CN114220655B - 一种自愈式电容器元件及自愈式电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自愈式电容器元件及自愈式电容器，包括电容器元件本体和导热金属层；所述电容器元件本体的柱体侧面卷绕有所述导热金属层，且所述电容器元件本体的至少一端端部边缘与邻近的所述导热金属层的至少一边边缘间隔设置。采用本发明实施例能够减少外表面的温度梯度，降低环境温度、热辐射等运行条件对电容器元件的影响。
Description
技术领域
本发明涉及电容器领域，尤其涉及一种自愈式电容器元件及自愈式电容器。
背景技术
目前，自愈式电容器元件的内部热量主要通过聚丙烯薄膜传递到其表面，然而，在实际运行中，自愈式电容器元件会受到热辐射、周围物体热传递的影响，此时，由于聚丙烯薄膜的导热较慢，受到热辐射或热传递的区域无法将热量迅速传递到其他未受到热辐射或热传递的区域，导致出现局部区域过热的情况。
发明内容
本发明提供一种自愈式电容器元件及自愈式电容器，以解决现有技术的导热不均匀造成局部过热的问题，能够减少外表面的温度梯度，降低环境温度、热辐射等运行条件对电容器元件的影响。
本发明实施例提供了一种自愈式电容器元件，包括电容器元件本体和导热金属层；
所述电容器元件本体的柱体侧面卷绕有所述导热金属层，且所述电容器元件本体的至少一端端部边缘与邻近的所述导热金属层的至少一边边缘间隔设置。
进一步地，所述自愈式电容器元件还包括：
所述电容器元件本体的柱体侧面与所述导热金属层的内侧面连接；
所述电容器元件本体的两端端部边缘与邻近的所述导热金属层的两边边缘均间隔设置，且所述导热金属层接地。
进一步地，所述电容器元件本体的两端端部边缘与邻近的所述导热金属层的两边边缘均间隔设置，还包括：
所述电容器元件本体的两端端部边缘与邻近的所述导热金属层的两边边缘的间隔距离均为2mm~5mm。
进一步地，所述自愈式电容器元件还包括：
所述电容器元件本体的一端端部边缘与邻近的所述导热金属层的一边边缘平齐设置；
所述电容器元件本体的另一端端部边缘与邻近的所述导热金属层的另一边边缘间隔设置；
所述导热金属层的外侧面卷绕有绝缘膜，且所述电容器元件本体的两端端部边缘与邻近的所述绝缘膜的两边边缘均间隔设置；
所述电容器元件本体的两端端部均设有喷金层，以使所述电容器元件本体的一端端部的引出端子通过一所述喷金层与所述导热金属层的一边边缘连接，所述电容器元件本体的另一端端部的引出端子通过另一所述喷金层引出。
进一步地，所述电容器元件本体的另一端端部边缘与邻近的所述导热金属层的另一边边缘间隔设置，还包括：
所述电容器元件本体的另一端端部边缘与邻近的所述导热金属层的另一边边缘的间隔距离为5mm~15mm。
进一步地，所述电容器元件本体的两端端部边缘与邻近的所述绝缘膜的两边边缘均间隔设置，包括：
所述绝缘膜的高度比所述电容器元件本体的高度小2mm~4mm。
进一步地，所述绝缘膜卷绕的厚度为0.1mm~0.3mm。
进一步地，所述导热金属层卷绕的厚度为0.2mm~3mm。
进一步地，所述导热金属层包括铜箔或铝箔。
本发明实施例还提供了一种自愈式电容器，包括上述任一项所述的自愈式电容器元件。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种自愈式电容器元件，包括电容器元件本体和导热金属层；所述电容器元件本体的柱体侧面卷绕有所述导热金属层，且所述电容器元件本体的至少一端端部边缘与邻近的所述导热金属层的至少一边边缘间隔设置，由此可见，本发明实施例通过提高表面的温度均匀性，能够降低内部的最高温度，使得内部温度分布相对均匀，进一步减少外表面的温度梯度，降低环境温度、热辐射等运行条件对电容器元件的影响。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种自愈式电容器元件的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种自愈式电容器元件的侧视图；
图3是本发明又一实施例提供的一种自愈式电容器元件的结构示意图；
图4是本发明又一实施例提供的一种自愈式电容器元件的剖视图。
图5是本发明实施例提供的一种外部辐射垂直射向电容器元件表面的的示意图。
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。
如图1-2所示，所述自愈式电容器元件包括：电容器元件本体101和导热金属层102；
所述电容器元件本体101的柱体侧面卷绕有所述导热金属层102，且所述电容器元件本体101的至少一端端部边缘与邻近的所述导热金属层102的至少一边边缘间隔设置。
可选地，所述自愈式电容器元件还包括：
所述电容器元件本体101的柱体侧面与所述导热金属层102的内侧面连接；
所述电容器元件本体101的两端端部边缘与邻近的所述导热金属层102的两边边缘均间隔设置，且所述导热金属层接地。
优选地，所述电容器元件本体101的两端端部边缘与邻近的所述导热金属层102的两边边缘均间隔设置，还包括：
所述电容器元件本体101的两端端部边缘与邻近的所述导热金属层102的两边边缘的间隔距离均为2mm~5mm。
在本发明实施例中，通过导热金属层在电容器元件的柱体侧面中部卷绕，使得导热金属层与电容器元件本体两端端部的引出端子不连接，所述导热金属层直接接地，或所述导热金属层直接与电容器外壳连接，以使所述导热金属层固定电位。
如图3-4所示，所述自愈式电容器元件还包括：
可选地，所述自愈式电容器元件还包括：
所述电容器元件本体101的一端端部边缘与邻近的所述导热金属层102的一边边缘平齐设置；
所述电容器元件本体101的另一端端部边缘与邻近的所述导热金属层102的另一边边缘间隔设置；
所述导热金属层102的外侧面卷绕有绝缘膜103，且所述电容器元件本体101的两端端部边缘与邻近的所述绝缘膜103的两边边缘均间隔设置；
所述电容器元件本体101的两端端部均设有喷金层104，以使所述电容器元件本体的一端端部的引出端子通过一所述喷金层与所述导热金属层的一边边缘连接，所述电容器元件本体的另一端端部的引出端子通过另一所述喷金层引出。
优选地，所述电容器元件本体101的另一端端部边缘与邻近的所述导热金属层102的另一边边缘间隔设置，还包括：
所述电容器元件本体101的另一端端部边缘与邻近的所述导热金属层102的另一边边缘的间隔距离为5mm~15mm。
优选地，所述电容器元件本体101的两端端部边缘与邻近的所述绝缘膜103的两边边缘均间隔设置，包括：
所述绝缘膜103的高度比所述电容器元件本体101的高度小2mm~4mm。
进一步地，所述绝缘膜103卷绕的厚度为0.1mm~0.3mm。
在本发明实施例中，在电容器元件本体与所述导热金属层平齐设置的一端，通过喷金层将导热金属层与电容器元件本体其中一端端部的引出端子连接，在电容器元件本体与导热金属层间隔设置的一端，通过喷金层将电容器元件本体的另一端端部的引出端子引出，即引出电容器元件本体的电极，同时避免电容器元件的两极短路，进一步地，导热金属层外侧面包绕绝缘膜，能够使导热金属层与其他绝缘，进一步设置绝缘膜的高度比电容器元件本体的高度小2mm~4mm，以方便喷金处理。
优选地，所述导热金属层102卷绕的厚度为0.2mm~3mm。
优选地，所述导热金属层102包括铜箔或铝箔。
优选地，所述铜箔或所述铝箔的厚度为0.01mm~0.1mm。
在一具体实施例中，当电容器元件本体卷绕完成后，在电容器元件本体的柱体侧面卷绕金属箔，金属箔厚度在0.01mm~0.1mm之间，金属箔高度比电容器元件本体高度小5mm~15mm，以使电容器元件本体的一端端部边缘与邻近的金属箔的一边边缘平齐设置，且电容器元件本体的另一端端部边缘与邻近的金属箔的另一边边缘间隔设置；当金属箔卷绕的厚度达到0.2mm~3mm之间后，在金属箔的外侧面卷绕绝缘膜，绝缘膜为5μm~15μm的聚丙烯薄膜，绝缘膜宽度比电容器元件本体宽度小2mm~4mm，绝缘膜卷绕的厚度在0.1mm~0.3mm之间；在绝缘膜卷绕完成后，将电容器元件本体的两端端部喷金，以形成喷金层，金属箔通过喷金层与电容器元件本体端部固定电位。
在本发明实施例中，材料的温度梯度可以表示为：
其中，Φ为发热功率，单位W；λ为热导率，单位W/(m∙℃)；A为面积，单位m2；L为传热距离，单位m；t为温度，单位℃。
可以看出，相同热量条件下，通过提高热导率可以大幅降低材料的温度梯度。
通常聚丙烯薄膜热导率为0.22W/(m∙℃)，而金属导热率远远高于聚丙烯，例如铝箔导热系数为237W/(m∙℃)，其为聚丙烯的1077倍。因此，在电容器元件外表面增加导热用铝箔可以有效降低电容器元件外表面的温度梯度，避免局部发热。
如图5所示，外部辐射或传导的总热量为Φ，电容器元件本体直径为d，高度为h，通过表面厚度为δ的金属导热层，使得热量通过金属导热层表面传导，传导长度为πd/2，传导截面积为2δh。金属层厚度上限为：
其中，Φ为外部辐射或传导的热量，单位W；△t为设计的最大温差，单位℃；λ为表面导热金属的热导率，单位。
例如，外部辐射200W/m2垂直射向电容器元件外表面，电容器元件本体高度为150mm，直径为70mm，接收的热量为接收辐射能量约为2.1W，若要将温差控制到2K以内，采用铝箔作为金属导热层，采用计算得到厚度为1.62mm。
分别对样品1和样品2进行外部辐射，得到如表1所示的测试结果，其中，样品1为外表面增加2mm铝箔的电容器元件，样品2为外表面未做任何处理的电容器元件。
表1 实际测试结果
可以得出，样品1的外表面温差降低88%。由此可见，本发明实施例能够使得内部温度分布相对均匀，进一步减少外表面的温度梯度，降低环境温度、热辐射等运行条件对电容器元件的影响。
本发明实施例还提供了一种自愈式电容器，包括上述任一实施例所述的自愈式电容器元件。
本发明实施例所提供的一种自愈式电容器元件及自愈式电容器，包括电容器元件本体和导热金属层；所述电容器元件本体的柱体侧面卷绕有所述导热金属层，且所述电容器元件本体的至少一端端部边缘与邻近的所述导热金属层的至少一边边缘间隔设置，由此可见，本发明实施例通过提高表面的温度均匀性，能够降低内部的最高温度，使得内部温度分布相对均匀，进一步减少外表面的温度梯度，降低环境温度、热辐射等运行条件对电容器元件的影响。
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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种自愈式电容器元件，其特征在于，包括电容器元件本体和导热金属层；
所述电容器元件本体的柱体侧面卷绕有所述导热金属层，且所述电容器元件本体的至少一端端部边缘与邻近的所述导热金属层的至少一边边缘间隔设置；
所述自愈式电容器元件还包括：
所述电容器元件本体的柱体侧面与所述导热金属层的内侧面连接，且所述导热金属层接地；
所述导热金属层的厚度为：
其中，Φ为外部辐射或传导的热量，△t为设计的最大温差，λ为导热金属层的热导率，d为电容器元件本体直径，h为电容器元件本体高度。
2.如权利要求1所述的自愈式电容器元件，其特征在于，所述电容器元件本体的两端端部边缘与邻近的所述导热金属层的两边边缘均间隔设置，还包括：
所述电容器元件本体的两端端部边缘与邻近的所述导热金属层的两边边缘的间隔距离均为2mm~5mm。
3.如权利要求1所述的自愈式电容器元件，其特征在于，所述自愈式电容器元件还包括：
所述电容器元件本体的一端端部边缘与邻近的所述导热金属层的一边边缘平齐设置；
所述电容器元件本体的另一端端部边缘与邻近的所述导热金属层的另一边边缘间隔设置；
所述导热金属层的外侧面卷绕有绝缘膜，且所述电容器元件本体的两端端部边缘与邻近的所述绝缘膜的两边边缘均间隔设置；
所述电容器元件本体的两端端部均设有喷金层，以使所述电容器元件本体的一端端部的引出端子通过一所述喷金层与所述导热金属层的一边边缘连接，所述电容器元件本体的另一端端部的引出端子通过另一所述喷金层引出。
4.如权利要求3所述的自愈式电容器元件，其特征在于，所述电容器元件本体的另一端端部边缘与邻近的所述导热金属层的另一边边缘间隔设置，还包括：
所述电容器元件本体的另一端端部边缘与邻近的所述导热金属层的另一边边缘的间隔距离为5mm~15mm。
5.如权利要求4所述的自愈式电容器元件，其特征在于，所述电容器元件本体的两端端部边缘与邻近的所述绝缘膜的两边边缘均间隔设置，包括：
所述绝缘膜的高度比所述电容器元件本体的高度小2mm~4mm。
6.如权利要求5所述的自愈式电容器元件，其特征在于，所述绝缘膜卷绕的厚度为0.1mm~0.3mm。
7.如权利要求1所述的自愈式电容器元件，其特征在于，所述导热金属层卷绕的厚度为0.2mm~3mm。
8.如权利要求1所述的自愈式电容器元件，其特征在于，所述导热金属层包括铜箔或铝箔。
9.一种自愈式电容器，其特征在于，包括如上述权利要求1-8任一项所述的自愈式电容器元件。
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