CN112219250A - 电容器、包括电容器和母线的组件以及制造电容器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电容器，该电容器包括绕组元件和端子(11、12)，所述端子包括具有第一材料的第一部分(2)和具有第二材料的第二部分(3)，其中，第二材料不同于第一材料，其中，端子(11、12)的第一部分(2)与绕组元件电接触，并且其中，端子(11、2)的第二部分(3)构造成提供电容器的外部触点。根据第二方面，本发明涉及一种制造电容器的方法。

Description

电容器、包括电容器和母线的组件以及制造电容器的方法

技术领域

本发明涉及电容器、包括该电容器和母线的组件以及制造电容器的方法。

背景技术

电容器的端子与母线之间的表面接触的设计、质量和耐用性正在成为对于铝电解电容器中、特别是增加体积功率密度的电路设计中的额定纹波电流的主要限制因素。湿式铝电解电容器的电化学性质决定端子的内部触点的材料。对于湿式铝电解电容器，端子必须包含高纯度铝。然而，例如由于其较低的机械强度、其表面粗糙度以及其易受气候引起的氧化和表面腐蚀影响的性能，这种材料对于外部触点而言不是最佳的。

此外，在其他类型的电容器中，关于端子与绕组元件的内部触点以及构造成连接至母线的端子的外部触点也存在不同的要求。因此，本发明的目的是提供一种改进的电容器，例如一种构造成至少部分地满足这些要求的电容器。本发明的另一目的是提供一种制造电容器的改进方法。

以上讨论的目的通过独立权利要求的主题来解决。

发明内容

提供了一种包括绕组元件和端子的电容器。端子包括具有第一材料的第一部分和具有第二材料的第二部分，其中，第二材料不同于第一材料。端子的第一部分与绕组元件电接触，并且端子的第二部分构造成提供电容器的外部触点。

第一部分可以包括第一材料或者第一部分可以由第一材料构成。第二部分可以包括第二材料或者第二部分可以由第二材料构成。

第一部分的第一材料可以被选择成使得针对用于绕组元件的内部触点进行优化。特别地，电容器可以是铝电解电容器，更特别地是湿式铝电解电容器。在这种情况下，第一材料是铝、优选地是可以包括具有纯度大于99.5％的铝的高纯度铝。

第二部分的第二材料可以针对外部触点的要求进行优化。特别地，第二部分的材料可以具有较高的机械强度，并且因此可以承受较强的安装扭矩。当母线通过旋拧固定至端子时，该连接的强度由所施加的拧紧扭矩决定。第一材料可以仅承受相对较小的拧紧扭矩。然而，第二材料可以承受较强的拧紧扭矩，由此允许将母线更牢固地固定至端子。较高的旋拧拧紧扭矩导致母线与端子之间的接触电阻减小。减小的接触电阻与电容器的较好的纹波电流能力对应。

外触点的机械软材料会对螺纹的尺寸以及随后被允许的安装扭矩强加限制。通过提供硬的第二材料，可以克服该缺点。

单一材料的端子会将端子材料的选择限制成适于内部触点的材料、特别是限制成用于铝电解电容器的高纯度铝。根据本发明的电容器允许提供第二材料，可以根据与母线接触的要求、例如根据允许增加最大允许的纹波电流载荷的要求选择该第二材料。

与第一材料相比，第二材料可以因其精确的机加工而提供改善的表面粗糙度。

此外，第二材料可以被选择为比第一材料在例如湿度、高pH或低pH等的各种气候条件下不易受到表面腐蚀的材料。氧化腐蚀过程在电容器的使用寿命期间会到达并渗透接触表面，并且这进一步使电容器的允许的纹波电流能力劣化。第二材料的适当选择可以防止接触表面处的氧化腐蚀过程。

第一部分和第二部分可以彼此电接触并且机械地连接。

电容器的端子可以构造成提供电容器与外部母线的电接触。母线可以在电容器组装至母线时直接抵接端子的第二部分。母线通常由铜构成。第二材料可以被选择成在处于与铜母线表面接触时提供良好的性能。铜与铝的表面接触由于铝的氧化趋势而导致各种缺点，并且因此具有高的接触电阻。此外，铝具有低的机械强度，这也导致在与母线的表面接触方面的缺点。

绕组元件可以与第一部分直接机械接触。特别地，第一部分可以固定至绕组元件的极耳。

第一部分可以包括开口，并且第二部分可以布置在第一部分的开口中。

例如，第一部分可以形成构造成接纳第二部分的接纳部。第一部分的开口可以是钻孔。第一部分可以构造成在电容器的制造过程中于浸渍步骤之前固定至绕组元件。第二部分可以构造成在电容器的最终组装步骤中被引入到第一部分的开口中，特别地第二部分可以构造成在最终组装过程之后、特别是最好在浸渍之后布置在第一部分的开口中。通过提供包括开口的第一部分，可以容易地解释其中第二部分可以在最终制造步骤中布置于开口中的制造过程。这提供了下述优点：第二部分可以平衡并且重新校正任何先前产生的并且通常不可避免的电容器的端子的共面性变形。如果端子是预组装的，则不能通过将第二部分相对于第一部分定位来平衡制造公差。

第二部分可以是插入件。插入件可以在最终组装步骤中放置于第一部分的开口中。

第二部分可以旋拧到第一部分的开口中。通过调节第二部分旋拧到第一部分中的深度，可以执行端子的高度的校正。由此，端子在其高度方面可以调节。端子的高度可以被限定为端子从电容器的壳体突出的距离。端子的高度可以由此沿与壳体的布置有端子的表面垂直的方向测量。

第二部分可以包括自攻螺纹，其中，第二部分通过自攻螺纹机械地连接至第一部分。自攻螺纹可以是第二部分的外螺纹。

自攻螺纹可以提供与第一部分非常紧密的连接。第二材料可以在将第二部分固定至第一部分时于第一材料中刻出槽。由此，在第二材料与第一材料之间可以形成非常紧密的连接，使得第一材料不易氧化。由此可以防止在第一材料上形成厚的氧化物层。

自攻组件可以提供非常紧密的接触，使得接触电阻较小。特别地，可以提供显著小于工业标准M5/M6螺纹钢螺钉与铝端子的螺纹之间的接触电阻的接触电阻。

绕组元件可以不抵接第二部分。第二部分针对外部触点进行优化。因此，可以防止绕组元件与第二部分之间的直接机械连接。

第二部分可以包括构造成连接至母线的内螺纹。特别地，内螺纹可以构造成接纳螺钉，优选地接纳工业标准的M5/M6螺纹钢螺钉。母线可以包括铜。第二材料非常适合与铜的表面接触。

第二材料可以具有比第一材料高的杨氏模量。因此，第二材料可以在机械方面较硬。因此，第二材料可以承受较高的拧紧扭矩。因此，母线可以非常紧密地固定至端子的第二部分，由此提供低的接触电阻。

第一材料可以包括铝。第一材料可以是高纯度铝。第一材料可以是具有纯度大于99.5％的铝。电容器可以是湿式铝电解电容器。对于这种电容器，端子的内部触点由于电容器的电化学性质而必须具有高纯度铝。

第二材料可以包括铜或铜基合金或者由铜或铜基合金构成。铜具有比铝显著强的机械强度。因此，在与铝相比时，铜或铜基合金可以提供与母线的关键接触表面的较高的纹波电流能力、较高的机械强度，从而允许增加的安装扭矩和减小的表面腐蚀。此外，铜可以被制造成具有比铝低的表面粗糙度。这些优点导致电容器的较低的接触电阻和较高的纹波电流能力，由此导致改善的电容器。

第二部分可以由涂层覆盖。涂层可以防止第一部分与第二部分的接触表面的氧化。涂层可以例如包括镍。涂层可以通过电镀施加。第一部分和第二部分可以如此牢固地紧密结合在一起使得由于第一部分与第二部分的牢固接触，接触表面不易氧化，涂层可以省去。

替代性地或附加地，第二部分可以由辅助密封剂覆盖。密封剂可以是附加地密封第一部分与第二部分之间的连接的胶状成分。辅助密封剂可以防止水分或湿气被引入到第一部分与第二部分的接触表面。

第二部分能够相对于第一部分移动，使得端子的高度能够调节。例如，当第二部分通过螺钉固定至第一部分时，螺钉连接的深度可以被调节成使得端子的高度被设定为期望值。第二部分可以仅在组装过程期间能够相对于第一部分移动。替代性地，如果足够高的扭矩施加至第二部分，则第二部分可以在电容器的组装状态下能够相对于第一部分移动。然而，第一部分和第二部分可以适配成使得该足够高的扭矩如此强以致于不会发生第二部分相对于第一部分的意外运动。

电容器可以包括第二端子，该第二端子包括具有第一材料的第一部分和具有第二材料的第二部分。第二端子可以构造成与在下文中被称为“第一端子”的上述端子相同。因此，关于第一端子讨论的每个功能和结构特征也可以适用于第二端子。第一端子可以是电容器的正端子，并且第二端子可以是电容器的负端子。此外，电容器可以包括另外的端子，这些端子也以与上述第一端子相同的方式构造。

端子中的每个端子可以包括背向绕组元件的顶面，其中，端子的顶面是共面的。每个端子的顶面可以由相应的第二部分形成。例如，顶面可以由作为第二部分的一部分的板形成。端子的共面性对于电容器与母线的良好机械连接很重要。

本发明的第二方面涉及一种包括电容器和母线的组件。电容器可以是上述电容器。因此，上面描述的或结合附图描述的关于电容器的每个结构和功能特征也可以应用于组件的电容器。母线机械地固定至电容器的端子的第二部分并且与电容器的端子的第二部分电接触。母线可以与第二部分直接机械接触，特别地母线可以通过螺钉和垫圈固定至第二部分。母线可以不抵接第一部分。因此，在母线与第一材料之间不发生表面接触，并且因此，第一材料不会使电容器与母线的接触电阻劣化。

根据另一方面，本发明涉及一种制造电容器的方法。电容器可以是上述电容器。

该方法包括以下步骤：

a.使绕组元件与端子的第一部分电接触并且机械地连接，其中，第一部分包括第一材料，

b.浸渍绕组元件和端子的第一部分，以及

c.使端子的第二部分与端子的第一部分电接触并且机械地连接，其中，第二部分包括与第一材料不同的第二材料。

步骤b.可以在步骤a.之后执行。步骤c.可以在步骤b.之后执行。

第一部分可以包括开口，并且第二部分可以布置在开口中。由于第二部分在最终组装步骤中定位在开口中，因此第二部分可以适应不可避免的制造公差。电容器可以包括多于一个的端子，每个端子包括第一部分和固定至第一部分的第二部分。第二部分中的每个第二部分可以包括背向绕组元件的顶面。该方法还可以包括下述步骤d：调节第二部分中的每个第二部分相对于第一部分的位置使得第二部分的顶面是共面的。该步骤可以与步骤c.同时执行或在步骤c.之后执行。

第二部分可以包括自攻螺纹，其中，第二部分通过自攻螺纹机械地连接至第一部分。自攻螺纹可以提供不易氧化的非常紧密的连接。

附图说明

在下文中，参照附图对本发明进行进一步详细描述。

图1示出了在最终组装步骤之前电容器的一部分。

图2示出了电容器的端子的第二部分。

图3示出了第二部分的一部分的放大视图。

图4示出了在最终组装步骤之后电容器的一部分。

图5示出了包括电容器和两个母线的组件。

具体实施方式

图1示出了电容器的一部分。具体地，图1示出了在电容器的最终组装步骤之前的制造过程期间电容器的一部分。

电容器包括形成电容器的壳体的一部分的盖盘1。此外，电容器包括两个端子11、12，其中，端子11、12中的每个端子布置在盖盘2的开口中。端子11、12构造成使布置在电容器的壳体内部的绕组元件与不是电容器的一部分的外部母线8、13电接触。端子11中的一个端子是正端子，并且另一个端子12是负端子。

端子11、12中的每个端子包括第一部分2和第二部分3。第二部分3在最终组装步骤之前尚未组装至电容器，如在图1中所示。

第一部分2形成接纳部。第一部分2包括开口2a。特别地，开口2a是钻孔。第一部分2的开口2a构造成接纳第二部分3。第一部分2还包括面向电容器的壳体的内部的笔形突出部14。突出部14构造成直接接触绕组元件的极耳15。

第一部分2由第一材料构成。第一材料具有较低的杨氏模量。第一材料由电容器的电化学性质决定。例如，湿式铝电解电容器要求具有高纯度铝、例如具有有着至少99.5％的纯度的铝的内部触点。第一材料是铝。特别地，第一材料是具有至少99.5％的纯度的铝。

图2示出了构造成安装到第一部分2的开口2a中的第二部分3。第二部分3是可以接纳在开口2a中的插入件。图3示出了第二部分3的一部分的放大视图。该部分在图2中由圆圈标记。

第二部分3由具有比第一材料高的杨氏模量的第二材料制成。第二部分3构造成提供电容器与母线8、13的外触点。此外，在组装的电容器中，第二部分3机械地固定至并且电连接至第一部分2。

第二部分3形成套筒。第二部分3包括内螺纹4和外螺纹5。内螺纹4构造成接纳螺钉9，其中，第二部分3可以通过螺钉9和垫圈10固定至母线8、13。

外螺纹5构造成将第二部分3机械地连接至端子的第一部分2。外螺纹5是自攻螺纹。在电容器的最终组装步骤期间，第二部分3旋拧到第一部分2中。由于第二材料比第一材料硬，因此第二部分3的自攻外螺纹5在第一部分2的内表面中刻出槽7或螺纹。

此外，第二部分3包括顶板3a，该顶板3a限定第二部分3的背向端子的第一部分2的顶面。第二部分4的顶板3a在电容器组装至母线8、13时抵接母线8、13。顶板3a包括孔。当端子通过螺钉9固定至母线8、13时，螺钉9可以穿过孔。

具有内螺纹4和外螺纹5的套筒以及顶板3a中的每一者由第二材料组成。第二材料比第一材料硬。第二材料具有比第一材料高的杨氏模量。第二材料优选是铜或者包括铜。第二材料可以是铜基合金或者可以包括铜基合金。

第二部分3提供了电容器的外触点、即与母线8、13的触点。由于第二材料的使用，可以克服具有铝的外触点的多个缺点。

母线8、13通常由铜构成。第二材料与母线8、13的接触表面具有比母线8、13与铝的连接高的纹波电流能力。例如，在第二材料是铜或铜基合金的情况下，提供了铜与铜或铜与铜基合金的接触表面，两者均导致纹波电流能力显著高于铜与铝接触表面的纹波电流，并且两者均导致接触电阻比铜与铝的接触表面的接触电阻小一个数量级以上。

此外，铝非常容易氧化。因此，在由铝制成的部件上形成厚的氧化物层。选择不易氧化的材料作为第二材料。例如，铜和铜基合金与铝相比不太可能氧化。因此，第二材料的使用可以防止在端子11、12与母线8、13的接触表面处形成厚的氧化物层。这种厚的氧化物层使允许的纹波电流能力劣化。具有第二材料的第二部分3显示出与铝相比的减小的表面腐蚀。

此外，选择具有比铝高的机械强度的材料、例如具有比铝高的杨氏模量的材料作为第二材料。因此，第二部分3与母线8、13的连接具有较高的机械强度，并且可以因此承受与母线8、13和铝部件的连接相比增加的安装扭矩。

第二材料具有与铝的表面粗糙度相比减小的表面粗糙度。例如通过冷成型的现有技术制造的铝端子的表面粗糙度与第二材料的机加工表面相比较差。

此外，第二部分3通过外螺纹5固定至端子的第一部分2。由于外螺纹5是自攻的，因此可以在第二部分3与第一部分2的组装期间形成第二部分3与第一部分2之间的非常紧密的连接。因此，第二部分3与第一部分2的接触表面不易氧化。在两个部分2、3的接触表面处没有形成氧化物层、或者至少没有厚的氧化物层，并且因此，接触电阻没有显著增加。

第二部分3与第一部分2的连接足够紧密使得该连接可以被认为是自密封的。换句话说，防止了接触表面的腐蚀以及水分进入第二部分3与第一部分2的接触表面中。

图4示出了图1中所示的电容器在电容器的最后组装步骤已经完成之后的一部分。第二部分3已经布置在第一部分2的开口2a内部。

在图4中，两个第二部分2、3布置成使得其相应的顶板3a是共面的。通过将第二部分3布置在第一部分2中，可以调节端子的第一部分2的制造公差。例如，一个第二部分3可以比另一个第二部分3更深地旋拧到相应的第一部分2中以适应制造公差。因此，第二部分3允许增加端子11、12的共面性，这是因为第二部分3允许平衡并且重新校正任何先前产生的并且通常不可避免的端子3的共面性变形。

换句话说，端子11、12具有相同的高度。端子11的高度在图4中标记为H11，并且端子12的高度标记为H12。

图5示出了包括前述电容器和两个母线8、13的组件。母线8中的一个母线通过常规螺钉9和垫圈10固定至第一端子11，其中，螺钉9旋拧到第二部分3的内螺纹4中。另一个母线13通过第二螺钉9固定至另一个端子12。母线8、13仅与第二部分3的顶板3a、即与第二材料直接接触。两个母线8、13由绝缘体16隔开。

此外，图5示出了绕组元件的一部分。特别地，绕组元件包括极耳15，极耳15固定至端子的第一部分2的突出部14。极耳15包括孔，其中，突出部14布置在孔内部。之后，突出部14被铆接至极耳15，由此极耳15永久地固定至端子11、12。绕组元件、即极耳15仅与第一部分2、即与第一材料直接接触。

附图标记

1 盖盘

2 第一部分

2a 第一部分的开口

3 第二部分

3a 第二部分的顶板

4 内螺纹

5 外螺纹

7 槽

8 母线

9 螺钉

10 垫圈

11 端子

12 端子

13 母线

14 突出部

15 极耳

16 绝缘体

H11 高度

H12 高度

Claims (17)

1.一种电容器，包括：

绕组元件，以及

端子(11、12)，所述端子(11、12)包括具有第一材料的第一部分(2)和具有第二材料的第二部分(3)，其中，所述第二材料不同于所述第一材料，

其中，所述端子(11、12)的所述第一部分(2)与所述绕组元件电接触，并且其中，所述端子(11、12)的所述第二部分(3)构造成提供所述电容器的外部触点。

2.根据前一权利要求所述的电容器，

其中，所述第一部分(2)包括开口(2a)，其中，所述第二部分(3)布置在所述第一部分(2)的所述开口(2a)中。

3.根据前一权利要求所述的电容器，

其中，所述第二部分(3)旋拧到所述第一部分(2)的所述开口(2a)中。

4.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，其中，所述第二部分(3)包括自攻螺纹(5)，并且其中，所述第二部分(3)通过所述自攻螺纹(5)机械地连接至所述第一部分(2)。

5.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，其中，所述绕组元件不抵接所述第二部分(3)。

6.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，其中，所述第二部分(3)包括构造成与母线(8、13)接触的内螺纹(4)。

7.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，

其中，所述第二材料具有比所述第一材料高的杨氏模量。

8.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，

其中，所述第一材料包括铝。

9.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，

其中，所述第二材料包括铜或铜基合金。

10.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，

其中，所述第二部分(3)由涂层覆盖。

11.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，

其中，所述第二部分(3)能够相对于所述第一部分(2)移动，使得所述端子(11、12)的高度能够调节。

12.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，

其中，所述电容器包括第二端子(12)，所述第二端子(12)包括具有所述第一材料的第一部分(2)和具有所述第二材料的第二部分(3)，

其中，所述端子(11、12)中的每个端子包括背向所述绕组元件的顶面，并且其中，所述端子(11、12)的所述顶面是共面的。

13.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，其中，所述电容器包括盖盘(1)，其中，所述端子(11、12)中的每个端子布置在所述盖盘(2)的开口中。

14.根据前一权利要求所述的电容器，

其中，所述盖盘(1)形成所述电容器的壳体的一部分。

15.一种包括根据前述权利要求中的一项所述的电容器和母线的组件，

其中，所述母线(8、13)机械地固定至所述端子(11、12)的所述第二部分(3)并且与所述端子(11、12)的所述第二部分(3)电接触。

16.一种制造电容器的方法，所述方法包括步骤：

a.使绕组元件与端子(11、12)的第一部分(2)电接触并且机械地连接，其中，所述第一部分(2)包括第一材料，

b.浸渍所述绕组元件和所述端子(11、12)的所述第一部分(2)，以及

c.使所述端子(11、12)的第二部分(3)与所述端子(11、12)的所述第一部分(2)电接触并且机械地连接，其中，所述第二部分(3)包括与所述第一材料不同的第二材料。

17.根据前一权利要求所述的方法，

其中，所述电容器包括多于一个的端子(11、12)，每个端子(11、12)包括第一部分(2)和固定至所述第一部分(2)的第二部分(3)，其中，所述第二部分(3)中的每个第二部分包括背向所述绕组元件的顶面，

其中，所述方法还包括步骤：

d.调节所述第二部分(3)中的每个第二部分相对于所述第一部分(2)的位置使得所述第二部分(3)的所述顶面是共面的。

Images