特表 2022-525917 コンデンサ、特に多相システム用の中間回路コンデンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-05-20

(54)【発明の名称】コンデンサ、特に多相システム用の中間回路コンデンサ

(51)【国際特許分類】

   H01G 4/38 20060101AFI20220513BHJP

【ＦＩ】

H01G4/38 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021556427

(86)(22)【出願日】2020-02-12

(85)【翻訳文提出日】2021-11-17

(86)【国際出願番号】 EP2020053527

(87)【国際公開番号】W WO2020187491

(87)【国際公開日】2020-09-24

(31)【優先権主張番号】102019203843.3

(32)【優先日】2019-03-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100147991

【弁理士】

【氏名又は名称】鳥居 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100201743

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 和真

(72)【発明者】

【氏名】ケスラー，マルティン

【テーマコード（参考）】

5E082

【Ｆターム（参考）】

5E082CC01

5E082CC06

5E082CC13

5E082EE07

(57)【要約】

コンデンサ（１）、特に多相システム用の中間回路コンデンサであって、互いに並列に接続されて一体としてコンデンサ（１）を構成する同一構造の複数のコンデンサ素子（１０）を備え、コンデンサ素子（１０）の間に少なくとも１つのスペース（２０）が形成されたコンデンサにおいて、スペース（２０）には、少なくとも１つの中間コンデンサ素子（３０）が配置され、中間コンデンサ素子（３０）は、コンデンサ素子（１０）と並列に接続されることにより、コンデンサ素子（１０）と共にコンデンサ（１）を構成することが提案されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンデンサ（１）、特に多相システム用の中間回路コンデンサであって、
互いに並列および／または直列に接続されて一体として前記コンデンサ（１）を構成する同一構造の複数のコンデンサ素子（１０）を備え、
前記コンデンサ素子（１０）の間には、少なくとも１つのスペース（２０）が形成されており、
前記スペース（２０）には、少なくとも１つの中間コンデンサ素子（３０）が配置され、前記中間コンデンサ素子（３０）は、前記コンデンサ素子（１０）と並列に接続されることにより、前記コンデンサ素子（１０）と共に前記コンデンサ（１）を構成する、ことを特徴とするコンデンサ。

【請求項2】

前記少なくとも１つの中間コンデンサ素子（３０）は、前記コンデンサ素子（１０）の各々よりも小さい容積を有することを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。

【請求項3】

前記コンデンサ素子（１０）は互いに接触していることを特徴とする請求項１または２に記載のコンデンサ。

【請求項4】

前記コンデンサ素子（１０）は、フィルムコンデンサ、特に平型コイルとして構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のコンデンサ。

【請求項5】

前記中間コンデンサ素子（３０）は、フィルムコンデンサ、特に丸型コイルとして構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のコンデンサ。

【請求項6】

前記複数のコンデンサ素子（１０）の間に複数のスペース（２０）が形成され、前記スペース（２０）の各々に１つの中間コンデンサ素子（３０）が配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のコンデンサ。

【請求項7】

４つのコンデンサ素子（１０）の間にそれぞれ１つのスペース（３０）が形成されており、前記４つのコンデンサ素子（１０）の間の前記スペース（２０）に１つの中間コンデンサ素子（３０）が配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のコンデンサ。

【請求項8】

前記中間コンデンサ素子（３０）は、前記スペース（２０）内の前記４つのコンデンサ素子（２０）の各々に接触することを特徴とする請求項７に記載のコンデンサ。

【請求項9】

前記複数のコンデンサ素子（１０）は、当該複数のコンデンサ素子の長手方向の軸（Ｌ）が互いに平行となるように配置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のコンデンサ。

【請求項10】

前記中間コンデンサ素子（３０）は、当該中間コンデンサ素子の長手方向の軸（Ｚ）が前記コンデンサ素子（１０）の前記長手方向の軸（Ｌ）に対して平行となるように配置されていることを特徴とする請求項９に記載のコンデンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、独立請求項１の上位概念の特徴を有するコンデンサ、特に多相システム用の中間回路コンデンサに関する。

【背景技術】

【0002】

パワーエレクトロニクスでは、複数の電気ネットワークが、変換器の中間回路内の電気コンデンサを介して、共通の直流電圧レベルでエネルギー的に接続される。スイッチング動作が繰り返し発生することにより、相の交流電流による周波数依存の高い損失電力が発生する。

【0003】

中間回路コンデンサは、並列に接続されて一体的に当該中間回路コンデンサを構成する複数のコンデンサ素子を含む。現在、駆動インバータ用の中間回路コンデンサには、いわゆる平型コイル形状のフィルムコンデンサが使用されるが、これは、平型コイルをベースにした中間回路コンデンサが、例えば直方体のコンデンサ素子を使用したスティック技術（Ｓｔｉｃｋｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ）によるものに比べて、大幅に容易で安価に製造できるためである。

【発明の概要】

【0004】

本発明によれば、コンデンサ、特に多相システム用の中間回路コンデンサが提案される。このコンデンサは、同一構造の複数のコンデンサ素子を含む。同一構造の複数のコンデンサ素子は、互いに並列および／または直列に接続されて一体としてコンデンサを構成する。このとき、コンデンサ素子の間には、少なくとも１つのスペースが構成されている。

【0005】

本発明によれば、当該スペースには、少なくとも１つの中間コンデンサ素子が配置されており、この中間コンデンサ素子は、コンデンサ素子と並列に接続されることにより、コンデンサ素子と共にコンデンサを構成する。

【0006】

本発明の利点．
中間回路コンデンサ用のコンデンサ素子として平型コイルを使用すると、中間回路コンデンサ内の個々の平型コイルの間にその形状に起因する空のスペースがあるので、中間回路コンデンサに利用可能な配置スペースが最適に活用されないという欠点が生じる。従来技術と比較して、独立請求項の特徴を有するコンデンサは、コンデンサに利用可能な配置スペースを最適に活用でき、最小の配置スペースでコンデンサの最大容量密度を達成できるという利点を有する。これにより、所定の配置スペースにおいて、損失抵抗、ひいては発生する損失を最小限に抑えることがさらに可能となる。さらに最大巻線温度が下がるため、同じ巻線温度でより多くの電流能力を得ることが可能となる。さらに、本発明により、ドライブのＥＭＣ（電磁両立性）特性が改善される。

【0007】

発明のさらなる有利な形態および改善形態は、従属請求項に記載された特徴によって可能となる。

【0008】

有利な一実施例によれば、少なくとも１つの中間コンデンサ素子は、コンデンサ素子の各々よりも小さい容積を有する。これにより構成された中間コンデンサ素子は、コンデンサ素子の間に生じるスペースの一部を有利に充填することを可能とし、ひいてはコンデンサの全体の容量を有利に増加させることができる。

【0009】

有利な一実施例によれば、コンデンサ素子同士は接触している。ここで、コンデンサ素子は、例えばコンパクトにまとめられ、異なる箇所で互いに接触している。例えば、コンデンサ素子を積層し、および／または互いに隣り合わせに配置することができる。

【0010】

有利な一実施例によれば、コンデンサ素子は、フィルムコンデンサ、特に平型コイルとして構成されている。フィルムコンデンサは、誘電体である絶縁フィルムで分離された薄い金属フィルムを含む。フィルムを巻回することで、小さな配置容積で大きな容量値が達成される。フィルムを巻回することで、フィルムコンデンサは巻回形状になる。ここで、フィルムは巻軸の周りに円筒状に巻回されるため、円筒状の丸型コイルになる。この丸型コイルは、径方向に少し平らに押圧されると、いわゆる平型コイルになる。丸型コイルと呼ばれるコンデンサ素子は、フィルムが巻回される巻軸に対して垂直な方向に円形状の断面を有する。平型コイルと呼ばれるコンデンサ素子は、フィルムが巻回される巻軸に対して垂直な方向に楕円形状の断面、または角が丸い長方形の断面を有する。

【0011】

有利な一実施例によれば、中間コンデンサ素子が、フィルムコンデンサ、特に丸型コイルとして構成されている。コンデンサ素子が平型コイルとして構成されており、かつ、これらが全て同一構造で構成され、その際緊密にパッキングされている場合、丸型コイルとして構成された中間コンデンサ素子を、有利には、互いに隣接するコンデンサ素子の間のスペースに単純に嵌め込むことができ、例えば、４つのコンデンサ素子の間のスペースに嵌め込むことができる。

【0012】

有利な一実施例によれば、複数のコンデンサ素子の間に複数のスペースが形成され、スペースの各々に１つの中間コンデンサ素子が配置されている。このように、コンデンサ素子間の全てのスペースを利用することで、コンデンサの総設置スペースを維持しながら、コンデンサの容量を増加させることができる。

【0013】

有利な一実施例によれば、４つのコンデンサ素子の間にそれぞれスペースが設けられ、４つのコンデンサ素子の間のスペースに中間コンデンサ素子が配置されている。コンデンサ素子、特に同一構造のコンデンサ素子を、例えば平型コイルとして緊密にパッキングして、それぞれ複数のコンデンサ素子からなる複数の列を順次積層して配置し、コンデンサ素子のコンパクトなパッキングを実現した場合、フィルムコンデンサとして構成されたコンデンサ素子の非直方体の形状により、それぞれ４つのコンデンサ素子の間にそれぞれ１つのスペースが形成される。コンデンサ素子をこのように配置し、スペースに中間コンデンサ素子を充填すると、全体として、コンデンサ内のコンデンサ素子および中間コンデンサ素子が特に緊密にパッキングされる。

【0014】

有利な一実施例によれば、中間コンデンサ素子は、スペース内の４つのコンデンサ素子の各々に接触する。これにより、一方ではスペースが可能な限り良好に充填されることが保証され、他方では接触によって同時に熱がコンデンサに良好にかつ均等に分配される。

【0015】

有利な一実施例によれば、複数のコンデンサ素子は、当該コンデンサ素子の長手方向の軸が互いに平行となるように配置されている。ここで、長手方向の軸は、複数のコンデンサ素子が一定断面をもって延在する軸を指す。平型コイルまたは丸型コイルの形状のフィルムコンデンサの場合、長手方向の軸は、フィルムコンデンサのフィルムが巻回される巻回軸となる。これにより、コンデンサ素子が特に緊密にパッキングされ、ひいてはコンデンサの総容量が特に大きくなる。

【0016】

有利な一実施例によれば、中間コンデンサ素子は、その長手方向の軸がコンデンサ素子の長手方向の軸に対して平行となるように配置されている。これにより、コンデンサ素子および中間コンデンサ素子が特に緊密にパッキングされ、ひいてはコンデンサの総容量が特に大きくなる。

【0017】

発明の一実施例を図面に模式的に示し、以下の説明で詳述する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】コンデンサ内で並列に接続された複数のコンデンサ素子を模式的に示した図である。

【図2】本発明に係るコンデンサの一実施例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１は、複数のコンデンサ素子から構成されたコンデンサを模式的に示す。コンデンサは、多相システム用の中間回路コンデンサである。この中間回路コンデンサは、駆動インバータ用に使用することができる。

【0020】

本出願の文脈では、コンデンサ素子１０は、それ自体のみでコンデンサを形成することができる構造体であると理解される。ここで、コンデンサ素子１０としては、例えばスタックコンデンサ、丸形巻線コンデンサ、または平形巻線コンデンサなどの様々なコンデンサ技術を用いることができる。

【0021】

実施例では、コンデンサ素子１０はフィルムコンデンサとして構成されている。フィルムコンデンサは、誘電体である絶縁フィルムで分離された薄い金属フィルムを含む。フィルムを巻回することで、小さな配置容積で大きな容量値が達成される。フィルムを巻回することで、フィルムコンデンサは巻回形状になる。ここで、フィルムは巻軸の周りに円筒状に巻回されるため、円筒状の丸型コイルになる。この丸型コイルは、径方向に少し平らに押圧されると、いわゆる平型コイルになる。丸型コイルと呼ばれるコンデンサ素子は、フィルムが巻回される巻軸に対して垂直な方向に円形状の断面を有する。平型コイルと呼ばれるコンデンサ素子は、フィルムが巻回される巻軸に対して垂直な方向に楕円形状の断面、または角が丸い長方形の断面を有する。図１および図２の実施例で示したコンデンサ素子１０は、全て平型コイルとして同一構造で構成されている。

【0022】

図１の中間回路コンデンサを横断する断面図に示すように、コンデンサ素子１０として平型コイルを用いた場合、コンデンサ１にはスペース２０が形成される。スペース２０にはコンデンサ材料が充填されておらず、通常は注入コンパウンドが注入されている。コンデンサ素子１０の間のスペース２０は、図１で明らかなように、これらのコンデンサ素子１０がコンデンサ１にパッキングされ、さらに複数のコンデンサ素子１０からなる列が積層される場合に、平型コイルとして構成されたコンデンサ素子１０の角が丸くなることで生じる。

【0023】

ここで、複数のコンデンサ素子１０は、それらの長手方向の軸Ｌが互いに平行に延在するように配置されている。図１および図２では、コンデンサ素子１０の長手方向の軸Ｌは表示面に対して垂直である。ここで、長手方向の軸とは、複数のコンデンサ素子が一定断面をもって延在する軸を指す。平型コイルまたは丸型コイルの形状のフィルムコンデンサの場合、長手方向の軸Ｌ，Ｚは、フィルムコンデンサのフィルムが巻回される巻回軸となる。コンデンサ素子１０同士は、接点１５で接触しており、各スペース１５は、４つの側面でそれぞれ４つのコンデンサ素子１０の間に取り囲まれている。図１および図２の実施例では、例えば、各々が３個のコンデンサ素子１０からなる５列が順次積層されて配置されている。

【0024】

一体としてコンデンサ１を構成する複数のコンデンサ素子１０は、個々のコンデンサ素子１０の容量が加算されるように、全て互いに並列に接続されている。コンデンサ素子１０を電気的に接触させるために、本実施例のコンデンサ素子１０は、一端面では第１の電圧層２と電気的に導通接触し、コンデンサ素子１０の第１の端面に対向するコンデンサ素子１０の第２の端面では、第２の電圧層と接触している。このように、コンデンサ素子１０は、例えば、第１の電圧層２と第２の電圧層との間に配置されている。コンデンサ１は、第１の電圧層２での電気的接続を介して、また第２の電圧層の電気的接続を介して、電気的に接触することができる。

【0025】

図２は、本発明に係るコンデンサ１の一実施例を示す。コンデンサ１には、複数のコンデンサ素子１０の間のスペース２０に、中間コンデンサ素子３０が配置されている。中間コンデンサ素子３０は、コンデンサ素子１０と並列に接続されているため、コンデンサ素子１０と共にコンデンサ１を構成している。ただし、複数のコンデンサ素子は、少なくとも部分的に互いに直列に、すなわち直列接続されることも可能である。したがって、中間コンデンサ素子３０の容量とコンデンサ素子１０の容量とが加算される。ここで、中間コンデンサ素子３０は、例えば、第１の電圧層２および第２の電圧層を介して電気的に接触しており、ひいてはコンデンサ素子１０と並列に接続される。

【0026】

中間コンデンサ素子３０は、例えば同一構造を有し、中間コンデンサ素子３０は、コンデンサ素子１０よりも小さい容積をもつ。したがって、中間コンデンサ素子３０はコンデンサ素子１０よりも小さい容量をもつ。

【0027】

本実施例では、中間コンデンサ素子３０はフィルムコンデンサとして構成されている。ここで、中間コンデンサ素子は、複数のコンデンサ素子１０の間のスペース２０に特に良好に嵌め込まれるように、好ましくは丸型コイルとして構成されている。

【0028】

本実施例においてコンデンサ１が平型コイル状のコンデンサ素子１０から構成されている場合、スペース２０が生じ、スペース２０に断面が円形の中間コンデンサ素子３０が特に良好に挿入され、スペース２０を特に良好に充填できる。したがって、同じ配置スペースでも、コンデンサ１の総容量を特に大きくすることが実現できる。

【0029】

図２に示すように、４つのコンデンサ素子１０の間には、それぞれ、１つの中間コンデンサ素子３０が配置されている。ここで、中間コンデンサ素子３０は、４つのコンデンサ素子１０の間のスペース２０内で、４つのコンデンサ素子１０の各々に接触する。中間コンデンサ素子３０がコンデンサ素子１０に当接するように中間コンデンサ素子３０はコンデンサ素子１０との直接的な接触を確立することができる。ただし、コンデンサ素子１０と中間コンデンサ素子３０との間に狭い間隙を形成し、例えば注入コンパウンドを充填することで、コンデンサ素子１０と中間コンデンサ素子３０との間の接触を確立することもできる。

【0030】

中間コンデンサ素子３０は、フィルムコンデンサとして、特に丸型コイルとして構成されていることが好ましい。ここで、中間コンデンサ素子３０は、断面が円形の円筒形状を有する。

【0031】

ここで、複数の中間コンデンサ素子３０は、それらの長手方向の軸Ｚがコンデンサ素子１０の長手方向の軸Ｌと並列に延在するように配置されている。図１および図２では、中間コンデンサ素子３０の長手方向の軸Ｚは、表示面に対して垂直である。ここで、長手方向の軸Ｚは、複数のコンデンサ素子が一定断面をもって延在する軸を指す。平型コイルまたは丸型コイルの形状のフィルムコンデンサの場合、長手方向の軸Ｌ，Ｚは、フィルムコンデンサのフィルムが巻回される巻回軸となる。

【0032】

当然ながら、他の実施例および示された実施例の混合形態も可能である。

【図1】

【図2】

【国際調査報告】