JP5018735B2 - コンデンサ単素子、及びコンデンサモジュール、並びにこれを用いた電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサ単素子、及びコンデンサモジュール、並びにこれを用いた電力変換装置に関する。

従来から、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、金属化フィルムを巻回してなるコンデンサ単素子と、該コンデンサ単素子を内側に収納するケースとを有し、上記コンデンサ単素子と上記ケースとの間に樹脂からなるモールド材を充填してなるコンデンサモジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。
上記金属化フィルムは、正電荷を帯電させる正極層と負電荷を帯電させる負極層とを、電気的絶縁性を有する絶縁部を介して互いにずらした状態で積層してなる。

特開２００６−１９６６７８号公報

ところが、従来のコンデンサ単素子においては、以下のような問題点があった。すなわち、金属化フィルムからなるコンデンサ単素子は、一般に１０ｋＨｚ程度の低周波領域の電圧変動を吸収することができるが、それ以上の高周波領域における電圧変動ともなると、これを十分に吸収することができなかった。そのため、かかるコンデンサ単素子を組み込んだ電力変換回路内において高周波領域における電圧変動が生じた場合には、このコンデンサ単素子によっては高周波領域における過大な電圧（以下、本明細書においてサージ電圧という。）を十分に吸収することができなかった。

そしてその結果、上記電力変換回路を構成するスイッチング素子などに高周波領域におけるサージ電圧が加わり、電力変換装置が故障してしまうおそれがあった。
そこで、高周波領域におけるサージ電圧を効率良くかつ十分に吸収することのできるコンデンサ単素子、及びコンデンサモジュール、並びにこれを用いた電力変換装置が切望されていた。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、高周波領域におけるサージ電圧を効率良くかつ十分に吸収することのできるコンデンサ単素子、及びコンデンサモジュール、並びに電力変換装置を提供しようとするものである。

第一の発明は、正電荷を帯電させる正極層と負電荷を帯電させる負極層とを電気的絶縁性を有する絶縁部を介して積層してなる金属化フィルムを巻回してなる第一コンデンサ素子を備えたコンデンサ単素子であって、
上記第一コンデンサ素子は、外部に配される正極電源と電気的に接続されるとともに上記金属化フィルムの巻回軸方向における両端部である軸方向端部の一方において上記正極層と接触する正極側電極部と、外部に配される負極電源と電気的に接続されるとともに他方の上記軸方向端部において上記負極層と接触する負極側電極部とを有し、
上記正極側電極部と上記負極側電極部との間の最短距離となる空間には、上記第一コンデンサ素子よりもインピーダンスが小さい第二コンデンサ素子が上記正極側電極部及び上記負極側電極部と電気的に並列接続された状態で配設されており、
かつ、上記第二コンデンサ素子は、セラミック基板を有するセラミックコンデンサであることを特徴とするコンデンサ単素子にある（請求項１）。

本発明の作用効果について説明する。
上記正極側電極部と上記負極側電極部との間の最短距離となる空間には、上記第一コンデンサ素子よりもインピーダンスが小さい第二コンデンサ素子が上記正極側電極部及び上記負極側電極部と電気的に並列接続された状態で配設されている。このため、高周波領域におけるサージ電圧を効率良くかつ十分に吸収することのできるコンデンサ単素子を得ることができる。

すなわち、金属化フィルムを巻回してなるコンデンサ単素子は電力変換回路に加わるサージ電圧を吸収するために備えつけられる。しかしながら、従来のような金属化フィルムのみからなるコンデンサ単素子は、一般に１０ｋＨｚ程度の低周波領域における電圧変動を吸収することはできるが、１００ｋＨｚ程度となるような高周波領域におけるサージ電圧を十分に吸収することが困難であった。そのため、電力変換回路を構成する電力変換装置に単に従来のコンデンサ単素子が組み込まれている場合には、高周波領域におけるサージ電圧を十分に吸収することができなかった。その結果、電力変換回路を構成するスイッチング素子などに過大な電圧がかかり、電力変換装置が故障してしまうおそれがあった。

これに対して、本願の発明者らは鋭意研究の結果、上記第二コンデンサ素子を正極側電極部及び負極側電極部との間の最短距離となる空間に電気的に並列接続された状態で配設することにより、高周波領域におけるサージ電圧を効率良くかつ十分に吸収することができることを見いだした。

すなわち、上記第二コンデンサ素子は、第一コンデンサ素子よりもインピーダンスが小さいため、第一コンデンサ素子よりも高周波領域におけるサージ電圧を吸収することができる。そしてさらに、この第二コンデンサ素子と第一コンデンサ素子とが並列接続されているため、第一コンデンサ素子によって低周波領域における電圧変動を十分に吸収し、第二コンデンサ素子によって高周波領域におけるサージ電圧を十分に吸収することができる。このように、本発明のコンデンサ単素子によれば、幅広い周波数のサージ電圧を十分に吸収することができる。

また、高周波領域における電流は、主に正極側電極部と負極側電極部との間の最短距離となる空間を通過するため、上記のような第二コンデンサ素子をかかる空間に配置することで高周波領域におけるサージ電圧を効率良く吸収することができる。
このように、上記構成を採用することで、高周波領域におけるサージ電圧を効率良く十分に吸収することができる。

また、上述したように高周波領域におけるサージ電圧を効率良くかつ十分に吸収できるため、電力変換回路を構成するスイッチング素子などにおいて、高周波領域におけるサージ電圧に対する耐圧性能をそれほど向上させる必要がなくなる。
そのため、かかるコンデンサ単素子を組み込んだ電力変換装置の低コスト化を図ることができる。
特に、第一の発明においては、上記第二コンデンサ素子は、セラミック基板を有するセラミックコンデンサである。
そのため、高周波領域におけるサージ電圧をより一層吸収することができる。すなわち、セラミックコンデンサは、高周波領域におけるサージ電圧の吸収効率に優れている。それ故、かかるセラミックコンデンサを第二コンデンサ素子としてコンデンサ単素子に組み込むことにより、高周波領域におけるサージ電圧をより一層吸収することができる。

以上のとおり、本発明によれば、高周波領域におけるサージ電圧を効率良くかつ十分に吸収することのできるコンデンサ単素子を提供することができる。

第五の発明は、上記第一の発明、及び後述する第二ないし第四の発明のいずれかに記載のコンデンサ単素子を少なくとも一つ内蔵することを特徴とするコンデンサモジュールにある（請求項５）。
この場合には、高周波領域におけるサージ電圧を効率良くかつ十分に吸収することのできるコンデンサモジュールを得ることができる。

第六の発明は、電力変換回路を構成するとともに、第五の発明に記載のコンデンサモジュールを有することを特徴とする電力変換装置にある（請求項６）。
この場合には、電力変換回路を流れる高周波領域におけるサージ電圧を効率良くかつ十分に吸収することのできるコンデンサモジュールを内蔵する電力変換装置を得ることができる。
また、このように電力変換回路に加わる高周波領域におけるサージ電圧を十分に吸収することにより、電力変換回路を構成するスイッチング素子などの耐圧性能を向上させる必要がなくなる。したがって、電力変換装置の低コスト化を図ることができる。

上記第一の発明及び後述する第二ないし第四の発明において、上記コンデンサ単素子を構成する上記金属化フィルムは、例えば、上記絶縁部としての樹脂フィルム（誘電体）の表面に金属層を蒸着してなる上記正極層と上記負極層とを互いにずらした状態で重ね合わせたものを用いることができる。

また、上記絶縁部であ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ある。
また、上記正極層及び上記負極層の金属としては、アルミニウム、亜鉛、これらの合金などがある。

上記第一の発明において、上記第二コンデンサ素子は、セラミック基板を有するセラミックコンデンサである。
そのため、高周波領域におけるサージ電圧をより一層吸収することができる。すなわち、セラミックコンデンサは、高周波領域におけるサージ電圧の吸収効率に優れている。それ故、かかるセラミックコンデンサを第二コンデンサ素子としてコンデンサ単素子に組み込むことにより、高周波領域におけるサージ電圧をより一層吸収することができる。
なお、上記セラミックコンデンサとしては、例えば、酸化チタン系、ジルコニウム系、又はチタン酸バリウム系からなるものを用いることができる。

また、第一ないし第三の発明において、上記第二コンデンサ素子は、電気的絶縁性を有するフィルム材に金属層を蒸着してなる金属化フィルムを有するフィルムコンデンサとすることもできる（請求項４、第四の発明）。
この場合であっても、第二コンデンサ素子が第一コンデンサ素子よりもインピーダンスが小さくなるように構成すれば、高周波領域におけるサージ電圧を十分に吸収することができる。

次に、第二の発明は、正電荷を帯電させる正極層と負電荷を帯電させる負極層とを電気的絶縁性を有する絶縁部を介して積層してなる金属化フィルムを巻回してなる第一コンデンサ素子を備えたコンデンサ単素子であって、
上記第一コンデンサ素子は、外部に配される正極電源と電気的に接続されるとともに上記金属化フィルムの巻回軸方向における両端部である軸方向端部の一方において上記正極層と接触する正極側電極部と、外部に配される負極電源と電気的に接続されるとともに他方の上記軸方向端部において上記負極層と接触する負極側電極部とを有し、
上記正極側電極部と上記負極側電極部との間の最短距離となる空間には、上記第一コンデンサ素子よりもインピーダンスが小さい第二コンデンサ素子が上記正極側電極部及び上記負極側電極部と電気的に並列接続された状態で配設されており、
かつ、上記金属化フィルムの巻回軸方向に直交する方向における断面において上記金属化フィルムの内側に配されるとともに上記正極側電極部及び上記負極側電極部よりも上記巻回軸方向に突出するよう配設される軸芯を有し、
該軸芯は、互いに絶縁された、上記正極側電極部と電気的に接続される正極軸部と、上記負極側電極部と電気的に接続される負極軸部とからなり、
上記第二コンデンサ素子は、上記正極軸部と上記負極軸部との間に配設されていることを特徴とするコンデンサ単素子にある（請求項２）。

この場合には、特に、正極軸部が正極側電極部として機能し、負極軸部が負極側電極部として機能する。そのため、正極軸部と負極軸部との間の空間が、実質的に正極側電極部と負極側電極部との間の最短距離となる空間となる。したがって、正極軸部と負極軸部との間に第二コンデンサ素子を組み込むことで、正極側電極部と負極側電極部との間の最短距離となる空間に、第二コンデンサ素子を容易に組み込むことができる。
その他、第一の発明と同様の作用効果を得ることができる。

次に、第三の発明は、正電荷を帯電させる正極層と負電荷を帯電させる負極層とを電気的絶縁性を有する絶縁部を介して積層してなる金属化フィルムを巻回してなる第一コンデンサ素子を備えたコンデンサ単素子であって、
上記第一コンデンサ素子は、外部に配される正極電源と電気的に接続されるとともに上記金属化フィルムの巻回軸方向における両端部である軸方向端部の一方において上記正極層と接触する正極側電極部と、外部に配される負極電源と電気的に接続されるとともに他方の上記軸方向端部において上記負極層と接触する負極側電極部とを有し、
上記正極側電極部と上記負極側電極部との間の最短距離となる空間には、上記第一コンデンサ素子よりもインピーダンスが小さい第二コンデンサ素子が上記正極側電極部及び上記負極側電極部と電気的に並列接続された状態で配設されており、
かつ、上記金属化フィルムの巻回軸方向に直交する方向における断面において上記金属化フィルムの内側に配されるとともに、上記正極側電極部及び上記負極側電極部よりも上記巻回軸方向に突出するよう配設される一本の棒状体からなる軸芯を有し、
該軸芯は、上記正極側電極部又は上記負極側電極部と電気的に接続しており、
上記正極側電極部及び上記負極側電極部のうち上記軸芯と電気的に接続していない方の電極部は、上記軸方向端部よりも上記巻回軸方向に突出した部分の軸芯を覆うように形成された筒部を有し、
該筒部と上記軸芯とは、その間に上記第二コンデンサ素子を把持するとともに、互いに電気的に絶縁されていることを特徴とするコンデンサ単素子にある（請求項３）。

この場合には、特に、筒部と軸芯との間の空間が、実質的に正極側電極部と負極側電極部との間の最短距離となる空間となる。したがって、筒部と軸芯との間に第二コンデンサ素子を挟み込むことで、正極側電極部と負極側電極部との間の最短距離となる空間に第二コンデンサ素子を容易に組み込むことができる。
その他、第一の発明と同様の作用効果を得ることができる。

（実施例１）
本発明のコンデンサ単素子、及びコンデンサモジュール、並びにこれを用いた電力変換装置について、図１〜図５とともに説明する。
本例のコンデンサ単素子３は、図１（ａ）、図２、図３に示すように、正電荷を帯電させる正極層３１１と負電荷を帯電させる負極層３１２とを電気的絶縁性を有する絶縁部３１３を介して互いにずらした状態で積層してなる金属化フィルム３１１を巻回してなる第一コンデンサ素子３０ａを備える。

第一コンデンサ素子３０ａは、図１（ａ）に示すように、外部に配される正極電源と電気的に接続されるとともに金属化フィルム３１の巻回軸方向における両端部である軸方向端部３１０の一方において正極層３１１と接触する正極側電極部３２１と、外部に配される負極電源と電気的に接続されるとともに他方の軸方向端部３１０において負極層３１２と接触する負極側電極部３２２とを有する。

正極側電極部３２１と負極側電極部３２２との間の最短距離となる空間３００には、図１（ａ）に示すように、第一コンデンサ素子３０ａよりもインピーダンスが小さい第二コンデンサ素子３０ｂが正極側電極部３２１及び負極側電極部３２２と電気的に並列接続された状態で配設されている。

以下に、上記コンデンサ単素子３、及びこれを内蔵したコンデンサモジュール２、並びにこれを用いた電力変換装置１について詳細に説明する。
上記のコンデンサ単素子３は、図５に示すようなコンデンサモジュール２に内蔵されるものである。
そして、このコンデンサモジュール２は、電力変換回路を構成する電力変換装置１に組み込まれている。

かかる電力変換装置１は、例えば電気自動車、ハイブリッド自動車及び燃料電池自動車などに搭載される。
また、電力変換装置１は、図６に示すように、バッテリ１０と、コンデンサモジュール２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１と、インバータ１２と、スイッチング素子１３と、モータジェネレータ１４とを有する。

インバータ１２は、例えばコンデンサモジュール２によって平滑化された電源電位を受けて三相交流のモータジェネレータ１４を駆動する。
また、かかるインバータ１２により、回生制動に伴いモータジェネレータ１４において発電された電力をバッテリ１０に戻す。
また、インバータ１２は、複数のスイッチング素子１３を有する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、複数のスイッチング素子１３と、入力電圧を昇圧するためのリアクトル１１１とを有する。
バッテリ１０は、例えばニッケル水素又はリチウムイオン等の二次電池などとすることができる。

コンデンサモジュール２は、図６に示すように、インバータ１２に入力される断続電流を平滑な直流電流とする平滑コンデンサとして、電力変換回路を構成する電力変換装置１に組み込まれている。
本例のコンデンサモジュール２は、一又は二以上のコンデンサ単素子３を内側に収納するためのケース２０を有している。

コンデンサモジュール２におけるケース２０は、例えば、ＰＰＳからなる樹脂ケースや、アルミニウムや鉄などからなる金属ケースとすることができる。本発明においては、ＰＰＳからなる樹脂を用いてケース２０を形成した。
また、コンデンサモジュール２におけるケース２０とコンデンサ単素子３との間には、例えばエポキシ樹脂からなるモールド材などが充填されておらず、空気が介在しているだけである。
なお、コンデンサモジュール２におけるケース２０は、電力変換装置１の一部とすることもできる。

本例においては、図４に示すように、コンデンサモジュール２のケース２０内において、巻回軸方向とケース２０の底面２００とが平行となるようにしてコンデンサ単素子３を配置されているものを示したが、本発明のコンデンサ単素子３の配置方法はこれに限定されるものではなく、ケース２０内において巻回軸方向とケース２０の底面２００とが直交するようにコンデンサ単素子３を配置することもできる。

次に、コンデンサ単素子３について詳細に説明する。
コンデンサ単素子３は、コンデンサモジュール２におけるケース２０の内側において複数個配置されている。
本例においては、金属化フィルム３１の内側には、正極側電極部３２１及び負極側電極部３２２よりも巻回軸方向に突出するよう配設される軸芯３３が配設されている。具体的には、金属化フィルム３１の巻回軸方向に直交する方向における断面において金属化フィルム３１の重心位置Ｇに軸芯３３が配置されている。

さらにまた、本例においては、図１、図２、図４に示すように、軸芯３３は正極側電極部３２１及び負極側電極部３２２よりも巻回軸方向に突出するよう配設されている。そして、軸芯３３をバスバ４のみによって固定することにより、コンデンサ単素子３が所定の位置に固定されている。したがって、前述したとおりケース２０とコンデンサ単素子３との間には空気のみが介在しており、コンデンサ単素子３は、バスバ４以外の他の部材と接していない。軸芯３３とバスバ４とは、例えば溶接等により接合することができる。

なお、本発明において正極部バスバ４１及び負極側バスバ４２と、軸芯３３とを接続することによりコンデンサ単素子３を所定の位置に固定しているが、正極側電極部３２１と正極側バスバ４１、及び負極側電極部３２２と負極側バスバ４２とを接続した場合には、軸芯３３のみをケース２０に係止するなどしてコンデンサ単素子３を固定することもできる。

また、例えば、軸芯３３を正極側電極部３２１や負極側電極部３２２よりも巻回軸方向に突出させない場合には、正極側電極部３２１や負極側電極部３２２よりも奥まった位置に配される軸芯３３とバスバ４とを接合することもできる。
上記いずれの場合であっても、軸芯３３にてコンデンサ単素子３を所定の位置に配置することにより、金属化フィルム３１において発生する振動を十分に抑制することができる。

また、コンデンサ単素子３は、図１（ａ）、図３に示すように、それぞれベースとなる絶縁部３１３（樹脂フィルム）に金属層を蒸着してなる正極層３１１と負極層３１２とが互いにずれた状態で積層して一体的に形成した金属化フィルム３１を渦巻状に巻回して構成されている。
なお、コンデンサ単素子３は、上記とは異なり、複数枚の金属化フィルム３１を複数回にわたって巻回して形成することもできる。

また、金属化フィルム３１における巻回軸方向の軸方向端部３１０の両方には、メタリコン金属が溶射されており、かかるメタリコン金属がコンデンサ単素子２における正極側電極部３２１及び負極側電極部３２２である。
このメタリコン金属としては、例えば、アルミニウム、亜鉛、これらの合金などを用いることができる。

また、金属化フィルム３１における正極層３１１と負極層３１２との間は、図１に示すように、絶縁部３１３により絶縁されている。かかる金属化フィルム３１が巻回されることで、正極層３１１と負極層３１２とが誘電体である絶縁部３１３を介して互いにずれた状態で交互に配置される。
なお、本例においては、第一コンデンサ素子３０ａは、例えば、０〜１０ｋＨｚの電圧変動を吸収することができる。

上記絶縁部３１３であ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ある。

本例の第二コンデンサ素子３０ｂは、酸化チタン系からなるセラミックコンデンサである。
そして、第二コンデンサ素子３０ｂは、例えば、１０〜１００ｋＨｚのサージ電圧を吸収することができる。

なお、第二コンデンサ素子３０ｂが１０ｋＨｚ未満のサージ電圧しか吸収できない場合には、電力変換回路を構成するスイッチング素子１３などの耐圧性能を向上させる必要が生じるおそれがある。
一方、第二コンデンサ素子３０ｂが１００ｋＨｚを超えるサージ電圧しか吸収できない場合には、１０〜１００ｋＨｚのサージ電圧を吸収できず、上記と同様にスイッチング素子１３などの耐圧性能を向上させる必要が生じるおそれがある。

また、並列配置されたコンデンサ単素子３の軸芯３３同士は、図４に示すように、先端部３３０において当接している。
また、前述したとおり、コンデンサ単素子３は、軸芯３３のみにおいてバスバ４に固定されて所定の位置に配置されている。

具体的には、軸芯３３は、図１（ａ）に示すように、上記正極電源と電気的に接続される正極軸部３３１と、上記負極電源と電気的に接続される負極軸部３３２との二つの部材からなる。
そして、正極軸部３３１と負極側軸部３３２とは、互いに電気的に絶縁されており、この絶縁された空間である正極軸部３３１と負極軸部３３２との間に第二コンデンサ素子３０ｂが配設されている。
また、正極軸部３３１は正極バスバ４１にて固定され、負極軸部３３２は負極バスバ４２にて固定されている。

以上のように構成することで、正極軸部３３１と負極軸部３３２との間を、実質的に正極側電極部３２１と負極側電極部３２２との間の最短距離とすることができる。
また、正極側バスバ４１と電気的に接続している正極軸部３３１から正極側電極部３２１を介して正極層３１１へと正電荷が流れる。一方、負極側バスバ４２と電気的に接続している負極軸部３３２から負極側電極部３２２を介して負極層３１２へと負電荷が流れる。

なお、コンデンサ単素子３は、図１（ｂ）、図２、図３に示すように、略円柱形状のものとすることができる。
また、本例のコンデンサ単素子３においては、軸芯３３を有するものを示したが、例えば、金属化フィルム３１を巻回した後に金属化フィルム３１の内側に軸芯３３を挿入してもよいし、軸芯３３が金属化フィルム３１の内側に配されるように軸芯３３の周りに金属化フィルム３１を巻回していってもよい。

また、上記とは異なり、正極軸部３３１と負極軸部３３２との間に、セラミックコンデンサではなくフィルムコンデンサを配設することもできる。この場合には、フィルムコンデンサは、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）を巻回してなるフィルムを用いて形成することができる。
かかる場合であっても、本発明の作用効果を十分に発揮することができる。

以下に、本例の作用効果について説明する。
正極側電極部３２１と負極側電極部３２２との間の最短距離となる空間３００には、第一コンデンサ素子３０ａよりもインピーダンスが小さい第二コンデンサ素子３０ｂが正極側電極部３２１及び負極側電極部３２２と電気的に並列接続された状態で配設されている。このため、高周波領域におけるサージ電圧を効率良くかつ十分に吸収することのできるコンデンサ単素子３を得ることができる。

すなわち、上記のようなコンデンサ単素子３を備えたコンデンサモジュール２は電力変換回路に加わるサージ電圧を吸収するために備えつけられる。しかしながら、従来のような金属化フィルムのみからなる第一コンデンサ素子は、一般に１０ｋＨｚ程度の低周波領域における電圧変動を吸収することはできるが１００ｋＨｚ程度となるような高周波領域におけるサージ電圧を十分に吸収することが困難であった。このため、電力変換回路を構成する電力変換装置に単に従来のコンデンサ単素子が組み込まれている場合には、高周波領域におけるサージ電圧を十分に吸収することができず、電力変換回路を構成するスイッチング素子などに過大な電圧がかかり、電力変換装置が故障してしまうおそれがあった。

これに対して、本願の発明者らは鋭意研究の結果、上記のような第二コンデンサ素子３０ｂを正極側電極部３２１及び負極側電極部３２２との間の最短距離となる空間３００に電気的に並列接続された状態で配設することにより、高周波領域におけるサージ電圧を効率良くかつ十分に吸収することができることを見いだした。

すなわち、本例においては、第二コンデンサ素子３０ｂは第一コンデンサ素子３０ａよりもインピーダンスが小さい。そのため、第二コンデンサ素子３０ｂは、第一コンデンサ素子３０ａよりも高周波領域におけるサージ電圧の吸収効率に優れている。この第二コンデンサ素子３０ｂと第一コンデンサ素子３０ａとが並列接続されているため、第一コンデンサ素子３０ａによって低周波領域における電圧変動を十分に吸収し、第二コンデンサ素子３０ｂによって高周波領域におけるサージ電圧を十分に吸収することができる。このように、本例のコンデンサ単素子３によれば、幅広い領域の周波数のサージ電圧を十分に吸収することができる。

また、高周波領域における電流は、主に正極側電極部３２１と負極側電極部３２２との間の最短距離となる空間３００を通過するため、上記のような第二コンデンサ素子３０ｂをかかる空間３００に配置することで高周波領域におけるサージ電圧を効率良く吸収することができる。
このように、上記構成を採用することで、高周波領域におけるサージ電圧を効率良く十分に吸収することができる。

また、上述したように高周波領域におけるサージ電圧を効率良くかつ十分に吸収できるため、スイッチング素子１３などにおいて、高周波領域におけるサージ電圧に対する耐圧性能をそれほど向上させる必要がなくなる。
そのため、かかるコンデンサ単素子３を組み込んだ電力変換装置１の低コスト化を図ることができる。
本例の場合には、電力変換回路を流れる高周波領域におけるサージ電圧を効率良くかつ十分に吸収することのできるコンデンサモジュール２を内蔵する電力変換装置１を得ることができる。
また、このように電力変換回路に加わる高周波領域におけるサージ電圧を十分に吸収することにより、電力変換回路を構成するスイッチング素子１３などの耐圧性能を向上させる必要がなくなる。したがって、電力変換装置１の低コスト化を図ることができる。

また、第二コンデンサ素子３０ｂは、セラミック基板を有するセラミックコンデンサであるため、高周波領域におけるサージ電圧をより一層吸収することができる。すなわち、セラミックコンデンサは、高周波領域におけるサージ電圧の吸収効率に優れている。そのため、かかるセラミックコンデンサを第二コンデンサ素子３０ｂとしてコンデンサ単素子３に組み込むことにより、高周波領域におけるサージ電圧をより一層吸収することができる。

また、本例のコンデンサ単素子３は、上記のような軸芯３３を有し、軸芯は、互いに絶縁された、正極側電極部３２１と電気的に接続される正極軸部３３１と、負極側電極部３３２と電気的に接続される負極軸部３３２とからなり、第二コンデンサ素子３０ｂは、正極軸部３３１と負極軸部３３２との間に配設されている。
このため、正極軸部３３１が正極側電極部３２１として機能し、負極軸部３３２が負極側電極部３２２として機能するため、正極軸部３３１と負極軸部３３２との間の空間３００が、実質的に正極側電極部３２１と負極側電極部３２２との間の最短距離となる空間３００となる。したがって、正極軸部３３１と負極軸部３３２との間に第二コンデンサ素子３０ｂを組み込むことで、正極側電極部３２１と負極側電極部３３２との間の最短距離となる空間３００に、第二コンデンサ素子３０ｂを容易に組み込むことができる。

以上のとおり、本例によれば、高周波領域におけるサージ電圧を効率良くかつ十分に吸収することのできるコンデンサ単素子、及びコンデンサモジュール、並びに電力変換装置を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図６に示すように、金属化フィルム３１の内側に配されるとともに正極側電極部３２１及び負極側電極部３２２よりも巻回軸方向に突出するよう配設される一本の棒状体からなる軸芯３３を有するコンデンサ単素子３の例である。

また、正極側電極部３２１は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、軸方向端部３１０よりも突出した部分の軸芯３３を覆うように形成された筒部３２３を有する。
そして、筒部３２３と軸芯３３とは、その間に、例えばセラミックコンデンサやフィルムコンデンサからなる第二コンデンサ素子３０ｂを把持するとともに、互いに電気的に絶縁されている。具体的には、筒部３２３と軸芯３３との間には、例えばＰＥＴやＰＰなど前述した樹脂やセラミックスからなる絶縁体３４が配設されている。

図６（ｂ）に示すように、軸芯３３は負極電源と電気的に接続されている。一方、筒部３２３は、正極側電極部３２１とともに正極電源と電気的に接続されている。したがって、本例においては、軸芯３３と筒部３２３との間の空間が、実質的に正極側電極部３２１と負極側電極部３２２との間の最短距離となる空間３００である。
その他の構成は、実施例１と同様である。

本例の場合には、筒部３２３と軸芯３３との間に第二コンデンサ素子３０ｂを挟み込むことで、正極側電極部３２１と負極側電極部３２２との間の最短距離となる空間３００に第二コンデンサ素子３０ｂを容易に組み込むことができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。

実施例１における、（ａ）コンデンサ単素子の縦断面図、（ｂ）（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図。 実施例１における、コンデンサ単素子の斜視図。 実施例１における、金属化フィルムの斜視図。 実施例１における、コンデンサモジュールの縦断面図。 実施例１における、電力変換装置の回路図。 実施例２における、（ａ）コンデンサ単素子の縦断面図、（ｂ）（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図。

符号の説明

１ 電力変換装置
２ コンデンサモジュール
３ コンデンサ単素子
３０ａ 第一コンデンサ素子
３００ 空間
３０ｂ 第二コンデンサ素子
３１ 金属化フィルム
３１０ 軸方向端部
３１１ 正極層
３１２ 負極層
３１３ 絶縁部
３２１ 正極側電極部
３２２ 負極側電極部

Claims (6)

1. 正電荷を帯電させる正極層と負電荷を帯電させる負極層とを電気的絶縁性を有する絶縁部を介して積層してなる金属化フィルムを巻回してなる第一コンデンサ素子を備えたコンデンサ単素子であって、
   上記第一コンデンサ素子は、外部に配される正極電源と電気的に接続されるとともに上記金属化フィルムの巻回軸方向における両端部である軸方向端部の一方において上記正極層と接触する正極側電極部と、外部に配される負極電源と電気的に接続されるとともに他方の上記軸方向端部において上記負極層と接触する負極側電極部とを有し、
   上記正極側電極部と上記負極側電極部との間の最短距離となる空間には、上記第一コンデンサ素子よりもインピーダンスが小さい第二コンデンサ素子が上記正極側電極部及び上記負極側電極部と電気的に並列接続された状態で配設されており、
   かつ、上記第二コンデンサ素子は、セラミック基板を有するセラミックコンデンサであることを特徴とするコンデンサ単素子。
2. 正電荷を帯電させる正極層と負電荷を帯電させる負極層とを電気的絶縁性を有する絶縁部を介して積層してなる金属化フィルムを巻回してなる第一コンデンサ素子を備えたコンデンサ単素子であって、
   上記第一コンデンサ素子は、外部に配される正極電源と電気的に接続されるとともに上記金属化フィルムの巻回軸方向における両端部である軸方向端部の一方において上記正極層と接触する正極側電極部と、外部に配される負極電源と電気的に接続されるとともに他方の上記軸方向端部において上記負極層と接触する負極側電極部とを有し、
   上記正極側電極部と上記負極側電極部との間の最短距離となる空間には、上記第一コンデンサ素子よりもインピーダンスが小さい第二コンデンサ素子が上記正極側電極部及び上記負極側電極部と電気的に並列接続された状態で配設されており、
   かつ、上記金属化フィルムの巻回軸方向に直交する方向における断面において上記金属化フィルムの内側に配されるとともに上記正極側電極部及び上記負極側電極部よりも上記巻回軸方向に突出するよう配設される軸芯を有し、
   該軸芯は、互いに絶縁された、上記正極側電極部と電気的に接続される正極軸部と、上記負極側電極部と電気的に接続される負極軸部とからなり、
   上記第二コンデンサ素子は、上記正極軸部と上記負極軸部との間に配設されていることを特徴とするコンデンサ単素子。
3. 正電荷を帯電させる正極層と負電荷を帯電させる負極層とを電気的絶縁性を有する絶縁部を介して積層してなる金属化フィルムを巻回してなる第一コンデンサ素子を備えたコンデンサ単素子であって、
   上記第一コンデンサ素子は、外部に配される正極電源と電気的に接続されるとともに上記金属化フィルムの巻回軸方向における両端部である軸方向端部の一方において上記正極層と接触する正極側電極部と、外部に配される負極電源と電気的に接続されるとともに他方の上記軸方向端部において上記負極層と接触する負極側電極部とを有し、
   上記正極側電極部と上記負極側電極部との間の最短距離となる空間には、上記第一コンデンサ素子よりもインピーダンスが小さい第二コンデンサ素子が上記正極側電極部及び上記負極側電極部と電気的に並列接続された状態で配設されており、
   かつ、上記金属化フィルムの巻回軸方向に直交する方向における断面において上記金属化フィルムの内側に配されるとともに、上記正極側電極部及び上記負極側電極部よりも上記巻回軸方向に突出するよう配設される一本の棒状体からなる軸芯を有し、
   該軸芯は、上記正極側電極部又は上記負極側電極部と電気的に接続しており、
   上記正極側電極部及び上記負極側電極部のうち上記軸芯と電気的に接続していない方の電極部は、上記軸方向端部よりも上記巻回軸方向に突出した部分の軸芯を覆うように形成された筒部を有し、
   該筒部と上記軸芯とは、その間に上記第二コンデンサ素子を把持するとともに、互いに電気的に絶縁されていることを特徴とするコンデンサ単素子。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記第二コンデンサ素子は、電気的絶縁性を有するフィルム材に金属層を蒸着してなる金属化フィルムを有するフィルムコンデンサであることを特徴とするコンデンサ単素子。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のコンデンサ単素子を少なくとも一つ内蔵することを特徴とするコンデンサモジュール。
6. 電力変換回路を構成するとともに、請求項５に記載のコンデンサモジュールを有することを特徴とする電力変換装置。

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