DE102013205977A1 - Core for easy achievement of common-mode damping properties in ECUs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dämpfungselement (1) zum Dämpfen von gleichgetakteten elektromagnetischen Störungen aus einem Kern (2), der einen Durchgang (3) aufweist, über die der Kern (2) auf eine Baugruppe eines Steuergerätes (20) anbringbar ist, und der ein magnetisierbares Material aufweist.The invention relates to a damping element (1) for damping gleichaktaktten electromagnetic interference from a core (2) having a passage (3) through which the core (2) on an assembly of a control unit (20) is attachable, and a having magnetizable material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dämpfungselement zum Dämpfen von gleichgetakteten elektromagnetischen Störungen sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen Dämpfungselements in Verbindung mit elektrischen Leitern.The invention relates to a damping element for damping gleichzuakteten electromagnetic interference and the use of the damping element according to the invention in conjunction with electrical conductors.

In Steuergeräten, auch ECU von Electronic Control Units genannt, werden zur Erfüllung der EMV (Elektromagnetischen Verträglichkeit) häufig sogenannten Common-Mode-Spulen eingesetzt.In ECUs, also called ECUs of Electronic Control Units, so-called common-mode coils are often used to fulfill the EMC (electromagnetic compatibility).

Solche Common-Mode-Spulen sind bzw. enthalten, speziell in Systemen mit hohen Stromanforderungen, große und dadurch auch teure und entsprechend schwierig zu verarbeitenden Bauelemente (z.B. scheidet Löten aufgrund der massiven Anschlüsse aus und muss durch andere Verbindungstechnologien z.B. Schweißen ersetzt werden).Such common mode coils, especially in systems with high current requirements, include large and thereby also expensive and correspondingly difficult to process components (e.g., soldering is eliminated due to the solid terminals and must be replaced by other interconnect technologies such as welding).

In Hochstrom-ECUs wie z.B. Elektroniken für elektrische Servolenkungen, sind extrem niederohmige Spulen erforderlich, welches durch dicke Wicklungsquerschnitte erreicht werden muss. Auch die Herstellung der Common-Mode-Spulen an sich ist aufgrund der dicken und massiven Anschlussdrähte aufwendig und schwierig, was sich dadurch im Preis für die Bauelemente niederschlägt.In high current ECUs such as Electronics for electric power steering, extremely low-impedance coils are required, which must be achieved by thick winding cross-sections. The production of the common-mode coils per se is complicated and difficult due to the thick and solid connecting wires, which is reflected in the price of the components.

Beim Auftreten von zu hohen Common-Mode-Störungen wurden diese in der Vergangenheit im Allgemeinen durch entsprechende Common-Mode-Spulen bedämpft.In the past, when common mode disturbances were too high, they were generally attenuated by respective common mode coils.

Außerdem wurden gewickelte Common-Mode-Spulen (mit massiven Anschlussdrähten) verwendet. Eine solche Spule ist in 1 dargestellt. Zudem fand eine Verwendung von sogenannten „Embedded Chokes“ statt, wie in 2 dargestellt.In addition, wound common-mode coils (with solid leads) were used. Such a coil is in 1 shown. In addition, there was a use of so-called "embedded chokes", as in 2 shown.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Dämpfungselement zum Dämpfen von Common-Mode Störungen aufzuzeigen, das einfach und kostengünstig herstellbar ist.The object of the invention is therefore to show a damping element for damping common-mode interference, which is simple and inexpensive to produce.

Die Aufgabe wird gelöst gemäß einem Dämpfungselement aus einem Kern, der einen Durchgang aufweist, durch die ein Teil von elektrischen Leitern durchführbar ist, und der ein magnetisierbares Material aufweist.The object is achieved according to a damping element of a core having a passage through which a portion of electrical conductors is feasible, and having a magnetizable material.

Der Erfindung liegt der Grundgedanken zugrunde die Dämpfung der Common-Mode Störungen bzw. gleichgetakteten elektromagnetischen Störungen durch die Anbringung des Kerns, das ein magnetisierbares Material aufweist, auf ein Teil von elektrischen Leitern zu realisieren. Unter einem elektrischen Leiter sind beispielsweise Stecker-Leadframes oder Leiterplatten zu verstehen. Durch das Anbringen bzw. Aufstecken eines solchen Kerns auf bzw. über einen Teil der Leiter, wirkt der Kern wie eine Spule mit einer Wicklung.The invention is based on the basic idea of realizing the damping of the common-mode interference or equally-pulsed electromagnetic interference by the attachment of the core, which has a magnetizable material, to a part of electrical conductors. Under an electrical conductor, for example, plug leadframes or circuit boards are to be understood. By attaching such a core on or over a part of the conductors, the core acts like a coil with a winding.

Durch die Montage eines einfach aufgebauten Kerns direkt auf den Stecker-Bereich der Leiter entfallen die Spulen-Wicklungen. Dadurch wird der Bauelementenpreis reduziert. Ferner entfällt die elektrische Verbindungstechnik in Form von Löten, Schweißen, Klemmen. Dadurch reduzieren sich die Herstellkosten. Außerdem reduziert sich der ohmsche Widerstand durch Wegfall der Spulen-Windungen.By mounting a simple core directly on the connector area of the ladder eliminates the coil windings. This reduces the component price. Furthermore, eliminates the electrical connection technology in the form of soldering, welding, terminals. This reduces the manufacturing costs. In addition, the ohmic resistance is reduced by eliminating the coil turns.

Der Kern kann aus mehreren Materialien zusammengesetzt sein, wobei es stets einen Anteil an einem magnetisierbaren Material aufweist. Vorzugsweise besteht der Kern aus einem magnetisierbaren Material.The core may be composed of several materials, wherein it always has a proportion of a magnetizable material. Preferably, the core is made of a magnetizable material.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungselements, bei dem der Kern ein weichmagnetisches Material aufweist.Preferred is an embodiment of the damping element according to the invention, wherein the core comprises a soft magnetic material.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungselements, bei dem der Kern ein Material mit nanokristalliner Struktur aufweist.An embodiment of the damping element according to the invention in which the core has a material with a nanocrystalline structure is preferred.

Ferner eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungselement bevorzugt, bei dem der Kern ein Material mit einem relativen Permeabilitätswert µr >> 1 aufweist.Furthermore, an embodiment of the damping element according to the invention is preferred in which the core has a material with a relative permeability value μ r >> 1.

Des Weiteren ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungselements bevorzugt, bei dem der Kern ein Material aus Ferrit aufweist.Furthermore, an embodiment of the damping element according to the invention is preferred in which the core comprises a material made of ferrite.

Die Materialien eignen sich besonders gut zur Dämpfung von gleichgetakteten elektromagnetischen Störungen. Der relative Permeabilitätswert µr ist definiert als das Verhältnis zwischen der magnetischen Permeabilität µ = B/H (B = magnetische Flussdichte; H magnetische Feldstärke) und der magnetischen Feldkonstante µ0 = 4π·10–7 [N/A2], wobei µ = µ0·µr, µr = µ/µ0. Weitere Wesentliche Eigenschaften des Materials sind der Verlauf des µr Wertes über Frequenz, Temperatur, der Verlauf des Kernverlustes über Frequenz und Temperatur, der Verlauf der Impedanz, das Sättigungsverhalten des Kerns und das Verhalten des µr Wertes bei der Vormagnetisierung. The materials are particularly suitable for attenuation of equally-pulsed electromagnetic interference. The relative permeability value μ r is defined as the ratio between the magnetic permeability μ = B / H (B = magnetic flux density, H magnetic field strength) and the magnetic field constant μ 0 = 4π × 10 -7 [N / A 2 ], where μ = μ 0 · μ r, μ r = μ / μ 0 . Further essential properties of the material are the course of the μ r value over frequency, temperature, the course of the core loss over frequency and temperature, the course of the impedance, the saturation behavior of the core and the behavior of the μ r value during the biasing.

Als vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungselements erwiesen, bei dem der Kern eine ovale, ellipsenförmige, kreis-förmige oder rechteckige, Grundfläche aufweist, vorzugsweise mit abgerundeten Ecken.An embodiment of the damping element according to the invention has proved to be advantageous, in which the core has an oval, elliptical, circular or rectangular base, preferably with rounded corners.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst die Verwendung eines Dämpfungselements nach einem der vorstehenden Ausführungsformen zum Dämpfen von gleichgetakteten elektromagnetischen Störungen in den durch das Dämpfungselement durchgeführten Leitern.Another aspect of the invention includes the use of a damping element according to any one of the preceding embodiments for attenuating equally-pulsed electromagnetic disturbances in the conductors performed by the damping element.

Ferner ist eine Verwendung des Dämpfungselements bevorzugt, bei dem die elektrischen Leiter in Form eines Leadframe Steckers oder einer Leiterplatte eines Steuergerätes für eine Lenkhilfe eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sind. Durch Die Verwendung des Kerns für die elektronische Steuereinheit bzw. ECU (Eletronic Control Unit) kann eine ausreichende Dämpfung der Common-Mode Störungen auf eine kosteneffiziente Weise erreicht werden.Furthermore, a use of the damping element is preferred in which the electrical conductors are designed in the form of a leadframe connector or a printed circuit board of a control device for a steering aid of a motor vehicle. By using the core for the electronic control unit (ECU) unit, sufficient damping of the common-mode noise can be achieved in a cost-efficient manner.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.Further preferred embodiments will become apparent from the following description of an embodiment with reference to figures.

Es zeigenShow it

3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kerns, 3 an embodiment of the core according to the invention,

4 die Verwendung des Ausführungsbeispiels mit einer Steckerbaugruppe eines Steuergerät für eine Lenkhilfe eines Kraftfahrzeugs, und 4 the use of the embodiment with a connector assembly of a control device for a steering aid of a motor vehicle, and

5 die Verwendung des Ausführungsbeispiel mit einer Leiterplatte. 5 the use of the embodiment with a circuit board.

3 zeigt ein Dämpfungselement 1 zum Dämpfen von gleichgetakteten elektromagnetischen Störungen aus einem Kern 2, der einen Durchgang 3 aufweist, durch die ein Teil von elektrischen Leitern durchführbar ist, wobei die elektrischen Leiter in 4 als Leadframe Stecker 20a, 20b ausgebildet und in 5 als ein Teil einer elektrischen Leiterplatte 26 ausgebildet sind. 3 shows a damping element 1 for attenuating equally-pulsed electromagnetic disturbances from a core 2 , the one passage 3 through which a part of electrical conductors is feasible, wherein the electrical conductors in 4 as a leadframe connector 20a . 20b trained and in 5 as part of an electrical circuit board 26 are formed.

Der Kern 2 weist ein magnetisierbares Material auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kern 2 aus einem Material mit nanokristalliner Struktur hergestellt. Denkbar sind auch andere Ausführungsbeispiele, bei dem der Kern 2 des Dämpfungselements 1 Ferrit, ein weichmagnetisches Material oder ein Material mit einem relativen Permeabilitätswert µr >> 1 aufweist.The core 2 has a magnetizable material. In this embodiment, the core is 2 made of a material with a nanocrystalline structure. Also conceivable are other embodiments in which the core 2 of the damping element 1 Ferrite, a soft magnetic material or a material having a relative permeability value μ r >> 1.

Der Kern 2 weist eine ovale Grundfläche 4 auf, wobei in der Mitte der Grundfläche der Durchgang 3 angeordnet ist. Die Form der Grundfläche 4 projeziert sich in die Tiefe und bildet so eine Mantelfläche 5. Die Grundfläche kann alternativ ellipsenförmig, kreisförmig, rechteckig oder in anderer komplexer Form, mit oder ohne abgerundeten Ecken, ausgebildet sein.The core 2 has an oval base 4 on, in the middle of the base of the passage 3 is arranged. The shape of the base 4 projects into the depth and thus forms a lateral surface 5 , The base may alternatively be elliptical, circular, rectangular or other complex shape, with or without rounded corners.

4 zeigt die Verwendung des Dämpfungselements 1 in einer Steckerbaugruppes 22 eines Steuergeräts einer Lenkhilfe für Kraftfahrzeuge. An die Steckerbaugruppe 22 des elektronischen Steuergeräts folgt eine Leiterplatte (nicht in 4 gezeigt), die über die Pins 24 mit den Leadframe Steckern 20a, 20b verbunden ist. In einem oval-förmigen Abschnitt des Gehäuses 21 befinden sich Verbindungsstecker, über die das Steuergerät mit Peripheriegeräten verbindbar ist. An einem Endabschnitt der Leadframe Stecker 20a, 20b befindet sich der Kern 2 des Dämpfungselements 1. Die Leadframe Stecker 20a, 20b werden hierfür durch den Durchgang 3 des Kerns 2 durchgesteckt bzw. durchgeführt. Der Kern 2 umfasst im eingebauten Zustand einen Teil bzw. Abschnitt der Leadframe Stecker 20a, 20b. Auf diese Weise wirkt der Kern 2 bei einem Stromfluss durch die Leadframe Stecker 20a, 20b wie eine Spule mit einer Windung und dämpft die Common-Mode Störungen, die in dem Steuergerät auftauchen können. 4 shows the use of the damping element 1 in a connector assembly 22 a control device of a power steering for motor vehicles. To the connector assembly 22 of the electronic control unit is followed by a printed circuit board (not in 4 shown) over the pins 24 with the leadframe plugs 20a . 20b connected is. In an oval-shaped section of the case 21 there are connectors, via which the control unit can be connected to peripheral devices. At one end of the leadframe connector 20a . 20b is the core 2 of the damping element 1 , The leadframe plug 20a . 20b be through the passageway 3 of the core 2 pushed through or performed. The core 2 includes in the installed state, a portion or section of the leadframe connector 20a . 20b , That's how the core works 2 at a current flow through the leadframe connector 20a . 20b like a one-turn coil and attenuates the common-mode noise that may appear in the controller.

Die Mantelfläche 5 des Kerns 2 wird von einem Wandabschnitt 23 des Gehäuses 21 umschlossen, so dass der Kern durch den Leadframe-Stecker 20 und dem Wandabschnitt 23 fest fixiert wird. Alternativ ist es auch denkbar den Kern 2 auf einen Abschnitt der Leiterplatine der Steuereinheit anzubringen.The lateral surface 5 of the core 2 is from a wall section 23 of the housing 21 enclosed, leaving the core through the leadframe connector 20 and the wall section 23 firmly fixed. Alternatively, it is also conceivable the core 2 to install on a portion of the control board of the control unit.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dämpfungselements 1 ist in 5 gezeigt. In diesem Anwendungsbeispiel wird ein Teil einer Leiterplatte 26 durch den Durchgang 3 durchgeführt, so dass der Kern 2 im eingebauten Zustand umfassend um das Teil der Leiterplatte 26 angeordnet ist. Die Leiterplatte 26 weist mehrere elektrische Bauteile 27, wie bspw. Mikroprozessoren, Widerstände, Transistoren, Dioden, oder dgl. auf, die mittels Leiterbahnen miteinander verbunden sind. Die Leiterbahnen verlaufen abschnittsweise auch durch den Durchgang 3 des Kerns. Vorzugsweise ist der Kern 3 so dimensioniert, dass der Teil der Leiterplatte 26 mit einem leichten Spiel durch den Durchgang 3 durchgeführt werden kann.Another example of application of the damping element according to the invention 1 is in 5 shown. In this application example becomes a part of a printed circuit board 26 through the passage 3 performed so that the core 2 in the installed state encompassing the part of the circuit board 26 is arranged. The circuit board 26 has several electrical components 27 , Such as, for example, microprocessors, resistors, transistors, diodes, or the like. On, which are interconnected by interconnects. The interconnects also run in sections through the passage 3 of the core. Preferably, the core is 3 dimensioned so that the part of the circuit board 26 with a light play through the passage 3 can be carried out.

Claims (8)

Dämpfungselement (1) zum Dämpfen von gleichgetakteten elektromagnetischen Störungen aus einem Kern (2), – der einen Durchgang (3) aufweist, durch die ein Teil von elektrischen Leitern (20a, 20b; 26) durchführbar ist, und – der ein magnetisierbares Material aufweist.Damping element ( 1 ) for attenuating equally-pulsed electromagnetic disturbances from a core ( 2 ), - one passage ( 3 ), through which a part of electrical conductors ( 20a . 20b ; 26 ) is feasible, and - having a magnetizable material. Dämpfungselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern ein weichmagnetisches Material aufweist.Damping element ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the core comprises a soft magnetic material. Dämpfungselement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern ein Material mit nanokristalliner Struktur aufweist. Damping element ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the core comprises a material having a nanocrystalline structure. Dämpfungselement (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern ein Material mit einem relativen Permeabilitätswert µr >> 1 aufweist.Damping element ( 1 ) according to claim 1 and 2, characterized in that the core comprises a material having a relative permeability value μ r >> 1. Dämpfungselement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern ein Material aus Ferrit aufweist.Damping element ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the core comprises a material of ferrite. Dämpfungselement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) eine ovale, ellipsenförmige, kreisförmige oder rechteckige Grundfläche (4) aufweist. Damping element ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the core ( 2 ) an oval, elliptical, circular or rectangular base ( 4 ) having. Verwendung eines Dämpfungselements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Dämpfen von gleichgetakteten elektromagnetischen Störungen in den durch das Dämpfungselement (1) durchgeführten Leitern (20a, 20b; 26).Use of a damping element ( 1 ) according to one of claims 1 to 6 for damping of equally-pulsed electromagnetic interference in the by the damping element ( 1 ) ladders ( 20a . 20b ; 26 ). Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter (20a, 20b; 26) in Form eines Leadframe Steckers (20a, 20b) oder einer Leiterplatte eines Steuergerätes (21) für eine Lenkhilfe eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sind. Use according to claim 7, characterized in that the electrical conductors ( 20a . 20b ; 26 ) in the form of a leadframe connector ( 20a . 20b ) or a printed circuit board of a control unit ( 21 ) are designed for a power steering of a motor vehicle.
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