特許 6809308 コンデンサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6809308

(24)【登録日】2020年12月14日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】コンデンサ装置

(51)【国際特許分類】

   H01G 2/02 20060101AFI20201221BHJP

   H01G 2/10 20060101ALI20201221BHJP

   H01G 2/14 20060101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   H01G2/02 101E

   H01G2/02 101Z

   H01G2/10

   H01G2/14

   H01G2/14 101

   H01G2/14 105

   H01G2/14 105Z

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-48249(P2017-48249)

(22)【出願日】2017年3月14日

(65)【公開番号】特開2018-152484(P2018-152484A)

(43)【公開日】2018年9月27日

【審査請求日】2020年2月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000228578

【氏名又は名称】日本ケミコン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083725

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 正一

(74)【代理人】

【識別番号】100140349

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 継立

(74)【代理人】

【識別番号】100153305

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 卓弥

(74)【代理人】

【識別番号】100206933

【弁理士】

【氏名又は名称】沖田 正樹

(72)【発明者】

【氏名】清水 誠

(72)【発明者】

【氏名】恩田 謙一

【審査官】 田中 晃洋

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５８−２０５３０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第５４７５２７２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１６４４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３４５２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／１５７８２３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｇ ２／０２

Ｈ０１Ｇ ２／１０

Ｈ０１Ｇ ２／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のコンデンサが接続されたコンデンサ回路を備え、
該コンデンサ回路の内の１または２以上のコンデンサは、他のコンデンサより絶縁破壊電圧が低くされており、過電圧の印加によって絶縁破壊電圧の低い前記コンデンサが前記他のコンデンサよりも先に絶縁破壊されて前記コンデンサ回路が短絡することを特徴とするコンデンサ装置。

【請求項2】

前記コンデンサは、過電圧短絡機能部を備えることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ装置。

【請求項3】

前記コンデンサ回路は、並列接続された複数の前記コンデンサを含むコンデンサ群が形成され、このコンデンサ群毎に絶縁破壊電圧の低い前記コンデンサが少なくとも１つずつ含ま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装置。

【請求項4】

前記コンデンサは、電極箔間に介在するセパレータの一部に、該電極箔に対する絶縁機能が低い低絶縁部を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載のコンデンサ装置。

【請求項5】

前記コンデンサ回路は、少なくとも前記コンデンサの周囲に防護筐体を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のコンデンサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、過電圧の印加に対するコンデンサ回路の安全管理技術に関する。

【背景技術】

【0002】

電解コンデンサは、電源装置や電力変換装置などに多用されている。たとえばインバータでは、入力平滑用のコンデンサとして電解コンデンサが用いられる。入力平滑用コンデンサには、スイッチング素子のスイッチングで発生するリプル電流が加わる。また交流電源の場合、このリプル電流に加えて入力側整流回路で発生するリプル電流を平滑する機能が電解コンデンサに求められる。
平滑用コンデンサユニットには、たとえば発生するリプル電流や入力電圧に応じて、直列、並列に接続された複数の電解コンデンサが用いられる。

【0003】

このようなコンデンサを用いた電源装置に関し、電解コンデンサをキャップで覆うことで、平滑用コンデンサに許容電圧を超える電圧が印加された時に、防爆弁の作動により噴出した電解液などを受け止めるものがある（たとえば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−１５６５４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、複数のコンデンサを直列に接続したコンデンサ回路では、たとえば１つのコンデンサが短絡（ショート）すると、他のコンデンサや接続された機器などに過大な電圧が印加されるので、コンデンサ回路に接続した機器の破損など、安全性に問題が生じるおそれがある。そのためインバータの安全性に関する基準として、たとえばＵＬ（Underwriters Laboratories）規格を充足させる必要がある。このＵＬ規格では、直列接続を含む複数のコンデンサで構成された装置において、装置内のコンデンサ１つを意図的にショートさせ、直列に接続された他のコンデンサに過電圧を印加させる。その際に、このコンデンサ装置と接続したインバータから発火させないようにする必要がある。このＵＬ規格に則るためには、強制的に生じさせた過電圧をインバータ側に影響させないようにする必要がある。

【0006】

また、コンデンサのショートによる過電圧の発生に対して、コンデンサ装置内のコンデンサが破損した場合、この破損したコンデンサのスパークや内容物の飛散などによるインバータの破損や発火を防止する必要がある。しかし、多数のコンデンサを備えたコンデンサ装置では、どのコンデンサが破損するかを予測することが困難であるという課題がある。また、安全性を高めるために、全てのコンデンサに対して防護手段を施すのでは、コンデンサ装置の大型化やコストの増加などを招くおそれがある。

【0007】

斯かる課題について、特許文献１には開示や示唆はなく、開示された構成で解決することができない。

【0008】

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、コンデンサ装置の保安性能や安全性を高めることにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明のコンデンサ装置の一側面は、複数のコンデンサが接続されたコンデンサ回路を備え、該コンデンサ回路の内の１または２以上のコンデンサは、他のコンデンサより絶縁破壊電圧が低くされており、過電圧の印加によって絶縁破壊電圧の低い前記コンデンサが前記他のコンデンサよりも先に絶縁破壊されて前記コンデンサ回路が短絡する。

【0010】

上記コンデンサ装置において、前記コンデンサは、過電圧短絡機能部を備えてよい。

【0011】

上記コンデンサ装置において、前記コンデンサ回路は、並列接続された複数の前記コンデンサを含むコンデンサ群が形成され、このコンデンサ群毎に絶縁破壊電圧の低い前記コンデンサが少なくとも１つずつ含まれてもよい。

【0012】

上記コンデンサ装置において、前記コンデンサは、電極箔間に介在するセパレータの一部に、該電極箔に対する絶縁機能が低い低絶縁部を備えてよい。

【0013】

上記コンデンサ装置において、前記コンデンサ回路は、少なくとも前記コンデンサの周囲に防護筐体を備えてよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、次のいずれかの効果が得られる。

【0015】

(1) 回路内に印加された過電圧に対し、特定のコンデンサをショートにより破損させることで、接続されたインバータなどに過電圧が印加されるのを阻止できる。

【0016】

(2) ショートさせるコンデンサを予め特定し、過電圧印加時のコンデンサの破損に対する対応が準備できるので、コンデンサ装置や、これに接続される機器の安全性の向上が図れる。

【0017】

(3) ショートさせるコンデンサのみに防護筐体を設けることで、コンデンサの内容物の飛散や発火などを防止でき、安全性の向上が図れるほか、破損の可能性が低いコンデンサに対して筐体等の防護手段を形成することがなく、低コスト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】一実施の形態に係るコンデンサ装置の構成例を示す図である。

【図2】コンデンサを直並列に接続したコンデンサ装置の構成例を示す図である。

【図3】コンデンサ素子の構成例を示す図である。

【図4】低絶縁部を備えるセパレータの機能構成例を示す図である。

【図5】コンデンサ装置の第１の実施例を示す図である。

【図6】コンデンサ装置の第２の実施例を示す図である。

【図7】コンデンサ装置の第３の実施例を示す図である。

【図8】コンデンサ装置の第４の実施例を示す図である。

【図9】実験例の結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

〔一実施の形態〕

【0020】

図１は、一実施の形態に係るコンデンサ装置を示している。図１に示す構成は一例であり、本発明が係る構成に限定されない。

【0021】

このコンデンサ装置２は、たとえば図１のＡに示すように５つのコンデンサ４１、４２、・・・４５が並列に接続されたコンデンサ回路を備える。このコンデンサ装置２は、電源装置や電力変換装置などに用いられており、並列接続されたコンデンサ回路によって、入力された電力を平滑化する機能を発揮する。

【0022】

並列接続された複数のコンデンサのうち、コンデンサ４１は、過電圧短絡コンデンサ４０の一例であり、コンデンサ回路に過電圧が印加された時に、他のコンデンサ４２、４３、４４、４５よりも早くショートする。過電圧短絡コンデンサ４０の絶縁破壊電圧は、他のコンデンサ４２、４３、４４、４５の絶縁破壊電圧より低く設定されており、過電圧の印加により絶縁破壊する本開示のコンデンサの一例である。ここで、絶縁破壊電圧とは、コンデンサの陽極側の端子部品と陰極側の端子部品との間に、電極箔や電解液、セパレータ等の耐圧より高く、電圧印加されたときに絶縁が保てなくなり絶縁破壊をおこしてショートに至る電圧をいう。すなわちこの過電圧短絡コンデンサ４０は、定格電圧よりも高い電圧の印加に対してショートし易く構成されている。またこの過電圧短絡コンデンサ４０は、定格電圧以下の電圧が印加される場合には、他のコンデンサ４２、４３、・・・４５と同様に電荷を蓄積できる。

【0023】

過電圧短絡コンデンサ４０は、たとえば図１のＢに示すように、コンデンサ４１に対して過電圧短絡機能部６が接続されている。この過電圧短絡機能部６は、コンデンサ４１側に印加される電圧が基準以上のときにコンデンサ４１をショートさせる機能手段の一例である。過電圧短絡機能部６は、印加される電圧の判断機能、コンデンサ４１の短絡機能を備えればよく、たとえば電圧検出回路や、検出電圧値に応じてコンデンサ４１をショートさせる電子回路で構成されてもよく、または斯かる機能を実現するための機能部品で構成されてもよい。

【0024】

このコンデンサ装置２は、たとえば図示しない回路基板等にコンデンサ４１、４２、・・・４５が接続されたコンデンサ回路で形成される。この回路基板には、たとえば予め設定された位置に過電圧短絡コンデンサ４０であるコンデンサ４１を配置させればよい。この場合、回路基板には、外部から目視し易いように、通常のコンデンサ４２、４３、・・・４５とコンデンサ４１の接続位置を区別可能に表示してもよい。
なお、過電圧短絡コンデンサ４０の配置位置は、回路基板の特定位置に限定されず、利用する機器毎に設定してもよい。また、コンデンサ装置２には、並列接続する複数のコンデンサのうち少なくとも１つを過電圧短絡コンデンサ４０とすればよく、または２つ以上の過電圧短絡コンデンサ４０を設置してもよい。

【0025】

次に、コンデンサが直並列に接続される場合について説明する。図２は、コンデンサを直並列に接続したコンデンサ装置の一例を示す図である。

【0026】

コンデンサ装置２は、たとえば図２に示すように、並列接続した５つのコンデンサ４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａ、４５ａを含むコンデンサ群８ａと、コンデンサ４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、４４ｂ、４５ｂを含むコンデンサ群８ｂを備え、この２つのコンデンサ群８ａ、８ｂとの間でコンデンサ同士が並列に接続された、２直列５並列のコンデンサ回路を備えている。

【0027】

このコンデンサ群８ａには、たとえば５つのコンデンサ４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａ、４５ａのうち、少なくともコンデンサ４１ａが過電圧短絡コンデンサ４０である。また、同様にコンデンサ群８ｂのコンデンサ４１ｂが過電圧短絡コンデンサ４０である。コンデンサ装置２では、たとえば正常時の電圧分担として複数のコンデンサを直列に接続し、また、コンデンサ装置２が接続するインバータなどの機器の出力に応じて、静電容量を大きくするために複数のコンデンサを並列に接続している。このコンデンサ装置２では、たとえば過電圧が印加されると、コンデンサ群８ａのうち、一早くコンデンサ４１ａが破壊されてショートする。そしてこのコンデンサ装置２に流れる電流はショートにより抵抗値が低下したコンデンサ４１ａを通じてコンデンサ群８ｂ側に流れる。コンデンサ群８ｂでは、印加される過電圧に対してコンデンサ４１ｂが他のコンデンサ４２ｂ〜４５ｂよりも早く破壊されてショートする。これによりコンデンサ群８ｂに流れる電流は、抵抗値が低下したコンデンサ４１ｂ側に流れやすくなる。このように過電圧の印加に対して、ショートし易いコンデンサ４１ａ、４１ｂを備えることで、破壊されるコンデンサを特定することができる。

【0028】

なお、このコンデンサ装置２では、コンデンサ４１ａ〜４５ａに対して、コンデンサ４１ｂ〜４５ｂがそれぞれ直列に接続された場合であり、各コンデンサ群８ａ、８ｂに過電圧短絡コンデンサ４０を少なくとも１つずつ備える場合を示している。これに対しコンデンサ群８ａとコンデンサ群８ｂの間で、直列に接続されていないコンデンサが含まれる場合、そのコンデンサの接続関係に応じて過電圧短絡コンデンサ４０を接続させればよい。

【0029】

＜コンデンサの構成＞

【0030】

次に、ショートさせやすいコンデンサの構成例について説明する。図３は、コンデンサ素子の構成例を示す図である。このコンデンサ素子は一例であり、本発明が係る構成に限定されない。

【0031】

このコンデンサ素子１０は、本開示の過電圧短絡機能部６を備えるコンデンサの構成部品の一例である。コンデンサ装置２を構成するコンデンサは、たとえば電解コンデンサであって、電極箔である陽極箔１２、陰極箔１４と、この電極箔の絶縁手段であるセパレータ１６−１、１６−２の積層体を備える。そしてコンデンサ素子１０は、この積層体が巻回中心１８に巻回された巻回素子２０である。陽極箔１２および陰極箔１４は、たとえば、アルミニウム箔が用いられている。陽極箔１２は、エッチング処理の後、化成処理によって箔の表面に誘電体酸化皮膜が形成される。

【0032】

セパレータ１６−１、１６−２は、たとえばクラフト系繊維不織布やヘンプ系繊維不織布などの電解紙で形成される。セパレータ１６−１は、積層時に陽極箔１２と陰極箔１４との間を絶縁する。またセパレータ１６−２は、たとえば積層体の最下層に配置されており、巻回されたときに内側にくる陽極箔１２を陰極箔１４と絶縁する。セパレータ１６−１、１６−２は、陽極箔１２、陰極箔１４よりも幅広な短冊形状に形成されており、箔のずれなどが生じても、陽極箔１４と陰極箔１６との絶縁性を維持する。

【0033】

また、セパレータ１６−１、１６−２には、それぞれ箔面の一部または全部の範囲に、所定幅で、かつ巻回方向に沿って所定長さで表面処理部２２−１、２２−２が形成されている。この表面処理部２２−１、２２−２は、本開示の過電圧短絡機能部６の一例であり、たとえばセパレータ１６−１、１６−２の箔表面を凹凸形状に成形したエンボス加工が施されている。セパレータ１６−１、１６−２は、この表面処理部２２−１、２２−２により絶縁機能が低下する。つまり、表面処理部２２−１、２２−２はコンデンサ素子１０の過電圧に対する脆弱部となる。

【0034】

表面処理部２２−１、２２−２は、たとえば、凹凸が付されたローラをセパレータ１６−１、１６−２の一方の表面に押し当てることで、セパレータ表面の圧縮差によって形成される。具体的には、表面処理部２２−１、２２−２は、たとえばセパレータ１６−１、１６−２に形成された凹部が、凸部を備えるローラによって強く圧縮された領域であり、この圧縮によりセパレータの厚みが薄くなる。凹部の厚みが他の部分より薄くなるので、セパレータ１６−１、１６−２の絶縁機能が低下する。

【0035】

このコンデンサ素子１０は、たとえば図４に示すように、表面処理部２２−１の絶縁抵抗をＲ１、表面処理されていない部分のセパレータ１６−１の絶縁抵抗をＲ２とすると、表面処理した部分は、たとえばセパレータ１６−１の厚さにばらつきが生じ、特に、薄い部分が含まれることで絶縁抵抗Ｒ１がセパレータ１６−１の絶縁抵抗Ｒ２よりも小さくなる。このため、コンデンサに定格電圧を超える過電圧が印加されると、絶縁抵抗が小さい表面処理部２２−１でショートが発生する。セパレータ１６−２も同様に、絶縁抵抗が小さい表面処理部２２−２でショートが発生する。表面処理部２２−１、２２−２の形成によりセパレータ１６−１、１６−２の一部が低絶縁部となることで、ショートを誘導することが可能となる。

【0036】

表面処理部２２−１、２２−２の形成範囲は、たとえばコンデンサの大きさや定格電圧の値、使用環境などに基づいて設定すればよい。また、コンデンサ素子１０は、表面処理部２２−１、２２−２が形成されても、定格電圧が印加された時にはコンデンサに要求される耐電圧性能を満足する耐電圧特性を備えている。これによりコンデンサ素子１０により通常のコンデンサ４１として機能する。

【0037】

その他、コンデンサ素子１０には、たとえば陽極箔１２、陰極箔１４の箔表面上に、図示しない端子部品を備える。

【0038】

〔一実施の形態の効果〕

【0039】

斯かる構成によれば、以下のような効果が得られる。

【0040】

(1) 複数のコンデンサを並列に接続したコンデンサ装置において、ショートし易いコンデンサを一部に備えることで、コンデンサ回路に過電圧が生じた場合、このショートにより破損するコンデンサを予め特定することができる。そして、ショートするコンデンサが特定できることで、コンデンサ回路に対する安全対策を予め施すことが可能となる。

【0041】

(2) 複数のコンデンサを直並列に接続したコンデンサ回路において、並列に接続されたコンデンサ群に対し、それぞれショートし易いコンデンサを備えることで、意図的に回路の一部をショートさせてその影響を判断するＵＬ規格の充足を果たすことができる。

【0042】

(3) 複数のコンデンサを並列に接続したコンデンサ装置において、ショートし易いコンデンサを一部に備えることで、コンデンサ回路に接続したインバータなどの機器に対して過電圧が印加されるのを回避できる。

【0043】

(4) 複数のコンデンサが並列接続されたコンデンサ群毎に少なくとも１の過電圧短絡機能部を有するコンデンサを備えることで、ショートが発生するコンデンサを特定することができ、このショートに対する対策が可能となり、安全性の向上が図れる。

【0044】

(5) コンデンサ素子のセパレータ１６−１、１６−２の一部にエンボス加工などの表面処理部２２−１、２２−２を形成して絶縁性能を調整することで、過電圧の印加に対してショートさせ易くすることができる。これにより、過電圧短絡コンデンサ４０を形成することができる。

【0045】

〔実施例１〕

【0046】

次に、コンデンサ装置の実施例について説明する。図５は、コンデンサ装置の第１の実施例を示している。

【0047】

このコンデンサ装置３０は、たとえば並列に接続したコンデンサ４１〜４５のうちコンデンサ４１を、過電圧短絡コンデンサ４０としている。そして、コンデンサ装置３０では、たとえば設置される電装基板等に対し、過電圧短絡コンデンサ４０の周囲に、防護筐体３２を備えている。この防護筐体は、たとえば耐熱性、耐火性や回路基板と導通させない絶縁性のほか、一定の剛性を備える金属材料などで構成されればよい。

【0048】

過電圧短絡コンデンサ４０は、回路に過電圧が印加されることで、コンデンサ４１の内部圧力が上昇する。このとき、コンデンサ４１は、既述したようにセパレータ１６−１、１６−２の絶縁性の低下により、内部でショートが生じる。このショートの発生によりコンデンサ４１の内部圧力が上昇する。この内部圧力の上昇に対し、コンデンサ４１の外装ケースに形成された防爆弁が作動すると、その開口部から電解液の蒸気が噴き出す。このとき、コンデンサ４１は、外装ケース内部の電解液や電極箔などが飛散するおそれがある。

【0049】

これに対し、防護筐体３２は、コンデンサ４１の周囲に対し、噴出した電解液や内部部品がコンデンサ装置３０の周囲に飛散するのを防止する。

【0050】

〔実施例２〕

【0051】

図６は、コンデンサ装置の第２の実施例を示している。

【0052】

このコンデンサ装置３４は、複数のコンデンサが２直列５並列に接続されている。上記実施の形態で説明したように、このコンデンサ装置３４は、コンデンサ群８ａ、８ｂ毎に、それぞれ少なくとも１つ以上の過電圧短絡コンデンサであるコンデンサ４１ａ、４１ｂを備えている。

【0053】

そしてこのコンデンサ装置３４では、過電圧短絡コンデンサ４０であるコンデンサ４１ａ、４１ｂの周囲に防護筐体３２を設置している。防護筐体３２は、たとえばコンデンサ４１ａ、４１ｂに対して単一の構成としてもよい。また防護筐体３２は、たとえばコンデンサ装置３４において、コンデンサ４１ａ、４１ｂが離れて配置されている場合には、それぞれ別個に構成してもよい。また、防護筐体３２は、たとえば複数のコンデンサ４１ａ、４１ｂに対して１つで構成する場合には、内部に仕切り板を形成し、一方のコンデンサが破損した時に他のコンデンサが影響を受けないようにしてもよい。

【0054】

〔実施例３〕

【0055】

図７は、コンデンサ装置の第３の実施例を示している。

【0056】

このコンデンサ装置５０は、たとえば２直列５並列の２つのコンデンサ回路が直列に接続されている。コンデンサ装置５０は、コンデンサ群８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ毎に、それぞれ少なくとも１つ以上の過電圧短絡コンデンサであるコンデンサ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ４１ｄを備えている。

【0057】

そしてこのコンデンサ装置５０では、コンデンサ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの周囲に防護筐体３２を設置している。防護筐体３２は、たとえば直列接続されたコンデンサ４１ａと４１ｂとを防護筐体３２Ａで組み合せ、またコンデンサ４１ｃと４１ｄとを防護筐体３２Ｂで組み合せている。すなわち、近接する複数のコンデンサ４１に対し、単一の防護筐体３２Ａ、３２Ｂを用いればよい。また防護筐体３２は、たとえばコンデンサ装置５０において、コンデンサ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄが離れて配置されている場合には、それぞれ別個に形成してもよい。また、防護筐体３２は、たとえば複数のコンデンサ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄに対して１つで構成する場合には、内部に仕切り板を形成し、一方のコンデンサが破損した時に他のコンデンサが影響を受けないようにしてもよい。

【0058】

〔実施例１〜３の効果〕

【0059】

斯かる構成によれば、上記実施の形態の効果に加え、以下のような効果が期待できる。

【0060】

(1) 過電圧によってショートするコンデンサの周囲に予め防護筐体３２を設置することで、内部圧力上昇による部品や電解液の飛散に対し、コンデンサ装置や、コンデンサ装置に接続する機器への影響を阻止することができる。

【0061】

(2) 予めショートするコンデンサを把握でき、コンデンサ装置全体に対する防護が不要となり、コンデンサ装置の小型化や軽量化が図れる。

【0062】

(3) 過電圧によりショートするコンデンサを防護することで、コンデンサ装置に接続するインバータ側の発火の可能性を低減でき、ＵＬ規格で規定されている条件を満たすことができる。

【0063】

〔実施例４〕

【0064】

次に、電力変換装置に本発明のコンデンサ装置を用いた場合の実施例について説明する。図８は、コンデンサ装置の第４の実施例を示している。

【0065】

コンデンサ装置３０は、たとえば図８に示すように電力変換装置６０の平滑コンデンサバンクとして用いられる。このコンデンサ装置３０は、たとえば５つのコンデンサ４１〜４５が並列接続されており、その内の１のコンデンサ４１が既述のように過電圧の印加によって、他のコンデンサ４２〜４５よりも先にショートし易く形成されている。この電力変換装置６０は、たとえばコンデンサ装置３０が整流回路６２と図示しないインバータの間に接続されるとともに、この整流回路６２と交流電源６４との間にヒューズ６６を備えている。

【0066】

このヒューズ６６は、本開示の遮断機能部の一例であり、設定された許容電流よりも大きな電流が電力変換装置６０に流れた時に溶断し、電力変換装置６０の回路を遮断する。このヒューズ６６が作動する場合には、たとえば交流電源６４から過大な電力が流れた場合のほか、コンデンサ装置３０のコンデンサ４１から大電流が流れる場合が含まれる。すなわち、ヒューズ６６は、コンデンサ装置３０に過電圧が印加されて過電圧短絡コンデンサ４０のショートに対して大電流が流れることで溶断する。

【0067】

斯かる構成によれば、コンデンサ回路３０においてショートが発生した時に、電力変換装置６０のインバータ側に大電流が流れるのを防止でき、電力変換装置６０の安全性の向上が図れる。

【0068】

〔実験例〕

【0069】

次に、過電圧短絡コンデンサの設置数を異ならせたコンデンサ装置を短絡させた場合の実験例を示す。
この実験には、たとえば電力変換装置等のコンデンサバンクとして、複数のコンデンサを直並列に接続したコンデンサ装置を用いる。このコンデンサ装置は、たとえば２直列２並列、または２直列６並列でコンデンサが設置されており、これらのコンデンサについて、過電圧短絡コンデンサの設置条件を異ならせた複数の条件を設定している。コンデンサ装置には、ヒューズやインバータが接続されている。インバータは、たとえば筐体に試験物質の一例として綿が取り付けられている。またコンデンサ装置には、過電圧短絡コンデンサに対し防護筐体を設置した場合と、設置しない条件も設定している。

【0070】

このような構成において、コンデンサ装置には、ＤＣ６４０〔Ｖ〕の電圧が印加される。そして直列接続されたコンデンサの片側を意図的に短絡させると、短絡していない側のコンデンサに対して全ての電圧が印加される。これによりコンデンサ装置では、コンデンサがショートし、入力側に挿入されているヒューズが動作して回路が遮断される。この実験例では、斯かる条件に対し、ショート時に発生するスパークなどによって、試験物質であるインバータの筐体に設置された綿への引火の有無を確認した。

【0071】

なお、この実験で使用した平滑用コンデンサの定格は、単品定格電圧が４００〔Ｖ〕、定格静電容量が５６００〔μＦ〕、サイズがφ７６．２〔ｍｍ〕×１３０〔ｍｍ〕である。

【0072】

この実験結果は、図９に示すように、並列接続したコンデンサに対して少なくとも各１個以上の過電圧短絡コンデンサを設置した実験例１〜３は、試験物質の発火が無く試験結果が適合となった。これに対し、過電圧短絡コンデンサを設置しない比較例１、３は、試験物質が発火し、試験結果は不適合となる。また、過電圧短絡コンデンサを設置した場合でも、防護筐体を備えない比較例２では、試験物質が発火し、試験結果が不適合となる。
斯かる結果から、コンデンサのショート発生時に受けるエネルギーがコンデンサケースの破損以下の場合には、防護筐体が無くても適合する可能性がある。また並列に設置するコンデンサの数が多い比較例２、３では蓄積されたエネルギーが大きくなるため、防護筐体が無ければコンデンサのショートによる破損によって、周囲への影響が大きくなる。

【0073】

従って、本願発明のように、複数のコンデンサを備えるコンデンサ回路において、そのうちの少なくとも１のコンデンサに過電圧短絡機能部を備えることで、周囲の機器への影響を抑えることができる。また過電圧短絡コンデンサに対して防護筐体を設置することで、コンデンサ装置を備える機器の安全性が高められる。

【0074】

〔他の実施の形態〕

【0075】

以上説明した実施形態および実施例について、その特徴事項や変形例を以下に列挙する。

【0076】

(1) 上記実施形態では、セパレータ１６−１、１６−２の表面処理としてエンボス加工を挙げたがこれに限らない。セパレータの絶縁性を部分的に低下させてコンデンサをショートし易くする加工であればよく、セパレータに対して折り込みや薄肉化の加工処理を施してもよい。また、セパレータは、表面処理部に対して絶縁性を低下させた別部材を貼り合わせてもよい。

【0077】

(2) コンデンサ装置３０に設置するショートし易いコンデンサについて、外部から判別可能な表示手段を備えてもよい。過電圧短絡機能部を備えたコンデンサの外装ケースには、たとえば側面側の一部に、過電圧によってショートし易いコンデンサであることを外部から明示する表示手段を備えている。コンデンサ装置３０の形成では、たとえば図示しない回路基板の設置箇所に対して、表示手段を備えるコンデンサを設置する。

【0078】

このような構成により、コンデンサ装置３０に設置された複数のコンデンサのうち、過電圧短絡機能部を備えたコンデンサの判別が容易となる。また、コンデンサ装置３０や、電源変換装置の組立てにおいて、過電圧短絡機能部を備えたコンデンサの判別が容易となり、回路基板に対する誤接続などを防止することができる。

【0079】

(3) 上記実施例では、電力変換装置６０において、交流電源６４と整流回路６２との間にヒューズ６６を接続する場合を示したがこれに限らない。ヒューズ６６は、たとえばコンデンサ装置３０に接続してもよい。

【0080】

(4) 上記実施例では、防護筐体を設置することで、過電圧短絡コンデンサが過電圧によってショートし、内部圧力上昇による部品や電解液の飛散に対し、周囲の機器への影響を抑える場合を示したがこれに限らない。過電圧短絡コンデンサの外装ケースを硬質なものとして、内部圧力が上昇しても破壊しにくくしてもよい。

【0081】

(5) 上記実施形態では、セパレータ１６−１、１６−２にエンボス加工を施すことで、他のコンデンサより絶縁破壊電圧を低くしたコンデンサを形成する場合を示したがこれに限らない。他のコンデンサと異なる電極箔やセパレータ、電解液を用いて絶縁破壊電圧が低いコンデンサを形成してもよい。

【0082】

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

【産業上の利用可能性】

【0083】

本発明のコンデンサ装置によれば、複数のコンデンサが接続されるコンデンサ装置において、回路内の少なくとも１つを過電圧の印加によって短絡するコンデンサにすることで、過電圧が生じた際の安全性対策をとることができ、有用である。

【符号の説明】

【0084】

２、３０、３４、５０ コンデンサ装置
４、４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、４４、４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４５ コンデンサ
６ 過電圧短絡機能部
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ コンデンサ群
１０ コンデンサ素子
１２ 陽極箔
１４ 陰極箔
１６−１、１６−２ セパレータ
１８ 巻回中心
２０ 巻回素子
２２−１、２２−２ 表面処理部
３２ 防護筐体
４０ 過電圧短絡コンデンサ
６０ 電源変換装置
６２ 整流回路
６４ 交流電源
６６ ヒューズ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】