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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Ausführungsformen
des hier beschriebenen Gegenstandes betreffen allgemein Verbindungsvorrichtungen
zur Herstellung elektrischer Verbindungen, und insbesondere betreffen
die Ausführungsformen
des Gegenstandes Kondensatorbaugruppen, welche durch ein Überlappen
von Stromschienen, die Strom in entgegengesetzten Richtungen leiten,
mit niedriger Induktivität
ausgebildet sind.
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HINTERGRUND
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Kondensatoren
werden in vielen Leistungsschaltungen oder elektrischen Systemen
verwendet, um Spannung und/oder Strom von einer Einrichtung oder
einem Bauelement zu anderen Einrichtungen oder Bauelementen hin
zu glätten.
Oftmals sind zwischen den elektrischen Einrichtungen oder Bauteilen ein
oder mehrere Kondensatoren parallel verbunden. Der Kondensator vermindert
eine Welligkeit des Stroms während
des Betriebs des elektrischen Systems, beispielsweise dadurch, dass
er eine induktive Last kompensiert oder Spannungsschwankungen oder
Spannungsspitzen, welche durch eine der Einrichtungen verursacht
werden, absorbiert. Weil die Nennleistung (zum Beispiel das Spannungsniveau oder
Stromniveau) des elektrischen Systems zunimmt, ist oft mehr Kapazität erforderlich,
was im Allgemeinen Kondensatoren mit größeren Volumen erfordert.
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Bei
Anwendungen mit höherer
Leistung werden typischerweise eine oder mehrere Stromschienen verwendet,
um die Kondensatoren mit dem elektrischen System zu verbinden. Diese Stromschienen sind
oftmals flache Bleche aus einem elektrisch leitenden Material, wie
Kupfer oder Aluminium. Um für höhere Nennleistungen
und größere Kondensatoren geeignet
zu sein, müssen
die Stromschienen auch eine erhöhte
Baugröße aufweisen.
Als Ergebnis einer Steigerung der Größe der Stromschienen steigt die
Induktivität
der Stromschienen. Diese zusätzliche Induktivität besitzt
einen negativen Einfluss auf das elektrische System und wirkt dem
Kondensator entgegen. Bei Schaltanwendungen, bei denen sich der Strom
zeitlich mit einer hohen Rate ändert,
kann die zusätzliche
Induktivität
Spannungsspitzen hervorrufen, welche die Zuverlässigkeit der anderen Bauteile in
dem elektrischen System vermindern können.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
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Es
wird eine Vorrichtung für
eine Kondensatorbaugruppe zur Benutzung mit einem Leistungsmodul
in einem Fahrzeug bereitgestellt. Die Kondensatorbaugruppe weist
einen inneren Leiter auf, welcher ausgebildet ist, ein erstes Potential
aufzunehmen. Der innere Leiter weist in einer Längsrichtung einen im Allgemeinen
L-förmigen
Querschnitt auf. Ein äußerer Leiter
ist ausgebildet, um ein zweites Potential aufzunehmen, und ist von
dem inneren Leiter elektrisch isoliert. Der äußere Leiter weist einen ersten Abschnitt
mit einem in Längsrichtung
im Allgemeinen L-förmigen
Querschnitt auf, welcher an dem inneren Leiter ausgerichtet ist,
und weist einen zweiten Abschnitt auf, welcher mit dem ersten Abschnitt
gekoppelt ist, wobei der zweite Abschnitt in einer Seitenrichtung
einen im Allgemeinen L-förmigen
Querschnitt aufweist. Der zweite Abschnitt und der innere Leiter
legen einen inneren Bereich fest. Ein Kondensator ist in dem inneren
Bereich angeordnet und ist mit dem inneren Leiter und mit dem zweiten
Abschnitt gekoppelt. Die Kondensatorbaugruppe ist derart ausgebildet,
dass ein Strom in einer ersten Richtung durch den Kondensator fließt, und
dass ein Strom in einer zweiten Richtung, welche zu der ersten Richtung
im Allgemeinen entgegengesetzt ist, durch den zweiten Abschnitt
fließt.
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Eine
Vorrichtung für
eine elektrische Einrichtung wird bereitgestellt. Die elektrische
Einrichtung weist einen inneren Leiter mit einem im Allgemeinen L-förmigen Querschnitt
in Längsrichtung
auf. Ein äußerer Leiter
ist mit dem inneren Leiter physikalisch gekoppelt und elektrisch
von diesem isoliert. Der äußere Leiter
weist einen ersten Abschnitt mit einem im Allgemeinen L-förmigen Querschnitt
in Längsrichtung
auf, welcher im Allgemeinen an den inneren Leiter angepasst ist,
und weist einen zweiten Abschnitt auf, welcher mit dem ersten Abschnitt
gekoppelt ist. Der zweite Abschnitt weist einen im Allgemeinen L-förmigen Querschnitt
in einer seitlichen Richtung auf, wobei der zweite Abschnitt und
der innere Leiter einen inneren Bereich festlegen, welcher dazu
ausgebildet ist, zumindest ein Kondensatorelement aufzunehmen.
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Eine
Vorrichtung für
ein elektrisches System wird bereitgestellt. Das elektrische System
weist eine erste Stromschiene auf, welche elektrisch leitend, im Wesentlichen
eben und dazu ausgebildet ist, um ein erstes Potential aufzunehmen.
Das elektrische System weist weiterhin eine zweite Stromschiene
auf, welche elektrisch leitend, im Wesentlichen eben und dazu ausgebildet
ist, um ein zweites Potential aufzunehmen. Ein nichtleitendes Material
ist zwischen der ersten Stromschiene und der zweiten Stromschiene derart
angeordnet, dass das nichtleitende Material die erste Stromschiene
von der zweiten Stromschiene elektrisch isoliert. Ein Kondensator
ist mit der ersten Stromschiene und der zweiten Stromschiene gekoppelt,
wobei die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene derart
ausgebildet sind, dass ein Strom in einer ersten Richtung durch
die erste Stromschiene fließt,
und dass ein Strom in einer zweiten Richtung, welche der ersten
Richtung im Allgemeinen entgegengesetzt ist, durch die zweite Stromschiene
fließt.
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Diese
Zusammenfassung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten,
welche weiter unten in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben
werden, in einer vereinfachten Form einzuführen. Diese Zusammenfassung
soll nicht dazu dienen, Schlüsselmerkmale
oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstandes anzugeben,
und ist auch nicht dazu bestimmt, für die Festlegung des Umfangs
des beanspruchten Gegenstandes zu Hilfe genommen zu werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ein
umfassenderes Verständnis
des Gegenstandes kann erlangt werden, indem auf die detaillierte
Beschreibung und die Ansprüche
in Zusammenschau mit den nachfolgenden Figuren Bezug genommen wird,
wobei sich innerhalb der Figuren gleiche Bezugszeichen auf gleichartige
Elemente beziehen.
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1 ist
ein Blockdiagramm eines beispielhaften elektrischen Systems gemäß einem
Ausführungsbeispiel;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform
einer Kondensatorbaugruppe, welches zur Verwendung in dem elektrischen
System der 1 geeignet ist;
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3 ist
eine perspektivische Explosionsansicht der Kondensatorbaugruppe
der 2;
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4 ist
eine Seitenansicht der Kondensatorbaugruppe der 2;
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5 ist
eine Draufsicht auf die Kondensatorbaugruppe der 2;
und
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6 ist
eine Draufsicht auf eine beispielhafte Anordnung von Kondensatorbaugruppen
gemäß einer
Ausführungsform.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die
nachfolgende detaillierte Beschreibung ist lediglich illustrativer
Natur und ist nicht dazu bestimmt, die Ausführungsformen des Gegenstandes oder
die Anwendung und Nutzen solcher Ausführungsformen einzuschränken. Das
Wort ”beispielhaft”, wie es
hier benutzt wird, bedeutet ”als
ein Beispiel, beispielhafter Fall oder eine Illustration dienend”. Jede
hier als beispielhaft beschriebene Verwirklichung soll nicht zwingend
als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsweisen ausgelegt
werden. Darüber
hinaus ist nicht beabsichtigt, an irgendeine in dem vorstehenden
technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung ausdrücklich oder
implizit dargelegte Theorie gebunden zu sein.
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Die
folgende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Knotenpunkte
oder Merkmale, welche ”verbunden” oder miteinander ”gekoppelt” sind. Wenn
nicht ausdrücklich
anders angegeben, so bedeutet ”verbunden”, wie hier
benutzt, dass ein Element/ein Knotenpunkt/ein Merkmal direkt mit
einem anderen Element/Knotenpunkt/Merkmal verbunden ist (oder damit
direkt in Verbindung steht), und dies nicht zwingend in mechanischer
Weise. Gleichermaßen
bedeutet ”gekoppelt”, wenn
nicht ausdrücklich anders
angegeben, dass ein Element/ein Knotenpunkt/ein Merkmal direkt oder
indirekt mit einem anderen Element/Knotenpunkt/Merkmal verbunden
ist (oder direkt oder indirekt mit diesem in Verbindung steht),
und dies nicht notwendig in mechanischer Weise. Obwohl die hier
gezeigten Schemata und Diagramme exemplarische Anordnungen von Elementen
zeigen, können
daher zusätzliche
dazwischen tretende Elemente, Vorrichtungen, Merkmale oder Bauteile
in einer Ausführungsform
des abgebildeten Gegenstandes vorhanden sein.
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Zusätzlich kann
in der nachfolgenden Beschreibung eine gewisse Begriffswahl auch
nur für den
Zweck der Bezugnahme verwendet werden, und ist daher nicht dazu
bestimmt, einschränkend
zu sein. Beispielsweise beschreiben Begriffe wie etwa ”innere” und ”äußere” die Orientierung
und/oder die Position von Teilen der Komponente innerhalb eines konsistenten
aber willkürlichen
Bezugskoordinatensystems, welches unter Bezugnahme auf den Text und
die zugehörigen
Zeichnungen, die die besprochene Komponente beschreiben, erklärt wird.
Eine solche Begriffswahl kann die weiter oben namentlich erwähnten Worte
enthalten, sowie davon abgeleitete Worte und Worte von ähnlicher
Bedeutung. Gleichermaßen
implizieren die Begriffe ”erster”, ”zweiter” und andere
derartige numerische Begriffe, welche sich auf Strukturen beziehen,
keine Ab- oder Reihenfolge, außer
wenn hierauf durch den Kontext klar hingewiesen wird.
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Um
der Kürze
willen können
herkömmliche Techniken,
welche das Löten,
Verpacken und andere funktionale Aspekte der Systeme (und der einzelnen, wirkenden
Komponenten der Systeme) betreffen, hier nicht im Detail beschrieben
werden. Darüber
hinaus sollen die in den verschiedenen hier enthaltenen Figuren
gezeigten Verbindungslinien beispielhafte funktionale Beziehungen
und/oder physikalische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen darstellen.
Es sollte beachtet werden, dass in einer Ausführungsform des Gegenstandes
viele alternative oder zusätzliche
funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen vorhanden
sein können.
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Die
hier beschriebenen Technologien und Konzepte betreffen allgemein
Verbindungsvorrichtungen zur Kopplung von Kondensatoren mit elektrischen
Systemen unter Verwendung von Stromschienen. Die Stromschienen sind
in einer Weise angeordnet, welche die gesamte Induktivität der Verbindungsvorrichtung
vermindert.
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Nun
bezugnehmend auf 1 beinhaltet ein elektrisches
System 100 gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
ohne Einschränkung
eine Energiequelle 102, eine elektrische Last 104 und
eine Kondensatorbank 106. Die Elemente des elektrischen Systems 100 können miteinander
unter Verwendung einer Leitung 108 oder einer anderen geeigneten Verbindungsanordnung
verbunden sein. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
kann das elektrische System 100 innerhalb eines Fahrzeuges 110 angeordnet
sein, in praktischen Ausführungsformen jedoch
kann die Topologie und Konfiguration des elektrischen Systems 100 in
Anpassung an die Notwendigkeiten der bestimmten Anwendung variieren, und 1 ist
nicht dazu bestimmt, die Anwendung oder den Umfang des Gegenstandes
in irgendeiner Weise einzuschränken.
Es sollte zu verstehen sein, dass 1 eine vereinfachte
Darstellung eines elektrischen Systems 100 zum Zwecke der
Erklärung
und einer einfacheren Beschreibung ist, und dass praktische Ausführungsformen
zahlreiche andere Vorrichtungen und Bauteile beinhalten werden,
um zusätzliche
Funktionen und Merkmale bereitzustellen, wie verständlich sein
dürfte.
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Abhängig von
der Ausführungsform
kann das Fahrzeug 110 irgendeines von einer Anzahl verschiedener
Typen von Automobilen sein, wie beispielsweise eine Limousine, ein
Kombi, ein Lastkraftwagen oder ein Sport Utility Vehicle (SUV),
und kann einen Zweiradantrieb (2WD) (d. h., einen Hinterradantrieb
oder einen Vorderradantrieb), einen Vierradantrieb (4WD), oder einen
Allradantrieb (AWD) aufweisen. Das Fahrzeug 110 kann auch
irgendeinen von mehreren verschiedenen Arten von Motoren oder eine
Kombination davon beinhalten, wie zum Beispiel einen mit Benzin
oder Diesel betriebenen Verbrennungsmotor, einen ”flex fuel
vehicle” (FFV)-Motor
(d. h. dieser benutzt ein Gemisch aus Benzin und Alkohol), einen
Motor für
ein Fahrzeug mit Brennstoffzelle, einen mit einer gasförmigen Verbindung
(beispielsweise Wasserstoff und Erdgas) betriebenen Motor, einen
hybriden Antrieb mit einem Verbrennungs- und einem Elektromotor
oder einen Elektromotor. Unter diesem Gesichtspunkt kann die Energiequelle 102 als
eine Batterie, als eine Brennstoffzelle, oder als eine andere geeignete
Spannungsquelle ausgeführt
werden. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
stellt die Energiequelle 102 für das elektrische System 100 elektrische
Energie in Form von Gleichstrom bereit.
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In
verschiedensten Ausführungsformen
kann die elektrische Last 104 als ein Leistungsmodul (beispielsweise
als ein Inverter, als ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler), als
eine induktive Last oder als eine andere geeignete elektrische Einrichtung
oder Komponente ausgebildet sein. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
ist die elektrische Last 104 ein Inverter-Leistungsmodul,
welches dazu ausgebildet ist, Hochfrequenz-Pulsweitenmodulationsverfahren
(PWM) zum Wandeln eines Gleichstroms der Energiequelle 102 und
zur Bereitstellung eines Wechselstroms für einen Motor oder eine andere
Einrichtung innerhalb des Fahrzeugs 110 zu verwenden, wie
verständlich
sein dürfte.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform weist
die Kondensatorbank 106 einen oder mehrere Kondensatoren
oder andere kapazitive Elemente auf, welche elektrisch in Reihe
oder parallel angeordnet sein können.
Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
ist die Kondensatorbank 106 als eine Vielzahl von Kondensatoren
ausgebildet, welche elektrisch parallel angeordnet sind. In der
Praxis wird die Gesamtkapazität
der Kon densatorbank 106 gemäß den Erfordernissen eines
gegebenen elektrischen Systems 100 variieren, wie verständlich sein
dürfte. Wenn
die Kondensatorbank in einem Fahrzeug 110 mit einem Inverter-Leistungsmodul
verwendet wird, so liegt die Kapazität der Kondensatorbank 106 im Allgemeinen
in einem Bereich von 300 bis 2000 Mikrofarad.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
kann die Leitung 108 als ein Paar von Stromschienen ausgeführt sein.
In Abhängigkeit
von der Ausführungsform kann
jede der Stromschienen als ein Blech oder eine Platte aus Kupfer
oder aus einem anderen leitenden Material ausgebildet sein. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
ist eine erste der Stromschienen mit der Energiequelle 102 (beispielsweise
der Versorgungsleitung) gekoppelt und/oder derart ausgebildet, um
von dieser ein positives Spannungspotential aufzunehmen, und ist
eine zweite Stromschiene mit der Energiequelle 102 (beispielsweise
der Rückleitung) gekoppelt
und/oder derart ausgebildet, um ein negatives Spannungspotential
von dieser aufzunehmen. In einer beispielhaften Ausführungsform
sind die Stromschienen derart dimensioniert, dass sie eine Kopplung
mit der Kondensatorbank 106 erlauben, und auch der Nennleistung
(oder dem Nennstrom) des elektrischen Systems 100 angepasst
sind. Die Stromschienen können
zusammengepackt sein oder nahe beieinander angeordnet sein, um eine
Platzeinsparung zu erreichen. Zum Beispiel können die Stromschienen derart
angeordnet sein, dass sie dem Formfaktor eines Fahrzeugs 110 Rechnung
tragen (beispielsweise für
das zusammenpacken unter der Haube eines Automobils). Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
sind die Stromschienen durch eine isolierende Schicht getrennt,
welche die Stromschienen elektrisch isoliert. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
ist die isolierende Schicht als ein nichtleitendes Material ausgebildet,
wie ein Polyethylennaphthalat (PEN), ein Polyethylenterephthalat (PET),
ein Polyimidfilm, oder ein anderes geeignetes Material.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
weisen die Stromschienen aufgrund ihrer Geometrie und ihrer räumlichen
Beziehung und aufgrund von Faraday's Induktionsgesetz eine Induktivität (L) auf,
wie der Fachmann verstehen wird. Bei der gezeigten beispielhaften
Ausführungsform
wird die Induktivität durch
die Beziehung L = klab bestimmt, wobei k eine Konstante ist,
welche auf dem leitenden Material basiert, l die Länge der
Stromschiene, gemessen in der Richtung des Stromflusses, ist, b
die Breite der Stromschiene ist, und a der Abstand zwischen den Leitern
(beispielsweise die Dicke der isolierenden Schicht zwischen zwei
Stromschienen) ist. Aufgrund dieser Induktivität induziert ein veränderlicher
oder fluktuierender Strom (beispielsweise ein erhöhter Betrag
von di / dt) eine Spannung (V = Ldidt ) in dem elektrischen System 100,
wie der Fachmann verstehen wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel
weist jede einzelne Stromschiene eine zugehörige Induktivität auf, welche
summiert werden können,
um eine Gesamtinduktivität
für die
Leitung 108 festzulegen, wie der Fachmann verstehen wird.
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Unter
Bezugnahme auf die 2–5 beinhaltet
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
eine Kondensatorbaugruppe 200 eine äußere Stromschiene 202,
eine innere Stromschiene 204, ein nichtleitendes Material 206,
und zumindest ein Kondensatorelement 208. Die in den 2–5 gezeigten
dreidimensionalen (x-y-z)
Referenzkoordinaten werden zu illustrierenden Zwecken und zur Erleichterung
der Beschreibung verwendet. Die Stromschienen 202, 204 können Anschlüsse 203, 205 beinhalten,
welche ausgebildet sind, um zur Kopplung der Kondensatorbaugruppe 200 mit
einem oder mehreren Stromkreisbauteilen ein Spannungspotential und/oder
einen Strom zu erhalten. Es sollte verstanden werden, dass, obwohl
die Kondensatorbaugruppe 200 zur Erleichterung der Beschreibung
hier als ein einziges Kondensatorele ment 208 aufweisend
erwähnt
werden kann, in der Praxis jede Anzahl von Kondensatorelementen
vorhanden sein kann, um den Erfordernissen einer bestimmten Anwendung
gerecht zu werden, und dass 2 nicht
dazu bestimmt ist, die Anwendung oder den Umfang des Gegenstandes
in irgendeiner Weise zu beschränken.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
ist das nichtleitende Material 206 dazu fähig, eine
elektrische Isolierung zwischen den zwei Stromschienen 202, 204 bereitzustellen.
Darüber
hinaus kann das nichtleitende Material 206 derart ausgebildet
sein, dass es die äußere Stromschiene 202 und
die innere Stromschiene 204 physikalisch koppelt, wie weiter unten
beschrieben ist. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
beinhaltet die äußere Stromschiene 202 einen
Abschnitt (beispielsweise den Abschnitt 212), welcher im
Allgemeinen mindestens einem Teil der inneren Stromschiene 204 (beispielsweise
dem Abschnitt 224) angepasst ist, wie weiter unten genauer
beschrieben wird. Die innere Stromschiene 204 und die äußere Stromschiene 202 legen
einen inneren Bereich 210 fest, welcher geeignet dimensioniert und
geformt ist, um das Kondensatorelement 208 aufzunehmen.
Das Kondensatorelement 208 ist in dem inneren Bereich 210 angeordnet,
und ist mit jeder Stromschiene 202, 204 gekoppelt,
wie weiter unten genauer beschrieben wird.
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Unter
Bezugnahme auf 3 und unter fortgesetzter Bezugnahme
auf 2 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel
die äußere Stromschiene 202 (oder
der äußere Leiter)
elektrisch leitend und dazu ausgebildet, ein Spannungspotential
(beispielsweise über
den Anschluss 203) aufzunehmen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel
ist die äußere Stromschiene 202 derart
ausgebildet, dass sie mit einem positiven Spannungspotential gekoppelt
werden kann (beispielsweise mit einem positiven Anschluss der Energiequelle 102 gekoppelt
werden kann). Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
weist die äußere Stromschiene 202 einen
ersten Abschnitt 212 mit einem im Allgemeinen L-förmigen Querschnitt
in Längsrichtung
(beispielsweise entlang der x-y-Ebene)
auf, welcher einen ersten ebenen Abschnitt 216 beinhaltet, der
mit einem zweiten ebenen Abschnitt 218 gekoppelt ist. In
einer Ausführungsform
ist zur Aufnahme einer Spannung der Anschluss 203 integral
mit dem ersten ebenen Abschnitt 216 ausgebildet und/oder mit
diesem gekoppelt, wie gezeigt. Die äußere Stromschiene 202 weist
auch einen zweiten Abschnitt 214 mit einem im Allgemeinen
L-förmigen Querschnitt
in einer seitlichen Richtung (beispielsweise entlang der x-z-Ebene)
auf, welcher einen dritten ebenen Abschnitt 220 beinhaltet,
der mit einem vierten ebenen Abschnitt 222 gekoppelt ist.
Es soll verstanden werden, dass sich ein ebener Abschnitt, wie hier
benutzt, auf ein Bauteil oder einen Abschnitt bezieht, welcher im
Wesentlichen eben und mit einer gewissen Dicke ausgebildet ist (beispielsweise
kann ein ebener Abschnitt dreidimensional sein). Darüber hinaus
ist das gezeigte Ausführungsbeispiel
lediglich eine bevorzugte Ausführungsform,
und in der Praxis können
die Stromschienenabschnitte unterschiedlichste Formen und Größen aufweisen,
und sie müssen
nicht eben sein. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
ist der vierte ebene Abschnitt 222 derart ausgebildet,
dass er mit einem oder mehreren Kondensatorelementen 208 gekoppelt
werden kann, wie weiter unten genauer beschrieben ist.
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Gemäß dem in
den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
sind der zweite ebene Abschnitt 218 und der vierte ebene
Abschnitt 222 im Wesentlichen parallel zueinander (beispielsweise sind
beide im Wesentlichen parallel zu der y-z-Ebene), und im Wesentlichen senkrecht
zu dem dritten ebenen Abschnitt 220 (beispielsweise ist
der dritte ebene Abschnitt 220 im Wesentlichen parallel
zu der x-y-Ebene). In Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
kann der erste ebene Abschnitt 216 im Wesentlichen senkrecht
zu dem zweiten ebenen Abschnitt 218 (beispielsweise im
Wesentlichen parallel zu der x-z-Ebene) sein. In einer beispielhaften
Ausführungsform
ist die äußere Stromschiene 202 durch Fügen, physikalisches
Koppeln oder anderweitiges Integrieren der ebenen Abschnitte 216, 218, 220, 222 als
ein durchgängiger
Körper
ausgebildet. In Übereinstimmung
mit einem beispielhaften Herstellungsprozess wird die äußere Stromschiene 202 aus
einem einzigen Kupferblech oder einer einzigen Kupferplatte geformt.
Es sollte verstanden werden, dass, obwohl die Abschnitte 216, 218, 220, 222 der äußeren Stromschiene 202 derart
gezeigt sind, dass sie sich in etwa rechten Winkeln schneiden, die
Schnittwinkel in der Praxis in Abhängigkeit von der Form und Größe des Kondensatorelements 208 und
von dem erforderlichen Formfaktor der Kondensatorbaugruppe 200 variieren
können.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
ist die innere Stromschiene 204 oder der innere Leiter elektrisch
leitend und zur Aufnahme eines Spannungspotentials (beispielsweise über den
Anschluss 205) ausgebildet. In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel
ist die innere Stromschiene 204 derart ausgebildet, dass
sie mit einem negativen Spannungspotential gekoppelt werden kann
(beispielsweise mit einem negativen Anschluss der Energiequelle 102 gekoppelt
werden kann). Die innere Stromschiene 204 weist einen Abschnitt 224 mit
einem im Allgemeinen L-förmigen
Querschnitt in Längsrichtung
(beispielsweise entlang der x-y-Ebene) auf, welcher einen fünften ebenen
Abschnitt 226 beinhaltet, der mit einem sechsten ebenen
Abschnitt 228 gekoppelt ist. In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel
ist zur Aufnahme einer Spannung der Anschluss 205 mit dem
fünften
ebenen Abschnitt 226 integral ausgebildet und/oder mit
diesem gekoppelt, wie gezeigt.
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Der
fünfte
ebene Abschnitt 226 und der sechste ebene Abschnitt 228 sind
nach dem Zusammenbau an dem ersten Abschnitt 212 der äußeren Stromschiene 202 ausgerichtet.
In einer solchen Ausführungsform
ist der fünfte
ebene Abschnitt 226 im Wesentlichen parallel zu dem ersten
ebenen Abschnitt 216, und der sechste ebene Abschnitt 228 ist im
Wesentlichen parallel zu dem zweiten ebenen Abschnitt 218.
Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
ist die innere Stromschiene 204 durch Fügen, physikalisches Koppeln,
oder anderweitiges Integrieren der ebenen Abschnitte 226 und 228 als
ein durchgängiger
Körper
ausgebildet. In Übereinstimmung
mit einem beispielhaften Herstellungsprozess wird die innere Stromschiene 204 aus
einem einzigen Kupferblech oder einer einzigen Kupferplatte geformt.
Es sollte verstanden werden, dass, obwohl die Abschnitte 226, 228 der
inneren Stromschiene 204 derart gezeigt sind, dass sie
sich in einem etwa rechten Winkel (beispielsweise im Wesentlichen
senkrecht) schneiden, dass der Schnittwinkel in der Praxis in Abhängigkeit
von der Form und Größe des Kondensatorelements 208 und
von dem erforderlichen Formfaktor der Kondensatorbaugruppe 200 variieren kann.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 2 und 3 sind in
einer beispielhaften Ausführungsform die
innere Stromschiene 204 und die äußere Stromschiene 202 in
der Weise im Allgemeinen aneinander angepasst und physikalisch miteinander
so gekoppelt, dass sie einen inneren Bereich 210 festlegen.
In einem Ausführungsbeispiel
ist das nichtleitende Material 206 (in 3 nicht
gezeigt) als eine dünne
Folie oder ein Film aus Polyethylennaphthalat ausgebildet, welche
auf ihren äußeren Oberflächen mit
einem Klebemittel überzogen
ist. Die Stromschienen 202, 204 können dadurch
verbunden oder aneinander befestigt werden, dass das nichtleitende
Material 206 zwischen ihnen angeordnet wird und die Stromschienen 202, 204 zusammengepresst
werden. In diesem Zusammenhang können
die jeweiligen Stromschienen 202, 204 ausgeschnittene
Bereiche 230 aufweisen (und das nichtleitende Material 206 kann
entsprechende ausgeschnittene Bereiche aufweisen), beispielsweise,
um zu ermöglichen,
dass Anschlüsse 203, 205 der
anderen Stromschiene 202, 204 durch die jeweilige
Stromschiene 202, 204 hindurchragen oder anderweitig
von der jeweiligen Stromschiene 202, 204 elektrisch
isoliert sind.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
ist das Kondensatorelement 208 ein auf einer Oberfläche anbringbarer
Kondensator, welcher einen Körper 232 mit
Oberflächenanschlüssen 234, 236 auf
gegenüberliegenden
Seiten des Körpers 232 aufweist.
Ein erster Oberflächenanschluss 234 ist
zur Aufnahme eines positiven Spannungspotentials ausgebildet, und
ein zweiter Oberflächenanschluss 236 ist
zur Aufnahme eines negativen Spannungspotentials ausgebildet. Der
erste Oberflächenanschluss 234 kann
mit der äußeren Stromschiene 202 (beispielsweise
mit dem vierten ebenen Abschnitt 222) gekoppelt sein, und
der zweite Oberflächenanschluss 236 kann
mit der inneren Stromschiene 204 (beispielsweise mit dem
sechsten ebenen Abschnitt 228) gekoppelt sein, derart,
dass das Kondensatorelement 208 in dem inneren Bereich 210 angeordnet
ist. Zum Beispiel können
die Stromschienen 202, 204 an den zugehörigen ebenen
Abschnitten 222, 228 zum Anlöten des Kondensatorelements 208 an
die Stromschienen 202, 204 einen oder mehrere
fingerförmige Bereiche 238 beinhalten.
Wie gezeigt, sind die fingerförmigen
Bereiche 238 Vorsprünge,
welche in dem leitenden Material der Stromschiene durch das Ausschneiden
des umgebenden Materials gebildet sind, und welche für ein Anlöten in geeigneter
Weise dimensioniert sind. Ein Strom fließt durch die fingerförmigen Bereiche 238 in
einer Richtung weg von der Lücke
im leitenden Material (beispielsweise weg von der Lötverbindung
und durch den Leiter), wie der Fachmann verstehen wird. Die äußere Stromschiene 202 kann
ausgeschnittene Bereiche 230 beinhalten, welche an den
fingerförmigen
Bereichen 238 der inneren Stromschiene 204 ausgerichtet
sind, um einen Zugang für
das Anlöten
zu ermöglichen
und um eine elektrische Isolierung bereitzustellen, wie der Fachmann
erkennen wird. In Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
sind die fingerförmigen
Bereiche 238 derart ausgerichtet, dass sie den Strom fluss in
einer bestimmten Richtung erleichtern, wie weiter unten genauer
beschrieben wird.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
ist, nun bezugnehmend auf 3, 4 und 5,
und unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2, die Kondensatorbaugruppe 200 derart
ausgebildet, dass sie die Induktivität der Stromschienen 202, 204 dadurch reduziert,
dass der Abstand zwischen Bauteilen, welche entgegengesetzte Ströme führen, vermindert
ist (beispielsweise durch das Reduzieren von a in der Gleichung L
= klab ), und dadurch, dass die Überlappung
von Bauteilen mit entgegengesetzten Strömen maximiert ist (beispielsweise
durch das Erhöhen
von b in der Gleichung L = klab ). Es sollte verstanden werden,
dass, obwohl ein Strom hier als in erster Linie in einer bestimmten
Richtung fließend
beschrieben werden kann, Strom sich in Wirklichkeit nicht gleichförmig durch
eine Einrichtung, ein Bauteil, oder einen Leiter bewegt. In dieser
Hinsicht wird ein Strom überall
in der Einrichtung, dem Bauteil, oder dem Leiter ungleichmäßig verteilt
sein, fließt
aber im Allgemeinen oder überwiegend
in der angezeigten Richtung.
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Zum
Beispiel kann, unter Verwendung der Anordnung, wie sie weiter oben
im Zusammenhang mit den 2 und 3 beschrieben
wurde, und unter der Annahme, dass die äußere Stromschiene 202 mit
einer positiven Spannung und die innere Stromschiene 204 mit
einer negativen Spannung gekoppelt sind, ein Strom durch den Körper 232 des
Kondensatorelements 208 in einer im Allgemeinen positiven Richtung
längs der
x-Achse fließen.
Die Kondensatorbaugruppe 200 ist derart ausgebildet, dass
der Strom durch einen Teil der äußeren Stromschiene 202,
beispielsweise durch den dritten ebenen Abschnitt 220,
in einer im Allgemeinen negativen Richtung längs der x-Achse und dem Körper 232 benachbart
fließt,
wodurch die Induktivität
des dritten ebenen Abschnitts 220 reduziert wird. In einer
derartigen Anordnung fließt
der Strom durch den vierten ebenen Abschnitt 222 in einer
im Allgemeinen negativen Richtung entlang der z-Achse. In Übereinstimmung mit
einem Ausführungsbeispiel
sind die fingerförmigen
Bereiche 238 derart ausgerichtet, dass sie den Stromfluss
in der negativen Richtung längs
der z-Achse erleichtern, wie in 3 gezeigt.
Als ein Ergebnis dieser Anordnung fließt demgemäß der Strom durch den zweiten
ebenen Abschnitt 218 in einer im Allgemeinen positiven
Richtung längs
der y-Achse, und fließt
der Strom durch den ersten ebenen Abschnitt 216 in einer
im Allgemeinen positiven Richtung längs der x-Achse und von der äußeren Stromschiene 202 über den
Anschluss 203.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
ist die innere Stromschiene 204 derart ausgebildet, dass
ein Strom durch einen Teil der inneren Stromschiene 204 in
einer Richtung, welche einem Stromfluss durch einen entsprechenden
Teil der äußeren Stromschiene 202 entgegengesetzt
ist, verläuft.
Zum Beispiel ist die Kondensatorbaugruppe 200 derart ausgebildet,
dass ein Strom über
den Anschluss 205 in die innere Stromschiene 204 und
durch den fünften ebenen
Abschnitt 226 in einer im Allgemeinen negativen Richtung
längs der
x-Achse fließt.
In Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
kann der fünfte
ebene Abschnitt 226 auch dem Körper 232 benachbart
sein, wobei der Strom durch den fünften ebenen Abschnitt 226 in
einer Richtung, welche einem Strom durch das Kondensatorelement 208 entgegengesetzt
ist, verläuft.
Dementsprechend fließt ein
Strom durch den sechsten ebenen Abschnitt 228 in einer
im Allgemeinen negativen Richtung entlang der y-Achse, welche der
Richtung des Stroms durch den zweiten ebenen Abschnitt 218 entgegengesetzt ist.
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Unter
Bezugnahme auf 6 können in Abhängigkeit von der Ausführungsform
eine oder mehrere Kondensatorbaugrup pen 600, 610 verwendet werden,
um eine benötigte
Kapazität
zu erzielen und/oder um unterschiedlichsten räumlichen Einschränkungen
oder Formfaktoren gerecht zu werden. In einer beispielhaften Ausführungsform
sind die Kondensatorbaugruppen 600, 610 in Bezug
aufeinander um 180° gedreht,
um eine größere Überlappung
entgegengesetzter Ströme
zu erreichen und den trennenden Abstand zu minimieren. Zum Beispiel
sind die Kondensatorbaugruppen 600, 610, wie gezeigt,
derart angeordnet, dass die Kondensatorbaugruppen 600, 610 aneinander
angrenzen, und dass der Strom durch die benachbarten ebenen Abschnitte
in entgegengesetzten Richtungen verläuft. Obwohl dies in der 6 nicht
gezeigt ist, kann in einem praktischen Ausführungsbeispiel ein nichtleitendes
Material die Kondensatorbaugruppen 600, 610 trennen.
Es sollte erkannt werden, dass jede Anzahl von Kondensatorbaugruppen
verwendet und in einer derartigen abwechselnden Anordnung, oder Äquivalenten
hiervon, angeordnet werden kann, um eine erwünschte Kapazität oder einen
erwünschten
Formfaktor zu erreichen, während
die Gesamtinduktivität, welche
durch die Stromschienen 202, 204 erzeugt wird,
reduziert wird.
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Ein
Vorteil der vorbeschriebenen Systeme und Gerätschaften besteht darin, dass
die Stromschieneninduktivität
reduziert wird, was bei einem Einsatz in Schaltanwendungen, wie
etwa mit einem PWM-Inverter-Leistungsmodul, die induzierte Spannung
(beispielsweise eine Spannungsspitze) vermindert. Durch das Reduzieren
der induzierten Spannung wird die elektrische Belastung der elektrischen Einrichtungen
oder Bauteile in dem System, welche durch unerwünschte Spannungsspitzen hervorgerufen
wird, vermindert. Im Falle eines Inverters beispielsweise hilft
das Vermindern der Induktivität
(und dadurch der beim Schaltvorgang induzierten Spannung) sicherzustellen,
dass die Nennspannung der Schalter innerhalb des Inverters durch
Spannungsspitzen nicht überschritten
wird, und verbessert daher die Zuverlässigkeit des gesamten Systems.
Darüber hinaus
können
Einrichtungen zur Verbindung von Kondensatoren mehrteilig konstruiert
und skalierbar sein, um unterschiedlichste Kapazitätswerte und
Größen zu erzielen,
und dadurch den Kapazitätserfordernissen
und Formfaktorbedingungen einer Vielzahl elektrischer Systeme zu
entsprechen. Andere Ausführungsformen
können
das vorbeschriebene System und Verfahren in verschiedenen Arten
von Automobilen, verschiedenen Fahrzeugen (beispielsweise Wasserfahrzeugen
und Luftfahrzeugen), oder in gänzlich
unterschiedlichen elektrischen Systemen nutzen, da es in jeder Situation,
in der eine Leitungsverbindung niedriger Induktivität erwünscht ist,
verwirklicht werden kann.
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Während in
der vorstehenden detaillierten Beschreibung zumindest eine beispielhafte
Ausführungsform
vorgestellt wurde, sollte erkannt werden, dass eine sehr große Anzahl
an Variationen existiert. Es sollte auch verstanden werden, dass
das Ausführungsbeispiel
oder die Ausführungsbeispiele,
welche hier beschrieben sind, nicht dazu bestimmt sind, den Umfang,
die Anwendbarkeit, oder die Konfiguration des beanspruchten Gegenstandes
in irgendeiner Weise zu beschränken.
Stattdessen wird die vorstehende detaillierte Beschreibung dem Fachmann
eine zweckmäßige Anleitung
zur Umsetzung des beschriebenen Ausführungsbeispiels oder der beschriebenen
Ausführungsbeispiele
sein. Es versteht sich, dass in Funktion und Anordnung der Elemente unterschiedlichste
Veränderungen
vorgenommen werden können,
ohne den durch die Ansprüche
definierten Umfang, welcher bekannte Äquivalente und zum Zeitpunkt
der Einreichung dieser Patentanmeldung vorhersehbare Äquivalente
einschließt,
zu verlassen.