DE4410956C2 - Drosselspule für eine Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drosselspule nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild mit einer Verbindungsanord­ nung eines herkömmlichen Wechselrichters. In Fig. 7 erkennt man eine Wechselstrom-Eingangsstromquelle 50 mit den Phasen R, S, T, die über eine Wechselrichtereinheit 51 mit einem Motor 52 (IM) verbunden ist. In der Wechselrichtereinheit 51 sind folgende Baugruppen vorge­ sehen: Dioden 14 bis 19, um einen Wechselstrom in einen Gleichstrom gleichzurichten; ein Glättungskondensator 53; Schaltelemente 2 bis 7 zur Durchführung einer Impulsbreiten­ modulation des Gleichstromes; und Rückkopplungsdioden 8 bis 13, die antiparallel zu den Schaltelementen 2 bis 7 geschal­ tet sind. In der Schaltungsanordnung bezeichnen VUN, VVN und VWN die Potentiale von Ausgangslei­ tungen U, V und W, die gegenüber einem Punkt N mit stabilem Potential gemessen werden.

Fig. 8 zeigt in einem Diagramm die resultierenden Spannungs­ wellenformen, wenn die Schaltelemente 2 bis 7 der herkömmli­ chen Wechselrichtereinheit gemäß Fig. 7 arbeiten, wobei die Spannungswellenformen den Potentialen VUN, VVN und VWN in Fig. 7 entsprechen. Das Bezugszeichen 54 bezeichnet einen Punkt mit neutralem Potential der Ausgangsleitungen U, V und W und läßt sich ausdrücken durch die Beziehung

VC = (VUN + VVN + VWN) / 3.

Diese Anordnung stellt eine Quelle für Störungen dar. Bei­ spielsweise ist es so, daß im allgemeinen die Spannungsände­ rung dV/dt eine Störungen erzeugende Quelle ist, und die Spannungsänderung zwischen den Ausgangsleitungen U, V und W kann die Ursache für symmetrische Störspannungen oder Störun­ gen sein. Ferner kann eine Spannungsänderung an einer neutra­ len Stelle der Ausgangsleitungen U, V und W gegenüber dem Er­ dungspunkt E mit stabilem Potential oder den Gleichspannungs- Versorgungsschienen P, N usw. die Ursache für Gleichtaktstö­ rungen sein. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein Filter vorzusehen, das hauptsächlich gegenüber den Gleichtakt­ störungen wirksam ist.

Fig. 9 zeigt im Querschnitt einen Hauptschaltungsbereich ei­ ner herkömmlichen Wechselrichtereinheit. In Fig. 9 ist ein Hauptschaltungssubstrat 1 wirksam, um die Hauptschaltungsele­ mente zu tragen, beispielsweise die Schaltelemente 2 bis 7 und die Rückkopplungsdioden 8 bis 13. Kühlrippen 46 dienen dazu, die von den Hauptschaltungselementen 2 bis 13 erzeugte Wärme zu einem Ort zu transportieren, von dem eine Wärmeab­ führung durch Strahlung oder Konvektion erfolgt. Eine Isolierschicht 59 ist als elektrische Isolierung zwi­ schen den Hauptschaltungselementen 2 bis 13 und den Kühlrip­ pen 46 vorgesehen.

Ferner weist die Wechselrichtereinheit einen kastenförmigen Körper 49 auf, und die Kühlrippen 46 sind an diesem kasten­ förmigen Körper befestigt und elektrisch leitend miteinander verbunden.

Fig. 10 zeigt ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung der Gleichtaktstörungen in der Hauptschaltung der herkömmlichen Wechselrichtereinheit gemäß Fig. 7. In Fig. 10 wird eine er­ ste Floatingkapazität 55 mit einem Wert Ci von der Isolier­ schicht 59 gebildet, die zwischen dem Hauptschaltungssubstrat 1 und den Kühlrippen 46 angeordnet ist. Eine zweite Floating­ kapazität 56 mit einem Wert Cc wird von der Ausgangsleitung gegenüber der Erde E gebildet. Eine dritte Floatingkapazität 57 mit einem Wert Cm wird zwischen dem Wicklungsdraht des Mo­ tors 52 und dem Chassis oder Rahmen gebildet, wobei der Rah­ men mit Erde E verbunden ist. Schließlich gibt es einen gleichphasigen Strom 58 mit einem Wert i0, der sich ausdrüc­ ken läßt durch die Beziehung i0 = C×dV/dt.

Der Punkt N mit stabilem Potential und der neutrale Punkt P1 der Wechselstrom-Eingangsverdrahtung haben ein identisches Potential gegenüber der Trägerfrequenz der Impulsbreitenmodu­ lation. Eine Spannung 54 mit einem Wert Vc wird zwischen dem Punkt N mit stabilem Potential und dem neutralen Punkt P3 der Ausgangsleitungen U, V und W angelegt. Außerdem ist der Punkt P3 mit Erde E über die Floatingkapazität 56 mit dem Wert Cc und die Floatingkapazität 57 mit dem Wert Cm verbunden.

Die Isolierschicht 59 muß eine adäquate elektrische Isolie­ rung bei der Anordnung gemäß Fig. 9 liefern, aber sie muß auch eine wirksame Wärmeübertragung von den Hauptschaltungs­ elementen 2 bis 13 zu den Kühlrippen 46 in effizienter Weise ermöglichen. Typischerweise hat die Isolierschicht 59 eine dünne Wandstärke und eine große Fläche. Daher ist der Wert Ci der Floatingkapazität 55, die zwischen ihnen gebildet wird, sehr groß. Da der neutrale Punkt P2 der Hauptschaltungsele­ mente 2 bis 13 ein identisches Potential wie der neutrale Punkt P3 der Ausgangsleitungen U, V und W hat, wird eine Floatingkapazität 55 mit einem Wert Ci parallel zu der Span­ nung Vc gebildet, wie sich aus dem Ersatzschaltbild in Fig. 10 entnehmen läßt.

Da weiterhin der kastenförmige Körper 49 direkt den Potenti­ aländerungen der Hauptschaltungselemente 2 bis 13 unterworfen ist, und zwar über die Floatingkapazität 55 mit dem Wert Ci, besteht die Gefahr eines elektrischen Schlages, wenn eine Person den kastenförmigen Körper 49 berührt. Aus diesem Grunde ist das Gehäuse bzw. der kastenförmige Körper 49 aus Sicherheitsgründen mit Erde E verbunden, wie sich aus dem Er­ satzschaltbild in Fig. 10 entnehmen läßt.

Da die gleichphasige Spannung 54 mit dem Wert Vc an die Floatingkapazitäten 55 mit dem Wert Ci, 56 mit dem Wert Cc und 57 mit dem Wert Cm angelegt wird, wie es Fig. 10 zeigt, so fließt der gleichphasige Strom 58 mit dem Wert i0 durch die Stromversorgungsdrähte, wobei sich dieser Strom i0 aus­ drücken läßt als i0 = C×dV/dt. Dieser Strom führt zu Gleichtaktstörungen, aber er kann auch insofern unerwünschte Wirkungen haben, als er als Eingangssignal auf einen Sensor für gleichphasigen Strom wirkt, nämlich einen Leckstromunterbrecher, der aktiviert werden kann, obwohl kein Erdungsfehler verursacht worden ist.

Um einen derartigen gleichphasigen Strom 58 mit dem Wert i0 zu verringern, besteht ein Ansatz darin, das C in der Glei­ chung i0 = C×dV/dt zu reduzieren, während der andere Ansatz darin besteht, den Faktor der Spannungsänderung, also dV/dt zu verringern.

Das Verfahren zur Verringerung der Spannungsänderung dV/dt wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 11 erläutert, die ein gleichphasiges Filter zur Glättung der Änderung der gleichphasigen Spannung 54 mit dem Wert Vc sowie das entspre­ chende Schaltungsdiagramm zeigt. Das Bezugszeichen 60 be­ zeichnet eine gleichphasige Drossel, wobei drei Ausgangslei­ tungen in derselben Richtung um einen einzigen Kern gewickelt sind. Nur eine von Null verschiedene Komponente der Gesamt­ heit der drei Ströme wird von dem Filter bzw. der Drossel gedämpft. Die Bezugszeichen 62 bis 64 bezeichnen Kondensatoren, die direkt mit der Spannungsversorgungsschiene N verbunden sind. Das Bezugszeichen 61 bezeichnet eine Spannungs-Klemm­ diodenanordnung zum Festklemmen der Resonanzspannung bei der Resonanzfrequenz der gleichphasigen Drossel 60 und der Kon­ densatoren 62 bis 64 auf die Gleichspannung VDC der Gleich­ spannungs-Versorgungsschienen P und N.

Fig. 12 zeigt ein Ersatzschaltbild des gleichphasigen Fil­ ters. In Fig. 12 sind eine gleichphasige Drossel 65 mit einem Wert LF und ein Kondensator 66 mit einem Wert CF als Filter in dem Ersatzschaltbild geschaltet. Genauer gesagt, im Be­ trieb wirkt dieses Filter auf die gleichphasige Spannung 54 mit dem Wert Vc dieser Stufe, und der Strom 58 mit dem Wert i0 wird verringert durch Glättung der Potentialänderung der gleichphasigen Spannung, die auf die Ausgangsleitungen aufge­ prägt wird, wie man im Zusammenhang mit den Floatingkapazitä­ ten 56 mit dem Wert Cc und 57 mit dem Wert Cm erkennt.

In diesem Falle wirkt das Ausgangssignal des gleichphasigen Filters auf den neutralen Punkt der Ausgangsleitungen U, V und W und nicht auf den neutralen Punkt P2 der Haupt­ schaltungselemente, nämlich auf das Potential des Hauptschal­ tungssubstrats 1 gemäß Fig. 10. Dementsprechend wird der der Floatingkapazität 55 mit dem Wert Ci zuzuschreibende Strom 58 mit dem Wert i0 nicht verringert, wie sich aus dem Ersatz­ schaltbild in Fig. 12 ergibt.

Fig. 13 zeigt ein Blockschaltbild, bei dem ein Differential­ filter verwendet wird, um die Differentialspannungsänderung der Ausgangsleitungen U, V und W zu glätten. In dieser Fig. 13 bilden Differentialdrosseln 70 bis 72 und Kondensatoren 73 bis 75 ein LC-Filter.

Fig. 14 zeigt die Verdrahtung eines Wechselrichter-Haupt­ schaltungsbereiches, der mit einem gleichphasigen Filter ge­ mäß Fig. 11 ausgerüstet ist. Die Ausgangsleitungen U, V und W kommen aus dem Hauptschaltungssubstrat 1 heraus, in welches die Hauptschaltungselemente 2 bis 13 eingebaut sind, und sie sind mit den Wechselrichterausgängen über die Kondensatoren 62 bis 64 und die Spannungs-Klemmdiodenanordnung 61 sowie die gleichphasige Drossel 60 verbunden. Außerdem sind beide Enden der Spannungs-Klemmdiodenanordnung 61 mit dem Glättungskon­ densator 53 verbunden.

Fig. 15 zeigt ein Ersatzschaltbild auf der Basis der Verdrah­ tungsanordnung gemäß Fig. 14. Wie in diesen beiden Figuren dargestellt, gibt es eine Leitungsinduktivität 76 mit einem Wert L1 in einem Normalbetrieb, der dann größer wird, wenn die Verdrahtung länger wird und sich von den Kondensatoren 62 bis 64 über die gleichphasige Drossel 60 von dem Hauptschal­ tungssubstrat 1 ausdehnt. Es gibt außerdem eine Leitungsin­ duktivität 78 mit einem Wert L2, der dann größer wird, wenn die Verdrahtung länger wird, und zwar von der Spannungs-Klemm­ diodenanordnung 61 zu dem Glättungskondensator 53.

Fig. 16b zeigt die Wirkung auf eine gleichphasige Spannung VUV in Fig. 16a für den Fall, daß eine Leitungsinduktivität 76 mit einem Wert L1 gemäß Fig. 15 vorhanden ist.

Andererseits zeigen die Fig. 17a und 17b Spannungswellenfor­ men über der Spannungs-Klemmdiodenanordnung 61 in zwei ver­ schiedenen Fällen, in denen eine Leitungsinduktivität 78 mit einem Wert L2 vorhanden ist. In einem ersten Falle, in dem die Verdrahtung gemäß Fig. 14 kurz ist, ist der Wert L2 der Leitungsinduktivität 76 klein, und der Wert L0 der gleichpha­ sigen Drossel 60 ist ausreichend, so daß die Spannung auf der Leitung kaum Resonanz mit den Kondensatoren 62 bis 64 zeigt. Im Ergebnis erhält man eine gewünschte Spannung, die sich stufenweise ändert, wie es in Fig. 17a dargestellt ist, und die in wirksamer Weise den Motor steuert. Wenn andererseits die Verdrahtung lang ist, so ist der Wert L2 der Leitungsin­ duktivität 76 hoch, so daß die Spannung V0 über der Span­ nungs-Klemmdiodenanordnung 61 eine Wellenform hat, die in Fig. 17b dargestellt ist, mit der Folge, daß nicht die ge­ wünschte Spannung an den Motor 52 angelegt wird.

Wenn weiterhin die Leitungsinduktivität 78 mit einem Wert L2 vorhanden ist, so übersteigt die Resonanzspannung die Gleich­ spannung VDC, wie es in Fig. 17b dargestellt ist. Infolgedes­ sen wird das Festklemmen der Spannung auf der Leitung auf die Gleichspannung VDC ineffektiv, der Spitzenwert der Spannung auf der Leitung überschreitet die Gleichspannung VDC und auch den Spannungsschwellwert für den Durch­ bruch der Diode.

Fig. 18 zeigt den Fall der Verwendung einer Drossel 79 in dem anderen Bereich der Wechselrichtereinheit. Die Drossel 79 dient dazu, den Leistungsfaktor zu verbessern, und sie ist zwischen den Gleichrichterdioden 14 bis 19 und dem Glättungs­ kondensator 53 eingesetzt, um die Eingangsstromwellenform des Wechselstromes zu glätten.

Fig. 19 zeigt eine herkömmliche gleichphasige Drossel 60 und ihre Anordnung bzw. Montage. In Fig. 19 weisen die Drossel­ komponenten einen Kern 42, eine Wicklung 45, die aus drei Phasen aufgebaut ist, und ein Gehäuse 80 auf, um den Kern 42 gegenüber der Wicklung 45 zu schützen. Der Kern 42 ist außen von dem Gehäuse 80 umschlossen, und seine Außenseite ist mit einem Wicklungsdraht 45 gewickelt bei der Fertigstellung der gleichphasigen Drossel 60.

Wenn die gleichphasige Drossel 60 als eine einzige große Spule ausgebildet ist, wird diese Spule in einer Vielzahl von Schichten bzw. Lagen gewickelt, und es gibt eine Floatingka­ pazität zwischen dem Eingang und dem Ausgang. Wenn daher der Strom eine hohe Frequenz hat, nimmt der Reaktanzwert ab, und die Drossel wirkt nicht in effektiver Weise. Wenn weiterhin die Drossel mit einer Vielzahl von Wicklungen gewickelt ist, so erzeugt der Wicklungsdraht Wärme wegen des Kupfer­ widerstandes. Da sie außerdem bei einer hohen Fre­ quenz arbeitet, wird von dem Eisen in dem Kern ein Widerstand gebildet, und die Kerntemperatur steigt an wegen der schlech­ ten Wärmeabstrahlung, da der Kern von dem Wicklungsdraht um­ wickelt ist. Der Reaktanzwert des Kernes nimmt durch den Tem­ peraturanstieg des Kernes ab, so daß mit hoher Wahrschein­ lichkeit eine magnetische Sättigung hervorgerufen wird. Als Gegenmaßnahme muß daher der Kern größer gemacht werden, was dazu führt, daß sowohl die Kosten als auch der Raumbedarf an­ steigen.

Die Drossel hat darüber hinaus eine beträchtliche Dicke, und dies verhin­ dert, daß sie auf dem Hauptschaltungssubstrat montiert werden kann, daher muß sie separat installiert werden. Infolgedessen wird die Verdrahtung von der Spannungs-Klemm­ diodenanordnung zu dem Glättungskondensator länger, und es erhöhen sich die Spannungen an den beiden Enden der Spannungs-Klemmdiodenanordnung, die Leitungsspannung kann nicht auf die Gleichspannung der Gleichspannungs-Versorgungs­ schiene geklemmt werden, und diese Spannung wird die Schwell­ wertspannung der Klemmdiodenanordnung überschreiten und zu einem Fehlverhalten führen.

Da die Drossel aus oben genannten Grunde nicht direkt auf der Ober­ fläche des Hauptschaltungssubstrats montiert werden kann und separat eingebaut werden muß, ergibt sich eine Leck-Reaktanz aufgrund einer langen Verdrahtung in der gleichphasigen Fil­ terschaltung, und die gewünschte Spannung kann nicht erhalten werden, weil sich eine Resonanz bei der Spannung einstellt.

Die ungeprüften Patentveröffentlichungen JP 3-135 371 (A) und JP 3-135 373 (A) zeigen, wie eine Drossel mit kompakteren und kleineren Abmessungen ausgebildet werden kann, die sich auf demselben Substrat montieren läßt. Die dort angegebene Drossel kann nicht bei hohen Leitungsspannungen verwendet werden, beispielsweise im Bereich von 600 Volt, wie es in einer Wechselrichtereinheit erforderlich ist.

Aus der gattungsbildenden DE 28 25 854 C2 ist ein Hybridtransformator bekannt, der aus einer Primär- und einer Sekundärwicklung besteht, wobei auf einem Keramiksubstrat Leiterstreifen ausgebildet sind, welche Kontaktbereiche aufweisen. Auf diese Leiterstreifen wird ein Spulenkern isoliert aufgebracht, und die Windungen der jeweiligen Spulen werden durch Metalldrähte zusammenwirkend mit den Leiterstreifen ausgebildet. Die Metalldrahtleiter werden hierfür mit den entsprechenden Kontaktbereichen der Leiterstreifen unter Übergreifen des Kerns hergestellt. Einzelheiten zur Frage der Abführung entstehender Wärme, insbesondere dann, wenn die Metalldrahtleiter mit einer Isolation versehen werden müssen, um eine ausreichend stabile Lage und Spannungsfestigkeit zu erreichen, werden nicht erläutert.

Es ist daher, ausgehend vom geschilderten Stand der Technik, Aufgabe der Erfindung, eine Drosselspule, umfassend eine Leiterplatte mit einer Vielzahl von streifenförmigen, voneinander beabstandeten Leiterbahnen anzugeben, die derart weitergebildet ist, daß trotz verringerter Abmessungen eine ausreichende elektrische und mechanische Stabilität gewährleistet ist, wodurch sich der Anwendungsbereich erweitern läßt.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegenstand gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei der Unteranspruch eine zweckmäßige Verwendung der erfindungsgemäßen Drosselspule aufzeigt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1(a) und 1(b) eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Darstellung zum Vergleich der Drossel gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einer herkömmlichen Drossel;

Fig. 3(a) und 3(b) eine Draufsicht und eine Schnittansicht einer Drossel gemäß einer anderen bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung;

Fig. 4(a) und 4(b) eine Draufsicht sowie ein Ersatzschaltbild von ei­ nem Hauptschaltungssubstrat einer Wechselrich­ tereinheit, die eine Drossel gemäß der Erfindung verwendet;

Fig. 5(a) und 5(b) eine vergleichende Darstellung zur Erläuterung von Floatingkapazitäten bei einer Drossel gemäß einer bevorzugten Ausführungsform und einer herkömmlichen Drossel;

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei die Drossel auf dem Hauptschaltungssubstrat montiert ist;

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer herkömm­ lichen Wechselrichtereinheit mit ihrer Schaltungs­ anordnung;

Fig. 8 eine Darstellung von Spannungswel­ lenformen beim Schalten einer herkömmlichen Wech­ selrichtereinheit;

Fig. 9 einen Querschnitt eines Hauptschaltungsbereiches, der bei einer herkömmlichen Wechselrichtereinheit verwendet wird;

Fig. 10 ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung eines Kanals bei Gleichtaktstörungen in einer herkömmlichen Wechselrichtereinheit;

Fig. 11 ein gleichphasiges Filter zum Glätten von Änderun­ gen der gleichphasigen Spannung in einer bekannten Schal­ tungsanordnung;

Fig. 12 ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung eines Kanals nach Fig. 11 bei Gleichtaktstörungen in dem Wechselrichter mit einem gleichphasigen Filter;

Fig. 13 ein Blockschaltbild unter Verwendung eines bekannten Diffe­ rentialfilters;

Fig. 14 eine Verdrahtungsanordnung eines Hauptschaltungsbe­ reiches eines Wechselrichters, der mit einem her­ kömmlichen gleichphasigen Filter ausgerüstet ist;

Fig. 15 ein Ersatzschaltbild der Anordnung gemäß Fig. 14;

Fig. 16(a) und 16(b) Spannungswellenformen, die bei der Anordnung gemäß Fig. 15 auftreten;

Fig. 17(a) und 17(b) weitere Spannungswellenformen, die bei einer Anord­ nung gemäß Fig. 15 auftreten;

Fig. 18 ein Schaltbild eines anderen Berei­ ches einer Wechselrichtereinheit, bei dem die Er­ findung Anwendung finden kann; und

Fig. 19 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Montage einer herkömmlichen Drossel.

Im folgenden wird zunächst auf die Fig. 1(a) und 1(b) Bezug genommen, die ein Ausführungsbeispiel des Aufbaus einer Dros­ sel gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigen. Fig. 1(a) ist dabei eine Draufsicht auf eine derar­ tige Drossel, während Fig. 1(b) einen Querschnitt durch eine solche Drossel längs der Linie A-A in Fig. 1(a) zeigt.

In diesen beiden Figuren erkennt man ein isolierendes Sub­ strat 110, beispielsweise eine metallische gedruckte Leiter­ platte, die gebildet wird von einer Isolierschicht auf einem metallischen Substrat mit guter Wärmeleitfähigkeit. Ein Lei­ tungs- oder Verdrahtungsmuster 111 wird mit einer leitenden Schicht auf dem isolierenden Substrat 110 gebildet, und ein ringförmiger Kern 112, der mit einem isolierenden Material beschichtet ist, wird auf dem Muster angeordnet. Drähte 113 (als Teile der Phasen U, V und W) stellen Verbindungen über den Kern her. Ein elektrisch isolierendes Material 114, beispielsweise ein Photoresist-Isoliermaterial, ist zwischen dem ringförmi­ gen Kern 112 und dem Muster 111 eingefügt.

Die Drossel gemäß der Erfindung ist auf einem isolierenden Substrat 110 ausgebildet. Die Vielzahl von streifenförmigen Mustern 111 ist auf dem isolierenden Substrat 110 derart an­ geordnet, daß sie zwischeneinander einen ausreichenden Ab­ stand auf dem isolierenden Substrat 110 haben und sich unter dem ringförmigen Kern 112 verlaufen. Drähte 113 werden verwen­ det, streifenförmige Muster 111 untereinander zu verbinden, wobei hier zwei streifenförmige Muster 111 für eine dreiphasige Anordnung vorgesehen sind.

Der Kern 112 ist auf dem elektrisch isolierenden Substrat 110 unter Zwi­ schenschaltung von isolierendem Material 114 angeordnet, wel­ ches den Kern 112 von der Vielzahl von streifenförmigen Mu­ stern 111 auf dem isolierenden Substrat 110 trennt. Das Ende von jedem streifenförmigen Muster 111 innerhalb des ringför­ migen Kernes 112 ist mit dem einen Ende eines Drahtes 113 in jeder Phase bei einer dreiphasigen Anordnung verbunden. Die Länge des Drahtes 113 ist so ausgelegt, daß sie über den Kern 112 hinübergeführt ist und ihn sozusagen übersteigt, und das andere Ende des Drahtes 113 ist mit einem anderen streifen­ förmigen Muster 111 außerhalb des ringförmigen Kernes 112 verbunden. Somit erfolgt die Wicklung einer Spule, die aus den streifenförmigen Mustern 111 und den Drähten 113 um den ringförmigen Kern 112 besteht, dadurch, daß diese Verbindun­ gen und Anordnungen wiederholt durchgeführt werden.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung zum Vergleich einer erfindungs­ gemäßen Spule und einer herkömmlichen Spule. Bei der erfin­ dungsgemäßen Spule kann der Draht 113 pro Stück kürzer gemacht werden, so daß er keine Umhüllung zu ha­ ben braucht, und sein Außendurchmesser kann in der Größenord­ nung von 0,3 mm liegen. Ferner kann das Muster 111 in der Größenordnung von 0,5 mm liegen, da es für ein metallisches Substrat verwendet wird. Außerdem ist der erforderliche Iso­ lierabstand für eine Betriebsspannung von 600 Volt, die für den Betrieb einer Wechselrichtereinheit erforderlich ist, in der Größenordnung von 1 mm zwischen den Drähten 113 ausrei­ chen, und ein Silikongel wird verwendet, um den Bereich des Drahtes abzudichten. In der Tat kann ein Isolierabstand in der Größenordnung von 0,8 mm dann ausreichend sein, wenn das Muster 111 beschichtet ist.

Nimmt man an, daß eine Anzahl von "n" Wicklungen vorhanden ist und daß die Magnetpfadlänge den Wert l hat, dann läßt sich die Induktivität L einer Spule durch die folgende Bezie­ hung ausdrücken: L ∼ n/l.

Aus dieser Beziehung ergibt sich, daß dann, wenn die Magnet­ pfadlänge l kürzer wird, die Induktivität L größer werden kann. Infolgedessen kann die Induktivität L in effizienterer Weise hergestellt werden, wenn der Wicklungsgrad in möglichst vielen Windungen "n" um einen kleineren Kern gewickelt wird, also einen Kern mit kleinerer Fensterquerschnittsfläche.

Die Fensterquerschnittsfläche ist bei einem herkömmlichen Kern größer, weil ein ummantelter Draht mit einem dickeren Durchmesser verwendet wird. Somit ist ein solcher Kern inef­ fizient, weil der Wicklungsdraht in vielen Wicklungen auf einen Kern gewickelt werden muß, der eine lange Magnetpfad­ länge besitzt. Um eine Betriebsspannung von 600 Volt bei 5 Ampère in einer herkömmlichen Spule zu erreichen, ist ein Kern mit einem Außendurchmesser von 2,2 mm erforderlich, wo­ bei ein elektrisch leitender Draht mit einer wärmebeschichteten Vinylumhüllung verwendet wird.

Bei der ersten, vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist ein Isoliermaterial zwischen dem Muster 111 und dem Kern 112 vorgesehen, aber es kann auch ein mit einem Isoliermaterial beschichteter Kern verwendet werden.

Die Fig. 3(a) und 3(b) zeigen ein Beispiel zur Herstellung einer Drossel gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In diesen beiden Figuren ist die Herstellung einer Drosselspule auf einem isolierenden Substrat 110 in ähnlicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform darge­ stellt, aber hierbei sind außerdem ein oder mehrere Kontakt­ flecken 115 zwischen dem Muster 111 und den Drähten 113 auf dem isolierenden Substrat 110 gemäß Fig. 1 vorgesehen.

Während bei den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungs­ formen eine metallische gedruckte Leiterplatte verwendet wird, bei der ein isolierendes Substrat 110 mit einer isolie­ renden Schicht auf einem metallischen Substrat ausgebildet wird, die eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, kann die gleiche Wirkung auch erzielt werden, wenn man eine DBC-Platte verwendet (Direct Bonding Capper).

Die Fig. 4(a) zeigt eine Draufsicht einer gedruckten Leiter­ platte für die Hauptschaltung bei einer anderen Ausführungs­ form gemäß der Erfindung; dies entspricht dem Schaltbild in Fig. 14. In Fig. 4(a) sind gleichphasige Drosseln 20 und 21 vorgesehen, welche der Drossel 60 in Fig. 14 entsprechen, und die beiden Komponenten sind für diesen Aufbau in Reihe ge­ schaltet.

Widerstände 67 bis 69 liegen in Reihe mit Kondensatoren 28 bis 30, die den Kondensatoren 62 bis 64 in Fig. 14 entsprechen. Das Bezugszeichen 31 bezeichnet Kontaktflächen und das Bezugszeichen 32 bezeichnet Drähte, während das Be­ zugszeichen 33 ein Muster auf dem Hauptschaltungssubstrat 1 bezeichnet. Die Wicklung der Drossel gemäß der Erfindung wird gebildet von dünnen Drähten 32 und den Mustern 33, wobei die Anzahl von Windungen vergrößert werden kann, auch wenn ein kleiner Kern verwendet wird. Das Ersatzschaltbild hierzu ist in Fig. 4(b) dargestellt.

Die Fig. 5(a) und 5(b) erläutern die Drossel und die Floatingkapazität, wobei Fig. 5(a) den Fall einer einzelnen Drossel 34 und einer einzelnen Floatingkapazität 35 nach dem Stand der Technik zeigt, während Fig. 5(b) den Fall von zwei Spulen 36 und 38 gemäß der Erfindung mit dazugehörigen Kapazitäten 37 und 39 darstellt.

Die erfindungsgemäße Drossel besteht aus einer Reihenschaltung gemäß Fig. 5(b). Wegen dieser Rei­ henschaltungsverbindung kann die Hochfrequenzcharakteristik im Vergleich zum Stand der Technik verbessert werden.

Da weiterhin die Verdrahtung für die Hauptschaltungselemente, Drosseln usw. verkürzt werden kann, können auch die Streu­ reaktanzen 76 und 78 mit den Werten L1 und L2 gemäß Fig. 15 verringert werden.

Während vorstehend eine bevorzugte Ausführungsform unter Ver­ wendung der Drossel gemäß der Erfindung als gleichphasige Drossel erläutert worden ist, kann auch eine den Leistungs­ faktor verbessernde Drossel 79 gemäß Fig. 18 auf dem Hauptschaltungssubstrat montiert werden, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Auch in diesem Falle kann der Induktivitäts­ wert vergrößert und die Floating­ kapazität verringert werden, und man erreicht eine bessere Wärmeabstrah­ lung, indem die Drossel 79 gemäß Fig. 18 in zwei Drosseln 40 und 41 unterteilt wird (Fig. 6).

Gemäß der Erfindung kann somit eine Drossel mit kleinen Ab­ messungen zur Verfügung gestellt werden, die eine kleine Streureaktanz sowie eine kleine Floatingkapazität besitzt. Der Kern der Drossel läßt sich dabei mit einem isolierenden Substrat, beispielsweise einem entsprechend isolierten Me­ tallsubstrat verbinden, wobei die von der Drossel erzeugte Wärme in wirksamer Weise abgestrahlt werden kann. Dadurch können auch Wechselrichtereinheiten mit kompakteren und ge­ ringeren Abmessungen bereitgestellt werden, die mit einem entsprechenden Filter mit verbesserten Eigenschaften ausgerü­ stet sind.

Claims (2)

1. Drosselspule, umfassend eine Leiterplatte mit einer Viel­ zahl von streifenförmigen, voneinander beabstandeten Leiterbahnen mit Kon­ taktbereichen an den Enden der Leiterbahnen (111), einem im wesentlichen ringförmigen Kern (112), welcher elektrisch isoliert auf den streifenförmigen Leiterbahnen (111) unter Freilassen der Kon­ taktbereiche angeordnet ist, eine Vielzahl von Drähten (113), die vorgegebene Kontaktbereiche der Leiterbahnen (111) derart verbinden, daß die Drähte (113) jeweils den Kern (112) ritt­ lings unter Bildung von Spulenwindungen übergreifen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Leiterplatte mit einem wärmeleitenden metallischen Sub­ strat verbunden ist und die Drähte (113) mit z. B. einem Silikongel elektrisch isolierend umgeben sind, wobei die Verbindung der Vielzahl von Leiterbahnen (111) mittels der Drähte (113) peri­ odisch derart erfolgt, daß eine mehrphasige Drosselspule mit einer Phasenverschiebung Null resultiert.

2. Drosselspule nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch deren Verwendung als gleichphasige Filterdrossel in einer Wechsel­ richteranordnung.