DE112019003205T5

DE112019003205T5 - Gleichtakt-drosselspule

Info

Publication number: DE112019003205T5
Application number: DE112019003205.4T
Authority: DE
Inventors: Retsu SUGAWARA; Kazutoshi AWANE; Yudai YONEOKA
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2021-03-11
Also published as: US11749439B2; US20210327629A1; WO2020003565A1

Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Gleichtakt-Drosselspule angegeben, die Folgendes aufweist: einen Magnetkern (2); und ein auf einen Wicklungsbereich (4) des Magnetkerns gewickeltes Spulenpaar (5), wobei das Spulenpaar (5) eine erste Polspule (6) und eine zweite Polspule (7) aufweist, die jeweils spiralförmig/schraubenförmig mit N Windungen in einer Längsrichtung des Wicklungsbereichs spiralförmig/schraubenförmig auf den Wicklungsbereich gewickelt sind, und wobei die erste Polspule (6) und die zweite Polspule (7) so auf dem Wicklungsbereich (4) angeordnet sind, dass eine oder mehrere Windungen der N Windungen nebeneinander liegen, und jeweils einen parallel verlaufenden Bereich (11) und einen nicht-parallel verlaufenden Bereich (12) aufweisen, wobei die erste Polspule und die zweite Polspule einander in dem parallel verlaufenden Bereich überlappen und in einer Richtung orthogonal zur Längsrichtung des Wicklungsbereichs (4) in dem nicht-parallel verlaufenden Bereich in mindestens einer Windung der benachbarten ersten Polspule und zweiten Polspule, gesehen in der Längsrichtung des Wicklungsbereichs (4), voneinander getrennt sind, wobei N eine ganze Zahl von 1 oder größer ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gleichtakt-Drosselspule, die zwischen einem Netzteil und einem Lastgerät vorgesehen ist, und die so konfiguriert ist, dass sie Rauschen, das auf der Lastgeräteseite so erzeugt wird, dass es sich auf die Netzteilseite ausbreitet, reduziert.
STAND DER TECHNIK
In einem Leistungswandler, der zur Steuerung eines Wechselstrom-Antriebsmotors als Lastgerät konfiguriert ist, wird durch schnelle Schaltvorgänge des Wechselrichters des Leistungswandlers elektromagnetisches Interferenz Rauschen (EMI Rauschen) erzeugt. Dieses EMI-Rauschen fließt als Leitungs-Rauschen durch eine Stromversorgungsleitung und die Erde. Es besteht daher die Gefahr, dass das Rauschen auf andere elektrische Geräte übertragen wird und eine nachteilige Wirkung hat, z.B. deren Fehlfunktion verursacht. Das Rauschen wird in zwei Typen klassifiziert: Normaltakt-Rauschen und Gleichtakt-Rauschen.
Das Normaltakt-Rauschen breitet sich über einen Übertragungsweg zwischen der Stromversorgung und dem Lastgerät aus. Das Gleichtakt-Rauschen breitet sich zwischen dem Übertragungsweg und der Erde aus. Eine Gleichtakt-Drosselspule hat eine Gleichtakt-Induktivität und wird hauptsächlich zur Reduzierung des Gleichtakt-Rauschens verwendet. Die Gleichtakt-Drosselspule hat jedoch auch eine Normaltakt-Induktivität, die durch einen magnetischen Streufluss, d.h. eine Streuinduktivität, hervorgerufen wird, und ist daher auch zur Reduzierung des Normaltakt-Rauschens wirksam.
Im Allgemeinen besteht eine Gleichtakt-Drosselspule aus einem Magnetkern und einem Spulenpaar und hat eine Sektionswicklungskonfiguration, bei der die Spulenpaare separat auf den Magnetkern gewickelt werden. Wenn jedoch in dieser Konfiguration ein großer Strom durch die Gleichtakt-Drosselspule fließt, werden der Magnetkern magnetisch gesättigt und die Gleichtakt-Induktivität verringert.
Dazu hat man bisher ein Verfahren zur Unterdrückung der magnetischen Sättigung in einer Gleichtakt-Drosselspule mit einem Magnetkern und einem Spulenpaar durch Anwendung einer bifilaren Wicklung auf das Spulenpaar vorgeschlagen (siehe z.B. Patentdokument 1).
Bei der bekannten Gleichtakt-Drosselspule gemäß dem Patentdokument 1 wird eine bifilare Wicklung verwendet, um die vom Spulenpaar erzeugten magnetischen Flüsse aufzuheben, um dadurch die magnetische Sättigung des Magnetkerns zu unterdrücken. Allerdings werden der magnetische Streufluss reduziert und damit die Normaltakt-Induktivität verringert. Dies führt zu einer Verschlechterung der Leistung bei der Reduzierung des Normaltakt-Rauschens.
In Anbetracht dieser Umstände hat man eine Methode zur Verbesserung der Leistung zur Reduzierung des Normaltakt-Rauschens bei gleichzeitiger Unterdrückung der magnetischen Sättigung in einer Gleichtakt-Drosselspule mit einem Magnetkern und einem Spulenpaar vorgeschlagen, und zwar durch die kombinierte Verwendung von Bifilarwicklung und Sektionswicklung (siehe z.B. Patentdokumente 2 und 3).
STAND DER TECHNIK

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 07-029 775 A
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 11-214 229 A
Patentdokument 3: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2002-246 244 A

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Bei der bekannten Gleichtakt-Drosselspule gemäß den Patentdokumenten 2 und 3 werden zur Verbesserung der Leistung der Reduzierung des Normaltakt-Rauschens bei gleichzeitiger Unterdrückung der magnetischen Sättigung die bifilare Wicklung und die Sektionswicklung in Kombination verwendet, um das Spulenpaar zu bilden. Dies führt jedoch zu dem Problem, dass der Wicklungsbereich in Längsrichtung des magnetischen Pfades des Magnetkerns verlängert und der Magnetkern dadurch vergrößert wird.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das oben genannte Problem zu lösen, und hat die Aufgabe, eine Gleichtakt-Drosselspule von geringer Größe zu erhalten, mit der es möglich ist, die magnetische Sättigung zu unterdrücken und auch die Leistung der Reduzierung des Normaltakt-Rauschens zu verbessern, ohne den Wicklungsbereich in Längsrichtung eines magnetischen Pfades zu verlängern.
Mittel zum Lösen der Probleme
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Gleichtakt-Drosselspule vorgesehen, die einen Magnetkern und ein auf einen Wicklungsbereich des Magnetkerns gewickeltes Spulenpaar enthält. Das Spulenpaar enthält eine erste Polspule und eine zweite Polspule, die jeweils spiralförmig/schraubenförmig mit N Windungen in der Längsrichtung des Wicklungsbereichs auf den Wicklungsbereich gewickelt sind, und die erste Polspule und die zweite Polspule sind auf dem Wicklungsbereich so angeordnet, dass eine oder mehrere Windungen der N Windungen nebeneinander liegen, und die erste Polspule und die zweite Polspule enthalten jeweils einen parallel verlaufenden Bereich und einen nicht-parallel verlaufenden Bereich, wobei die erste Polspule und die zweite Polspule einander in dem parallelen verlaufenden Bereich überlappen und in mindestens einer Windung der benachbarten ersten Polspule und der zweiten Polspule in mindestens einer Windung der benachbarten ersten Polspule und der zweiten Polspule, in der Längsrichtung des Wicklungsbereichs gesehen, in einer Richtung orthogonal zur Längsrichtung des Wicklungsbereichs im nicht-parallel verlaufenden Bereich voneinander getrennt sind, wobei N eine ganze Zahl von 1 oder größer ist.
Effekt der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die erste Polspule und die zweite Polspule, die das Spulenpaar bilden, auf dem Wicklungsbereich so angeordnet, dass eine oder mehrere Windungen der N Windungen nebeneinander liegen. Dadurch ist es möglich, eine magnetische Sättigung zu unterdrücken, ohne den Wicklungsbereich in Längsrichtung des magnetischen Pfades zu verlängern.
Die erste Polspule und die zweite Polspule besitzen jeweils einen parallel verlaufenden Bereich und einen nicht-parallel verlaufenden Bereich, wobei die erste Polspule und die zweite Polspule einander im parallel verlaufenden Bereich überlappen und in mindestens einer Windung der benachbarten erste Polspule und der zweite Polspule in Längsrichtung des Wicklungsbereichs gesehen in der Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Wicklungsbereichs im nicht-parallel verlaufenden Bereich voneinander getrennt sind. Somit trägt der nicht-parallel verlaufende Bereich zur Normaltakt-Induktivität bei, und die Leistung der Reduktion des Normaltakt-Rauschens kann dadurch verbessert werden.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung einer Gleichtakt-Drosselspule gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Frontansicht zur Veranschaulichung der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Ansicht von unten zur Veranschaulichung der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Spulenpaares bei der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der durch die Spulen der Gleichtakt-Drosselspule fließenden Ströme gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der durch die Ströme erzeugten magnetischen Flüsse;
7 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Form einer Spule mit einer Windung;
8 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der miteinander verbundenen magnetischen Flüsse von benachbarten Spulen in einer Gleichtakt-Drosselspule bekannter Art, die in dem Patentdokument 1 beschrieben ist,
9 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der miteinander verbundenen magnetischen Flüsse von benachbarten Spulen bei der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine Vorderansicht zur Veranschaulichung einer Gleichtakt-Drosselspule gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine Unteransicht zur Veranschaulichung der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Spulenpaares bei der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung des Spulenpaares und eines Metallgehäuses bei der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Spulenpaares und eines Metallgehäuses in einer Gleichtakt-Drosselspule eines Vergleichsbeispiels;
15 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung einer Gleichtakt-Drosselspule gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung einer Gleichtakt-Drosselspule gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
17 ist eine Vorderansicht zur Veranschaulichung einer Gleichtakt-Drosselspule gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
18 ist eine Ansicht von unten zur Veranschaulichung der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
19 ist eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung eines Spulenpaares in einer Gleichtakt-Drosselspule gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
20 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung des Spulenpaares bei der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsformen
Gleichtakt-Drosselspulen gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Ausführungsform 1
1 ist eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung einer Gleichtakt-Drosselspule gemäß einer ersten Ausführungsform zur Durchführung der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Frontansicht zur Veranschaulichung der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der ersten Ausführungsform zur Durchführung der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine Ansicht von unten zur Veranschaulichung der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der ersten Ausführungsform. 4 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der ersten Ausführungsform. 5 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Spulenpaares bei der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der ersten Ausführungsform.
Gemäß 1 bis 5 besitzt eine Gleichtakt-Drosselspule 1 einen Magnetkern 2 und ein Spulenpaar 5. Der Magnetkern 2 besteht aus einem U-förmigen Kern 3 und einem I-förmigen Kern 4. Die Spulenpaare 5 enthalten eine Pluspol-Spule 6 als erste Polspule und eine Minuspol-Spule 7 als zweite Polspule. In den Zeichnungen entspricht die X-Richtung der Längsrichtung des Magnet-Pfades des Magnetkerns 2.
Die Längsrichtung des Magnet-Pfades des Magnetkerns 2 ist die Richtung des magnetischen Flusses, der durch den I-förmigen Kern 4 verläuft, der ein Wicklungsbereich für das Spulenpaar 5 ist, d.h. die Längsrichtung des I-förmigen Kerns 4. Die Z-Richtung ist eine zur X-Richtung orthogonale Richtung, d.h. die Richtung, in der der U-förmige Kern 3 mit dem I-förmigen Kern 4 verbunden ist. Die Y-Richtung ist die zur X-Richtung und zur Z-Richtung orthogonale Richtung.
Der U-förmige Kern 3 und der I-förmige Kern 4 bestehen aus Ferrit oder anderen derartigen magnetischen Materialien. Der Magnetkern 2 ist so ausgebildet, dass der I-förmige Kern 4 die beiden Schenkelteile des U-förmigen Kerns 3 verbindet, um dadurch einen geschlossenen magnetischen Pfad zu bilden. Die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 werden gebildet, indem ein rechteckiger Kupferleiter auf den I-förmigen Kern 4 in sieben Windungen jeweils spiralförmig/schraubenförmig gewickelt wird, so dass die jeweiligen Windungsbereiche abwechselnd in X-Richtung angeordnet sind.
Die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 werden in die gleiche Spulenform gebracht und auf den I-förmigen Kern 4 gewickelt, während sie in 4 in Y-Richtung verschoben werden. Bei dieser Anordnung enthalten die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 jeweils, wie in 5 dargestellt, parallel verlaufende Bereiche 11 als überlappende Bereiche und nicht-parallel verlaufende Bereiche 12 als nicht-überlappende Bereiche. Die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 überlappen sich in den überlappenden Bereichen und überlappen sich nicht in den nicht überlappenden Bereichen, in der X-Richtung gesehen.
Dabei sind die nicht überlappenden Bereiche, in denen sich die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 in X-Richtung gesehen nicht überlappen, Bereiche, in denen die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 in orthogonaler Richtung zur X-Richtung voneinander getrennt sind. Die X-Richtung kann auch als Spulenachsenrichtung des Spulenpaares 5 bezeichnet werden, die spiralförmig/schraubenförmig gewickelt sind.
Bei der Gleichtakt-Drosselspule 1 gemäß der ersten Ausführungsform werden die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7, die das Spulenpaar 5 bilden, spiralförmig/schraubenförmig auf den I-förmigen Kern 4 so gewickelt, dass die jeweiligen Windungsbereiche abwechselnd in X-Richtung angeordnet sind. Das heißt, die Spulenpaare 5 haben eine bifilar gewickelte Konfiguration. Somit kann die Gleichtakt-Drosselspule 1 in X-Richtung kleiner dimensioniert werden im Vergleich zu den bekannten Gleichtakt-Drosselspulen gemäß den Patentdokumenten 2 und 3, bei denen die Spulenpaare durch kombinierte Verwendung von bifilarer Wicklung und Sektionswicklung konfiguriert sind.
Sodann wird unter Bezugnahme auf 6 ein Effekt beschrieben, den die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 jeweils einschließlich der parallel verlaufenden Bereiche 11 und der nicht-parallel verlaufenden Bereiche 12 erzeugen. 6 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der durch die Spulen der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der ersten Ausführungsform fließenden Ströme und der durch die Ströme erzeugten magnetischen Flüsse. In 6 stellt I den Strom und Φ den magnetischen Fluss dar. Hieraus geht auch hervor, dass mit Pluspol-Spule und Minuspol-Spule jeweils in entgegengesetzten Richtungen vom Strom durchflossene Spulen gemeint sind.
In jedem parallel verlaufenden Bereich 11 fließen die Ströme I nahe beieinander in entgegengesetzten Richtungen durch die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7. So heben sich die magnetischen Flüsse Φ, die von den Strömen I durch die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 erzeugt werden, gegenseitig auf, um dadurch eine magnetische Sättigung des Magnetkerns 2 zu unterdrücken. Hierbei ist zu beachten, dass die parallel verlaufenden Bereiche 11 weniger zur Normaltakt-Induktivität beitragen.
Währenddessen fließen in jedem nicht-parallel verlaufenden Bereich 12 die Ströme I voneinander getrennt in entgegengesetzter Richtung durch die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7. Somit bleibt ein Teil der magnetischen Flüsse Φ, die von den Strömen I durch die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 erzeugt werden, nicht ausgelöscht und trägt zur Normaltakt-Induktivität bei. Dabei ist zu beachten, dass die nicht-parallel verlaufenden Bereiche 12 weniger zur Unterdrückung der magnetischen Sättigung des Magnetkerns 2 beitragen.
Auf diese Weise enthalten die Spulenpaare 5 bei der Gleichtakt-Drosselspule 1 die parallel verlaufenden Bereiche 11, die zur Unterdrückung der magnetischen Sättigung des Magnetkerns 2 beitragen, und die nicht-parallel verlaufenden Bereiche 12, die zur Normaltakt-Induktivität beitragen. So kann die Gleichtakt-Drosselspule 1 eine magnetische Sättigung des Magnetkerns 2 unterdrücken, um die Leistung bei der Reduzierung des Normaltakt-Rauschens zu verbessern.
Nachstehend wird die Normaltakt-Induktivität bei der ersten Ausführungsform mit der Normaltakt-Induktivität in dem Patentdokument 1 verglichen, in der die bifilare Wicklung auf ein Spulenpaar aufgebracht wird. 7 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Form einer Spulenpaarung mit einer Windung 8.
Eine partielle Selbstinduktivität und eine partielle Gegeninduktivität der Spule mit einer Windung 8 werden durch den Ausdruck 1 dargestellt. $L_{p i j} = \frac{μ_{0}}{2 π} l {l n [\frac{l}{d} + \sqrt{{(\frac{l}{d})}^{2}} + 1] + \frac{d}{l} - \sqrt{{(\frac{d}{l})}^{2} + 1}}$
In dem Ausdruck 1 nehmen i und j jeweils einen beliebigen Wert von 1, 2, 3 und 4 an und entsprechen den in 7 angegebenen Bereichsnummern, L_pij repräsentiert eine partielle Selbstinduktivität, wenn i = j erfüllt ist, und repräsentiert eine partielle Gegeninduktivität, wenn i ≠ j erfüllt ist, µ₀ repräsentiert die magnetische Permeabilität im Vakuum, 1 repräsentiert die Länge der Spule 8 und d repräsentiert die Breite der Spule 8, wenn i = j erfüllt ist, und repräsentiert den Abstand zwischen Bereichen der Spule 8 in einem i-ten Bereich und einem j-ten Bereich, wenn i ≠ j erfüllt ist. In diesem Fall wird eine Schleifeninduktivität der Spule 8 mit einer Windung durch den Ausdruck 2 dargestellt. $L_{loop} = \sum_{i = j} L_{pij} - \sum_{i \neq j} L_{pij}$
Wie in der 7 dargestellt, beträgt unter der Annahme, dass die Breite der Spule 8 in jeder Sektion 2 mm, der Abstand zwischen Bereichen der Spule 8 in der ersten und dritten Sektion 50 mm und der Abstand zwischen Bereichen der Spule 8 in der zweiten und vierten Sektion 20 mm beträgt, L_loop 54,8 nH. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass in der ersten Ausführungsform die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 jeweils sieben Windungen haben und zwei Spulen, nämlich die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7, vorgesehen sind, wird die Normaltakt-Induktivität wie folgt abgeleitet: 54,8 nH × 7 × 2 = 767 nH.
Es sei hier angemerkt, dass dieser Wert ohne Berücksichtigung eines Einflusses jedes parallel verlaufenden Bereichs 11 der Spulen bei dieser Ausführungsform oder benachbarter Spulen bei der in dem Patentdokument 1 beschriebenen bifilaren Wicklung erhalten wird.
Die partielle gegenseitige Induktivität ergibt sich aus der Berechnung von nur der Kombination des ersten und dritten Bereichs und derjenigen der Kombination des zweiten und vierten Bereichs. Der Grund dafür ist, dass die partielle Gegeninduktivität in der Kombination der ersten und zweiten Sektion und in der Kombination der dritten und vierten Sektion zu 0 wird, wobei die Richtung des Potentialvektors und die Richtung der Spule 8 orthogonal zueinander sind.
Als Nächstes wird ein Vergleich der Normaltakt-Induktivität unter Berücksichtigung des Einflusses benachbarter Spulen durchgeführt. 8 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung von miteinander verbundenen magnetischen Flüssen benachbarter Spulen bei der bekannten Gleichtakt-Drosselspule, die in dem Patentdokument 1 beschrieben ist. 9 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung miteinander verbundener magnetischer Flüsse von benachbarten Spulen bei der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der ersten Ausführungsform. Hier werden die Spulen 60 und 70 gemäß 8 in die gleiche Spulenform gebracht wie die der Pluspol-Spule 6 und der Minuspol-Spule 7.
Der Ausdruck 3 definiert die Beziehung zwischen der Schleifeninduktivität jeder Spule und dem magnetischen Fluss, der mit jeder Spule verbunden ist. $L_{loop} = \frac{ϕ}{I} = \int_{s} \vec{B} \cdot d \vec{s} / I$
In dem Ausdruck 3 stellt Φ den magnetischen Fluss dar, der mit jeder Spule verbunden ist, B stellt die Dichte des magnetischen Flusses dar, der mit jeder Spule verbunden ist, s stellt die Ebene dar, die von jeder Spule umgeben ist, und I stellt den Strom dar, der durch jede Spule fließt.
Bei der bekannten Gleichtakt-Drosselspule gemäß dem Patentdokument 1 haben die bifilar gewickelte Pluspol-Spule 60 und die Minuspol-Spule 70 nur einen Überlappungsbereich, in dem sich die Spulen, in X-Richtung gesehen, überlappen. Das heißt, bei der bekannten Gleichtakt-Drosselspule haben die Pluspol-Spule 60 und die Minuspol-Spule 70 nur den parallel verlaufenden Bereich 11 und nicht den nicht-parallel verlaufenden Bereich 12.
Wie in 8 dargestellt, fließen die Ströme I durch die benachbarte Pluspol-Spule 60 und Minuspol-Spule 70 in entgegengesetzten Richtungen, und die Richtungen der magnetischen Flüsse Φ, die mit den jeweiligen Spulen verbunden sind, sind entgegengesetzt. Somit heben sich die mit der benachbarten Pluspol-Spule 60 und Minuspol-Spule 70 verbundenen magnetischen Flüsse Φ gegenseitig auf.
Unter der Annahme, dass ein Anteil des aufgehobenen magnetischen Flusses Φ an dem gesamten magnetischen Fluss Φ, der mit der Pluspol-Spule 60 und der Minuspol-Spule 70 verbunden ist, durch n repräsentiert wird, wird der Wert von L_loop, d.h. die Normaltakt-Induktivität zum (1-n)-fachen Wert. Hier erfüllt n die Relation 0 < n < 1. Wenn man beispielsweise annimmt, dass n = 0,9 ist, wird die aus dem obigen Ausdruck 2 berechnete Normaltakt-Induktivität wie folgt abgeleitet: 767 nH × (1-0.9) = 76.7 nH.
Bei der Gleichtakt-Drosselspule 1 der ersten Ausführungsform enthalten die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 jeweils die parallel verlaufenden Bereiche 11 und die nicht-parallel verlaufenden Bereiche 12, so dass ein gegenüberliegender Bereich der benachbarten Pluspol-Spule 6 und der Minuspol-Spule 7 um einen Bereich der so vorgesehenen nicht-parallel verlaufenden Bereiche 12 reduziert wird. Dabei wird angenommen, dass beim Vorhandensein der nicht-parallel verlaufenden Bereiche 12 eine gegenüberliegende Fläche der benachbarten Pluspol-Spule 6 und Minuspol-Spule 7 m-mal so groß ist wie eine gegenüberliegende Fläche der benachbarten Pluspol-Spulen 60 und 70, die nur den parallel verlaufenden Bereich 11 aufweisen.
Dann wird der Anteil des unterdrückten magnetischen Flusses Φ am gesamten magnetischen Fluss Φ, der mit der benachbarten Pluspol-Spule 6 und Minuspol-Spule 7 verbunden ist, zum (n × m)-fachen Wert. Im Vergleich zu dem Fall des Patentdokuments 1, bei dem die gegenüberliegende Fläche der Pluspol-Spulen 60 und 70 einen Wert von 20 mm×50 mm besitzt, haben bei der ersten Ausführungsform die gegenüberliegenden Flächen der Pluspol-Spule 6 und der Minuspol-Spule 7 einen Wert von 20 mm×45 mm, wobei die nicht-parallel verlaufenden Bereiche 12 vorgesehen sind. Somit ist m = 0,9.
Auch bei der ersten Ausführungsform wird, unter der Annahme, dass n = 0,9 ist, die Normaltakt-Induktivität wie folgt abgeleitet: 767 nH × (1-0,9×0,9) = 146 nH. Wie oben beschrieben, ist klar, dass gemäß der ersten Ausführungsform die Normaltakt-Induktivität im Vergleich zum Patentdokument 1 verbessert werden kann, indem eine bifilare Wicklung, die nur den parallel verlaufenden Bereich 11 hat, auf ein Spulenpaar aufgebracht wird.
In diesem Beispiel wird für eine einfache Berechnung angenommen, dass die magnetische Flussdichte B senkrecht zu der Ebene steht, die jeweils von der Pluspol-Spule 6 und der Minuspol-Spule 7 umgeben ist, und dass sie an jeder Stelle konstant bzw. gleich ist.
Wie oben beschrieben, besitzen die Spulenpaare 5 gemäß der ersten Ausführungsform die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7, die spiralförmig/schraubenförmig auf den I-förmigen Kern 4 des Magnetkerns 2 gewickelt sind, so dass die jeweiligen Windungsbereiche abwechselnd in X-Richtung angeordnet sind. Die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 enthalten jeweils die parallel verlaufenden Bereiche 11, die zur Unterdrückung der magnetischen Sättigung beitragen, und die nicht-parallel verlaufenden Bereiche 12, die zur Normaltakt-Induktivität beitragen.
Auf diese Weise kann eine Gleichtakt-Drosselspule 1 von geringer Größe erreicht werden, die eine magnetische Sättigung unterdrücken und die Leistung der Reduzierung des Normaltakt-Rauschens verbessern kann, ohne den Magnetkern 2 in X-Richtung zu verlängern.
Bei der ersten oben beschriebenen Ausführungsform wird angenommen, dass die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 in die gleiche Spulenform gebracht werden, aber die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 können auch in unterschiedliche Spulenformen gebracht werden.
Weiterhin enthalten bei der ersten oben beschriebenen Ausführungsform die benachbarte Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 jeweils die parallel verlaufenden Bereiche 11 und die nicht-parallel verlaufenden Bereiche 12 in allen sieben Windungen, aber die benachbarte Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 müssen nur die parallel verlaufenden Bereiche 11 und die nicht-parallel verlaufenden Bereiche 12 in mindestens einer der sieben Windungen enthalten.
Ausführungsform 2
10 ist eine Frontansicht zur Veranschaulichung einer Gleichtakt-Drosselspule gemäß einer zweiten Ausführungsform zur Durchführung der vorliegenden Erfindung. 11 ist eine Unteransicht zur Veranschaulichung der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der zweiten Ausführungsform zur Durchführung der vorliegenden Erfindung. 12 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Spulenpaares bei der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der zweiten Ausführungsform. 13 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung des Spulenpaares und eines Metallgehäuses bei der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der zweiten Ausführungsform. 14 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Spulenpaares und eines Metallgehäuses in einer Gleichtakt-Drosselspule eines Vergleichsbeispiels.
Gemäß 10 bis 12 besitzen die Spulenpaare 21 eine Pluspol-Spule 22 als erste Polspule und eine Minuspol-Spule 23 als zweite Polspule. Die Pluspol-Spule 22 hat einen Windungsbereich mit einer in Z-Richtung größeren Form als der Windungsbereich der Minuspol-Spule 23. Die Pluspol-Spule 22 und die Minuspol-Spule 23 sind in jeweils sieben Windungen auf den I-förmigen Kern 4 gewickelt, so dass die jeweiligen Windungsbereiche abwechselnd in X-Richtung angeordnet sind.
Ein Metallgehäuse 25 als Metallteil befindet sich auf der dem U-förmigen Kern 3 in Z-Richtung gegenüberliegenden Seite des I-förmigen Kerns 4. Die Pluspol-Spule 22 und die Minuspol-Spule 23 des I-förmigen Kerns 4 sind so angeordnet, dass äußere, dem U-förmigen Kern 3 in Z-Richtung gegenüberliegende Umfangsteile über einen flachplattenförmigen Isolator 24 mit dem Metallgehäuse 25 in Kontakt stehen und so vom Metallgehäuse 25 gehalten werden. Die Pluspol-Spule 22 ragt somit in Z-Richtung gegenüber dem Metallgehäuse 25 in Bezug auf die Minuspol-Spule 23 auf einer gegenüberliegenden Seite hervor.
Bei dieser Anordnung enthalten die Pluspol-Spule 22 und die Minuspol-Spule 23 jeweils, wie in 12 dargestellt, parallel verlaufende Bereiche 11 als überlappende Bereiche und einen nicht-parallel verlaufenden Bereich 12 als nicht überlappende Bereiche. Die Pluspol-Spule 22 und die Minuspol-Spule 23 überlappen sich in den überlappenden Bereichen und überlappen sich nicht in dem nicht überlappenden Bereich, in der X-Richtung gesehen. In diesem Beispiel besteht das Metallgehäuse 25 aus einem Metallmaterial, wie beispielsweise Kupfer, Eisen oder Aluminium.
Die übrige Konfiguration ist die gleiche wie bei der ersten oben beschriebenen Ausführungsform.
Bei der Gleichtakt-Drosselspule 1A gemäß der zweiten Ausführungsform werden die Pluspol-Spule 22 und die Minuspol-Spule 23 spiralförmig/schraubenförmig auf den I-förmigen Kern 4 des Magnetkerns 2 gewickelt, so dass die jeweiligen Windungsbereiche abwechselnd in X-Richtung angeordnet sind. Weiterhin enthalten die Pluspol-Spule 22 und die Minuspol-Spule 23 jeweils die parallel verlaufenden Bereiche 11, die zur Unterdrückung einer magnetischen Sättigung beitragen, und den nicht-parallel verlaufenden Bereich 12, der zur Normaltakt-Induktivität beiträgt. Daher werden auch bei der zweiten Ausführungsform die gleichen Effekte wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erzielt.
In jedem parallel verlaufenden Bereich 11 heben sich die magnetischen Flüsse Φ, die durch Ströme erzeugt werden, die durch die benachbarte Pluspol-Spule 22 und Minuspol-Spule 23 fließen, gegenseitig auf. Im nicht-parallelen verlaufenden Bereich 12 heben sich die magnetischen Flüsse Φ, die durch Ströme erzeugt werden, die durch die benachbarten Pluspol-Spule 22 und Minuspol-Spule 23 fließen, nicht gegenseitig auf. Somit wird, wie in 13 und 14 dargestellt, ein magnetischer Streufluss erzeugt.
Bei der Gleichtakt-Drosselspule des Vergleichsbeispiels liegt, wie in 14 dargestellt, der nicht-parallel verlaufende Bereich 12 des Spulenpaares 21A näher am Metallgehäuse 25. Bei dieser Anordnung verbindet sich der Streumagnetfluss mit dem Metallgehäuse 25 und wird dadurch unterbrochen. Dadurch wird sein Beitrag zur Normaltakt-Induktivität verringert.
Dagegen ist bei der Gleichtakt-Drosselspule 1A der zweiten Ausführungsform, wie in 13 dargestellt, neben dem Metallgehäuse 25 der nicht-parallel verlaufende Bereich 12 des Spulenpaares 21 vorgesehen. Bei dieser Anordnung ist der Streumagnetfluss nicht mit dem Metallgehäuse 25 verbunden und wird somit nicht unterbrochen. Folglich wird sein Beitrag zur Normaltakt-Induktivität erhöht.
Wie oben beschrieben, ist gemäß der zweiten Ausführungsform neben dem Metallgehäuse 25 der nicht-parallel verlaufende Bereich 12 des Spulenpaares 21 vorgesehen. Der Streumagnetfluss im nicht-parallel verlaufenden Bereich 12 interagiert also nicht mit dem Metallgehäuse 25, so dass die Normaltakt-Induktivität im Vergleich zum Fall, dass der Streumagnetfluss mit dem Metallgehäuse 25 interagiert, effektiver verbessert wird.
Bei der zweiten oben beschriebenen Ausführungsform ist das Metallgehäuse 25 auf der dem U-förmigen Kern 3 gegenüberliegenden Seite des I-förmigen Kerns 4 des Spulenpaares 21 vorgesehen, aber das Metallgehäuse 25 kann auf der Seite des U-förmigen Kerns 3 des I-förmigen Kerns 4 des Spulenpaares 21 oder auf einer Seite des Spulenpaares 21 in Y-Richtung vorgesehen werden. Auch in diesem Fall ist der nicht-parallel verlaufende Bereich 12 auf der dem Metallgehäuse 25 gegenüberliegenden Seite des I-förmigen Kerns 4 vorgesehen.
Darüber hinaus wird bei der zweiten oben beschriebenen Ausführungsform das zugeordnete Metallgehäuse 25 als Metallteil zur Aufnahme des Spulenpaares 21 verwendet, aber das Metallteil kann z.B. auch ein Gehäuse einer Vorrichtung sein, an dem die Gleichtakt-Drosselspule montiert ist, ein Kühlkörper, der zur Kühlung der Gleichtakt-Drosselspule konfiguriert ist, oder eine Masse für ein Substrat, an dem die Gleichtakt-Drosselspule montiert ist. Auch in diesem Fall werden die Spulenpaare von einem solchen Metallteil über einen Isolator gehalten. Der nicht-parallel verlaufende Bereich 12 des Spulenpaares 21 muss nur auf einer dem Metallteil gegenüberliegenden Seite, wie z.B. dem Gehäuse, dem Kühlkörper oder der Masse für das Substrat, des I-förmigen Kerns, vorgesehen werden.
Ausführungsform 3
15 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung einer Gleichtakt-Drosselspule gemäß einer dritten Ausführungsform zur Durchführung der vorliegenden Erfindung.
In 15 werden Hilfsmagnetkerne 30 in rechteckiger Säulenform jeweils in einen von der Pluspol-Spule 6 und der Minuspol-Spule 7 umgebenen Raum in nicht-parallel verlaufenden Bereichen 12 so eingefügt, dass sie sich von einem Ende zum anderen Ende des Raumes in X-Richtung erstrecken.
Die übrige Konfiguration ist die gleiche wie bei der ersten oben beschriebenen Ausführungsform.
Auch in einer Gleichtakt-Drosselspule 1B der dritten Ausführungsform werden die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 spiralförmig/schraubenförmig auf den I-förmigen Kern 4 des Magnetkerns 2 gewickelt, so dass die jeweiligen Windungsbereiche abwechselnd in X-Richtung angeordnet sind. Weiterhin enthalten die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 jeweils parallel verlaufende Bereiche 11, die zur Unterdrückung der magnetischen Sättigung beitragen, und die nicht-parallel verlaufenden Bereiche 12, die zur Normaltakt-Induktivität beitragen. Daher ergeben sich auch bei der dritten Ausführungsform die gleichen Effekte wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Bei der Gleichtakt-Drosselspule 1B sind die Hilfsmagnetkerne 30 jeweils in dem von der Pluspol-Spule 6 und der Minuspol-Spule 7 umgebenen Raum in den nicht-parallel verlaufenden Bereichen 12 vorgesehen. Mit dieser Anordnung kann die Gleichtakt-Drosselspule 1B der dritten Ausführungsform die Normaltakt-Induktivität ohne Volumenvergrößerung gegenüber der ersten Ausführungsform, bei der die Hilfsmagnetkerne 30 nicht in den von der Pluspol-Spule 6 und der Minuspol-Spule 7 umgebenen Raum in den nicht-parallel verlaufenden Bereichen 12 eingefügt sind, effektiver verbessern.
Bei der oben beschriebenen dritten Ausführungsform sind die Hilfsmagnetkerne 30 in dem von der Pluspol-Spule 6 und der Minuspol-Spule 7 umgebenen Raum in den nicht-parallel verlaufenden Bereichen 12 in der Gleichtakt-Drosselspule 1 der ersten Ausführungsform vorgesehen, aber selbst wenn die Hilfsmagnetkerne 30 in dem von der Pluspol-Spule und der Minuspol-Spule umgebenen Raum in dem nicht-parallel verlaufenden Bereich in der Gleichtakt-Drosselspule der anderen Ausführungsformen vorgesehen sind, können die gleichen Effekte erzielt werden.
Ferner können bei der dritten Ausführungsform die Hilfsmagnetkerne 30 aus dem gleichen magnetischen Material wie der Magnetkern 2 oder aus einem anderen magnetischen Material gebildet werden.
Ausführungsform 4
16 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung einer Gleichtakt-Drosselspule gemäß einer vierten Ausführungsform zur Durchführung der vorliegenden Erfindung.
In 16 werden Metallplatten 31 als Wärmeabführungselemente mit rechteckiger Zylinderstruktur jeweils in einen von der Pluspol-Spule 6 und der Minuspol-Spule 7 umgebenen Raum in nicht-parallel verlaufenden Bereichen 12 so eingesetzt, dass sie sich von einem Ende zum anderen Ende des Raumes in X-Richtung erstrecken.
Die Metallplatten 31 werden jeweils über einen Isolator 32 in Kontakt mit den den Raum begrenzenden inneren Umfangswandflächen der Pluspol-Spule 6 und der Minuspol-Spule 7 in den Raum eingefügt. In diesem Beispiel wird für die Metallplatte 31 Kupfer, Eisen, Aluminium oder ein anderes metallisches Material verwendet. Die übrige Konfiguration ist die gleiche wie bei der ersten oben beschriebenen Ausführungsform.
Auch bei der Gleichtakt-Drosselspule 1C der vierten Ausführungsform werden die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 spiralförmig/schraubenförmig auf den I-förmigen Kern 4 des Magnetkerns 2 gewickelt, so dass die jeweiligen Windungsbereiche abwechselnd in X-Richtung angeordnet sind. Weiterhin enthalten die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 jeweils parallel verlaufende Bereiche 11, die zur Unterdrückung der magnetischen Sättigung beitragen, und die nicht-parallel verlaufenden Bereiche 12, die zur Normaltakt-Induktivität beitragen. Daher ergeben sich auch bei der vierten Ausführungsform die gleichen Effekte wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Bei der Gleichtakt-Drosselspule 1C sind die Metallplatten 31 jeweils in dem von der Pluspol-Spule 6 und der Minuspol-Spule 7 umgebenen Raum in den nicht-parallel verlaufenden Bereichen 12 so vorgesehen, dass sie über den Isolator 32 mit der Pluspol-Spule 6 und der Minuspol-Spule 7 in Kontakt stehen. So kann die Gleichtakt-Drosselspule 1C der vierten Ausführungsform die wärmeabgebende Eigenschaft des Spulenpaares 5 verbessern, ohne ihr Volumen gegenüber der ersten Ausführungsform zu vergrößern, bei der die Metallplatten 31 nicht in dem von der Pluspol-Spule 6 und der Minuspol-Spule 7 in den nicht-parallel verlaufenden Bereichen 12 umgebenen Raum vorgesehen sind.
Weiterhin unterbrechen die Metallplatten 31 nicht den Streumagnetfluss, der von den nicht-parallel verlaufenden Bereichen 12 erzeugt wird, und somit wird ein Effekt der Verbesserung der Normaltakt-Induktivität, der durch die Bereitstellung der nicht-parallel verlaufenden Bereiche 12 erreicht wird, nicht behindert.
Bei der oben beschriebenen vierten Ausführungsform werden die Metallplatten 31 jeweils in den von der Pluspol-Spule 6 und der Minuspol-Spule 7 umgebenen Raum in den nicht-parallel verlaufenden Bereichen 12 bei der Gleichtakt-Drosselspule 1 der ersten Ausführungsform eingesetzt; aber auch wenn die Metallplatte 31 in den von der Pluspol-Spule und der Minuspol-Spule umgebenen Raum in den nicht-parallel verlaufenden Bereich bei der Gleichtakt-Drosselspule der anderen Ausführungsformen eingesetzt wird, können die gleichen Effekte erzielt werden.
Ferner ist bei der oben beschriebenen vierten Ausführungsform jede der Metallplatten 31 innen hohl, aber in das Innere jeder der Metallplatten 31 kann ein Harzmaterial eingefüllt werden, oder der Hilfsmagnetkern 30 bei der dritten Ausführungsform kann in das Innere jeder der Metallplatten 31 eingesetzt werden.
Weiterhin werden in den oben beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsformen die Pluspol-Spule und die Minuspol-Spule in jeweils sieben Windungen spiralförmig/schraubenförmig auf den I-förmigen Kern aufgewickelt, so dass die jeweiligen Windungsbereiche abwechselnd in X-Richtung angeordnet sind, wobei die Anzahl der Windungen der Pluspol-Spule und der Minuspol-Spule nicht auf sieben begrenzt ist und nur eine Vielzahl von Windungen angeordnet sein muss.
Ausführungsform 5
17 ist eine Frontansicht zur Veranschaulichung einer Gleichtakt-Drosselspule gemäß einer fünften Ausführungsform zur Durchführung der vorliegenden Erfindung. 18 ist eine Ansicht von unten zur Veranschaulichung der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der fünften Ausführungsform zur Durchführung der vorliegenden Erfindung.
In 17 und 18 werden die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 gebildet, indem ein Kupfer-Rechteckleiter auf den I-förmigen Kern 4 spiralförmig/schraubenförmig gewickelt wird, so dass sechs der sieben Windungen abwechselnd in X-Richtung angeordnet sind.
Die übrige Konfiguration ist die gleiche wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Bei der Gleichtakt-Drosselspule 1D gemäß der fünften Ausführungsform werden die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 spiralförmig/schraubenförmig auf den I-förmigen Kern 4 des Magnetkerns 2 gewickelt, so dass die jeweiligen Windungsbereiche abwechselnd in X-Richtung angeordnet sind. Weiterhin enthalten die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 jeweils parallel verlaufende Bereiche 11, die zur Unterdrückung der magnetischen Sättigung beitragen, und nicht-parallel verlaufende Bereiche 12, die zur Normaltakt-Induktivität beitragen. Daher ergeben sich auch bei der fünften Ausführungsform die gleichen Effekte wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Bei der Gleichtakt-Drosselspule 1D sind die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 auf dem I-förmigen Kern 4 angeordnet und um eine Umdrehung in X-Richtung verschoben. D.h. die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 sind durch die kombinierte Verwendung der bifilaren Wicklung und der Querschnittswicklung konfiguriert, so dass es möglich ist, die Leistung der Reduzierung des Normaltakt-Rauschens bei gleichzeitiger Unterdrückung der magnetischen Sättigung zu verbessern.
Bei der oben beschriebenen fünften Ausführungsform sind die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 so angeordnet, dass von den insgesamt sieben Windungen abwechselnd sechs Windungen in X-Richtung angeordnet sind und die verbleibende eine Windung an die entsprechende Spule angrenzt. Das heißt, die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 sind so angeordnet, dass sechs Windungen der insgesamt sieben Windungen jeweils einer anderen Polspule und die verbleibende eine Windung derselben Polspule benachbart sind. Die Anzahl der an eine andere Polspule angrenzenden Windungen der insgesamt sieben Windungen ist jedoch nicht auf sechs begrenzt und kann sechs zu eins betragen.
Ferner ist die Anzahl der Windungen der Pluspol-Spule 6 und der Minuspol-Spule 7 nicht auf jeweils sieben begrenzt. Das heißt, die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 können so angeordnet werden, dass M Windungen von insgesamt N Windungen jeweils an eine andere Polspule und (N-M) Windungen jeweils an dieselbe Polspule angrenzen. Hier ist N eine ganze Zahl von 2 oder mehr, und M ist eine ganze Zahl von 1 oder größer und (N-1) oder weniger.
Übrigens kann dann, wenn die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 nur den parallel verlaufenden Bereich 11 enthalten, die Normaltakt-Induktivität nur im Verhältnis der Windungszahl N und der Windungszahl M eingestellt werden.
Bei der fünften Ausführungsform enthalten die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 jeweils die parallel verlaufenden Bereiche 11 und die nicht-parallel verlaufenden Bereiche 12, so dass die Normaltakt-Induktivität auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann.
Bei der oben beschriebenen fünften Ausführungsform sind die Pluspol-Spule 6 und die Minuspol-Spule 7 bei der Gleichtakt-Drosselspule 1 der ersten Ausführungsform so angeordnet, dass von den insgesamt sieben Windungen abwechselnd sechs Windungen in X-Richtung angeordnet sind und die verbleibende eine Windung an die gleiche Polspule angrenzt, aber selbst wenn die Pluspol-Spule und die Minuspol-Spule bei der Gleichtakt-Drosselspule der anderen Ausführungsformen so angeordnet sind, dass sechs Windungen der insgesamt sieben Windungen abwechselnd in X-Richtung angeordnet sind, und die verbleibende eine Windung an die selbe Polspule angrenzt, können die gleichen Effekte erzielt werden.
Ausführungsform 6
19 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Spulenpaares in einer Gleichtakt-Drosselspule gemäß einer sechsten Ausführungsform zur Durchführung der vorliegenden Erfindung. 20 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung des Spulenpaares bei der Gleichtakt-Drosselspule gemäß der sechsten Ausführungsform zur Durchführung der vorliegenden Erfindung.
Wie in 19 und 20 dargestellt, enthält ein Spulenpaar 40 eine Pluspol-Spule 41, die eine erste Polspule mit einer Windung ist, und eine Minuspol-Spule 42, die eine zweite Polspule mit einer Windung ist. Die Pluspol-Spule 41 und die Minuspol-Spule 42 sind, obwohl nicht dargestellt, auf den I-förmigen Kern gewickelt, der ein Wicklungsbereich des Magnetkerns ist, so dass sie nebeneinander liegen.
Ferner enthalten die Pluspol-Spule 41 und die Minuspol-Spule 42 jeweils parallel verlaufende Bereiche 11 als überlappende Bereiche und einen nicht-parallel verlaufenden Bereich 12 als nicht überlappende Bereiche. Die Pluspol-Spule 41 und die Minuspol-Spule 42 überlappen sich in den überlappenden Bereichen und überlappen sich nicht in dem nicht überlappenden Bereich, in X-Richtung gesehen.
Die übrige Konfiguration ist die gleiche wie bei der ersten oben beschriebenen Ausführungsform.
Auch bei der sechsten Ausführungsform werden die Pluspol-Spule 41 mit einer Windung und die Minuspol-Spule 42 mit einer Windung auf den I-förmigen Kern des Magnetkerns gewickelt, so dass sie in X-Richtung nebeneinander liegen. Weiterhin enthalten die Pluspol-Spule 41 und die Minuspol-Spule 42 jeweils in einer Windung die parallel verlaufenden Bereiche 11, die zur Unterdrückung der magnetischen Sättigung beitragen, und den nicht-parallel verlaufenden Bereich 12, der zur Normaltakt-Induktivität beiträgt. Daher werden auch bei der sechsten Ausführungsform die gleichen Effekte wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erzielt.
Wie bei der sechsten Ausführungsform beschrieben, werden auch bei der Pluspol-Spule und der Minuspol-Spule als Ein-Windungs-Spulen die Effekte der vorliegenden Erfindung erzielt. So ist gemäß der vorliegenden Erfindung lediglich erforderlich, dass die Pluspol- und die Minuspol-Spule in Längsrichtung des I-förmigen Kerns spiralförmig/schraubenförmig um eine oder mehrere Windungen gewickelt werden und dass die Pluspol-Spule und die Minuspol-Spule auf dem I-förmigen Kern so angeordnet werden, dass eine oder mehrere Windungen nebeneinander liegen und jeweils in mindestens einer Windung der benachbarten Pluspol- und Minus-Polspule den parallel verlaufenden Bereich und den nicht-parallel verlaufenden Bereich einschließen.
Weiterhin kann auch bei der oben beschriebenen sechsten Ausführungsform, ähnlich wie bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform, neben dem nicht-parallel verlaufenden Bereich 12 des Spulenpaares 40 auch das Metallgehäuse 25 vorgesehen werden.
Weiterhin kann auch bei der oben beschriebenen sechsten Ausführungsform der Hilfsmagnetkern 30 in einen von der Pluspol-Spule 41 und der Minuspol-Spule 42 umgebenen Raum im nicht-parallel verlaufenden Bereich 12 eingefügt werden.
Ebenfalls bei der oben beschriebenen sechsten Ausführungsform kann die Metallplatte 31 in dem von der Pluspol-Spule 41 und der Minuspol-Spule 42 umgebenen Raum im nicht-parallel verlaufenden Bereich 12 so angebracht werden, dass sie über den Isolator 32 mit der Pluspol-Spule 41 und der Minuspol-Spule 42 in Kontakt steht.
Ferner wird in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen der Magnetkern einschließlich des U-förmigen Kerns und des I-förmigen Kerns übernommen, aber der Magnetkern ist nicht auf den Kern beschränkt, der durch Kombination des U-förmigen Kerns und des I-förmigen Kerns erhalten wird, sondern kann z.B. ein Kern sein, der durch Kombination eines U-förmigen Kerns und eines U-förmigen Kerns erhalten wird, ein Ringkern oder ein anderer Kern.
Weiterhin wird in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen ein Kupfer-Rechteckleiter als Material für die Pluspol-Spule und die Minuspol-Spule verwendet. Es können aber auch andere hochleitende Materialien, z.B. ein Aluminium-Rechteckleiter, verwendet werden. Weiterhin wird der rechteckige Leiter als Material für die Pluspol- und Minuspol-Spule verwendet; es kann aber auch ein Leiter mit kreisförmigem Querschnitt verwendet werden.
Ferner werden in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen die Pluspol-Spule und die Minuspol-Spule zu Spulen mit einer rechteckigen Zylinderform geformt, aber die Spulenform ist nicht auf eine rechteckige Zylinderform beschränkt.
Bezugszeichenliste

2: Magnetkern
4: I-förmiger Kern (Wicklungsbereich)
5: Spulenpaar
6: Pluspol-Spule
7: Minuspol-Spule
11: parallel verlaufender Bereich
12: nicht-parallel verlaufender Bereich
21: Spulenpaar
22: Pluspol-Spule
23: Minuspol-Spule
25: Metallgehäuse (Metallteil)
30: Hilfsmagnetkern
31: Metallplatte (Wärmeabführungselement)
40: Spulenpaar
41: Pluspol-Spule
42: Minuspol-Spule

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 7029775 A [0007]
JP 11214229 A [0007]
JP 2002246244 A [0007]

Claims

Gleichtakt-Drosselspule, die Folgendes aufweist: - einen Magnetkern; und - ein Spulenpaar, das auf einen Wicklungsbereich des Magnetkerns gewickelt ist, wobei das Spulenpaar eine erste Polspule und eine zweite Polspule beinhaltet, die jeweils spiralförmig/schraubenförmig mit N Windungen in der Längsrichtung des Wicklungsbereichs auf den Wicklungsbereich gewickelt sind, und wobei die erste Polspule und die zweite Polspule auf dem Wicklungsbereich so angeordnet sind, dass eine oder mehrere Windungen der N Windungen nebeneinander liegen, und die erste Polspule und die zweite Polspule jeweils einen parallel verlaufenden Bereich und einen nicht-parallel verlaufenden Bereich aufweisen, wobei die erste Polspule und die zweite Polspule einander im parallel verlaufenden Bereich überlappen und in einer Richtung orthogonal zur Längsrichtung des Wicklungsbereichs im nicht-parallel verlaufenden Bereich in mindestens einer Windung der erste Polspule und der benachbarten zweite Polspule, in der Längsrichtung des Wicklungsbereichs gesehen, voneinander getrennt sind, wobei N eine ganze Zahl von 1 oder größer ist.
Gleichtakt-Drosselspule nach Anspruch 1, die ferner ein Metallteil aufweist, das so konfiguriert ist, dass es einen äußeren peripheren Bereich des Spulenpaares hält, der sich auf einer Seite des Wicklungsbereichs befindet, in Längsrichtung des Wicklungsbereichs gesehen, wobei der nicht-parallel verlaufende Bereich auf einer dem Metallteil gegenüberliegenden Seite des Wicklungsbereichs des Spulenpaares vorgesehen ist.
Gleichtakt-Drosselspule nach Anspruch 2, wobei das Metallteil eine Wärmesenke oder ein Kühlkörper ist, der zur Kühlung des Spulenpaares konfiguriert ist.
Gleichtakt-Drosselspule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die einen Hilfsmagnetkern aufweist, der in einen Raum eingefügt ist, der von dem nicht-parallelen verlaufender Bereich umgeben ist.
Gleichtakt-Drosselspule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ein Wärmeabführungselement aufweist, das in einen Raum eingefügt ist, der von dem nicht-parallelen verlaufender Bereich umgeben ist.