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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleichspannungs-Filtervorrichtung sowie einen elektrischen Stromrichter mit einer solchen Gleichspannungs-Filtervorrichtung.
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Stand der Technik
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Elektrische Stromrichter, insbesondere Wechselrichter, finden in zahlreichen technischen Gebieten Einsatz. Beispielsweise werden solche Wechselrichter in elektrischen Antriebssystemen von Elektro- oder Hybridfahrzeugen verwendet. Die dabei eingesetzten Wechselrichter, insbesondere getaktete Wechselrichter, wie zum Beispiel Pulswechselrichter (PWR) erzeugen naturgemäß elektrisch Gleichtakt- und Gegentaktstörungen. Um diese Störungen zu minimieren, müssen in der Regel geeignete Filtervorrichtungen vorgesehen sein, die die Emission von Störgrößen in Richtung eines Versorgungsnetzes, wie zum Beispiel dem Hochvoltnetz eines Elektrofahrzeuges, reduzieren. Hierzu existieren bereits zahlreiche Richtlinien und Vorschriften, die eine maximal zulässige Emission von Störungen vorgeben.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 054 005 A1 offenbart ein elektrisches Gerät mit einem Wechselrichter und einem EMV-Filter. Das EMV-Filter umfasst Entstörkondensatoren und eine Gleichtaktunterdrückungsdrossel mit einem magnetisch wirksamen Kern. Die Gleichtaktanschlüsse des Wechselrichters sind über die Gleichtaktunterdrückungsdrossel mit Stromversorgungsanschlüssen und über die Entstörkondensatoren mit einem Masseanschluss verbunden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung offenbart eine Gleichspannungs-Filtervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine elektrische Stromrichteranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
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Demgemäß ist vorgesehen:
- Eine Gleichspannungs-Filtervorrichtung mit einem ersten Kondensatormodul, einem zweiten Kondensatormodul und einem Spulenmodul. Das erste Kondensatormodul umfasst eine Kondensatoranordnung, die elektrisch mit einem Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist. Das zweite Kondensatormodul umfasst eine zweite Kondensatoranordnung, die elektrisch mit einem Ausgangsanschluss gekoppelt ist. Das Spulenmodul umfasst eine Spulenanordnung, die an einem ersten Anschluss mit der ersten Kondensatoranordnung elektrisch verbunden ist und an einem zweiten Anschluss mit der zweiten Kondensatoranordnung elektrisch verbunden ist.
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Ferner ist vorgesehen:
- Eine elektrische Stromrichteranordnung mit einem Gleichspannungsanschluss. Die elektrische Stromrichteranordnung umfasst eine erfindungsgemäße Gleichspannungs-Filtervorrichtung. Ein erster Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschluss ist elektrisch mit dem ersten Anschlusspunkt des Ausgangsanschlusses der Filtervorrichtung gekoppelt. Ein zweiter Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschluss ist elektrisch mit dem zweiten Anschlusspunkt des Ausgangsanschlusses der Filtervorrichtung elektrisch gekoppelt.
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Vorteile der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass elektrische Stromrichter wie beispielsweise Pulswechselrichter naturgemäß elektrische Gleichtakt- und Gegentaktstörungen hervorrufen können. Zur Reduktion dieser Störungen sind in der Regel speziell angepasste Filtervorrichtungen erforderlich. Konventionell ausgestaltete Filtervorrichtungen erfordern dabei einen hohen konzeptionellen Aufwand. Die Filtervorrichtungen zur Minimierung der Gleichtakt- und Gegentaktstörgrößen führen daher zu einem hohen Kostenaufwand und sind in der Regel auch mit einem signifikanten Bedarf an Bauraum verbunden.
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Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine verbesserte Gleichspannungs-Filtervorrichtung zur Unterdrückung von Störgrößen eines elektrischen Stromrichters, insbesondere eines Wechselrichters wie zum Beispiel eines Pulswechselrichters oder ähnlichem vorzusehen. Hierzu ist erfindungsgemäß ein modularer Aufbau der Gleichspannungs-Filtervorrichtung vorgesehen. Insbesondere kann dabei die Filtervorrichtung in zwei Kondensatormodule und ein Spulenmodul unterteilt werden. Das Spulenmodul ist dabei sowohl elektrisch als auch räumlich zwischen den beiden Kondensatormodulen angeordnet. Auf diese Weise kann ein besonders effizienter und kompakter Aufbau der Filtervorrichtung erreicht werden.
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Aufgrund der modularen Konzeption der Filtervorrichtung mittels zweier Kondensatormodule und einem Spulenmodul können die Filtereigenschaften der Filtervorrichtung besonders einfach und effizient an den jeweiligen Bedarf angepasst werden. Insbesondere ist es möglich, die Filtereigenschaften durch Auswahl jeweils geeigneter Kondensatormodule und Spulenmodule an die zu erwartenden Störgrößen und auch an die Leistung des angeschlossenen Stromrichters individuell anzupassen. Hierdurch ist eine rasche, kostengünstige Anpassung der Filtereigenschaften an den jeweiligen Anwendungsfall möglich.
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Durch die Verwendung von standardisierten Baugruppen für die Kondensatormodule und die Spulenmodule können die Herstellungs- und Produktionskosten und darüber hinaus auch der Aufwand für den Zusammenbau der jeweils erforderlichen Gleichspannungs-Filtervorrichtungen gesenkt werden. Insbesondere kann durch die Verwendung von gleichen oder zumindest gleichartigen Kondensatormodulen für das erste Kondensatormodul und das zweite Kondensatormodul die Anzahl von erforderlichen unterschiedlichen Kondensatormodulen reduziert werden. Dies ermöglicht eine besonders effiziente und kostengünstige Realisation der erfindungsgemäßen Gleichspannungs- Filtervorrichtungen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das erste Kondensatormodul einen ersten Kondensator, einen zweiten Kondensator und einen dritten Kondensator. Der erste Kondensator kann zwischen einem ersten Anschlusspunkt und einem zweiten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses angeordnet sein. Der zweite Kondensator kann zwischen einem ersten Anschlusspunkt des Eingangsanschlusses und einem Bezugspotential angeordnet sein. Der dritte Kondensator kann zwischen dem zweiten Anschlusspunkt des Eingangsanschlusses und dem Bezugspotential angeordnet sein. Analog kann das zweite Kondensatormodul einen vierten Kondensator, einen fünften Kondensator und einen sechsten Kondensator umfassen. Der vierte Kondensator kann zwischen einem ersten Anschlusspunkt und einem zweiten Anschlusspunkt eines Ausgangsanschlusses angeordnet sein. Der fünfte Kondensator kann zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Ausgangsanschlusses und dem Bezugspotential angeordnet sein. Der sechste Kondensator kann zwischen dem zweiten Anschlusspunkt des Ausgangsanschlusses und dem Bezugspotential angeordnet sein. Ferner kann das Spulenmodul eine erste Induktivität und eine zweite Induktivität umfassen. Die erste Induktivität kann zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Eingangsanschlusses und dem ersten Anschlusspunkt des Ausgangsanschlusses angeordnet sein. Die zweite Induktivität kann zwischen dem zweiten Anschlusspunkt des Eingangsanschlusses und dem zweiten Anschlusspunkt des Ausgangsanschlusses angeordnet sein.
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Bei den beiden Anschlusspunkten des Eingangsanschlusses bzw. des Ausgangsanschlusses kann es sich beispielsweise um den positiven und den negativen Anschluss eines Gleichspannungsanschlusses handeln. Durch die Verwendung von sogenannten X-Kondensatoren zwischen dem ersten Anschlusspunkt und dem zweiten Anschlusspunkt des Eingangsanschlusses bzw. des Ausgangsanschlusses können beispielsweise Gegentaktstörungen unterdrückt werden. Hierzu können beispielsweise der erste Kondensator des ersten Kondensatormoduls sowie der vierte Kondensator in dem zweiten Kondensatormodul vorgesehen sein. Durch die Verwendung von sogenannten Y-Kondensatoren zwischen einem Anschlusspunkt des Eingangsanschlusses bzw. des Ausgangsanschlusses und einem Bezugspotential können ferner Gleichtaktstörungen minimiert werden. Hierzu sind insbesondere der zweite und der dritte Kondensator in dem ersten Kondensatormodul sowie der fünfte und sechste Kondensator in dem zweiten Kondensatormodul vorgesehen. Ferner können zur Unterdrückung der Störgrößen zwischen jeweils einem Anschlusspunkt in dem ersten Kondensatormodul und einem korrespondierenden Anschlusspunkt in dem zweiten Kondensatormodul induktive Bauelemente vorgesehen sein. Durch die Kombination von kapazitiven und induktiven Bauelementen wird eine effiziente Unterdrückung von Störgrößen erreicht.
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Gemäß einer Ausführungsform sind der erste Kondensator, der zweite Kondensator und der dritte Kondensator des ersten Kondensatormoduls auf einem gemeinsamen Leiterplattenmodul angeordnet. Ferner können der vierte Kondensator, der fünfte Kondensator und der sechste Kondensator des zweiten Kondensatormoduls ebenfalls auf einem gemeinsam zweiten Leiterplattenmodul angeordnet sein. Durch die gemeinsame Anordnung der Kondensatoren, insbesondere der X-Kondensatoren und der Y-Kondensatoren eines Kondensatormoduls auf einem gemeinsamen Leiterplattenelement können die jeweiligen Kondensatormodule in einer Weise bereitgestellt werden, die eine effiziente Weiterverarbeitung und einen effizienten Zusammenbau der Gleichspannungs-Filtervorrichtung ermöglicht.
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Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Eingangsanschlusses und dem Bezugspotential einer Serienschaltung aus dem zweiten Kondensator und einem ersten elektrischen Widerstand angeordnet. Analog kann zwischen dem zweiten Anschlusspunkt des Eingangsanschlusses und dem Bezugspotential eine Serienschaltung aus dem dritten Kondensator und einem zweiten elektrischen Widerstand angeordnet sein. In gleicher Weise kann auch zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Ausgangsanschlusses und dem Bezugspotential eine Serienschaltung aus dem fünften Kondensator und einem dritten elektrischen Widerstand angeordnet sein, und zwischen dem zweiten Anschlusspunkt des Ausgangsanschlusses und dem Bezugspotential kann eine Serienschaltung aus dem sechsten Kondensator und einem vierten elektrischen Widerstand angeordnet sein. Durch die Serienschaltung jeweils eines Kondensators und einem elektrischen Widerstand ist eine effiziente Filterung und Dämpfung der Gleichtaktstörungen möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Spulenmodul einen zylinderförmigen Kern. Auf diese Weise können die Induktivitäten in dem Spulenmodul mittels eines sogenannten Rundkerns besonders effizient und platzsparend aufgebaut werden.
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Insbesondere ist es sich hierbei auch möglich, die Induktivität des Spulenmoduls mit einem toroidförmigen oder hohlzylinderartigen magnetischen Kern auszuführen, um welchen die Windungen der Induktivität herumgeführt sind. In einer Ausführungsform können hierbei beispielsweise elektrisch leitfähige Strukturen, wie zum Beispiel metallische Stäbe o. ä., In einem inneren Bereich des magnetischen Kerns von einer Leiterplatte des ersten Kondensatormoduls zu einer Leiterplatte des zweiten Kondensatormoduls geführt werden. Weitere elektrisch leitfähige Strukturen können darüber hinaus in einem Außenbereich des magnetischen Kerns von der Leiterplatte des zweiten Kondensatormoduls zu der Leiterplatte des ersten Kondensatormoduls geführt werden. Ferner können jeweils eine elektrisch leitfähige Struktur von dem Innenbereich mit einer elektrischen leidlichen Struktur des Außenbereichs mittels Leiterbahnen oder ähnlichem auf den Leiterplatten der Kondensatormodule miteinander verbunden werden. Auf diese Weise kann eine spulenartige Struktur um den magnetischen Kern herum gebildet werden. Beispielsweise können für die elektrisch leitfähigen Strukturen zwischen den beiden Leiterplatten metallische Stäbe verwendet werden, die mittels einer Pressverbindung, Verbindungen, Schweißverbindungen oder ähnlichem mit Leiterbahnen auf den Leiterplatten elektrisch verbunden werden.
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Als magnetischer Kern, insbesondere als ringförmiger Kern kann ein magnetischer Kern aus einem beliebigen geeigneten Material verwendet werden. Der magnetische Kern kann hierbei bei Bedarf gegebenenfalls Luftspalte o. ä. aufweisen. Die Luftspalte können mit einem geeigneten Füllmaterial ausgefüllt sein, um beispielsweise die magnetischen Eigenschaften und/oder Stabilität des magnetischen Kerns zu beeinflussen. Ferner können auch sogenannte Pulverkerne oder Kerne mit verteilten Luftspalte verwendet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Gleichspannungs-Filtervorrichtung eine Entwärmungseinrichtung. Insbesondere kann es sich bei dieser Entwärmungseinrichtung um eine aktive oder passive Kühleinrichtung handeln. Die Entwärmungseinrichtung kann räumlich zwischen dem ersten Kondensatormodul und dem zweiten Kondensatormodul angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Wärmeenergie, die bei der Filterung auftritt, effizient aus der Gleichspannungs-Filtervorrichtung abgeführt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Spulenmodul, das erste Kondensatormodul und/oder das zweite Kondensatormodul thermisch mit der Entwärmungseinrichtung gekoppelt. Durch die thermische Kopplung der einzelnen Module mit der Entwärmungseinrichtung kann die entstehende thermische Energie effizient abgeführt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform können jeweils die Kapazität des ersten Kondensators und die Kapazität des vierten Kondensators zumindest annähernd gleich sein. Ferner können auch die Kapazität des zweiten Kondensators, des dritten Kondensators, des fünften Kondensators und des sechsten Kondensators zumindest annähernd gleich sein. Auf diese Weise ergibt sich für die einzelnen Kapazitäten der Gleichspannungs-Filtervorrichtung ein symmetrischer Aufbau. Insbesondere kann durch die Verwendung von gleichen oder zumindest annähernd gleichen Kapazitäten für das erste Kondensatormodul und das zweite Kondensatormodul und die damit verbundene Symmetrisierung in besonders effizienter und auch kostengünstiger Aufbau der Gleichspannungs-Filtervorrichtung erreicht werden.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
- 1: ein Prinzipschaltbild einer Gleichspannungs-Filtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
- 2: ein Prinzipschaltbild einer Gleichspannungs-Filtervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 3: eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Gleichspannungs-Filtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
- 4: eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Gleichspannungs-Filtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform; und
- 5: eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Gleichspannungs-Filtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Gleichspannungs-Filtervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Gleichspannungs-Filtervorrichtung 1, im Folgenden kurz Filtervorrichtung genannt, umfasst ein erstes Kondensatormodul 10, ein zweites Kondensatormodul 30 sowie ein Spulenmodul 20. An einem Eingangsanschluss E kann zwischen einem ersten Anschlusspunkt 11 und einem zweiten Anschlusspunkt 12 eine Gleichspannung bereitgestellt werden. Zwischen dem ersten Anschlusspunkt 11 und dem zweiten Anschlusspunkt 12 des Eingangsanschlusses E ist ein erster Kondensator C1 angeordnet. Dieser erste Kondensator C1 wird auch als X-Kondensator bezeichnet. Der erste Kondensator C1 dient zur Filterung von Gegentaktstörungen. Weiterhin ist zwischen dem ersten Anschlusspunkt 11 des Eingangsanschlusses E und einem Bezugspotential B ein zweiter Kondensator C2 vorgesehen. Analog ist zwischen dem zweiten Anschlusspunkt 12 des Eingangsanschlusses E und dem Bezugspotential B ein dritter Kondensator C3 vorgesehen. Der zweite Kondensator C2 und der dritte Kondensator C3 werden auch als Y-Kondensatoren bezeichnet. Der zweite Kondensator C2 und der dritte Kondensator C3 dienen zur Filterung von Gleichtaktstörungen.
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Das zweite Kondensatormodul 30 ist analog zu dem ersten Kondensatormodul 10 aufgebaut. Ein Ausgangsanschluss A mit einem ersten Anschlusspunkt 31 und einem zweiten Anschlusspunkt 32 kann beispielsweise mit einem Eingangsanschluss eines elektrischen Stromrichters 2, wie zum Beispiel einem Wechselrichter, insbesondere einem Pulswechselrichter oder ähnlichem gekoppelt werden.
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Das zweite Kondensatormodul 30 umfasst einen vierten Kondensator C4, der zwischen dem ersten Anschlusspunkt 31 und dem zweiten Anschlusspunkt 32 des Ausgangsanschlusses A angeordnet ist. Bei dem vierten Kondensator C4 handelt es sich ebenfalls um einen X-Kondensator zur Filterung von Gegentaktstörungen. Weiterhin ist zwischen dem ersten Anschlusspunkt 31 des Ausgangsanschlusses A und dem Bezugspotential B ein fünfter Kondensator C5 vorgesehen. Zwischen dem zweiten Anschlusspunkt 32 des Ausgangsanschlusses A dem Bezugspotential B ist ein sechster Kondensator C6 angeordnet. Der fünfte Kondensator C5 und der sechste Kondensator C6 dienen ebenfalls als Y-Kondensatoren zur Filterung von Gleichtaktstörungen.
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Zwischen dem ersten Kondensatormodul 10 und dem zweiten Kondensatormodul 30 ist ein Spulenmodul 20 angeordnet. Das Spulenmodul 20 umfasst eine Gleichtakt-Gegentakt-Drossel. Insbesondere kann eine erste Induktivität L1a, L1b zwischen dem ersten Anschlusspunkt 11 des Eingangsanschlusses E und dem ersten Anschlusspunkt 31 des Ausgangsanschlusses A angeordnet sein. Analog kann zwischen dem zweiten Anschlusspunkt 12 des Eingangsanschlusses E und dem zweiten Anschlusspunkt 32 des Ausgangsanschlusses A eine zweite Induktivität L2a, L2b angeordnet sein.
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Darüber hinaus kann das Spulenmodul 20 beispielsweise auch mittels eines ringförmigen, insbesondere toroidförmigen oder als Hohlzylinder ausgebildeten magnetischen Kerns gebildet werden, um welchen eine oder mehrere Windungen herum gewickelt sind. Beispielsweise können in einem Innenbereich des magnetischen Kerns elektrisch leitfähige Verbindungen vorgesehen sein, welche eine elektrisch leitfähige Verbindung von dem ersten Kondensatormodul 10 zu dem zweiten Kondensatormodul 30 herstellen. Weiterhin können elektrisch leitfähige Verbindungen in einem Außenbereich des magnetischen Kerns vorgesehen sein, welche ebenfalls elektrische Verbindungen zwischen dem zweiten Kondensatormodul 30 und dem ersten Kondensatormodul 10 herstellen. Auf den Leiterplatten des ersten Kondensatormodul 10 und des zweiten Kondensatormodul 30 können darüber hinaus Leiterbahnen vorgesehen sein, welche jeweils eine elektrisch leitfähige Verbindung des Innenbereichs des magnetischen Kerns mit einer elektrisch leitfähigen Verbindung im Außenbereich elektrisch verbinden. Auf diese Weise kann durch die elektrisch leitfähigen Verbindungen im Innenbereich, die Leiterbahnen auf den Leiterplatten der Kondensatormodule 10 und 30 sowie die elektrisch leitfähigen Verbindungen im Außenbereich eine oder mehrere Spulen gebildet werden, welche um den magnetischen Kern herum angeordnet sind. Hierdurch kann eine besonders effiziente Anordnung der Induktivitäten für das Spulenmodul 20 erreicht werden.
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Die Filtervorrichutung 1 bann an dem Ausgansanschluss A beispielsweise an einem Stromrichter 2 angeschlossen sein.
- 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Filtervorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Filtervorrichtung 1 gemäß 2 unterscheidet sich dabei von der Filtervorrichtung 1 gemäß 1 lediglich darin, dass für die Y-Kondensatoren, das heißt den zweiten Kondensator C2 und den dritten Kondensator C3 des ersten Kondensatormoduls 10 sowie den fünften Kondensator C5 und den sechsten Kondensator C6 des zweiten Kondensatormoduls 30 anstelle von reinen Kondensatoren nun eine Serienschaltung aus einem Kondensator und einem Widerstand vorgesehen ist. Somit ist zwischen dem ersten Anschlusspunkt 11 des Eingangsanschlusses E und dem Bezugspotential B eine Serienschaltung aus dem zweiten Kondensator C2 und einem ersten Widerstand R1 vorgesehen. Zwischen dem zweiten Anschlusspunkt 12 des Eingangsanschlusses E und dem Bezugspotential B ist eine Serienschaltung aus dem dritten Kondensator C3 und einem zweiten Widerstand R2 vorgesehen. Analog ist in dem zweiten Kondensatormodul 20 zwischen dem ersten Anschlusspunkt 31 des Ausgangsanschlusses A und dem Bezugspotential B eine Serienschaltung aus dem fünften Kondensator C5 und einem dritten Widerstand R3 vorgesehen. Ferner ist zwischen dem zweiten Anschlusspunkt 32 des Ausgangsanschlusses A und dem Bezugspotential B eine Serienschaltung aus dem sechsten Kondensator C6 und einem vierten Widerstand R4 vorgesehen. Darüber hinaus gelten auch für diese Schaltungsanordnungen die Ausführungen von 1.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Filtervorrichtung 1, wobei hier insbesondere bei der Draufsicht auf das erste Kondensatormodul 10 zu erkennen ist. Das erste Kondensatormodul 10 kann hierbei beispielsweise auf einem Trägerelement 19 wie zum Beispiel einem Trägersubstrat für eine Leiterplatte oder ähnlichem realisiert werden. Bei der hier dargestellten Ausführungsform handelt es sich um eine kreisförmige Anordnung. Dies stellt jedoch lediglich eine von mehreren möglichen Ausführungsformen dar. Darüber hinaus ist für das erste Kondensatormodul 10, sowie für die gesamte Filtervorrichtung 1 auch eine beliebige andere Geometrie, beispielsweise eine rechteckförmige oder quadratische Geometrie, eine ovale Geometrie, etc. möglich. Das erste Kondensatormodul 10, und analog auch das zweite Kondensatormodul 30, umfassen drei voneinander isolierte elektrisch leitfähige Bereiche 14, 15, 16. Die einzelnen elektrisch leitfähigen Bereiche 14, 15, 16 können beispielsweise durch einen Isolationsgraben 13 oder ähnliches elektrisch voneinander isoliert werden. Auf dem Kondensatormodul 10 kann ein Eingangsanschluss E mit einem ersten Anschlusspunkt 11 und einem zweiten Anschlusspunkt 12 vorgesehen sein. Hierbei kontaktiert der erste Anschlusspunkt 11 einen elektrisch leitfähigen Bereich 14, und der zweite Anschlusspunkt 12 kontaktiert einen weiteren leitfähigen Bereich 15. Zwischen dem ersten Bereich 14 und dem zweiten Bereich 15 ist der erste Kondensator C1 als X-Kondensator angeordnet.
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Der dritte elektrisch leitfähige Bereich 16 kann über einen Masseanschluss B mit einem Bezugspotential verbunden werden. Zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Bereich 14 und dem dritten elektrisch leitfähigen Bereich 16 kann ein Y-Element in Form des zweiten Kondensators C2 oder eine Serienschaltung des zweiten Kondensators C2 und des ersten Widerstands R1 vorgesehen sein. Analog kann zwischen dem zweiten elektrisch leitfähigen Bereich 15 und dem dritten elektrisch leitfähigen Bereich 16 ein weiteres Y-Element in Form des dritten Kondensators C3 oder einer Serienschaltung aus dem dritten Kondensator C3 und dem zweiten Widerstand R2 vorgesehen sein.
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Weiterhin kann der erste elektrisch leitfähige Bereich 14, sowie der zweite elektrisch leitfähige Bereich 15 jeweils mit einem Anschluss des Spulenelements 20 elektrisch gekoppelt werden.
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Das zweite Kondensatorelement 30 kann analog zu dem zuvor beschriebenen ersten Kondensatorelement 10 aufgebaut sein.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Filtervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform. In der Mitte der Filtervorrichtung 1 befindet sich ein Trägerelement 22 mit Aussparungen 23, in welche die Induktivitäten 21 des Spulenmoduls 20 eingebettet sein können. Bei dem Trägerelement 22 kann es sich beispielsweise um ein Trägerelement handeln, welches gleichzeitig eine Entwärmung der Filtervorrichtung 1 ermöglicht. Gegebenenfalls können hierzu geeignete Kühllamellen oder auch eine Flüssigkeitskühlung (nicht dargestellt) vorgesehen sein.
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Auf der in 4 oberen Seite des Spulenmoduls 20 ist das erste Kondensatormodul 10 angeordnet, und an der gegenüberliegenden unteren Seite des Spulenmoduls 20 ist das zweite Kondensatormodul 30 angeordnet. In der hier dargestellten Ausführungsform weisen die Kondensatoren C1 bis C6 des ersten und zweiten Spulenmoduls 10, 30 jeweils von dem Spulenmodul 30 weg. Auf diese Weise befindet sich das Spulenmodul 20 zwischen den beiden Leiterplattensubstraten 19, 39 der Kondensatormodule 10, 30. Für die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kondensatormodul 10 und dem zweiten Kondensatormodul 30 können in dem Trägerelement 22 des Spulenmoduls 20 mehrere elektrisch leitfähige Verbindungen 25 vorgesehen sein.
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Für eine effiziente Entwärmung der Filtervorrichtung 1, insbesondere auch des ersten und zweiten Kondensatormoduls 10, 30 können die beiden Kondensatormodule 10, 30 thermisch mit dem Trägerelement 22 des Spulenmoduls 30 gekoppelt werden, so dass die Kühleigenschaften des Spulenmoduls 20 zur Entwärmung der gesamten Filtervorrichtung 1 genutzt werden kann.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Filtervorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Die Filtervorrichtung 1 in der Ausführungsform gemäß 5 ist dabei weitestgehend identisch mit der zuvor beschriebenen Filtervorrichtung 1 gemäß 4. Sie unterscheidet sich lediglich darin, dass die Kondensatoren C1, C2, C3 des ersten Kondensatormoduls 10 auf der dem Spulenmodul 20 zugewandten Seite des Trägersubstrats 19 angeordnet sind. Darüber hinaus weist das Trägerelement 22 des Spulenmoduls 20 weitere Aussparungen 24 auf, in welche die Kondensatoren C1 bis C3 des ersten Kondensatormoduls 10 hineinragen. Zur besseren thermischen Kopplung kann zwischen den Kondensatoren C1, C2, C3 und dem Trägerelement 22 des Spulenmoduls 20 eine thermisch leitfähige Paste oder ein thermisch leitfähiger Klebstoff eingebracht werden. Auf diese Weise ist eine besonders effiziente Entwärmung der Kondensatoren möglich.
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Alternativ oder auch zusätzlich können auch die Kondensatoren C4 bis C6 des zweiten Kondensatormoduls 30 in Richtung des Spulenmoduls 20 weisen. Auch hierbei können die Kondensatoren C4 bis C6 in Aussparungen des Trägerelements 22 des Spulenmoduls 20 eingebracht werden.
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Die einzelnen Module der Filtervorrichtung 1, das heißt das erste Kondensatormodul 10, das Spulenmodul 20 und das zweite Kondensatormodul 30 können mittels beliebiger geeigneter Kontaktierungsverfahren miteinander verbunden werden. Insbesondere können beispielsweise die Verbindungen mittels Pressverbindungen, Lötverbindungen oder ähnlichem realisiert werden. Es versteht sich, dass der Eingangsanschluss E in einer Form ausgestaltet werden kann, welche dazu geeignet ist, den Eingangsanschluss E an die jeweilige Gleichspannungsversorgung anzuschließen. Hierzu können beispielsweise beliebige Steckverbindungen oder ähnliches genutzt werden. Analog kann der Ausgangsanschluss A in einer Form ausgestaltet werden, welche einen Anschluss der Filtervorrichtung 1 an den jeweiligen Stromrichter 2 ermöglicht. Hierzu kann der Ausgangsanschluss A derart ausgeführt werden, dass er unmittelbar mit dem Eingangsanschluss eines Stromrichters 2 verbunden werden kann, ohne dass hierzu weitere Kabelverbindungen oder ähnliches zwischen der Filtervorrichtung 1 und dem Stromrichter 2 benötigt werden.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Gleichspannungs-Filtervorrichtung, insbesondere eine Filtervorrichtung für Gleich- und Gegentaktstörungen eines elektrischen Stromrichters. Die Filtervorrichtung umfasst einen kompakten Aufbau aus zwei kapazitiven Filtermodulen und einem induktiven Filtermodul. Hierbei kann das induktive Filtermodul zwischen zwei gleichen oder gleichartigen kapazitiven Filtermodulen angeordnet werden. Auf diese Weise kann eine besonders kompakte und effiziente Filtervorrichtung realisiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010054005 A1 [0003]
