DE212022000243U1

DE212022000243U1 - Kondensatoranordnung

Info

Publication number: DE212022000243U1
Application number: DE212022000243.1U
Authority: DE
Original assignee: Cornell Dubilier LLC
Current assignee: Cornell Dubilier LLC
Priority date: 2021-07-08
Filing date: 2022-05-17
Publication date: 2024-04-16
Anticipated expiration: 2032-05-18
Also published as: US20230016672A1; EP4367695A1; WO2023282978A1

Abstract

Kondensatoranordnung, umfassend:
eine Vielzahl von Kondensatorelemente, die jeweils eine erste Endoberfläche und eine zweite Endoberfläche aufweisen, die einen ersten Polaritätsanschluss bzw. einen zweiten Polaritätsanschluss definieren;
wobei die Vielzahl von Kondensatorelementen in wenigstens einem gestapelten Paar angeordnet ist, wobei ein erster Polaritätsanschluss eines ersten Kondensatorelements in jedem gestapelten Paar einem ersten Polaritätsanschluss eines zweiten Kondensatorelements in einem solchen gestapelten Paar gegenüberliegt;
ein Gehäuse, in dem die Vielzahl von Kondensatorelementen untergebracht ist; und
eine erste Polungssammelschiene und eine zweite Polungssammelschiene, die elektrisch mit der Vielzahl von Kondensatorelementen verbunden sind.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH
Diese Anmeldung basiert auf der und beansprucht die Priorität der Provisional- US-Anmeldung Nr. 63/219,704 , eingereicht am 8. Juli 2021, und der US-Patentanmeldung Nr. 17/745,334 , eingereicht am 16. Mai 2022, die durch Bezugnahme für alle Zwecke hierin vollständig enthalten sind.
GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Kondensatoranordnungen, die eine Vielzahl von Kondensatorelementen aufweisen. Insbesondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine solche Kondensatoranordnung, die glatte und gut verhaltene Impedanz und ESR oberhalb seiner Eigenresonanzfrequenz aufweist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist oft wünschenswert, den ESR (äquivalenten Serienwiderstand, „equivalent series resistance“) einer Kondensatoranordnung zu reduzieren, die aus mehreren Kondensatorelementen besteht, die von einer Busstruktur gespeist werden. Zum Beispiel besteht der übliche Ansatz für das Layout einer kapazitiven Busstruktur in Hochfrequenzanwendungen darin, die Anschlüsse zu zwei parallelen Leiterplatten zu bringen, die durch ein dünnes Dielektrikum getrennt sind. Um die höchste Leistung und den höchsten Wechselstrom bei hohen Frequenzen zu bewältigen, werden die Kondensatorelemente üblicherweise mit einem niedrigen ESR-Wert ausgelegt und jeweils so mit den gemeinsamen Hauptplatten verbunden, dass sie eine möglichst geringe Serieninduktivität aufweisen.
Einem Beispiel für den konventionellen Ansatz zufolge kann jedes Element mit breiten Lamellen verbunden sein, die eine minimale Fläche umschließen. Nach einem anderen Beispiel des konventionellen Ansatzes kann jedes Element mit einem Anschluss direkt an eine der Hauptfolien angeschlossen werden, während der andere Anschluss durch eine umschließende Folienumhüllung um den Rest des Elements herum verbunden ist und die andere Hauptfolie berührt.
Eine andere herkömmliche Strategie für das Bus-Layout besteht darin, Elemente mit niedriger Kapazität möglichst nahe an den Anschlüssen der Struktur anzuordnen, wo der Hauptwechselstrom in die Busstruktur eintritt, und die Elemente mit hoher Kapazität weiter entfernt zu platzieren. Das Ziel einer solchen Anordnung ist es, den Eingangsanschlüssen einen sequentiellen Bereich von Impedanzen gegenüber der Frequenz zu präsentieren.
Während diese konventionellen Strategien sich in einigen Anwendungen als allgemein wirksam erwiesen haben, stellen andere Anwendungen besondere Herausforderungen dar, die die konventionellen Strategien weniger wirksam machen. So muss beispielsweise ein Leistungsfilterkondensator, der in Ladestationen für Elektrofahrzeuge verwendet wird, hochfrequente Brummströme bei erheblichen Stromstärken aushalten. In einer bekannten Anwendung kann eine Kondensatoreinheit mit 300 µF und 1000 VDC erforderlich sein, um 50-100 Ampere Rippelstrom in einem Spektralbereich von 50 bis 600 kHz zu bewältigen. Eine Kondensatoranordnung, die solche Parameter erfüllt, wird unweigerlich die Eigenresonanzfrequenz durchlaufen. Infolgedessen könnten überzählige Resonanzen und zirkulierende Ströme eine übermäßige Erwärmung verursachen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung berücksichtigt die vorgenannten und andere Überlegungen zu Konstruktionen und Techniken des Standes der Technik.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Kondensatoranordnung mit einer Vielzahl von Kondensatorelementen (beispielsweise zwei oder mehr Kondensatorelemente), die jeweils eine erste Endoberfläche und eine zweite Endoberfläche aufweisen, die einen ersten Polaritätsanschluss bzw. einen zweiten Polaritätsanschluss definieren. Die Vielzahl von Kondensatorelementen ist in wenigstens einem gestapelten Paar angeordnet, wobei ein erster Polaritätsanschluss eines ersten Kondensatorelements in jedem gestapelten Paar einem ersten Polaritätsanschluss eines zweiten Kondensatorelements in einem solchen gestapelten Paar gegenüberliegt. Die Vielzahl der Kondensatorelemente in diesem Aspekt sind in einem Gehäuse untergebracht. Eine erste Polungssammelschiene und eine zweite Polungssammelschiene sind elektrisch mit der Vielzahl von Kondensatorelementen verbunden (beispielsweise so, dass die Kondensatorelemente parallel geschaltet sind). In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kondensatoranordnung eine Gesamtkapazität aufweisen, die in einen Bereich von 50 µF bis 5000 µF, 100 µF bis 1000 µF oder 200 µF bis 500 µF fällt.
Gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen sind ein erstes gestapeltes Paar von Kondensatorelementen und ein zweites gestapeltes Paar von Kondensatorelementen entlang einer Achse ausgerichtet, wobei die Sammelschienen neben einer Zwischenposition angeordnet sind, an der das erste gestapelte Paar und das zweite gestapelte Paar einander benachbart sind. Vorzugsweise erstrecken sich die Leiter, die die Kondensatorelemente und die Sammelschienen miteinander verbinden, seitlich von der Zwischenposition zu den Sammelschienen. Eine erste leitende Abschirmung kann zumindest einen Teil einer Seitenoberfläche jedes Kondensatorelements abdecken, wobei die erste leitende Abschirmung elektrisch mit dem ersten Polaritätsanschluss verbunden ist. Eine zweite leitende Abschirmung kann wenigstens einen Teil der Seitenoberfläche jedes Kondensatorelements abdecken, wobei die zweite leitende Abschirmung elektrisch mit dem zweiten Polaritätsanschluss verbunden ist. Die erste leitende Abschirmung und die zweite leitende Abschirmung können sich überlappen. Darüber hinaus können die erste leitende Abschirmung und die zweite leitende Abschirmung einen ringförmigen Hauptabschnitt aufweisen, von dem sich wenigstens eine orthogonale Lamelle erstreckt, wobei die orthogonale Lamelle an einer zugehörigen der ersten Endoberfläche und der zweiten Endoberfläche angeklebt ist. Zum Beispiel kann die wenigstens eine orthogonale Lamelle eine Vielzahl von voneinander beabstandeten orthogonalen Lamellen umfassen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Kondensatoranordnung vor, die eine Vielzahl von Kondensatorelementen umfasst, die jeweils eine erste Endoberfläche und eine zweite Endoberfläche aufweisen, die einen ersten Polaritätsanschluss bzw. einen zweiten Polaritätsanschluss definieren. Ein Gehäuse, in dem die Vielzahl von Kondensatorelementen enthalten sind, ist ebenfalls vorgesehen. Eine erste Polungssammelschiene und eine zweite Polungssammelschiene sind elektrisch mit der Vielzahl der Kondensatorelemente verbunden. Ein erstes gestapeltes Paar von Kondensatorelementen und ein zweites gestapeltes Paar von Kondensatorelementen sind entlang einer Achse ausgerichtet, wobei sich die Sammelschienen neben einer Zwischenposition befinden, an der das erste gestapelte Paar und das zweite gestapelte Paar einander benachbart sind. Darüber hinaus können sich Leiter, die die Kondensatorelemente und die Sammelschienen miteinander verbinden, seitlich von der Zwischenposition zu den Sammelschienen erstrecken.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Kondensatoranordnung vor, die eine Vielzahl von Kondensatorelementen umfasst, die in wenigstens einem gestapelten Paar angeordnet sind, wobei jedes der Kondensatorelemente eine erste Endoberfläche und eine zweite Endoberfläche aufweist, die einen ersten Polaritätsanschluss bzw. einen zweiten Polaritätsanschluss definieren. Eine jeweilige erste leitende Abschirmung bedeckt wenigstens einen Teil einer Seitenoberfläche jedes Kondensatorelements, wobei die erste leitende Abschirmung elektrisch mit dem ersten Polaritätsanschluss verbunden ist. Eine jeweilige zweite leitende Abschirmung bedeckt wenigstens einen Teil der Seitenoberfläche jedes Kondensatorelements, wobei die zweite leitende Abschirmung elektrisch mit dem zweiten Polaritätsanschluss verbunden ist. Eine erste Polungssammelschiene und eine zweite Polungssammelschiene sind elektrisch mit der Mehrzahl der Kondensatorelemente verbunden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Kondensatorelement mit einer ersten Polaritätsplatte und einer zweiten Polaritätsplatte vor, die auf einer metallisierten Folie angeordnet sind, die eine ringförmige Struktur aufweist. Ein erster Polaritätsanschluss befindet sich an einem ersten Ende der ringförmigen Struktur, wobei der erste Polaritätsanschluss elektrisch mit der ersten Polaritätsplatte verbunden ist. Ein zweiter Polaritätsanschluss befindet sich an einem zweiten Ende des ringförmigen Aufbaus, wobei der zweite Polaritätsanschluss elektrisch mit der zweiten Polaritätsplatte verbunden ist. Eine erste leitende Abschirmung bedeckt wenigstens einen Teil einer Seitenoberfläche der ringförmigen Struktur, wobei die erste leitende Abschirmung elektrisch mit dem ersten Polaritätsanschluss verbunden ist. Eine zweite leitende Abschirmung bedeckt ebenfalls wenigstens einen Teil der Seitenoberfläche der ringförmigen Struktur, wobei die zweite leitende Abschirmung elektrisch mit dem zweiten Polaritätsanschluss verbunden ist. Die erste leitende Abschirmung und die zweite leitende Abschirmung weisen jeweils einen Hauptabschnitt auf, von dem sich wenigstens eine orthogonale Lamelle erstreckt, wobei die orthogonale Lamelle an einem zugehörigen Anschluss des ersten Polaritätsanschlusses und des zweiten Polaritätsanschlusses angeklebt ist.
Die beigefügten Zeichnungen, die Bestandteil dieser Beschreibung sind, veranschaulichen eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine vollständige und befähigende Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsform, die sich an einen Fachmann richtet, ist in der Beschreibung dargelegt, die auf die beigefügten Zeichnungen verweist, in denen:

1 ist eine schematische Darstellung einer Kondensatoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte schematische Ansicht eines Teils eines der Kondensatorelemente der Kondensatoranordnung von 1, wobei ein Teil davon weiter vergrößert ist, um zusätzliche Details zu zeigen.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Kondensatoranordnung, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
In 4 ist ein Behälter der Kondensatoranordnung aus 3 dargestellt.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die Kondensatorelemente der Kondensatoranordnung von 3 zeigt.
6 zeigt leitende Abschirmungen zur Verwendung in der Kondensatoranordnung von 3.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die Kondensatorelemente der Kondensatoranordnung von 3 zeigt, die mit Sammelschienen verbunden sind.
8 ist eine vergrößerte schematische Ansicht ähnlich wie in 2 eines Teils eines Kondensatorelements einer alternativen Ausführungsform.
9 ist ein Diagramm, das Impedanz- und ESR-Kurven für eine beispielhafte Ausführungsform zeigt.

Die wiederholte Verwendung von Bezugszeichen in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen soll gleiche oder analoge Merkmale oder Elemente der Erfindung darstellen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun ausführlich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Jedes Beispiel dient der Erläuterung der Erfindung und stellt keine Einschränkung der Erfindung dar. In der Tat wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang oder Geist der Erfindung abzuweichen. So können beispielsweise Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben sind, in einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch weitere Ausführungsform zu ergeben. Es ist daher beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Variationen umfasst, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente fallen.
1 zeigt eine Kondensatoranordnung 10, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Kondensatoranordnung 10 umfasst eine Vielzahl von Kondensatorelementen 12 innerhalb eines geeigneten Gehäuses 14 enthalten. In diesem Fall sind vier solcher Kondensatorelemente 12 vorgesehen, die auch mit C1-C4 bezeichnet sind. Kondensatorelemente 12 können parallel geschaltet werden, wie gezeigt, so dass die Gesamtkapazität der Kondensatoranordnung 10 ist die Summe der einzelnen Kondensatorelemente 12.
Jedes der Kondensatorelemente 12 weist einen ersten Polaritätsanschluss und einen zweiten Polaritätsanschluss (mit „+“ und „-“ beschriftet) auf, die über ein Paar Sammelschienen 16 und 18, die sich außerhalb des Gehäuses 14 erstrecken, mit einer externen Schaltung verbunden sind. Ein oder mehrere Paare von Kondensatorelementen 12 sind vorzugsweise so gestapelt, dass einer der gleichen Anschlüsse jedes Kondensatorelements in dem Paar einander gegenüberliegt. Wie dargestellt, sind beispielsweise die jeweiligen + Anschlüsse 20 der Kondensatorelemente C1 und C2 benachbart und einander gegenüberliegend. In ähnlicher Weise sind die jeweiligen + Anschlüsse 20 der Kondensatorelemente C3 und C4 benachbart und einander gegenüberliegend. Die jeweiligen - Anschlüsse 22 bilden daher die Endflächen eines jeden Stapels. Während die dargestellte Ausführungsform zwei gestapelte Paare von Kondensatorelementen aufweist, sind auch andere Ausführungsformen denkbar, die ein gestapeltes Paar oder wenigstens drei gestapelte Paare aufweisen.
Anhand von 2 lassen sich bestimmte zusätzliche Details der Kondensatorelemente 12 am einfachsten erläutern. In dieser Ausführungsform weisen die Kondensatorelemente 12 jeweils eine ringförmige Struktur (ähnlich der Form eines Hockey-Pucks) auf, die aus gewickelten metallisierten Platten gebildet wird. Die Kondensatorplatten werden aus zwei dielektrischen Platten gebildet, die auf einer Seite eine Metallisierung der ersten Polarität bzw. der zweiten Polarität aufweisen. Die Metallisierung erstreckt sich bis zu einer Kante des Blechs, so dass sich die Metallisierung der ersten Polarität 24 bis zum ersten Polaritätsanschluss 20 und die Metallisierung der zweiten Polarität 26 bis zum zweiten Polaritätsanschluss 22 erstreckt. Die Metallisierung 28 wird dann an den Enden der puckartigen Struktur angebracht, um alle Polaritätsplatten elektrisch zu verbinden und den jeweiligen Anschluss zu bilden. Die Metallisierung 28 kann beispielsweise in Form von aufgespritztem Zink auf die Enden der puckartigen Struktur aufgebracht werden. Vorzugsweise weist jedes der Kondensatorelemente 12 eine Höhe H auf, die kleiner ist als sein Durchmesser (oder seine Breite im Falle eines rechteckigen Kondensatorelements).
Die Sammelschienen 16 und 18 sind mit den internen Leitern 30 und 32 (1) der jeweiligen Kondensatorelemente verbunden. Wie dargestellt, erstrecken sich die Leiter 30 und 32 vorzugsweise zwischen den gestapelten Paaren C1-C2 und C3-C4, so dass eine räumliche 3D-Symmetrie des Stromflusses in und aus den Kondensatorpaaren gegeben ist. Vorteilhafterweise wird die Verbindung zwischen den inneren Leitern 30 und 32 und den jeweiligen Anschlüssen 20 und 22 durch leitende Abschirmungen 34 und 36 hergestellt, die sich auf jedem der Kondensatorelemente 12 befinden. Die Abschirmungen 34 und 36 erstrecken sich vorzugsweise ringförmig um die Seiten der Kondensatorelemente 12, so dass sie sich vorzugsweise überlappen (in 2 mit 38 bezeichnet). Dadurch ist die Seite der puckartigen Struktur jedes Kondensatorelements 12 vollständig abgeschirmt. In diesem Fall ist zwischen den Abschirmungen 34 und 36 ein plattenförmiger Isolator 40 angeordnet, um Kurzschlüsse zu verhindern. Die Abschirmungen 34 und 36 umfassen geeignete Strukturen, wie beispielsweise Lamellen 42, die den ringförmigen Teil der Abschirmungen 34 und 36 mit den Anschlüssen 20 und 22 verbinden. Vorzugsweise sind die Lamellen 42 in geeigneter Weise und leitend mit den Anschlüssen der Kondensatorelemente 12 verbunden, beispielsweise durch Löten.
Wie aus den 3 und 4 hervorgeht, umfasst das Gehäuse 14 in dieser Ausführungsform einen offenen Behälter mit einem Innenvolumen 44, in dem die Kondensatorelemente enthalten sind. Die Sammelschienen 16 und 18 sitzen in einem kleinen seitlichen Abschnitt 46, der sich vom Innenvolumen 44 des Gehäuses 14 in der Mitte seiner Länge erstreckt. Die Sammelschienen 16 und 18 können beispielsweise als L-förmige Kupferelemente gebildet werden, die Rücken an Rücken zueinander ausgerichtet sind. Zwischen den benachbarten Abschnitten der Sammelschienen 16 und 18 ist ein plattenförmiger Isolator 47 angeordnet, um Kurzschlüsse zu verhindern. Die „Oberseiten“ der Sammelschienen 16 können, wie dargestellt, eine oder mehrere Öffnungen für den Anschluss externer Schaltungen aufweisen. Wie bei 48 angegeben, kann eine Vergussmasse, wie beispielsweise ein geeignetes Epoxid, den Rest des Innenvolumens 44 des Behälters ausfüllen, der nicht von Kondensatorelementen 12 und den anderen internen Komponenten der Kondensatoranordnung 10 belegt ist.
In vielen Ausführungsformen kann das Innenvolumen 44 nicht mehr als 2,5 Liter, beispielsweise etwa 2,0 Liter, betragen. Zu diesem Zweck kann das Gehäuse 14 zum Beispiel Abmessungen von nicht mehr als 10 Zoll mal 4 Zoll mal 2,75 Zoll aufweisen (ohne den seitlichen Teil 46). Die rechteckige Form definiert eine Achse A, entlang der die gestapelten Paare von Kondensatorelementen nebeneinander angeordnet sind. Wie zu sehen ist, befinden sich die Sammelschienen 16 und 18 in diesem Fall neben einem Mittelpunkt der Achse A, wo ein erstes gestapeltes Paar und ein zweites gestapeltes Paar aneinandergrenzen. Die Leiter zwischen den Kondensatorelementen und den Sammelschienen erstrecken sich seitlich von der Achse A bis zu den Sammelschienen und verleihen der Gesamtkonfiguration ein hohes Maß an Symmetrie.
Während das Gehäuse in der dargestellten Ausführungsform ein starres Gehäuse umfasst, ist der Begriff „Gehäuse“, wie er hier verwendet wird, nicht auf ein Gehäuse beschränkt, das einen kastenförmigen Behälter umfasst. Beispielsweise können die gestapelten Kondensatorelemente in einem Epoxid oder einem anderen zähflüssigen Material eingeschlossen sein, das anschließend gehärtet wird. Alternativ können die gestapelten Kondensatorelemente mit einer isolierenden Schrumpfhülle ummantelt werden. Diese und ähnliche Alternativen sind ebenfalls Gehäuse.
5 zeigt Kondensatorelemente 12, die außerhalb des Gehäuses 14 gestapelt sind, wobei ihre + Anschlüsse 20 wie oben beschrieben zueinander ausgerichtet sind. Wie ebenfalls leicht zu erkennen ist, sind die Lamellen 42 der Abschirmungen 36 auf die Metallisierung des Anschlusses 22 geklebt. In ähnlicher Weise sind die Lamellen 42 der Abschirmungen 34 an die Metallisierung des Anschlusses 20 geklebt.
Wie in 6 gezeigt, können die Abschirmungen 34 und 36 aus dünnem Blech, wie beispielsweise Kupfer, hergestellt werden, das zugeschnitten und in die gewünschte Form gebracht wird. Der ringförmige Hauptabschnitt 50 der Abschirmungen 34 und 36 wird um die puckartige Struktur eines jeweiligen Kondensatorelements 12 gewickelt und gehalten, bis die Lamellen 42 angeklebt sind. Wie dargestellt, sind in dieser Ausführungsform mehrere Lamellen 42 im Abstand voneinander um den ringförmigen Hauptabschnitt 50 der Abschirmungen 34 und 36 angeordnet. Die Lamellen 42 erstrecken sich orthogonal zur Befestigung an den Endanschlüssen der Kondensatorelemente. Die Abschirmungen 34 und 36 umfassen in dieser Ausführungsform außerdem Verlängerungen 52, aus denen die Leiter 30 und 32 gebildet werden.
7 zeigt auch Komponenten der Kondensatoranordnung 10 außerhalb des Gehäuses 14, die jedoch mit den Sammelschienen 16 und 18 verbunden sind. Es wird deutlich, dass diese Komponenten gut in das Innenvolumen 44 des Gehäuses 14 passen und somit ein kompaktes „Paket“ für die gesamte Kondensatoranordnung 10 bilden (beispielsweise 2,5 Liter oder weniger, wie oben erwähnt). Zwischen den Verlängerungen 52 der Abschirmungen 34 und 36 ist eine Isolierfolie vorgesehen, um Kurzschlüsse zu verhindern.
8 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der eine leitende Abschirmung 134 einen ringförmigen Hauptabschnitt 150 aufweist, der im Wesentlichen die gesamte Seite der puckartigen Struktur eines Kondensatorelements 12 bedeckt. Wie bei der vorherigen Ausführungsform umfasst die Abschirmung 134 geeignete Strukturen, wie beispielsweise Lamellen 142, die den ringförmigen Hauptabschnitt 150 mit den Endanschlüssen 20 oder 22 verbinden. Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform sind die Lamellen 142 in geeigneter Weise leitend mit den Anschlüssen des Kondensatorelements 12 verbunden, beispielsweise durch Löten. Die Verlängerung 152 stellt die elektrische Verbindung zu der jeweiligen Sammelschiene 16 oder 18 her.
Ein zweiter Leiter 236 weist eine oder mehrere Lamellen 242 auf, die mit dem anderen Anschluss des Kondensatorelements 12 verbunden sind, sowie eine Verlängerung 252 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit der jeweiligen Sammelschiene 16 oder 18. Zwischen den Verlängerungen 152 und 252 ist ein plattenförmiger Isolator 240 angeordnet, um Kurzschlüsse zu verhindern.
Während die verschiedenen Abschirmungen der Kondensatoranordnung wie oben beschrieben aus leitfähiger Folie gebildet werden können, sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die Abschirmungen auf andere Weise gebildet werden, wie beispielsweise durch eine Endbeschichtung der Wicklungen mit Zink (oder einer anderen Legierung).
Beispiel

Es wurde eine Kondensatoranordnung 10 hergestellt, die vier Wickelfolienkondensatorelemente mit 88 µF aufweist, die so miteinander verbunden sind, dass sich eine Gesamtkapazität von 355 µF ergibt. Die Schichtdicke der Wickelfolie betrug 4,8 µm. Die Nennspannung des Kondensators lag bei wenigstens 1000 VDC. Der Kondensator wurde über ein breites Frequenzspektrum auf ESR und Impedanz getestet. Die Ergebnisse sind wie folgt:

			Durchlauf #1		Durchlauf #2
F (kHz)	Arms	A²rms	ESR (mΩ)	P(W)	ESR (mΩ)	P(W)
50	30	900	0.593	0.534	0.623	0.560
100	20	400	0.724	0.290	0.742	0.297
120	20	400	0.776	0.310	0.801	0.320
200	60	3600	0.967	3.479	0.992	3.571
220	20	400	1.037	0.415	1.049	0.420
320	40	1600	1.224	1.958	1.233	1.973
420	40	1600	1.445	2.312	1.452	2.323
540	10	100	2.049	0.205	2.047	0.205
	ΣIrms² = 8100		ΣP (W) = 9.5		ΣP (W) = 9.67
Irms Total = 90		C(µF), 1 kHz =	354.6		354.6
		F_RES (kHz)	116		118
		ESL (nH)	5.3		5.1

Es wird deutlich, dass die Verlustleistung über das gewünschte Frequenzspektrum sehr gering ist und nur eine geringe Erwärmung entsteht, obwohl die Eigenresonanzfrequenz in dieses Spektrum fällt. Wie in 9 zu sehen ist, sind auch die Impedanz- und ESR-Kurven sehr glatt.
Kondensatoren gemäß der vorliegenden Erfindung erreichen wünschenswerterweise Eingangsimpedanzwerte unter 15 mΩ und ESR unter 1,8 mΩ über ein Frequenzspektrum von 50 kHz bis 500 kHz (oder mehr) für Kapazitäten in einem Bereich von 200 µF bis 400 µF, trotz der unvermeidlichen Induktivität und ESR, die von den Sammelschienen beigetragen werden. Diese Ergebnisse hängen mit der symmetrischen Anordnung der Kondensatorelemente und der Abschirmung, wie oben beschrieben, zusammen. Darüber hinaus wird angenommen, dass die Abschirmung durch die Folie die Wärmeableitung verbessert und den Wärmewiderstand verringert.
Die vorliegende Erfindung stellt also eine neuartige Kondensatoranordnung bereit. Während also eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung oben beschrieben wurden, sollte es so verstanden werden, dass alle gleichwertigen Realisierungen der vorliegenden Erfindung im Rahmen und Geist davon umfasst sind. Die dargestellten Ausführungsformen sind nur beispielhaft dargestellt und nicht als Beschränkung der vorliegenden Erfindung gedacht. Darüber hinaus sollte dem Fachmann klar sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist, da Änderungen vorgenommen werden können. Daher wird davon ausgegangen, dass die vorliegende Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Anwendungsbereich und den Geist der Erfindung fallen können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 63219704 [0001]
US 17745334 [0001]

Claims

Kondensatoranordnung, umfassend: eine Vielzahl von Kondensatorelemente, die jeweils eine erste Endoberfläche und eine zweite Endoberfläche aufweisen, die einen ersten Polaritätsanschluss bzw. einen zweiten Polaritätsanschluss definieren; wobei die Vielzahl von Kondensatorelementen in wenigstens einem gestapelten Paar angeordnet ist, wobei ein erster Polaritätsanschluss eines ersten Kondensatorelements in jedem gestapelten Paar einem ersten Polaritätsanschluss eines zweiten Kondensatorelements in einem solchen gestapelten Paar gegenüberliegt; ein Gehäuse, in dem die Vielzahl von Kondensatorelementen untergebracht ist; und eine erste Polungssammelschiene und eine zweite Polungssammelschiene, die elektrisch mit der Vielzahl von Kondensatorelementen verbunden sind.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 1, wobei ein erstes gestapeltes Paar der Kondensatorelemente und ein zweites gestapeltes Paar der Kondensatorelemente entlang einer Achse ausgerichtet sind, wobei die Sammelschienen neben einer Zwischenposition angeordnet sind, an der das erste gestapelte Paar und das zweite gestapelte Paar einander benachbart sind.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 2, wobei sich Leiter, die die Kondensatorelemente und die Sammelschienen miteinander verbinden, seitlich von der Zwischenposition zu den Sammelschienen erstrecken.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 3, des Weiteren umfassend eine erste leitende Abschirmung, die wenigstens einen Teil einer Seitenoberfläche jedes Kondensatorelements bedeckt, wobei die erste leitende Abschirmung elektrisch mit dem ersten Polaritätsanschluss verbunden ist.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 4, des Weiteren umfassend eine zweite leitende Abschirmung, die wenigstens einen Teil der Seitenoberfläche jedes Kondensatorelements bedeckt, wobei die zweite leitende Abschirmung elektrisch mit dem zweiten Polaritätsanschluss verbunden ist.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 5, wobei sich die erste leitende Abschirmung und die zweite leitende Abschirmung überlappen.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 6, wobei die erste leitende Abschirmung und die zweite leitende Abschirmung einen ringförmigen Hauptabschnitt aufweisen, von dem sich wenigstens eine orthogonale Lamelle erstreckt, wobei die orthogonale Lamelle an einer zugehörigen Endoberfläche, entweder der ersten oder der zweiten Endoberfläche, angeklebt ist.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 7, wobei die wenigstens eine orthogonale Lamelle eine Vielzahl von beabstandeten orthogonalen Lamellen umfasst.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Kondensatorelemente vier der Kondensatorelemente umfasst.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 9, wobei jedes der Vielzahl von Kondensatorelementen eine ringförmige Konfiguration aufweist, die aus einer gewickelten metallisierten Folie gebildet ist.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Kondensatorelemente parallel geschaltet sind.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Kondensatoranordnung eine Gesamtkapazität aufweist, die in einen Bereich von 50 µF bis 5000 µF fällt.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 12, wobei die Kondensatoranordnung eine Gesamtkapazität aufweist, die in einen Bereich von 100 µF bis 1000 µF fällt.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 13, wobei die Kondensatoranordnung eine Gesamtkapazität aufweist, die in einen Bereich von 200 µF bis 500 µF fällt.
Kondensatoranordnung, umfassend: eine Vielzahl von Kondensatorelementen, die eine erste Endoberfläche und eine zweite Endoberfläche aufweisen, die einen ersten Polaritätsanschluss bzw. einen zweiten Polaritätsanschluss definieren; ein Gehäuse, in dem die Vielzahl von Kondensatorelementen enthalten ist; eine erste Polungssammelschiene und eine zweite Polungssammelschiene, die elektrisch mit der Vielzahl der Kondensatorelemente verbunden sind; und ein erstes gestapeltes Paar der Kondensatorelemente und ein zweites gestapeltes Paar der Kondensatorelemente, die entlang einer Achse ausgerichtet sind, wobei die Sammelschienen neben einer Zwischenposition angeordnet sind, an der das erste gestapelte Paar und das zweite gestapelte Paar einander benachbart sind, wobei Leiter, die die Kondensatorelemente und die Sammelschienen miteinander verbinden, sich seitlich von der Zwischenposition zu den Sammelschienen erstrecken.
Kondensatoranordnung, umfassend: eine Vielzahl von Kondensatorelementen, die in wenigstens einem gestapelten Paar angeordnet sind, wobei jedes der Kondensatorelemente eine erste Endoberfläche und eine zweite Endoberfläche aufweist, die einen ersten Polaritätsanschluss bzw. einen zweiten Polaritätsanschluss definieren; eine erste leitende Abschirmung, die wenigstens einen Teil einer Seitenoberfläche jedes Kondensatorelements bedeckt, wobei die erste leitende Abschirmung elektrisch mit dem ersten Polaritätsanschluss verbunden ist; eine zweite leitende Abschirmung, die zumindest einen Teil der Seitenoberfläche jedes Kondensatorelements abdeckt, wobei die zweite leitende Abschirmung elektrisch mit dem zweiten Polaritätsanschluss verbunden ist; und eine erste Polungssammelschiene und eine zweite Polungssammelschiene, wobei die Sammelschienen elektrisch mit der Vielzahl der Kondensatorelemente verbunden sind.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 16, wobei sich die erste leitende Abschirmung und die zweite leitende Abschirmung überlappen.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 17, wobei die erste leitende Abschirmung und die zweite leitende Abschirmung einen Hauptabschnitt aufweisen, von dem sich wenigstens eine orthogonale Lamelle erstreckt, wobei die orthogonale Lamelle an einer zugehörigen Endoberfläche der ersten Endoberfläche oder der zweiten Endoberfläche angeklebt ist.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 18, wobei die wenigstens eine orthogonale Lamelle eine Vielzahl von beabstandeten orthogonalen Lamellen umfasst.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 17, wobei die Vielzahl der Kondensatorelemente vier der Kondensatorelemente umfasst, die in zwei der gestapelten Paare angeordnet sind.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 17, wobei jedes der mehreren Kondensatorelemente eine ringförmige Konfiguration aufweist, die aus einer gewickelten metallisierten Folie gebildet ist.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 16, wobei die Vielzahl der Kondensatorelemente parallel geschaltet ist.
Kondensatorelement, umfassend: eine erste Polaritätsplatte und eine zweite Polaritätsplatte, die sich auf einem metallisierten Film befinden, der so gewickelt ist, dass er eine ringförmige Struktur aufweist; einen ersten Polaritätsanschluss, der sich an einem ersten Ende der ringförmigen Struktur befindet, wobei der erste Polaritätsanschluss elektrisch mit der ersten Polaritätsplatte verbunden ist; einen zweiten Polaritätsanschluss, der sich an einem zweiten Ende der ringförmigen Struktur befindet, wobei der zweite Polaritätsanschluss elektrisch mit der zweiten Polaritätsplatte verbunden ist; eine erste leitende Abschirmung, die wenigstens einen Teil einer Seitenoberfläche der ringförmigen Struktur bedeckt, wobei die erste leitende Abschirmung elektrisch mit dem ersten Polaritätsanschluss verbunden ist; eine zweite leitende Abschirmung, die zumindest einen Teil der Seitenoberfläche der ringförmigen Struktur abdeckt, wobei die zweite leitende Abschirmung elektrisch mit dem zweiten Polaritätsanschluss verbunden ist; und wobei die erste leitende Abschirmung und die zweite leitende Abschirmung jeweils einen Hauptabschnitt aufweisen, von dem sich wenigstens eine orthogonale Lamelle erstreckt, wobei die orthogonale Lamelle an einen zugehörigen Polaritätsanschluss oder den zweiten Polaritätsanschluss geklebt ist.
Kondensatorelement nach Anspruch 23, wobei die wenigstens eine orthogonale Lamelle eine Vielzahl von beabstandeten orthogonalen Lamellen umfasst.