CN106356192A - 用于在冷却体上安装电解电容器的系统和建立连接的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在冷却体上安装至少一个柱形的电解电容器的系统，冷却体具有用于至少部分地容纳柱形的电解电容器的至少一个孔，并且孔在容纳之后部分地或者完全地包围电解电容器，其中电解电容器的侧表面机械连接到并且热连接到孔的面上。本发明的优点是电解电容器的改进的热的冷却。因此不仅能够实现电解电容器的均匀的热的冷却而且能够实现在功率电子组件的包括这些单个电容器的中间电路电容器上的均匀的热冷却。本发明还涉及一种用于建立在柱形的电解电容器和冷却体之间的连接的方法和一种可通过所述方法获得的在电解电容器和冷却体之间的连接。优点在于：电容器通过薄的粘胶厚度和均匀的粘结所引起的改进的、均匀的热的冷却。

Description

用于在冷却体上安装电解电容器的系统和建立连接的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在冷却体上、尤其在空调设施的电制冷压缩机的壳体上安装柱形的电解电容器的系统。本发明此外涉及一种在电解电容器处、尤其在电制冷压缩机中应用热粘胶的条件下用于建立在至少一个电解电容器和冷却体之间的连接的方法。除此之外，本发明涉及一种连接，所述连接可通过这种方法获得。
背景技术
在功率电子运行的设备例如变流器(Invertern)中，能量通常必须保存在中间电路电容器(Zwischenkreiskondensatoren)中。这用于缓冲电流和干扰从而对电流和所述干扰进行滤波，所述干扰由此通过功率电子组件、例如用于驱动电动机的逆变器的切换过程引起。
为了构造中间电路储存器，根据现有技术通常使用电解电容器。电解电容器具有如下优点：高的能量密度、大的运行温度范围和较低的成本。电解电容器主要可在对称的柱形构型中获得并且在每个端侧上各具有一个接口(+/-)(轴向)或者在一个端侧上具有两个接口(+/-)(径向)。
由于电解电容器的受物理所决定的构造，该电解电容器具有寄生电阻。该寄生电阻能够在电子技术方面通过所谓的ESR(Equivalent Series Resistanz＝等效串联电阻)来描述。市售的电解电容器的ESR通常为几欧姆。
由于功率电子组件中的切换过程引起中间电路电容器的电流负荷从而引起ESR的电流加载。因此在电解电容器中产生损耗功率，由此电解电容器发热。由于发热，尤其由于电解质的发热，引起电特性的变差，尤其引起电解电容器的导电性能变差。由此，切换过程会较差地被滤波、拦截或者缓冲。由此会引起功率电子组件本身的或者在其它组件上的相应的干扰和影响。此外，由于电解电容器或者电解质的发热引起电解电容器的使用寿命的缩短。产生电解质干涸或者电解质的介电强度减小的危险。这导致：功率电子组件需更频繁地并且更早地维修或更换。
如果使用与电制冷压缩机连接的逆变器从而使用与电制冷压缩机连接的中间电路电容器，那么因此实现通过制冷压缩机的制冷功率主动地冷却该中间电路电容器从而减小过度加热的之前所描述的负面效应。
所提到的现有技术的缺点是：电解电容器被差地和/或不均匀地冷却。不均匀的冷却在此在每个电容器中会单独地出现，也就是说，电容器的一些部分与电容器的其它部分相比更好地散热。但是也能够在中间电路滤波器的各个电容器之间出现温度差。
现有技术的此外已知的缺点是：电解电容器由于通过使用固定夹而安装在侧表面上仅不充分地被保护以防止振动。
为了主动地散热，电解电容器的表面必须以尽可能的低的热阻连接到冷却面或冷却体上。这能够借助于弹性的热衬垫或者专门的导热粘胶来实现。该冷却衬垫或者热粘胶具有在1W/mK和10W/mK之间的典型的导热能力从而与制冷压缩机的壳体或者冷却体相比具有更差的热传导能力。该壳体/冷却体通常由铜或铝制成，其中所述铜具有400W/mK的导热值，所述铝具有通常235W/mK的导热值。
此外已知的是，电解电容器的侧表面以平放的方式或者以在凹陷部中粘接的方式放置。在此，首先通过配料单元施加粘胶，并且随后将电容器插入到粘合剂中。此外已知的是，电子器件为了粘结而被注塑包封或者浇注。
在上文中提到的现有技术的另一缺点是：在粘结侧表面的一小部分时仅产生器件的不均匀的热连接。此外，在浇注或者注塑包封电子器件时必须将这些电子器件嵌入到相对于器件尺寸相对大的空腔中。由此由于注塑包封的或者被浇注的材料相对于原本的冷却体产生相对长的热路径。除此之外，在注塑包封/浇注多个器件时由于热材料引起的不同长度的路径产生如下缺点：这些路径在热学方面不同地散热。此外产生铸件/注塑包封块的相对高的消耗，所述消耗导致提高的成本。
发明内容
本发明的目的在于，尤其在车辆中使用时，通过到电制冷压缩机上的改进的、均匀的热连接，提高电解电容器的电效率和使用寿命。此外，本发明应通过电解电容器的固定的单独安装来改进相对于振动的稳固性。本发明的所述目的的另一部分在于：提供一种用于将能导热的粘胶施加到轴向的电子器件、尤其电制冷压缩机中的电解电容器的侧表面上的方法。
所述目的一方面通过一种用于在冷却体上安装至少一个柱形的电解电容器的系统来实现。改进方案在实施方式中给出。
冷却体根据本发明具有用于至少部分地容纳柱形的电解电容器的至少一个孔。在此，所述孔在容纳之后部分地或者完全地包围所述柱形的电解电容器，其中柱形的电解电容器的侧表面机械连接到或者热连接到孔的面上，即，侧表面和孔的面彼此热接触。也就是说：为了改进电解电容器的冷却，这些电解电容器分别单独地放置到完全包围或者部分包围柱形的电容器的侧表面的孔中，所述孔优选构成为盲孔。为了将电容器机械连接到和热连接到孔的或者盲孔的面上，侧表面优选与能良好导热的侧表面粘结或者电容器借助相应的配合压入到孔中。能导热的粘胶在此优选具有在1W/mK至10W/mK的范围中的导热能力。
根据本发明的一个尤其优选的实施方式，冷却体是空调设施的电制冷压缩机的壳体的一部分，其中所述电制冷压缩机的壳体优选由铜或者铝或者铜或铝的合金构成。替选地，冷却体也能够由钢构成。
此外有利的是，在孔中设有工件棱边，优选阶梯部。由此，电容器在装入时一方面获得深度止挡件，另一方面电解电容器的膨胀阀能够在故障/安全情况下膨胀到在深度止挡件下方形成的空腔中。这例如能够通过如下方式实现：具有第一直径的第一部段从孔的外棱边起始，所述第一部段在孔的内部中在优选阶梯状的凸肩处终止，具有第一直径的第一部段在凸肩的内边缘处在孔的内部中过渡为具有更小的第二直径的第二部段，由此电解电容器在凸肩处获得深度止挡件并且在其下方获得呈第二部段的构型的空腔。
本发明的优点在于电解电容器的改进的热的冷却。因此，不仅能够实现这些单个电容器的均衡的热的冷却而且能够实现在包括这些单个电容器的整个中间电路电容器上的均匀的热的冷却。借助于本发明，即使在电容器中由于强的电流负荷所引起的高损耗功率的情况下也可以获得高的导电性能。所有这些也引起电容器的使用寿命的延长。最后但同样被认为有利的是，也改进到冷却体上的、优选到制冷压缩机的壳体上的机械连接。由此改进了抗振性。
用于放置电解电容器的保持件可通过机械加工例如铣削和/或进行钻孔和/或铰孔(Reiben)通过将相应的孔、优选相应的盲孔制成在实心材料中来实现。
替选地，也能够通过使铸件或者挤出的模制件成型来产生电解电容器的相应的保持件。
本发明的所述目的此外通过一种用于建立至少一个柱形的电解电容器和冷却体之间的连接的方法来实现。有利的改进方案在实施方式中提出。
在此，冷却体具有用于至少部分地容纳柱形的电解电容器的至少一个孔。孔在容纳之后部分地或者完全地包围柱形的电解电容器，其中具有恒定的或者可变的第一直径的第一部段从孔的外棱边起始，所述第一部段在孔的内部中在工件棱边处终止，在所述工件棱边处，第一部段在孔的内部中过渡为具有恒定的直径的第二部段，所述恒定的直径小于工件棱边前方的第一部段的直径。所述方法包括下述步骤：
a)将能导热的粘胶涂抹到第一部段中，使得所涂抹的粘合剂经由工件棱边伸入到孔的内部中，以及
b)在粘胶硬化之前将电解电容器引入到孔中，至少部分地直至进入第二部段中，使得尚未硬化的粘胶一起被带入孔中并且润湿电解电容器的侧表面。
根据本发明的设计理念，为了改进电解电容器的冷却，这些电解电容器分别单独地放置到完全包围或者部分包围柱形的电容器的侧表面的孔中。在孔的外棱边的区域中，第一部段设有工件棱边，优选呈阶梯状的凸肩形式或者斜边形式。在阶梯状的凸肩的情况下，具有恒定的第一直径或者可变的直径的第一部段从孔的外棱边起始，其中第一部段在孔的内部中在阶梯状的凸肩处终止，所述凸肩具有内边缘作为工件棱边，在所述内边缘处，第一部段在孔的内部中过渡为具有更小的直径的第二部段。替选地或者附加地，孔的在位于工件棱边前方的第一部段中的壁至少部分地构成为斜边，其中孔的直径在第一部段中连续减小。
在第一部段的区域中，例如在阶梯状的凸肩或者斜边上，借助于配料装置，优选通过配料尖端，施加能导热的粘胶。也就是说，粘胶的量在此被配给为，使得该粘胶经由工件棱边、例如经由凸肩的内边缘伸入到孔直径中。如果此时将电解电容器引入到相应的孔中，那么该电解电容器将尚未硬化的粘胶一起带入到孔中，更确切地说，带入到第二部段中。电解电容器在侧表面上被润湿并且在低热阻地粘结。
根据本发明的一个优选的实施方式，冷却体或者冷却面是电制冷压缩机的壳体的一部分。制冷压缩机的壳体优选由铜或者铝，或者由铜或铝的合金构成。尤其有利的是在冷却体中构成为盲孔的孔。
作为能导热的粘胶优选使用导热能力为1W/mK至10W/mK的粘胶。
本发明除此之外也涉及一种在至少一个电解电容器和冷却体之间的连接，所述连接可通过在上文中所提到的方法或者其实施方式获得。尤其优选的是如下实施方式，其中能导热的粘胶是电绝缘的。
本发明的优点在于：通过薄的粘胶厚度和均匀的粘接所导致的电容器的改进的、均匀的热的冷却。因此不仅实现了电解电容器的均匀的热的冷却而且实现了在整个中间电路电容器上的均匀的热的冷却。此外，改进了到制冷压缩机的冷却体或壳体上的机械连接。由此改进了抗振性。最后但同样重要的一点是，也相对于铸件降低热粘胶的消耗。
附图说明
本发明的设计方案的其它细节、特征和优点参考相应的附图从接下来对实施例的描述中得出。附图示出：
图1示出根据现有技术所述的用于在电制冷压缩机上安装电解电容器以进行冷却的系统，
图2示出用于在电制冷压缩机上安装电解电容器的系统，
图3示出根据本发明的一个实施例将粘胶施加到盲孔的凸肩中的示意图，以及
图4示出引入电子器件和借助于能导热的粘胶润湿侧表面的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出用于冷却电解电容器2的装置1或根据现有技术所述的用于在电制冷压缩机上安装(Verbau)电解电容器的以进行冷却的系统1。装置1除了电解电容器2外还包括功率电子器件3的电路板(Leiterkarte)，电解电容器2经由固定夹4机械连接在所述电路板上。电解电容器2经由固定夹4不仅与功率电子器件3的电路板电连接而且与其机械连接。为了主动地散热，电解电容器2的表面必须以尽可能低的热阻连接到冷却体5或冷却面5a上。从出自现有技术的该实例中已知，单一的或者多个电容器借助于可塑性树脂(Plastikharz)6浇注或粘结。这能够借助于弹性的热衬垫6来实现或者能够借助于专门的导热粘胶6来实现。在此，在盆状的容纳区域中存在两个电解电容器2，如在图1中所示出的那样，所述容纳区域是制冷压缩机的壳体5的一部分。图1示出在安装电解电容器2时已知的方法过程的结果，在所述方法过程中柱形的电解电容器2以平放的方式通过侧表面的一小部分接触壳体5的冷却面5a的方式被安装。也就是说，电解电容器2以平坦地安放在侧表面上的方式借助于作为粘结剂6的可塑性树脂6粘结地放置在电制冷压缩机的作为冷却体5的壳体5上，所述冷却体以冷却介质7来填充。在此，能导热的粘胶6首先通过在图1中未示出的配料单元施加并且电解电容器2随后插入在粘结剂6中。此外已知的是，电子器件为了进行粘接而注塑包封或者浇注。示意性地也在图1中示出电解电容器2的冷却/散热，通过箭头8来简单示出，所述箭头是导出的热量8。
为了改进电解电容器的冷却，这些电解电容器分别单一地放置到完全包围或者部分包围柱形的电容器的侧表面的孔中。图2示意性地示出用于安装两个柱形的电解电容器2的系统1，所述电解电容器在两个构成为盲孔9的孔9中与功率电子器件3的电路板电连接和机械连接。根据本发明的系统相对于现有技术具有改进的冷却。孔9分别用于至少部分地容纳柱形的电解电容器2。相应的孔9在容纳柱形的电解电容器2之后部分地或者完全地包围所述柱形的电解电容器，其中柱形的电解电容器2的侧表面机械连接到并且热连接到孔9的面上。这根据图2中的系统1通过如下方式进行：柱形的电解电容器2的侧表面借助能导热的粘胶6粘入或者压入到孔9中。由此，能够实现从电容器2经由粘胶6和孔的壁到电制冷压缩机的壳体5上的热传递8。
具有第一直径的第一部段11从孔9的外棱边10起始，所述第一部段在孔9的内部中在阶梯状的凸肩12处终止。该阶梯状的凸肩12具有内边缘13。在该内边缘13处，具有第一直径的第一部段11在孔9的内部中过渡为具有更小的第二直径的第二部段14。由此，具有第一直径的第一部段11用作为用于柱形的电解电容器2的容纳区域，而电解电容器2在凸肩12处获得深度止挡件。除此之外，电解电容器的膨胀阀能够在故障/安全情况下在深度止挡件下方形成的空腔14中即第二部段14中膨胀。
图3和图4根据本发明的一个实施例示意性地示出用于建立在至少一个柱形的电解电容器2和的冷却面5a之间的连接的方法。所述方法在此是在电制冷压缩机中的电解电容器2处应用能导热的粘胶6。冷却体5在此具有用于至少部分地容纳各一个柱形的电解电容器2的两个孔9。这些孔9根据图3和图4中的视图构成为盲孔9。孔9在容纳之后部分地或者完全地包围所述柱形的电解电容器2，其中孔9的具有第一直径的第一部段15从孔9的外棱边10起始，所述第一部段在孔9的内部中在阶梯状的凸肩16处终止，具有第一直径的第一部段15在凸肩的作为工件棱边17的内边缘17处在孔9的内部中过渡为具有更小的第二直径的第二部段18。在该实施例中，第二部段18用作为用于电解电容器2的容纳空间，其中第二部段18在孔9的内部中在另一阶梯状的凸肩19处终止，在所述另一阶梯状的凸肩处，电解电容器2获得深度止挡件。在深度止挡件的下方构成具有第三直径的第三部段20、即空腔20。在该空腔10中，电解电容器的膨胀阀在故障/安全情况下膨胀。
由此在孔9的外棱边10的区域中设有凸肩12。在该凸肩12上通过配料装置的配料尖端21涂抹能导热的粘胶6，如在图3中所示出的那样。由此，第一部段15在此用作为用于粘胶6的涂抹区域。将能导热的粘胶6涂抹到凸肩16上，使得被涂抹的粘结剂6经由凸肩16的内边缘17伸入到孔9的内部中，所述内边缘对应于更小的第二直径。如果此时电解电容器2如图4示意性示出的那样引入到相应的孔9中，至少部分地直至进入到第二部段18中，那么该电解电容器2将尚未硬化的粘胶6一起带入到孔9中。电解电容器2在侧表面上被润湿并且低热阻地被粘结。
附图标记列表
1 系统，用于冷却电解电容器的装置
2 电解电容器
3 功率电子器件的电路板
4 固定夹
5 冷却体，制冷压缩机的壳体，冷却面
5a 冷却面
6 粘结剂，可塑性树脂，热衬垫，热粘胶，能导热的粘胶
7 冷却介质
8 热量，导出的热，热传递
9 孔，盲孔
10 孔9的外棱边
11 (孔9的)具有第一直径的第一部段(作为用于柱形的电解电容器2的容纳区域)
12 (用于深度止挡件的)的凸肩
13 凸肩的内边缘
14 (孔的)具有第二直径的(位于用于柱形的电解电容器2的容纳区域下方的)的第二部段，空腔
15 (孔9的)具有第一直径的第一部段(作为用于粘胶6的涂抹区域)
16 (用于涂抹粘胶6的)的凸肩
17 内边缘，工件棱边
18 第二部段
19 (用于深度止挡件)的阶梯状的凸肩
20 第三部段，空腔
21 配料尖端

Claims (16)

1.一种用于在冷却体(5)上安装至少一个柱形的电解电容器(2)的系统，其中所述冷却体(5)具有用于至少部分地容纳柱形的电解电容器(2)的至少一个孔(9)，并且所述孔(9)在容纳之后部分地或者完全地包围所述电解电容器，其中柱形的所述电解电容器的侧表面机械连接到并且热连接到所述孔(9)的面上。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，柱形的所述电解电容器(2)的所述侧表面机械连接到并且热连接到所述孔(9)的所述面上，其方式是：所述侧表面借助能导热的粘胶(6)粘入到所述孔(9)中。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，能导热的所述粘胶(6)具有1W/mK至10W/mK的导热能力。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，柱形的所述电解电容器(2)的所述侧表面机械连接到并且热连接到所述孔(9)的所述面上，其方式是：所述电解电容器(2)借助于相应的配合压入到孔(9)中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，具有第一直径的第一部段(11)从所述孔(9)的外棱边(10)起始，所述第一部段在所述孔(9)的内部中在阶梯状的凸肩(12)处终止，具有所述第一直径的所述第一部段(11)在所述凸肩的内边缘(13)处在所述孔(9)的内部中过渡为具有更小的第二直径的第二部段(14)，由此所述电解电容器(2)在所述凸肩(12)处获得深度止挡件并且在所述深度止挡件下方获得空腔(14)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，所述孔(9)构成为所述冷却体(5)中的盲孔(9)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，用于保持所述电解电容器(2)的所述孔(9)通过机械加工，如铣削和/或进行钻孔和/或铰孔制成在所述冷却体(5)的实心材料中。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，用于保持所述电容器的所述孔(9)通过铸件的成型或者挤出的模制件的成型而制成。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述冷却体(5)是空调设施的电制冷压缩机的所述壳体(5)的一部分。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电制冷压缩机的所述壳体(5)由铜或者铝或者铜或铝的合金构成或者由钢构成。
11.一种用于建立在至少一个柱形的电解电容器(2)和冷却体(5)之间的连接的方法，其中所述冷却体(5)具有用于至少部分地容纳柱形的所述电解电容器(2)的至少一个孔(9)，并且所述孔(9)在容纳之后部分地或者完全地包围所述电解电容器，并且其中具有恒定的或者可变的直径的第一部段(15)从所述孔(9)的外棱边(10)起始，所述第一部段在所述孔(9)的内部中在工件棱边(17)处终止，在所述工件棱边处，所述第一部段(15)在所述孔(9)的内部中过渡为具有恒定的直径的第二部段(18)，所述恒定的直径小于位于所述工件棱边(17)前方的所述第一部段的直径，并且其中，在所述方法中
a)将能导热的粘胶(6)涂抹到所述第一部段(15)中，使得被涂抹的粘结剂(6)经由所述工件棱边(17)伸入到所述孔(9)的内部中，以及
b)所述电解电容器(2)在所述粘胶(6)硬化之前被引入到所述孔(9)中，至少部分地引入直至进入到所述第二部段(18)中，使得尚未硬化的所述粘胶一起被带入所述孔(9)中并且所述电解电容器(2)的侧表面被润湿。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述热粘胶(6)的涂抹经由配料单元的配料尖端(21)进行。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，具有恒定的第一直径或者可变的直径的第一部段(15)从所述孔(9)的所述外棱边(10)起始，并且所述第一部段(15)在所述孔的内部中在阶梯状的凸肩(16)处终止，所述凸肩具有内边缘(17)作为工件棱边(17)，在所述内边缘处，所述第一部段(11)在所述孔(9)的内部中过渡为具有更小的直径的所述第二部段(14)。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述孔(9)的壁在所述第一部段(15)中至少部分地构成为斜边，其中所述孔(9)的直径在所述第一部段(11)中连续减小。
15.一种在至少一个电解电容器(2)和冷却体(5)之间的连接，所述连接可通过根据权利要求11至14中任一项所述的方法获得。
16.根据权利要求15所述的连接，其特征在于，能导热的粘胶(6)是电绝缘的。
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