JP2019009201A - コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサの冷却性能を向上する。【解決手段】真空容器２内に固定電極３と可動電極４を対向配置した真空コンデンサ１である。真空容器２は、絶縁性の円筒部５を固定側端板兼固定電極取付導体６と可動側端板７で閉塞して形成する。可動電極４に可動リード９を設け、可動リード９を介して可動電極４を真空容器２の軸線方向に移動させる。可動リード９を可動側端板７を貫通して備え、可動リード９の外周側であって可動側端板７の内側にベローズ１０を備える。可動側端板７と可動電極４（可動電極取付導体８）との間にベローズ１１を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサに関する。特に、真空コンデンサの冷却構造に関する。

図３に示すように、従来技術に係る真空コンデンサ１６は、真空容器２内に組み込まれた一対の電極（固定電極３および可動電極４）を備える。そして、固定電極３に備えられた径の異なる複数の円筒状電極板Ｆ₁、Ｆ₂、…、Ｆ_nの間隙内に、可動電極４に備えられた径の異なる複数の円筒状電極板Ｍ₁、Ｍ₂、…、Ｍ_nを非接触に挿入して静電容量が形成される。

真空容器２は、セラミックス等により形成された絶縁性の円筒部５を固定側端板兼固定電極取付導体６と可動側端板７で閉塞して形成される。可動電極４には可動リード９の一端が設けられる。可動リード９の他端には静電容量調節部１２が設けられ、真空容器２の外部から可動電極４を真空容器２の軸線方向に移動可能となっている。また、可動リード９の外周部であって可動側端板７内部にはベローズ１０が設けられており、真空容器２の真空を保ったまま可動リード９が真空容器２の軸線方向に移動可能となっている。

真空コンデンサ１６を使用する際、電流を流すため内在する電極で発熱が生じる。固定タイプの真空コンデンサであれば、電極が接合されているため、フランジ（端板）を冷却することで対応できる。

特開平０８−０９７０８７号公報

静電容量可変タイプのコンデンサでは、可動電極はベローズを介して容器奥に存在するため、可動電極を直接冷却することが困難である。また、可動電極を流れる電流は、ベローズを流れ、ベローズ自体も発熱する。したがって、静電容量可変タイプのコンデンサは、通電により温度が上昇しやすい。

本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、コンデンサの冷却性能の向上に貢献する技術を提供することを目的としている。

上記目的を達成する本発明のコンデンサの一態様は、
絶縁性の円筒部の一端側に固定側端板、他端側に可動側端板が設けられた容器と、
該容器内に設けられる固定電極と、
前記固定電極と向かい合って前記容器内に配置される可動電極と、
前記可動電極に設けられ、前記可動電極を前記容器の軸線方向に移動させる可動リードと、
該可動リードの外周側であって前記可動側端板の内側に設けられ、前記容器の気密性を保った状態で前記可動リードの移動を可能とする第１ベローズと、
前記可動側端板と前記可動電極との間であって、前記第１ベローズと同軸とならないように、少なくとも１つ備えられる第２ベローズと、を備えたことを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明のコンデンサの他の態様は、上記コンデンサにおいて、
前記可動側端板の前記第２ベローズ接続部に孔が形成された、ことを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明のコンデンサの他の態様は、上記コンデンサにおいて、
前記第２ベローズは、前記可動リードの軸を中心とした周上に設けられる、ことを特徴としている。

以上の発明によれば、コンデンサの冷却性能が向上する。

（ａ）本発明の実施形態に係る真空コンデンサの断面図、（ｂ）本発明の実施形態に係る真空コンデンサの上面図である。 本発明の実施形態に係る真空コンデンサの冷却例を示す断面図である。 従来技術に係る真空コンデンサの断面図である。

本発明の実施形態に係るコンデンサについて、図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る真空コンデンサ１は、真空容器２内に固定電極３と可動電極４を対向配置して構成される。

真空容器２は、例えば、セラミックス等により形成された絶縁性の円筒部５を固定側端板兼固定電極取付導体６と可動側端板７とで閉塞して形成される。

固定電極３は、板状の固定電極取付導体６の内側に、径（半径）の異なる複数の円筒状電極板Ｆ₁、Ｆ₂、…、Ｆ_nを同心円状に一定間隔をもって取り付けて形成される。

可動電極４は、固定電極３の各電極板Ｆ₁、Ｆ₂、…、Ｆ_nの間隙内に、非接触状態で挿出入できるように、径の異なる複数の円筒状電極板Ｍ₁、Ｍ₂、…、Ｍ_nを板状の可動電極取付導体８に設けて形成される。

可動電極取付導体８の円筒状電極板Ｍ₁、Ｍ₂、…、Ｍ_nが設けられた面と反対側の面には、可動リード９が設けられる。可動側端板７の可動リード９貫通部には、ベローズ１０が設けられる。また、可動電極取付導体８と可動側端板７との間にはベローズ１１が設けられる。

可動リード９は、可動側端板７を貫通して設けられた軸受（図示せず）に回動不能で上下動自在に支承され、真空容器２の外部から可動電極４を真空容器２の軸線方向に移動させる。可動リード９の一端は、可動電極取付導体８に接続される。可動リード９の他端は、可動側端板７を挿通して設けられており、この端部に静電容量調節部１２が設けられる。

ベローズ１０は、可動リード９の外周側であって可動側端板７の内側に設けられる。ベローズ１０の一端は可動側端板７とろう付けされ、他端側は可動電極取付導体８にろう付けされる。可動側端板７の可動リード９貫通部を覆うようにベローズ１０を設けることで、真空容器２の真空を保った状態で、可動リード９を真空容器２の軸線方向に移動させることができる。

ベローズ１１は、例えば、図１（ｂ）に示すように、可動リード９の周りに４つ備えられる。ベローズ１１は蛇腹構造を有する伸縮管であり、一端が可動側端板７に接続され、他端が可動電極取付導体８に接続される。可動側端板７のベローズ１１接続部には孔７ａが形成されており、この孔７ａ（およびベローズ１１）を通して可動電極取付導体８を直接冷却できるようになっている。この孔７ａを覆うようにベローズ１１を設けることで、真空容器２の真空を保った状態で、可動電極４および可動リード９を真空容器２の軸線方向に移動させることができる。なお、ベローズ１１は、ベローズ１０と同軸とならない位置に少なくとも１つ以上備えればよく、真空コンデンサ１の使用時の発熱に応じてその最適な数が選択される。また、ベローズ１１において必要な冷却性能が得られるようにベローズ１１の位置や大きさが選択される。また、ベローズ１１を可動リード９の軸を中心とした周上に等間隔に配置することで、真空容器２の内外の圧力差により生じる自閉力の偏りが低減される。

静電容量調節部１２は、可動リード９の端部に取り付けられる静電容量調整ねじ１３と、静電容量調整ねじ１３が支持されるねじ受部１４により構成される。

静電容量調整ねじ１３の一端には、可動リード９の端部に形成されたねじ部９ａにねじ込んで取り付けられるねじ部１３ａが形成され、他端には、静電容量調整ねじ１３を回動させるモータ等が接続される操作部１３ｂが備えられる。

ねじ受部１４は、可動側端板７に取り付けられる。静電容量調整ねじ１３は、ねじ受部１４にスラストベアリング（図示せず）を介して回転自在に取り付けられる。

静電容量調整ねじ１３の操作部１３ｂを手動またはモータ等で回転することで、静電容量調整ねじ１３の回転に応じて可動リード９がその軸線方向に移動する。この可動リード９の移動に応じて可動電極４が真空容器２の軸線方向に移動する。このように可動リード９を介して固定電極３と可動電極４の対向する面積が調節されることで、真空コンデンサ１の静電容量が所定の値に調節される。

なお、図示省略しているが、固定電極取付導体６の固定電極軸心部にガイドピン（または、ガイド部）を設け、可動電極取付導体８の可動電極軸心部にガイドピンを挿入して案内するガイド部（または、ガイドピン）を設けることもできる。これらガイドピンおよびガイド部は、必ずしも必要なものではないが、ガイドピンおよびガイド部を設けることで可動電極４を摺動する際の精度を向上させることができる。

図２に、真空コンデンサ１の冷却態様の一例を示す。この例では、ベローズ１１内にヒートシンク１５を設け、このヒートシンク１５で可動電極取付導体８およびベローズ１１を冷却している。このように、ベローズ１１にヒートシンク１５等の冷却手段を備えることで、可動電極取付導体８やベローズ１１を直接冷却することが可能となり、可動電極取付導体８やベローズ１１の冷却効率が向上する。なお、可動電極取付導体８やベローズ１１の冷却手段は、ヒートシンク１５だけでなく、空冷、水冷、油冷等の様々な冷却手段を適用することができる。

以上のような本発明の実施形態に係る真空コンデンサ１によれば、真空コンデンサ１の冷却性能を向上させることができる。

また、ベローズ１１を通して可動電極近傍（具体的には、可動電極取付導体８）を露出させることで、発熱部位である可動側電極近傍とベローズ１１の両方に対して、空冷、水冷、油冷等の様々な冷却手段をとることができる。

また、通電用のベローズ１１を複数備えることで、一つあたりの通電量を減らし、発熱を抑えることができる。その結果、ベローズ１１（およびベローズ１０）の寿命を延ばすことが可能となる。また、可動リード９付近に備えられたベローズ１０以外のベローズ１１で、可動側電極近傍および通電中のベローズ１１を直接冷却できる。その結果、真空コンデンサ１の冷却性能が向上し、特に、真空コンデンサ１を大電流用途に好適に用いることができる。

また、図３に示すような単一のベローズ１０を備えた真空コンデンサ１６よりも複数のベローズ１０、１１を備える真空コンデンサ１の方が、ベローズ表面積が同じ場合の自閉力を小さくすることができる。これは、複数のベローズ１０、１１を備えることで、大気と接する可動電極取付導体８の面積を小さくすることができるためである。

自閉力は、真空容器２内外の差圧により生じ、可動電極支持部の鉛直方向に対して働く力であり、自閉力を小さくすることで可動部（可動電極４や可動リード９）を動かすモータのトルクを小さくすることができる。つまり、本発明の実施形態に係る真空コンデンサ１は、複数のベローズ１０、１１を備えることで、ベローズ１０、１１の表面積を増やして冷却効率を向上させるとともに、大気と接する可動電極取付導体８の面積の増加を抑えることができる。その結果、同じ大きさの自閉力が働く場合において、単一のベローズ１０を備えた真空コンデンサ１６と比較して表面積が増加した分だけ冷却効率を向上させることができ、より大きな電流を流すことができるようになる。

なお、図３に示した真空コンデンサ１６のベローズ１０の径を大きくしてベローズ１０表面積を増やした場合、複数のベローズ１０、１１を備えて同じ表面積分増加させた場合と比較して大気と接する可動電極取付導体８の面積が増加し、自閉力が大きくなると考えられる。

以上、具体的な実施形態を示して本発明のコンデンサについて説明したが、本発明のコンデンサは、実施形態に限定されるものではなく、その特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、設計変更されたものも、本発明の技術的範囲に属する。

例えば、実施形態の説明では、真空コンデンサを例示しているが、真空コンデンサ以外にも、ガス封入コンデンサにも適用できる。

また、実施形態の説明では、円筒状電極板が同心円状に配置された電極形状の真空コンデンサを例示して説明したが、真空コンデンサの電極形状に制限はなく、例えば、渦巻電極等であってもよい。

また、ベローズ１０またはベローズ１１を二重構造（二重ベローズ）とすることで、ベローズ１０、１１の耐圧性が向上する。この場合、冷却媒体が接触するのは大気側のベローズとなり、真空容器２側のベローズは間接的に冷却されることとなる。

また、可動側端板７に孔７ａを形成せずにベローズ１１を設けることで、孔7ａがある場合にくらべ真空コンデンサ１の冷却性能は下がるが、通電性能はそのままで、自閉力を低減する効果を得ることができる。

１…真空コンデンサ（コンデンサ）
２…真空容器（容器）
３…固定電極
４…可動電極
５…円筒部
６…固定電極取付導体（固定側端板）
７…可動側端板
８…可動電極取付導体
９…可動リード
９ａ…ねじ部
１０…ベローズ（第１ベローズ）
１１…ベローズ（第２ベローズ）
１２…静電容量調節部
１３…静電容量調整ねじ
１３ａ…ねじ部、１３ｂ…操作部
１４…ねじ受部
１５…ヒートシンク
Ｆ₁、Ｆ₂、…、Ｆ_n…円筒状電極板
Ｍ₁、Ｍ₂、…、Ｍ_n…円筒状電極板

Claims (3)

1. 絶縁性の円筒部の一端側に固定側端板、他端側に可動側端板が設けられた容器と、
   該容器内に設けられる固定電極と、
   前記固定電極と向かい合って前記容器内に配置される可動電極と、
   前記可動電極に設けられ、前記可動電極を前記容器の軸線方向に移動させる可動リードと、
   該可動リードの外周側であって前記可動側端板の内側に設けられ、前記容器の気密性を保った状態で前記可動リードの移動を可能とする第１ベローズと、
   前記可動側端板と前記可動電極との間であって、前記第１ベローズと同軸とならないように、少なくとも１つ備えられる第２ベローズと、を備えたことを特徴とするコンデンサ。
2. 前記可動側端板の前記第２ベローズ接続部に孔が形成された、ことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
3. 前記第２ベローズは、前記可動リードの軸を中心とした周上に設けられる、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンデンサ。

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