DE102017109321A1

DE102017109321A1 - EMV-Filter

Info

Publication number: DE102017109321A1
Application number: DE102017109321.4A
Authority: DE
Inventors: Stephan Werker; Stefan Tydecks; Wilfried Pfahl; Klaus Schulz
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2017-05-02
Publication date: 2018-11-08
Also published as: KR20180122278A; CN108806931A; KR102120079B1; US20180323764A1; US10615767B2

Abstract

Der Erfindung, welche einen EMV-Filter (1) betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, einen EMV-Filter (1) anzugeben, welcher einfach, preiswert und temperaturbeständig aufgebaut ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Kern der Drossel (4, 5) aus ein oder zwei Kernteilen (10) bestehend ausgebildet ist, dass mindestens eine erste plane oder konvexe Wärmeübergangsfläche (23) an einer Außenseite des Kerns angeordnet ist und dass der Kern mit dieser ersten planen oder konvexen Wärmeübergangsfläche (23) an einem Gehäuse (12) des Kältemittelverdichters angeordnet ist, wobei das Gehäuse (12) in dem Bereich der ersten planen oder konvexen Wärmeübergangsfläche (23) plan oder konkav ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen passiven EMV-Filter, welcher mindestens eine Drossel mit einem Kern und mehrere Kondensatoren aufweist.
In elektronischen Baugruppen, in welchen Schaltvorgänge mit elektrischen Spannungen beziehungsweise Strömen ausgeführt werden, kommt es infolge dieser Schaltvorgänge zu einer Erzeugung von Störungen, bedingt durch entstehende elektrische Impulse, verbunden mit einer Aussendung von Störsignalen. Diese Störungen können sich sowohl leitungsgebunden als auch über den Freiraum drahtlos als eine elektromagnetische Welle ausbreiten.
Die Fähigkeit eines technischen Geräts, andere Geräte nicht durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte zu stören oder durch andere Geräte gestört zu werden, wird als elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) bezeichnet.
Zur Vermeidung beziehungsweise zur Minimierung der Ausbreitung derartiger Störungen ist es aus dem Stand der Technik bekannt, diese Baugruppen mit einer Filtereinheit, einem sogenannten EMV-Filter, EMC-Filter oder Netzfilter auszurüsten. Außerdem ist es bekannt, Maßnahmen zur Schirmung oder Abschirmung der elektronischen Baugruppen zu ergreifen, um eine Beeinflussung der ordnungsgemäßen Funktionsweise anderer elektronischer Baugruppen oder Geräte durch zu große Amplituden der Störsignale zu vermeiden.
Derartige EMV-Filter werden beispielsweise auch in Hybrid- und Elektrofahrzeugen eingesetzt. Die vorliegende Beschreibung bezieht sich insbesondere auf den Einsatz eines EMV-Filters in einem elektrischen Kältemittelverdichter eines Fahrzeuges, um sicherzustellen, dass vorgegebene elektromagnetische Grenzwerte eingehalten werden.
Die Größen derartiger Störsignale, welche von einem in Umlauf gebrachten Gerät einzuhalten sind, werden in den für dieses Gerät zugehörigen EMV-Normungen festgelegt und anhand von einzuhaltenden Grenzwerten beschrieben.
Bekannt sind hierzu beispielsweise sogenannte ECE-Regelungen, welche einen Katalog von internationalen Vereinbarungen für einheitliche technische Vorschriften für Kraftfahrzeuge sowie für Teile und Ausrüstungsgegenstände von Kraftfahrzeugen umfassen. Mit dem Bereich der Funkentstörung beschäftigt sich beispielsweise die ECE R10, welche für zukünftige Entwicklungen zu beachten ist und welche eine weitere Verringerung der zulässigen Störabstrahlung zur Folge haben wird.
Auch bei einem Betrieb von elektrischen Umrichtern (Inverter), die einen Elektromotor ansteuern und damit in der Amplitude große Ströme schalten, werden elektromagnetische Störabstrahlungen erzeugt. Ein derartiger Umrichter wird beispielsweise bei einer Ansteuerung eines Motors in einem Klimakompressor eines Fahrzeuges eingesetzt.
Eine bekannte Lösung zur Unterdrückung der Störabstrahlung an elektrischen oder elektronischen Baugruppen ist der Einsatz eines passiven EMV-Filters, welcher beispielsweise in einer Zuleitung der Betriebsspannung eingefügt werden. Derartige passive EMV-Filter werden üblicherweise mit Hilfe von passiven Bauteilen, wie Kondensatoren, Spulen und Widerständen, realisiert, welche in einer bekannten, geeigneten Weise miteinander verschaltet sind und somit die gewünschte Filterwirkung erzeugen.
Bei der Art der mittels eines EMV-Filters zu filternden Störungen wird zwischen sogenannten Gleich- und Gegentaktstörungen unterschieden. Das vom EMV-Filter zu filternde Störspektrum besteht in der Praxis aus der Summe beider sich überlagernden Störanteile.
Die Art, der Aufbau und besonders die Spannungslage beispielsweise eines Umrichters für einen elektrischen Kältemittelverdichter bestimmen darüber, welcher der beiden Störanteile überwiegt und welcher Störanteil somit stärker gefiltert werden muss.
Bei Umrichtern für Kältemittelverdichter, welche in einem Spannungsbereich von etwa 48 V betrieben werden, kommt es aufgrund der geringen Betriebsspannung und gleichzeitig hoher auftretender Ströme in einem Bereich von beispielsweise 100 A bis 200 A vornehmlich zu Gegentaktstörungen.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, derartige Gegentaktstörungen durch einen Einsatz sogenannter Drosseln in Kombination mit Kondensatoren in einem passiven EMV-Filter zu filtern. Hierfür wird beispielsweise in jeder Zuleitung des Umrichters HV+ und HV- je eine Drossel L₁ und L₂ eingefügt und entsprechende Kondensatoren C₁ und C₂ zwischen den Zuleitungen HV+ und HV- vor und hinter den Drosseln L₁ und L₂ angeordnet. Außerdem wird ein dritter Kondensator C₃ zwischen der Eingangsleitung HV- und einem Massepotential und ein vierter Kondensator C₄ zwischen der Eingangsleitung HV+ und dem Massepotential in passiven EMV-Filter angeordnet.
Drosseln (engl. Choke) sind als Spulen beziehungsweise Induktivitäten zur Begrenzung von Strömen in elektrischen Leitungen, zur Zwischenspeicherung von Energie in Form ihres Magnetfeldes, zur Impedanzanpassung oder zur Filterung bekannt. Derartige Drosseln werden Häufig in eine Spannungszuleitung einer elektrischen Baugruppe eingefügt. Zur Steigerung ihres sogenannten induktiven Widerstandes, auch als Blindwiderstand oder Reaktanz bezeichnet, enthalten Drosseln häufig einen weichmagnetischen Kern. Bekannt ist es, als weichmagnetischen Werkstoff ferromagnetische Materialien einzusetzen, die sich in einem Magnetfeld leicht magnetisieren lassen.
Die in den Zuleitungen HV+ und HV- des Umrichters angeordneten Drosseln L₁ und L₂ werden vom maximal möglichen Eingangsstrom des Umrichters, welcher beispielsweise in einem Bereich von 150 A und mehr liegen kann, durchflossen und müssen demzufolge entsprechend für diese Strombelastung dimensioniert werden.
Dieser hohe störungsüberlagerte Eingangsstrom führt in den Drosseln L₁ und L₂ zur Entstehung eines Magnetfelds. Im Gegensatz zu sogenannten Gleichtaktdrosseln, bei denen sich aufgrund des gegenläufigen Wicklungssinns der beiden Drosselwicklungen, welche auf einem gemeinsamen Kern angeordnet sind, die Magnetfelder der Eingangsströme in dem gemeinsamen Kern aufheben, tritt dieser positive Effekt bei Gegentaktdrosseln nicht auf.
Daher ist es technisch nicht sinnvoll, Gegentaktdrosseln beziehungsweise Drosseln, mit denen Gegentaktstörungen verringert werden sollen, mit ihren Windungen auf einem gemeinsamen Kern aufzubauen, da sich die Magnetfelder beider Wicklungen im Kern überlagern, treten in einer derartige Anordnung sogenannte Sättigungseffekte früher auf.
Aufgrund der relativ großen Eingangsströme in einem Bereich gleich oder größer 150 A bei einer Betriebsspannung von beispielsweise 48 V treten in den Kernen der Drosseln oder Gegentaktdrosseln erhebliche Kernverluste mit einer Verlustleistung von einigen Watt auf. Diese Verluste werden durch die Eigenschaften des verwendete Kernmaterials und den Wicklungsaufbau bestimmt.
Diese Verlustleistung führt zu einer Erwärmung des Kerns der Drosseln, wodurch sich wiederum die Kerneigenschaften verändern. Besonders nachteilig ist es, dass sich bei einer Erwärmung eines Ferritkerns dessen magnetischen Eigenschaften derart verändern, dass die maximale Flussdichte vor dem Auftreten von Sättigungseffekten sinkt.
Nach dem Stand der Technik ist es üblich, beispielsweise einen Ferritkern einer Drossel eines passiven EMV-Filters ohne Kühlung zu betreiben. Erwärmungsbedingt werden die Bauelemente eines derartigen EMV-Filters, insbesondere die Drossel, überdimensioniert, um einen sicheren, störungsfreien Betrieb des Umrichters sowie anderer Baugruppen in der Umgebung des Umrichters zu gewährleisten.
Alternativ kann es vorgesehen werden, dass der Kern einer Drossel oder eines Transformators mit Luft durchströmt wird, was auch als aktive Luftkühlung bezeichnet wird.
Außerdem ist es bekannt, den Kern einer Drossel oder eines Transformators mit einer Kühlflüssigkeit zu durchspülen, was auch als aktive Flüssigkeitskühlung bezeichnet wird.
Im Bereich der Leistungselektronik gibt es einen Trend zu höheren Leistungsdichten. Um diese erhöhten Leistungsdichten erreichen zu können, müssen die Systeme optimal gestaltet werden hinsichtlich ihrer Topologie und Halbleiterauswahl. Außerdem soll das Bauraumvolumen der Komponenten verringert werden. Das abnehmende Volumen im Zusammenhang mit einer reduzierten Oberfläche erschwert aber die Möglichkeiten einer ausreichenden Kühlung derartiger Baugruppen.
Aus dem Dokument „Cooling Concepts for High Power Density Magnetic Devices“ von J. Biela und J. W. Kolar, zu finden unter dem Link: http://www.pes.ee.ethz.ch/uploads/tx_ethpublications/biela_PCC07.pdf ist eine Lösung zur Kühlung derartiger Baugruppen bekannt, welche darin besteht, ein Wärmerohr als Wärmeübertrager zu nutzen, wobei das Wärmerohr unter Nutzung von Verdampfungswärme eines Mediums eine Wärmemenge beispielsweise von einem ersten Ende des Wärmerohrs zu seinem zweiten Ende transportieren kann.
Derartige Kühlmethoden sind aber in einem elektrischen Kältemittelverdichter eines Fahrzeuges, wie beispielsweise einem Automobil, nur technisch aufwändig, bauraumintensiv und nur kostenintensiv umzusetzen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen EMV-Filter anzugeben, welcher einfach, preiswert und temperaturbeständig aufgebaut ist.
Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 10 angegeben.
Der EMV-Filter besteht aus mehreren passiven Bauelementen, wie Spulen und Kondensatoren.
In einer üblichen Schaltungsanordnung eines passiven EMV-Filters sind Drosseln in den Zuleitungen HV+ und HV- eines Umrichters angeordnet. Außerdem werden Kondensatoren oder Kapazitäten zwischen den Zuleitungen HV+ und HV- vor und hinter den Drosseln sowie jeweils zwischen einem Massepotential und der Zuleitungen HV+ und der Zuleitung HV- vorgesehen.
Die in einem derartigen passiven EMV-Filter vorgesehenen Drosseln werden aufgrund der hohen auftretenden Ströme mit einer Stromschiene beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, einer sogenannten Kupferschiene, als elektrischer Leiter ausgeführt. Vorgesehen ist es, durch eine geeignete Auswahl des magnetischen Werkstoffs für den Kern der Drossel, die Anzahl der benötigten Wicklungen für die Drosseln sehr gering zu halten.
In einer besonderen Ausführung ist es vorgesehen, die Wicklung in der Form einer U-förmig gebogenen Kupferschiene auszuführen, welche von einem Ferritkern aufgenommen wird. Die in dieser Ausführung verwendete Wicklung hat somit eine Windungsanzahl von nur einer Windung.
Vorgesehen werden kann ein einteiliger Ferritkern mit einem beliebigen Körper, wie beispielsweise einem Ring oder Ringkern. Zur Vereinfachung der Fertigung einer derartigen Drossel ist es auch vorgesehen, den Kern der Drossel aus mindestens zwei Teilen zu fertigen. Derart ist es beispielsweise unter Verwendung zweier C-förmiger Kerne oder Ferritkerne möglich, die bereits U-förmig gebogene Wicklung beziehungsweise Stromschiene aus Kupfer in den ersten der C-förmigen Kerne einzulegen und mit dem zweiten der C-förmigen Kerne abzudecken und derart einen fertigen Kern, welcher die Wicklung beziehungsweise die Stromschiene umschließt, zu erhalten. Ein derartiger Kern kann beispielsweise in seiner Form quaderförmig oder ringförmig ausgeführt werden.
Eine Aufteilung des Kerns, beispielsweise auf vier Teilkerne, welche zusammengesetzt den benötigten Kern der Drossel ergeben, ist ebenfalls möglich.
Unter der Einschränkung, dass der Kern mindestens eine äußere planare oder konvexe Fläche aufweist, welche nachfolgend als Wärmeübergangsfläche bezeichnet wird, kann die Außenform frei gestaltet werden. So kann der Kern beispielsweise die Form eines Würfels, eines Quaders oder auch einer Kugel mit einer planaren Fläche aufweisen. Alternativ kann auch ein Teilbereich der Oberfläche der Kugel mit einem konvexen Oberflächenverlauf als Wärmeübergangsfläche ausgewählt werden.
Weiterhin vorteilhaft ist es, dass der Kern zwei äußere planare oder konvexe Flächen aufweist, wobei diese bevorzugt gegenüber angeordnet werden, so dass beispielsweise die zwei planaren Flächen parallel zueinander ausgerichtet, an der Außenwand des Kerns angeordnet sind.
Erfindungsgemäß vorgesehen ist es, den Kern der Drossel mit der oder einer der plan ausgeführten Wärmeübergangsflächen an einem Gehäuse eines Kältemittelverdichters, welches in dem Bereich der Wärmeübergangsfläche des Kerns eine plan gestaltete Oberfläche aufweist, anzuordnen und derart die Wärme aus dem Kern in das Gehäuse abzuleiten. Diese Platzierung an der Außenwand des Gehäuses des Kältemittelverdichters erfolgt derart, dass sich zwischen dem Kern und dem Gehäuse ein kleiner Wärmeübergangswiderstand ausbildet, wodurch die Wärme aus dem Kern besser abgeleitet werden kann. Als ein kleiner Wärmeübergangswiderstand wird ein Wert von 10 Kelvin pro Watt oder kleiner angesehen.
Hierfür kann die Oberfläche des Gehäuses, welches in einem Gussverfahren hergestellt werden kann und somit eine raue Oberfläche aufweist, beispielsweise plan gefräst, gerieben oder geschliffen werden. Außerdem kann zur Verbesserung der Wärmeableitung aus dem Kern in das Gehäuse des Kältemittelverdichters eine Wärmeleitpaste, eine Wärmeleitunterlage oder ein Wärmeleitpad, wie ein sogenanntes „Gap Pad“, zwischen der Wärmeübergangsfläche des Kerns und dem Gehäuse angeordnet werden.
Derartige Gap Pads, welche auch als thermisches Interface oder Wärmeleitmaterial bekannt sind und einen Wärmeübergang zwischen zwei Oberflächen verbessern sollen, können auf einer oder beiden Seiten klebend ausgeführt werden und ermöglichen somit eine gute und sichere Befestigung des Kerns am Gehäuse. Außerdem ist es möglich, mittels eines Gap Pads Unebenheiten oder Oberflächenrauigkeiten auszugleichen. Als Werkstoff für ein Gap Pad kann beispielsweise ein gefülltes, thermisch leitfähiges Polymer auf einem gummibeschichteten Glasfasermaterial zum Einsatz kommen, welcher beispielsweise eine Wärmeleitfähigkeit von 1,0 W/m-K aufweist.
Diese Eigenschaften eines Gap Pads gewährleisten einen verbesserten Wärmeübergang zwischen der Wärmeübergangsfläche des Kerns und dem Gehäuse auch für den Fall des Auftretens von fertigungsbedingten Toleranzen, beispielsweise bezüglich der Oberflächengüte der Einzelteile. Weiterhin wird durch das Gap Pad die Vibrationsfestigkeit und der Toleranzausgleich des Aufbaus verbessert. Es wird somit sichergestellt, dass die Komponenten bei Vibration nicht frei schwingen können.
Wird ein Kern mit einer konvex ausgeführten Wärmeübergangsfläche genutzt, ist es vorgesehen, dass das Gehäuse des Kältemittelverdichters in dem Bereich der konvex gestalteten Wärmeübergangsfläche konkav ausgeführt wird und somit der Verlauf der Oberflächen des Kerns und des Gehäuses im Bereich der Wärmeübergangsfläche aneinander angepasst ist. Diese Anpassung ermöglicht einen guten Wärmeübergang der Wärme aus dem Kern in das gekühlte Gehäuse des Kältemittelverdichters.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein beispielsweise aus zwei Hälften bestehender Kern einer Drossel eines EMV-Filters mit seiner ersten planen oder konvexen Wärmeübergangsfläche an einem Gehäuse eines Kältemittelverdichters angeordnet wird. Optional wird ein Gap Pad zwischen der Wärmeübergangsfläche und dem Gehäuse angeordnet. Zur sicheren Befestigung des Kerns ist eine Klammer vorgesehen, welche bei einem quaderförmigen Kern beispielsweise U-förmig ausgeführt wird und über dem Kern angeordnet ist und welche mit den Enden am Gehäuse des Kältemittelverdichters befestigt wird. Diese Befestigung kann mittels eines Klebers oder mittels geeigneter Laschen zur Aufnahme von Befestigungsmitteln wie Schrauben, Bolzen oder Passstiften erfolgen. Diese Befestigungsmittel werden mit dem Gehäuse verbunden und halten somit die Klammer.
Wird ein Kern mit einer anderen Außenform genutzt, wird die Klammer entsprechend an die genutzte Außenform angepasst.
Die Klammer presst nach dem Verschrauben den Kern fest gegen das Gehäuse des Kältemittelverdichters, welcher von einem Kühlmittel durchströmt wird. Dieses Kühlmittel wird bei der Erzeugung von Kälteleistung in der Anordnung des Kältemittelverdichters genutzt.
Für den Fall, dass der Kern mit zwei gegenüberliegenden planaren und/oder konvexen Wärmeübergangsflächen ausgestattet ist, kann zwischen der dem Gehäuse des Kältemittelverdichters abgewandten zweiten Wärmeübergangsfläche und der Klammer ebenfalls eine Wärmeleitpaste oder ein Gap Pad eingebracht werden. In diesem Fall wird die Wärme an der zweiten Wärmeübergangsfläche über die Wärmeleitpaste oder das Gap Pad in die aus einem wärmeleitfähigen Material bestehende Klammer abtransportiert und über die Klammer zum Gehäuse geleitet. Somit kann der Kern von zwei Seiten gekühlt werden.
Die bauliche Einheit, welche den Kern der Drossel, die Klammer, die U-förmig gebogene Stromschiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung sowie eine Leiterplatte zur Aufnahme der für den Umrichter notwendigen elektrischen und elektronischen Bauteile umfasst, kann von einer Abdeckung oder einem Deckel umgeben oder abgedeckt sein. Somit wird ein Raum an einer Gehäusewand des Kältemittelverdichters geschaffen und diese bauliche Einheit vor eindringendem Schmutz oder Feuchtigkeit geschützt.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein beispielsweise aus zwei Hälften bestehender Kern einer Drossel eines passiven EMV-Filters mit seiner ersten Wärmeübergangsfläche an einem Gehäuse eines Kältemittelverdichters angeordnet wird. Optional wird ein Gap Pad zwischen der Wärmeübergangsfläche und dem Gehäuse angeordnet.
In diesem Fall wird eine sichere Befestigung des Kerns an der Oberfläche des Gehäuses dadurch erreicht, dass der Kern mit zwei gegenüberliegenden Wärmeübergangsflächen bereitgestellt wird. Vorgesehen ist es, dass die erste Wärmeübergangsfläche am Gehäuse platziert wird. Die zweite Wärmeübergangsfläche liegt an der Abdeckung oder einem Deckel an. Der Kern wird somit zwischen dem Gehäuse und der Abdeckung oder einem Deckel verklemmt. Auch in diesem Fall kann an den Wärmeübergangsflächen eine Wärmeleitpaste oder ein Gap Pad vorgesehen werden, um eine bessere Wärmeableitung durch einen kleineren Wärmeübergangswiderstand zu ermöglichen. Auch in diesem Beispiel können die Wärmeübergangsflächen plan oder konvex ausbildet werden, wobei die Oberfläche des Gehäuses beziehungsweise des Deckels entsprechend dem Oberflächenverlauf des Kerns im Bereich der Wärmeübergangsfläche plan oder konkav ausgeführt wird. Denkbar ist auch eine Ausführung eines Kerns mit einer ersten planen und einer zweiten konvexen Wärmeübergangsfläche oder umgekehrt.
Die Abdeckung oder der Deckel ist aus einem wärmeleitfähigen Material, wie einem Metall, gefertigt und kann mit dem Gehäuse des Kältemittelverdichters mittels Schrauben oder Verschlüssen befestigt werden.
Auch in dieser Ausführung kann die Wärme aus dem Kern über die beiden Wärmeübergangsflächen abgeleitet werden. Somit kann die Wärme einerseits direkt in das Gehäuse und andererseits über den Deckel zum Gehäuse des Kältemittelverdichters abgeführt werden.
Die Vorteile der Erfindung liegen somit in einer höheren Belastbarkeit des Filterkerns der Drossel eines passiven EMV-Filters. Außerdem werden Einsparungen beim benötigten Bauraum und den Kosten erreicht.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

1: eine beispielhafte Schaltungsanordnung eines passiven EMV-Filters nach dem Stand der Technik,
2, 2a: einen aus vier Teilen bestehender Kern einer Drossel,
3: eine erste Ausführungsform der Erfindung und
4: eine zweite alternative Ausführungsform der Erfindung.

Die 1 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung eines passiven EMV-Filters 1 nach dem Stand der Technik, welcher mit einem Umrichter 2 verbunden ist. Der EMV-Filter 1 weist einen Eingang 3 auf, an welchem beispielsweise eine Spannung von 48 V anliegen kann und umfasst die in den Zuleitungen HV+ und HV- angeordneten Drosseln L₁ 4 und L₂ 5. Während die erste Kapazität 6 mit der Bezeichnung C₁ zwischen den Leitungen HV+ und HVdirekt am Eingang des passiven EMV-Filters 1 und vor den Drosseln L₁ 4 und L₂ 5 angeordnet ist, ist die zweite Kapazität 7 mit der Bezeichnung C₂ hinter den Drosseln L₁ 4 und L₂ 5 am Eingang des Umrichters 2 angeordnet.
Die dritte Kapazität 8 mit der Bezeichnung C₃ ist zwischen der Leitung HV- und einem Massepotential angeordnet. Die vierte Kapazität 9 mit der Bezeichnung C₄ ist zwischen der Leitung HV+ und dem Massepotential angeordnet.
In dieser bekannten Schaltungsanordnung ist ein erfindungsgemäß am Gehäuse 12 eines Kältemittelverdichters angeordneter Kern in der ersten Drossel 4 und optional auch in der zweiten Drossel 5 zu finden.
In den 2 und 2a ist ein aus vier Teilen bestehender Kern einer Drossel 4 oder 5 aus der 1 dargestellt. Alternativ könnte der Kern auch aus zwei Teilen bestehen.
In der links dargestellten 2 ist der Kern mit seinen vier Kernteilen 10 zusammengefügt dargestellt und umschließt die Stromschiene 11 aus Kupfer, welche die Wicklung der Drossel 4 oder 5 darstellt.
Im rechten Teil der 2a sind die zwei oberen Kernteile 10 abgehoben dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Kernteile 10 C-förmig ausgeführt sind und durch diese spezielle Form ein Aufnehmen der einen rechteckigen Querschnitt aufweisenden Stromschiene 11 ermöglichen. Die Kernteile 10 werden im zusammengesetzten Zustand des Kerns durch ein geeignetes, nicht dargestelltes Mittel fest in ihrer Position gehalten.
Bei dem in der 2 dargestellten Kern wird eine erste plane Wärmeübergangsfläche 23 an der Unterseite des Kerns ausgebildet. Eine zweite plane Wärmeübergangsfläche 23', welche parallel zur ersten Wärmeübergangsfläche 23 ausgerichtet ist, wird an der Oberseite des Kerns ausgebildet und ist in der 2 mittels einer einfachen Schraffur gekennzeichnet.
Die 3 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. In einem Gehäuse 12 eines Kältemittelverdichters ist ein Kühlmittel 13 eingebracht, welches vom Gehäuse 12 vollständig umschlossen ist. Das Gehäuse 12 ist aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise als ein Spritzgussteil, hergestellt und gut wärmeleitend.
An einer Oberfläche 14 des Gehäuses 12 ist der aus zwei C-förmigen Kernteilen 10 bestehende Kern einer Drossel 4, 5 eines passiven EMV-Filters 1 angeordnet. Zur sicheren Befestigung des Kerns mit seiner ersten planen Wärmeübergangsfläche 23 an der planen Oberfläche 14 des Gehäuses 12 und für einen festen Zusammenhalt des Kernteile 10 ist es vorgesehen, eine U-förmige Klammer 15 anzuordnen. Diese Klammer 15 kann an ihren Enden mit der Oberfläche 14 verklebt werden. Alternativ können die Enden der Klammer 15 mit Laschen 16 ausgeführt werden, welche Löcher aufweisen, über welche die Lasche 16 der Klammer 15 mittels Schrauben 17 mit dem Gehäuse 12 verschraubt werden können.
Somit ist der Kern mit seiner zweiten planen Wärmeübergangsfläche 23' mit der Klammer 15 wärmeleitend verbunden angeordnet.
Alternativ ist es möglich, den Kern mit seiner ersten konvexen Wärmeübergangsfläche 23 an einer konkaven Oberfläche 14 des Gehäuses 12 anzuordnen und für einen festen Zusammenhalt der Kernteile 10 eine entsprechend der Oberfläche des Kerns geformte Klammer 15 anzuordnen. Diese Ausführung des Kerns mit einer konvexen Oberfläche im Bereich der Wärmeübergangsfläche 23 ist in den 1 bis 4 nicht gezeigt.
Die 3 zeigt den Kern sowie die durch den Kern verlaufende Stromschiene 11 in einer Schnittdarstellung. Im Beispiel der 3, in welcher der Kern eine rechteckförmige Öffnung aufweist, ist die Stromschiene 11 mit einer rechteckigen Querschnittsfläche ausgeführt worden. Selbstverständlich kann der Querschnitt auch eine andere Form, wie ein quadratische Fläche, eine n-eckige Fläche oder eine Kreisfläche aufweisen und an die Öffnung des Kerns angepasst sein. Die in der 3 nach oben verlaufenden Enden der Wicklung der Drossel, also der Stromschiene 11, werden mit der Leiterplatte 18 des Umrichters elektrisch verbunden. Eine derartige Verbindung kann beispielsweise als eine Schraub- oder eine Lötverbindung ausgeführt werden. Auf dieser mehrlagigen Leiterplatte 18 können die zum passiven EMV-Filter 1 gehörenden Kondensatoren 6, 7, 8 und 9 angeordnet werden. Außerdem sind auf der beispielsweise mehrlagigen Leiterplatte 18 die zum Umrichter 2 zugehörigen Bauelemente angeordnet.
Die beschriebenen Elemente können mittels eines Deckels 19 abgedeckt und somit vor dem Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit sicher platziert werden.
Wie mit den eine Wellenlinie aufweisenden Pfeilen gezeigt werden soll, kann die Wärme 20 im unteren Bereich des Kerns direkt oder über eine wärmeleitfähige Schicht 21 zu dem mit dem Kühlmittel 13 gekühlten Gehäuse 12 gelangen oder abgeführt werden. Eine derartige wärmeleitfähige Schicht 21 kann eine Wärmeleitpaste ein thermisch leitfähiger Kleber oder ein Gap Pad sein.
Im oberen Bereich des Kerns kann die Wärme 20 in die Klammer 15 und über diese zum Gehäuse 12 abgeleitet werden. Somit wird eine verbesserte Kühlung des Kerns einer Drossel 4, 5 in einem passiven EMV-Filter 1 erreicht. Diese verbesserte Kühlung sorgt für ein Einhalten von Parametern, welche eine sichere Funktionsweise der Drossel 4, 5 und somit des EMV-Filters 1 sicherstellen. Außerdem kann durch die verbesserte Kühlung auf eine Überdimensionierung der Bauteile, insbesondere der Drossel 4, 5 verzichtet werden, wodurch es zu Kosten- und Materialeinsparungen kommt.
In der 4 ist eine alternative zweite Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In dem Gehäuse 12 des Kältemittelverdichters ist ein Kühlmittel 13 eingebracht, welches vom Gehäuse 12 vollständig umschlossen ist. Das Gehäuse 12 ist aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise als ein Spritzgussteil, hergestellt und gut wärmeleitend.
An einer Oberfläche 14 des Gehäuses 12 ist der beispielsweise aus zwei C-förmigen Kernteilen 10 bestehende Kern einer Drossel 4, 5 eines passiven EMV-Filters 1 angeordnet. Zur sicheren Befestigung des Kerns mit seiner ersten planen Wärmeübergangsfläche 23 an der planen Oberfläche 14 des Gehäuses 12 ist ein Deckel 19 vorgesehen, welcher auf den Rand des Gehäuses 12 aufgesetzt wird und den Raum, in dem die Drossel 4, 5 sowie die Leiterplatte 18 des Umrichters 2 angeordnet sind, sicher verschließt.
Der sichere Halt des Kerns wird dadurch erreicht, dass die erste plane Wärmeübergangsfläche 23 am Gehäuse 12 anliegt, während die zweite parallel zur ersten Wärmeübergangsfläche 23 liegende zweite plane Wärmeübergangsfläche 23' an einer planen Innenwand des Deckels 19 anliegt.
Der Kern ist sozusagen zwischen dem Gehäuse 12 und dem Deckel 19 fest eingeklemmt.
Auch in dieser Ausführungsform ist es vorgesehen, zwischen der ersten planen Wärmeübergangsfläche 23 des Kerns und der planen Oberfläche 14 des Gehäuses 12 eine wärmeleitende Schicht 21, wie eine Wärmeleitpaste oder ein Gap Pad, einzubringen. Ebenso wird zwischen der zweiten planen Wärmeübergangsfläche 23' des Kerns und dem Deckel 19 eine weitere wärmeleitende Schicht 21 angeordnet. Die beiden beispielsweise als Gap Pad ausgeführten wärmeleitenden Schichten 21 verbessern somit die Wärmeableitung im unteren und oberen Bereich des Kerns und sorgen für einen sicheren Halt des Kerns auch bei üblicherweise auftretenden Vibrationen in einem Kältemittelverdichter eines Fahrzeuges.
Alternativ kann der Kern beispielsweise mit seiner ersten konvexen Wärmeübergangsfläche 23 an einer konkaven Oberfläche 14 des Gehäuses 12 angeordnet werden. Die zweite Wärmeübergangsfläche 23 kann ebenfalls konvex oder plan ausgeführt werden. Wird die zweite Wärmeübergangsfläche 23 konvex ausgeführt, so ist im Deckel ein konkaver Bereich zur Aufnahme des Kerns und zum sicheren Halt des Kerns vorgesehen. Wird die zweite Wärmeübergangsfläche 23 plan ausgeführt, so ist im Deckel im Bereich der Wärmeübergangsfläche ebenfalls plan ausgeführt.
Die Windung der Drossel 4, 5 ist in dem in der 4 dargestelltem Beispiel in der Leiterplatte 18 angeordnet. In der mehrlagigen Leiterplatte 18 werden Kupferbahnen in mehreren Ebenen, welche im inneren des Kerns verlaufen und elektrisch miteinander verbunden sind, zur Ausbildung der Wicklung im Kern verwendet. Hierfür werden in der Leiterplatte 18 entsprechende Ausbrüche vorgesehen, um den aus zwei Kernteilen 10 bestehenden Kern um den Teil der Leiterplatte 18 herum anordnen zu können, welcher die Windung der Drossel 4, 5 verkörpert. Der die Windung der Drossel 4, 5 beziehungsweise die Stromschiene darstellende Teil der Leiterplatte 18 ist in der 4 mit dem Bezugszeichen 11' versehen.
Auf der Leiterplatte 18 sind außerdem die zum passiven EMV-Filter 1 gehörenden Kondensatoren 6, 7, 8 und 9 sowie die zum Umrichter 2 zugehörigen Bauelemente angeordnet.
Alternativ kann die Windung der Drossel 4, 5 auch wie in der 3 gezeigt in der Form einer U-förmigen Stromschiene 11 ausgeführt werden.
Im unteren Bereich des Kerns kann die Wärme 20 aus dem Kern über die wärmeleitende Schicht 21 direkt in das gekühlte Gehäuse 12 des Kältemittelverdichters abgeleitet werden. Im oberen Bereich des Kerns wird die Wärme 20 in den Deckel 19 und über diesen zum Gehäuse 12 abgeleitet. Somit wird auch in dieser Ausführungsform eine verbesserte Kühlung des Kerns einer Drossel 4, 5 in einem passiven EMV-Filter 1 erreicht.
Zur Befestigung des Deckels 19 am Gehäuse 12 des Kältemittelverdichters können mindestens zwei Verschlussmittel 22 angebracht werden, welche für eine sichere Befestigung des Deckels 19 am Gehäuse 12 sorgen und sich für Wartungs- oder Reparaturarbeiten öffnen lassen.
Bezugszeichenliste

1: EMV-Filter
2: Umrichter (Inverter)
3: Eingang (HV+ / HV-)
4: erste Drossel L₁
5: zweite Drossel L₂
6: erster Kondensator C₁
7: zweiter Kondensator C₂
8: dritter Kondensator C₃
9: vierter Kondensator C₄
10: Kernteile der Drossel
11, 11': Stromschiene
12: Gehäuse
13: Kühlmittel
14: Oberfläche
15: Klammer
16: Lasche
17: Schraube
18: Leiterplatte
19: Deckel
20: Wärme
21: wärmeleitende Schicht (Gap Pad)
22: Verschlussmittel
23,23': Wärmeübergangsfläche

Claims

EMV-Filter (1), welcher mit einem Umrichter (2) eines Kältemittelverdichters verbunden angeordnet ist und welcher mindestens eine Drossel (4, 5) mit einem Kern und mehrere Kondensatoren (6, 7, 8, 9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern der Drossel (4, 5) aus ein oder zwei Kernteilen (10) bestehend ausgebildet ist, dass mindestens eine erste plane oder konvexe Wärmeübergangsfläche (23) an einer Außenseite des Kerns angeordnet ist und dass der Kern mit dieser ersten planen oder konvexen Wärmeübergangsfläche (23) an einem Gehäuse (12) des Kältemittelverdichters angeordnet ist, wobei das Gehäuse (12) in dem Bereich der ersten planen oder konvexen Wärmeübergangsfläche (23) plan oder konkav ausgeführt ist.
EMV-Filter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite plane oder konvexe Wärmeübergangsfläche (23') an der Außenseite des Kerns angeordnet ist, wobei die zweite plane oder konvexe Wärmeübergangsfläche (23') parallel zur oder gegenüberliegend der ersten planen oder konvexen Wärmeübergangsfläche (23) ausgerichtet angeordnet ist.
EMV-Filter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten planen oder konvexen Wärmeübergangsfläche (23') des Kerns eine Klammer (15) angeordnet ist und dass die Klammer (15) mit dem Gehäuse (12) verbunden ist.
EMV-Filter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten planen oder konvexen Wärmeübergangsfläche (23') des Kerns ein Deckel (19) angeordnet ist und dass der Deckel (19) mit dem Gehäuse (12) verbunden ist, wobei der Deckel (19) in dem Bereich der zweiten planen oder konvexen Wärmeübergangsfläche (23') plan oder konkav ausgeführt ist.
EMV-Filter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten planen oder konvexen Wärmeübergangsfläche (23) und dem Gehäuse (12) eine wärmeleitende Schicht (21) angeordnet ist.
EMV-Filter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten planen oder konvexen Wärmeübergangsfläche (23') und der Klammer (15) oder dem Deckel (19) eine wärmeleitende Schicht (21) angeordnet ist.
EMV-Filter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als wärmeleitende Schicht (21) eine Wärmeleitpaste oder ein Gap Pad angeordnet ist.
EMV-Filter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Windung der Drossel (4, 5) im Kern eine Stromschiene (11) oder mindestens ein Leiterzug einer Leiterplatte (18) des Umrichters (2) angeordnet ist.
EMV-Filter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Klammer (15) Laschen (16) angeordnet sind, dass die Laschen (16) Löcher für Schrauben (17) aufweisen und dass die Klammer (15) mit ihren Laschen (16) mittels der Schrauben (17), Bolzen oder Passstiften mit dem Gehäuse (12) verschraubt oder befestigt angeordnet wird.
EMV-Filter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (11) mit der Leiterplatte (18) des Umrichters (2) elektrisch leitend verbunden ist und dass auf der Leiterplatte (18) die Kondensatoren (6, 7, 8, 9) des passiven EMV-Filters (1) angeordnet sind.