CN1414582A - 薄膜电容器及用于薄膜电容器的薄膜 - Google Patents

Abstract

根据本发明的电容器是由至少一个薄膜(1)缠绕而成的，薄膜(1)包括一个作为绝缘体、具有至少一个导电层(4)的底膜(3)。它有一个内部串联电路。内部串联电路是通过在绝缘体上加导电层(4)或将导电层分成分区(4.1、4.2)形成的，分区(4.1、4.2)是相互排列的，如果适合，是以形成很多串联的基本电容器这样一种方式相互连接的。从本质上辨别它的事实是电路通路结构是在分区上形成的，导电层(4)的表面电阻高，从而减少了击穿造成的电容损耗，电流通路结构的电流通路(5、6)的表面电阻显著减少，从而减少了总表面电阻。

Description

薄膜电容器及用于薄膜电容器的薄膜

技术领域

本发明涉及一种薄膜电容器及用于薄膜电容器的薄膜。薄膜电容器由具有至少一个导电层的至少一个底膜构成，至少一个导电层分成分区，分区相互排列，使薄膜电容器有一个基本电容器的内部串联电路。

现有技术

薄膜电容器用于宽电容范围。通常此类薄膜电容器中的绝缘体包括塑料薄膜。电极包括导电金属区域。这些金属区域是气相淀积在塑料薄膜上的薄导电膜或导电层。导电层通常是在真空中施加的铝或锌合金，厚度在10～20nm范围内，如果导电层足够薄，则发生电击穿时，即击穿位置附近的金属层消失时，有自修复作用。如果发生电击穿，则放电附近或在临近那里为放电提供的点上金属层消失。在击穿之后，虽然稍稍降低了电容，但电容器仍然能够使用。

现有技术提出了分段金属化的、用于薄膜电容器的薄膜。金属涂层的每个分段的表面电阻低，以沟状开口彼此隔离开。各个分段通过截面较小的导体电桥连接。这些导体电桥用作保护装置，如果发生电击穿，将使受影响的分段与其它分段分隔开。如果发生局部击穿，保护装置将放电限制在击穿位置，从而可以避免较大的损坏。

DE-A 198 56 457描述了一种薄膜，在薄膜的导电层上形成了一种电流通路结构。为了减少击穿产生的电容损耗，导电层自身具有高表面电阻。电流通路在导电层上延伸，表面电阻比导电层低，从而降低了总表面电阻。电流通路结构是在薄膜方向上有一个主电流通路，由其分支出辅电流通路。

GB 2 276 765提出了用于内部串联电路的多层电容器薄膜。电极是分段的，具有高电阻、形成电容的区段和低电阻、位于连接区域位置的区段。

US专利5,757,607显示了具有内部串联电路和喷镀金属曲线图的未分段多层电极。

用于高压电容器、具有内部串联电路的已有电极需要较高的导电率和位于分段或画出曲线图的电极之间的导体电桥。这种电容器设计在自修复属性方面有缺陷。因为电极导电率高，所以在自修复过程中释放了较高的能量，使较大区域不能使用。但在另一方面，如果降低了电极导电率，会导致损耗增加。

在解决方案使用由导体电桥—保护装置—连接的分段的情况下，还有一个问题导致内部串联电路的组合。在烧穿保护装置后，各个分段完全断开连接，不再具有定义的电位。这会导致不希望的充电作用。因此，迄今不再考虑将分段电极用于高电压电容。所以，对具有内部串联电路的自修复电容器的高需求没有改变。

发明内容

因此本发明的目标是提供一种用于高电压的电容器，它克服了现有电容器的不足，特别是发生击穿时自行修复，且在修复过程中不释放过高的能量。此外，电容器还能在交流电流的应用中以低损耗方式工作。

该目标是通过在独立权利要求中定义的发明来达成的。

独立权利要求中明确表述了电容器的优点。

本发明也涉及用于根据权利要求14的薄膜电容器的薄膜。

根据本发明的电容器有至少一个作为绝缘体的底膜和一个内部串联电路。在绝缘体上加上导电层或将导电层分成分区形成了内部串联电路，其中分区相互排列，如果适合，彼此连接，从而形成大量串联的基本电容器。从本质上辨别它的事实是在分区上形成电流通路结构，导电层的表面电阻高，目的是减少击穿带来的电容损耗，电流通路结构的电流通路的表面电阻显著降低，目的是减少总表面电阻。可以形成分区的方式是生成有两个、三个、四个、五个、六个或更多基本电容器的内部串联电路。

如果发生击穿，尽可能大的导电层表面电阻限制了导电层消失的区域。结果使电容器的电容只相应的减少一点点；此外，流过的电流减少了，在击穿期间的能量损耗低。这延长了电容器的使用寿命。电阻尽可能小的电流通路减少了总表面电阻，这一事实意味着也减少了正常工作中充电或放电过程中的欧姆损耗。因此根据本发明的具有内部串联电路、用于高电压应用的电容器能够在发生击穿的情况下，只减少少许电容，但是必须接受形式为变热的少许电容器损耗增加。此外，它可以在没有用作保护装置的导体电桥的情况下运用。因此，它还不可能用于未连接分段不再具有定义的电位的情况。

根据一个实施方案，导电层的各个分区都有一个主电流通路和多个辅电流通路。例如分区以带状延伸，则主电流通路基本沿着带的纵轴延伸。

为了进一步减小发生击穿时的电容损耗，电容器的各个分区在其自己的部分可以包括相互连接的分段。辅电流通路可以在各个分段中延伸，分段通过主电流通路互连。然而另一种做法是，分段可以通过已知的导体电桥连接。

导电层的表面电阻优选是至少5Ω，特别优选是至少20Ω。电流通路的表面电阻非常低，优选是低至少20倍，例如低50倍。相应的，电流通路可以以这样的方式形成：只占用一小部分导电层区域，例如10％或更少。

电流通路可以通过局部加厚部分导电层来形成，这样电流通路的轮廓高于电传导结构。另一种做法是，还可以在导电层上安装一个由不同金属制成的金属带框架。通常导电层在电流通路的位置处恰好断开，该断开由形成电流通路的金属带跨接。

例如薄膜电容器是缠绕的。所以，根据第一个例子，可以使用两个一面涂有涂层的底膜，其形成电极的导电层分区彼此偏移排列，从而自动产生一串联电路。另一种做法是，还可以将一个两面加了导电层的底膜与一个没有涂层的底膜共同使用。然后同样彼此偏移排列底膜两面上导电层的分区。

附图简述

下面使用典型实施方案并结合高概略性的附图来更为详细的解释本发明，其中：

图1和2显示了根据本发明的电容器的第一薄膜的俯视图——没有准确的按比例缩放——和透视图——同样没有按比例缩放，

图3和4分别显示了根据本发明的电容器的第二薄膜的俯视图和透视图——没有准确的按比例缩放，

图5和6显示了根据本发明的电容器另一个实施方案的第一薄膜和第二薄膜的俯视图——没有按比例缩放。

具体实施方式

图1和2显示了根据本发明的非常简单的电容器实施方案的第一薄膜1。底膜3由绝缘塑料制成，配有一个导电层4。导电层是金属的，例如由锌或锌合金制成，或由电传导塑料制成。底膜的厚度大约为2～20μm，导电层如果是由锌制成的，则厚度小于20nm。

薄膜以带状延伸，每种情况下只在纵向方向说明带的细节。在膜的两边，每种情况下导电层都有一个局部加厚的部分，该部分形成了主电流通路5。第一薄膜1的主电流通路5同时用作边缘加强。辅电流通路6从主电流通路分支出来，基本与其垂直，该辅电流通路同样是通过局部加厚部分导电层而形成的，伸入到带的内部。主电流通路5和辅电流通路6使用，例如，与导电层4相同的材料制成。如果它们是由锌制成的，则厚度为400nm或更多。但是它们也可以用不同的材料制成，例如铝等导电率高的金属，这样它们的厚度可以减少。在带状膜的中间，导电层由开口7断开，其中底膜3基本没有导电涂层。该开口7将导电层4分成两个分区4.1、4.2。

导电层4的表面电阻和/或辅电流通路6的表面电阻在相对于分区纵轴的横向方向上具有，例如渐变的曲线图，例如减少量与到主电流通路5的距离成函数关系。可以通过改变厚度或宽度或通过改变材料组成来达到这种效果。图3和4中显示的第二薄膜2具有，例如与第一薄膜基本相同的尺寸大小，是使用与后者相同的材料制成的。但是，其导电层4的主电流通路5位于中间，并向外伸出辅电流通路6。自由边8沿着底膜的纵向边缘伸展，其中底膜3没有导电涂层。导电层4没有划分，所以形成了单个分区4.3。

如下面进一步讲述的，分区4.3在电容器的运行状态不必是内部接触连接的。此外，由于排列的关系，如果电容器上的电压发生变化，则第二薄膜的分区4.3中电流主要在横向方向流动，即电流在辅电流通路6延伸的方向上流动。由于这些原因，可以省略第二薄膜2上或第二薄膜的分区4.3中的主电流通路5。

在薄膜电容器中，两个薄膜1、2一个放置在另一个的上面，缠绕的方式要使电容器横截面上导电层和绝缘层交替出现。由于第一薄膜的导电层分成了两个分区4.1和4.2，所以当两个薄膜1、2一个放置在另一个上面时形成了两个基本电容器。在第一薄膜1导电层的左侧分区4.1和第二薄膜2导电层4的左半部分之间形成了第一基本电容器。在第二薄膜2导电层4的右半部分和第一薄膜1导电层的右侧分区4.2之间形成了第二基本电容器。由于第二薄膜的导电层4是连续的，所以两个基本电容器是自动串联的。电容器可以在第一薄膜的边缘加强处接触连接。

为了简化，在叙述的例子中，电容器只包括两个基本电容器，即第一薄膜的导电层4只分成两个分区，而第二薄膜的导电层4只包括单个分区4.3。但是常常出现的情况是两个薄膜的导电层由沿着纵向延伸的开口分成多个分区。然后第一导电层和第二导电层的分区相互偏移。在每种情况下在一个分区的一半和相对分区的另一半之间形成了基本电容器。通过连接半个分区，电容器是成对串联的，因此可以形成具有希望数量的基本电容器的串联电路。主电流通路在分区的内部，优选是在中间附近延伸。只有正好排列在边缘上的分区类似提供给所描述的第一薄膜1的分区4.1和4.2，第一薄膜1的主电流通路在纵向边缘上延伸，同时用作边缘加强并可以接触连接。

第一和第二薄膜的辅电流通路6优选是相互偏移排列，就像主电流通路5一样。

所有描述的薄膜的导电层4的导电率降低了。具体来说，这意味着它们的表面电阻为至少5Ω，优选为至少20Ω。相反，电流通路5、6的导电率要尽可能的大，例如1Ω或小于1Ω的表面电阻。如果发生击穿，大电阻将受影响区域限制在击穿点附近的小面积之内，因此只对电容器的电容有小的损伤。从而击穿造成的电容器老化程度小。另一方面，由于电流通路导电率高，平均表面电阻后的总表面电阻不高，从而保持了正常运行期间的低损耗。

图5和6描述了功能和构造基本对应于图1到4中薄膜1、2的第一薄膜11和第二薄膜12。但是，第一薄膜导电层4的导电层分区4.1、4.2和第二薄膜形成了单个分区的导电层4是分段的。沟状开口9以均匀间隔排列，其中底膜基本没有导电涂层。在描述的例子中，开口9平行于辅电流通路6，在两个相邻辅电流通路中间延伸，即辅电流通路6大约在分段的中间延伸。

分段的作用是又减少了击穿造成的电容损耗。这是因为击穿期间所影响的区域又受到了分段边缘的限制。

当选择的导电层表面电阻相当低时，例如在5Ω到70Ω的范围内，分段特别有用。

还要提到的是，本发明当然不限于解释的典型实施方案。特别是底膜、导电层和电流通路的材料在通常的高级作用的范围内按需要变化。底膜和导电层的厚度也可以改变，以适合特定电容器构造的要求。膜的形式可以按需要选择。电流通路可以是大致均匀的，或者另一种形式可以是电阻渐变的。主电流通路的表面电阻可以与辅电流通路的表面电阻不同，例如通过采用不同的横截面不同。但是它们也可以具有相同的表面电阻。

电容器可以包括两个内部串联的基本电容器，或多重此类电容器。如在描述的例子中，内部串联电路可以通过分区的偏移排列形成，其中每个分区形成了两个基本电容器的电极。因此，除了排列在边缘上的分区，这种排列中的所有分区都参与了两个基本电容器的形成。另一种做法是，导电层彼此相对、按照它们的区域基本对应的分区也可以形成各自的基本电容器，然后直接通过连接导体电连接两个相邻基本电容器的两个分区，从而形成串联电路。电流通路优选在连接导体中延伸。

电容器可以包括多个并联和/或串联的局部电容，例如所有局部电容或至少一些局部电容是由两种薄膜缠绕而成的，是根据上面的描述体现出来的。例如对大量包括两种具有导电层和相互偏移分区的薄膜的局部电容而言，以这样一种方式一个接一个排列是可能的：相邻局部电容的边缘加强(根据图1和5)直接相互电连接——如果适当借助接触装置——且局部电容是以这种方式串联的。

绝缘体底膜2优选包括塑料，例如聚丙烯、PET、聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、PEN或纸。

Claims (15)

1.一种薄膜电容器，具有至少一个作为绝缘体的底膜(3)和加在其上的至少一个导电层(4)，至少一个导电层划分成分区(4.1、4.2、4.3)，分区(4.1、4.2、4.3)以形成至少两个基本电容器的内部串联电路的方式相互排列，其特征在于在分区(4.1、4.2、4.3)上形成一个电流通路结构，导电层具有高的表面电阻，电流通路结构的电流通路(5、6)的表面电阻低于电导电层。

2.如权利要求1中要求的薄膜电容器，其特征在于，在至少一些分区中，电流通路结构有至少一个主电流通路(5)和由其分支出来的辅电流通路(6)。

3.如权利要求2中要求的薄膜电容器，其特征在于分区(4.1、4.2、4.3)以带状延伸，主电流通路(5)沿着分区纵轴延伸。

4.如权利要求2或3中要求的薄膜电容器，其特征在于导电层(4)和/或辅电流通路(6)的表面电阻取决于到最近主电流通路的距离。

5.如前面权利要求之一中要求的薄膜电容器，其特征在于至少一个分区(4.1、4.2、4.3)至少部分包括相互电连接的分段。

6.如权利要求5中要求的薄膜电容器，其特征在于电流通路结构的电流通路(5)连接分段。

7.如权利要求6中要求的薄膜电容器，其特征在于分段是由主电流通路(5)连接的，辅电流通路(6)在分段中延伸。

8.如权利要求5中要求的薄膜电容器，其特征在于分区的分段是通过导体电桥连接的。

9.如前面权利要求之一中要求的薄膜电容器，其特征在于至少一个导电层(4)的表面电阻为至少5Ω，首选至少20Ω。

10.如前面权利要求之一中要求的薄膜电容器，其特征在于电流通路(5、6)的平均表面电阻比导电层的低至少10倍，优选是低至少20倍。

11.如前面权利要求之一中要求的薄膜电容器，其特征在于电流通路结构是通过导电层的局部加厚部分而形成的

12.如权利要求1到10之一中要求的薄膜电容器，其特征在于电流通路结构是由金属带形成的，制成金属带的金属不同于加在电流通路(5、6)位置上的导电层材料。

13.如前面权利要求之一中要求的薄膜电容器，其特征在于薄膜电容器是由两个一面涂有涂层的底膜或一个两面涂有涂层的底膜和一个没有涂层的底膜缠绕而成的，一系列的层以交替方式含有产生横截面的电隔离材料和用作电极的导电层。

14.如权利要求13中要求的薄膜电容器，其特征在于两个相邻层的电流通路(5、6)是相互偏移排列的。

15.一种用于权利要求1到14之一要求的薄膜电容器的薄膜(1、11)，有一个绝缘体底膜(3)和加在其上的至少一个导电层(4)，至少一个导电层划分成直流相互电隔离的分区(4.1、4.2)，形成的分区用作串联基本电容器的电极，其特征在于电流通路结构是在分区(4.1、4.2、4.3)上形成的，导电层表面电阻高，电流通路结构的电流通路(5、6)的表面电阻低于电导电层。

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