CN113035570A - 一种电容器元件及电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电容器元件，所述电容器元件由堆叠膜作为内部薄膜卷绕芯轴设定圈数后，光膜作为外包膜继续卷绕形成；其中，所述堆叠膜由金属化膜，N层所述光膜、金属化膜和N层所述光膜依次堆叠形成，所述金属化膜为所述光膜经过电晕处理后单面蒸镀金属层形成，所述N大于等于1。本发明能够使电容器在所采用的薄膜保持同样薄或更薄的的情况下，具有更高的耐压特性。
Description
技术领域
本发明涉及电容器技术领域，尤其涉及一种电容器元件及电容器。
背景技术
金属化膜电容是以有机塑料膜做介质，以金属膜做电极，通过卷绕方式制成制成的电容。金属化膜电容器的结构如图1所示，由2层蒸镀上金属膜的聚丙烯膜卷绕芯轴而成，聚丙烯膜厚度通常在5～10微米。电容器寿命的终止通常以电容量的衰减为指标。一般而言，电容量衰减5％左右即认为电容器寿命终止。
通常，电容器薄膜越薄，薄膜的纵向收缩率越大，热定型效果好，电容器储能密度也越高，但薄膜越薄，弱点也越多，耐压特性也就越低，电容量衰减越快。
如MMC模块中的支撑电容器，国外进口的电容器薄膜采用10～12微米的薄膜进行生产，目前国内产品采用5～6.5微米薄膜采用串联方式生产。更薄的膜可以得到更好的热定型，便于元件生产加工，但弱点比10微米的薄膜多，电容衰减也更快。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电容器元件及电容器，使得在电容器在所采用的薄膜保持同样薄或更薄的的情况下，具有更高的耐压特性。
为了解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种电容器元件，所述电容器元件由堆叠膜作为内部薄膜卷绕芯轴设定圈数后，光膜作为外包膜继续卷绕形成；其中，所述堆叠膜由金属化膜，N层所述光膜、金属化膜和N层所述光膜依次堆叠形成，所述金属化膜为所述光膜经过电晕处理后单面蒸镀金属层形成，所述N大于等于1。
进一步地，所述N小于等于6。
进一步地，所述金属化膜的镀层包括加厚区域、有效极板区域和非蒸镀区域，所述光膜的宽度比所述金属化膜的宽度窄，所述堆叠膜的所有所述光膜的两端对齐；设所述堆叠膜中，所述金属化膜靠近非蒸镀区域的一端为留边端，最贴近所述芯轴的金属化膜为第一金属化膜，另一层金属化膜为第二金属化膜，则所述第一金属化膜的留边端与所述光膜的一端对齐，所述第二金属化膜的留边端与所述光膜的另一端对齐。
进一步地，所述光膜的宽度比所述金属化膜的宽度窄2毫米～5毫米。
进一步地，所述加厚区域的宽度为2毫米～5毫米，方阻为2Ω/□～5Ω/□，所述有效极板区域的总方阻为40Ω/□～80Ω/□，所述非蒸镀区域的宽度为2毫米～5毫米。
进一步地，所述堆叠膜的厚度为16～28微米，所述光膜为聚丙烯膜。
第二方面，本发明实施例提供一种上述所述的电容器元件的制作方法，包括：
采用所述堆叠膜卷绕芯轴A圈后，去除所述金属化膜的金属层，并继续卷绕所述芯轴B圈，卷绕完毕后，切断所述金属化膜，并利用所述光膜继续卷绕C圈，当所述光膜卷绕C圈后，沿着轴线方向将所述光膜进行融化固定，融化固定后，再将所述光膜卷绕D圈进行融化固定，以此类推，直至卷绕E圈形成多个固定点后，将光膜切断，完成卷绕；
将完成卷绕的电容器放置在烘箱中通体加热至第一预设温度，完成定型。
进一步地，所述预设的温度通过如下方法获得：
测试不同温度下所述光膜和所述金属化膜的横向收缩率和纵向收缩率，选择纵向收缩明显、横向收缩率刚开始增加且温度不超过第二预设温度的点作为所述第一预设温度。
进一步地，所述B的取值范围为：3～5圈，所述C的取值范围为：20～50圈，所述D的取值范围为：0.3～0.5圈，所述E的取值范围为3～5圈。
第三方面，本发明实施例提供一种电容器，包括如上述任一项所述的电容器元件和设于所述电容器元件两端的喷金层。
本发明实施例提供的电容器元件由堆叠膜作为内部薄膜卷绕芯轴设定圈数后，光膜作为外包膜继续卷绕形成；其中，所述堆叠膜由金属化膜，N层所述光膜、金属化膜和N层所述光膜依次堆叠形成，所述金属化膜为所述光膜经过电晕处理后单面蒸镀金属层形成，所述N大于等于1。与现有技术相比，本发明实施例通过多层薄膜对弱点的覆盖作用，减少了电容器介质组合的弱点的数量，从而提高了电容器耐压性能。此外，通过采用与内部薄膜一致的光膜作为外包膜，这样，外包膜与内部薄膜的收缩性能一致，电容器更加紧实，从而降低自愈能量、进而提高电容器可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有金属化膜电容器的结构示意图；
图2是不同层数薄膜击场强。
图3为本发明其中一种实施例提供的堆叠膜结构的截面图；
图4为金属化膜的表面镀层结构的截面图；
图5为本发明其中一种实施例提供的电容器元件的膜结构与喷金层结合的示意图；
图6为本发明实施例提供的电容器元件卷绕收尾处的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
实施例1：
直流电容器薄膜击穿完全取决于薄膜弱点，薄膜弱点越多，电容器薄膜越容易击穿，通常薄膜的的击穿概率满足Weibull分布，以普通5微米的薄膜为例，假设特征击穿场强为400，分布参数为10，不同层数得到击穿概率如图2所示，图2为不同层数薄膜击场强，从图2可以看出，采用多层膜结构，可以将性能相对较差的膜击穿场强和分散性同时提高，而背后的原理为，多层薄膜相互覆盖可降低薄膜间弱点重合概率，进而使得介质组合(多层薄膜)实际弱点减少。
基于上述原理，为提高电容器的耐压特性，本发明实施例提供一种电容器元件，请参阅图3，所述电容器元件由堆叠膜作为内部薄膜卷绕芯轴设定圈数后，光膜102作为外包膜继续卷绕形成；其中，所述堆叠膜由金属化膜101，N层所述光膜102、金属化膜101和N层所述光膜102依次堆叠形成，所述金属化膜101为所述光膜102经过电晕处理后单面蒸镀金属层形成，所述N大于等于1(图3示意图中，N等于2)。
在本发明实施例中，需要说明的是，所述堆叠膜中最贴近所述芯轴的膜可为金属化膜也可为光膜，本发明在此不作限制。
此外，在本发明实施例中所述金属化膜101与所述光膜102具有几乎相同的厚度与机械特性，所述光膜102优选为聚丙烯膜。需要说明的是，N的具体数值，需根据耐压要求设定。还需要说明的是，作为所述外包膜的光膜为堆叠膜卷绕达到设定的圈数后，将未卷绕的堆叠膜中的金属化膜切断后，留下来的光膜。
与现有技术相比，本发明实施例通过多层薄膜对弱点的覆盖作用，减少了电容器介质组合的弱点的数量，从而提高了电容器耐压性能。此外，通过采用与内部薄膜一致的光膜作为外包膜，这样，外包膜与内部薄膜的收缩性能一致，电容器更加紧实，从而降低自愈能量、进而提高电容器可靠性。
还需说明的是，与现有技术相比，本发明实施例可在采用同样薄的薄膜或更薄的薄膜的情况下，提高电容器的耐压特性。
随着光膜层数的增加，复合介质击穿特性越好，但是过多层数会造成加工复杂，且效果递减，过厚的薄膜反而会降低击穿场强，因此，作为本发明实施例的一种举例，所述N小于等于6。
作为本发明实施例的一种举例，请参阅图4，所述金属化膜的镀层包括加厚区域103、有效极板区域104和非蒸镀区域105，如图3所示，所述光膜102的宽度比所述金属化膜101的宽度窄，所述堆叠膜的所有所述光膜102的两端对齐；设所述堆叠膜中，所述金属化膜101靠近非蒸镀区域105的一端为留边端，最贴近所述芯轴的金属化膜101为第一金属化膜，另一层金属化膜为第二金属化膜，则所述第一金属化膜的留边端与所述光膜的一端对齐，所述第二金属化膜的留边端与所述光膜的另一端对齐。
在本发明实施例中，通过设置光膜宽度比所述金属化膜宽度窄，可以使加厚区之间的距离变大，有利于进行喷金处理，如图5所示，此外，通过采用较短的光膜，加大两个金属化膜之间的距离，有利于加强喷金层与金属化膜之间的附着力，减少端部损耗，提高耐放电能力。
具体地，所述光膜的宽度等于所述金属化膜的宽度减去留边距离，
作为本发明实施例的一种举例，所述光膜102的宽度比所述金属化膜101的宽度窄2毫米～5毫米。
作为本发明实施例的一种举例，如图4所示，所述加厚区域103的宽度(L1)为2毫米～5毫米，方阻为2Ω/□～5Ω/□，所述非蒸镀区域105的宽度((L3)为2毫米～5毫米，所述有效极板区域104的总方阻为40Ω/□～80Ω/□，宽度(L2)等于所述光膜的宽度减去所述加厚区域的宽度L1和所述非蒸镀区域的宽度L3。
需要说明的是，L2区域可采用相同方阻或变化方阻(图4中L2区域采用的是变化方阻，包含两个阶梯)；从任何截面观察，该截面两层极板总方阻(201)与(202)之和不变，总方阻为40Ω/□～80Ω/□。
作为本发明实施例的一种举例，所述堆叠膜的厚度为16～28微米。
作为本发明实施例的一种举例，所述光膜为聚丙烯膜。
实施例2：
本发明实施例提供一种上述电容器元件的制作方法，包括：
请参阅图6，采用所述堆叠膜卷绕芯轴A圈后，去除所述金属化膜101的金属层，并继续卷绕所述芯轴B圈，卷绕完毕后，切断所述金属化膜101，并利用所述光膜101继续卷绕C圈，当所述光膜102卷绕C圈后，沿着轴线方向将所述光膜102进行融化固定，融化固定后，再将所述光膜102卷绕D圈进行融化固定，以此类推，直至卷绕E圈形成多个固定点后，将光膜102切断，完成卷绕；
将完成卷绕的电容器放置在烘箱中通体加热至第一预设温度，完成电容器定型。
具体地，采用所述堆叠膜卷绕芯轴A圈后，去除所述金属化膜101的金属层，并继续卷绕所述芯轴3～5圈，卷绕完毕后，切断所述金属化膜101，然后利用辊压轴110固定所述金属化膜101，使其保持平整；利用所述光膜102继续卷绕20～50圈，当所述光膜102卷绕20～50圈后，沿着轴线方向将所述光膜102进行融化固定，熔融固定区域宽度2～5mm，融化固定后，再将所述光膜102卷绕0.3～0.5圈继续融化固定，按照此方法再卷绕3～5圈形成多个固定点，后将光膜102切断，完成元件卷绕，将光膜102切断，完成卷绕。
在本发明实施例中，所述A的具体数值由不同的产品性能确定，即根据不同的设计要求确定，本发明实施例在此不作限制。
作为本发明实施例的一种举例，所述预设的温度通过如下方法获得：
测试不同温度下所述光膜和所述金属化膜的横向收缩率和纵向收缩率，选择纵向收缩明显、横向收缩率刚开始增加且温度不超过第二预设温度的点作为所述第一预设温度。
具体地，测试不同温度下所述光膜和所述金属化膜的横向收缩率和纵向收缩率，选择纵向收缩明显(收缩量2％～4％)、横向收缩率刚开始增加(收缩量小于0.2％)且温度不超过115摄氏度(115℃)的点作为所述第一预设温度。
实施例3：
本发明实施例还提供一种电容器，包括上述任一实施例所述的电容器元件和设于所述电容器元件两端的喷金层。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电容器元件，其特征在于，所述电容器元件由堆叠膜作为内部薄膜卷绕芯轴设定圈数后，光膜作为外包膜继续卷绕形成；其中，所述堆叠膜由金属化膜，N层所述光膜、金属化膜和N层所述光膜依次堆叠形成，所述金属化膜为所述光膜经过电晕处理后单面蒸镀金属层形成，所述N大于等于1。
2.根据权利要求1所述的电容器元件，其特征在于，所述N小于等于6。
3.根据权利要求2所述的电容器，其特征在于，所述金属化膜的镀层包括加厚区域、有效极板区域和非蒸镀区域，所述光膜的宽度比所述金属化膜的宽度窄，所述堆叠膜的所有所述光膜的两端对齐；设所述堆叠膜中，所述金属化膜靠近非蒸镀区域的一端为留边端，最贴近所述芯轴的金属化膜为第一金属化膜，另一层金属化膜为第二金属化膜，则所述第一金属化膜的留边端与所述光膜的一端对齐，所述第二金属化膜的留边端与所述光膜的另一端对齐。
4.根据权利要求3所述的电容器元件，其特征在于，所述光膜的宽度比所述金属化膜的宽度窄2毫米～5毫米。
5.根据权利要求4所述的电容器元件，其特征在于，所述加厚区域的宽度为2毫米～5毫米，方阻为2Ω/□～5Ω/□，所述有效极板区域的总方阻为40Ω/□～80Ω/□，所述非蒸镀区域的宽度为2毫米～5毫米。
6.根据权利要1所述的电容器元件，其特征在于，所述堆叠膜的厚度为16～28微米，所述光膜为聚丙烯膜。
7.一种制作如权利要求3所述的电容器元件的制作方法，其特征在于，包括：
采用所述堆叠膜卷绕芯轴A圈后，去除所述金属化膜的金属层，并继续卷绕所述芯轴B圈，卷绕完毕后，切断所述金属化膜，并利用所述光膜继续卷绕C圈，当所述光膜卷绕C圈后，沿着轴线方向将所述光膜进行融化固定，融化固定后，再将所述光膜卷绕D圈进行融化固定，以此类推，直至卷绕E圈形成多个固定点后，将光膜切断，完成卷绕；
将完成卷绕的电容器放置在烘箱中通体加热至第一预设温度，完成定型。
8.根据权利要求7所述的电容器元件的制作方法，其特征在于，所述预设的温度通过如下方法获得：
测试不同温度下所述光膜和所述金属化膜的横向收缩率和纵向收缩率，选择纵向收缩明显、横向收缩率刚开始增加且温度不超过第二预设温度的点作为所述第一预设温度。
9.根据权利要求7所述的电容器元件的制作方法，其特征在于，所述B的取值范围为：3～5圈，所述C的取值范围为：20～50圈，所述D的取值范围为：0.3～0.5圈，所述E的取值范围为3～5圈。
10.一种电容器，其特征在于，包括如权利要求1～6任一项所述的电容器元件和设于所述电容器元件两端的喷金层。
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