CN112219345A - 电滤波器元件和电变流器 - Google Patents

Abstract

用于对交流电干扰进行滤波的电滤波器元件（1）。该电滤波器元件（1）包括两个介电电路板基板（11，12），所述两个介电电路板基板具有布置在所述电路板基板之间的磁芯（13）。该磁芯（13）具有无材料的内部区域（13a），在该内部区域中在两个介电电路板基板（11，12）之间设置有电连接元件（21‑24）。此外，也可以在所述磁芯（13）的外部区域中在两个介电电路板基板（11，12）之间设置电连接元件（31，32）。

Description

电滤波器元件和电变流器

技术领域

本发明涉及一种电滤波器元件以及一种具有这种电滤波器元件的电变流器。

背景技术

电变流器、尤其逆变器被使用在很多技术领域中。例如，这种逆变器被使用在电动或混合动力车辆的电驱动系统中。在此所使用的逆变器、尤其时钟控制的逆变器、诸如脉冲逆变器（PWR）自然在电学上产生共模干扰和差模干扰。为了使这些干扰最小化，通常必须设置合适的滤波器设备，所述滤波器设备减少干扰量向供电网、诸如电动车辆的高压电网方向的发射。为此，已经存在很多预先给定干扰的最大允许的发射的准则和规定。

出版物DE 10 2010 054 005 A1公开了一种电设备，该电设备具有逆变器和EMV滤波器。该EMV滤波器包括去干扰电容器和共模抑制扼流圈，该共模抑制扼流圈具有在磁性上起作用的芯。该逆变器的共模端子经由该共模抑制扼流圈与供电端子连接并且经由该去干扰电容器与接地端子连接。

发明内容

本发明公开了一种具有专利权利要求1的特征的电滤波器元件和一种具有专利权利要求10的特征的电变流器装置。

因此设置有：一种电滤波器元件，该电滤波器元件具有第一介电电路板基板、第二介电电路板基板、环形的磁芯和第一数量的内部电连接元件。环形的磁芯布置在第一电路板基板和第二电路板基板之间。内部电连接元件布置在环形的磁芯的内部区域中。每个内部电连接元件在此情况下尤其被设计用于将第一电路板基板上的电连接点与第二电路板基板上的对应的电连接点电连接。

此外设置有：具有根据本发明的电滤波器元件的电变流器。

本发明所基于的认识是，电变流器、诸如脉冲逆变器自然可能引起电共模和差模干扰。为了减少这些干扰，通常需要特别适配的滤波器设备。常规设计的滤波器设备在此要求高的设计上的耗费。用于使共模和差模干扰量最小化的滤波器设备因此导致高的成本耗费并且通常也与对安装空间的显著需求相联系。

因此，本发明的构思是，考虑所述认识并且提供一种电滤波器元件，所述滤波器元件能够实现对直流电线路上的交流电分量的有效滤波。为此，本发明创建一种电感部件，该电感部件由于其具有小的安装空间体积的特殊构造而能够实现对交流电分量的滤波。滤波器元件的特殊的构造设计方案在此由于所使用的介电电路板而能够实现用于连接元件的非常良好的基础，以便将滤波器元件在输入端和输出端处与另外的组件电连接。此外，通过磁芯在两个电路板之间的特殊布置可以实现电流走向（Stromverlauf），该电流走向对应于具有多个电线圈的电感元件。

以此方式，可以适配滤波器元件的电感。由此，提高用于对交流电分量进行滤波的部件的滤波器特性。因此，可以在小的安装空间上实现高的电感，这在小的安装空间体积的情况下能够实现对交流电分量的有效滤波。

此外，所使用的电路板基板提供用于布置另外的部件的出色的基础。尤其，可以将附加的部件安置在电路板上。这些附加的部件同样可以被用于对干扰影响进行滤波。在此，在各个电路板上的附加的部件以及在各个电路板之间的磁芯和布线（Leitungsführung）可以与相应的需求适配。以此方式，可以视应用情况而定始终实现滤波器特性的最优适配。

第一和第二介电电路板基板可以分别是任意的电路板基板。尤其，例如可以使用如例如在印刷电路的领域中所应用的常规的电路板基板。例如由不导电的材料、诸如环氧树脂等等构成的载体基板形成用于这种介电电路板基板的基础。

如果应在介电电路板基板上安置另外的导电结构，则这些导电结构例如可以由导电的铜、银或其他导电材料实现。导电结构例如可以以合适的方式将电滤波器元件的各个连接元件彼此连接。此外，可以通过导电结构也接触另外的部件、诸如电容器、电阻或电连接元件。介电电路板基板上的导电结构在此可以要么安置在电路板基板的背离磁芯的侧上要么安置在电路板基板的朝向磁芯的侧上。原则上也可能的是，不仅在电路板基板的朝向磁芯的侧上而且在电路板基板的背离磁芯的侧上分别安置导电结构。

环形的磁芯可以是任意的磁芯。磁芯在此具有无材料的内部区域。因此，环形的磁芯例如可以具有空心圆柱体、螺旋管等等的形状。磁芯在此情况下不一定必须具有圆形的外部几何形状。例如，具有无材料的内部区域的矩形的或方形的横截面作为磁芯也是可能的。此外，磁芯当然也可以具有任意的其他结构，该结构具有无材料的内部区域。

电连接元件可以是任意的导电元件，所述导电元件被设计用于提供两个介电电路板基板之间的导电连接。尤其，内部电连接元件在此被布置在磁芯的无材料的内部区域中。例如，电连接元件可以是导电棒、例如由导电金属构成的棒形元件。在此易于理解的是，单个导电连接元件也可以由多个单个并行布置的连接元件构成，以便例如提高载流能力。连接元件可以与电路板基板上的连接点例如钎焊、熔焊在一起或以任意其他方式电连接。例如，借助压制方法等等的接触也是可能的。

通过电滤波器元件的根据本发明的布置因此实现第一介电电路板基板通过磁芯的内部区域到第二介电电路板基板的电流流动。以此方式可以创建一种能够实现上述优点的电感部件。

根据一种实施方式，电滤波器元件包括第二数量的外部电连接元件。外部电连接元件布置在环形的磁芯的外部区域中。每个外部电连接元件在此被设计用于分别将第一电路板基板上的连接点与第二电路板基板上的对应的连接点电连接。此外，第一电路板基板可以具有第一导电结构，并且第二电路板基板可以具有第二导电结构。第一导电结构可以分别将内部电连接元件的连接点与对应的外部电连接元件的连接点耦合。类似地，第二导电结构可以被设计用于分别将外部电连接元件的连接点与另一内部电连接元件的对应的连接点电耦合。以此方式，可以创建磁芯上的电线路结构，所述电线路结构分别对应于围绕磁芯的多个线圈。尤其，对于直流电流而言，电流可以在磁芯的内部区域中分别朝第一方向流动，并且在外部区域中朝相反的第二方向流动。由此可以创建一种电滤波器元件，其分别具有用于滤波器元件的电感的多个线圈。

根据一种实施方式，电滤波器元件包括第一电容器，该第一电容器布置在第一介电电路板基板上。第一电容器可以在第一端子处与第一内部连接元件电耦合并且在第二端子处与第二内部连接元件电耦合。以此方式可以在滤波器元件的两个内部电连接元件之间设置电容。该电容同样可以被用于对交流电干扰进行滤波。类似地，也可能的是，在第二介电电路板基板上设置另一电容器，其同样布置在两个内部连接元件之间。这种电容器也被称为X电容器。

根据一种实施方式，电滤波器元件包括第二电容器和第三电容器。第二电容器可以布置在第一介电电路板基板上，并且在第一端子处与第一内部连接元件电耦合，以及利用第二端子与参考电势电耦合。类似地，第三电容器同样可以布置在第一介电电路板基板上。第三电容器可以利用第一端子与第二内部连接元件电耦合，利用第二端子与参考电势电耦合。以此方式，在各个内部连接元件和参考电势之间可以设置电容器、所谓的Y电容器。这些电容器同样能够实现对交流电干扰的滤波。

类似于Y电容器在第一介电电路板基板上的所描述的布置，附加地或替代地也可以将Y电容器或X电容器布置在第二介电电路板基板上。

通过使用介电电路板基板上的滤波器电容器可以根据相应的应用单独地批量生产各个电路板基板。这能够实现针对分别不同的应用情况灵活地并且模块化地构建滤波器元件。

根据一种实施方式，第一电路板基板包括具有多个连接元件的第一连接装置。连接装置可以被设计用于与电压源连接。尤其，连接设备的每个连接元件可以与内部连接元件电耦合。例如，连接装置可以具有两个连接元件，所述两个连接元件可以与直流电压源的相应的连接元件电连接。

根据一种实施方式，环形的磁芯的内部区域用介电填充材料填充。填充材料例如可以是介电浇铸料、诸如合成树脂等等。通过填充环形芯的内部区域，一方面可以提高电滤波器元件的稳定性。此外，介电滤波器材料例如可以用于滤波器元件的改进的散热。

根据一种实施方式，磁芯具有闭合的环形结构。例如，磁芯可以被实施为螺旋管形的或空心圆柱体形的部件。尤其，磁芯可以由唯一的材料件实现。

根据另一实施方式，磁芯具有至少一个气隙。附加地或替代地，磁芯也可以包括彼此分开的铁磁颗粒。这种具有彼此分开的铁磁颗粒的芯也被称为具有所谓的分布式气隙的芯。通过离散或分布式气隙可以相应地适配电滤波器元件的电感特性。

根据一种实施方式，电滤波器元件包括冷却装置。该冷却装置可以与磁芯热耦合。尤其，该冷却装置可以被设计用于使磁芯和/或内部以及外部连接元件和/或介电电路板基板上的另外的部件散热。该冷却装置不仅可以是主动冷却装置或替代地也可以是被动冷却装置。尤其，例如空气冷却的或液体冷却的冷却装置是可能的。

上述的设计方案和改进方案只要合理就可以任意地彼此组合。本发明的另外的可能的设计方案、改进方案和实施方案也包括先前或在下文中关于实施例所描述的本发明的特征的未明确提到的组合。尤其，本领域技术人员也将添加单个方面作为对本发明的相应基本形式的改进或者补充。

附图说明

随后按照在附图的示意图中说明的实施例更详细地解释本发明。在此示出：

图1：根据一种实施方式的电滤波器元件的横截面；

图2：根据另一实施方式的电滤波器元件的横截面；

图3：根据一种实施方式的电滤波器元件的俯视图；

图4：根据另一实施方式的电滤波器元件的俯视图；以及

图5：根据一种实施方式的具有滤波器元件的电变流器的框图的示意图。

具体实施方式

图1示出根据一种实施方式的电滤波器元件1的横截面。该滤波器元件1包括第一介电电路板基板11和第二介电电路板基板12。介电电路板基板11、12在此可以是任意的如例如被用于印刷电路等等的电路板基板。例如，电路板基板可以基于合成树脂等等来实施。在第一电路板基板11和第二电路板基板12之间布置有环形的磁芯13。环形的磁芯13具有无材料的内部区域13a。此外，该滤波器元件1包括数量为一个或多个的内部连接元件21、22。优选地，该滤波器元件1包括多个内部连接元件21、22。尤其在直流电应用中，该滤波器元件1可以具有偶数数量的内部连接元件21、22。以此方式，可以分别将相同数量的内部连接元件21、22分配给正极性和负极性。

因此，在图1中所示出的装置能够实现在第一介电电路板基板11与第二介电电路板基板12之间通过磁芯13的内部区域13a的电流流动。必要时，磁芯13的内部区域13a可以用介电填充材料来填充（这里未示出）。例如，磁芯13的内部区域13a可以用介电浇铸料、诸如合成树脂等等来填充。以此方式可以使该装置例如在机械上稳定。此外，必要时可以通过介电填充材料提高尤其内部连接元件21、22的散热。

图2示出根据另一实施方式的电滤波器元件1的横截面的示意图。先前结合图1进行的论述也适用于在图2中所示出的实施方式。

根据图2的滤波器元件1除了内部连接元件21-24之外也包括外部连接元件31、32。在此，各一个内部连接元件21、22可以在第二介电电路板基板12上与对应的外部连接元件31、32电连接。这例如可以借助第二介电电路板基板12上的合适的电印制导线结构来实现。此外，每个外部电连接元件31、32可以借助第一介电电路板基板11上的合适的电印制导线结构与分别另外的对应的内部连接元件23、24电连接。内部连接元件21-24与介电电路板基板11、12以及外部连接元件31、32上的导电结构15-18之间的电连接可以以任意的方式进行。例如，这可以借助钎焊连接、借助熔焊连接或也借助压制连接等等来实现。

以此方式，分别借助内部连接元件21、22、第二介电电路板基板12上的导电结构17、18、外部电连接元件31、32、第一介电电路板基板11上的另外的导电结构15、16以及另外的内部电连接元件23、24可以实现经由多个围绕磁芯13的线圈的电流走向。在此情况下，电流流动并不限于这里所示出的具有两个线圈的走向，对于观察线圈而言决定性的是内部连接元件21-24的数量。更确切而言，通过内部和外部连接元件的相应的多次连接也可以实现多于两个的线圈。例如，也可以利用例如三个内部连接元件和两个外部连接元件或以一般形式借助n个内部连接元件和n-1个外部连接元件实现电流走向。尤其，在直流电应用中分别针对正端子和负端子，如在图1和图2中所示出的，可以实现两个对应的连接走向（Verbindungsverläufe）。

图3示出根据一种实施方式的滤波器元件1的俯视图的示意图。该滤波器元件1包括连接装置40，该连接装置具有第一连接元件41和第二连接元件42。例如，直流电压源的正端子和负端子可以连接到连接元件41和42上。此外，在区域G中可以连接参考电势。连接装置40的第一连接元件41与内部连接元件21电耦合。类似地，连接装置40的第二连接元件42与另一内部连接元件22电耦合。在这里未示出的第二介电电路板基板12上，第一内部连接元件21与第一外部连接元件31电连接。类似地，第二内部连接元件22与第二外部连接元件32电连接。

此外，在第一介电电路板基板11上，如这里所示出的，第一外部连接元件31与第三内部连接元件23电连接并且第二外部连接元件32在第一介电电路板基板11上与第四内部连接元件24电连接。

图4示出根据另一实施方式的滤波器元件1的俯视图的示意图。先前结合图3进行的论述也适用于在图4中所示出的实施方式。此外，在图4中可以识别出，在第一电路板基板11上还可以布置另外的部件。例如，在滤波器元件1的正端子41和负端子42之间可以布置第一滤波器电容器51。这种电容器例如被称为X电容器。此外例如也可以在正端子41和参考电势G之间以及在负端子42和参考电势G之间分别布置第二或第三滤波器电容器52、53。这种电容器例如也被称为Y电容器。此外，在第一电路板基板11上的另外的部件、尤其另外的电容器、电阻等等当然也仍然是可能的。

类似于在第一电路板基板11上的部件，附加地或替代地也可以在第二电路板基板12上同样设置另外的部件、尤其滤波器电容器等等。尤其，在第一电路板基板11上并且在第二电路板基板12上可以为了对称的结构而分别设置相同的或类似的部件。

以此方式，根据本发明的滤波器元件1可以通过第一介电电路板基板11与先前已经安置的部件、第二介电电路板基板12与同样先前安置的部件以及磁芯13和连接元件21-24以及31、32的简单组合以简单的方式分别实现单独适配的滤波器元件1。

图5示出电变流器2的框图的示意图，所述电变流器具有如在先前所描述的实施方式中已经解释的电滤波器元件1。滤波器元件1在此例如可以利用第一介电电路板基板11上的端子与直流电压源3电耦合。此外，滤波器元件1可以利用第二介电电路板基板12上的端子与电变流器2、例如逆变器或直流电压转换器的输入端电连接。

尤其在高的电功率的情况下，电滤波器元件1可以借助主动或被动冷却装置散热。在此情况下，尤其滤波器元件1与电变流器2、尤其与变流器2的冷却装置的热耦合也是可能的。

总之，本发明涉及用于对交流电干扰进行滤波的电滤波器元件。该电滤波器元件包括两个介电电路板基板，所述两个介电电路板基板具有布置在所述电路板基板之间的磁芯。该磁芯具有无材料的内部区域，在所述内部区域中在两个介电电路板基板之间设置有电连接元件。此外，也可以在磁芯的外部区域中在两个介电电路板基板之间设置电连接元件。

Claims (10)

1.一种电滤波器元件（1），具有：

第一介电电路板基板（11）；

第二介电电路板基板（12）；

环形的磁芯（13），所述磁芯布置在所述第一电路板基板（11）和所述第二电路板基板（12）之间；和

多个内部电连接元件（21-24），所述内部电连接元件布置在所述环形的磁芯（13）的内部区域（13a）中，其中每个内部电连接元件（21-24）被设计用于将所述第一电路板基板（11）上的连接点与所述第二电路板基板（12）上的对应的连接点电连接。

2.根据权利要求1所述的电滤波器元件（1），具有另外的多个外部电连接元件（31，32），所述外部电连接元件布置在所述环形的磁芯（13）的外部区域中，

其中每个外部电连接元件（31，32）被设计用于分别将所述第一电路板基板（11）上的连接点与所述第二电路板基板（12）上的对应的连接点电连接，

其中所述第一电路板基板（11）包括第一导电结构（15，16），所述第一导电结构被设计用于分别将内部电连接元件（21，22）与外部电连接元件（31，32）电耦合，以及

其中所述第二电路板基板（12）包括第二导电结构（17，18），所述第二导电结构被设计用于分别将外部电连接元件（31，32）与另外的内部电连接元件（23，24）电耦合。

3.根据权利要求1或2所述的电滤波器元件（1），具有第一电容器（51），所述第一电容器布置在所述第一介电电路板基板（11）上，并且所述第一电容器在第一端子处与第一内部连接元件（21）电耦合以及在第二端子处与第二内部连接元件（22）电耦合。

4.根据权利要求3所述的电滤波器元件（1），具有：

第二电容器（52），所述第二电容器布置在所述第一介电电路板基板（11）上，并且所述第二电容器在第一端子处与所述第一内部连接元件（21）电耦合以及在第二端子处与参考电势（G）电耦合，和

第三电容器（53），所述第三电容器布置在所述第一介电电路板基板（11）上，并且所述第三电容器在第一端子处与所述第二内部连接元件（22）电耦合以及在第二端子处与参考电势（G）电耦合。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电滤波器元件（1），其中所述第一电路板基板（11）包括具有多个连接元件（41，42）的连接装置（40），所述连接装置被设计用于与电压源（3）连接，以及其中各一个连接元件（41，42）与内部连接元件（21，22）电耦合。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电滤波器元件（1），其中所述环形的磁芯（13）的内部区域（13a）用介电填充材料填充。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电滤波器元件（1），其中所述磁芯（13）具有闭合的环形结构。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的电滤波器元件（1），其中所述磁芯（13）包括至少一个气隙和/或具有彼此分开的铁磁颗粒的芯。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电滤波器元件（1），具有冷却装置，所述冷却装置与所述磁芯（13）热耦合。

10.一种电变流器（2），该电变流器具有根据权利要求1至9中任一项所述的电滤波器元件（1）。

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