JP2004022561A

JP2004022561A - コンデンサモジュール

Info

Publication number: JP2004022561A
Application number: JP2002171120A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Azumi; 安積　健; Shigenori Nishiyama; 西山　茂紀; Akiji Oka; 岡　章治
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】複数のコンデンサを有するコンデンサモジュールであって、一部のコンデンサにショートによる故障が発生した場合、直ちに対処することができ、かつ、一部のコンデンサにショートによる故障が発生してもその故障を１つの回路で検知することができる、コンデンサモジュールを提供する。
【解決手段】コンデンサモジュール１０の基板１２には、入出力電極１４ａ、１４ｂや検知電極１８ａ、１８ｂが形成される。入出力電極１４ａ、１４ｂ間において、４つの積層セラミックコンデンサ２２ａ〜２２ｄの２つずつが直列に接続され、それらが並列に接続される。検知電極１８ａ、１８ｂ間において、４つの積層セラミックコンデンサ２２ａ〜２２ｄの近傍に設けた４つのサーミスタ２４ａ〜２４ｄが、引出し電極２０ａ〜２０ｅを介して直列に接続される。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はコンデンサモジュールに関し、特に複数のコンデンサを直並列に接続した、たとえばインバータ装置などに用いられるコンデンサモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この発明の背景となる従来のインバータ装置の一例が、特開平１−１３７６１５号公報に開示されている。図４はそのような従来のインバータ装置の一例を示す回路図である。図４に示すインバータ装置１は、交流を直流に変換するための整流器２を含む。整流器２の出力側には、整流器２の出力を平滑にするための平滑用コンデンサ群３が接続され、さらに、パワートランジスタなどの半導体を用いた直流を交流に変換するための逆変換回路４が接続される。平滑用コンデンサ群３としては、２つのコンデンサ３ａ、３ａを直列に接続したコンデンサ直列接続群を２組並列に接続した４つのコンデンサ３ａ、３ａ、・・が用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなインバータ装置１に用いられる平滑用コンデンサ群３では、１つのコンデンサ３ａにショートによる故障が発生した場合、全体の静電容量に変化が見られるが、全体の電流通電性や耐電圧性に直ちに問題が起こることは少ない。
そのため、図４に示す平滑用コンデンサ群３では、１つのコンデンサ３ａにショートによる故障が起きた場合、故障の発見が遅れ、他のコンデンサ３ａに２倍の負荷がかかることになり、寿命を短くしてしまうという問題がある。
すなわち、図４に示す平滑用コンデンサ群３では、コンデンサ３ａがショートした場合、そのショートによる故障を早く検知して対処しないと、平滑用コンデンサ群全体がショートによる故障にいたるおそれがある。
そこで、これに対して、たとえば、特開平１０−４１１８８号公報に記載されているように、充電する際に発生する熱によるコンデンサの温度上昇を検知することが考えられている。
図５は、このような検知手段を有するコンデンサモジュールの平面図であり、図６は、図５に示すコンデンサモジュールに用いられたコンデンサ部分の回路図である。
図５に示すように、コンデンサモジュール５は、箱型のケース６の中に６つのコンデンサ部分７、７・・が形成されている。図６に示すように、各コンデンサ部分７は、コンデンサ８とその近傍に設けられる熱電対９とを含む。熱電対９は各コンデンサ８毎に設けられ、各コンデンサ８の温度上昇を個々に検出している。また、熱電対９の検出端子は熱電対９毎に設けられている。
そのため、図５に示すコンデンサモジュール５では、個々のコンデンサ８の温度を別々に検出できるようにするために、多数の端子が設けられているので、構造が複雑となり、コストが高いという問題がある。
さらに、図５に示すコンデンサモジュール５では、個々のコンデンサ８の温度上昇などを別々に検知するので、検知システムが複雑になり、検知のための解析も複雑になり、検知のための構成においてもコストが高くなる。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、複数のコンデンサを有するコンデンサモジュールであって、一部のコンデンサにショートによる故障が発生した場合、直ちに対処することができ、かつ、その故障を１つの回路で検知することができる、コンデンサモジュールを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかるコンデンサモジュールは、コンデンサを複数個直列接続したコンデンサ直列接続群を複数列並列に接続したコンデンサ群を有するコンデンサモジュールであって、温度センサが各コンデンサのそれぞれに当接または近傍して設けられ、全ての温度センサは直列に接続され、１つの検知回路を構成した、コンデンサモジュールである。
【０００６】
この発明にかかるコンデンサモジュールでは、各コンデンサ毎に温度センサを配置しているので、コンデンサに故障が生じて温度上昇した場合、直ちに故障を検出することができる。
また、各温度センサは１つの検知回路を構成しているので、シンプルな構造にすることができ、故障を検知するための回路システムも１系列で済む。
【０００７】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明にかかるコンデンサモジュールの一例を示す斜視図である。図１に示すコンデンサモジュール１０は、たとえば矩形の基板１２を含む。
【０００９】
基板１２の一方主面には、その長手方向における一端部および他端部に、入出力端子としてたとえば凹形の入出力電極１４ａおよび１４ｂがそれぞれ形成される。また、入出力電極１４ａおよび１４ｂには、外部のリード線などをはんだ付けしやすくするために、２つずつの円形の孔１５ａ、１５ａおよび１５ｂ、１５ｂが形成されている。なお、これらの孔１５ａ、１５ａおよび１５ｂ、１５ｂは、特に形成されなくてもよい。
【００１０】
また、基板１２の一方主面には、入出力電極１４ａおよび１４ｂ間に、たとえば矩形の接続電極１６ａおよび１６ｂが、基板１２の幅方向に間隔を隔てて形成される。
【００１１】
さらに、基板１２の一方主面には、その長手方向における一端部に、検知端子としてたとえば矩形の検知電極１８ａおよび１８ｂが間隔を隔てて形成される。
【００１２】
この基板１２の一方主面には、複数のコンデンサとして同じ特性を有する４つの積層セラミックコンデンサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃおよび２２ｄが実装される。この場合、積層セラミックコンデンサ２２ａは、入出力電極１４ａおよび接続電極１６ａにはんだで接続される。また、積層セラミックコンデンサ２２ｂは、入出力電極１４ａおよび接続電極１６ｂにはんだで接続される。さらに、積層セラミックコンデンサ２２ｃは、入出力電極１４ｂおよび接続電極１６ａにはんだで接続される。また、積層セラミックコンデンサ２２ｄは、入出力電極１４ｂおよび接続電極１６ｂにはんだで接続される。したがって、このコンデンサモジュール１０は、その回路を図２に示すように、入出力電極１４ａおよび１４ｂ間において、２つの積層セラミックコンデンサ２２ａおよび２２ｃを直列に接続したコンデンサ直列接続群と２つの積層セラミックコンデンサ２２ｂおよび２２ｄを直列に接続したコンデンサ直列接続群とを並列に接続したコンデンサ群を有する。
【００１３】
４つの積層セラミックコンデンサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃおよび２２ｄの側面には、複数の温度センサとして同じ特性を有する４つのサーミスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃおよび２４ｄが、それぞれ接着剤２６で接着される。これらのサーミスタ２４ａ〜２４ｄは、積層セラミックコンデンサ２２ａ〜２２ｄの温度をそれぞれ検出するためのものである。また、サーミスタ２４ａは、引出し電極２０ａおよび２０ｂにはんだで接続される。さらに、サーミスタ２４ｂは、引出し電極２０ｂおよび２０ｃにはんだで接続される。また、サーミスタ２４ｃは、引出し電極２０ｃおよび２０ｄにはんだで接続される。さらに、サーミスタ２４ｄは、引出し電極２０ｄおよび２０ｅにはんだで接続される。したがって、このコンデンサモジュール１０は、その回路を図２に示すように、検知電極１８ａおよび１８ｂ間において、４つのサーミスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃおよび２４ｄを直列に接続した検知回路を有する。
【００１４】
図１に示すコンデンサモジュール１０において、積層セラミックコンデンサ２２ａ〜２２ｄのうちいずれか１つがショートしたとすると、その積層セラミックコンデンサの温度が上昇し、接着されているサーミスタの抵抗値が大きく減少するとともに変わり、全てのサーミスタ２４ａ〜２４ｄの全抵抗値も大きくずれることになって、故障を検知することができる。そして、その検知によって、コンデンサモジュール１０全体のショートによる破壊を防止し、コンデンサモジュール１０が接続されている他のシステムへの影響を防ぐことができる。なお、サーミスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃおよび２４ｄは、コンデンサに当接するように接着されて取り付けられたが、コンデンサに近接して非接触で取り付けられてもよい。
【００１５】
図３はこの発明にかかるコンデンサモジュールの他の例を示す斜視図である。図３に示すコンデンサモジュール１０では、図１に示すコンデンサモジュール１０と比べて、温度センサとしてサーミスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃおよび２４ｄの代わりにサーモパイル２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび２５ｄが用いられる。これらのサーモパイル２５ａ〜２５ｄは、積層セラミックコンデンサ２２ａ〜２２ｄ付近の温度をそれぞれ検出するためのものである。これらのサーモパイル２５ａ〜２５ｄは、それぞれ、積層セラミックコンデンサ２２ａ〜２２ｄの側面に近接して非接触の状態で設けられる。この場合、サーモパイル２５ａ〜２５ｄは、基板１２の一方主面に形成された引出し電極２０ａ、引出し電極２０ｂ、引出し電極２０ｃ、引出し電極２０ｄおよび引出し電極２０ｅにはんだで接続され、検知電極１８ａおよび１８ｂ間において引出し電極２０ａ〜２０ｅを介して直列に接続される。この場合、各サーモパイルは同極同士を直列に接続している。
図３に示すコンデンサモジュール１０でも、図１に示すコンデンサモジュール１０と同様の効果を奏する。
このように、サーモパイルを用いた場合、コンデンサに故障がない状態では、どのコンデンサ温度も同じでその起電力も同じであり、同極同士を接続することで、値が相殺されてほぼ０の値を示す。何れかのコンデンサが短絡すると、故障したコンデンサに流れる電流値が大きくなり、その温度が大きく上昇し、そのコンデンサに取り付けたセンサの起電力が大きく上昇し、直列接続した全体の起電力が＋か−に大きく変化し、異常を検知することができる。なお、サーモパイルはコンデンサに近接して非接触で取り付けたがこれに限るものではなく、コンデンサ側にサーモパイルのセンサ部が向くようにコンデンサに当接して接着されていてもよい。
【００１６】
なお、温度センサとしてサーミスタやサーモパイルを例に挙げて説明したが、これらの代わりに、他の温度センサを用いることができる。なお、その場合の取り付け方法としては、コンデンサに当接するように接着してもよいし、コンデンサに近接して非接触で配置してもよい。
たとえば、熱電対を用いる場合は、サーモパイルと同様に同極同士を直列に接続して用いる。取り付け方は、センサ部をコンデンサに向けて取り付ける。望ましくは、コンデンサ表面を黒色にし、その部分の温度を測るようにする。これは、熱電対の感度がサーモパイルなどに比べて劣るため、温度を検出しやすくするためである。コンデンサに故障がない状態では、どのコンデンサ温度も同じでその起電力も同じであり、同極同士を接続することで、値が相殺されてほぼ０の値を示す。何れかのコンデンサが短絡すると、故障したコンデンサに流れる電流値が大きくなり、その温度が大きく上昇し、そのコンデンサに取り付けた熱電対の起電力が大きく上昇し、直列接続した全体の起電力が＋か−に大きく変化し、異常を検知することができる。
また、焦電センサの場合は、温度変化があるときのみセンサー出力が発生するため、サーモパイルや熱電対とは異なり、異極同士を直列に接続する。このセンサーは、温度変化があるときのみセンサー出力が発生するため、コンデンサに故障がない状態では、どのコンデンサ温度も変化なく、センサー出力は０である。何れかのコンデンサが短絡すると、故障したコンデンサに流れる電流値が大きくなり、その温度が大きく上昇し、そのコンデンサに取り付けた焦電センサの出力が発生し、直列接続したセンサ全体の出力が得られ、異常を検知することができる。
また、ＰｂＳ素子やＩｎＧａＡｓ素子等の光起電力タイプの光電素子もサーモパイルや熱電対と同様に同極同士を直列に接続する。取り付け方や、機能についてもサーモパイルや熱電対と同様である。
さらに、バイメタル、温度ヒューズ、磁気式温度スイッチについては、サーミスタと同様に、直列に接続する。コンデンサに故障がない状態では、低い抵抗値を示し、何れかのコンデンサが短絡すると、故障したコンデンサに流れる電流値が大きくなり、その温度が大きく上昇する。そのコンデンサに取り付けたセンサは、オープンとなり、抵抗値が非常に大きく上昇し、直列接続した全体の抵抗が大きく上昇し、異常が検知できる。
そして、光ファイバー式温度センサを用いる場合、光ファイバーセンサはライン長の部位別温度が測定できるため、１本の光ファイバーで、全てのコンデンサに接触させて使用する。コンデンサに故障がない状態では、全ての光ファイバーラインで一定温度以下を示し、何れかのコンデンサが短絡すると、故障したコンデンサに流れる電流値が大きくなり、その温度が大きく上昇し、部分的に高温を示す。一定温度以上に上昇すれば、異常を検知することができる。
【００１７】
また、上述の各コンデンサモジュールにはコンデンサとして積層セラミックコンデンサが用いられているが、この発明にかかるコンデンサモジュールには積層セラミックコンデンサ以外のコンデンサが用いられてもよい。
【００１８】
また、図１に示すコンデンサモジュール１０では、検知電極１８ａおよび１８ｂ間において、サーミスタ２４ａ〜２４ｄが、サーミスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄの順に直列に接続されているが、サーミスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｄ、２４ｃの順やサーミスタ２４ａ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｂの順などどの順に直列に接続されてもよい。
同様に、図３に示すコンデンサモジュール１０でも、検知電極１８ａおよび１８ｂ間において、サーモパイル２５ａ〜２５ｄが、サーモパイル２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの順に直列に接続されているが、サーモパイル２５ａ、２５ｂ、２５ｄ、２５ｃの順やサーモパイル２５ａ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｂの順などどの順に直列に接続されてもよい。
【００１９】
さらに、上述の各コンデンサモジュールには２つのコンデンサを直列に接続したコンデンサ直列接続群を２群並列に接続した複数のコンデンサが用いられているが、この発明にかかるコンデンサモジュールには、そのような複数のコンデンサ以外であって２つ以上のコンデンサを直列に接続したコンデンサ直列接続群を２群以上並列に接続した複数のコンデンサや２つ以上のコンデンサを並列に接続したコンデンサ並列接続群を２群以上直列に接続した複数のコンデンサなどが用いられてもよい。
【００２０】
【発明の効果】
この発明によれば、コンデンサを複数個直列接続したコンデンサ直列接続群を複数列並列に接続したコンデンサ群のように、一部のコンデンサに故障が発生しても故障が発見し難い構造において、各コンデンサ毎に温度センサを配置しているので、直ちに故障を検出することができる。
また、各温度センサは直列に接続され、１つの検知回路を構成しているので、どのコンデンサに故障による温度上昇が生じても、確実に異常を検出することができる。また、検知回路が１つであるためシンプルな構造にすることができ、たとえば、検知した結果を表示する装置等も１つで済む。
さらに、各温度センサは、コンデンサ群には直接接続されておらず、別回路で構成されるため、コンデンサ群に影響を与えることなく、正確に故障を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかるコンデンサモジュールの一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示すコンデンサモジュールの回路図である。
【図３】この発明にかかるコンデンサモジュールの他の例を示す斜視図である。
【図４】この発明の背景となる従来のインバータ装置の一例を示す回路図である。
【図５】従来のコンデンサモジュールの一例を示す平面図である。
【図６】図５に示すコンデンサモジュールに用いられる１つのコンデンサ部分の回路図である。
【符号の説明】
１０　コンデンサモジュール
１２　基板
１４ａ、１４ｂ　入出力電極
１６ａ、１６ｂ　接続電極
１８ａ、１８ｂ　検知電極
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ　引出し電極
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ　積層セラミックコンデンサ
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ　サーミスタ
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ　サーモパイル
２６　接着剤

Claims

コンデンサを複数個直列接続したコンデンサ直列接続群を複数列並列に接続したコンデンサ群を有するコンデンサモジュールであって、
温度センサが前記各コンデンサのそれぞれに当接または近傍して設けられ、
前記全ての温度センサは直列に接続され、１つの検知回路を構成した、コンデンサモジュール。