JP2020119919A - コンデンサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、２個のＹコンデンサの直列接続が平滑コンデンサに並列に接続されているコンデンサモジュールにおいてノイズを低減する。【解決手段】本明細書が開示するコンデンサモジュール１０は、平滑コンデンサ１２とＹコンデンサ１３ａ、１３ｂを備えている。平滑コンデンサ１２とＹコンデンサ１３ａ、１３ｂは、正極端子１０ａと負極端子１０ｂの間に接続されている。正極端子から平滑コンデンサの正電極１２ａまでのインピーダンスＺｐｃが、正極端子から２個のＹコンデンサの直列接続の高電位端１４ａまでのインピーダンスＺｐｙよりも小さく、負極端子から平滑コンデンサの負電極１２ｂまでのインピーダンスＺｎｃが、負極端子から２個のＹコンデンサの直列接続の低電位端１４ｂまでのインピーダンスＺｎｙよりも小さい。【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、インバータの直流正極端と直流負極端の間に接続されるコンデンサモジュールに関する。

インバータの直流正極端と直流負極端の間には、入力電流の脈動を抑える平滑コンデンサが接続される。特許文献１、２には、平滑コンデンサとともに、ノイズ低減用の２個のＹコンデンサの直列接続が直流正極端と直流負極端に接続されるコンデンサモジュールが開示されている。Ｙコンデンサの直列接続の中点はグランドに接続される。２個のＹコンデンサは、コモンモードノイズを抑える。

特開２０１３−１２６３６０号公報 特許第４４２５８３１号公報

インバータでは、スイッチング素子に逆並列に接続されている還流ダイオードのリカバリ電流がノイズとなって直流負極端から放出される。直流負極端から放出されたリカバリ電流は、平滑コンデンサの負電極から正電極へ流れ、インバータの直流正極端へ戻るノーマルモードノイズとなる。

平滑コンデンサに２個のＹコンデンサの直列接続が付随していると、リカバリ電流の一部はＹコンデンサの直列接続の低電位端からＹコンデンサに流入する。Ｙコンデンサへ流入したリカバリ電流は、Ｙコンデンサの直列接続の中点を通じてグランドへ流れる。すなわち、ノーマルモードノイズの一部が、Ｙコンデンサの直列接続を通じてコモンモードノイズに変換され得る。本明細書は、Ｙコンデンサの直列接続が平滑コンデンサに並列に接続されているコンデンサモジュールにおいて、ノーマルモードノイズから変換されるコモンモードを低減する技術を提供する。本明細書はさらに、平滑コンデンサとＹコンデンサの誘導結合によって発生するノイズを低減する技術を提供する。

本明細書が開示するコンデンサモジュールは、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列に接続されている還流ダイオードを備えているインバータに接続される。コンデンサモジュールは、正極導体と、負極導体と、平滑コンデンサと、２個のＹコンデンサを備えている。正極導体は、インバータの直流正極端に接続される正極端子を備えている。負極導体は、インバータの直流負極端に接続される負極端子を備えている。平滑コンデンサは、正極導体と負極導体の間に接続されている。２個のＹコンデンサは、正極導体と負極導体の間に直列に接続されているとともに、直列接続の中点がグランドに接続される。本明細書が開示するコンデンサモジュールでは、正極端子から平滑コンデンサの正電極（平滑コン正電極）までのインピーダンスＺｐｃが、正極端子から２個のＹコンデンサの直列接続の高電位端までのインピーダンスＺｐｙよりも小さく（Ｚｐｃ＜Ｚｐｙ）、負極端子から平滑コンデンサの負電極（平滑コン負電極）までのインピーダンスＺｎｃが、負極端子から２個のＹコンデンサの直列接続の低電位端までのインピーダンスＺｎｙよりも小さい（Ｚｎｃ＜Ｚｎｙ）。そして、Ｙコンデンサは、平滑コンデンサに隣接配置されているとともに、当該Ｙコンデンサの正電極（Ｙコン正電極）と負電極（Ｙコン負電極）を結ぶ方向が、平滑コン正電極と平滑コン負電極を結ぶ方向に対して直交するように配置されている。

上記のコンデンサモジュールをインバータに接続すると、インバータの直流負極端から発生するリカバリ電流は、Ｚｐｃ＜Ｚｐｙ、Ｚｎｃ＜Ｚｎｙのため、主に、負極導体／平滑コンデンサ／正極導体／直流正極端へと流れる。すなわち、リカバリ電流はＹコンデンサには流れ難くなり、ノーマルモードノイズのコモンモードノイズへの変換が抑制される。一方、インバータの上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子の中点からインバータの寄生容量を通じてグランドに流れるコモンモードノイズは、２個のＹコンデンサの中点を通じてＹコンデンサに流れる。すなわち、インバータの上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子の中点からインバータの寄生容量を通じてグランドに流れるコモンモードノイズは、２個のＹコンデンサにバイパスされ、他の機器への影響が抑制される。そして、平滑コンデンサの電極とＹコンデンサの電極が上記の関係となるようにＹコンデンサを配置することで、Ｙコンデンサと平滑コンデンサのそれぞれを流れる電流の誘導結合が抑制される。この誘導結合の抑制によって、誘導結合に起因してＹコンデンサが発生するノイズが抑えられる。

なお、本明細書では、コンデンサの電極に正負の区別が無い場合でも、説明の便宜上、回路の高電位側に接続される電極を正電極と称し、回路の低電位側に接続される電極を負電極と称する。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を搭載している電気自動車の電力系のブロック図である。 コンデンサモジュールの斜視図である。 インバータに接続されているコンデンサモジュールの回路図である。 比較例のコンデンサモジュールの回路図である。 実施例のコンデンサモジュールの効果を説明するグラフである（１）。 実施例のコンデンサモジュールの効果を説明するグラフである（２）。 実施例のコンデンサモジュールの効果を説明するグラフである（３）。 変形例のコンデンサモジュールの斜視図である。

図面を参照して実施例のコンデンサモジュール１０を説明する。コンデンサモジュール１０は、電気自動車１００に搭載されている。図１に、電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。

電気自動車１００は、メインバッテリ２、電圧コンバータ７、コンデンサモジュール１０、インバータ８、走行用のモータ９を備えている。電気自動車１００は、走行用のモータ９で走行する。電圧コンバータ７がメインバッテリ２の出力電力の電圧を昇圧し、インバータ８が昇圧後の直流電力をモータ９の駆動電力（三相交流）に変換する。コンデンサモジュール１０は、電圧コンバータ７とインバータ８の間に接続されている。電圧コンバータ７の低電圧端にはフィルタコンデンサ６が接続されている。

電圧コンバータ７は、リアクトル５、スイッチング素子３ｇ、３ｈ、還流ダイオード４ｇ、４ｈを備えている。スイッチング素子３ｇ、３ｈは、電圧コンバータ７の高電圧端の正極と負極の間に直列に接続されている。還流ダイオード４ｇはスイッチング素子３ｇに逆並列に接続されている。還流ダイオード４ｈはスイッチング素子３ｈに逆並列に接続されている。リアクトル５は、電圧コンバータ７の低電圧端の正極と、２個のスイッチング素子３ｇ、３ｈの直列接続の中点との間に接続されている。電圧コンバータ７は、低電圧端に印加された電圧（メインバッテリ２の出力電圧）を昇圧して高電圧端（インバータ側）に出力する昇圧機能と、高電圧端に印加された電圧（モータ９が発電し、インバータ８が交流から直流に変換した回生電力の電圧）を降圧して低電圧端に出力する降圧機能の双方を有している。すなわち、電圧コンバータ７は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。電圧コンバータ７の動作はよく知られているので詳しい説明は省略する。

インバータ８は、２個のスイッチング素子の直列接続の組を３組備えており、その３組の直列接続が並列に接続された回路構成を有している。スイッチング素子３ａ、３ｂが直列に接続されており、スイッチング素子３ｃ、３ｄが直列に接続されており、スイッチング素子３ｅ、３ｆが直列に接続されている。スイッチング素子３ａ−３ｆのそれぞれに、還流ダイオード４ａ−４ｆのそれぞれが逆並列に接続されている。２個のスイッチング素子の直列接続は、インバータ８の直流正極端８ａと直流負極端８ｂの間に並列に接続されている。インバータ８の構成もよく知られているので詳しい説明は省略する。

スイッチング素子３ａ−３ｈは、電力変換用のパワートランジスタである。スイッチング素子３ａ−３ｈは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、あるいは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。インバータ８において、２個のスイッチング素子の直列接続の高電位側のスイッチング素子３ａ、３ｃ、３ｅは、上アームスイッチング素子と呼ばれる。２個のスイッチング素子の直列接続の低電位側のスイッチング素子３ｂ、３ｄ、３ｆは、下アームスイッチング素子と呼ばれる。上アームスイッチング素子３ａと下アームスイッチング素子３ｂが交互にスイッチングすることで、２個のスイッチング素子３ａ、３ｂの直列接続の中点から交流が出力される。上アームスイッチング素子３ｃと下アームスイッチング素子３ｄ、上アームスイッチング素子３ｅと下アームスイッチング素子３ｆについても同様である。

コンデンサモジュール１０は、正極端子１０ａと負極端子１０ｂを備えている。正極端子１０ａはインバータ８の直流正極端８ａに接続されており、負極端子１０ｂはインバータ８の直流負極端８ｂに接続されている。コンデンサモジュール１０のハードウエア構成は後に詳しく説明するが、正極端子１０ａは、板状の金属で作られている正極バスバ２０の一端に設けられており、負極端子１０ｂは、板状の金属で作られている負極バスバ３０の一端に設けられている。図１では、正極バスバ２０に相当する部分と負極バスバ３０に相当する部分を点線矩形で囲んである。

コンデンサモジュール１０は、平滑コンデンサ１２と、２個のＹコンデンサ１３ａ、１３ｂを備えている。平滑コンデンサ１２は、上記した正極バスバ２０と負極バスバ３０の間に接続されている。２個のＹコンデンサ１３ａ、１３ｂは、正極バスバ２０と負極バスバ３０の間で直列に接続されている。別言すれば、２個のＹコンデンサ１３ａ、１３ｂの直列接続の高電位端１４ａが正極バスバ２０に接続されており、低電位端１４ｂが負極バスバ３０に接続されている。２個のＹコンデンサ１３ａ、１３ｂの直列接続の中点１４ｃは、グランドＧに接続される。

平滑コンデンサ１２は、電圧コンバータ７とインバータ８の間を流れる電流の脈動を抑制するために備えられている。２個のＹコンデンサ１３ａ、１３ｂは、スイッチング素子３ａ−３ｈのスイッチングに伴うノイズを抑えるために備えられている。正極と負極の間に直列に接続されるとともに直列接続の中点がグランドに接続される２個のＹコンデンサは、ラインバイパスコンデンサとも呼ばれる。２個のＹコンデンサ１３ａ、１３ｂのそれぞれの容量は、平滑コンデンサ１２の容量よりも小さい。以下では、説明の便宜上、２個のＹコンデンサ１３ａ、１３ｂの直列接続をＹコン直列接続１３と称する。

また、正極端子１０ａから平滑コンデンサ１２の正電極（平滑コン正電極１２ａ）までのインピーダンスＺｐｃが、正極端子１０ａからＹコン直列接続１３の高電位端１４ａまでのインピーダンスＺｐｙよりも小さい（Ｚｐｃ＜Ｚｐｙ）。さらに、負極端子１０ｂから平滑コンデンサ１２の負電極（平滑コン負電極１２ｂ）までのインピーダンスＺｎｃが、負極端子１０ｂからＹコン直列接続１３の低電位端１４ｂまでのインピーダンスＺｎｙよりも小さい（Ｚｎｃ＜Ｚｎｙ）。

図２を参照してコンデンサモジュール１０のハードウエア構成について説明する。図２は、コンデンサモジュール１０の斜視図である。

コンデンサモジュール１０は、３個の第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃと、第２コンデンサ素子６０ａ、６０ｂと、正極バスバ２０と、負極バスバ３０と、中間バスバ４０と、ケースを備えている。図２では、ケースには、第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃと第２コンデンサ素子６０ａ、６０ｂが収容されるが、そのケースは図示を省略してある。なお、ケースとコンデンサ素子の間の隙間にはポッティング樹脂が充填される。

第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃと第２コンデンサ素子６０ａ、６０ｂは、ともに、金属フィルムを巻回した巻回型のコンデンサ素子である。第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃの容量は、第２コンデンサ素子６０ａ、６０ｂの容量よりもはるかに大きい。

３個の第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃは、正極バスバ２０の本体２１と負極バスバ３０の本体３１の間で並列に接続されている。３個の第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃの正電極５１が正極バスバ２０の本体２１に溶接されており、負電極５２が負極バスバ３０の本体３１に溶接されている。並列に接続されている第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃが、図１の平滑コンデンサ１２に対応する。第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃの正電極５１と負電極５２は、それぞれ、図１の回路図の平滑コン正電極１２ａと平滑コン負電極１２ｂに対応する。

第２コンデンサ素子６０ａの正電極６１は、正極バスバ２０の他端２４に接続されており、第２コンデンサ素子６０ａの負電極６２は、中間バスバ４０に接続されている。第２コンデンサ素子６０ｂの正電極６１は中間バスバ４０に接続されており、第２コンデンサ素子６０ｂの負電極６２は負極バスバ３０の他端３４に接続されている。すなわち、２個の第２コンデンサ素子６０ａ、６０ｂは、正極バスバ２０と負極バスバ３０の間で直列に接続されている。第２コンデンサ素子６０ａが高電位側のコンデンサとなる。第２コンデンサ素子６０ａが図１のＹコンデンサ１３ａに対応する。第２コンデンサ素子６０ｂが図１のＹコンデンサ１３ｂに対応する。中間バスバ４０にはネジ孔が設けられているタブ４４が設けられている。

正極バスバ２０の一端２２が図１のコンデンサモジュール１０の正極端子１０ａに対応し、負極バスバ３０の一端３２が図１のコンデンサモジュール１０の負極端子１０ｂに対応する。第２コンデンサ素子６０ａの正電極６１に接続している他端２４がＹコン直列接続１３の高電位端１４ａに対応し、第２コンデンサ素子６０ｂの負電極６２に接続している他端３４がＹコン直列接続１３の低電位端１４ｂに対応する。第２コンデンサ素子６０ａ、６０ｂを直列に接続する中間バスバ４０のタブ４１が、Ｙコン直列接続１３の中点１４ｃに対応する。

図２における長さＬ１は、正極バスバ２０の一端２２から第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃの正電極５１までの距離を示している。長さＬ２は、負極バスバ３０の一端３２から第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃの負電極５２までの距離を示している。長さＬ３は、正極バスバ２０の一端２２から他端２４までの距離を示している。長さＬ４は、負極バスバ３０の一端３２から他端３４までの距離を示している。

正極バスバ２０と負極バスバ３０の単位長さあたりの寄生インダクタンスはほぼ一様であるから、バスバにおける一点から他点までの距離は、一点と他点の間の寄生インダクタンスの大きさに概ね比例する。さらに、インダクタンスに周波数（バスバを流れる電流の周波数）を乗じた値がバスバのインピーダンスに相当する。一方、正極バスバ２０の一端２２は正極端子１０ａに対応する。他端２４はＹコン直列接続１３の高電位端１４ａに対応する。第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃの正電極５１が平滑コン正電極１２ａに対応する。距離Ｌ１＜距離Ｌ３であるから、正極端子１０ａと平滑コン正電極１２ａとの間のインピーダンスＺｐｃは、正極端子１０ａとＹコン直列接続１３の高電位端１４ａとの間のインピーダンスＺｐｙよりも小さい（Ｚｐｃ＜Ｚｐｙ）。

負極バスバ３０の一端３２は負極端子１０ｂに対応する。他端３４はＹコン直列接続１３の低電位端１４ｂに対応する。第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃの負電極５２が平滑コン負電極１２ｂに対応する。距離Ｌ２＜距離Ｌ４であるから、負極端子１０ｂと平滑コン負電極１２ｂとの間のインピーダンスＺｎｃは、負極端子１０ｂとＹコン直列接続１３の低電位端１４ｂとの間のインピーダンスＺｎｙよりも小さい（Ｚｎｃ＜Ｚｎｙ）。

上記したインピーダンスの関係の利点を、図３を参照しつつ説明する。図３は、インバータ８に接続されているコンデンサモジュール１０の回路図である。図３では、インバータ８は、上アームスイッチング素子３ａと下アームスイッチング素子３ｂの一組のみ示してあり、他のスイッチング素子３ｃ−３ｆ（図１）の図示は省略してある。

図３では、図２で示した距離Ｌ１−Ｌ４の関係を、各要素間の寄生インダクタンスで表している。図３において、正極端子１０ａと平滑コン正電極１２ａの間の寄生インダクタンスを記号Ｌｐ１で示してあり、平滑コン正電極１２ａとＹコン直列接続１３の高電位端１４ａの間の寄生インダクタンスを記号Ｌｐ２で示してある。同様に、負極端子１０ｂと平滑コン負電極１２ｂの間の寄生インダクタンスを記号Ｌｎ１で示してあり、平滑コン負電極１２ｂとＹコン直列接続１３の低電位端１４ｂの間の寄生インダクタンスを記号Ｌｎ２で示してある。すべての導電経路の寄生インダクタンスは存在するが、ここでは上記した４個の寄生インダクタンスＬｐ１、Ｌｐ２、Ｌｎ１、Ｌｎ２に着目する。

コンデンサモジュール１０に流れる電流の周波数を記号ｗで表すと、正極端子１０ａと平滑コン正電極１２ａとの間のインピーダンスＺｐｃは、Ｚｐｃ＝ｗ・Ｌｐ１で表される。正極端子１０ａとＹコン直列接続１３の高電位端１４ａとの間のインピーダンスＺｐｙは、Ｚｐｙ＝ｗ・（Ｌｐ１＋Ｌｐ２）で表される。従ってＺｐｃ＜Ｚｐｙとなる。

同様に、負極端子１０ｂと平滑コン負電極１２ｂとの間のインピーダンスＺｎｃは、Ｚｎｃ＝ｗ・Ｌｎ１で表される。負極端子１０ｂとＹコン直列接続１３の低電位端１４ｂとの間のインピーダンスＺｎｙは、Ｚｎｙ＝ｗ・（Ｌｎ１＋Ｌｎ２）で表される。従ってＺｎｃ＜Ｚｎｙとなる。

インバータ８の還流ダイオード４ａ（あるいは４ｂ）のリカバリ電流がノーマルモードノイズに相当する。Ｚｐｃ＜Ｚｐｙ、かつ、Ｚｎｃ＜Ｚｎｙであるから、リカバリ電流は、主として、負極端子１０ｂと平滑コンデンサ１２と正極端子１０ａを通り、さらにインバータ８の直流正極端８ａを通り、還流ダイオード４ａ（あるいは４ｂ）に戻っていく。図３にて、グレーの太い矢印線がリカバリ電流の主要経路を示している。リカバリ電流は、上記経路を流れるので、Ｙコンデンサ１３ａ、１３ｂには流れ難い。リカバリ電流（ノーマルモードノイズ）の一部がＹコン直列接続１３の中点１４ｃを通ってグランドＧへ達するコモンモードノイズへの変換が抑制される。

また、還流ダイオード４ａのリカバリ電流の一部は、インバータ８の筐体が有する寄生容量１６を通じてグランドＧへと流れる。この電流の流れが本来のコモンモードノイズに相当する。本来のコモンモードノイズは、２個のＹコンデンサ１３ａ、１３ｂに吸収される。図３にてグレーの太い点線の矢印が本来のコモンモードノイズを表している。図１に示したダイオード４ｃ−４ｆのリカバリ電流についても同様である。

図４に、比較例のコンデンサモジュール９００の回路図を示す。比較例のコンデンサモジュール９００では、実施例のコンデンサモジュール１０に対して、平滑コンデンサ１２と、Ｙコンデンサ１３ａ、１３ｂの直列接続の位置が逆転している。すなわち、図４では、Ｚｐｃ＞Ｚｐｙ、かつ、Ｚｎｃ＞Ｚｎｙとなっている。この場合、リカバリ電流は平滑コンデンサ１２よりもＹコン直列接続１３に流れ易くなる。リカバリ電流の一部は、Ｙコンデンサ１３ａ、１３ｂの直列接続の中点１４ｃからグランドＧへと流れ、ノーマルモードノイズからコモンモードノイズへと変換される。図４において、中点１４ｃからグランドＧへ向かうグレーの太い矢印線が変換されたコモンモードノイズを表している。一方、還流ダイオード４ａのリカバリ電流の一部は、寄生容量１６を通じてグランドＧへと流れる。図４のグレーの点線矢印が本来のコモンモードノイズを表している。

比較例のコンデンサモジュール９００の場合、ノーマルモードのノイズの一部がコモンモードノイズに変換されるため、インバータ８と２個のＹコンデンサ１３ａ、１３ｂで構成する閉ループでノイズが大きくなる周波数帯域において、Ｙコンデンサ１３ａ、１３ｂを装備しない場合よりもノイズが大きくなる可能性がある。

図５−図７を使って実施例のコンデンサモジュール１０の効果を説明する。図５は、横軸にノイズ電流（リカバリ電流）の周波数をとり、縦軸にノイズ電流の大きさを［ｄＢ］単位でとったグラフである。グラフＧ１は、実施例のコンデンサモジュール１０を用いた回路のノイズ特性を示しており、グラフＧ２は、Ｙコンデンサ１３ａ、１３ｂを備えない回路のノイズ特性を示している。グラフＧ３は、比較例９００を用いた回路のノイズ特性を示している。全周波数帯域で、ノイズ電流の大きさは、実施例のコンデンサモジュール１０を用いた回路がＹコンデンサ１３ａ、１３ｂを備えない回路を下回る。一方、比較例のコンデンサモジュール９００を用いた場合、特定の周波数帯域ｄＦにおいて、ノイズ電流の大きさがＹコンデンサ１３ａ、１３ｂを備えない場合よりも上回った。

図６は、下アームスイッチング素子３ｂを流れる電流と、Ｙコンデンサを流れるノーマルモードノイズ電流の時間波形を示すグラフである。グラフＧ４が下アームスイッチング素子３ｂを流れる電流の波形を示している。グラフＧ５は実施例のコンデンサモジュール１０を備えた回路においてＹコンデンサ１３ａ、１３ｂを流れるノーマルモードノイズを示しており、グラフＧ６（点線）は比較例９００を用いた場合のＹコンデンサ１３ａ、１３ｂに流れるノーマルモードノイズを示している。右側の縦軸がグラフＧ４の大きさを示しており、左側の縦軸はグラフＧ５、Ｇ６の大きさを示している。比較例の場合、ノイズ電流の最値が約２１［Ａ］である。実施例のコンデンサモジュール１０の場合はノイズの最大値はほぼゼロである。実施例の場合、Ｙコンデンサ１３ａ、１３ｂを流れるノーマルモードノイズを抑えられることがわかる。

図７は、図６の時間波形の周波数特性を示したグラフである。グラフＧ７は、実施例のコンデンサモジュール１０の場合を示しており、グラフＧ８は、比較例のコンデンサモジュール９００の場合を示している。全周波数帯域で実施例のコンデンサモジュール１０の方が比較例のコンデンサモジュール９００の場合よりもノイズ電流が下がっている。比較例の場合は、図５の周波数帯域ｄＦにおいて、それよりも高周波帯域よりもノイズレベルが高くなっている。これは、先に述べたノーマルモードノイズから変換されたコモンモードノイズに起因する現象である。

図２に戻って、実施例のコンデンサモジュール１０のもう一つの特徴と効果を説明する。Ｙコンデンサ１３ａ、１３ｂに対応する２個の第２コンデンサ素子６０ａ、６０ｂは、平滑コンデンサ１２に対応する３個の第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃに隣接配置されている。３個の第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃはいずれも、正電極５１と負電極５２を結ぶ方向が図中の座標系のＹ方向を向いている。すなわち、第１コンデンサ５０ａ−５０ｃ（平滑コンデンサ１２）では、電流はＹ方向に流れる。

一方、第２コンデンサ素子６０ａ、６０ｂはいずれも、正電極６１と負電極６２を結ぶ方向が図中の座標系のＸ方向を向いている。すなわち、第２コンデンサ６０ａ、６０ｂ（Ｙコンデンサ１３ａ、１３ｂ）では、電流はＸ方向に流れる。

第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃにおける電流の流れ方向（Ｙ方向）は、第２コンデンサ素子６０ａ、６０ｂにおける電流の流れ方向（Ｘ方向）に対して直交する。従って、第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃを流れる電流に起因して生じる誘導磁界と、第２コンデンサ素子６０ａ、６０ｂを流れる電流に起因して生じる誘導磁界も直交関係を保持する。誘導磁界同士が直交する関係を有しているので、それぞれの誘導磁界は互いに干渉しない。すなわち、第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃ（平滑コンデンサ１２）を流れる電流に起因する磁界と第２コンデンサ素子６０ａ、６０ｂ（Ｙコンデンサ１３ａ、１３ｂ）を流れる電流に起因する磁界の誘導結合が抑制される。誘導結合が生じると、第２コンデンサ素子６０ａ、６０ｂ（Ｙコンデンサ１３ａ、１３ｂ）からノイズが発生するが、実施例のコンデンサモジュール１０では誘導結合が抑えられる。実施例のコンデンサモジュール１０は、誘導結合に起因して第２コンデンサ素子６０ａ、６０ｂ（Ｙコンデンサ１３ａ、１３ｂ）が発するノイズが抑制される。

図２を参照して実施例のコンデンサモジュール１０に関するその他の特徴を説明する。正極バスバ２０（負極バスバ３０）は、細長い金属板で作られており、長手方向の一端２２（３２）が、インバータ８と接続するための正極端子１０ａ（負極端子１０ｂ）に相当し、他端２４（３４）が、Ｙコン直列接続１３の高電位端１４ａ（低電位端１４ｂ）に相当する。なお、正極端子１０ａ、負極端子１０ｂ、高電位端１４ａ、低電位端１４ｂについては図３を参照されたい。

一方、平滑コンデンサ１２は複数の第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃで構成されており、それらの第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃは、正極バスバ２０（負極バスバ３０）の長手方向に並んでいる。すなわち、コンデンサモジュール１０では、正極バスバ２０（負極バスバ３０）の一端２２（３２）と他端２４（３４）の間をできるだけ長くしている。正極端子１０ａ（負極端子１０ｂ）とＹコン直列接続１３の高電位端１４ａ（低電位端１４ｂ）の間の寄生インダクタンスは、バスバの一端２２（３２）と他端２４（３４）の間の距離（図２に示した距離Ｌ３、Ｌ４）に比例する。先に述べたように、正極端子１０ａ（負極端子１０ｂ）とＹコン直列接続１３の高電位端１４ａ（低電位端１４ｂ）の間のインピーダンスＺｐｙ（Ｚｎｙ）は、それらの間の寄生インダクタンスに比例する。従って、一端２２（３２）と他端２４（３４）の間の距離（図２に示した距離Ｌ３、Ｌ４）をできるだけ長くすることで、インピーダンスＺｐｙ、Ｚｎｙを大きくすることができる。その結果、正極端子１０ａ（負極端子１０ｂ）と平滑コンデンサ１２の平滑コン正電極１２ａ（平滑コン負電極１２ｂ）の間のインピーダンスＺｐｃ（Ｚｎｃ）と、インピーダンスＺｐｙ（Ｚｎｙ）との差を大きくすることができる。このインピーダンスの差が大きいほど、Ｙコン直列接続１３を通じてノーマルモードノイズから変換されるコモンモードノイズをより低減することができる。また、一端２２（３２）と他端２４（３４）の間の距離（図２に示した距離Ｌ３、Ｌ４）をできるだけ長くすると、それらの間のインダクタンスが大きくなるため、ノーマルモードノイズ抑制効果も向上する。

（変形例）図８に、変形例のコンデンサモジュール１１０の斜視図を示す。図８では、平滑コンデンサ１２に対応する第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃを収容するケース７０も描いてある。変形例のコンデンサモジュール１１０では、図１のＹコンデンサ１３ａ、１３ｂに対応する第２コンデンサ素子６０ａ、６０ｂの配置が第１実施例のコンデンサモジュール１０と異なる。

変形例のコンデンサモジュール１１０では、第１コンデンサ素子５０ａ−５０ｃは、ケース７０の中で樹脂７１（ポッティング樹脂）に埋設されている。正極バスバ１２０（負極バスバ１３０）は、一端２２（３２）と他端２４（３４）を除き、樹脂７１に埋設されている。正極バスバ１２０（負極バスバ１３０）の他端２４（３４）をケース７０の外まで延ばすことで、一端２２（３２）と他端２４（３４）の間の距離をさらに長くすることができる。その結果、一端２２（３２）と他端２４（３４）の間の寄生インダクタンスが大きくなり、ノーマルモードノイズと、ノーマルモードノイズから変換されるコモンモードノイズの抑制効果が一層向上する。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。正極バスバ２０、１２０が正極導体の一例であり、負極バスバ３０、１３０が負極導体の一例である。実施例で説明したように、平滑コンデンサ１２は、複数のコンデンサ素子の並列接続で実現されてもよいし、１個のコンデンサ素子で実現されてもよい。同様に、Ｙコンデンサ１３ａ、１３ｂのそれぞれも、１個のコンデンサ素子で実現されてもよいし、複数のコンデンサ素子の並列接続で実現されてもよい。

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：メインバッテリ
３ａ−３ｈ：スイッチング素子
４ａ−４ｈ：還流ダイオード
５：リアクトル
６：フィルタコンデンサ
７：電圧コンバータ
８：インバータ
９：モータ
１０、１１０：コンデンサモジュール
１２：平滑コンデンサ
１３ａ、１３ｂ：Ｙコンデンサ
２０、１２０：正極バスバ
３０、１３０：負極バスバ
４０：中間バスバ
５０ａ−５０ｃ：第１コンデンサ素子
６０ａ、６０ｂ：第２コンデンサ素子
７０：ケース
１００：電気自動車
９００：コンデンサモジュール（比較例）

Claims (1)

1. 上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列に接続されている還流ダイオードを備えているインバータに接続されるコンデンサモジュールであり、
   前記インバータの直流正極端に接続される正極端子を備えている正極導体と、
   前記インバータの直流負極端に接続される負極端子を備えている負極導体と、
   前記正極導体と前記負極導体の間に接続されている平滑コンデンサと、
   前記正極導体と前記負極導体の間に直列に接続されているとともに、直列接続の中点がグランドに接続される２個のＹコンデンサと、
   を備えており、
   前記正極端子と前記平滑コンデンサの平滑コン正電極の間のインピーダンスＺｐｃが、前記正極端子と前記直列接続の高電位端の間のインピーダンスＺｐｙよりも小さく（Ｚｐｃ＜Ｚｐｙ）、
   前記負極端子と前記平滑コンデンサの平滑コン負電極の間のインピーダンスＺｎｃが、前記負極端子と前記直列接続の低電位端の間のインピーダンスＺｎｙよりも小さく（Ｚｎｃ＜Ｚｎｙ）、
   前記Ｙコンデンサは、前記平滑コンデンサに隣接配置されているとともに、当該ＹコンデンサのＹコン正電極とＹコン負電極を結ぶ方向が、前記平滑コン正電極と前記平滑コン負電極を結ぶ方向に対して直交するように配置されている、コンデンサモジュール。

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