(57)【要約】【課題】  小型で大容量かつ高周波特性に優れたコンデンサ装置とそれを備えた電源装置およびコンデンサ装置の製造方法を提供する。【解決手段】  樹脂フィルム１０の一方面には、エッチング処理によって表面が粗面化されたアルミ陽極箔１２が配される。アルミ陽極箔１２は酸化アルミニウム皮膜１４で覆われる。酸化アルミニウム皮膜１４には電解液を含んだ電解紙１８と、アルミ陰極箔１６とが積層される。樹脂フィルム１０からアルミ陰極箔１６までの積層単位においてアルミ電解コンデンサが形成される。さらに、この積層単位が巻回されることによって、アルミ陰極箔１６の電解紙１８との接触面とは反対側の面は、隣接する積層単位の樹脂フィルム１０の下面に接することとなり、アルミ陽極箔１２の薄い地金部分を陽極箔とし、樹脂フィルム１０を誘電体とし、アルミ陰極箔１６を陰極箔とするフィルムコンデンサが形成される。【選択図】        図２
2006005145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁物層と、
一方の表面が粗面化された第１の導電体電極箔と、
前記第１の導電体電極箔の前記一方の表面上に配される誘電体層と、
前記誘電体層を介して前記第１の導電体電極箔の前記一方の表面に対向して配される第２の導電体電極箔とを備え、
前記第１の導電体電極箔は、
前記絶縁物層に積層され、前記一方の表面が粗面化された導電体層を含む、コンデンサ装置。
【請求項２】
前記第１の導電体電極箔は、陽極箔であり、
前記第２の導電体電極箔は、陰極箔であり、
前記誘電体層は、前記一方の表面が粗面化された導電体層の酸化皮膜である、請求項１に記載のコンデンサ装置。
【請求項３】
前記誘電体層と前記第２の導電体電極箔との間に配される電解層をさらに備える、請求項２に記載のコンデンサ装置。
【請求項４】
前記電解層は、電解液が含浸された電解紙を含む、請求項３に記載のコンデンサ装置。
【請求項５】
前記第１の導電体電極箔の他方の表面と前記第２の導電体電極箔とが接触するように巻回されて成る、請求項１から４のいずれか１項に記載のコンデンサ装置。
【請求項６】
前記第１の導電体電極箔、前記第２の導電体電極箔および前記誘電体層は、第１のコンデンサ素子を構成し、前記第１の導電体電極箔の導電体層、前記第２の導電体電極箔および前記絶縁物層は、第１のコンデンサ素子に並列接続される第２のコンデンサ素子を構成する、請求項５に記載のコンデンサ装置。
【請求項７】
モータを駆動する駆動回路と、
スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチング動作により電源と前記駆動回路との間で直流電圧を変換する電圧変換器と、
前記電圧変換器と前記駆動回路との間に配され、前記電圧変換器により変換された直流電圧を平滑化して前記駆動回路に入力する容量素子と、
前記モータの要求出力の大きさに基づいて前記スイッチング動作を制御する制御回路とを備え、
前記容量素子は、請求項１から６のいずれか１項に記載のコンデンサ装置である、電源装置。
【請求項８】
一方の表面が粗面化された第１の導電体電極箔を形成する工程と、
前記第１の導電体電極箔の前記一方の表面上に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層を介して前記第１の導電体電極箔の前記一方の表面に対向して配される第２の導電体電極箔を形成する工程とを備え、
前記第１の導電体電極箔を形成する工程は、
絶縁物層の一方面に導電体層を積層する工程と、
前記導電体層の前記一方の表面を粗面化する工程とを含む、コンデンサ装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１の導電体電極箔は、弁金属であり、
前記導電体層の一方の表面を粗面化する工程は、前記弁金属をエッチングする工程を含む、請求項８に記載のコンデンサ装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１および第２の導電体電極箔は、それぞれ陽極箔および陰極箔を構成し、
前記誘電体層を形成する工程は、前記一方の表面が粗面化された導電体層に酸化皮膜を生成する工程を含む、請求項８または請求項９に記載のコンデンサ装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の導電体電極箔を形成する工程は、
前記誘電体層と前記第２の導電体電極箔との間に電解層を形成する工程を含む、請求項１０に記載のコンデンサ装置の製造方法。
【請求項１２】
前記電解層は、電解紙に電解液を含浸して形成される、請求項１１に記載のコンデンサ装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１の導電体電極箔の他方の表面と前記第２の導電体電極箔とが接触するように巻回する工程をさらに備える、請求項８から１２のいずれか１項に記載のコンデンサ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コンデンサ装置およびその製造方法に関し、特に、電源装置に用いられるコンデンサ装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）および電気自動車（Electric Vehicle）が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。
【０００３】
また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【０００４】
このようなハイブリッド自動車または電気自動車に搭載される電源装置としては、直流電源からの直流電圧を昇圧コンバータによって昇圧し、その昇圧した直流電圧から交流成分を除去してインバータに供給する構成が検討されている。この構成において、直流電圧から交流成分を除去する平滑用素子としては、コンデンサが一般的に用いられる。
【０００５】
ここで、電源装置においては、車両への搭載制約から小型であることが求められる。このため、電源装置に用いられるコンデンサにおいても、小型化・薄型化の要求が高まっている。
【０００６】
コンデンサの小型化・薄型化については、車両の電源装置のみならず、様々な電気機器・電子機器においても共通した課題とされている。具体的には、小型で大容量を有し、かつ高周波領域でのインピーダンスが低いことが求められており、この要求に応えたコンデンサが従来から多数提案されている（たとえば特許文献１〜３参照）。
【０００７】
図５は、たとえば特許文献１に記載される、従来のコンデンサの構造を示す分解斜視図である。
【０００８】
図５を参照して、コンデンサは、アルミニウムの酸化皮膜を誘電体としたアルミ電解コンデンサであり、アルミ陽極箔３２とアルミ陰極箔３４とをセパレータ３６を介して対向させ、巻回した構造を有する。
【０００９】
アルミ陽極箔３２は、高純度のアルミニウム箔をエッチングによって粗面化して表面積を拡大した後、陽極酸化（化成処理）によって酸化アルミニウム皮膜が形成される。
【００１０】
アルミ陰極箔３４は、アルミニウム箔を粗面化して形成される。アルミ陰極箔３４は、外部端子と電解液とが電気的に接触する役割を果たす。
【００１１】
セパレータ３６は、両極箔の接触を防止するとともに、含浸された電解液を保持する役割を果たす。セパレータ３６としては、従来ではマニラ紙、クラフト紙が主として用いられるが、特許文献１においては、電解液の透過性がより優れた熱可塑性樹脂製微多孔性フィルムが採用されている。
【００１２】
陽極電極タブ３８および陰極電極タブ４０は、それぞれ、対応する電極から引き出されて外部端子を構成する。
【００１３】
以上の構成において、アルミ電解コンデンサは、アルミ陽極箔３２の地金部分を陽極とし、アルミニウム箔表面に形成された酸化アルミ皮膜を誘電体とし、セパレータ３６に含浸した電解液を真の陰極としてコンデンサ構造を形成する。
【００１４】
アルミ電解コンデンサは、有機高分子を誘電体としたフィルムコンデンサと比較して、その粗面化によって拡大された電極面積によって小型でも大きな静電容量を有するのが特徴である。
【特許文献１】特許２６１６９９１号公報
【特許文献２】特開２０００−２１６７２号公報
【特許文献３】特許２７８０９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ここで、図５に示すアルミ電解コンデンサにおいて、さらなる小型化・薄型化を実現するためには、電極箔や電解紙を薄くすることが効果的である。
【００１６】
しかしながら、製造工程上アルミ陽極箔３２をエッチングした後に巻回することから、アルミ陽極箔３２の湾曲部に機械的ストレスが加わるため、電極箔を薄くすることによって、アルミ陽極箔３２または酸化アルミニウム皮膜が損傷し、電気的特性が損なわれるおそれが生じる。
【００１７】
このため、アルミ陽極箔３２においては、このような機械的ストレスに十分耐え得るだけの厚さの地金部分を残しておくことが必要となり、電極箔の薄型化と機械的強度との兼ね合いが問題となる。
【００１８】
また、アルミ電解コンデンサは、先述のように、小型で大容量という利点を有する一方で、電極箔や電解液の持つ等価直列抵抗の影響により、高周波領域におけるインピーダンス特性がフィルムコンデンサに対して劣るという欠点を有する。
【００１９】
したがって、従来のアルミ電解コンデンサにおいては、小型化・薄型化および高周波領域での低インピーダンス特性の実現が困難であった。
【００２０】
それゆえ、この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、小型で大容量であり、かつ高周波特性に優れたコンデンサ装置およびその製造方法を提供することである。
【００２１】
この発明の別の目的は、小型・大容量であり、かつ高周波特性に優れたコンデンサ装置を備えた電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この発明のある局面によれば、コンデンサ装置は、絶縁物層と、一方の表面が粗面化された第１の導電体電極箔と、第１の導電体電極箔の一方の表面上に配される誘電体層と、誘電体層を介して第１の導電体電極箔の一方の表面に対向して配される第２の導電体電極箔とを備える。第１の導電体電極箔は、絶縁物層に積層され、一方の表面が粗面化された導電体層を含む。
【００２３】
好ましくは、第１の導電体電極箔は、陽極箔であり、第２の導電体電極箔は、陰極箔であり、誘電体層は、一方の表面が粗面化された導電体層の酸化皮膜である。
【００２４】
好ましくは、誘電体層と第２の導電体電極箔との間に配される電解層をさらに備える。
【００２５】
好ましくは、電解層は、電解液が含浸された電解紙を含む。
【００２６】
好ましくは、第１の導電体電極箔の他方の表面と第２の導電体電極箔とが接触するように巻回されて成る。
【００２７】
好ましくは、第１の導電体電極箔、第２の導電体電極箔および誘電体層は、第１のコンデンサ素子を構成し、第１の導電体電極箔の導電体層、第２の導電体電極箔および絶縁物層は、第１のコンデンサ素子に並列接続される第２のコンデンサ素子を構成する。
【００２８】
好ましくは、電源装置は、モータを駆動する駆動回路と、スイッチング素子を含み、スイッチング素子のスイッチング動作により電源と駆動回路との間で直流電圧を変換する電圧変換器と、電圧変換器と駆動回路との間に配され、電圧変換器により変換された直流電圧を平滑化して駆動回路に入力する容量素子と、モータの要求出力の大きさに基づいてスイッチング動作を制御する制御回路とを備える。容量素子は、請求項１から６のいずれか一項に記載のコンデンサ装置である。
【００２９】
この発明の別の局面によれば、コンデンサ装置の製造方法であって、一方の表面が粗面化された第１の導電体電極箔を形成する工程と、第１の導電体電極箔の一方の表面上に誘電体層を形成する工程と、誘電体層を介して第１の導電体電極箔の一方の表面に対向して配される第２の導電体電極箔を形成する工程とを備える。第１の導電体電極箔を形成する工程は、絶縁物層の一方面に導電体層を積層する工程と、導電体層の一方の表面を粗面化する工程とを含む。
【００３０】
好ましくは、第１の導電体電極箔は、弁金属であり、導電体層の一方の表面を粗面化する工程は、弁金属をエッチングする工程を含む。
【００３１】
好ましくは、第１および第２の導電体電極箔は、それぞれ陽極箔および陰極箔を構成し、誘電体層を形成する工程は、一方の表面が粗面化された導電体層に酸化皮膜を生成する工程を含む。
【００３２】
好ましくは、第２の導電体電極箔を形成する工程は、誘電体層と第２の導電体電極箔との間に電解層を形成する工程を含む。
【００３３】
好ましくは、電解層は、電解紙に電解液を含浸して形成される。
【００３４】
好ましくは、コンデンサ装置の製造方法は、第１の導電体電極箔の他方の表面と第２の導電体電極箔とが接触するように巻回する工程をさらに備える。
【発明の効果】
【００３５】
この発明のある局面によれば、陽極箔を、絶縁物層上に導電体層を積層した後に表面を粗面化して形成することにより、機械的強度を保持しながら陽極箔厚を薄くすることが可能となり、小型・薄型かつ大容量のコンデンサ装置を実現することができる。
【００３６】
また、陽極箔、誘電体層および陰極層を巻回してコンデンサ装置を形成することにより、電解コンデンサとフィルムコンデンサとが並列接続されてなるハイブリッドコンデンサが形成され、小型・大容量と良好な高周波特性との両立を図ることができる。
【００３７】
さらに、このコンデンサ装置を電源装置の平滑用コンデンサとして用いることによって、サージ電圧を十分に吸収できるとともに、さらなる装置規模の小型化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３９】
図１は、この発明の実施の形態に従うコンデンサ装置の構造を示す一部切欠斜視図である。
【００４０】
図１を参照して、コンデンサ装置１は、円筒状に形成された筐体２４を外装部材とし、樹脂フィルム１０、アルミ陽極箔１２、電解紙１８およびアルミ陰極箔１６を単一の積層単位として、この積層単位が巻回された構造を有する。なお、筐体２４の内部には、電解液が含浸されている。電解液としては、たとえばエチレングリコール、グリセリンなどの多価アルコール類を主溶媒とし、有機酸アンモニウムなどを溶質としたものが用いられる。
【００４１】
樹脂フィルム１０は、巻回されるアルミ陽極箔１２とアルミ陰極箔１６との電極面および端面を絶縁するものであり、ポリプロピレンなどの絶縁性材料で形成される。
【００４２】
アルミ陽極箔１２は、樹脂フィルム１０の一方面に、アルミニウム箔が接着または蒸着によって固着されて形成される。アルミニウム箔は、樹脂フィルム１０に固着された後にエッチング処理が施されることにより表面が粗面化される。これによって電極面積が拡大される。さらに、粗面化されたアルミニウム箔の表面には、化成処理によって酸化アルミニウム皮膜が形成される。
【００４３】
電解紙１８は、セパレータを構成しており、両極箔の接触を防止するとともに、含浸された電解液を保持する役割を果たす。
【００４４】
アルミ陰極箔１６は、電解紙１８を介してアルミ陽極箔１２と対峙するように配置される。
【００４５】
図１に示すように、樹脂フィルム１０〜アルミ陽極箔１２〜電解紙１８〜アルミ陰極箔１６の順に積層されると、これを単一の積層単位として巻回されることにより、コンデンサ装置１が形成される。
【００４６】
図２は、図１のコンデンサ装置１の積層構造を示す図である。なお、本図は、図１の矢印Ｘで示す方向における積層構造を示す。
【００４７】
図２を参照して、樹脂フィルム１０の一方面には、表面が粗面化されたアルミ陽極箔１２が配置される。詳細には、アルミ陽極箔１２の表面には、エッチング処理によって、図２に示すような無数の針状の凸部が形成される。エッチング処理は、塩化物水溶液中で直流電流または交流電流を印加することでアルミニウム箔の表面を選択的に溶解させるものである。印加する電流に応じて、アルミニウム箔の表面積の拡大比率は、数十倍から数百倍にまで及ぶ。なお、樹脂フィルム１０と凸部との接触面は、図示は省略するが、薄いアルミニウム箔の地金部分が残っている。
【００４８】
さらに、各凸部は、その後の化成処理によって酸化アルミニウム皮膜１４で覆われる。具体的には、化成処理は、エッチングしたアルミニウム箔をホウ酸、リン酸などのアンモニウム水溶液に浸漬して、エッチング箔をプラス、水溶液をマイナスにして電気を流すことにより、その電圧に比例した厚さを持つ酸化アルミニウム皮膜１４をアルミニウム箔の表面に形成する。
【００４９】
ここで、アルミ陽極箔１２において、表面積が拡大される比率は、形成された凸部単体の高さおよび隣接する凸部間の間隔に依存する。従来のアルミ電解コンデンサでは、高い表面積の拡大比率を得るために、アルミニウム箔を両面から深くエッチングして凸部の高さを高くする構成が採られていた。ただし、この構成においては、アルミニウム箔の中央部分に、機械的強度の保持に必要な厚さの地金部分を残す必要があった。
【００５０】
これに対して、本実施の形態においては、アルミ陽極箔１２は、アルミニウム箔を樹脂フィルム１０に固着した後にエッチングされることから、この樹脂フィルム１０が地金部分の役割を担って機械的強度を保持する働きをする。したがって、これまで機械的強度の保持に必要とされてきた地金部分の厚さを低減することができ、アルミ陽極箔１２を薄型化することが可能となる。
【００５１】
なお、凸部間の間隔については、それぞれの表面を覆う酸化アルミニウム皮膜１４同士が接触しないような距離を保つことが必要とされる。
【００５２】
以上のようにして形成されたアルミ陽極箔１２および酸化アルミニウム皮膜１４の上にはさらに、電解液が含浸された電解紙１８が積層される。電解紙１８は、真の陰極として作用する電解液を電極間に保持する機能と、アルミ陽極箔１２とアルミ陰極箔１６とを一定距離で分離して電極間の耐圧保持およびショート防止を行なう機能とを併せ持つ。
【００５３】
電解紙１８の上には、さらにアルミ陰極箔１６が積層される。このようにして、樹脂フィルム１０からアルミ陰極箔１６までの積層単位において、アルミ電解コンデンサが形成される。
【００５４】
さらに、この積層単位が巻回されることによって、図２に示すように、アルミ陰極箔１６の表面のうち電解紙１８と接触する面とは反対側の面は、隣接する積層単位の最下層となる樹脂フィルム１０の下面に接することとなる。この樹脂フィルム１０の上面には、先述のように、アルミニウム箔の薄い地金部分を残してアルミ陽極箔１２が形成されている。したがって、アルミ陰極箔１６と隣接する積層単位のアルミ陽極箔１２とは、樹脂フィルム１０を介して対向することから、かかる３層はフィルムコンデンサを構成することとなる。詳細には、アルミ陽極箔１２の薄い地金部分を陽極箔とし、樹脂フィルム１０を誘電体とし、アルミ陰極箔１６を陰極箔とするフィルムコンデンサが形成される。
【００５５】
すなわち、図２の積層構造において、最下層の樹脂フィルム１０からアルミ陰極箔１６までの積層単位によってアルミ電解コンデンサが構成され、このアルミ陰極箔１６とさらに上層に位置する樹脂フィルム１０およびアルミ陽極箔１２によってフィルムコンデンサが構成される。結果として、本実施の形態に係るコンデンサ装置１は、アルミ電解コンデンサとフィルムコンデンサとが並列に接続されて成るハイブリッドコンデンサを構成する。
【００５６】
以上のように構成されたハイブリッドコンデンサにおいては、アルミ電解コンデンサとフィルムコンデンサとのそれぞれの特徴が生かされたものとなる。すなわち、小型で大容量というアルミ電解コンデンサの特徴と、高周波領域での低インピーダンス特性というフィルムコンデンサの特徴とを兼ね備えたものとなる。
【００５７】
したがって、本実施の形態に係るコンデンサ装置１においては、樹脂フィルム１０がアルミ電解コンデンサにおけるアルミ陽極箔１２の地金部分として機能するとともに、フィルムコンデンサにおける誘電体としても機能することから、コンデンサ装置１全体を小型化・薄型化できるとともに、大容量かつ良好な高周波特性を実現することができる。
【００５８】
図３は、図１に示すコンデンサ装置１の製造工程を示すフローチャートである。
【００５９】
図３を参照して、最初に、コンデンサ装置１を構成する電解紙１８、アルミ陽極箔１２およびアルミ陰極箔１６は、それぞれ独立して加工される。具体的には、電解紙１８およびアルミ陰極箔１６は、製品ごとに設計された箔幅に裁断される（ステップＳ２０，Ｓ３０）。
【００６０】
一方、アルミ陽極箔１２は、樹脂フィルム１０への固着、エッチング処理および化成処理を経て所望の箔幅に裁断される（ステップＳ０１〜Ｓ０４）。より具体的には、ステップＳ０１において、アルミ陽極箔１２のベースとなる樹脂フィルム１０が生成されると、その一方面に高純度のアルミニウム箔が接着（または蒸着）によって接合される（ステップＳ０２）。
【００６１】
次に、樹脂フィルム１０に固着されたアルミニウム箔に対してエッチング処理が施される。これによりアルミニウム箔の表面積が拡大される。アルミニウム箔の表面には、続く化成処理によって酸化アルミニウム皮膜１４が形成される（ステップＳ０３）。この酸化アルミニウム皮膜１４が誘電体を構成する。表面にアルミニウム箔および誘電体が形成された樹脂フィルム１０が裁断されることにより（ステップＳ０４）、アルミ陽極箔１２が完成する。
【００６２】
次に、上記ステップによってそれぞれ形成された電解紙１８、アルミ陽極箔１２およびアルミ陰極箔１６は、図２に示す順序で重ね合わされて円筒状に巻き取られる（ステップＳ０５）。
【００６３】
この巻取素子は、さらにプレスして成形された後に（ステップＳ０６）、外部電極となる両端面以外の側面にマスキングが施される（ステップＳ０７）。マスキングされていない両端面には、続いてメタリコンが溶射され、外部電極が形成される（ステップＳ０８）。
【００６４】
次に、巻取素子には、陰極となる電解液が真空含浸、減圧含浸またはディップ含浸などによって注入される（ステップＳ０９）。これにより、コンデンサ装置１が完成する。
【００６５】
さらに、含浸された素子には、電極となる端子板２０，２２が取り付けられ（ステップＳ１０）、外装部材である金属製の筐体２４に収められて封止される。封止されたコンデンサは、さらにスリーブ被膜されて外装が完成する（ステップＳ１１）。
【００６６】
なお、本実施の形態においては、コンデンサ装置１の電極箔を構成する導電体としてアルミニウムを用いたが、これ以外のタンタル、ニオブ、チタンなどの弁金属で構成することも可能である。これらの場合においても、図３と同様の方法によって製造することができる。
【００６７】
図４は、図１のコンデンサ装置が搭載される電源装置の構成例を示す回路図である。
【００６８】
図４を参照して、電源装置１００は、直流電源Ｂと、電圧センサ５０，５３と、電流センサ６２，６４と、コンデンサＣ２と、昇圧コンバータ５２と、インバータ５４と、制御装置７０とを備える。
【００６９】
交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。また、交流モータＭ１は、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえばエンジン始動を行ない得るようなモータである。
【００７０】
昇圧コンバータ５２は、リアクトルＬ１と、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。
【００７１】
リアクトルＬ１の一方端は直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端はＮＰＮトランジスタＱ１とＮＰＮトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタとの間に接続される。
【００７２】
ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタは電源ラインに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタはアースラインに接続される。また、各ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ配されている。
【００７３】
インバータ５４は、Ｕ相アーム５６と、Ｖ相アーム５８と、Ｗ相アーム６０とからなる。Ｕ相アーム５６、Ｖ相アーム５８およびＷ相アーム６０は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。
【００７４】
Ｕ相アーム５６は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４からなる。Ｖ相アーム５８は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６からなる。Ｗ相アーム６０は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８からなる。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。
【００７５】
各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通に接続されて構成される。Ｕ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。
【００７６】
直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオンなどの二次電池からなる。電圧センサ５０は、直流電源Ｂから出力される電圧Ｖｂを検出し、検出した電圧Ｖｂを制御装置７０へ出力する。
【００７７】
昇圧コンバータ５２は、直流電源Ｂから供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。より具体的には、昇圧コンバータ５２は、制御装置７０から信号ＰＷＣを受けると、信号ＰＷＣによってＮＰＮトランジスタＱ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。
【００７８】
また、昇圧コンバータ５２は、制御装置７０から信号ＰＷＣを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ５４から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂへ供給する。
【００７９】
コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ５２から出力された直流電圧を平滑化し、平滑化した直流電圧をインバータ５４へ供給する。本実施の形態に係る電源装置１００は、この平滑用コンデンサＣ２に図１に示すコンデンサ装置１を採用することを特徴とする。本構成のもたらす効果については、後に詳細に説明する。
【００８０】
電圧センサ５３は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍを検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置７０へ出力する。
【００８１】
インバータ５４は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると、制御装置７０からの信号ＰＷＭに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。
【００８２】
また、インバータ５４は、電源装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置７０からの信号ＰＷＭに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ５２へ供給する。
【００８３】
なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合との回生発電を伴なう制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車速を減速（または加速を中止）させることを含む。
【００８４】
電流センサ６２は、リアクトルＬ１に流れるリアクトル電流ＩＬを検出し、その検出したリアクトル電流ＩＬを制御装置７０へ出力する。
【００８５】
電流センサ６４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置７０へ出力する。
【００８６】
制御装置７０は、外部に設けられたＥＣＵ（Electrical Control Unit）からトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受け、電圧センサ５３から電圧Ｖｍを受け、電流センサ６２からリアクトル電流ＩＬを受け、電流センサ６４からモータ電流ＭＣＲＴを受ける。制御装置７０は、電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、インバータ５４が交流モータＭ１を駆動するときにインバータ５４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をスイッチング制御するための信号ＰＷＭを生成し、生成した信号ＰＷＭをインバータ５４へ出力する。
【００８７】
また、制御装置７０は、インバータ５４が交流モータＭ１を駆動するとき、電圧Ｖｂ、Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、昇圧コンバータ５２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するための信号ＰＷＣを生成し、生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ５２へ出力する。
【００８８】
さらに、制御装置７０は、電源装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭを生成し、生成した信号ＰＷＭをインバータ５４へ出力する。この場合、インバータ５４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、信号ＰＷＭによってスイッチング制御される。これにより、インバータ５４は、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ５２へ供給する。
【００８９】
さらに、制御装置７０は、回生制動時、電圧Ｖｂ，Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、インバータ５４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＣを生成し、生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ５２へ出力する。これにより、交流モータＭ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。
【００９０】
以上の構成において、本実施の形態に係る電源装置１００は、先述のように、平滑用コンデンサＣ２に図１のコンデンサ装置１を採用したことを特徴とする。以下に、その効果について述べる。
【００９１】
電源装置１００において、インバータ５４の入力側に設けられるコンデンサＣ２としては、発生したサージ電圧を吸収できる程度の容量を備えていることが必要とされる。特に、図４に示すように、インバータ５４をＰＷＭ制御したときには、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８がオンする瞬間において、直流電源Ｂの内部抵抗により直流電源Ｂからの電源供給が間に合わないことから、瞬時電流供給用としても、大容量のコンデンサが必要となる。このため、コンデンサＣ２としては、大容量のアルミ電解コンデンサが主として用いられてきた。
【００９２】
しかしながら、従来のアルミ電解コンデンサは、大容量である反面、高周波領域でのインピーダンスが高いことから、スイッチング周波数の高いＰＷＭ制御においては、サージ電圧を十分に吸収することができないという問題が生じてしまう。
【００９３】
そこで、コンデンサＣ２として本実施の形態に係るコンデンサ装置１を用いれば、大容量というアルミ電解コンデンサの特徴を活かしつつ、高周波領域においても低いインピーダンス特性を保持することから、ＰＷＭ制御において発生するサージ電圧を十分に吸収することが可能となる。
【００９４】
さらに、本実施の形態に係るコンデンサ装置１は、従来のアルミ電解コンデンサに対して、より小型・薄型化できることから、電源装置１００の装置規模の小型化においても有効である。
【００９５】
以上のように、この発明の実施の形態によれば、小型・薄型であり、かつ良好な高周波特性を備えたコンデンサ装置を実現することができる。
【００９６】
さらに、当該コンデンサ装置を電源装置に採用すれば、サージ電圧を十分に吸収できるとともに、装置規模のさらなる小型化を図ることができる。
【００９７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
この発明は、自動車に搭載される電源装置における平滑用コンデンサ、ならびに電気機器および電子機器に搭載されるコンデンサに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】この発明の実施の形態に従うコンデンサ装置の構造を示す一部切欠斜視図である。
【図２】図１のコンデンサ装置の積層構造を示す図である。
【図３】図１に示すコンデンサ装置の製造工程を示すフローチャートである。
【図４】図１のコンデンサ装置が搭載される電源装置の構成例を示す回路図である。
【図５】特許文献１に記載される、従来のコンデンサの構造を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【０１００】
１  コンデンサ装置、１０  樹脂フィルム、１２，３２  アルミ陽極箔、１４  酸化アルミニウム皮膜、１６，３４  アルミ陰極箔、１８  電解紙、２０，２２  端子板、２４  筐体、３０  アルミ電解コンデンサ、３６  セパレータ、３８  陽極電極タブ、４０  陰極電極タブ、５０，５３  電圧センサ、５２  ＤＣ／ＤＣコンバータ、５４  インバータ、５６  Ｕ相アーム、５８  Ｖ相アーム、６０  Ｗ相アーム、６２，６４  電流センサ、７０  制御装置、１００  電源装置、Ｑ１〜Ｑ８  ＮＰＮトランジスタ、Ｌ１  リアクトル、Ｃ２  コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８  ダイオード、Ｍ１  交流モータ、Ｂ  直流電源。
【図１】
2006005145.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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