CN114724849A - 一种薄膜电容器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄膜电容器，包括主体，所述主体包括支撑轴芯、第一卷绕部、温度抑制部以及第二卷绕部；所述第一卷绕部卷绕设置在所述支撑轴芯外，所述温度抑制部套设在所述第一卷绕部外，所述第二卷绕部卷绕设置在所述温度抑制部外；所述主体外部包覆设置有绝缘层，所述主体的两端均设置有电极引出线。与现有技术相对比，温度抑制部能够对第一卷绕部以及第二卷绕部整体进行降温处理，便捷快速有效地抑制薄膜电容器的温升，提高其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电容器技术领域，尤其涉及一种薄膜电容器及其制造方法。
背景技术
现代电力电子技术对电容器在增强可靠性等方面不断提升需求，随着脉冲应用不断扩大，高重复脉冲功率技术已成为一个重要的课题。高重复脉冲下，电容器温度过高可能会导致老化或者损坏，更进一步可能会引发整个工作系统失稳，对系统可靠性带来影响。
传统的金属化聚丙烯薄膜电容器是脉冲电源系统中常用的储能器件，由于采用生产卷烧技术，一个金属化薄膜电容器是由金属化聚丙烯薄膜绕着轴心卷绕n圈制作而成，n的数值是由电容值的大小以及实际尺寸决定的，当在高重复脉冲下工作时，金属化聚丙烯薄膜电容器的温度会不断累积，金属化电极的过热功率和金属化薄膜的温升对金属化薄膜电容器的性能起着至关重要的作用，过高的温度会大大降低金属化聚丙烯薄膜电容器的预期寿命，热老化是金属化薄膜电容器的主要失效机制之一。
当电容器在高重复脉冲下工作时，金属化薄膜电容器的温度会不断累积，会出现金属化电极的过热功率和金属化薄膜的温升过高的现象，温度的升高会大大降低金属化聚丙烯薄膜电容器的预期寿命，严重时可能会导致电容器失效，更进一步可能会引发整个工作系统失稳，对系统可靠性带来影响。
为了降低金属化薄膜电容器的温升，提升电容器的寿命，目前主要是采取外加水冷的方式，该方法虽然能够对温升有一定的抑制，但是需要外加设备，并且冷却区域有限，不能优先对温度最高的区域降温，因此冷却效率也十分有限。
目前的研究成果对于抑制金属化薄膜电容器的温升的效果并不理想，无法做到将降温装置集成到电容中形成一体化的结构，并且冷却效率也十分有限。
发明内容
本方案目的是提供一种薄膜电容器，便捷快速有效地抑制薄膜电容器的温升，提高其使用寿命。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种薄膜电容器，包括主体，所述主体包括支撑轴芯、第一卷绕部、温度抑制部以及第二卷绕部；
所述第一卷绕部卷绕设置在所述支撑轴芯外，所述温度抑制部套设在所述第一卷绕部外，所述第二卷绕部卷绕设置在所述温度抑制部外；
所述主体外部包覆设置有绝缘层，所述主体的两端均设置有电极引出线。
与现有技术相对比，温度抑制部能够对第一卷绕部以及第二卷绕部整体进行降温处理，便捷快速有效地抑制薄膜电容器的温升，提高其使用寿命。
作为上述方案的改进，所述温度抑制部包括相变框架，所述相变框架中部设置有容纳腔，所述容纳腔内填充有相变材料。
作为上述方案的改进，所述相变框架一端开设有沟槽，所述沟槽与所述容纳腔连通。
作为上述方案的改进，所述相变框架设置有4组，环绕设置在所述第一卷绕部外。
作为上述方案的改进，所述相变框架为铜制框架。
作为上述方案的改进，所述第一卷绕部外绕设有第一绝缘薄膜，以绝缘所述第一卷绕部与所述温度抑制部。
作为上述方案的改进，所述温度抑制部外绕设有第二绝缘薄膜，以绝缘所述维度抑制部与所述第二卷绕部。
作为上述方案的改进，所述第一绝缘薄膜与所述第二绝缘薄膜均为聚丙烯薄膜。
本方案还提供了一种薄膜电容器的制造方法，包括如下步骤：
S10、在支撑轴芯外卷绕形成第一卷绕部；
S20、在所述第一卷绕部外绕设第一绝缘薄膜；
S30、在所述第一绝缘薄膜外环绕安装相变框架，并向所述相变框架的容纳腔内填充相变材料；
S30、在所述相变框架外绕设第二绝缘薄膜；
S40、在所述第二绝缘薄膜外卷绕形成第二卷绕部；
S50、卷绕完成后，对主体外部进行绝缘处理，形成绝缘层；
S60、对所述主体两端喷金形成电极，最后焊上电极引出线。
作为上述方案的改进，所述S30在所述第一绝缘薄膜外环绕安装相变框架，并向所述相变框架的容纳腔内填充相变材料；
填充完成后对沟槽进行密封。
其他有益效果：
1.本发明技术方案可以优先在温度高的区域加入相变框架并加入相应的相变材料，由此得到的改进金属化聚丙烯薄膜电容器，在高重复脉冲下工作时，在不增大金属化聚丙烯薄膜电容器散热通路热阻的情况下提升电容器的瞬态热容属性，抑制金属化聚丙烯薄膜电容器温升，减小金属化聚丙烯薄膜电容器失效概率，以提高电路系统的工作稳定性，增长金属化聚丙烯薄膜电容器的使用寿命；
2.相变框架设置有4组，环绕设置在第一卷绕部外，需要注意的是，如此的结构设置能够提高薄膜电容器整体的安装便捷性，提高整体的制造效率；
3.为了便于填充相变材料，在本实施例中，相变框架一端开设有沟槽，沟槽与容纳腔连通。
附图说明
图1是本发明实施例的外部结构示意图；
图2是本发明实施例的内部结构示意图；
图3是本发明实施例中主体的俯视角度结构图。
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。
为了从根源上降低金属化聚丙烯薄膜电容器在重复脉冲下的温升，提升电容器的寿命，减小电容器失效概率，提升系统的可靠性，通过考虑分析相变材料甄选、相变材料放置位置、相变容器设计等方面，选择出高效合理的金属化聚丙烯薄膜电容器设计方法，提出一种薄膜电容器，其具体方案如下：
参见图1、图2以及图3所示，其中，图1是本发明实施例的外部结构示意图，图2是本发明实施例的内部结构示意图，图3是本发明实施例中主体1的俯视角度结构图。
一种薄膜电容器，包括主体1，主体1包括支撑轴芯2、第一卷绕部3、温度抑制部4以及第二卷绕部5；第一卷绕部3卷绕设置在支撑轴芯2外，温度抑制部4套设在第一卷绕部3外，第二卷绕部5卷绕设置在温度抑制部4外；主体1外部包覆设置有绝缘层6，主体1的两端均设置有电极引出线7。
需要说明的是，在本实施例中，薄膜电容器为金属化聚丙烯薄膜电容器，当电容器在高重复脉冲下工作时，薄膜电容器的温度会不断累积，会出现金属化电极9的过热功率和金属化薄膜的温升过高的现象，温度的升高会大大降低金属化聚丙烯薄膜电容器的预期寿命，严重时可能会导致电容器失效，更进一步可能会引发整个工作系统失稳，对系统可靠性带来影响。而在本实施例中，温度抑制部4能够对第一卷绕部3以及第二卷绕部5整体进行降温处理，便捷快速有效地抑制薄膜电容器的温升，提高其使用寿命。
进一步地细化，在本实施例中，温度抑制部4包括相变框架8，相变框架8中部设置有容纳腔，容纳腔内填充有相变材料，相变框架8为铜制框架。
相变材料是指温度不变的情况下改变物质状态，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，这时相变材料将吸收或释放大量潜热。在温度上升或下降过程中，相变材料晶体结构从一种向另一种转变的现象称为相变，而相变开始的温度，称之为相变温度Tpcm。由于相变材料在相变期间吸收热量而温度保持不变的特性，可将这一过程等效为相变材料的热容无穷大，如果将其引入到金属化聚丙烯薄膜电容器的设计中来，将带来有益的变化。
本发明技术方案可以优先在温度高的区域加入相变框架8并加入相应的相变材料，由此得到的改进金属化聚丙烯薄膜电容器，在高重复脉冲下工作时，在不增大金属化聚丙烯薄膜电容器散热通路热阻的情况下提升电容器的瞬态热容属性，抑制金属化聚丙烯薄膜电容器温升，减小金属化聚丙烯薄膜电容器失效概率，以提高电路系统的工作稳定性，增长金属化聚丙烯薄膜电容器的使用寿命。
其中，需要说明的是，在本实施例中，相变框架8的高度设计与主体1中金属化电极9的长度一致，从而使得框架不因过高而同时接触上下两极造成短路，且也不至于框架过矮而使得单位厚度内能够容纳的相变材料过少，对整体的结构作进一步的优化。
而在本实施例中，选择一款合适的相变材料，使得其相变温度Tpc能够有效降低金属化聚丙烯薄膜电容器的温升，当相变材料发生相变时，将金属化聚丙烯薄膜电容器的内部温度维持在较低水平，改进金属化聚丙烯薄膜电容器结构的温升可被减小，从而使用寿命可得到延长。具体地，相变材料选用的是铜或钼或其他导热系数良好和具有良好支撑作用合金材料，而在本实施例中，相变材料选用钼。
需要说明的是，本薄膜电容器整体的卷绕层数与实际使用情况相关，而层数的差别将直接影响到薄膜电容器整体的温度变化状况，此时，在制作本薄膜电容器时，需要根据实际卷绕的整体层数调整相变框架8的安装位置，故相变框架8将整体的卷绕层划分为两个部分，从而形成第一卷绕部3和第二卷绕部5。
对相变框架8作进一步的细化，在本实施例中，相变框架8设置有4组，环绕设置在第一卷绕部3外，需要注意的是，如此的结构设置能够提高薄膜电容器整体的安装便捷性，提高整体的制造效率。
更优的是，为了便于填充相变材料，在本实施例中，相变框架8一端开设有沟槽，沟槽与容纳腔连通。
更优的是，第一卷绕部3外绕设有第一绝缘薄膜，以绝缘第一卷绕部3与温度抑制部4。温度抑制部4外绕设有第二绝缘薄膜，以绝缘维度抑制部与第二卷绕部5。第一绝缘薄膜与第二绝缘薄膜均为聚丙烯薄膜。
需要说明的是，在本实施例中，由于第一卷绕部3最外层是金属化电极9，为了将框架与最外层的金属化电极9之间绝缘，先在其外围单独绕上一层聚丙烯薄膜，再续安装相变框架8，然后在相变框架8外部绕上一层聚丙烯薄膜，其中两层聚丙烯薄膜分别为第一绝缘薄膜、第二绝缘薄膜。
本实施例还提供一种薄膜电容器的制造方法，包括如下步骤：
S10、在支撑轴芯2外卷绕形成第一卷绕部3；
S20、在第一卷绕部3外绕设第一绝缘薄膜；
S30、在第一绝缘薄膜外环绕安装相变框架8，并向相变框架8的容纳腔内填充相变材料；
S30、在相变框架8外绕设第二绝缘薄膜；
S40、在第二绝缘薄膜外卷绕形成第二卷绕部5；
S50、卷绕完成后，对主体1外部进行绝缘处理，形成绝缘层6；
S60、对主体1两端喷金形成电极，最后焊上电极引出线7。
其中，在S30时，在第一绝缘薄膜外环绕安装相变框架8，并向相变框架8的容纳腔内填充相变材料；
填充完成后对沟槽进行密封。
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 (10)
1.一种薄膜电容器，包括主体，其特征在于，所述主体包括支撑轴芯、第一卷绕部、温度抑制部以及第二卷绕部；
所述第一卷绕部卷绕设置在所述支撑轴芯外，所述温度抑制部套设在所述第一卷绕部外，所述第二卷绕部卷绕设置在所述温度抑制部外；
所述主体外部包覆设置有绝缘层，所述主体的两端均设置有电极引出线。
2.根据权利要求1所述的薄膜电容器，其特征在于，所述温度抑制部包括相变框架，所述相变框架中部设置有容纳腔，所述容纳腔内填充有相变材料。
3.根据权利要求2所述的薄膜电容器，其特征在于，所述相变框架一端开设有沟槽，所述沟槽与所述容纳腔连通。
4.根据权利要求2所述的薄膜电容器，其特征在于，所述相变框架设置有4组，环绕设置在所述第一卷绕部外。
5.根据权利要求2所述的薄膜电容器，其特征在于，所述相变框架为铜制框架。
6.根据权利要求1所述的薄膜电容器，其特征在于，所述第一卷绕部外绕设有第一绝缘薄膜，以绝缘所述第一卷绕部与所述温度抑制部。
7.根据权利要求6所述的薄膜电容器，其特征在于，所述温度抑制部外绕设有第二绝缘薄膜，以绝缘所述维度抑制部与所述第二卷绕部。
8.根据权利要求7所述的薄膜电容器，其特征在于，所述第一绝缘薄膜与所述第二绝缘薄膜均为聚丙烯薄膜。
9.一种薄膜电容器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S10、在支撑轴芯外卷绕形成第一卷绕部；
S20、在所述第一卷绕部外绕设第一绝缘薄膜；
S30、在所述第一绝缘薄膜外环绕安装相变框架，并向所述相变框架的容纳腔内填充相变材料；
S30、在所述相变框架外绕设第二绝缘薄膜；
S40、在所述第二绝缘薄膜外卷绕形成第二卷绕部；
S50、卷绕完成后，对主体外部进行绝缘处理，形成绝缘层；
S60、对所述主体两端喷金形成电极，最后焊上电极引出线。
10.根据权利要求9所述的薄膜电容器的制造方法，其特征在于，所述S30在所述第一绝缘薄膜外环绕安装相变框架，并向所述相变框架的容纳腔内填充相变材料；
填充完成后对沟槽进行密封。
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