JP2012079904A - コンデンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサの大容量化に伴って導体上に設置するコンデンサ数が増えると導体上でのコンデンサ取付け面積が増大してコンデンサ装置が大型化することを解消するとともに、インダクタンス及び抵抗、ひいては各コンデンサへの流入電流や発熱のアンバランスを解消できるコンデンサ装置を提供する。
【解決手段】コンデンサ端子が接続されるＰ側導体とＮ側導体の積み重ねを第1のＰ側導体，第2のＮ側導体，第2のＰ側導体，第1のＮ側導体の順の四層とする。第1のＰ側導体と第1のＮ側導体にそれぞれ前記コンデンサを載置すると共に、第1のＰ側導体及び第1のＮ側導体の同一方向に外部端子を設け、この外部端子とは異なる側の第1，2のＰ側導体間、及び第1，2のＮ側導体間を連結部材にて連結して構成した。さらにＰ側及びＮ側導体の任意部にインピーダンス調整用孔を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のコンデンサを接続導体に並列配置するコンデンサ装置に関するものである。

例えば、複数のスイッチング素子を有するインバータ装置には、各スイッチング素子と並列にそれぞれコンデンサが接続されている。また、大容量の電圧型インバータ装置では、直流コンデンサとして高耐圧、大電流、大容量のものが必要となることから、通常は多数のコンデンサを並列接続して等価的に一つの直流コンデンサとして設置される。コンデンサを並列接続するときに配慮すべき点として、寿命に対する信頼性から各コンデンサの電流責務（温度責務）を均一化する必要があり、従来では、特許文献1〜３のようなものが公知となっている。

特許文献１には、並列に接続されるコンデンサ数を偶数にし、コンデンサの一方の電極側を共通の導体に接続し、他方のコンデンサ電極を共通の他の導体に接続することで、複数個のコンデンサ間の電流バラツキを改善することが記載されている。
特許文献２には、コンデンサの正極端子から負極端子へ向かうコンデンサ端子の配列方向が互いに平行となるように配列し、そのうちの一つのコンデンサの配列端子が他のものと逆にすることでインダクタンスのバラツキを小さくすることが記載されている。
特許文献３には、半導体デバイスに対して直流中間コンデンサを複数同じ方向に並列接続し、半導体デバイスとコンデンサ間の電流経路において各経路の距離が等しくなるようなスリットを設けることでインダクタンスのバラツキを小さくすることが記載されている。

特開２０００−８２６３５ 特開２００４−１６５３０９ 特開２００７−８９２９３

コンデンサを並列接続する場合の問題として、特許文献１では、同文献で図１８を用いて周波数帯により中心部の方で電流が増大し、または反対に中心部で減少すること、及び共振周波数付近でコンデンサ回路に局部的に電流が流れる問題点を有することが記載されている。また、各コンデンサの電流ループで生じる磁束が、他のコンデンサ回路との相互インダクタンスにより電流分担を悪くすることも知られており、上記各特許文献はそれらの各問題点を解決しようとするものである。

しかし、インバータ装置を構成するスイッチング素子数が増加する場合や、直流回路用コンデンサの大容量化等に伴って導体上に配設するコンデンサ数が増えると導体上でのコンデンサ取付け面積が増大してコンデンサ装置が大型化するが、この大型化についての対策については各特許文献には開示されてない。

そこで本発明が目的とするとこは、インダクタンスのアンバランスに基づく問題点を解決しつつコンデンサ装置の大型化についての対策を施したコンデンサ装置を提供することにある。

本発明は、積み重ねたＰ側導体とＮ側導体間に、複数のコンデンサの正極端子と負極端子をそれぞれ接続して構成するコンデンサ装置において、
前記コンデンサの端子が接続されるＰ側導体とＮ側導体の積み重ねを第1のＰ側導体，第2のＮ側導体，第2のＰ側導体，第1のＮ側導体の順の四層とし、第1のＰ側導体と第1のＮ側導体にそれぞれ前記コンデンサを分配して載置すると共に、第1のＰ側導体と第1のＮ側導体の同一方向に外部端子を設け、この外部端子とは異なる側の第1，2のＰ側導体間、及び第1，2のＮ側導体間を連結部材にて連結して構成したことを特徴としたものである。

本発明の請求項２は、前記第1のＰ側導体と第1のＮ側導体に載置するコンデンサ数は同数とし、且つ第2のＰ側導体と第2のＮ側導体間に絶縁物を介在させたことを特徴としたものである。

本発明の請求項３は、前記Ｐ側導体及びＮ側導体の任意部に調整用孔を設けたことを特徴としたものである。

本発明の請求項４は、前記調整用孔は、前記外部端子と対向する近辺の当該外部端子と同極導体に設けたことを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、コンデンサの設置数が多数となる場合に、その設置面積の縮小が可能となり、低インピーダンスを保ちつつ各コンデンサに流入する電流をバランスさせ、温度責務を均一化できるものである。

本発明の実施形態を示す構成図。 本発明の配線回路図。 本発明の他の実施形態を示す部分図。

図１は、本発明の実施例を示すコンデンサ装置の構成図、図2はその配線図を示したものである。この実施例は、コンデンサ数が３６個よりなるコンデンサ装置の例である。１０は第1のＮ側（負極側）導体で、この導体１０上には１８個のコンデンサＣが６列×３列の状態で配設されている。また、Ｎ側導体１０の一側には電源などの外部側に接続されるＮ側の外部端子１０ａが形成されている。１１は第2のＮ側導体、２０は第１のＰ側導体で、この導体２０上には１８個のコンデンサＣが６列×３列の状態で配設されている。また、このＰ側導体２０の一側には電源などの外部側に接続されるＰ側の外部端子２０ａを有している。２１は第２のＰ側（正極側）導体である。

Ｐ側及びＮ側の各導体は、Ｐ側の外部端子２０ａとＮ側の外部端子１０ａを同一方向（図1では右方向）に向けて配置され、且つ各導体間には絶縁物３，４，及び５を介してＮ，Ｐ，Ｎ，Ｐ導体の順に積層される。積層された上下に隣接するＰ側導体２０とＮ側導体１１間と、Ｎ側導体１０とＰ側導体２１間には、それぞれコンデンサの配設位置にスルーホールが穿設されてコンデンサの極性端子が挿し込まれ、例えば、Ｎ側導体１０上に配設されコンデンサの場合、コンデンサの正極端子はＰ側導体２１に、負極端子はＮ側導体１０に固着され、各極性毎の導体にそれぞれ電気的に接続される。そして、突設されたＰ側の外部端子２０ａとＮ側の外部端子１０ａとの反対側は、図2で示すようにＮ導体同士とＰ導体同士が導体よりなる連結部材６，７によって連結される。すなわち、コンデンサを配設する導体の中間位置でその導体を恰も折り曲げた状態でコンデンサ装置が構成される。

上記のように構成することで、コンデンサ装置における配線回路図は図2のようになる。すなわち、第1のＰ側導体２０にはコンデンサＣ１〜Ｃ１８の各正極端子が接続され、第2のＮ側導体１１にはコンデンサＣ１〜Ｃ１８の各負極端子がそれぞれ接続される。同様に、第1のＮ側導体１０にはコンデンサＣ１９〜Ｃ３６の各負極端子が接続され、第2のＰ側導体２１にはコンデンサＣ１９〜Ｃ３６の各正極端子がそれぞれ接続され、各コンデンサは並列接続状態となってコンデンサ間の自己インダクタンスが略同じとなるように構成される。

コンデンサ装置に流入する電流は充放電されることから必ずしも一方向からの流入ではないが、例えば、Ｐ側外部端子に正極の、Ｎ側外部端子に負極の電圧がＰＮの両端子間に印加されると、第1のＰ側導体２０には電流ｉ_P1が矢印方向に流れ、第2のＮ側導体１１には電流ｉ_N2が矢印方向に流れる。各電流は、連結部材６，７を介して第2のＰ側導体２１と第1のＮ側導体１０にも流れ、第2のＰ側導体２１には電流ｉ_P2が矢印方向に流れ、第2のＮ側導体１１には電流ｉ_N1が矢印方向に流れる。

つまり、コンデンサ装置を流れる電流は、第1のＰ側導体２０と第2のＮ側導体１１に流れる電流方向は同一方向となり、また、第２のＰ側導体２１と第１のＮ側導体１０に流れる電流方向は同一方向となり、導体２０，１１間及び導体２１，１０間の磁束は略ゼロになる。これにより、導体２０，１１によって構成される回路網、及び導体２１，１０よって構成される回路網による相互インダクタンスの影響は少なくなる。なお、隣り合う導体のうち、異なる方向に電流が流れるＮ側導体１１とＰ側導体２１間では電流差による磁束は発生するが、両導体１１，２１間には絶縁物４が介在されて間隙が形成されることから、相互インダクタンスによる影響は軽減され、低インピーダンスの回路網が形成される。

この実施例によれば、コンデンサ装置の等価回路の中心位置より恰も折り曲げた形で積層し、導体を四重構造としたことにより少ない面積での多数コンデンサの並列配置が可能となり、特に大容量コンデンサ装置の小型化が実現できるものである。また、折り曲げ時（積層時）においても、相互インダクタンスによる影響を低減したことにより各コンデンサ電流のアンバランスは減少できるものである。

図３は他の実施例を示した部分図である。
本発明によるコンデンサ装置は、図1，2で示すように等価的な中心位置より折り曲げて上下対象に構成したことにより、大容量のコンデンサ装置でも比較的小型に、且つ相互インダクタンスの影響を抑制し、しかもコンデンサ間の自己インダクタンスが同等となるよう構成されるが、各コンデンサに流入する電流のアンバランスは発生する。各コンデンサに流入する電流は、自己インダクタンス、相互インダクタンス及び抵抗分によって決定される。本発明では、コンデンサ装置の等価回路における中間点で折り曲げた構成となっていることから、電流が流入するＰ端子２０ａ及びＮ端子１０ａから最も離れた点でのインダクタンスが小さく、且つ抵抗値が大きくなってコンデンサ個々での電流のアンバランスが発生する可能性がある。この実施例はインダクタンス及び抵抗値の不均一に基づく各コンデンサ電流のアンバランスを調整するものである。

図３はＮ側導体のみを示したもので、第２のＮ側導体１１の任意部にインダクタンス及び抵抗値の調整用孔１２を任意数穿設してインダクタンスを大きくし、且つ抵抗値を小さくして電流のバランスをとりつつ低インピーダンス化を図ったものである。調整用孔１２は、Ｎ側外部端子１０ａより最も離れた位置、すなわち、導体積層時の外部端子１０ａと対向する近辺の第２のＮ側導体１１で、コンデンサの端子が接続されるスルーホールを逃げた位置で特に穿設されるが、この調整用孔１２は、各コンデンサの電流責務は温度上昇で測定できることから、温度測定の結果で所定の温度ばらつきの範囲内に入るよう設けられる。このことから、図３では調整用孔１２を第２のＮ側導体１１にのみ穿設しているが、第1のＮ側導体１０やＰ側導体においても同様にして調整用孔１２を設けてインダクタンスを大きくすると共に、抵抗値も調整して温度責務の均一化が図られて各コンデンサの電流分担を改善している。

この実施例によれば、図1の実施例に加えて、さらに温度責務の均一化が図られて各コンデンサの電流分担が改善されるものである。

３，４，５… 絶縁物
６，７… 連結部材
１０… 第1のＮ側導体
１１… 第２のＮ側導体
１２… 調整用孔
２０… 第1のＰ側導体
２１… 第２のＰ側導体

Claims (4)

1. 積み重ねたＰ側導体とＮ側導体間に、複数のコンデンサの正極端子と負極端子をそれぞれ接続して構成するコンデンサ装置において、
   前記コンデンサの端子が接続されるＰ側導体とＮ側導体の積み重ねを第1のＰ側導体，第2のＮ側導体，第2のＰ側導体，第1のＮ側導体の順の四層とし、第1のＰ側導体と第1のＮ側導体にそれぞれ前記コンデンサを分配して載置すると共に、第1のＰ側導体と第1のＮ側導体の同一方向に外部端子を設け、この外部端子とは異なる側の第1，2のＰ側導体間、及び第1，2のＮ側導体間を連結部材にて連結して構成したことを特徴としたコンデンサ装置。
2. 前記第1のＰ側導体と第1のＮ側導体に載置するコンデンサ数は同数とし、且つ第2のＰ側導体と第2のＮ側導体間に絶縁物を介在させたことを特徴とした請求項1記載のコンデンサ装置。
3. 前記Ｐ側導体及びＮ側導体の任意部に調整用孔を設けたことを特徴とした請求項1又は２記載のコンデンサ装置。
4. 前記調整用孔は、前記外部端子と対向する近辺の当該外部端子と同極導体に設けたことを特徴とした請求項３記載のコンデンサ装置。
   

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