JPH0629149A - コンデンサ及びコンデンサユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】導体で接続された複数のコンデンサに流れる電
流を平衡させ、各導体のリアクタンスを減らす。 【構成】各コンデンサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの負極端
子３Ｂを負極側銅板２Ｂの中央部に設けた共通端子４Ｂ
に接続する。この負極側銅板２Ｂの上面に絶縁板５を介
して正極側銅板２Ａを載置する。この正極側銅板２Ａの
中央部に設けた共通端子４Ａに各コンデンサ１Ａ，１
Ｂ，１Ｃ，１Ｄの正極端子３Ａを接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、半導体電力変
換装置の直流側の平滑用などに使われるコンデンサ及び
コンデンサユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、例えば、電力変換装置の
直流側に平滑用として使われるコンデンサは、端子間に
印加される電圧は低いが、静電容量が大きいことが要求
されるので、単位体積当りの静電容量の大きいアルミニ
ウム電解コンデンサが直並列に接続して使用される。図
６（ａ）は、従来のアルミニウム電解コンデンサの単体
を示す側面図で、図６（ｂ）は、図６（ａ）の右側面図
である。

【０００３】図６（ａ）及び図６（ｂ）において、両端
が封止された円筒状の容器６の内部には、アルミニウム
箔の間に電解液を挾んで渦巻状に巻かれたコンデンサ素
子７が収納され、容器６の上端には、正極端子13Ａと負
極端子13Ｂが取り付けられている。このうち、正極端子
13Ａは、正極側のアルミニウム箔に接続線８Ａで接続さ
れ、負極端子13Ｂは、負極側のアルミニウム箔に接続線
８Ｂで接続されている。正極端子13Ａと負極端子13Ｂの
上面には、図示しないめねじ穴が設けられ、このめねじ
穴には、小ねじ９が螺合されている。図７は、電力変換
装置の直流回路の平滑用に使われる従来のコンデンサユ
ニットが接続された主回路単線結線図を示す。

【０００４】図７において、交流電源21の負荷側には、
この交流電源21から供給される電力を直流電力に変換す
るコンバータ22が接続され、このコンバータ22の負荷側
には、後述するコンデンサユニットが直並列に接続され
たコンデンサバンク23と、直流電力を所定の電圧と周波
数の交流電力に変換するインバータ24が接続されてい
る。このインバータ24の負荷側には、例えば、三相誘導
電動機などの負荷25が接続されている。

【０００５】このように構成された電力変換装置におい
ては、コンバータ22の順変換で得られた直流には、脈流
を含み、コンデンサバンク23への充電とこのコンデンサ
バンク23からの放電で平滑となる。したがって、コンデ
ンサバンク23には、このときの充放電の脈流が流れる
が、このコンデンサバンク23の静電容量は、直流電圧の
平滑率や脈動電流供給率で決められる。図８は、上述し
たコンデンサバンク23を構成する従来のコンデンサユニ
ットの一例を示す平面図、図９は、図８の正面図であ
る。

【０００６】図８及び図９において、左右前後２列に配
置され、図６で示したアルミニウム電解コンデンサと同
形のアルミニウム電解コンデンサ31Ａ，31Ｂ，31Ｃ及び
31Ｄのうち、後列のアルミニウム電解コンデンサ31Ａ，
31Ｂの正極端子13Ａは、左側が上方に折り曲げられた銅
材の帯板32Ａで接続されている。同じく前列のアルミニ
ウム電解コンデンサ31Ｃ，31Ｄの正極端子13Ａも、帯板
32Ａと同材料，同寸法の帯板32Ｂで接続されている。

【０００７】同様に、後列のアルミニウム電解コンデン
サ31Ａ，31Ｂの負極端子13Ｂは、帯板32Ａ，32Ｂと同形
でやや短い帯板34Ａで接続され、前列のアルミニウム電
解コンデンサ31Ｃ，31Ｄの負極端子13Ｂも、帯板34Ａと
同材料，同寸法の帯板34Ｂで接続されている。

【０００８】このうち、帯板32Ａ，32Ｂの左端上部の左
側面には、正極側共通帯板33Ａが接続され、帯板34Ａ，
34Ｂの左端下部左側面には、正極側共通帯板33Ａと同材
料，同寸法の負極側共通帯板33Ｂが接続されている。正
極側共通帯板33Ａの中央部には、縦に設けられた正極側
共通端子板33ａの上端が接続され、負極側共通帯板33Ｂ
の中央部には、同じく縦に設けられた負極側共通端子板
33ｂの上端が接続されている。

【０００９】正極側共通端子板33ａは、図７で示したコ
ンバータ22の二次側の図示しない正極側端子に接続さ
れ、負極側共通端子板33ｂは、同じく、図７で示したコ
ンバータ22の二次側の図示しない負極側端子に接続され
ている。

【００１０】ところで、図７に示した電力変換装置のイ
ンバータ24を構成する半導体デバイスは、出力特性の高
性能化及び出力フィルタ回路の小形化や低騒音化のた
め、高周波ＰＷＭ動作を行うことにより、ＧＴＯやトラ
ンジスタなどの高速スイッチングデバイスが用いられ、
この高速スイッチングデバイスで構成する正極側と負極
側のアームをＯＮ・ＯＦＦして、ＰＷＭ波形を作ってい
る。

【００１１】例えば、正極側の高速スイッチングデバイ
スがＯＮしているときには、コンデンサバンク23からイ
ンバータ24の正極側の高速スイチングデバイスを介して
負荷25に電流が流れる。この状態で正極側の高速スイッ
チングデバイスをＯＮからＯＦＦにターンオフ時間（Δ
ｔ）で切り替える。

【００１２】すると、電流はターンオフ時間（Δｔ）後
に零になるが、この時間（Δｔ）が長ければ、電流が零
になるまでに電圧が所定の電圧に上昇するので、スイッ
チング損失（電圧×電流）が大きくなる。すなわち、こ
のターンオフ時間（Δｔ）を短くすれば、損失は少なく
なり、スイッチング周波数も高くすることが可能とな
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成されたコンデンサ及びコンデンサユニットでなる電
力変換装置においては、コンデンサバンク23を構成する
電解コンデンサ31Ａ〜31Ｄを接続する導体による配線の
リアクタンス（Ｌ）により、 ｖ＝Ｌ（ｄｉ／ｄｔ） のサージ電圧が発生し、半導体デバイスの耐電圧値を超
えるだけでなく、高いサージ電圧は、高周波ノイズとし
て自己の高速スイッチングデバイスや他の装置の信号系
統も誤動作させるおそれもある。

【００１４】また、図８および図９に示すコンデンサユ
ニットにおいては、電解コンデンサ31Ａ，31Ｂ，31Ｃ，
31Ｄとを接続する帯板32Ａ，32Ｂ，34Ａ，34Ｂのリアク
タンスにより、インバータ24に供給する脈動電流に不平
衡が生じる。すなわち、インバータ24に近い方（配線の
リアクタンスが少ないほう）の電解コンデンサ31Ａ，31
Ｃに流れる脈動電流がアルミニウム電解コンデンサ31
Ｂ，31Ｄを流れる脈動電流よりも増える。すると、それ
を見込んでアルミニウム電解コンデンサ31Ａ，31Ｃの定
格を決めなければならなくなるので、容量を増やさなけ
ればならない。もし、アルミニウム電解コンデンサ31
Ｂ，31Ｃの容量をアルミニウム電解コンデンサ31Ｂ，31
Ｄと異なる値とすると、外形上では判別できないので、
調達や組み立ての管理がめんどうになる。

【００１５】図７では、コンバータとインバータを備え
た電力変換装置の直流リンク用電解コンデンサのときで
説明したが、交流側に取り付けるフィルムコンデンサで
も、同様に配線のリアクタンスの影響がある。さらに、
電力変換装置に限らず、電解コンデンサ或いはフィルム
コンデンサ等を取り付ける装置及びモジュール等におい
ても、配線のリアクタンスの影響が発生する。

【００１６】本発明は、上述した問題点に鑑みなされた
ものであって、電解コンデンサ或いはフィルムコンデン
サ等のコンデンサを配線するコンデンサ接続端子や組立
構成に起因して発生する配線のリアクタンスを低減し、
並列接続されるコンデンサを増やしても、接続する導体
のリアクタンスの増加を抑え、各コンデンサを流れる充
放電電流の不平衡を防ぐことのできるコンデンサ及びコ
ンデンサユニットを提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、第１及び第２の端子が片側から突出され、この第
１，第２の端子に接続される導体で並列接続されるコン
デンサにおいて、第１，第２の端子の導体接続部の片側
からの突出高さを変えたことを特徴とする。

【００１８】また、請求項２に記載の発明は、突出高さ
の異なる第１，第２の端子を備えたコンデンサが対称形
に配置されたコンデンサ群と、このコンデンサ群の中央
部に設けられた一対の共通端子と、この共通端子とコン
デンサの第１，第２の端子を接続する導体とを具備して
なるコンデンサユニットである。

【００１９】

【作用】請求項１に記載の発明においては、片端が第
１，第２の端子に接続され、隣設された並列接続部に他
端が接続される導体は、互いに平行で、この導体を流れ
る電流で発生する磁束は互いに打ち消される。

【００２０】また、請求項２に記載の発明においては、
隣設された一対の並列接続部に片端が接続され、他端が
第１，第２の端子に接続される導体は、互いに平行且つ
長さが同一となる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明のコンデンサ及びコンデンサユ
ニットの一実施例を図面を参照して説明する。

【００２２】図１は、本発明のコンデンサを示す図で、
従来の図６に対応する図、図２は、本発明のコンデンサ
ユニットを示す平面図で、従来の図８に対応する図、ま
た、図３は、本発明のコンデンサユニットを示す図２の
前面図で、従来の図９に対応する図である。

【００２３】まず、図１（ａ）及びこの図１（ａ）の右
側面図を示す図１（ｂ）において、容器６の上端には、
左側に略凸字状の正極端子３Ａが取り付けられ、この正
極端子３Ａは、接続線８Ａによって、従来と同様にコン
デンサ素子７の正極側に接続されている。また、右側の
負極端子３Ｂは、図６で示した従来の正極端子13Ａ，負
極端子13Ｂと同一品で、これらの正極端子３Ａ，負極端
子３Ｂの上端には、接続導体締付用の小ねじ９がそれぞ
れ螺合されている。

【００２４】図２，図３（ａ）および図３（ａ）のＡ−
Ａ断面を示す図３（ｂ）と図３（ａ）のＢ−Ｂ断面を示
す図３（ｃ）において、前後左右に２列に配置されたア
ルミニウム電解コンデンサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの上
部には、銅板で製作された長方形の負極側銅板２Ｂと、
この負極側銅板と外形が同一でＦＲＰ板で製作された絶
縁板５と、負極側銅板２Ｂとほぼ外形が同一で同材料の
正極側銅板２Ａが順に載置されている。

【００２５】このうち、負極側銅板２Ｂには、アルミニ
ウム電解コンデンサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの各負極端
子３Ｂの上方となる位置に、この負極端子３Ｂの上部に
螺合される小ねじ９の軸径よりもやや大きい直径の穴が
図３（ｂ）に示すように形成されている。アルミニウム
電解コンデンサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの各正極端子３
Ａの上方となる位置には、図３（ｃ）に示すように各正
極端子３Ａの下部の軸径の約２倍の直径の穴２ｂが形成
され、この結果、負極側銅板２Ｂの下面は、各負極端子
３Ｂの上面と面一となって小ねじ９で固定されている。

【００２６】絶縁板５には、アルミニウム電解コンデン
サ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの各正極端子３Ａと各負極端
子３Ｂの上方となる位置に、図３（ｂ），（ｃ）に示す
ようにこれらの正極端子３Ａの下部の軸径の約２倍の直
径の穴５ａが形成されている。

【００２７】正極側銅板２Ａには、アルミニウム電解コ
ンデンサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの各正極端子３Ａの上
方となる位置に、図３（ｃ）に示すように各正極端子３
Ａの上部に螺合される小ねじ９の軸径よりもやや大きい
直径の穴が形成され、各負極端子３Ｂの上方となる位置
には、負極端子３Ｂの軸径の約２倍の穴２ａが図３
（ｂ）に示すように形成されている。したがって、正極
側銅板２Ａは、各正極端子３Ａの上部に螺合された小ね
じ９によって、絶縁板５とともに負極側銅板２Ｂに押圧
され固定されている。

【００２８】絶縁板５と正極側銅板２Ａには、図２に示
すように、中央部からわずかに手前側に、角穴２ｂ，５
ｂが形成され、負極側銅板２Ｂには、この角穴２ｂの位
置の中央部に、Ｌ字形に折り曲げられた共通端子４Ｂが
載置され、角極側鋼板２Ｂにろう付けされている。ま
た、正極側銅板２Ａには、角穴２ｂの図２において後方
に、Ｌ字形に折り曲げられた共通端子４Ａが載置され、
同じく正極側鋼板２Ａにろう付けされている。

【００２９】次に、図４は、図２及び図３に示すように
構成されたコンデンサユニットにおいて、共通端子４Ｂ
から負極側銅板２Ｂ，各アルミニウム電解コンデンサ１
Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの各負極側端子３Ｂ，各正極側端
子３Ａ，正極側銅板２Ａを経て、共通端子４Ａからイン
バータ側へ放電される放電電流が流れる正極側銅板２Ａ
と負極側銅板２Ｂの放電電流の流路を示す説明図であ
る。

【００３０】図４に示すように、各正極端子３Ａから共
通端子４Ａまでの距離はそれぞれ等しく、これらの距離
と、各負極端子３Ｂから共通端子４Ｂまでの距離も等し
くなっている。したがって、各正極端子３Ａから共通端
子４Ａまでの放電電流の流路のリアクタンスはそれぞれ
等しく、このリアクタンスと各負極端子３Ｂから共通端
子４Ｂまでの放電電流の流路のリアクタンスも等しくな
る。しかも、隣接して流れる各放電電流の方向は、互い
に逆向きとなっている。したがって、正極側銅板２Ａと
負極側銅板２Ｂを流れる脈流で発生する磁束は互いに打
ち消され、リアクタンスは最小となっている。

【００３１】図５は、図２，図３及び図４で示したコン
デンサユニットの接続図である。図５に示すように、各
アルミニウム電解コンデンサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄか
ら共通端子４Ａ，４Ｂまでは、同一の値のリアクタンス
11で接続されている。したがって、図５においては、 Ｉａ＝Ｉｂ＝Ｉｃ＝Ｉｄ 及び、Ｉａ′＝Ｉｂ′＝Ｉｃ′＝Ｉｄ′となって、各ア
ルミニウム電解コンデンサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄに流
れる脈流は等しくなるだけでなく、上述したようにリア
クタンスＬ11も最小となるので、図７に示すインバータ
24で発生するサジ電圧も減らすことができる。したがっ
て、インバータ24のスイッチングデバイスの耐電圧値を
上げることなく、ターンオフの時間も短縮することがで
き、スイッチング損失を減らすことができる。また、各
コンデンサの電流を平衡させることができるので、寿命
を延ばすことができる。

【００３２】なお、上記実施例では、各アルミニウム電
解コンデンサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの接続を、長方形
の正極側銅板２Ａと負極側銅板２Ｂで接続した例で説明
したが、例えば、外周を絶縁被覆された可撓導線で各正
極側端子３Ａ，負極側端子３Ｂと共通端子を接続しても
よい。

【００３３】また、上記実施例では、アルミニウム電解
コンデンサを使ったときで説明したが、電解コンデンサ
でなくて、例えば、プラスチックフィルムコンデンサで
もよい。さらに、電力変換装置に適用したときで述べた
が、複数のコンデンサが並列に接続されるものであれ
ば、用途の如何にかかわらず適用することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明によれば、
第１及び第２の端子が片側から突出され、この第１，第
２の端子に接続される導体で並列接続されるコンデンサ
において、第１，第２の端子の導体接続部の片側からの
突出高さを変えることで片端が第１，第２の端子に接続
され、隣設された並列接続部に他端が接続される導体
を、互いに平行とし、この導体を流れる電流で発生する
磁束を互いに打ち消すようにしたので、複数個が並列に
接続されても、このコンデンサに接続される導体のリア
クタンスを減らすことのできるコンデンサを得ることが
できる。

【００３５】また、請求項２に記載の発明によれば、突
出高さの異なる第１，第２の端子を備えたコンデンサが
対称形に配置されたコンデンサ群と、このコンデンサ群
の中央部に設けられた一対の共通端子と、この共通端子
とコンデンサの第１，第２の端子を接続する導体とでコ
ンデンサユニットを構成することで、隣設された一対の
並列接続部に片端が接続され、他端が第１，第２の端子
に接続される導体を、互いに平行且つ長さも同一とした
ので、導体で接続された各コンデンサに流れる電流の不
平衡を解消し、導体のリアクタンスの増加を抑えること
のできるコンデンサユニットを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、請求項１に記載の発明のコンデンサ
の一実施例を示す正面図。（ｂ）は、（ａ）の右側面
図。

【図２】請求項２に記載の発明のコンデンサユニットの
一実施例を示す平面図。

【図３】（ａ）は、図２の前面図。（ｂ）は、図２のＡ
−Ａ断面図。（ｃ）は、図２のＢ−Ｂ断面図。

【図４】請求項２に記載の発明の作用を示す説明図。

【図５】請求項２に記載の発明の作用を示す接続図。

【図６】（ａ）は、従来のコンデンサの一例を示す正面
図。（ｂ）は、（ａ）の右側面図。

【図７】従来のコンデンサで構成するコンデンサバンク
が接続された半導体電力変換装置の一例を示す主回路ブ
ロック図。

【図８】従来のコンデンサユニットの一例を示す平面
図。

【図９】図８の前面図。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…アルミニウム電解コンデン
サ、２Ａ…正極側銅板、２Ｂ…負極側銅板、３Ａ…正極
端子、３Ｂ…負極端子、４Ａ，４Ｂ…共通端子、５…絶
縁板、６…容器、７…コンデンサ素子、８Ａ，８Ｂ…接
続線、９…導体接続用の小ねじ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１及び第２の端子が片側から突出さ
   れ、この第１，第２の端子に接続される導体で並列接続
   されるコンデンサにおいて、前記第１，第２の端子の前
   記導体接続部の前記片側からの突出高さを変えたことを
   特徴とするコンデンサ。
2. 【請求項２】 突出高さの異なる第１，第２の端子を備
   えたコンデンサが対称形に配置されたコンデンサ群と、
   このコンデンサ群の中央部に設けられた一対の共通端子
   と、この共通端子と前記コンデンサの前記第１，第２の
   端子を接続する導体とを具備してなるコンデンサユニッ
   ト。