JP2006310490A - コンデンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のコンデンサを複数列に配置した場合に取付け部を含めた設置スペースを従来の設置スペースより狭くすることができるコンデンサ装置を提供する。
【解決手段】コンデンサ装置１１は、基板１２上に複数のコンデンサ１３が複数列に配置されている。コンデンサ１３は円筒状に形成され、各コンデンサ１３は千鳥状に、かつ互いに接する状態に配置されている。基板１２は矩形状に形成され、両外側の列に配置された各コンデンサ１３に接する接線と、外側に配置されたコンデンサ１３に列方向と直交する方向に延びて接する接線と一致する各二辺を有する。基板１２には対角線上の２つの隅部と、その隅部と一列隔てた列の端部とにスペース１８が生じる。各スペース１８にはボルト挿通用の孔１９が１個ずつ形成されている。スペース１８及び孔１９がコンデンサ装置１１の電気機器への取付けに使用するための取付け部を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コンデンサ装置に係り、詳しくは複数のコンデンサが複数列に配置されたコンデンサ装置に関する。

各種の電源装置では、直流電圧から交流成分を除去する平滑用素子としてコンデンサが一般的に用いられる。そして、単一のコンデンサ（単品）では必要な静電容量が得られない場合、複数のコンデンサを並列に接続して大容量化して用いられることが多い。小容量のコンデンサを並列接続して大容量化する場合、図５に示すように、取付け部４１を備えた矩形状の枠部４２内に、複数のコンデンサ４３を複数列に配置し、取付け部４１において基板に固定して使用するものが提案されている（特許文献１参照）。

また、小型大容量で、部品点数の少ない、インダクタンスが小さい金属化フィルムコンデンサが提案されている（特許文献２参照）。特許文献２に記載の金属化フィルムコンデンサは、図６（ａ），（ｂ）に示すように、金属化フィルムの幅方向（図６（ｂ）の上下方向）の両端に電極を設けた複数のコンデンサ４５が四角箱状のコンデンサケース４６内に千鳥状に３列に配置されている。真中の列は他の列と同じ容量のコンデンサ４５と、その容量の半分の容量のコンデンサ４７が２個配置されている。各コンデンサ４５，４７の電極を接続するバスバー４８は、コンデンサケース４６の開口部とほぼ同じ大きさの板状に形成されるとともに、外部と接続される電極端子４９が屈曲形成されている。コンデンサケース４６内には、その空きスペースに封止材としてのエポキシ樹脂５０が充填されている。なお、図６（ａ）ではエポキシ樹脂５０の一部を省略している。
特開平１１−２８８８５５号公報（明細書の段落［０００７］、図１） 特開２００４−１８６６４０号公報（明細書の段落［００４２］、図３）

ところが、図５に示すように枠部４２から取付け部４１が突出する構成の場合には、取付け部４１が突出している部分だけでなく、取付け部４１の突出幅全体にわたって他の部材の配置が制約を受けることが多い。従って、コンデンサの設置スペースは、取付け部４１の突出幅Ｗｐと枠部４２の縦方向の長さＬとの積であるＷｐ×Ｌの２倍、基板の面積より余分に必要となる。

一方、特許文献２に記載のコンデンサ装置の場合は、コンデンサ４５，４７の収容スペースをコンパクトにすることは考えられている。しかし、コンデンサケース４６の取付けに関しては配慮がなされておらず、コンデンサ収容装置はそれが取り付けられる電気機器にコンデンサケース４６の収容部が確保されており、コンデンサ収容装置に取付け部が設けられる構成に関しては配慮がなされていなかった。

このような、複数のコンデンサで大容量化されたコンデンサ装置を自動車等、電源装置の配置制約が厳しいものに適用する場合は、限られたスペースに配置し易い構造のものが要求される。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は複数のコンデンサを複数列に配置した場合に、取付け部を含めた設置スペースを従来の設置スペースより狭くすることができるコンデンサ装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、支持部材上に複数のコンデンサが複数列に配置されるとともに電気機器への取付け部が設けられたコンデンサ装置である。そして、互いに隣接する列に属するコンデンサの列方向におけるずれ量が該コンデンサの幅の１／２以下となるように各コンデンサが配置されることにより、前記取付け部の一部又は全部が前記複数のコンデンサを囲むように接する矩形内に配置可能に構成されている。ここで、「コンデンサの幅」とは、コンデンサの平面形状が楕円、長円、矩形等の場合は長手方向と直交する方向の最も広い部分の長さを意味し、コンデンサの平面形状が円の場合は直径を意味する。

複数のコンデンサを複数列に配置する場合、隣接する列のコンデンサの中心が一致するように配置した場合は、各コンデンサは矩形状のスペースに配置され、取付け部はその矩形状のスペースの外側に突出する状態となる。そして、取付け部がコンデンサの列方向の両側に突設された構成では、前記スペースの両側に取付け部の幅の分、設置スペースが大きくなる。しかし、この発明では、互いに隣接する列に属するコンデンサの列方向におけるずれ量が該コンデンサの幅の１／２以下となるように各コンデンサが配置され、取付け部は、コンデンサがずれるように配置されることで生じるスペースに一部又は全部が配置される。従って、複数のコンデンサを複数列に配置して大容量化した場合に取付け部を含めた設置スペースを従来の設置スペースより狭くすることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記コンデンサは円筒状又は楕円筒状に形成され、前記隣接する列に属するコンデンサは千鳥状に、かつ互いに接する状態に配置されている。ここで、「千鳥状に配置」とは、隣り合う列に属するコンデンサの中心の位置が中心間の距離の１／２ずれた状態で配置されていることを意味する。この発明では、コンデンサの配置スペースを前記列の方向と直交する方向においても狭くすることができ、配置スペースをより小さくすることが可能になる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記複数のコンデンサは共通電極により並列に接続され、前記共通電極のコンデンサ装置外部との接続に使用される端子部が前記取付け部の役割を果たす。複数のコンデンサに接続される共通電極の端子部がコンデンサの配置スペースから側方に突出する構成では、端子部が他の部材と干渉しないように取付け位置の配慮が必要になる。しかし、この発明では、端子部が取付け部の役割を果たすため、取付け部の配置スペースを確保すれば、端子部の配置スペースが自動的に確保される。

本発明によれば、複数のコンデンサを複数列に配置した場合に、取付け部を含めた設置スペースを従来の設置スペースより狭くすることができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１（ａ），（ｂ）に従って説明する。図１（ａ）はコンデンサ装置の模式平面図、（ｂ）はコンデンサの模式斜視図である。
図１（ａ）に示すように、コンデンサ装置１１は、支持部材としての基板１２上に複数（この実施形態では２０個）のコンデンサ１３が複数列（４列）に配置されている。コンデンサ１３は円筒状に形成され、各コンデンサ１３は千鳥状に、かつ互いに接する状態に配置されている。即ち、互いに隣接する列に属するコンデンサ１３の列方向（図１（ａ）の左右方向）におけるずれ量が、コンデンサ１３の直径の１／２となるように各コンデンサ１３が配置されている。

コンデンサ１３にはアルミ電解コンデンサが使用されている。図２に示すように、コンデンサ１３は円筒状のケースの一端側に電極端子１４，１５が突設されている。この実施形態のコンデンサ装置１１は、１０個ずつのコンデンサ１３をそれぞれ並列に接続するための２個の共通電極１６がプラスの電極端子１４に電気的に接続され、２０個全部のコンデンサ１３に共通のアース用の共通電極１７がマイナスの電極端子１５に接続されている。

図１（ａ）に示すように、基板１２は矩形状に形成され、両外側の列に配置された各コンデンサ１３に接する接線と、外側に配置されたコンデンサ１３に列方向と直交する方向に延びて接する接線と一致する各二辺を有する。コンデンサ１３が基板１２上に千鳥状に配置されることにより、基板１２には対角線上の２つの隅部と、その隅部と一列隔てた列の端部とにスペース１８が生じる。各スペース１８にはボルト挿通用の孔１９が１個ずつ形成されている。スペース１８及び孔１９がコンデンサ装置１１を電気機器に取り付けるための取付け部を構成する。即ち、電気機器への取付け部の全部が、前記複数のコンデンサ１３を囲むように接する矩形内に配置可能に構成されている。

次に前記のように構成されたコンデンサ装置１１の作用を説明する。このコンデンサ装置１１は、例えば、ハイブリッド自動車の電源装置を構成するコンバータとインバータとの間に接続される平滑用コンデンサとして使用される。

コンデンサ装置１１は、各孔１９に挿通される図示しないボルト及びボルトと螺合するナットを介して電気機器としての前記電源装置に固定される。従来のコンデンサ装置の配置でコンデンサ１３を４列に配置すると、コンデンサ１３の直径をＤ、取付け部の突出幅をＷｐとすると、コンデンサ装置１１の設置に必要な領域の面積Ｓ１は、縦の長さが４Ｄで横の長さが５Ｄの矩形の面積と、縦の長さが４Ｄで横の長さがＷｐの矩形２個の面積との和となる。一方、この実施形態の配置では、コンデンサ装置１１の設置に必要な領域の面積Ｓ２は、縦の長さが４Ｄより短く、横の長さが５Ｄの矩形の面積と、縦の長さが４Ｄより短く、横の長さがＤ／２（≒Ｗｐ）の矩形の面積との和になる。即ち、横方向は従来の取付け部の突出幅Ｗｐ分狭くなり、縦方向はほぼ０．４Ｄ分狭くなる。

この実施形態では次の効果を有する。
（１）コンデンサ装置１１は、互いに隣接する列に属するコンデンサ１３の列方向におけるずれ量が、コンデンサ１３の直径の１／２以下となるように各コンデンサ１３が配置され、コンデンサ装置１１の取付け部の全部がコンデンサ１３を囲むように接する矩形内に配置された状態に構成されている。従って、取付け部が突設された従来装置に比較してコンデンサ装置１１の設置スペースを列方向において狭くできる。また、取付け部が基板１２の外に突出しないため、取付け部と他の部材との干渉が起こり難い。

（２）コンデンサ１３は円筒状に形成され、隣接する列に属するコンデンサ１３は千鳥状に、かつ互いに接する状態に配置されている。従って、コンデンサ１３の配置スペースを前記列の方向と直交する方向においても狭くすることができ、配置スペースをより小さくすることが可能になる。

（３）コンデンサ１３としてアルミ電解コンデンサを使用しているため、大容量化したコンデンサ装置１１を安価に得ることができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成してもよい。

○ コンデンサ１３の配置は複数列であればよく、３列あるいは２列であってもよい。３列の配置の場合は、図２に示すように、中央に６個のコンデンサ１３が配置され、その外側にそれぞれ７個ずつコンデンサ１３が配置され、合計２０個のコンデンサ１３が配置される。この場合、スペース１８及び孔１９はそれぞれ２個となり、コンデンサ装置１１は２箇所で固定される。この場合、基板１２の列方向の長さは前記実施形態のコンデンサ装置１１より長くなるが、基板１２の面積は、前記実施形態のコンデンサ装置１１より３％以上小さくなる。なお、図２においては、電極端子１４，１５及び共通電極１６，１７の図示を省略している。

○ コンデンサ１３は、全数の半分ずつのコンデンサ１３を電気的に並列に接続したものを電気的に直列に接続する構成に限らず、全てのコンデンサ１３を電気的に並列に接続する構成としてもよい。

○ 取付け部は基板１２のスペース１８に孔１９を設ける構成に限らない。例えば、基板１２に孔１９を設ける代わりに、図３（ａ），（ｂ）に示すように、基板１２のスペース１８の部分に切り欠き部２０を設ける。そして、共通電極１６，１７として肉厚の銅板を使用するとともにその端子部１６ａ，１７ａにボルト挿通用の孔２１を形成する。共通電極１６，１７は、電極端子１４，１５と対応する箇所に、電極端子１４，１５にそれぞれ接続される接続部１６ｂ，１７ｂが折曲げ形成されている。共通電極１６と共通電極１７との間には絶縁板２２が介装されている。絶縁板２２には共通電極１６，１７の接続部１６ｂ，１７ｂと干渉しないように孔（図示せず）が形成されており、共通電極１７には共通電極１６の接続部１６ｂと干渉しないように孔（図示せず）が形成されている。この場合、端子部１６ａ，１７ａが取付け部の役割を果たすため、取付け部の配置スペースを確保すれば、端子部の配置スペースが自動的に確保される。

○ 基板１２に設ける取付け部として、孔１９に代えて図４（ａ）に示すように側方が開放されたボルト挿通部２３を設けてもよい。
○ 取付け部はすべてが基板１２上に配置される複数のコンデンサ１３を囲むように接する矩形内に配置可能に構成されている必要はなく、取付け部の少なくとも一部が前記複数のコンデンサを囲むように接する矩形内に配置可能に構成されていればよい。例えば、図４（ｂ）に示すように、孔１９の一部が鎖線で示す矩形の仮想線Ｌ１から外側にはみ出す形状であってもよい。

○ 互いに隣接する列に属するコンデンサ１３の列方向におけるずれ量はコンデンサ１３の幅の１／２に限らず、１／２以下であればよい。
○ コンデンサ１３の形状は円筒状に限らず、例えば楕円筒状、長円筒状あるいは直方体状であってもよい。これらの場合も、互いに隣接する列に属するコンデンサ１３の列方向におけるずれ量が該コンデンサ１３の幅の１／２以下となるように各コンデンサ１３が配置されることにより、取付け部の少なくとも一部が複数のコンデンサ１３を囲むように接する矩形内に配置可能に構成される。コンデンサ１３が楕円筒状の場合、コンデンサ１３の幅Ｗとは、図４（ｃ）に示すように楕円の短軸方向の長さを意味する。

○ 取付け部は最低１箇所、好ましくは２箇所存在するとよいため、スペース１８が３箇所以上存在する場合、全てのスペース１８を取付け部にせずに、図４（ｄ）に示すように、一部のスペース１８にコンデンサ１３と異なる容量及び体格の小さなコンデンサ２４を配置する。そして、コンデンサ２４をコンデンサ１３と電気的に並列に接続する。

○ コンデンサ１３が円筒状の場合、コンデンサ１３を千鳥状に、かつ互いに接する状態で配列する場合、基板１２の幅方向の長さは、コンデンサ１３の直径をＤとすると、コンデンサ１３を隣接する列のコンデンサ１３の中心が一致するように配置した場合に比較して、３列の場合は約０．２７Ｄ短くなる。従って、コンデンサ１３を３列に配列する場合、基板１２の長手方向両端において、中央の列のコンデンサ１３が両側の列のコンデンサ１３より基板１２の端部側に突出した配置として、中央の列のコンデンサ１３を挟んで両側にスペース１８及び孔１９を設けても、基板１２の面積を小さくすることができる。この場合、基板１２の中央付近にコンデンサ１個分のスペース１８を設けるとともに孔１９を設けて、基板１２を中央付近においてもボルトで締め付け固定すれば、取付け強度の向上と基板１２の振動防止に寄与できる。

○ 配置すべきコンデンサ１３の数が多く基板１２のスペースが大きな場合、あるいは基板１２の幅方向の長さに比較して長手方向の長さが２倍以上長い場合等に、基板１２の中央付近に取付け部を構成するスペース１８及び孔１９を設けてもよい。スペース１８は１個分のコンデンサ１３の配置を行わないことで容易に確保できる。この場合も、基板１２が中央付近においてもボルトで締め付け固定されることにより、取付け強度の向上と基板１２の振動防止に寄与できる。

○ 各コンデンサ１３は、互いに接触する配置に限らず、取付け状態の関係や寸法誤差等により一部のコンデンサ１３同士が接触しない状態や全部のコンデンサ１３が接触せずに配置されていてもよい。

○ コンデンサ１３はアルミ電解コンデンサに限らず、例えば、電気二重層コンデンサを使用してもよい。
○ 支持部材は基板１２に限らず、基板１２の周囲に枠が設けられた形状、即ち箱状にしてもよい。そして、箱（筐体）の底壁上にコンデンサ１３を配置する構成であってもよい。

○ コンデンサ１３の数は２０個に限らず、１９個以下でも２１個以上でもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記コンデンサはアルミ電解コンデンサである。

（２）請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記コンデンサ装置はハイブリッド自動車における駆動用の電源装置の平滑回路として使用される。

（ａ）は一実施形態におけるコンデンサ装置の模式平面図、（ｂ）はコンデンサの模式斜視図。 別の実施形態におけるコンデンサ装置の模式平面図。 （ａ）は別の実施形態におけるコンデンサ装置の模式平面図，（ｂ）はその模式断面図。 （ａ），（ｂ）は別の実施形態におけるコンデンサ装置の部分模式平面図、（ｃ）は別の実施形態におけるコンデンサの模式平面図、（ｄ）は別の実施形態におけるコンデンサ装置の部分模式平面図。 従来技術のコンデンサ装置の模式平面図。 （ａ）は別の従来技術におけるコンデンサ装置の模式平面図、（ｂ）その模式断面図。

符号の説明

Ｗ…幅、１１…コンデンサ装置、１２…支持部材としての基板、１３…コンデンサ、１６，１７…共通電極、１６ａ，１７ａ…端子部、１８…取付け部を構成するスペース、１９，２１…同じく孔、２３…同じくボルト挿通部。

Claims (3)

1. 支持部材上に複数のコンデンサが複数列に配置されるとともに電気機器への取付け部が設けられたコンデンサ装置であって、互いに隣接する列に属するコンデンサの列方向におけるずれ量が該コンデンサの幅の１／２以下となるように各コンデンサが配置されることにより、前記取付け部の一部又は全部が前記複数のコンデンサを囲むように接する矩形内に配置可能に構成されているコンデンサ装置。
2. 前記コンデンサは円筒状又は楕円筒状に形成され、各コンデンサが千鳥状に、かつ互いに接する状態に配置されている請求項１に記載のコンデンサ装置。
3. 前記複数のコンデンサは共通電極により並列に接続され、前記共通電極のコンデンサ装置外部との接続に使用される端子部が前記取付け部の役割を果たす請求項１又は請求項２に記載のコンデンサ装置。

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