JP4992767B2

JP4992767B2 - コンデンサ装置。

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Publication number: JP4992767B2
Application number: JP2008058330A
Authority: JP
Inventors: 武藤原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2028-03-07
Also published as: JP2009218285A

Description

本発明は、金属化フィルムを巻回して構成された複数のコンデンサ素子を、正極バスプレートと負極バスプレートとの間に並列接続してなるコンデンサ装置に関する。

従来より、金属化フィルムを巻回して構成された複数のコンデンサ素子を並列接続してなるコンデンサ装置がある（特許文献１等）。
コンデンサ装置は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車等に用いられるインバータ等の電力変換装置の構成部品として配設される。
かかるコンデンサ装置は、同等の大きさの複数のコンデンサ素子を、例えば直線的あるいは平面的に並べて配置している。

特開２００４−３１９７９９号公報

しかしながら、上記コンデンサ装置は、上記コンデンサ素子に電流を流したときに振動が生じ、この振動が車両等に伝播して、振動音を発生することがある。すなわち、コンデンサ素子に流れる電流のうちのリプル電流の脈動によって、金属化フィルムが膨張収縮を高周波で繰り返すことによりコンデンサ素子が振動する。
そのため、流れるリプル電流が大きいほど、コンデンサ素子の振幅は大きくなる。

ところで、コンデンサ装置において、複数のコンデンサ素子を並列接続するに当たっては、一対のバスバーに各コンデンサ素子の一対の電極端子を電気的に接続する。そして、通常、一対のバスバーにおけるそれぞれの一箇所に、外部電源との接続を図る外部端子が形成されるが、この外部端子と各コンデンサ素子との間の距離はそれぞれ異なっている。すなわち、一対のバスバーにおけるそれぞれの外部端子とコンデンサ素子の電極端子との間の電路長の総和（総電路長）は、コンデンサ素子ごとに異なっている。

この総電路長が長いほど、バスバーの配線インダクタンスによって、電源から各コンデンサ素子に供給されるリプル電流を抑制することができる。そのため、上記外部端子との間の上記総電路長が長いコンデンサ素子は、比較的振幅が小さくなるが、上記外部端子との間の上記総電路長の短いコンデンサ素子は、振幅が大きくなってしまう。このように、コンデンサ素子間において振幅が不均一となるため、コンデンサ装置の全体としての振動が大きくなるという問題がある。
また、振幅を小さくするために単純に全てのコンデンサ素子の大きさを一律に小さくしたのでは、コンデンサ素子の静電容量が小さくなり、コンデンサ装置の静電容量が小さくなってしまう。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、複数のコンデンサ素子の振幅のばらつきを低減し、静電容量を小さくすることなく振動を抑制したコンデンサ装置を提供しようとするものである。

本発明は、金属化フィルムを巻回して構成された複数のコンデンサ素子を、正極バスプレートと負極バスプレートとの間に並列接続してなるコンデンサ装置であって、
上記正極バスプレート及び上記負極バスプレートは、それぞれ外部電源と接続するための正極外部端子及び負極外部端子を設けてなり、
上記コンデンサ素子は、一対の電極端子をそれぞれ上記正極バスプレートと上記負極バスプレートとに接続しており、
上記複数のコンデンサ素子のうち、上記正極バスプレートにおける上記正極外部端子と上記電極端子との間の電路長と、上記負極バスプレートにおける上記負極外部端子と上記電極端子との間の電路長との総和である総電路長が短い上記コンデンサ素子ほど、体積が小さく、巻回軸方向に直交する断面の断面積が小さく、
上記複数のコンデンサ素子は、一定の方向に沿って配列されており、
上記正極外部端子と上記負極外部端子とは、上記コンデンサ素子の配列方向に関して互いに同一位置に配設されていると共に、上記複数のコンデンサの配列方向の一端側に配設され、
かつ、上記複数のコンデンサ素子は、上記配列方向において、上記正極外部端子及び上記負極外部端子が配設された一端側から他端側へ向かって、体積が徐々に大きくなっていることを特徴とするコンデンサ装置にある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上述のごとく、上記総電路長が長いほど、上記正極バスプレート及び上記負極バスプレートの配線インダクタンスによって、コンデンサ素子の振動の原因となるリプル電流が小さくなる。逆に、上記総電路長が短いほど、コンデンサ素子に流れるリプル電流が大きくなる。

そこで、本発明のコンデンサ装置においては、上記総電路長が短いコンデンサ素子ほど体積が小さくなるように、上記複数のコンデンサ素子を配置してある。すなわち、大きなリプル電流が流れる、総電路長の短いコンデンサ素子の体積を小さくしてある。これにより、コンデンサ素子の振幅を小さくすることができる。

一方、流れるリプル電流が小さい、総電路長の長いコンデンサ素子は、もともと振幅が比較的小さいため、総電路長の短いコンデンサ素子よりも体積が大きくても振幅が大きくなり過ぎない。そして、総電路長の長いコンデンサ素子の体積を大きくすることにより、そのコンデンサ素子の静電容量を大きくすることができる。

それ故、上記コンデンサ装置全体として、充分な静電容量を確保しつつ、複数のコンデンサ素子間の振幅のばらつきを低減することができる。その結果、コンデンサ装置の静電容量を低減することなく、振動を抑制することができる。

以上のごとく、本発明によれば、複数のコンデンサ素子の振幅のばらつきを低減し、静電容量を小さくすることなく振動を抑制したコンデンサ装置を提供することができる。

本発明（請求項１）において、上記コンデンサ素子を構成する上記金属化フィルムは、例えば、樹脂フィルム（誘電体）の表面に金属層を蒸着してなる。上記樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などからなる樹脂フィルムが挙げられる。また、金属層の金属としては、アルミニウム、亜鉛、これらの合金などが挙げられる。

また、上記総電路長が短い上記コンデンサ素子ほど、巻回軸方向に直交する断面の断面積が小さい。
これにより、容易に、コンデンサ素子の体積を調整して、複数のコンデンサ素子の振幅のばらつきを低減し、静電容量を小さくすることなく振動を抑制したコンデンサ装置を提供することができる。

また、上記総電路長が短い上記コンデンサ素子ほど、巻回軸方向の高さが低いものとすることもできる（請求項２）。
この場合にも、容易に、コンデンサ素子の体積を調整して、複数のコンデンサ素子の振幅のばらつきを低減し、静電容量を小さくすることなく振動を抑制したコンデンサ装置を提供することができる。

また、上記複数のコンデンサ素子は、一定の方向に沿って配列されており、上記正極外部端子と上記負極外部端子とは、上記コンデンサ素子の配列方向に関して互いに同一位置に配設されている。
これにより、上記正極外部端子及び上記負極外部端子への外部電源の接続を容易にし、コンデンサ装置及びその周辺の装置の配置や配線を簡素化しやすくなる。

また、上記コンデンサ装置は、電力変換装置の一部を構成するものであることが好ましい（請求項３）。
この場合には、電力変換装置の振動を効果的に抑制することができる。
上記電力変換装置としては、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等がある。また、上記電力変換装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流の生成に用いることができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるコンデンサ装置につき、図１〜図５を用いて説明する。
本例のコンデンサ装置１は、図１、図３に示すごとく、金属化フィルム２２を巻回して構成された複数のコンデンサ素子２（図５）を、正極バスプレート３１と負極バスプレート３２との間に並列接続してなる。

図４に示すごとく、正極バスプレート３１及び上記負極バスプレート３２は、それぞれ外部電源と接続するための正極外部端子４１及び負極外部端子４２を設けてなる。
図１、図３に示すごとく、コンデンサ素子２は、一対の電極端子２１をそれぞれ正極バスプレート３１と負極バスプレート３２とに接続している。

そして、図２に示すごとく、複数のコンデンサ素子２のうち、正極バスプレート３１における正極外部端子４１と電極端子２１との間の電路長Ｌｐと、負極バスプレート３２における負極外部端子４２と電極端子２１との間の電路長Ｌｎとの総和である総電路長Ｌｓ（＝Ｌｐ＋Ｌｎ）が短いコンデンサ素子２ほど、体積が小さい。

本例においては、コンデンサ素子２の体積を変化させる手段として、巻回軸方向Ｚに直交する断面の断面積を変化させる手段を採っている。すなわち、総電路長Ｌｓが短いコンデンサ素子２ほど、巻回軸方向Ｚに直交する断面（図２に表れるコンデンサ素子２の断面）の断面積が小さい。

例えば、図２に示すコンデンサ素子２ａとコンデンサ素子２ｂとを比較して説明する。コンデンサ素子２ａにおける電路長Ｌｐと電路長Ｌｎとの総和である総電路長Ｌｓ（＝Ｌｐ＋Ｌｎ）と、コンデンサ素子２ｂにおける電路長Ｌｐと電路長Ｌｎとの総和である総電路長Ｌｓ（＝Ｌｐ＋Ｌｎ）とを比較すると、コンデンサ素子２ａにおける総電路長Ｌｓの方が短い。それ故、コンデンサ素子２ａは、コンデンサ素子２ｂよりも体積を小さくしてある。

また、複数のコンデンサ素子２は、一定の方向Ａに沿って配列されている。そして、正極外部端子４１と負極外部端子４２とは、コンデンサ素子２の配列方向Ａに関して互いに同一位置に配設されている。
例えば、図２に示すごとく、複数のコンデンサ素子２を、一定の方向Ａに沿って２列並行に配列する。そして、コンデンサ装置１における方向Ａの一方の端部付近に、正極外部端子４１と負極外部端子４２とが配設されている。また、複数のコンデンサ素子２は、正極外部端子４１及び負極外部端子４２よりも、コンデンサ装置１における方向Ａの他端側に向かって配列されている。

そして、この配列方向Ａにおいて、正極外部端子４１及び負極外部端子４２が配設された一端側から他端側へ向かって、コンデンサ素子２の体積（断面積）が徐々に大きくなっている。
なお、本例においては、図３に示すごとく、複数のコンデンサ素子２の巻回軸方向Ｚの高さは一定である。

コンデンサ素子２は、図５に示すごとく、樹脂フィルム（誘電体）の表面に金属層を蒸着してなる金属化フィルム２２を巻回した後、巻回軸方向Ｚに平行な２つの平面によってプレスして構成されている。そして、コンデンサ素子２は、図１、図３に示すごとく、巻回軸方向Ｚを高さ方向として配置して、ケース１１の内部に複数並列配置してある。

また、コンデンサ素子２を構成する上記金属化フィルム２２は、樹脂フィルム（誘電体）の表面に金属層を蒸着してなる。樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などからなる樹脂フィルムが挙げられる。また、金属層の金属としては、アルミニウム、亜鉛、これらの合金などが挙げられる。

また、コンデンサ素子２の巻回軸方向Ｚの両端面には、メタリコン金属が溶射されており、該メタリコン金属がコンデンサ素子２の電極端子２１となる。そして、図１、図３、図４に示すごとく、コンデンサ素子２の上端面および下端面には、複数のコンデンサ素子２の一対の電極端子２１にそれぞれ接続される正極バスプレート３１及び負極バスプレート３２が配設されている。正極バスプレート３１及び負極バスプレート３２は、ケース１１の内部において、モールド材１２によって、コンデンサ素子２と共にモールドされている。そして、正極バスプレート３１及び負極バスプレート３２には、それぞれモールド材１２から露出した正極外部端子４１及び負極外部端子４２が接続されている。
なお、正極バスプレート３１と負極バスプレート３２とは、上記の配置関係に限られるものではなく、例えば逆の配置であってもよい。

上記モールド材１２は、例えば、エポキシ系やウレタン系の樹脂からなる。また、上記ケース１１は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等からなる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上述のごとく、上記総電路長Ｌｓが長いほど、正極バスプレート３１及び負極バスプレート３２の配線インダクタンスによって、コンデンサ素子２の振動の原因となるリプル電流が小さくなる。逆に、上記総電路長Ｌｓが短いほど、コンデンサ素子２に流れるリプル電流が大きくなる。

そこで、本発明のコンデンサ装置１においては、総電路長Ｌｓが短いコンデンサ素子２ほど体積が小さくなるように、複数のコンデンサ素子２を配置してある。すなわち、大きなリプル電流が流れる、総電路長Ｌｓの短いコンデンサ素子２（例えば図２のコンデンサ素子２ａ）の体積を小さくしてある。これにより、コンデンサ素子２の振幅を小さくすることができる。

一方、流れるリプル電流が小さい、総電路長Ｌｓの長いコンデンサ素子２（例えば図２のコンデンサ素子２ｂ）は、もともと振幅が比較的小さいため、総電路長Ｌｓの短いコンデンサ素子２よりも体積が大きくても振幅が大きくなり過ぎない。そして、総電路長Ｌｓの長いコンデンサ素子２の体積を大きくすることにより、そのコンデンサ素子２の静電容量を大きくすることができる。

それ故、コンデンサ装置１全体として、充分な静電容量を確保しつつ、複数のコンデンサ素子２間の振幅のばらつきを低減することができる。その結果、コンデンサ装置１の静電容量を低減することなく、振動を抑制することができる。

また、本例においては、総電路長Ｌｓが短いコンデンサ素子２ほど、巻回軸方向Ｚに直交する断面の断面積が小さくしてある。そのため、容易に、コンデンサ素子２の体積を調整して、複数のコンデンサ素子２の振幅のばらつきを低減し、静電容量を小さくすることなく振動を抑制したコンデンサ装置１を得ることができる。

また、複数のコンデンサ素子２は、一定の方向Ａに沿って配列されており、正極外部端子４１と負極外部端子４２とは、コンデンサ素子２の配列方向に関して互いに同一位置に配設されている。そのため、正極外部端子４１及び負極外部端子４２への外部電源の接続を容易にし、コンデンサ装置１及びその周辺の装置の配置や配線を簡素化しやすくなる。

以上のごとく、本例によれば、複数のコンデンサ素子の振幅のばらつきを低減し、静電容量を小さくすることなく振動を抑制したコンデンサ装置を提供することができる。

（参考例１）
本例は、図６、図７に示すごとく、総電路長Ｌｓが短いコンデンサ素子２ほど、巻回軸方向Ｚの高さを低くしたコンデンサ装置１の例である。
すなわち、図７に示すごとく、正極外部端子４１及び負極外部端子４２に近いコンデンサ素子２ほど、巻回軸方向Ｚの高さを小さくしている。また、各コンデンサ素子２の高さの差に起因して、少なくとも最も高さの大きいコンデンサ素子２以外のコンデンサ素子２と正極バスプレート３１との間に隙間が生じる。そのため、それらのコンデンサ素子２における一方の電極端子２１と正極バスプレート３１との間には、両者を電気的に接続する接続配線１３が別途設けてある。

なお、コンデンサ素子２は、負極バスバー３２との間に隙間が生じるように配置してもよい。この場合には、それらのコンデンサ素子２における一方の電極端子２１と負極バスプレート３２との間に、両者を電気的に接続する接続配線を別途設ける。
また、本例においては、図６に示すごとく、複数のコンデンサ素子２の巻回軸方向Ｚに直交する断面の断面積は一定である。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合にも、容易に、コンデンサ素子２の体積を調整して、複数のコンデンサ素子２の振幅のばらつきを低減し、静電容量を小さくすることなく振動を抑制したコンデンサ装置１を得ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（参考例２）
本例は、図８、図９に示すごとく、総電路長Ｌｓが長くなるにつれて段階的にコンデンサ素子２の体積が大きくなるように複数のコンデンサ素子２を配置したコンデンサ装置１の例である。

例えば、図８に示すごとく、１２個のコンデンサ素子２を、正極外部端子４１及び負極外部端子４２に近い（総電路長Ｌｓが長い）ものから順に３つのグループに分け、各グループ内のコンデンサ素子２の体積をそれぞれ同等にする。そして、最も総電路長Ｌｓが短いグループのコンデンサ素子２ｃの体積を最も小さくし、最も総電路長Ｌｓが長いグループのコンデンサ素子２ｅの体積を最も大きくし、総電路長Ｌｓが中間のグループのコンデンサ素子２ｄの体積を中間の大きさとする。

本例においては、上記グループ間のコンデンサ素子２の体積の差は、巻回軸方向Ｚに直交する断面の断面積の差によってつけている。すなわち、図８に示すごとく、総電路長Ｌｓが長くなるにつれてコンデンサ素子２の断面積が段階的に大きくなっている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、互いに体積の異なるコンデンサ素子２の種類の数を低減することができるため、コンデンサ装置１の生産効率を向上させることができるとともに、製造コストを低減することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、上記参考例２においては、上記グループ間のコンデンサ素子２の体積の差を、巻回軸方向Ｚに直交する断面の断面積の差によってつけているが、上記体積の差は、巻回軸方向Ｚの高さの差によってつけることもできる。
また、本発明において、上記コンデンサ素子の体積を変化させる手段としては、上記実施例１に示した手段に限らず、巻回軸方向Ｚに直交する断面の断面積と巻回軸方向Ｚの高さとの双方を変化させる手段を採ることもできるし、その他の手段を採ることもできる。

（比較例）
本例は、図１０、図１１に示すごとく、複数のコンデンサ素子２の体積を全て同等としたコンデンサ装置９の例である。
すなわち、複数のコンデンサ素子２を、巻回軸方向Ｚに直交する断面の断面積及び巻回軸方向Ｚの高さが同じもので揃えている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、正極外部端子４１及び負極外部端子４２との間の総電路長Ｌｓ（＝Ｌｐ＋Ｌｎ）が長いコンデンサ素子２ほど、流れるリプル電流が大きくなり、振幅が極端に大きくなってしまう。すなわち、コンデンサ素子２間において振幅が不均一となり、コンデンサ装置９の全体としての振動が大きくなるという問題がある。

具体的には、例えば、図１０に示すコンデンサ素子２ｆとコンデンサ素子２ｇとを比較すると、正極外部端子４１との間の電路長Ｌｐと、負極外部端子４２との間の電路長Ｌｎとの総和である総電路長Ｌｓ（＝Ｌｐ＋Ｌｎ）が、コンデンサ素子２ｆの方が圧倒的に短い。そのため、コンデンサ素子２ｆとコンデンサ素子２ｇとを同体積の素子で構成すると、コンデンサ素子２ｆの振幅がコンデンサ素子２ｇに比べて極端に大きくなる。

また、振幅を小さくするために単純に全てのコンデンサ素子２の大きさを一律に小さくしたのでは、全てのコンデンサ素子２の静電容量が小さくなり、コンデンサ装置９の静電容量が小さくなってしまう。

これに対して、本発明（実施例１）のコンデンサ装置１は、上述のごとく、総電路長Ｌｓが短いコンデンサ素子２ほど体積を小さくしてあるため、複数のコンデンサ素子２の振幅のばらつきを低減し、静電容量を小さくすることなく振動を抑制することができる。

実施例１における、コンデンサ装置の斜視図。実施例１における、コンデンサ素子の巻回軸方向Ｚに直交する平面によるコンデンサ装置の断面説明図。図２のＢ−Ｂ線矢視断面図。図２のＣ−Ｃ線矢視断面図。実施例１における、コンデンサ素子の斜視図。参考例１における、コンデンサ素子の巻回軸方向Ｚに直交する平面によるコンデンサ装置の断面説明図。図６のＤ−Ｄ線矢視断面図。参考例２における、コンデンサ素子の巻回軸方向Ｚに直交する平面によるコンデンサ装置の断面説明図。図８のＥ−Ｅ線矢視断面図。比較例における、コンデンサ素子の巻回軸方向Ｚに直交する平面によるコンデンサ装置の断面説明図。図１０のＦ−Ｆ線矢視断面図。

符号の説明

１コンデンサ装置
２コンデンサ素子
２１金属化フィルム
３１正極バスプレート
３２負極バスプレート
４１正極外部端子
４２負極外部端子

Claims

金属化フィルムを巻回して構成された複数のコンデンサ素子を、正極バスプレートと負極バスプレートとの間に並列接続してなるコンデンサ装置であって、
上記正極バスプレート及び上記負極バスプレートは、それぞれ外部電源と接続するための正極外部端子及び負極外部端子を設けてなり、
上記コンデンサ素子は、一対の電極端子をそれぞれ上記正極バスプレートと上記負極バスプレートとに接続しており、
上記複数のコンデンサ素子のうち、上記正極バスプレートにおける上記正極外部端子と上記電極端子との間の電路長と、上記負極バスプレートにおける上記負極外部端子と上記電極端子との間の電路長との総和である総電路長が短い上記コンデンサ素子ほど、体積が小さく、巻回軸方向に直交する断面の断面積が小さく、
上記複数のコンデンサ素子は、一定の方向に沿って配列されており、
上記正極外部端子と上記負極外部端子とは、上記コンデンサ素子の配列方向に関して互いに同一位置に配設されていると共に、上記複数のコンデンサの配列方向の一端側に配設され、
かつ、上記複数のコンデンサ素子は、上記配列方向において、上記正極外部端子及び上記負極外部端子が配設された一端側から他端側へ向かって、体積が徐々に大きくなっていることを特徴とするコンデンサ装置。
請求項１において、上記総電路長が短い上記コンデンサ素子ほど、巻回軸方向の高さが低いことを特徴とするコンデンサ装置。
請求項１又は２において、上記コンデンサ装置は、電力変換装置の一部を構成するものであることを特徴とするコンデンサ装置。