DE112020005719T5

DE112020005719T5 - Rauschfilter, rauschfiltervorrichtung und energieumwandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112020005719T5
Application number: DE112020005719.4T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Taniguchi; Hiroki Funato
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2022-10-06
Also published as: JP2021118476A; JP7454952B2; WO2021152888A1

Abstract

Es wird ein Rauschfilter bereitgestellt, der umfasst: einen Magnetkern, der eine Magnetkerndurchgangsöffnung und eine Magnetkernaußenfläche umfasst; und eine Vielzahl von Stromschienen, welche jeweils einen Stromschienenpenetrationsabschnitt, der in der Magnetkerndurchgangsöffnung angeordnet ist, und eine Stromschienenaußenfläche umfassen, die entlang der Magnetkernaußenfläche angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rauschfilter, eine Rauschfiltervorrichtung und eine Energieumwandlungsvorrichtung.
Hintergrund
Typischerweise sind ein Motor und eine Energieversorgung elektrisch über eine Stromschiene verbunden. Ein Strom, der durch die Stromschiene fließt, ist ein relativ großer Strom und ein Magnetfeld, das durch den durch die Stromschiene fließenden Strom erzeugt wird, dient als eine Quelle zur Erzeugung von Rauschen (elektromagnetisches Rauschen). Dementsprechend ist es notwendig, einen negativen Effekt auf umgebende elektronische Geräte zu verhindern.
PTL 1 offenbart eine Stromschieneneinheit, umfassend: einen Magnetkern, der ein magnetisches Material aufweist, das dazu konfiguriert ist, ein elektromagnetisches Rauschen zu blockieren, das ein durch eine Stromschiene fließender Strom erzeugt, und der eine Durchgangsöffnung in einem zentralen Abschnitt des Magnetkerns aufweist; und drei Stromschienen, die in der Durchgangsöffnung des Magnetkerns ausgerichtet und eingefügt sind.
Zitatliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2018-50417A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Um einen Filtereffekt zu erhöhen und Rauschen zu unterdrücken, ist es in der herkömmlichen Technik notwendig, eine Größe des Magnetkerns zu vergrößern, dessen Material sehr kostspielig ist; und folglich erfordert die Stromschieneneinheit einen erheblichen Anstieg der Kosten.
Lösung des Problems
Ein Rauschfilter gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise: einen Magnetkern, der eine Magnetkerndurchgangsöffnung und eine Magnetkernaußenfläche umfasst; und eine Vielzahl von Stromschienen, von denen jede einen Stromschienenpenetrationsabschnitt, der in der Magnetkerndurchgangsöffnung angeordnet ist, und eine Stromschienenaußenfläche umfasst, die entlang der Magnetkernaußenfläche angeordnet ist.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt einen Rauschfilter bereit, der dazu konfiguriert ist, ohne eine Vergrößerung eines Magnetkerns einen Filtereffekt zu erhöhen, so dass Rauschen unterdrückt wird.
Probleme, Konfigurationen und Effekte zusätzlich zu den oben beschriebenen werden nachfolgend in Beschreibungen der Ausführungsformen verdeutlicht.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Rauschfilters gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Querschnittsansicht des Rauschfilters gemäß der ersten Ausführungsform.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Rauschfilters gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
4 ist eine Querschnittsansicht, die ein zweites Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
5 ist eine Teilquerschnittsansicht des Rauschfilters gemäß der ersten Ausführungsform.
6 veranschaulicht ein Beispiel einer Berechnung basierend auf einer Simulation eines Elektromagnetfelds.
7 ist eine Querschnittsansicht eines Rauschfilters gemäß einer Modifikation.
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Rauschfilters gemäß einer zweiten Ausführungsform.
9 ist eine Querschnittsansicht des Rauschfilters gemäß der zweiten Ausführungsform.
10 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Rauschfiltervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
11 ist ein weiteres Konfigurationsdiagramm der Rauschfiltervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform.
12 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die nachstehenden Beschreibungen und die beigefügten Zeichnungen sind lediglich veranschaulichend zur Vereinfachung der Beschreibung der vorliegenden Erfindung und werden weggelassen oder vereinfacht, falls dies zur Verdeutlichung der Beschreibung geeignet ist. Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Weisen implementiert werden. Jede Komponente kann im Singular oder Plural stehen, es sei denn, sie ist anders eingeschränkt.
Eine Position, Größe, Form, ein Bereich oder dergleichen einer jeden Komponente, die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht wird, muss nicht notwendigerweise eine aktuelle Position, Größe, Form, einen Bereich oder dergleichen darstellen, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen. Entsprechend ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf die Position, Größe, Form, den Bereich oder dergleichen beschränkt, der in den beigefügten Zeichnungen offenbart wird.
Erste Ausführungsform
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Rauschfilters 100 gemäß dieser Ausführungsform.
Wie in 1 veranschaulicht, umfasst der Rauschfilter 100 einen Magnetkern 200 und drei Stromschienen als eine Stromschiene 300, eine Stromschiene 400 und eine Stromschiene 500. Der Magnetkern 200, der eine Quaderform aufweist, umfasst eine Durchgangsöffnung 600. Die drei Stromschienen als die Stromschienen 300, 400 und 500 durchdringen jeweils die Durchgangsöffnung 600. In dieser Ausführungsform sind die Stromschienen 300, 400 und 500 entsprechend einer Dreiphasen-Wechselstrom-Energie (Dreiphasen-AC-Energie) als eine U-Phasen-Stromschiene, eine V-Phasen-Stromschiene und eine W-Phasen-Stromschiene angeordnet; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und alternativ können eine Vielzahl von (zwei oder mehr) Stromschienen für die jeweiligen Phasen angeordnet sein. Zusätzlich weist der Magnetkern 200 in den obigen Beschreibungen die Quaderform auf, kann jedoch alternativ eine Quaderform mit vier abgerundeten Ecken oder beliebige andere Formen aufweisen.
2 ist eine Querschnittsansicht des Rauschfilters 100 gemäß dieser Ausführungsform und ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie A-A in 1 entnommen wurde.
Wie in 2 veranschaulicht, umgibt die Stromschiene 300 als die U-Phasen-Stromschiene eine Außenfläche eines ersten Magnetkerns 200a als eine Seite des Magnetkerns 200, durchdringt die Durchgangsöffnung 600 des Magnetkerns 200 und umgibt eine Außenfläche eines zweiten Magnetkerns 200b als die andere Seite des Magnetkerns 200. Mit anderen Worten umfasst die Stromschiene 300 (U-Phase) sechs Außenflächen als Stromschienenaußenflächen 301, 302, 303, 304, 305 und 306 und die sechs Stromschienenaußenflächen 301, 302, 303, 304, 305 und 306 sind entlang sechs Außenflächen des Magnetkerns 200 als Magnetkernaußenflächen 201, 202, 203, 204, 205 und 206 angeordnet. Ferner umfasst die Stromschiene 300 (U-Phase) einen Stromschienenpenetrationsabschnitt 307, der in der Durchgangsöffnung 600 des Magnetkerns 200 angeordnet ist. Die Stromschiene 300 (U-Phase) ist an einen Verbindungsabschnitt 308 angeschweißt. Jede der Stromschienen 400 (V-Phase) und der Stromschiene 500 (W-Phase) weist eine der Stromschiene 300 (U-Phase) ähnliche Struktur auf.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Rauschfilters 100' gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
In dem ersten Vergleichsbeispiel umfasst der Rauschfilter 100', wie in 3 veranschaulicht, einen Magnetkern 200 und drei Stromschienen als Stromschienen 300', 400' und 500'. Der Magnetkern 200 weist eine Quaderform auf und umfasst eine Durchgangsöffnung 600, ähnlich zu dem Magnetkern 200 dieser Ausführungsform. Die drei Stromschienen 300', 400' und 500' entsprechen jeweils den U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Stromschienen. Der Rauschfilter 100' unterscheidet sich hier von dem Rauschfilter 100 dieser Ausführungsform darin, dass die Stromschienen 300', 400' und 500' jeweils die Durchgangsöffnung 600 geradlinig durchdringen. In dem ersten Vergleichsbeispiel weisen die Stromschienen 300', 400' und 500' eine Induktivität (Gleichtaktinduktivität) von 815,9 nH an den jeweiligen Stromschienenpenetrationsabschnitten 307', 407' und 507' auf.
Der Magnetkern 200 erhöht einen magnetischen Fluss, der durch durch die Stromschienen 300', 400' und 500' fließende Ströme erzeugt wird, so dass eine Induktivitätskomponente jeder der Stromschienen 300', 400' und 500' erhöht wird. Mit dieser Konfiguration erhöht der Magnetkern 200 den Filtereffekt. Die Erhöhung der Induktivitätskomponente ist hier invers-proportional zu einem magnetischen Widerstand, der von dem Magnetfeld wahrgenommen wird, das der Strom erzeugt, der den Magnetkern 200 durchdringt. Somit wird die Induktivitätskomponente effektiv erhöht, wenn der Magnetkern 200 vergrößert wird. Andererseits erfordert der vergrößerte Magnetkern 200 ein kostspieliges Material, was eine erhebliche Erhöhung der Kosten verursacht.
4 ist eine Querschnittsansicht, die ein zweites Vergleichsbeispiel veranschaulicht. In dem zweiten Vergleichsbeispiel ist der Magnetkern 200 der 3 nicht enthalten und sind nur die Stromschienen 300', 400' und 500' enthalten. Wie in 4 veranschaulicht, erzeugt der durch die Stromschiene 300' fließende Strom um die Stromschienen 300' einen Magnetpfad 800 des Magnetflusses. Der Magnetfluss, der durch den durch die Stromschiene 300' fließenden Strom erzeugt wird, verläuft durch die Luft um den Magnetpfad 800 herum, wodurch ein Effekt erzeugt wird, der die Induktivität erhöht. In dem zweiten Vergleichsbeispiel weist die Stromschiene 300' eine Induktivität (Gleichtaktinduktivität) von 34,2 nH auf.
5 ist eine Teil-Querschnittsansicht des Rauschfilters 100 gemäß dieser Ausführungsform und ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie B-B in 2 entnommen wurde.
Wie in 5 veranschaulicht, umfasst ein Magnetpfad 900 des Magnetflusses, der durch den durch die Stromschienenaußenfläche 302 fließenden Strom erzeugt wird, einen Magnetpfad 900a und einen Magnetpfad 900b; und der Magnetpfad 900a verläuft durch den ersten Magnetkern 200a und der Magnetpfad 900b verläuft durch die Luft. Der Magnetpfad 900a (der durch den ersten Magnetkern 200a verläuft), weist einen erheblich kleineren magnetischen Widerstand auf, als der Magnetpfad 900b (als ein Abschnitt, der durch die Luft verläuft), so dass der magnetische Widerstand, der von dem Magnetfluss wahrgenommen wird, den der durch die Stromschienenaußenfläche 302 fließende Strom erzeugt, erheblich verkleinert ist. Mit dieser Konfiguration erlangt die Stromschienenaußenfläche 302 eine größere Induktivität als die der Stromschiene des zweiten Vergleichsbeispiels, bei dem der Magnetkern 200 nicht enthalten ist. Die Stromschienenaußenfläche 302 und der erste Magnetkern 200a weisen zwischen einander eine Distanz D auf und die Distanz D ist wünschenswerterweise unter Berücksichtigung einer Isolierungsdistanz, die aus Sicherheitsgründen und aufgrund von Toleranzen in der Herstellung erforderlich ist, so klein wie möglich.
In der Querschnittsansicht des Rauschfilters 100 der 2 verläuft der Magnetpfad des Magnetflusses, der durch den durch den Stromschienenpenetrationsabschnitt 307 fließenden Strom erzeugt wird, durch den ersten Magnetkern 200a und den zweiten Magnetkern 200b, wodurch die Induktivität an dem Stromschienenpenetrationsabschnitt 307 erheblich erhöht wird.
6 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die Induktivität basierend auf einer Simulation eines Elektromagnetfelds berechnet wurde.
Wie in 6 veranschaulicht, wurde die Induktivität einer Stromschiene 300a für einen Fall berechnet, dass die Stromschienen 300a an der Magnetkernaußenfläche 202 des Magnetkerns 200 angeordnet wurde (und der Fall entspricht dieser Ausführungsform). Ferner wurde die Induktivität einer Stromschiene 300b für einen Fall berechnet, dass die Stromschiene 300b ausreichend weit weg von dem Magnetkern 200 angeordnet wurde und der Fall entspricht dem zweiten Vergleichsbeispiel. Jede der Stromschienen 300a und 300b weist einen Querschnitt von 15 mm x 5 mm auf und der Magnetkern 200 weist eine Dicke T von 20 mm auf.
In dem Fall, der dieser Ausführungsform entspricht, betrug die Induktivität pro Einheitslänge der Stromschienenaußenfläche 302 der Stromschiene 300a 1,38 nH/mm. Andererseits betrug in dem Fall, der dem zweiten Vergleichsbeispiel entspricht, die Induktivität pro Einheitslänge der Stromschiene 300b 0,58 nH/mm. In dem Fall, bei dem die Stromschiene 300a auf der Magnetkernaußenfläche 202 des Magnetkerns 200 angeordnet ist, war die Induktivität 2,4 mal größer als die Induktivität in dem Fall, bei dem die Stromschiene 300b ausreichend weit weg von dem Magnetkern 200 angeordnet war, so dass die Induktivität an der Magnetkernaußenfläche 202 nachweislich effektiv vergrößert ist.
Als Nächstes wird ein Beispiel, bei dem eine Gleichtaktinduktivität der Ausführungsform berechnet wurde, basierend auf der Simulation des Elektromagnetfelds beschrieben.
In dem Rauschfilter 100 gemäß dieser Ausführungsform der 1 und 2 betrug die Gleichtaktinduktivität, die auf Basis der Simulation des Elektromagnetfelds berechnet wurde, 992,14 nH. Andererseits betrug die Gleichtaktinduktivität in dem ersten Vergleichsbeispiel der 3 815,9 nH. Wenn der Magnetkern 200 der gleichen Größe und des gleichen Materials verwendet wurde, wurde die Gleichtaktinduktivität dieser Ausführungsform um 22% erhöht. Die Erhöhung der Gleichtaktinduktivität verursacht eine Erhöhung des Rauschreduktionseffekts. Ein für jede Stromschiene 300, 400 und 500 verwendetes Metall ist ausreichend günstiger in Stückkosten als das Material des Magnetkerns 200. Somit ist eine Erhöhung der Kosten für die Anordnung jeder Stromschiene 300, 400 und 500, um die Außenfläche des Magnetkerns 200 zu umgeben (wie in 1 und 2 veranschaulicht), innerhalb eines Toleranzbereichs. Anscheinend hat das Metall, das für jede der Stromschienen 300, 400 und 500 verwendet wird, einen ausreichend günstigeren Einheitspreis als das Material des Magnetkerns 200, wenn die Erhöhung der Gleichtaktinduktivität nicht erfordert ist. Somit kann die Größe des Magnetkerns 200 um 22% reduziert werden, was zu einer Reduktion der Kosten führt.
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst jede der Stromschienen 300, 400 und 500 die sechs Stromschienenaußenflächen 301, 302, 303, 304, 305 und 306; und die sechs Stromschienenaußenflächen 301, 302, 303, 304, 305 und 306 sind jeweils entlang der sechs Magnetkernaußenflächen 201, 202, 203, 204, 205 und 206 angeordnet, wodurch verursacht wird, dass alle Magnetkernaußenflächen 201, 202, 203, 204, 205 und 206 effektiv für die signifikante Erhöhung der Induktivität genutzt werden.
Wie beschrieben worden ist, stellt diese Ausführungsform den Rauschfilter 100 bereit, der dazu konfiguriert ist, Leitungsrauschen durch die Verwendung des Magnetkerns 200 für die effektive, signifikante Erhöhung der Induktivität zu reduzieren. Alternativ stellt diese Ausführungsform den Rauschfilter 100 bereit, der dazu konfiguriert ist, die Kosten durch eine Reduzierung der Größe des Magnetkerns anstelle einer Verwendung des Magnetkerns 200 für die effektive Erhöhung der Induktivität zu reduzieren.
Modifikation
7 ist eine Querschnittsansicht eines Rauschfilters 100 gemäß einer Modifikation. Gleiche Elemente wie die der 2 werden hier mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine Stromschiene 300 umgibt wie in 7 veranschaulicht als eine U-Phasen-Stromschiene zwei Außenflächen eines ersten Magnetkerns 200a als eine Seite eines Magnetkerns 200, durchdringt eine Durchgangsöffnung 600 des Magnetkerns 200 und umgibt zwei Außenflächen eines zweiten Magnetkerns 200b als die andere Seite des Magnetkerns 200. Mit anderen Worten umfasst die Stromschiene 300 (U-Phase) vier Außenflächen als Stromschienenaußenflächen 302, 303, 304 und 305 und die vier Stromschienenaußenflächen 302, 303, 304 und 305 sind jeweils entlang vier Außenflächen des Magnetkerns 200 als Magnetkernaußenflächen 202, 203, 204 und 205 angeordnet. Ferner umfasst die Stromschiene 300 (U-Phase) einen Stromschienenpenetrationsabschnitt 307, der in der Durchgangsöffnung 600 des Magnetkerns 200 angeordnet ist. Die Stromschiene 300 (U-Phase) ist an einen Verbindungsabschnitt 308 angeschweißt. Jede Stromschiene 400 (V-Phase) und Stromschiene 500 (W-Phase) weist eine der Stromschiene 300 (U-Phase) ähnliche Struktur auf.
Gemäß der Modifikation umfasst jede der Stromschienen 300, 400 und 500 die vier Stromschienenaußenflächen 302, 303, 304 und 305; und die vier Stromschienenaußenflächen 302, 303, 304 und 305 sind jeweils entlang der vier Magnetkernaußenflächen 202, 203, 204 und 205 angeordnet. Mit dieser Konfiguration werden die Magnetkernaußenflächen 202, 203, 204 und 205 effektiv für die signifikante Erhöhung der Induktivität genutzt.
Zweite Ausführungsform
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Rauschfilters 1100 gemäß dieser Ausführungsform.
Wie in 8 veranschaulicht, umfasst der Rauschfilter 1100 einen Magnetkern 1200 und zwei Stromschienen als eine Stromschiene 1300 und eine Stromschiene 1400. Der Magnetkern 1200, der eine zylindrische Form aufweist, umfasst eine Durchgangsöffnung 600. Die zwei Stromschienen 1300 und 1400 durchdringen jeweils die Durchgangsöffnung 600. In dieser Ausführungsform sind die Stromschienen 1300 und 1400, der Gleichstrom-Energie (DC-Energie) entsprechend, jeweils als eine Anodenstromschiene 1300 und eine Kathodenstromschiene 1400 angeordnet; die folgende Erfindung ist jedoch nicht beschränkt darauf und alternativ können eine Vielzahl von (zwei oder mehr) Stromschienen für jede der Anode und Kathode eingerichtet sein. Zusätzlich weist der Magnetkern 1200 in den obigen Beschreibungen die zylindrische Form auf, er kann jedoch alternativ eine Quaderform oder beliebige andere Formen aufweisen.
9 ist eine Querschnittsansicht des Rauschfilters 110 gemäß dieser Ausführungsform und ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie C-C in 8 entnommen wurde.
Wie in 9 veranschaulicht, umfasst der Magnetkern 1200 eine Magnetkerndurchgangsöffnungsoberfläche 1201 und zu der Durchgangsöffnung 600 des Magnetkerns 1200 senkrechte Magnetkernaußenflächen 1202 und 1203.
Die Anodenstromschiene 1300 ist entlang der Magnetkernaußenfläche 1202 als eine Seite des Magnetkerns 1200 angeordnet, durchdringt die Durchgangsöffnung 600 des Magnetkerns 1200 und ist entlang der Magnetkernaußenfläche 1203 als die andere Seite des Magnetkerns 1200 angeordnet. Mit anderen Worten umfasst die Anodenstromschiene 1300 zwei Stromschienenaußenflächen als Stromschienenaußenflächen 1302 und 1303 zusammen mit einem Stromschienenpenetrationsabschnitt als ein Stromschienenpenetrationsabschnitt 1301. Die zwei Stromschienenaußenflächen 1302 und 1303 sind jeweils entlang der zwei Magnetkernaußenflächen 1202 und 1203 senkrecht zu den Durchgangsöffnungen 600 des Magnetkerns 1200 angeordnet. Der eine Stromschienenpenetrationsabschnitt 1301 ist entlang der Magnetdurchgangsöffnungsoberfläche 1201 als eine Magnetkerndurchgangsoberfläche des Magnetkerns 1200 angeordnet. Die Anodenstromschiene 1300 ist an einen Verbindungsabschnitt 308 angeschweißt.
Die Kathodenstromschiene 1400 ist entlang der Magnetkernaußenfläche 1202 als eine Seite des Magnetkerns 1200 angeordnet, durchdringt die Durchgangsöffnung 600 des Magnetkerns 1200 und ist entlang der Magnetkernaußenfläche 1203 als die andere Seite des Magnetkerns 1200 angeordnet. Mit anderen Worten umfasst die Kathodenstromschiene 1400 zwei Stromschienenaußenflächen als Stromschienenaußenflächen 1402 und 1403 zusammen mit einem Stromschienenpenetrationsabschnitt als ein Stromschienenpenetrationsabschnitt 1401. Die zwei Stromschienenaußenflächen 1402 und 1403 sind entlang der zwei Magnetkernaußenflächen 1202 und 1203 senkrecht zu der Durchgangsöffnung 600 des Magnetkerns 1200 angeordnet. Der eine Stromschienenpenetrationsabschnitt 1401 ist entlang der einen Magnetkerndurchgangsöffnungsoberfläche 1201 angeordnet. Die Kathodenstromschiene 1400 ist an einen Verbindungsabschnitt 308 angeschweißt.
Gemäß dieser Ausführungsform sind die zwei Stromschienenaußenflächen 1302 und 1402 entlang der Magnetkernaußenflächen 1202 angeordnet und die zwei Stromschienenaußenflächen 1303 und 1403 sind entlang der Magnetkernaußenfläche 1203 angeordnet. Entsprechend wird bei einem Vergleich mit dem ersten Vergleichsbeispiel, das in 3 veranschaulicht ist, die Induktivität dieser Ausführungsform effektiv erhöht, auch wenn der Magnetkern 1200 der gleichen Größe und des gleichen Materials verwendet wird. Die zu der Durchgangsöffnung 600 des Magnetkerns 1200 senkrechten Magnetkernaußenflächen 1202 und 1203 können effektiv genutzt werden, so dass die Stromschienen 1300 und 1400 entlang der Magnetkernaußenflächen 1202 und 1203 senkrecht zu der Durchgangsöffnung 600 des Magnetkerns 1200 angeordnet sind.
Dritte Ausführungsform
10 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Rauschfiltervorrichtung 1000. Die Rauschfiltervorrichtung 1000 ist dazu konfiguriert, den in der zweiten Ausführungsform beschriebenen Rauschfilter 1100 zu umfassen.
Wie in 10 veranschaulicht, umfasst die Rauschfiltervorrichtung 1000 eine Anodenstromschiene 1006, eine Anodenstromschiene 1007, eine Kathodenstromschiene 1008 und eine Kathodenstromschiene 1009. Zwischen der Anodenstromschiene 1006 und der Kathodenstromschiene 1008 ist ein erster Kondensator 1010 als ein X-Kondensator angeschlossen. Ferner ist zwischen der Anodenstromschiene 1007 und der Masse oder einem Metallgehäuse ein zweiter Kondensator 1011 als ein Y-Kondensator angeschlossen; und zwischen der Kathodenstromschiene 1009 und der Masse oder dem Metallgehäuse ist ein dritter Kondensator 1012 als ein Y-Kondensator angeschlossen.
Die Anodenstromschiene 1300 (siehe 9) des Rauschfilters 1100 ist mit einem seiner Enden mit der Anodenstromschiene 1006 über ein Terminal 1304 verbunden und mit dem anderen seiner Enden mit der Anodenstromschiene 1007 über ein Terminal 1305 verbunden. Die Kathodenstromschiene 1400 (siehe 9) des Rauschfilters 1100 ist mit einem seiner Enden mit der Kathodenstromschiene 1008 über ein Terminal 1404 verbunden und mit dem anderen seiner Enden mit der Kathodenstromschiene 1009 über ein Terminal 1405 verbunden. Die Terminals 1304, 1305, 1404 und 1405 können mit den Stromschienen verbunden und integral geformt sein. Die Anodenstromschienen 1006 und 1007 umfassen jeweils Terminals 1002 und 1003, welche den Terminals 1304 und 1305 gegenüberliegen, an die der Rauschfilter 1100 angeschlossen ist. Ferner umfassen die Kathodenstromschiene 1008 und 1009 jeweils Terminals 1004 und 1005, die den Terminals 1404 und 1405 gegenüberliegen, an die der Rauschfilter 1100 angeschlossen ist.
11 ist ein weiteres Konfigurationsdiagramm der Rauschfiltervorrichtung 1000. Die Rauschfiltervorrichtung 1000 ist dazu konfiguriert, den in der zweiten Ausführungsform beschriebenen Rauschfilter 1100 zu umfassen und der erste Kondensator 1010 ist an einer sich von der in 10 unterschiedlichen Position angeschlossen.
Wie in 11 veranschaulicht, ist der erste Kondensator 1010 als der X-Kondensator zwischen der Anodenstromschiene 1007 und der Kathodenstromschiene 1009 angeordnet und mit der Anodenstromschiene 1007 und der Kathodenstromschiene 1009 verbunden. Die gleichen Bezeichnungen und Bezugszeichen stellen hier die gleichen Teile der 10 dar und eine detaillierte Beschreibung davon wird gegebenenfalls weggelassen.
In der Rauschfiltervorrichtung 1000 der 10 und 11 glättet der erste Kondensator 1010 eine Veränderung der Spannung (Rauschen), die der DC-Spannung überlagert wird, zwischen der Anodenstromschiene 1006 und der Kathodenstromschiene 1008 oder zwischen der Anodenstromschiene 1007 und der Kathodenstromschiene 1009. Der erste Kondensator 1010 wird typischerweise als der X-Kondensator bezeichnet. Die Kapazität des ersten Kondensators 1010 ist nicht besonders begrenzt und kann auf Basis eines zu unterdrückenden Frequenzbands ermittelt werden; und hauptsächlich wird ein kapazitives Element verwendet, das eine Kapazität von einigen Nanofarad bis einigen Mikrofarad aufweist. Eine Vielzahl von Kondensatoren oder Kapazitäten können hier je nach Bedarf kombiniert werden.
Der zweite Kondensator 1011 glättet eine Veränderung der Spannung (Rauschen), die der Spannung zwischen der Anodenstromschiene 1007 und der Masse oder zwischen der Anodenstromschiene 1007 und dem Metallgehäuse überlagert wird. Der dritte Kondensator 1012 glättet eine Veränderung der Spannung (Rauschen), die der Spannung zwischen der Kathodenstromschiene 1009 und der Masse oder zwischen der Kathodenstromschiene 1009 und dem Metallgehäuse überlagert wird. Der zweite Kondensator 1011 und der dritte Kondensator 1012 werden typischerweise als der Y-Kondensator bezeichnet. Die Kapazität des zweiten Kondensators 1011 und des dritten Kondensators 1012 ist nicht besonders beschränkt und kann auf Basis des zu unterdrückenden Frequenzbands ermittelt werden; und hauptsächlich wird das kapazitive Element verwendet, das die Kapazität von einigen Nanofarad bis einigen Mikrofarad aufweist. Für den zweiten Kondensator 1011 und den dritten Kondensator 1012 können die Vielzahl von Kondensatoren oder Kapazitäten je nach Bedarf kombiniert und mit den Stromschienen verbunden werden.
Vierte Ausführungsform
12 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Energieumwandlungsvorrichtung 1500. Die Energieumwandlungsvorrichtung 1500 ist dazu konfiguriert, den in der ersten Ausführungsform beschriebenen Rauschfilter 100 und die in der dritten Ausführungsform beschriebene Rauschfiltervorrichtung 1000 zu umfassen.
In dieser Ausführungsform ist die Energieumwandlungsvorrichtung 1500 dazu konfiguriert, wechselseitig die DC-Energie und die AC-Energie umzuwandeln, und ist beispielsweise in einem elektrischen Fahrzeug, einem Hybridfahrzeug oder in einem anderen zwischen einer DC-Energieversorgung 1600 und einem Motor 1700 angeordnet und mit der DC-Energieversorgung 1600 und dem Motor 1700 verbunden. Die Energieumwandlungsvorrichtung 1500 wandelt die DC-Energie, die von der DC-Energieversorgung 1600 bereitgestellt wird, in die AC-Energie so um, dass der Motor 1700 angetrieben wird. Gleichzeitig wandelt die Energieumwandlungsvorrichtung 1500 die AC-Energie, die durch die Regeneration des Motors 1700 erzeugt wird, in die DC-Energie so um, dass die DC-Energieversorgung 1600 aufgeladen wird. Die DC-Energieversorgung 1600 kann eine Hochspannungsbatterie von einigen hundert Volt, beispielsweise in dem Hybridfahrzeug sein. Alternativ kann eine AC-Energieversorgung in die DC-Spannung durch einen Konverter umgewandelt werden und als die DC-Energieversorgung 1600 verwendet werden. Beispielsweise erfordert ein medizinisches Gerät, wie beispielsweise ein Röntgendiagnosegerät eine herkömmliche AC-Energieversorgung, so dass die herkömmliche AC-Energieversorgung in die DC-Energieversorgung 1600 durch eine Gleichrichterschaltung oder den Konverter umgewandelt wird.
Die DC-Energieversorgung 1600 ist mit einem Anodenstromversorgungsterminal 1105 der Energieumwandlungsvorrichtung 1500 über ein Anodenkabel 1103 und gleichzeitig mit einem Kathodenstromversorgungsterminal 1106 der Energieumwandlungsvorrichtung 1500 über ein Kathodenkabel 1104 verbunden. Die DC-Energieversorgung 1600 weist ein Gehäuse auf; und obwohl das Geäuse nicht besonders darauf beschränkt ist, weist das Gehäuse eine Rahmenmassestruktur G auf und ist mit einer geerdeten Leitung GND verbunden.
Der Motor 1700 ist zwar nicht besonders eingeschränkt, aber ist ein Drei-Phasen-Elektromotor. Der Motor 1700 umfasst einen (nicht veranschaulichten) Rotor und einen (nicht veranschaulichten) Stator; und ein Magnet ist als der Rotor angeordnet und eine Spule ist als der Stator angeordnet. Die Energieumwandlungsvorrichtung 1500 erzeugt die Drei-Phasen-AC-Spannung, die der Spule des Motors 1700 über ein AC-Kabel 1121 zugeführt werden soll. Mit dieser Konfiguration rotiert der Rotor. Der Motor 1700 weist ein Gehäuse auf, und obwohl das Gehäuse nicht besonders beschränkt ist, weist das Gehäuse die Rahmenmassenstruktur G auf und ist mit der geerdeten Leitung GND verbunden.
Als Nächstes wird die Energieumwandlungsvorrichtung 1500 beschrieben.
Die Energieumwandlungsvorrichtung 1500 umfasst eine Steuerungseinheit 1111, die dazu konfiguriert ist, den Rauschfilter 100, die Rauschfiltervorrichtung 1000, einen glättenden Kondensator 1109 und eine Energieumwandlungseinheit 1110 zu steuern. Weiterhin ist die Energieumwandlungsvorrichtung 1500 je nach Bedarf in einem Gehäuse 1112 gelagert.
Der Rauschfilter 100 entspricht hier dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen Rauschfilter 100; allerdings ist der Rauschfilter 100 nicht notwendigerweise essentiell und wird folglich je nach Bedarf verwendet. Obwohl der Rauschfilter 100 hier dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen Rauschfilter 100 entspricht, ist die folgende Erfindung nicht darauf beschränkt. 12 veranschaulicht eine Konfiguration, bei der der Rauschfilter 100 verwendet wird.
Die Rauschfiltervorrichtung 1000 entspricht der in der dritten Ausführungsform beschriebenen Rauschfiltervorrichtung 1000, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die Rauschfiltervorrichtung 1000 kann als ein Filter dieser Ausführungsform verwendet werden, so dass der Rauschfilter 100 weggelassen wird. Alternativ kann der Rauschfilter 100 der Filter dieser Ausführungsform sein und die Rauschfiltervorrichtung 1000 kann ein herkömmlicher Filter sein.
In der Energieumwandlungsvorrichtung 1500 sind das Anodenstromversorgungsterminal 1105 und das Terminal 1002 der Rauschfiltervorrichtung 100 über eine Anodenstromschiene 1114 verbunden und gleichzeitig ist das Kathodenstromversorgungsterminal 1106 und das Terminal 1004 der Rauschfiltervorrichtung 1000 über eine Kathodenstromschiene 1115 verbunden. Das Terminal 1003 der Rauschfiltervorrichtung 1000, ein Anodenterminal der Energieumwandlungseinheit 1110 und ein Anodenterminal des glättenden Kondensators 1109 sind über eine Anodenstromschiene 1116 verbunden. Das Terminal 1005 der Rauschfiltervorrichtung 1000, ein Kathodenterminal der Energieumwandlungseinheit 1110 und ein Kathodenterminal des glättenden Kondensators 1109 sind über eine Kathodenstromschiene 1117 verbunden.
Ein Ausgabeterminal der Energieumwandlungseinheit 1110 und der Rauschfilter 100 sind über eine AC-Stromschiene 1118 verbunden. Der Rauschfilter 100 gemäß dem Dreiphasen-AC-Energie und ein AC-Ausgabeterminal 1120 sind über eine AC-Stromschiene 1119 je nach Bedarf verbunden. Die Energieumwandlungseinheit 1110 ist ein Halbleitermodul, das ein Halbleiterelement darin umfasst, und wandelt wechselseitig die DC-Energie und die AC-Energie um. Das Halbleiterelement in der Energieumwandlungseinheit 1110 erzeugt einen hochfrequent wechselnden Strom und eine hochfrequent wechselnde Spannung beim Schalten. Um den hochfrequent wechselnden Strom und die hochfrequent wechselnde Spannung zu glätten, wird typischerweise der wechselnde Kondensator 1109 verwendet und eine Vielzahl von Kondensatoren, die eine Kapazität von ungefähr einigen zehn Mikrofarad aufweisen, sind parallel verbunden; allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Jede der Anodenstromschiene 1114, der Anodenstromschiene 1116 der Kathodenstromschiene 1115 der Kathodenstromschiene 1117 der AC-Stromschiene 1118 und der AC-Stromschiene 1119 sind wünschenswerterweise aus Kupfer geformt, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Das Halbleiterelement in der Energieumwandlungseinheit 1110 ist ein IGBT, ein MOSFET, ein SiC, ein GaN oder etwas anderes, aber ist nicht darauf beschränkt. Die Energieumwandlungseinheit 1110 schaltet das Halbleiterelement (ein/aus), um eine gewünschte Spannung oder einen gewünschten Strom zu erzeugen. Die Energieumwandlungseinheit 1110 schaltet das Halbleiterelement unter der Kontrolle der Steuerungseinheit 1111 ein/aus.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die Rauschfiltervorrichtung 1000 und/oder der Rauschfilter 100 dazu konfiguriert, den Rauschstrom zu reduzieren, der durch das Schalten des Halbleiterelements erzeugt wird, so dass das Rauschen, das aus der Energieumwandlungsvorrichtung 1500 nach außen dringt, reduziert wird.
Die in der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Konfigurationen sind wie folgt wirksam:

(1) Ein Rauschfilter 100 umfasst: einen Magnetkern 200, der einen Magnetkerndurchgangsöffnung 600 und Magnetkernaußenfläche 201, 202, 203, 204, 205 und 206 umfasst; und eine Vielzahl von Stromschienen 300, 400 und 500, wobei jede einen Stromschienenpenetrationsabschnitt 307, der in der Magnetkerndurchgangsöffnung 600 angeordnet ist, und Stromschienenaußenflächen 301, 302, 303, 304, 305 und 306 jeweils entlang den Magnetkernaußenflächen 201, 202, 203, 204, 205 und 206 umfasst. Ein Rauschfilter 1100 umfasst: einen Magnetkern 1200, der eine Magnetkerndurchgangsöffnung 600 und Magnetkernaußenflächen 1202 und 1203 umfasst; und eine Vielzahl von Stromschienen 1300 und 1400, die jeweils Stromschienenpenetrationsabschnitt 1301 und 1401 umfassen, die in der Magnetkerndurchgangsöffnung 600 angeordnet sind und welche Stromschienenaußenflächen 1302 und 1303 / Stromschienenaußenflächen 1402 und 1403 umfassen, die entlang der Magnetkernaußenflächen 1202 und 1203 angeordnet sind. Mit dieser Konfiguration erhöht der Rauschfilter einen Filtereffekt, um Rauschen zu unterdrücken, ohne darin den Magnetkern zu vergrößern.

Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehende Ausführungsform und somit fallen natürlich unterschiedliche Modifikationen und Veränderungen, die innerhalb der Techniken der vorliegenden Erfindung angemessen durchgeführt werden, in den Umfang der Ansprüche der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich können die entsprechenden Elemente, die in der vorstehenden Ausführungsform und Modifikation beschrieben sind, passend kombiniert werden, solange kein Konflikt entsteht.
Der offenbarte Inhalt der folgenden Prioritätsanmeldung ist hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
Japanische Patentanmeldung Nr. 2020-11706 (eingereicht am 28. Januar 2020)
Bezugszeichenliste

100, 1100: Rauschfilter
200, 1200: Magnetkern
201, 202, 203, 204, 205, 206, 1202, 1203: Magnetkernaußenfläche
300, 400, 500, 1300, 1400: Stromschiene
301, 302, 303, 304, 305, 306, 1302, 1303, 1402, 1403: Stromschienenaußen fläche
308: Verbindungsabschnitt
307, 1301, 1401: Stromschienenpenetrationsabschnitt
403: Stromschienenaußenfläche
600: Durchgangsöffnung
1000: Rauschfiltervorrichtung
1006, 1007, 1114, 1116: Anodenstromschiene
1008, 1009, 1115, 1117: Kathodenstromschiene
1010: erster Kondensator
1011: zweiter Kondensator
1012: dritter Kondensator
1103: Anodenkabel
1104: Kathodenkabel
1105: Anodenstromversorgungsterminal
1106: Kathodenstromversorgungsterminal
1109: glättender Kondensator
1110: Energieumwandlungseinheit
1111: Steuerungseinheit
1112: Gehäuse
1118, 1119: AC-Stromschiene
1120: AC-Ausgabeterminal
1121: AC-Kabel
1500: Energieumwandlungsvorrichtung
1600: DC-Energieversorgung
1700: Motor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018050417 A [0004]
JP 202011706 [0060]

Claims

Rauschfilter, umfassend: einen Magnetkern, der eine Magnetkerndurchgangsöffnung und eine Magnetkernaußenfläche umfasst; eine Vielzahl von Stromschienen, die jeweils einen Stromschienenpenetrationsabschnitt, der in der Magnetkerndurchgangsöffnung angeordnet ist, und eine Stromschienenaußenfläche umfassen, die entlang der Magnetkernaußenfläche angeordnet ist.
Rauschfilter nach Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl von Stromschienen die Stromschienenaußenflächen umfassen, deren Anzahl sechs ist, und jede der Stromschienenaußenflächen, deren Anzahl sechs ist, entlang einer der entsprechenden Magnetkernaußenflächen angeordnet ist, deren Anzahl sechs ist.
Rauschfilter nach Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl von Stromschienen die Stromschienenaußenflächen umfasst, deren Anzahl vier ist, und jede der Stromschienenaußenflächen, deren Anzahl vier ist, entlang einer der entsprechenden Magnetkernaußenflächen angeordnet ist, deren Anzahl vier ist.
Rauschfilter nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Vielzahl von Stromschienen drei Stromschienen sind und jede der drei Stromschienen einem Dreiphasen-Wechselstrom entspricht.
Rauschfilter nach Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl von Stromschienen die Stromschienenaußenflächen umfasst, deren Anzahl zwei ist, und jede der Stromschienenaußenflächen, deren Anzahl zwei ist, entlang einer der entsprechenden Magnetkernaußenflächen angeordnet ist, deren Anzahl zwei ist.
Rauschfilter nach Anspruch 5, wobei jede der Stromschienenaußenflächen entlang der entsprechenden Magnetkernaußenfläche angeordnet ist, die senkrecht zur Magnetkerndurchgangsöffnung angeordnet ist.
Rauschfilter nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Vielzahl von Stromschienen zwei Stromschienen sind, und jede der zwei Stromschienen einem Gleichstrom entspricht.
Rauschfiltervorrichtung umfassend: den Rauschfilter nach Anspruch 5 oder 6; und einen Kondensator, der mit der Vielzahl von Stromschienen verbunden ist.
Energieumwandlungsvorrichtung, umfassend: den Rauschfilter nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 5; und eine Energieumwandlungseinheit, die mit dem Rauschfilter verbunden ist, und dazu konfiguriert ist, wechselseitig Gleichstromenergie und Wechselstromenergie umzuwandeln.