CN212676110U - 低电感电容器和电容器组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电容器(1)，其具有由金属构成的电容器套杯(2)，具有电容器盖(3)，所述电容器盖这样布置在所述电容器套杯(2)上，使得所述电容器盖防潮密封地封闭所述电容器套杯(2)，所述电容器还具有第一电接头(11)和第二电接头(12)和至少一个柱状的卷绕件(20)，所述卷绕件具有第一卷绕件部件(21)和第二卷绕件部件(22)，其中，所述电容器(1)构造为垂直的圆柱的形式。为了改进所述电容器建议，第一和第二电接头(21、22)布置在电容器(1)的相同的基面(10)上，其中，第一接头(11)相对于电容器套杯(2)是电绝缘的并且第二电接头(12)与电容器套杯(2)导电地连接，其中，第一接头(11)与第一卷绕件部件(21)连接，其中，第二卷绕件部件(22)与电容器套杯(2)电连接。此外，本实用新型涉及一种具有多个这种电容器(1)的电容器组(5)，其中，所述电容器(1)布置在壳体(6)中，其中，所述壳体(6)电绝缘地设计。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电容器，其具有由金属构成的电容器套杯，具有电容器盖，所述电容器盖这样布置在电容器套杯上，使得所述电容器盖防潮密封地封闭所述电容器套杯，所述电容器还具有第一和第二电接头和至少一个柱状的卷绕件，所述卷绕件具有第一卷绕件部件和第二卷绕件部件，其中，所述电容器构造为垂直的圆柱的形式。本实用新型还涉及一种具有多个这种电容器的电容器组。
背景技术
现今的尤其是基于碳化硅(SiC)的功率半导体需要低电感的整流电路。变流器在此例如包括这种功率半导体。变流器的功率密度进一步升高，因此在设计整流电路时应当顾及更高的脉冲电流和有效电流。对于运行必要的中间电路电容器必须变得更低电感、更紧凑并且成本更低廉，以便满足对变流器的要求。需要克服的是更高的损耗功率密度、电流变化、脉冲电流和更高频的电流频谱。
用于高于1kV的直流电压的基于金属化的塑料薄膜的中间电路电容器以棱柱形的构型并且在圆形套杯中提供。棱柱形的构型的特点在于紧凑性并且对于较大电容量而言是成本低廉的解决方案(欧元/焦耳)。
对于快速通断的碳化硅构件，相对较大的自感形成了局限性。紧凑的构型在排出损耗功率时达到了极限。更陡的电流斜坡(Stromflanken)以及由此产生的更高频的电流频谱加剧地作用，所述电流频谱激发由多个电容器元件构成的内部结构产生振荡。由于这些边界条件，可以看出对于中间电路电容器趋于将电容器置于圆形套杯中。多个单独的电容器在外部借助汇流排(母线， Busbar)连接为中间电路。这形成了低电感的中间电路电容器蓄电池。
对于圆形套杯构型典型的是深冲的铝套杯，在深冲的铝套杯中置入一个或者多个也称为卷绕件的薄膜卷绕件。所述薄膜卷绕件相对于壳体是绝缘的并且通过多股铜线或者铜带与两个端子连接。导体在卷绕件芯轴中或者在卷绕件和壳体之间导引。穿过卷绕件芯轴的导体导致了性能上的弊端，因为卷绕件的热点位于所述芯轴中。卷绕件和壳体之间的导体降低了可能的卷绕件尺寸(电容量)并且导致与相邻导体/电容器的相互作用(感应耦合)。
针对在气候方面苛刻的使用条件，以金属盖封闭电容器，端子则穿过所述金属盖绝缘地导引。根据这种构造原理的圆形套杯电容器具有相对高的自感，从而需要多个电容器以便实现低电感的中间电路。这产生了较大的电容器蓄电池，因为每个电容器自身是绝缘的。此外，在卷绕件旁边具有回线的电容器相互感应地影响。
还应当提到的是具有分布的中间电路的解决方案。在此通过较小的电容器直接在汇流排(母线)中补充中心的相对高电感的中间电路电容器。这在功率半导体附近产生了非常低电感的电容，其中，这意味着明显的额外耗费。附加地产生技术上的挑战、例如部分电容相互间的以及与中心电容器的振荡特性。
无壳体的电容器可达到相似的电感值，然而所述电容器不适用于苛刻的环境条件(高湿度)。在电容器集成在导轨(母线)中的解决方案中，如果不附加地冷却所述导轨，则所述解决方案由于高温具有性能上的弊端。此外，所述解决方案是相对昂贵的。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，改进柱状的电容器。
所述技术问题通过电容器解决，所述电容器具有由金属构成的电容器套杯、布置在所述电容器套杯上从而防潮密封地封闭所述电容器套杯的电容器盖、第一和第二电接头和至少一个柱状的卷绕件，所述卷绕件具有第一卷绕卷部分和第二卷绕件部件，其中，所述电容器构造为垂直的圆柱的形式，其中，所述第一和第二电接头布置在电容器的相同的基面上，其中，第一接头相对于电容器套杯电绝缘并且第二电接头与电容器套杯导电地连接，其中，所述第一接头与第一卷绕件部件连接，其中，第二卷绕件部件与电容器套杯电连接。此外，所述技术问题通过具有多个这种电容器的电容器组解决，其中，所述电容器布置在壳体中，其中，所述壳体电绝缘地设计。
本实用新型所基于的认知在于，能够通过以下方式改进电容器，即将电容器套杯用作传导的介质，以便从第二电接头向第二卷绕件部件传递电流。通过接触建立从电容器套杯向第二卷绕件部件的过渡。由此使套杯的电势与第二电接头的电势一致。因此所述电势是不能自由选择的。因此不能持续地将电容器套杯接地。作为传导的连接，所述电容器套杯呈现出特别低电感的连接。此外，所述电容器套杯与导引穿过电容器内部的导体相比也是非常坚固的，以防损坏。这显著地提高了电容器的可靠性并且更不易出现故障。由于由铝制成的外表面，电容器具有良好的冷却特性，因为能够从内部大面积地向周围环境排出热量。
将电容器壳体设计为防潮密封的优点在于，湿气无法渗入电容器的内部并且损坏所述电容器。也能够可靠地避免由于渗入的湿气导致的容量减少。这种电容器也被称为封装的电容器。
业已证明特别有利的是，电容器套杯和/或电容器盖由铝构成。铝可供成本低廉地使用，具有高导电性能、低电阻。此外，铝赋予了电容器高的机械稳定性。此外，铝的导热能力允许将热量良好地从电容器的内部排出到周围环境中。
电容器套杯和/或电容器底部备选地可以由精炼钢构成。精炼钢不易受侵蚀性的周围环境、例如湿气、气体等的影响。在导电性和导热性方面能够利用与铝几乎相同的积极的特性。此外，精炼钢所具有的比电阻使得能够减弱例如在电流和/或电压中形成的电振荡。由此能够实现特别稳定的电学特性。
除了使用铝和精炼钢之外也可以将由铝和精炼钢构成的任意混合材料用于电容器套杯和/或电容器盖。
垂直的圆柱体的与外周表面邻接的圆形的面被称为基面。外周表面包围柱体并且在此圆形地弯曲。
由于电容器的壳体未接地，因此被证实为有利的是将多个电容器组合为电容器蓄电池并且布置在壳体中。所述壳体既可以与可预设的电势、例如地电势连接。所述壳体可以备选地由电绝缘的材料构造。同样可行的是，所述壳体电绝缘地设计，方式是为壳体的导电材料配设绝缘层，以便确保实现防止接触不允许的高压的保护。
在本实用新型的一种有利的设计方案中，第一和第二电接头布置在电容器套杯的底部上，其中，第二卷绕件部件在电容器盖的区域中与电容器套杯电连接。在安装电容器时，当电容器尚且敞开时、也就是尚未以电容器盖防潮地封闭时，电容器盖中的区域是特别容易触及的。此时能够以简单的方式置入从电容器套杯向第二卷绕件部件的传导的连接。备选地或者补充地也可行的是建立从电容器盖向第二卷绕件部件的电连接。此外能够通过置入绝缘材料这样固定电连接，使得能够防止或者至少能够明显地减少电连接的损坏。作为绝缘材料例如可以考虑的是浇注物。所述浇注物还使得电容器坚固，这产生了电容器的特别高的自身强度。
在本实用新型的另一种有利的设计方案中，卷绕件和电容器套杯之间的绝缘结构针对电容器的运行电压设计。由于电容器壳体不会被置于任意的电势、例如地电势上，因此降低了对电容器内部中的绝缘结构的要求。在此只需针对功能绝缘结构(Funktionsisolierung)设计电容器。在设计功能绝缘结构时的出发点是，在电容器的内部、尤其是在卷绕件和电容器套杯之间最大可能出现的是处于电容器上的第一和第二电接头之间的运行电压。功能绝缘结构能够明显比基础绝缘结构(Basisisolierung)更简单地制造，在所述基础绝缘结构中实现电容器相对于确定的电势、例如地电势的绝缘。功能绝缘结构可以明显更薄地设计，因此在电容器的电容量确定的情况下结构尺寸减小或者在结构尺寸确定的情况下电容器的电容量更大。
在本实用新型的另一种有利的设计方案中，第一和/或第二接头具有精炼钢。精炼钢能够良好地与电容器套杯的铝连接而预计不在所述构件之间产生化学变化。精炼钢又同样能够与汇流排的铜连接而预计不在所述构件之间产生化学变化。然而精炼钢具有更高的电阻。所述电阻能够有针对性地用于减弱振荡回路，所述振荡回路由于电容器的电容和/或电容器的寄生电容与导体的感应特性共同作用产生。在此业已证明，当使用精炼钢作为电接头时产生的电阻一方面充分地减弱了所述振荡回路并且同时只微不足道地升高了电容器的损耗。此外能够在电容器和铜汇流排之间产生不会经受化学或者电化学改变的连接。
在本实用新型的另一种有利的设计方案中，电容器套杯在其外表面上被电绝缘体包围。为了在需要时产生电容器的接触保护，业已证明有利的是，为电容器的具有外周侧面和基面的整个外表面或者至少为柱状电容器的外周侧面配设绝缘体。为此例如可以使用热缩管。
在本实用新型的另一种有利的设计方案中，电容器的柱状的卷绕件自愈地设计。由此能够这样应对电容器中的较小的损坏，从而避免两个卷绕件部件之间的短路并且能够继续运行电容器。
在本实用新型的另一种有利的设计方案中，第一电接头具有用于与第一汇流排连接的器件并且第二电接头具有用于与第二汇流排连接的其它器件，其中，用于与第一汇流排连接的器件和用于与第二汇流排连接的其它器件与电容器套杯2间隔不同距离。由此能够将电容器与层状地布置的汇流排连接。在层状地布置的汇流排中，至少两个汇流排相互叠置，其中，在所述汇流排之间布置有绝缘体。这种紧凑的结构是机械稳定的并且还具有特别低的电感或者说感应率。通过层状的汇流排也使所述汇流排在电容器上的安装特别简单并且能够可靠地防止连接故障。
在本实用新型的另一种有利的设计方案中，电容器盖具有第三电接头，其中，所述第三电接头与电容器盖电连接。通过所述第三接头能够以简单的方式在电容器盖和第二卷绕件之间实现传导的连接。业已证明特别有利的是覆铜铝片(即包铜的铝薄板，CUPAL-Scheibe)，通过所述覆铜铝片能够在盖和卷绕件之间建立电连接。所述电连接是非常坚固的并且由此不易受电容器的振动的影响。此外，覆铜铝片是价格合理的并且在市场上有大量件数可供使用。此外能够舍弃耗费的制造工艺。
在本实用新型的另一种有利的设计方案中，电容器具有至少两个卷绕件，其中，所述卷绕件电气地布置在串联电路中。通过串联电路能够在例如为150mm的固定地预设的卷绕件长度中达到明显更高的电容器电压。此外通过在电容器中串联多个卷绕件改善了导电性能。
附图说明
以下根据在附图中示出的实施例详细说明和阐述本实用新型。在附图中：
图1示出了封装的电容器的实施例的俯视图
图2至图5示出了剖切封装的电容器的不同实施例得到的截面并且
图6示出了电容器组。
具体实施方式
图1示出了电容器1的俯视图。该电容器具有第一电接头11和四个第二电接头12。所述电接头也被称为端子。第二电接头12导电地与电容器1 的基面10连接，而在第一电接头11和基面10之间布置有绝缘体40，所述绝缘体40使第一电接头与电容器的壳体、也就是与电容器套杯2和电容器盖3电绝缘。
图2示出了剖切电容器1的实施例得到的截面。在该实施例中，电容器 1具有金属的电容器壳体，所述电容器壳体具有电容器套杯2和电容器盖3。为了避免重复可以参考针对图1的描述以及在该处引入的附图标记。第一和第二电接头11、12置入电容器套杯2的底部100中。所述第二电接头12例如可以通过压入形成压配合地、铆接地或者螺纹连接地与电容器套杯2能传导地连接。与电容器套杯2绝缘的第一接头11例如导引穿过底部100的中心。所述设计可以如实施例中那样是与密封结构和绝缘体40的螺纹连接或者更简单地通过密封环实施。在电容器1的内部中布置有柱状的卷绕件20，所述卷绕件包括第一卷绕件部件21和第二卷绕件部件22。在第一卷绕件部件21和第二卷绕件部件22之间形成电容器1的电容。在截面中可以看出，卷绕件20在上部与金属喷镀部(Schoopierung)(与金属化的薄膜的接触层)接触并且与第一接头11传导地连接。接着将卷绕件20推入电容器1的内部中并且将第一接头11与第一卷绕件部件21螺纹连接。第二卷绕件部件22传导地与电容器壳体、尤其是与电容器套杯2和/或电容器盖3连接。第二卷绕件21与电容器套杯2的接触可以借助成型或者超声波焊接实现。在电容器1 的内部中，在壳体和上部的金属喷镀部之间的绝缘通常通过绝缘的距离保持装置(纸或类似物)实现。此外，在封闭所述盖之前用油、气体(例如氮气)或者浇注物浸渍电容器。浇注物是有利的，因为电容器1因此获得一定的刚性。目的是将阴影部分的面积减至最小。该面积越小，则电容器1就越是低电感的。该面积能够相对于传统的解决方案降低高达50％。电流则从第一接头11 经由连接部流向第一卷绕件部件21。随即通过卷绕件的电容性的特性经由第二卷绕件部件22流向电容器套杯2并且从那里流向第二电接头22。由于同轴的构造，即使卷绕件20较长也能够实现非常小的感应率。在这种电容器1 中能够相应地在结构尺寸相同的情况下达到更大的电容量(高达25％)。由于均匀的电流导引实现了卷绕件20的更高的脉冲电流负荷能力。此外，同轴的构造将周围环境的不期望的感应的影响减至最小。所述解决方案至少是相对湿气足够密封的并且因此也能够在恶劣的环境条件下使用。
由于电容器壳体、也就是电容器套杯2和电容器盖3与卷绕件20的良好热学连接，产生了针对冷却或者有效电流负荷能力的优点。相对于集成在汇流排(母线)中的电容器还应当提到的是，具有多个这种电容器1的电容器组5能够明显更好地进行缩放。
电容器壳体防潮密封地封闭。这通过将电容器套杯2例如借助卷边41 与电容器盖连接实现。
第一电接头11具有用于固定第一汇流排的器件31。此外，第二电接头 12具有用于固定第二汇流排的其它器件32。所述器件31、32在此与电容器 1的基面10具有不同距离。这实现了层状地布置的汇流排的简单使用。在该实施例中，用于固定第一汇流排的器件31与电容器1的基面10之间的距离大于用于固定第二汇流排的其它器件32与电容器1的基面10之间的距离。特别有利的是，器件31、32这样构造，从而在安装汇流排时这样定向所述汇流排，使得所述汇流排的表面至少区段性地平行于电容器1的基面10延伸。
图3示出了电容器1的另一种实施例。为了避免重复可以参考针对图1 和图2的描述以及在该处引入的附图标记。与图2的实施例的主要区别在于卷绕件20通过电容器1的电容器盖3中的第三电接头13的底部螺栓与电容器壳体、也就是与电容器套杯2和/或电容器盖3的接触。该实施例略微比图 2的实施例更具感应性，然而用于此处的接触更简单。毕竟对于铝套杯的过渡部，覆铜铝片就足够了。图2和图3的实施例都基于电接头导引穿过电容器套杯2的底部100的构造原理。换言之，将电容器套杯2的底部100用作基面10。
底部螺栓通常用于接地和固定电容器1。在该实施例中，第三接头13 处的电势不能自由选择并且因此无法用于接地。然而可行的是，使部分运行电流也导引通过该接头。
图4示出了电容器1的另一种实施例.为了避免重复可以参考针对图1 至图3的描述以及在该处引入的附图标记。结构具有与图2和图3的前述实施例类似的特性。然而在该实施例中，第一和第二电接头11、12导引穿过电容器盖3。这能够在卷边41处看出，电容器套杯2和电容器盖3通过所述卷边41防潮密封地相互封闭。柱状的卷绕件20通过第二卷绕件部件22导电地与底部螺栓连接并且接着导电地与电容器套杯2螺纹连接。绝缘地构造的接头11在卷绕件20的另一侧上在第一卷绕件部件21处被接触。接着以油、气体或者浇注物浸渍卷绕件20并且例如借助卷边41封闭所述盖。
图5示出了电容器1的另一种实施例。为了避免重复可以参考针对图1 至图4的描述以及在该处引入的附图标记。这个实施例在电容器的内部中具有两个布置在串联电路中的柱状的卷绕件20。该实施例由此能够具有更高的电容量值，因为卷绕件长度通常局限在约150mm。此外能够使用更高的电压并且能够实现更好的冲击电流强度(Stoβstromfestigkeit)。
图2至图5的所有实施例普遍地提供了例如通过电接头的混合材料集成附加的阻尼元件的可行性。因此部分地或者完全地由精炼钢构成的电接头 11、12、13或者部分地或者完全地由精炼钢构成的电容器套杯2例如用作能够被良好地冷却的串联电阻。所述串联电阻对由电容器电容和寄生电感形成的振荡***产生阻尼或者说衰减的作用。良好的可冷却性是重要的，因为阻尼的损耗在电阻中产生并且必须排放至周围环境中，以防止电容器1过热。
图6示出了具有多个电容器1的电容器组5。所述电容器1布置在壳体 6中。由于电容器1的壳体未接地，因此证实为有利的是，将这些电容器1 布置在壳体中并且将所述壳体或者与可预设的电势、例如地电势连接，或者由电绝缘的材料构造所述壳体。备选地，尤其是在所述壳体导电时，可以用绝缘的材料对所述壳体进行涂层，以便确保实现保护以防接触不允许的高压。
总而言之，本实用新型涉及一种电容器，其具有由金属构成的电容器套杯，具有电容器盖，所述电容器盖这样布置在所述电容器套杯上，使得所述电容器盖防潮密封地封闭所述电容器套杯，所述电容器还具有第一电接头和第二电接头和至少一个柱状的卷绕件，所述卷绕件具有第一卷绕件部件和第二卷绕件部件，其中，所述电容器构造为垂直的圆柱的形式。为了改进所述电容器建议，第一和第二电接头布置在电容器的相同的基面上，其中，第一接头相对于电容器套杯是电绝缘的并且第二电接头与电容器套杯导电地连接，其中，第一接头与第一卷绕件部件连接，其中，第二卷绕件部件与电容器套杯电连接。此外，本实用新型涉及一种具有多个这种电容器的电容器组，其中，所述电容器布置在壳体中，其中，所述壳体电绝缘地构造。
Claims (9)
1.一种电容器(1)，具有
-由金属构成的电容器套杯(2)，
-电容器盖(3)，所述电容器盖这样布置在所述电容器套杯(2)上，使得所述电容器盖防潮密封地封闭所述电容器套杯(2)，
-第一电接头(11)和第二电接头(12)和
-至少一个柱状的卷绕件(20)，所述卷绕件具有第一卷绕件部件(21)和第二卷绕件部件(22)，
其中，所述电容器(1)构造为垂直的圆柱的形式，其中，第一和第二电接头(21、22)布置在电容器(1)的相同的基面(10)上，其中，第一接头(11)相对于电容器套杯(2)是电绝缘的并且第二电接头(12)与电容器套杯(2)导电地连接，其中，第一接头(11)与第一卷绕件部件(21)连接，其中，第二卷绕件部件(22)与电容器套杯(2)电连接，其中，所述第一和第二电接头(11、12)布置在电容器套杯(2)的底部(100)上，其特征在于，第二卷绕件部件(22)在电容器盖(3)的区域中与电容器套杯(2)电连接。
2.根据权利要求1所述的电容器(1)，其特征在于，卷绕件(20)和电容器套杯(2)之间的绝缘结构针对所述电容器(1)的运行电压设计。
3.根据权利要求1所述的电容器(1)，其特征在于，第一和/或第二接头(11、12)具有精炼钢。
4.根据权利要求1所述的电容器(1)，其特征在于，所述电容器套杯(2)在其外表面(30)上被电绝缘体包围。
5.根据权利要求1所述的电容器(1)，其特征在于，电容器(1)的柱状的卷绕件(20)自愈地设计。
6.根据权利要求1所述的电容器(1)，其特征在于，所述第一电接头(11)具有用于与第一汇流排连接的器件(31)并且第二电接头(12)具有用于与第二汇流排连接的其它器件(32)，其中，用于与第一汇流排连接的器件(31)和用于与第二汇流排连接的其它器件(32)与电容器套杯(2)间隔不同距离。
7.根据权利要求1所述的电容器(1)，其特征在于，所述电容器盖(3)具有第三电接头(13)，其中，所述第三电接头(13)与所述电容器盖(3)电连接。
8.根据权利要求1所述的电容器(1)，其特征在于，所述电容器(1)具有至少两个卷绕件(20)，其中，所述卷绕件(20)电气地布置在串联电路中。
9.一种电容器组(5)，具有多个根据权利要求1至8之一所述的电容器(1)，其特征在于，所述电容器(1)布置在壳体(6)中，其中，所述壳体(6)电绝缘地设计。
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