DE19603779A1 - Drosselspule - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drosselspu­ le, die primär verwendet ist, um Rauschen zu beseitigen, das durch elektronische Gerätschaften und dergleichen erzeugt wird.

Es existieren zwei Betriebsarten, die ein Zirkulieren von Rauschen bewirken. Eine ist ein Gegentakt (ein Differenzmo­ dus), der ein zirkulierendes Rauschen durch das Erzeugen ei­ ner Spannungsdifferenz zwischen Leistungsversorgungsleitun­ gen bewirkt. Der andere ist ein Gleichtakt, der ein zirku­ lierendes Rauschen durch das Erzeugen einer Spannungsdiffe­ renz zwischen den Leistungsversorgungsleitungen und Masse bewirkt, jedoch ohne eine Spannungsdifferenz zwischen den Leistungsversorgungsleitungen. Die Gegentakt-Rauschstrom­ richtung ist die gleiche wie die Stromrichtung der Lei­ stungsversorgung. Die Gleichtakt-Rauschstromrichtung folgt einer anderen Schleife wie der Strom der Leistungsversor­ gung. Drosselspulen sind entworfen, um diese Rauscharten zu reduzieren oder zu beseitigen.

Eine Gleichtakt-Drosselspule weist im allgemeinen Gegen­ takt-Leckinduktivitätskomponenten, wenn auch mit einem ge­ ringen Pegel, auf. Dieselbe ist daher auch für Gegentaktrau­ schen (normal mode noise) wirksam. Es war für Gegentaktrau­ schen mit einem hohen Pegel jedoch notwendig, eine getrennte Gegentakt-Drosselspule zu verwenden, um das Rauschen zu be­ seitigen.

In dem Fall einer Gleichtakt-Drosselspule mit Gegentakt- Leckkapazitätskomponenten auf einem relativ hohen Pegel hat der Leckfluß manchmal benachbarte Schaltungen negativ beein­ flußt. Dies machte Gegenmaßnahmen notwendig, beispielsweise eine magnetische Abschirmung, die um eine Gleichtakt-Dros­ selspule vorgesehen ist.

Da es für eine einzelne gewöhnliche Drosselspule nicht mög­ lich war, sowohl Gleichtakt- (common mode) als auch Gegen­ takt-Rauschen ausreichend zu beseitigen, war es notwendig, zwei Drosselspulen, d. h. eine Gleichtakt-Drosselspule und eine Gegentakt-Drosselspule auf einer gedruckten Schaltungs­ platine oder dergleichen zu befestigen, um sowohl Gleich­ takt- als auch Gegentakt-Rauschen zu beseitigen. Dies hatte ein Problem dahingehend zur Folge, daß eine große Fläche auf der gedruckten Schaltungsplatine oder dergleichen verbraucht wird.

Weiterhin führte eine magnetische Abschirmung, die um eine Drosselspule vorgesehen ist, zu einer Zunahme der Kosten der Drosselspule.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drosselspule mit einer ausreichenden Rauschbeseitigungswir­ kung gegen Gleichtakt- und Gegentakt-Rauschen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Drosselspule gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Drosselspule, die folgende Merkmale aufweist:

• (a) ein Paar von Wicklungen;
• (b) einen Wicklungshalter mit einem zylindrischen Körperab­ schnitt, um den das Paar von Wicklungen gewickelt ist;
• (c) einen ersten magnetischen Kern, der aus einem Material mit einer geringeren Permeabilität gebildet ist, um einen geschlossenen magnetischen Kreis zu bilden, und einen zweiten magnetischen Kern, der aus einem Material mit einer höheren Permeabilität gebildet ist, um einen geschlossenen magnetischen Kreis zu bilden, die jeweils in ein Loch des zylindrischen Körperabschnitts eingefügt sind; und
• (d) ein Trägerbauglied zum Tragen der zwei magnetischen Ker­ ne.

Ein Ausführungsbeispiel einer Drosselspule gemäß der vorlie­ genden Erfindung weist ferner einen Abstandshalter auf, der auf dem Trägerbauglied vorgesehen ist, um einen Zwischenraum zwischen den zwei magnetischen Kernen zu bilden.

Bei der oben beschriebenen Konfiguration wird einerseits ein magnetischer Fluß an jeder Wicklung erzeugt, wenn ein Gleichtakt-Rauschstrom durch das Paar von Wicklungen fließt. Die magnetischen Flüsse werden miteinander kombiniert und der kombinierte Fluß wird als ein Ergebnis der Umwandlung desgleichen in thermische Energie in der Form eines Wirbel­ stromverlustes oder dergleichen, der in dem zweiten magneti­ schen Kern auftritt, der aus einem Material mit höherer Per­ meabilität, das einen geschlossenen magnetischen Kreis bil­ det, hergestellt ist, gedämpft. Dies beseitigt den Gleich­ takt-Rauschstrom. Andererseits wird ein magnetischer Fluß an den Wicklungen erzeugt, wenn ein Gegentaktrauschstrom durch das Paar von Wicklungen fließt. Dieser magnetische Fluß zir­ kuliert durch den ersten magnetischen Kern, der aus einem Material mit einer geringeren Permeabilität, das einen ge­ schlossenen magnetischen Kreis bildet, hergestellt ist. Die­ ser magnetische Fluß wird als ein Ergebnis der Umwandlung desgleichen in thermische Energie in der Form eines Wirbel­ stromverlusts oder dergleichen gedämpft. Dies beseitigt den Gegentaktrauschstrom.

Ferner hält der Abstandshalter, der auf dem Trägerbauglied vorgesehen ist, einen Zwischenraum einer vorbestimmten Ab­ messung zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Kern. Folglich ist der magnetische Widerstand zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Kern erhöht, wobei dies das Lecken des magnetischen Flusses, der in dem ersten ma­ gnetischen Kern durch den Gegentaktstrom erzeugt wird, in den zweiten magnetischen Kern unterdrückt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausfüh­ rungsbeispiels einer Drosselspule gemäß der vorlie­ genden Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Trägerbauglieds, das in der Drosselspule, die in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet ist;

Fig. 3 eine vertikale Schnittansicht der Drosselspule, die in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 4 eine horizontale Schnittansicht der Drosselspule, die in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 5 ein elektrisch äquivalentes Schaltungsdiagramm der Drosselspule, die in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 6 ein Schaltungsdiagramm zur Erklärung der Beseiti­ gung von Gleichtakt-Rauschen unter Verwendung der Drosselspule, die in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 7 ein magnetisches Schaltungsdiagramm zum Erklären der Beseitigung von Gleichtakt-Rauschen unter Ver­ wendung der Drosselspule, die in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 8 ein elektrisches Schaltungsdiagramm zur Erklärung der Beseitigung von Gegentaktrauschen unter Ver­ wendung der Drosselspule, die in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 9 ein magnetisches Schaltungsdiagramm zur Erklärung der Beseitigung von Gegentaktrauschen unter Ver­ wendung der Drosselspule, die in Fig. 1 gezeigt ist; und

Fig. 10 eine perspektivische, teilweise geschnittene An­ sicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Drosselspule gemäß der vorliegenden Erfindung.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird bezugnehmend auf die Fig. 1-9 beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Drosselspule durch Wick­ lungshalter 1 und 2, Wicklungen 4 und 5 um die Wicklungshal­ ter 1 bzw. 2, einen ersten magnetischen Kern 6, einen zwei­ ten magnetischen Kern 7 und ein Trägerbauglied 8 aufgebaut.

Die Wicklungshalter 1 und 2 sind in einer Richtung parallel zu der Achse derselben in zwei Wicklungshalterelemente 1a, 1b bzw. 2a, 2b geteilt und sind aus Harz gebildet, bei­ spielsweise Polybutylen-Terephthalat. Der erste Wicklungs­ halter 1 wird durch das Verbinden der zwei Wicklungshalter­ elemente 1a und 1b unter Verwendung eines Klebers oder der­ gleichen erhalten. Der erste Wicklungshalter 1 weist einen zylindrischen Körperabschnitt 11 (Fig. 4) und Flanschab­ schnitte 12 und 13 auf, die an beiden Enden des Körperab­ schnitts 11 gebildet sind. In gleicher Weise wird der zweite Wicklungshalter 2 durch das Verbinden der Wicklungshalter­ elemente 2a und 2b erhalten. Der zweite Wicklungshalter 2 weist einen zylindrischen Körperabschnitt 21 und Flanschab­ schnitte 22 und 23 auf, die an beiden Enden des Körperab­ schnitts 21 vorgesehen sind (siehe Fig. 4). Löcher 11a und 21a in den zylindrischen Körperabschnitten 11 bzw. 21 weisen einen kreisförmigen transversalen Querschnitt auf. Es ist jedoch offensichtlich, daß die Löcher eine beliebige trans­ versale Querschnittform aufweisen können, beispielsweise ge­ radlinig begrenzte Formen.

Der Ausdruck "zylindrisch" soll hierin in seiner breiten ma­ thematischen Definition verwendet sein, als eine Oberfläche, die durch eine gerade Linie erzeugt wird, die sich derart bewegt, daß sie stets eine gegebene Ebene schneidet (Leitli­ nie (Direktrix)) und parallel zu einer festen Linie bleibt, die die Ebene der Leitlinie schneidet. Dies schließt kreis­ förmige Zylinder, quadratische Zylinder, elliptische Zylin­ der, parabolische Zylinder, hyperbolische Zylinder und Zy­ linder ein, deren Leitlinie und senkrechten Abschnitte Poly­ gone sind.

Der erste magnetische Kern 6 ist in der Form des Buchstaben B geformt. Eine Seite 6a dieses Kerns ist in die Löcher 11a und 21a der zylindrischen Körperabschnitte 11 und 21 der Wicklungshalter 1 und 2 eingefügt. Der erste magnetische Kern 6 ist aus einem Material hergestellt, das eine geringe Permeabilität aufweist, beispielsweise einem Material mit einer relativen Permeabilität (H/B) im Bereich von 1 bis zu mehreren 10 oder im Bereich von mehreren 10 bis zu mehreren 100. Speziell sind Magnetpulverkerne, Siliziumstahl, ein Harz, in das Ferritpulver gemischt ist, usw., verwendet.

Der zweite magnetische Kern 7 weist die Form des Buchstaben D auf. Eine Seite 7a dieses Kerns ist in die Löcher 11a und 21a der zylindrischen Körperabschnitte 11 und 21 der Wick­ lungshalter 1 und 2 eingefügt. Der zweite magnetische Kern 7 besteht aus einem Material mit einer höheren Permeabilität, beispielsweise einem Material mit einer relativen Permeabi­ lität von mehreren Tausend. Speziell sind Ferrit, amorphe Materialien, usw., verwendet.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist das Trägerbauglied 8 in der Form eines Rahmens geformt, wobei ein Abstandshalter 8a auf der linken und der rechten Seite auf der Oberseite des Rah­ mens vorgesehen ist, um einen Zwischenraum einer vorbestimm­ ten Abmessung zwischen dem ersten magnetischen Kern 6 und dem zweiten magnetischen Kern 7 zu bilden. Ferner steht ein Anschluß 9 an jeder der Ecken der unteren Oberfläche des Trägerbauglieds 8 vor. Der erste magnetische Kern 6 und der zweite magnetische Kern 7 sind mit der oberen Oberfläche des Trägerbauglieds 8 unter Verwendung eines Klebers oder der­ gleichen verbunden, wobei der Abstandshalter 8a zwischen denselben angeordnet ist.

Die Wicklungen 4 und 5 sind jeweils um die Körperabschnitte 11 und 21 der Wicklungshalter 1 und 2 gewickelt, wobei die Anfangs- und Abschluß-Enden jeder Wicklung an den Anschlüs­ sen, die auf dem Trägerbauglied 8 vorgesehen sind, befestigt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Wicklungsope­ ration durch das Drehen der Wicklungshalter 1 und 2, in die die magnetischen Kerne 6 und 7 eingefügt sind, um die Seiten 6a und 7a der Kerne 6 bzw. 7 durchgeführt, um die Wicklungen 4 und 5 um die Körperabschnitte 11 bzw. 21 zu wickeln.

Die Drosselspule des ersten Ausführungsbeispiels wird nun detailliert bezugnehmend auf die Fig. 3 und 4 erläutert. Je­ de der Seiten 6a und 7a der magnetischen Kerne 6 und 7, die in die Wicklungshalter 1 und 2 eingefügt sind, weist einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt auf und ist entworfen, um die Querschnittfläche derselben in den be­ grenzten Abmessungen der Löcher 11a und 21a zu maximieren. Der Zweck hierfür besteht darin, die Querschnittfläche des magnetischen Kreises für den magnetischen Fluß, der in den magnetischen Spulen 6 und 7 durch Gegentakt- und Gleich­ takt-Rauschen erzeugt wird, zu erhöhen, um dadurch eine hö­ here Gegentakt- und Gleichtakt-Induktivität durch das Ver­ ringern des magnetischen Widerstandes des magnetischen Krei­ ses zu erhalten.

Eine ausreichende Lücke wird durch den Abstandshalter 8a zwischen dem ersten magnetischen Kern 6 und dem zweiten ma­ gnetischen Kern 7 beibehalten. Die Dicke des Abstandhalters 8a ist derart eingestellt, daß der magnetische Widerstand zwischen den Kernen 6 und 7 größer ist als der magnetische Widerstand zwischen den Punkten A und B in Fig. 9. Speziell ist der Wert der Dicke t des Abstandhalters 8a eingestellt, um der folgenden Gleichung (1) zu genügen, wobei der Abstand zwischen den Punkten A und B durch L dargestellt ist, und die relative Permeabilität des ersten magnetischen Kerns durch µ dargestellt ist. Dies unterdrückt das Lecken des ma­ gnetischen Flusses Φ3 und Φ4, der durch einen Gegentaktstrom von dem ersten magnetischen Kern zu dem zweiten magnetischen Kern 7 an den Wicklungen 4 bzw. 5 erzeugt wird, wodurch eine Reduzierung der Gleichtakt-Induktivität aufgrund einer Sät­ tigung unterdrückt wird.

t < (L/2µ) (1)

Ferner bildet, wie in Fig. 5 gezeigt ist, die linke Hälfte des ersten magnetischen Kerns 6 einen geschlossenen magne­ tischen Kreis, der sich um die Wicklung 4 erstreckt, während die rechte Hälfte einen geschlossenen magnetischen Kreis bildet, der sich um die Wicklung 5 erstreckt. Der zweite ma­ gnetische Kern 7 bildet einen geschlossenen magnetischen Kreis, der sich um beide der Wicklungen 4 und 5 erstreckt. Fig. 5 ist ein elektrisch äquivalentes Schaltungsdiagramm dieser Drosselspule.

Die Gleichtaktrauschen-Beseitigungswirkung einer Drosselspu­ le mit der oben beschriebenen Konfiguration wird nun bezug­ nehmend auf die Fig. 6 und 7 beschrieben.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist die Drosselspule mit zwei Si­ gnalleitungen, die zwischen einer Leistungsversorgung 30 und einer Last 31, beispielsweise einem elektrischen Gerät vor­ gesehen sind, elektrisch verbunden. Eine Streukapazität C1 ist zwischen der Leistungsversorgung 30 und Masse gebildet, während eine Streukapazität C2 zwischen der Last und Masse gebildet ist. Wenn Gleichtakt-Rauschströme i₁ und i₂ in die Richtungen, die durch die Pfeile in Fig. 6 angezeigt ist, durch die zwei Signalleitungen fließen, erzeugen die Wick­ lungen 4 und 5 einen magnetischen Fluß Φ bzw. Φ2, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Die Kombination der magnetischen Flüsse Φ1 und Φ2 wird allmählich gedämpft, ohne herauszulecken, während dieselbe durch den geschlossenen magnetischen Kreis, der durch den zweiten magnetischen Kern 7, der aus einem Material mit einer höheren Permeabilität hergestellt ist, gebildet ist, zirkuliert. Dies ist ein Ergebnis der Umwand­ lung der magnetischen Flüsse Φ1 und Φ2 in thermische Energie in der Form eines Wirbelstromverlusts oder dergleichen. Folglich sind die Gleichtakt-Rauschströme i₁ und i₂ redu­ ziert.

Als nächstes wird nun die Gegentaktrauschen-Beseitigungs­ wirkung der Drosselspule bezugnehmend auf die Fig. 8 und 9 beschrieben.

Ein Gegentaktrauschstrom i₃ fließt durch jede der zwei Si­ gnalleitungen in die Richtung, die durch den Pfeil in Fig. 8 gezeigt ist. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, erzeugen die Windun­ gen 4 und 5 magnetische Flüsse Φ3 bzw. Φ4. Da ein ausrei­ chender Zwischenraum zwischen dem ersten magnetischen Kern 6 und dem zweiten magnetischen Kern 7 durch den Abstandhalter 8a beibehalten ist, wird die Kombination der magnetischen Flüsse Φ3 und Φ4 allmählich als ein Ergebnis der Umwandlung derselben in thermische Energie in der Form eines Wirbel­ stromverlusts oder dergleichen, welche auftritt, während dieselben durch den geschlossenen magnetischen Kreis, der durch den ersten magnetischen Kern 6 gebildet ist, zirku­ lieren, ohne in den zweiten magnetischen Kern 7 zu lecken, gedämpft. Folglich ist der Gegentaktrauschstrom i₃ redu­ ziert.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun bezugnehmend auf Fig. 10 beschrieben.

Wie in Fig. 10 gezeigt ist, ist die Drosselspule des zweiten Ausführungsbeispiels aus Wicklungshaltern 41 und 42, die aus Harz hergestellt sind, Wicklungen 44 und 45, die jeweils um zylindrische Körperabschnitte 51 und 61 der Wicklungshalter 41 und 42 gewickelt sind, einem B-förmigen ersten magneti­ schen Kern 46, der aus einem Material mit einer geringeren Permeabilität hergestellt ist, einem B-förmigen zweiten ma­ gnetischen Kern 47, der aus einem Material mit einer höheren Permeabilität hergestellt ist, und einem Trägerbauglied 48 aufgebaut. Eine Seite 46a des ersten magnetischen Kerns 46 und ein mittleres Element 47a des zweiten magnetischen Kerns 47 sind in Löcher 51a und 61a eingefügt. Das Trägerbauglied 48 ist ein rahmenförmiges Element, das in die Form des Buch­ stabens "L" gebogen wurde, wobei die Kerne 46 und 47 in ei­ nem Zustand mit dem Trägerbauglied verbunden sind, in dem dieselben voneinander getrennt sind. Eine Drosselspule mit der oben beschriebenen Konfiguration besitzt die gleiche Wirkung wie die Drosselspule des ersten Ausführungsbei­ spiels.

Eine Drosselspule gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt, wobei verschiedene Modifikationen derselben durchgeführt werden können, ohne von den Grundsätzen der vorliegenden Er­ findung abzuweichen.

Zusätzlich zu der Kombination eines B-förmigen Kerns und ei­ nes D-förmigen Kerns kann der magnetische Kern Kombinationen zweier B-förmiger Kerne, eines -förmigen Kerns und eines D-förmigen Kerns und eines -förmigen Kerns und eines B-för­ migen Kerns aufweisen. Die Kerne sind nicht auf einstückige Typen begrenzt, wobei Kerne eines geteilten Typs, bei­ spielsweise Kombinationen von U-förmigen, E-förmigen und I-förmigen Kernen verwendet sein können.

Wie aus der obigen Beschreibung der vorliegenden Erfindung offensichtlich ist, sind ein erster magnetischer Kern, der einen geschlossenen magnetischen Kreis bildet, der aus einem Material mit einer geringeren Permeabilität hergestellt ist, und ein zweiter magnetischer Kern, der einen geschlossenen magnetischen Kreis bildet, der aus einem Material mit einer höheren Permeabilität hergestellt ist, in jeweilige Wick­ lungshalter eingefügt, um welche ein Paar von Wicklungen ge­ wickelt ist. Folglich wird ein magnetischer Fluß, der durch einen Gleichtakt-Rauschstrom und einen Gegentakt-Rausch­ strom, die durch das Paar von Wicklungen fließen, als ein Ergebnis der Umwandlung desselben in thermische Energie in der Form eines Wirbelstromverlustes oder dergleichen, der in dem ersten und dem zweiten magnetischen Kern auftritt, ge­ dämpft. Dies beseitigt das Gleichtakt- und Gegentakt-Rau­ schen. Ferner ist der Bedarf nach einer magnetischen Ab­ schirmung um eine Drosselspule beseitigt, da kein Lecken des magnetischen Flusses von der Drosselspule existiert.

Da ein Abstandshalter auf dem Trägerbauglied vorgesehen ist, um einen Abstand zwischen den zwei magnetischen Kernen zu bilden, kann außerdem ein ausreichender Zwischenraum zwi­ schen den zwei magnetischen Elementen beibehalten werden. Dies unterdrückt ein Lecken des magnetischen Flusses, der durch ein Gegentaktrauschen in dem ersten magnetischen Kern erzeugt wird, in den zweiten magnetischen Kern, wodurch eine Sättigung des magnetischen Fußes aufgrund von Gleichtakt- Rauschen unterdrückt wird.

Folglich ist eine Drosselspule geschaffen, bei der eine Sät­ tigung des magnetischen Flusses aufgrund von Gleichtakt-Rau­ schen unterdrückt ist, und die eine ausreichende Rauschbe­ seitigungswirkung gegenüber Gleichtakt- und Gegentaktrau­ schen zeigt.

Claims (2)

1. Drosselspule, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
ein Paar von Wicklungen (4, 5; 44, 45);
einen Wicklungshalter (1, 2; 41, 42) mit einem zylindri­ schen Körperabschnitt (11, 21; 51, 61), um den das Paar von Wicklungen (4, 5; 44, 45) gewickelt ist;
einen ersten magnetischen Kern (6; 46), der aus einem Material mit einer geringeren Permeabilität hergestellt ist, um einen geschlossenen magnetischen Kreis zu bil­ den, und einen zweiten magnetischen Kern (7; 47), der aus einem Material mit einer höheren Permeabilität her­ gestellt ist, um einen geschlossenen magnetischen Kreis zu bilden, welche jeweils in ein Loch (11a, 21a; 51a, 61a) des zylindrischen Körperabschnitts (11, 21; 51, 61) eingefügt sind; und
ein Trägerbauglied (8; 48) zum Halten der zwei magneti­ schen Kerne (6, 7; 46, 47).

2. Drosselspule gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch einen Abstandshalter (8a), der auf dem Träger­ bauglied (8) vorgesehen ist, um einen Zwischenraum zwi­ schen den zwei magnetischen Kernen (6, 7) zu bilden.