JP2009026958A - コンデンサの配置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサ素子の振動を抑制できるコンデンサの配置構造を提供する。
【解決手段】コンデンサの配置構造は、互いに隣接するように配置される偏平型または長方形の第一コンデンサ素子１ａおよび第二コンデンサ１ｂを備える。第一コンデンサ素子１ａの長手方向は第二コンデンサ素子１ｂの長手方向に対して９０°の角度をなすように第一コンデンサ素子１ａおよび第二コンデンサ素子１ｂが配置される。
【選択図】図２

Description

この発明はコンデンサの配置構造に関し、より特定的には、複数のコンデンサの配置構造に関するものである。

従来、コンデンサの配置構造は、たとえば特開２００４−１８６６４０号公報（特許文献１）、および特開平６−２７５４７１号公報（特許文献２）に開示されている。
特開２００４−１８６６４０号公報 特開平６−２７５４７１号公報

従来のコンデンサの配置構造では、振動が大きくなるという問題があった。
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、配置されたコンデンサの振動を防止することが可能なコンデンサの配置構造を提供する。

この発明の１つの局面に従ったコンデンサの配置構造は、互いに隣接するように配置される偏平型または長方形の第一および第二コンデンサ素子を備える。第一コンデンサ素子の長手方向は、第二コンデンサ素子の長手方向に対して９０°の角度をなすように第一および第二コンデンサが配置される。

このように構成されたコンデンサの配置構造では、第一コンデンサ素子および第二コンデンサ素子の長手方向が互いに９０°の角度をなすように配置されるため、それらの振動方向が異なる。その結果、各々の振動が相手の振動を打消し、振動の発生を抑制することができる。

好ましくは、複数の第一コンデンサ素子と複数の第二コンデンサ素子の数が同じである。

この発明の別の局面に従ったコンデンサの配置構造は、互いに隣接するように配置される偏平型または長方形の第一および第二コンデンサ素子を備える。第一および第二コンデンサ素子の長手方向は互いに平行であり、第二コンデンサ素子は第一コンデンサ素子に対して第一コンデンサ素子の長手方向の長さの半分ずれた位置に配置される。

このように構成されたコンデンサの配置構造では、第一および第二コンデンサ素子がその長さの半分だけずれた位置に配置されるため、第一および第二コンデンサ素子が一体として振動することを防止できる。その結果、コンデンサの振動を低減することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従ったコンデンサの配置構造が用いられる負荷駆動装置の主要部の構成を示す電気回路図である。図１を参照して、負荷駆動装置１０は、コ
ンバータ２０と、インバータ３０と、制御装置４０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１〜ＰＬ３と、出力ライン６２〜６６とを備える。コンバータ２０は、電源ラインＰＬ１，ＰＬ３を介してバッテリＢと接続され、インバータ３０は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３を介してコンバータ２０と接続される。また、インバータ３０は、出力ライン６２〜６６を介して電気負荷としてのモータジェネレータＭＧと接続される。

バッテリＢは、直流電源であって、たとえばニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池である。バッテリＢは発生した直流電力をコンバータ２０に供給し、また、コンバータ２０から受取る直流電力によって充電される。

モータジェネレータＭＧは、たとえば三相交流同期電動発電機であって、負荷駆動装置１０から受ける交流電力によって駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧは、発電機としても使用され、減速時の発電作用（回生発電）により交流電力を発生し、その発生した交流電力を負荷駆動装置１０に供給する。

コンバータ２０は、各々が半導体モジュールからなる上アームおよび下アームと、リアクトルＬとを含む。上アームおよび下アームは、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３の間に直列に接続され、電源ラインＰＬ２に接続される上アームはパワートランジスタＱ１と、パワートランジスタＱ１に逆並列に接続されるダイオードＤ１とからなり、電源ラインＰＬ３に接続される下アームは、パワートランジスタＱ２とパワートランジスタＱ２に逆並列に接続されるダイオードＤ２とからなる。そして、リアクトルＬは、電源ラインＰＬ１とパワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点との間に接続される。

このコンバータ２０は、バッテリＢから受ける直流電流をリアクトルＬを用いて昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。また、コンバータ２０は、インバータ３０から受ける直流電圧によりバッテリＢを充電する。

インバータ３０は、Ｕ相アーム５２と、Ｖ相アーム５４と、Ｗ相アーム５６とを含む。Ｕ相アーム５２と、Ｖ相アーム５４と、Ｗ相アーム５６の各々は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に並列に接続され、半導体モジュールからなる上アームおよび下アームからなる。各相アームにおける上アームおよび下アームは、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に直列に接続される。

Ｕ相アーム５２の上アームはパワートランジスタＱ３と、パワートランジスタＱ３に逆並列に接続されるダイオードＤ３とからなり、Ｕ相アーム５２の下アームは、パワートランジスタＱ４と、パワートランジスタＱ４に逆並列に接続されるダイオードＤ４とからなる。Ｖ相アーム５４の上アームは、パワートランジスタＱ５と、パワートランジスタＱ５に逆並列に接続されるダイオードＤ５とからなり、Ｖ相アーム５４の下アームは、パワートランジスタＱ６と、パワートランジスタＱ６に逆並列に接続されるダイオードＤ６とからなる。Ｗ相アーム５６の上アームは、パワートランジスタＱ７と、パワートランジスタＱ７に逆並列に接続されるダイオードＤ７とからなり、Ｗ相アーム５６の下アームは、パワートランジスタＱ８と、パワートランジスタＱ８に逆並列に接続されるダイオードＤ８とからなる。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、対応する出力ラインを介してモータジェネレータＭＧの対応する相のコイルの反中性点側に接続されている。

インバータ３０は、制御装置４０からの制御信号に基づいて電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧへ出力する。また、インバータ３０は、モータジェネレータＭＧによって発電された交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインＰＬ２に供給する。

第一コンデンサＣ１は電源ラインＰＬ１，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ１の電圧レベルを平滑化する。また、第二コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ２の電圧レベルを平滑化する。

制御装置４０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値、各相電流値およびインバータ３０の入力電圧に基づいてモータジェネレータＭＧの各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするＰＷＭ（パルス幅モジュレーション）信号を生成してインバータ３０へ出力する。ここで、モータジェネレータＭＧの各相電流値は、インバータ３０の各アームを構成する半導体モジュールに組込まれた電流センサによって検出される。この電流センサは、Ｓ／Ｎ比が向上するように半導体モジュール内に配設されている。また、制御装置４０は上述したトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ３０の入力電圧を最適化するためのパワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするＰＷＭ信号を生成してコンバータ２０へ出力する。

さらに、制御装置４０は、モータジェネレータＭＧによって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリＢに充電するため、コンバータ２０およびインバータ３０におけるパワートランジスタＱ１〜Ｑ８のスイッチング動作を制御する。

この負荷駆動装置１０においては、コンバータ２０は、制御装置４０からの制御信号に基づいて、バッテリＢから受ける直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２に供給する。そして、インバータ３０は、第二コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬから受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧへ出力する。

また、インバータ３０は、モータジェネレータＭＧの回生動作によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインＰＬ２へ出力する。そして、コンバータ２０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬから受け、その受けた直流電圧を降圧してバッテリＢを充電する。

コンデンサ装置は第一コンデンサＣ１および第二コンデンサＣ２を含み、第一コンデンサＣ１の正極（Ｐ極）は電源ラインＰＬ１に接続され、負極（Ｎ極）は電電ラインＰＬ３に接続される。第二コンデンサＣ２の正極（Ｐ極）は電源ラインＰＬ２に接続され、第二コンデンサＣ２の負極（Ｎ極）は電源ラインＰＬ３に接続される。

図２は、図１で示すコンデンサの斜視図である。図３は、図２中の矢印ＩＩＩで示す方向から見たコンデンサの平面図である。図２および図３を参照して、箱体としてのコンデンサケース２ａ内に第一コンデンサ素子１ａと第二コンデンサ素子１ｂとが互いに直交する方向に配置されている。第一コンデンサ素子１ａの長辺２１ａが延びる方向が矢印１１ａで示す長辺方向である。第二コンデンサ素子１ｂの長辺２１ｂが延びる方向が第二コンデンサ素子の矢印１１ｂで示す長手方向である。２つの第一コンデンサ素子１ａがそれぞれの長辺を隣接させて配置され、その隣には、第一コンデンサ素子１ａと直交する方向に延びるように第二コンデンサ素子１ｂが配置されている。２つの第二コンデンサ素子１ｂが互いに隣接して各々の長辺２１ｂを接触させている。

コンデンサケース２ａにはバスバー３ａ，３ｂが設けられる。電極としてのバスバー３ａ，３ｂは第一コンデンサ素子１ａおよび第二コンデンサ素子１ｂと電気的に接続されており、第一コンデンサ素子１ａと第二コンデンサ素子１ｂとの間で電力の移動が行なわれる。

この実施の形態では、第一コンデンサＣ１の構造を示しているが、第二コンデンサＣ２に関しても同じような構造とされる。

コンデンサケース２ａ内はポッティング材４ａで満たされている。ポッティング材４ａは第一コンデンサ素子１ａと第二コンデンサ素子１ｂとをコンデンサケース２ａ内に閉じ込める働きをする。

図２および図３ではコンデンサケース２ａは四角形状であるが、この形状に限られず、円形状または多角形状とされていてもよい。

図４は、１つのコンデンサ素子の分解斜視図である。図４を参照して、第一コンデンサ素子１ａは、たとえばフィルムコンデンサであってもよい。具体的には、フィルムコンデンサの第一コンデンサ素子１ａは、絶縁フィルム１１３と、カソード電極１１４と、絶縁フィルム１１３とアノード電極１１５とを積層した形状とされる。絶縁フィルム１１３はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの絶縁性の高い材料により構成される。また、絶縁フィルムとしてポリプロピレン（ＰＢ）などに比較的低誘電率のフィルムを用いることも可能である。

カソード電極１１４とアノード電極１１５としては、銀、アルミニウム、銅などの電気抵抗の小さい材料を用いることができる。

図５は、フィルムコンデンサの斜視図である。図５を参照して、図４で示す工程で巻かれて形成したフィルムコンデンサの第一コンデンサ素子１ａは、上面１１１と下面１１２とを有する。

図６は、コンデンサ素子を変形させる工程を示す斜視図である。図６を参照して、上面１１１および下面１１２と直交する側面を矢印で示す方向に押圧する。これにより、平面状の側面１１７が形成されるとともに、第一コンデンサ素子１ａは偏平形状となる。なお、第一コンデンサ素子１ａが楕円形状または長方形状であってもよい。すなわち、第一コンデンサ素子１ａに矢印Ｄで示す方向に力を加えることで側面を平坦化する。

なお、第一コンデンサ素子１ａおよび第二コンデンサ素子１ｂは必ずしもフィルムコンデンサである必要はなく、電解コンデンサであってもよい。また、フィルムコンデンサ以外ではウルトラコンデンサなどで第一コンデンサ素子１ａおよび第二コンデンサ素子１ｂが構成されていてもよい。

この実施の形態では、形状が平板でなく、円中を半径方向に潰した形状の複数の第一コンデンサ素子１ａ，１ｂと、入出力電力を導くバスバー３ａ，３ｂと、内部にコンデンサとバスバーを収めるコンデンサケース２ａと、これらの隙間を埋めるポッティング材４ａを有する。第一コンデンサ素子１ａおよび第二コンデンサ素子１ｂは、半径方向の向きがどの列においてもすべて同じ方向を向くのでなく、どの列においても少なくとも１つは半径方向に９０°回転した向きでコンデンサケース２ａ内に設置される。

電気自動車のモータ駆動用の変動成分を含む電力がコンデンサに入力する場合、第一コンデンサ素子１ａおよび第二コンデンサ素子１ｂの電極間に振動が発生し、この振動がポッティング材４ａを介してコンデンサケース２ａに伝わり、騒音を発生したり、コンデンサケース２ａの振動が他の部品に伝達し振動を発生させることがある。

図７は、比較例に従ったコンデンサの斜視図である。図８は、図７中の矢印ＶＩＩＩで
示す方向から見た平面図である。図７および図８は比較例に従った構成であり、すべての第一コンデンサ素子１ａが同じ方向に配列されている。このような構成では、第一コンデンサ素子１ａの配置方向がすべて同じ方向であるため、第一コンデンサ素子１の振動が打消されずコンデンサケース２ｂに伝達される。これに対し、図２および３で示す構成では、電流の駆動周波数で第一コンデンサおよび第二コンデンサが振動する。

図９は、第二コンデンサ素子の斜視図、図１０は図９中の矢印Ａで示す方向から見た側面図である。図９および図１０を参照して、コンデンサ素子は図１０で示すようにＸ軸方向の収縮部位とＹ方向の膨張部位が接触するように配置し、これらの振動が打消し合う。これにより、コンデンサケース２ａに伝達する振動を低減することができる。この結果、コンデンサケース２ａからの振動を低減し、また、コンデンサケース２ａからの他の部品への振動の低減を図っている。

図１１は、別の例に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。図１２は、図１１中の矢印ＸＩＩで示す方向から見た平面図である。図１１および図１２で示すように、第一コンデンサ素子１ａおよび第二コンデンサ素子１ｂが各々１つずつの場合、すなわち合計で２つの場合に、１個を半径方向に９０°回転して設置してもよい。

図１３は、別の局面に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。図１４は、図１３中の矢印ＸＩＶで示す方向から見た平面図である。図１３および図１４で示すように、コンデンサ素子が３つの場合に、１つを半径方向に９０°回転させて設置させてもよい。

図１５は、別の局面に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。図１６は、図１５中の矢印ＸＶＩで示す方向から平面図である。図１５および図１６で示すように、コンデンサ素子が４つの場合に、２つを半径方向に９０°回転させて設置してもよい。４個のコンデンサ素子を有する場合は、ＸＹ方向の両軸方向にそれぞれ９０°回転したものを有することが振動低減には有効である。

図１７は、別の局面に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。図１８は、図１７中の矢印ＸＶＩＩＩで示す方向から見た平面図である。図１７および図１８で示すように、ＸＹ方向のどちらか一方に半径方向９０°回転した素子コンデンサを配置してもよい。

実施の形態１のコンデンサ配置構造は、互いに隣接するように配置される偏平型または長方形の第一または第二コンデンサ素子１ａ，１ｂを備え、第一コンデンサ素子１ａの長手方向は第二コンデンサ素子１ｂの長手方向に対して９０°の角度をなすように第一および第二コンデンサ素子１ａ，１ｂが配置される。複数の第一コンデンサ素子１ａと複数の第二コンデンサ素子１ｂとが同じ数だけ配置される。

（実施の形態２）
図１９は、この発明の実施の形態２に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。図２０は、図１９中の矢印ＸＸで示す方向から見た平面図である。図１９および図２０を参照して、第一コンデンサ素子１ａおよび第二コンデンサ素子１ｅを軸方向にずらして振動低減を図ることができる。振動低減の原理は、上述のようにＹ軸方向の膨らむ部位と凹む部位が隣り合うように設置して振動を打消し合っている。第一コンデンサ素子１ａと第二コンデンサ素子１ｅとは同じ方向に向かって延びるように配置されている。具体的には、第一コンデンサ素子１ａの長辺２１ａの延びる方向（第一コンデンサ素子１ａの矢印１１ａで示す長手方向）と、第二コンデンサ素子１ｅの長辺２１ｅが延びる方向（第二コンデンサ素子１ｅの矢印１１ｅで示す長手方向とが平行になっている。また、第一コンデンサ素子１ａの長さ（２Ｌ）の半分（Ｌ）だけずれた位置に第二コンデンサ素子１ｅが配置される。

図２１は、別の局面に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。図２２は、図２１中の矢印ＸＸＩＩで示す方向から見たコンデンサの平面図である。図２１および図２２を参照して、コンデンサ素子が２個の場合においても、軸方向に距離Ｌだけ第一コンデンサ素子１ｃと第二コンデンサ素子１ｂとをずらして配置している。

図２３は、別の局面に従ったコンデンサ素子の配置構造の斜視図である。図２４は、図２３中の矢印ＸＸＩＶで示す方向から見た平面図である。図２３および図２４を参照して、コンデンサ素子が３個の場合に軸方向にずらして設置した例を示す。第一コンデンサ素子１ｃと第二コンデンサ素子１ｂとは第一コンデンサ素子１ｃの長さの半分の長さだけずらして配置されている。

図２５は別の局面に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。図２６は、図２５中のＸＸＶＩで示す方向から見た平面図である。図２５および図２６を参照して、コンデンサ素子が４つの場合に、軸方向にそれらをずらして配置してもよい。図２５および図２６では２つの第二コンデンサ素子１ｅが第一コンデンサ素子１ａに対してずらして配置されている。

また、図２７は、別の局面に従ったコンデンサ素子の配置構造の斜視図である。図２８は、図２７中の矢印ＸＸＶＩＩＩで示す方向から見た平面図である。図２７および図２８を参照して、１つの第二コンデンサ素子１ｅのみが第一コンデンサ素子１ａに対してずれた位置に配置されていてもよい。

このとき、ずらされる１つの第二コンデンサ素子１ｅは、並列に並んだ４つのコンデンサ素子のうちのどの部分のものであってもよい。

図２９は、別の局面に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。図３０は、図２９中の矢印ＸＸＸで示す方向から見た平面図である。図２９および図３０を参照して、第一コンデンサ素子１ａおよび第二コンデンサ素子１ｅよりも小さい第三コンデンサ素子１ｆが設けられていてもよい。第三コンデンサ素子１ｆは第二コンデンサ素子１ｅの端部に設けられる。第二コンデンサ素子１ｅを第一コンデンサ素子１ａに対してずらすと、その端部分で隙間が生じる。この隙間を埋めるために第三コンデンサ素子１ｆを設けている。すなわち、使用するコンデンサ素子はすべて同じ大きさである必要はなく、膨らむ部位と凹む部位が隣り合うように設置して振動を打消し合うように構成されていればよい。第三コンデンサ素子１ｆの長辺２１ｆは矢印１１ｆで示す長手方向に沿って設けられている。

第一コンデンサ素子１ａの長手方向と第二コンデンサ素子１ｂの長手方向は互いに平行であり、第二コンデンサ素子１ｂは第一コンデンサ素子１ａに対して、第一コンデンサ素子１ａの長手方向の長さの半分だけずれた位置に配置される。

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。

この発明の実施の形態１に従ったコンデンサの配置構造が用いられる負荷駆動装置の主要部の構成を示す電気回路図である。 図１で示すコンデンサの斜視図である。 図２中の矢印ＩＩＩで示す方向から見たコンデンサの平面図である。 １つのコンデンサ素子の分解斜視図である。 フィルムコンデンサの斜視図である。 コンデンサ素子を変形させる工程を示す斜視図である。 比較例に従ったコンデンサの斜視図である。 図７中の矢印ＶＩＩＩで示す方向から見た平面図である。 第二コンデンサ素子の斜視図である。 図９中の矢印Ａで示す方向から見た側面図である。 別の局面に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。 図１１中の矢印ＸＩＩで示す方向から見た平面図である。 別の局面に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。 図１３中の矢印ＸＩＶで示す方向から見た平面図である。 別の局面に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。 図１５中の矢印ＸＶＩで示す方向から平面図である。 別の局面に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。 図１７中の矢印ＸＶＩＩＩで示す方向から見た平面図である。 この発明の実施の形態２に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。 図１９中の矢印ＸＸで示す方向から見た平面図である。 別の局面に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。 図２１中の矢印ＸＸＩＩで示す方向から見たコンデンサの平面図である。 別の局面に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。 図２３中の矢印ＸＸＩＶで示す方向から見た平面図である。 別の局面に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。 図２５中のＸＸＶＩで示す方向から見た平面図である。 別の局面に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。 図２７中の矢印ＸＸＶＩＩＩで示す方向から見た平面図である。 別の局面に従ったコンデンサの配置構造の斜視図である。 図２９中の矢印ＸＸＸで示す方向から見た平面図である。

符号の説明

１ａ 第一コンデンサ素子、１ｂ 第二コンデンサ素子、３ａ，３ｂ バスバー、１１ａ，１１ｂ 矢印、２１ａ，２１ｂ 長辺。

Claims (3)

1. 互いに隣接するように配置される偏平型または長方形の第一または第二コンデンサ素子を備え、
   前記第一コンデンサ素子の長手方向は前記第二コンデンサ素子の長手方向に対して９０°の角度をなすように前記第一および第二コンデンサ素子が配置される、コンデンサの配置構造。
2. 複数の前記第一コンデンサ素子と複数の前記第二コンデンサ素子とが同じ数だけ配置される、請求項１に記載のコンデンサの配置構造。
3. 前記第一コンデンサ素子の長手方向と前記第二のコンデンサ素子の長手方向は互いに平行であり、前記第二コンデンサ素子は前記第一コンデンサ素子に対して、前記第一コンデンサ素子の長手方向の長さの半分だけずれた位置に配置される、コンデンサの配置構造。

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