特許 7577147 フィルムコンデンサおよび自動車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-24

(45)【発行日】2024-11-01

(54)【発明の名称】フィルムコンデンサおよび自動車

(51)【国際特許分類】

   H01G 4/32 20060101AFI20241025BHJP

【ＦＩ】

H01G4/32 301A

H01G4/32 510

【請求項の数】 15

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023028047

(22)【出願日】2023-02-27

(65)【公開番号】P2023152747

(43)【公開日】2023-10-17

【審査請求日】2023-02-27

(31)【優先権主張番号】10 2022 107 961.9

(32)【優先日】2022-04-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】510238096

【氏名又は名称】ドクター エンジニール ハー ツェー エフ ポルシェ アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】Ｄｒ． Ｉｎｇ． ｈ．ｃ． Ｆ． Ｐｏｒｓｃｈｅ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ

【住所又は居所原語表記】Ｐｏｒｓｃｈｅｐｌａｔｚ １， Ｄ－７０４３５ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110003421

【氏名又は名称】弁理士法人フィールズ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】マクシミリアン バルコー

(72)【発明者】

【氏名】ティミヤン ヴィーリク

(72)【発明者】

【氏名】カール ドゥムス

【審査官】鈴木 駿平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１７２１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０１３３２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－３００６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２４４２３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｇ ４／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コア(３)と、前記コア(３)の周りに巻かれた複数のフィルム層(５)と、２つの第１のフィルム層(５)の間に配設された少なくとも１つの第１のスペーサー(７)を有し、
スペーサー断面の外側に形成された隙間(９)が、前記第１のスペーサー(７)によって、２つの第１のフィルム層(５)の間に設けられ、
冷却媒体(９’）が前記隙間(９)内に設けられることを特徴とする、フィルムコンデンサ(１)。

【請求項2】

前記冷却媒体(９’）が、誘電性の液体冷却媒体(９’）であることを特徴とする、請求項１に記載のフィルムコンデンサ(１)。

【請求項3】

前記第１のスペーサー(７)が、円形または卵形または楕円形の断面を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれか１項に記載のフィルムコンデンサ(１)。

【請求項4】

前記第１のスペーサー(７)が、多角形の断面を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれか１項に記載のフィルムコンデンサ(１)。

【請求項5】

前記第１のスペーサー(７)がワイヤとして構成されることを特徴とする、請求項１または２のいずれか１項に記載のフィルムコンデンサ(１)。

【請求項6】

少なくとも３つの第１のスペーサー(７)が、前記２つの第１のフィルム層(５)の間に配設されることを特徴とする、請求項１または２のいずれか１項に記載のフィルムコンデンサ(１)。

【請求項7】

２つの第２のフィルム層(５)の間に、少なくとも１つの第２のスペーサー(１１)が配設され、前記２つの第１のフィルム層(５)と前記２つの第２のフィルム層(５)との間に、さらなるフィルム層(５)が配設されることを特徴とする、請求項１または２のいずれか１項に記載のフィルムコンデンサ(１)。

【請求項8】

前記コア(３)が、丸みのあるコアの角を有する四辺形のコア断面を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれか１項に記載のフィルムコンデンサ(１)。

【請求項9】

前記丸みのあるコアの角が、前記コア(３)の片側の前記フィルム層(５)の厚さ(１３)よりも小さい半径を有し、前記厚さ(１３)が、前記フィルム層(５)の数とフィルムの厚さ(１５)の乗算からもたらされることを特徴とする、請求項８に記載のフィルムコンデンサ(１)。

【請求項10】

請求項１または２のいずれか１項に記載のフィルムコンデンサ（１）を備える、自動車（１００）。

【請求項11】

前記第１のスペーサー(７)が、丸みのある角を有することを特徴とする、請求項４に記載のフィルムコンデンサ(１)。

【請求項12】

少なくとも４つの第１のスペーサー(７)が、前記２つの第１のフィルム層(５)の間に配設されることを特徴とする、請求項６に記載のフィルムコンデンサ(１)。

【請求項13】

少なくとも５つの第１のスペーサー(７)が、前記２つの第１のフィルム層(５)の間に配設されることを特徴とする、請求項６に記載のフィルムコンデンサ(１)。

【請求項14】

前記２つの第１のフィルム層(５)と前記２つの第２のフィルム層(５)との間に、前記さらなるフィルム層(５)が、少なくとも１０層のフィルム層(５)で配設されることを特徴とする、請求項７に記載のフィルムコンデンサ(１)。

【請求項15】

前記２つの第１のフィルム層(５)と前記２つの第２のフィルム層(５)との間に、前記さらなるフィルム層(５)が、少なくとも１００層のフィルム層(５)で配設されることを特徴とする、請求項７に記載のフィルムコンデンサ(１)。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コア、コアの周りに巻かれた複数層のフィルム層、およびスペーサーを有するフィルムコンデンサに関する。本発明はさらに、こうしたフィルムコンデンサを有する自動車に関する。

【背景技術】

【0002】

フィルムコンデンサは、複数の用途で使用される。蓄電池と比較して、フィルムコンデンサはエネルギー密度が著しく低い。しかし、フィルムコンデンサはその非常に高い電力密度によって区別されることができる。その結果、これらははるかに高速に充電／放電することができ、したがって、非常により多くのスイッチングサイクル数を受けることになる。より短い充電および放電時間、ならびにより多くのスイッチングサイクル数は、結果として、大きな熱負荷をもたらし得る。

【0003】

先行技術から、フィルムコンデンサは周知である。例えば、欧州特許第１５６９２５２号明細書（Ｂ１）は、フィルムが周りに巻かれるキャリア材料を含むフィルムコンデンサを開示する。フィルムは、誘電体から形成され、その表面上に電極が提供される。これに関して、キャリア材料の周りに巻かれたフィルムは、コアとしてキャリア材料の周りに巻かれた複数層のフィルム層を形成する。成形および機械的安定性を提供するために、スペーサーはフィルムコンデンサの角に配設され、所望の設計、特にコンパクトな設計、および設計空間の適切な使用を達成する。しかし、コンパクトな設計により、高い熱負荷という欠点をもたらす。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】欧州特許第１５６９２５２号明細書

【発明の概要】

【0005】

したがって、熱応力が低減されるコンパクトな設計のフィルムコンデンサを提供することが、本発明によって解決される課題である。

【0006】

この課題は、コアと、コアの周りに巻かれた複数層のフィルム層と、２つの第１のフィルム層の間に配設された少なくとも１つの第１のスペーサーを有するフィルムコンデンサにおいて、スペーサー断面の外側に形成された隙間が、第１のスペーサーによって２つの第１のフィルム層の間に設けられることにより解決される。

【0007】

本発明によるフィルムコンデンサはコアを含み、これは、コアの周りに巻かれたフィルム層のためのキャリアまたはベース本体として理解され得る。コアは、フィルムコンデンサのある程度の機械的安定性を可能にする。コアの三次元構成はまた、フィルムコンデンサの断面、およびそれゆえに巻かれたフィルム層の輪郭を決定することができる。プラスチックはコア材料として可能である。セラミックまたは金属も考えられる。本発明によれば、第１のスペーサーは第１のフィルム層の間に配設される。スペーサーは、その位置決めの位置で、２つの第１のフィルム層それぞれから間隔を開けることができ、それによって、それ自体のスペーサー断面の外側の２つの第１のフィルム層の間に隙間を提供することができる。隙間は、フィルムコンデンサ、特に２つの第１のフィルム層を冷却するために使用することができる。

【0008】

フィルム層は、コアの周りに巻かれる共通のフィルムの構成要素部分であることが好ましい。フィルムは誘電体から形成することができ、電極が少なくとも１つの、好ましくは２つの表面上に提供される。別の方法として、フィルム層は、それらのフィルム層の交互の配列でコアの周りに巻かれる、複数層の、特に正確には２つのフィルムの構成要素であってもよい。フィルムは誘電体から形成することができ、電極が少なくとも１つの表面上に提供される。

【0009】

本発明の好ましい実施形態によれば、冷却媒体、特に誘電性の液体冷却媒体が隙間に配設されることが提供される。冷却媒体は、個々のフィルム層で生成され蓄積された熱を放散することによって、フィルムコンデンサに対する熱応力を低減することができる。冷却効果は、液体冷却媒体の助けを借りて、フィルムコンデンサを通り抜ける流れ、すなわち対流によって達成されることが考えられる。さらに、ペースト状の冷却媒体の使用が考えられる。誘電性の冷却媒体はまた、２つのフィルム層の電気的分離をもたらすか、または強化することができる。

【0010】

本発明の一つの有利な実施形態は、第１のスペーサーが円形または卵形または楕円形の断面を有することを提供する。曲線を含むスペーサーの構造が、フィルムコンデンサの角部分に有利に配設され得る。フィルム層は、有利に曲線を含むスペーサーの周りに誘導され、次にコアの周りに巻かれ得る。このようにして、フィルム層のねじれを避けることができる。さらに、フィルム層の強い折り目を省略することで、個々のフィルム層、特にフィルムコンデンサの角部分の間のより均質な電界を可能にすることができる。スペーサーの異なる寸法はまた、角部分における異なる曲率半径を調整するのに役立ち得る。

【0011】

本発明の代替的な一実施形態では、第１のスペーサーは多角形の断面および好ましくは丸みのある角を有する。多角形の第１のスペーサーの平滑な面は、それぞれの隣接するフィルム層の支持面として機能し、それによってフィルム層を巻く際の導きを可能にする。多角形のスペーサーの角は、追加的に丸みを帯びていることが好ましい。このようにして、これらをフィルムコンデンサの角部分にも有利に配設することができる。さらに、尖った縁が回避されるため、丸みのある角によって、フィルム層の損傷のリスクを低減することができる。

【0012】

第１のスペーサーは、ワイヤとして構成されることが好ましい。純金属または合金を、ワイヤ材料として使用することができる。ワイヤとして構成されたスペーサーはまた、屈曲によって複数の部分に分割することができ、各部分はフィルムコンデンサの異なる位置に配設される。様々な部分を、機能的に別個のスペーサーとして利用することができる。ワイヤとして構成されたスペーサーの複数の断面も考えられる。角が丸い円形または多角形の断面は、特に有利である。さらに、ワイヤは、例えば、その熱抵抗を増大させ、したがってより大きな故障耐性を確保するために、被覆され得る。

【0013】

本発明の好ましい実施形態によれば、複数の、特に少なくとも３つ、４つ、または５つの第１のスペーサーが、２つの第１のフィルム層の間に配設されることが提供されている。第１のスペーサーの助けを借りて作製された一般的な冷却チャンバは、挿入されるスペーサーの数と直接相関してもよい。さらに、第１のスペーサーは、コンデンサの断面、特にコアのコア断面に対して対称に配設することができる。特に好ましくは、１つのスペーサーおよび１つのさらなるスペーサーが、コアの横方向に、フィルムコンデンサのそれぞれの角部分に配設される。拡大された一般的な冷却チャンバは、より大量の冷却媒体を吸収し、フィルムコンデンサの冷却性能の改善に寄与することができる。

【0014】

本発明のさらに好ましい実施形態は、少なくとも１つの第２のスペーサーが２つの第２のフィルム層の間に配設され、さらなるフィルム層が、２つの第１のフィルム層と２つの第２のフィルム層の間、特に少なくとも１０層のフィルム層、好ましくは少なくとも５０層のフィルム層、特に好ましくは少なくとも１００層のフィルム層で配設されることを提供している。これに関して、第２のスペーサーは、特にフィルムコンデンサの半径方向に、第１のスペーサーよりもさらに外側に配設されてもよく、その結果、２つの第２のフィルム層の間にさらに隙間が提供され、フィルムコンデンサの冷却にさらに寄与することができる。特に好ましくは、複数の第２のスペーサーがフィルムコンデンサ内に配設され得る。第２のスペーサーは、第１のスペーサーと同一に形成され得る。さらに、複数の第３のスペーサーは、好ましくは、２つの第３のフィルム層の間に配設され得る。第３のスペーサーは、特にフィルムコンデンサの半径方向に、第１のスペーサーおよび第２のスペーサーよりもさらに外側に配設されてもよく、その結果、２つの第３のフィルム層の間にさらに隙間が提供され、フィルムコンデンサの冷却にさらに寄与することができる。少なくとも１０層のフィルム層、好ましくは少なくとも５０層のフィルム層、特に好ましくは１００層のフィルム層が、第１のフィルム層と第２のフィルム層との間に配設され得る。第１のフィルム層と第２のフィルム層との間および第２のフィルム層と第３のフィルム層との間の十分に大きな間隔は、それぞれ、冷却効率を増加させることができる。なぜなら、冷却は、フィルムコンデンサの異なる領域における異なるフィルム層間の異なる隙間にわたり発生し得るからである。言い換えれば、冷却能力は、コンデンサの断面にわたりより均等に分配され得る。

【0015】

本発明の好ましい実施形態によれば、コアは四辺形のコア断面を有し、特に丸みのあるコアの角を有する。コアは、四辺形または長方形のコア断面を有し得る。コアは、特に、その周りに巻かれたフィルム層を形成するために使用することができる。フィルム層は、フィルムの角が丸みを帯びたほぼ四辺形の様式でコア断面に平行に配設される平面に形成されてもよく、したがって、コアの輪郭を模倣することができる。丸みのある角を帯びた四辺形コアは、円形コアと比較してよりコンパクトな設計を達成することができる。なぜなら、任意の四辺形の設計空間では、より大きな巻き体積を達成することができ、したがって、フィルムコンデンサの容量を増加させることができるからである。さらに、丸みのある角を帯びた四辺形コアは、純粋な四辺形コアと比較して、より均質な電界を生成することができる。これは、角部分の丸み付けの結果として、電界の不均質性を軽減できるためである。丸みのある角を帯びた四辺形コアは、したがって、純粋に丸いコア（電界均質性）と純粋に長方形のコア（コンパクト性と容量増加）の利点を組み合わせることができる。

【0016】

特に好ましくは、丸みのあるコアの角は、コアの片側のフィルム層の厚さよりも小さい半径を有し、厚さは、フィルム層の数とフィルム厚さの乗算からもたらされる。フィルム層の厚さに対してコア角の比較的小さな半径は、フィルムコンデンサの特にコンパクトな設計を可能にすることができる。コア角の半径に対するフィルム層の数に相関するフィルム層のより大きな厚さは、有利なことに、容量にとって必須のフィルム体積と、容量にとって重要でないコア体積との比率を増すことができる。

【0017】

隙間が角部分の間の実質的に水平な領域で形成されるように、スペーサーがフィルムコンデンサの角部分に配設されることが考えられる。さらに、スペーサーは、コアの角部分の間の領域に配設され得る。

【0018】

本発明によって対処されるさらなる主題は、上述の構成のいずれかによるフィルムコンデンサを含む自動車である。フィルムコンデンサの関連する実施形態に関連して開示される特徴、利点、および技術的効果は、同様に、このようなフィルムコンデンサを含む本発明による自動車に関する。

【0019】

本発明のさらなる利点、特徴、および利点を、図面、ならびに図面を参照して以下において見出すことができる。図面は、本発明の概念を限定しない、本発明の一つの例示的な実施形態のみを示す。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明によるフィルムコンデンサの実施形態例を概略断面図に示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１は、本発明の実施の形態による例示的かつ概略的なフィルムコンデンサ１を図示する。フィルムコンデンサ１は、四辺形コア３を含む。さらに、コア３は丸みのある角を含む。複数層のフィルム層５を有するフィルムは、コア３の周りに巻かれるが、明瞭さを示すためにそのうちのいくつかのみが示されている。さらに、個々のフィルム層５の間の空間は、図１の例示目的のために、不釣合いに大きく示されている。特に、図１に示される個々の寸法の歪んだ比率から、フィルム層５がコア３の形状を模倣することが明確である。言い換えれば、巻かれたフィルム層５を表す外側の輪郭はまた、これらを併せて見た時には、丸みのある角を帯びた四辺形の断面を有する。フィルム層５の丸みのある角により、角が尖った長方形の四辺形コア３とは対照的に、より均質な電界が確保される。

【0022】

さらに、４つのスペーサー７が図１に示されており、それぞれがフィルムコンデンサ１の角部分に配設されている。スペーサー７は円形のスペーサー断面を有し、例えば、ワイヤから形成することができる。これらは、２つの第１のフィルム層５の間に配設される。各スペーサー７は、そのそれぞれの位置のすぐ近傍にある２つの第１のフィルム層５に空間を空け、それによって、２つの第１のフィルム層５の間に隙間９を形成する。

【0023】

隙間９は、誘電性の液体冷却媒体９’を有し、図１の拡大詳細図に影付きで示されている。冷却媒体９’は、例えばポンプなどの搬送装置を介して搬送されてもよく、冷却媒体９’はフィルムコンデンサ１を流れ、その中で生成される熱を放散することができる。

【0024】

図１に示すフィルム層５の厚さ１３は、フィルムの厚さ１５とフィルム層５の数の積からもたらされる。図１に過度に示されるフィルム層５の間の大きな空間により、図１の概略性が言及される。

【0025】

図１に示す実施の形態例の変形例によれば、フィルムコンデンサ１は、第１のスペーサー７をそれらの間に封入する、第１のフィルム層５の外側で巻かれる複数のさらなるフィルム層を備えることが提供されてもよい。これらのさらなるフィルム層は、例えば、少なくとも１０層のフィルム層、好ましくは少なくとも５０層のフィルム層、および特に好ましくは少なくとも１００層のフィルム層であることができる。その間に少なくとも第２のスペーサーが配設される第２のフィルム層が、これらのさらなるフィルム層の外部に巻かれることができる。これに関して、さらなる隙間が、フィルムコンデンサのさらなる外部位置で第２のフィルム層の間に設けられ得る。

【符号の説明】

【0026】

１ フィルムコンデンサ
３ コア
５ フィルム層
７ 第一のスペーサー
９ 隙間
９’ 冷却媒体
１３ 厚さ
１５ フィルムの厚さ

【図1】