DE19603785C2 - 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.

Die DE-PS 931 962 offenbart symmetrische Drosselspulen, die einen metallischen Kern aufweisen und zwischen denen Zwi­ schenstücke aus magnetisch leitendem Material eingefügt sind.

Die DE-AS 18 13 647 betrifft eine Drossel mit einem ge­ schlossenen Kern zur geräuscharmen Funkentstörung von Halb­ leiterschaltungen, deren Drosselkern aus zwei verschiedenen weichmagnetischen metallenen Werkstoffen besteht.

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 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.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der 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 gramm 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 13 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. Stattdessen 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 offensichtich 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)

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.