(57)【要約】【課題】容量素子モジュールにおいて、互いに逆方向に並走する電流経路による相互インダクタンスの低下の影響を抑制することである。【解決手段】容量素子モジュール１０は、複数の筒形状の容量素子１２，１３と、一対のバスバー２０，３０とを含んで構成される。バスバー２０は、容量素子１２，１３の負極側電極１４を相互に接続する接続板部２２と外部接続用の外部接続部２４とを有する。バスバー３０は、容量素子１２，１３の正極側電極１６を相互に接続する接続板部３２と外部接続用の外部接続部３４とを有し、接続板部３２から外部接続部３４に向かって引き出される引出板部３６を含み、引出板部３６には、電流の経路を蛇行させるスリット４０，４２，４４が設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２つの端面の一方端面に一方側電極が他方端面に他方側電極が設けられ、各端面がそれぞれ同一平面上に位置するように並列に配列された複数の容量素子と、
各容量素子の一方端面の一方側電極を相互に接続する一方側接続板部と外部接続用の一方側外部接続部とを有する一方側バスバーと、
各容量素子の他方端面の他方側電極を相互に接続する他方側接続板部と外部接続用の他方側外部接続部とを有する他方側バスバーであって、他方側接続板部から他方側外部接続部に向かって容量素子の1つの側面に平行に配置されながら引き出される引出板部を含む他方側バスバーと、
を備え、
引出板部は、他方側接続板部と他方側外部接続部との間に流れる電流のうち、容量素子において電流が流れる方向と並走する電流成分が小さくなる板形状を有することを特徴とする容量素子モジュール。
【請求項２】
請求項1に記載の容量素子モジュールにおいて、
引出板部は、他方側接続板部と他方側外部接続部との間に流れる電流の経路が蛇行する板形状を有することを特徴とする容量素子モジュール。
【請求項３】
請求項1に記載の容量素子モジュールにおいて、
引出板部は、他方側接続板部と他方側外部接続部との間に設けられる穴部を含む板形状を有することを特徴とする容量素子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量素子モジュールに係り、特に、対向する両端に電極を有する複数の容量素子を一対のバスバーで接続して構成される容量素子モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両に代表される車両駆動用途や産業用途などのパワーインバータシステムに用いられる平滑コンデンサには、大容量で定格電圧が高く、耐電流の大きなコンデンサが要求される。コンデンサは２つの電極の間の電荷によって静電容量を形成する容量素子である。定格電圧が高く耐電流性能に優れる容量素子としてフィルムコンデンサが知られるが、１つ１つの素子の容量が小さいため、複数個の容量素子を必要な個数接続した容量素子モジュールが用いられる。
【０００３】
ところで、複数の容量素子を接続すると、電流が必ずしも均等に流れずに、局部的に電流集中が生じ、そのために発熱が不均一となって、耐熱性能を満たさないことが生じ得る。
【０００４】
例えば、特許文献１には、両端に電極を有する複数の筒状のコンデンサ素子を互いに交差する２方向に並べて形成されたコンデンサモジュールにおいて、相互のコンデンサ素子の電極を接続するために第１バスバーと第２バスバーを用い、コンデンサモジュールの同一側面に第１バスバーから第１電極端子、第２バスバーから第２電極端子を取り出す場合に、各電極端子に近いコンデンサ素子に電流集中が起こることを指摘している。ここでは、各バスバーに、第１電極端子と第２電極端子が接続される部分から各バスバーの中央に向かって延びるようにスリットを設けて、これによって各コンデンサ素子に均等に電流が流れるようにする構成が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、対向する２つの端面を有する複数のコンデンサ素子の各端面がそれぞれ同一平面上に位置するように一列に並べたコンデンサにおいて、各コンデンサ素子の同一側面上に正極バスバーと負極バスバーとが各コンデンサ素子の配列方向であるＸ方向に沿って配置され、正極バスバーには、電流を迂回させるためのスリットがＸ方向に沿って形成されることが開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、平行平板状の導体を用いて複数相の電力変換器の配線を行う場合において、各相のスイッチングの他の相への影響を抑制するために、正側導体に設けられる各相接続部の間にスリットを入れ、負側導体に設けられる各相接続部の間にスリットを入れることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３１１６３４号公報
【特許文献２】特開２００９−９９８８４号公報
【特許文献３】特開２０００−６０１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術によれば、電流経路の長さを均等化するように、あるいは隣接する電流経路の干渉を抑制するために、バスバー等にスリットを設けることが示されている。
【０００９】
ところで、２つの電流経路が互いに逆方向で並走する場合には、この２つの電流によって誘起される磁界が相互に相殺されるので、その部分の相互インダクタンスが非常に低い値となることが生じる。局部的に相互インダクタンスが低いところが生じると、高周波成分の電流がその部分に集中し、局部的な発熱と温度上昇を生じる。
【００１０】
本発明の目的は、互いに逆方向に並走する電流経路による相互インダクタンスの低下の影響を抑制することができる容量素子モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る容量素子モジュールは、対向する２つの端面の一方端面に一方側電極が他方端面に他方側電極が設けられ、各端面がそれぞれ同一平面上に位置するように並列に配列された複数の容量素子と、各容量素子の一方端面の一方側電極を相互に接続する一方側接続板部と外部接続用の一方側外部接続部とを有する一方側バスバーと、各容量素子の他方端面の他方側電極を相互に接続する他方側接続板部と外部接続用の他方側外部接続部とを有する他方側バスバーであって、他方側接続板部から他方側外部接続部に向かって容量素子の1つの側面に平行に配置されながら引き出される引出板部を含む他方側バスバーと、を備え、引出板部は、他方側接続板部と他方側外部接続部との間に流れる電流のうち、容量素子において電流が流れる方向と並走する電流成分が小さくなる板形状を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る容量素子モジュールにおいて、引出板部は、他方側接続板部と他方側外部接続部との間に流れる電流の経路が蛇行する板形状を有することが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る容量素子モジュールにおいて、引出板部は、他方側接続板部と他方側外部接続部との間に設けられる穴部を含む板形状を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成により、容量素子モジュールは、一対のバスバーのうち、接続板部から外部接続部に向かって容量素子の1つの側面に平行に配置されながら引き出される引出板部を含むバスバーにおいて、引出板部は、他方側接続板部と他方側外部接続部との間に流れる電流のうち、容量素子において電流が流れる方向と並走する電流成分が小さくなる板形状を有する。これによって、引出板部と容量素子との間で互いに逆方向に並走する電流成分の大きさが同じとならないので、相互インダクタンスの低下が抑制される。
【００１５】
また、引出板部は、他方側接続板部と他方側外部接続部との間に流れる電流の経路が蛇行する板形状を有するので、引出板部と容量素子との間で互いに逆方向に並走する電流成分の大きさが同じとならないので、相互インダクタンスの低下が抑制される。
【００１６】
また、引出板部は、他方側接続板部と他方側外部接続部との間に穴部を含む形状を有するので、その穴部によって他方側接続板部と他方側外部接続部との間に流れる電流において、容量素子に流れる電流と並走する成分が少なくなる。これによって引出板部と容量素子との間で互いに逆方向に並走する電流成分の大きさが同じとならないので、相互インダクタンスの低下が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る容量素子モジュールの構成を説明する斜視図である。
【図２】本発明に係る容量素子モジュールの構成を説明する平面図である。
【図３】従来技術の容量素子モジュールにおいて、互いに逆方向に並走する電流によって相互インダクタンスが低下する理由を説明する側面図である。
【図４】図３に対応する正面図である。
【図５】本発明に係る容量素子モジュールにおいて電流経路を説明する正面図である。
【図６】本発明に係る容量素子モジュールにおいて、引出板部の他の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、容量素子モジュールが用いられる対象として、ハイブリッド車両の駆動回路に用いられる平滑コンデンサを説明するが、対向する両端に電極を有する複数の容量素子を一対のバスバーで接続して構成される容量素子モジュールであればよく、産業用途等、他の用途に用いられるものであってもよい。
【００１９】
以下では、容量素子モジュールを構成する容量素子をフィルムコンデンサとして説明するが、対向する両端に電極を有する容量素子であればよく、フィルムコンデンサ以外のセラミックコンデンサ、電解コンデンサ等であってもよい。また、容量素子モジュールを構成する容量素子の数を１３個として説明するが、勿論、これ以外の個数であっても構わない。
【００２０】
また、以下で説明する材料、温度等は説明のための例示であって、容量素子モジュールの仕様に応じて適宜変更が可能である。
【００２１】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２２】
図１は、容量素子モジュール１０の構成を説明する斜視図であり、図２はその平面図である。容量素子モジュール１０は、ハイブリッド車両の駆動回路の平滑コンデンサとして用いられるもので、複数の容量素子を並列に接続して、ハイブリッド車両駆動回路用として必要な静電容量を形成するコンデンサモジュールである。
【００２３】
図１には、互いに直交する３軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向が示されている。ここでは、Ｚ軸が容量素子１２，１３の筒形状の軸方向に平行に取られ、Ｚ軸に垂直な平面をＸＹ平面とするようにＸ軸とＹ軸とが取られている。なお、図２以下にも、この３軸に対応する方向がそれぞれ示した。
【００２４】
容量素子モジュール１０は、１３個の筒形状の容量素子１２，１３と、一対のバスバー２０，３０とを含んで構成される。１３個の筒状の容量素子１２，１３は、Ｙ方向に平行に５個、３個、５個と配置され、これらの３つの列がＸ方向に沿って配置され、全体として、ＸＹ平面上においてほぼ矩形面積の中に１３個が配置されている。このように、１３個の容量素子１２，１３が配置された容量素子モジュール１０は、ＸＺ平面に平行な側面とＹＺ面に平行な側面とを有する。
【００２５】
なお、１３個の容量素子１２，１３はいずれも同じ形状、同じ特性を有し、相互の間で区別が無いが、後述するように、バスバー３０の引出板部３６に最も近接する容量素子１３が相互インダクタンスの観点から重要であるので、この容量素子の符号を他の容量素子１２と異ならせている。
【００２６】
容量素子１２，１３は、筒形状のフィルムコンデンサであり、ここでは１３個で1つの容量素子モジュール１０を構成する。各容量素子１２，１３のそれぞれは、対向する２つの端面の一方端面に一方側電極が他方端面に他方側電極が設けられる。図１の例では、Ｚ軸方向に各容量素子１２，１３が筒形状の軸方向を揃えて配置され、Ｚ軸の正方向である筒形状の上方側に負極側電極１４、Ｚ軸の負方向である下方側に正極側電極１６がそれぞれ同一平面上に位置するように並列に配置される。同一平面はＸＹ平面に平行な平面である。すなわち、筒形状の上方側の端面が一方側端面で、下方側の端面が他方側端面で、負極側電極１４が一方側電極、正極側電極１６が他方側電極に相当する。
【００２７】
一対のバスバー２０，３０のうち、バスバー２０は、各容量素子１２，１３の負極側電極１４を相互に接続する導体板である。バスバー２０は、１枚の導体板の端部の一部を折り曲げた形状を有し、折り曲げる元々の本体部に相当する平板部分が各容量素子１２，１３の負極側電極１４と相互に接続される接続板部２２である。
【００２８】
この接続板部２２の端部の一部を折り曲げて適当な外部接続用穴を設けた部分が外部接続部２４である。接続板部２２は、ＸＹ平面に平行として各容量素子１２，１３の上方側に配置され、その端部の一部がＸＺ平面に平行に折り曲げられ、そのＸＺ平面に平行な折り曲げ面に外部接続部２４が設けられる。外部接続部２４は、容量素子モジュール１０の負極側電極接続部、つまり、マイナス端子またはＮ端子に相当することになる。なお、負極側を一方側とするので、接続板部２２は一方側接続板部に相当し、外部接続部２４は一方側外部接続部に相当する。
【００２９】
かかるバスバー２０としては、適当な金属板をプレス成形等で所望の形状に加工したものを用いることができる。容量素子１２，１３の負極側電極１４との接続には、半田付け等の適当な接続方法を用いることができる。
【００３０】
一対のバスバー２０，３０のうち、バスバー３０は、各容量素子１２，１３の正極側電極１６を相互に接続する導体板である。バスバー２０に関連して説明したように、導体板としては適当な金属板を用いることができ、接続方法としては半田付け等を用いることができる。
【００３１】
バスバー３０は、１枚の導体板の端部を折り曲げた形状を有し、折り曲げる元々の本体部に相当する平板部分が各容量素子１２，１３の正極側電極１６と相互に接続される接続板部３２である。外部と接続するために適当な外部接続用穴を設けた部分が外部接続部３４は、この接続板部３２の端部を折り曲げた先端部に設けられる。外部接続部３４は、容量素子モジュール１０の正極側電極接続部、つまり、プラス端子またはＰ端子に相当することになる。正極側を他方側とするので、接続板部３２は他方側接続板部に相当し、外部接続部３４は他方側接続部に相当する。
【００３２】
バスバー３０は、この接続板部３２から外部接続部３４に向かって、容量素子１３の１つの側面に平行に配置されながら引き出される引出板部３６を有する。バスバー２０に引出板部３６に相当するものが設けられずに、バスバー３０に引出板部３６が設けられるのは、バスバー２０の外部接続部２４とバスバー３０の外部接続部３４の高さ関係を同じとするためである。なお、高さとは、容量素子モジュール１０において、容量素子１２，１３の筒形状の軸方向であるＺ方向に沿った寸法である。すなわち、引出板部３６の高さは、容量素子１２，１３の筒形状の軸方向高さに対応した寸法に設定される。
【００３３】
また、接続板部３２からの引出板部３６の折り曲げは、バスバー３０の外部接続部３４がバスバー２０の外部接続部２４と平行になるように、容量素子モジュール１０の４つの側面の中の１つの側面に沿って行われる。
【００３４】
図１の例では、接続板部３２はＸＹ平面に平行として容量素子１２，１３の下方に配置される。すなわち、バスバー３０の接続板部３２は、容量素子１２，１３を介して、バスバー２０の接続板部２２と平行に配置される。
【００３５】
そして、引出板部３６は、接続板部３２の端部においてＸＺ平面に平行に折り曲げられて形成される。つまり、容量素子モジュール１０は、ＸＺ平面に平行な側面と、ＹＺ平面に平行な側面とを有するが、バスバー３０の引出板部３６は、容量素子モジュール１０におけるＸＺ平面に平行な側面に沿って接続板部３２から折り曲げられる。したがって、バスバー３０の外部接続部３４は、ＸＺ平面に平行な面を有する。
【００３６】
上記のように、バスバー２０の外部接続部２４もＸＺ平面に平行な面を有するので、２つの外部接続部２４，３４は、ＸＺ平面に平行な面を有して、さらにＺ方向の高さ関係が揃えられていることになる。このように、バスバー２０の外部接続部２４とバスバー３０の外部接続部３４を互いに平行な面を有するようにして、その高さ関係を同じとすることで、ハイブリッド車両の駆動回路に容量素子モジュール１０を接続することが容易になる。
【００３７】
バスバー３０の引出板部３６に設けられる横方向のスリット４０，４２，４４は、引出板部３６において、接続板部３２と外部接続部３４との間に流れる電流の経路が蛇行するように設けられるものである。横方向とは、引出板部３６がＸＺ平面に平行で、接続板部３２から外部接続部３４に向かう方向をＺ方向とするときに、Ｚ方向に平行でない方向である。
【００３８】
Ｚ方向に対し横方向といえば通常はＸ方向を指すが、スリット４０，４２，４４は、上記のように接続板部３２と外部接続部３４との間に流れる電流の経路が蛇行するように設けられるものであるので、スリット４０，４２，４４の延びる方向は必ずしもＸ方向に平行でなくてもよく、Ｚ方向と異なる方向であればよい。また、上記ではスリットの数を３つとしたが、これ以外の数であってもよい。例えば、１つのスリットだけでもよく、引出板部３６の強度が十分であれば、４つ以上であってもよい。
【００３９】
上記構成の作用効果について、スリットを設けない平板状の引出板部を用いる従来技術と比較して、図３から図５を用いて説明する。図３、図４は、スリットを設けない平板状の引出板部３５を用いる容量素子モジュール８の側面図と正面図である。なお、図３、図４では、引出板部３５の近傍のみを抜き出して示してある。図５は、図１、図２で説明したスリット４０，４２，４４を設ける引出板部３６を用いる容量素子モジュール１０の正面図である。
【００４０】
図３、図４において、容量素子モジュール８をハイブリッド車両の駆動回路の正極母線と負極母線との間に接続配置することを考えると、容量素子モジュール８のプラス端子であるバスバー３０の外部接続部３４が駆動回路の正極母線に、マイナス端子であるバスバー２０の外部接続部２４が駆動回路の負極母線に接続されることになる。
【００４１】
このときに、容量素子モジュール８から放電が行われるとすると、バスバー３０の外部接続部３４から駆動回路の正極母線側に電流が流れる。これに対応し、各容量素子１２，１３には、バスバー２０に接続される負極側電極１４からバスバー３０に接続される正極側電極１６に向かって電流５０が流れ、バスバー３０の接続板部３２から引出板部３５を経由し外部接続部３４に向かって電流５４が流れる。なお、図３、図４では、引出板部３５に最も近接する容量素子１３に流れる電流５０のみが示されている。
【００４２】
このように、容量素子モジュール８が静電容量として機能するときは、平板状である引出板部３５に流れる電流５４と、容量素子１３に流れる電流５０とは、互いに逆方向で並走することになる。したがって、電流５０によって誘起される磁界５２と、電流５４によって誘起される磁界５６とは、その方向が互いに逆となり相殺しあうことになる。これにより、引出板部３５に対する容量素子１３の相互インダクタンスが小さい値となる。
【００４３】
この互いに逆方向となる磁界５２，５６の相殺によって相互インダクタンスが低下する効果は、互いに逆方向に並走する電流５０，５４の間の距離が近いほど顕著になる。図３、図４の例では、引出板部３５に最も近接する容量素子１３において、相互インダクタンスの低下が顕著となり、磁界５２，５６がほぼ相殺されるような極端な場合には、相互インダクタンスが極端に小さい値となる。
【００４４】
このように、容量素子１３において相互コンダクタンスが他の容量素子１２に比べ極端に低い値となると、例えば、高周波リップル信号等による電流成分が容量素子１３に集中的に流れることになり、電流のアンバランスが容量素子モジュール８の中で生じる。その結果、容量素子モジュール８において、容量素子１３の発熱が他の容量素子１２よりも多くなり、局所的な温度上昇が生じることになる。
【００４５】
図５は、図１、図２で説明したように、横方向のスリット４０，４２，４４を設けた引出板部３６を用いた容量素子モジュール１０の正面図である。この場合でも、容量素子モジュール１０が静電容量として機能するときは、引出板部３６において接続板部３２から外部接続部３４に向かって電流５８が流れることは図３、図４の場合と同様である。ここで、図５の引出板部３６には、横方向のスリット４０，４２，４４が設けられているので、電流５８は接続板部３２から外部接続部３４に向かってまっすぐ流れることができず、スリット４０，４２，４４によって流れ方向が変更されながら蛇行して接続板部３２から外部接続部３４に向かって流れる。
【００４６】
このように、電流５８は蛇行して接続板部３２から外部接続部３４に向かって流れるので、容量素子１３において流れる電流５０と並走する成分が図３、図４の場合に比べ少なくなる。これによって、蛇行する電流５８によって誘起される磁界は、容量素子１３において流れる電流５０によって誘起する磁界と逆向きになる成分が少なくなる。したがって、容量素子１３において相互コンダクタンスが他の容量素子１２に比べ低下する程度が図３、図４の場合に比べ抑制される。
【００４７】
これによって、容量素子モジュール１０における電流アンバランスも局部的発熱も、図３、図４の場合に比べ抑制される。実験として、容量素子モジュール８と容量素子モジュール１０について、それぞれのプラス端子とマイナス端子の間に４００Ｈｚの高周波電流リップル信号を印加して、容量素子１３と他の容量素子１２との間の電流アンバランスと発熱による温度差を調べた。その結果、容量素子モジュール８において電流アンバランスが１２．２Ａ、温度差が１５℃であったが、容量素子モジュール１０においては、電流アンバランスが４．８Ａ、温度差が９．８℃となった。
【００４８】
このように、引出板部３６において、接続板部３２と外部接続部３４との間に流れる電流の経路のうち、容量素子１３において電流が流れる方向と並走する電流経路成分を小さくするように、スリット４０，４２，４４を設けた板形状とすることで、相互インダクタンスの低下による容量素子モジュール１０の電流アンバランス、局部的温度差を抑制することができる。
【００４９】
図６は、他の構成の引出板部３７の例を説明する図である。ここでは、引出板部３７において、接続板部３２と外部接続部３４との間に流れる電流のうち、容量素子１３において電流が流れる方向と並走する電流成分を小さくするものとして、引出板部３７に穴部７０が設けられる。穴部７０は電流が流れない箇所であるので、貫通穴でもよく、その穴に絶縁物質を充填してもよい。穴部７０を設けることで、穴部７０がない図３、図４に比べ、接続板部３２と外部接続部３４との間に流れる電流７２，７４はまっすぐ流れないので、容量素子１３において電流が流れる方向と並走する電流成分が流れる面積が小さくなる。これによって、電流７２，７４によって誘起される磁界は、容量素子１３において流れる電流５０によって誘起する磁界と逆向きになる成分が少なくなる。したがって、容量素子１３において相互コンダクタンスが他の容量素子１２に比べ低下する程度が図３、図４の場合に比べ抑制される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係る容量素子モジュールは、ハイブリッド車両に代表される車両駆動用途や産業用途などのパワーインバータシステムに用いられる平滑コンデンサとして利用される。
【符号の説明】
【００５１】
８，１０  容量素子モジュール、１２，１３  容量素子、１４  負極側電極、１６  正極側電極、２０，３０  バスバー、２２，３２  接続板部、２４，３４  外部接続部、３５，３６，３７  引出板部、４０，４２，４４  スリット、５０，５４，５８，７２，７４  電流、５２，５６  磁界、７０  穴部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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