(57)【要約】【課題】電流変化に起因する発熱とインダクタンスを低減する捲回コンデンサを提供する。【解決手段】捲回コンデンサ２は、捲回コンデンサ本体４と、第１バスバ５と、第２バスバ３を備える。捲回コンデンサ本体４は、両端が電極の柱状である。第１バスバ５は、捲回コンデンサ本体４の一方の端部に接する。第２バスバ３は、捲回コンデンサ本体４の他方の端部に接する。第２バスバ３は有底筒状であり、その筒状部が捲回コンデンサ本体４の周囲を一方の端部まで覆っている。そして、第２バスバ３は、他の電子部品との接続点が一方の端部側に位置する。この捲回コンデンサでは、捲回コンデンサ本体４の内部を流れる電流の向きと、第２バスバ３の筒状部を流れる電流の向きが互いに逆向きである。それゆえ、電流変化に起因する誘導磁界の向きも逆向きとなり、相互に相殺する。【選択図】図１
2013172141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が電極である柱状の捲回コンデンサ本体と、
捲回コンデンサ本体の一方の端部に接する第１導体と、
捲回コンデンサ本体の他方の端部に接するとともに捲回コンデンサ本体の周囲を前記一方の端部まで覆っている有底筒状であり、他の電子部品との接続点が前記一方の端部側に位置する第２導体と、
を備えることを特徴とする捲回コンデンサ。
【請求項２】
第２導体は、コンデンサ本体に沿う形状であることを特徴とする請求項１に記載の捲回コンデンサ。
【請求項３】
コンデンサ本体が角柱である場合、第２導体は、コンデンサ本体の角部に対応する部分が面取り形状であることを特徴とする請求項２に記載の捲回コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、捲回コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
２枚の導電シートと誘電体のシートを交互に積層したものを捲回したコンデンサ（捲回コンデンサ）は、よく電流の平滑用に用いられる。平滑用のコンデンサには脈動する電流が流れるため、コンデンサ内、及び、コンデンサの近傍のリード線（あるいはバスバ）には電流変化に起因する誘導磁界が発生し、この誘導磁界がコンデンサの発熱やインダクタンスを引き起こす。特に、電気自動車のモータには大電流が流れるため、電気自動車の電源系に用いられる平滑用のコンデンサには大きな誘導磁界が発生し、発熱やインダクタンスも大きくなる。そこで、誘導磁界に起因する発熱やインダクタンスを抑制する技術が開発されている。なお、ここでいう発熱は、誘導磁界によりコンデンサ内部に発生する渦電流によるもの（即ち誘導加熱によるもの）である。また、「バスバ（ＢＵＳ  ＢＡＲ）」とは、大電流に耐え得るように、ワイヤ材のリード線の代わりに用いる棒状の導電部材を意味する。
【０００３】
電流変化に起因する発熱を抑制する技術として、特許文献１や特許文献２には、コンデンサ本体の側方を通るバスバとコンデンサ本体との間に導体を配置し、コンデンサ本体をバスバが発する誘導磁界から遮断する技術が開示されている。また、インダクタンスを低減する技術として、特許文献３には、正極と負極が交互に並ぶように複数のコンデンサを平行配置する技術が開示されている。そのような配置により、隣接するコンデンサを流れる電流の方向が互いに逆向きとなって誘導磁界が相殺され、誘導磁界によるインダクタンスが低減される。また、特許文献４には、フィルムコンデンサの積層体の中に、積層体における電流の流れる方向とは逆方向に電流が流れるフィルムを追加し、積層体を流れる電流に起因する誘導磁界と追加フィルムを流れる電流に起因する誘導磁界とを相殺しインダクタンスを低減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２３３７９５号公報
【特許文献２】特開２００２−３６７８５７号公報
【特許文献３】特開２００７−２９９８８８号公報
【特許文献４】特開２００９−１４７３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献３の技術は、隣接するコンデンサ同士で誘導磁界を相殺するものであり、特許文献４の技術は一つのコンデンサ内に互いに逆向きの電流経路を備え、誘導磁界を相殺するものである。本明細書は、特許文献３や４の技術とは異なる構造により誘導磁界を相殺し、インダクタンスを低減する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する技術は、コンデンサ本体内を流れる電流による誘導磁界と、コンデンサの側方を通る導体（コンデンサの一方の電極に接続しているバスバ、あるいは、電極の延長部）を流れる電流による誘導磁界で相互に相殺させる。具体的には、本明細書が開示する捲回コンデンサは、両端が電極である柱状の捲回コンデンサ本体と、第１導体及び、第２導体を有する。第１、第２導体は、捲回コンデンサ本体の電極あるいはその電極から延設される延長部分であってもよいし、バスバであってもよい。「電極の延長部」と「バスバ」は単に呼称の相違であり、導体であることに相違ない。以下、説明を理解し易くするため、「第１導体」、「第２導体」の代わりに「第１バスバ」、「第２バスバ」との用語を用いる。
【０００７】
第１バスバは、捲回コンデンサ本体の一方の端部の電極に接する。第２バスバは、有底筒状であり、筒の内側底面が捲回コンデンサ本体の他方の端部の電極に接する。第２バスバは、筒状の部分が、捲回コンデンサ本体の周囲を覆っている。第２バスバの筒状の部分は第１バスバが接している一方の端部まで達している。そして、第２バスバは、他の電子部品との接続点が一方の端部側に位置する。例えば、第１バスバが捲回コンデンサの正極に接している場合、有底筒状の第２バスバは、内側底面が捲回コンデンサの負極に接している。筒状の部分は捲回コンデンサの周囲を覆っており、筒の開口が正極の端部まで達している。そして、筒の開口において他の電子部品と接続する。
【０００８】
説明を理解し易くするため、捲回コンデンサ本体の２つの電極のうち一方を正極と称し、他方を負極と称する。捲回コンデンサは無極性のタイプと有極性のタイプ（捲回電解二重層型など）があるが、ここでは「正極」と「負極」は２つの電極を区別する便宜上の呼称であることに留意されたい。
【０００９】
さらに説明を理解し易くするために、捲回コンデンサ本体の正極端部を上側に、負極端部を下側にして配置されているとして仮定して上記捲回コンデンサの効果を説明する。捲回コンデンサ本体の内部では、電流が正極から負極へ、即ち下から上へ流れる。第２バスバはその底部で捲回コンデンサ本体の上端（負極）に接しており、捲回コンデンサ本体の下端付近で他の電気デバイスと接続している。従って第２バスバでは、捲回コンデンサ本体の周囲で上から下へ電流が流れる。即ち、捲回コンデンサ本体を流れる電流と、捲回コンデンサ本体の周囲で第２バスバを流れる電流の向きが互いに逆向きとなる。それゆえ、捲回コンデンサ本体内で発生する誘導磁界と第２バスバの筒状部で発生する誘導磁界が互いに逆向きとなり相殺する。その結果、誘導磁界に起因するインダクタンスが抑制される。なお、誘導磁界が相殺されるので捲回コンデンサ本体内で渦電流の発生も抑制され、発熱も抑えられる。本明細書が開示する技術の詳細、変形例、及び、さらなる改良は発明の実施の形態にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の捲回コンデンサの斜視図である。
【図２】捲回コンデンサの分解図である。
【図３】図１のIII−III線で見たときの断面図である。
【図４】実施例の捲回コンデンサの利点を説明する図である。
【図５】第１変形例の捲回コンデンサの斜視図である。
【図６】第２変形例の捲回コンデンサの斜視図である。
【図７】その他の変形例の捲回コンデンサの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に第１実施例の捲回コンデンサ２の斜視図を示し、図２に捲回コンデンサ２の分解図を示す。捲回コンデンサ２は、主な構成部品として、捲回コンデンサ本体４と、第１バスバ５（第１導体）、及び、第２バスバ３（第２導体）を有する。以下、捲回コンデンサ本体４を単純にコンデンサ本体４と称する。コンデンサ本体４は、２枚の導電シートと誘電体のシートを交互に重ねて捲回したものであり、２枚の導電シートの夫々が正極と負極となる。導電シートは、例えばポリエステルなどの樹脂シートの一面にアルミニウムを蒸着したものが使われる。２枚のシートは幅方向にずらして配置され、巻かれる。その結果、柱状の捲回体の一方の端部には一方の導電シートだけが露出し、他方の端部には他方の導電シートだけが露出する。捲回体の夫々の端部には金属板状の電極が取り付けられる。捲回体の一方の端部が正極となり、他方の端部が負極となる。なお、捲回コンデンサには、極性がある捲回電気二重層型や、無極性のフィルムコンデンサがあるが、本明細書においては、無極性の場合は、「正極」と「負極」は、２つの電極を区別する便宜上の呼称であることに留意されたい。
【００１２】
説明を理解し易くするため、図においてコンデンサ本体４の上側端部を負極、下側端部を正極とする。その逆でもよいことに留意されたい。コンデンサ本体４の正極には平板状の第１バスバ５が取り付けられている。第１バスバ５からは正極用のリードバスバ７が延びている。正極と第１バスバ５は、例えば溶接にて接合される。
【００１３】
第２バスバ３は有底筒状であり、その内部にコンデンサ本体４が収容される。コンデンサ本体４の上端の負極は第２バスバ３の底面３ａの内側に接している。負極と底面３ａも例えば溶接により接合される。第２バスバ３の筒状部３ｂは、コンデンサ本体４の周囲を囲んでおり、その開口はコンデンサ本体４の下端（即ち正極端）まで達している。第２バスバ３の開口の縁からは、負極用のリードバスバ６が延びている。リードバスバ６、７は、捲回コンデンサ２の夫々の極を他のデバイスと接続するための導電部材である。負極用のリードバスバ６が第２バスバ３の開口の縁で接続しているので、筒状部３ｂの一方の端から他方の端への電流が流れる。即ち、第２バスバ３においては、コンデンサ本体４の長手方向に沿って電流が流れる。
【００１４】
図３は、図１のIII−III線に沿って見たときの断面を示している。図中の矢印は、電流の流れる向きを示している。図３に示すように、コンデンサ本体４の内部では電流は上向きに流れる（図３の矢印Ａ参照）。他方、第２バスバ３の筒状部３ｂでは、電流は下向きに流れる（図３の矢印Ｂ参照）。図３に示すように、コンデンサ本体４の内部を流れる電流と筒状部３ｂを流れる電流は平行であるが逆向きとなる。それゆえ、夫々の電流が誘起する誘導磁界も互いに逆向きとなり相殺することになる。その結果、誘導磁界に起因する発熱とインダクタンスの双方が抑制される。さらに、捲回コンデンサ２では、第２バスバの筒状部３ｂが、コンデンサ本体４の周囲を囲んでいる。そのような構成により、捲回コンデンサ２の本体の周囲を囲む広い範囲で互いに反対方向に流れる電流が隣接する。従って相互の電流がより効果的に相殺する。捲回コンデンサ２は、発熱とインダクタンスの大きな低減効果が期待できる。
【００１５】
図４を参照して、捲回コンデンサ２の利点を説明する。図４は、捲回コンデンサ２をさらに模式的に示した図であり、コンデンサ本体４と第２バスバ３のみを描いた斜視図である。図４において、符号Ｌは、円柱状のコンデンサ本体４の中心線を示している。符号Ｉは、コンデンサ本体４を流れる電電流を示しており、その電流Ｉは、第２バスバ３を流れる電流にも相当する。符号ｒは、円筒状の第２バスバ３の半径を示している。符号Ｃは、捲回コンデンサ２を横断する半径Ｒの閉曲面を示している。中心Ｌからの距離Ｒにおける磁束密度をＢ(Ｒ)とすると、アンペールの法則より次の式（１）が成り立つ。
【００１６】
【数１】
2013172141.tif 000003
【００１７】
式（１）において、Ｉ(Ｒ)は、閉曲面Ｃを貫く電流である。Ｒ＞ｒ（ｒは第２バスバ３の半径）ならば、Ｉ(Ｒ)＝０となるので、このときＢ(Ｒ)＝０となる。それゆえ、このとき第２バスバ３の外部には磁束が発生しない。従ってインダクタンスを大幅に低減することができる。
【００１８】
実施例の捲回コンデンサ２に関する留意点を述べる。第１実施例の捲回コンデンサ２では、コンデンサ本体４と第２バスバ３の筒状部３ｂとの間には空隙９（図３参照）が形成されている。この空隙９には絶縁体が充填されていてもよい。
【００１９】
第２バスバ３の筒状部３ｂがコンデンサ本体４のケースを兼ねていてもよいし、コンデンサ本体４自体は別のケース（不図示）に収納され、筒状部３ｂはケースごとコンデンサ本体４を覆うものであってもよい。
【００２０】
本明細書が開示する技術は、捲回コンデンサの形状に制限されない。例えば、図５に示すように、コンデンサ本体１４は角柱状であってもよい。コンデンサ本体１４と第２バスバ１３の筒状部は近接していることが望ましいので、第２バスバ１３も中空の角柱状であるとよい。また、図６に示すように、コンデンサ本体２４は楕円柱状であってもよい。その場合、第２バスバ２３も中空の楕円柱状であるとよい。なお、図５の捲回コンデンサ２ａと図６の捲回コンデンサ２ｂでは、コンデンサ本体の正極と負極が図１とは逆となっている。すなわち、第１バスバ１５、２５がコンデンサ本体の負極に接続し、第２バスバ１３、２３がコンデンサ本体の正極に接する。第１バスバと第２バスバのいずれが正極（負極）に接していてもよいことに留意されたい。
【００２１】
その他の変形例を図７に示す。図７（Ａ）から（Ｄ）は、変形例の捲回コンデンサの横断面図（捲回コンデンサの長手方向に直交する断面）である。図７（Ａ）の捲回コンデンサ２ｃは、横断面の形状が矩形のコンデンサ本体３４と、横断面の形状がやはり矩形の第２バスバ３３を組み合わせたものである。図７（Ｂ）の捲回コンデンサ２ｄは、横断面の形状が矩形であって角部が面取りされたコンデンサ本体４４と、横断面の形状が矩形の第２バスバ４３を組み合わせたものである。符号４４ａは、コンデンサ本体４４における面取りされた角部を示している。図７（Ｃ）の捲回コンデンサ２ｅは、横断面の形状が矩形のコンデンサ本体５４と、横断面の形状が矩形であって角部が面取りされた第２バスバ５３を組み合わせたものである。符号５３ａは、第２バスバ５３における面取りされた角部を示している。図７（Ｄ）の捲回コンデンサ２ｆは、横断面の形状が矩形であって角部が面取りされたコンデンサ本体６４と、横断面の形状が矩形であって角部が面取りされた第２バスバ６３を組み合わせたものである。符号６４ａはコンデンサ本体６４における面取りされた角部を示しており、符号６３ａは第２バスバ６３における面取りされた角部を示している。
【００２２】
実施例の捲回コンデンサのいくつかの特徴を列記する。第２バスバ（第２導体）は、コンデンサ本体に沿う形状である。そのような構成は、コンデンサ本体に沿って磁束が形成される。その磁束に沿って第２バスバ（第２導体）を設けることで、誘導磁界が効果的に相殺される。コンデンサ本体が角柱である場合、第２バスバ（第２導体）は、コンデンサ本体の角部に対応する部分が面取り形状であることが好ましい（図７に示した捲回コンデンサ２ｅ、２ｆ）。別言すれば、コンデンサ本体が角柱である場合、第２バスバ（第２導体）は、コンデンサ本体の角部に対応する部分が面取りされているとよい。コンデンサ本体が角柱の場合、磁束は、角部が湾曲した矩形に、別言すれば、角部が面取りされた矩形に形成される。それゆえ、磁束の形状に合わせて、第２バスバの角部を面取りすると、角部における磁束相殺の効果が高まる。図７の変形例において、捲回コンデンサ２ｃ、２ｄも本明細書が開示した効果を奏するが、第２バスバの角部に面取りを施した捲回コンデンサ２ｅ、２ｆの方がより一層、インダクタンス低減の効果が期待できる。
【００２３】
一つの第２バスバの内部に収納されるコンデンサ本体の数は一つに限定されない。一つの第２バスバの内部に複数のコンデンサが収容されてもよい。
【００２４】
本明細書が開示する捲回コンデンサは、電気自動車の走行用モータの駆動回路の電流平滑用に好適である。例えば、平滑用のコンデンサは、インバータの入力端に平行に接続される。あるいは、平滑用のコンデンサは昇圧回路／降圧回路の端子に平行に接続される。走行用モータの駆動回路には大電流が流れる。それゆえ、電流平滑用のコンデンサにも大電流が流れる。流れる電流が大きいほど、本明細書が開示する技術による発熱／インダクタンスの低減効果が期待できる。
【００２５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。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し得るものであり、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】
【００２６】
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ：捲回コンデンサ
３、１３、２３、３３、４３、５４、６３：第２バスバ（第２導体）
３ａ：底面
３ｂ：筒状部
４、１４、２４、３４、４４、５４、６４：捲回コンデンサ本体
５、１５、２５：第１バスバ（第１導体）
６、７：リードバスバ
【図１】
2013172141.tif 000004
【図２】
2013172141.tif 000005
【図３】
2013172141.tif 000006
【図４】
2013172141.tif 000007
【図５】
2013172141.tif 000008
【図６】
2013172141.tif 000009
【図７】
2013172141.tif 000010