JP4457627B2 - ヒューズ付きコンデンサモジュール - Google Patents
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Description
そこで、このような問題の発生を防止するため、ヒューズ機能を備えた積層セラミックコンデンサが提案されている。
この積層セラミックコンデンサは、セラミック積層体(セラミック素子)51中に、複数の内部電極層52a,52bがセラミック層53を介して互いに対向するように積層され、かつ、セラミック層53を介して互いに対向する内部電極層52a,52bが交互にセラミック積層体(セラミック素子)51の逆側の端面に引き出されて、該端面に形成された外部電極54a,54bに接続された構造を有する積層セラミックコンデンサである。そして、この積層セラミックコンデンサにおいては、内部電極層52a,52bの一部(引き出し部)60の平面面積を小さくすることにより、過電流が流れたときに溶断する機能を果たすヒューズ部55が形成されている(例えば、特許文献1参照)。
この積層セラミックコンデンサは、外部電極の一部あるいは全部が、内部電極より低融点でかつ融解時には絶縁物になる金属で構成され、リード線は外部電極の融解しない場所に取り付けられて一体化された積層セラミックコンデンサであって、図15(a),(b),(c)に示すように、セラミック積層体(セラミック素子)51の内部には、互いに逆側に引き出される内部電極52a,52b(図15(c))、および内部電極52a,52bとは引き出し方向が異なる内部電極62(図15(b))が積層されている。そして、セラミック積層体51の一対の端面には内部電極52a,52bがそれぞれ接続される外部電極54a,54bが形成され、この外部電極54a,54bの融解しない位置にはリード線58,59が接続されている。
また、セラミック積層体51の中央部には外部電極55が形成され、この外部電極55は内部電極62と接続されている。また、セラミック積層体(セラミック素子)51の表面には、外部電極54bと、外部電極55とを接続するヒューズ56素子が配設された構造を有している(例えば、特許文献2参照)。
また、ヒューズ部は断面積が小さく、抵抗も大きいため、通常使用時の通電電流が大きいシステムでは、通常使用時の発熱も大きくなる。
さらに、ヒューズ部が複雑な構造になると、内部に応力が発生し、デラミネーションなどの欠陥を引き起こす要因ともなる。
(1)故障時の直流短絡大電流を、所定時間内に確実に遮断できるようにすること。
(2)通常使用時の最大負荷電流(リップル電流)通電時に、ヒューズが溶断しないこと。
(3)ヒューズ動作時に周辺に重大な影響(異常発熱、破片や導電性物質の飛散、流出など)を与えないこと。
(4)一部のコンデンサに故障が発生した場合に、故障品のみを電気的に切り離し、残りのコンデンサで少なくとも必要最低限の平滑作用を維持できること。
すなわち、上記課題を解決するためには、通常使用時の電流(比較的大きな負荷電流)ではヒューズ素子が溶断せず、故障時にはヒューズ素子が瞬時に溶断するという、ヒューズ機能として相反する性能を要求されるが、本発明では、かかる課題を解決するため、以下の構成を採用している。
基板と、
前記基板の表面に配設された一対の入出力電極と、
前記基板の表面であって前記入出力電極と同一面上に配設された複数の接続用電極と、
前記入出力電極の−方に電気的に接続され、かつ、前記接続用電極に一対一で電気的に接続されるようにして、前記基板上に配設された複数のコンデンサと、
前記入出力電極の一方とは電気的に隔離され、かつ、前記入出力電極の他方に電気的に接続され、かつ、前記接続用電極に一対一で電気的に接続されるようにして、前記基板上に配設された複数のヒューズ素子と、
を備え、
各前記コンデンサが各前記ヒューズ素子に直列に接続された状態で、前記複数のコンデンサが前記入出力用電極に対して並列に接続されており、
前記コンデンサは一対の金属端子を有し、
前記金属端子は、複数に分割された状態で前記入出力電極の一方および前記接続用電極に電気的に接続され、
前記ヒューズ素子は、複数に分割された状態で前記入出力電極の他方および前記接続用電極に電気的に接続されていること
を特徴としている。
基板と、
前記基板の表面に配設された一対の入出力電極と、
前記入出力電極の一方および他方に電気的に接続されるようにして、前記基板上に配設された複数のコンデンサと、
を備え、
前記複数のコンデンサが前記入出力用電極に対して並列に接続されており、
前記コンデンサは一対の金属端子を有し、
前記金属端子は、複数に分割された状態で前記入出力電極の一方および他方に電気的に接続され、
分割された前記金属端子の各中間部がヒューズ素子として機能すること
を特徴としている。
さらに、ヒューズ素子の耐電流容量を小さくすることにより、故障時に流れる直流電流で瞬時にヒューズを溶断することが可能になる。
なお、本発明においては、コンデンサとして、例えば、種々の積層セラミックコンデンサを用いることが可能であり、その具体的な構成に特別の制約はない。
また、本発明においては、各コンデンサ、ヒューズ素子などが配設される基板として、ガラエポ、アルミナなどの種々の基板を用いることが可能であり、その種類に特別の制約はない。
定格電圧:10V〜630V
静電容量:10μ〜2000μF
通常通電電流:1A〜300A
故障時短絡電流:100A〜3000A
ただし、場合によっては上記範囲を超える条件でも使用することが可能である。
また、ヒューズ素子を分割して細線化することにより、故障時に充電された電荷を放出する際の電荷放出エネルギー(放電電流)によって、ヒューズ素子を切断することが可能となる。したがって、故障電流と放電電流の両方によってさらに短時間でヒューズ素子を断線することが可能になり、信頼性をさらに向上させることが可能になる。
すなわち、故障電流を短時間で遮断するためには、ヒューズ素子の断面積を小さくすることが必要であり、通常電流時のヒューズ素子の不要な溶断を防止するためには、断面積を大きくすることが必要になるが、個々のコンデンサに直列に接続されたヒューズ素子を複数に分割することにより、ヒューズ素子の設計の自由度を向上させることが可能になり、バランスのとれた条件で設計を行うことが可能になる。
このヒューズ付きコンデンサモジュールは、車載インバータシステムの平滑コンデンサとして以下の条件で使用されるものである。
バッテリー電圧:DC250V
短絡故障電流:300A
最大負荷時リップル電流:100A
静電容量:160μF
また、コンデンサ2の他方の端子12bは基板1の表面に形成された接続用電極4に接続されている。
また、ヒューズ素子10は金属ワイヤ10aを用いて形成されているため、構造が簡潔で、コストの増大を抑制することができる。
図3に示すように、DC300A(開放電圧:230V)の大電流を約80msecで遮断することができた。なお、このとき、周辺へのヒューズ素子構成材料の飛散や、焼損などの発生は認められなかった。
図4に示すように、ヒューズ素子を絶縁樹脂でモールドしていない場合には、ヒューズ溶断時間:30msec、アーク放電時間:150msecで、アーク放電が長く続いているのに対して、図5に示すように、ヒューズを絶縁樹脂でモールドした場合にはヒューズ溶断時間:47msec、アーク放電時間:0.5msecで、アーク放電が瞬時に終了することがわかる。
なお、この試験に供した試料(ヒューズ付きコンデンサモジュール)の静電容量を150μF、バッテリー電圧を250Vとした場合、静電エネルギーは、
E=(1/2)CV2=4.7[J]
となる。
図8(a)のヒューズ付きコンデンサモジュールは、上記実施例1と同様の構成で、金属ワイヤ10aによるヒューズ素子10をコンデンサ2と基板1の間に配設したものである。また、このヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、図8(a)に示すように、一対の電極(入出力電極)3a,3bのうちの他方の電極3bが接続用電極4と一方の電極3aの間の、平面的にコンデンサ2と重なる位置に形成されている。
なお、図8(a)において図2と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。
図8(b)のヒューズ付きコンデンサモジュールは、上記実施例1と同様の構成で、金属ワイヤ10aによるヒューズ素子10を基板1の裏面側に配設したものであり、このヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、図8(b)に示すように、ヒューズ素子10および一対の電極(入出力電極)3a,3bのうちの他方の電極3bが、平面的にコンデンサ2と重なる位置に形成されている。
なお、図8(b)において図2と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。
なお、図10および図11において、図9(a),(b)と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。
なお、図12および図13において、図9(a),(b)と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。
したがって、本発明は、自動車エアコン用コンプレッサのモーターや電気自動車の駆動用モーターのような車載インバータの一次側平滑コンデンサなどの、通常使用の電流が比較的大きい用途に用いられるヒューズ付きコンデンサモジュールに好適に利用することができる。
2 コンデンサ(積層セラミックコンデンサ)
3a,3b 入出力電極
4 接続用電極
10 ヒューズ素子
10a 金属ワイヤ(ニッケルワイヤ)
11 絶縁樹脂(モールド樹脂)
12a,12b 金属端子(端子)
13 保持部材
20 金属端子の一部(中間部)
21 金属端子に形成された貫通穴
22 狭幅部
C コンデンサ
Rs ショート抵抗
Rw ヒューズ抵抗
SW スイッチ
Claims (5)
- 基板と、
前記基板の表面に配設された一対の入出力電極と、
前記基板の表面であって前記入出力電極と同一面上に配設された複数の接続用電極と、
前記入出力電極の−方に電気的に接続され、かつ、前記接続用電極に一対一で電気的に接続されるようにして、前記基板上に配設された複数のコンデンサと、
前記入出力電極の一方とは電気的に隔離され、かつ、前記入出力電極の他方に電気的に接続され、かつ、前記接続用電極に一対一で電気的に接続されるようにして、前記基板上に配設された複数のヒューズ素子と、
を備え、
各前記コンデンサが各前記ヒューズ素子に直列に接続された状態で、前記複数のコンデンサが前記入出力用電極に対して並列に接続されており、
前記コンデンサは一対の金属端子を有し、
前記金属端子は、複数に分割された状態で前記入出力電極の一方および前記接続用電極に電気的に接続され、
前記ヒューズ素子は、複数に分割された状態で前記入出力電極の他方および前記接続用電極に電気的に接続されていること
を特徴とする、ヒューズ付きコンデンサモジュール。 - 前記入出力電極の他方は、前記入出力電極の一方と前記接続用電極との間に配設されており、前記ヒューズ素子は、前記コンデンサと前記基板との間の、平面的に前記コンデンサと重なる位置に配設されていることを特徴とする、請求項1に記載のヒューズ付きコンデンサモジュール。
- 基板と、
前記基板の表面に配設された一対の入出力電極と、
前記入出力電極の一方および他方に電気的に接続されるようにして、前記基板上に配設された複数のコンデンサと、
を備え、
前記複数のコンデンサが前記入出力用電極に対して並列に接続されており、
前記コンデンサは一対の金属端子を有し、
前記金属端子は、複数に分割された状態で前記入出力電極の一方および他方に電気的に接続され、
分割された前記金属端子の各中間部がヒューズ素子として機能すること
を特徴とする、ヒューズ付きコンデンサモジュール。 - 前記ヒューズ素子が、金属ワイヤ、金属端子、基板上に配設された金属パターンおよび導電性樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のヒューズ付きコンデンサモジュール。
- 前記ヒューズ素子が絶縁樹脂によりモールドされていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のヒューズ付きコンデンサモジュール。
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