WO2021018672A1 - Kondensatorgehäuse und zwischenkreiskondensator mit einem derartigen gehäuse - Google Patents

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WO2021018672A1
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capacitor
capacitor housing
housing
busbars
collar
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PCT/EP2020/070575
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Katja Stengert
Martin Berkmann
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Jheeco E-Drive Ag
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    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/38—Multiple capacitors, i.e. structural combinations of fixed capacitors

Definitions

  • the invention relates to a capacitor housing for electrical circuits, in particular for intermediate circuit capacitors that are used in power converters.
  • DC link capacitors have the task of smoothing voltage peaks that occur. For this purpose, they are connected in parallel between positive and negative busbars or positive and negative battery poles.
  • Power modules are used in power converters for converting direct to three-phase alternating current. These are advantageously also connected positively and negatively to the intermediate circuit, in this case the intermediate circuit capacitor. As a result, the following connections must be provided for an intermediate circuit capacitor: 2 battery connections and 3 connections per power module.
  • CN 104934223 shows an exemplary capacitor for an electric vehicle, in which battery and power module connections are arranged on the same (open) side of the capacitor housing.
  • Busbars and power modules can be arranged on opposite sides of the capacitor housing. The problem arises of providing electrical connections on different sides of the capacitor housing.
  • busbars are led out from the side open to the housing and around the housing in order to provide a second connection there, see e.g. EP3210219 (BYD 2017).
  • EP3210219 BYD 2017
  • detours cause an increased inductance.
  • JP2015088633A (Nichicon 2013) by forming a projection in a capacitor housing on which a contacting lug is contacted via a screw and nut.
  • the disadvantage is that the capacitor housing must be accessible from above for this purpose. Furthermore, the capacitor housing is only sealed after the contact has been screwed in, ie the capacitor housing can only be encapsulated with a resin afterwards (as is usual for capacitors).
  • the object of the present invention is to overcome or at least minimize the disadvantages of the prior art. In particular, a capacitor housing is sought that allows the local separation of electrical connections and a clean filling with resin.
  • the present invention provides a capacitor housing according to claim 1 for this purpose.
  • it is a capacitor housing for electrical circuits, in particular for intermediate circuit capacitors of converter circuits, the capacitor housing having a closed collar into which the busbars protrude.
  • the collar has pairs of through openings on the top and bottom for the passage of a sleeve part. In each case, an upper and a lower sleeve part contact one of the busbars as a connection device and clamp them between the end faces of the sleeve parts.
  • the closed collar of the capacitor housing has the advantage of catching a resin filled into the housing and preventing the resin from leaking out. As a result, no additional steps or precautionary or hygienic measures have to be carried out when manufacturing a capacitor with such a housing in order to ensure a clean or dirt-free environment and manufacture. This saves costs and reduces errors in, for example, electrical contacts and the installation of the capacitor in the housing.
  • a contact connection can be provided at an almost freely selected position of the capacitor housing, in particular of the collar. This is due, for example, to the power rails, which are inserted into the collar or protrude and do not have to meet any special structural requirements.
  • the sleeve parts can serve both as a contact connection, as a fastening means for the busbars and / or as a sealing element against a resin filled into the housing.
  • capacitors are arranged in the capacitor case, which are electrically connected to the bus bars, and the case with the capacitors is filled with resin.
  • This embodiment relates to a preferred use or application of the housing.
  • the upper and lower sleeve parts of a connection device are not in direct contact with one another and are each in the Through-opening held in place by pressing or press fit.
  • the corresponding parts such as sleeve parts and through opening, are simple in construction and easy to manufacture.
  • the fastening of the sleeve parts in the openings does not require any additional fastening means.
  • the upper and lower sleeve parts of a connection device are shaped as plug-in sleeves and pressed into one another by means of elastic deformation.
  • This design of the sleeve parts allows easy fastening together.
  • a part of one (e.g. upper) sleeve part, such as a hollow cylinder bar, can be inserted into the other (e.g. lower) sleeve part and fastened by means of a form fit.
  • the busbars can have through-openings which are arranged coaxially to the through-openings of the collar. This enables additional or alternative connections from a battery / lead to the housing, e.g. in the form of a screw / nut connection.
  • the through-openings of the busbars are preferably designed such that the upper and / or upper sleeve part can be pushed through and / or screwed therein.
  • This can be realized, for example, by a corresponding shape or a correspondingly large diameter of the opening opposite the sleeve part.
  • the opening can have an internal thread into which the sleeve part can be screwed.
  • busbars are arranged one above the other and each have a feed-through opening in which one of the sleeve parts that attaches or clamps another busbar is or can be arranged.
  • the lead-through opening should enable the sleeve part to come into direct contact with the other busbar and thus clamp it with the help of the other sleeve part.
  • the sleeve parts for external connections are preferably formed as a plug contact or as a screw contact with an internal thread.
  • screws could be screwed into the internal thread and fastened and used as a connection to a battery / lead.
  • connections with bayonet locks are possible, for example, which can be inserted and fixed in the sleeve part.
  • the sleeve parts advantageously have sealing devices, in particular in the form of washers or sealing rings, on a flange part.
  • the capacitor housing, in particular the collar, is preferably made in one piece and made of plastic. This simplifies manufacture and reduces costs.
  • the present invention also provides an intermediate circuit capacitor with a capacitor housing according to the invention, in which one or more capacitors and one or more busbars are arranged and fastened.
  • one or more insulation plates for electrical insulation are arranged between the busbars.
  • the busbars located in the capacitor housing are separated from one another by insulation inserts (insulation plates) or a corresponding coating.
  • a portion of a busbar preferably closes an open side of the capacitor housing and has through openings for filling a resin into the capacitor housing.
  • the sleeve parts can also be electrically conductive; i.e. that the entire sleeve part is made of metal, for example, or only a part of the sleeve part which is at least electrically connected to the clamped-in busbar.
  • the end face and the inner circumference of the sleeve parts could be equipped with an electrically conductive coating.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a capacitor housing according to a preferred exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a further perspective view of the capacitor housing
  • FIG. 3 shows an exploded view of the capacitor housing from FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of the capacitor housing from FIG. 1;
  • FIG. 4A shows an enlarged detail from the cross-sectional view of FIG. 4, which represents a collar of the capacitor housing according to the invention;
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a further collar of the capacitor housing according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 6 shows a circuit diagram of a DC / AC converter with a capacitor circuit and a converter circuit for one phase.
  • a capacitor for a 3-level converter with three phases i.e. three power modules
  • a capacitor housing 1 according to the invention being used.
  • the capacitor winding 14 are connected to two logical capacitors C1 and C2 connected in series (see FIG. 6).
  • a corresponding circuit diagram for a phase / power module is shown in FIG.
  • the busbars and the capacitor winding are shown schematically in the figures and can vary in their shape / structure and position / arrangement depending on the connection and / or arrangement concept.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a capacitor housing 1 according to a preferred exemplary embodiment of the invention.
  • the housing is preferably cuboid and in one piece and has a collar 2 in which two (or more) connection devices 10 are arranged.
  • the collar forms a qua der-shaped extension of one side of the capacitor housing 1.
  • the upper side 7 of the collar is designed to be flush or even with the upper side of the housing 1.
  • the two connection devices 10 serve as connections for the plus and minus lines, for example an external battery (not shown). Both connection devices 10 are each formed by an upper sleeve part 10 and a lower sleeve part 11 (not visible).
  • Both sleeve parts 10 and 11 extend through an opening on the top 7 and on the underside of the collar 2 into the interior of the collar and each clamp a power rail (not visible) between them.
  • a positive, a neutral (or intermediate voltage) and a negative contact tab 22, 23, 24 are each formed three times.
  • the contact lugs 22, 23, 24 extend parallel to and spaced from one another and lie on a plane that is parallel to the top of the Capacitor housing 1 is arranged.
  • a triplet of contact lugs 22, 23, 24 forms the connection for a power module or a converter of one phase. All three triplets can thus supply one converter each, which means that a 3-phase alternating current can be generated.
  • two mounting devices are formed, each of which has a through hole and can be fastened to a frame or to another housing by means of a screw.
  • FIG. 2 shows a further perspective view of the capacitor housing 1 from FIG. 1.
  • the side surface of the capacitor housing 1 opposite the collar 2, below the three triplets of contact lugs 22, 23, 24, is open and covered by a section 19 of an intermediate voltage busbar 20 (connection N).
  • the section 19 is flat, rectangular and perpendicular to the inside of the walls of the capacitor housing 1.
  • a plurality of through holes 21 is formed in section 19 in order to be able to pour resin into the interior of the capacitor housing 1.
  • FIG. 3 shows an exploded view of the capacitor housing 1 from FIG.
  • the through openings 5 have the same diameter and can preferably have an annular web on the upper side 7.
  • eight Kon capacitors 14 or capacitor winding and a positive busbar 3, a ne negative busbar 4 and an intermediate voltage rail 20 are arranged.
  • the capacitors are arranged in two rows. In each row, the corresponding four capacitors 14 are electrically connected to one another in parallel. While the capacitors 14 of one row are connected with their positive pole (bottom) to the intermediate voltage rail 20, the capacitors 14 of the other row are connected to the intermediate voltage rail 20 with their negative pole (bottom).
  • the top or positive pole of a capacitor row 14 is in turn connected to the positive busbar 3 and the top or negative pole of the other Kon capacitor series 14 with the negative busbar 4.
  • the positive and negative busbars 3 and 4 are preferably arranged one above the other, in particular special within the collar 2. Both busbars 3, 4 each have a through opening 15, 16 and a through opening 25, 26.
  • the busbars 3, 4 by means of a coating and / or insulation plates or - layers (not shown) electrically isolated from one another.
  • the through openings 25 and 26 are designed such that in the case of electrically conductive sleeve parts 10, 11, these are electrically insulated from the corresponding busbars 3, 4. This can be done in that the lead-through openings 25, 26 have a diameter that is large enough to allow a voltage flashover (especially when the resin is filled in) between the sleeve part 10, 11 and the busbar
  • lead-through openings 25, 26 can have an insulation coating or ring which covers the inner wall of the opening and its upper and lower edge.
  • One connection device from the upper and lower sleeve parts 10, 11 clamps the positive busbar 3 and the other connection device clamps the negative busbar 4 within the collar 2. Since the corresponding busbar 3, 4 between the end faces 12 (not visible) and 13 of the sleeve parts 10, 11 are clamped.
  • the sleeve parts 10, 11 of one connection device and the through openings 5 and 6 and the through opening 15 of the positive busbar 3 and the feedthrough opening 26 of the negative busbar 4 have a common axis.
  • connection device and the through openings 5 and 6 and the through opening 16 of the negative busbar 4 and the feed-through opening 25 of the positive busbar 3, which have a common axis. Both axes are arranged parallel to one another and are equidistant from the edge of the respective rail 3, 4 or the collar.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of the capacitor housing 1 from FIG. 1 with the capacitors 14 arranged therein in two rows, the corresponding busbars 3, 4 and 20 as well as the collar 2 and the sleeve parts 10 and 11.
  • FIG. 4A shows an enlarged detail from the cross-sectional view of the figure
  • the positive busbar 3 a first insulation plate 17, the negative busbar 4 and a second insulation plate 18 are arranged in parallel and one above the other.
  • the top and the bottom of the collar 2 each have a through opening 5, 6, in which the upper and lower sleeve part 10, 11 is inserted.
  • the upper and lower sleeve parts 10, 11 are each formed with a flange-shaped head, a cylindrical body and a straight through hole from the head to the opposite end of the body.
  • the sleeve parts 10, 11 are pressed or screwed into the corresponding opening 5, 6 and practice with their respective end faces 12, 13 a holding force (frictional connection) on the corresponding busbar 3, 4.
  • the sleeve parts 10, 11 are designed and / or inserted in such a way that the contact surfaces with the through opening 5, 6 and the busbar 3, 4 are tight and prevent the resin from leaking out.
  • the sleeve parts can alternatively have a blind hole for a plug and in particular be electrically conductive.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view which shows a further collar 2 of the capacitor housing 1 according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • the sleeve parts 10 and 11 differ from those from FIG. 4A.
  • the upper sleeve part 10 has a hollow cylinder web 27 as an extension at the end or on the end face 13, which extends through the through opening 15 and is inserted into the lower sleeve part 11. This results in a form fit between the upper sleeve part 10, in particular its web 27, and the lower sleeve part 11, in particular the inner wall of its through-hole.
  • the through opening 15 and the inner diameter of the through hole (at least partially or in sections) of the lower sleeve part 11 is comparatively larger.
  • FIG. 6 shows a circuit diagram of a DC / AC converter with a capacitor circuit 28 and a converter circuit 29 for one phase.
  • the capacitor circuit 28 can, for. B. are formed according to Fig. 1 with Kon capacitors and busbars.
  • three converter circuit 29 can be connected via the three triplet connections or contact lugs, as described in FIG. 1.
  • the capacitor circuit 28 has a positive and a negative direct current connection z. B. to a battery and on the right side three connections. Two of these are connected electrically to the two DC connections; the third connection forms the intermediate voltage or connection N.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kondensatorgehäuse (1) für elektrische Stromkreise. Um einen sauberen Zusammenbau und anschließendes Ausfüllen mit Harz zu gewährleisten, weist das Kondensatorgehäuse (1) einen geschlossenen Kragen (2) auf, in den Stromschienen (3, 4) hineinragen. Der Kragen (2) weist paarweise Durchgangsöffnungen (5, 6) auf Ober- und Unterseite (7, 8) für den Durchgang jeweils eines Hülsenteils (10, 11) auf, wobei jeweils ein oberes und unteres Hülsenteil (10, 11) als Anschlusseinrichtung (9) je eine der Stromschienen (3, 4) kontaktieren und diese zwischen den Stirnflächen (12, 13) der Hülsenteile verklemmen. Ebenso bezieht sich die Erfindung auf einen Zwischenkreiskondensator mit einem derartigen Gehäuse.

Description

Kondensatorgehäuse und Zwischenkreiskondensator mit einem derartigen Gehäuse
Die Erfindung betrifft ein Kondensatorgehäuse für elektrische Stromkreise, insbeson dere für Zwischenkreiskondensatoren, die in Leistungsumrichtern zur Anwendung kommen.
Zwischenkreiskondensatoren haben die Aufgabe, auftretende Spannungsspitzen zu glätten. Sie sind hierzu parallel zwischen positiver und negativer Stromschiene bzw. positivem und negativem Batteriepol geschalten.
In Leistungsumrichtern zur Konvertierung von Gleich- in dreiphasigen Wechselstrom finden Leistungsmodule (Stromschalter für hohe Ströme auf Halbleiterbasis) Einsatz. Diese werden vorteilhaft ebenso mit dem Zwischenkreis, in diesem Fall dem Zwi schenkreiskondensator, positiv wie negativ verbunden. Demzufolge sind für einen Zwischenkreiskondensator folgende Anschlüsse bereitzustellen: 2 Batteriean schlüsse sowie 3 Anschlüsse je Leistungsmodul.
CN 104934223 (Wuxi 2015) zeigt einen beispielhaften Kondensator für ein elektri sches Fahrzeug, bei welchem Batterie- und Leistungsmodul-Anschlüsse auf dersel ben (offenen) Seite des Kondensatorgehäuses angeordnet sind.
Stromschienen und Leistungsmodule können auf gegenüberliegenden Seiten des Kondensatorgehäuses angeordnet sein. Es stellt sich das Problem, elektrische An schlüsse an verschiedenen Seiten des Kondensatorgehäuses bereit zu stellen.
Im Stand der Technik wird dies beispielsweise dadurch gelöst, das Stromschienen von der gehäuseoffenen Seite heraus und um das Gehäuse herumgeführt werden, um dort einen zweiten Anschluss bereitzustellen, siehe z.B. EP3210219 (BYD 2017). Die Herstellung solcher Busbars ist aufwendig. Gleichzeitig bewirken derartige Umwege eine erhöhte Induktivität.
Einen anderen Ansatz wählt die JP2015088633A (Nichicon 2013) durch Ausbildung eines Vorsprungs in einem Kondensatorgehäuse, auf welchem eine Kontaktierungs fahne über Schraube und Mutter kontaktiert wird. Nachteilig ist, dass das Kondensa torgehäuse hierzu von oben zugänglich sein muss. Weiterhin ist das Kondensatorge häuse erst nach Verschraubung des Kontakts dicht, d.h. das Kondensatorgehäuse kann erst im Anschluss mit einem Harz vergossen werden (wie für Kondensatoren üblich). Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden oder zumindest zu minimieren. Es wird insbesondere ein Kondensatorge häuse gesucht, das die örtliche Trennung elektrischer Anschlüsse sowie ein sauberes Auffüllen mit Harz erlaubt.
Die vorliegende Erfindung stellt hierzu ein Kondensatorgehäuse nach Anspruch 1 bereit. Im Detail handelt es sich um ein Kondensatorgehäuse für elektrische Stromkreise, insbesondere für Zwischenkreiskondensatoren von Umrichterschaltungen, wobei das Kondensatorgehäuse einen geschlossenen Kragen aufweist, in den Stromschienen hineinragen. Der Kragen weist paarweise Durchgangsöffnungen auf Ober- und Unterseite für den Durchgang jeweils eines Hülsenteils auf. Jeweils ein oberes und unteres Hülsenteil kontaktieren als Anschlusseinrich tung je eine der Stromschienen und verklemmen diese zwischen den Stirnflächen der Hüls enteile.
Der geschlossene Kragen des Kondensatorgehäuses hat den Vorteil, ein in das Gehäuse ein gefülltes Harz aufzufangen und ein Auslaufen des Harzes zu verhindern. Dadurch müssen bei der Herstellung eines Kondensators mit einem derartigen Gehäuse keine zusätzlichen Schritte oder Vorsichts- bzw. Hygienemaßnahmen durchgeführt werden, um eine saubere bzw. schmutzfreie Umgebung und Anfertigung zu gewährleisten. Dies spart Kosten und verringert Fehler bei z.B. elektrischen Kontakten und dem Einbau des Kondensators in das Gehäuse.
Außerdem kann ein Kontaktierungsanschluss an nahezu frei gewählter Position des Konden satorgehäuses, insbesondere des Kragens, bereitgestellt werden. Das liegt z.B. an den Strom schienen, die in den Kragen eingesetzt werden bzw. hineinragen und keine besonderen struk turellen Voraussetzungen erfüllen müssen. Die Hülsenteile können sowohl als Kontaktierungs anschluss, als Befestigungsmittel für die Stromschienen und/oder als Abdichtungselement ge gen ein in das Gehäuse gefülltes Harz dienen.
Außerdem müssen aufgrund der Hülsenteile keine zusätzlichen Halterungen im Kragen oder im Gehäuse für die Stromschienen ausgebildet sein. Dies vereinfacht die Herstellung des Ge häuses und erlaubt eine flexible Gestaltung der einzusetzenden Stromschienen.
Vorzugsweise sind Kondensatoren in dem Kondensatorgehäuse angeordnet, die mit den Stromschienen elektrisch verbunden sind, und das Gehäuse mit den Kondensatoren ist mit Harz aufgefüllt. Diese Ausgestaltungsform bezieht sich auf eine bevorzugte Verwendung bzw. Einsatz des Gehäuses.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung stehen das obere und untere Hülsenteil einer Anschlusseinrichtung nicht unmittelbar miteinander in Kontakt und werden jeweils in der Durchgangsöffnung durch Verpressung oder Presspassung festgehalten. Die entsprechenden Teile, wie Hülsenteile und Durchgangsöffnung, sind einfach aufgebaut und leicht herzustellen. Insbesondere die Befestigung der Hülsenteile in den Öffnungen bedarf keine zusätzlichen Be festigungsmittel.
Alternativ oder zusätzlich sind das obere und untere Hülsenteil einer Anschlusseinrichtung als Steckhülsen ausgeformt und mittels elastischer Verformung ineinander verpresst. Diese Aus gestaltung der Hülsenteile erlaubt ein einfaches miteinander Befestigen. Hierbei kann ein Teil des einen (z.B. oberen) Hülsenteils, wie z.B. ein Hohlzylindersteg, in das andere (z.B. unteren) Hülsenteil eingesetzt und durch Formschluss befestigt werden.
Um längere Kontaktstecker in die Hülsenteile und somit in den Kragen einsetzen zu können, können die Stromschienen Durchgangsöffnungen aufweisen, die koaxial zu den Durchgangs öffnungen des Kragens angeordnet sind. Dadurch sind zusätzliche oder alternative Anschluss verbindungen von einer Batterie/-Ieitung an das Gehäuse, z.B. in Form von einer Schraube/Mutter-Verbindung, möglich.
Vorzugsweise sind die Durchgangsöffnungen der Stromschienen derart ausgebildet sind, dass das obere und/oder obere Hülsenteil durchgesteckt und/oder darin verschraubt werden kann. Dies kann z.B. durch eine entsprechende Form oder einen entsprechend großen Durchmesser der Öffnung gegenüber dem Hülsenteil verwirklicht werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Öffnung ein Innengewinde aufweisen, in das das Hülsenteil hineingeschraubt werden kann.
Ebenso hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Stromschienen übereinander an geordnet sind und jeweils eine Durchführungsöffnung aufweisen, in der eines der Hülsenteile, das eine andere Stromschiene befestigt bzw. einklemmt, angeordnet ist bzw. werden kann. In erster Linie soll die Durchführungsöffnung dem Hülsenteil ermöglichen, in direkten Kontakt mit der anderen Stromschiene zu kommen und diese mit Hilfe des anderen Hülsenteils somit ein zuklemmen.
Vorzugsweise sind die Hülsenteile für externe Anschlüsse als Steckkontakt oder als Schraub kontakt mit Innengewinde ausgeformt. Somit könnten z.B. Schrauben in das Innengewinde hineingedreht und befestigt werden und als Anschluss zu einer Batterie/-Ieitung dienen. Bei den Steckkontakten sind z.B. Anschlüsse mit Bajonettverschlüsse möglich, die in das Hülsent eil eingesetzt und fixiert werden können.
Um den Kragen dicht zu halten, insbesondere beim Eingießen eines Harzes, weisen die Hüls enteile vorteilhafterweise Dichtvorrichtungen, insbesondere in Form von Unterlegscheiben o- der Dichtringen, an einem Flanschteil auf. Das Kondensatorgehäuse, insbesondere der Kragen, ist vorzugsweise einteilig und aus Kunst stoff ausgebildet. Dies vereinfacht die Herstellung und reduziert die Kosten.
Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls einen Zwischenkreiskondensator mit einem erfin dungsgemäßen Kondensatorgehäuse bereit, in dem ein oder mehrere Kondensatoren und ein oder mehrere Stromschienen angeordnet und befestigt sind.
Zusätzlich sind folgende vorteilhaften Merkmale des Kondensatorgehäuses von Bedeutung, die nicht in den Unteransprüchen genannt wurden:
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind zwischen den Stromschienen eine oder mehrere Isolationsplatten zur elektrischen Isolation angeordnet. Die im Kondensatorgehäuse befindlichen Stromschienen sind untereinander durch Isolationseinlagen (Isolationsplatten) o- der entsprechende Beschichtung getrennt.
Vorzugsweise verschließt ein Abschnitt von einer Stromschiene eine offene Seite des Kon densatorgehäuses und weist Durchgangsöffnungen zum Einfüllen eines Harzes in das Kon densatorgehäuse auf.
Ebenso können die Hülsenteile elektrisch leitend sein; d.h. dass das gesamte Hülsenteil z.B. aus Metall ausgebildet ist oder nur ein Teil des Hülsenteils, das zumindest mit der eingeklemm ten Stromschiene elektrisch verbunden ist. Dazu könnten die Stirnfläche und der Innenumfang der Hülsenteile mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung ausgestattet sein.
Die nachfolgend beschriebenen Figuren beziehen sich auf bevorzugte Ausführungs beispiele des erfindungsgemäßen Kombikabels als auch der erfindungsgemäßen Achsantriebseinheit, wobei diese Figuren nicht als Einschränkung, sondern im We sentlichen der Veranschaulichung der Erfindung dienen. Elemente aus unterschiedli chen Figuren, aber mit denselben Bezugszeichen sind identisch; daher ist die Be schreibung eines Elements aus einer Figur für gleichbezeichnete bzw. gleichnumme rierte Elemente aus anderen Figuren auch gültig.
Es zeigen
Figur 1 eine perspektivische Ansicht auf ein Kondensatorgehäuse gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 eine weitere perspektivische Ansicht auf das Kondensatorgehäuse aus
Figur 1 ;
Figur 3 eine Explosionsdarstellung des Kondensatorgehäuses aus Figur 1 ; Figur 4 eine Querschnittsansicht des Kondensatorgehäuses aus Figur 1 ; Figur 4A einen vergrößerten Ausschnitt aus der Querschnittsansicht der Figur 4, der einen Kragen des erfindungsgemäßen Kondensatorgehäuses dar stellt;
Figur 5 eine Querschnittsansicht, die einen weiteren Kragen des Kondensator gehäuses gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt; und
Figur 6 einen Schaltplan eines DC/AC Umrichters mit einer Kondensatorschal tung und einer Umrichterschaltung für eine Phase.
In den Ausführungsbespielen ist ein Kondensator für ein 3-Level-Umrichter mit drei Phasen, d.h. drei Leistungsmodulen, gezeigt, wobei ein erfindungsgemäßes Konden satorgehäuse 1 verwendet wird. Aus diesem Grund sind die Kondensatorwickel 14 zu zwei logischen in Reihe geschalteten Kondensatoren C1 und C2 (siehe Fig. 6) ver schalten. Es erfolgen drei Abgriffe über die drei Stromschienen 3, 4, 20: ein positiver und ein negativer Abgriff sowie ein Abgriff zwischen den zwei logischen Kondensato ren (Anschluss N). Ein entsprechendes Schaltschema für eine Phase / ein Leistungs modul ist in Fig. 6 angegeben. Die Stromschienen und die Kondensatorwickel sind in den Figuren schematisch dargestellt und können je nach Anschluss- und/oder Anord nungskonzept in ihrer Form/Struktur und Position/Anordnung variieren.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht auf ein Kondensatorgehäuse 1 gemäß ei nem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Gehäuse ist vorzugsweise quaderförmig und einteilig ausgebildet und weist einen Kragen 2 auf, in dem zwei (oder mehr) Anschlusseinrichtungen 10 angeordnet sind. Der Kragen bildet einen qua derförmigen Fortsatz einer Seite des Kondensatorgehäuses 1 . Dabei ist die Oberseite 7 des Kragens ist bündig bzw. eben zur Oberseite des Gehäuses 1 ausgebildet. Die beiden Anschlusseinrichtungen 10 dienen als Anschlüsse für die Plus- und Minuslei tung z.B. einer externen Batterie (nicht dargestellt). Beide Anschlusseinrichtungen 10 werden jeweils durch ein oberes Hülsenteil 10 und ein unteres Hülsenteil 1 1 (nicht sichtbar) gebildet. Beide Hülsenteile 10 und 1 1 erstrecken sich durch eine Öffnung an der Oberseite 7 und an der Unterseite des Kragens 2 in das Innere des Kragens und klemmen jeweils eine Stromschiene (nicht sichtbar) zwischen sich ein. Auf der dem Kragen gegenüberliegende Seite des Kondensatorgehäuses 1 sind eine positive, eine neutrale (oder Zwischenspannungs-) und eine negative Kontaktfahne 22, 23, 24, je weils dreimal ausgebildet. Die Kontaktfahnen 22, 23, 24 erstrecken sich parallel und beabstandet zu einander und liegen auf einer Ebene, die parallel zur Oberseite des Kondensatorgehäuses 1 angeordnet ist. Ein Triplet von Kontaktfahnen 22, 23, 24 bil det den Anschluss für ein Leistungsmodul bzw. einen Umrichter einer Phase. Alle drei Triplets können somit jeweils einen Umrichter versorgen, wodurch ein 3-phasiger Wechselstrom erzeugt werden kann. An zwei sich gegenüberliegenden Seitenflächen des Kondensatorgehäuses 1 sind jeweils zwei Montierungsvorrichtung ausgeformt, die jeweils eine Durchgangsbohrung aufweisen und mittels einer Schraube an einem Rahmen oder an einem anderen Gehäuse befestigt werden können.
Figur 2 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht auf das Kondensatorgehäuse 1 aus Figur 1 . Die dem Kragen 2 gegenüberliegende Seitenfläche des Kondensatorgehäu ses 1 , unterhalb der drei Triplets von Kontaktfahnen 22, 23, 24, ist offen und durch einen Abschnitt 19 einer Zwischenspannungsstromschiene 20 (Anschluss N) abge deckt. Der Abschnitt 19 ist flach, rechteckig und senkrecht zu der Innenseite der Wände des Kondensatorgehäuses 1 angeordnet. Zusätzlich ist im Abschnitt 19 eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 21 ausgebildet, um Harz in das Innere des Kon densatorgehäuses 1 gießen zu können.
Figur 3 zeigt eine Explosionsdarstellung des Kondensatorgehäuses 1 aus Figur 1 . Auf der Oberseite 7 des Gehäuses 1 , insbesondere des Kragens 2, sind zwei Durchgangs öffnungen 5 für die oberen Hülsenteile 10 ausgebildet. Die Durchgangsöffnungen 5 haben den gleichen Durchmesser und können vorzugsweise einen ringförmigen Steg auf der Oberseite 7 aufweisen. Innerhalb des Kondensatorgehäuses 1 sind acht Kon densatoren 14 bzw. Kondensatorwickel sowie eine positive Stromschiene 3, eine ne gative Stromschiene 4 und einen Zwischenspannungsschiene 20 angeordnet. Die Kondensatoren sind in zwei Reihen angeordnet. In jeweils einer Reihe sind die ent sprechenden vier Kondensatoren 14 parallel miteinander elektrisch verbunden. Wäh rend die Kondensatoren 14 der einen Reihe mit ihrem Pluspol (Unterseite) mit der Zwischenspannungsschiene 20 verbunden sind, sind die Kondensatoren 14 der an deren Reihe mit ihrem Minuspol (Unterseite) mit der Zwischenspannungsschiene 20 verbunden. Die Oberseite bzw. Pluspol der einen Kondensatorreihe 14 ist wiederum mit der positiven Stromschiene 3 und die Oberseite bzw. Minuspol der anderen Kon densatorreihe 14 mit der negativen Stromschiene 4 verbunden. Die positive und die negative Stromschiene 3 und 4 sind vorzugsweise übereinander angeordnet, insbe sondere innerhalb des Kragens 2. Beide Stromschienen 3, 4 weisen jeweils eine Durchgangsöffnung 15, 16 und eine Durchführungsöffnung 25, 26 auf. Außerdem sind die Stromschienen 3, 4 mittels einer Beschichtung und/oder Isolierungsplatten bzw. - schichten (nicht dargestellt) elektrisch voneinander isoliert. Zusätzlich sind die Durch führungsöffnungen 25 und 26 derart ausgebildet, dass im Fall von elektrisch leitenden Hülsenteilen 10, 1 1 diese von den entsprechenden Stromschienen 3, 4 elektrisch iso liert sind. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Durchführungsöffnungen 25, 26 einen groß genug ausgebildeten Durchmesser aufweisen, der einen Spannungsüberschlag (insbesondere bei eingefülltem Harz) zwischen Hülsenteil 10, 1 1 und Stromschiene
3, 4 verhindert. Zusätzlich oder alternativ können Durchführungsöffnungen 25, 26 eine Isolierungsbeschichtung bzw. -ring aufweisen, der die Innenwand der Öffnung sowie dessen Randober- und -Unterseite abdeckt. Die eine Anschlusseinrichtung aus obe rem und unterem Hülsenteil 10, 1 1 klemmt die positive Stromschiene 3 und die andere Anschlusseinrichtung die negative Stromschiene 4 innerhalb des Kragens 2 ein. Da bei werden die entsprechende Stromschiene 3, 4 zwischen den Stirnflächen 12 (nicht sichtbar) und 13 der Hülsenteile 10, 1 1 eingeklemmt. Vorzugsweise weisen die Hüls enteile 10, 1 1 der einen Anschlusseinrichtung sowie die Durchgangsöffnungen 5 und 6 und die Durchgangsöffnung 15 der positiven Stromschiene 3 und die Durchfüh rungsöffnung 26 der negativen Stromschiene 4 eine gemeinsame Achse auf. Das glei che gilt für die andere Anschlusseinrichtung sowie die Durchgangsöffnungen 5 und 6 und die Durchgangsöffnung 16 der negativen Stromschiene 4 und die Durchführungs öffnung 25 der positiven Stromschiene 3, die eine gemeinsame Achse aufweisen. Beide Achsen sind parallel zueinander angeordnet und zum Rand der jeweiligen Schiene 3, 4 bzw. des Kragens gleichweit beabstandet.
Figur 4 zeigt eine Querschnittsansicht des Kondensatorgehäuses 1 aus Figur 1 mit den darin in zwei Reihen angeordneten Kondensatoren 14, den entsprechenden Stromschienen 3, 4 und 20 sowie dem Kragen 2 und den Hülsenteilen 10 und 1 1.
Figur 4A zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der Querschnittsansicht der Figur
4, der einen Kragen 2 des erfindungsgemäßen Kondensatorgehäuses 1 darstellt. In dem Kragen 2 sind die positive Stromschiene 3, eine erste Isolationsplatte 17, die negative Stromschiene 4 und eine zweite Isolationsplatte 18 parallel und übereinan der angeordnet. Die Oberseite und die Unterseite des Kragens 2 weisen jeweils eine Durchgangsöffnung 5, 6 auf, in der das obere bzw. untere Hülsenteil 10, 1 1 eingesetzt ist. Das obere und untere Hülsenteil 10, 1 1 sind jeweils mit einem flanschförmigen Kopf, einem zylinderförmigen Körper und einer geraden Durchgangsbohrung vom Kopf bis zum gegenüberliegenden Ende des Körpers ausgebildet. Die Hülsenteile 10, 1 1 sind in die entsprechende Öffnung 5, 6 eingepresst oder eingeschraubt und üben mit ihrer jeweiligen Stirnfläche 12, 13 eine Haltekraft (Kraftschluss) auf die entspre chende Stromschiene 3, 4 aus. Dabei sind die Hülsenteile 10, 1 1 derart ausgebildet und/oder eingesetzt, dass die Kontaktflächen mit der Durchgangsöffnung 5, 6 und der Stromschiene 3, 4 dicht sind und ein Auslaufen des Harzes verhindern. Anstelle der Durchgangsbohrung der Hülsenteile 10, 1 1 können die Hülsenteile alternativ ein Sackloch für einen Stecker aufweisen und insbesondere elektrisch leitend sein.
Figur 5 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen weiteren Kragen 2 des Kondensa torgehäuses 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung darstellt. Hierbei unterscheiden sich die Hülsenteile 10 und 1 1 von denen aus Fig. 4A. Das obere Hülsenteil 10 hat am Ende bzw. an der Stirnfläche 13 einen Hohl zylindersteg 27 als Verlängerung, der sich durch die Durchgangsöffnung 15 erstreckt und in das untere Hülsenteil 1 1 eingesetzt ist. Dadurch ergibt sich ein Formschluss zwischen dem oberen Hülsenteil 10, insbesondere dessen Steg 27, und dem unteren Hülsenteil 1 1 , insbesondere der Innenwand dessen Durchgangsbohrung. Bei gleich bleibendem Durchmesser der Durchgangsbohrung des oberen Hülsenteils 10 wie in Fig. 4A, ist die Durchgangsöffnung 15 und der Innendurchmesser der Durchgangs bohrung (zumindest teil- bzw. abschnittsweise) des unteren Hülsenteils 1 1 vergleichs weise größer.
Figur 6 zeigt ein Schaltplan eines DC/AC Umrichters mit einer Kondensatorschaltung 28 und einer Umrichterschaltung 29 für eine Phase. Die Kondensatorschaltung 28 kann durch ein erfindungsgemäßes Kondensatorgehäuse z. B. gemäß Fig. 1 mit Kon densatoren und Stromschienen gebildet werden. Außerdem kann nicht nur eine, son dern drei Umrichterschaltung 29 über die drei Triplet-Anschlüsse bzw. Kontaktfahnen, wie in Fig. 1 beschrieben, angeschlossen werden. Die Kondensatorschaltung 28 hat auf der linken Seite einen positiven und einen negativen Gleichstromanschluss z. B. zu einer Batterie und auf der rechten Seite drei Anschlüsse. Davon sind zwei An schlüsse jeweils mit den beiden Gleichstromanschlüssen elektrischen verbunden; der dritte Anschluss bildet die Zwischenspannung bzw. Anschluss N.
Bezugszeichenliste
1 Kondensatorgehäuse
2 Kragen
3 Stromschiene, positiv
4 Stromschiene, negativ Durchgangsöffnung, auf der Oberseite des Kragens
Durchgangsöffnung, auf der Unterseite des Kragens
Oberseite des Kragens
Unterseite des Kragens
Anschlusseinrichtung
oberes Hülsenteil
unteres Hülsenteil
Stirnfläche des oberen Hülsenteils
Stirnfläche des unteren Hülsenteils
Kondensator
Durchgangsöffnung der positiven Stromschiene
Durchgangsöffnung der negativen Stromschiene
erste Isolationsplatte
zweite Isolationsplatte
Abschnitt der Zwischenspannungsschiene
Stromschiene, Zwischenspannung
Durchgangsöffnungen, bei der Zwischenspannungsstromschiene
Kontaktfahne, positiv
Kontaktfahne, neutral
Kontaktfahne, negativ
Durchführungsöffnung
Durchführungsöffnung
Hohlzylindersteg des oberen Hülsenteils
Kondensatorschaltung
Umrichterschaltung

Claims

Ansprüche
1. Kondensatorgehäuse (1) für elektrische Stromkreise, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensatorgehäuse (1) einen geschlossenen Kragen (2) aufweist, in den Stromschienen (3, 4) hineinragen,
wobei der Kragen (2) paarweise Durchgangsöffnungen (5, 6) auf Ober- und Unter seite (7, 8) für den Durchgang jeweils eines Hülsenteils (10, 11) aufweist, wobei jeweils ein oberes und unteres Hülsenteil (10, 11) als Anschlusseinrichtung (9) je eine der Stromschienen (3, 4) kontaktieren und diese zwischen den Stirnflächen (12, 13) der Hülsenteile verklemmen.
2. Kondensatorgehäuse (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kondensatorgehäuse Kondensatoren (14) angeordnet sind, die mit den
Stromschienen (3, 4) elektrisch verbunden sind, und das Gehäuse (1) mit den Kondensatoren (14) mit Harz aufgefüllt ist.
3. Kondensatorgehäuse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das obere und untere Hülsenteil (10, 11) einer Anschlusseinrichtung (9) nicht unmittelbar miteinander in Kontakt stehen und jeweils in der Durchgangsöffnung (5, 6) durch Verpressung festgehalten werden.
4. Kondensatorgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass das obere und untere Hülsenteil (10, 11) einer
Anschlusseinrichtung (9) als Steckhülsen ausgeformt und mittels elastischer Verformung ineinander verpresst sind.
5. Kondensatorgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Stromschienen (3, 4) Durchgangsöffnungen (15, 16) aufweisen, die koaxial zu den Durchgangsöffnungen (5, 6) des Kragens (2) angeordnet sind.
6. Kondensatorgehäuse (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (15, 16) der Stromschienen (3, 4) derart ausgebildet sind, dass das obere und/oder obere Hülsenteil (10, 11) durchgesteckt und/oder verschraubt werden kann.
7. Kondensatorgehäuse (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschienen (3, 4) übereinander angeordnet sind und jeweils eine Durchführungsöffnung aufweisen, in der eines der die andere Stromschiene kontaktierenden Hülsenteile berührungslos angeordnet ist.
8. Kondensatorgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die Hülsenteile (3, 4) für externe Anschlüsse als
Steckkontakt oder als Schraubkontakt mit Innengewinde ausgeformt sind.
9. Kondensatorgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Hülsenteile (3, 4) Dichtvorrichtungen, insbesondere in Form von Unterlegscheiben oder Dichtringen, an einem Flanschteil aufweisen.
10. Kondensatorgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass das Kondensatorgehäuse (1), insbesondere der Kragen (2), einteilig und aus Kunststoff ausgebildet ist.
11. Zwischenkreiskondensator mit einem Kondensatorgehäuse nach einem der
vorherigen Ansprüche.
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