outside of the housing;
A plurality of capacitor units arranged in a capacitor storage area inside the housing and connected in parallel to the terminals;
The plurality of capacitor units are:
A first capacitor unit whose substantial impedance is minimal at the first frequency;
A second capacitor unit having a substantial impedance minimum at a second frequency higher than the first frequency;
The capacitor storage area is divided into a plurality of areas respectively corresponding to the plurality of capacitor units,
The plurality of regions are:
A plurality of first regions in which the first capacitor units are respectively disposed;
A capacitor device comprising: the second capacitor unit and at least one second region in which the terminals are arranged together.
前記第2の領域の面積は、各前記第1の領域の面積と等しい、請求項2記載のコンデンサ装置。 Each said first region is of equal area,
The capacitor device according to claim 2, wherein an area of the second region is equal to an area of each of the first regions.
前記コンデンサ格納領域の底面は、長方形形状を有する、請求項1または2記載のコンデンサ装置。 The housing has a rectangular parallelepiped shape,
The capacitor device according to claim 1, wherein a bottom surface of the capacitor storage region has a rectangular shape.
前記コンデンサ格納領域の底面の外周は、互いに直交する2方向の直線群によって構成され、
前記コンデンサ格納領域の外側には当該コンデンサ装置の固定部材を取り付けるための取付け穴が設けられる、請求項1または2記載のコンデンサ装置。 The housing has a rectangular parallelepiped shape,
The outer periphery of the bottom surface of the capacitor storage region is constituted by a group of straight lines in two directions orthogonal to each other.
The capacitor device according to claim 1, wherein a mounting hole for mounting a fixing member of the capacitor device is provided outside the capacitor storage region.
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