CN109983554B - 电容器、尤其是用于多相系统的中间电路电容器 - Google Patents

Abstract

一种电容器（1）、尤其是用于多相系统的中间电路电容器，该电容器：具有第一电压层（11）和第二电压层（21），其中所述第一电压层（11）和所述第二电压层（21）形成重叠区域（4），在所述重叠区域中所述第一电压层（11）和所述第二电压层（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）上；具有至少一个拥有至少一种电介质（2）的电容结构（3），所述电容结构布置在所述第一电压层（11）的背向第二电压层（21）的上侧面（13）上，其中借助于接触元件（30）所述第一电压层（11）与所述电容结构（3）的第一接头（15）导电地接触，并且所述第二电压层（21）与所述电容结构（3）的第二接头（25）导电地接触。对于所述电容器（1）来说提出，所述第一电压层（11）具有至少一个空隙（14），所述接触元件（30）从所述空隙（14）中穿过。

Description

电容器、尤其是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、尤其是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，通过变流器中间电路中的电容器使多个电网在能量方面在共同的直流电压层面上相耦合。由于开关过程的重复出现，而出现由于相位的变换的电流引起的取决于频率的高损耗功率。已知的是，通过面状的电流导引并且通过电流层（Stromlage）之间的、在相反的电流方向时引起的磁性的相互作用而产生由布线引起的电感的明显降低并且由此产生损耗功率的明显降低。

发明内容

根据本发明，提出了一种电容器、特别是用于多相系统的中间电路电容器，所述电容器具有第一电压层和第二电压层。所述第一电压层和所述第二电压层形成重叠区域，在所述重叠区域中所述第一电压层和所述第二电压层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上。此外，所述电容器包括至少一个具有至少一种电介质的电容结构，所述电容结构布置在所述第一电压层的背向第二电压层的上侧面上，其中所述第一电压层与所述电容结构的第一接头导电地接触，并且所述第二电压层借助于接触元件与所述电容结构的第二接头导电地接触。根据本发明，所述第一电压层具有至少一个空隙，所述接触元件从所述空隙中穿过。

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电压层的、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。通过所述电容器的底侧上的表面的平面平行的导引以及相反的电流方向，使得所述电压层中的电流路径彼此靠近地得到导引。由于靠近地并排的导体的磁场的磁性耦合而引起的、可能导致大损耗的效应有利地通过上下叠放地导引的、具有相反的电流方向的电流路径来得到补偿。借助于这种有利的低感应的构造技术（其中一方面比如所述电容器的底侧上的第一电压层与所述第二电压层重叠并且另一方面例如所述电压层与所述电容结构重叠），所述电容器的总电感大幅度地减小，这有利地引起低损耗。所述第一电压层和第二电压层的、由于趋肤效应和邻近效应所引起的损耗份额通过按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。邻近效应导致交流电中的彼此挨紧的导体之间的电流收缩（Stromeinschnürungen）或者电流趋肤效应（Stromverdrängungen）。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，该结构相对于其它构件的电磁相容性有利地得到改进。

此外，按本发明的电容器能够有利地用作中间电路中的多相电容器。因此，比如对于6相系统，所有相能够被连接到按本发明的电容器上，而不是通过母线连接两个3相电容器，这甚至可能在非常低的电感值下导致可振荡的CLC系统，所述可振荡的CLC系统在逆变器相的每次开关过程时被激励。由于在按本发明的电容器中保持所有相接头的极性，因此所有接头能够有利地构造为成对地同类的结构。

此外，根据本发明的电容器拥有以下优点：在将所述电容器的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电压层能够有利地得到冷却，其中所述第一电压层和第二电压层直接上下叠放地布置在所述电容器的底侧上。这不仅代表着对于所述第一电压层的特别容易的冷却而且代表着对于所述第二电压层以及布置在第一电压层的上侧面上的电容结构的特别容易的冷却。通过对于所述第一电压层和第二电压层的同时冷却，因而有利地降低用于电容器的全部的散热成本。此外，由此能够有利地将比如在所述第一电压层或者第二电压层中通过开关过程而产生的损耗热比如也有利地通过布置在所述电容器的底侧上的冷却装置来排出。通过在所述电容器的底侧上对该电容器进行这样的冷却，由此能够有利地降低被加入到比如热敏感的电容结构中的热，因而比如也能够使用热敏感的电容结构。

在一种特别有利的实施例中，除了至少一个电容结构之外，设置了至少一个另外的、具有另外的第一接头和另外的第二接头的电容结构，该电容结构布置在所述第一电压层的上侧面上。在这种情况下，所述另外的电容结构的另外的第一接头与所述第一电压层导电地接触，并且所述另外的电容结构的另外的第二接头借助于接触元件与所述第二电压层导电地接触，其中所述接触元件的侧面区域至少部分地布置在所述电容结构与所述另外的电容结构之间。

所述接触元件的侧面区域特别有利地构造为面状。由此，所述接触元件的侧面区域比如能够有利地用作多个电容结构之间的隔板，并且热量能够有利地经由所述接触元件的面状的侧面区域排出到第二电压层上并且由此排出到电容器的底侧上。通过所述接触元件的面状的侧面区域，所述接触元件能够在有利地大的区域中与所述电容结构重叠，由此能够有利地进一步减小所述电容器中的总电感和损耗。

在一种有利的实施例中，所述接触元件的侧面区域基本上垂直于所述第一电压层和所述第二电压层来布置。由此，能够有利地形成用于电容结构的良好的接纳部，所述接纳部能够将所述电容结构可靠地布置在所述电容器中，同时所述电容器具有紧凑的结构。

特别有利地在所述接触元件上构造面状的覆盖区域，其中所述电容结构布置在面状的覆盖区域与第一电压层之间。通过所述接触元件的面状的覆盖区域（该覆盖区域比如也能够平行于第一电压层）产生以下优点，即：能够有利地进一步降低所述电容器的总电感并且由此能够使损耗最小化。此外，能够有利地保护所述电容结构。

在一种有利的实施例中，所述接触元件的面状的覆盖区域与所述第一电压层和/或所述第二电压层重叠。由此，能够有利地进一步降低所述电容器的总电感。

在所述侧面区域上有利地构成至少一个连接元件，所述连接元件从空隙中穿过，其中所述连接元件具有该连接元件的比所述侧面区域的宽度小的宽度。由此，所述第一电压层中的空隙能够有利地设计得小，并且由此所述第一电压层的表面范围以及由此所述重叠区域尽管存在所述空隙也能够有利地具有大面积。这引起所述第一电压层与所述第二电压层的有利地大的重叠区域，并且由此有利地引起所述电容器的电感的减小。

有利地在所述侧面区域上设置有多个连接元件，其中各一个连接元件分别穿过所述第一电压层的一个空隙。通过多个比如从多个空隙中穿过的连接元件，能够建立所述接触元件与所述第二电压层的稳定的连接。

证实有利的是，所述至少一个连接元件构造为销形并且被插入到所述第二电压层中的至少一个开口中并且/或者与所述第二电压层焊接在一起。通过这种方式，所述接触元件能够有利地通过连接元件来容易地安装在所述第二电压层上，并且能够容易且稳定地固定在其上面。

如果接触元件包括另一侧面区域，其中所述侧面区域和另一侧面区域布置在所述电容结构的对置的侧面上，则产生以下优点，即：在所述电容结构的两个对置的侧面上存在着下述侧面区域，这能够用作用于所述电容结构的稳定且紧凑的接纳部。所述电容结构能够比如在制造时有利地容易地被插入到所述接触元件的两个侧面区域之间。所述电容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。由此，所述电容器有利地是紧凑的并且提供用于多个标准电容结构的有利的接纳部，并且因此在要求多个电容器的连接的应用情况中证实为特别有利。此外，在电容结构中产生的热量能够有利地通过两个对置的侧面和所述接触元件的、布置在两个对置的侧面上的侧面区域来排出。

证实有利的是，所述电容器包括至少一个用于与第一电压层相接触的第一极接头和至少一个用于与第二电压层相接触的第二极接头，其中所述至少一个第一极接头处于所述第一电压层的侧向的伸长部分中，并且与此平行地所述至少一个第二极接头在所述第二电压层的侧向的延伸部分中延伸超越所述重叠区域，并且就这样形成至少一个在所述电容器的底侧上伸出的接触凸肩对。通过这样的接触凸肩对，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面状电极或者所述第一电压层一体地构成。

此外，证实有利的是，所述第一电压层在所述空隙的区域中完全环绕地包围着所述接触元件。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的说明书中进行详细阐述。

图1示出了按本发明的电容器的实施例的示意图的第一视图；

图2示出了图1的按本发明的电容器的实施例的示意图的第二视图，

图3示出了图1的按本发明的电容器的实施例的示意图的第三视图。

具体实施方式

图1示出了所述按本发明的电容器1的一种实施例的示意图。所述电容器1包括第一电压层11和第二电压层21。所述第一电压层11和所述第二电压层21形成重叠区域4，其中所述第一电压层11和所述第二电压层21彼此平行地布置并且通过缝隙5彼此隔开地直接叠置地布置在所述电容器1的底侧6上。所述电压层11、21由导电材料、例如金属（诸如铜）制成。所述电压层11、22能够构造为面状并且比如能够由板材制成。如在该实施例中一样，所述第一电压层11和所述第二电压层21能够基本上（也就是除了在所述第一电压层11中所设置的空隙之外14）具有相同的表面延伸范围。因此，能够保证优化地上下导引电流路径并且能够有利地减小所述电容器1的总电感并且改进电磁相容性。所述第一电压层11具有上侧面13，该上侧面背向所述第二电压层21。

在本申请的上下文中，“对象”是指所述第一电压层11、所述第二电压层21或者极接头12、22。如果第一对象直接部分地布置在第二对象的下方或者直接部分地布置在第二对象的上方，或者所述第一对象和所述第二对象直接上下叠放地布置，那么在本申请的上下文中这是指，所述第一对象和所述第二对象相对于彼此如此布置，使得所述第一对象到与所述第二对象平面平行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。

在这种实施例中，所述电容器1此外包括四个电容结构3，每个电容结构具有至少一种电介质2。“电容结构3”在本申请的上下文中是指下述结构，该结构能够与所述第一电压层11和所述第二电压层22一起构成电容器或者该结构本身形成电容器。每个电容结构3具有至少一个第一接头15和至少一个第二接头25。所述电容结构3能够借助于接头15、25来进行电接触。在这种实施例中，每个电容结构3经由相应的第一接头导电地与所述第一电压层11进行电接触。每个电容结构3的第二接头25借助于接触元件30与所述第二电压层21导电地接触。所述电容结构3能够比如是电介质2，使得第一电压层10与接触元件30及电介质2一起能够构成电容器。但是，所述电容结构3也能够由一个或多个电容器构成，所述电容器布置在第一电压层11的上侧面13上并且能够根据用途来并联或串联连接。在此，作为电容器能够使用不同的电容器技术、比如堆栈电容器、圆绕组电容器或者扁绕组电容器。例如，都被所述电容器1所包括的电容结构3和另外的电容结构3能够具有相同的结构形式。在图1所示出的实施例中，所有电容结构3以相同的结构构成，也就是说，在该实施例中，所述电容器1包括四个结构相同的电容结构3。

在该实施例中所述电容结构3并排布置。然而，所述电容结构3也能够比如先后地并且/或者上下地并且/或者并排地布置。能够设置任意数目的用于电容器1的电容结构3。所述电容结构3的总体布置在此具有长度l、宽度b和高度h。在此高度h垂直于第一电压层11来测量，而宽度b和长度l则平行于第一电压层11来测量。在该实施例中，所述电容结构3的高度h小于该电容结构3的宽度b。所述电容结构3的高度h小于该电容结构3的长度l。在该实施例中，由此总体上产生扁平的电容器1。如果所述电容器以底侧6比如布置在冷却体上，那就能够将来自所述第一电压层11以及来自所述第二电压层21的热通过有利地大的表面以及所述冷却体来排出。

所述第一电压层11比如在所述电容结构3的整个长度l的范围内并且在所述电容结构3的整个宽度b的范围内延伸。所述第二电压层21比如在所述电容结构3的整个长度l的范围内并且在所述电容结构3的整个宽度b的范围内延伸。所述电压层11、21比如也能够构造为多层的结构。在所述电压层11、21中比如也能够构造在附图中未示出的凹部。

在该实施例中，所述第二电压层21借助于接触元件30与电容结构3的第二接头15导电地接触。如在图2中借助于所述实施例的截面所示出的那样，所述电容器1的第一电压层11具有空隙14。所述接触元件30为了与第二电压层21进行电接触而从所述空隙14中穿过。所述接触元件30通过第一电压层11的空隙14从第二电压层21穿引至电容结构3的第二接头25。在所述空隙14的区域中，所述第一电压层11完全环绕地包围着所述接触元件30。

在该实施例中，所述接触元件30具有侧面区域31。所述接触元件30的侧面区域31在该实施例中布置在一个电容结构3与另一电容结构3之间。在该实施例中，所述接触元件30的侧面区域31构造为面状结构。由此，在该实施例中，所述接触元件30的侧面区域31形成各个电容结构3之间的隔板。在该实施例中，所述接触元件30的侧面区域31和所述接触元件30的另一侧面区域31布置在所述电容结构3的对置的侧面8上。所述接触元件30的侧面区域31和所述接触元件30的另一侧面区域31布置在所述电容结构3的对置的侧面8上，由此所述侧面区域31和另一侧面区域31在该实施例中与所述接触元件30的覆盖区域32和所述第一电压层11一起形成用于布置在侧面区域31与另一侧面区域31之间的电容结构3的接纳部。在该实施例中，所述接触元件30的侧面区域31基本上垂直于第一电压层11和第二电压层21来布置。换句话说，在该实施例中，所述接触元件30的面状的侧面区域31基本上垂直于第一电压层11和第二电压层21。

此外，在该实施例中，在所述接触元件30上构造了面状的覆盖区域32。所述电容结构3在此布置在面状的覆盖区域32与所述第一电压层11之间。由此，所述面状的覆盖区域32与所述第一电压层11对置，并且所述电容结构3处于第一电压层与覆盖区域32之间的间隙中。在该实施例中，所述面状的覆盖区域32平行于第一电压层11来布置。在该实施例中，所述第一电压层11与接触元件30的侧面区域31和接触元件30的覆盖区域32一起可以这样说构成用于所述电容结构3的接纳部。在该实施例中，所述接触元件30的面状的覆盖区域32与第一电压层11和第二电压层21重叠。

如在该实施例中一样，所述面状的覆盖区域32和所述第一电压层11基本上（也就是说除了在第一电压层11中所设置的空隙14或者在所述覆盖区域中所设置的空隙之外）能够具有相同的表面延伸范围。因此，能够保证优化地上下导引所述电流路径，并且能够有利地减小所述电容器1的总电感并且改善电磁相容性。

在所述接触元件30的侧面区域31上，比如构造了从所述空隙14中穿过的连接元件35。在这种情况下，在该实施例中，所述连接元件35具有该连接元件35的、比侧面区域31的宽度B31小的宽度B35。所述侧面区域31的宽度B31和所述连接元件35的宽度B35平行于所述第一电压层11沿着所述侧面区域31的面状的延伸部来测量。因此，在该实施例中，在面状地构成的侧面区域31上分别构造了多个、在该实施例中分别构造了三个连接元件35。所述连接元件35比如构造在所述侧面区域31的侧向的延伸部中。对于所述接触元件30的每个连接元件35来说，在该实施例中在所述第一电压层11中设置有空隙14。因此，在该实施例中，每个单个的连接元件35都穿过第一电压层11中的唯一的空隙14，并且所述第一电压层11在空隙14的每个区域中完全环绕地包围着连接元件35。所述空隙14比如能够如在该实施例中一样构造为与连接元件35互补的结构。所述连接元件35在不与第一电压层11相接触的情况下从所述第一电压层11的空隙14中穿过。所述连接元件35相对于所述第一电压层11电绝缘。所述连接元件35建立从接触元件30的侧面区域31到第二电压层21的导电的连接。所述连接元件35例如构造为销形。因此，所述连接元件35能够比如被插入到在第二电压层21上所构成的开口27中，并且比如也在那里与第二电压层21焊接在一起。

由此，所述接触元件30在该实施例中单件式地构造，并且包括覆盖区域32、侧面区域31和连接元件35。所述接触元件30由导电的材料、比如金属（诸如铜）制成。

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电压层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11一体地构成。所述第二极接头22比如与所述第二电压层20一体地构成。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的侧面的伸长部中延伸。在这种实施例中，所述第二极接头22在所述第二电压层20的侧面的伸长部中延伸。所述第一极接头12和所述第二极接头22在这种实施例中构成在所述电容器1的底侧6上伸出的接触凸肩对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构造在所述第二电压层20的延伸平面中。如在附图中示出的那样，在这种实施例中设置了六个相同类型的第一极接头12和六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凸肩对7。在本申请中所描述的实施例中，所述电容器1具有六个接触凸肩对7。不过，除此以外，也能够构造其它数目的接触凸肩对7，并且所述接触凸肩对7能够布置在所述电容器1的其它位置处。所述极接头的总数直接比如是三个、五个或六个的倍数。如在该实施例中，所述第一极接头12和所述至少一个第二极接头22能够具有相同的表面延伸范围。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。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22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侧向偏移地布置。

在所述重叠区域4中，在所述第二电压层21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一电压层11，并且穿过所述空隙或者窗口所述第一电压层11比如能够与所述电容结构3连接、比如焊接在一起。

所述第一电压层11、第二电压层21和接触元件30比如均由相同的材料、比如由相同的金属制成。所述第二电压层21与所述接触元件30导电地连接，并且与第一电压层11电绝缘。比如，所述电容器1能够被灌封，从而在所述缝隙5中并且在第一电压层21和第二电压层22与接触件30之间的其他间隙中布置有由灌封材料构成的绝缘层。在该实施例中，所述电压层11、21和所述接触元件30的覆盖区域32比如构造为板状。然而，原则上对于所述的电压层11、21、所述接触元件30的覆盖区域32来说，也可以考虑至少略微不同于板状。

在所述电容器1中，电流能够从第一极接头12经由第一电压层11和第一接头1流往电容结构3，或者电流能够相反地从电容结构3经由第一接头1和第一电压层11流往第一极接头12。同时，在所述电容器1中，电流比如能够从第二极接头22经由第二电压层21经由接触元件30经由第二接头25流往电容结构3，或者电流能够以相反的方向从电容结构3经由第二接头25、接触元件30和第二电压层21流往第二极接头22。

当然，也能够考虑其他的实施例和所示出的实施例的混合形式。

Claims (9)

1.电容器（1）、特别是用于多相系统的中间电路电容器，具有第一电压层（11）和第二电压层（21），

其中所述第一电压层（11）和所述第二电压层（21）形成重叠区域（4），在所述重叠区域中所述第一电压层（11）和所述第二电压层（21）彼此平行地并且在通过缝隙（5）彼此隔开的情况下直接上下叠放地布置在所述电容器（1）的底侧（6）上，

具有至少一个拥有至少一种电介质（2）的电容结构（3），所述电容结构布置在所述第一电压层（11）的背向第二电压层（21）的上侧面（13）上，

其中所述第一电压层（11）与所述电容结构（3）的第一接头（15）导电地接触，并且所述第二电压层（21）借助于接触元件（30）与所述电容结构（3）的第二接头（25）导电地接触，

其特征在于，

所述第一电压层（11）具有至少一个空隙（14），所述接触元件（30）从所述空隙（14）中穿过，

其中，除了所述至少一个电容结构（3）之外，还设置了至少一个另外的电容结构（3），所述另外的电容结构（3）具有另外的第一接头（15）和另外的第二接头（25），所述另外的电容结构（3）布置在所述第一电压层（11）的上侧面（13）上，其中所述另外的电容结构（3）的另外的第一接头（15）与所述第一电压层（11）导电地接触，并且所述另外的电容结构（3）的另外的第二接头（25）借助于所述接触元件（30）与所述第二电压层（21）导电地接触，其中所述接触元件（30）的侧面区域（31）至少部分地布置所述电容结构（3）与所述另外的电容结构（3）之间，

其中，在所述侧面区域（31）上构造至少一个连接元件（35），所述连接元件（35）从所述空隙（14）中穿过，其中所述连接元件（35）具有该连接元件（35）的比所述侧面区域（31）的宽度（B31）小的宽度（B35），

其中，在所述接触元件（30）上构成面状的覆盖区域（32），其中所述电容结构（3）布置在所述面状的覆盖区域（32）与所述第一电压层（11）之间，

其中，所述接触元件30单件式地构造，并且包括覆盖区域32、侧面区域31和连接元件35， 所述接触元件30由导电的材料制成。

2.根据权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述接触元件（30）的侧面区域（31）构造为面状。

3.根据权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述接触元件（30）的侧面区域（31）基本上垂直于第一电压层（11）和第二电压层（21）来布置。

4.根据权利要求3所述的电容器，其特征在于，所述接触元件（30）的面状的覆盖区域（32）与所述第一电压层（11）和/或所述第二电压层（21）重叠。

5.根据权利要求1所述的电容器，其特征在于，在所述侧面区域（31）上设置有多个连接元件（35），其中各一个连接元件（35）分别从所述第一电压层（11）的空隙（14）中穿过。

6.根据权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述至少一个连接元件（35）构造为销形，并且被插入到所述第二电压层（21）中的至少一个开口（27）中并且/或者与所述第二电压层（21）焊接在一起。

7.根据权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述接触元件（30）包括另一侧面区域（31），其中所述侧面区域（31）和所述另一侧面区域（31）布置在所述电容结构（3）的对置的侧面（8）上。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的电容器，其特征在于，所述电容器（1）包括至少一个用于与所述第一电压层（11）相接触的第一极接头（12）和至少一个用于与所述第二电压层（21）相接触的第二极接头（22），其中所述至少一个第一极接头（12）在所述第一电压层（11）的侧向的伸长部分中延伸超过所述重叠区域（4），并且与此平行地所述至少一个第二极接头（22）在所述第二电压层（21）的侧向的伸长部分中延伸超过所述重叠区域（4），并且就这样构成至少一个在所述电容器（1）的底侧（6）上伸出的接触凸肩对（7）。

9.根据权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述第一电压层（11）在所述空隙（14）的区域中完全环绕地包围着所述接触元件（30）。

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