[发明专利]用于功率电容器的电容器元件、制造该元件的方法及包含该元件的功率电容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于功率电容器的电容器元件，其中，此电容器元件包括多个介电材料膜以及多个金属材料电极，所述介电材料膜形成两个相邻介电层，至少两个此种电极位于两个相互隔开且并排的介电层之间，以确定不含金属材料的区域。

本发明还涉及一种用于制造此种电容器元件的方法以及一种包含此种电容器元件的功率电容器。

在本文中，功率电容器指在电压超过1kV、优选至少5kV的交流或直流应用中的电容器。

背景技术

在用于交流和直流应用的功率电容器的电容器元件内，已知使用内部串联或不串联的自愈合膜。例如，从EP 0 225 822 B1和EP 0 789371 A1知道此种电容器元件，在EP 0 225 822 B1中，自愈合膜具有可变厚度的电极，而在EP 0 789 371 A1中，自愈合膜具有分段、串联的电极。在此类电容器元件的生产中使用拉长的介电材料膜，所述材料局部涂敷金属材料以形成一个或多个电极。在生产中，需要一个叠一个地压平多个、通常为两个这样的被涂敷膜并且把它们绕成卷，以便电极相互容性连接。多个电容器元件以串联和并联的形式相互耦合，并且封闭在容器内，从而制造实际上的功率电容器。为了增加功率电容器的填充比，在某些情况下，电容器元件在相互耦合和放入容器之前被压平。电容器元件的膜中的介电材料通常是聚丙烯或聚乙烯对苯二酸酯，而电极材料通常是铝、锌或这两者的合金。

自愈合特性通过选择介电膜和电极而获得，从而，在通过任何膜放电时，故障点周围的电极局部汽化，因而电隔绝故障点。如果要具有自愈合功能，电极必须是薄的，因此，电极材料通常被汽化到介电膜上以形成电极层。如果介电膜厚度小于约15微米，自愈合是最有效的，这就意味着介电膜两端的电压不允许太高。然而，通过内部串联，有可能增加电容器元件两端的电压而不增加介电膜两端的电压。

为了实现内部串联，电容器元件有两个或多个布置在两相邻膜之间的电极，其中，借助于所述膜未被涂敷的部分，所述电极相互电绝缘。当电容器元件置于电压下时，这些电极要求不同的电势，以便沿着相邻电极之间的膜的边界层产生电压梯度。如果在两相邻电极之间发生闪络，这可使电容器元件短路，导致电容器元件不能使用。如果此电容器元件中的能量相当大，此种短路还会损坏相邻的电容器元件，并对包含此电容器元件的功率电容器造成严重损坏。因此，为了获得必要的耐电强度，所述未涂敷部分的宽度必须有一定的尺寸，以便在电极之间不发生闪络。由于沿着膜纵向表面上的耐电强度明显比沿着横向的低，因此在确定尺寸时必须使用充分的安全余量。

然而，在具有不同电势的电极之间的上述高耐电强度要求与希望减小未涂敷部分面积以增加电容器元件内容积和材料的利用率是相抵触的。增加电极之间耐电强度的一般措施是用适当的浸渍流体完全或部分地浸渍电容器元件。以此方式增加的耐电强度可以用来减小未涂敷部分面积和/或增加电容器元件两端的容许电压。然而，由于存在泄漏和着火的危险并考虑到环境和制造技术等方面的因素，一般希望避免使用浸渍流体。

发明内容

本发明的目的是创造一种电容器元件，它在浸渍或未浸渍状态中都比等效的浸渍或未浸渍的已知电容器元件提供更好的容积和材料利用率并且/或者承受更高的电压。

根据本发明的电容器元件的特征在于，介电材料的永久连接布置在所述区域内并且使介电层互相结合。

根据本发明的方法的特征在于，所述介电层借助介电材料的永久连接而结合在所述区域内。

根据本发明的功率电容器的特征在于，介电材料的永久连接布置在所述区域内并且使介电层互相结合。

通过本发明，在所述区域内获得提高的耐电强度。这可用来减小所述区域的尺寸，因而有助于在电容器元件中获得更好的容积和材料利用率，并因而在功率电容器中获得这样的效果。可替换地，提高的耐电强度可用于增加电容器元件两端的电压。进而，由于耐电强度提高，在某些应用中可用未浸渍的电容器元件取代浸渍的电容器元件。

根据一个实施例，所述连接由所述多个膜中的一个形成。

根据本发明的另一实施例，在所述区域内通过熔合多个所述膜而实现永久连接，这导致膜与膜之间的边界层完全或部分消失，这些边界层对耐电强度是敏感的。