JP2575195B2

JP2575195B2 - 超高電圧の電気エネルギ蓄積装置

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Publication number: JP2575195B2
Application number: JP63260710A
Authority: JP
Inventors: アンドレ・レルム; ベルナール・ラヴー; アラン・ニコラ
Original assignee: AEROSUPASHIARU SOC NASHONARU IND
Current assignee: AEROSUPASHIARU SOC NASHONARU IND
Priority date: 1987-10-19
Filing date: 1988-10-18
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: DE3852469D1; FR2622044A1; DE3852469T2; EP0313439B1; EP0313439A1; CA1301836C; ATE115763T1; FR2622044B1; US4837661A; JPH01152973A

Description

【発明の詳細な説明】発明の分野本発明は、マルクス発電機に用いられるような非常に
高い電圧の電気エネルギを蓄積するための装置に関する
ものである。

本発明は、リオンの中央大学の電気技術部門（CNRS N
o.829に関連の部門）と、アクイテーヌ（Aquitaine）の
本件出願人の企業である電磁検査研究所との間の共同研
究の結果である。

従来技術マルクス発電機は、並列に充電され、そして直列に放
電される複数のコンデンサ段によって構成されるという
ことが既知である。前記発電機の出力に得られる電圧及
びエネルギがそれぞれ数メガボルト及び数10キロジュー
ルに達し得るので、各コンデンサ段は、数百キロボルト
以上の電圧下で充電され得る。

例えば、日本の応用物理ジャーナル（JAPANESE JOURN
AL OF APPLIED PHYSICS）巻20（1981）12月、第12号に
おいて、クボタ・ユースケ、コダイラ・ジュンイチ、及
びミヤハラ・アキラは、各コンデンサ段がリングの形態
になっており、該リングが共通の軸線に対して同軸的に
相互に並列に配置されたマルクス発電機について記載し
ている。前記軸線の近辺に置かれた放電子への結合のた
めに、各コンデンサ段には、その端部の各々に、少なく
とも１つの電極が設けられ、これら電極は、対応のリン
グに対して放射状になっており、かつ薄い金属バンドも
しくは帯（金属はく）によって構成され、該金属帯の平
面は、少なくとも実質的に前記共通の軸線に対しては垂
直で、前記リングの面とは平行である。実際、各段の全
インダクタンスを最大に減じるために、コンデンサ段の
端部の各々は前記共通の軸線の回りに分配された複数の
放射状の電極によって放電子に接続される。さらに、各
コンデンサ段は、その電極と共に、誘電体樹脂もしくは
絶縁樹脂で被覆される。

発電機の容積を減じるために、もちろん、各段はでき
る限り小型に作られる。

所望の小型化、並びに各段に関連した複数の電極に起
因して、この型のエネルギ蓄電装置内には、相互に接近
しかつ反対側の高電位にされた多数の点がある。それ
故、破壊の危険性は相当なものである。

さらに、それらの構造により、電極は弱い機械的堅固
性を有し、その結果、それら電極は、絶縁被覆樹脂の造
形の瞬間において変形され、そして電極のどの点におい
ても、反対側の高電位の点から電極を話さなければなら
ない安全な距離を考慮するということは事実上不可能で
ある。従って、破壊の危険がさらに増大する。

本発明の目的は、これらの欠点を克服することにあ
る。

発明の概要このため、本発明のよれば、各々がリング形状をなす
複数のコンデンサ段を有し、各々を並列に充電できると
共に、直列に放電できるように互いに接続することによ
り、超高電圧で電気エネルギを蓄積することができる超
高電圧の電気エネルギ蓄積装置において、各コンデンサ
段のコンデンサの外部及び内部周辺間に充電電圧が印加
され、前記リングはそれらの共通軸Ｘ−Ｘに沿って同軸
上に配設され、各コンデンサ段は前記共通軸Ｘ−Ｘの近
傍中央で、前記コンデンサの端面のそれぞれの側面に配
設された端子、対応する端子に前記外部及び内部周辺各
々を接続する少なくとも１つの長い電極と少なくとも１
つの短い電極を有し、各電極は対応するリングに関して
放射状に設けられ、前記電極前記コンデンサの外側それ
ぞれは薄い金属帯からなり、その平面は、前記共通軸Ｘ
−Ｘに垂直で、かつ前記リングの前記端面に平行であ
り、前記長い電極の長さ方向に沿う端縁は、コンデンサ
の前記内部周辺の近傍とともに、対応するコンデンサの
端面に向かって丸められている超高電圧の電気エネルギ
蓄積装置が提供される。

本発明により、前記電極とコンデンサとの間の高い反
対電位での破壊の危険性は減じられる。さらに、前記丸
められた長手方向エッヂは、被覆の造形中、前記電極に
対し、その変形に抗する堅固性を提供する。

既知の態様で、電気エネルギ蓄積装置において、格段
のコンデンサの外部及び内部周辺間で電圧が印加されか
つ収集され、他方では、前記コンデンサ段の端子は前記
共通の軸線の近辺で中央に配置され、その結果、各コン
デンサ段は、前記コンデンサの外側に前記外部周辺を前
記中央の端子の１つに接続する少なくとも１つの長い電
極を有する場合、前記コンデンサの内部周辺の近辺に配
置された前記長い電極の少なくとも当該部分には、前記
丸められた長手方向エッヂが設けられているのが有利で
ある。

この後者の特徴は、小型化のために、前記長い電極が
前記内部週辺の近辺にベンドを含んで前記コンデンサに
接近させるようにして、前記中央端子は頻繁に、少なく
ともほぼ前記コンデンサの端面の平面に配置されるの
で、重要である。

上述の型の蓄積装置において、少なくとも１つの他の
一層短い電極が設けられ、前記コンデンサの内部周辺を
前記他の端子に接続する。特に、堅固性のために、前記
電極の各々には（長いのも短いのも双方とも）、その長
さの大きい方の部分に渡って、前記丸められた長手方向
エッヂが設けられるのが好ましい。

本発明によればまた、格段のコンデンサの外部及び内
部周辺間で電圧が印加されかつ収集され、他方、前記コ
ンデンサ段の端子は前記共通の軸線の近辺で中央に配置
され、前記電極は、前記外部周辺を前記中央の端子の１
つに接続するエネルギ蓄積装置に対して前記電極が意図
されている場合には、前記コンデンサの内部周辺の近辺
に配置された前記電極の少なくともその部分に、前記丸
められた長手方向エッヂが設けられることが注目すべき
ことである。

前記電極には、その長さの大きい方の部分に渡って前
記丸められた長手方向エッヂが設けられるのが好まし
い。

さらにまた、本発明によれば、前記丸められた長手方
向エッヂは、前記電極の長手方向部分を曲げることによ
り得られ得る。

その場合、電極とコンデンサとの間の破壊のどのよう
な危険性をも除去するため、前記曲げは円筒状であり、
そして少なくとも180゜、好ましくは225゜の角度幅に渡
って延びるのが好ましい。

電極が、厚さ0.4から0.5mmの金属帯で形成され、かつ
50KV程度の電位に順応するよう意図された特定の実施例
において、曲率半径は2.5mm程度であるのが有利であ
る。

別の実施例においては、前記丸められた長手方向エッ
ヂは、前記電極に対して横方向に追加された丸いもしく
は管状の棒によって形成される。その場合、前記薄い金
属帯は前記棒に対して直径方向にあっても良く、また前
記棒の直径方向面に対してずれていても良い。

さらに、前記電極は、前記棒を介して接続された２つ
の平行な薄い金属帯によって構成されても良い。

前記薄い金属帯及び棒は、電極に所望の形状に別々に
形成され、次に、整形後に、例えば溶接により組立てら
れるのが好ましい。

前記電極は、一方では前記コンデンサの前記端子の１
つに、他方では前記コンデンサの内部もしくは外部周辺
の１つに接続する目的で、丸められた長手方向エッヂの
無い伸長部を、前記電極の端部の各々に有しているのが
有利である。

本発明は、添付図面を参照して以下の説明を読めば一
層容易に理解されよう。

実施例図を参照すると、図式的に第１図に示されたマルクス
発電機１は、内側に例えば６ふっ化イオウ（SF6）のよ
うな誘電ガスの環境が蔓延した囲い３を限定する、気密
な容器２を含んでいる。囲い３には、複数のコンデンサ
段4.1,4.2,4.i,4.j,……,4.nが配列されており、第２図
及び第３図でより明瞭に分かるように、それらは各々、
矩形断面のリングもしくはトーラスの形状である。これ
らのコンデンサ段は、すべて軸線Ｘ−Ｘに対して同軸的
に装着され、かつ前記軸線に沿って並置される。前記コ
ンデンサ段は、並列に充電され、次に直列に放電され得
るように、特に抵抗器（図示せず）を介して、示されて
はいないが、既知の態様で電気的に接続される。さらに
電気結線５は、前記コンデンサ段を容器２の外側の電気
制御装置（図示せず）に接続する。

さらに、以後の説明を読むと一層明らかとなるよう
に、コンデンサ段4.1から4.nまでは相互に機械的に固着
され、かつそれら組立体は、それらを容器２に接続する
１つもしくは数個の支持体６によって機械的に支持され
る。例えば、共通の軸線Ｘ−Ｘは水平であり、そして支
持体６は、前記コンデンサ段を支持すると共に、それ自
体が前記容器によって支持されるベースを形成する。

第２図は、前記コンデンサ段の任意の１つ4.iと、該
コンデサ段4.iの両側にそれぞれ配置されるコンデンサ
段4.i−１及び4.jの部分とを軸方向断面図で図式的に示
す。

図から分かるように、各コンデンサ段は、軸線Ｘ−Ｘ
で中心付けられ、かつ絶縁性樹脂８の被覆内に埋め込ま
れた、リングの形状のコンデンサ７を含んでいる。

被覆８は、それ自体、軸線Ｘ−Ｘに対して同軸のリン
グの形状であり、かつ相互に接触する端面11を含んでい
る。

連続的なコンデンサ段は、中心付けリング10で隣接す
る、接続控え棒によって相互に機械的に接続される。各
中心付けリング10は、連続的な被覆８の支持端面11に設
けられた対向する中央くぼみ内にはめ合わされる。各控
え棒９には、その端部の各々にねじ山12及び13が設けら
れ、双方とも前記リング10内にタッピング14においてね
じ込まれるか、もしくはそれらの内孔15を自由に貫通さ
れる。ねじ山13には、強制ナット16がねじ止めされる。
各リング10は、タッピング14及び内孔15を含んでいる。

第２図は、連続的なコンデンサ段間の電気的接続を示
していないが、他方、各コンデンサ段の端子17及び18
と、対応する電極19及び20とが示されている。既知のよ
うに、電極19と20は、一般には金属はくと言われる、薄
い金属帯（例えば、1mmの1/10の数倍）によって構成さ
れる。

各端子17及び18は、環状形態を示し、かつ軸線Ｘ−Ｘ
の近辺に配置され、該軸線に対して各端子は同軸であ
る。さらに、前記端子17及び18の各々は、それぞれコン
デンサ７の端面21または22の、少なくとも略々面内にあ
る。この方法で、各段に必要とされる軸方向間隔は最小
である。

各段の環状の端子17は、放射状の複数の電極19（第３
図参照、ただし第３図では被覆８を除去したものと仮定
している）によって対応するコンデンサ７の外側周辺23
に接続される。従って、電極19は長い。それらは、関連
のコンデンサ７の対応の端面21と平行で、該面21から距
離ｄだけ離間された、長い平面部分19aを含んでいる。
しかしながら、環状の端子17を接合させるために、さら
に、前記コンデンサ７の内側周辺24の近辺にあるベンド
19Cによって、平面部分19aに接続される領域中央部分19
bを含まなくてはならない。

さらに、各コンデンサ段の環状の端子18は、放射状の
複雑の電極20によって（その星形配置は示されていない
が、第３図に示されたような電極19の配置と同じである
のが有利である）、対応のコンデンサ７の内部周辺24に
接続される。従って、電極20は電極19より短い。さら
に、それらは前記内部周辺24の内側に収容されるので、
全長に渡って直線である。

電極19の部分19aの平面及び電極20の平面は、軸線Ｘ
−Ｘに対して直角である。一例として、これらの電極
は、1mmの4/10から5/10の厚さ及び50mmの幅の金属帯で
作られ得る。電極19の部分19aの長さは、150mm程度であ
って良い。

端子17及び18は、コンデンサ段の中央くぼみ27内に収
容される放電子25または26とそれぞれ固着され、１つの
段の放電子25は次の段の放電子26と協働するように配置
される。

みぞ28は、表皮効果による電気伝導を除去するために
前記中央くぼみ27の壁に作られ得る。

上述の説明から、各コンデンサ７ごとに前記コンデン
サの外部及び内部周辺23及び24との間に電圧が印加さ
れ、かつ収集されそして可能な限り最小の軸方向空間を
占めるように距離ｄは、電極19とコンデンサ７との間の
破壊を避けるようにちょうど充分なものでなければなら
ず、かつ端子17は、１つの段の放電子25が近接する段の
放電子26に向かい合って配置されるのを可能とするよう
に前記コンデンサ７の中心により接近してもたらされな
ければならない、ということが結果として明らかであ
る。結果として、電極19のベンド19C及び内部周辺24間
では電界は大変高く、何故ならば、該電極19及び該内部
周辺24は、反対極性の高い電位にされているからであ
る。一例として、電極19及び内部周辺24間の電位差（す
なわち電極19及び20間の電位差）は、コンデンサの充電
中100KV程度であり得る。従って、前記ベンド19Cのレベ
ルにおいて破壊の危険性がある。第４図は、コンデンサ
７の充電中の電界パターンを概略的に示す。コンデンサ
の充電中にベンド19C及びコンデンサ７間に高密度の電
界パターンが存在するということが分かる。

前記コンデンサ段のインダクタンスを減じるために多
数の電極19が段ごとに設けられるので（図示の例におい
ては８つ）、そして小さい厚さ、大きい幅及び大きい長
さを有する構造により、電極19は、被覆８を造形する瞬
間に変形されないよう充分な機械的強度を現さないの
で、前記ベンドのレベルにおける破壊の危険性は、さら
に増大する。従って、電極19のこの低い機械強度に起因
して、距離ｄは、破壊を避けるために計算された値よ
り、実際は少なくなっている、危険性がある。

これらの欠点を克服するために、本発明によれば、電
極19及び20の長手方向の縁は、対応のコンデンサ７とは
反対に丸められている。このようにして、電極及びコン
デンサ間の破壊に対する抵抗は増大され、何故ならば、
前記長手方向の縁は、前記コンデンサに対向するどのよ
うな急な縁も提起しないからである。

第5a図〜第5g図は、本発明による電極19及び20に対す
るいくつかの断面例を示す。各々の図においてコンデン
サ７（図示せず）は、対応する電極19または20の下方に
配置されるであろう。

第5a図示において、電極19及び20の長手方向の縁は、
円筒形のビーディング29及び30を形成するために、対応
のコンデンサ７とは反対の側に単に曲げられる。その場
合、わん曲Ａの角度は少なくとも180゜に等しいのが有
利であり、225゜程度であるのが好ましく、これによ
り、前記ビーディングの端部の縁31もしくは32は、それ
ぞれ電極19もしくは20によってコンデンサ７から完全に
絶縁される。一例として、前記電極を0.4mmの厚さの金
属はくで構成する場合、前記円筒形のビーディングの半
径ｒは2.5mm程度であるのが有利である。第5b図及び第5
c図において、各電極19及び20は、２つの平行な金属は
くの帯で構成され、該帯の長手方向の縁に沿って円形棒
33及び34（第5b図）もしくは管35及び36（第5c図）が、
例えば熔接によって固着される。

第5d図及び第5e図において、各電極19及び20は、単一
の金属はくの帯で構成され、該帯の長手方向の縁に沿っ
て円形棒37及び38（第5d図）もしくは管39及び40（第5e
図）が、例えば熔接によって固着され、前記金属はくの
帯は、前記棒及び管の中心に対してずらされている。第
5f図及び第5g図は、第5d図及び第5e図のものにそれぞれ
対応する、２つの変形例を示し、金属はくの帯は、前記
棒及び管に対して直径の方向に配置されている。

第６図から第10図は、第5e図の実施例による第２図及
び第３図に示された電極19及び20の実施例を示してい
る。

各電極19（第６図〜第８図を参照）は、前記電極上に
熔接された２つの側部にある管39及び40によって、対応
のコンデンサ７とは反対の側でふちを付けられている。
以後、説明される部分19a、19b及び19cに加えて、電極1
9は、コンデンサ７の外部周辺23との結合のために、軸
線Ｘ−Ｘに実質的に平行な折り返し部分19dを含んでい
る。

そのために、電極19を構成する金属はくのバンドもし
くは帯は、例えば熔接によって前記周辺に取付けるため
の伸張部41を含んでいる。

同様に、電極19のベント部分19bの金属はくのバンド
もしくは帯は、端子17への取付けのための伸張部42を含
んでいる。端子17は、そのため、前記伸張部42を両者間
で押圧するリング17a及びセクタ17bによって構成され
得、該伸張部42には、前記リング17aと前記セクタ17bの
１つとの間で前記伸張部を押圧するよう意図されたねじ
44を通すための穴43が設けられている。次に、放電子25
は、セクタ17bの内側で、それぞれの端子17の残りのも
の（17a、17b）と機械的かつ電気的に接触するよう、リ
ング17cによって支持される。各電極19を構成する管39
と40及び金属はくの帯は、後者の形態で別々に形成さ
れ、次に熔接によって組立てられる。

同様に各電極20（第９図及び第10図を参照）は、その
上に熔接された側面の管39及び40によってふち付けられ
る。電極20の金属はくは、対応のコンデンサ７の内部周
辺24と、端子18とに取付けて電気接触を行わせるために
それぞれ伸張部45及び46を含んでいる。伸張部46には、
穴47が貫通され、そして端子18は、リング18a及び圧力
セクタもしくは扇形18bで構成された（端子17のものと
同様の）構造を有している。この方法で、前記伸張部46
は、ねじ（図示せず）を介してリング18a及びセクタ18b
間で押圧され得る。放電子26は、セクタ18bの内側で、
それぞれの端子18の他の構成要素（18a、18b）と機械的
かつ電気的に接触するよう、リング18cと固着される。
そこで再び、各電極20を構成する管39と40及び金属はく
の帯は別々に形成され、次に熔接によって組立てられ
る。

電極19と対応のコンデンサ７の内部周辺24との間の破
壊の危険性をさらに減じるために、電界を分配するため
の装置48が前記電極及び前記内部周辺間に配置され得る
（第11図の概略図を参照）。かかる装置は、前記電極19
の曲がった形状に少なくともほぼ追従するように曲げら
れた、導電性リングによって構成され得る。

以上の説明より明らかなように、本発明によれば、破
壊の危険性のおそれのない小型の超高電圧の電気エネル
ギ蓄積装置を提供することができるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、マルクス発電機を概略的に示す縦断面図、第
２図は、コンデンサ段の構造並びに隣接段との接続部の
部分を拡大して示す直径方向の断面図、第３図は、長い
電極の配分を示すかかる段のコンデンサの前面図、第４
図は、前記段の充電の瞬間における電気力線を概略的に
示す図、第5a図〜第5g図は、本発明による電極の数通り
の実施例を示す断面図、第６図〜第８図は、第１図〜第
３図のマルクス発電機のための長い電極の、第６図の線
VIII−VIIIに沿った、それぞれ前面図、上面図面及び半
分の断面図、第９図及び第10図は、第１図〜第３図のマ
ルクス発電機のための短い電極を示す、それぞれ平面図
及び端面図、第11図は、本発明による付加的な改良を示
す図である。図において、１はマルクス発電機、２は容
器、4.1,4.2,4.i,4.j……4.nは複数のコンデンサ段、７
はコンデンサ、８は絶縁性樹脂、11は端面、10は中心付
けリング、17及び18は各コンデンサ段の端子、19及び20
は電極、21及び22は端面、23は外部もしくは外側周辺、
24は内部もしくは内側周辺、19aは平面部分、19bは傾斜
中央部分、19cはベンド、25及び26は放電子である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者アラン・ニコラフランス国、01600 レリウー、ル・クロ（番地なし) (56)参考文献実開昭61−83021（ＪＰ，Ｕ) 実開昭57−146324（ＪＰ，Ｕ) 特公昭35−13576（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】各々がリング形状をなす複数のコンデンサ
段（４−１〜４−ｎ）を有し、各々を並列に充電できる
と共に、直列に放電できるように互いに接続することに
より、超高電圧で電気エネルギを蓄積することができる
超高電圧の電気エネルギ蓄積装置において、各コンデンサ段（４−１〜４−ｎ）のコンデンサ７の外
部23及び内部24周辺間に充電電圧が印加され、前記リン
グはそれらの共通軸Ｘ−Ｘに沿って同軸上に配設され、
各コンデンサ段（４−１〜４−ｎ）は前記共通軸Ｘ−Ｘ
の近傍中央で、前記コンデンサ７の端面21、22のそれぞ
れの側面に配設された端子17、18、対応する端子17、18
に前記外部23及び内部24周辺各々を接続する少なくとも
１つの長い電極19と少なくとも１つの短い電極20を有
し、各電極は対応するリンクに関して放射状に設けられ、前
記電極19、20、前記コンデンサ７の外側それぞれは薄い
金属帯からなり、その平面は、前記共通軸Ｘ−Ｘに垂直
で、かつ前記リングの前記端面21、22に平行であり、前
記長い電極19の長さ方向に沿う端縁は、コンデンサ７の
前記内部周辺24の近傍とともに、対応するコンデンサ７
の端面に向かって丸められている超高電圧の電気エネル
ギ蓄積装置。
【請求項２】前記長い電極19および短い電極20のそれぞ
れは、その長さの大部分にわたって長さ方向に沿う丸め
られた端縁が設けられていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の超高電圧の電気エネルギ蓄積装置。
【請求項３】前記電極の前記丸められた長さ方向に沿う
端縁は、前記電極の長さ方向に沿う部分を内側へ湾曲さ
せることにより得られることを特徴とする特許請求の範
囲第１項または第２項記載の超高電圧の電気エネルギ蓄
積装置。
【請求項４】前記湾曲された部分は円筒状であり、そし
て少なくとも180度、好ましくは225度の角度幅にわたっ
て伸びていることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
載の超高電圧の電気エネルギ蓄積装置。
【請求項５】前記電極は厚さ0.4mmから0.5mmの金属帯
で、50kv程度の電位を印加できるように形成され、前記
湾曲された部分の半径は2.5mm程度であることを特徴と
する特許請求の範囲第４項記載の超高電圧の電気エネル
ギ蓄積装置。
【請求項６】前記電極の丸められた長さ方向に沿う端縁
は丸棒33、34、37、38または管状棒35、36、39、40であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
記載の超高電圧の電気エネルギ蓄積装置。
【請求項７】前記電極の薄い金属帯は前記棒37−40を両
側に有し、それらの中心を結ぶ線上にあることを特徴と
する特許請求の範囲第６項記載の超高電圧の電気エネル
ギ蓄積装置。
【請求項８】前記電極の薄い金属帯は前記棒37−40を両
側に有し、それらの中心を結ぶ線に平行な線上で、かつ
前記中心を外す線上に設けられていることを特徴とする
特許請求の範囲第６項記載の超高電圧の電気エネルギ蓄
積装置。
【請求項９】前記各電極は、前記棒33−36によって両側
が固定された２つの平行な薄い金属帯からなることを特
徴とする特許請求の範囲第６項または第７項記載の超高
電圧の電気エネルギ蓄積装置。
【請求項１０】前記各電極は、その端部のそれぞれに、
一方では前記端子の１つに、他方では前記コンデンサの
内部もしくは外部周辺の１つに、前記各電極を接続する
目的で、丸められた長手方向に沿う端棒41、42、45、46
のない延長部を有していることを特徴とする特許請求の
範囲第１項または第２項記載の超高電圧の電気エネルギ
蓄積装置。