DE202009003845U1

DE202009003845U1 - Induktive Elektrokomponente

Info

Publication number: DE202009003845U1
Application number: DE202009003845U
Authority: DE
Original assignee: ABB Oy
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2019-03-20
Also published as: CN101770852A; FI20086244A0; FI8383U1; FI20085241A0; US20100164665A1; FI20085694A0; FI20086244A; FIU20090100U0; EP2202763A3; EP2202763A2

Abstract

Induktive Elektrokomponente, die zumindest ein spiralförmiges oder schneckenförmiges Element (60; 70) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Elektrokomponente eine Hauptdrossel (61, 71) und Unterdrosseln (62, 72) aufweist, die miteinander mechanisch verbunden sind und eine elektrische Verbindung aufweisen, und wobei ihre spiralförmigen oder schneckenförmigen Elemente (60; 70) durch Wasserschneiden ausgebildet sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine induktive Elektrokomponente, die zumindest ein spiralförmiges oder schneckenförmiges Element aufweist.
Eine induktive Elektrokomponente kann beispielsweise eine Drossel sein, die in elektrischen Geräten zum Beispiel als Filterkomponente benutzt wird. Die Induktanz einer Drossel wird durch die Anzahl ihrer Windungen, die äußeren Dimensionen und das verwendete Kernmaterial beeinflusst.
Herkömmlich bestehen solche spiral- oder schneckenförmigen Elemente aus drahtähnlichem Material, das um das Kernmaterial gewunden ist. Auch die Elemente mit Luftkernen sind auf einer Stützkonstruktion gewickelt.
Ein Problem beim herkömmlichen Wickeln ist, dass es manuell sehr aufwendig ist und Kosten verursacht.
ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Elektrokomponente bereitzustellen, mit der das oben erwähnte Problem gelöst werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Elektrokomponente gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die induktive Elektrokomponente eine Hauptdrossel und Unterdrosseln aufweist, die miteinander mechanisch verbunden sind und eine elektrische Verbindung aufweisen, wobei ihre spiralförmigen oder schneckenförmigen Elemente durch Wasserschneiden geformt sind.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind der Gegenstand der Schutzansprüche 2 bis 10.
Eine Wasserschneidnut weist vorzugsweise eine Breite von 1 bis 2 mm auf. Insbesondere die schmale Schneidnut eines aus Blechmaterial geschnittenen Elements kann vorzugsweise mit Lack oder Harz ausgefüllt werden, der/das das Stück wieder plattenförmig bindet. Das geschnittene Element kann auch mechanisch beispielswei se mit zwischen die Schnecken eingeführten Isolierfolien oder Spritzgussteilen insbesondere bei planaren Elektrokomponentenstrukturen gestützt werden.
Bei Bedarf kann zum Beispiel die Strombeständigkeit der Drossel verbessert werden, indem mehrere Wickelspiralen parallel geschaltet werden. Dementsprechend kann die Induktanz der Drossel vergrößert werden, indem mehrere Wickelspiralen in Serie geschaltet werden.
Massivdrosseln können hergestellt werden, indem zuerst aus einem beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium bestehenden Massivteil eine breite Spiralwicklung geschnitten wird, die dann senkrecht zu ihrer Axialrichtung in mehrere Teile geschnitten wird, wobei wechselweise in ihrer Mitte und an ihren Rändern Anschlussstege bleiben, wobei mehrere in Serie geschaltete Wicklungen in Form von horizontalen Spiralen bereitgestellt werden.
Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Elektrokomponente als Du/Dt-Filter der Ausgleichsdrossel in einem Halbleiter beim Leistungssteg eines Frequenzumrichters eingesetzt werden. Dabei sind aus demselben Stück mehrere miteinander mechanisch verbundene Drosseln mit einer elektrischen Verbindung wassergeschnitten, wobei der Drosselkomplex eine Hauptdrossel und Unterdrosseln aufweist und die Unterdrosseln parallel oder aufeinander neben der Hauptdrossel liegen können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein maßgenaues Produkt auf moderne, nur wenig manuelle Arbeit benötigende Weise bereitgestellt. Die Erfindung kann an die unterschiedlichen Elementformen mühelos angepasst werden. Das Produkt kann leicht auf unterschiedliche Ströme angewandt werden und es ist möglich, auch sehr kleine Wicklungen herzustellen. Der Widerstand, die Induktanz sowie das Verhältnis zwischen Widerstand und Induktanz der erfindungsgemäßen Elektrokomponente können leicht verändert werden, indem die Gestaltung und das Material der Komponente geändert werden.
Bei der oben erwähnten Frequenzumrichteranwendung können durch die erfindungsgemäße Lösung sehr maßgenaue und kompakte Konstruktionen bereitgestellt werden, was die Anzahl von Komponenten und mechanischen Stromanschlüssen bedeutend verringert. Dank dieser überlegenen Herstellungsweise ist man von Drosselherstellern unabhängig, während die Flexibilität derart zunimmt, dass, wenn man beispielsweise von Querschnittsflächen eines gezogenen Drahts nicht abhängig ist, der erwünschte Widerstandswert der Wicklung leicht erreicht wird, indem die Querschnittsfläche und gegebenenfalls das Material der Wicklung geändert werden.
Die Erfindung ermöglicht auch das Schneiden von Befestigungsstellen für andere Elektrokomponenten wie Abflachkomponenten, zu denen zum Beispiel Kondensatoren, Widerstände und ähnlich gehören, in die besagte Elektrokomponente.
Das bei der Herstellung einzusetzende Wasserschneiden ist auf eine reiche Materialauswahl anwendbar und damit können dickere Materialien als beispielsweise mit Laser geschnitten werden. Das Wasserschneiden erzeugt keine Wärme in dem zu schneidenden Material und das Material wird nicht beim Schneiden verwunden. Beim Wasserschneiden wird das Schneidmaterial durchgedrungen, indem eine hohe Energiedichte mittels eines dünnen Wasserstrahls mit einer Geschwindigkeit von etwa 1000 m/s darauf konzentriert wird. Dieser Wasserstrahl wird mit einer Hochdruckpumpe erreicht, die einen hohen Druck produziert. Das Wasserschneiden ist ein sehr effektives aber auch sehr sensitives Verfahren. Dabei kommt keine Materialverbrennung oder -schmelzung vor, keine Gase oder Schlacken werden gebildet und im zu bearbeitenden Material werden keine Risse, Brüche oder chemische Änderungen verursacht. Auch die Austrittsseite des Wasserstrahls bleibt einwandfrei. Das Wasserschneiden kann mit zwei Techniken durchgeführt werden, d. h. entweder mit reinem Wasser oder zudem mit Hilfe von Abrasivsand. Wenn ein Abrasiv eingesetzt wird, reisst der Wasserstrahl aus den Ejektoren harte Sandkristalle mit sich, mit denen alle harten und starken Materialien geschnitten werden können.
FIGURENLISTE
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Es zeigen
1 bis 5 unterschiedliche Ausführungsalternativen eines spiral- oder schneckenförmigen Elements einer erfindungsgemäßen Elektrokomponente als perspektivische Ansichten,
6 die erfindungsgemäße Elektrokomponente, zum Beispiel eine Drossel mit einer Hauptdrossel und daneben liegenden und damit fest verbundenen parallelen Unterdrosseln, als perspektivische Ansicht,
7 die erfindungsgemäße Elektrokomponente, zum Beispiel eine Drossel mit einer Hauptdrossel und daneben liegenden und damit fest verbundenen parallelen Unterdrosseln, als perspektivische Ansicht, und
8 die Verwendung der Drosselkonstruktion gemäß 6 beim Leistungssteg eines Frequenzumrichters.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt ein schneckenförmiges Element 10 einer erfindungsgemäßen Elektrokomponente, das derart hergestellt ist, dass es aus einem runden rohrförmigen Ausgangsmaterial durch Wasserschneiden gebildet ist. Mit einer Wasserschneidnut 11 von Standardgröße wird ein maßgenaues Schneckenband mit Standardbreite erreicht. An den Enden des Elements 10 sind Löcher 12 für elektrische Kupplungen vorgesehen. Die erwünschte Größe des Gewindegangs und der Gewindebreite im Element 10 kann leicht erreicht werden. Dasselbe gilt für die Dicke des Elements 10.
2 zeigt wieder ein schneckenförmiges Element 20 der erfindungsgemäßen Elektrokomponente, das derart hergestellt ist, dass es aus einem quadratischen rohrförmigen Ausgangsmaterial gleich wie in 1 wassergeschnitten ist. Die Wasserschneidnut ist mit dem Bezugszeichen 21 und Löcher für elektrische Kupplungen mit dem Bezugszeichen 22 angezeichnet.
3 zeigt eine horizontale Spirale 30 der erfindungsgemäßen Elektrokomponente, die aus Blechmaterial durch Wasserschneiden gebildet ist. Am Anfang des Elements 30 in der Mitte und am Ende an seinem Rand sind Löcher 32 für elektrische Kupplungen vorgesehen. Die Wasserschneidnut ist mit dem Bezugszeichen 31 angezeichnet.
Die Ausführungsform gemäß 4 entspricht der Ausführungsform gemäß 3 in anderen Hinsichten, ausser dass da eine horizontale Spirale 40 aus einem dickeren Ausgangsmaterial besteht. Die Wasserschneidnut ist mit dem Bezugszeichen 41 und die Löcher für elektrische Kupplungen mit dem Bezugszeichen 42 angezeichnet. Auch hier sind die Formen der Aussenränder der horizontalen Spirale 40 und die Formen um die Kupplungslöcher 42 herum durch Wasserschneiden gebildet.
5 zeigt mehrere in Serie geschaltete horizontale Spiralen 50, wobei dieser Komplex zum Beispiel aus mehreren horizontalen Spiralen gemäß 4 bestehen kann. Der Komplex kann wahlweise aus einem Massivteil derart ausgebildet werden, dass zuerst aus dem Massivteil ein breites Spiralelement geschnitten wird, das dann senkrecht zu seiner Axialrichtung in mehrere Teile 50 geschnitten wird, wodurch wechselweise in seiner Mitte und an seinen Rändern Anschlussstege 54 bleiben, wobei mehrere in Serie geschaltete horizontale Spiralen 50 bereitgestellt werden.
Vorzugsweise können die jeweiligen Schneidfugen mit Lack oder Harz zum Stützen des Elements ausgefüllt werden. Das geschnittene Element kann auch mechanisch beispielsweise mit zwischen die Schnecken eingeführten Isolierfolien oder Spritzgussteilen insbesondere bei planaren Elektrokomponentenstrukturen gestützt werden.
6 zeigt eine Anwendung der erfindungsgemäßen Elektrokomponente, die vorzugsweise eine Drossel 60 mit einer Hauptdrossel 61 und daneben liegenden und damit fest verbundenen parallelen Unterdrosseln 62 ist.
Die Elektrokomponentenanwendung 70 gemäß 7 unterscheidet sich von 6 lediglich darin, dass neben einer Hauptdrossel 71 befindliche Unterdrosseln 72 aufeinander liegen.
Die Konstruktionen von 6 und 7 können natürlich modifiziert werden, so dass die Anzahl und die Größe der Unterdrosseln 62 und 72 nach der jeweiligen Anwendung und des jeweiligen Bedarfs variieren können.
Somit zeigt 8 eine Anwendung der Drosseln 60 gemäß 6 in Verbindung mit Halbleitern (IGBT-Modulen) beim Leistungssteg eines Frequenzumrichters als Du/Dt-Filter der Ausgleichsdrosseln, wobei die Ströme der Ausgänge der IGBT-Module ausgeglichen werden. In diesem Beispielsfall sind 12 gesonderte Drosselkomponenten als eine nur 3 separate Drosseleinheiten enthaltende Struktur kombiniert, was den Bereich des Frequenzumrichters bedeutend verringert. Die Anzahl der Unterdrosseln 62 kann natürlich je nach der Anzahl der im jeweiligen Modul einzusetzenden Leistungshalbleiter variieren. In diesem Fall weist jedes Modul drei Leistungshalbleiter auf.
Die obige Beschreibung der Erfindung dient lediglich zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Grundidee. Ein Fachmann kann somit ihre Einzelheiten modifizieren und sie im Rahmen der Schutzansprüche anwenden.

Claims

Induktive Elektrokomponente, die zumindest ein spiralförmiges oder schneckenförmiges Element (60; 70) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Elektrokomponente eine Hauptdrossel (61, 71) und Unterdrosseln (62, 72) aufweist, die miteinander mechanisch verbunden sind und eine elektrische Verbindung aufweisen, und wobei ihre spiralförmigen oder schneckenförmigen Elemente (60; 70) durch Wasserschneiden ausgebildet sind.
Elektrokomponente nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseln (61, 62; 71, 72) aus einem Massivteil wassergeschnitten sind.
Elektrokomponente nach Schutzanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdrosseln (62) parallel neben der Hauptdrossel (61) liegen.
Elektrokomponente nach Schutzanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdrosseln (72) aufeinander neben der Hauptdrossel (70) liegen.
Elektrokomponente nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Befestigungsstellen für andere induktive Elektrokomponenten wie Abflachkomponenten, zu denen zum Beispiel Kondensatoren, Widerstände und ähnlich gehören, aufweist.
Elektrokomponente nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Elements (60; 70) zu einer Gruppe gehört, die zumindest Aluminium, Kupfer und Stahl beinhaltet.
Elektrokomponente nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schneidnut mit Lack oder Harz zum Stützen des Elements ausgefüllt ist.
Elektrokomponente nach einem der Schutzansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Schnecken eines planaren schneckenförmigen Elements eine Isolierfolie eingeführt ist.
Elektrokomponente nach einem der Schutzansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Schneidnuten an den Ecken der Schnecken eines planaren quadratischen schneckenförmigen Elements Isolierfolien eingeführt sind.
Elektrokomponente nach einem der Schutzansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Schnecken eines planaren schneckenförmigen Elements ein fingerförmiges spritzgegossenes Isolierstück eingeführt ist.