CN110491624B - 带汇流排绕组匝的扼流器 - Google Patents
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Abstract
一种扼流器,包括芯(4)和第一电力导体(10),其中,第一电力导体(10)包括第一线圈绕组(11),其具有围绕芯(4)的至少一个完整的匝(12),其特征在于,第一线圈绕组(11)的至少一匝(12)中的至少一者包括刚性的第一汇流排构件(1)和刚性的第二汇流排构件(2)。
Description
技术领域
本发明涉及一种扼流器,特别是用于车辆中和/或用于干扰抑制的DC网络,并且特别是涉及电流补偿扼流器。
背景技术
扼流器,例如电流补偿扼流器,是DC网络中干扰抑制解决方案的重要组成部分。扼流器的体积和重量通常与扼流器的电感和最大电流成比例地增加。通常,但是特别是在机动车辆中的应用中,关注的是扼流器的体积和重量应该保持尽可能低。同时,在电动车辆的DC网络中流动的电流非常高,并且预期扼流器具有高电感。
扼流器的功率取决于其电感。功率和/或电感取决于芯和匝数。匝数越高,电感越大,并且因此功率越高。这对于涉及高电流的应用是有问题的。这些应用通常需要非常大规格的电力导体,电力导体通常以汇流排或特殊电缆的形式实现。对于2.5安培(A)至5A的电流,相应编织且因此可弯曲的电缆需要约1 mm2或更大的汇流排截面。因此,125 A应用需要25-50 mm2的汇流排截面。这种类型的汇流排不再能绕芯弯曲。
因此,对于这种类型的高电流扼流器,通常优选半绕制扼流器。换句话说,直的汇流排封闭在环形芯中。因此,电感仅仅取决于环形芯的材料和尺寸。因此,这种类型的用于高电感(并因此用于涉及高水平干扰抑制的干扰抑制应用)的扼流器通常特别大且重。
另选地,对于特殊应用,也采用具有电流绕组的扼流器,其中电力导体由精细编织的、非常大规格的绞合铜缆构成。然而,这些扼流器的生产很复杂,而且体积也很大,因为绞合铜缆没有紧密地配合到芯。此外,这种类型的绞合铜缆需要比可比较的汇流排更大的截面。
因此,JPH10-106861和US8063728建议提供绕芯的汇流排绕组。这通过连接两个预弯曲汇流排构件来完成。然而,这些解决方案只有一匝,因为汇流排线圈绕组需要很大的空间。这是由于上述截面表面要求所需的汇流排的宽度较大以及由于形成一匝的两个汇流排构件之间的螺纹连接。螺钉连接由于它们的位置也很麻烦。US8063728中所示的螺钉连接还不适用于车辆,因为护理中的振动倾向于随时间打开这种螺钉连接。
发明内容
本发明的目的是识别具有尽可能低的体积和重量的高电流扼流器,特别是用于DC网络,特别是用于车辆。
根据本发明,该目的通过根据本申请的扼流器来实现。
由于线圈绕组的至少一匝包括至少一个刚性的第一汇流排构件和刚性的第二汇流排构件,因此可以以汇流排的形式实现围绕芯的一匝线圈绕组。因此,汇流排可以紧密配合到芯,并且同时,汇流排允许实现比可能使用绞合铜缆更小的导体截面。因此,具有相等电感的扼流器可以呈现出基本上更紧凑,并且通常更轻的结构。同时,与大规格绞合铜缆的绕组相反,这种类型的线圈的生产可以更容易地自动化。由于一匝或每匝由(至少)两个连接的汇流排构件组成,所以汇流排绕组的三维形状可以借助于连接的汇流排构件实现,该汇流排构件由(二维)板材切割。
根据本发明,该目的通过车辆和/或具有这种类型的扼流器的DC电压网络来实现。
根据本发明,该目的通过一种用于制造这种类型的扼流器的方法来实现。该方法包括以下步骤:第一电力导体的第一线圈绕组的至少一个第一汇流排构件的布置。芯相对于至少一个第一汇流排构件的布置。第一电力导体的第一线圈绕组的至少一个第二汇流排构件与至少一个第一汇流排构件的连接,使得至少一个第一汇流排构件和至少一个第二汇流排构件构成第一电力导体绕芯的第一线圈绕组。
在从属权利要求中描述了其他有利的配置。
在一个示例性实施例中,芯为环形的,并且包括第一开口侧、与第一开口侧相对布置的第二开口侧、外侧面和内侧面。
在以产品形式实现该构思时,出现了关于有效制造、对振动的敏感性和热量排空的一系列问题,这些问题已借助于下文所述的壳体和结构元件通过如下方式解决。
在一个示例性实施例中,扼流器包括壳体。
在一个示例性实施例中,壳体包括至少一个突起,其中,在至少一个突起中的每个突起中,布置第一线圈绕组的匝的第一汇流排构件。这具有的优点在于,第一汇流排在组装期间通过突起固定在正确位置,特别是在芯布置在第一汇流排构件中的情况下。这简化并加速了扼流器的组装。同时,芯和第一汇流排构件之间相对于壳体壁的间隙被最小化,并且相应地优化了热量的排空。特别是与封装相结合,这种结构形式使模制混合物的量最小化,从而使扼流器的重量最小化。
在一个示例性实施例中,壳体覆盖芯的第一开口侧和外侧面,其中壳体中的至少一个突起布置在第一开口侧上和/或外侧面上。
在一个示例性形式的实施例中,第一开口侧上的壳体的形状与第一开口侧上的芯的形状匹配(被至少一个突起中断),和/或外侧面上的壳体的形状与外侧面上的芯的形状匹配(被至少一个突起中断)。借助于这些特征,第一汇流排构件可以相对于环形芯以正确的卷绕角度和/或直立定位。
在一个示例性实施例中,壳体包括内壳体区段,其覆盖芯的内侧面。内壳体区段优选地包括延伸到芯的分离元件,并且被布置成使得第一线圈绕组的匝的第一汇流排构件和/或第二汇流排构件布置在两个相邻的分离元件之间,和/或分离元件布置在第一线圈绕组的两个相邻匝之间。因此,在芯的内侧面上的壳体可以另外呈现第一和/或第二汇流排构件的定位或绝缘功能。内壳体区段优选为中空的。这减轻了重量,特别是在封装壳体的情况下。中空内壳体区段优选地与第二开口侧连通,使得在中空壳体区段和外部之间发生空气交换。这改善了从芯的内侧面和布置在其上的匝区段的热量的排空。
在一个示例性实施例中,扼流器包括电绝缘结构元件,其在第二开口侧和至少一个第二汇流排构件之间布置在芯的第二开口侧上。该结构元件允许芯的第二开口侧与第二汇流排构件的绝缘、第二汇流排构件的相互绝缘和/或汇流排构件的正确定位。结构元件优选地至少在第二汇流排构件的区域中覆盖芯的第二开口侧。结构元件优选地在两个相邻的第二汇流排构件之间包括分离结构。分离结构优选地包括分离元件,该分离元件在内壳体区段的方向上延伸,并且与内壳体区段的一个分离元件相结合,使两个相邻的匝彼此绝缘。
在一个示例性实施例中,壳体用芯和第一电力导体封装。因此排除了包含任何绝缘空气,从而防止了热量的排出和振动。壳体优选地填充有模制混合物,使得(除了端子之外)扼流器的所有导电部分都被模制混合物覆盖,并且因此与外部绝缘。壳体优选地被构造成杯形,具有上杯形边缘,其中杯边缘(在其最深点处)被布置在芯和第一和第二汇流排构件上方(除了端子之外),并且其中,壳体填充有模制混合物到杯边缘下方的水平。
在一个示例性实施例中,第一汇流排构件具有第一端和第二端,并且第二汇流排构件具有第一端和第二端,其中,第一汇流排构件的第二端连接到第二汇流排构件的第一端,使得连接的第一和第二汇流排构件构成第一线圈绕组的匝,其包括从第一汇流排构件的第一端到第二汇流排构件的第二端的刚性汇流排。因此,虽然所采用的汇流排构件的宽直径和刚性,但是可以实现具有多匝的与芯紧密配合的线圈绕组。
在一个示例性实施例中,第一汇流排构件的第一端连接到第一线圈绕组的相邻匝或连接到第一线圈绕组的第一端子,和/或第二汇流排构件的第二端连接到第一线圈绕组的另一个相邻匝或连接到第一线圈绕组的第二端子。
对于第一汇流排构件与第二汇流排构件的导电连接,根据现有技术没有令人满意的允许良好的电流传导、可靠的保持和快速组装的解决方案。由于空间限制以及第一和第二汇流排构件围绕芯的布置的原因,用于连接汇流排的常规解决方案(包括螺纹贯穿螺栓和配合螺母)在这种情况下不适用。
在一个示例性实施例中,第一汇流排构件的第二端包括具有内螺纹的固定凹部,其中,第二汇流排构件的第一端包括通孔,其中螺栓延伸穿过通孔并被拧入固定凹部的内螺纹中,使得螺栓的螺栓头将第二汇流排构件的第一端压靠第一汇流排构件的第二端。通过该解决方案,实现第一汇流排构件和第二汇流排构件之间的必要接触压力,以确保后者之间的良好导电连接。当螺栓拧入第一汇流排构件中时,不需要配合螺母。同时,电流也可以经由螺栓流动,而不会减小汇流排直径,因为经由螺纹侧面和螺栓头提供了良好的连接。
螺栓优选地为自攻螺栓,并且内螺纹以自攻螺栓拧入固定凹部中所规定的形式构成。这具有的优点在于,第一汇流排构件的生产被显着简化,因为内螺纹不需要另外切割或模制,而是通过拧入过程形成。在自攻螺栓的情况下,螺栓和第一汇流排构件之间的接触表面积也大于公制螺栓的情况。已证明具有螺纹侧面角在30°和36°之间的自攻螺纹的自攻螺栓特别适用于此应用。
在替代示例性实施例中,第一汇流排构件的第二端借助于焊膏连接到第二汇流排构件的第一端。将焊膏施加到两端,并在其定位之后通过感应来加热和焊接。该过程进一步简化了两个汇流排构件之间的连接。
下文描述其他有利的示例性实施例。
在一个示例性实施例中,第一线圈绕组的第一汇流排构件布置在芯的第一开口侧上,并且第二汇流排构件布置在芯的第二开口侧上。
在一个示例性实施例中,第一汇流排构件呈U形,其围绕芯布置,和/或第二汇流排构件呈I形。U形具有的优点在于其围绕芯延伸,并且芯可以布置成U形。此外,相比于通过使用其他形状,例如两个U形,这种U形和I形的组合是特别有利的,因为第二汇流排构件的第一端可以更简单地连接到第一汇流排构件的第二端。U形和I形的组合具有另外的优点在于,尽管两者都可以由相同厚度的金属板切割,但是由于U与I的角度,连接区域中的截面没有减小。因此,第二汇流排构件优选地在其第一和第二端的区域中包括加厚部。
在一个实施例中,第一汇流排构件和第二汇流排构件的主要截面形状使得其在第一方向上的第一宽度为其在第二方向(垂直于第一方向)上的第二宽度的大小的0.5(一半)和1.5(一个半)之间,优选地在0.7和1.3之间,优选地在0.8和1.2之间,优选地在0.9和1.1之间。与现有技术中使用的扁平汇流排相比,节省了大量空间以通过芯4的开口提供更多绕组而无需增加芯4。另外,它允许将第一汇流排构件的远端固定到第二汇流排区段,这对于现有技术的普通扁平汇流排是不可能的。
第一线圈绕组和任何其他线圈绕组优选地包括至少两匝。
在一个示例性实施例中,扼流器包括第二电力导体,其中第二电力导体包括第二线圈绕组,其具有围绕(相同)芯的至少一个完整的匝,其中第二线圈绕组的至少一匝中的至少一个包括刚性的第一汇流排构件和刚性的第二汇流排构件。
在一个示例性实施例中,第一和第二线圈绕组围绕芯缠绕,使得通过第一和第二电力导体中的正常模式电流在芯中感应的磁通量彼此抵消,并因此构成电流补偿的扼流器。
在一个示例性实施例中,芯被成形为中空圆柱体,优选地具有与圆柱轴线成直角的圆形截面。这种形状产生环形芯的最大体积,并允许使用简单形状的匝。
在一个示例性实施例中,扼流器被配置用于DC网络。
在一个示例性实施例中,扼流器额定为标称电流或最大电流超过30A,优选地超过50A。
在一个示例性实施例中,扼流器的第一和/或第二电力导体(分别)具有的最小导体截面表面积大于10 mm2,优选地大于15 mm2。
在一个示例性实施例中,扼流器为电流补偿扼流器。
在一个示例性实施例中,车辆包括DC网络,其中DC网络包括扼流器。
在一个示例性实施例中,在芯配合到至少一个(优选U形)第一汇流排构件中之前,至少一个第一汇流排构件被布置在壳体的突起中。
在一个示例性实施例中,螺栓穿过第二汇流排构件的第一端拧入第一汇流排构件的第二端中,并且优选地为自攻螺栓,为了将所述第一汇流排构件连接到第二汇流排构件,其将内螺纹切入或拧入第一汇流排构件的第二端中。
在一个示例性实施例中,在第二汇流排构件的第一端和第一汇流排构件的第二端之间施加焊膏,并且然后焊接。优选地,借助于焊膏的感应加热实现焊接。
所描述的示例性实施例在组合方面是特别有利的,但在隔离方面也是有利的。
附图说明
参考附图更详细地描述本发明,其中:
图1示出了扼流器的第一示例性实施例的三维视图。
图2示出了扼流器的第一示例性实施例的三维视图,其中壳体和模制混合物被移除。
图3示出了扼流器的第一示例性实施例的下侧的视图。
图4示出了扼流器的第一示例性实施例的沿IV-IV线的剖视图。
图5示出了第一汇流排构件中的螺栓的剖视图。
图6示出了扼流器的第一示例性实施例的分解图。
图7示出了扼流器的第二示例性实施例的三维视图。
图8示出了扼流器的第二示例性实施例的三维视图,其中壳体和模制混合物被移除。
图9示出了扼流器的第二示例性实施例的俯视图,其中模制混合物被移除。
图10示出了扼流器的第二示例性实施例的下侧的视图。
图11示出了扼流器的第三示例性实施例的三维视图。
图12示出了扼流器的第三示例性实施例的三维视图,其中壳体和模制混合物被移除。
图13示出了扼流器的第三示例性实施例的俯视图,其中模制混合物被移除。
图14示出了扼流器的第三示例性实施例的下侧的视图。
具体实施方式
根据本发明的扼流器优选地为噪声抑制扼流器。扼流器优选地用在噪声抑制滤波器中,或者用作噪声抑制滤波器。然而,扼流器也可用于其他应用。扼流器优选地与主电源线串联连接。然而,扼流器也可以与主电源线并联连接,或者以不同的布置连接。扼流器优选地用在DC电压网络(也描述为DC网络)中。然而,这种类型的扼流器也可用于AC电压网络(单相或三相)中。扼流器的优选额定最大或标称电流大于30A,优选地大于40A,优选地大于50A,优选地大于60A,并且优选地大于70A。扼流器优选地为电流补偿扼流器,即其至少两个线圈绕组围绕芯缠绕,使得芯中产生的磁场通过差模电流(有用电流和/或差模干扰电流)在至少两个芯绕组中相互抵消。因此,电流补偿扼流器构成差模电流的低电感,共模电流的高电感。然而,所描述的扼流器也可以用于其他扼流器(例如,用于差模扼流器)的应用。所描述的扼流器被开发用于(机动)车辆,特别是用于由电动机驱动的车辆,诸如混合动力或电动车辆,因为其电压网络经常承载非常高的电流。然而,所描述的扼流器也可用于其他应用中。
图1至6描述了这种类型的扼流器的第一示例性实施例。扼流器包括芯4、第一电力导体10和第二电力导体20。所示的扼流器为电流补偿扼流器,其额定最大或标称电流为125A。然而,以下描述也适用于其他扼流器和/或其他最大或标称电流。
芯4为线圈芯。在这种情况下,芯4为环形的。然而,在扼流器的其他形式的实施例中,芯4也可以呈现不同的形状,例如,条形。在这种情况下,芯4构成闭环,即没有气隙。然而,在其他示例性实施例中,术语“环形”还包括具有气隙的环形芯4。环形芯4具有开口。具有开口的环形芯4的两侧被描述为第一和第二开口侧。开口侧优选地与环形芯4的开口轴线成直角。环形芯4优选地构成圆环。然而,环形芯4也可以构造为三角形、矩形、多边形或椭圆形环,或者构造为另一种形状的环。这里,环的形状描述了周边(即环的外周边、内周边和/或中心周边)的形状。两个开口侧之间的朝外侧被描述为外侧面。两个开口侧之间的向内侧被描述为内侧面。内侧和/或外侧面优选地平行于环的开口轴线布置。环形珠优选地具有矩形截面,使得芯4被构造为直的中空圆柱体(在圆环的情况下,构造为直圆柱体)。矩形截面还包括方形截面。矩形截面或具有多个不同角度的截面也应该包括圆角或边缘。然而,环形珠的截面也可以为圆形的(在圆环的情况下,环形)、椭圆形或其他形状。然而,环形珠和/或圆环的矩形截面是特别有利的。这两种形状组合产生芯4的特别有利的形状,如直圆形中空圆柱体,其中圆柱体的两个基表面对应于第一和第二开口侧,外侧面对应于外壳表面,以及内侧面对应于内壳表面。在这种情况下,开口轴线对应于中空圆柱体的轴线。
芯4的材料优选地为在所需频率范围内具有高磁导率的材料,优选地为铁磁材料,例如铁素体,纳米晶材料等。
第一电力导体10包括第一线圈绕组11。线圈绕组11包括围绕芯4(在这种情况下,芯4的环形珠)布置的至少一个(完整的)匝12,优选地两个或更多个匝12。第一线圈绕组11和/或第一电力导体10由汇流排构成。汇流排由固体导电材料形成。导电材料优选为金属,优选为铜。汇流排为刚性的,即不可弯曲。
第一电力导体10优选地包括第一端子13和/或第二端子14。第一端子13和/或第二端子14被配置用于连接到电力导体,例如汇流排或电缆。第一端子13和/或第二端子14优选地被配置为刚性汇流排。第一端子13和/或第二端子14包括线圈连接装置和外部连接装置。第一端子13的线圈连接装置被配置为用于连接到线圈绕组11的第一端、连接到线圈绕组11的第一匝12和/或连接到线圈绕组11的第一匝12的第一汇流排构件1的第一端。第二端子14的线圈连接装置被配置为用于连接到线圈绕组11的第二端、连接到线圈绕组11的最后匝12和/或连接到线圈绕组11的最后匝12的第一汇流排构件1的第二端。第一和/或第二端子13和/或14的外部连接装置被配置用于连接到电力导体。第一和/或第二端子13和/或14的形状在开口轴线的方向上延伸,或者与第二开口侧成直角延伸,远离第一开口侧延伸。因此,外部连接装置从模制混合物中伸出(见下文)。
匝12中的至少一个匝,优选地大部分匝12,并且优选地每个匝12包括第一汇流排构件1和第二汇流排构件2。优选地,第一汇流排构件1和第二汇流排构件2构成相应的匝12。然而,一个或多个匝12也可以分别由两个以上的汇流排构件组成。第一汇流排构件1和第二汇流排构件2被成形并连接成使得它们组合(在适用的情况下,与一个或多个另外的汇流排构件)构成围绕芯4的匝12。优选地,匝12的形状基本上对应于芯4的截面形状,即在环形芯4的情况下,环形珠的截面(仅略大一点)。优选地,第一汇流排构件1和第二汇流排构件2的主要截面形状使得其在第一方向上的第一宽度为在其第二方向(垂直于第一方向)上的第二宽度的大小的0.5(一半)和1.5(一个半)之间,优选地在0.7和1.3之间,优选地在0.8和1.2之间,优选地在0.9和1.1之间。与现有技术中使用的扁平汇流排相比,节省了大量空间以通过芯4的开口提供更多绕组而无需增加芯4。另外,它允许将第一汇流排构件1的远端固定到第二汇流排区段2,这对于现有技术的普通扁平汇流排是不可能的。第一汇流排构件1和第二汇流排构件2的主要截面形状优选地为矩形,优选地为方形。然而,其他形状也是可能的。第一汇流排构件1和第二汇流排构件2的主要截面形状分别指的是分别主要沿着第一汇流排构件1和第二汇流排构件2的长度使用的,优选地分别沿着第一汇流排构件1和第二汇流排构件2的长度的至少50%、优选地至少70%、优选地至少80%使用的,第一汇流排构件1和第二汇流排构件2的截面形状。
优选地,第一汇流排构件1呈现沿着芯4的内侧面、第一开口侧和外侧面延伸的形状。优选地,第一汇流排构件1的内部形状与内侧面、第一开口侧和外侧面上的芯4的外部形状匹配。优选地,第一汇流排构件1呈U形。因此,U形第一汇流排构件1沿着芯4的内侧面的至少一部分和/或外侧面的至少一部分延伸。因此,芯4可以装配/凹进第一汇流排构件1中。优选地,第一汇流排构件1沿着芯4的整个内侧面和/或整个外侧面延伸,优选地甚至超过芯4延伸一点。然后,第一汇流排构件1的两个端部中的至少一个端部可以借助于直的第二汇流排构件2(平行于第二开口侧)连接到另一个匝12和/或另一个匝12的另外第一汇流排构件1。这允许第二汇流排构件2的更简单的配置和/或第一和第二汇流排构件的简化连接。然而,第一汇流排构件1也可以不延伸或仅部分地延伸超出外侧面和/或内侧面。在这种情况下,第一汇流排构件1可以呈现例如(较短的)U形、L形或I形或具有两个不同长度的U形腿的(不对称的)U形。第一汇流排构件1的主要截面形状优选为矩形(例如,四边形)。然而,其他形状也是可能的。第一汇流排构件1具有第一端和第二端。第一汇流排构件1具有纵向轴线,该纵向轴线沿第一汇流排构件1中的电流方向延伸。对于U形第一汇流排构件1,纵向轴线具有U形形状。第一汇流排构件1具有至少一个侧面,该侧面基本上平行于纵向轴线,并且在第一汇流排构件1的两个端部处的两个远侧切穿第一汇流排构件1的纵向轴线。优选地,两个远侧与纵向轴线正交。至少一个侧面优选地具有四个侧面。远侧优选地为平坦的。
优选地,第二汇流排构件2呈现沿芯4的第二开口侧延伸的形状。优选地,第二汇流排构件2的内部形状与第二开口侧上的芯4的外部形状匹配。优选地,第一汇流排构件1呈I形(对于U形的第一汇流排构件1,其沿着芯4的整个内侧面和外侧面延伸)。第二汇流排构件2的主要截面形状优选为矩形(例如,四边形)。然而,其他形状也是可能的。第二汇流排构件2可以为例如L形的(例如,如果第一汇流排构件1为不对称的U形,其中一个U形腿沿着芯4的整个内侧或外侧面延伸而另一个U形腿仅延伸另一个的一部分,或者如果第一汇流排构件1为L形的)。第二汇流排构件2可以为例如U形的(例如,如果第一汇流排构件1为U形的,其中U形腿仅沿着芯4的内侧和外侧面的一部分延伸)。第二汇流排构件2具有纵向轴线,该纵向轴线沿第二汇流排构件2中的电流方向延伸。对于I形第二汇流排构件2,纵向轴线将是直线。第二汇流排构件2具有至少二个侧面,该侧面基本上平行于纵向轴线(并且在第二汇流排构件2的两个端部处的两个远侧切穿第二汇流排构件2的纵向轴线)。第二汇流排构件2的至少两个侧面中的一者优选地为平坦的。至少两个侧面优选地具有四个侧面。优选地,第二汇流排构件2在与第一汇流排构件1的连接区域中和/或在两端处扩展。该扩展被布置在第二开口侧的(平行)平面中。该扩展被配置成使得扩展区域覆盖连接到该扩展的第一汇流排构件1或第一汇流排构件1的端部的整个导体截面。第二汇流排构件2具有第一端和第二端。
第一汇流排构件1的第二端连接到第二汇流排构件2的第一端。该连接被配置成使得在相应的匝12的第一汇流排构件1和第二汇流排构件2之间构成导电连接和/或机械刚性/非柔性和/或稳定连接。通过将第一汇流排构件1的第二端连接到第二汇流排构件2的第一端,第一线圈绕组11的相应的匝12(优选地完全)构成为从第一汇流排构件1的第一端到第二汇流排构件2的第二端的刚性汇流排。优选地,第一汇流排构件1的第二端的远侧连接到第二汇流排构件2的第一端。这允许第一汇流排构件1和第二汇流排构件2之间的空间消耗连接更少。在一个实施例中,第一汇流排构件1的第二端的远侧连接到第二汇流排构件2的第一端的侧面(如I形或L形第二汇流排构件2的情况)。在一个实施例中,第一汇流排构件1的第二端的远侧连接到第二汇流排构件2的第一端的远侧(如U形或L形第二汇流排构件2的情况)。优选地,第一汇流排构件1的第一端、第一线圈绕组11的该匝12的第一端和/或第二汇流排构件2的第二端提供该匝12的第二端。优选地,第一汇流排构件1的第一端连接到第一线圈绕组11的相邻匝12(的第二端),或连接到第一线圈绕组11的第一端子13。优选地,第二汇流排构件2的第二端连接到第一线圈绕组11的另一个相邻的匝12(的第一端)。因此,通过各种匝12的串联连接,或者通过第一汇流排构件1和第二汇流排构件2的交替连接,第一线圈绕组11由刚性汇流排构成。优选地,第一线圈绕组11(以及任何其他线圈绕组21)的大部分(优选地)所有第一汇流排构件1具有相同的设计。优选地,第一线圈绕组11(以及任何另外的线圈绕组21)的第二汇流排构件2的大部分(优选地全部汇流排构件)具有相同的设计。优选地,第一线圈绕组11的最终匝12的第二汇流排构件由第二端子14构成。然而,最终匝12的第二汇流排构件也可以与其他匝12相同地配置,并且第二端子14也可以连接到第二汇流排构件2的第二端。第一线圈绕组11优选地成形为使得第一汇流排构件1基本上径向于开口轴线定向和/或(大部分)第二汇流排构件2沿着两条径向线之间的连接线定向(使得第一汇流排构件1的第二端连接到第二汇流排构件2的第一端)。线圈绕组11中的最终(或第一)第二汇流排构件2,为了示例性目的,在此构造为端子14,优选地大致径向于芯4的开口轴线定向。
为了将第一汇流排构件1的一端连接到第二汇流排构件2的一端(或者汇流排构件1或2的一端与端子13或14的一个线圈连接装置之间的连接),各种连接技术是可能的。可以通过螺纹连接、熔接(电阻焊接、激光焊接等)、焊接、压配合等形成连接。然而,考虑到连接点的数量和/或良好电连接的重要性,非常重要的是,这种连接技术应该是快速的,提供良好的传导和/或机械稳定。否则,如果连接质量不足,制造将过于复杂和/或连接上将出现热点。已证明以下两种连接技术特别合适。这些连接技术特别有利于将第一汇流排构件1的远侧连接到第二汇流排构件2的(侧面或远侧)。现有技术没有提供用于连接汇流排的远侧的快速、坚固且良好导电的连接技术。
根据第一连接技术,第一汇流排构件1的第二端包括具有内螺纹的固定凹部。优选地,固定凹部位于第一汇流排构件1的第二端的远侧表面中。优选地,固定凹部为盲孔。优选地,固定凹部在其第二端处平行于第一汇流排构件1的纵向轴线延伸。第二汇流排构件2的第一端包括通孔。通孔优选地在其第一端处延伸穿过第二汇流排构件2的至少一个侧面。在一个实施例中,通过第二汇流排构件2的两个侧面(作为I形或一些L形第二汇流排构件2的情况)。在一个实施例中,通过第二汇流排构件2的一个侧面和一个远侧(作为U形或一些L形第二汇流排构件2的情况)。螺栓5穿过通孔延伸并拧入固定凹部的内螺纹中。在一个实施例中,通孔没有内螺纹。在另一个实施例中,通孔还具有内螺纹。优选地,第一汇流排构件1的第二端的固定凹部的纵向轴线、第二汇流排构件2的第一端的通孔的纵向轴线和/或螺栓5的纵向轴线平行于第一汇流排构件1在其第二端处的纵向轴线延伸。这意味着螺栓5沿第一汇流排构件1的U形腿的方向或纵向轴线的方向拧紧。因此,螺栓5的连接深度远高于扁平汇流排,扁平汇流排通过其平坦的侧面拧在一起。这提供了更坚固的连接和良好的连接性。另外,螺栓5可以从芯4的一个开口侧拧紧,从而可以提供容易和快速的制造。因此,螺栓5的螺栓头将第二汇流排构件的端部压靠第一汇流排构件1的端部。特别有利地,采用自攻螺栓5(也称为自穿孔),其在拧入时自身切割或刺穿固定凹部中的内螺纹。这降低了制造的复杂性,并且同时改善了连接的汇流排构件之间的保持和电连接。自攻螺栓5包括螺纹(参见图5)。螺纹优选地具有螺纹侧面,其螺纹侧面角在30°和36°之间,在这种情况下为33°。整个侧面角构成在螺纹的上侧面51和下侧面52之间。上侧面51为面向螺栓头的螺纹的侧面,并且下侧面52为从螺栓头避开的螺纹的侧面。优选地,上侧面角大于下侧面角。上侧面角构成在上侧面51和与旋入方向正交的平面之间。下侧面角构成在下侧面52和与旋入方向正交的平面之间。上侧面角优选地在20°和24°之间,优选地为22°。下侧面角优选地在10°和12°之间,优选地为11°。
根据第二有利的连接技术,第一汇流排构件1的一端借助于焊膏连接到第二汇流排构件2(或端子13、14)的一端,焊膏优选地通过感应加热焊接。优选地,第一汇流排构件1的第二端的远侧通过焊膏焊接到第二汇流排构件2的第一端(的侧面或远侧)。由于难以到达第一汇流排构件1的远侧的连接表面和第二汇流排构件2(的远侧或侧面),因此该技术非常适合于简单和快速的处理。
具有第一汇流排构件1和第二汇流排构件2的匝12的描述类似地适用于第一电力导体10的线圈绕组11的一些、优选地所有匝12。
第一电力导体10、线圈绕组11、匝12、第一汇流排构件1、第二汇流排构件2、第一端子13和/或第二端子14具有(最小)导体截面,其基于扼流器的标称或最大电流来选择。优选地(取决于电力导体10、线圈绕组11、匝12、第一汇流排构件1、第二汇流排构件2、第一端子13和/或第二端子14的材料),每2.5 A-5 A提供1 mm2。优选地,上述(最小)导体截面大于10mm2,优选地大于15 mm2,优选地大于20 mm2,并且优选地大于30 mm2。
第二电力导体20包括第二线圈绕组21。第二线圈绕组21包括围绕芯4(在这种情况下,芯4的环形珠)布置的至少一个(完整的)匝22,优选地两个或更多个匝22。优选地,第二电力导体20包括第一端子23和/或第二端子24。匝22中的至少一个匝,优选地大部分匝22,并且优选地每个匝22包括第一汇流排构件1和第二汇流排构件2。第二电力导体20、第二线圈绕组21、匝22、第一端子23和第二端子24的单独或组合的特性对应于第一电力导体10、第一线圈绕组11、匝12、第一端子13和第二端子14的相应特性,并且这里将不再重复其描述。优选地,第一线圈绕组11相对于第二线圈绕组21以镜像对称的方式(相对于穿过开口轴线的平面)布置。
在其他示例性实施例中,扼流器还可以仅包括一个电力导体,并且因此仅包括一个线圈绕组,或者可以包括三个或更多个电力导体,并且因此包括三个或更多个线圈绕组。这些电力导体和线圈绕组中的每者优选地具有与第一电力导体和第一线圈绕组类似的设计。
扼流器优选地包括壳体30,芯和线圈绕组11和12被容纳在壳体30中。在芯4的第一开口侧上的壳体30的壳体壁优选地也被描述为壳体30的第一开口侧。在芯4的第二开口侧上的壳体30的侧面优选地也被描述为壳体30的第二开口侧。在芯4的外侧面上的壳体30的壳体壁优选地也被描述为壳体30的外侧面。壳体30优选地被配置成杯形或罐形设计,使得壳体30可以与芯和线圈绕组11和12组合地封装(灌封)。这意味着壳体30在第一开口侧和外侧面上闭合。相反,壳体30在第二开口侧上打开,使得芯4和线圈绕组11和12或其元件可从第二开口侧插入壳体30中和/或壳体30可以用模制混合物填充。因此,第一开口侧和外侧面上的壳体壁(以防漏方式)闭合,使得流体,特别是模制混合物,在其注入壳体中时不能从第一开口侧和外侧面上的壳体逸出。
壳体30优选地包括内壳体区段31,其延伸穿过环形芯4的开口。优选地,内壳体区段31由在芯4的内侧面上的壳体壁构成。该内壳体区段31优选地向第一或第二开口侧打开,并且优选地向第一开口侧打开。这改善了热量的排出。然而,内壳体区段31也可以为关闭的中空结构,或者填充有模制混合物6。
壳体30,特别是其第一开口侧、其外侧面和/或其内侧面,被成形为使得第一汇流排构件1(以及另外,在适用的情况下,第二汇流排构件2)和/或芯4由壳体30固定、定位和/或定向。这允许扼流器的简单、可再现和快速组装。为此,第一汇流排构件1被装配在壳体30中,并由后者固定在正确的位置。芯4现在可以装配在壳体30中(并且装配在第一汇流排构件1中)。由于壳体30呈现芯4和第一汇流排构件1的正确定位的功能,因此组装非常简单。
壳体30在第一开口侧上和/或在外侧面上优选地包括用于第一汇流排构件1的突起32。借助于这些突起32,第一汇流排构件1固定就位。优选地,壳体30在第一开口侧和/或外侧面上的基本形状优选地与芯4的相应形状匹配,优选地与芯4平行。该基本形状的壳体壁与芯4之间的间隙优选地大于1 mm,优选地大于3 mm,并且优选地大于5 mm。该基本形状的壳体壁与芯4之间的间隙优选地小于10 mm,优选地小于7 mm,优选地小于5 mm,并且优选地小于3 mm。该基本形状优选地为直圆柱体,优选地为中空圆柱体。基本形状被上述突起中断。所述突起优选地布置在径向于开口轴线的平面中(具有轻微的偏差)。优选地,每个突起被配置成用于保持(仅)一个第一汇流排构件1。在第一示例性实施例中,为第一线圈绕组11的第一(或替代地,最后一个)匝12和第二线圈绕组21的第一(或替代地,最后)匝22提供公共突起32。突起32首先执行上述第一汇流排构件1的定位。然而,突起32具有另一个优点,即来自第一汇流排构件1的热量可以经由突起32直接排空和/或来自芯4的热量可以经由基本形状快速地排空到壳体30的外侧,因为所涉及的排空路径很短。突起32的壳体壁与第一汇流排构件1之间的间隙优选地大于1 mm,优选地大于3 mm,并且优选地大于5 mm。突起32的壳体壁与第一汇流排构件1之间的间隙优选地小于10 mm,优选地小于7 mm,优选地小于5mm,并且优选地小于3 mm。因此描述的壳体30的形状具有基本形状33和突起32,具有另一个优点在于,在封装扼流器1时,模制混合物6的量最小化,从而减轻了重量。优选地,壳体30在壳体30或内壳体区段31的内侧面的内侧(面向芯4)上包括叶片35,叶片35将第一汇流排构件1保持就位。优选地,叶片35(径向于芯4的开口轴线)延伸到壳体30的内部中。优选地,在两个相邻的第一汇流排构件1或第二汇流排构件2之间和/或在两个相邻的匝12、22之间,分别布置一个这样的叶片35。优选地,第一汇流排构件1或第二汇流排构件2和/或相邻的匝12、22的(多个、大部分、全部)由叶片35限定和/或保持在任一侧上。
壳体30在外侧面的内侧上包括叶片34和/或在内侧面的内侧(面向芯4)上包括叶片35,叶片35将芯4保持就位。叶片35优选地为相同的,其也保持或分离汇流排构件1、2和/或匝12、22。这减少了成品扼流器中的振动,并简化了芯4的精确定位。优选地,叶片34和/或35配置成具有轻微的楔形(其中从叶片34和35到第一开口侧的间隙比到第二开口侧的间隙更窄),使得芯4可以从第二开口侧简单地插入,并且可以被路由到第二侧上的准确位置。优选地,从叶片34和35到第一开口侧的间隙稍微窄于芯4的宽度(特别是其环形珠),使得芯4以压配合布置在叶片34和35之间。叶片34优选地配置在外侧壁的基本形状的内侧上(并且径向地延伸到壳体30的内部中)。叶片34优选地配置在内壳体区段31的内侧上(并且径向地延伸到壳体30的内部中)。
线圈绕组11、21的汇流排构件1、2和/或匝12、22靠近芯4的开口,使得必须在前者之间提供有效的绝缘。优选地,壳体30,特别是其内侧面和/或其第一开口侧被成形为使得线圈绕组11、21的相邻的汇流排构件1、2和/或匝12、22彼此绝缘。这优选地借助于叶片35实现,叶片35从内壳体区段31(优选径向地)朝向壳体30的内部(即,相对于开口轴线向外)延伸,相应地在线圈绕组11、21的相邻汇流排构件1、2和/或匝12、22之间延伸。优选地,这些为相同的叶片35,其也定位芯4。然而,它们也可以单独配置,使得提供叶片用于定位芯,并且提供其他叶片用于绝缘。因此,突起32和/或叶片35在线圈绕组11、21的相邻汇流排构件1、2和/或匝12、22之间提供绝缘的主要部分,而没有用于组装扼流器的相关附加步骤。
上述壳体30优选地为单件式结构和/或由单一材料构成。然而,壳体30也可以配置有多部件结构。壳体30的材料优选地为电绝缘的,并且优选地为塑料。
扼流器优选地包括结构元件40。结构元件40布置在芯4,特别是其第二开口侧,与第二汇流排构件2或绕组12、22之间和/或相邻的第二汇流排构件2或相邻的匝12、22之间。结构元件40被成形为使得其与芯4的第二开口侧接合,使得第二汇流排构件2(以及在适用的情况下,端子13、14、23、24)可以借助于结构元件40简单地定位。此外,结构元件40被成形为使得其与芯4的第二开口侧接合,此第二汇流排构件2(以及在适用的情况下,端子13、14、23、24)可以借助于结构元件40简单地定位。结构元件40和壳体30被成形为使得结构元件40仅可以在壳体30中的一个位置中使用。
结构元件40优选地包括覆盖元件41,覆盖元件41布置在芯4,特别是其第二开口侧,与第二汇流排构件2或匝12、22之间。因此,覆盖元件41优选地覆盖芯4的第二开口侧的至少一部分。具体地,至少一个被覆盖部分优选地包括芯4的第二开口侧的区域,其被第二汇流排构件2覆盖,使得覆盖元件41使芯4与第二汇流排构件2绝缘。优选地,覆盖元件为环形的,使得其完全覆盖芯4的第二开口侧。覆盖元件41在芯4的第二开口侧的平面中延伸,或者与开口轴线成直角延伸。
结构元件40优选地包括隔板42,隔板42从芯4的第二开口侧或从覆盖元件41(优选地与其成直角)在开口方向上延伸和/或布置成使得它们沿着第二汇流排构件2的侧壁定向。优选地,一个或每个第二汇流排构件2在两侧上由这样的隔板界定(其布置成与芯4的第二开口侧成直角)。隔板与第二汇流排构件2平行定向,使得隔板42限定第二汇流排构件2的位置。隔板优选地具有大致相同的高度,优选地高于第二汇流排构件2,使得隔板42在第二汇流排构件2上方突出。这改善了两个相邻的第二汇流排构件2之间的绝缘,特别是在第二汇流排构件2接近的内部区域中的绝缘。隔板42优选地从结构元件40或芯4的内边缘延伸到其外边缘。为了提高稳定性,相邻的第二汇流排构件2的两个相邻的隔板42通过连接壁连接,从而构成分离结构。连接壁优选地沿结构元件40或芯4的内边缘和外边缘定向。优选地,分离结构在其上侧处打开,使得后者可以填充有模制混合物。这改善了热量从第二汇流排构件2的侧壁和从芯4的第二开口侧的排空。
结构元件40优选地包括另外的分离元件43,其从结构元件40(的内边缘)或芯4延伸到芯4的开口中。这些分离元件43优选地以围绕第二汇流排构件2的两个隔板42中的一者的延续形式实施。分离元件43使相邻的汇流排构件1、2或匝12、22在芯4的开口区域中绝缘。优选地,与在此用作分离元件的叶片35相结合的所述分离元件或每个分离元件43在相邻的汇流排构件1、2或匝12、22之间构成封闭的隔板或绝缘。
优选地,至少一个隔板44被布置在不同线圈绕组11、21的两个端子14和24之间和/或被升高,使得其从模制混合物6中伸出。这允许在模制混合物6外部改善两个端子14、24之间的绝缘。
上述结构元件40优选地为单件式结构和/或由单一材料构成。然而,结构元件40也可以配置有多部件结构。结构元件40的材料优选地为电绝缘的,并且优选地为塑料。
一旦第二汇流排构件2和在适用的情况下端子13、14、23、24已布置在结构元件40上,后者就仅需要连接到相应的第一汇流排构件1(参见上面的描述)。
优选地,壳体30和/或结构元件40与芯4和至少一个线圈绕组11、21一起封装在模制混合物6中。将模制混合物6施加到壳体30中的水平,使得所有导电部分(除了端子13、14、23、24之外)封闭在模制混合物6中或被模制混合物6覆盖。模制混合物6限制振动并确保有效排空热量。特别是与上述壳体30结合,在低重量、热量的有效排空和低振动之间实现了有效的折衷。
图7至10表示这种类型的扼流器的第二示例性实施例。所示的扼流器为电流补偿扼流器,其设计用于80 A的最大或标称电流。前面的描述也适用于该扼流器。
图11至14表示这种类型的扼流器的第三示例性实施例。所示的扼流器为电流补偿扼流器,其设计用于200 A的最大或标称电流。前面的描述也适用于该扼流器。
Claims (21)
1.一种扼流器,包括芯(4)和第一电力导体(10),其中,所述第一电力导体(10)包括第一线圈绕组(11),其具有围绕所述芯(4)的至少一个完整的匝(12),其中,所述第一线圈绕组(11)的至少一匝(12)中的至少一者包括刚性的第一汇流排构件(1)和刚性的第二汇流排构件(2),所述扼流器进一步包括具有内壳体区段的壳体(30),其中,所述壳体(30)包括至少一个突起(32),其中,在所述至少一个突起(32)的每个突起中,布置所述第一线圈绕组(11)的匝(12)的第一汇流排构件(1),
其中,所述芯(4)为环形的,并且包括第一开口侧、与所述第一开口侧相对布置的第二开口侧、外侧面和内侧面,其中,所述壳体(30)覆盖所述芯(4)的所述第一开口侧和所述外侧面,其中,所述壳体(30)中的所述至少一个突起(32)布置在所述第一开口侧上和/或所述外侧面上,
其中,所述壳体(30)包括内壳体区段(31),所述内壳体区段(31)覆盖所述芯(4)的内侧面,
其中,所述内壳体区段(31)包括分离元件(35),所述分离元件从所述内壳体区段(31)径向地延伸到所述芯(4),并且被布置成使得所述第一线圈绕组(11)的匝(12)的所述第一汇流排构件(1)和/或所述第二汇流排构件(2)布置在两个相邻的分离元件(35)之间,
其中,所述分离元件配置成将所述第一线圈绕组分隔开。
2.根据权利要求1所述的扼流器,其中,所述第一汇流排构件(1)呈U形,所述第一汇流排构件围绕所述芯布置。
3.根据权利要求1所述的扼流器,其中,所述第一汇流排构件(1)具有第一端和第二端,并且所述第二汇流排构件(2)具有第一端和第二端,其中,所述第一汇流排构件(1)包括:所述第一端处的第一远侧,所述第二端处的第二远侧和在所述第一汇流排构件(1)的所述第一远侧和所述第二远侧之间的至少一个侧面,其中,所述第二汇流排构件(2)包括在所述第二汇流排构件(2)的所述第一端和所述第二端之间的至少一个侧面,其中,所述第一汇流排构件(1)的第二端以其第二远侧连接到所述第二汇流排构件(2)的第一端,使得连接的所述第一和第二汇流排构件(1、2)构成由刚性汇流排制成的第一线圈绕组(11)的匝(12)。
4.根据权利要求3所述的扼流器,其中,所述第一汇流排构件(1)呈U形,所述第一汇流排构件围绕所述芯布置,其中,所述第一汇流排构件(1)的第二端在所述第二远侧中包括固定凹部,所述固定凹部具有内螺纹,其中,所述第二汇流排构件(2)的第一端包括延伸穿过所述第二汇流排构件(2)的至少一个侧面中的至少一者的通孔,其中,螺栓(5)延伸穿过所述通孔并拧入所述固定凹部的内螺纹中,使得所述螺栓(5)的螺栓头将所述第二汇流排构件(2)的第一端压靠所述第一汇流排构件(1)的第二端。
5.根据权利要求4所述的扼流器,其中,所述螺栓(5)为自攻螺栓(5),并且所述内螺纹以所述自攻螺栓(5)拧入所述固定凹部所规定的形式构成。
6.根据权利要求5所述的扼流器,其中,所述自攻螺栓(5)具有30°至36°之间的螺纹侧面角,其中,所述螺纹侧面角构成在面向所述螺栓头的上侧面(51)与从所述螺栓头部避开的下侧面(52)之间,其中,所述上侧面角大于下侧面角。
7.根据权利要求3所述的扼流器,其中,所述第一汇流排构件(1)呈U形,其中,所述第一汇流排构件(1)包括:所述第一端处的第一远侧,所述第二端处的第二远侧和在所述第一汇流排构件(1)的所述第一远侧和所述第二远侧之间的至少一个侧面,其中,所述第二汇流排构件(2)包括在所述第二汇流排构件(2)的所述第一端和所述第二端之间的至少一个侧面,其中,所述第一汇流排构件(1)的所述第二远侧借助于焊膏连接到所述第二汇流排构件(2)的第一端,其中,所述焊膏配置成使得它可以通过感应加热进行焊接。
8.根据权利要求1所述的扼流器,其中,所述壳体(30)在所述第一开口侧和/或所述外侧面上的形状被所述至少一个突起(32)中断,与所述芯(4)在所述第一开口侧和/或所述外侧面上的形状相匹配。
9.根据权利要求1所述的扼流器,分离元件(35)布置在所述第一线圈绕组(11)的两个相邻的匝(12)之间。
10.根据权利要求1所述的扼流器,其中,所述内壳体区段(31)为中空的,并且向所述第一或第二开口侧打开。
11.根据权利要求1所述的扼流器,其中,所述壳体(30)用所述芯(4)和所述第一电力导体(10)封装,使得所述第二开口侧与所述至少一个第二汇流排构件(2)一起被模制混合物(6)覆盖。
12.根据权利要求11所述的扼流器,其中,所述壳体(30)具有杯形设计,其外侧面在所述第一电力导体(10)的导电部分上方突出,使得注入到杯形壳体(30)中的所述模制混合物(6)覆盖所述第一电力导体(10)的导电部分,除了以绝缘方式的任何突出端子(13、14)之外。
13.根据权利要求1所述的扼流器,包括电绝缘结构元件(40),所述电绝缘结构元件(40)被布置在所述芯(4)的在所述第二开口侧和所述至少一个第二汇流排构件(2)之间的所述第二开口侧上。
14.根据权利要求13所述的扼流器,其中,所述结构元件(40)覆盖所述芯(4)的第二开口侧和/或在两个相邻的第二汇流排构件(2)之间包括分离结构或至少一个隔板(42)。
15.根据权利要求14所述的扼流器,所述壳体(30)包括内壳体区段(31),其覆盖所述芯(4)的内侧面,其中,所述分离结构或所述至少一个隔板(42)包括分离元件(43),所述分离元件在所述内壳体区段(31)的方向上延伸,并且与所述内壳体区段(31)的所述分离元件(35)中的一者相结合使两个相邻的匝(12)彼此绝缘。
16.根据权利要求1所述的扼流器,其中,所述扼流器包括第二电力导体(20),其中,所述第二电力导体(20)包括第二线圈绕组(21),所述第二线圈绕组具有围绕所述芯(4)的至少一个完整的匝(22),其中,所述第二线圈绕组(21)的所述至少一个匝(22)中的至少一者包括刚性的第一汇流排构件(1)和刚性的第二汇流排构件(2)。
17.根据权利要求1所述的扼流器,其中,所述第一和第二线圈绕组(11、21)围绕所述芯(4)缠绕,使得通过所述第一电力导体(10)和第二电力导体(20)中的差模电流在所述芯(4)中感应的磁通量相互抵消,并相应地构成电流补偿扼流器。
18.根据权利要求1所述的扼流器,其中,所述芯(4)成形为中空圆柱体。
19.根据权利要求1所述的扼流器,其中,所述扼流器的所述第一电力导体(10)和/或第二电力导体(20)具有最小导体截面表面积,所述最小导体截面表面积大于10mm2。
20.根据权利要求19所述的扼流器,其中,所述最小导体截面表面积大于20mm2。
21.具有DC网络的车辆,其中,所述DC网络包括根据权利要求1所述的扼流器。
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