NL8501684A

NL8501684A - ELECTROLYTIC WINDING CONDENSER.

Info

Publication number: NL8501684A
Application number: NL8501684A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1985-06-12
Filing date: 1985-06-12
Publication date: 1987-01-02
Also published as: EP0207549A1; JPS61288410A; EP0207549B1; DE3670723D1

Description

j r — - £ PHN 11.413 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.j r - - £ PHN 11,413 1 N.V. Philips' Incandescent Light Factories in Eindhoven.

Elektrolytische wikkelkondensator.Electrolytic winding capacitor.

De uitvinding heeft betrekking op een elektrolytische wikkelkondensator en op een werkwijze voor de vervaardiging daarvan.The invention relates to an electrolytic winding capacitor and to a method for the manufacture thereof.

Een elektrolytische wikkelkondensator omvat een, aan één zijde van een afdichting voorziene, open metalen omhulling en 5 een zich daarin bevindend gewikkeld samenstel van een door formeren van een diêlektrische oxidehuid voorziene strook van een aluminiumfolie, twee of meer met elektrolytvloeistof of met een vast halfgeleidend metaaloxide geïmpregneerde separatorfolies en een strook van een al of niet geformeerde tweede aluminiumfolie, die tezamen tot een wikkel zijn 10 opgerold.An electrolytic winding capacitor comprises an open metal sheath, sealed on one side, and a coiled assembly therein of a strip of aluminum foil provided by forming a dielectric oxide skin, two or more with electrolyte liquid or with a solid semiconducting metal oxide impregnated separator foils and a strip of a second aluminum foil, whether or not formed, which are coiled together into a wrapper.

De anodefolie en de kathodefolie zijn door middel van een uit de wikkel stekend lipje of via een pen aan het begin van de foliestrook via een doorvoer in een schijf of via de omhulling met de externe aansluitdraden of aansluitpennen verbonden. Verschillende 15 uitvoeringen zijn mogelijk, die echter elk het bezwaar gemeen hebben, dat de inwendige weerstand van de kondensator (esr) en esl (equivalente zelfinductie) hoog zijn. Dit heeft weer een hoge verliesfaktor (tgj*) en esl tot gevolg en een verslechtering van de kondensator-eigenschappen naarmate de frekwentie van de wisselspanning hoger is, waarbij de 20 kondensator wordt gebruikt.The anode foil and the cathode foil are connected to the external connection wires or pins by means of a tab protruding from the wrapper or via a pin at the beginning of the film strip via a lead-through in a disc or via the casing. Different embodiments are possible, each of which has in common the drawback that the internal resistance of the capacitor (esr) and esl (equivalent self-inductance) are high. This in turn results in a high loss factor (tgj *) and esl and a deterioration of the capacitor properties as the frequency of the AC voltage increases, using the capacitor.

Men heeft ter verlaging van de esr de kathodefolie respectieve!!jk de anodefolie, al naar gelang de uitvoering van de kondensator, voorzien van meer lipjes. Dit had echter moeizame bewerkingen tot gevolg om de lipjes onderling en met de aansluiting te 25 verbinden. Voor massafabrikage was dit zeker geen bruikbare verbetering.To lower the esr, the cathode foil and the anode foil, respectively, have been provided with more tabs, depending on the design of the capacitor. However, this resulted in laborious operations to connect the tabs to each other and to the connector. This was certainly not a useful improvement for mass production.

Als oplossing van het probleem zou ook nog te overwegen zijn het toepassen van korte, brede folies. Dit zou echter leiden tot dunne, hoge kondensatoren, hetgeen voor vele toepassingen ongewenst is.The solution of the problem could also be considered using short, wide films. However, this would lead to thin, high capacitors, which is undesirable for many applications.

30 Het toepassen van dikke aluminiumfolies vergroot het volume van de kondensator en is kostbaar.The use of thick aluminum foils increases the volume of the capacitor and is expensive.

De uitvinding beoogt een eenvoudige uitvoering van een -¾ 3 ^ Λ *· ƒ V.-; * 1 . -¾ ?·' ‘ T* V ^ Ü ^ ‘ ΡΗΝ 11.413 2 Ξ Λ wikkelkondensator, waarbij de esr aanzienlijk is verlaagd en een eenvoudige, voor massafabrikage geschikte, werkwijze ter vervaardiging van een dergelijke kondensator.The object of the invention is a simple embodiment of a -¾ 3 ^ Λ * · ƒ V.-; * 1. -11413 2 Ü Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ aanzienlijk Λ Λ Λ Λ,,,, waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij T waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij waarbij .4 ΡΗΝ .4 .4 ΡΗΝ ΡΗΝ ΡΗΝ by aanzienlijk ΡΗΝ .4 .4 .4 .4 .4 .4 .4 .4 11,413

De wikkelkondensator volgens de uitvinding is daardoor 5 gekenmerkt, dat de kathodefoliewindingen en/of de anodefoliewindingen in de breedterichting ten opzichte van de separatorfolie(s) uitgewikkeld zijn naar de kopse zijden van de wikkel en dat een aantal van de aldus uitgewikkelde foliewindingen aan één of beide kopse zijden van de wikkel radiaal onderling verbonden zijn door middel van een vastgehechte 10 strook metaal of een metalen plaatje.The winding capacitor according to the invention is characterized in that the cathode film windings and / or the anode film windings are wound in the width direction relative to the separator film (s) to the end sides of the winding and that a number of the film windings thus unwound on one or both ends of the wrapper are radially interconnected by means of an attached strip of metal or a metal plate.

Bij voorkeur bestaat het metaal van de strook uit hetzelfde metaal als de folie. Ter vervaardiging van deze wikkelkondensator wordt aan één of beide kopse zijden van de wikkel een radiaal geörienteerd lipje of dun plaatje tegen de uitgewikkelde 15 foliewindingen gelegd en er op twee of meer plaatsen door middel van één of meer laser-bundels op vastgelast.The metal of the strip preferably consists of the same metal as the foil. To produce this winding capacitor, a radially oriented tab or thin plate is placed on one or both end sides of the wrapper against the unwound foil windings and welded to them in two or more places by means of one or more laser beams.

Deze werkwijze heeft primair tot doel, de esr en de esl van de wikkelkondensator te verlagen op een voor massafabrikage betrouwbare en prijstechnisch gunstige wijze.The primary aim of this method is to lower the esr and esl of the winding capacitor in a manner that is reliable and economically advantageous for mass production.

20 Sekundair kan deze funktie van het lipje gekorabineerd worden met de funktie, een verbinding tot stand te brengen van de wikkelfolies naar de anode-, respektievelijk kathodeaansluitingen aan het uitwendige van het gerede kondensatorprodukt. Dit laatste aspekt zal in de uitvoeringsvoorbeelden nader worden toegelicht.Secondarily, this function of the tab can be corabinated with the function of establishing a connection from the winding foils to the anode and cathode connections, respectively, on the exterior of the finished capacitor product. The latter aspect will be further elucidated in the exemplary embodiments.

25 Het vastlassen door middel van een laserbundel is de enige wijze waarop de verbinding vrijwel zonder aandrukken op een betrouwbare manier gemaakt kan worden. Andere lasmethoden, waarbij het lipje of plaatje met enige kracht aangedrukt moet worden, zijn ongeschikt in verband met schade door ongewenste sluiting tussen de 30 kondensatorwindingen.Welding by means of a laser beam is the only way in which the connection can be reliably made almost without pressing on. Other welding methods, in which the tab or plate must be pressed with some force, are unsuitable because of damage due to undesired closure between the capacitor windings.

Opgemerkt wordt, dat bijvoorbeeld uit het US octrooischrift 3.906.297 een kondensator met gemetalliseerd kunststoffolie bekend is, waarbij eveneens ter verlaging van de serieweerstand een axiale metallische verbinding van de 35 metalliseringslagen in opvolgende windingen gemaakt wordt.. Volgens dit octrooischrift wordt deze verbinding gemaakt door opspuiten van gesmolten metaal met een betrekkelijk laag smeltpunt en met eenIt is noted that for example from US patent 3,906,297 a capacitor with metallized plastic film is known, wherein an axial metallic connection of the metalization layers in successive turns is also made to decrease the series resistance. According to this patent this connection is made by spraying molten metal with a relatively low melting point and with a

C 5 * A. * Ö AC 5 * A. * Ö A

j. .. —...............-ë PHN 11.413 3 betrekkelijk laag warmtegeleidingsvermogen. Het zgn. "schooperen" is voor dit doel bij een elektrolytische wikkeikondensator ónmogelijk, want de dimensies tussen de uitgewikkelde windingen in een foliekondensator zijn van een totaal andere grootte-orde dan in een elektrolytische 5 wikkeikondensator, waardoor kortsluiting zou ontstaan. Bovendien mogen de gebruikelijke metalen, die door schooperen worden aangebracht, zoals Zn-Sn, in een elektrolytkondensator niet worden toegepast. In een foliekondensator is bijvoorbeeld gemetalliseerd kunststoffolie met een totaal dikte van 1 i 5 ip over 2 mm uitgewikkeld ten opzichte van 10 gelijk folie. 3ij een elektrolytische wikkeikondensator is bijvoorbeeld 100 ym dik geformeerd anodefolie met 80 ym aan papier en 20 a 60 ym dik kathodefolie opgewikkeld, waarbij de anodefolie 1 a 2 mm uitgewikkeld is ten opzichte van het kathodefolie. Schooperen leidt hier tot ongewenste sluiting van de windingen. 0Ξ octrooischrift 15 3.906.297 kan dus de vakman niet inspireren tot het radiaal kortsluiten van folies in een wikkeikondensator door middel van laser-lassen.j. .. —...............- ë PHN 11.413 3 relatively low thermal conductivity. The so-called "scooping" is impossible for this purpose with an electrolytic winding capacitor, because the dimensions between the wound windings in a film capacitor are of a completely different order than in an electrolytic winding capacitor, which would cause a short circuit. In addition, conventional metals which are applied by scooping, such as Zn-Sn, should not be used in an electrolyte capacitor. In a film capacitor, for example, metallized plastic film with a total thickness of 1 i 5 ip is wound out over 2 mm compared to 10 equal film. In an electrolytic vetch capacitor, for example, a 100 µm thick anode foil is wound with 80 µm paper and 20-60 µm thick cathode foil, the anode foil being wound 1 to 2 mm with respect to the cathode foil. Schooperen here leads to unwanted closing of the windings. Thus, patent 15 3,906,297 cannot inspire those skilled in the art to radially short-circuit films in a vetch capacitor by laser welding.

Aan de hand van de bijgaande tekeningen is de uitvinding toegelicht.The invention has been elucidated with reference to the annexed drawings.

De figuren 1, 2a) en 2b) toont een tweetal uitvoeringen 20 van een wikkel : in figuur 1 is de wikkel om een doorn gewikkeld en heeft dus een open kerngat; in figuur 2 is de wikkel om een pen met meestal een van de folies in de breedte aan het uiteinde aan de pen vastgelast. De pen blijft bij de inbouw van de wikkel in een omhulling in de wikkel zitten en kan uiteindelijk als verbinding met de omhulling 25 respectievelijk de anodedeksel dienen. Figuur 2a) toont een dwarsdoorsnede, figuur 2b) een bijbehorend aanzicht tegen een van de kopse zijden van de wikkel.Figures 1, 2a) and 2b) show two embodiments of a wrapper: in Figure 1 the wrapper is wrapped around a mandrel and thus has an open core hole; in figure 2 the wrapper around a pin with usually one of the foils in width is welded to the pin at the end. During the installation of the wrapper, the pin remains in a wrapper in the wrapper and can ultimately serve as a connection to the wrapper 25 or the anode cover. Figure 2a) shows a cross-section, Figure 2b) a corresponding view against one of the end faces of the wrapper.

In deze figuren stelt 1 de wikkel voor, 2 het uitgewikkelde deel van het kathode/ respektievelijk het anodefolie, 3 30 het lipje of plaatje, dat met een aantal laspuntjes 4 op verschillende plaatsen aan het folie is gelast. In figuur 1 is 5 het doorngat en in figuur 2 is 6 de vikkelpsn, waaraan het uitgewikkelde folie 2 met de korte zijde in de lengterichting kan zijn vastgelast.In these figures 1 represents the wrapper, 2 the unwound part of the cathode / the anode foil, 3 the tab or plate, which is welded to the foil with a number of welding points 4 at different locations. In Figure 1, 5 is the through hole and in Figure 2, 6 is the sheet pivot, to which the unwound foil 2 can be welded in the longitudinal direction with the short side.

In figuur 3 wordt een mogelijke werkwijze voor de 35 vervaardiging van de te lassen wikkel getoond in een voorbeeld, waarin een lipje van de rol wordt aangevoerd en aan de wikkel gelast wordt.Figure 3 shows a possible method of manufacturing the wrapper to be welded in an example, in which a tab of the coil is supplied and welded to the wrapper.

Het inbouwen van de wikkel in een omhulling, het maken van de anode- en .-ï Λ- l v * i PHN 11.413 4 kathodeverbinding, het aanbrengen van de aansluitdraden en het afsluiten van de omhulling wordt niet toegelicht, omdat dit gebruikelijke technieken kan betreffen.The installation of the wrapper in a casing, the making of the anode and.-De-lv * i PHN 11.413 4 cathode connection, the installation of the connecting wires and the sealing of the casing is not explained, because this may involve conventional techniques .

In figuur 3a) is 1 wederom de wikkel met 2 het 5 uitgewikkeld deel. Het lipje 3 wordt in de vorm een strip vanaf rol 7 aangevoerd. Figuur 3b) toont het vastlassen van het lipje door middel van een aantal parallelle bundels laserstraling 8, bijvoorbeeld via glazen lichtgeleiders. In figuur 3c) zijn de laspunten 4 gemaakt en wordt het lipje 3 door middel van een mes 9 afgeknipt.In figure 3a) 1 is again the wrapper with 2 the 5 unwound part. Tab 3 is supplied in strip form from roll 7. Figure 3b) shows welding of the tab by means of a number of parallel beams of laser radiation 8, for example via glass light guides. In figure 3c) the welding points 4 are made and the tab 3 is cut by means of a knife 9.

10 Figuur 4 vertoont een deel van de wikkel met de las vergroot. Hiervan stelt 11 de anodefolie, 12 de separator (papier; hier in enkele uitvoering) en 2 de uitgewikkelde kathodefolie als voorbeeld voor. Op de plaats 13 is de las met het lipje 3 tot stand gekomen.Figure 4 shows part of the wrapper with the splice enlarged. Of these, 11 represents the anode foil, 12 the separator (paper; here in a single embodiment) and 2 the unwound cathode foil as an example. The weld with the tab 3 has been made at position 13.

Rechtstreeks laserlassen zonder lipje lukt niet. Het lipje dient 15 daartoe, om voldoende materiaal voor de nodige hoeveelheid afsmelt voorradig te laten zijn.Laser welding without a lip is not possible. The tab serves for this purpose, so that sufficient material for the necessary amount of melting is available.

In figuur 5 wordt getoond, hoe een betrouwbare lasverbinding wordt verkregen door een juiste focussering van de laserbundels 16. In de vaste aanslag 14 zijn openingen 17 voor de 20 laserbundels aangebracht. De wikkel 1 wordt door middel van de kracht 15 via het lipje 3 op de aanslag gedrukt, die dient als referentie voor de focussering.Figure 5 shows how a reliable welding connection is obtained by properly focusing the laser beams 16. Openings 14 for the laser beams are provided in the fixed stop 14. The wrapper 1 is pressed onto the stop by means of the force 15 via the tab 3, which serves as a reference for the focusing.

Figuur 6 laat ten slotte zien, hoe het lipje 3 verlengd kan worden. Hiertoe kan de lip in het wikkelpakket ingewikkeld worden 25 en eventueel verbonden worden met een van aluminium folies. Deze lip kan dan aan beide wikkelzijden uitsteken, waarbij een van de uiteinden tegen de kopse zijde van de wikkel met laserbundels gelast wordt.Finally, figure 6 shows how the tab 3 can be extended. For this purpose, the lip can be wrapped in the wrapping package and optionally connected to one of aluminum foils. This lip can then protrude on both winding sides, whereby one of the ends is welded with laser beams against the end side of the winding.

Aldus kan het lipje een extra funktie vervullen, zoals volgens 6a) via de wikkel en vervolgens de schijfdoorvoer naar bijvoorbeeld de 30 anodeaansluiting door middel van 18 of volgens 6b) via de wikkelpen (6) naar de omhulling (20) die als kathode fungeert. Er zijn vele varianten denkbaar van een kombinatie van het lasergelaste lipje met de verbinding naar de omhulling en/of schijfdoorvoeren.Thus, the tab can perform an additional function, such as according to 6a) via the wrapper and then the disk lead-through to, for example, the anode connection by means of 18 or according to 6b) via the wrapping pin (6) to the casing (20) which functions as a cathode. Many variants are conceivable of a combination of the laser-welded tab with the connection to the casing and / or disc lead-throughs.

.Λ £ Λ ft f P. Λ J? I «V.Γ..Λ £ Λ ft f P. Λ J? I «V.Γ.

;V V i «W·; V V i «W ·

Claims

An electrolytic winding capacitor, comprising an open metal envelope sealed on one side and a wound assembly therein of a strip of aluminum foil provided by forming a dielectric oxide skin, two or more with electrolyte liquid or with a solid semiconductor metal oxide impregnated separator foils and a strip of a second aluminum foil, whether or not formed, which are coiled together into a wrapper, characterized in that the cathode foil coils and / or the anode foil coils are wound in the width direction with respect to the 10 sparator foil (s) the head sides of the wrapper and that a number of the foil windings thus unwound on one or both head sides of the wrapper are radially interconnected by means of an attached strip of metal or a metal plate.

Electrolytic winding capacitor according to claim 1, 15, characterized in that the strip consists of the same metal as the foil.

Method for the manufacture of a winding capacitor according to claim 1 or 2, characterized in that a radially oriented tab or a thin plate is placed on one or both end sides of the winding against the unwound foil windings and on two or more placing by means of one or more laser beams is welded. > Λ Λ, Η, * I Λ π {ή Η

4 V * ν ν * ο -