JPH0618153B2 - エネルギー蓄積急放電用コンデンサ - Google Patents
エネルギー蓄積急放電用コンデンサInfo
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- JPH0618153B2 JPH0618153B2 JP1193000A JP19300089A JPH0618153B2 JP H0618153 B2 JPH0618153 B2 JP H0618153B2 JP 1193000 A JP1193000 A JP 1193000A JP 19300089 A JP19300089 A JP 19300089A JP H0618153 B2 JPH0618153 B2 JP H0618153B2
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- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/32—Wound capacitors
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
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- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
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。
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。
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。
従来の技術 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
ンデンサ電源を構成していた。また一部にはアルミ箔電
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。
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
ンデンサ電源を構成していた。また一部にはアルミ箔電
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。
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 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。
ギーＪｃは 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、
ポリプロピ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400〜600
KV/mm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、そおの最低絶縁耐
力以下で設計しなくては絶縁破壊となる。
ポリプロピ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400〜600
KV/mm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、そおの最低絶縁耐
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１ＭＪ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。
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70〜150KV/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発膜として絶縁欠
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。
の電位傾度は70〜150KV/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発膜として絶縁欠
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構成し、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。
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構成し、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、良好な絶
縁回復特性をもたせるものである。
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、良好な絶
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属蒸着電
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を重ね合わせて、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、180
゜回転した配置である。
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を重ね合わせて、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、180
゜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枚のフィルムを重ね合わせた場合、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、一素子内の内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。
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枚のフィルムを重ね合わせた場合、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、一素子内の内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′には金属スパッタ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。
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Ｃ
１とＣ２で示した部分で、Ｃ１とＣ２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Ｃ１＋Ｃ２は
一定となる。またＣ２＋Ｃ３も一定値である。
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Ｃ
１とＣ２で示した部分で、Ｃ１とＣ２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Ｃ１＋Ｃ２は
一定となる。またＣ２＋Ｃ３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。
ある。
作用 第１図に示すコンデンサ素子を構成するフィルムの厚さ
は４〜９μｍ程度が現在の生産技術上、厚さのバラツ
キ、むらなどにより適当であり、これに300KV/mmの電界
強度となる電圧を印加すると、その電圧は４μｍ厚で12
00Ｖ９μｍ厚で、2700Ｖ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m2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、絶縁破壊箇所周辺の蒸着金属
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、放電を維持し、コンデンサ全体の不良と
なる。
は４〜９μｍ程度が現在の生産技術上、厚さのバラツ
キ、むらなどにより適当であり、これに300KV/mmの電界
強度となる電圧を印加すると、その電圧は４μｍ厚で12
00Ｖ９μｍ厚で、2700Ｖ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m2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、絶縁破壊箇所周辺の蒸着金属
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、放電を維持し、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Ｃ１とＣ２の全充電電
荷を放出してもＣ１＋Ｃ２の充電エネルギーを１ジュー
ル以下としておけば、蒸着金属電極の蒸発飛散部直径は
約20mmφでおさまり、それ以上の部分へ破壊の波及は起
こらない。
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Ｃ１とＣ２の全充電電
荷を放出してもＣ１＋Ｃ２の充電エネルギーを１ジュー
ル以下としておけば、蒸着金属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る。この場合８ヶの直列コ
ンデンサの電圧は となり、定格電圧の112.5％となる。
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る。この場合８ヶの直列コ
ンデンサの電圧は となり、定格電圧の112.5％となる。
定格電圧における電位傾度でいえば、初期300KV/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/mmとなり、フィルム大部分の耐電圧400〜600KV/mm
に対し、充分な安全率をもって耐える。
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/mmとなり、フィルム大部分の耐電圧400〜600KV/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。
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、定格電圧と絶縁
値が等しく、極性が逆の残留電圧が残る。
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、定格電圧と絶縁
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。
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９μｍ、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32.67mmとなる。
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32.67mmとなる。
また、幅方向絶縁帯の幅を８mm、間隔を400mmとする
と、小コンデンサの対向面積は、32.67×392＝12.8×10
3(mm2)となり、容量は0.08μＦであり、これに2700Ｖ充
電した場合の充電エネルギーは0.292ジュールとなる。
と、小コンデンサの対向面積は、32.67×392＝12.8×10
3(mm2)となり、容量は0.08μＦであり、これに2700Ｖ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、巻芯直径を160mm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31mm、幅283mm、長さ382mmとなる。この素子は、
小コンデンサ0.08μＦ、2700Ｖが直列数９ヶ並列数1250
ヶ合計11250ヶで構成され、素子の総容量は11.11μＦ、
定格電圧は24.3KVとなる。
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31mm、幅283mm、長さ382mmとなる。この素子は、
小コンデンサ0.08μＦ、2700Ｖが直列数９ヶ並列数1250
ヶ合計11250ヶで構成され、素子の総容量は11.11μＦ、
定格電圧は24.3KVとなる。
第４図は上記素子を18ヶ集合して、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、油含浸した完成図である。ケース寸法は300×410×
700Hmmとなる。コンデンサ定格は200μＦ24KV 57.6KJで
ある。ケース容積は86.1、１ジュール当り容積は1.5c
c／joulesである。
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、油含浸した完成図である。ケース寸法は300×410×
700Hmmとなる。コンデンサ定格は200μＦ24KV 57.6KJで
ある。ケース容積は86.1、１ジュール当り容積は1.5c
c／joulesである。
発明の効果 従来のコンデンサは定格20KV、62.5μＦ、12.5KJのもの
で、ケース寸法650×240×500(H)mm、容積78、１ジュ
ール当り容積6.24CC／joulesであり、本発明の充分電用
コンデンサは従来品に比し、24％に小型化される。
で、ケース寸法650×240×500(H)mm、容積78、１ジュ
ール当り容積6.24CC／joulesであり、本発明の充分電用
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、安全な構造となっ
ている。
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、安全な構造となっ
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、コンデンサを交渉すればよく、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。
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、コンデンサを交渉すればよく、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。
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、2′：フィルムの長手方向に設けた絶縁帯 ３、3′：フィルムの幅方向に設けた絶縁帯 Ｃ１、Ｃ２：小コンデンサ部
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、2′：フィルムの長手方向に設けた絶縁帯 ３、3′：フィルムの幅方向に設けた絶縁帯 Ｃ１、Ｃ２：小コンデンサ部
フロントページの続き (72)発明者 西川 重義 京都府京都市中京区御池通烏丸東入一筋目 仲保利町191番地の４ 上原ビル３階 ニ チコン株式会社内 審査官 北村 明弘 (56)参考文献 特開 平１−162318（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項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。 - 【請求項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。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1193000A JPH0618153B2 (ja) | 1989-07-26 | 1989-07-26 | エネルギー蓄積急放電用コンデンサ |
| US07/550,488 US5057967A (en) | 1989-07-26 | 1990-07-10 | Rolled film capacitor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1193000A JPH0618153B2 (ja) | 1989-07-26 | 1989-07-26 | エネルギー蓄積急放電用コンデンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0357206A JPH0357206A (ja) | 1991-03-12 |
| JPH0618153B2 true JPH0618153B2 (ja) | 1994-03-09 |
Family
ID=16300546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1193000A Expired - Fee Related JPH0618153B2 (ja) | 1989-07-26 | 1989-07-26 | エネルギー蓄積急放電用コンデンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0618153B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE515643C2 (sv) * | 2000-01-14 | 2001-09-17 | Abb Ab | Kondensatorelement för en kraftkondensator, metod för dess framställning samt kraftkondensator innefattande dylikt kondensatorelement |
| JP2008098675A (ja) * | 2007-12-27 | 2008-04-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 偏平形金属化フィルムコンデンサ |
| JP2008091958A (ja) * | 2007-12-27 | 2008-04-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 偏平形金属化フィルムコンデンサの製造方法 |
| CN117461103A (zh) * | 2021-06-11 | 2024-01-26 | 松下知识产权经营株式会社 | 薄膜电容器 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2453482A1 (fr) * | 1979-04-03 | 1980-10-31 | Europ Composants Electron | Condensateur a dielectrique metallise pour hautes tensions |
| JPS5747018U (ja) * | 1980-09-01 | 1982-03-16 | ||
| JPS57133616A (en) * | 1981-02-10 | 1982-08-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Metallized film capacitor |
| JPS59138325A (ja) * | 1983-01-27 | 1984-08-08 | マルコン電子株式会社 | 金属化フイルムコンデンサの製造方法 |
| JPS6085828U (ja) * | 1983-11-19 | 1985-06-13 | 株式会社東芝 | コンデンサバンク |
| JPS60258913A (ja) * | 1984-06-06 | 1985-12-20 | 松下電器産業株式会社 | フイルムコンデンサ |
| JPS63268218A (ja) * | 1987-04-24 | 1988-11-04 | Murata Mfg Co Ltd | フイルムコンデンサ |
| JPS6430285A (en) * | 1987-07-27 | 1989-02-01 | Agency Ind Science Techn | Manufacture of semiconductor laser |
-
1989
- 1989-07-26 JP JP1193000A patent/JPH0618153B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0357206A (ja) | 1991-03-12 |
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