JPH0257691B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ハウジング内に複数の巻いたコンデ
ンサ区分を有し且つそれらコンデンサ区分と外部
端子との間を相互接続した電力コンデンサに関す
るものである。

〔従来の技術〕

電力コンデンサは、様々な環境条件及び回路動
作条件にて長寿命であるようにされいる。電力コ
ンデンサの性能及び種々な条件のもとで多年に亘
つて良好に動作しうる能力は多くの要因によつて
影響を受ける。これらの要因のすべては、最低の
価格で最高の性能を得るために価格に関連して考
慮されねばならない。このため、価格を不当に増
大せずに最高の性能を得るためには、可能な限り
最良の方法で材料を使用するように注意しなけれ
ばならない。

電力コンデンサは、通常、外部へ延びる端子を
有した共通ハウジング内に設けた複数の巻いたコ
ンデンサ区分で構成されている。コンデンサ区分
の各々は、一対の箔電極と、これら箔電極間の複
数の固体誘電体材料シートとを有している。種々
な理由のため、電力コンデンサにおいては、従来
使用されていたようなコンデンサ紙や紙とフイル
ムとの複合材よりも、プラスチツクフイルム材料
のみからなる固体誘電体材料が有利になつてきて
いる。特に本発明の適用されるこの型のコンデン
サに関しての重要な２つの点は、各コンデンサ区
分の形成方法と、それらのコンデンサ区分を互い
に且つ装置の端子に接続する方法とである。

コンデンサにおける「占積率」は、１つのコン
デンサ区分における一対の箔電極間の距離とそれ
らの箔電極間の１つ以上の固体誘電体材料シート
の厚さの和との比として定義される。箔電極の間
の体積の全体を固体誘電体材料が満たしている場
合には占積率が１である。１より小さい占積率
は、勿論、不可能である。実際問題として多く
合、本発明に関する型の実際のコンデンサの占積
率は常に１より幾分大きい。例えば、1.30の占積
率は、例えば各シートが同じ厚さの２層誘電体の
場合に各シートの厚さをＹとすると2Yとされる
誘電体シートの厚さの和で電極間の距離Ｘを除し
たものが1.3であることを示しており、又は、距
離Ｘが層厚さの和より30％だけ大きいことを示し
ている。従来技術による代表的数値例を示すと、
箔電極が約1.82ミルの距離Ｘだけ離間され、各厚
さＹが約0.70ミルである２つのポリプロピレンフ
イルムシートで固体誘電体材料を形成する場合に
は、占積率は約1.30である。

実際上は、この種の電力コンデンサは、実質的
に完全に液体誘電体で含浸される。これは、構造
体中に空洞即ちボイドがないようにするためであ
る。こゝで占積率を論じるときには、それは、含
浸して仕上げられたコンデンサに対するものであ
る。占積率は、含浸前と後とで場合によつては異
なる。何故ならば、ある含浸材料は内部に吸収さ
れフイルム型の誘電体材料を膨張させてしまうこ
とがあるからである。

所定の材料及び含浸条件に対しての占積率の値
は、特定の数及び厚さのシート材料、すなわち電
極箔及び誘電体シートの巻回、その巻回中の張力
の制御及び平らにした巻回区分の重ね合せ体の最
終プレス寸法によつて決定される。

例えば、所定の材料について占積率をある量だ
け、例えば、1.20から1.30までに増大させるため
には、通常、仕上げ装置において所定のスペース
を占める仕上げ区分の巻回数を減ずる必要があ
る。このような設計上の調整は、この種のコンデ
ンサ区分を設計し製造するのに習熟した当業者に
は明らかである。

本発明において問題としている占積率は、完成
した区分をほどきシート材料の巻回数を数え、こ
れらのシート材料の厚さを測定するような既知の
方法によつて決定されうる。最終的に堆積された
組合せ体の代表的な区分における電極箔間のスペ
ースは、ほどかれた区分を測定して決定した電極
材料の全厚みだけ仕上り装置の区分の厚さを減ず
ることによつて算出される。誘電体シートの集合
厚さは、電極箔間にある誘電体シートの巻回数及
びこれらシート材料の測定厚さから算出される。
占積率は、電極箔の間の算出距離と誘電体材料の
算出厚さとの比から算出される。１つの区分の中
間部分における諸寸法によつて決定された数値
は、所定区分の平均占積率として信頼性がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

占積率の許容範囲は、コンデンサの現在の製法
では制限されている。占積率が小さいことは、所
定の容量及び無効電力定格に対して体積をより小
さくすることができるという効果が得られるにも
かかわらず、望ましくないと考えられている。絶
縁耐力、従つてコンデンサの耐電圧は、占積率を
小さくすると相当に減じられてしまう。このこと
は、誘電体シート材料に接触する箔電極の縁部に
て特に重要である。何故ならば、縁部では電界が
集中するからである。占積率が小さいと、低温ス
イツチング特性をも低下させがちである。ある気
候において、コンデンサは、約−40℃の如き極端
に低い温度にさらされる。このような低温でのス
イツチング、特に、頻繁なスイツチングによつて
破壊を生じてしまうことがある。これは、固体誘
電体材料も液体含浸材料もないボイドの形成及び
コンデンサ内の材料の収縮のためであると考えら
れている。全誘電体フイルムからなる低占積率の
コンデンサ巻回の一般的な問題は、含浸がより難
しくなるということである。すなわち、液体合浸
材料がコンデンサ区分内に浸透しにくく誘電体シ
ート材料の各表面上に液体層を形成しにくくな
る。

一般的に、より高い占積率でよりゆるく巻回す
ることにより上述の問題は解消される。何故なら
ば、十分に含浸し易くなるからである。しかし、
コンデンサ区分を互いに且つ装置端子と相互接続
するために電極箔と接触するタブと称する圧接コ
ンタクトを使用するときには、高占積率とすると
非常に不利となる。タブがコンデンサ区分内にし
つかりと保持されるように占積率を十分に低くす
る場合でも、特にコンデンサ放電中に高電流密度
が生ずるときには、なおもアークが発生し易いこ
とが見出されている。このようなアークの発生
は、時にはコンデンサ装置を短絡させてしまう程
度までその誘電体を劣化させてしまうことがあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、第１及び第２の端子が貫通し
たハウジング内に複数の巻きコンデンサ区分を備
えた電力コンデンサであつて、各前記コンデンサ
区分は、第１及び第２の箔電極と、本質的にプラ
スチツクフイルム材料から成る１つ以上の誘電体
材料シートとを備え、該誘電体材料シートは前記
箔電極の間で各箔電極の両側に位置し、前記一対
の箔電極は各々の前記コンデンサ区分内で互いに
且つ前記誘電体材料シートから横方向にずれてい
て、第１の箔電極が前記コンデンサ区分の第１の
端で前記誘電体材料シートの縁から延長した第１
の縁部及び前記誘電体材料シートのうち２つの誘
電体材料シート間に閉じ込められた第２の縁部を
備え、第２の箔電極が前記コンデンサ区分の第２
の端で前記誘電体材料シートの縁から延長した第
１の縁部及び前記誘電体材料シートのうち２つの
誘電体材料シート間に閉じ込められた第２の縁部
を備え、前記第１の電極の前記延長した第１の縁
部及び前記第２の電極の前記延長した第１の縁部
は前記コンデンサ区分内の前記電極の略々全長に
亙つて延び、前記複数のコンデンサ区分はそれら
の端を略々整列させた状態で前記ハウジング内に
堆積され、前記コンデンサ区分のそれぞれの内部
を含めた前記ハウジング内の空間は液体誘電体含
浸材料で略々満たされており、前記コンデンサ区
分の前記箔電極を互いに且つ前記端子に選択的に
接続させる接続装置が設けられ、前記接続装置
は、前記コンデンサ区分の前記堆積体の端面上に
設けられ前記電極の延長縁部と実質的に接触する
溶着金属領域と、該溶着金属領域の或るものと前
記端子との間に接続された導電性リードとを備
え、前記コンデンサ区分のそれぞれの前記第１及
び第２の電極の第２の縁部はそれぞれ、丸められ
滑らかになつており、前記コンデンサ区分のそれ
ぞれの占積率はその中間部分において1.25乃至
1.35である電力コンデンサが得られる。

本発明は、占積率が比較的に高く、好ましく
は、約1.30となりうるようにし且つ極端に低い温
度及び頻繁なスイツチング等の予想される全条件
に亘つて良好な性能を与えるように諸要素を組み
合せることにある。本発明のコンデンサ区分は、
比較的に高い値の占積率を有する巻いたコンデン
サ区分の全フイルム誘電体を有する箔電極を備え
たことを特徴としている。導電性タブは設けられ
ていない。その代りに、箔を延長させた構造が採
用されており、各箔は、ずらされていてその区分
の各端部から延長しており、それら箔への接続は
その区分の端部に亘る溶融ハンダ層の如き溶着金
属によつてなされる。この溶着金属は、少なくと
も約30％というような区分の端面のかなりの領域
を占めており、従つて、導通タブを使用した場合
のように含浸不良となつたり望ましくないアーキ
ング状態が生じたりしない信頼性のある装置とな
る。本発明によれば、含浸を確実に行なえるよう
な満足な占積率を得る上での従来の難しさは避け
られる。何故ならば、本発明によれば、導電性タ
ブによる導通を良好なものとするために占積率を
低くする必要がないからである。

従来、或るコンデンサでは延長箔構造をとつて
いた。このようなコンデンサとしては、紙誘電体
を使用しているものや、紙フイルム誘電体を使用
しているものが知られている。これらの場合にお
いて、箔電極を延長させる理由は、低いインダク
タンスのコンデンサとしたり、コンデンサ放電応
用のためのエネルギー蓄積容量を有したコンデン
サとしたり、低電圧コンデンサにおけるように高
い連続電流容量を有したコンデンサとしたりする
ためであつた。これらは、通常、力率改善用コン
デンサの必要条件ではなく、これは、既知の全フ
イルム型装置のすべてを含む殆んどの電力コンデ
ンサにおいて延長箔構造が使用されていないこと
の説明となりうる。更に、縁部をハンダ接続する
と明からに含浸が損われることになるので、全フ
イルム型装置においてはこのような方法の使用を
避ける傾向にある。そこで、本発明によれば、完
全な導電接続を得ながら最良の含浸を達成すると
いう観点から、従来の全フイルム型コンデンサよ
りより最適な高占積率を有する全フイルム型コン
デンサにおいて箔を延長させて接続縁部をハンダ
付けする。更に、本発明では、各電極の縁部材料
をある短い部分に亘つて折つてその電極縁部がそ
の折曲部の外面となるようにする等して各電極の
内部縁を丸み付けされ滑めらかな縁部としたよう
な構造を使用することが可能である。こうするこ
とにより、コンデンサが絶縁破壊する可能性が減
じられる。そのような折り曲げ又は巻かれた縁部
とすると、当然、その区分の大部分に対して占積
率が増大される傾向となる。何故ならば、その縁
部では電極箔材料の厚みが２倍となつているが、
その他の部分では電極箔の厚みだけとなつている
からである。

〔実施例〕

次に、添付図面に関し本発明の実施例について
本発明を説明する。

第１図は、複数の巻いたコンデンサ区分１２を
収容した単一ハウジング１０を有するコンデンサ
装置を示している。コンデンサ区分１２は、ハウ
ジング内に端部を整列させるようにして重ねられ
ている。コンデンサ区分１２の各々は、電極箔材
料及び誘電体材料を備えている。誘電体材料は、
全体的にポリプロピレンの如きプラスチツクフイ
ルムからなつている。各コンデンサ区分１２は、
２つの電極の各側（第３図に示すように）に誘電
体材料がくるようにして回旋状に巻かれている。
コンデンサ装置は、誘電体液で含浸されている。
複数のコンデンサ区分は、その端部分に溶着した
金属領域１４によつて互いに接続されている。金
属領域１４は、誘電体フイルムの配置されている
区域の外にそれらコンデンサ区分から延長してい
る電極箔材料と接触している。相互接続された複
数のコンデンサ区分は、選定された場所でリード
線によつてハウジング１０から延びる端子１６に
接続される。

第２Ａ図及び第２Ｂ図は、それらの相互接続の
特定の例を示すための本発明によるコンデンサ区
分１２の堆積体を示す頂面図及び底面図である。
この例では、12個のコンデンサ区分１２が相互接
続されており、並列に接続した３つのコンデンサ
区分を１つの群としてその４つの群が直列に接続
されている。第２Ｃ図はその電気回路図を示して
いる。

第２Ａ図の頂面図において、コンデンサ装置の
中間の６つのコンデンサ区分は、それぞれハンダ
材料の２つの金属領域１４ａによつて接続されて
いる。このハンダ材料は、図示の如く「ハンダマ
ツト」と称されることがある帯状導体を形成する
ようなパターンに付与されている。また第２Ａ図
の頂面図に示されるように、コンデンサ区分の堆
積体の両端の３つのコンデンサ区分は、それぞれ
ハンダ材料の金属領域１４ｂ及び１４ｃによつて
相互接続されている。これらハンダ材料の金属領
域は、ハウジングの端子１６にそれぞれ接続する
リード線１３及び１５を有している。両端部のコ
ンデンサ区分の各々のハンダ材料の金属領域は、
付加的なリード線１７によつて接続されている。
参照番号１８は、リード線１３と１５との間に接
続される放電抵抗のセツトを示している。抵抗１
８は絶縁シース内に配置され、それらのリード線
による以外はコンデンサ区分とは接合されていな
い。

第２Ｂ図の底面図において、左側及び右側の６
つのコンデンサ区分は、それぞれハンダ材料の金
属領域１４ｄ及び１４ｅによつて相互に接続され
ている。各コンデンサ区分の巻回は、所望の占積
率を達成するよう既知の方法に従つてなされてい
る。

延長した電極箔材料（第３図に示された）を平
らにしハンダ材料とその電極箔材料との接触を密
なものとするようコンデンサ区分の端部上に加熱
工具又はハンダごてをあてながら、ハンダ材料は
付与されうる。接続されるべきでないコンデンサ
区分の間に望ましくない短絡が生じてしまうのを
防止するため、各側のハンダ材料の金属領域が連
通しないようにするに十分な量だけコンデンサ区
分から延長する単なる絶縁部材２０であつてよい
ブロツクが、接続されてはならないコンデンサ区
分の間に設けられる。

第３図のコンデンサ区分の横断面図に示される
ように、好ましくはポリプロピレンである複数の
誘電体フイルムシートが、各群２つからなる２つ
の群（一方の群ではＦ１及びＦ２、他方の群では
Ｆ３及びＦ４）にて、箔電極Ｅ１及びＥ２の各々
の各側に誘電体フイルム材料がくるようにして回
旋状に巻かれている。箔電極Ｅ１及びＥ２は、そ
れぞれ、Ｅ１が右側に延長縁部２１ａを有しＥ２
が左側に延長縁部２１ｂを有するように、巻回区
分の両側に誘電体フイルム材料の側縁を越えて延
びるようにされている。この箔電極の延長部は、
第２Ａ図及び第２Ｂ図に示したようなハンダマツ
トによる相互接続を信頼性のあるものとするため
に、実際上約４分の１インチ（約6.4mm）程度あ
ればよい。

本発明を実施する上で好ましくは、電極Ｅ１及
びＥ２の内側の縁２２ａ及び２２ｂの各々は、そ
れぞれ、その領域での高電圧による絶縁破壊の危
険を最少とするため、巻き込まれるか又は少なく
とも丸み付けされた滑らかなエツジ部を有するよ
うにされるとよい。

ポリプロピレンフイルム層は、更に含浸を容易
とするため粗面化したものを少なくともいくつか
含んでいる。また、本発明を実施する上で好まし
い含浸材料は、米国特許第4054937号明細書に開
示されているようなイソプロピルビフエニール流
体である。

コンデンサ装置において、コンデンサ区分の端
部上に溶着された金属領域は、そのコンデンサ区
分の端面の約30％乃至約50％の面積を占めてい
る。第２Ａ図及び第２Ｂ図の例示は、幾分理想化
されたものを示しており、金属領域１４ａから１
４ｅの形状は厳密なものである必要はなく、実際
にはそれほど一様な矩形状である必要はない。も
つと不規則なパターンで十分である。溶着金属領
域はかなり大きく、良好な導電接触を与える。こ
のような溶着金属領域があると当然にコンデンサ
区分内への含浸材の導入が妨げられるようになる
が、その占積率を適当に選定することにより、導
電性材料領域を約30％乃至50％の範囲内で比較的
に大きく保ち、しかも完全に含浸させることがで
きるということがわかつた。本発明によれば、そ
の占積率は、好ましくは、約1.25乃至約1.35の範
囲内である。これは、全フイルム材料製の従来の
コンデンサ装置では、そこに使用されている導電
性タブとの圧接接触を十分良好なものとするため
に約1.20とされていたのと対比的である。1.20の
如き低い占積率では、低温スイツチング特性が望
ましくないことが見出されている。これは、低占
積率のため、含浸がうまく行なわれず、フイルム
表面を完全に液体で覆うことができないからであ
つた。

電極箔の縁部を巻き込んだコンデンサ区分は、
その中間部分での占積率とその巻き込んだ縁部で
の占積率とが違つている。この巻き込んだ縁部で
の占積率は、一般には、中間部での占積率より約
0.1だけ小さい。従つて、縁部を巻き込んだ好ま
しいコンデンサ区分の構造では、その区分のほと
んどの部分では占積率が約1.25から約1.35である
が、その縁部を巻き込んだ所での占積率は約1.15
から約1.20である。

〔発明の効果〕

従つて、本発明によれば、完全な含浸並びに良
好な導電接触を、互いに妥協せずに達成すること
ができる。このようなより高い占積率を使用する
ことにより、絶縁耐力が改善され、低温スイツチ
ング特性が改善され、放電能力が増大され、低損
失とされ、一般的信頼性が改善される。一例とし
て、導電性タブでなく大きな接触領域にて直接接
続としたためにコンデンサの放電能力（故障に至
るまでの放電の回数）が500％以上増大される。
更に、コンデンサ区分の端部のこのような大きな
接触領域は、高占積率の場合でも本発明によれば
完全な含浸を可能としうることもわかつている。

【図面の簡単な説明】

第１図はコンデンサ装置の部分破断斜視図、第
２Ａ図はコンデンサ装置のための複数のコンデン
サ区分の配列の一例を示す頂面図、第２Ｂ図はコ
ンデンサ区分の配列の一例を示す底面図、第２Ｃ
図は第２Ａ図及び第２Ｂ図に従つて相互接続され
たコンデンサ区分の電気回路図、第３図は本発明
の一実施例のコンデンサ区分の横断面図である。 １０……ハウジング、１２……コンデンサ区
分、１３……リード線、１４……金属領域、１６
……端子、１７……リード線、Ｅ１，Ｅ２……箔
電極、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４……誘電体材料シ
ート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１及び第２の端子が貫通したハウジング内
   に複数の巻きコンデンサ区分を備えた電力コンデ
   ンサであつて、各前記コンデンサ区分は、第１及
   び第２の箔電極と、本質的にプラスチツクフイル
   ム材料から成る１つ以上の誘電体材料シートとを
   備え、該誘電体材料シートは前記箔電極の間で各
   箔電極の両側に位置し、前記一対の箔電極は各々
   の前記コンデンサ区分内で互いに且つ前記誘電体
   材料シートから横方向にずれていて、第１の箔電
   極が前記コンデンサ区分の第１の端で前記誘電体
   材料シートの縁から延長した第１の縁部及び前記
   誘電体材料シートのうち２つの誘電体材料シート
   間に閉じ込められた第２の縁部を備え、第２の箔
   電極が前記コンデンサ区分の第２の端で前記誘電
   体材料シートの縁から延長した第１の縁部及び前
   記誘電体材料シートのうち２つの誘電体材料シー
   ト間に閉じ込められた第２の縁部を備え、前記第
   １の電極の前記延長した第１の縁部及び前記第２
   の電極の前記延長した第１の縁部は前記コンデン
   サ区分内の前記電極の略々全長に亙つて延び、前
   記複数のコンデンサ区分はそれらの端を略々整列
   させた状態で前記ハウジング内に堆積され、前記
   コンデンサ区分のそれぞれの内部を含めた前記ハ
   ウジング内の空間は液体誘電体含浸材料で略々満
   たされており、前記コンデンサ区分の前記箔電極
   を互いに且つ前記端子に選択的に接続させる接続
   装置が設けられ、前記接続装置は、前記コンデン
   サ区分の前記堆積体の端面上に設けられ前記電極
   の延長縁部と実質的に接触する溶着金属領域と、
   該溶着金属領域の或るものと前記端子との間に接
   続された導電性リードとを備え、前記コンデンサ
   区分のそれぞれの前記第１及び第２の電極の第２
   の縁部はそれぞれ、丸められ滑らかになつてお
   り、前記コンデンサ区分のそれぞれの占積率はそ
   の中間部分において1.25乃至1.35である電力コン
   デンサ。 ２ 前記第２の縁部はそれぞれ、前記箔電極の材
   料の折曲部の外面である特許請求の範囲第１項記
   載の電力コンデンサ。 ３ 前記接続装置の前記溶着金属領域は、前記コ
   ンデンサ区分の端面の約30％乃至約50％を覆つて
   いる特許請求の範囲第１項記載の電力コンデン
   サ。 ４ 前記誘電体シート材料はポリプロピレンであ
   る特許請求の範囲第１項記載の電力コンデンサ。 ５ 少なくとも１つの前記誘電体材料シートの少
   なくとも１つの表面は、前記液体誘電体含浸材料
   を含浸させやすいように粗面化されている特許請
   求の範囲第４項記載の電力コンデンサ。 ６ 前記液体誘電体含浸材料は大部分がイソプロ
   ピルフエニール流体である特許請求の範囲第５項
   記載の電力コンデンサ。 ７ 前記コンデンサ区分のそれぞれの占積率は前
   記第２の縁部において約1.15乃至約1.25である特
   許請求の範囲第１項記載の電力コンデンサ。 ８ 全フイルム型電力コンデンサの製造方法であ
   つて、表面がそれぞれ実質的に一定の表面特性を
   有する第１及び第２の箔電極シートを、該箔電極
   シートの間に全てプラスチツクフイルム材料の誘
   電体シートを挟んだ状態で巻いて複数の巻きコン
   デンサ区分を形成し、前記第１の箔電極が前記巻
   きコンデンサ区分の第１の端からプラスチツクフ
   イルム材料の前記シートを越えて延びた第１の縁
   部及びプラスチツクフイルム材料の前記シートの
   間に閉じ込められた第２の縁部を有し、前記第２
   の箔電極が前記巻きコンデンサ区分の第２の端か
   らプラスチツクフイルム材料の前記シートを越え
   て延びた第１の縁部及びプラスチツクフイルム材
   料の前記シートの間に閉じ込められた第２の縁部
   を有し、コンデンサ区分のそれぞれの前記電極間
   の距離が前記縁部の中間において、前記電極間に
   おける前記プラスチツクフイルム材料の厚さの約
   1.30倍になるように前記複数のコンデンサ区分の
   堆積体を形成し、前記コンデンサ区分の間に相互
   接続部を形成し、コンデンサ区分の集成堆積体を
   誘電液で含浸して集成堆積体内の空所を満たす方
   法。 ９ 両側に実質的に滑らかな表面を有する箔電極
   及びポリプロピレンのプラスチツクフイルム材料
   を用いて複数の前記コンデンサ区分を形成し、金
   属を、前記コンデンサ区分の端面の約30％〜約50
   ％を覆うような所定のパターンで付着させること
   により前記相互接続部を形成し、大部分がイソプ
   ロピルフエニール液である誘電液で含浸を行なう
   特許請求の範囲第８項記載の電力コンデンサ製造
   方法。 １０ 前記シートの前記第２の縁部を丸くし滑ら
   かにした状態で前記第１及び第２の箔電極シート
   を巻く特許請求の範囲第８項記載の電力コンデン
   サ製造方法。 １１ 前記第２の縁部は前記シートの折曲部の外
   面である特許請求の範囲第１０項記載の電力コン
   デンサ製造方法。 １２ 巻き工程で用いられる前記プラスチツクフ
   イルム材料の少なくとも一方の表面は誘電液で含
   浸しやすいように粗面化されている特許請求の範
   囲第１０項記載の電力コンデンサ製造方法。