具有增加的漏電感的電流補償式電感器的制作方法

專利名稱：具有增加的漏電感的電流補償式電感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及有效地用于過濾共模干擾并且同時允許對由漏電感引起的差模干擾進行適度抑制的一般的電流補償式電感器。
背景技術：
電子設備的運行還導致大量電干擾信號的產生，所述電干擾信號部分被發射并且部分保留在相應的線路上；這些電干擾信號可能嚴重地擾亂造成擾亂的電子設備的其他電子組或其他電路區域的運行。例如，如在內部供電電壓等的調整中，電子組裝單元的供電線路頻繁地受到干擾信號的影響，這會導致在其他電子部件中產生額外的干擾信號。此外，如在開關電源、電力傳動等等中，在供電線路中的強干擾信號的存在還會導致下游電路的效率的明顯下降。頻繁地出現的干擾信號包括以幾乎相同的方式在供電電壓的饋線上出現的所謂的“共模干擾信號”。可以通過使用所謂的“電流補償式電感器”來有效地減少此類共模干擾信號，在電流補償式電感器中兩個同樣地纏繞的繞組(即，對于兩相系統)被施加在鐵心上并且具有相對的互連(interconnection)。這樣的排布在共用鐵心中幾乎不產生由通過各個繞組的有功電流所感應的磁場，因為相對地提供的繞組的效果為此提供了完全的補償。也就是說，電流補償式電感器的選取的電感(所述電感通常是較高的)對于有用的信號而言幾乎是沒有影響的。另一方面，在共模干擾信號出現時，具有相對的互連的兩個繞組的額外的效果出現，使得在這種情況下，電流補償式電感器的總電感是有效的并且因此將實現干擾信號的有效抑制。因此，能夠以電容器等形式提供其他部件。在信號線路中頻繁地使用這種電流補償式電感器，從而以有效的方式在這種線路中同樣地抑制共模干擾信號。為了這個目的，開發了許多種電流補償式電感器；這些電流補償式電感器能夠有效地抑制共模干擾，而不會以不必要的方式損害有用信號所需的帶寬。特別地，基于環狀鐵心生產高效的電流補償式電感器，其中，繞組典型地以對稱的方式施加在環狀鐵心上，從而高度對稱的設計結合環狀鐵心的有利的散射特性使得強力抑制共模干擾信號。在應用環狀鐵心的情況下生產這種電流補償式電感器中，典型的是，使用自動繞線操作，在自動繞線操作中，直接用相應合適的導線而不使用線圈卷線軸來對環狀鐵心進行繞線，只要能夠保持必要的絕緣和漏電流路徑即可。然而，在許多濾波器應用中，以盡可能有效的方式抑制共模干擾信號不是要考慮的唯一方面。例如，對于許多濾波器應用，在更高程度上期望最終對有用信號有影響的更高水平的漏電感，以便同樣使干擾有用信號的差模干擾信號減少到某種程度。也就是說，在此類濾波器應用中，通常存在實現了更高程度漏電感的配置的選取，使得除了共模干擾信號的有效抑制之外，差模干擾信號的抑制也是可能的。為了這個目的，例如，使用額外的縱向電感器或在一些常規應用中使用具有盡可能多的匝數從而具有與環狀鐵心相比程度更高的漏電感的E形鐵心，從而關于適度的高程度的漏電感來接近期望的性能。在其他途徑中，在合適位置處將額外的分流元件增加到傳統的鐵心(例如E形鐵心或甚至環狀鐵心)，使得出現更高程度的漏電感。例如，對于閉合鐵心(例如環狀鐵心)，在繞組之間的部分處可以插入具有特定特性的磁心形式的分流元件，使得能夠根據磁特性來選擇性地調整更高程度的漏電感。然而，例如以桿的形式的相應的分流元件的設置需要額外的制造步驟，諸如在施加繞組之后將分流元件粘附到給定的鐵心等等，導致生產成本顯著增加。另外，這種額外的制造步驟會導致電流補償式電感器的最終特性的更大的變化性，因為在真實的鐵心與分流元件之間的氣隙中已經最小的偏移對所獲得的漏電感和對電流補償式電感器的調諧能力具有極大的影響。特別地，對于環狀鐵心的幾何形狀，在安裝分流元件時存在額外的復雜的制造步驟，因為例如環狀元件的自動繞線與分流元件的存在不兼容，使得僅僅能夠在隨后的處理步驟中施加分流元件，或者必須通過復雜的手工勞動生產電感器，導致在再現性和精確度方面存在前述的限制。

發明內容
考慮到在上文中的實際情況，本發明的目的是提供具有適度高的漏電感以及部件特性的較低變化性的電流補償式電感器。根據本發明的方案，通過具有鐵心的電流補償式電感器來解決上述目的，所述鐵心具有第一彎曲的繞組部分、第二彎曲的繞組部分和布置在第一繞組部分與第二繞組部分之間的漏電感部分。所述漏電感部分將所述第一繞組部分與所述第二繞組部分連接，從而限定所述鐵心的總長度。而且，電流補償式電感器的最大鐵心寬度小于鐵心的總長度。電流補償式電感器還包括布置在第一彎曲的繞組部分上的第一繞組和布置在第二彎曲的繞組部分上的第二繞組。通常，借助于根據本發明的電流補償式電感器的這種配置，尤其針對兩相系統提供了特定的幾何形狀，以使得能夠精確地調整漏電感。為了這個目的，鐵心具有決定性地確定磁心的總長度的漏電感部分，至少在繞組部分中所述鐵心再現具有其關于引導磁場的有利特性的環狀鐵心的形狀。另一方面，鐵心的幾何形狀被限定以使得最大寬度小于鐵心的總長度，使得總體上，“橢圓形的”或被拉伸的形式出現，從而有助于在漏電感部分之內的更高水平的漏電感。也就是說，基于彎曲的繞組部分，在鐵心的這個部分中實現了極低散射的配置，使得漏電感部分實質上以在漏電感部分內的受控的方式貢獻于漏電感，因此能夠以容易再現的方式基于鐵心的結構特征來調整實質的貢獻。在這點上，要注意的是鐵心的總長度應理解為鐵心材料的幾何尺寸并且不同于鐵心的磁性長度。在這個應用中，關于磁性特性，例如關于長度，總是參照磁性長度，而沒有任何額外的參照，“長度”、總長度等等的描述總是指鐵心材料的幾何尺寸。在類似的方式下，鐵心的寬度被理解為鐵心材料的外邊緣沿著與鐵心的縱向方向垂直的方向的最大尺寸，而內部寬度表示鐵心材料沿寬度方向在某個位置處的相應的間隔。在額外的有利的實施例中，在第一繞組部分與第二繞組部分之間的漏電感部分具有恒定的寬度。在這種情況下，因此出現了簡單的幾何形狀配置，因為與彎曲的繞組部分結合出現了“橢圓形的”配置，其中，在這個實施例中，至少在外邊緣上按直線部分來設置漏電感部分。因此，鐵心的簡單幾何形狀導致可能被有效地控制并且可以為許多類型的電流補償式電感器而被有效地為其他類似的參數調整的總漏電感，例如，通過相應地調整線性漏電感部分的長度。在額外的有利的實施例中，漏電感部分的寬度、因此由漏電感部分的兩個腿部限定的寬度至少在第一繞組部分和第二繞組部分之間的位置上小于最大鐵心寬度。基于漏電感部分的這種幾何形狀配置，例如鐵心有恒定的截面和更小的截面和更大的截面之一的情況下，能夠存在相對部分的變窄以及因此會聚和/或可以通過結構措施來形成漏電感部分的腿部，使得可以借助于幾何形狀而不用例如必須增加鐵心的總長度來調整漏電感的大小。也就是說，借助于在相對部分和/或漏電感部分的腿部之間的在結構上調整的最小寬度能夠有效地預先確定漏電感，然而，同時保持相對大的間隔，使得能夠應用有效的自動繞線過程。 在額外的有利的實施例中，漏電感部分的寬度包括具有最小寬度的至少兩個位置。以這種方式，利用給定的外部尺寸，可以為不同類型的電感器以高度精確的方式預先確定漏電感而不損害自動繞線能力。而且，借助于漏電感部分的相應的設計，能夠實現繞組區域的有效描繪，使得確定好的幾何的繞線長度能夠在繞組部分產生，這相應地貢獻于電感器的改進的對稱結構。在額外的有利的實施例中，鐵心包括彎曲的區段。在這種方式下，能夠避免鐵心材料中會另外地貢獻于可控性差的漏電感性能的任何尖銳的邊緣。提供彎曲的區段也就是說避免任何邊緣，還使得電流補償式電感器的機器生產的性能更佳，因為明顯地減小了材料碎屑等的風險。在說明性的實施例中，在漏電感部分的相對部分和/或腿部之間的最小內部寬度大于鐵心的最大內部寬度的大約50%。一方面，鐵心的相應的幾何配置借助于減少漏電感部分的相對部分的寬度來允許期望的高水平的漏電感，同時在另一方面，在鐵心的內部中預留足夠的間隔，使得下游的生產步驟(如繞組部分的自動繞線)不會引起故障。在額外的實施例中，電流補償式電感器包括借助于夾持連接到鐵心的支撐件或殼體。例如，沒有攜帶任何繞組的漏電感部分能夠例如通過使殼體的夾持鉤以合適的方式與鐵心接合來有效地用于這個目的。優選地，相應地形成殼體和漏電感部分，使得相應的夾持裝置能夠可靠地并且可重復地與鐵心進行接合。這種夾持在不需要任何額外的粘附化合物或密封化合物的情況下，也自然為資源的保護做出貢獻以及因此對環境保護做出貢獻。額外的有益效果是:對于涉及SMD應用的實施例，在支撐件或殼體中的中央的定中心區域可以用于抽吸(suction)。根據本發明的額外的方案，借助于包括具有彎曲的部分的鐵心的電流補償式電感器解決了上述目的。提供了沿鐵心的縱向方向彼此相對的繞組部分和沿縱向方向在繞組部分之間布置的漏電感部分，其中，鐵心在漏電感區域的中心以外呈現它的最大內部寬度。而且，電流補償式電感器包括相應地布置在繞組區域上的繞組。在這個實施例中，鐵心通常由通常允許具有低電感的結構的彎曲的部分形成，其中，然后，基于漏電感部分的減小的內部寬度，借助于結構措施來調整期望的漏電感。也就是說，在鐵心結構中提供可以被有意地調整至期望值的具有漏電感的部分，否則鐵心結構由于限定好的結構性限制而具有低電感。在額外的實施例中，在漏電感部分在中心處的內部寬度小于鐵心的最大內部寬度。也就是說，在這個實施例中，鐵心的變窄實際上出現在漏電感部分內使得進一步增加漏磁通。在額外的有利的實施例中，在漏電感部分中的最小內部寬度大于或等于鐵心的最大內部寬度的50%。在這個實施例中也出現高水平的漏電感，而得到的最小內部寬度使能實現鐵心的自動繞線。在一些實施例中，為漏電感部分提供局部最小內部寬度的至少兩個位置。在額外的實施例中，提供了不具有氣隙的鐵心，使得總體上形成“閉合的”鐵心配置，同時由鐵心材料封閉的內部區域依然充分地定尺寸使得自動繞線是可能的。另一方面，鐵心的無氣隙結構使任何已被接受的磁性材料的使用成為可能，因為這些已被接受的磁性材料典型地用于環狀鐵心。在說明性的實施例中，鐵心的總長度是20mm或更小使得能夠為相應的應用提供電感器，在相應的應用中，例如在若干安培的有功電流處達到100毫享的電感值可能是必要的，其中，雖然鐵心有高度緊湊的尺寸，但是以良好的可再現性實現了期望的適度高水平的漏電感；盡管如此依然能夠以自動化的方式施加繞組。在額外的說明性的實施例中，為20安培或更高的工作電流設計電感器；也就是說，還可以為功率部件中的濾波器應用有效地提供根據本發明電流補償式電感器，在功率元件中，針對共模或差模干擾信號要對幾十安培、達到幾百安培或更高的電流進行濾波。因此，能夠為相應的鐵心提供限定好的幾何形狀，使得同樣在這種情況下，在鐵心的制造中能夠借助于鐵心的幾何形狀以高度的精度性來調整漏電感，而不必隨后安裝額外的分流元件。根據本發明的額外方案，借助于可以用于電流補償式電感器的磁心來解決上述的目的。所述磁心包括多個彎曲的部分，每個彎曲的部分都具有距共同中心的第一距離。此夕卜，磁心包括多個連接部分，連接部分將多個彎曲的部分中的兩個或更多個連接部分連接，其中，多個連接部分各自具有距共同中心的第二距離并且所述第二距離不同于所述第一距離。因此，用于根據本發明電流補償式電感器的磁心包括偏離于環狀鐵心的形式的形式，使得借助于鐵心的對應部分的不同距離，能夠相應地調整漏電感性能。根據本發明的磁心適合于兩相電流系統和還尤其適合于多相系統，例如三相電流系統，其中，結合連接部分，特定的彎曲部分使能獲得對于特定的相位而言高度對稱的配置，并且由于不同的距離依然實現了期望的高水平的漏電感。在有利的實施例中，考慮三相系統，相應地提供了三個彎曲的部分和三個相關聯的連接部分，使得總體上實現了類似環狀鐵心的配置，但是其中，基于給定的鐵心設計的彎曲的部分和連接部分的不同的距離，在鐵心中產生選擇性的“瓶頸”，其一方面使限定好的漏電感值成為可能并且另一方面還為待施加的多相繞組產生限定好的繞組部分。在有利的實施例中，第二距離(S卩，連接部分的距離)小于第一距離。因此，特別地，通常為彎曲的部分提供更大的距離以使得這些部分優選地設置為繞組區域，而連接部分充當有效的漏電感部分，因為它們距中心以及距其他鐵心部分的距離更小。在說明性的實施例中，連接部分中的每個連接部分都具有直線區段，而在其他說明性的實施例中，連接部分還被實施為彎曲的部分。因此，在鐵心的總的磁性長度的調整中出現了極其高程度的靈活性，因為例如通過在連接部分中提供直線區段的方式，在整體上實現了可調整的總的磁性長度，而在連接部分中形成彎曲的部分為具有相同的幾何“長度”的更大的總的磁性長度做出了貢獻。
彎曲的部分和連接部分能夠具有相同的截面，使得磁性截面面積在整個磁心上是基本上相同的。在其他說明性的實施例中，至少在區段中、在彎曲的部分中和/或在連接部分中關于截面的形狀和/或截面的面積可變地設計截面，以便由此具體地考慮磁性需要，例如以提供突起等的形式，使得能夠局部地增加漏電感。而且，鐵心截面在某些位置處的擴大能夠被有利地利用，以便例如提高機器穩定性和/或提供特別地設計的鐵心部分，特別設計的鐵心部分使能實現關于繞組的施加的有利的機器安裝(如描述的那樣，例如關于在上文中呈現的電流補償式電感器)根據本發明的額外的方案，借助于特別地包括上述磁心的電流補償式電感器解決了上述目的。在這種方式下，能夠特別地為多相系統(如三相系統)提供電流補償式電感器，其中，在機器能夠處理方面尤其對于對應的繞組的施加出現了前面提到的優勢。例如，如前面描述的那樣，每個繞組都能夠以機器能夠處理的方式有利地施加到一個彎曲的部分上，而無繞線的連接部分則有效地充當漏電感區域。因此，為三相或多相系統提供高度對稱調整的以及增加的漏電感是可能的，使得實現共模干擾信號和差模干擾信號的高效的抑制。


在附隨的專利權利要求書的從屬權利要求和下文的詳細說明中還能夠獲知另外的有利的實施例。下文的詳細說明涉及滑動視圖，在附圖中:圖1示意性地示出了根據常規設計的作為比較示例的電流補償式電感器；圖2a示意性地示出了電流補償式電感器的俯視圖，其中，大體上“橢圓形的”設計產生引起適度高水平的漏電感的漏電感部分，漏電感由鐵心的幾何形狀確定；圖2b示意性地示出了鐵心的俯視圖，其中，在閉合鐵心中以漏電感部分的形式設置合適的“縮頸部(necking)”；圖2c示意性地示出了電流補償式電感器的鐵心的俯視圖，其中，鐵心是由彎曲的部分形成，并且漏電感部分具有用于期望的漏電感的調整和合適的繞組空間的有效限制的兩個最小間隔；圖2d示出了圖2c的鐵心的示意性的立體圖；圖2e示意性地示出了具有支撐件的電流補償式電感器的俯視圖；圖2f示意性地示出了沿著圖2e中的剖面線IIf的截面圖；圖3示意性地示出了圖1的比較性的示例的電流補償式電感器的電感與電流的相關性；圖4示出了電感與工作電流的相關性，其中與圖1中的環狀鐵心幾何形狀相比較來表示根據圖2a的鐵心幾何形狀；圖5示出了與圖1中的環狀鐵心相比較的對于圖2c和圖2d中顯示的鐵心形狀的電流補償式電感器的電流相關性；圖6示出了根據本發明的對于各種鐵心形狀電感與工作電流的相關性的比較；圖7a示意性地示出了具有偏離于環狀鐵心的設計的磁心的俯視圖，所述磁心是為多相系統設計的，其中在示出的實施例中，為三相系統提供用于電流補償式繞組排布的鐵心；以及圖7b示出了用于三相系統的因此具有繞組的電流補償式電感器的示意性視圖。
具體實施例方式參照附圖，現在詳細地描述額外的實施例，其中，為了參照圖1進行比較的目的，以環狀鐵心的幾何形狀表示常規的電流補償式電感器的結構。圖1示意性地示出了電流補償式電感器100的俯視圖，所述電流補償式電感器100包括環狀鐵心110，第一繞組120和第二繞組130以對稱的方式被布置在環狀鐵心110上，使得在排布的對稱幾何形狀設計時并且基于鐵心110關于漏電感的有利特性的已知方式，實現了共模干擾信號的更高期望程度的補償，因為這已經被描述了。也就是說，參照鐵心110，繞組120和繞組130被裝配在相對的位置處并且具有相同的匝數，其中，通常存在建立繞組的額外特征的意圖，如各匝之間的距離等等，兩個繞組盡可能地對稱。為了這個目的，典型地使用自動繞線過程，在自動繞線過程中在鐵心110上布置合適隔離的導體材料。由此，磁心110由任何合適的鐵心材料形成，如高磁導性的鐵氧體材料等等，根據期望的電感值和應用而選取合適的鐵心材料。如最初提到的，許多應用需要電感器的更高水平的漏電感，例如為了有效地抑制共模干擾信號；這典型地通過提供分流元件140的方式實現，分流元件140為例如鐵氧體桿等等的形式。為了這個目的，在繞組120、130被布置后，鐵氧體桿140通過例如粘合劑附接到鐵心，其中，與元件140的一般特性(也就是它的磁性長度、它的磁性截面、在較小的程度上的磁性材料的磁導性)協作，尤其是在鐵心110和元件140之間生成的氣隙確定了在元件140中磁場線的路線。例如，如果需要的話，對于電流補償式電感器100來說值是電感器100的目標電感的大約0.5%到1.0%的漏電感能夠根據需要通過提供分流元件140的方式增加50%到100%。也就是說，以這種方式實現了差模干擾信號的有效補償而不顯著地損害有用的信號成分。作為比較，根據本發明，借助于結構措施(B卩，通過鐵心的幾何形狀設計)實現了期望的高漏電感，而不必在繞線后例如以分流元件的形式提供鐵心的額外部件。為了這個目的，根據本發明以這樣的方式設計鐵心的形狀使得還為閉合鐵心形狀提供使機器能夠繞線的合適的繞組部分，而其他無繞線部分使得漏磁通增加，其中，在這個部分中通過鐵心的幾何形狀來規定所述增加。為了這個目的，在一些描述性的實施例中，為閉合鐵心幾何形狀選取一般的“橢圓形的”模型，使得以彼此相距最遠的距離在“橢圓形的”鐵心的相對部分上布置繞組，而相應地鐵心的無繞線部分與最大長度相比較具有較小的距離(在下文中稱為寬度)，使得從“近處”向無繞線部分出現增加的漏磁通。通常，借助于現有鐵心形狀，在繞組處有低電感結構是可能的，而另一方面，與普通的環狀鐵心幾何形狀相比較，漏磁通在無繞線部分(在下文中稱作漏電感部分)中選擇性地增加。這樣的話，在與純粹的環狀鐵心幾何形狀相比較時，能夠省略而不存在額外的分流元件，總的來說，基本上改變了電流補償式電感器的其他規定特征的結構尺寸。參照圖2至圖7，現在詳細地描述額外的描述性的實施例，其中，如果必要的話，還對圖1中的比較性的示例進行了參照。圖2a示意性地示出了具有帶有增加的漏磁通區域的鐵心的電流補償式電感器200的俯視圖，其中為簡化起見，這種鐵心形狀在下文中被稱作“橢圓形的”鐵心形狀。在示出的實例中，鐵心210是閉合鐵心，即沒有氣隙的鐵心，其中以合適的方式將使用的材料的磁性長度、磁性截面、磁導率等調整至電感器200的期望的特征。在這點上，指出的是，對于鐵心210的材料和用于制造鐵心210的過程，將采用相應的技術，因為他們還用于普通的環狀鐵心幾何形狀。鐵心210的特征在于總長度210L，總長度210L作為鐵心210的外邊緣的最大尺寸，其中縱向方向被理解為第一繞組220到第二繞組230的延伸。也就是說，縱向方向和因此鐵心210的總長度210L是通過在第一繞組部分212與第二繞組部分213之間的最大距離而確定的，繞組220和繞組230相應地布置在第一繞組部分212和第二繞組部分213上。應該注意的是，術語“縱向方向”以及因此鐵心的總長度在本申請中一致地以前面定義的意義理解。另一方面，鐵心210的寬度210B被理解為鐵心210沿垂直于縱向方向(即，垂直于總長度2101)的方向的最大尺寸。在本申請的含義內，“橢圓形的”鐵心形狀相應地理解為總長度210L大于最大寬度210b的鐵心形狀，獨立于鐵心210在繞組部分212和繞組部分213之間提供的部分215的幾何形狀的形式，在下文中，部分215被稱作漏電感部分。在示出的實施例中，繞組部分212和繞組部分213是彎曲的區段，使得環狀鐵心幾何形狀的有利特征出現在這些部分中，而在示出的示例中漏電感部分215基本上作為直線部分存在，使得例如寬度210B在縱向方向上沿著漏電感部分215幾乎是恒定的。鐵心210還具有內部寬度2101，內部寬度2101在本申請中理解為沿著寬度方向的尺寸，內部寬度2101由鐵心材料210的內邊緣提供。在此，最大值被理解為內部寬度2101，該最大值由鐵心210的沿著總長度210L彼此相對的部分產生。在示出的示例中，由于直線的漏電感部分215，鐵心210因此沿著部分215的并且因此沿部分215的中心215M以外呈現(最大)內部寬度。能夠基于所確立的制造操作借助于合適的材料通過使鐵心210形成期望的橢圓形的形狀，例如借助于還用于普通環狀鐵心的處理通過擠壓合適的形狀，來生產電流補償式電感器200。此外，由于鐵心210的幾何形狀，鐵心210能夠通過機器繞線，以便例如將繞組220和繞組230布置為具有期望的特性。另一方面，借助于鐵心210的幾何形狀并且特別地借助于漏電感部分215結合繞組220、230而在構造上提供鐵心210的漏泄(leakageflow)特性。在另外的處理步驟中，由鐵心210以及繞組220和繞組230形成的結構能夠被安裝在支撐件上或合并到合適的殼體中，這也在下文中更詳細地描述。在功率補償式電感器200運行時，產生了對端點201的有用信號，并且這能夠被分接在端口 202上，其中，基于部件200的對稱結構產生共模干擾信號的有效抑制，而基于電流漏電感產生差模干擾信號的抑制，而不過度地損害有用信號，如前面描述的那樣。圖2b示意性地示出了部件200的俯視圖，其中，與圖2a相比較鐵心210具有修改的“橢圓形的”鐵心形狀。如圖所示，在漏電感部分215的中心(如210M指示)處的內部距離和內部寬度的值分別小于內部寬度2101，使得由鐵心210的幾何形狀造成的相應的變窄。在示出的實施例中，為鐵心材料提供相對恒定的磁性截面使得在部分215的中心處減少的寬度210M有效地使漏磁通增加。然而，應當注意的是，根據其他實施例，如所呈現的，例如在通過虛線215Q的擴大的截面的情況下，鐵心210的截面大約在部分215處可以改變。在其他實施例中，截面可以比在繞組部分212和繞組部分213中截面小，或者與部分212或部分213相比較可以增加或減少部分215的截面。還應該注意的是，寬度210M指示的變窄可根據要求調整，但是以這樣的方式選擇使得繞組部分212和繞組部分213的機器繞線繼續是可能的。為了這個目的，在一些描述性的實施例中最小寬度210M的大小被限制至內部寬度2101的50%的最大值。在這種方式下，確保了在對鐵心210進行機器繞線時存在由鐵心210包圍的空間的足夠的機器可達性。在其他實施例中，變窄可以更顯著；因此，最小寬度210M可以小于內部寬度2101的50%。圖2c示意性地示出了根據額外的描述性的實施例的鐵心210的俯視圖，其中鐵心210由多個彎曲的區段形成。如圖所示，繞組部分212被提供為彎曲的區段210，由鐵心210的給定截面的特定的曲率半徑來確定彎曲的區段210。在同樣的方式下，繞組部分213被提供為彎曲的區段。漏電感部分215的相應彎曲的區段連接于繞組部分213，其中，各個區段被提供有相應的曲率半徑以便因此容納期望的橢圓形的鐵心形狀。在示出的示例中，示出了形成部分215的一部分和/或腿部的彎曲的區段215a、215b、215c以及形成部分215的相對的部分和/或腿部的區段215d、215e、215f，并且因此這些區段連接繞組部分212和繞組部分213。在說明的實施例中，基于對于區段215a、215c和對于區段215b和/或以類似方式對于區段215f、215d和對于區段215e可變的曲率半徑產生具有最小內部寬度210M的兩個位置，而在它們之間的內部寬度連續地增大和減小。另一方面，鐵心210的這種幾何設計為繞組部分212和繞組部分213產生了非常便利的形狀，因為例如借助于區段215a、215f、215c、215d，待布置的繞組的匝數能夠在空間上被有效地限制。另一方面，彎曲的區段避免任何尖銳的邊緣，其中，仍然實現了漏電感部分215的期望的有效輪廓。因此，在限定好的方式下，通過在部分215內最佳地引導磁場來感應漏磁通，其中，通過提供兩個“最小的”210M，實現了鐵心210的相對部分的高度精確的耦合并且因此實現了最佳的漏電感。在說明性的實施例中，鐵心210的總長度210L的值為20mm或更少，其中，厚度(即，沿垂直于圖2c的圖層的方向的鐵心材料的尺寸)的值為大約6mm或更小。對于此類尺寸，能夠實現達到IOOmH或更大的目標電感的電感值，其中一些安培的電流可以取決于目標電感而流動。另一方面，能夠實現幾百μ H的漏電感。因此，示出的鐵心形狀適合于許多類型的“低功率應用”，其中，與普通的環狀鐵心幾何形狀相比較能夠改進濾波效果，而與環狀鐵心幾何形狀相比較未顯著地改變電流補償式電感器的橫向的尺寸。然而，應該注意的是，相應的橢圓形的鐵心形狀還能夠被有效地用于功率應用，其中，關于差模干擾信號和共模干擾信號，幾十安培到幾百安培的有功電流應被過濾掉。圖2d示出了根據圖2c中呈現的實施例的鐵心210的示意性立體圖。圖2e示意性地示出了電流補償式電感器200的俯視圖，其中，使用了在圖2c和圖2d中示出的鐵心形狀。如圖所示，繞組220和繞組230布置在鐵心210上并且連接到殼體或支撐件250的相應的引線腳252上。使支撐件250適合于鐵心210的一般的幾何形狀配置，并且由任何合適的材料(例如塑料等等)形成，其中，因為高的振動要求，可以在支撐件250內提供額外的密封物質或粘附物質。此外，殼體250包括夾持裝置251，在示出的實施例中以夾持鉤的形式提供夾持裝置251，使得特別地在漏電感部分215處裝置251能夠以適當的方式有效地與鐵心210接合。如圖所示，夾持裝置251的形狀被調整成鐵心210的大體上橢圓形的形狀，使得借助于合適的形狀簡單地實現殼體250在鐵心210處的有效調整和固定，而不需要額外的固定材料。鐵心和支撐件的這種類型的連接具有非常小的環境影響。此外，提供了內定中心區域253，內定中心區域253還充當用于SMD裝配的抽吸表面，因此貢獻于電感器200的優良的可加工性。通過裝置251的機械固定還足夠用于使支撐件250能夠密封或粘附而不需要鐵心210與鐵心250之間的進一步的調整措施。此外，在支撐件250上設置使繞組220和繞組230分別互連的引線腳252。所描述的支撐件還可以由用于電感器的完全密封或部分密封的殼體來實施。圖2f示意性地示出了依照圖2e中的線IIf的截面圖。如圖所示，夾持鉤252與鐵心210接合并且將支撐件250機械地固定到鐵心210。此外，繞組220和繞組230布置在鐵心上，其中，如前面描述的那樣，這能夠借助于自動的繞線過程來進行，而不必對漏磁通進行輔助的調整，因為這是在常規技術中的情況(參見圖1)。圖3示意性地示出了對于圖1中的常規部件電感與工作電流的相關性的圖形表示，圖1中的常規部件充當比較的對象。電感(即，部件100對補償操作有效的電感)被繪制在垂直軸上，而水平軸指示電流。在50mV的電壓的情況下，在IOkHz下進行電感的測量，其中，部件和周圍區域的溫度達到20°C。曲線A定性地指示部件100在沒有分流元件140的情況下的路線，因此指示純粹的環狀鐵心結構，其中，出現330 μ H的漏電感。分流元件140的使用使得漏電感如期望地增加至490 μ H，其中，如所預料的，現在利用用于目標電感的更高電流發生了明顯的下降，這能夠從曲線B采集到。圖4示意性地示出了依照曲線A的取決于圖1的部件100的正向電流的電感的圖形表示，而曲線C指示根據本發明的用于圖2a中示出的實施例的部件200的相應的性能。應當注意的是，除了鐵心幾何形狀以外，以相同的方式設計與電氣特征有關的部件。然而，由曲線C表示的部件200具有660 μ H的漏電感，與根據曲線A的部件100的簡單的環狀鐵心排布比較，660 μ H的漏電感對應于100%的漏電感增加。與具有分流元件140的部件100相比較，同樣出現漏電感的顯著增加，使得除在制造的能力、部件值的波動等方面的優點外，實現了差模干擾信號的整體上更好的補償性能。圖5示意性地示出了根據本發明依照實施例的電流補償式電感器200的比率，電感器具有鐵心幾何形狀，如在圖2c和圖2d中所示。相應的性能由曲線D表示，而曲線A反過來指示不具有分流元件140的常規的環狀鐵心部件100的性能。在這種情況下，對于根據本發明的鐵心，確定了 760 μ H的漏電感，與根據曲線A的純粹的環狀鐵心排布相比較760 μ H的漏電感對應于130%的增加。圖6示意性地示出了取決于用于兩個不同實施例(即，如在圖2a中示出的鐵心形狀(曲線C)和如基本上在圖2c和圖2d中示出的實施例(曲線D))的工作電流的目標電感的路線。如能夠從圖形表示推斷的那樣，這些實施例在目標電感方面實質上具有相同定性的特征，其中，兩個鐵心都具有高的期望的漏電感，對于更具曲線D的鐵心所述高的期望的漏電感與曲線C的鐵心相比較高10%至15%。根據圖3至圖6中示出的抽樣測量結果，能夠清楚地看出，一般地，根據本發明電流補償式電感器中的漏電感與常規的環狀鐵心幾何形狀相比較能夠被增加，即使他們被提供有額外的分流元件，其中，能夠基于合適的鐵心幾何形狀來建立用于生產電流補償式電感器的高效的過程。也就是說，鐵心具有機器能夠處理的鐵心形狀，而在繞線后無需為調整至期望的高水平的漏磁通而采取額外的措施。對于指示的磁性數據和鐵心的整體尺寸，由鐵心幾何形狀唯一地規定漏磁通，使得能夠在小區域變化的情況下生產大量的電流補償式電感器。如果期望相反干擾信號的有效抑制，同時基于“橢圓形的”鐵心形狀還能夠有效地使高性能部件的干擾消除，根據本發明電流補償式電感器適合于在100毫安至幾安培范圍內的低功率應用。在這種情況下，與容易調整的磁性值(例如針對漏磁通等等)結合，在本發明下的鐵心形狀還確保機器能夠繞線的能力。參照圖7a和圖7b，在此描述了磁心以及相關聯的電流補償式電感器的實施例，在實施例中，用于兩相系統和特別地多相系統(例如三相系統)的合適的幾何形狀以一種方式實現，使得在整體上存在共模干擾信號的適當的抑制和差模干擾信號的明顯的抑制。將多相系統理解為使得信號和尤其是供應電壓和電流發生在至少三條饋線或三相上，如這種情況可以是在移相的方式下。由此，信號流入或電源的流入是以在各個相位上盡可能對稱的方式發生，然而其中，電流補償式電感器將使明顯的干擾信號減幅，這先前對于兩相電流補償式電感器描述過。圖7a示出了磁心710的示意性俯視圖，磁心710呈現閉合鐵心形狀，并且在原則上能夠被描述為類似環狀鐵心的設計，但是磁心710明顯地偏離于環狀鐵心形狀，如這用虛線以711示出，從而實現特別地設計的漏電感性能。也就是說，鐵心710偏離于環狀鐵心形狀711使得如果鐵心710用作電流補償式電感器的鐵心，則以期望的方式產生更高水平的漏電感。在示出的實施例中與環狀鐵心形狀711的期望的偏離一方面通過提供彎曲的部分713A、713B、713C而實現，這給予鐵心710通常類似于環狀鐵心的設計，其中，在兩個相鄰的彎曲部分之間提供相關聯的連接區域；這個連接區域具有用于實現期望的整體的鐵心形狀的合理的設計。在示出的示例中，以對應于三個彎曲的部分713A、713A…713C的方式提供三個連接部分715A、715B和715C。盡管基于通常情況部分713A、713A…713C以及相關聯的連接部分715A…715C是以彼此偏離的形式來提供的，但是在有利的實施例中，除了在生產過程中造成的偏離以外，以相同的方式設計這些區域，使得在整體上，為鐵心710和因此為電感比率(特別是漏電感比率)產生高度對稱的結構。也就是說，在示出的實施例中，為三相系統設計鐵心710，使得一方面，鐵心710具有關于中心M的三重的(three-fold)旋轉對稱以及垂直于圖7a的圖層運行并且通過中心M延伸的旋轉軸線。另一方面，依照幾何學上的幾何形狀，這還產生磁性對稱，使得依照幾何學上的對稱獲得對稱的電性能和磁性能。在所說明的實施例中，彎曲的部分713A、…、713C具有距中心M的達到制造容限相同的距離Dl，而連接部分715八彳7150具有距中心M的距離D2，距離D2不同于距離Dl。在所說明的實施例中，連接部分715A…715C被 布置得比彎曲的部分713A…713C更靠近中心M。也就是說，在這個實施例中，距離D2小于距離D1。應該注意的是，一般地，將彎曲的部分到中心的距離理解為使得相關的距離垂直于特定的區段的相應的邊緣線。因為如不言自明的那樣，相應的部分的鐵心材料沿垂直于圖7a的圖層方向具有相應的延展,如在圖2d的立體圖中以用于鐵心210的比較形式示出，前述的限定是要施加到通過鐵心710的通路出現的這種邊緣線，所述通路依照垂直于圖7a的圖層的線而對應于中心平面。為了簡化，假設在圖7a中呈現的層對應于這個中心平面。鐵心710還能夠設計為用于需要多于三相并且因此需要繞組的多相系統，使得將提供相應較大的數量的彎曲的部分713A…713C和相關聯的連接部分715A…715C。例如，對于四相系統，相應地提供了四個彎曲的部分和四個相關聯的連接部分；對于五相系統，相應地提供了五個彎曲的部分和五個相關聯的連接部分，等等。距離Dl和D2的前述限定產生相應的旋轉對稱，例如四重的旋轉對稱，五重的旋轉對稱等等。也就是說，在示出的實施例中，如果存在繞旋轉軸線通過中心M的120°的旋轉，則再次出現大體上相同的鐵心配置，同時在四重旋轉對稱的情況下，90°的旋轉基本上產生相同的鐵心配置。
這種類型的限定(即，鐵心部分到共同中心的距離的指示)允許偏離于環狀鐵心形狀711的鐵心幾何形狀，以施加到在前面參照圖2a到圖2f描述的電流補償式電感器，其中，彎曲的部分則對應于繞組部分212、213，并且連接部分則對應于規定為漏電感部分的部分215。因此，相應的旋轉對稱將會是180°的對稱。由此，彎曲的部分212、213距概念上的中心的距離對應于幾何長度210L的一半，其中，依照在圖7a中示出的相關聯的距離的限定，將從這個幾何長度中減去鐵心材料的直徑和/或最大橫向延展。在類似的方式下，內部寬度2101的一半對應于在圖7a中的距離D2。在圖7a中示出的鐵心710的實施例中，在連接部分715A…715C中還提供直線區段715G，其有益效果在于:例如調整鐵心710的相應的磁性總長度，而不改變例如距離D2。在其他實施例中，連接部分715A…715C可以具有在原理上針對鐵心210的漏電感部分215的幾何設計(如這在例如圖2c中示出)，使得在一方面可適當地調整漏電感比率并且在另一方面例如在彎曲的部分713A…713C中形成合適的繞組部分。然而，應該注意的是，相應的繞組不必布置在彎曲的部分713A…713C上；而是，也可相應地使用連接部分715A…715C。由此，能夠有利地例如如示意性地示出的那樣以部分715G的形式提供相應地設計的直線部分。可通過仿真或借助測量技術來記錄由此調整的漏電感比率。圖7b示意性地示出電流補償式電感器700的俯視圖，在圖7b中，鐵心710被提供有三重的旋轉對稱，即，120°對稱，因為這適合例如三相電流系統。為了這個目的，例如以繞組720A、720B和720C的形式在鐵心710上布置相應的繞組。在示出的實施例中，繞組720A布置在彎曲的部分712a上，繞組720B布置在彎曲的部分713B上并且繞組720C布置在彎曲的部分713C上。因此，至少是在連接部分715A…715C表示無繞線部分的情況，因此其具有一方面用于調整漏電感比率，并且另一方面用于使繞組720A…720C的機器能夠處理的施加成為可能，并且還支持此類繞組的機械固定的適當的設計。如參照圖7a前面描述的，為了這個目的，部分715A…715C可具有任何合適的截面形狀，其中，截面還可沿磁性長度改變。在示出的實例中，部分被提供有大的截面715Q使得至少是沿中心M的方向出現部分715A…715C的相應的突起的情況，其在一方面在彎曲的部分713A…713C中呈現對繞組空間的良好的空間的限制，并且在另一方面為增加的漏電感值做出了貢獻。也就是說，借助于至少在對應的連接部分715A…715C的中心提供的更大的截面715Q，使距離D2減少而使得漏電感相應地增加。可以以機器能夠處理的方式布置繞組720A…720C，因為特別地以這樣的方式設計連接部分715A…715C使得借助于繞線機器通過對繞組的導線進行穿線來處理是可能的，如這參照電流補償式電感器200在前面描述的。如前面描述的那樣，如果相應地設置更多的彎曲部分和連接部分，此處的情況同樣是:能夠為多于三相的電力系統設計電流補償式電感器700。此外，前面針對電流補償式電感器200的繞組220、230描述的相同的特性基本上還適用于繞組720A…720C的特性。特別地，在鐵心710的磁性特性和鐵心710的幾何形狀的交互作用中，還可為大約10安培范圍內的更高的電流設計繞組，使得特別地有利于在三相系統或多相系統中的功率應用的特性出現。如在前面以用于在圖2e中的兩相電感器類似的方式以殼體250的形式描述的那樣，電流補償式電感器700還能夠被提供有合適的殼體，所述殼體例如在連接部分715A…715C中例如通過彈簧鎖機械地緊固至鐵心710。因此，相應的殼體能夠容易被固定并且還能夠充當用于真空抓取器系統的抽吸表面，使得在板插入時還能夠以機器能夠處理的方式處理電流補償式電感器700。
權利要求
1.一種電流補償式電感器，包括: 鐵心(210)，其具有第一彎曲的繞組部分(212)、第二彎曲的繞組部分(213)和布置在第一繞組部分與第二繞組部分之間的漏電感部分(215)，所述漏電感繞組部分將所述第一繞組部分(212)與所述第二繞組部分(213)連接，使得所述鐵心(210)的總長度(210L)被限定， 其中，最大鐵心寬度(210B)小于所述鐵心(210)的所述總長度(210L)， 第一繞組(220)，其布置在所述第一彎曲的繞組部分(212)上，以及 第二繞組(230 )，其布置在所述第二彎曲的繞組部分(213 )上。
2.根據權利要求1所述的電流補償式電感器，其中，所述漏電感部分(215)在所述第一繞組部分(212)與所述第二繞組部分(213)之間具有恒定的寬度。
3.根據權利要求1所述的電流補償式電感器，其中，所述漏電感部分(215)的寬度至少在所述第一繞組部分(212)和所述第二繞組部分(213)之間的位置上小于所述最大鐵心寬度(210B)。
4.根據權利要求3所述的電流補償式電感器，其中，所述漏電感部分(215)的寬度具有帶有最小寬度的至少兩個位置(210M)。
5.根據權利要求3或4中的一項所述的電流補償式電感器，其中，所述鐵心是由彎曲的區段(212、213、215A、215B、215C、2iro、215E、215F)形成的。
6.根據權利要求1至5中的一項所述的電流補償式電感器，其中，在所述漏電感部分(215)的相對部分之間的最小內部寬度(210M)等于或大于所述鐵心的最大內部寬度(2101)的 50%ο
7.根據前述權利要求中的一項所述的電流補償式電感器，還包括借助于夾持連接到所述鐵心的殼體或支撐件(250 )。
8.電流補償式電感器，包括: 鐵心(210)，其由具有繞組部分(212、213)和漏電感部分(215)的彎曲的區段(212、213、215A、215B、215C、215D、215E、215F)形成，所述繞組部分(212、213)沿所述鐵心的縱向方向彼此相對，所述漏電感部分(215)沿縱向方向布置在繞組部分之間，其中所述鐵心在所述漏電感部分的中心(215M)以外呈現其最大內部寬度(2101)，以及 繞組(220、230 )，其對應地布置在所述繞組部分(212、213 )上。
9.根據權利要求8所述的電流補償式電感器，其中，在所述漏電感部分(215)的中心處的內部寬度(210M)小于所述鐵心的最大內部寬度(2101)。
10.根據權利要求8或9中的一項所述的電流補償式電感器，其中，在所述漏電感部分中的最小內部寬度(210M)大于或等于所述鐵心的最大內部寬度的50%。
11.根據權利要求8至10中的一項所述的電流補償式電感器，其中，所述漏電感部分具有帶有最小內部寬度的至少兩個位置。
12.根據權利要求8至11中的一項所述的電流補償式電感器，其中，所述鐵心是不具有氣隙的鐵心。
13.根據權利要求8至12中的一項所述的電流補償式電感器，其中，所述鐵心的總長度(210L)是20mm或更小。
14.根據權利要求8至12中的一項所述的電流補償式電感器，其中，所述電感器是針對20安培的工作電流而設計的。
15.根據權利要求8至14中的一項所述的電流補償式電感器，還包括借助于夾持連接到所述鐵心的支撐件或殼體(250 )。
16.根據權利要求1所述的電流補償式電感器，其中，所述鐵心在所述漏電感部分中的截面(215Q)小于或大于在所述繞組部分中的截面。
17.一種用于電流補償式電感器的磁心，包括: 多個彎曲的部分(212、213 ;713A，...，713C)，所述多個彎曲的部分(212、213;713A,713C)中的每個都具有距共同中心(M)的第一距離(D1)，以及 多個連接部分(215 ；715A,...，715C)，每個連接部分(215 ；715A,...，715C)將所述多個彎曲的部分(212、213 ；713A,713C)中的兩個彎曲的部分連接，其中，所述多個連接部分(215 ；715A,715C)各自具有距所述共同中心(M)的第二距離(D2)并且所述第二距離(D2)不同于所述第一距離(D1)。
18.根據權利要求17所述的磁心，其中，設置三個彎曲的部分和三個連接部分。
19.根據權利要求17或18所述的磁心，其中，所述第二距離小于所述第一距離。
20.根據權利要求17至19中的一項所述的磁心，其中，所述連接部分中的每個都具有直線區段(713G)。
21.根據權利要求17至20中的一項所述的磁心，其中，所述彎曲的部分和所述連接部分具有相同的截面。
22.根據權利要求17 至21中的一項所述的磁心，其中，在每個所述連接部分中的截面在形狀上變化和/或在表面上變化。
23.根據權利要求17至21中的一項所述的磁心，其中，在每個所述彎曲的部分中的截面在形狀上變化和/或在表面上變化。
24.根據權利要求17至23中的一項所述的磁心，其中，所述彎曲的部分和所述連接部分形成閉合鐵心。
25.—種電流補償式電感器,具有: 根據權利要求17至24中的一項的鐵心，以及 多個繞組(720A，…，720C)，每個繞組都布置在所述彎曲的部分中的一個上或所述連接部分中的一個上。
26.根據權利要求25所述的電流補償式電感器，其中，所述多個繞組中的每個都布置在相關聯的彎曲的部分上。
27.根據權利要求25或26所述的電流補償式電感器，還包括借助于夾持連接到所述鐵心的殼體。
全文摘要
電流補償式電感器具有基本上閉合的鐵心，所述閉合的鐵心偏離環狀鐵心設計，使得實現了增加的漏磁通并且同時保持了常規的環狀鐵心幾何形狀的其他優勢。特別地，能夠借助于自動化高效地生產根據本發明電流補償式電感器而不需要用于安裝分流元件的后續的處理步驟。
文檔編號H01F17/06GK103189940SQ201180052615
公開日2013年7月3日 申請日期2011年9月6日 優先權日2010年9月7日
發明者格哈德·卡爾, 赫伯特·邁爾 申請人:勝美達集團有限公司