JP2006303050A - コンデンサユニット - Google Patents

Abstract

【課題】
複数のコンデンサ素子を並列接続してなるコンデンサユニットにおいて、インダクタンスの低減を可能とする。
【解決手段】
配列した複数のコンデンサ素子の上側と下側に、板状の陽極導体部９ａ，１０ａと陰極導体部９ｂ，１０ｂが配置する。陽極導体部と陰極導体部の間には絶縁層１２を挿入する。各コンデンサ素子のリード線は、隣接するコンデンサ素子と極性が逆向きになるように各板状導体部と接続する。例えば、コンデンサ素子５の陽極リード線６ａは、陰極導体部９ｂと絶縁層１２を貫通して陽極導体部９ａに接続する。また、陰極リード線６ｂは、陰極導体部１０ｂのみに接続し、陽極導体部１０ａと絶縁層１２には穴１１が開ける。これに対してコンデンサ素子７の各リード線は、コンデンサ素子１と逆向きの極性となるように、陽極導体部１０ａと陰極導体部９ｂに接続する。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンデンサユニットに関するものである。

従来のコンデンサユニットの構造の例は、例えば特開２００４−１６５３０９の図８，図９および図１０に示されている。上記文献のコンデンサユニットは、複数のコンデンサ素子と接続部材とを有するものであって、上記複数のコンデンサ素子は、上記各コンデンサ素子の陽極から陰極へ向かうコンデンサ端子の配列方向が互いに平行になるように配列されると共に、上記複数コンデンサ素子のうち少なくとも一つは、上記コンデンサ素子配列方向が他の上記コンデンサ端子配列方向とは、逆に配列されており、上記接続部材は上記複数のコンデンサ素子の上記陽極端子同士を接続する陽極導体部と上記複数のコンデンサの上記陰極同士を接続する陰極導体部とを有している。

特開２００４−１６５３０９号公報

上記のようにコンデンサユニットの低インダクタンス化が進んでいるが、バッテリー駆動の電動機等で、サージ電圧の抑制や低損失の半導体素子の使用を実現するために、コンデンサユニットのさらなる低インダクタンス化が望まれている。そこで、近接し、かつ互いに逆方向に流れる電流によるインダクタンスのキャンセルを有効に利用することによって、非常にインダクタンスの低いコンデンサユニットを実現することが本発明の課題である。

本発明の一つの特徴は、コンデンサユニットを、複数のコンデンサ素子とコンデンサ素子に接続される陽極導体部及び陰極導体部を有するものであって、コンデンサ素子はコンデンサ素子の軸方向の一端に陽極リード線を、かつ陽極リード線の端子とはことなる一端に陰極リード線とを有するものであって、複数のコンデンサ素子の陽極リード線が陽極導体部に接続され、複数のコンデンサ素子の陰極リード線が陰極導体部に接続され、かつ複数のコンデンサ素子は隣接する複数コンデンサ素子とは逆向きの電流が流れるように極性が逆に配列され、陽極導体部及び陰極導体部が板状であってかつ重なるように配置されている点にある。

本発明のその他の特徴は、以下の発明を実施するための最良の形態欄で説明する。

本発明によれば、コンデンサユニットのインダクタンスを低減させることができる。

（構成の説明）
以下に、上記の課題を解決するためのコンデンサユニットを示す。図２（ａ）は本発明の実施例に共通する基本構成の斜視透過図、図２（ｂ）は上面図、図２（ｃ）は一部断面図である。これらの図中では、以下の説明のため、三次元直交座標系の座標軸ｘ，ｙ，ｚを図中のように定義する。各コンデンサ素子の軸方向はｚ軸と平行とし、複数のコンデンサ素子がｘｙ平面方向に近接して配列される。複数のコンデンサ素子は、コンデンサ素子の軸方向に垂直な方向に二次元的に配列している。配列した複数のコンデンサ素子のｚ方向（コンデンサ素子の軸方向）上側には板状の陽極導体部９ａと板状の陰極導体部９ｂが配置される。同様に、ｚ方向下側にも板状の陽極導体部１０ａと板状の陰極導体部１０ｂが配置される。それぞれの陽極導体部と陰極導体部の間には絶縁層１２があり、電気的に絶縁している。各コンデンサ素子のリード線は、隣接するコンデンサ素子と極性が逆向きにとなるように各板状導体部とリード線接続部４で接続されている。例えば、コンデンサ素子５の陽極リード線６ａは、陰極導体部９ｂと絶縁層１２を貫通して陽極導体部９ａにリード線４で接続される。また、陰極リード線６ｂは、陰極導体部１０ｂのみに接続され、陽極導体部１０ａと絶縁層１２には穴１１が開けられている。これに対してコンデンサ素子７の各リード線は、コンデンサ素子５と逆向きの極性となるように、陽極導体部10ａと陰極導体部９ｂに接続されている。

（動作の説明）
図３（ａ）および図３（ｂ）は、本発明の実施例を説明するための図面である。まず、本実施例との比較のため、図１に示した比較例コンデンサユニットにおける電流経路を図３（ａ）に示す。（＊細かい事だが、この欄では、「本発明」よりも「本実施例」と表現した方が、権利範囲が実施例に限定して解釈される恐れが少ない。）図中では、簡単のためコンデンサ素子は２つのみを描いてある。また、電流経路を説明するために電流を供給する電源１３と陽極リード線１４ａおよび陰極リード線１４ｂが共に描いてある。図中の矢印は、コンデンサユニットに流れる電流の経路とその向きを模式的に示している。コンデンサ素子１５を流れる電流の経路１７ａ，１８ａ，１９ａにおける電流の向きと、コンデンサ素子１６を流れる電流の経路１７ｂ，１８ｂ，１９ｂにおける電流の向きはすべて同じである。これに対して、本実施例での基本構成では、電流経路が図３（ｂ）のようになる。コンデンサ素子２１に流れる電流の経路２３ａ，２４ａ，２５ａにおける電流の向きと、それに近接するコンデンサ素子２２に流れる電流の経路２３ｂ，２４ｂ，２５ｂにおける電流の向きは、逆向きとなる。そのため、電流経路のいたるところでその周囲に発生する磁場をほぼ零に抑えられるためインダクタンスが大幅に低減される。すなわち、近接して逆向きに流れる電流によりインダクタンスのキャンセルが有効に働いている。図２に示した本実施例の基本構成では、端を除けば、ある一つのコンデンサ素子の回りには極性が逆向きのコンデンサ素子が、ｘ軸の正方向と負方向およびｙ軸の正方向と負方向にそれぞれ存在する。そのため、ある一つのコンデンサ素子を通る経路のインダクタンスは、その周囲の４つのコンデンサ素子に流れる電流によって非常に効果的にキャンセルされる。また、本実施例ではコンデンサ素子の軸方向の端部から出したリード線で陽極導体部及び陰極導体部に接続する構成であるため、ある一つのコンデンサの周囲に極性の異なる４つのコンデンサ素子を配置でき、インダクタンスが低減できる。さらに、上記構造では、各コンデンサ素子の軸方向は板状導体部に垂直となっているため、軸方向が長いコンデンサ素子を用いた場合でも、隣接するコンデンサ素子間の距離を小さくできるので、コンデンサ素子間のインダクタンスのキャンセルが有効に作用する。上記のように、本発明の実施形態では、各コンデンサ素子に流れる電流の経路に対してインダクタンスをキャンセルするような電流が近接して複数あり、さらに電流経路のいたる箇所で逆向きの電流が沿うように存在する。そのため、従来のコンデンサユニットに比べて、インダクタンスを大幅に低減できる。

以下、本発明の第一の実施例を、図面を用いて説明する。図４（ａ）は上記第一の実施例の斜視透過図である。上記第一の実施例は、上記（構成の説明）で説明した実施例の基本構成と外部電気機器とを接続する一例である。図４（ａ）で示すように、複数コンデンサ素子の上側の陽極導体部２６ａおよび上側の陰極導体部２６ｂは外部電気機器２７と接続するために、外部電気機器２７の方向に板状に長くなっている。複数コンデンサ素子の下側の陽極導体部２８ａおよび上側の陰極導体部２８ｂは、外部電気機器側で複数コンデンサ素子を囲むように上側に折れ曲がり、さらに上側の陽極導体部２６ａおよび陰極導体部２６ｂに近接して重なるように、外部電気機器の方向に板状に長くなっている。

陽極導体部２６ａ，２８ａおよび陰極導体部２６ｂ，２８ｂはネジ２９ａ，２９ｂで外部電気機器２７と接続されている。陽極接続部の詳細断面図を図４（ｂ）に、陰極接続部の詳細断面図を図４（ｃ）にそれぞれ示す。これらの図中に示すように陽極導体部と陰極導体部の間には、絶縁層３０が挿入され電気的に絶縁されている。図４（ｂ）に示す陽極接続部では、下側陽極導体部２８ａと外部電気機器の陽極端子３１ａは直接接触しており、上側陽極導体部２６ａはネジ２９ａを通して外部電気機器の陽極端子３１ａと電気的に接触している。これに対して、ネジ２９ａと陰極導体部２６ｂ，２８ｂの間には絶縁層
３０が挿入され、これらは電気的に接触していない。図４（ｃ）に示す陰極接続部では、下側陰極導体部２８ｂと外部電気機器の陰極端子３１ｂが直接接触しており、上側陰極導体部２６ｂも下側陰極導体部２８ｂあるいはネジ２９ｂを通して外部電気機器の陰極端子３１ｂと電気的に接続している。これに対して、陽極導体部２６ａ，２８ａは絶縁層３０によって、外部電気機器の陰極端子とは電気的に絶縁されている。

陽極導体部と陰極導体部を板状のまま外部電気機器側へ延ばすことにより、電流の集中が抑制され、かつ陽極導体部と陰極導体部が近接に重なることによってインダクタンスのキャンセルが有効に働き、インダクタンスが大幅に低減される。

以下、本発明の第二の実施例を、図面を用いて説明する。実施例１と同じ部分は、一部説明を省略する。図５（ａ）は上記第二の実施例の斜視透過図である。複数コンデンサ素子の上側陽極導体部３２ａと下側陽極導体部３３ａとは、複数コンデンサ素子の側面の板状導体３４ａを設け、これと接続することによって一体となっている。同様に上側陰極導体部３２ｂと下側陰極導体部３３ｂは、側面導体３４ｂを設け、これと接続することによって一体となっている。上側陽極導体部３２ａおよび上側陰極導体部３２ｂは、実施例１と同様に、外部電気機器の方向に板状に長くなっている。図５（ａ）では、図示していないが、陽極導体部３２ａ，３３ａ，３４ａと陰極導体部３２ｂ，３３ｂ，３４ｂの間には、絶縁シートが挿入され、電気的に絶縁されている。

上側陽極導体部３２ａおよび上側陰極導体部３２ｂはネジ３５ａ，３５ｂで外部電気機器２７と接続されている。陽極接続部の詳細断面図を図５（ｂ）に、陰極接続部の詳細断面図を図５（ｃ）にそれぞれ示す。図５（ｂ）に示した陽極接続部では、ネジ３５ａを通して、上側陽極導体部３２ａが外部電気機器の陽極端子３６ａと電気的に接続している。これに対して、上側陰極導体部３２ｂは絶縁層３７があるため、外部電気機器の陰極端子３６ｂとは電気的に絶縁されている。図５（ｃ）に示した陰極接続部では、上側陰極導体部３２ｂとネジ３５ｂ，上側陰極導体部３２ｂと外部電気機器の陰極端子３５ｂとがそれぞれ電気的に接触している。これに対して、ネジ３５ｂと陽極導体部３２ａの間には絶縁層３７が挿入され、電気的に接触していない。

この実施例では、陽極端子３６ａから流れ出し、陰極端子３６ｂへ戻ってくる電流の経路が側面導体を通り、実施例１の電流経路より長くなってしまうため、実施例１よりもインダクタンスは大きくなってしまう。しかしながら、接続部の構造が非常に単純となる。

以下、本発明の第三の実施例を、図面を用いて説明する。図６は上記第二の実施例の斜視透過図である。この実施例では、複数コンデンサ素子の上側にのみ陽極導体部３２ａと陰極導体部３２ｂが設けられる。図では明示していないが、陽極導体部３２ａと陰極導体部３２ｂの間には絶縁層３７が設けられ、電気的に絶縁されている。また、これらと外部電気機器との接続は、上記実施例２と同じであり、接続部の詳細断面図は図５（ｂ），
（ｃ）と同じである。上記実施例１，２と同様に、各コンデンサ素子の上側にのびたリード線は、隣接するコンデンサ素子と極性が逆になるようコンデンサ素子の上側の各導体部と接続されている。これに対して、各コンデンサ素子の下側リード線は全て一枚の板状導体３８に接続される。

上記のような接続をした場合の、電流経路は図７に示すようになる。ここでも、説明のため、図３と同様に２個のコンデンサユニットのみを描いている。図中に示すように往復の電流経路は必ず２個のコンデンサ素子３９，４０を通る。すなわち、図面上で極性が逆向きに描かれている２個のコンデンサ素子３９，４０は、電気的には直列に接続されていることなる。したがって、コンデンサ素子に掛かる電圧は分圧され、各コンデンサ素子に掛かる電圧は上記従来例、および上記実施例１，２の半分となる。つまり、この接続法を用いれば、上記従来例および上記実施例１，２と比べて２倍の耐圧を有する低インダクタンスのコンデンサユニットを容易に実現できる。

従来コンデンサユニットの例を示した説明図である。 本発明の基本的構造を示した説明図である。 コンデンサユニットにおける電流経路を示した説明図である。 本発明の実施方法を示した説明図である。（実施例１） 本発明の実施方法を示した説明図である。（実施例２） 本発明の実施方法を示した説明図である。（実施例３） 実施例３における電流経路を示した説明図である。

符号の説明

１，５，７，１５，１６，２１，２２，３９，４０…コンデンサ素子、２ａ，６ａ，
８ａ…コンデンサ素子の陽極リード線、２ｂ，６ｂ，８ｂ…コンデンサ素子の陰極リード線、３ａ…陽極導体部、３ｂ…陰極導体部、４…リード線接続部、９ａ，２６ａ，３２ａ…上側陽極導体部、９ｂ，２６ｂ，３２ｂ…上側陰極導体部、１０ａ，２８ａ，３３ａ…下側陽極導体部、１０ｂ，２８ｂ，３３ｂ…下側陰極導体部、１１…穴、１２，３０，
３７…絶縁層、１３…電源、１４ａ，２０ａ…陽極リード線、１４ｂ，２０ｂ…陰極リード線、１７ａ，１８ａ,１９ａ…コンデンサ素子１５を流れる電流の経路、１７ｂ,１８ｂ，１９ｂ…コンデンサ素子１６を流れる電流の経路、２３ａ，２４ａ，２５ａ…コンデンサ素子２１を流れる電流の経路、２３ｂ，２４ｂ，２５ｂ…コンデンサ素子２２を流れる電流の経路、２３ｃ，２４ｃ，２５ｃ，４６，４７…インダクタンスのキャンセルが有効に働く領域、２７…外部電気機器、２９ａ，３５ａ…陽極接続用ネジ、２９ｂ，３５ｂ…陰極接続用ネジ、３１ａ，３６ａ…外部電気機器陽極端子、３１ｂ，３６ｂ…外部電気機器陰極端子、３４ａ…側面陽極板状導体、３４ｂ…側面陰極板状導体、３８…板状導体、４１，４２，４３，４４，４５…コンデンサ素子３９，４０を流れる電流の経路。

Claims (6)

1. 複数のコンデンサ素子と上記コンデンサ素子に接続される陽極導体部及び陰極導体部を有するものであって、上記コンデンサ素子は上記コンデンサ素子の軸方向の一端に陽極リード線を、かつ陽極リード線の端子とはことなる一端に陰極リード線とを有するものであって、上記複数のコンデンサ素子の陽極リード線が上記陽極導体部に接続され、上記複数のコンデンサ素子の陰極リード線が上記陰極導体部に接続され、かつ上記複数のコンデンサ素子は隣接する上記複数コンデンサ素子とは逆向きの電流が流れるように極性が逆に配列され、上記陽極導体部及び上記陰極導体部が板状であってかつ重なるように配置されたことを特徴とするコンデンサユニット。
2. 請求項１に記載のコンデンサユニットにおいて、上記複数のコンデンサ素子が上記コンデンサ素子の軸方向と垂直の方向に二次元的に配列されていることを特徴とするコンデンサユニット。
3. 複数のコンデンサ素子を有し、上記複数のコンデンサ素子は隣接するコンデンサ素子と逆向きの電流が流れ、上記複数のコンデンサユニットの軸方向の一方に板状の第１の陽極導体部及び板状の第１の陰極導体部が配置され、上記複数のコンデンサユニットの軸方向の他方に板状の第２の陽極導体部及び板状の第２の陰極導体部が配置され、上記第１の陽極導体部及び上記第１の陰極導体部は重なるように配置され、上記第２の陽極導体部及び上記第２の陰極導体部は重なるように配置され、上記コンデンサ素子の軸方向の一方に配置された陽極リード線は第１の陽極導体部に接続され、上記コンデンサ素子の一方に配置された陰極リード線は上記第１の陰極導体板に接続され、上記コンデンサ素子の他方に配置された陽極リード線は上記第２の陰極導体板に接続され、上記コンデンサ素子の軸方向の他方に配置された陰極リード線は上記第２の陰極導体部に接続されたことを特徴とするコンデンサユニット。
4. 請求項３に記載のコンデンサユニットにおいて、上記第１の陽極導体板と上記第２の陽極導体板は一体に構成され、上記請求項１の陰極導体板と上記請求項２の陰極導体板は一体に構成されていることを特徴とするコンデンサユニット。
5. 請求項１に記載のコンデンサユニットにおいて、上記陽極導体部は陽極端子を有し、上記陰極導体部は陰極端子を有していることを特徴とするコンデンサユニット。
6. 上記複数のコンデンサ素子がフィルムコンデンサであることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載されるコンデンサユニット。
   

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