CN1714415A - 金属化膜电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供小型大电容、部件数量少、电感小的金属化膜电容器。具备在金属化膜的宽度方向的两端设有金属喷镀电极部(2)的多个电容器元件(1)；连接多个金属喷镀电极部(2)之间的母线(3)；和内置多个电容器元件(1)的电容器壳体(5)；多个电容器元件(1)构成为在电容器壳体(5)内使一方的金属喷镀电极部(2)朝向电容器壳体(5)的开口面侧排列，并且使各电容器元件(1)的两端的电极(2)彼此基本同一个平面状。

Description

金属化膜电容器
技术领域
本发明涉及用于电子设备、电器、产业设备和汽车等的金属化膜电容器。尤其用于混合动力汽车等的发动机驱动用逆变器(inverter)电路的平滑用电容器。
背景技术
和相同静电电容的铝电解电容器相比，金属化膜电容器虽然存在体积大的缺点，但具有低损耗、高耐压、温度特性及频率特性等好等优良电特性。特别是，因为电介质膜具有高耐压特性，若调整膜厚度、即使在大于等于DC500V的高电压用途、膜电容器也能够容易地使用。
一方面，因为电介质氧化膜的耐压有极限，因此在大于等于DC500V的用途中、铝电解电容器使用困难。
因此，在高电压用途，需要把多个的铝电解电容器串联连接补偿耐压而使用。另外，在使用时，为了使施加到串联连接的各个铝电解电容器上的电压保持一定，需要和电容器并联连接电阻。因为象这样铝电解电容器在高电压下难于使用，在大于等于DC500V的高电压用途、即使是直流用也从来大多采用金属化膜电容器。
这样以往的例子，在特开平08-31690号公报、特开2001-76967号公报中公开。
金属化膜电容器用于直流滤波用或逆变器(inverter)电路的平滑用等各种各样的用途。而且，在单个电容器元件(单只)得不到需要的静电电容情况下，大多采用将多个电容器并联连接扩大电容。
但是，使多个单只金属化膜电容器并联连接，则占较大空间。而且，存在因需要许多连接用的母线电极而使成本提高的缺点。
另外，还存在由母线的引绕使布线距离变长，电感变大的缺点。
另外，虽然也提出了使多个电容器元件在壳体内并联连接使用的方法，但是迄今没有公布在壳体内使电容效率最大的元件排列方法。
而且，在混合汽车用途等所设想的高温、高湿度环境中，在使用中水分从壳体开口部分的树脂表面逐渐渗入。其结果，存在使膜的蒸镀金属恶化，随时间的经过而电容减少变大的缺点。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供小型大电容、部件数量少、电感小的金属化膜电容器。
本发明提供一种金属化膜电容器：设置卷绕或层叠金属化膜，并且在上述金属化膜的宽度方向的两端设有电极的多个电容器元件；连接在上述多个电容器元件中的各个电极之间的导体；和内置上述多个电容器元件的电容器壳体；上述多个电容器元件在上述电容器壳体内向相同方向排列，使各电容器元件的两端的电极之间位于基本一个平面上。
另外，还提供一种金属化膜电容器：设置卷绕或层叠金属化膜，并且在上述金属化膜的宽度方向的两端设有电极的多个电容器元件；连接在上述多个电容器元件中的各个电极的导体；和内置上述多个电容器元件的电容器壳体；将上述金属化膜的宽度不相同的多个上述电容器元件收纳于上述电容器壳体内，以弯曲加工上述2片导体而由上述导体夹住各电容器元件的电极的状态并联连接所有的电容器元件。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的金属化膜电容器的立体图。
图2是表示本发明的实施方式1的扁平形电容器元件的制作工艺的图。
图3A是表示本发明的实施方式2的金属化膜电容器的顶剖面图。
图3B是表示本发明的实施方式2的金属化膜电容器的侧视图。
图4A是表示本发明的实施方式3的金属化膜电容器的顶视图。
图4B是表示本发明的实施方式3的金属化膜电容器的侧剖面图。
图5A是表示本发明的实施方式4的金属化膜电容器的顶视图。
图5B是表示本发明的实施方式4的金属化膜电容器的侧剖面图。
图6A是表示本发明的实施方式5的金属化膜电容器的顶视图。
图6B是表示本发明的实施方式5的金属化膜电容器的侧剖面图。
图7A是表示比较例的金属化膜电容器的顶视图。
图7B是表示比较例的金属化膜电容器的侧剖面图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。还有，图是模式图，并非尺寸正确地表示各位置。
实施方式1
如图2所示，卷绕采用在聚丙烯薄膜的电介质上单面蒸镀的2片金属化膜21，并且形成扁平形状而构成电容器元件1。金属喷镀电极部2是设置在电容器元件1的金属化膜21中宽度方向的两端的电极，由喷镀锌形成。一对细长铜制的母线3是连接多个电容器元件1中两端的金属喷镀电极部2之间的导体。而且，由弯曲加工母线3，形成和外部连接的电极端子4。即母线3和电极端子4一体化。
电容器壳体5由聚苯硫醚(PPS)构成。再者，PPS或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等塑料之外，也可以使用铝等金属作为电容器壳体。如图1所示，多个电容器元件1，在电容器壳体5内扁平面1a向相同方向，紧密接触排列成一列。而且，使各电容器元件1的两端的金属喷镀电极部2之间位于大致同一平面状，并且分别配置为一端在电容器壳体5的开口面侧，另一端在底面侧。一对母线3，连接分别位于电容器壳体5的开口面侧和底面侧的各电容器元件1的金属喷镀电极部2。而且，把电极端子4配置在电容器壳体5的外部。在这样地将多个电容器元件1和一对母线3内置的电容器壳体5内，在其空的空间填充作为密封材料的环氧树脂8(图1中用斜线只表示一部分)。由这样的构成，能提高耐湿性等的可靠性。因为6个扁平形的电容器元件1由一对母线3并联连接，图1所示金属化膜电容器的静电电容为6个电容器元件1的电容的总和。因为一个电容器元件1的静电电容是70μF，构成具有合计420μF的电容的电容器。
各电容器元件1的金属喷镀电极部2配置在相同的平面，在其面上通过母线3锡焊连接。金属喷镀电极部2的一端，面向电容器壳体5的开口面侧方向，另一端面向电容器壳体5的底面侧方向。
电容器壳体5的尺寸是，宽度105mm×深度60mm×高度60mm，母线3的厚度是1mm。
电极端子4，为从填充的环氧树脂8的表面突出到电容器壳体5外正好30mm长度的构造。
其次，采用图2说明构成本实施方式1的金属化膜电容器的扁平形的电容器元件1的制作方法。制作扁平形的电容器元件1时，首先，采用卷芯7(卷芯直径20mm)，卷绕由厚度3.2μm单面蒸镀铝的聚丙烯薄膜构成的2片金属化膜21而形成圆筒形的卷绕物6。
在本实施方式1，虽然卷芯直径是20mm，但本发明不限于该卷芯直径。优选根据电容器壳体5的尺寸使卷芯直径大并提高扁平率。这样一来，因为能在电容器壳体5内紧密接触扁平面1a使其大多在一列排列，空间效率更好。
其次，从圆筒形的金属化膜的卷绕物6，取出卷芯7。然后，如图2所示，由从上下方向挤压得到扁平形的卷绕物6。在这扁平形的卷绕物6的两端由喷镀锌而形成金属喷镀电极部2，制成扁平形的电容器元件1。由这样形成为扁平形，能提高电容器壳体5内的空间效率。再者，用于电容器元件1的单面蒸镀金属的2片金属化膜21，如一直在金属化膜电容器常规进行那样，长度方向的一个端部设置不形成蒸镀膜的窄边缘部22。由重叠卷绕其窄边缘部22朝向不重叠的2片金属化膜，得到把两端的金属喷镀电极部2作为引出电极的电容器。
再者，本发明，不限定于在实施方式1中采用的电介质薄膜、蒸镀金属的种类、母线的材料及电容器壳体的材料。电介质薄膜也可用PBT或PPS等。蒸镀金属也可用锌或铝锌合金等。作为母线，能使用铜或其电镀制品、铝等。
本实施方式1中金属化膜电容器的每单位体积的静电电容(μF/cm3)、电感(nH)、静电电容变化率(％)如表1所示。再者，静电电容变化率是在温度85℃、相对湿度85％环境下以DC600V连续施加2000小时后静电电容的变化量除以初期静电电容的百分比。
实施方式2
因为实施方式2的金属化膜电容器和实施方式1的金属化膜电容器的基本构成以及作用效果相同，因此附加同一符号省略详细说明而以不同之处为中心进行说明。
如图3A和图3B所示，电容器壳体5的尺寸为宽度160mm×深度120mm×高度75mm，使连接金属喷镀电极部2的母线3a为覆盖电容器壳体5的开口面的板状的尺寸。而且，改变金属化膜21的卷数或卷芯直径，设计成能放入24个电容器元件1。然后，24个电容器元件1沿电容器壳体5底面的一个方向并排成多列，收存在电容器壳体5中。因为每一个扁平形的电容器元件1的电容是58.3μF，故得到合计1400μF的大电容的电容器。
本实施方式2中金属化膜电容器的每单位体积的静电电容(μF/cm3)、电感(nH)、静电电容变化率(％)如表1所示。静电电容变化率的定义与实施方式1相同。
实施方式3
因为实施方式3的金属化膜电容器和实施方式1的金属化膜电容器的基本构成以及作用效果相同，故附加同一符号省略详细说明而以不同之处为中心进行说明。
在实施方式3，采用如图4B所示容器的正中左半边侧面高，右半边侧面低，高度不同的电容器壳体5a作为实施方式2中的电容器壳体。
另外，扁平形的电容器元件1，形成金属化膜宽度不同的2种的多个电容器元件。
然后，把金属化膜21宽度大的电容器元件1收存到电容器壳体5a的侧面高的左半边。
然后，把金属化膜21宽度小的电容器元件1收存到侧面低的右半边。此时，把一方的金属喷镀电极部2收纳到电容器壳体5a的底面侧的同一面。
从而，各电容器元件1在电容器壳体5a的开口面侧以正中为中心左右高度不同。
另外，图4B所示连接金属喷镀电极部2的电容器壳体5a的开口面侧的母线3a，从正中折弯加工而和所有的电容器元件1的金属喷镀电极部2并列连接。
本实施方式3的电容器壳体5a的体积，为宽度80mm×深度120mm×高度75mm和宽度80mm×深度120mm×高度100mm的2个长方体的和，是1680cm3。
扁平形的电容器元件1中，其宽度窄一方的每一个的电容是58.3μF，宽度宽一方的每一个的电容是78μF，得到合计1635μF的大电容的电容器。
本实施方式3中金属化膜电容器的每单位体积的静电电容(μF/cm3)、电感(nH)、静电电容变化率(％)如表1所示。静电电容变化率的定义与实施方式1相同。
实施方式4
因为实施方式4和在实施方式1以及2所说明的金属化膜电容器的基本构成以及作用效果相同，故附加同一符号省略详细说明而以不同之处为中心进行说明。
使在实施方式2中扁平形的电容器元件1的排列，排列成一列8个三列相同位置。另一方面，在实施方式4如图5A所示，为尽量减少电容器壳体5内的死角空间而排列成交错状。如图5A所示，在排列电容器元件1的正中列排列和其它列相同电容的电容器7个和为其一半电容的电容器元件1b两个。
以这样排列电容器元件1、1b，能有效使用在图3A的死角空间D。
其结果，每1个电容器元件的电容能扩大7％，可得到合计1500μF的电容器。
本实施方式4中金属化膜电容器的每单位体积的静电电容(μF/cm3)、电感(nH)、静电电容变化率(％)如表1所示。静电电容变化率的定义与实施方式1相同。
实施方式5
实施方式5，在使用层叠形的电容器元件这点和在实施方式1～4说明的金属化膜电容器不同。
因为其它以外的基本构成以及作用效果相同，故附加同一符号省略详细说明而以不同之处为中心进行说明。
在图6A、图6B，把在实施方式1～4中用的扁平形电容器元件1，替换为层叠形的电容器元件9。
该层叠形的电容器元件9，把在实施方式1～4中用的扁平形电容器元件1的两侧的角部(弯曲部)，沿与金属喷镀电极部10垂直方向切断、除去而得到。
切断面的绝缘耐压，由照射YAG激光到切断面，除去切断面附近的蒸镀金属而确保。
若采用实施方式5的层叠形的电容器元件9，能大大减少电容器壳体5内的死角空间。这种金属化膜电容器的静电电容为1860μF。
本实施方式5中金属化膜电容器的每单位体积的静电电容(μF/cm3)、电感(nH)、静电电容变化率(％)如表1所示。静电电容变化率的定义与实施方式1相同。
比较例
以下，参照图7A和图7B说明比较例。
比较例如图7B所示，扁平形的电容器元件1的金属喷镀电极部2的朝向和电容器壳体5的底面垂直配置。然后如图7A所示，用6根以虚线和实线表示的母线11连接金属喷镀电极部2。
然后，连接2根成为电极端子用的母线而形成电容器的电极端子4。
在这比较例中合计用8根母线11。因此和只用2根母线的实施方式1～5相比，母线的成本为2倍。此外，电容器的静电电容是1200μF。再者，因为母线11的异极间有间隙，和实施方式2～4相比每单位体积的电容减少。在比较例中的电容器中每单位体积的静电电容(μF/cm3)、电感(nH)、静电电容变化率(％)如表1所示。静电电容变化率的定义与实施方式1相同。
                      (表1)
  每单位体积的静电电容(μF/cm3)   电感(nH)   电容变化率(％)
 实施方式1   1.11   25.6   -4.9
 实施方式2   0.972   23.5   -2.0
 实施方式3   0.974   25.1   -2.3
 实施方式4   1.04   23.2   -2.2
 实施方式5   1.29   19.5   -3.5
 比较例   0.833   42.3   -9.8
比较例和实施方式1～5相比，因为由母线11的引绕而布线距离增大，所以电感增加。
另外，因为在开口部的树脂表面没有形成用于防止湿气混入的铜制母线3a，所以比较例的电容变化率和实施方式2～5相比大。
在实施方式1，因为铜制的母线3没有宽到覆盖开口面的程度，所以和实施方式2～5相比电容减少率大。
如上所述，由使母线3形成为覆盖电容器壳体的开口面的板状，能改善金属化膜电容器的耐湿性。
本发明能够以低成本提供具有适于小型大电容化，优良耐湿性的金属化膜电容器。
能够用在高温高湿度下使用的电子设备、电器、产业设备和汽车等。

Claims (9)

1.一种金属化膜电容器，其特征是，具备将金属化膜卷绕或层叠，并且在上述金属化膜的宽度方向的两端具有电极的多个电容器元件；连接多个上述电容器元件中的各个上述电极之间的导体；和内置多个上述电容器元件的电容器壳体；多个上述电容器元件在上述电容器壳体内向相同方向排列，使上述各电容器元件的两端的上述电极彼此位于基本同一个平面上。
2.一种金属化膜电容器，其特征是，具备将金属化膜卷绕或层叠，并且在上述金属化膜的宽度方向的两端设有电极的多个电容器元件；连接在多个上述电容器元件中的各个上述电极之间的导体；和内置多个上述电容器元件的电容器壳体；上述金属化膜的宽度不相同的多个上述电容器元件收纳于上述电容器壳体内，所有的上述电容器元件以弯曲加工2片上述导体，由上述导体夹住各上述电容器元件的上述电极而并联连接。
3.如权利要求1或2所述的金属化膜电容器，其特征是，连接上述电极之间的上述导体，具有以板状、且和电极端子一体化的形状，成为上述电极端子的部分配置在上述电容器壳体的外部。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的金属化膜电容器，其特征是，上述电容器元件为扁平形状。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的金属化膜电容器，其特征是，上述电容器壳体，形成为具有开口面和与上述开口面相对的底面的近似长方体，多个上述电容器元件一方的上述电极配置在上述开口面侧、另一方上述电极配置在上述底面侧，并且沿上述底面的一个方向排列成一列。
6.如权利要求1至4中任何一项所述的金属化膜电容器，其特征是，上述电容器壳体，形成为具有开口面和与上述开口面相对的底面的近似长方体，多个上述电容器元件的一方的上述电极配置在上述开口面侧、另一方的上述电极配置在上述底面侧，并且沿上述底面的一个方向并列成多列。
7.如权利要求6所述的金属化膜电容器，其特征是，多个上述电容器元件，交错状地配置，并沿一个方向并列。
8.如权利要求1至3或5或6中任何一项所述的金属化膜电容器，其特征是，上述电容器元件是将扁平形状的上述电容器元件两侧的角部，在与两端的上述电极垂直的方向切断削除而形成为近似长方体的叠层电容器形状。
9.如权利要求1至8中任何一项所述的金属化膜电容器，其特征是，连接位于上述电容器壳体的开口面侧的上述电极的上述导体，形成为覆盖上述开口面的板状。
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Denomination of invention: Metallized film capacitor

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