CN108806931A - 电磁兼容性滤波器 - Google Patents

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Abstract

涉及电磁兼容性滤波器(1)的本发明基于如下目的：提出一种电磁兼容性滤波器(1)，所述电磁兼容性滤波器简单地、便宜地且温度稳定地构成。所述目的通过如下方式实现：扼流圈(4，5)的芯由一个或两个芯部件(10)构成，至少一个平坦的或凸形的第一传热面(23)设置在芯的外侧上，并且将具有该平坦的或凸形的第一传热面(23)的芯设置在制冷剂压缩机的壳体(12)上，其中壳体(12)在平坦的或凸形的第一传热面(23)的区域中平坦地或凹形地构成。

Description

电磁兼容性滤波器
技术领域
本发明涉及一种无源的EMV滤波器，其具有至少一个扼流圈，所述扼流圈具有一个芯和多个电容器。
背景技术
在借助电压或电流执行开关过程的电子组件中由于该开关过程而产生干扰，干扰信号因所形成的电脉冲引起，伴随发射干扰信号。这些干扰不仅会以与导线结合的方式而且会经由自由空间无限地作为电磁波传播。
工程设备、其他设备不受不期望的电或电磁效应或不受其他设备干扰的能力称作为电磁兼容性(EMV)。
为了避免或为了最小化这种干扰的传播，从现有技术中已知：对这些组件配备滤波单元、所谓的EMV滤波器、EMC滤波器或网络滤波器。此外已知的是：采取用于隔离或屏蔽电子组件的措施，以便避免通过幅度过大的干扰信号影响其他电子组件或设备的正常工作。
这种EMV滤波器例如也使用在混合动力车辆中和电动车辆中。当前的描述尤其涉及在车辆的电动制冷剂压缩机中使用EMV滤波器，以便确保遵守预设的电磁极限值。
需由进行循环的设备遵守的这种干扰信号大小在对该设备所属的EMV标准中确定并且根据需遵守的极限值来描述。
对此，例如已知所谓的ECE调节装置，所述ECE调节装置包括用于机动车和机动车的部件和配备物品的统一的技术规定的国际协定目录。例如，对于未来研发需要注意的且进一步降低允许的干扰辐射的ECE R10涉及无线电抗干扰的领域。
也在电变流器(逆变器)运行时，产生电磁干扰辐射，所述变流器操纵电动马达和进而开关幅度大的电流。这种变流器例如在操纵马达时使用在车辆的空调压缩机中。
用于抑制电或电子组件的干扰辐射的已知的解决方案是使用无源的EMV滤波器，所述无源的EMV滤波器例如接合到运行电压的馈线中。这种无源的EMV滤波器通常借助于无源器件，如电容器、线圈和电阻实现，所述无源器件以已知的适当的方式彼此互联和进而产生期望的滤波作用。
在该类型的要借助于EMV滤波器进行滤波的干扰的情况下，在所谓的共模干扰和差模干扰之间进行区分。要由EMV滤波器滤波的干扰谱在实践中由两个叠加的干扰成分之和得出。
例如用于电动制冷剂压缩机的变流器的类型、结构和特别是电压情况确定：两个干扰成分中的哪个干扰成分占优而进而哪个干扰成分必须被更强地滤波。
在用于制冷剂压缩机的以大约48V的电压范围中运行的变流器中，由于小的运行电压和同时所出现的、例如范围从100A至200A的高的电流尤其造成差模干扰。
从现有技术中已知：这种差模干扰通过在无源EMV滤波器中使用所谓的扼流圈结合电容器来滤波。对此，例如在变流器HV+和HV-的每个馈线中接合各一个扼流圈L1和L2，并且在馈线HV+和HV-之间在扼流圈L1和L2之前和之后设置有相应的电容器C1和C2。此外，在无源EMV滤波器中，在输入导线HV-和地电势之间设有第三电容器C3并且在输入导线HV+和地电势之间设有第四电容器C4。
扼流圈(英语Choke)已知作为线圈或电感，用于限制电导线中的电流、用于将能量以其磁场形式暂存或用于阻抗匹配或滤波。这种扼流圈通常接合到电组件的电压馈线中。为了提高其所谓的感应电阻，也称作无功电阻或电抗，扼流圈通常包含软磁芯。已知的是：将铁磁材料用作为软磁材料，所述铁磁材料在磁场中可容易磁化。
设置在变流器的馈线HV+和HV+中的扼流圈L1和L2由变流器的最大可能的输入电流通流，并且因此必须相应地针对该电流负荷设计，其中所述输入电流例如能够处于150A或更高的范围中。
该干扰叠加的高输入电流在扼流圈L1和L2中导致形成磁场。相反于由于两个扼流圈绕组的相反的缠绕方向而输入电流的磁场在共同的芯中相互抵消的所谓的共模扼流圈，该正面效应在差模扼流圈中不出现，其中所述扼流圈绕组设置在共同的芯上。
因此，技术上无意义的是：差模扼流圈或要用来降低差模干扰的扼流圈构造有其在共同的芯上的绕组，因为芯中的两个绕组的磁场叠加，所以在这种布置中更早地出现所谓的饱和效应。
由于在例如48V的运行电压下在大于或等于150A范围中的相对大的输入电流，在扼流圈或差模扼流圈的芯中出现具有几瓦特的损耗功率的显著的芯损耗。这些损耗通过所使用的芯材料的特性和缠绕结构确定。
该损耗功率引起扼流圈的芯的加热，由此又改变芯特性。特别不利的是：在加热铁氧体芯时其磁特性改变为，使得在出现饱和效应之前降低最大磁通量。
根据现有技术常见的是：例如在没有冷却的情况下运行无源的EMV滤波器的扼流圈的铁氧体芯。由于加热，这种EMV滤波器的器件、尤其扼流圈过度设计，以便确保变流器以及变流器周围的其他组件的可靠的、无干扰的运行。
替选地能够提出：扼流圈或变压器的芯用空气穿流，这也称作为主动的空气冷却。
此外已知的是：扼流圈或变压器的芯用冷却液体冲洗，这也称作为主动的液体冷却。
在功率电子装置的领域中，存在更高的功率密度的趋势。为了能够实现该提高的功率密度，系统必须最佳地在其拓扑和半导体选择方面进行设计。此外，应减小部件的结构空间体积。但是，下降的体积结合减小的表面使充分冷却这种组件的可行性变难。
从J.Biela和J.W.Kolar著的文献“Cooling Concepts for High Power DensityMagnetic Devices”中已知用于冷却这种组件的解决方案，其中该文献在如下链接中可找到http://www.pes.ee.ethz.ch/uploads/tx_ethpublications/biela_PCC07.pdf：所述解决方案在于：将热管用作为换热器，其中热管利用介质的蒸发热能够将热量例如从热管的第一端部运输至其第二端部。
但是，这种冷却方法在车辆、例如汽车的电动制冷剂压缩机中只能技术上耗费地、结构空间密集地并且仅高成本地实现。
发明内容
本发明的目的在于：提出一种EMV滤波器，其简单地、便宜地且耐热地构成。
所述目的通过具有根据本发明的实施例的特征的主题实现。在如下描述中提出改进形式。
EMV滤波器由多个无源器件如线圈和电容器构成。
在无源的EMV滤波器的常见的电路布置中，将扼流圈设置在变流器的馈线HV+和HV-中。此外，在馈线HV+和HV-之间在扼流圈之前和之后以及分别在地电势和馈线HV+和馈线HV-之间设有电容器或电容。
设置在这种无源的EMV滤波器中的扼流圈由于所出现的高电流而借助例如由铜或铜合金构成的汇流排、所谓的铜轨而构成为电导体。提出：通过适当地为扼流圈的芯选择磁性材料，将对扼流圈所需的绕组的数量保持得非常低。
在一个特别的实施方式中提出：绕组以U形弯曲的铜轨的形式构成，所述绕组由铁氧体芯容纳。在该实施方案中使用的绕组因此具有仅一个线匝的匝数。
能够设有具有任意本体、例如环或环形芯的一件式的铁氧体芯。为了简化这种扼流圈的制造也提出：扼流圈的芯由至少两个部件制成。这样，例如利用两个C形的芯或铁氧体芯可行的是：将由铜构成的已经U形弯曲的绕组或汇流排插入到第一C形的芯中，并且借助第二C形的芯覆盖，并且这样获得制成的芯，所述芯包围绕组或汇流排。这种芯的形状例如能够正方形或环形地构成。
将芯进行划分，例如划分成四个子芯同样是可行的，所述子芯组合地得到所需要的扼流圈的芯。
在限制芯具有至少一个外部的平坦的或凸形的面的情况下，外形能够自由成形，其中所述面下面称作为传热面。因此，芯例如能够具有立方体、正方体或还有具有平坦的面的球的形状。替选地，也能够选择具有凸形表面伸展的球的表面的子区域作为传热面。
还有利的是：芯具有两个平坦的或凸形的面，其中所述面优选彼此对置地设置，使得例如两个平坦的面彼此平行地定向，在所述面上设置有芯的外壁。
根据本发明提出：将扼流圈的芯以所述平坦构成的传热面或其中之一设置在制冷剂压缩机的壳体上，并且这样将热从芯中导入到壳体中，所述壳体在芯的传热面的区域中具有平坦构成的表面。这样定位在制冷剂压缩机的壳体的外壁上进行为，使得在芯和壳体之间构成小的热过渡电阻，由此能够将热从芯中更好地导出。将每瓦特10开尔文的值或更小的值视作为小的热过渡电阻。
对此，能够以注塑方法制造的和进而具有粗糙表面的壳体的表面例如能够平坦地铣削、研磨或磨削。此外，为了改进将热从芯导入到制冷剂压缩机的壳体中，能够在芯的传热面和壳体之间设置有导热膏、导热子层或导热垫，即所谓的“间隙垫”。
也作为热界面或导热材料已知的且要改进两个表面之间的传热的这种间隙垫能够在一侧或两侧上粘性地构成，和进而实现：将芯良好地且可靠地固定在壳体上。还可行的是：借助间隙垫补偿表面粗糙度或不平坦性。例如能够将橡胶覆层的玻璃纤维材料上的填充的、导热聚合物用作为间隙垫的材料，所述聚合物例如具有1.0W/m-K的导热性。
间隙垫的该特性也针对出现制造引起的公差的情况下，例如关于单部件的表面品质方面确保芯的传热面与壳体之间的改进的传热。此外，通过间隙垫改进结构的公差补偿和抗振动性。因此确保：部件在振动时不能够自由振动。
如果使用具有凸形构成的传热面的芯，那么提出：制冷剂压缩机的壳体在凸形构成的传热面的区域中凹形地构成，和进而壳体和芯的表面的伸展在传热面的区域中彼此匹配。该匹配实现从芯中将热良好地传热到制冷剂压缩机的冷却的壳体中。
在本发明的一个实施方式中提出：EMV滤波器的扼流圈的例如由两个半部组成的芯借助其平坦的或凸形的第一传热面设置在制冷剂压缩机的壳体上。可选地，将间隙垫设置在传热面和壳体之间。为了可靠地固定芯，设有夹钳，所述夹钳在芯为正方形的情况下例如U形地构成并且设置在芯上方，并且所述夹钳借助端部固定在制冷剂压缩机的壳体上。该固定能够借助于粘胶或借助于用于容纳固定机构、如螺钉、螺栓或配合销的适当的夹板来进行。所述固定机构与壳体连接和进而保持夹钳。
如果使用具有其他外形的芯，那么夹钳相应地匹配于所使用的外形。
夹钳在旋紧之后将芯牢固挤压靠于制冷剂压缩机的壳体，所述芯由冷却介质穿流。所述冷却介质在产生冷却能力的情况下使用在制冷剂压缩机的装置中。
对于芯配设有两个彼此相对置的平坦的和/或凸形的传热面的情况，在背离制冷剂压缩机的壳体的第二传热面和夹钳之间同样能够引入导热膏或间隙垫。在该情况下，热在第二传热面上经由导热膏或间隙垫输出到由导热材料构成的夹钳中，并且经由夹钳传到至壳体。因此，芯能够从两侧冷却。
结构单元能够由覆盖件或盖包围或覆盖，其中所述结构单元包括扼流圈的芯、夹钳、由铜或铜合金构成的U形弯曲的汇流排以及用于容纳对于变流器所需的电和电子组件的电路板。因此，在制冷剂压缩机的壳体壁上实现空间并且保护该结构单元以防进入的污物或湿气影响。
在本发明的一个替选的实施方式中提出：无源EMV滤波器的扼流圈的例如由两个半部构成的芯借助其第一传热面设置在制冷剂压缩机的壳体上。可选地，将间隙垫设置在传热面和壳体之间。
在该情况下，通过如下方式实现将芯可靠地固定在壳体的表面上：提供具有两个相对置的传热面的芯。提出：将第一传热面安置在壳体上。第二传热面贴靠覆盖件或盖。因此，芯夹紧在壳体和覆盖件或盖之间。也在该情况下，能够在传热面上设有导热膏或间隙垫，以便通过更小的传热热阻实现更好的散热。也在该实例中，传热面能够平坦或凸形地构成，其中壳体的或盖的表面对应于芯在传热面区域中的表面伸展平坦或凹形地构成。也能够考虑：具有平坦的第一传热面和凸形的第二传热面的芯的构成方法，或者反之亦然。
覆盖件或盖由导热材料，例如金属制成，并且能够与制冷剂压缩机的壳体借助旋接或锁紧固定。
也在该实施方案中，能够将热从芯中经由两个传热面导出。因此，热一方面能够直接地导出到壳体中，并且另一方面经由盖导出至制冷剂压缩机的壳体。
因此，本发明的优点在于无源EMV滤波器的扼流圈的滤波器芯的更高的可负荷性。此外，实现节约所需要的结构空间和成本。
附图说明
从下面参考所附的附图对实施例的描述得出本发明的设计方案的其他的细节、特征和优点。其示出：
图1示出根据现有技术的无源EMV滤波器的示例性的电路布置，
图2、2a示出扼流圈的由四个部件构成的芯，
图3示出本发明的第一实施方式，和
图4示出本发明的替选的第二实施方式。
具体实施方式
图1示出根据现有技术的无源EMV滤波器1的示例性的电路布置，所述EMV滤波器与变流器2连接。EMV滤波器1具有输入端3，将例如48V的电压能够施加在所述输入端上并且包括设置在馈线HV+和HV-中的扼流圈L14和L25。附图标记为C1的第一电容6在导线HV+和HV-之间直接地设置在无源EMV滤波器1的输入端处和设置在扼流圈L14和L25之前，而附图标记为C2的第二电容7在扼流圈L14和L25之后设置在变流器2的输入端上。
附图标记为C3的第三电容8设置在导线HV-和地电势之间。附图标记为C4的第四电容9设置在导线HV+和地电势之间。
在该已知的电路布置中，在第一扼流圈4和可选地也在第二扼流圈5中可见根据本发明设置在制冷剂压缩机的壳体12上的芯。
在图2和2a中示出图1中的扼流圈4或5的由四个部件构成的芯。替选地，芯也能够由两个部件构成。
在左侧示出的图2中，芯与其四个芯部件10以组合方式示出，并且包围由铜构成的汇流排11，所述汇流排为扼流圈4或5的绕组。
在图2a的右半部中，以提起的方式示出两个上部的芯部件10。可见的是：芯部件10构成为C形并且通过该特定的形状实现容纳具有矩形横截面的汇流排11。芯部件10在芯组装在一起的状态下通过适当的、未示出的机构固定地保持在其位置中。
在图2中示出的芯中，在芯的下侧上构成平坦的第一传热面23。平行于第一传热面23定向的平坦的第二传热面23’构成在芯的上侧上并且在图2中借助于简单的阴影表示。
图3示出本发明的第一实施方式。在制冷剂压缩机的壳体12中引入冷却剂13，所述冷却剂由壳体12完全地包围。壳体12由金属材料，即作为注塑件制造并且良好地导热。
在壳体12的表面14上设置有无源EMV滤波器1的扼流圈4、5的由两个C形的芯部件10构成的芯。为了将芯以其平坦的第一传热面23可靠地固定在壳体12的平坦的表面14上并且为了固定地将芯部件10保持在一起而提出：设置有U形的夹钳15。所述夹钳15能够在其端部处与表面14粘贴。替选地，夹钳15的端部能够构成有夹板16，所述夹板具有孔，夹钳15的夹板16借助螺丝17经由所述孔能够与壳体12旋紧。
因此，芯借助其平坦的第二传热面23’以与夹钳15导热连接的方式设置。
替选地可行的是：将芯以其凸形的第一传热面23设置在壳体12的凹形的表面14上并且为了固定地将芯部件10保持在一起，设置对应于芯表面成形的夹钳15。在传热面23的区域中具有凸形表面的芯的该实施方案在图1至4中未示出。
图3示出芯以及伸展经过芯的汇流排11的剖面图。在图3的其中芯具有矩形开口的实例中，汇流排11构成有矩形的横截面。显然地，横截面也能够具有其他形状，如正方形面、n边形面或圆形面，并且匹配于芯的开口。扼流圈、即汇流排11的绕组的图3中向上伸展的端部与变流器的电路板18电连接。这种连接例如能够构成为螺旋连接或焊接连接。在该多层的电路板18上能够设置有属于无源EMV滤波器1的电容器6、7、8和9。此外，在例如多层的电路板18上设置有属于变流器2的器件。
所描述的元件能够借助于盖19覆盖和进而可靠地被安置以防止污物和湿气进入。
如可借助具有波浪线的箭头示出的那样，芯的下部区域中的热20可以直接地或经由导热层21到达或导出至借助冷却剂13冷却的壳体12中。这种导热层21能够是导热膏、导热粘胶或间隙垫。
在芯的上部区域中，热20能够导出到夹钳15中并且经由所述夹钳导出至壳体12。因此，在无源EMV滤波器1中实现扼流圈4、5的芯的改进的冷却。该改进的冷却有助于遵守确保扼流圈4、5和进而EMV滤波器1的可靠的工作的参数。此外，能够通过改进的冷却弃用组件、尤其扼流圈4、5的过度设计，由此得到成本和材料节约。
在图4中示出本发明的替选的第二实施方式。在制冷器压缩机的壳体12中引入冷却剂13，所述冷却剂由壳体12完全地包围。壳体12由金属材料，即作为注塑件制造并且良好地导热。
在壳体12的表面14上例如设置有无源EMV滤波器1的扼流圈4、5的由两个C形的芯部件10构成的芯。为了将芯以其平坦的第一传热面23可靠地固定在壳体12的平坦的表面14上而设置有盖19，所述盖安置到壳体12的边缘上并且可靠地封闭其中设置有变流器2的电路板18以及扼流圈4、5的空间。
通过如下方式实现芯的可靠的保持：即平坦的第一传热面23贴靠壳体12，而平行于第一传热面23的平坦的第二传热面23’贴靠盖19的平坦的内壁。也就是说，芯固定地夹持在壳体12与盖之间。
也在该实施方式中提出：在芯的平坦的第一传热面23和壳体12的平坦表面14之间引入导热层21，如导热膏或间隙垫。同样，在芯的平坦的第二传热面23’和盖19之间设置有另一导热层21。例如构成为间隙垫的两个导热层21因此改进芯的下部和上部区域中的散热并且即使在通常在车辆的制冷剂压缩机中出现振动的情况下也实现可靠地保持芯。
替选地，芯例如能够借助其凸形的第一传热面23设置在壳体12的凹形表面14上。第二传热面23同样凸形地或平坦地构成。如果第二传热面23凸形地构成，那么在盖中设有用于容纳芯的和用于可靠地保持芯的凹形区域。如果第二传热面23平坦地构成，那么在盖中在传热面的区域中同样平坦地构成。
扼流圈4、5的线匝在图4中示出的实例中设置在电路板18中。在多层的电路板18中，将多个平面中的铜轨用于在芯中构成绕组，其中所述平面在芯的内部中伸展并且彼此电连接。对此，在电路板18中设有相应的凹口，以便能够将由两个芯部件10构成的芯围绕电路板18的一部分设置，所述部分代表扼流圈4、5的线匝。电路板18的为扼流圈4、5的线匝或为汇流排的部分在图4中设有附图标记11’。
此外，在电路板18上设置有属于无源EMV滤波器1的电容器6、7、8和9以及属于变流器2的器件。
替选地，扼流圈4、5的线匝也如在图3中示出的那样以U形汇流排11的形式构成。
在芯的下部区域中，将热20从芯经由导热层21直接地导出到制冷剂压缩机的冷却的壳体12中。在芯的上部区域中，热20导出到盖19中并且经由所述盖导出至壳体12。因此，也在该实施方式中实现对无源EMV滤波器1中的扼流圈4、5的芯的改进的冷却。
为了将盖19固定在制冷剂压缩机的壳体12上，能够安置至少两个封闭机构22，所述封闭机构用于将盖19可靠地固定在壳体12上并且为了维护或维修工作可以打开。
附图标记列表
1 EMV滤波器
2 变流器(逆变器)
3 输入端(HV+/HV-)
4 第一扼流圈L1
5 第二扼流圈L2
6 第一电容器C1
7 第二电容器C2
8 第三电容器C3
9 第四电容器C4
10 扼流圈的芯部件
11，11’ 汇流排
12 壳体
13 冷却剂
14 表面
15 夹钳
16 夹板
17 螺丝
18 电路板
19 盖
20 热
21 导热层(间隙垫)
22 封闭机构
23,23’ 传热面

Claims (10)

1.一种电磁兼容性滤波器(1)，所述电磁兼容性滤波器以与制冷剂压缩机的变流器(2)连接的方式设置，并且所述电磁兼容性滤波器具有至少一个扼流圈(4，5)，所述扼流圈具有一个芯和多个电容器(6，7，8，9)，其特征在于，所述扼流圈(4，5)的所述芯由一个或两个芯部件(10)构成，至少一个平坦的或凸形的第一传热面(23)设置在所述芯的外侧上，并且具有该平坦的或凸形的第一传热面(23)的所述芯设置在所述制冷剂压缩机的壳体(12)上，其中所述壳体(12)在所述平坦的或凸形的第一传热面(23)的区域中平坦地或凹形地构成。
2.根据权利要求1所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，将平坦的或凸形的第二传热面(23’)设置在所述芯的外侧上，其中所述平坦的或凸形的第二传热面(23’)平行于所述平坦的或凸形的第一传热面(23)定向或与其相对置地定向地设置。
3.根据权利要求1或2所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，在所述芯的所述平坦的或凸形的第二传热面(23’)上设置有夹钳(15)，并且所述夹钳(15)与所述壳体(12)连接。
4.根据权利要求1或2所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，在所述芯的所述平坦的或凸形的第二传热面(23’)上设置有盖(19)，并且所述盖(19)与所述壳体(12)连接，其中所述盖(19)在所述平坦的或凸形的第二传热面(23’)的区域中平坦地或凹形地构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，在所述平坦的或凸形的第一传热面(23)和所述壳体(12)之间设置有导热层(21)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，在所述平坦的或凸形的第二传热面(23’)和所述夹钳(15)或所述盖(19)之间设置有导热层(21)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，将导热膏或间隙垫设置为导热层(21)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，将所述变流器(2)的电路板(18)的至少一个印制导线或汇流排(11)设置为所述扼流圈(4，5)在所述芯中的线匝。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，在所述夹钳(15)上设置有夹板(16)，所述夹板(16)具有用于螺丝(17)的孔，并且所述夹钳(15)与其夹板(16)借助于所述螺丝(17)、螺栓或配合销与所述壳体(12)旋紧或固定地设置。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，所述汇流排(11)与所述变流器(2)的所述电路板(18)导电地连接，并且在所述电路板(18)上设置有无源的所述电磁兼容性滤波器(1)的所述电容器(6，7，8，9)。
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