JPH0357206A - エネルギー蓄積急放電用コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、主としてパルス大電流発生のためのコンデン
サ電源に使用するネルギー蓄積急放電用コンデンサに関
するものである。

パルス大電流の用途としては核融合、パルス長強磁場発
生、人工雷発生、電磁力加速機、大強度パルスレーザー
電源、その他フラッシュランプ電源などのインパルス電
圧、インパルス電流発生の装置である。

従来の技碕 従来、この種装置に使用しているコンデンサは、誘電体
として、紙またはプラスチックフィルムまたは前記２者
の組合せを使用し、電極としてアルミニウム箔を使用し
、これらを巻回してコンデンサ素子とし、これを１〜複
数個集合して、並列接続または電圧に応じて直列接続ま
たは両者の組合せとして必要な耐電圧と静電容量のコン
デンサ電源を構戊していた。また一部には７ルミ箔電極
の替わりに金属蒸着された紙またはプラスチックフィル
ムを使用したコンデンサも使用されている。

発明が解決しようとする問題点 最近の上記装置は大規模化され、装置自体が大形かつ高
価なものとなり、その当然の帰結として小型、軽量化の
要望がある。

コンデンサの容積の大部分をしめる誘電体の蓄積エネル
ギーＪｃは εＥ２　Ｖ Ｊｃ＝ ワ と，：比誘電率　　Ｅ：電界強度　Ｖ　／　ｍ：容積　
ポ　　Ｊｃ：Ｎｆ！エネルギー（Ｊ）となり、容積当り
の蓄積エネルギーは、電位傾度の２乗に比例する。すな
わち、誘電体電位傾度を強くすることがコンデンサ小型
化への最有力手段である。

誘電体として、ポリエチレンテレフタレートフィルム、
ボリプロビレンフィルムなどが高絶縁耐力材料として多
用されている。これらのフィルムの絶縁耐力は４００〜
８００ｋν／ｍであるが、コンデンサとして使用すると
きその面積が大きく、１部に欠陥があるとき、その最低
絶縁耐力以下で設計しなくては絶縁破壊となる。

また、大容量大蓄積エネルギー（例えばＩＭＪ以上）コ
ンデンサバンクとするとき、多数の単位コンデンサを並
列結線として使用されるが、その１つで絶縁破壊が起こ
ると、これに並列接続されたコンデンサの蓄積エネルギ
ーが破壊コンデンサに集中放電され、爆発的破壊が起こ
り破片の飛散と、出火の危険がある。

これらの事故を防止するため、従来のコンデンサ誘電体
の電位傾度は７０〜＋５０ＫＶ／ｍｍで設計されており
、フィルムの真の絶縁耐力との間に３〜８倍の開きがあ
った。これがコンデンサを大きくしている最大の原因で
あった。また、低圧コンデンサでは電極を金属蒸着膜と
して絶縁欠陥部周辺の電極金属を放電により蒸発させ、
その部分のコンデンサ機能を除去して使用する自己回復
型コンデンサもあるが高電圧では破壊箇所が大きくなり
、絶縁回復が不可能であった。

問題点を解決するための手段 本発明は誘電体フィルムに散在する耐電圧上の微少欠陥
部をコンデンサ機能より除外し、フィルムの理想的耐電
圧のある部分のみでコンデンサをＩＩＩ戊し、これによ
り使用電位傾度を上げて、コンデンサを小型化しようと
するものである。

その手段として、小容量金属化フィルムまたは金属化紙
を多数直列結線と並列結線とし、フィルムまたは絶縁紙
の欠陥部分での破壊放電エネルギーを小さくし、該部分
の放電による蒸着金属の蒸発飛散量を制限し、艮奸な絶
縁回復特性をもたせるものである。

この機能をもたせるためのコンデンサ素子の金ｉ蒸着電
極の構造を第１図に示す。第１図は片面に金属蒸着電極
を有する２枚のフィルムａ，ｂを１ね合わせて、巻回し
、コンデンサ素子とする構造で、斜線部が蒸着金属電極
部である。２枚のフィルムは同一形状で図面上、　１８
０°回転した配置である。

１、１″は蒸着金属がフィルム端面に位置し、フィルム
巻取後金属スパッタによりコンデンサ端子を導出する部
分である。２、２゛は蒸着金属電極に長手方向に設けた
絶縁帯であり、２枚のフィルムを重合わせた場合、互い
違いとなり、１、１′両端子間に複数直列のコンデンサ
を形成する。３、３″はフィルムの幅方向に設けた絶縁
帯で、一素子内の容量を多数の並列接続に分割するもの
である。

この２枚のフィルムを巻取り後偏平に圧縮した形状を第
３図に示す。

両端面１、１′には金属スバッタ４により素子端子面が
形成される。この素子内結線図を第２図に示す。図は多
数の小コンデンサ群が端子１、１′間に直列および並列
に網目状に配置されていることを示す。

小コンデンサ群の１つの容量は長手方向および幅方向絶
縁帯の間隔を変えることにより自由に設定できる。第２
図の互いに隣接する小コンデンサ部、例えば第１図の０
１と０２で示した部分で、Ｃ，と０２の容量は、２枚の
フィルムの幅方向絶縁帯の重なり具合により異なるが、
幅方向絶縁帯間隔を一定にすることによりＣ，　十Ｃ２
は一定となる。またＣ２＋０３も一定値である。

これはフィルム幅方向の中心部に近い所でも同じことで
ある。

作用 第１図に示すコンデンサ素子を構戊するフィルムの厚さ
は４〜９ｌ．Ｌｍ程度が現在の生産技術上、厚さのバラ
ツキ、むらなとより適当であり、これに３００ｋν／　
ｍｍの電界強度となる電圧を印加すると、その電圧は４
ｌ．Ｌｍ厚テＩ２００Ｖ　９ｐｍ厚で、２７００　Ｖと
なる。このような電圧をフィルムに印加すると、フィル
ム面積数ボに１点程度の欠陥があり、絶縁破壊を起こす
。このときフィルム間の電圧が並列コンデンサの大容量
によるか又は外部電源による電圧降下がない場合には、
絶縁破壊ｆ所周辺の蒸着金属電極の放電により蒸発飛散
するが、電圧が高いため絶縁回復に至らず、放電を持続
し、コンデンサ全体の不良となる。

これに対し、本発明のコンデンサ素子においては、第１
図のフィルム構造で、例えば小コンデンサ部Ｃ１部に欠
陥があり、絶縁破壊を起こしてもＣ，とＣ２の全充電電
荷を放出してもＣ，＋Ｃ２の充電エネルギーを１ジュー
ル以下としてお１ナば、蒸着金Ｘ電極の蒸発飛散部直径
は約２０ｍｍφでおさまり、それ以上の部分への破壊の
波及は起こらない。

この場合第１図の例では、素子内直列数は９となってい
るので、放電コンデンサ部と直列になっているコンデン
サは８ヶあり、端子１、１′間の電圧を残りの８直列コ
ンデンサで分担することにな定格電圧にお１ナる電位傾
度でいえば、初期３００ｋν／ｍｍが１小コンデンサの
放電により残８直列コンデンサには３３７、５ｋＶ／（
イ）となり、フィルム大部分の耐電圧４００〜６００ｋ
Ｖ／ｍｍに対し、充分な安全率をもって耐える。

なお、この直列数が２の場合には１小コンデンサの放電
により他コンデンサの電圧は２倍となり、初期電圧をあ
まり上げられない。また直列数を３とした場合には１小
コンデンサの放電による他コンデンサの電圧は１．５倍
となり、実用的な範囲に入る。

以上の説明は、コンデンサ充電中の現象であるが、上記
説明のように１小コンデンサ部が放電し、これにより欠
陥部が蒸発して絶縁回復した状態で、コンデンサ放電に
より大電流を発生し、コンデンサ端子電圧が零となった
状態では、放電した小コンデンサには、足搦電圧と絶体
値が等しく、極性が逆の残留電圧が残る。

この電荷の大部分は次回の充電までに相当時間のある場
合、内部漏洩により放電される。

実施例 第１図のフィルムの厚さ９　１Ｌｍ，幅３８０ｍｍとし
、長手方向絶縁帯幅８ｍｍとし、９直列のコンデンサと
した場合１小コンデンサの有効幅は３２．　６７ｎｖｎ
となる。

また、幅方向絶縁帯の幅を８ｍｍ，間隔を４　０　０　
ｍｍとすると、小コンデンサの対向面積は、３２、６７
×３９２＝　１２．　８Ｘ　１０’　（ｍｍ２）となり
、容量は０．　０８１．Ｌ　Ｆであり、これに２７００
　Ｖ充電した場合の充電エネルギーは０．　２９２ジュ
ールとなる。

コンデンサ素子の長さを４７５ｍ　，巻芯厘径を１６０
ｍとし、これを偏平素子とした場合の形状は第３図の如
くなり、素子厚３１Ｍ，幅２８３ｍｍ，長さ３８２聞と
なる。この素子は、小コンデンサ０．　０８ｌ．ＬＦ、
２７００　Ｖが直列数９ヶ並列数１２５０ケ合計１１２
５０ケで槙戊され、素子の総容量は１１．ｌｌｐＦ，定
格電圧は２４。３ｋＶとなる。

第４図は上記素子を１８ケ集合して、１ユニットとした
ものであり、第５図は上記ユニットを鉄板製ケースに収
納し、油含浸した完戊図である。ケース寸法は３００Ｘ
　４１０Ｘ　７００Ｈｍｍとなる。コンデンサ定格は２
００ｐＦ　２４ｋＶ　　５７．６ｋＪ　テある。ケース
容積は８６，Ｉｊ２、１ジュール当り容積は１，　５Ｃ
Ｃ／ｊｏｕ　Ｉｅｓである。

発明の効果 従来ノコンデンサは定［２０ｋＶ，　６２．５ｐＦｓ　
１２．５ｋＪのもので、ケース寸法６５０Ｘ　２４０Ｘ
５００（Ｈ）ｍｍ，容ｆＪＩ７８ｊ２、１ジュール当り
容積６，　２４ＣＣ／　ｊｏｕｌｅｓであり、本発明の
充放電用コンデンサは従来品に比し、２４％に小型化さ
れる。

また、コンデンサ内絶縁破壊時に従来品では大電流放電
を伴う放電事故となるのに対し、本コンデンサは内部絶
縁破壊しても大電流放電は起こらず、安全な横這となっ
ている。

本コンデンサは内部放電により微少な容量現象を起こす
ものであり、その繰り返しにより容量が過度に不足とな
ったとき、コンデンサを交換すればよく、従来の充放電
用コンデンサの如く、爆発的破壊をしないので、保守が
簡単で安全な特長があり、工業的価値が高いものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のコンデンサ素子の金属蒸着電極構造
図、第２図は第１図のコンデンサ素子結線図、第３図は
第１図のコンデンサ素子の斜視図、第４図は本発明の実
施例の構成状態の斜視図、第５図は本発明のコンデンサ
の完成斜視図である。 １、１”：コンデンサ端子導出部 ２、 ３、 Ｃ ２゜：フィルムの長手方向に設けた絶縁帯３′：フィル
ムの幅方向に設けた絶縁帯、Ｃ２　：小コンデンサ部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）片面に金属膜を蒸着したプラスチックフィルムを
   ２枚組み合わせて巻回したメタライズドフィルムコンデ
   ンサにおいて、蒸着金属部に長手方向の連続した絶縁部
   を設け、１コンデンサ素子内で３ヶ以上の直列コンデン
   サを形成すると共に、フィルム幅方向にも絶縁部を設け
   て、１コンデンサ素子内で複数のコンデンサ並列回路と
   した多数の小コンデンサ網を有するエネルギー蓄積急放
   電用コンデンサ。
2. （２）上記直列および並列に区切られた一つの連続導体
   部が対極電極と対向して構成する小コンデンサの蓄積エ
   ネルギーが定格電圧において、１ジュール以下であり、
   定格充電電圧においてプラスチックフィルムの電位傾度
   が１５０ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のエネルギー蓄積急放電用コンデン
   サ。