专利名称：具有增加的漏电感的电流补偿式电感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及有效地用于过滤共模干扰并且同时允许对由漏电感引起的差模干扰进行适度抑制的一般的电流补偿式电感器。
背景技术：
电子设备的运行还导致大量电干扰信号的产生，所述电干扰信号部分被发射并且部分保留在相应的线路上；这些电干扰信号可能严重地扰乱造成扰乱的电子设备的其他电子组或其他电路区域的运行。例如，如在内部供电电压等的调整中，电子组装单元的供电线路频繁地受到干扰信号的影响，这会导致在其他电子部件中产生额外的干扰信号。此外，如在开关电源、电力传动等等中，在供电线路中的强干扰信号的存在还会导致下游电路的效率的明显下降。频繁地出现的干扰信号包括以几乎相同的方式在供电电压的馈线上出现的所谓的“共模干扰信号”。可以通过使用所谓的“电流补偿式电感器”来有效地减少此类共模干扰信号，在电流补偿式电感器中两个同样地缠绕的绕组(即，对于两相系统)被施加在铁心上并且具有相对的互连(interconnection)。这样的排布在共用铁心中几乎不产生由通过各个绕组的有功电流所感应的磁场，因为相对地提供的绕组的效果为此提供了完全的补偿。也就是说，电流补偿式电感器的选取的电感(所述电感通常是较高的)对于有用的信号而言几乎是没有影响的。另一方面，在共模干扰信号出现时，具有相对的互连的两个绕组的额外的效果出现，使得在这种情况下，电流补偿式电感器的总电感是有效的并且因此将实现干扰信号的有效抑制。因此，能够以电容器等形式提供其他部件。在信号线路中频繁地使用这种电流补偿式电感器，从而以有效的方式在这种线路中同样地抑制共模干扰信号。为了这个目的，开发了许多种电流补偿式电感器；这些电流补偿式电感器能够有效地抑制共模干扰，而不会以不必要的方式损害有用信号所需的带宽。特别地，基于环状铁心生产高效的电流补偿式电感器，其中，绕组典型地以对称的方式施加在环状铁心上，从而高度对称的设计结合环状铁心的有利的散射特性使得强力抑制共模干扰信号。在应用环状铁心的情况下生产这种电流补偿式电感器中，典型的是，使用自动绕线操作，在自动绕线操作中，直接用相应合适的导线而不使用线圈卷线轴来对环状铁心进行绕线，只要能够保持必要的绝缘和漏电流路径即可。然而，在许多滤波器应用中，以尽可能有效的方式抑制共模干扰信号不是要考虑的唯一方面。例如，对于许多滤波器应用，在更高程度上期望最终对有用信号有影响的更高水平的漏电感，以便同样使干扰有用信号的差模干扰信号减少到某种程度。也就是说，在此类滤波器应用中，通常存在实现了更高程度漏电感的配置的选取，使得除了共模干扰信号的有效抑制之外，差模干扰信号的抑制也是可能的。为了这个目的，例如，使用额外的纵向电感器或在一些常规应用中使用具有尽可能多的匝数从而具有与环状铁心相比程度更高的漏电感的E形铁心，从而关于适度的高程度的漏电感来接近期望的性能。在其他途径中，在合适位置处将额外的分流元件增加到传统的铁心(例如E形铁心或甚至环状铁心)，使得出现更高程度的漏电感。例如，对于闭合铁心(例如环状铁心)，在绕组之间的部分处可以插入具有特定特性的磁心形式的分流元件，使得能够根据磁特性来选择性地调整更高程度的漏电感。然而，例如以杆的形式的相应的分流元件的设置需要额外的制造步骤，诸如在施加绕组之后将分流元件粘附到给定的铁心等等，导致生产成本显著增加。另外，这种额外的制造步骤会导致电流补偿式电感器的最终特性的更大的变化性，因为在真实的铁心与分流元件之间的气隙中已经最小的偏移对所获得的漏电感和对电流补偿式电感器的调谐能力具有极大的影响。特别地，对于环状铁心的几何形状，在安装分流元件时存在额外的复杂的制造步骤，因为例如环状元件的自动绕线与分流元件的存在不兼容，使得仅仅能够在随后的处理步骤中施加分流元件，或者必须通过复杂的手工劳动生产电感器，导致在再现性和精确度方面存在前述的限制。
发明内容
考虑到在上文中的实际情况，本发明的目的是提供具有适度高的漏电感以及部件特性的较低变化性的电流补偿式电感器。根据本发明的方案，通过具有铁心的电流补偿式电感器来解决上述目的，所述铁心具有第一弯曲的绕组部分、第二弯曲的绕组部分和布置在第一绕组部分与第二绕组部分之间的漏电感部分。所述漏电感部分将所述第一绕组部分与所述第二绕组部分连接，从而限定所述铁心的总长度。而且，电流补偿式电感器的最大铁心宽度小于铁心的总长度。电流补偿式电感器还包括布置在第一弯曲的绕组部分上的第一绕组和布置在第二弯曲的绕组部分上的第二绕组。通常，借助于根据本发明的电流补偿式电感器的这种配置，尤其针对两相系统提供了特定的几何形状，以使得能够精确地调整漏电感。为了这个目的，铁心具有决定性地确定磁心的总长度的漏电感部分，至少在绕组部分中所述铁心再现具有其关于引导磁场的有利特性的环状铁心的形状。另一方面，铁心的几何形状被限定以使得最大宽度小于铁心的总长度，使得总体上，“椭圆形的”或被拉伸的形式出现，从而有助于在漏电感部分之内的更高水平的漏电感。也就是说，基于弯曲的绕组部分，在铁心的这个部分中实现了极低散射的配置，使得漏电感部分实质上以在漏电感部分内的受控的方式贡献于漏电感，因此能够以容易再现的方式基于铁心的结构特征来调整实质的贡献。在这点上，要注意的是铁心的总长度应理解为铁心材料的几何尺寸并且不同于铁心的磁性长度。在这个应用中，关于磁性特性，例如关于长度，总是参照磁性长度，而没有任何额外的参照，“长度”、总长度等等的描述总是指铁心材料的几何尺寸。在类似的方式下，铁心的宽度被理解为铁心材料的外边缘沿着与铁心的纵向方向垂直的方向的最大尺寸，而内部宽度表示铁心材料沿宽度方向在某个位置处的相应的间隔。在额外的有利的实施例中，在第一绕组部分与第二绕组部分之间的漏电感部分具有恒定的宽度。在这种情况下，因此出现了简单的几何形状配置，因为与弯曲的绕组部分结合出现了“椭圆形的”配置，其中，在这个实施例中，至少在外边缘上按直线部分来设置漏电感部分。因此，铁心的简单几何形状导致可能被有效地控制并且可以为许多类型的电流补偿式电感器而被有效地为其他类似的参数调整的总漏电感，例如，通过相应地调整线性漏电感部分的长度。在额外的有利的实施例中，漏电感部分的宽度、因此由漏电感部分的两个腿部限定的宽度至少在第一绕组部分和第二绕组部分之间的位置上小于最大铁心宽度。基于漏电感部分的这种几何形状配置，例如铁心有恒定的截面和更小的截面和更大的截面之一的情况下，能够存在相对部分的变窄以及因此会聚和/或可以通过结构措施来形成漏电感部分的腿部，使得可以借助于几何形状而不用例如必须增加铁心的总长度来调整漏电感的大小。也就是说，借助于在相对部分和/或漏电感部分的腿部之间的在结构上调整的最小宽度能够有效地预先确定漏电感，然而，同时保持相对大的间隔，使得能够应用有效的自动绕线过程。 在额外的有利的实施例中，漏电感部分的宽度包括具有最小宽度的至少两个位置。以这种方式，利用给定的外部尺寸，可以为不同类型的电感器以高度精确的方式预先确定漏电感而不损害自动绕线能力。而且，借助于漏电感部分的相应的设计，能够实现绕组区域的有效描绘，使得确定好的几何的绕线长度能够在绕组部分产生，这相应地贡献于电感器的改进的对称结构。在额外的有利的实施例中，铁心包括弯曲的区段。在这种方式下，能够避免铁心材料中会另外地贡献于可控性差的漏电感性能的任何尖锐的边缘。提供弯曲的区段也就是说避免任何边缘，还使得电流补偿式电感器的机器生产的性能更佳，因为明显地减小了材料碎屑等的风险。在说明性的实施例中，在漏电感部分的相对部分和/或腿部之间的最小内部宽度大于铁心的最大内部宽度的大约50%。一方面，铁心的相应的几何配置借助于减少漏电感部分的相对部分的宽度来允许期望的高水平的漏电感，同时在另一方面，在铁心的内部中预留足够的间隔，使得下游的生产步骤(如绕组部分的自动绕线)不会引起故障。在额外的实施例中，电流补偿式电感器包括借助于夹持连接到铁心的支撑件或壳体。例如，没有携带任何绕组的漏电感部分能够例如通过使壳体的夹持钩以合适的方式与铁心接合来有效地用于这个目的。优选地，相应地形成壳体和漏电感部分，使得相应的夹持装置能够可靠地并且可重复地与铁心进行接合。这种夹持在不需要任何额外的粘附化合物或密封化合物的情况下，也自然为资源的保护做出贡献以及因此对环境保护做出贡献。额外的有益效果是:对于涉及SMD应用的实施例，在支撑件或壳体中的中央的定中心区域可以用于抽吸(suction)。根据本发明的额外的方案，借助于包括具有弯曲的部分的铁心的电流补偿式电感器解决了上述目的。提供了沿铁心的纵向方向彼此相对的绕组部分和沿纵向方向在绕组部分之间布置的漏电感部分，其中，铁心在漏电感区域的中心以外呈现它的最大内部宽度。而且，电流补偿式电感器包括相应地布置在绕组区域上的绕组。在这个实施例中，铁心通常由通常允许具有低电感的结构的弯曲的部分形成，其中，然后，基于漏电感部分的减小的内部宽度，借助于结构措施来调整期望的漏电感。也就是说，在铁心结构中提供可以被有意地调整至期望值的具有漏电感的部分，否则铁心结构由于限定好的结构性限制而具有低电感。在额外的实施例中，在漏电感部分在中心处的内部宽度小于铁心的最大内部宽度。也就是说，在这个实施例中，铁心的变窄实际上出现在漏电感部分内使得进一步增加漏磁通。在额外的有利的实施例中，在漏电感部分中的最小内部宽度大于或等于铁心的最大内部宽度的50%。在这个实施例中也出现高水平的漏电感，而得到的最小内部宽度使能实现铁心的自动绕线。在一些实施例中，为漏电感部分提供局部最小内部宽度的至少两个位置。在额外的实施例中，提供了不具有气隙的铁心，使得总体上形成“闭合的”铁心配置，同时由铁心材料封闭的内部区域依然充分地定尺寸使得自动绕线是可能的。另一方面，铁心的无气隙结构使任何已被接受的磁性材料的使用成为可能，因为这些已被接受的磁性材料典型地用于环状铁心。在说明性的实施例中，铁心的总长度是20mm或更小使得能够为相应的应用提供电感器，在相应的应用中，例如在若干安培的有功电流处达到100毫享的电感值可能是必要的，其中，虽然铁心有高度紧凑的尺寸，但是以良好的可再现性实现了期望的适度高水平的漏电感；尽管如此依然能够以自动化的方式施加绕组。在额外的说明性的实施例中，为20安培或更高的工作电流设计电感器；也就是说，还可以为功率部件中的滤波器应用有效地提供根据本发明电流补偿式电感器，在功率元件中，针对共模或差模干扰信号要对几十安培、达到几百安培或更高的电流进行滤波。因此，能够为相应的铁心提供限定好的几何形状，使得同样在这种情况下，在铁心的制造中能够借助于铁心的几何形状以高度的精度性来调整漏电感，而不必随后安装额外的分流元件。根据本发明的额外方案，借助于可以用于电流补偿式电感器的磁心来解决上述的目的。所述磁心包括多个弯曲的部分，每个弯曲的部分都具有距共同中心的第一距离。此夕卜，磁心包括多个连接部分，连接部分将多个弯曲的部分中的两个或更多个连接部分连接，其中，多个连接部分各自具有距共同中心的第二距离并且所述第二距离不同于所述第一距离。因此，用于根据本发明电流补偿式电感器的磁心包括偏离于环状铁心的形式的形式，使得借助于铁心的对应部分的不同距离，能够相应地调整漏电感性能。根据本发明的磁心适合于两相电流系统和还尤其适合于多相系统，例如三相电流系统，其中，结合连接部分，特定的弯曲部分使能获得对于特定的相位而言高度对称的配置，并且由于不同的距离依然实现了期望的高水平的漏电感。在有利的实施例中，考虑三相系统，相应地提供了三个弯曲的部分和三个相关联的连接部分，使得总体上实现了类似环状铁心的配置，但是其中，基于给定的铁心设计的弯曲的部分和连接部分的不同的距离，在铁心中产生选择性的“瓶颈”，其一方面使限定好的漏电感值成为可能并且另一方面还为待施加的多相绕组产生限定好的绕组部分。在有利的实施例中，第二距离(S卩，连接部分的距离)小于第一距离。因此，特别地，通常为弯曲的部分提供更大的距离以使得这些部分优选地设置为绕组区域，而连接部分充当有效的漏电感部分，因为它们距中心以及距其他铁心部分的距离更小。在说明性的实施例中，连接部分中的每个连接部分都具有直线区段，而在其他说明性的实施例中，连接部分还被实施为弯曲的部分。因此，在铁心的总的磁性长度的调整中出现了极其高程度的灵活性，因为例如通过在连接部分中提供直线区段的方式，在整体上实现了可调整的总的磁性长度，而在连接部分中形成弯曲的部分为具有相同的几何“长度”的更大的总的磁性长度做出了贡献。
弯曲的部分和连接部分能够具有相同的截面，使得磁性截面面积在整个磁心上是基本上相同的。在其他说明性的实施例中，至少在区段中、在弯曲的部分中和/或在连接部分中关于截面的形状和/或截面的面积可变地设计截面，以便由此具体地考虑磁性需要，例如以提供突起等的形式，使得能够局部地增加漏电感。而且，铁心截面在某些位置处的扩大能够被有利地利用，以便例如提高机器稳定性和/或提供特别地设计的铁心部分，特别设计的铁心部分使能实现关于绕组的施加的有利的机器安装(如描述的那样，例如关于在上文中呈现的电流补偿式电感器)根据本发明的额外的方案，借助于特别地包括上述磁心的电流补偿式电感器解决了上述目的。在这种方式下，能够特别地为多相系统(如三相系统)提供电流补偿式电感器，其中，在机器能够处理方面尤其对于对应的绕组的施加出现了前面提到的优势。例如，如前面描述的那样，每个绕组都能够以机器能够处理的方式有利地施加到一个弯曲的部分上，而无绕线的连接部分则有效地充当漏电感区域。因此，为三相或多相系统提供高度对称调整的以及增加的漏电感是可能的，使得实现共模干扰信号和差模干扰信号的高效的抑制。
在附随的专利权利要求书的从属权利要求和下文的详细说明中还能够获知另外的有利的实施例。下文的详细说明涉及滑动视图，在附图中:图1示意性地示出了根据常规设计的作为比较示例的电流补偿式电感器；图2a示意性地示出了电流补偿式电感器的俯视图，其中，大体上“椭圆形的”设计产生引起适度高水平的漏电感的漏电感部分，漏电感由铁心的几何形状确定；图2b示意性地示出了铁心的俯视图，其中，在闭合铁心中以漏电感部分的形式设置合适的“缩颈部(necking)”；图2c示意性地示出了电流补偿式电感器的铁心的俯视图，其中，铁心是由弯曲的部分形成，并且漏电感部分具有用于期望的漏电感的调整和合适的绕组空间的有效限制的两个最小间隔；图2d示出了图2c的铁心的示意性的立体图；图2e示意性地示出了具有支撑件的电流补偿式电感器的俯视图；图2f示意性地示出了沿着图2e中的剖面线IIf的截面图；图3示意性地示出了图1的比较性的示例的电流补偿式电感器的电感与电流的相关性；图4示出了电感与工作电流的相关性，其中与图1中的环状铁心几何形状相比较来表示根据图2a的铁心几何形状；图5示出了与图1中的环状铁心相比较的对于图2c和图2d中显示的铁心形状的电流补偿式电感器的电流相关性；图6示出了根据本发明的对于各种铁心形状电感与工作电流的相关性的比较；图7a示意性地示出了具有偏离于环状铁心的设计的磁心的俯视图，所述磁心是为多相系统设计的，其中在示出的实施例中，为三相系统提供用于电流补偿式绕组排布的铁心；以及图7b示出了用于三相系统的因此具有绕组的电流补偿式电感器的示意性视图。
具体实施例方式参照附图，现在详细地描述额外的实施例，其中，为了参照图1进行比较的目的，以环状铁心的几何形状表示常规的电流补偿式电感器的结构。图1示意性地示出了电流补偿式电感器100的俯视图，所述电流补偿式电感器100包括环状铁心110，第一绕组120和第二绕组130以对称的方式被布置在环状铁心110上，使得在排布的对称几何形状设计时并且基于铁心110关于漏电感的有利特性的已知方式，实现了共模干扰信号的更高期望程度的补偿，因为这已经被描述了。也就是说，参照铁心110，绕组120和绕组130被装配在相对的位置处并且具有相同的匝数，其中，通常存在建立绕组的额外特征的意图，如各匝之间的距离等等，两个绕组尽可能地对称。为了这个目的，典型地使用自动绕线过程，在自动绕线过程中在铁心110上布置合适隔离的导体材料。由此，磁心110由任何合适的铁心材料形成，如高磁导性的铁氧体材料等等，根据期望的电感值和应用而选取合适的铁心材料。如最初提到的，许多应用需要电感器的更高水平的漏电感，例如为了有效地抑制共模干扰信号；这典型地通过提供分流元件140的方式实现，分流元件140为例如铁氧体杆等等的形式。为了这个目的，在绕组120、130被布置后，铁氧体杆140通过例如粘合剂附接到铁心，其中，与元件140的一般特性(也就是它的磁性长度、它的磁性截面、在较小的程度上的磁性材料的磁导性)协作，尤其是在铁心110和元件140之间生成的气隙确定了在元件140中磁场线的路线。例如，如果需要的话，对于电流补偿式电感器100来说值是电感器100的目标电感的大约0.5%到1.0%的漏电感能够根据需要通过提供分流元件140的方式增加50%到100%。也就是说，以这种方式实现了差模干扰信号的有效补偿而不显著地损害有用的信号成分。作为比较，根据本发明，借助于结构措施(B卩，通过铁心的几何形状设计)实现了期望的高漏电感，而不必在绕线后例如以分流元件的形式提供铁心的额外部件。为了这个目的，根据本发明以这样的方式设计铁心的形状使得还为闭合铁心形状提供使机器能够绕线的合适的绕组部分，而其他无绕线部分使得漏磁通增加，其中，在这个部分中通过铁心的几何形状来规定所述增加。为了这个目的，在一些描述性的实施例中，为闭合铁心几何形状选取一般的“椭圆形的”模型，使得以彼此相距最远的距离在“椭圆形的”铁心的相对部分上布置绕组，而相应地铁心的无绕线部分与最大长度相比较具有较小的距离(在下文中称为宽度)，使得从“近处”向无绕线部分出现增加的漏磁通。通常，借助于现有铁心形状，在绕组处有低电感结构是可能的，而另一方面，与普通的环状铁心几何形状相比较，漏磁通在无绕线部分(在下文中称作漏电感部分)中选择性地增加。这样的话，在与纯粹的环状铁心几何形状相比较时，能够省略而不存在额外的分流元件，总的来说，基本上改变了电流补偿式电感器的其他规定特征的结构尺寸。参照图2至图7，现在详细地描述额外的描述性的实施例，其中，如果必要的话，还对图1中的比较性的示例进行了参照。图2a示意性地示出了具有带有增加的漏磁通区域的铁心的电流补偿式电感器200的俯视图，其中为简化起见，这种铁心形状在下文中被称作“椭圆形的”铁心形状。在示出的实例中，铁心210是闭合铁心，即没有气隙的铁心，其中以合适的方式将使用的材料的磁性长度、磁性截面、磁导率等调整至电感器200的期望的特征。在这点上，指出的是，对于铁心210的材料和用于制造铁心210的过程，将采用相应的技术，因为他们还用于普通的环状铁心几何形状。铁心210的特征在于总长度210L，总长度210L作为铁心210的外边缘的最大尺寸，其中纵向方向被理解为第一绕组220到第二绕组230的延伸。也就是说，纵向方向和因此铁心210的总长度210L是通过在第一绕组部分212与第二绕组部分213之间的最大距离而确定的，绕组220和绕组230相应地布置在第一绕组部分212和第二绕组部分213上。应该注意的是，术语“纵向方向”以及因此铁心的总长度在本申请中一致地以前面定义的意义理解。另一方面，铁心210的宽度210B被理解为铁心210沿垂直于纵向方向(即，垂直于总长度2101)的方向的最大尺寸。在本申请的含义内，“椭圆形的”铁心形状相应地理解为总长度210L大于最大宽度210b的铁心形状，独立于铁心210在绕组部分212和绕组部分213之间提供的部分215的几何形状的形式，在下文中，部分215被称作漏电感部分。在示出的实施例中，绕组部分212和绕组部分213是弯曲的区段，使得环状铁心几何形状的有利特征出现在这些部分中，而在示出的示例中漏电感部分215基本上作为直线部分存在，使得例如宽度210B在纵向方向上沿着漏电感部分215几乎是恒定的。铁心210还具有内部宽度2101，内部宽度2101在本申请中理解为沿着宽度方向的尺寸，内部宽度2101由铁心材料210的内边缘提供。在此，最大值被理解为内部宽度2101，该最大值由铁心210的沿着总长度210L彼此相对的部分产生。在示出的示例中，由于直线的漏电感部分215，铁心210因此沿着部分215的并且因此沿部分215的中心215M以外呈现(最大)内部宽度。能够基于所确立的制造操作借助于合适的材料通过使铁心210形成期望的椭圆形的形状，例如借助于还用于普通环状铁心的处理通过挤压合适的形状，来生产电流补偿式电感器200。此外，由于铁心210的几何形状，铁心210能够通过机器绕线，以便例如将绕组220和绕组230布置为具有期望的特性。另一方面，借助于铁心210的几何形状并且特别地借助于漏电感部分215结合绕组220、230而在构造上提供铁心210的漏泄(leakageflow)特性。在另外的处理步骤中，由铁心210以及绕组220和绕组230形成的结构能够被安装在支撑件上或合并到合适的壳体中，这也在下文中更详细地描述。在功率补偿式电感器200运行时，产生了对端点201的有用信号，并且这能够被分接在端口 202上，其中，基于部件200的对称结构产生共模干扰信号的有效抑制，而基于电流漏电感产生差模干扰信号的抑制，而不过度地损害有用信号，如前面描述的那样。图2b示意性地示出了部件200的俯视图，其中，与图2a相比较铁心210具有修改的“椭圆形的”铁心形状。如图所示，在漏电感部分215的中心(如210M指示)处的内部距离和内部宽度的值分别小于内部宽度2101，使得由铁心210的几何形状造成的相应的变窄。在示出的实施例中，为铁心材料提供相对恒定的磁性截面使得在部分215的中心处减少的宽度210M有效地使漏磁通增加。然而，应当注意的是，根据其他实施例，如所呈现的，例如在通过虚线215Q的扩大的截面的情况下，铁心210的截面大约在部分215处可以改变。在其他实施例中，截面可以比在绕组部分212和绕组部分213中截面小，或者与部分212或部分213相比较可以增加或减少部分215的截面。还应该注意的是，宽度210M指示的变窄可根据要求调整，但是以这样的方式选择使得绕组部分212和绕组部分213的机器绕线继续是可能的。为了这个目的，在一些描述性的实施例中最小宽度210M的大小被限制至内部宽度2101的50%的最大值。在这种方式下，确保了在对铁心210进行机器绕线时存在由铁心210包围的空间的足够的机器可达性。在其他实施例中，变窄可以更显著；因此，最小宽度210M可以小于内部宽度2101的50%。图2c示意性地示出了根据额外的描述性的实施例的铁心210的俯视图，其中铁心210由多个弯曲的区段形成。如图所示，绕组部分212被提供为弯曲的区段210，由铁心210的给定截面的特定的曲率半径来确定弯曲的区段210。在同样的方式下，绕组部分213被提供为弯曲的区段。漏电感部分215的相应弯曲的区段连接于绕组部分213，其中，各个区段被提供有相应的曲率半径以便因此容纳期望的椭圆形的铁心形状。在示出的示例中，示出了形成部分215的一部分和/或腿部的弯曲的区段215a、215b、215c以及形成部分215的相对的部分和/或腿部的区段215d、215e、215f，并且因此这些区段连接绕组部分212和绕组部分213。在说明的实施例中，基于对于区段215a、215c和对于区段215b和/或以类似方式对于区段215f、215d和对于区段215e可变的曲率半径产生具有最小内部宽度210M的两个位置，而在它们之间的内部宽度连续地增大和减小。另一方面，铁心210的这种几何设计为绕组部分212和绕组部分213产生了非常便利的形状，因为例如借助于区段215a、215f、215c、215d，待布置的绕组的匝数能够在空间上被有效地限制。另一方面，弯曲的区段避免任何尖锐的边缘，其中，仍然实现了漏电感部分215的期望的有效轮廓。因此，在限定好的方式下，通过在部分215内最佳地引导磁场来感应漏磁通，其中，通过提供两个“最小的”210M，实现了铁心210的相对部分的高度精确的耦合并且因此实现了最佳的漏电感。在说明性的实施例中，铁心210的总长度210L的值为20mm或更少，其中，厚度(即，沿垂直于图2c的图层的方向的铁心材料的尺寸)的值为大约6mm或更小。对于此类尺寸，能够实现达到IOOmH或更大的目标电感的电感值，其中一些安培的电流可以取决于目标电感而流动。另一方面，能够实现几百μ H的漏电感。因此，示出的铁心形状适合于许多类型的“低功率应用”，其中，与普通的环状铁心几何形状相比较能够改进滤波效果，而与环状铁心几何形状相比较未显著地改变电流补偿式电感器的横向的尺寸。然而，应该注意的是，相应的椭圆形的铁心形状还能够被有效地用于功率应用，其中，关于差模干扰信号和共模干扰信号，几十安培到几百安培的有功电流应被过滤掉。图2d示出了根据图2c中呈现的实施例的铁心210的示意性立体图。图2e示意性地示出了电流补偿式电感器200的俯视图，其中，使用了在图2c和图2d中示出的铁心形状。如图所示，绕组220和绕组230布置在铁心210上并且连接到壳体或支撑件250的相应的引线脚252上。使支撑件250适合于铁心210的一般的几何形状配置，并且由任何合适的材料(例如塑料等等)形成，其中，因为高的振动要求，可以在支撑件250内提供额外的密封物质或粘附物质。此外，壳体250包括夹持装置251，在示出的实施例中以夹持钩的形式提供夹持装置251，使得特别地在漏电感部分215处装置251能够以适当的方式有效地与铁心210接合。如图所示，夹持装置251的形状被调整成铁心210的大体上椭圆形的形状，使得借助于合适的形状简单地实现壳体250在铁心210处的有效调整和固定，而不需要额外的固定材料。铁心和支撑件的这种类型的连接具有非常小的环境影响。此外，提供了内定中心区域253，内定中心区域253还充当用于SMD装配的抽吸表面，因此贡献于电感器200的优良的可加工性。通过装置251的机械固定还足够用于使支撑件250能够密封或粘附而不需要铁心210与铁心250之间的进一步的调整措施。此外，在支撑件250上设置使绕组220和绕组230分别互连的引线脚252。所描述的支撑件还可以由用于电感器的完全密封或部分密封的壳体来实施。图2f示意性地示出了依照图2e中的线IIf的截面图。如图所示，夹持钩252与铁心210接合并且将支撑件250机械地固定到铁心210。此外，绕组220和绕组230布置在铁心上，其中，如前面描述的那样，这能够借助于自动的绕线过程来进行，而不必对漏磁通进行辅助的调整，因为这是在常规技术中的情况(参见图1)。图3示意性地示出了对于图1中的常规部件电感与工作电流的相关性的图形表示，图1中的常规部件充当比较的对象。电感(即，部件100对补偿操作有效的电感)被绘制在垂直轴上，而水平轴指示电流。在50mV的电压的情况下，在IOkHz下进行电感的测量，其中，部件和周围区域的温度达到20°C。曲线A定性地指示部件100在没有分流元件140的情况下的路线，因此指示纯粹的环状铁心结构，其中，出现330 μ H的漏电感。分流元件140的使用使得漏电感如期望地增加至490 μ H，其中，如所预料的，现在利用用于目标电感的更高电流发生了明显的下降，这能够从曲线B采集到。图4示意性地示出了依照曲线A的取决于图1的部件100的正向电流的电感的图形表示，而曲线C指示根据本发明的用于图2a中示出的实施例的部件200的相应的性能。应当注意的是，除了铁心几何形状以外，以相同的方式设计与电气特征有关的部件。然而，由曲线C表示的部件200具有660 μ H的漏电感，与根据曲线A的部件100的简单的环状铁心排布比较，660 μ H的漏电感对应于100%的漏电感增加。与具有分流元件140的部件100相比较，同样出现漏电感的显著增加，使得除在制造的能力、部件值的波动等方面的优点外，实现了差模干扰信号的整体上更好的补偿性能。图5示意性地示出了根据本发明依照实施例的电流补偿式电感器200的比率，电感器具有铁心几何形状，如在图2c和图2d中所示。相应的性能由曲线D表示，而曲线A反过来指示不具有分流元件140的常规的环状铁心部件100的性能。在这种情况下，对于根据本发明的铁心，确定了 760 μ H的漏电感，与根据曲线A的纯粹的环状铁心排布相比较760 μ H的漏电感对应于130%的增加。图6示意性地示出了取决于用于两个不同实施例(即，如在图2a中示出的铁心形状(曲线C)和如基本上在图2c和图2d中示出的实施例(曲线D))的工作电流的目标电感的路线。如能够从图形表示推断的那样，这些实施例在目标电感方面实质上具有相同定性的特征，其中，两个铁心都具有高的期望的漏电感，对于更具曲线D的铁心所述高的期望的漏电感与曲线C的铁心相比较高10%至15%。根据图3至图6中示出的抽样测量结果，能够清楚地看出，一般地，根据本发明电流补偿式电感器中的漏电感与常规的环状铁心几何形状相比较能够被增加，即使他们被提供有额外的分流元件，其中，能够基于合适的铁心几何形状来建立用于生产电流补偿式电感器的高效的过程。也就是说，铁心具有机器能够处理的铁心形状，而在绕线后无需为调整至期望的高水平的漏磁通而采取额外的措施。对于指示的磁性数据和铁心的整体尺寸，由铁心几何形状唯一地规定漏磁通，使得能够在小区域变化的情况下生产大量的电流补偿式电感器。如果期望相反干扰信号的有效抑制，同时基于“椭圆形的”铁心形状还能够有效地使高性能部件的干扰消除，根据本发明电流补偿式电感器适合于在100毫安至几安培范围内的低功率应用。在这种情况下，与容易调整的磁性值(例如针对漏磁通等等)结合，在本发明下的铁心形状还确保机器能够绕线的能力。参照图7a和图7b，在此描述了磁心以及相关联的电流补偿式电感器的实施例，在实施例中，用于两相系统和特别地多相系统(例如三相系统)的合适的几何形状以一种方式实现，使得在整体上存在共模干扰信号的适当的抑制和差模干扰信号的明显的抑制。将多相系统理解为使得信号和尤其是供应电压和电流发生在至少三条馈线或三相上，如这种情况可以是在移相的方式下。由此，信号流入或电源的流入是以在各个相位上尽可能对称的方式发生，然而其中，电流补偿式电感器将使明显的干扰信号减幅，这先前对于两相电流补偿式电感器描述过。图7a示出了磁心710的示意性俯视图，磁心710呈现闭合铁心形状，并且在原则上能够被描述为类似环状铁心的设计，但是磁心710明显地偏离于环状铁心形状，如这用虚线以711示出，从而实现特别地设计的漏电感性能。也就是说，铁心710偏离于环状铁心形状711使得如果铁心710用作电流补偿式电感器的铁心，则以期望的方式产生更高水平的漏电感。在示出的实施例中与环状铁心形状711的期望的偏离一方面通过提供弯曲的部分713A、713B、713C而实现，这给予铁心710通常类似于环状铁心的设计，其中，在两个相邻的弯曲部分之间提供相关联的连接区域；这个连接区域具有用于实现期望的整体的铁心形状的合理的设计。在示出的示例中，以对应于三个弯曲的部分713A、713A…713C的方式提供三个连接部分715A、715B和715C。尽管基于通常情况部分713A、713A…713C以及相关联的连接部分715A…715C是以彼此偏离的形式来提供的，但是在有利的实施例中，除了在生产过程中造成的偏离以外，以相同的方式设计这些区域，使得在整体上，为铁心710和因此为电感比率(特别是漏电感比率)产生高度对称的结构。也就是说，在示出的实施例中，为三相系统设计铁心710，使得一方面，铁心710具有关于中心M的三重的(three-fold)旋转对称以及垂直于图7a的图层运行并且通过中心M延伸的旋转轴线。另一方面，依照几何学上的几何形状，这还产生磁性对称，使得依照几何学上的对称获得对称的电性能和磁性能。在所说明的实施例中，弯曲的部分713A、…、713C具有距中心M的达到制造容限相同的距离Dl，而连接部分715八彳7150具有距中心M的距离D2，距离D2不同于距离Dl。在所说明的实施例中，连接部分715A…715C被 布置得比弯曲的部分713A…713C更靠近中心M。也就是说，在这个实施例中，距离D2小于距离D1。应该注意的是，一般地，将弯曲的部分到中心的距离理解为使得相关的距离垂直于特定的区段的相应的边缘线。因为如不言自明的那样，相应的部分的铁心材料沿垂直于图7a的图层方向具有相应的延展,如在图2d的立体图中以用于铁心210的比较形式示出，前述的限定是要施加到通过铁心710的通路出现的这种边缘线，所述通路依照垂直于图7a的图层的线而对应于中心平面。为了简化，假设在图7a中呈现的层对应于这个中心平面。铁心710还能够设计为用于需要多于三相并且因此需要绕组的多相系统，使得将提供相应较大的数量的弯曲的部分713A…713C和相关联的连接部分715A…715C。例如，对于四相系统，相应地提供了四个弯曲的部分和四个相关联的连接部分；对于五相系统，相应地提供了五个弯曲的部分和五个相关联的连接部分，等等。距离Dl和D2的前述限定产生相应的旋转对称，例如四重的旋转对称，五重的旋转对称等等。也就是说，在示出的实施例中，如果存在绕旋转轴线通过中心M的120°的旋转，则再次出现大体上相同的铁心配置，同时在四重旋转对称的情况下，90°的旋转基本上产生相同的铁心配置。
这种类型的限定(即，铁心部分到共同中心的距离的指示)允许偏离于环状铁心形状711的铁心几何形状，以施加到在前面参照图2a到图2f描述的电流补偿式电感器，其中，弯曲的部分则对应于绕组部分212、213，并且连接部分则对应于规定为漏电感部分的部分215。因此，相应的旋转对称将会是180°的对称。由此，弯曲的部分212、213距概念上的中心的距离对应于几何长度210L的一半，其中，依照在图7a中示出的相关联的距离的限定，将从这个几何长度中减去铁心材料的直径和/或最大横向延展。在类似的方式下，内部宽度2101的一半对应于在图7a中的距离D2。在图7a中示出的铁心710的实施例中，在连接部分715A…715C中还提供直线区段715G，其有益效果在于:例如调整铁心710的相应的磁性总长度，而不改变例如距离D2。在其他实施例中，连接部分715A…715C可以具有在原理上针对铁心210的漏电感部分215的几何设计(如这在例如图2c中示出)，使得在一方面可适当地调整漏电感比率并且在另一方面例如在弯曲的部分713A…713C中形成合适的绕组部分。然而，应该注意的是，相应的绕组不必布置在弯曲的部分713A…713C上；而是，也可相应地使用连接部分715A…715C。由此，能够有利地例如如示意性地示出的那样以部分715G的形式提供相应地设计的直线部分。可通过仿真或借助测量技术来记录由此调整的漏电感比率。图7b示意性地示出电流补偿式电感器700的俯视图，在图7b中，铁心710被提供有三重的旋转对称，即，120°对称，因为这适合例如三相电流系统。为了这个目的，例如以绕组720A、720B和720C的形式在铁心710上布置相应的绕组。在示出的实施例中，绕组720A布置在弯曲的部分712a上，绕组720B布置在弯曲的部分713B上并且绕组720C布置在弯曲的部分713C上。因此，至少是在连接部分715A…715C表示无绕线部分的情况，因此其具有一方面用于调整漏电感比率，并且另一方面用于使绕组720A…720C的机器能够处理的施加成为可能，并且还支持此类绕组的机械固定的适当的设计。如参照图7a前面描述的，为了这个目的，部分715A…715C可具有任何合适的截面形状，其中，截面还可沿磁性长度改变。在示出的实例中，部分被提供有大的截面715Q使得至少是沿中心M的方向出现部分715A…715C的相应的突起的情况，其在一方面在弯曲的部分713A…713C中呈现对绕组空间的良好的空间的限制，并且在另一方面为增加的漏电感值做出了贡献。也就是说，借助于至少在对应的连接部分715A…715C的中心提供的更大的截面715Q，使距离D2减少而使得漏电感相应地增加。可以以机器能够处理的方式布置绕组720A…720C，因为特别地以这样的方式设计连接部分715A…715C使得借助于绕线机器通过对绕组的导线进行穿线来处理是可能的，如这参照电流补偿式电感器200在前面描述的。如前面描述的那样，如果相应地设置更多的弯曲部分和连接部分，此处的情况同样是:能够为多于三相的电力系统设计电流补偿式电感器700。此外，前面针对电流补偿式电感器200的绕组220、230描述的相同的特性基本上还适用于绕组720A…720C的特性。特别地，在铁心710的磁性特性和铁心710的几何形状的交互作用中，还可为大约10安培范围内的更高的电流设计绕组，使得特别地有利于在三相系统或多相系统中的功率应用的特性出现。如在前面以用于在图2e中的两相电感器类似的方式以壳体250的形式描述的那样，电流补偿式电感器700还能够被提供有合适的壳体，所述壳体例如在连接部分715A…715C中例如通过弹簧锁机械地紧固至铁心710。因此，相应的壳体能够容易被固定并且还能够充当用于真空抓取器系统的抽吸表面，使得在板插入时还能够以机器能够处理的方式处理电流补偿式电感器700。
权利要求
1.一种电流补偿式电感器，包括: 铁心(210)，其具有第一弯曲的绕组部分(212)、第二弯曲的绕组部分(213)和布置在第一绕组部分与第二绕组部分之间的漏电感部分(215)，所述漏电感绕组部分将所述第一绕组部分(212)与所述第二绕组部分(213)连接，使得所述铁心(210)的总长度(210L)被限定， 其中，最大铁心宽度(210B)小于所述铁心(210)的所述总长度(210L)， 第一绕组(220)，其布置在所述第一弯曲的绕组部分(212)上，以及 第二绕组(230 )，其布置在所述第二弯曲的绕组部分(213 )上。
2.根据权利要求1所述的电流补偿式电感器，其中，所述漏电感部分(215)在所述第一绕组部分(212)与所述第二绕组部分(213)之间具有恒定的宽度。
3.根据权利要求1所述的电流补偿式电感器，其中，所述漏电感部分(215)的宽度至少在所述第一绕组部分(212)和所述第二绕组部分(213)之间的位置上小于所述最大铁心宽度(210B)。
4.根据权利要求3所述的电流补偿式电感器，其中，所述漏电感部分(215)的宽度具有带有最小宽度的至少两个位置(210M)。
5.根据权利要求3或4中的一项所述的电流补偿式电感器，其中，所述铁心是由弯曲的区段(212、213、215A、215B、215C、2iro、215E、215F)形成的。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的电流补偿式电感器，其中，在所述漏电感部分(215)的相对部分之间的最小内部宽度(210M)等于或大于所述铁心的最大内部宽度(2101)的 50%ο
7.根据前述权利要求中的一项所述的电流补偿式电感器，还包括借助于夹持连接到所述铁心的壳体或支撑件(250 )。
8.电流补偿式电感器，包括: 铁心(210)，其由具有绕组部分(212、213)和漏电感部分(215)的弯曲的区段(212、213、215A、215B、215C、215D、215E、215F)形成，所述绕组部分(212、213)沿所述铁心的纵向方向彼此相对，所述漏电感部分(215)沿纵向方向布置在绕组部分之间，其中所述铁心在所述漏电感部分的中心(215M)以外呈现其最大内部宽度(2101)，以及 绕组(220、230 )，其对应地布置在所述绕组部分(212、213 )上。
9.根据权利要求8所述的电流补偿式电感器，其中，在所述漏电感部分(215)的中心处的内部宽度(210M)小于所述铁心的最大内部宽度(2101)。
10.根据权利要求8或9中的一项所述的电流补偿式电感器，其中，在所述漏电感部分中的最小内部宽度(210M)大于或等于所述铁心的最大内部宽度的50%。
11.根据权利要求8至10中的一项所述的电流补偿式电感器，其中，所述漏电感部分具有带有最小内部宽度的至少两个位置。
12.根据权利要求8至11中的一项所述的电流补偿式电感器，其中，所述铁心是不具有气隙的铁心。
13.根据权利要求8至12中的一项所述的电流补偿式电感器，其中，所述铁心的总长度(210L)是20mm或更小。
14.根据权利要求8至12中的一项所述的电流补偿式电感器，其中，所述电感器是针对20安培的工作电流而设计的。
15.根据权利要求8至14中的一项所述的电流补偿式电感器，还包括借助于夹持连接到所述铁心的支撑件或壳体(250 )。
16.根据权利要求1所述的电流补偿式电感器，其中，所述铁心在所述漏电感部分中的截面(215Q)小于或大于在所述绕组部分中的截面。
17.一种用于电流补偿式电感器的磁心，包括: 多个弯曲的部分(212、213 ;713A，...，713C)，所述多个弯曲的部分(212、213;713A,713C)中的每个都具有距共同中心(M)的第一距离(D1)，以及 多个连接部分(215 ；715A,...，715C)，每个连接部分(215 ；715A,...，715C)将所述多个弯曲的部分(212、213 ；713A,713C)中的两个弯曲的部分连接，其中，所述多个连接部分(215 ；715A,715C)各自具有距所述共同中心(M)的第二距离(D2)并且所述第二距离(D2)不同于所述第一距离(D1)。
18.根据权利要求17所述的磁心，其中，设置三个弯曲的部分和三个连接部分。
19.根据权利要求17或18所述的磁心，其中，所述第二距离小于所述第一距离。
20.根据权利要求17至19中的一项所述的磁心，其中，所述连接部分中的每个都具有直线区段(713G)。
21.根据权利要求17至20中的一项所述的磁心，其中，所述弯曲的部分和所述连接部分具有相同的截面。
22.根据权利要求17 至21中的一项所述的磁心，其中，在每个所述连接部分中的截面在形状上变化和/或在表面上变化。
23.根据权利要求17至21中的一项所述的磁心，其中，在每个所述弯曲的部分中的截面在形状上变化和/或在表面上变化。
24.根据权利要求17至23中的一项所述的磁心，其中，所述弯曲的部分和所述连接部分形成闭合铁心。
25.—种电流补偿式电感器,具有: 根据权利要求17至24中的一项的铁心，以及 多个绕组(720A，…，720C)，每个绕组都布置在所述弯曲的部分中的一个上或所述连接部分中的一个上。
26.根据权利要求25所述的电流补偿式电感器，其中，所述多个绕组中的每个都布置在相关联的弯曲的部分上。
27.根据权利要求25或26所述的电流补偿式电感器，还包括借助于夹持连接到所述铁心的壳体。
全文摘要
电流补偿式电感器具有基本上闭合的铁心，所述闭合的铁心偏离环状铁心设计，使得实现了增加的漏磁通并且同时保持了常规的环状铁心几何形状的其他优势。特别地，能够借助于自动化高效地生产根据本发明电流补偿式电感器而不需要用于安装分流元件的后续的处理步骤。
文档编号H01F17/06GK103189940SQ201180052615
公开日2013年7月3日 申请日期2011年9月6日 优先权日2010年9月7日
发明者格哈德·卡尔, 赫伯特·迈尔 申请人:胜美达集团有限公司