JP2009099884A - Capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、産業用途や車両駆動用途などに用いられる複数のコンデンサ素子を有するコンデンサに関する。 The present invention relates to a capacitor having a plurality of capacitor elements used for industrial use, vehicle drive use, and the like.
産業用途やハイブリッド電気自動車に代表される車両駆動用途などのパワーインバータシステムに用いられる平滑用コンデンサには、大容量で定格電圧が高く、耐電流の大きなコンデンサが要求される。この平滑用コンデンサに用いられるフィルムコンデンサは、定格電圧が高く、耐電流性能に優れるが、コンデンサ素子の容量が小さいため、複数個のコンデンサ素子を並列に接続することによって、必要容量を得ている。 A smoothing capacitor used in a power inverter system such as an industrial application or a vehicle drive application represented by a hybrid electric vehicle is required to have a large capacity, a high rated voltage, and a large current resistance. The film capacitor used for this smoothing capacitor has a high rated voltage and excellent current resistance performance, but since the capacity of the capacitor element is small, the required capacity is obtained by connecting a plurality of capacitor elements in parallel. .
元来、車両駆動用途などにおけるインバータの駆動周波数は、10kHz程度の高周波であるため、コンデンサの配線におけるインダクタンスが重要となる。これはインダクタンスが大きいとサージ電圧を上昇させ、インバータの不具合の原因となるおそれがあるからである。 Originally, the drive frequency of an inverter in a vehicle drive application or the like is a high frequency of about 10 kHz, so that inductance in the capacitor wiring is important. This is because if the inductance is large, the surge voltage is increased, which may cause a malfunction of the inverter.
このインバータにおいて平滑用コンデンサとして用いられる大容量フィルムコンデンサは、複数個のコンデンサ素子をバスバーなどにより電気的に接続している。このようなコンデンサは電流の入出力を行うための外部接続端子を備えるが、電流は外部接続端子付近に集中して流れるため、複数のコンデンサ素子に対するバスバーインダクタンスや経路抵抗が不均一になるとともに、バスバーからの発熱量も不均一になることがある。 A large-capacity film capacitor used as a smoothing capacitor in this inverter has a plurality of capacitor elements electrically connected by a bus bar or the like. Such a capacitor has an external connection terminal for inputting and outputting current, but since the current flows in the vicinity of the external connection terminal, the bus bar inductance and path resistance for a plurality of capacitor elements become non-uniform, The amount of heat generated from the bus bar may also be uneven.
特許文献1には、平行平板状の導体を用いた複数相の電力変換装置において、正側導体および負側導体の各相間にスリットを入れることで、並列接続した半導体素子の電流のばらつきを低減する技術が開示されている。 In Patent Document 1, in a multi-phase power conversion device using parallel plate-like conductors, slits are provided between phases of a positive side conductor and a negative side conductor, thereby reducing current variations in semiconductor elements connected in parallel. Techniques to do this are disclosed.
特許文献2には、中央の電解コンデンサの周りに放射状に、かつ電解コンデンサからほぼ等距離に3相それぞれの直流電源用バスバー、交流側出力端子板、電力変換用半導体素子をレイアウトすることで、電解コンデンサから半導体素子を経て交流出力端子に至るまでの電流経路をU,V,W各相で均一にして配線インダクタンスのばらつきをなくす技術が開示されている。 Patent Document 2 lays out a three-phase DC power supply bus bar, an AC-side output terminal plate, and a power conversion semiconductor element radially around the central electrolytic capacitor and approximately equidistant from the electrolytic capacitor. A technique is disclosed in which the current path from the electrolytic capacitor to the AC output terminal through the semiconductor element is made uniform for each of the U, V, and W phases to eliminate variations in wiring inductance.
特許文献3には、並列接続された各平滑コンデンサを通る複数の電流経路のインピーダンスをほぼ同等とする技術が開示されている。 Patent Document 3 discloses a technique in which impedances of a plurality of current paths passing through smoothing capacitors connected in parallel are substantially equal.
特許文献1に開示された技術では、導体に形成される半導体素子(IGBT)を接続するための端子穴の位置によって、当該端子穴からフィルタコンデンサを接続するための端子穴までの電流経路の長さが異なるため、半導体素子ごとにインダクタンスにばらつきが生じる。 In the technique disclosed in Patent Document 1, the length of the current path from the terminal hole to the terminal hole for connecting the filter capacitor is determined depending on the position of the terminal hole for connecting the semiconductor element (IGBT) formed in the conductor. Therefore, the inductance varies among the semiconductor elements.
特許文献2に開示された技術では、複数のIGBT素子を集積したIGBTモジュールごとの配線インダクタンスのばらつきは低減するかもしれないが、IGBTモジュール内のIGBT素子ごとの配線インダクタンスは異なる。 In the technique disclosed in Patent Document 2, variation in wiring inductance for each IGBT module in which a plurality of IGBT elements is integrated may be reduced, but wiring inductance for each IGBT element in the IGBT module is different.
特許文献3に開示された技術では、平滑コンデンサごとの電流経路のインピーダンスをほぼ同等とできるかもしれないが、電位バスバーを5枚も必要とし、配線が複雑となる。 In the technique disclosed in Patent Document 3, the impedance of the current path for each smoothing capacitor may be almost equal, but five potential bus bars are required, and wiring becomes complicated.
本発明は、コンデンサ素子ごとの電流経路のインピーダンスのばらつきの抑制をより簡易に行うことを目的とする。 An object of the present invention is to more easily suppress variation in impedance of a current path for each capacitor element.
本発明に係るコンデンサは、対向する2つの端面にそれぞれ1つずつ電極が設けられ、前記各端面がそれぞれ同一平面上に位置するように一列に並べて配置された複数のコンデンサ素子と、前記各コンデンサ素子の配列方向に沿って前記各コンデンサ素子の同一側面上に配置され、いずれか一方の端面に設けられた各電極に接続される電極接続部、および前記いずれか一方の端面に設けられた各電極を外部と電気的に接続するための外部接続端子を有する一対のバスバーと、を備え、前記一対のバスバーのうち何れか一方のバスバーに、前記電極接続部と前記外部接続端子との間に流れる電流を迂回させるためのスリットが前記外部接続端子側から前記配列方向に沿って形成されることを特徴とする。 The capacitor according to the present invention includes a plurality of capacitor elements arranged in a line such that one electrode is provided on each of two opposing end faces, and the end faces are positioned on the same plane, and the capacitors An electrode connecting portion arranged on the same side surface of each capacitor element along the element arrangement direction and connected to each electrode provided on any one end face, and each provided on any one end face A pair of bus bars having an external connection terminal for electrically connecting the electrode to the outside, and one of the pair of bus bars is provided between the electrode connection portion and the external connection terminal. A slit for bypassing a flowing current is formed along the arrangement direction from the external connection terminal side.
本発明に係るコンデンサの1つの態様では、前記スリットは、前記一方のバスバーの外部接続端子に物理的に電極が近いコンデンサ素子ほど、当該電極から当該外部接続端子に至る電流経路が長くなるように形成されることを特徴とする。 In one aspect of the capacitor according to the present invention, the slit has a longer current path from the electrode to the external connection terminal as the capacitor element is physically closer to the external connection terminal of the one bus bar. It is formed.
本発明に係るコンデンサは、対向する2つの端面にそれぞれ1つずつ電極が設けられ、前記各端面がそれぞれ同一平面上に位置するように一列に並べて配置された複数のコンデンサ素子と、前記各コンデンサ素子の配列方向に沿って前記各コンデンサ素子の同一側面上に配置され、いずれか一方の端面に設けられた各電極に接続される電極接続部、および前記いずれか一方の端面に設けられた各電極を外部と電気的に接続するための外部接続端子を有する一対のバスバーと、を備え、前記一対のバスバーは、各コンデンサ素子の各電極に向けて放射状に形成されることを特徴とする。 The capacitor according to the present invention includes a plurality of capacitor elements arranged in a line such that one electrode is provided on each of two opposing end faces, and the end faces are positioned on the same plane, and the capacitors An electrode connecting portion arranged on the same side surface of each capacitor element along the element arrangement direction and connected to each electrode provided on any one end face, and each provided on any one end face A pair of bus bars having external connection terminals for electrically connecting the electrodes to the outside, wherein the pair of bus bars are formed radially toward the electrodes of the capacitor elements.
本発明に係るコンデンサの1つの態様では、前記各コンデンサ素子における、一方の電極から一方のバスバーの外部接続端子に至る電流経路の長さと、他方の電極から他方のバスバーの外部接続端子に至る電流経路の長さとの合計が互いに等しいことを特徴とする。 In one aspect of the capacitor according to the present invention, the length of the current path from one electrode to the external connection terminal of one bus bar and the current from the other electrode to the external connection terminal of the other bus bar in each capacitor element. The sum of the lengths of the paths is equal to each other.
本発明によれば、コンデンサ素子ごとの電流経路のインピーダンスのばらつきの抑制をより簡易に行うことができる。 According to the present invention, it is possible to more easily suppress the variation in impedance of the current path for each capacitor element.
本発明を実施するための最良の形態(以下、実施形態と称す)について、以下図面を用いて説明する。 The best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described below with reference to the drawings.
図1は、本実施形態におけるコンデンサ100の斜視図である。コンデンサ100は、例えば、ハイブリッド電気自動車などの電動車両に搭載されるモータ駆動用インバータ回路に入力される電圧を平滑するために用いられる。
FIG. 1 is a perspective view of a
図1において、コンデンサ100は、コンデンサケース20内に複数のコンデンサ素子10を並列に配列し収容することで構成される。なお、図1では、便宜上、コンデンサケース20とコンデンサ素子10などの部材とを分離して示しているが、実際には、コンデンサ素子10などの部材をコンデンサケース20内に収容し、充填樹脂などをコンデンサケース20内に封入することで、コンデンサ100を構成する。
In FIG. 1, a
コンデンサ素子10は、幅方向(y方向)の端面10aおよび端面10bに正電極あるいは負電極を有する。コンデンサ素子10は、例えば、誘電体にポリプロピレンフィルムを用いた片面蒸着の2枚の金属フィルムを巻回し、かつ扁平形状に形成したフィルムコンデンサである。
The
複数のコンデンサ素子10は、両側面の一方の扁平面10cをコンデンサケース20の開口部に向けて、かつ端面10a,10bの各電極をコンデンサケース20の幅方向(y方向)の両側面20a,20bに向けて、各電極がそれぞれ略同一平面上に位置するように、長手方向(x方向)に一列に密接して配列される。
The plurality of
正極バスバー30aおよび負極バスバー30bは、各コンデンサ素子10と外部接続機器(図示せず)などとを接続させるものであり、銅板などからなる。正極バスバー30aおよび負極バスバー30bは、コンデンサ素子10の扁平面10cに、それぞれ端面10a,10b側に寄せて配置される。上記のように、コンデンサ素子10の扁平面10cをコンデンサケース20の開口部側に向けることで、各コンデンサ素子10が安定する。
The positive
バスバー30a,30bは、各コンデンサ素子10の各電極に接続するために、各電極に向けて引き出された複数の電極接続部32a,32bを有する。さらに、バスバー30a,30bは、コンデンサ素子10と外部接続機器などに接続するために、コンデンサケース20の外部へ引き出された外部接続端子34a,34bを有する。外部接続端子34a,34bは、端部に貫通孔35a,35bが形成され、リード線など(図示せず)をビスおよびナットなどで固定できるようになっている。さらに、外部接続端子34a,34bの一部は絶縁を保ちつつ重なっている。このように、外部接続端子34a,34bの一部を対向させることで各バスバーのインダクタンスを小さくすることができる。
The
さて、このように構成されたコンデンサ100において、本実施形態では、正極バスバー30aに、外部接続端子34a側から長手方向(x方向)にスリット40を形成することを特徴とする。
Now, in the
図1に示すように、正極バスバー30aにスリット40を形成することで、幅方向(y方向)に流れる電流が抑制される。その結果、外部接続端子34aの接続点(貫通孔35a)から端面10a側の電極までの電流経路Laの長さと、端面10b側の電極から外部接続端子34bの接続点(貫通孔35b)までの電流経路の長さLbとの経路合計L(=La+Lb)が、各コンデンサ素子10の間で均一化される。つまり、各コンデンサ素子10の間でインダクタンスが均一化される。
As shown in FIG. 1, the current flowing in the width direction (y direction) is suppressed by forming the
いずれのバスバーにもスリットを形成しない場合、外部接続端子34に物理的に電極が近いコンデンサ素子10ほど経路合計Lは短くなる。一方、片方のバスバー、例えば正極バスバー30aにスリットを形成した場合、スリットが形成された正極バスバー30aは、外部接続端子34aに物理的に電極が近いコンデンサ素子10ほど外部接続端子34aの接続点から端面10a側の電極までの電流経路Laが長くなる。さらにスロットを形成されていない負極バスバー34bは、外部接続端子34bから物理的に電極が遠いコンデンサ素子10ほど外部接続端子34bの接続点から端面10b側の電極までの電流経路Lbが長くなる。その結果、経路合計Lは、各コンデンサ素子10の間で均一化される。よって、外部接続端子34に近い一部のコンデンサ素子10の温度が過度に上昇することを抑制することができ、コンデンサ素子の耐久性を向上させることができる。また、一部のコンデンサ100の過度の温度上昇を抑制するためにバスバー30の厚みを増大させたり、外部接続端子34のバスバー30への接続箇所数を増やしたり、コンデンサ素子10のフィルム厚を増大させたりする必要が無くなる。よって、コンデンサ100を小型化できる。さらに、コンデンサ素子10の発熱が抑制されることで、コンデンサ素子10を構成するフィルムとして、より低コストのものを用いることができる。その結果、コンデンサ100の製造コストを抑制することができる。
When no slit is formed in any of the bus bars, the path total L becomes shorter as the
なお、各コンデンサ素子10の経路合計の差が小さいほど各コンデンサ素子10に対するインピーダンスのばらつきを抑制することができる。よって、各コンデンサ素子10の経路合計が等しくなるようにスリット40を形成することが望ましい。また、本実施形態では、正極バスバー30aにスリット40を形成する例について説明したが、負極バスバー30bにスリットを形成しても構わない。
In addition, the variation in impedance with respect to each
さらに、本実施形態では、各コンデンサ素子10の経路合計のばらつきを抑制するために、一方のバスバー30にスリット40を形成する例について説明した。しかし、例えば、図2に示すように、正極バスバー30aおよび負極バスバー30bを各コンデンサ素子10の各端面10a,10bの各電極に向けて放射状に形成してもよい。このように放射状に形成することで、各コンデンサ素子10の経路合計Lが均一化される。その結果、一方のバスバーにスリットを形成する場合と同様に各コンデンサ素子10のインダクタンスが均一化される。
Furthermore, in the present embodiment, an example in which the
10 コンデンサ素子、20 コンデンサケース、30a 正極バスバー、30b 負極バスバー、100 コンデンサ。 10 capacitor element, 20 capacitor case, 30a positive electrode bus bar, 30b negative electrode bus bar, 100 capacitor.
Claims (4)
前記各コンデンサ素子の配列方向に沿って前記各コンデンサ素子の同一側面上に配置され、いずれか一方の端面に設けられた各電極に接続される電極接続部、および前記いずれか一方の端面に設けられた各電極を外部と電気的に接続するための外部接続端子を有する一対のバスバーと、
を備え、
前記一対のバスバーのうちいずれか一方のバスバーに、前記電極接続部と前記外部接続端子との間に流れる電流を迂回させるためのスリットが前記外部接続端子側から前記配列方向に沿って形成されることを特徴とするコンデンサ。 A plurality of capacitor elements each provided with one electrode on each of two opposing end faces, and arranged in a row so that the end faces are located on the same plane,
An electrode connecting portion disposed on the same side surface of each capacitor element along the arrangement direction of each capacitor element and connected to each electrode provided on any one end surface, and provided on any one end surface A pair of bus bars having external connection terminals for electrically connecting each electrode to the outside;
With
A slit for diverting a current flowing between the electrode connection portion and the external connection terminal is formed in one of the pair of bus bars along the arrangement direction from the external connection terminal side. Capacitor characterized by that.
前記スリットは、前記一方のバスバーの外部接続端子に物理的に電極が近いコンデンサ素子ほど、当該電極から当該外部接続端子に至る電流経路が長くなるように形成される、
ことを特徴とするコンデンサ。 The capacitor of claim 1,
The slit is formed so that the capacitor element physically closer to the external connection terminal of the one bus bar has a longer current path from the electrode to the external connection terminal.
Capacitor characterized by that.
前記各コンデンサ素子の配列方向に沿って前記各コンデンサ素子の同一側面上に配置され、いずれか一方の端面に設けられた各電極に接続される電極接続部、および前記いずれか一方の端面に設けられた各電極を外部と電気的に接続するための外部接続端子を有する一対のバスバーと、
を備え、
前記一対のバスバーは、各コンデンサ素子の各電極に向けて放射状に形成されることを特徴とするコンデンサ。 A plurality of capacitor elements each provided with one electrode on each of two opposing end faces, and arranged in a row so that the end faces are located on the same plane,
An electrode connecting portion disposed on the same side surface of each capacitor element along the arrangement direction of each capacitor element and connected to each electrode provided on any one end face, and provided on any one end face A pair of bus bars having external connection terminals for electrically connecting each electrode to the outside;
With
The pair of bus bars are formed radially toward each electrode of each capacitor element.
前記各コンデンサ素子における、一方の電極から一方のバスバーの外部接続端子に至る電流経路の長さと、他方の電極から他方のバスバーの外部接続端子に至る電流経路の長さとの合計が互いに等しいことを特徴とするコンデンサ。 The capacitor according to any one of claims 1 to 3,
In each capacitor element, the sum of the length of the current path from one electrode to the external connection terminal of one bus bar and the length of the current path from the other electrode to the external connection terminal of the other bus bar are equal to each other. Features a capacitor.
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