CN1325300C - 供电线结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种供电线结构，用于给汽车电组件提供电能和传递比电组件中的至少几个之间的信息，其中供电线特别设置在具有至少一个星形点的星形结构中，为了传输高的供给电流，供电线结构这样构成，至少供电线(10)的一部分包括多根外导线(4)围住中心导线(2)的同轴结构。

Description

供电线结构

技术领域

本发明涉及一种供电线结构，用于给汽车电组件提供电能和传递上述电组件中的至少几个之间的信息，其中供电线特别设置在具有至少一个星形点的星形结构中。

背景技术

在没有公开的本申请人的德国专利申请101 42 410.8中描述了这种供电线结构。

这种类型的供电线结构不仅用于不同电组件之间如车门控制装置和座椅控制装置之间的通讯，而且用于给组件提供电能。这称为“输电通讯”。对此，已证明适合的是，这样改变现有技术中的电缆线束，使得供电线设置在具有至少一个星形结构的星形点的星形结构中。有利的是在公知供电线中使用所谓的“双扭”导线给组件提供电能。之后，出现了绞合双扭线和导线，用于改善抗干扰性并根据其绞合度产生不同的特性阻抗。由于导线系统内的星形点可以看作电阻的并联，因此会降低星形点的阻抗，这会导致在供电线分支上星形点方向星形点上传播波的不希望的反射。但其影响可以通过在星形点区域导线分支的连接抑制，德国专利申请101 42 410.8中进行了介绍。

发明内容

上述供电线结构的另一问题是高电流传输。如果采用上述的“双扭”导线，被限定的导线横截面由于实际的绞合性会限制传输的电流强度。另外，制造具有大横截面的“双扭”导线是很昂贵的。

本发明的目的是提供一种可以传输大电流的供电线结构。

该目的是由这样的本发明所述供电线结构实现的，即至少供电线的一部分包括多根外导线围住中心导线的同轴结构。

为了给各高电流耗电器提供电能或给中心分配节点即供电线内的星形点提供电能，本发明建议采用导线的同轴结构，以形成供电线的相关部分。这样，可以增大导线的横截面，传输较高的电流如10A以上提供电能，这通过“双扭”导线是不可能的，因为采用扭绞导线得到所需要的导线横截面是不经济的。

通过采用多根外导线围绕中心导线的同轴结构例如借助中心保险盒还可以实现选择性。而对于“双扭”导线需要多根，而且必须将它们捆起来布置，这样其费用是很高的。

本发明建议的结构包括特别是横截面相等的多根外导线和一根中心导线即所谓的导引线，其中外导线围住中心导线设置或绕中心导线卷绕。也可以想到，导引线的横截面大于外导线的横截面。为了形成近似于经编织或卷制绞线的导引线可以采用多根。有利的是，一根中心导线围绕5-10根特别是5-8根外导线，特别是6根外导线。优选的是导线的横截面为2-3mm²，特别优选约为2.5mm²。

在本发明的一优选结构中，外导线借助电容彼此通过高频技术短路，即优选在其两端。由此，对于高频数据信号，所得到的供电线结构类似于同轴导线。

由于一般在同轴结构中的中心导线或导引线的横截面比外导线的总横截面要小，有利的是在传输大电流时，可以通过车身反馈直流部分。对此，有利的是，中心导线优选在其两端与车身连接。

但这样可能会经车身产生不利的共模电流。对此，优选通过在外导线和中心导线之间使用感应耦合进行抵消。由此，使用具有铁氧体的或由铁氧体制成的环形芯件，它简单地经供电线的相关部分移动，使得供电线穿过环形芯件。这样形成“共模线圈(Comnon-mode-Spule)”。为了进一步提高用于共模电流的阻抗，可以使得导线的同轴结构绕过环形芯件一圈或多圈，供电线穿过或围绕环形芯件形成一条或多条回线。

可得到其导线同轴结构的特性阻抗为35-50欧姆，特别为40欧姆。

通过本发明的供电线结构，特别适合的是，对于5m长的导线在100-250MHz频率范围的传输特性为-1.4dB至-4.4dB，特别是在-1.9dB至-3.7dB，这可以传输大电流。

为了抑制从中心导线传输到车身的或从外导线传输到与特别是“双扭”导线其它分支的共模电流，可以采用具有铁氧体材料的环形芯件作为“共模线圈”。

附图说明

从参照附图下面描述的本发明实施例中可以获得本发明的其它特征、实用性和优点。所有描述或示出的特征本身或其组合构成本发明的技术主题，它不受不受说明书或附图中的具体实施方式或示出的内容限制，其中：

图1示出了供电线的导线同轴结构的示意图；

图2示出了通过高频技术短路的外导线的示意图；

图3示出了采用环形芯件作为共模线圈的示意图；

图4示出了本发明导线部分与金属板(车身)连接的示意图；

图5示出了具有共模线圈图4的布置的等效电路图；

图6示出了具有或没有共模线圈的本发明供电线的传输特性；

图7示出了本发明5m长的供电线传输特性(通过测量技术和近似获得)。

具体实施方式

图1示出了本发明7股同轴导线结构的截面图，每一股导线的横截面积相同均为2.5mm²，其中6股外导线4围绕中心导线或中心导引线2设置。尺寸d为1.78mm，尺寸D为6.8mm。在这种导线结构用于汽车电组件供电线或在至少几个电组件之间传递信息时，外导线4接正极，而中心导线2接负极。6股外导线可以由例如发动机舱中的中心保险盒分别保险。本发明供电线的另一端与例如汽车后座下面的另一中心点的分线箱连接。其中心点形成供电线路的星形汇接点。

参见示意图2，优选在同轴导线结构两端的外导线4借助电容6通过高频技术短路，使得用于形成高频数据信号供电线的本发明结构与同轴导线类似。

特别是在传导大电流时会产生直流电部分反馈问题。如上所述，表明对于大电流经车身反馈直流电部分是有利的。对此，本发明结构中心导线或导引线2的两端还要与车身(未示出)连接。然而，这会引起经车身产生共模电流。如上所述，采用具有铁氧体材料或由铁氧体材料制成的环形芯件8进行抵消。这种环形芯件8如图3a所示，其中同样示意示出了通过电流I₁的外导线4和通过电流I₂的的中心导线2。环形芯件8简单地经导线2、4的同轴结构移动，使得同轴结构或本发明构成的被观察供电线部分穿过环形芯件8。

为了提高直流电部分的阻抗，可想到的和优选的是，可看到的供电线呈环绕形地一次或多次地穿过环形芯件8的横截面，如图3b示意性地所示。

为了便于理解环形芯件8即共模的线圈耦合的作用，参见图4，它示意性地示出了本发明供电线10部分与振荡器U_Q和车身金属板12的连接。图5示出了等效电路图。

在供电线10的一侧连接振荡器U_Q，在供电线10另一侧，在外导线4和中心导线2之间设置一负载电阻Z_负载。如果内导线即中心导线2上的电极还与金属板12连接，因此会产生对所形成的同轴导线即外导线4的屏蔽和金属板12连接在不同电极上，这是不利的。由于寄生电容作用，它用图5的等效电路中在屏蔽和金属板12之间的C_P表示，形成电流回路并流有共模电流。如果在供电线10的振荡器侧增加一铁氧体材料制成的环形芯件8，如上所述，因此可以继续抑制其共模电流，这是由于由环形芯件8形成的共模线圈的阻抗明显降低了其电流回路的初始阻抗的原故。为了便于理解，省去了高频附件。假设图5的等效电路，线路长度比波长要“短”。等效电路通过使用不连续的器件构成。

图6a和6b示出了使用3m长的供电线观察到的测量结果。图6a为对于具有或通过环形铁氧体芯件没有电感耦合进行的测量。

由此，可以看出使用环形芯件的明显优点。

图6b中的曲线图示出了对于与金属板12不同连接进行的测量结果。首先通过与金属板12分离对供电线10本身进行测量。此外，还示出了振荡器侧和负载侧的供电线10的中心导线2与金属板的连接状态。它示出了C_p→∞的特殊情况或电容C_p的旁路情况。对此，通过上述的车身作为直流通路使用。最后，示出了将金属板12连接到振荡器侧进行直接对比的情况。对此，在整个测量中在供电线10的振荡器侧使用环形芯件(共模的线圈)。通过测量结果可以看出，各曲线彼此之差约为2dB。由此，附加直流通路通过车身实现，这样不会对供电线路中的供电线部分10的传输特性产生负作用。

关于特性阻抗：

为了计算同轴导线结构的特性阻抗，采用下列公式：

其中ε_r，绝缘为绝缘材料的介电常数。D和d如图1所示。

薄壳或同轴导线的屏蔽在整个圆周上距导引线的距离不相等，在公式1中其中的D取平均直径。

采用PVC绝缘的铜导线，其横截面为2.5mm²，根据图1给出的例子，具有一根导引线和6根围绕导线，由公式1计算出的特性阻抗为：

Z_L，计算＝42.99Ω

其中d＝1.78mm，D＝6.8mm

通过测量而得到的特性阻抗为：

Z_L，测量≈40Ω

由此可知，上述公式是可信的。

关于衰减量：

根据同轴导线结构的关系，其衰减量可以通过同轴导线结构的导线损耗α_L的下列公式近似：

${\mathrm{\α}}_L=\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_0\·{\mathrm{\μ}}_{r.\mathrm{Lener}}\·\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\π}}}\frac{1+\frac{D}{d}}{2\·D\·Z_L}\·\sqrt{f}$

介电损失的衰减量a_D可以类似于上述方法通过下列公式近似：

关于分布电容量

同轴导向结构的分布电容量C’可以通过下列公式近似：

为了检验上述的陈述，对由具有相同横截面为2.5mm²的7根导线组成的长度为5m的同轴导线结构的传输特性作了验证并通过上述近似公式近似。其介电常数ε_r在这里取ε_r＝3.5，损失系数tanδ取tanδ＝15·10^-3。根据公式1近似得到特性阻抗Z_L为Z_L＝40Ω。经测量近似的基准阻抗Z₀＝40Ω。但经测量的基准阻抗Z₀＝39Ω。

最后，图7示出了通过测量得到的和近似得到的传导功能。其近似得到传导功能通过上述公式借助最小二乘方估算计算出。由此，可以看出经测量和近似得到的结果是一致的。

Claims (12)

1.供电线结构，用于给汽车电组件提供电能和传递上述电组件中的至少几个之间的信息，其中供电线设置在具有至少一个星形点的星形结构中，其特征在于，至少供电线(10)的一部分包括多根外导线(4)围住中心导线(2)的同轴结构，外导线(4)接正极，中心导线(2)接负极。

2.如权利要求1所述的供电线结构，其特征在于：外导线(4)借助电容(6)彼此通过高频技术短路。

3.如权利要求2所述的供电线结构，其特征在于：外导线(4)在被观察供电线(10)两端借助电容(6)彼此通过高频技术短路。

4.如权利要求1所述的供电线结构，其特征在于：中心导线(2)与车身(12)连接。

5.如权利要求1所述的供电线结构，其特征在于：供电线(10)穿过一个具有铁氧体材料的环形芯件(8)。

6.如权利要求5所述的供电线结构，其特征在于：供电线(10)围绕环形芯件(8)至少一圈。

7.如权利要求5或6所述的供电线结构，其特征在于：供电线(10)具有一振荡器(U_Q)，并在在该振荡器侧穿过具有铁氧体材料的环形芯件(8)。

8.如权利要求1所述的供电线结构，其特征在于：设置一根中心导线(2)和五至十根外导线(4)。

9.如权利要求1所述的供电线结构，其特征在于：设置一根中心导线(2)和五至八根外导线(4)。

10.如权利要求1所述的供电线结构，其特征在于：多个外导线(4)围绕中心导线(2)的同轴结构的特性阻抗为35-50欧姆。

11.如权利要求1所述的供电线结构，其特征在于：多个外导线(4)围绕中心导线(2)的同轴结构在100-250MHz频率范围的传输特性为-1.4dB至-4.4dB。

12.如权利要求1所述的供电线结构，其特征在于：多个外导线(4)围绕中心导线(2)的同轴结构在100-250MHz频率范围的传输特性为-1.9dB至-3.7dB。

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