JPWO2015133218A1 - コンデンサモジュール - Google Patents

Abstract

コンデンサモジュールの第１バスバー（１）は、コンデンサ素子（３）の一方の電極（３０）と接続されており、板状の第１本体部（１０）と、第１端縁（１１）から第１方向に向けて突出し、第１入出力端子（１３）を有する第１端子部（１２）と、コンデンサ素子（３）の一方の電極（３０）に接続された第１接続部（１４）と、を備える。コンデンサモジュールの第２バスバー（２）は、コンデンサ素子（３）の他方の電極と接続されており、板状の第２本体部（２０）と、第２端縁（２１）から第１方向に向けて突出し、第２入出力端子（２３）を有する第２端子部（２２）と、コンデンサ素子（３）の他方の電極と接続された第２接続部（２４）と、を備える。第１端子部（１２）と第２端子部（２２）は、互いに交差した状態で対向する対向部（Ｓ）を有する。少なくとも対向部（Ｓ）は、テーパー状或いは曲線状の特定端縁を有する。

Description

本発明は、コンデンサ素子の２つの電極のそれぞれに、一対のバスバーの各々を電気的に接続した構成のコンデンサモジュールに関する。

２つの電極を有するコンデンサ素子（たとえば、巻回型のフィルムコンデンサ、及び、積層型のフィルムコンデンサ）のそれぞれの電極に、バスバーを電気的に接続した構成のコンデンサモジュールが使用されている。

このようなコンデンサモジュールは、一般的には、ケースモールド型コンデンサの形で使用される。特許文献１のケースモールド型コンデンサでは、外部の素子や回路を接続するための端子が形成された一対のバスバーの各々が、素子（コンデンサ素子）の一対の電極の各々に接続されている。一対のバスバー及び素子は、ケース内に収容されている。ケース内は樹脂で装填される。これにより、一対のバスバー間の電気的絶縁が保持される。

このような構成のコンデンサモジュールは、たとえば、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路において、直流リンクコンデンサとして使用されている。

コンデンサモジュールが直流リンクコンデンサとして使用される場合、インバータ回路の駆動周波数が高周波に対応した周波数であるため、コンデンサモジュールのインダクタンスが大きいと、インバータ回路において発生するサージ電圧が大きくなる。サージ電圧が大きいと、インバータ回路が故障するおそれがある。

そのため、コンデンサモジュールのインダクタンスを抑制することが望まれている。インダクタンスを抑制するためのコンデンサモジュールとして、たとえば、特許文献２のようなケースモールド型コンデンサが提案されている。

特許文献２では、各電極のバスバーに接続されている素子（コンデンサ素子）数が異なる場合に、接続素子数の多い側のバスバーの外部接続端子部は、接続素子数の少ない側のバスバーの外部接続端子部よりも面積が大きく、かつ、外部接続端子部の一部が、もう一方の外部接続端子部に重なるように対向している。これにより、このコンデンサモジュールのインダクタンスが低減している。

特開２００９−１２３８７１号公報 特開２００７−２０１１１７号公報

特許文献２では、外部接続端子部が板状の本体部に対して直角に形成されている。そのため、外部接続端子部と本体部との間を流れる電流の電子が、外部接続端子部の直角部分において反射しやすくなる。そのとき、外部接続端子部と本体部との間を流れる電流の方向が変化する場合がある。

その場合、外部接続端子部と本体部との間を互いに逆方向に流れる電流の平行成分が低減するので、各々の電流によって生じる磁界の相互相殺効果が低下する。その結果、インダクタンスの低減効果が低下する。

従って、更なるインダクタンス低減を図ることが望まれる。

本発明は、上述の事情の下になされたもので、インダクタンスの低減効果を向上させることを可能にするコンデンサモジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面に係るコンデンサモジュールは、一対の電極を有する、少なくとも１つのコンデンサ素子と、前記一対の電極の一方と電気的に接続された第１バスバーと、前記一対の電極の他方と電気的に接続され、且つ、前記第１バスバーとの間の電気的絶縁が保持された状態で、前記第１バスバーと重なり合う第２バスバーと、を備え、前記第１バスバーは、板状の第１本体部と、当該第１本体部の第１端縁から予め定められた第１方向に向けて突出し、且つ、第１入出力端子を有する第１端子部と、前記コンデンサ素子の前記一対の電極の一方と接続された第１接続部と、を備え、前記第２バスバーは、板状の第２本体部と、当該第２本体部において前記第１端縁と重なり合う第２端縁から前記第１方向に向けて突出し、且つ、第２入出力端子を有する第２端子部と、前記コンデンサ素子の前記一対の電極の他方と接続された第２接続部と、を備え、前記第１端子部と前記第２端子部は、互いに交差した状態で対向する対向部を有しており、少なくとも前記対向部は、テーパー状或いは曲線状の特定端縁を有することを特徴とする。

上記構成において、前記第１方向は、前記第１本体部及び前記第２本体部の各々の表面に対して、予め定められた角度を持つ方向であってもよい。

上記構成において、前記第１入出力端子及び前記第２入出力端子のいずれか一方又は両方には、少なくとも、スイッチングデバイスが取り付けられていてもよい。

本発明によれば、一対の電極の一方に電気的に接続された第１バスバーと、一対の電極の他方に電気的に接続された第２バスバーとが、相互の電気的絶縁が保持された状態で、重なり合っている。

これにより、第１バスバーと第２バスバーの各々に異なる極性の電圧がそれぞれ印加されたとき、第１バスバー及び第２バスバーの各々を、電流が互いに逆方向に流れる。このとき、第１バスバーを流れる電流による磁界と、第２バスバーを流れる電流による磁界とが、互いに打ち消し合うので、インダクタンスが低減する。

第１入出力端子と第２入出力端子の各々に互いに異なる極性の電圧が印加されたとき、第１端子部と第２端子部の各々を介して、第１バスバー、第２バスバーに対して、電流の入出力が行われる。そのため、第１端子部と第２端子部に電流が集中する。

第１端子部と第２端子部とは、互いに交差した状態で対向しており、且つ、互いに交差した状態で対向する対向部を有している。第１入出力端子と第２入出力端子の各々に互いに異なる極性の電圧がそれぞれ印可されたとき、対向部においては、第１端子部及び第２端子部の各々を電流が互いに逆方向に流れる。

第１端子部と第２端子部には、先述したように電流が集中する。そのため、対向部では、第１端子部に集中した電流による磁界と、第２端子部に集中した電流による磁界とが、互いに打ち消しあうので、インダクタンスがさらに低減する。

少なくとも、第１端子部及び第２端子部の各々の対向部には、テーパー状或いは曲線状の特定端縁が形成されている。対向部の端縁がテーパー状或いは曲線状の場合、その端縁がテーパー状或いは曲線状でない場合よりも、その端縁のインピーダンスが小さくなる傾向がある。そのため、第１端子部及び第２端子部を流れる電流がさらに対向部に集中しやすくなる。

これにより、対向部における磁界の打ち消し効果が高まるため、インダクタンスがさらに低減する。

その結果、さらなるインダクタンス低減効果を得ることができる。

本発明の実施形態に係るコンデンサモジュールを用いて構成したケースモールド型コンデンサの外観の一例を概略的に示す正面斜視図である。 実施形態に係るコンデンサモジュールの構成の一例を示す正面斜視図である。 図１のコンデンサモジュールの平面図である。 図１のコンデンサモジュールの背面図である。 図１のコンデンサモジュールの端子近傍の拡大斜視図である。 図５に示す端子近傍の、矢印Ｂ方向から見た側面図である。 実施形態に係るコンデンサモジュールの対向部を模式的に示す平面図である。 テーパー形状の特定端縁を有する実施形態に係るコンデンサモジュールの部分拡大図である。 特定端縁を有さず、第１端子部及び第２端子部が対向部を有しないコンデンサモジュールを示す正面斜視図である。 図９のコンデンサモジュールの平面図である。 図９のコンデンサモジュールの部分拡大斜視図である。 第１端子部及び第２端子部が、第１本体部及び第２本体部の各々の表面から傾斜し、かつ、両者が対向部を有する実施形態に係るコンデンサモジュールの部分拡大斜視図である。 ３種類の形状の端子部をそれぞれ備える３種類のコンデンサモジュールに対する、交流電流の周波数と、等価直列インダクタンスとの関係を示すグラフである。 第１の形状の端子部を有するコンデンサモジュールの端子近傍の構成を模式的に示す平面図である。 第２の形状の端子部を有するコンデンサモジュールの端子近傍の構成を模式的に示す平面図である。 第３の形状の端子部を有するコンデンサモジュールの端子近傍の構成を模式的に示す平面図である。 第４の形状の端子部を有するコンデンサモジュールの端子近傍の構成を模式的に示す平面図である。 ４種類の曲線状端縁をそれぞれ有する端子部を備える４種類のコンデンサモジュールに対して、交流電流の周波数と、各コンデンサモジュールの等価直列インダクタンスとの関係を示すグラフである。 ４種類の曲線状端縁をそれぞれ有する端子部を備える４種類のコンデンサモジュールに対して、交流電流の特定の周波数範囲における、交流電流の周波数と各コンデンサモジュールの等価直列インダクタンスとの関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係るコンデンサモジュールを用いて構成した電力変換システムの構成の一例を示すブロック図である。

図１は、本発明の一実施形態に係るコンデンサモジュールを用いて構成したケースモールド型コンデンサの外観の一例を概略的に示した正面斜視図である。

ケースモールド型コンデンサＣには、本発明の一実施形態に係るコンデンサモジュールＭが収容されている。ケース４内には、第１バスバー１、第２バスバー２、及びこれらに形成された第１端子１３ａ〜１３ｃ及び第２端子２３ａ〜２３ｃを残して、樹脂５が装填されている。なお、図１では、樹脂５がケース４に装填されていることを明確にするため、樹脂５の部分が斜線で表されている。

図２は、実施形態に係るコンデンサモジュールの構成の一例を示した正面斜視図である。図３は、図１のコンデンサモジュールの平面図である。図４は、図１のコンデンサモジュールの背面図である。図５は、図１のコンデンサモジュールの端子１３ａ、２３ａ近傍の拡大斜視図である。図６は、図５に示す端子近傍の矢印Ｂ方向から見た側面図である。図７は、コンデンサモジュールの第１端子部１２ａと第２端子部２２ａとの間の重なり部である対向部Ｓを模式的に表した平面図である。図７では、対向部Ｓを明確にするため、対向部Ｓの領域に破線による斜線を付している。

コンデンサモジュールＭは、３つのコンデンサ素子３ａ〜３ｃと、各コンデンサ素子の上に載置された一対のバスバーである、第１バスバー１及び第２バスバー２と、を備える。なお、本実施形態では、コンデンサ素子が３つ設けられているが、この例には限られず、１つ、２つ、或いは４つ以上設けられてもよい。

コンデンサ素子３ａ〜３ｃとしては、ここでは、巻回型のフィルムコンデンサが例示されている。本実施形態では、コンデンサ素子３は、楕円柱形状に形成されている。なお、コンデンサ素子３ａ〜３ｃの構造は、本実施形態のように楕円柱形状には限られず、互いに異極である一対の電極が形成されたコンデンサ素子であれば、どのような形状であってもよい。

コンデンサ素子３ａ〜３ｃの各々では、その頂面（図２における正面側の面）に、正極性の電極３０ａ〜３０ｃの各々が形成されている。また、その背面（図２における背面側の面）に、負極性の電極３００ａ〜３００ｃが形成されている。

コンデンサ素子３ａ〜３ｃでは、その側面のうち、図２において上方向を向く面である取付面に、第１バスバー１が載置されている。第１バスバー１の上には、当該第１バスバーとの間の電気的絶縁を保持した状態で、第２バスバー２が載置されている。これにより、第１バスバー１と第２バスバー２とは、電気的絶縁が保持された状態で、互いに重なり合う。なお、第１バスバー１と第２バスバー２との間の電気的絶縁については、たとえば、第１バスバー１と第２バスバー２との間に絶縁シートを挟み込むことにより、実現することができる。

図２に示すように、第１バスバー１は、略長方形状の板状の第１本体部１０を有する。また、第２バスバー２も、略長方形状の板状の第２本体部２０を有する。第２本体部２０は、第１本体部１０の上に、互いに重なり合うように載置されている。これにより、第１本体部１０及び第２本体部２０は、互いに重なり合う第１端縁１１及び第２端縁２１を有することになる。

図２に示すように、第１本体部１０の第１端縁１１からは、コンデンサ素子３ａ〜３ｃの電極３０ａ〜３０ｃに電気的に接続される第１接続部１４ａ〜１４ｃが突出して形成されている。また、図４に示すように、第２本体部２０の端縁のうち、第２端縁２１の反対側にある第４端縁２６からは、コンデンサ素子３の電極３００ａ〜３００ｃに電気的に接続される第２接続部２４ａ〜２４ｃが突出して形成されている。なお、図４に示すように、第２本体部２０の第４端縁２６は、第１本体部１０の第１端縁１１の反対側にある第３端縁１６と互いに重なり合う。

第１接続部１４ａ〜１４ｃは、たとえば、半田付けによって、電極３０ａ〜３０ｃに接続される。 第２接続部２４ａ〜２４ｃも、第１接続部１４ａ〜１４ｃと同様に、たとえば、半田付けによって、電極３００ａ〜３００ｃに接続される。

第１本体部１０の第１端縁１１からは、第１端子部１２ａ〜１２ｃが、第１端縁１１に沿う方向に対して垂直方向に、且つ、第１本体部１０の表面に対して予め定められた角度傾斜した方向に突出して形成されている。第１端子部１２ａ〜１２ｃは、第１接続部１４ａ〜１４ｃと、それぞれ、第１端縁１１に沿う第２方向（矢印Ｂ方向）に隣り合うように形成されている。第１端子部１２ａ〜１２ｃの先端には、それぞれ、外部の素子や回路を接続するための第１端子（第１入出力端子）１３ａ〜１３ｃが形成されている。

第２本体部２０の第２端縁２１からは、第２端子部２２ａ〜２２ｃが、第２端縁２１に沿う方向に対して垂直方向に、且つ、第２本体部２０の表面に対して、第１端子部１２ａ〜１２ｃと同じ方向に突出して形成されている。第２端子部２２ａ〜２２ｃは、図４に示すように、第２接続部２４ａ〜２４ｃと、それぞれ、第２方向（矢印Ｂ方向）に隣り合うように形成されている。第２端子部２２ａ〜２２ｃの先端には、図２に示すように、それぞれ、外部の素子や回路を接続するための第２端子（第２入出力端子）２３ａ〜２３ｃが形成されている。

以下、特筆する場合を除き、コンデンサ素子３ａ〜３ｃをコンデンサ素子３と呼ぶ。また、第１端子部１２ａ〜１２ｃを第１端子部１２と呼び、第２端子部２２ａ〜２２ｃを第２端子部２２と呼ぶ。さらに、第１端子１３ａ〜１３ｃを第１端子１３と呼び、第２端子２３ａ〜２３ｃを第２端子２３と呼ぶ。さらに、第１接続部１４ａ〜１４ｃを第１接続部１４と呼び、第２接続部２４ａ〜２４ｃを第２接続部２４と呼ぶ。

第１端子部１２及び第２端子部２２は、第１端子部１２と第２端子部２２とが互いに交差し、且つ、第１端子１３と第２端子２３とが、第１端縁１１及び第２端縁２１に沿う方向に隣り合うように形成されている。このような配置により、第１端子部１２及び第２端子部２２は、それぞれ、互いに交差した状態で対向する対向部Ｓを有する。なお、対向部Ｓは、図２、図３、及び、図５において、円で囲まれた範囲である。

第１端子１３ａ〜１３ｃには、電気素子或いは電気回路を接続するための接続孔１３０ａ〜１３０ｃが形成されている。第２端子２３ａ〜２３ｃには、電気素子或いは電気回路を接続するための接続孔２３０ａ〜２３０ｃが形成されている。

以下、特筆する場合を除き、接続孔１３０ａ〜１３０ｃを接続孔１３０と呼び、接続孔２３０ａ〜２３０ｃを接続孔２３０と呼ぶ。

第１端子１３及び第２端子２３の一方または両方には、スイッチングデバイス、たとえば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ；Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；不図示）の端子が取り付けられる。このような端子の取り付けは、たとえば、ＩＧＢＴ等の取付対象の端子の接続孔（不図示）と、これに対応する第１端子１３及び第２端子２３の接続孔１３０、２３０との位置関係を調整した上で、第１端子１３及び第２端子２３の各々と、取付対象が持つ端子とを重ね合わせて、ネジ止めを行うことによって可能である。

図６に示すように、第１端子部１２ａは、第１端縁１１から、第１本体部１０の表面に対して予め定められた角度傾斜した方向（矢印Ａ方向）に突出している。また、第２端子部２２ａは、第２端縁２１から、第１端子部１２ａと同じ方向（矢印Ａ方向）に突出している。

図５に示すように、第１端子部１２ａには、少なくとも対向部Ｓにおいて、第２端子部２２ａと対向する特定端縁１５が形成されており、第２端子部２２ａには、少なくとも対向部Ｓにおいて、第１端子部１２ａと対向する特定端縁２５が形成されている。

特定端縁１５は、図５及び図７に示すように、第１端子部１２ａの端縁のうち、第１端縁１１及び第２端縁２１に沿う方向（矢印Ｂ方向）に膨らんだ曲線状（たとえば円弧状）の端縁である。特定端縁２５は、第２端子部２２ａの端縁のうち、第１端子部１２ａとは反対方向（矢印Ｂとは反対方向）に膨らんだ曲線状（たとえば円弧状）の端縁である。特定端縁１５及び２５は、予め定められた曲率半径を有する。

なお、コンデンサモジュールＭでは、第１端子１３ａと第２端子２３ａが同一平面上に配置される場合がある。この場合、第１端子部１２ａと第２端子部２２ａとは、第１バスバー１と第２バスバー２の厚み方向に互いに近づくように曲げるようにして形成される。

第１端子部１２ａと第２端子部２２ａとをこのような構成とした場合、第１端子部１２ａと第２端子部２２ａとが近接して互いに交差するように重なり合うことになる。この場合、第１端縁１１と第２端縁２５の曲率半径を大きくしすぎると、第１端子部１２ａと第２端子部２２ａとが接触してしまうことがある。

この場合、第１端子部１２ａと第２端子部２２ａとの絶縁が保てない。したがって、曲率半径は、第１端子部１２ａと第２端子部２２ａとの絶縁が保てる値であれば、「０」を超えるどんな値であってもよい。

なお、第１端子部１２ｂと第２端子部２２ｂとを同一平面上に配置する場合、及び、第１端子部１２ｃと第２端子部２２ｃとを同一平面上に配置する場合についても、第１端子部１２ａと第２端子部２２ａとを同一平面上に配置する場合と同様に、曲率半径の値が定まる。すなわち、曲率半径は、第１端子部１２ｂと第２端子部２２ｂとの絶縁、及び、第１端子部１２ｃと第２端子部２２ｃとの絶縁が保てる値であれば、「０」を超えるどんな値であってもよい。

第１端子部１２ａ及び第２端子部２２ａの各々の対向部Ｓを含む領域に、図５及び図７に示すように、曲線状の特定端縁１５、２５を形成すると、特定端縁１５近傍の端子部１２ａ、及び特定端縁２５近傍の端子部２２ａ、即ちそれぞれの対向部Ｓのインピーダンスが、テーパー状或いは曲線状の特定端縁１５、２５を形成しない場合よりも小さくなる傾向がある。そのため、第１端子部１２ａ及び第２端子部２２ａを流れる電流が対向部Ｓに集中しやすくなる。

なお、第１端子部１２ｂ、１２ｃについては、第１端子部１２ａと同様の構成であり、第２端子部２２ｂ、２２ｃについては、第２端子部２２ａと同様の構成である。従って、第１端子部１２及び第２端子部２２を流れる電流が対向部Ｓに集中しやすくなる。

特定端縁１５、２５は、図８に示すように、テーパー形状とされていてもよい。 図８は、テーパー形状の特定端縁１５、２５を備えるコンデンサモジュールＭの部分拡大図である。テーパー形状の場合にも曲線状の場合と同様の作用があるので、第１端子部１２及び第２端子部２２を流れる電流が、対向部Ｓに集中しやすくなる。

なお、特定端縁１５、２５は、本実施形態では、第１端子部１２及び第２端子部２２に形成されている。しかしながら、本発明ではこの例には限られない。たとえば、特定端縁１５、２５は、第１端子部１２及び第２端子部２２だけではなく、第１端子１３及び第２端子２３の各々を含むように形成されていてもよい。

以上説明したように、本発明に係るコンデンサモジュールＭによれば、コンデンサモジュール３の電極３０ａ〜３０ｃに電気的に接続された第１バスバー１と、電極３００ａ〜３００ｂに電気的に接続された第２バスバー２とが、相互の電気的絶縁が保持された状態で、重なり合っている。

これにより、第１バスバー１と第２バスバー２の各々に異なる極性の電圧がそれぞれ印加されたとき、第１バスバー１及び第２バスバー２の各々を、電流が互いに逆方向に流れる。このとき、第１バスバー１を流れる電流による磁界と、第２バスバー２を流れる電流による磁界とが、互いに打ち消し合うので、インダクタンスが低減する。

また、第１端子１３と第２端子２３の各々に互いに異なる極性の電圧が印加されたとき、第１端子部１２及び第２端子部２２の各々を介して、第１バスバー１、第２バスバー２に対して、電流の入出力が行われる。そのため、第１端子部１２と第２端子部２２に電流が集中する。

第１端子部１２と第２端子部２２とは、互いに交差した状態で対向しており、且つ、互いに交差した状態で対向する対向部Ｓを有している。第１端子１３と第２端子２３の各々に互いに異なる極性の電圧がそれぞれ印可されたとき、対向部Ｓにおいては、第１端子部１２及び第２端子部２２の各々を電流が互いに逆方向に流れる。

第１端子部１２と第２端子部２２には、先述したように電流が集中する。そのため、対向部Ｓでは、第１端子部１２に集中した電流による磁界と、第２端子部２２に集中した電流による磁界とが、互いに打ち消しあうので、インダクタンスがさらに低減する。

さらに、少なくとも、第１端子部１２及び第２端子部２２の各々の対向部Ｓには、テーパー状或いは曲線状の特定端縁１５、２５が形成されている。対向部Ｓの端縁がテーパー状或いは曲線状の場合、その端縁近傍の端子部のインピーダンスが、その端縁がテーパー状或いは曲線状でない場合よりも小さくなる傾向がある。そのため、第１端子部１２及び第２端子部２５を流れる電流がさらに対向部Ｓに集中しやすくなる。

これにより、対向部Ｓにおける磁界の打ち消し効果が高まるため、インダクタンスがさらに低減する。

その結果、さらなるインダクタンス低減効果を図ることができる。

特定端縁１５、２５は、第１端子部１２及び第２端子部２２の対向部Ｓの端縁を、テーパー状、或いは、曲線状とすることにより形成される。そのため、特定端縁１５、２５を簡単に形成することができる。

第１端子部１２及び第２端子部２２は、第１本体部１０及び第２本体部２０の各々からそれぞれ突出した薄い部材である。そのため、衝撃や熱衝撃への対策が必要となる。本発明の実施形態におけるコンデンサモジュールＭによれば、上に述べたように、第１端子部１２及び第２端子部２２の端縁をテーパー形状又は曲線状の特定端縁１５、２５とすることにより、第１端子部１２及び第２端子部２２が受ける応力や熱応力を拡散させることができる。その結果、そのような第１端子部１２及び第２端子部２２を備えるコンデンサモジュールは衝撃や熱衝撃に強くなる。

また、第１端子部１２及び第２端子部２２が有する曲線状の特定端縁の曲率半径を大きくするほど、後述する実験結果からわかるように、コンデンサモジュールＭの等価直列インダクタンスが小さくなる。そのため、前記曲線の曲率半径を大きくするほど、インダクタンス低減効果が高まる。

また、特定端縁１５、２５を有する対向部Ｓは、第１端子１３及び第２端子２３の近傍に存在する。そのため、第１端子１３及び第２端子２３近傍における磁界の相殺効果が大きくなり、第１端子１３及び第２端子２３近傍のインダクタンスが低減する。

その結果、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチングデバイスの端子が、第１端子１３及び第２端子２３の一方又は両方に接続される場合には、以下の効果が奏される。

すなわち、スイッチングデバイスは、サージ電圧に非常に弱く、印加されるサージ電圧が大きくなると故障しやすくなるという性質がある。第１端子１３及び第２端子２３近傍のインダクタンスが低減すると、第１端子１３及び第２端子２３の一方又は両方に接続されたスイッチングデバイスに印加されるサージ電圧が低減する。これにより、スイッチングデバイスの故障を防ぐことができる。

さらに、第１端子部１２及び第２端子部２２は、第１本体部１０及び第２本体部２０の各々の表面に対して、矢印Ａ向きに角度が付けられて傾斜している。

このため、第１端子部１２と第１本体部１０の表面との間の電流の流れ、及び、第２端子部２２と第２本体部２０の表面との間の電流の流れがスムーズになる。このため、双方の電流の方向の平行性が改善される。その結果、双方の電流による磁界の打ち消し効果が高まるため、インダクタンスをさらに低減することができる。

なお、本実施形態では、電極３０ａ〜３０ｃが正極であり、電極３００ａ〜３００ｃが負極であるが、電極３０ａ〜３０ｃが負極であり、電極３００ａ〜３００ｃが正極であってもよい。

なお、本実施形態では、第１端子１３及び第２端子２３の一方又は両方に接続される素子として、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを例示したが、本発明ではこの例には限られない。たとえば、通常のトランジスタや電界効果トランジスタ（ＦＥＴ；Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）など、パルス状の電圧信号を受けてスイッチング動作を行う素子が接続されていてもよい。つまり、サージ電圧が大きくなると故障するおそれのあるスイッチングデバイスが接続されている。

また、本実施形態では、コンデンサ素子３として、巻回型のフィルムコンデンサを例示したが、積層型のフィルムコンデンサであってもよい。この場合、本実施形態のように、互いに異極性の電極３０と電極３００とが互いに反対側に形成されるのではなく、同一面に互いに異極性の一対の電極が形成される。

同一面に互いに異極性の一対の電極が形成された場合、第２接続部２４は、第２端子部２２と同じく、第１端縁１１及び第２端縁２１の側に位置することとなり、第２端子部２２が、第２接続部２４と同一線上で第２接続部２４と隣り合うことになる。

本願発明者は、上述の効果を確認すべく以下の実験を行った。

図９は、特定端縁１５、２５を有さず、第１端子部１２及び第２端子部２２が対向部Ｓを有しないコンデンサモジュールＭ１を示す正面斜視図である。図１０は、図９のコンデンサモジュールＭ１の平面図である。図１１は、図９のコンデンサモジュールＭ１の部分拡大斜視図である。

図１２は、第１端子部１２及び第２端子部２２が、第１本体部１０及び第２本体部２０の各々の表面に対して傾斜し、かつ、両者が対向部Ｓを有するコンデンサモジュールＭ２の部分拡大斜視図である。

コンデンサモジュールＭ２は、 コンデンサモジュールＭ１とは異なり対向部Ｓを有する。このため、コンデンサモジュールＭと同様に、コンデンサモジュールＭ２のインダクタンスは、コンデンサモジュールＭ１のインダクタンスよりも小さくなる。

本願発明者は、コンデンサモジュールＭ１、Ｍ２、及び上述したコンデンサモジュールＭに、周波数を変えながら、交流電流を流し、各コンデンサモジュールの等価直列インダクタンス（以下、ＥＳＬという）を測定した。

図１３では、交流周波数とコンデンサモジュールＭ１のＥＳＬとの関係が破線で、交流周波数とコンデンサモジュールＭ２のＥＳＬとの関係が１点鎖線で、交流周波数とコンデンサモジュールＭのＥＳＬとの関係が実線で、それぞれ示されている。

図１３より、第１端子部１２と第２端子部２２とが対向部Ｓを有しない場合（コンデンサモジュールＭ１の場合）よりも、第１端子部１２及び第２端子部２２が、第１本体部１０及び第２本体部２０の各々の表面に対して傾斜し、かつ、両者が対向部Ｓを有する場合（コンデンサモジュールＭ２の場合）のほうが、明らかにＥＳＬが小さいということが判る。さらに、第１端子部１２及び第２端子部２２の各々が対向部Ｓを有する場合であっても、対向部Ｓが曲線状の端縁を有していない場合（コンデンサモジュールＭ２の場合）よりも、曲線状の端縁を有している場合（コンデンサモジュールＭの場合）のほうが、更にＥＳＬが小さいということが判る。

この実験結果から、第１端子部１２及び第２端子部２２を交差した状態で対向させ、対向部Ｓに曲線形状の特定端縁１５、２５を形成した場合に、インダクタンスの低減効果が飛躍的に高まることが立証された。

さらに、本願発明者は、第１端子部１２及び第２端子部２２が曲率半径の異なる曲線状の端縁を有する４種類のコンデンサモジュールに対して、ＥＳＬの計測を行う実験を行った。

図１４Ａは、第１端子部１２及び第２端子部２２が第１の形状であるコンデンサモジュールの端子近傍の構成を模式的に示す平面図である。第１の形状とは、図１４Ａに示すように、第１端子部１２ａ及び第２端子部２２ａが対向部Ｓを有さず、かつ、第１端子部１２ａ及び第２端子部２２ａの端縁が曲線状でない形状を言う。

図１４Ｂは、第１端子部１２及び第２端子部２２が第２の形状であるコンデンサモジュールの端子近傍の構成を模式的に示す平面図である。第２の形状とは、図１４Ｂに示すように、第１端子部１２ａ及び第２端子部２２ａが対向部Ｓを有さず、かつ、第１端子部１２ａ及び第２端子部２２ａの端縁が曲線状の特定端縁１５、２５である形状のことを言う。図１４Ｃは、第１端子部１２及び第２端子部２２が第３の形状であるコンデンサモジュールの端子近傍の構成を模式的に示す平面図である。第３の形状とは、図１４Ｃに示すように、第１端子部１２ａ及び第２端子部２２ａが対向部Ｓを有し、かつ、対向部Ｓの端縁が曲線状の特定端縁１５、２５である形状のことを言う。図１４Ｄは、第１端子部１２及び第２端子部２２が第４の形状であるコンデンサモジュールの端子近傍の構成を模式的に示す平面図である。第４の形状とは、図１４Ｄに示すように、第１端子部１２ａ及び第２端子部２２ａが対向部Ｓを有し、かつ、対向部Ｓの端縁が、図１４Ｃよりも大きな曲率半径の曲線状の特定端縁１５、２５である形状のことを言う。

図１４Ａから図１４Ｄまでは、第１端子部１２ａ及び第２端子部２２ａの形状を示すが、第１端子部１２ｂ、１２ｃ、及び第２端子部２２ｂ、２２ｃについても、同様である。

本願発明者は、図１４Ａから図１４Ｄまでの各々の構成のコンデンサモジュールに、様々な周波数の交流電流を流し、各々の構成のコンデンサモジュールのＥＳＬを計測した。図１５及び図１６は、その計測結果を示すグラフである。

図１６は、図１５のうち、交流電流の０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚまでの周波数に対するコンデンサモジュールのＥＳＬの変移を詳細に示している。

図１５及び図１６では、コンデンサモジュールの端子部の曲線状の端縁の曲率半径が実質的に０、即ちＲ０の場合（図１４Ａの場合）の交流周波数とコンデンサモジュールのＥＳＬとの関係が破線で示されている。また、曲率半径がＲ１（＞０）の曲線を付けた場合（図１４Ｂの場合）の交流周波数とコンデンサモジュールのＥＳＬとの関係が１点鎖線で表されている。さらに、曲率半径がＲ１よりも大きなＲ２の場合（図１４Ｃの場合）の交流周波数とコンデンサモジュールのＥＳＬとの関係が２点鎖線で表されている。さらに、曲率半径がＲ２よりも大きなＲ３の場合（図１４Ｄの場合）の交流周波数とコンデンサモジュールのＥＳＬとの関係が実線で表されている。

図１５及び図１６から、第１端子部１２および第２端子部２２の端縁が曲線状でない場合、即ち曲率半径Ｒ０の場合よりも、曲率半径Ｒ１の場合のほうが、様々な周波数の交流電流を流したときのコンデンサモジュールのＥＳＬが小さいことが判る。

また、図１５及び図１６から、コンデンサモジュールが対向部Ｓを有し、その対向部Ｓの端縁が曲線状である場合（曲率半径Ｒ２又はＲ３の場合）のほうが、対向部Ｓを有さない場合（曲率半径Ｒ１はＲ２、Ｒ３よりも小）よりも、コンデンサモジュールのＥＳＬが小さくなることが判る。

さらに、曲率半径Ｒ２の場合のコンデンサモジュールのＥＳＬと、曲率半径Ｒ３の場合のコンデンサモジュールのＥＳＬとを比較することにより、対向部Ｓの曲線状の端縁の曲率半径を大きくするほど、コンデンサモジュールのＥＳＬが小さくなることが判る。

以上より、第１端子部１２及び第２端子部２２の各々が曲線状の特定端縁１５、２５を有する対向部Ｓを備えたコンデンサモジュールでは、対向部Ｓの曲線状の端縁の曲率半径Ｒが大きいほど、インダクタンスが小さくなることが立証された。

上述したコンデンサモジュールＭを採用した電力変換システム３００を図１７に示す。図１７は、本発明の実施形態に係るコンデンサモジュールを用いて構成した電力変換システムの構成の一例を示すブロック図である。

電力変換システム３００は、直流電源３１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２０と、ＤＣリンクコンデンサＭｂと、三相インバータ３４０と、を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２０は、入力コンデンサＭａと、電圧変換回路３２２と、を備える。

直流電源３１０は、例えばバッテリ（二次電池）である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３２０は、直流電源３１０から直流電力が供給されている場合、入力コンデンサＭａを介して直流電圧を入力し、電圧変換回路３２２で昇圧して出力する。入力コンデンサＭａは、直流電源３１０から供給された直流電圧に含まれるリップル成分を除去するための平滑化コンデンサであり、コンデンサモジュールＭから構成されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３２０の出力である昇圧された直流電圧は、ＤＣリンクコンデンサＭｂを介して三相インバータ３４０に印加される。ＤＣリンクコンデンサＭｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２０から出力された直流電圧のリップル成分を除去するための平滑化コンデンサであり、コンデンサモジュールＭから構成されている。三相インバータ３４０は入力された直流電力を三相交流電力に変換して出力する。出力された三相交流電力は、三相電力供給線３５０を介してモータ３６０に供給される。

一方、三相インバータ３４０は、モータ３６０の回転に伴って発電された三相交流電力を入力した場合、入力された三相交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクコンデンサＭｂに出力する。ＤＣリンクコンデンサＭｂは、三相インバータ３４０から出力された直流電圧のリップル成分を除去する。

そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２０は、ＤＣリンクコンデンサＭｂから出力された直流電圧を電圧変換回路３２２で降圧して、その降圧した直流電圧を入力コンデンサＭａで平滑化する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２０は、直流電力を、直流電源３１０に供給して、バッテリである直流電源３１０を充電する。

以上のように、電力変換システム３００では、入力コンデンサＭａ及びＤＣリンクコンデンサＭｂとして、本実施形態に係るコンデンサモジュールＭが使用されている。そのため、入力コンデンサＭａ及びＤＣリンクコンデンサＭｂのインダクタンスを低減することができる。

これにより、入力コンデンサＭａに近接する電圧変換回路３２２、及び、ＤＣリンクコンデンサＭｂに近接する三相インバータ３４０におけるサージ電圧を低減することができる。即ち、入力コンデンサＭａ及びＤＣリンクコンデンサＭｂの近隣で使用されているスイッチングデバイス（たとえば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）におけるサージ電圧を低減することができる。その結果、スイッチングデバイスの故障確率が低減しうる。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することのない、様々な実施形態及び変形を含む。上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

本出願は２０１４年３月６日に出願された、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書を含む日本国特許出願２０１４−０４４２６５号に基づく優先権を主張するものである。この、元となる特許出願の開示内容は、参照によりその全体が本出願に含まれる。

本発明は、コンデンサモジュールのインダクタンスをさらに低減させるのに適しており、電力変換器等の平滑化コンデンサとして有用である。

１ 第１バスバー
１０ 第１本体部
１１ 第１端縁
１２ａ〜１２ｃ 第１端子部
１３ａ〜１３ｃ 第１端子
１３０ａ〜１３０ｃ 接続孔
１４ａ〜１４ｃ 第１接続部
１５ 特定端縁
１６ 第３端縁
２ 第２バスバー
２０ 第２本体部
２１ 第２端縁
２２ａ〜２２ｃ 第２端子部
２３ａ〜２３ｃ 第２端子
２３０ａ〜２３０ｃ 接続孔
２４ａ〜２４ｃ 第２接続部
２５ 特定端縁
２６ 第４端縁
３ａ〜３ｃ コンデンサ素子
３０ａ〜３０ｃ、３００ａ〜３００ｃ 電極
４ ケース
５ 樹脂
３００ 電力変換システム
３１０ 直流電源
３２０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３２２ 電圧変換回路
３４０ 三相インバータ
３５０ 三相電力供給線
３６０ モータ
Ａ 第１方向
Ｂ 第２方向
Ｃ ケースモールド型コンデンサ
Ｍ、Ｍａ、Ｍｂ、Ｍ１、Ｍ２ コンデンサモジュール
Ｓ 対向部

Claims (3)

1. 一対の電極を有する、少なくとも１つのコンデンサ素子と、前記一対の電極の一方と電気的に接続された第１バスバーと、前記一対の電極の他方と電気的に接続され、且つ、前記第１バスバーとの間の電気的絶縁が保持された状態で、前記第１バスバーと重なり合う第２バスバーと、を備え、
   前記第１バスバーは、板状の第１本体部と、当該第１本体部の第１端縁から予め定められた第１方向に向けて突出し、且つ、第１入出力端子を有する第１端子部と、前記コンデンサ素子の前記一対の電極の一方と接続された第１接続部と、を備え、
   前記第２バスバーは、板状の第２本体部と、当該第２本体部において前記第１端縁と重なり合う第２端縁から前記第１方向に向けて突出し、且つ、第２入出力端子を有する第２端子部と、前記コンデンサ素子の前記一対の電極の他方と接続された第２接続部と、を備え、
   前記第１端子部と前記第２端子部は、互いに交差した状態で対向する対向部を有しており、
   少なくとも前記対向部は、テーパー状或いは曲線状の特定端縁を有することを特徴とする
   コンデンサモジュール。
2. 前記第１方向は、前記第１本体部及び前記第２本体部の各々の表面に対して、予め定められた角度を持つ方向であることを特徴とする
   請求項１に記載のコンデンサモジュール。
3. 前記第１入出力端子及び前記第２入出力端子のいずれか一方又は両方には、少なくとも、スイッチングデバイスが取り付けられることを特徴とする
   請求項１又は２に記載のコンデンサモジュール。

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