金屬化安全膜電容器的電極結構的製作方法

2023-05-19 03:24:21

專利名稱：金屬化安全膜電容器的電極結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子元件，特別是薄膜電容器電極結構的改進。
技術背景已有技術中，金屬化安全膜是由基膜表面的電極鍍層用空隙槽分割成許多小單元、小單元間有安全熔斷器作用的導電橋所構成的複合膜，金屬化膜是由基膜表面無空隙電極鍍層所構成的複合膜。現有的一種用雙層金屬化安全膜層疊卷繞構成電容器。由於面元面積極小和保護系統的作用，所以能進行成千上萬次自愈而不發生電容器短路，可大大提高電容器的安全可靠性和工作壽命。其存在的缺陷一是使用雙安全膜在卷繞時無法做到上下兩層安全膜的空隙圖案正確對準而總是互相參差，其對電極有效工作面積的損失較大；二是安全膜電容器的實際工作壽命受到其體內殘留氣體局部電暈放電的影響，金屬化安全膜極微薄的安全保護結構經不起這種電暈放電的電離氣體的侵蝕，空隙槽會很快加寬，連接橋很快被侵蝕變窄和斷裂，電容器的容量損失很快，工作壽命降低，甚至低於普通金屬化電容器。所以在工藝上採取措施抑制和去除電容器中的殘留氣體，包括緊密卷繞、熱處理、真空浸油或蠟、密封等，但所有這些措施都不可能把電容器內的殘留氣體完全去除。若能相對提高電容器內的局部放電起始電壓，只要該起始電壓超過工作電壓的波動和最高峰值，就能抑制和減小殘留氣體電暈放電對安全膜防爆保護結構的侵蝕作用，達到安全防爆和延長工作壽命的目的，然而要把電容器的局部放電的起始電壓提高到500Vac以上，工藝難度相當高。

發明內容
本實用新型的目的在於提供一種安全防爆、延長工作壽命、減小電極有效工作面積損失、降低製造工藝難度的金屬化安全膜薄膜電容器的電極結構。
本實用新型金屬化安全膜電容器的電極結構，上膜層、下膜層密貼層疊，其特徵在於上膜層、下膜層各由金屬化安全膜或金屬化膜構成，或分別製成金屬化安全膜和金屬化膜的組合併對應層疊，由兩條縱向空白隔離帶分別把上膜層、下膜層在橫向上分割成多個由金屬化安全膜和金屬化膜一一對應的電極分區，隔離帶和隔離帶錯位設制，構成電容的串聯結構，電極分區數與串接單元數相等。
金屬化安全膜的每個電極分區中的電極層由網格形空隙線分割成許多電極小單元，相鄰小單元之間由可以被自愈電流燒斷的導電橋連通。
當串接單元數為偶數時，金屬化安全膜集中在上膜層上，金屬化膜集中在下膜層上，金屬化安全膜的橫向兩側邊緣制有與電極小單元連通的供電容器噴金連接的導電加厚邊帶，金屬化膜的橫向兩側邊緣各制有留邊。
當串接單元數為由偶數部分加1所構成的奇數時，上膜層的偶數部分與上述偶數串接結構相同，加1電極分區則設製成具有留邊的金屬化膜，下膜層的偶數部分與上述偶數串接結構相同，相對的加1電極分區設製成具有導電加厚邊帶的金屬化安全膜。
上述金屬化安全膜的每個電極分區一側為縱向空白隔離帶，作為與電位相異的分區之間的絕緣隔離；另一側為置於電位相同的電極分區之間的縱向隔離空隙帶，其上分布有許多起熔斷器作用的橫嚮導電橋，把其兩側屬於不同分區的同電位電極小單元連接起來。
在金屬化安全膜的每個分區中電極層的網格形基本圖案上，每隔一段長度設制一條橫向隔離空隙槽，該槽與縱向空白隔離帶和縱向隔離空隙帶相交各成T字形。
上述金屬化安全膜的縱向空白隔離帶寬度為金屬化膜的留邊寬度的1.5-2倍，縱向隔離空隙帶的寬度為金屬化膜留邊寬度的0.3-0.6。
上述金屬化安全膜和金屬化膜均採用雙向拉伸聚酯或聚丙烯介質薄膜為基膜蒸鍍鋅/鋁金屬構成複合電極層。
本實用新型利用串接分壓的原理，把高壓電容器的各內串接單元的極間工作電壓下降到電容器製造工藝所能達到的最高許可局部放電起始電壓(500Vac)以下，抑制和減小電容器中的殘留氣體電暈放電對安全膜防爆保護結構的侵蝕作用，使安全膜保護系統在中、高壓電容器中能正常發輝作用。本實用新型對於400Vac-500Vac的低壓聯補償電容器和交流電機電容器也有非常大的實用價值。因為利用串接分壓的原理，甚至可以把電容器的各內串接單元的極間工作電壓下降到350V以下。根據對兩個平板電極之間的空氣隙中產生氣體電離所需的極間電壓的理論計算得出的「潘申Paschen曲線」，該曲線有一最低谷點，350V是極板間氣體電離放電所需電壓的最低極值。也即電容器元件極間工作電壓如果低於此值，電容器內就不會產生氣體電離放電，這將保證安全膜高壓電容器的防爆保護系統不受電離氣體的侵蝕，大大提高安全可靠性和延長工作壽命。根據目前聚丙烯介質薄膜技術，厚度可達3.5μm以下，使這種設計配置對於400Vac-500Vac的低壓並聯補償電容器和交流電機電容器將有非常大的實用價值，例如使用3.5μm金屬化聚丙烯2串接安全膜，電容器最高額定工作電壓500Vac，單元極間工作電壓250Vac，相當於350Vdc，介質工作場強達到71.4Vac/μm或100Vdc。由於局部電暈放電問題的解決，大大降低了電容器製造工藝的難度。


圖1為本實用新型實施例上膜層四串接電極分區的主視圖。
圖2為本實用新型實施例下膜層四串接電極分區的主視圖。
圖3為圖1和圖2層疊狀態的截面放大示意圖。
圖4為本實用新型另一實施例上膜層三串接電極分區的主視圖。
圖5為本實用新型另一實施例下膜層三串接電極分區的主視圖。
圖6為圖4和圖5層疊狀態的截面放大示意圖。
具體實施方式
實施例1涉及金屬化安全膜1與普通金屬化膜2配對卷制的內部偶數串接電極電容器的電極結構，上膜層為金屬化安全膜1作為一個電極，並與作為另一個電極的下膜層金屬化膜2配對卷繞密貼層疊。由縱向空白隔離帶1.3和金屬化膜2上的縱向空白隔離帶2.3分別把金屬化安全膜1和金屬化膜2在橫向上分割成4個電極分區A、B、C、D，在安全膜1上電位相同的B、C電極分區間插入隔離空隙帶1.5。隔離帶1.3、隔離空隙帶1.5和隔離帶2.3等距錯位設制，構成電容的4串聯結構。隔離空隙帶1.5上分布有許多起熔斷器作用的橫嚮導電橋1.4，把其兩側屬於不同分區的同電位電極小單元1.2連接起來，相當於在各串接電容器單元的前後引出的同電位連接線上增加了內部電極分區的總保險絲。金屬化安全膜1的每個電極分區中的電極層由網格形空隙線1.7分割成許多電極小單元1.2，相鄰小單元之間由可以被自愈電流燒斷的導電橋1.8連通。當電極結構的串接數為偶數時，金屬化安全膜1、總保險絲導電橋1.5、與噴金接觸的導電邊帶1.1都集中在上膜層上，金屬化膜2和留邊2.1都集中在下膜層上。金屬化安全膜1的橫向兩側邊緣制有與電極小單元1.2連通的供電容器噴金連接的導電加厚邊帶1.1，金屬化膜2的橫向兩側邊緣各制有留邊2.1。這種電極結構可保證在最外側單元區與外界噴金連接的都為安全膜電極，並具有起總保險絲的作用的導電橋空隙隔離帶的保護。由於這些內部電極分區總保險絲的作用，增加了電極小單元之間以及電極小單元和外加電源間的隔離保護和安全性能，因為在各電極小單元1.2的工作有效面積區內與其構成電容的兩個極性相反的電極中，按理只需其中的一極有面元分割和微形保險絲連接橋保護就可以了，正像雙極引線的電器如果斷了一線就能截斷電流仃止工作一樣，本實用新型中這種與電源完全隔離的總保險絲作用由具有導電橋1.4的隔離空隙帶1.5實現。由於插入同電位單元間連接區的隔離空隙帶1.5是與配對金屬化膜2的縱向空白隔離帶2.3相互對應，其位置在電極有效面積之外，所以在增加隔離保護的安全性能時，不會增加這些空隙槽對有效電極面積的損失率。相反由於它的作用，使電極有效工作面積內的電極小單元間隔空隙的損失率從8-16％減小到4-8％，同時也降低了電容器的製造成本。
實施例2密貼層疊的上膜層、下膜層分別製成金屬化安全膜和金屬化膜的組合，上膜層、下膜層中的金屬化安全膜1和金屬化膜2一一對應。當串接單元數為由偶數部分加1所構成的奇數時，電極結構設計為偶數部分和加1單元部分，如3＝2+1，上膜層的偶數部分與上述偶數串接結構的上膜層相同，只是在加1電極分區設製成金屬化膜2，其最外側具有留邊2.1；下膜層的偶數部分與上述偶數串接結構的下膜層相同，相對的加1電極分區設製成金屬化安全膜1，其最外側具有導電加厚邊帶1.1，這種電極結構可保證在最外側單元區與外界噴金連接的都為安全膜電極。
本實用新型的金屬化安全膜1以網格結構作為基本圖案，使每塊面元面積很小，只有電容器總電極面積的幾十萬分之一，從而減小了每次自愈對電容器的容量損失。另外在此基本圖案上，每隔一段長度設置一條橫向隔離空隙槽1.6，該槽與縱向空白隔離帶1.3和縱向隔離空隙帶1.5相交各成T字形，如圖1、圖4所示。該槽在總保險絲發生部分燒斷之後，可阻斷其所屬有效面積內電流的縱向流動，以免增加相鄰區間的總保險絲及噴金連接的電流負載和蔓廷性損壞，並抑止縱向電流的損耗發熱。在金屬化膜電容器中這種縱向蔓廷性損壞是常見的現象，一般情況下，電容器的外層殘留氣體較多，故外層的自愈較多且自愈白斑較大，噴金連接易受到電暈放電的侵蝕而開始損壞，然後通過縱向電流的作用內部的噴金連接蔓廷性損壞，使電容器的損耗增大、發熱、變形鼓包和擊穿。金屬化安全膜1的網格空隙對縱向電流巳有一定的阻斷作用，但由於其網格成45°角，對寬度較大的膜縱向阻斷不理想，增加了橫向隔離空隙槽1.6，可彌補網格結構的缺陷。
本實用新型的另一個獨特優點是在失效時由金屬化安全膜1的微型保險絲燒斷和空隙網格的開路隔離起保護作用，所以失效後的串接電容器端高電壓將被分配到各電極分區空隙網格上，不會像普通串聯電容器的短路失效時需用的串聯斷路器保護那樣，非常高的電容器總電壓將會集中在該斷路保護器的斷口上，使斷路器電接點的分離由於拉弧、重燃和過電壓等現象而變得困難。而本實用新型只要根據電容器開路失效後各電極分區的隔離空隙帶所處位置的電場分布來設計其寬度，就可達到可靠隔離。內部縱向空白隔離帶1.3寬度為金屬化膜2留邊2.1寬度的1.5-2倍，帶有許多橫嚮導電橋1.4的隔離空隙帶1.5的寬度為金屬化膜留邊2.1寬度的1/2左右。例如根據對1000-1500Vac的電容器設計計算，引出電極處的留邊2.1的寬度為3.5-5mm，內部縱向空白隔離帶1.3和金屬化膜2上的縱向空白隔離帶2.3寬度為4-6mm，具有導電橋1.4的隔離帶1.5寬度為1.5-2.5mm。導電橋1.4寬度則根據薄膜介質所能承受的安全保護熔斷的能量(實驗值為20-100微焦耳)設計，約為0.5-2.5mm。本實施例1中，金屬化安全膜1寬150mm；金屬化膜2寬147.5mm，兩側縮入量各為1.25mm，成為電容器元件卷繞的差邊。電容器的介質1.0和2.0使用雙向拉伸聚丙烯薄膜，厚度3.8μm，蒸鍍金屬為鋅鋁複合，邊緣加厚導電邊帶1.1表面方塊電阻≤4Ω/□，面元1.2工作區為7.5Ω/□。把此4串接式圖案電極結構的雙層膜在ABS塑料芯棒上卷繞製作電容器半成品元件。對此半成品元件進行熱處理、噴金、電弱點清除處理、驅潮處理、裝殼、灌封環氧樹脂，製成單元電容量為50μF、每隻電容器總電容量為12.5μF、額定工作電壓為1000Vac的高壓電容器成品元件。把這種電容器加1250Vac，介質工作場強82/μm下，容性功率為5KVA；在85℃溫度環境下，3000小時工作後，無一失效，容量變化小於3％，令人滿意。
權利要求1.金屬化安全膜電容器的電極結構，上膜層、下膜層密貼層疊，其特徵在於上膜層、下膜層各由金屬化安全膜(1)或金屬化膜(2)構成，或分別製成金屬化安全膜(1)和金屬化膜(2)的組合併對應層疊，由縱向空白隔離帶(1.3)和(2.3)分別把上膜層、下膜層在橫向上分割成多個由金屬化安全膜(1)和金屬化膜(2)一一對應的電極分區，隔離帶(1.3)和隔離帶(2.3)錯位設制而構成電容的串聯結構，電極分區數與串接單元數相等。
2.根據權利要求1所述的金屬化安全膜電容器的電極結構，其特徵在於金屬化安全膜(1)的每個電極分區中的電極層由網格形空隙線(1.7)分割成許多電極小單元(1.2)，相鄰小單元之間由可以被自愈電流燒斷的導電橋(1.8)連通。
3.根據權利要求2所述的金屬化安全膜電容器的電極結構，其特徵在於當串接單元數為偶數時，金屬化安全膜(1)集中在上膜層上，金屬化膜(2)集中在下膜層上，金屬化安全膜(1)的橫向兩側邊緣制有與電極小單元(1.2)連通的供電容器噴金連接的導電加厚邊帶(1.1)，金屬化膜(2)的橫向兩側邊緣各制有留邊(2.1)；當串接單元數為由偶數部分加1所構成的奇數時，上膜層的偶數部分與上述偶數串接結構相同，加1電極分區則設製成具有留邊(2.1)的金屬化膜(2)，下膜層的偶數部分與上述偶數串接結構相同，相對的加1電極分區設製成具有導電加厚邊帶(1.1)的金屬化安全膜(1)。
4.根據權利要求3所述的金屬化安全膜電容器的電極結構，其特徵在於金屬化安全膜(1)的每個電極分區一側為縱向空白隔離帶(1.3)，作為與電位相異的分區之間的絕緣隔離；另一側為置於電位相同的電極分區之間的縱向隔離空隙帶(1.5)，其上分布有許多起熔斷器作用的橫嚮導電橋(1.4)，使兩側屬於不同分區的同電位電極小單元(1.2)連接。
5.根據權利要求3所述的金屬化安全膜電容器的電極結構，其特徵在於金屬化安全膜(1)的每個分區中電極層的網格形基本圖案上，每隔一段長度設制一條橫向隔離空隙槽(1.6)，該槽與縱向空白隔離帶(1.3)和縱向隔離空隙帶(1.5)相交成T字形。
6.根據權利要求3所述的金屬化安全膜電容器的電極結構，其特徵在於金屬化安全膜(1)的縱向空白隔離帶(1.3)寬度為金屬化膜(2)的留邊(2.1)寬度的1.5-2倍，縱向隔離空隙帶(1.5)的寬度為金屬化膜留邊(2.1)寬度的0.3-0.6。
7.根據權利要求1-6所述的任一金屬化安全膜電容器的電極結構，其特徵在於金屬化安全膜(1)和金屬化膜(2)均採用雙向拉伸聚酯或聚丙烯介質薄膜為基膜蒸鍍鋅/鋁金屬構成複合電極層，聚丙烯介質薄膜厚度2.8-8μm。
專利摘要本實用新型涉及金屬化安全膜電容器的電極結構，上膜層、下膜層密貼層疊，上膜層、下膜層分別製成金屬化安全膜和金屬化膜，或分別製成金屬化安全膜和金屬化膜的組合，由縱向空白隔離帶和縱向空白隔離帶分別把金屬化安全膜和金屬化膜在橫向上分割成若干電極區，隔離帶和隔離帶錯位設制，構成電容的串聯結構，電極分區數與串接單元數相等。本實用新型利用串接分壓的原理，使電容器的各內串接單元的極間工作電壓下降到電容器製造工藝所能達到的最高許可局部放電起始電壓以下，可抑制或減小電容器中的殘留氣體電暈放電對安全膜侵蝕作用，安全防爆，延長工作壽命，減小電極有效工作面積損失，降低製造工藝難度。
文檔編號H01G4/005GK2879375SQ20062010232
公開日2007年3月14日 申請日期2006年4月4日 優先權日2006年4月4日
發明者吳克明 申請人:浙江南洋電子薄膜有限公司