DE19603785A1 - Drosselspule - Google Patents
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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 l
gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Drosselspule, die
folgende Merkmale aufweist:
- (a) ein Paar von Wicklungen;
- (b) einen Wicklungshalter mit einem Hauptkörper, der einen Körperabschnitt, um den das Paar von Wicklungen ge wickelt ist, und einen Flanschabschnitt, der auf dem Körperabschnitt vorgesehen ist, aufweist, und einer Ab deckung, die mit einer umfangsmäßigen Endfläche des Flanschabschnitts des Hauptkörpers verbunden ist, wobei der Wicklungshalter einen ersten magnetischen Kern auf weist, der zumindest einen Abschnitt von jeder des Paars von Wicklungen umgibt; und
- (c) einen zweiten magnetischen Kern, der einen geschlossenen magnetischen Kreis bildet, wobei eine Seite desselben in ein Loch in dem Körperabschnitt eingefügt ist.
Bei der oben beschriebenen Konfiguration wird ein magneti
scher Fluß an jeder Wicklung erzeugt, wenn ein Gleichtakt-
Rauschstrom durch das Paar von Wicklungen fließt. Die magne
tischen Flüsse werden miteinander kombiniert und als ein Er
gebnis der Umwandlung dergleichen in thermische Energie in
der Form eines Wirbelstromverlustes oder dergleichen, der in
dem zweiten magnetischen Kern auftritt, der aus einem Mate
rial mit höherer Permeabilität, das einen geschlossenen ma
gnetischen Kreis bildet, hergestellt ist, gedämpft. Dies be
seitigt den Gleichtakt-Rauschstrom. Andererseits wird ein
magnetischer Fluß an den Wicklungen erzeugt, wenn ein Gegen
taktrauschstrom durch das Paar von Wicklungen fließt. Dieser
magnetische Fluß umläuft die magnetischen Kerne, die der
Wicklungshalter aufweist, und wird als ein Ergebnis der Um
wandlung desselben in thermische Energie in der Form eines
Wirbelstromverlustes oder dergleichen gedämpft. Dies besei
tigt den Gegentaktrauschstrom.
Der Einschluß der magnetischen Kerne in den Wicklungshalter
ermöglicht es, daß die Drosselspule kompakt hergestellt ist.
Da der Hauptkörper und die Abdeckung des Wicklungshalters
als getrennte Elemente vorgesehen sind, können ferner Opera
tionen, beispielsweise das wickeln, auf die gleiche Art und
Weise wie für herkömmliche Drosselspulen durchgeführt wer
den, wenn die Abdeckung nicht mit dem Hauptkörper verbunden
ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend bezugnehmend auf die bei liegenden Zeich
nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Wicklungshal
ters, der bei einem Ausführungsbeispiel einer Dros
selspule gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet
ist;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels ei
ner Drosselspule gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein elektrisches äquivalentes Schaltungsdiagramm
der Drosselspule, die in Fig. 2 gezeigt ist;
Fig. 4 ein elektrisches Schaltungsdiagramm zur Erklärung
der Beseitigung von Gleichtakt-Rauschen unter Ver
wendung der Drosselspule, die in Fig. 2 gezeigt
ist;
Fig. 5 ein magnetisches Schaltungsdiagramm zur Erklärung
der Beseitigung von Gleichtakt-Rauschen unter der
Verwendung der Drosselspule, die in Fig. 2 gezeigt
ist;
Fig. 6 ein elektrisches Schaltungsdiagramm zur Erklärung
der Beseitigung von Gegentaktrauschen unter Verwen
dung der Drosselspule, die in Fig. 2 gezeigt ist;
und
Fig. 7 ein magnetisches Schaltungsdiagramm zur Erklärung
der Beseitigung von Gegentaktrauschen unter Verwen
dung der Drosselspule, die in Fig. 2 gezeigt ist.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Wicklungshal
ters, der in der Drosselspule eines bevorzugten Ausführungs
beispiels verwendet ist. Der Wicklungshalter 1 weist einen
Hauptkörper 11, der durch einen geradlinig begrenzten Kör
perabschnitt 12 und Flanschabschnitte 13, 14 und 15, die an
beiden Enden und in der Mitte des geradlinig begrenzten Kör
perabschnitts vorgesehen sind, gebildet ist, und weist eine
Abdeckung 17 auf, die mit umfangsmäßigen Endflächen der
Flanschabschnitte 13, 14 und 15 verbunden ist. Der geradli
nig begrenzte Körperabschnitt 12 weist ein Loch 12a auf,
dessen Transversalquerschnitt kreisförmig ist. Es ist jedoch
offensichtlich, daß das Loch eine beliebige Transversalquer
schnittform aufweisen kann, beispielsweise eine geradlinig
begrenzte Form. Die Abdeckung weist die Form einer Platte
auf und wird unter Verwendung eines Klebers oder dergleichen
an einer unteren umfangsmäßigen Endfläche von jedem der
Flanschabschnitte 13, 14 und 15 verbunden, nachdem die Wick
lungen 4 und 5, die später beschrieben werden, um den Kör
perabschnitt 12 gewickelt sind. Materialien, die für den
Wicklungshalter 1 verwendet werden können, schließen Poly
butylen, Terephthalat-Harz, Polyphenyl-Sulfid-Harz und Poly
ethylen-Terephthalat-Harz ein.
Ferner ist ein erster magnetischer Kern, der durch magneti
sche Kerne 16 und 18 gebildet ist, mittels Einspritz-Gießens
oder dergleichen in den unteren Teil des Wicklungshalters 1
eingebaut. Speziell ist der E-förmige magnetische Kern 16
innerhalb des Körperabschnitts 12 des Hauptkörpers 11 (unter
dem Loch 12a) und innerhalb der Flanschabschnitte 13, 14 und
15 angeordnet und ist an einer unteren umfangsmäßigen End
fläche von jedem der Flanschabschnitte 13, 14 und 15 teil
weise exponiert. Der im wesentlichen I-förmige magnetische
Kern 18 ist innerhalb der Abdeckung 17 angeordnet und ist in
den Flächen auf der oberen Seite der Abdeckung 17, die mit
den Flanschabschnitten 13, 14 und 15 verbunden sind, teil
weise exponiert. Wenn der Hauptkörper 11 und die Abdeckung
miteinander verbunden sind, haben daher die exponierten Ab
schnitte der magnetischen Kerne 16 und 18 einen Kontakt zu
einander, um einen B-förmigen magnetischen Kreis zu bilden.
Für die magnetischen Kerne 16 und 18 werden magnetische Ma
terialien mit einer relativen Permeabilität von 1 oder mehr
(beispielsweise zwei bis mehrere hundert) verwendet. Spe
ziell brauchbare Materialien schließen ein Ni-Zn-Typ- oder
ein Mn-Zn-Typ-Ferrit oder einen Magnetpulverkern ein.
Fig. 2 zeigt eine Drosselspule, bei der ein Wicklungshalter
1 mit der oben beschriebenen Struktur verwendet ist. Die
Drosselspule ist durch den Wicklungshalter 1, ein Paar von
Wicklungen 4 und 5, von denen jede um den Wicklungshalter 1
gewickelt ist, und zwei U-förmige magnetische Kerne 6 und 7,
die, wenn sie in das Loch 12a eingefügt sind, einen zweiten
magnetischen Kern bilden, der einen geschlossenen magneti
schen Kreis bildet, gebildet. Jede des Paars von Wicklungen
4 und 5 ist um den Körperabschnitt 12 des Wicklungshalters 1
gewickelt, derart, daß sich dieselben auf beiden Seiten des
Flanschabschnitts 14 befinden. Das Anfangs- und Abschluß-En
de jeder Wicklung ist an Anschlüssen (nicht gezeigt), die
auf dem Wicklungshalter 1 vorgesehen sind, befestigt. Wie in
Fig. 2 gezeigt ist, bildet der Wicklungshalter 1 einen ge
schlossenen magnetischen Kreis, der sich an der oberen Hälf
te der magnetischen Kerne 16 und 18 um die Wicklung 4 er
streckt, und einen geschlossenen magnetischen Kreis, der
sich an der unteren Hälfte der magnetischen Kerne 16 und 18
um die Wicklung 5 erstreckt.
Die magnetischen Kerne 6 und 7 sind in das Loch 12a des Kör
perabschnitts 12 des Wicklungshalters 1 eingefügt und mit
einander verbunden, um einen D-förmigen Kern zu bilden. Für
die Kerne 6 und 7 sind Materialien mit einer relativen Per
meabilität von mehreren Tausend bevorzugt. Speziell werden
Ferrite und amorphe Materialien und dergleichen verwendet.
Die Drosselspule mit der oben beschriebenen Konfiguration
ist kompakt und besetzt nur eine kleine Fläche auf einer ge
druckten Schaltungsplatine oder dergleichen, da die magneti
schen Kerne 16 und 17 in dem Wicklungshalter 1 eingeschlos
sen sind. Da der Hauptkörper 11 und die Abdeckung 17 des
Wicklungshalters 1 als separate Elemente vorgesehen sind,
kann ferner eine Wicklungsoperation unter Verwendung her
kömmlicher Vorrichtungen und Verfahren zum Herstellen einer
Drosselspule durchgeführt werden, bevor die Abdeckung 17 mit
dem Hauptkörper 11 verbunden wird.
Fig. 3 zeigt ein elektrisches äquivalentes Schaltungsdia
gramin dieser Drosselspule.
Die Gleichtakt-Rauschbeseitigungswirkung einer Drosselspule
mit der oben beschriebene Konfiguration wird nun bezugneh
mend auf die Fig. 4 und 5 beschrieben.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist die Drosselspule elektrisch
mit zwei Signalleitungen verbunden, die zwischen einer Lei
stungsversorgung 20 und einer Last 21, beispielsweise einem
elektrischen Gerät, vorgesehen sind. Eine Streukapazität C1
ist zwischen der Leistungsversorgung 20 und Masse gebildet,
während eine Streukapazität C2 zwischen der Last 21 und Mas
se gebildet ist. Wenn Gleichtakt-Rauschströme i₁ und i₂ in
die Richtungen, die durch die Pfeile in Fig. 4 angezeigt
sind, durch die zwei Signalleitungen fließen, erzeugen die
Wicklungen 4 und 5 magnetische Flüsse Φ1 bzw. Φ2, wie in
Fig. 5 gezeigt ist. Die Kombination der magnetischen Flüsse
Φ1 und Φ2 wird allmählich gedämpft, ohne zu entweichen, wäh
rend dieselben durch den geschlossenen magnetischen Kreis
zirkulieren, der durch die Kerne 6 und 7 gebildet ist. Dies
ist ein Ergebnis der Umwandlung der magnetischen Flüsse Φ1
und Φ2 in thermische Energie in der Form eines Wirbelstrom
verlustes oder dergleichen. Folglich sind die Gleichtakt-
Rauschströme i₁ und i₂ reduziert.
Als nächstes wird bezugnehmend auf die Fig. 6 und 7 die Ge
gentaktrauschen-Beseitigungswirkung der Drosselspule be
schrieben.
Wenn, wie in Fig. 6 gezeigt ist, ein Gegentaktrauschstrom i₃
in die Richtung, die durch den Pfeil in Fig. 6 gezeigt ist,
durch jede der zwei Signalleitungen fließt, erzeugen die
Wicklungen 4 und 5 magnetische Flüsse Φ3 bzw. Φ4, wie in
Fig. 7 gezeigt ist. Die Kombination der magnetischen Flüsse
Φ3 und Φ4 wird als ein Ergebnis der Umwandlung derselben in
thermische Energie in der Form eines Wirbelstromverlustes
oder dergleichen, allmählich gedämpft, wobei dies stattfin
det, während dieselben durch den geschlossenen magnetischen
Kreis, der durch die magnetischen Kerne 16 und 18 gebildet
ist, welche in dem Wicklungshalter 1 eingeschlossen sind,
zirkulieren, ohne zu entweichen. Folglich ist der Gegentakt
rauschstrom i₃ reduziert.
Eine Drosselspule gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht
auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt, wo
bei zahlreiche Modifikationen durchgeführt werden können,
ohne von den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung abzuwei
chen.
Es ist nicht entscheidend, daß ein einzelner gemeinsamer
Wicklungshalter für eine Mehrzahl von Wicklungen verwendet
ist. Statt dessen kann eine Mehrzahl von unabhängigen Wick
lungshaltern für jeweilige Wicklungen vorgesehen sein. Die
Form des Körperabschnitts kann entweder zylindrisch oder
prismatisch sein, d. h. einen kreisförmigen oder geradlinig
begrenzten Querschnitt aufweisen.
Ferner können neben den Kombinationen der zwei U-förmigen
Kerne und der E-förmigen Kerne die magnetischen Kerne durch
Kombinieren von U-förmigen und E-förmigen Kernen mit I-för
migen Kernen erhalten werden. Die Kerne sind nicht auf Kerne
eines geteilten Typs begrenzt, wobei Kerne eines einstücki
gen Typs, beispielsweise B-förmige und D-förmige Kerne ver
wendet werden können.
Wie aus der obigen Beschreibung offensichtlich ist, ist gemäß
der vorliegenden Erfindung, die einen Wicklungshalter, der
einen magnetischen Kern einschließt, der jede eines Paars
von Wicklungen umgibt, und einen magnetischen Kern aufweist,
der einen geschlossenen magnetischen Kreis bildet, wobei ei
ne Seite desselben in den Wicklungshalter eingefügt ist, der
magnetische Fluß, der durch einen Gleichtakt-Rauschstrom und
durch einen Gegentaktrauschstrom, die durch das Paar von
Wicklungen fließen, als ein Ergebnis der Umwandlung dessel
ben in thermische Energie in der Form eines Wirbelstromver
lustes oder dergleichen, der in den jeweiligen magnetischen
Kernen und den magnetischen Kernen, die in dem Wicklungshal
ter eingeschlossen sind, auftritt, gedämpft. Folglich sind
das Gleichtakt- und das Gegentaktrauschen beseitigt. Da der
magnetische Fluß ferner nicht aus der Drosselspule leckt,
ist der Bedarf nach einer magnetischen Abschirmung um die
Drosselspule beseitigt.
Da eines der Paare von magnetischen Kernen in dem Wicklungs
halter eingeschlossen ist, ist es möglich, eine kompakte
Drosselspule zu schaffen, die nur eine kleine Fläche auf ei
ner gedruckten Schaltungsplatine oder dergleichen besetzt.
Da der Hauptkörper und die Abdeckung des Wicklungshalters
getrennte Elemente sind, können Operationen, beispielsweise
das Wickeln, unter Verwendung der gleichen Einrichtungen und
Verfahren wie für herkömmliche Drosselspulen durchgeführt
werden, was eine Reduzierung der Herstellungskosten zur Fol
ge hat.
Claims (1)
- Drosselspule, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
ein Paar von Wicklungen (4, 5);
einen Wicklungshalter (1) mit einem Hauptkörper (11), der einen Körperabschnitt (12), um den das Paar von Wicklungen (4, 5) gewickelt ist, und einen Flanschab schnitt (13, 14, 15), der auf dem Körperabschnitt (12) vorgesehen ist, aufweist, und einer Abdeckung, die mit einer umfangsmäßigen Endfläche des Flanschabschnittes (13, 14, 15) des Hauptkörpers (11) verbunden ist, wobei der Wicklungshalter (1) einen ersten magnetischen Kern (16, 18) aufweist, der zumindest einen Abschnitt von je der des Paars von Wicklungen umgibt; und
einen zweiten magnetischen Kern (6, 7), der einen ge schlossenen magnetischen Kreis bildet, wobei eine Seite desselben in ein Loch (12a) in dem Körperabschnitt (12) eingefügt ist.
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