CN108780699B - 薄膜电容器、连结型电容器、使用其的逆变器以及电动车辆 - Google Patents
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Abstract
薄膜电容器具备:主体部(3),具有电介质薄膜(1)、和分别被配置于该电介质薄膜(1)的对置的第1面(1c)以及第2面(1d)的第1金属膜(2a)以及第2金属膜(2b);和第1外部电极(4a)以及第2外部电极(4b),分别被配置于主体部(3)的对置的第1端部(3a)以及第2端部(3b)。第1金属膜(2a)以及第2金属膜(2b)分别具有第1部位(21)、第2部位(2m)以及第3部位(2n)。第3部位(2n)位于与第1外部电极(4a)、第2外部电极(4b)的任意一个连接的第1部位(21)和位于相反的一侧的端部的第2部位(2m)之间。第1金属膜(2a)的第3部位(2na)被在第1方向(OA)延伸的第1槽(7na)分割,第2金属膜(2b)的第3部位(2nb)被在第2方向(OB)延伸的第2槽(7nb)分割。第1方向(OA)与第2方向(OB)在俯视的情况下相互交叉。
Description
技术领域
本公开涉及薄膜电容器、连结型电容器、使用其的逆变器以及电动车辆。
背景技术
薄膜电容器例如具有:使聚丙烯树脂薄膜化的电介质薄膜、和通过蒸镀而形成于对该电介质薄膜的表面的金属膜。金属膜被用作为电极。通过这样的结构,在薄膜电容器中,具有如下优点:即使在电介质薄膜的绝缘缺陷部中产生了短路的情况下,通过短路的能量,缺陷部周边的金属膜蒸发、飞散,绝缘缺陷部被绝缘化,能够防止薄膜电容器的绝缘破坏(自我恢复性)。
这样,薄膜电容器能够防止电路短路时的起火、触电。注意到这方面,近年来,薄膜电容器的用途开始应用于LED(Light Emitting Diode)照明等的电源电路,在混合动力汽车的电机驱动、太阳光发电的逆变器系统等中用途也逐渐放大。
在薄膜电容器中,在使上述的自我恢复性发挥作用的情况下,绝缘缺陷部周边的金属膜蒸发、飞散并绝缘化。其结果,产生静电电容的电极的面积减少,薄膜电容器的电容减少。为了抑制自我恢复后的电容减少,公开了如下薄膜电容器:将接近于绝缘边缘部的蒸镀电极分割为多个小的区域,通过熔丝来将这些各区域并联连接(例如,参照专利文献1)。在具有这种结构的薄膜电容器中,在使自我恢复性发挥作用时,熔丝溶断,能够将具有缺陷部的区域从电路切分开。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:JP特开2009-164328号公报
发明内容
本公开的薄膜电容器具备:主体部,具有电介质薄膜、和分别被配置于该电介质薄膜的对置的第1面以及第2面的第1金属膜以及第2金属膜;和第1外部电极以及第2外部电极,分别被配置于该主体部的对置的第1端部以及第2端部,所述第1金属膜以及所述第2金属膜分别具有第1部位、第2部位以及第3部位,所述第1金属膜的所述第1部位在所述第1端部与所述第1外部电极连接,所述第1金属膜的所述第2部位位于所述第2端部,所述第1金属膜的所述第3部位位于所述第1部位与所述第2部位之间,并且具有被在第1方向延伸的第1槽分割的多个第1分割区域,所述第2金属膜的所述第1部位在所述第2端部与所述第2外部电极连接,所述第2金属膜的所述第2部位位于所述第1端部,所述第2金属膜的所述第3部位位于所述第1部位与所述第2部位之间,并且具有被在第2方向延伸的第2槽分割的多个第2分割区域,俯视的情况下,所述第1方向与所述第2方向相互交叉。
本公开的连结型电容器具备:多个薄膜电容器、和将该多个薄膜电容器连接的汇流条,所述薄膜电容器是上述的薄膜电容器。
本公开的逆变器具备:由开关元件构成的桥电路、和与该桥电路连接的电容部,所述电容部是上述的薄膜电容器或者连结型电容器。
本公开的电动车辆具备:电源、与该电源连接的逆变器、与该逆变器连接的电机、和通过该电机来驱动的车轮,所述逆变器是上述的逆变器。
附图说明
图1是层叠型的薄膜电容器的概略剖视图。
图2是示意性地表示卷绕型的薄膜电容器的结构的展开立体图。
图3是表示电介质薄膜以及金属膜的一部分的图,其中的(a)是表面的俯视图,其中的(b)是横剖视图。
图4是将图3中的(a)的一部分(虚线部)放大的俯视图。
图5是表示将附带第1金属膜的薄膜与附带第2金属膜的薄膜重合的配置的图,其中的(a)是附带第1金属膜的薄膜的俯视图,其中的(b)是附带第2金属膜的薄膜的俯视图。
图6是表示附带第1金属膜的薄膜和附带第2金属膜的薄膜被层叠或者卷绕的主体部的一部分的横剖视图。
图7是表示将附带第1金属膜的薄膜与附带第2金属膜的薄膜重合的配置的图,其中的(a)是将图5中的(a)的虚线部放大的俯视图,其中的(b)是将图5中的(b)的虚线部放大的俯视图,其中的(c)是将第3部位重合的图。
图8是将另一实施方式中的附带金属膜的薄膜的表面的图5的虚线部所示的部位放大的图,其中的(a)是一个附带金属膜的薄膜的俯视图,其中的(b)是另一个附带金属膜的薄膜的俯视图,其中的(c)是将第3部位重合的图。
图9是将又一实施方式中的附带金属膜的薄膜的表面的图5的虚线部所示的部位放大的图,其中的(a)是附带第1金属膜的薄膜的俯视图,其中的(b)是附带第2金属膜的薄膜的俯视图,其中的(c)是将第3部位重合的图。
图10是示意性地表示连结型电容器的结构的立体图。
图11是对逆变器的一实施方式的结构进行说明的概略结构图。
图12是表示电动车辆的一实施方式的概略结构图。
图13是表示现有的薄膜电容器的图,其中的(a)是将一组附带金属膜的薄膜重合的横剖视图,其中的(b)是表示一组附带金属膜的薄膜的配置的俯视图。
具体实施方式
如图1、2所示,薄膜电容器包含:电介质薄膜1a、1b、金属膜2a、2b层叠或者卷绕的薄膜电容器主体部3(以下,也可能简称为主体部3)、和在主体部3的对置的端部通过金属喷镀而设置的一对外部电极4a、4b。
在图1所示的层叠型的薄膜电容器A的主体部3中,在电介质薄膜1a的第1面1ac具备金属膜2a的附带金属膜的薄膜5a、和在电介质薄膜1b的第1面1bc具备金属膜2b的附带金属膜的薄膜5b交替层叠。金属膜2a在主体部3的一个端部3a与外部电极4a电连接。金属膜2b在主体部3的另一个端部3b与外部电极4b电连接。
在图1中,将电介质薄膜1a、1b以及金属膜2a、2b的宽度方向表示为x方向,将长度方向表示为y方向,将厚度方向表示为z方向。因此,电介质薄膜1a、1b以及金属膜2a、2b在z方向重合,外部电极4a、4b分别被配置于位于主体部3的x方向的端部3a、3b。
在图2所示的卷绕型的薄膜电容器B的主体部3中,在电介质薄膜1a的第1面1ac具备金属膜2a的附带金属膜的薄膜5a、和在电介质薄膜1b的第1面1bc具备金属膜2b的附带金属膜的薄膜5b重叠并卷绕。金属膜2a在主体部3的一个端部3a与外部电极4a电连接。金属膜2b在主体部3的另一个端部3b与外部电极4b电连接。
另外,在图2中,为了容易理解,越接近于纸面的身前,越将引出的电介质薄膜1a、1b以及金属膜2a、2b的厚度描绘得较厚。
在图2中,将电介质薄膜1a、1b以及金属膜2a、2b的宽度方向表示为x方向,将长度方向表示为y方向,将厚度方向表示为z方向。因此,电介质薄膜1a、1b以及金属膜2a、2b在z方向重合,外部电极4a、4b分别被配置于位于主体部3的x方向的端部3a、3b。在薄膜电容器B中,x方向与卷绕的轴长方向一致。
薄膜电容器A以及B的电介质薄膜1a具有对置的第1面1ac和第2面1ad,电介质薄膜1b具有对置的第1面1bc和第2面1bd。所谓附带金属膜的薄膜5a,是指在电介质薄膜1a的第1面1ac上形成金属膜2a的薄膜,在第1面1ac上的一部分具有电介质薄膜1a露出的所谓的绝缘边缘部6a。所谓附带金属膜的薄膜5b,是指在电介质薄膜1b的第1面1bc上形成金属膜2b的薄膜,在第1面1bc上的一部分具有电介质薄膜1b露出的所谓的绝缘边缘部6b。这些附带金属膜的薄膜5a、5b如图1、2所示,以在宽度方向(x方向)稍微偏离的状态被层叠或者被卷绕。
这样,薄膜电容器A、B的由电介质薄膜1a以及金属膜2a构成的附带金属膜的薄膜5a和由电介质薄膜1b以及金属膜2b构成的附带金属膜的薄膜5b如图1、2所示被重叠,并被层叠或者卷绕。
金属膜2a、2b在位于主体部3的x方向的端部3a、3b露出的连接部分别连接外部电极4a、4b。
由于对与附带金属膜的薄膜5a、5b共通的本实施方式的特征进行说明,以下,如图3所示,可能省略a、b的符号。此外,在图3中的(b)的横剖视图中,为了容易说明,将薄膜的厚度方向(z方向)放大表示。
在本实施方式中,如图3所示,金属膜2包含第1部位2l、第2部位2m以及第3部位2n。第1部位2l位于左边的端部(第1端部)侧,与第1外部电极4(未图示)连接。第2部位2m位于右边的端部(第2端部)的附近,即绝缘边缘部6的附近,未与第2外部电极4连接。第3部位2n在x方向上位于第1部位21与第2部位2m之间。金属膜2在x方向的两端分别配置有第1部位21以及第2部位2m,第3部位2n被夹在第1部位2l与第2部位2m之间。
如图4所示,在第3部位2n,以规定的间隔形成多个槽7n。即,第3部位2n具有被槽7n分割的多个分割区域2ni。槽7n在金属膜2上的第1方向OA或者第2方向OB(未图示)延伸。第3部位2n也可以还具有将相邻的分割区域2ni之间连结的熔丝部8n。槽7n能够通过激光加工来形成。
第3部位2n与第1部位21的边界是沿着y方向将槽7n的第1部位2l侧的端部连结的线,第3部位2n与第2部位2m的边界是沿着y方向将将槽7n的第2部位2m侧的端部连结的线。在第1部位21与第3部位2n的边界,相邻于第1部位21的分割区域2ni与第1部位21连续。此外,在第2部位2m与第3部位2n的边界,相邻于第2部位2m的分割区域2ni与第2部位2m连续。
图5~7中表示使附带金属膜的薄膜5a、5b重合时的配置。图5中的(a)所示的附带金属膜的薄膜5a和图5中的(b)所示的附带金属膜的薄膜5b以在宽度方向(x方向)稍微偏离的状态而重合。附带金属膜的薄膜5a与5b被配置为金属膜2a的第1部位2la与金属膜2b的第2部位2mb重叠,金属膜2a的第2部位2ma与金属膜2b的第1部位2lb重叠。
薄膜电容器A、B的附带金属膜的薄膜5a、5b以这样的配置重合,并层叠或者卷绕。图6表示薄膜电容器A、B的横剖面的一部分。通过一对附带金属膜的薄膜5a、5b重合并被层叠或者卷绕,从而成为电介质薄膜1a、金属膜2a、电介质薄膜1b以及金属膜2b按照该顺序而重合多个的结构。
图7中的(a)将图5中的(a)的虚线部放大表示。图7中的(a)所示的金属膜2a的第3部位2na具有被第1槽7na分割的多个第1分割区域2nai。第1槽7na在金属膜2a上的第1方向OA延伸。图7中的(b)将图5中的(b)的虚线部放大表示。图7中的(b)所示的附带金属膜的薄膜5b的第3部位2nb具有被第2槽7nb分割的多个第2分割区域2nbi。第2槽7nb在金属膜2b上的第2方向OB延伸。
第1方向OA与第2方向OB相互交叉。此外,第3部位2na与2nb隔着电介质薄膜1而被对置配置。这样,具有在第1方向OA延伸的第1槽7na的第3部位2na、和具有在第2方向OB延伸的第2槽7nb的第3部位2nb被配置为隔着电介质薄膜1而对置。由此,第1槽7na与第2槽7nb重合,第1槽7na与第2槽7nb以隔着电介质薄膜1的状态相互交叉。其结果,在第3部位2n中,第1分割区域2nai与第2分割区域2nbi重合。其结果,如图7中的(c)所示,第1槽7na(实线)以及第2槽7nb(虚线)以隔着电介质薄膜1或者2的状态相互交叉,形成进一步被分割的分割区域2nj。
换言之,被配置于电介质薄膜1的第1面1c的第1金属膜2a、和被配置于第2面1d的第2金属膜2b分别具有第1部位21、第2部位2m以及第3部位2n。第1金属膜2a的第1部位2la在主体部3的第1端部3a与第1外部电极4a连接,第2部位2ma被配置于第2端部3b的附近。第1金属膜2a的第3部位2na在x方向位于第1部位2la与第2部位2ma之间。第2金属膜2b的第1部位2lb在主体部3的第2端部3b与第2外部电极4b连接,第2部位2mb被配置于第1端部3a的附近。第2金属膜2b的第3部位2na在x方向位于第1部位2lb与第2部位2mb之间。
并且,第1金属膜2a的第1部位2la与第2金属膜2b的第2部位2mb隔着电介质薄膜1而重合,第1金属膜2a的第2部位2ma与第2金属膜2b的第1部位2lb隔着电介质薄膜1而重合。
第1金属膜2a的第3部位2na与第2金属膜2b的第3部位2nb夹着电介质薄膜1而重合。第1金属膜2a的第3部位2na具有被在第1方向OA延伸的第1槽7na分割的多个第1分割区域2nai,第2金属膜2b的第3部位2nb具有被在第2方向OB延伸的第2槽7nb分割的多个第2分割区域2nbi。第1方向OA与第2方向OB相互交叉,在俯视电介质薄膜1、第1金属膜2a以及第2金属膜2b时,第1槽7na(实线)与第2槽7nb(虚线)交叉。由此,在第3部位2n,形成进一步被分割的分割区域2nj。
在专利文献1所述的图13所示的现有的薄膜电容器中,存在以下问题:电阻较高的熔丝部108a、108b集中于主体部3的x方向的特定的部位(中央),在中央附近,发热集中并容易绝缘破坏。
与此相对地,在本实施方式的薄膜电容器A、B,通过使第3部位2na与2nb夹着电介质薄膜1重合,分别在不同方向延伸的槽7na与槽7nb交叉,从而形成分割区域2nj。因此,熔丝部108不会集中于特定的部位,能够抑制基于自我恢复的发热的集中。进一步地,也存在以下优点:由于自我恢复而蒸发的成分通过与第1槽7na和第2槽7nb重合并成为网眼状的槽7n,容易蒸散到外部。
此外,在图13所示的现有的薄膜电容器中,在附带金属膜的薄膜105a,105b的多层,熔丝部108a、108b重合,这些熔丝部108可能同时断线。
与此相对地,在本实施方式中,如图7中的(c)所示,能够将第1金属膜2a的第3部位2na的第1熔丝部8na和第2金属膜2b的第3部位2nb的第2熔丝部8nb配置于夹着电介质薄膜1而未对置的位置。在俯视夹着电介质薄膜1并重合的金属膜2a、2b时,能够将第1熔丝部8na和第2熔丝部8nb配置于相互未重叠的位置(第1熔丝部8na与第2熔丝部8nb隔着电介质薄膜1而未对置的位置),使熔丝部8n的位置分散。通过这样使熔丝部8n的位置分散,从而提高发热的减少效果。另外,第3部位2na、2nb也可以不具有熔丝部8na、8nb。在第3部位2na、2nb具有熔丝部8na、8nb的情况下,第1槽7na与第2槽7nb可以在各自的长度方向的中央交叉,但也可以在该中央以外的位置交叉。
这里,将配置有第1端部以及第2端部的方向即x方向设为第3方向。如图3中的(b)所示,将第3部位2n(2na、2nb)的第3方向(x方向)上的长度设为W3,将电介质薄膜1的位于第3方向(x方向)的一对对置的端面间的长度(电介质薄膜1的x方向的长度)设为W0。对于第1金属膜2a、第2金属膜2b的第3部位2na、2nb的长度W3而言,W3相对于W0之比(W3/W0)均为0.2~0.5即可。通过使W3/W0为0.2以上,能够得到抑制发热的效果,通过设为0.5以下,能够得到抑制电容降低的效果。
在图4以及图7中,第1方向OA以及第2方向OB均相对于第3方向(x方向)成45°的角度,第1方向OA与第2方向OB交叉为直角。以下,可能将第1方向OA简称为OA,将第2方向OB简称为OB。
图8是另一实施方式,OA与第3方向(x方向)一致,OB与正交于第3方向的y方向一致。图9是又一实施方式,OA、OB均相对于第3方向(x方向)成30°的角度,OA与OB交叉。
另外,OA和OB在俯视电介质薄膜1、第1金属膜以及第2金属膜时,设定为第1槽7na与第2槽7nb相互交叉即可,例如OA相对于第3方向(x方向)所成的角和OB相对于第3方向(x方向)所成的角可以相同也可以不同。
第1槽7na延伸的第1方向OA以及第2槽7nb延伸的第2方向OB的至少任意一者也可以相对于第3方向(x方向)成10~80°的角度。通过OA、OB的至少任意一者相对于电介质薄膜1的长度方向(y方向)成规定的角度,从而在将附带金属膜的薄膜5a以及5b层叠或者卷绕并形成主体部3时,能够抑制空气的混入,能够抑制皱褶的产生。
如图3中的(b)、图4等所示,金属膜2的第2部位2m也可以包含第3分割区域2mi、和将第3分割区域2mi之间连结的第3熔丝部8m。第3分割区域2mi被设置为断续的网眼状(格子状)的第3槽7m分割。多个第3分割区域2mi以及第3熔丝部8m能够通过激光加工而形成。
通过具有这样的第3分割区域2mi,这些通过第3熔丝部8m来连结,从而利用自我恢复时的短路电流,绝缘缺陷部周围的第3熔丝部8m被溶断,能够将绝缘缺陷部从电路切分开。此外,也具有利用自我恢复而蒸发的成分通过网眼状(格子状)的第3槽7m而容易地蒸散到外部的优点。
第3槽7m延伸的方向可以与OA、OB一致,也可以不同。例如,在图7、图8中,第3槽7ma、7mb延伸的方向与OA、OB一致。此外,在图9中,第3槽7ma、7mb延伸的方向与OA、OB均不一致。
第3槽7m延伸的方向也可以相对于电介质薄膜1的第3方向(x方向)成10~80°的角度。通过第3槽7m延伸的方向相对于电介质薄膜1的第3方向(x方向)成规定的角度,从而将附带金属膜的薄膜5a以及5b层叠或者卷绕并形成主体部3时,能够抑制空气的混入,能够抑制皱褶的产生。
金属膜2的第1部位2l也可以不具有槽。通过连接于外部电极4的第1部位2l不具有槽地连续,从而薄膜电容器A、B的等效串联电阻(ESR)减少。另外,第1部位2l也可以具有沿着第3方向(x方向)的槽。特别是在卷绕型的薄膜电容器B中,在第1部位2l具有槽的情况下,可以在y方向(卷绕的周方向)以长于卷绕的周长的间隔配置槽。通过具有这样的槽,从而利用自我恢复而蒸发的成分更加容易蒸散到外部。
此外,金属膜2(2a、2b)也可以具有图3中的(b)、图6所示的厚边构造。以下,也存在将金属膜2的与外部电极4的连接部的附近2f称为厚边部2f的情况。所谓厚边构造,是指相对于金属膜2a、2b重合的有效区域,降低了与外部电极4的连接部的附近2f的金属膜2的电阻的构造。厚边部2f被设置于第1部位2l。
金属膜2的厚度在有效区域(形成电容的区域),例如为20nm以下,特别地可以设为5~15nm的范围。通过将金属膜2设为这样的厚度,从而金属膜2的面积电阻(表面电阻)为18~50Ω/□,能够发挥自我恢复性。此外,与外部电极4的连接部附近2f(厚边部2f)的金属膜2的厚度可以设为有效区域的2~4倍,即10~80nm的范围。
作为用于电介质薄膜1的绝缘性的树脂的材料,例如举例:聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚芳酯(PAR)、聚苯醚(PPE)、聚醚酰亚胺(PEI)以及环烯聚合物(COP)等。特别是由于聚芳酯(PAR)的绝缘破坏电压较高,因此优选。
这样的薄膜电容器例如可以如下地制作。首先,准备电介质薄膜1。电介质薄膜1例如通过将在溶剂中溶解有绝缘性的树脂的树脂溶液例如在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制的基材的表面成型为片状,进行干燥并使溶剂挥发来得到。作为成型方法,可以从刮刀法、模涂法以及刮刀涂布法等公知的成膜方法适当地选择。作为用于成型的溶剂,例如可以使用包含甲醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇、乙二醇单丙醚、甲乙酮、甲基异丁基酮、二甲苯、丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚乙酸酯、二甲基乙酰胺、环己烷或者从这些选择的2种以上的混合物的有机溶剂。此外,也可以对通过熔融挤压法而制作的树脂的薄膜进行延伸加工。
电介质薄膜1的厚度例如可以设为5μm以下,特别优选使用0.5~4μm厚度的电介质薄膜1。
电介质薄膜1可以仅包含上述的绝缘性的树脂,但也可以包含其他材料。作为电介质薄膜1中包含的树脂以外的构成要素,例如举例上述的有机溶剂、无机填料。无机填料中例如能够使用氧化铝、氧化钛、二氧化硅等的无机氧化物、氮化硅等无机氮化物、玻璃等。特别是,在将具有钙钛矿型构造的复合氧化物等相对介电常数较高的材料用作为无机填料的情况下,电介质薄膜1整体的相对介电常数提高,能够使薄膜电容器小型化。此外,在提高无机填料与树脂的相溶性的基础上,也可以对无机填料进行硅烷偶联处理、钛酸酯偶联处理等的表面处理。
在对电介质薄膜1使用这样的无机填料的情况下,通过设为含有小于50质量%的无机填料、50质量%以上树脂的复合薄膜,能够维持树脂的可挠性,并且得到基于无机填料的相对介电常数提高等的效果。此外,优选无机填料的尺寸(平均粒径)设为4~1000nm。
在制作出的电介质薄膜1的一面,对宽度方向(x方向)的端部的一个进行遮蔽后,对铝(Al)等的金属成分进行蒸镀来形成金属膜2,作为附带金属膜的薄膜5。
在形成厚边(heavy edge)构造的情况下,对形成上述的附带金属膜的薄膜5的厚边的部分(2f)以外进行遮蔽,在上述的蒸镀的金属成分的无遮蔽的部分上进一步例如蒸镀锌(Zn)来形成该厚边构造。此时,作为厚边部2f而蒸镀的膜的厚度设为上述的蒸镀的金属成分的1~3倍的厚度。
在金属膜2的第3部位2n形成槽7n。此时,也可以根据需要,在第2部位2m同时形成网眼状(格子状)的第3槽7m。槽7的形成中,使用能够使金属蒸镀膜飞散的激光标识机或者激光微调机。作为激光,可以使用绿色激光、YAG激光以及CO2激光之中的任意一个。另外,对电介质薄膜1的第1面1c实施槽7的图案的遮蔽(mask),在其上蒸镀金属成分从而也能够形成槽7。
在一面具有金属膜2(2a、2b)的附带金属膜的薄膜5(5a、5b)以2片为一组,如图5所示,以在宽度方向(x方向)稍微偏离的状态重叠,如图1,2所示那样层叠或者卷绕,得到主体部3。
在得到的主体部3的两端面,作为外部电极4,形成金属喷镀电极,从而得到薄膜电容器A、B。外部电极4的形成中,例如适合使用金属的喷涂、溅射法、镀覆法等。
接下来,根据需要,也能够通过外装部件(未图示)来覆盖形成有外部电极4的主体部3的表面。
作为金属膜2的材料,例如举例铝(Al)、锌(Zn)等金属、合金等。
此外,作为金属喷镀电极的材料,适合使用从锌、铝、铜以及焊料中选择的至少1种的金属材料。
图10是示意性地表示连结型电容器的一实施方式的结构的立体图。在图10中,为了容易理解结构,省略壳体以及模具用的树脂的记载。本实施方式的连结型电容器C为多个薄膜电容器B通过一对汇流条21、23而并联连接的结构。汇流条21、23包含:外部连接用的端子部21a、23a、以及分别与薄膜电容器B的外部电极4a、4b连接的引出端子部21b、23b。
若对连结型电容器C应用上述的薄膜电容器B,则能够得到自我恢复性优良的连结型电容器C。另外,也可以取代薄膜电容器B而应用薄膜电容器A。
连结型电容器C能够在将薄膜电容器B排列多个(本实施方式中为4个)的状态下,在分别形成于主体部6的两端的外部电极4a、4b经由接合材料而安装汇流条21、23来得到。
另外,薄膜电容器B、连结型电容器C也能够在收纳于壳体之后在壳体内的空隙中填充树脂来设为树脂模具型(壳体模具型)的电容器。
另外,图10所示的连结型电容器C是将薄膜电容器B在与其卷绕轴垂直的剖面的长径的方向排列配置而成的,除此以外,也可以设为将薄膜电容器B在与其卷绕轴垂直的剖面的短径的方向叠加的构造。
图11是用于对逆变器的一实施方式的结构进行说明的概略结构图。图11中表示从直流生成交流的逆变器D的例子。本实施方式的逆变器D如图11所示,是具备以下部件的结构:由开关元件(例如,IGBT(Insulated gate Bipolar Transistor))和二极管构成的桥电路31、和为了电压稳定化而配置于桥电路31的输入端子之间的电容部33。这里,作为电容部33,应用上述的薄膜电容器A、B或者连结型电容器C。
另外,该逆变器D与对直流电源的电压进行升压的升压电路35连接。另一方面,桥电路31与作为驱动源的电动发电机(电机M)连接。
图12是表示电动车辆的一实施方式的概略结构图。图12中,作为电动车辆E,表示混合动力汽车(HEV)的例子。
图12中的符号41是驱动用的电机,43是发动机,45是变速器,47是逆变器,49是电源(电池),51a、51b是前轮以及后轮。
该电动车辆E具备作为驱动源,电机41或者发动机43或者两者的输出经由变速器45而传递到左右一对前轮51a的功能。电源49经由逆变器47而与电机41连接。
此外,在图12所示的电动车辆E,设置进行电动车辆E整体的统一控制的车辆ECU53。向车辆ECU53输入来自点火钥匙55、未图示的加速器踏板、制动器等的电动车辆E的驾驶员等的操作所对应的驱动信号。该车辆ECU53基于其驱动信号将指示信号输出到发动机ECU57、电源49以及作为负载的逆变器47。发动机ECU57响应于指示信号来控制发动机43的转速,驱动电动车辆E。
若将把本实施方式的薄膜电容器A、B或者连结型电容器C应用为电容部33的逆变器D搭载于例如图12所示的电动车辆E,则薄膜电容器A、B或者连结型电容器C的自我恢复性优良,因此静电电容能够长时间维持,能够长时间减少逆变器47等中产生的开关噪声。
另外,本实施方式的逆变器D不仅能够应用于上述的混合动力汽车(HEV),也能够应用于电动汽车(EV)、燃料电池车或者电动自行车、发电机、太阳能电池等各种的电力转换应用产品。
实施例
使用聚芳酯(U-100,Unitika制)来制作平均厚度2.5μm的电介质薄膜。电介质薄膜是将聚芳酯溶解于甲苯,使用涂敷器来涂敷于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制的基材上,成型为片状。成型后,以130℃进行热处理来去除甲苯,得到电介质薄膜。
(卷绕型薄膜电容器)
将得到的电介质薄膜从基材剥离,狭缝加工为130mm宽度后,在电介质薄膜的一主面,形成97mm宽度的Al(铝)金属膜。Al金属膜是使用金属掩模通过真空蒸镀法而形成的。使用万用表通过4端子电阻测定模式对金属膜的表面电阻进行了评价的结果,金属膜的表面电阻是50Ω/□。
使用绿色激光标识器,在作为金属膜的第2部位的区域,形成网眼状的图案(参照图4),在作为金属膜的第3部位的区域,形成作为第1槽以及第2槽的图案。另外,第1槽延伸的第1方向以及第2槽延伸的第2方向均与形成第2部位的网眼状的图案的第3槽延伸的方向的任意一者一致。此外,作为比较例,制作了不具有第3部位而第1部位与第2部位直接相邻的例子。
激光照射条件设为输出4W、频率140kHz、扫描速度4m/秒。第2部位的网眼状的图案设为包含2mm×2mm的第3分割区域和将第3分割区域间相连的宽度0.4mm的第3熔丝部的图案。
对130mm宽度的附带金属膜的薄膜进一步进行狭缝加工,设为具有1.5mm的绝缘边缘部(电介质薄膜露出的金属膜非形成部)的50mm宽度的附带金属膜的薄膜。在实施例的附带金属膜的薄膜,配置位于宽度方向的一个端部的第1部位、位于另一个端部的与绝缘边缘部相邻的第2部位、和位于第1部位与第2部位之间的第3部位。第3部位的宽度方向的长度W3设定为相对于附带金属膜的薄膜(电介质薄膜)的宽度W0的比率(W3/W0)为0.5、0.3、0.25。以下,将W3/W0为0.5的情况设为实施例1,将0.3的情况设为实施例2,将0.25的情况设为实施例3。
在比较例的附带金属膜的薄膜,位于宽度方向的一个端部的第1部位和位于另一个端部的与绝缘边缘部相邻的第2部位配置为在附带金属膜的薄膜的中央相邻。
另外,在实施例以及比较例中,各个第1部位的宽度W1和第2部位的宽度W2设定为相等。
作为卷芯,使用外径5mm、长度50mm的聚丙烯(PP)制的圆柱。将50mm宽度的一对附带金属膜的薄膜重合以使得金属膜隔着电介质薄膜对置来卷绕于卷芯,制作了卷绕体。另外,一对附带金属膜的薄膜设为在宽度方向(x方向)相互偏离0.5mm的状态,将绝缘边缘部配置于宽度方向(x方向)的不同侧的状态下进行卷绕,得到卷绕体(主体部)。匝数为50匝。另外,在实施例中,一对附带金属膜的薄膜之中的一个第3部位的第1槽和另一个第3部位的第2槽配置为交叉。
对卷绕体(主体部)的金属膜露出的对置的端面喷涂锌和锡的合金,形成作为外部电极的金属喷镀电极来设为薄膜电容器。
(评价)
使用LCR仪表,在AC1V、1kHz的条件下对制作出的薄膜电容器的静电电容进行测定。实施例、比较例的静电电容均为20μF。
如以下那样对薄膜电容器的发热状态以及电容降低率进行评价。发热状态是,将初始温度设为105℃,向薄膜电容器施加将由函数发生器输出的10kHz的正弦波通过双极电源放大到100A的电流的信号,对表面温度饱和经过约1小时后的温度进行测定,与初始的温度(105℃)进行比较。电容降低率是使用绝缘电阻计,在室温下对薄膜电容器施加了120秒1200V的直流电压后,使用LCR仪表,在AC1V、1kHz的条件下测定静电电容,与初始的静电电容(20μF)进行比较。
基于电流施加的温度上升在不具有第3部位的比较例中为15℃,但在实施例1(W3/W0=0.5)中为8℃,在实施例2(W3/W0=0.3)中为10℃,在实施例3(W3/W0=0.25)中为12℃,因此确认了通过具有第3部位而能抑制发热。认为这是由于通过第3部位,熔丝部在轴长方向分散,发热的集中被抑制。
直流电压施加后的电容降低率在不具有第3部位的比较例中为15%,而在实施例1(W3/W0=0.5)中为12%,在实施例2(W3/W0=0.3)中为5%,在实施例3(W3/W0=0.25)中为8%,确认了通过具有第3部位而能抑制电容降低。
-符号说明-
A:层叠型的薄膜电容器
B:卷绕型的薄膜电容器
C:连结型电容器
D:逆变器
E:电动车辆
1、1a、1b:电介质薄膜
2、2a、2b:金属膜
2l、2la、2lb:金属膜的第1部位
2m、2ma、2mb:金属膜的第2部位
2n、2na、2nb:金属膜的第3部位
3:主体部
3a:主体部的第1端部
3b:主体部的第2端部
4、4a、4b····外部电极
5、5a、5b····附带金属膜的薄膜
7··········槽
8··········熔丝部
21、23······汇流条
31·········桥电路
33·········电容部
35·········升压电路
41·········电机
43·········发动机
45·········变速器
47·········逆变器
49·········电源
51a········前轮
51b········后轮
53·········车辆ECU
55·········点火钥匙
57·········发动机ECU。
Claims (8)
1.一种薄膜电容器,其特征在于,具备:
主体部,具有电介质薄膜、和分别被配置于该电介质薄膜的对置的第1面以及第2面的第1金属膜以及第2金属膜;和
第1外部电极以及第2外部电极,分别被配置于该主体部的对置的第1端部以及第2端部,
所述第1金属膜以及所述第2金属膜分别具有第1部位、第2部位以及第3部位,
所述第1金属膜的所述第1部位在所述第1端部与所述第1外部电极连接,所述第1金属膜的所述第2部位位于所述第2端部,所述第1金属膜的所述第3部位位于所述第1部位与所述第2部位之间,并且具有被在第1方向延伸的第1槽分割的多个第1分割区域,
所述第2金属膜的所述第1部位在所述第2端部与所述第2外部电极连接,所述第2金属膜的所述第2部位位于所述第1端部,所述第2金属膜的所述第3部位位于所述第1部位与所述第2部位之间,并且具有被在第2方向延伸的第2槽分割的多个第2分割区域,
俯视的情况下,所述第1方向与所述第2方向相互交叉,
并且所述第1金属膜的所述第1部位及所述第2金属膜的所述第1部位不具有所述第1槽及所述第2槽,
所述第1金属膜的第3部位具有将相邻的所述第1分割区域间连结的第1熔丝部,
所述第2金属膜的第3部位具有将相邻的所述第2分割区域间连结的第2熔丝部,
所述第1熔丝部与所述第2熔丝部被配置于夹着所述电介质薄膜而未对置的位置。
2.根据权利要求1所述的薄膜电容器,其特征在于,
将所述第1端部以及所述第2端部所被配置的方向设为第3方向,
将所述电介质薄膜的位于所述第3方向的一对对置的端面间的距离设为W0,
将所述第3部位的所述第3方向的长度设为W3时,W3相对于W0之比即W3/W0为0.2~0.5。
3.根据权利要求1或2所述的薄膜电容器,其特征在于,
在将所述第1端部以及所述第2端部所被配置的方向设为第3方向时,
所述第1方向以及所述第2方向相对于所述第3方向所成的角均为10~80°。
4.根据权利要求1或2所述的薄膜电容器,其特征在于,
所述第1金属膜的所述第2部位以及所述第2金属膜的所述第2部位均由被设置为断续的网眼状的第3槽分割的多个第3分割区域、和将该第3分割区域间连结的第3熔丝部构成。
5.一种连结型电容器,其特征在于,具备:
多个薄膜电容器、和将该多个薄膜电容器连接的汇流条,
所述薄膜电容器是权利要求1~4的任意一项所述的薄膜电容器。
6.一种逆变器,其特征在于,具备:
由开关元件构成的桥电路、和与该桥电路连接的电容部,
所述电容部是权利要求1~4的任意一项所述的薄膜电容器。
7.一种逆变器,其特征在于,具备:
由开关元件构成的桥电路、和与该桥电路连接的电容部,
所述电容部是权利要求5所述的连结型电容器。
8.一种电动车辆,其特征在于,具备:
电源、与该电源连接的逆变器、与该逆变器连接的电机、和通过该电机来驱动的车轮,
所述逆变器是权利要求6或7所述的逆变器。
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