(57)【要約】【課題】ノイズ除去周波数を容易に変更できる貫通コンデンサを提供する。【解決手段】貫通コンデンサ５０は、誘電体５４と、誘電体を挟んで対向する第１及び第２電極板５５、５３を備えた静電容量部５７と、一端が外部の機器から延びるケーブルＣｂに接続され、他端が電子機器内部の回路と接続される貫通導体５９と、絶縁体５２とボルト５１を備える。貫通導体５９は、静電容量部５７を貫通しているとともに第１電極板５５と導通している。絶縁体５２は、第２電極板５３とケース２の間に挟まれる。ボルト５１は、先端がケース２に設けられた孔に嵌合して第２電極板５３をケース２に固定するとともに、第２電極板５３とケース２を導通させる。ノイズ除去周波数はボルト５１の寄生インダクタンスに依存するので、ボルト５１を適宜に選定することによってノイズ除去周波数を調整できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器のケースに取り付けられ、電子機器の内外の間を伝達される信号又は電力に生じるノイズを低減する貫通コンデンサであり、
誘電体と、誘電体を挟んで対向する第１及び第２電極板を備えた静電容量部と、
一端が外部の機器から延びるケーブルに接続され、他端が電子機器内部の回路と接続される導電部材であって、静電容量部を貫通しているとともに第１電極板と導通している貫通導体と、
第２電極板とケースの間に挟まれる絶縁体と、
先端がケースに設けられた孔に嵌合して第２電極板をケースに固定するとともに、第２電極板とケースを導通させる着脱可能なインダクタンス調整用導体と、
を備えることを特徴とする貫通コンデンサ。
【請求項２】
インダクタンス調整用導体は、ケースに螺合して貫通コンデンサを固定するボルトであることを特徴とする請求項１に記載の貫通コンデンサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の貫通コンデンサが入力端子または出力端子に使われている電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、電子機器のケースに取り付けられ、内部の回路と外部との間で通信される信号又は電力に生じるノイズを除去するための貫通コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
貫通コンデンサは、電子機器のターミナル（外部機器のケーブルを接続する端子）におけるノイズフィルタとして用いられることがある。貫通コンデンサは、電気的には、２つの機器を電気的に繋ぐ導体（主導体と称する）と、コンデンサで構成される。コンデンサの一方の電極は主導体に接続しており、他方の電極はアース（グランド）に接続される。他方の電極は、典型的にはケースに接続され、ケースを介してアースと導通する。他方の電極からケースを介してアースに至る経路にインダクタ要素（一般的にはコイル）を配置し、コンデンサとインダクタ要素でＬＣフィルタが構成される。貫通コンデンサは、主導体の両端の端子と、アースに接地するための端子の合計３つの端子を有するため、３端子コンデンサと称される場合もある。
【０００３】
例えば、特許文献１に、電子レンジのマグネトロンに電力を供給するための端子に貫通コンデンサを配置し、チョークコイルとともにＬＣフィルタを構成するノイズ除去構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２５０６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
貫通コンデンサをＬＣノイズフィルタとして用いる場合、除去したいノイズの帯域に応じてＬＣノイズフィルタの周波数特性を調整する必要がある。対象となる製品においてノイズの帯域が一つに定まっていればよいが、製品毎にノイズの帯域が異なる場合、それぞれの製品毎に望ましいノイズ除去帯域に応じてインダクタンスを調整する必要がある。求められるインダクタンスに応じてインダクタ要素（コイル）を選定するのはコストが嵩む。あるいは、製品完成後にノイズの帯域が判明する場合には、製品完成後にコイルを交換することになり、やはりコストが嵩む。
【０００６】
例えば、電気自動車の場合、同じ電力変換装置を幾種類かの車両で共通に用いるが、それぞれの車種でノイズの帯域が異なる場合がある。あるいは、同じ車種であっても個々の車ごとにノイズ帯域が異なる場合があり得る。ノイズの帯域が異なっても簡単にノイズ除去帯域を調整できる貫通コンデンサが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書は、ノイズ除去帯域を容易に調整できる貫通コンデンサを提供する。本明細書が開示する技術は、個別にコイル（インダクタ要素）を備えることなく、貫通コンデンサに意図的に大きな寄生インダクタンスを与え、その寄生インダクタンスを活用するものである。
【０００８】
本明細書が開示する貫通コンデンサは、電子機器のケースに取り付けられ、電子機器の内外の間を伝達される信号又は電力に生じるノイズを低減するデバイスである。その貫通コンデンサは、静電容量部と、貫通導体と、絶縁体と、インダクタンス調整用導体を備えている。静電容量部は、誘電体と、誘電体を挟んで対向する第１及び第２電極板で構成される。貫通導体は、一端が外部の機器から延びるケーブルを接続する端子であり、他端が電子機器内部の回路と接続される導電部材であって、静電容量部を貫通しているとともに第１電極板と導通している導電部材である。絶縁体は、第２電極板とケースの間に挟まれる。インダクタンス調整用導体は、先端がケースに設けられた孔に嵌合して第２電極板をケースに固定するとともに、第２電極板とケースを導通させる。インダクタンス調整用導体は、着脱可能である。インダクタンス調整用導体は、好適には、ケースに螺合して貫通コンデンサを固定するボルトである。
【０００９】
本明細書が開示する貫通コンデンサの利点を説明する。貫通コンデンサは、貫通導体を流れる信号あるいは電力に生じるノイズを、静電容量部を介してアースへ逃がす。アースに繋がる第２電極板はアース端子と呼ばれることがある。従来、一般的には、貫通コンデンサのアース端子（第２電極板）とケースとの間の電気抵抗は小さい方がよいとされてきたが、本明細書が開示する技術では、アース端子とケースとの間を細い導体（インダクタンス調整用導体）で接続し、その細い導体の寄生インダクタンスを利用する。なお、「寄生インダクタンス」とは、コイルなどインダクタンスを目的としたデバイスではなく、抵抗やトランジスタやダイオードなどのデバイス、あるいは単なる導体において、その構造上、意図せず不可避に生じてしまうインダクタンス成分を意味する。例えば、ボルトやピンなど、断面積が小さくかつ或る程度の長さの導体は比較的に大きなインダクタンスを有する。ボルトやピンはコイルではないがインダクタンスを有し、そのような本来意図しないインダクタンスが「寄生インダクタンス」に相当する。本明細書が開示する貫通コンデンサは、貫通コンデンサの静電容量部とインダクタンス調整用導体を合わせてＬＣフィルタを構成する。インダクタンス調整用導体の長さと断面積を適宜に選定することで、寄生インダクタンスを望みの大きさに設定し、結果、所望の周波数特性（ノイズ除去する周波数帯）のＬＣフィルタを実現する。インダクタンス調整用導体は、貫通コンデンサの固定を兼ねた部材であり、固定用部材を適宜に選定して貫通コンデンサを固定するだけで所望の周波数特性の貫通コンデンサが実現できる。
【００１０】
本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】貫通コンデンサが端子に使われている電力変換装置の模式図である。
【図２】電力変換装置の回路図である。
【図３】貫通コンデンサの断面図と正面図である。
【図４】直流変圧器と貫通コンデンサの回路図である。
【図５】貫通コンデンサの等価回路図である。
【図６】ノイズ除去フィルタの周波数特性を模式的に表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照して実施例の貫通コンデンサを説明する。実施例の貫通コンデンサは、電力変換装置の出力端子として用いられている。電力変換装置は、２個のモータを備えるハイブリッド車のパワーコントロールユニットである。図１に、貫通コンデンサ５０を備えた電力変換装置１０の模式図を示す。図２に電力変換装置１０の回路図とハイブリッド車１００の駆動系の構成を示す。なお、図１は、電力変換装置１０のケース２と貫通コンデンサ５０は物理的な構成を示す断面図で示しているが、回路系は回路ブロック図として描いてあることに留意されたい。貫通コンデンサ５０の詳細な断面図は図３に示してある。
【００１３】
電力変換装置１０は、主な回路として、高電圧のメインバッテリ４の電力を昇圧する回路（昇圧回路７）と、昇圧回路７が出力する直流電力をモータ１４と１５の駆動用交流に変換する回路（インバータ６）と、メインバッテリ４の電力を降圧する回路（降圧回路３）を備える。メインバッテリ４の出力は、システムメインリレー５を介して昇圧回路７の入力端と降圧回路３の入力端に接続されている。昇圧回路７の入力端と降圧回路３の入力端とに並列に、電流を平滑化するためのコンデンサ１２が接続されている。昇圧回路７の出力端は、インバータ６の入力端に接続されている。なお、インバータ６は、内部に２個のインバータ回路６ａ、６ｂを有しており、夫々がモータ１４、１５に交流を供給する。昇圧回路７とインバータ６の間にも、電流を平滑化するためのコンデンサ１３が接続されている。
【００１４】
降圧回路３は、メインバッテリ４の電圧を降圧し、低電圧で駆動する電気デバイスに電力を供給する。低電圧で駆動する電気デバイスには、カーオーディオや、ルームランプ、ワイパなどがある。低電圧で駆動する電気デバイスを、補機２８と総称する。補機２８の電力系統には、補機２８の定格電圧と同じ電圧を出力するバッテリ（補機バッテリ２７、図２参照）が接続されている。補機バッテリ２７は、メインバッテリ４から補機２８へ電力が供給されない場合（例えばシステムメインリレー５が開放されている場合）に補機２８へ電力を供給する目的で備えられている。メインバッテリ４の電圧は例えば３００ボルトであり、補機２８の定格電圧は例えば１２ボルトあるいは２４ボルトである。
【００１５】
図２を参照してハイブリッド車１００の駆動系について簡単に説明する。ハイブリッド車１００は、２個モータ１４、１５とエンジン２２を備える。第１モータ１４は主にセルモータ及び発電機として機能する。第２モータ１５は主に駆動源として機能する。ただし、高い駆動力が必要とされる場合は第１モータ１４も駆動力を供給し、また、回生時は第２モータ１５も発電機として機能する。第１モータ１４の出力（駆動トルク）と第２モータ１５の出力（駆動トルク）とエンジン２２の出力（駆動トルク）は、動力分配機構２１で合成／分配され、車軸２３（車軸）に伝えられる。車軸２３は、デファレンシャルギア２４を介して車輪２５に繋がっている。ハイブリッド車１００は、２個のモータ１４、１５とエンジン２２を適宜に使い分けて、経済的な走行を実現する。
【００１６】
電力変換装置１０の説明に戻る（図１参照）。電力変換装置１０のケース２に、補機へ通じるケーブルを接続するための端子として貫通コンデンサ５０が備えられている。貫通コンデンサ５０は、降圧回路３と補機２８との間の電力供給ラインに生じる高周波ノイズを除去する目的で備えられている。なお、図１では、降圧回路３の出力端子（貫通コンデンサ５０）を一つしか描いていないが、その出力端子は高電位側の端子であり、降圧回路３の低電位側はアースを介して補機と導通する。貫通コンデンサ５０の断面図と正面図を図３に示す。図３（Ａ）が断面図を示し、図３（Ｂ）が正面図を示している。図３（Ａ）は、図３（Ｂ）におけるＡ−Ａ線での断面を示している。
【００１７】
貫通コンデンサ５０は、降圧回路３に繋がるケーブルＣａと、補機の電力供給ラインに繋がるケーブルＣｂを接続する端子（電力変換装置１０のターミナル）であり、電力変換装置１０のケース２に固定されている。貫通コンデンサ５０は、主な部品として、ケーブルＣａとＣｂを電気的に接続する貫通導体５９と、第１電極板５５と第２電極板５３とそれらに挟まれた誘電体５４で構成される静電容量部５７を有している。なお、符号４２はケーブルＣｂの先端に固定された端子を示しており、符号４１は端子４２を固定するナットを示している。
【００１８】
静電容量部５７の第１電極板５５は貫通導体５９と接続しており、第２電極はボルト５１を介してケース２と接続している。ケース２は、ハイブリッド車１００のボディ、すなわちアースＧに接続している。貫通導体５９に表れる高周波ノイズは、静電容量部５７とボルト５１（導体）を介してアースＧへ流れ、貫通導体５９を伝わる信号（あるいは電力）から除去される。
【００１９】
貫通コンデンサ５０の構造をさらに詳しく説明する。図３（Ｂ）に示すように、正面からみると、貫通コンデンサ５０の全体は貫通導体５９を中心とする円形である。円盤状の静電容量部５７の中心に貫通孔が設けられており、その貫通孔に貫通導体５９が通っている。静電容量部５７の一方の電極である第１電極板５５と貫通導体５９は嵌合しており、電気的に繋がっている。図３（Ｂ）にて最外周の円は第２電極板５３を示している。第２電極板５３（即ち貫通コンデンサ５０）は、４本のボルト５１でケース２に固定されている。ケース２と第２電極板５３の間には、絶縁体５２が挟まれている。従って第２電極板５３からケース２へとノイズ電流が流れる物理的な経路はボルト５１だけとなる。
【００２０】
図４に、降圧回路３の内部の回路と貫通コンデンサ５０の回路図を示す。降圧回路３は、直流を交流に変換するＨブリッジ回路６１とトランス６２と整流用のダイオード６３ａと６３ｂ、及び、ＬＣフィルタ（ノイズフィルタ）を構成するインダクタ６４（コイル）とコンデンサ６６を有している。なお、降圧回路３の出力は、アースＧからの電位Ｖａで与えられるので、降圧回路３と補機２８を直接に繋ぐラインは１本となる。前述したように、貫通コンデンサ５０は、降圧回路３と補機への電力供給線を繋ぐ貫通導体５９と、静電容量部５７を備えており、静電容量部５７の第２電極板５３とケース２とは、ボルト５１だけで電気的に接続されている。高周波ノイズの観点でみると、ボルト５１と貫通導体５９は、理想的に完全な導体ではなく、抵抗やインダクタンスを有している。図４にてボルト５１と貫通導体５９を太線で表したのは、それらが抵抗やインダクタンスなどを有することを示すためである。特に、ボルト５１は、長さに比較して断面積が小さいので、比較的に大きなインダクタンスを有する。ボルトや貫通導体などの導体が意図せずに、しかし、構造上有するインダクタンスや抵抗は、寄生インダクタンスや寄生抵抗と呼ばれる。本実施例の貫通コンデンサ５０は、ボルト５１の寄生インダクタンスを有効に活用してノイズ除去の周波数を調整する。以下では、寄生インダクタンスと寄生抵抗を総称して寄生成分と呼ぶ場合がある。
【００２１】
図５に、貫通コンデンサ５０とその周辺の等価回路を示す。図４と図５における符号Ｐａは、貫通導体５９の補機側端部を表す。インダクタンスＬ１ａと抵抗Ｒ１ａは、貫通導体５９の寄生成分である。静電容量Ｃ３は、貫通コンデンサ５０の静電容量部５７の静電容量である。即ち、静電容量Ｃ３は、第１電極板５５、第２電極板５３、及び、誘電体５４で構成されるコンデンサの静電容量に相当する。インダクタンスＬ３、抵抗Ｒ３は、静電容量部５７の寄生成分である。インダクタンスＬ３ｅとＲ３ｅは、ボルト５１の寄生成分である。静電容量Ｃ５は、降圧回路３のＬＣフィルタとして挿入されているコンデンサ６６の静電容量に相当する。インダクタンスＬ５と抵抗Ｒ５は、コンデンサ６６の寄生成分である。
【００２２】
図５の等価回路において、ポイントＰａ（即ち、貫通コンデンサ５０の補機側端子）とアースＧの間のインピーダンス特性（周波数特性）を模式的に図６に示す。図５の等価回路のインピーダンス特性は、ピークＺａとボトムＺｂを有する。ピークＺａの周波数をｆａ、ボトムＺｂの周波数をｆｂとすると、それらは次の（１）式で表せる。なお（１）式において、ｆｂ＞ｆａである。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
（１）式から理解されるように、ポイントＰａにおけるインピーダンスのピークＺａとボトムＺｂは、ボルト５１の寄生インダクタンスＬ３ｅに依存する。一般に、インピーダンスが低いほどノイズ除去性能が高い。そこで、（１）式の周波数ｆｂがポイントＰａにおける望ましいノイズ除去の周波数と一致するように、インダクタンスＬ３ｅを特定する。なお、インダクタンスＬ３ｅを特定した後、その値によって特定されるピークＺａの周波数ｆａが、ノイズ除去性能にとって問題がないことを確認する。望ましいインダクタンスＬ３ｅを有するボルトを選定し、そのボルトで貫通コンデンサ５０を固定すれば、望ましいノイズ除去周波数を実現することができる。なお、インダクタンスＬ３ｅは、ボルト５１の材質のほか、その長さと断面積に依存する。ここで、ボルト５１の長さとは、ケース２と第２電極板５３の間に嵌挿される絶縁体５２の厚みＨｄ（図３参照）に相当する。
【００２５】
貫通コンデンサ５０の利点を述べる。上記の電力変換装置１０は、外部の機器と接続する端子に貫通コンデンサ５０を利用し、端子を通過する電力（あるいは信号）の高周波ノイズを除去する。貫通コンデンサ５０は、電力線（あるいは信号線）をつなぐ２個の端子（貫通導体２９の両端）と、静電容量部５７を介した電極（ノイズ除去用のアース電極であり上記の第２電極板５３に相当する）を有する。アース電極（第２電極板５３）とケース２との間に絶縁体５２を配し、アース電極とケース２の間の導電路をボルト５１に制限する。そうすると、貫通コンデンサ５０のノイズ除去周波数が、ボルト５１の寄生インダクタンスＬ３ｅに依存するようになる。そこで、ボルト５１を適宜に選定することによって、所望のノイズ除去周波数を実現できる。ボルト５１は簡単に交換することができるので、ノイズ除去周波数を簡単に調整することができる。
【００２６】
実施例の技術は、電子機器の内部の回路と外部の回路を電気的に繋ぐ貫通コンデンサを使ったノイズ除去構造であり、貫通コンデンサ５０を、絶縁体５２を挟んで導体のケース２に対向配置し、導体のケース２と、貫通コンデンサ５０のノイズ除去用のアース電極（第２電極板５３）を、細い導体（ボルト５１）を用いて接続することを特徴とするノイズ除去構造である。
【００２７】
なお、ボルト５１を選定することは、貫通コンデンサ５０を固定するボルトの個数を調整することを含むことに留意されたい。ボルトの個数を変えることによっても寄生インダクタンスＬ３ｅを変えることができるからである。例えば、図３（Ｂ）に示すように、実施例の貫通コンデンサ５０は４本のボルト５１で固定される。ボルトの数を４本から２本に減らすなどしてインダクタンスを調整することも可能である。
【００２８】
ボルト５１がインダクタンス調整用導体に相当する。インダクタンス調整用導体は、ボルトのほか、細い棒状の部材であってもよい。また、貫通コンデンサ５０を取り付ける対象の電子機器は、電力変換装置に限られない。例えば、オーディオや無線装置であってもよい。
【００２９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３０】
２：ケース
３：降圧回路
４：メインバッテリ
５：システムメインリレー
６：インバータ
７：昇圧回路
１０：電力変換装置
１２、１３：コンデンサ
１４、１５：モータ
２７：補機バッテリ
２８：補機
４１：ナット
４２：端子
５０：貫通コンデンサ
５１：ボルト（インダクタンス調整用導体）
５２：絶縁体
５３：第２電極板
５４：誘電体
５５：第１電極板
５７：静電容量部
５９：貫通導体
６１：ブリッジ回路
６２：トランス
６３ａ、６３ｂ：ダイオード
６４：インダクタ
６６：コンデンサ
１００：ハイブリッド車
Ｇ：アース
【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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