CN107393715A - 电容器、尤其用于多相系统的中间电路电容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电容器、尤其用于多相系统的中间电路电容器，其具有：第一平面电极和以间距与第一平面电极对置的第二平面电极；至少一个有至少一个电介质的电容器结构，该电容器结构布置到第一平面电极与第二平面电极之间；与第一平面电极在侧面的延续部中毗邻的平面的第一电压层；至少一个用于与第一电压层电接触的第一极接头；至少一个用于与第二平面电极电接触的第二极接头。其中第一电压层围绕电容器结构导引，使得电容器的第一电压层和第二平面电极形成重叠区域，在该重叠区域中第一电压层和第二平面电极彼此平行地并且通过缝隙彼此隔开地直接上下叠放地布置在电容器的底侧处，第一电压层布置在第二平面电极的背向电容器结构的外侧面上。

Description

电容器、尤其用于多相系统的中间电路电容器

技术领域

本发明涉及一种电容器、尤其用于多相系统的中间电路电容器。

背景技术

在功率电子装置中，通过变频器的中间电路中的电容器将多个电网在能量方面耦合在共同的直流电压层面上。由于开关过程的重复出现，通过相的变换的电流，出现了取决于频率的高损耗功率。已知的是，通过平面的电流导引（Stromführung）并且通过电流层（Stromlage）之间的、在相反的电流方向的情况下引起的磁性的相互作用，出现了由布线引起的电感的明显降低并且由此出现明显降低的损耗功率。

为了在所述功率电子装置中使电容器的使用寿命最大化，必须将在电容器中产生的热降低到最低限度并且高效地将其排出。

发明内容

按照本发明提出一种电容器、尤其用于多相系统的中间电路电容器。这种电容器包括：第一平面电极和以间距与所述第一平面电极对置的第二平面电极；以及至少一个具有至少一个电介质的电容器结构，所述电容器结构布置在所述第一平面电极与所述第二平面电极之间；以及与所述第一平面电极在侧面的延续部中毗邻的、平面的第一电压层（Spannungslage）；以及至少一个用于与所述第一电压层进行电接触的第一极接头；以及至少一个用于与所述第二平面电极进行电接触的第二极接头。按照本发明，所述第一电压层围绕着所述电容器结构来导引，使得所述电容器的第一电压层和第二平面电极形成重叠区域，在该重叠区域中，所述第一电压层和所述第二平面电极彼此平行地并且通过缝隙彼此隔开地、直接上下叠放地布置在所述电容器的底侧处，其中所述第一电压层布置在所述第二平面电极的、背向所述电容器结构的外侧面上。

相对于现有技术，根据本发明的电容器拥有以下优点：通过所述第一电压层和所述第二平面电极的、在所述重叠区域中的平行的导引能够沿着所述电容器实现非常低感应的连接。通过平面的平行平面的导引以及相反的电流方向，使得电压层中的电流路径彼此靠近地导引。由于靠近地并排的导体的磁场的磁性的耦合而引起的效应有利地通过上下叠放地导引的电流路径来补偿，所述电路通路具有相反的电流方向，所述效应可能导致很大的损耗。通过这种有利低感应的构造技术来显著降低总电感，这有利地引起低损耗。所述平面电极、第一电压层和极接头的损耗份额以及趋肤效应和邻近效应通过根据本发明的电容器得到降低。趋肤效应导致在通过交流电来穿流的电导体的内部的电流密度小于在外部的区域中的电流密度。邻近效应导致在交流电中的、彼此挨紧的导体之间的电流收缩（Stromeinschnürung）或者电流挤压（Stromverdrängung）。因此，随着所述电容器的寄生的电感的降低，在将所述电容器比如用作中间电路电容器时，由此也有利地降低了对切换的半导体开关的要求。除此以外，装置的电磁相容性相对于其它的构件有利地得到改进。

此外，根据本发明的电容器拥有以下优点：在将所述底侧安放到冷却装置、像比如冷却体上的情况下，所述电容器的第一电压层和第二平面电极能够有利地得到冷却，所述第一电压层和第二平面电极直接上下叠放地布置在所述电容器的底侧处。这代表着不仅对所述第一电压层而且对所述第二平面电极进行特别简单的冷却。因此，在热能够比如从所述第一极接头经过所述第一电压层和所述第一平面电极流到所述电容器结构中之前，能够有利地对所述第一电压层进行冷却。因此，能够同时有利地比如通过相同的冷却装置对所述电容器的第二平面电极进行冷却，从而使得比如也能够有利地降低下述热，所述热比如通过所述第二极接头朝所述第二平面电极流到所述电容器结构中。通过对所述第一电压层和第二平面电极的同时的冷却，就这样有利地降低用于所述电容器的整个排热开销，并且有利地保护比如也热敏的电容器结构，以防止通过所述第一极接头和所述第二极接头引入的热以及所述电容器结构的随之而产生的损坏。此外，由此能够有利地将比如下述损耗热比如也有利地通过布置在所述电容器的底侧处的冷却装置来排出，所述损耗热在所述第一电压层、所述第一平面电极、所述第一极接头、所述第二平面电极和/或所述第二极接头中比如通过开关过程而产生。通过在所述电容器的底侧处对所述电容器进行的这样的冷却，由此能够有利地降低被引入到比如热敏的电容器结构中的热，从而使得比如也能够使用热敏的电容器结构。通过在所述电容器的底侧处对所述第二平面电极和所述第一电压层进行共同的冷却这种方式，此外也能够有利地比如降低所述电容器的结构空间需求以及成本。

本发明的另外的有利的设计方案和改进方案能够通过在优选实施例和其它实施例中所说明的特征来实现。

有利的是，所述至少一个第一极接头在所述第一电压层的侧面的延续部中延伸超过所述重叠区域，并且在与所述至少一个第一极接头平行的情况下所述至少一个第二极接头在所述第二平面电极的侧面的延续部中延伸超过所述重叠区域，并且所述至少一个第一极接头和所述至少一个第二极接头就这样形成至少一个在所述电容器的底侧处伸出的接触旗对（Kontaktierungsfahnenpaar）。通过这样的接触旗对，所述极接头能够成本特别低廉地并且容易地比如也与所述第二平面电极或者所述第一电压层一体地构造。

证实为特别有利的是，所述第一平面电极和所述第二平面电极以及所述第一电压层在横截面中形成用于所装入的电容器结构的接纳部。所述电容器结构因此能够被装入在所述接纳部中并且能够通过这种方式来有利地得到调整和保护。如果所述电容器结构比如由多个单个的电容器构成，那么这些电容器就能够有利地布置在所述接纳部中并且有利地容易地比如通过所述平面电极来接触和连接。

在一种特别有利的实施例中，所述第一平面电极与所述第一电压层一起在横截面中具有U形的轮廓。这样的U形的轮廓有利地是紧凑的并且提供用于多个标准电容器的有利的接纳部，并且因此在要求多个电容器的连接的应用中证实为特别有利。

在特别有利的实施例中，所述至少一个第一极接头至少部分地直接布置在所述至少一个第二极接头的上方或者至少部分地直接布置在所述至少一个第二极接头的下方。因此在进一步扩大的区域的范围内平行地导引所述电流路径并且由此进一步降低所述电容器中的损耗。

证实为优点的是，所述至少一个第一极接头和所述至少一个第二极接头具有相同的面伸展部。因此，所述电流路径的、上下叠放地直至所述极接头的优化的导引得到了保证，总电感得到降低并且所述电磁相容性得到改进。

有利的是，所述至少一个第一极接头构造在所述第一电压层的延伸平面中，并且/或者所述至少一个第二极接头构造在所述第二平面电极的延伸平面中。这能够实现所述根据本发明的电容器的简单的并且成本低廉的制造，并且除此以外拥有以下优点：所述极接头被安置在所述电容器的容易接近的位置处并且能够容易地进行电接触。

特别有利的是，除了所述至少一个第一极接头和所述至少一个第二极接头之外，设置了另外的相同类型的极接头，所述另外的极接头分别成对地形成另外的接触旗对，其中所述极接头的总数尤其为三、五或者六的多倍。这些实施例代表着具有三个、五个、六个或者更多个相接头的电容器，从而使得对于多个应用来说能够将其比如用作中间电路电容器。

证实为特别有利的是，在所述缝隙中布置了绝缘层。因此，有利地使所述第一电压层与所述第二电压层电绝缘。为了尽可能有效地设计所述电压层之间的磁性的相互作用，能够将所述电压层之间的间距保持地尽可能小。为此，所述绝缘层比如也能够有利地用作所述第一电压层与所述第二电压层之间的间距保持部（Abstandhalter）。

在一种特别有利的实施例中，所述电容器结构垂直于所述第二平面电极具有高度并且平行于所述第二平面电极具有所述电容器结构的长度和所述电容器结构的宽度，其中所述电容器结构的高度小于所述电容器结构的宽度和所述电容器结构的长度。因此产生有利大的用于进行散热的接触面，如果在所述电容器的底侧处比如布置了冷却装置，通过该冷却装置比如在所述重叠区域中为所述第一电压层和所述第二平面电极排热。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中进行详细解释。附图中：

图1示出了根据本发明的电容器的一种实施例的横截面；并且

图2示出了图1的根据本发明的电容器的实施例的示意图。

具体实施方式

图1示出了所述根据本发明的电容器1的一种实施例的示意图。所述电容器1包括第一平面电极10和以间距与所述第一平面电极对置的第二平面电极20。所述平面电极10、20由导电的材料、比如金属制成。所述平面电极10、20能够构造成平面并且比如能够由板材制成。在所述第一平面电极10与所述第二平面电极20之间装入了具有至少一个电介质2的电容器结构3。“电容器结构3”在本申请的上下文中是指一种结构，该结构能够与所述第一平面电极10和所述第二平面电极20一起形成电容器或者该结构本身形成电容器。所述电容器结构3比如能够是电介质2，从而使得所述第一平面电极10与所述第二平面电极20以及布置在所述第一平面电极10与所述第二平面电极20之间的电介质2一起形成电容器。但是，所述电容器结构3也能够由一个或者多个电容器构成，所述电容器布置在所述第一平面电极10与所述第二平面电极20之间，并且按使用目的能够并联或者串联，并且比如也能够与所述平面电极10、20进行导电的连接、比如焊接在一起。在此，作为电容器能够使用不同的电容器工艺、像比如堆栈电容器、圆绕组电容器或者扁平绕组电容器。这些电容器比如能够与所述平面电极10、20进行导电的接触。

在图2中示意性地示出了所述电容器结构3。所述电容器结构3在这种实施例中垂直于所述第二平面电极20具有高度h。此外，所述电容器结构3平行于所述第二平面电极20具有长度l并且也平行于所述平面电极20具有宽度b。在这种实施例中所述电容器结构3示意性地作为长方体来示出，不过所述电容器结构3也能够具有任意的其它的形状。在这种实施例中所述电容器结构3的高度h小于所述电容器结构3的宽度b，并且所述电容器结构3的高度h小于所述电容器结构3的长度l。由此在这种实施例中产生一种电容器结构3，该电容器结构扁平地布置在所述第一平面电极10与所述第二平面电极20之间。如果所述电容器在所述底侧6处比如布置在冷却体上，那就能够将来自所述第二平面电极20以及来自所述第一电压层11的热通过有利大的面以及所述冷却体来排出。

所述平面电极10、20在这种实施例中构造成平面并且彼此平行地布置。在这种实施例中，所述平面电极10、20两者都在所述电容器结构3的完整的长度l的范围内并且在所述电容器结构3的完整的宽度b的范围内延伸。如在图1中示出的那样，所述第一平面电极10在侧面的延续部中与第一电压层11毗邻。在这种实施例中，所述第一电压层与所述第一平面电极10的边缘毗邻。所述第一电压层11在这种实施例中由与所述平面电极10相同的材料制成。所述第一平面电极10与所述第一电压层11形成一体的构件。所述第一平面电极10比如也能够与所述第一电压层11一起构造为由不同的材料构成的复合件。所述平面电极10、20在这种实施例中示范性地构造成板状。不过，原则上也能够为所述平面电极10、20考虑与平板形状的至少轻微的偏差。所述平面电极10、20比如也能够构造成多层。在所述平面电极10、20中比如也能够构造在附图中未示出的凹处。所述第一电压层11围绕着所述电容器结构3来导引，使得所述电容器1的第一电压层11和第二平面电极20形成重叠区域4。在这种实施例中，所述第一平面电极10和所述第一电压层11形成一体的平面的构件，该构件是弯曲的并且由此围绕着所述电容器结构3来导引。在所述重叠区域4中，所述第一电压层11和所述第二平面电极20彼此平行地布置并且通过缝隙5来彼此隔开。在所述重叠区域4中所述第一电压层11和所述第二平面电极20彼此平行地布置并且通过缝隙5来彼此隔开，该重叠区域布置在所述电容器1的底侧6处。在那里所述第一电压层11和所述第二平面电极20直接上下叠放地布置。所述第一电压层11比如也能够延伸超过所述重叠区域4。所述重叠区域4在这种实施例中在所述电容器结构3的整个长度l的范围内并且在所述电容器结构3的整个宽度b的范围内延伸。在所述重叠区域4中，在所述第一电压层11中比如也能够设置在附图中未示出的空隙或者窗口，通过所述空隙或者窗口能够接近所述第二平面电极20，并且穿过所述空隙或者窗口所述第二平面电极20比如能够与形成所述电容器结构3的电容器连接、比如焊接在一起。在本申请的上下文中，“对象”是指所述第一电压层11、平面电极10、20或者极接头12、22。如果第一对象部分直接地布置在第二对象的下方或者部分直接地布置在第二对象的上方，那么对此在本申请的上下文中是指，所述第一对象和所述第二对象相对于彼此以下述方式布置：使得所述第一对象到与所述第二对象平行平面地布置的投影面上的垂直的投影和所述第二对象到所述投影面上的垂直的投影具有至少一个交集。

所述第一电压层11布置在所述第二平面电极20的、背向所述电容器结构3的外侧面23上。如在图1中示出的那样，在这种实施例中所述第一平面电极10和所述第二平面电极20与所述第一电压层11一起在横截面中形成用于所述电容器结构3的接纳部14。在这种实施例中，如在图1中示出的那样，所述第一平面电极10与所述第一电压层11一起在横截面中具有U形的轮廓15。不过原则上，所述第一平面电极10和所述第一电压层11的横截面也能够具有其它的轮廓。

此外，所述电容器1包括至少一个用于与所述第一电压层11进行电接触的第一极接头12和至少一个用于与所述第二平面电极20进行电接触的第二极接头22。所述第一极接头12比如与所述第一电压层11一体地构造。所述第二极接头22比如与所述第二平面电极20一体地构造。因此，在这种实施例中，如在图1中示出的那样，所述至少一个第一极接头12在所述第一电压层11的侧面的延续部中延伸。在这种实施例中，所述第二极接头22在所述第二平面电极20的侧面的延续部中延伸。因此，比如所述第一极接头12在所述第一电压层11的侧面的延续部中延伸超过所述重叠区域4，并且所述第二极接头22在所述第二平面电极20的侧面的延续部中延伸超过所述重叠区域4。所述第一极接头12和所述第二极接头22在这种实施例中形成在所述电容器1的底侧6处伸出的接触旗对7（图1）。在此，在这种实施例中，所述第一极接头12构造在所述第一电压层11的延伸平面中，并且所述第二极接头22构造在所述第二平面电极20的延伸平面中。如在图2中示出的那样，在这种实施例中设置了三个相同类型的第一极接头12和三个相同类型的第二极接头22。所述第一极接头12和所述第二极接头22在此比如分别成对地形成接触旗对7。在本申请中所描述的实施例中，所述电容器1具有三个接触旗对7。所述接触旗对7在这种实施例中全部布置在所述第二平面电极20和第一电压层11的相同的侧面处。所述接触旗对7在这种实施例中在所述电容器结构3的长度l的范围内彼此排列。不过，除此以外，也能够构造其它数目的接触旗对7，并且所述接触旗对7能够布置在所述电容器1的其它位置处。

在这种实施例中，所述第一极接头12至少部分直接地布置在所述至少一个第二极接头22的上方或者至少部分直接地布置在所述第二极接头的下方。但是，所述第一极接头12也比如能够相对于所述第二极接头22在侧面偏移地布置。所述极接头12、22比如能够构造成平面。在这种实施例中，如在图2中示出的那样，所述至少一个第一极接头12和至少一个第二极接头22具有相同的面伸展部。

在这种实施例中，电流比如能够从所述第二极接头22经过所述第二平面电极20流往所述电容器结构3，或者电流能够沿着相反的方向从所述电容器结构3经过所述第二平面电极20流往所述第二极接头22。在这种实施例中，同时电流能够从所述第一极接头12经过所述第一电压层11并且随后经过所述第一平面电极10流往所述电容器结构3，或者电流能够沿着相反的方向从所述电容器结构3经过所述第一平面电极10并且随后经过所述第一电压层11流往所述第一极接头12。

在这种实施例中，在所述第一电压层11与所述第二平面电极20之间的缝隙5中布置了绝缘层8。所述绝缘层8由电绝缘的材料制成，并且比如能够仅仅布置在所述第一电压层11与所述第二平面电极20之间的重叠区域4中。不过所述绝缘层8也能够伸出超过所述第一电压层11和所述第二平面电极20的重叠区域4。所述绝缘层比如也能够延伸到分别形成接触旗对7的第一极接头12和第二极接头22之间的中间空间上并且使所述第一极接头12与所述第二极接头22电绝缘。为了尽可能有效地设计所述第一电压层11与所述第二电压层21之间的磁性的相互作用，所述电压层之间的缝隙5能够构造得尽可能地小。因此，所述绝缘层8能够用作所述第一电压层11与所述第二平面电极20之间的间距保持部。所述电容器结构3也能够与所述第一平面电极10、所述第一电压层11和所述第二平面电极20一起如在图1中示出的那样被嵌入在壳体30中。所述壳体30也能够如在图1中所示出的实施例中一样包括所述绝缘层8并且比如能够与绝缘层8一体地构造。在图1中所示出的实施例中，所述壳体30以下述方式包围着所述电容器结构3：使得所述电容器结构3朝所有侧面都被所述壳体30包围，并且比如仅仅所述第一极接头12和所述第二极接头22在所述壳体30的外部区域中从该壳体30中伸出来。在所述壳体30的这个外部区域中，所述极接头12、22而后比如能够与布置在所述电容器1的外部的并且在附图中未示出的电构件和/或电子构件进行电连接。

当然，另外的实施例和所示出的实施例的混合形式也是可行的。

Claims (10)

1.电容器（1）、尤其用于多相系统的中间电路电容器，所述电容器具有：第一平面电极（10）和以间距与所述第一平面电极对置的第二平面电极（20）；以及至少一个具有至少一个电介质（2）的电容器结构（3），所述电容器结构布置到所述第一平面电极（10）与所述第二平面电极（20）之间；以及与所述第一平面电极（10）在侧面的延续部中毗邻的、平面的第一电压层（11）；以及至少一个用于与所述第一电压层（11）进行电接触的第一极接头（12）；以及至少一个用于与所述第二平面电极（20）进行电接触的第二极接头（22），

其特征在于，

所述第一电压层（11）围绕着所述电容器结构（3）来导引，使得所述电容器（1）的第一电压层（11）和第二平面电极（20）形成重叠区域（4），在所述重叠区域中，所述第一电压层（11）和所述第二平面电极（21）彼此平行地并且通过缝隙（5）彼此隔开地、直接上下叠放地布置在所述电容器（1）的底侧（6）处，其中所述第一电压层（11）布置在所述第二平面电极（20）的、背向所述电容器结构（3）的外侧面（23）上。

2.按权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述至少一个第一极接头（12）在所述第一电压层（11）的侧面的延续部中延伸超过所述重叠区域（4），并且在与所述至少一个第一极接头平行的情况下所述至少一个第二极接头（22）在所述第二平面电极（21）的侧面的延续部中延伸超过所述重叠区域，并且所述至少一个第一极接头和所述至少一个第二极接头就这样形成至少一个在所述电容器（1）的底侧（6）处伸出的接触旗对（7）。

3.按前述权利要求中任一项所述的电容器，其特征在于，所述第一平面电极（10）和所述第二平面电极（20）和所述第一电压层（11）在横截面中形成用于所装入的电容器结构（3）的接纳部（14）。

4.按前述权利要求中任一项所述的电容器，其特征在于，所述第一平面电极（10）与所述第一电压层（11）一起在横截面中具有U形的轮廓（15）。

5.按前述权利要求中任一项所述的电容器，其特征在于，所述至少一个第一极接头（12）至少部分直接地布置在所述至少一个第二极接头（22）的上方或者至少部分直接地布置在所述至少一个第二极接头的下方。

6.按前述权利要求中任一项所述的电容器，其特征在于，所述至少一个第一极接头（12）和所述至少一个第二极接头（22）具有相同的面伸展部。

7.按前述权利要求中任一项所述的电容器，其特征在于，所述至少一个第一极接头（12）构造在所述第一电压层（11）的延伸平面中，并且/或者所述至少一个第二极接头（22）构造在所述第二平面电极（20）的延伸平面中。

8.按前述权利要求中任一项所述的电容器，其特征在于，除了所述至少一个第一极接头（12）和所述至少一个第二极接头（22）之外，设置了另外的相同类型的极接头（12、22），所述另外的极接头分别成对地形成另外的接触旗对（7），其中所述极接头（12、22）的总数尤其为三、五或者六的多倍。

9.按前述权利要求中任一项所述的电容器，其特征在于，在所述缝隙（5）中布置了绝缘层（8）。

10.按前述权利要求中任一项所述的电容器，其特征在于，所述电容器结构（3）垂直于所述第二平面电极（20）具有高度（h）并且在与所述第二平面电极（20）平行的情况下具有所述电容器结构（3）的长度（l）和所述电容器结构（3）的宽度（b），其中所述电容器结构（3）的高度（h）小于所述电容器结构（3）的宽度（b）和所述电容器结构（3）的长度（l）。