CH707279B1

CH707279B1 - EMC filter.

Info

Publication number: CH707279B1
Application number: CH02361/12A
Authority: CH
Inventors: Othmar Scheller Benedikt
Original assignee: Schaffner Emv Ag
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2016-06-15
Also published as: CN203761344U; CH707279A1; JP3188555U; DE202013104903U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein EMV-Filter (100) mit einer rigiden Stromschiene und einem Filterzusammenbau, bestehend aus rechteckigen Kondensatoren (40) ohne Anschlüsse und C-förmigen, ohne Löten oder Kleber um die Stromschiene angebrachten Kernen (30). Die elektrischen Kontakte zwischen den Kondensatoren (40) und der Stromschiene (15) werden durch Blattfedern (46) gewährleistet, während die Kerne (50) durch elastische Abstandshalter, die gegen die innere Seite eines Gehäuses (12a, 12b) drücken, in Position gehalten werden. Das Filter kann Kunststoffrahmen (18a, 18b) mit Unterbringungen aufweisen, die derart gestaltet sind, dass sie für die Kondensatoren (40) und Kerne (50) passen, um diese während des Zusammenbaus und im fertiggestellten Produkt in Position zu halten. Der Zusammenbau wird durch elastische, um das Gehäuse einschnappende Klemmen (60a, 60b) zusammengehalten. Ein Herstellungsverfahren des EMV-Filters ist auch beansprucht.The invention relates to an EMC filter (100) with a rigid busbar and a filter assembly consisting of rectangular capacitors (40) without terminals and C-shaped, without soldering or adhesive around the busbar mounted cores (30). The electrical contacts between the capacitors (40) and the bus bar (15) are ensured by leaf springs (46) while the cores (50) are held in place by resilient spacers pressing against the inner side of a housing (12a, 12b) become. The filter may include plastic frames (18a, 18b) with housings designed to fit the capacitors (40) and cores (50) to hold them in position during assembly and in the finished product. The assembly is held together by resilient clips (60a, 60b) snapping around the housing. A manufacturing method of the EMC filter is also claimed.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Filter, insbesondere auf ein miniaturisiertes einpoliges EMV-Filter, das sich dazu eignet, eine unerwünscht auf einer Gleichstromversorgungsspannung überlagerte Rauschkomponente zu entfernen. Das Filter der Erfindung ist besonders geeignet für Fahrzeuganwendungen, obwohl dies nicht deren einzige Anwendung darstellt. The present invention relates to a filter, in particular to a miniaturized single-pole EMC filter, which is suitable for removing an undesired noise component superimposed on a DC supply voltage. The filter of the invention is particularly suitable for vehicle applications, although this is not its sole application.

Beschreibung des Stands der TechnikDescription of the Related Art

[0002] EMV-Filter werden gegenwärtig für das Filtern von unerwünschtem Rauschen benutzt, welches ein Versagen verschiedenster Art in den mit dem Versorgungsnetz verbundenen elektrischen und elektronischen Apparaten hervorrufen könnte. Bekannterweise werden EMV-Filter in Wechselstromnetzwerken eingesetzt, beispielsweise um unerwünschtes, von umrichtergespeisten Motoren hervorgerufenes Rauschen zu unterdrücken, und in Gleichstromsystemen, beispielsweise in Fahrzeugen, entweder mit einem internen Verbrennungsmotor oder einem elektrischen Motor oder mit einem Hybridsystem ausgestattet. EMC filters are currently used for filtering unwanted noise, which could cause a variety of types of failure in the connected to the supply network electrical and electronic equipment. It is known that EMC filters are used in AC networks, for example, to suppress unwanted noise caused by converter-fed motors, and in DC systems, for example in vehicles, equipped either with an internal combustion engine or an electric motor or with a hybrid system.

[0003] Solche Filter, beispielsweise mit einer π-Filterschaltung, finden Anwendung hauptsächlich bei der Reduzierung von Breitbandrauschen von Stromkabeln, die Strom an empfindliche oder rauscherzeugende Apparate liefern. Eine π-Filterschaltung besteht hauptsächlich aus zwei identischen kapazitiven Bestandteilen und einem ferromagnetischen Bestandteil. DE 4 218 171, DE 10 240 084 oder DE 4 025 159 offenbaren Durchgangsausführungen solcher Filter. Such filters, for example, with a π-filter circuit, find application mainly in the reduction of broadband noise from power cables that provide power to sensitive or noise generating devices. A π-filter circuit consists mainly of two identical capacitive components and a ferromagnetic component. DE 4 218 171, DE 10 240 084 or DE 4 025 159 disclose passage designs of such filters.

[0004] Viele bekannte EMV-Filter umfassen Filterkondensatoren, welche elektrisch durch Lötstellen mit dem Stromleiter und dem Erdanschluss verbunden sind. Diese Anordnung erhöht jedoch die Herstellungskosten, insbesondere wenn das Filter in grossen Stückzahlen massenproduziert werden muss. Lötstellen andererseits können aufgrund einer Vielzahl von Gründen versagen und stellen ein Zuverlässigkeitsproblem dar. Many known EMC filters include filter capacitors, which are electrically connected by solder joints to the conductor and the ground terminal. However, this arrangement increases the manufacturing costs, especially when the filter has to be mass-produced in large quantities. On the other hand, solder joints can fail due to a variety of reasons and represent a reliability problem.

[0005] Ebenfalls bekannt ist das Umschliessen von EMV-Filtern in Gehäusen verschiedener Art, was sowohl Schutz vor Fremdkörpern und Flüssigkeiten als auch elektromagnetische Abschirmung bietet. Die Bestandteile des Filters und des Gehäuses werden durch Schrauben oder unterschiedliche Verschlüsse oder durch eine Klebeverbindung zusammengefügt. Filter werden oft durch Harzverguss gegen Flüssigkeitsaufsprühung widerstandsfähig gemacht. Solche Massnahmen erhöhen jedoch die Herstellungskosten. Also known is the enclosure of EMC filters in housings of various types, which offers both protection against foreign bodies and liquids and electromagnetic shielding. The components of the filter and the housing are joined together by screws or different closures or by an adhesive connection. Filters are often rendered resin-resistant to liquid spray. However, such measures increase the manufacturing costs.

[0006] EP 1 349 270 beschreibt ein Filter, worin die Kondensatoren mit dem Hauptleiter durch Federkontakt verbunden sind, was somit das Löten vermeidet. Diese Ausführung besitzt einen komplex geformten Hauptleiter, welcher die Kondensatoren an Ort und Stelle hält, und benötigt eine grosse Anzahl an individuellen Kontaktfedern und Bauteilen. EP 1 349 270 describes a filter in which the capacitors are connected to the main conductor by spring contact, thus avoiding soldering. This embodiment has a complex shaped main conductor which holds the capacitors in place and requires a large number of individual contact springs and components.

[0007] Es ist daher ein EMV-Filter vonnöten, das einfach zusammenzubauen ist, keine Lötstellen oder geleimte Montage verlangt und ein hohes Mass an Zuverlässigkeit bietet. There is therefore a need for an EMC filter that is easy to assemble, requires no solder joints or glued mounting and offers a high degree of reliability.

Kurze Zusammenfassung der ErfindungBrief summary of the invention

[0008] Erreicht werden diese Ziele gemäss der Erfindung durch die unabhängigen Ansprüche der jeweiligen Kategorie. These objects are achieved according to the invention by the independent claims of each category.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

[0009] Die Erfindung wird besser verstanden anhand der Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform und durch die Zeichnungen illustriert, worin es zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine Ausführungsform, in einer explodierten Ansicht, des erfindungsgemässen Filters mit den Hauptbestandteilen. <tb>Fig. 2<SEP>das erfindungsgemässe Filter in zusammengebauter Form. <tb>Fig. 3<SEP>das erfindungsgemässe Filter von unten dargestellt und <tb>Fig. 4<SEP>das erfindungsgemässe Filter im Querschnitt.The invention will be better understood from the description of an exemplary embodiment and illustrated by the drawings, in which: <Tb> FIG. 1 <SEP> an embodiment, in an exploded view, of the filter according to the invention with the main components. <Tb> FIG. 2 <SEP> the filter according to the invention in assembled form. <Tb> FIG. 3 <SEP> the filter according to the invention shown from below and <Tb> FIG. 4 <SEP> the filter according to the invention in cross section.

Detaillierte Beschreibung von möglichen Ausführungsformen der ErfindungDetailed description of possible embodiments of the invention

[0010] Mit Bezug auf die Figuren umfasst eine mögliche Ausführungsform der Erfindung eine starre Stromschiene 15, beispielsweise einen soliden Kupferleiter, der verschiedene Schnitte und Formen haben kann, abhängig von der Intensität des zu leitenden Stroms und der für das Filter gewünschten endgültigen Form. In der vorliegenden Erfindung besitzt die Stromschiene 15 eine Z-Form, aber wie aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich wird, kann diese Form nach Belieben im Rahmen dieser Erfindung verändert werden. Die Stromschiene 15 (Leiter oder Hauptleiter) weist Durchgangslöcher 151 auf oder beliebige andere Verbindungsmittel für externe Verbindungen. With reference to the figures, a possible embodiment of the invention comprises a rigid busbar 15, for example a solid copper conductor, which may have various cuts and shapes, depending on the intensity of the current to be conducted and the final shape desired for the filter. In the present invention, the bus bar 15 has a Z-shape, but as will become apparent from the following description, this shape may be changed at will within the scope of this invention. The bus bar 15 (conductor or main conductor) has through holes 151 or any other connection means for external connections.

[0011] Das Filter dieser besonderen Ausführungsform ist für eine 12-Volt-Gleichstromanlage gedacht und eignet sich besonders zum Gebrauch in elektrischen oder hybriden Fahrzeugen, aber die Erfindung umfasst ebenfalls Filter für Wechselstromanlagen, seien diese einphasig oder dreiphasig, 240 V, 400 V oder mehr. The filter of this particular embodiment is intended for a 12 volt DC system and is particularly suitable for use in electric or hybrid vehicles, but the invention also includes filters for AC installations, whether single phase or three phase, 240V, 400V or more.

[0012] Um die Stromschiene 15 werden magnetische Elemente 30 angeordnet, um die gewünschte Induktion für das Filter zu liefern. In der dargestellten Ausführungsform verwendet das Filter eine Vielzahl von magnetischen C-förmigen Magnetkernen, die paarweise nebeneinander angeordnet sind, um eine Vielzahl von geschlossenen Magnetkreisen um die Stromschiene 15 zu liefern, aber es versteht sich, dass die Erfindung eine beliebige Anzahl magnetischer Elemente, sowohl offene als auch geschlossene, aufweisen könnte. Die Magnetkerne sind vorzugsweise in entsprechenden Hohlräumen von zwei Halterungsrahmen 18a und 18b untergebracht, welche normalerweise unmittelbar nacheinander und in Kontakt mit gegenüberliegenden flachen Seiten der Stromschiene 15 angebracht sind. In einer Variante könnte das Filter jedoch einen einzigen Halter auf einer Seite aufweisen. Die Halter halten die Magnetkerne im fertigen Filter in Position und verhindern deren Bewegung in die Richtung parallel zur Stromschiene, während ihre Seitenbewegungen durch elastische Schaumabstandhalter 35 eingeschränkt werden, die im zusammengebauten Filter zwischen den Magnetkernen und den Wänden des Gehäuses 12a, 12b eingefügt werden. Im dargestellten Beispiel ist jeder der C-Kerne 30 in beide Halter 18a und 18b eingefügt, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Stromschiene 15 befinden und dazu beitragen, dass die Halter 18a–b in Position gehalten werden. Around the bus bar 15, magnetic elements 30 are arranged to provide the desired induction for the filter. In the illustrated embodiment, the filter uses a plurality of magnetic C-shaped magnetic cores arranged side by side in pairs to provide a plurality of closed magnetic circuits around the bus bar 15, but it will be understood that the invention includes any number of magnetic elements, both open as well as closed, could have. The magnetic cores are preferably housed in respective cavities of two support frames 18a and 18b, which are normally mounted immediately one after the other and in contact with opposite flat sides of the bus bar 15. In a variant, however, the filter could have a single holder on one side. The holders hold the magnetic cores in position in the finished filter and prevent their movement in the direction parallel to the busbar, while their lateral movements are restricted by elastic foam spacers 35 inserted in the assembled filter between the magnetic cores and the walls of the housing 12a, 12b. In the illustrated example, each of the C-cores 30 is inserted in both retainers 18a and 18b, which are on opposite sides of the busbar 15 and help to hold the retainers 18a-b in position.

[0013] Die kapazitive Komponente des Filters wird durch Kondensatoren 40 geliefert, im Beispiel deren acht, auf beiden Seiten der Stromschiene 15 angebracht, aber es könnte eine beliebige geeignete Anzahl sein. Die Kondensatoren 40 sind vom Typ quadratisch ohne Anschlüsse und weisen je zwei gegenüberliegende flache Flächen mit flachen elektrischen Klemmen auf. Der Kontakt zwischen den Kondensatoren 40 und der Stromschiene 15 sowie zwischen den Kondensatoren 40 und dem Erdungsleiter 45a (Erdungsanschluss) wird durch elastische Kontakte, ohne Gebrauch von Löten, sichergestellt, beispielsweise durch leitende flache Federn 46, welche zwischen die Kondensatoren 40 und die Stromschiene 15 eingefügt werden respektive zwischen die Kondensatoren 40 und den Erdungsleiter 45a (ein Erdungsleiter symmetrisch gegenüber der 45a auf der anderen Seite der Stromlinie ist vorhanden, aber nicht dargestellt). The capacitive component of the filter is supplied by capacitors 40, in the example of which eight, mounted on both sides of the bus bar 15, but it could be any suitable number. The capacitors 40 are square type without terminals and each have two opposite flat surfaces with flat electrical terminals. The contact between the capacitors 40 and the bus bar 15 and between the capacitors 40 and the ground conductor 45a (ground terminal) is ensured by elastic contacts, without the use of soldering, for example by conductive flat springs 46, which between the capacitors 40 and the busbar 15th between the capacitors 40 and the grounding conductor 45a (a grounding conductor symmetrical with respect to 45a on the other side of the streamline is present but not shown).

[0014] Vorzugsweise weisen die Kunststoffhalter 18a, 18b auch Unterbringungsmöglichkeiten für die Kondensatoren 40 auf, in welche die Kondensatoren sich genau einfügen lassen. Auf diese Weise halten die Halter die Kondensatoren 40 an Ort und Stelle und verhindern deren Seitenbewegung im Filter, während die Federn 46 Bewegungen in die Vorwärts-Rückwärts Richtung verhindern. Preferably, the plastic holder 18a, 18b and accommodation options for the capacitors 40, in which the capacitors can be inserted exactly. In this way, the holders hold the capacitors 40 in place and prevent their lateral movement in the filter, while the springs 46 prevent movement in the forward-backward direction.

[0015] Vorzugsweise werden die Unterbringungen der Halterungsrahmen 18a 18b so dimensioniert, dass Kondensatoren 40 und Magnetkerne 30 ziemlich genau in diese hineinpassen. Auf diese Weise wird der Zusammenbau des Filters vereinfacht, da die Magnetkerne und die Kondensatoren während allen Zusammenbauphasen zusammen in Position gehalten werden. Gemäss einer möglichen Zusammenbaumethode werden die Kondensatoren in die entsprechenden Unterbringungen der Halter 18a–b platziert; die mit den Kondensatoren 30 vollen Halter werden mit den Blattfedern 46 und der Stromschiene 15 in der geeigneten Reihenfolge gestapelt; und die C-Kerne 30 werden dann seitlich in ihre jeweilige Unterbringung eingeschoben, was die Halter 18a–b und die Blattfedern 46 an Ort und Stelle verriegelt. Danach können Schaumabstandhalter 35 und der Erdungsleiter 45a hinzugefügt und der Zusammenbau in das Gehäuse 12a–b gestellt werden, dessen zwei Hälften vorzugsweise einschnappen, beispielsweise durch Bügel und Behälter 121–122. Auf diese Weise kann das Filter der Erfindung sehr einfach ohne spezielle Haltevorrichtungen oder Werkzeuge zusammengebaut werden. Preferably, the accommodations of the support frames 18a-18b are dimensioned so that capacitors 40 and magnetic cores 30 fit into them fairly closely. In this way, the assembly of the filter is simplified, since the magnetic cores and the capacitors are held together during all assembly phases in position. According to a possible assembling method, the capacitors are placed in the respective housings of the holders 18a-b; the holders which are full with the capacitors 30 are stacked with the leaf springs 46 and the bus bar 15 in the appropriate order; and the C-cores 30 are then slid laterally into their respective housing, locking the retainers 18a-b and leaf springs 46 in place. Thereafter, foam spacers 35 and ground conductor 45a may be added and the assembly placed in housing 12a-b, the two halves of which preferably snap in place, for example by stirrups and containers 121-122. In this way, the filter of the invention can be very easily assembled without special fixtures or tools.

[0016] Das Gehäuse 12a, 12b kann aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt werden, darunter Kunststoff, metallisierter Kunststoff oder Metall. The housing 12a, 12b may be made of any suitable material, including plastic, metallized plastic or metal.

[0017] Die Klemmen 60a, 60b schnappen schlussendlich auf dem Gehäuse ein, um das zusammengebaute Filter noch zu verstärken. Sie sind vorzugsweise metallisch und weisen Verschlussteile 67 auf, die derart angeordnet sind, um mit den entsprechenden Verschlussmitteln 17 am Gehäuse 12a, 12b zusammenzuwirken, um die Klemmen an das Gehäuse zu befestigen. The clamps 60a, 60b finally snap onto the housing to further strengthen the assembled filter. They are preferably metallic and have closure members 67 arranged to cooperate with the corresponding closure means 17 on the housing 12a, 12b to secure the clips to the housing.

In den Figuren benutzte ReferenznummernReference numbers used in the figures

[0018] <tb>12a<SEP>Gehäuse, rechte Hälfte <tb>12b<SEP>Gehäuse, linke Hälfte <tb>15<SEP>Stromschiene <tb>17<SEP>Verschlussmittel am Gehäuse <tb>18a<SEP>Halterungsrahmen, vorne <tb>18b<SEP>Halterungsrahmen, hinten <tb>30<SEP>Magnetkerne <tb>35<SEP>Schaumabstandhalter <tb>40<SEP>Kondensatoren <tb>46<SEP>Blattfeder <tb>60a<SEP>Klemme, vorne <tb>60b<SEP>Klemme, hinten <tb>67<SEP>Verschlussteil der Klemme <tb>100<SEP>Filter <tb>121<SEP>Verriegelung <tb>122<SEP>Loch <tb>151<SEP>Durchgangsloch[0018] <tb> 12a <SEP> Case, right half <tb> 12b <SEP> Case, left half <Tb> 15 <September> busbar <tb> 17 <SEP> Closure means on the housing <tb> 18a <SEP> Mounting Frame, Front <tb> 18b <SEP> Mounting frame, rear <Tb> 30 <September> magnetic cores <Tb> 35 <September> foam spacer <Tb> 40 <September> Capacitors <Tb> 46 <September> leaf spring <tb> 60a <SEP> Clamp, front <tb> 60b <SEP> Clamp, rear <tb> 67 <SEP> Closing part of the clamp <Tb> 100 <September> Filters <Tb> 121 <September> locking <Tb> 122 <September> Loch <Tb> 151 <September> Through Hole

Claims

An EMC filter (100) comprising: at least one rigid bus bar (15) for conducting an electrical current; one or more magnetic elements (30) for changing an impedance of the bus bar (15); one or more capacitors (40) connected between the bus bar (15) and a ground conductor (45a); a housing (12a, 12b) enclosing the magnetic elements (30), the capacitors (40) and, at least in part, the bus bar (15); one or more terminals (60a, 60b) holding the housing (12a, 12b), the capacitors (40), the magnetic elements (30) and the bus bar (15) in a fixed spatial relationship.

2. EMC filter (100) according to the preceding claim, wherein the housing has at least two interconnectable parts.

3. EMC filter (100) according to any one of the preceding claims, wherein the one or more terminals (60 a, 60 b) is elastic and on the housing (12 a, 12 b) snap.

4. EMC filter (100) according to the preceding claim, wherein the one or more elastic clamps (60a, 60b) are metallic and have closure parts (67) which are arranged so that they are provided with corresponding closure means (17) on the housing (17). 12a, 12b) cooperate to secure the one or more clips (60a, 60b) to the housing.

5. EMC filter (100) according to any one of the preceding claims, wherein said capacitors (40) each have two opposite flat surfaces, wherein contact springs (46) between the flat surfaces of the capacitors (40) and the busbar (15) or Grounding conductor (45 a) are inserted.

6. EMC filter (100) according to one of the preceding claims, wherein the magnetic elements (30) comprise a pair of C-shaped magnetic cores, which form a magnetic circuit around the busbar (15).

7. An EMC filter (100) according to any one of the preceding claims, comprising one or more plastic support frames (18a, 18b) with housings for holding the capacitors (40) and the magnetic elements (30) around the bus bar (15).

8. EMC filter (100) according to one of the preceding claims, wherein the housing consists of metallized plastic.

The EMC filter (100) of any one of the preceding claims, wherein said housing comprises two parts (12a, 12b) designed to snap together to confine around the magnetic elements (30), the capacitors (40) and the bus bar (15) to form around.

10. EMC filter (100) of one of the preceding claims, with, elastic foam spacers (35) for positioning the magnetic elements (30) with respect to the housing (12a, 12b).

11. A method of manufacturing an EMC filter (100) comprising: Providing a metallic rigid bus bar (15); Placing at least one capacitor (40) in contact with the bus bar (15) and with a ground conductor (45a); Positioning at least one magnetic element (30) in magnetic relationship with the rigid bus bar (15); Enclosing the at least one magnetic element (30), the at least one capacitor (40) and, at least in part, the busbar (15), by means of a housing; Attaching one or more clips (60a, 60b) to the housing to hold the housing (12a, 12b), the capacitors (40), the magnetic elements (30) and the bus bar (15) in a fixed spatial relationship.

A method according to the preceding claim, wherein said housing comprises two parts (12a, 12b) designed to snap together to confine around the magnetic elements (30), the capacitors (40) and the bus bar (15) around.

A method according to any one of claims 11 to 12, comprising: providing at least one plastic support frame (18a, 18b) with housings for holding the capacitors (40) and the magnetic elements (30) around the bus bar (15) into which the capacitors (40) for placing them in contact with the bus bar (15) and the magnetic elements (30) for positioning in magnetic relationship with the bus bar (15); Inserting contact springs (46) between the bus bar (15) and the capacitors (40) and between the capacitors (40) and the ground conductor (45a); Inserting elastic foam spacers (35) for positioning the magnetic cores (30) with respect to the housing (12a, 12b).