无接头片的卷式电容器和电容器堆叠的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种电容器（20A-E），其成形为与内部和外部介电条（22,24）交替的内部和外部电极条（21,23）的卷。每个介电条（22,24）都在一个向内相邻的电极条（21,23）的径向外部端部（21E,23E）上短于该电极条。这将各电极条的径向外部端部在电容器的外侧表面（26,28）的分别不同的部分上暴露。电极条的暴露端部可以被设置在电容器的相对侧上，使得堆叠电容器在不同的实施例中将这些电容器并联地、串联地或者以其组合地互连。
【专利说明】无接头片的卷式电容器和电容器堆叠
[0001]本申请要求申请日为2011年3月22日的美国临时专利申请61/466，265的优先权，后者通过引用被结合到本申请中。
【技术领域】
[0002]本发明在普遍意义上涉及卷式电容器和由多个卷式电容器形成的电容器堆叠，并且更确切而言涉及对于电容式变压器的、并联和/或串联连接的卷式电容器，并且涉及其组件。
【背景技术】
[0003]卷式电容器通过将由介电条分离的两个电极条卷绕而形成。这形成比具有等效电容的平板电容器更紧凑的电容器。电容器链可以通过将多个卷式电容器堆叠，然后通过导电接头片(tab)将其互连而制成，这些导电接头片延伸超过电容器的在相邻卷的相应电极条之间的端部。这例如示例性地在美国专利3508128的图4和美国专利4623953的图2中看到。电容器链例如用在电容式变压器和中压至超高压系统应用中的其它应用中，诸如:设备变压器(保护、监控、数据采集、计量和谐波监视)、电力线支承体、系统网络补偿、分压器和调谐的滤波器应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0004]在下面根据附图的描述中阐述本发明，其中:
[0005]图1示出了在本发明的第一实施例中的卷式电容器的局部端视图。
[0006]图2示出了第一实施例的卷式电容器的堆叠。
[0007]图3示出了图2的堆叠的电气图。
[0008]图4示出了带有比图2中短的介电条的卷式电容器的堆叠。
[0009]图5示出了第二实施例的卷式电容器的局部端视图。
[0010]图6示出了第二实施例的电容器堆叠。
[0011]图7示出了图6的堆叠的电气图。
[0012]图8示出了第三实施例的卷式电容器的局部端视图。
[0013]图9示出了第二和第三实施例的电容器堆叠。
[0014]图10示出了图9的堆叠的电气图。
[0015]图11示出了第四实施例的卷式电容器的局部端视图。
[0016]图12示出了第四实施例的电容器的堆叠。
[0017]图13示出了图12的堆叠的电气图。
[0018]图14示出了第三和第四实施例的电容器的堆叠。
[0019]图15示出了图14的堆叠的电气图。
[0020]图16示出了第二和第三实施例的电容器堆叠。
[0021]图17示出了图16的堆叠的电气图。[0022]图18示出了第五实施例的卷式电容器的局部端视图。
[0023]图19示出了第五实施例的两个电容器的单元。
[0024]图20示出了第一实施例的电容器的立体图。
[0025]图21示出了电容器的结合堆叠。
【具体实施方式】
[0026]本发明人认识到将卷式电容器的导电接头片组装和互联以形成电容器链是劳动力密集的、缓慢的、昂贵的，并且易发生人为错误。接头片承受机械应力和周期性热膨胀，其可以使电极条和介电条疲劳和弱化。接头片延伸超过电容器的下缘(footprint),因此当被包围在瓷质绝缘体或其它封闭壳体、例如对于电容式变压器应用来说是通用的封闭壳体中时需要附加的腔室宽度。在此公开了一种对于形成电容器链有用的、改进的电容器设计。
[0027]图1示出了卷式电容器20A，其具有被内部和外部介电条22、24分开的内部和外部电极条21、23。标识“内部”和“外部”最佳地在条的最内圈25中看到，因为两个电极21、23和两个介电部22、24最终在卷的外部表面的不同部分上都为“外部”的。电极21、23仅为方便而标有电荷+或_，以示出在每个实施例中的相对电荷。这些标识是可逆的。电极23,21具有在卷20A的相对侧26、28上的暴露端部部分23E、21E，以用于电接触。术语卷的“侧”在此意味着卷的外部表面的面对给定取向的部分，例如附图中的第一和第二侧26、28。术语“侧”在本上下文中并非旨在于包括卷的端部。当多个这种电容器20A如图2中所示那样堆叠时，其通过在电极的暴露端部21E、23E之间的堆叠式直接接触而固有地互连。并不像在现有技术中那样需要互连接头片。
[0028]电容器实施例20A可以描述为四个相邻条21、22、23、24的卷，这些条按照径向上从内到外的顺序包括内部电极21、内部介电部22、外部电极23和外部介电部24。通常，卷式电容器在此可以描述为四个邻接条21、22、23、24的卷，这四个邻近条包括与内部介电条22和外部介电条24交替的内部电极条21和外部电极条23，其中，两个电极条21、23在卷的外侧表面的部分或侧26、28上分别具有暴露的径向外部端部21E、23E。每个介电条22、24的径向外部端部都短于卷的外侧表面上的电极条中向内相邻电极条，使得将该电极条的外部端部21E、23E暴露。在一些实施例中，两个介电条22、24中的一个或两个可以短至将电极条21、23中的一个或两个在卷的两侧上暴露，如稍后示出那样。
[0029]图2示出了三个电互连的电容器20A1、20A2和20A3的堆叠。图3示出了图2的堆叠的电气图。电容器20A1、20A2和20A3串联地连接。每个卷的内部电极21接触堆叠中下一卷的外部电极23。相邻接触部21、23之间的缝隙G在堆叠50和这里的其它堆叠中示出，但是该缝隙通过将堆叠在腔室里竖向地挤压而消除，如稍后描述那样。图4示出了具有介电条22、24的两个卷式电容器20A1和20A2的堆叠51，这些介电条短于在图2中的，从而消除了图2中看到的空隙G。
[0030]图5示出了卷式电容器20B，其具有与内部和外部介电条22、24交替的内部和外部电极条21、23。电极21、23在卷20B的相对侧26、28上具有分别暴露的端部21E、23E，用于电接触。这提供了当电容器20B堆叠时这些电容器的固有电互连。此外，外部电极23在卷的两侧26、28上均暴露。这提供了将两个相邻的卷20B在一个取向上的串联连接并且在另一取向上的并联连接。[0031]图6示出了四个电互连的卷式电容器20B1、20B2、20B3和20B4的堆叠52。每个电容器都相对于堆叠中的前一电容器倒置。电容器20B1和20B2的第二侧28相互接触，使得20B1的电极21、23如示出那样在交叉中分别接触20B2的两个电极23、21。这意味着电容器20B1的内部电极21接触电容器20B2的外部电极23，并且20B1的外部电极23接触20B2的内部电极21，从而创建它们之间的并联连接。电容器20B3相对于20B2倒置，使得其分别的第一侧26互相接触。在该取向上，电容器20B2和20B3串联连接。电容器20B4相对于20B3倒置，使得它们并联连接，如上面对于20B1和20B2之间的连接描述那样。得自图6的堆叠52的电路在图7中示出。电容器实施例20B允许任意两个相邻电容器串联或者并联连接。如果一行中多余两个电容器待串联或并联连接，则这可以以这里的其它实施例完成，可以以单独或与实施例20B组合的方式。
[0032]图8示出了卷式电容器20C，其具有与内部和外部介电条22、24交替的内部和外部电极条21、23。两个电极21、23都具有暴露的端部部分21E、23E，其延伸至卷20B的两个相对侧26、28，用于电接触。该类型20C的电容器可以通过将第一电容器20C1的第二侧28靠着第二电容器20C2的第一侧26放置来堆叠,从而创建并联互连。
[0033]图9示出了四个电互连的卷式电容器20B1、20C1、20C2和20B4的堆叠54。该堆叠具有在20B1和20C1之间、20C1和20C2以及在20C2和20B2之间的并联连接。任意数目的电容器20C可以通过将其按照20C1和20C2堆叠而并联地互连。类型20C的电容器堆叠的每个端部都可以以电容器20B结束，如通过20B1和20B2示出那样。该布置在堆叠54的每个端部分别提供了单个的+或-接触部用于电路连接，其可以交替地用于至附加电容器的串联连接，如稍后示出那样。电容器20B2在该堆叠布置54中相对于电容器20B1倒置。
[0034]图11示出了卷式电容器20D，其具有与内部和外部介电条22、24交替的内部和外部电极条21、23。两个电极21、23都在卷20D的第一侧26上具有暴露的端部部分21E、23E用于电接触。电极21之一的端部部分21E还在卷的第二侧28上暴露。该类型20D的电容器以并联对或者顺序对的方式堆叠。图11的电容器20D类似于图5的电容器20B，因为它们都将两个电极在一侧暴露而仅将一个电极在另一侧暴露。然而，它们的不同在于在另一侧暴露的那个电极在电容器20B中是外部电极23，而其在电容器20D中是内部电极21。
[0035]图12示出了四个电互连的卷式电容器20D1、20D2、20D3和20D4的堆叠56。每个电容器都相对于堆叠中的前一电容器倒置。电容器20D1和20D2的第一侧26互相接触，使得20D1的两个电极21、23在交叉中接触20D2的两个电极23、21。这意味着电容器20D1的内部电极21接触电容器20D2的外部电极23，并且20D1的外部电极23接触20D2的内部电极21，从而创建了它们之间的并联连接，如在图13中示出那样。电容器20D3相对于20D2倒置，使得它们的第二侧28互相接触。在该取向上，电容器20D2和20D3串联连接。电容器实施例20D允许将任意两个相邻的电容器串联或并联连接。如果一行中多于两个电容器要被串联或并联连接，则可以单独或与实施例20D组合地使用这里的其它实施例。
[0036]图14示出了四个电互连的卷式电容器20D1、20C1、20C2和20D4的堆叠58。该堆叠具有在20B1和20C1之间、在20C1和20C2之间以及在20C2和20B2之间的并联连接，如图15所示。任意数目的类型20C的电容器可以通过将它们按照20C1和20C2堆叠而并联地互连。类型20C的电容器的堆叠的每个端部都可以以电容器20D结束，如通过20D1和20D2示出那样。该布置分别提供了单个的+和-堆叠端部接触部，用于在堆叠56的每个端部上的电路连接。两个堆叠端部接触部中的任一个可以交替地用于至附加电容器的串联连接，如稍后示出那样。电容器20D2相对于堆叠布置58中的电容器20D1倒置。空隙G通过将堆叠56在安装到腔室中时进行挤压而消除，如稍后描述的那样。
[0037]图16示出了八个电互连的电容器20B1、20C1、20C2、20B2、20C3、20C4、20B4的堆叠
60，从而产生了图17的电路图。该堆叠可以看做两个图9的类型54的顺序堆叠。类似地，多个图14的类型58的堆叠可以堆叠，从而产生顺序互连的多个图15的电路图。
[0038]图18示出了电容器实施例20E，其可以与如图19中示出那样的第二电容器20E组合，以形成双卷单元电容器62。双卷单元电容器62具有在相同腔室直径D内的单个卷式电容器20E的电容的两倍。图19示出了组装成双卷单元电容器62的两个电容器20E1、20E2，方式是将每个卷20E1、20E2的内部电极21的暴露端部21E围绕另一卷的相对侧延伸，以接触该另一卷的暴露的外部电极23E。这形成了两个卷20E1、20E2的并联互连。多个单元电容器62可以与其它单元电容器62堆叠，其固有地在堆叠中形成它们之间的顺序互连。单元电容器62与电容器堆叠中的其它单元电容器62和/或不同配置中的其它类型电容器20A、20B、20D通过在单元电容器62和/或其它类型的电容器20A、20B、20D的各个相对侧上的电极暴露端部之间的直接堆叠接触而固有地顺序互连。
[0039]图20示出了第一实施例20A的电容器的立体图。电极21和23并未沿着卷30的端部暴露，因为它们被介电条22、24之间的重叠边缘31覆盖。有利地，多个这种电容器可以通过简单地将它们堆叠在每另一个的顶部上而串联或并联互连，如上面描述那样，而无需从相邻的电容器的端部30延伸或在其之间延伸(即超过这些相邻电容器的下缘(footprint))的导电接头片。这提供了比包括这种接头片的现有技术卷式电容器堆叠更紧凑的堆叠。
[0040]图21示出了电容器20的堆叠64，其由结合带34 (并非电连接带)保持在一起，用于运输到设备，以安装到绝缘体的腔室内(未示出)。引线(未示出)可以在各个板上提供，用于安置在堆叠64的两个端部36、38上。堆叠64和引线可以插入到绝缘体的腔室内，其中，堆叠64可以通过在堆叠端部上的弹簧(未示出)或其它装置而保持压缩。堆叠的电容器20通过在实施例20A-E中示出的电极的暴露端部之间的直接接触而固有地彼此互连。不需要附加的连接带。
[0041]串联连接和并联连接的卷式电容器的不同组合提供电压、电容、电阻和阻抗的不同参数，其可以对于每种应用而选择。因此，有用的是提供不同的实施例，其在不需要如现有技术中那样从卷的端部延伸的连接接头片的情况下通过以串联、并联以及串联和并联的组合的直接堆叠接触来固有地互连。这里的电容器提供与现有的堆叠电容器相比更快、更便宜和更可靠的加工和组装。
[0042]尽管已经示出和在此描述了本发明的不同实施例，但显然的是这些实施例仅以示例方式提供。在此可以在不偏离本发明的情况下做出多种变型、变化和替代。从而，意图是本发明仅受所附权利要求的精神和范围的限制。
【权利要求】
1.一种电容器,包括: 四个相邻条的卷，这四个相邻条包括与第一介电条和第二介电条交替的第一电极条和第二电极条； 其中，每个介电条都在其径向外部端部上短于电极条中向内相邻的电极条，这使得有效地将各电极条的径向外部端部在所述卷的外侧表面上暴露。
2.根据权利要求1所述的电容器，其中，所述第一电极条和第二电极条的径向外部端部分别在所述卷的第一侧和相对的第二侧上暴露。
3.根据权利要求2所述的电容器，其中，所述电极条中至少一个电极条的径向外部端部在所述卷的第一侧和第二侧上均暴露。
4.根据权利要求1所述的电容器，其中，所述第一电极条和第二电极条的径向外部端部仅分别在所述卷的第一侧和相对的第二侧上暴露。
5.根据权利要求1所述的电容器，其中: 所述第一电极条的径向外部端部在所述电容器的第一侧和相对的第二侧上均暴露；以及 所述第二电极条的径向外部端部仅在所述电容器的第一侧上暴露。
6.根据权利要求5所述的第一和第二电容器，其中，将两个电容器的第一侧放置在一起创建这两个电容器的串联互连，而将两个电容器的第二侧放置在一起创建这两个电容器的并联互连。
7.根据权利要求1所述的电容器，其中: 所述第一电极条的径向外部端部在所述电容器的第一侧和相对的第二侧上均暴露；以及 所述第二电极条的径向外部端部在所述电容器的第一侧和相对的第二侧上均暴露。
8.根据权利要求7所述的第一电容器和第二电容器，其中，将第一电容器的第二侧靠着第二电容器的第一侧放置创建这两个电容器的并联互连。
9.一种电容器的堆叠,其包括根据权利要求8所述的第一电容器和第二电容器,并且还包括在该堆叠的分别相对的端部上的第三卷式电容器和第四卷式电容器，其中，第三卷式电容器和第四卷式电容器分别包括: 第一电极条的、在该卷式电容器的第一侧和相对的第二侧上均暴露的径向外部端部；以及 第二电极条的、仅在该卷式电容器的第二侧上暴露的径向外部端部； 其中，所述堆叠中的电容器都通过在相邻电容器中每个电容器各自的电极的暴露端部之间的堆叠式直接接触来并联互连。
10.一种电容器,包括: 四个相邻条的卷，这四个相邻条包括与内部和外部介电条交替的内部和外部电极条；其中，每个介电条都在其径向外部端部上短于所述电极条中向内相邻的电极条，使得有效地将每个电极条的径向外部端部分别在所述卷的外侧表面的不同部分上暴露: 其中，“内部”和“外部”意味着在在四个相邻条的最内圈中按照这四个相邻条的顺序的径向向内和向外。
11.根据权利要求10所述的电容器，其中，内部电极条和外部电极条的径向外部端部分别在所述卷的第一侧和相对的第二侧上暴露。
12.根据权利要求11所述的电容器，其中，所述电极条中至少一个电极条的径向外部端部在所述卷的第一侧和第二侧上均暴露。
13.根据权利要求10所述的电容器，其中，内部电极条和外部电极条的径向外部端部分别仅在所述卷的第一侧和相对的第二侧上暴露。
14.根据权利要求10所述的电容器，其中，所述电极条中的一个电极条的径向外部端部在所述电容器的第一侧和相对的第二侧上均暴露；以及 所述电极条中另一电极条的径向外部端部仅在所述电容器的第一侧上暴露。
15.根据权利要求14所述的第一电容器和第二电容器，其中，将这两个电容器的第一侧放置在一起创建这两个电容器的串联互连，而将这两个电容器的第二侧放置在一起创建这两个电容器的并联互连。
16.根据权利要求10所述的电容器，其中: 内部介电条的径向外部端部在所述电容器的第一侧和相对的第二侧上均暴露，以及 外部介电条的径向外部端部在所述电容器的第一侧和相对的第二侧上均暴露。
17.根据权利要求16所述的第一电容器和第二电容器，其中，将第一电容器的第二侧靠着第二电容器的第一侧放置创建这两个电容器的并联互连。
18.—种电容器的堆叠,包括根据权利要求17所述的第一电容器和第二电容器,并且还包括分别在所述堆叠的相对端部上的第三卷式电容器和第四卷式电容器，其中，所述第三卷式电容器和第四卷式电容器中的每个都包括: 第一电极条的、在该卷式电容器的第一侧和相对的第二侧上均暴露的径向外部端部；以及 第二电极条的、仅在该卷式电容器的所述第二侧上暴露的径向外部端部； 其中，所述堆叠中的电容器都通过在这些电容器中每个电容器各自的电极条的暴露端部之间的堆叠式直接接触来并联互连。
19.一种电容器,包括: 四个相邻条的至少一个卷，这四个相邻条包括与第一介电条和第二介电条交替的第一电极条和第二电极条； 其中，所述介电条中每个介电条都在其径向外部端部上短于所述电极条中向内相邻的电极条，使得有效地暴露每个电极条的径向外部端部；以及 其中，所述电容器配置为，与电容器堆叠中的其它电容器通过这些电极条的暴露端部之间的直接接触来互连，而无需延伸超过该电容器的下缘的任何导电接头片。
20.根据权利要求19所述的电容器，其包括四个相邻条的两个卷， 其中，这两个卷通过如下方式并联互连:从每个卷将一个电极条的一个暴露端部围绕另一卷延伸到该另一卷的相对侧。
【文档编号】H01G4/232GK104025220SQ201280024924
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年3月22日 优先权日:2011年3月22日
【发明者】P.迪亚曼蒂, L.布拉图, R.麦克塔格特, J.里贝罗, K.洛班 申请人:传奇有限公司