EP4184533B1 - Filterdrossel, deren herstellungsverfahren und elektrische vorrichtung - Google Patents

Filterdrossel, deren herstellungsverfahren und elektrische vorrichtung Download PDF

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EP4184533B1 EP21208886.8A EP21208886A EP4184533B1 EP 4184533 B1 EP4184533 B1 EP 4184533B1 EP 21208886 A EP21208886 A EP 21208886A EP 4184533 B1 EP4184533 B1 EP 4184533B1
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bobbin
gap
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Marek S. Rylko
Marcin Kacki
Adam TOBIASZ
Przemyslaw HABINKA
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SMA Solar Technology AG
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    • H01F27/26—Fastening parts of the core together; Fastening or mounting the core on casing or support
    • H01F27/263—Fastening parts of the core together

Definitions

  • the present invention relates to a filter-choke for use in an Electro-Magnetic-Interference - (EMI) filter.
  • EMI Electro-Magnetic-Interference -
  • the present invention relates to a filter-choke that on one hand provides highly reproduceable magnetic properties, particularly, when produced in mass production and that on the other hand is easy to assemble, even when an electric wire with a large cross section is to be used.
  • the filter-choke may be used in various appliances including differential mode filters and common mode filters, it is particularly intended for use as a common mode filter-choke.
  • the present invention relates to an electrical device with a respective filter-choke and a production method of the filter-choke.
  • EMI-filter typically is implemented within the device.
  • EMC Electro-Magnetic-Compatibility
  • the EMI filter comprises a filter-choke which, dependent on the radiation mode to be filtered, can be configured as a differential mode filter-choke or as a common-mode filter-choke.
  • the filter-choke can comprise a magnetic core and at least two coils, each coil comprising an electric conductor that is arranged around a leg of the magnetic core in form of one or more windings. Since it is a frequent requirement that the magnetic core comprises a low magnetic reluctance, the core is designed as a closed magnetic core in form of a one-piece component. In that case, the coil is typically produced by manually winding the electrical wire around the magnetic core.
  • the manual production process is relatively labor intensive, in particular, when an electrical wire with a large cross section area is to be used, which typically is the case when a low ohmic resistance of the electrical conductor is required.
  • the manual production process results in a relatively poor reproducibility within multiple filter-chokes produced one after the other and theoretically comprising the same design. It also leads to an increase in component size. Therefore, it is desired to provide an optimized design for a filter-choke.
  • the printed document CN 203858954 U discloses a choke comprising an iron core set, two winding frames, a partition piece, and a winding.
  • the iron core set comprises a first iron core and a second iron core. The two ends of the first iron core and the two ends of the second iron core are connected in a separable mode to form a closed shape.
  • Each winding frame comprises a winding frame body which is provided with an iron core passageway allowing the iron core set to penetrate through.
  • the partition piece can be fixed to and combined with the two winding frames. The winding is wound on the two winding frames.
  • Filter chokes involving modular bobbin assemblies that involve the stacking of at least two bobbins are known from JP6458720B2 and JPH0562020U .
  • a production method of the filter-choke comprises the following acts:
  • an automatic winding technology can be used for winding the electrical conductor, which is advantageous for producing the coils in a highly reproducible and cost-efficient manner. This is particularly advantageous if the electric conductor comprises a large cross section, which manually would be very difficult and irreproducible to wind. Since the winding of the coils is done prior to its placement on the bobbins and on the core-legs, a mechanical stress and its jeopardizing effects implied on the magnetic core during winding - typically present when using a manual winding process - can be eliminated.

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Claims (12)

  1. Filterdrossel (10) zur Verwendung in einem EMI-Filter, wobei die Filterdrossel (10) Folgendes umfasst:
    - einen geschlossenen Magnetkern (20) mit zwei Kernschenkeln (21, 22), wobei der Magnetkern so konfiguriert ist, dass er aus mindestens zwei Kernsegmenten (23) zusammengesetzt werden kann,
    - mindestens zwei Spulenträger (30), wobei jeder Spulenträger einen Basisflansch (31) und einen rohrförmigen Abschnitt (32a, 32b) umfasst, der sich in senkrechter Richtung vom Basisflansch erstreckt, wobei der rohrförmige Abschnitt (32a, 32b) eine Öffnung (33) zur Aufnahme eines der beiden Kernschenkel (21, 22) umfasst,
    - eine Spule (40), die aus einem elektrischen Leiter (41) mit mehreren Windungen gebildet ist, die um den rohrförmigen Abschnitt (32) jedes Spulenträgers (30) angeordnet sind,
    wobei die Spulenträger (30) in einem zusammengebauten Zustand der Filterdrossel (10) in einer gestapelten Weise angeordnet sind, so dass ihre Öffnungen (33) koaxial zueinander ausgerichtet sind, wobei sich einer der Kernschenkel (21, 22) durch die Öffnungen (33) erstreckt, und dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spulenträger (30) mindestens zwei erste Passelemente (35) umfasst, die an gegenüberliegenden Kanten (34) seines Basisflansches (31) angeordnet sind, wobei die ersten Passelemente (35) des ersten Spulenträgers (30) so konfiguriert sind, dass sie mit den ersten Passelementen (35) des benachbarten zweiten Spulenträgers (30) ineinander greifen, um die beiden Spulenträger (30) lösbar aneinander zu befestigen,
    - wobei die mindestens zwei ersten Passelemente (35) jeweils ein Teil (38a) und ein korrespondierendes Gegenstück (38b) enthalten, die so konfiguriert sind, dass sie mit dem benachbarten zweiten Spulenträger (30) eine Schnappverbindung (38) bilden, und
    - wobei sich für jedes erste Passelement (35) das Schnappverbindungsteil (38a) und das Schnappverbindungsgegenstück (38b) in entgegengesetzten axialen Richtungen von der Kante (34) des Basisflansches (31) erstrecken.
  2. Filterdrossel (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spulenträger (30) zusätzlich zu seinem rohrförmigen Abschnitt (32a, 32b) einen weiteren rohrförmigen Abschnitt (32b, 32a) mit einer weiteren ihm zugeordneten Öffnung (33) umfasst, und wobei die Filterdrossel (10) zusätzlich zu der Spule (40) eine weitere Spule (40) umfasst, so dass jeder Spulenträger (30) zwei rohrförmige Abschnitte (32a, 32b) umfasst, die sich in senkrechter Richtung von dem Basisflansch (31) erstrecken, wobei jeder der rohrförmigen Abschnitte (32a, 32b) eine Öffnung (33) zur Aufnahme eines anderen der beiden Kernschenkel (21, 22) enthält, und wobei um jeden rohrförmigen Abschnitt (32a, 32b) des Spulenträgers (30) eine Spule (40) angeordnet ist, die durch einen elektrischen Leiter (41) mit mehreren Windungen gebildet wird.
  3. Filterdrossel (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spulenträger (30) Führungselemente (43a - 43f) enthält, die auf einer Bodenfläche (36a) und/oder einer Deckfläche (36b) seines Basisflansches (31) angeordnet sind, um mindestens einen Anschluss (42a, 42b) der Spule (40) zu positionieren und/oder auszurichten, die durch den elektrischen Leiter (41) gebildet wird.
  4. Filterdrossel (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisflansch (31) zwei zweite Passelemente (39a) zum lösbaren Eingriff mit entsprechenden Passelementen (39b) einer Kernklammer (24) umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie mindestens eines der mehreren Kernsegmente (23) des Magnetkerns (20) fixiert.
  5. Filterdrossel (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (20) einen Bypass-Pfad (25) mit geringer Reluktanz um einen Spalt (26) herum umfasst, wobei der Spalt (26) eine Spaltebenen-Normale ( nGap ) umfasst, wobei die Spaltebenen-Normale parallel zur Ausrichtung der Kernschenkel verläuft, und wobei der Bypass-Pfad (25) ferner einen Überlappungsbereich (27) zwischen zwei Kernsegmenten (23) umfasst, der angrenzend an den Spalt (26) angeordnet ist, und wobei der Überlappungsbereich (27) mit seiner Grenzflächenebenen-Normalen ( nOL ) im Wesentlichen senkrecht zur Spaltebenen-Normalen ausgerichtet ist ( nGap ) .
  6. Filterdrossel (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (20) mindestens vier Kernsegmente (23) umfasst, die in mindestens zwei Schichten angeordnet sind, so dass jede Schicht einen geschlossenen magnetischen Teilkern (27a, 27b) mit im Wesentlichen dergleichen Geometrie enthält, der aus mindestens zwei Kernsegmenten (23) gebildet ist, wobei die Teilkerne (27a, 27b) koaxial zueinander ausgerichtet sind.
  7. Filterdrossel (10) nach Anspruch 6 in Abhängigkeit von Anspruch 5, wobei die Kernsegmente (23) der Teilkerne (27a, 27b) in den verschiedenen Schichten so angeordnet sind, dass die Spalte (26) in den verschiedenen Teilkernen (27a, 27b) versetzt zueinander angeordnet sind.
  8. Filterdrossel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Leiter (41) einen Flachdraht umfasst.
  9. Filterdrossel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren Kernsegmente (23) unterschiedliche Kernmaterialien umfassen, so dass ein Material A in einem ersten Kernsegment (23) sich von einem Material B in einem zweiten Kernsegment (23) unterscheidet.
  10. Filterdrossel (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Spulenträger (30) in Bezug auf ihre Bauart identisch zueinander sind oder abgesehen von unterschiedlichen Längen ihrer rohrförmigen Abschnitte (32a, 32b) identisch zueinander sind.
  11. Elektrisches Gerät (100), insbesondere ein Wechselrichter, mit einer Filterdrossel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filterdrossel (10) in dem elektrischen Gerät (100) als Gleichtaktdrossel betrieben wird.
  12. Verfahren zur Herstellung einer Filterdrossel (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das die folgenden Schritte umfasst:
    - Bereitstellen der mindestens zwei Kernsegmente (23), die so konfiguriert sind, dass sie zu dem geschlossenen Magnetkern (20) mit zwei Kernschenkeln (21, 22) zusammengebaut werden können,
    - Bereitstellen des ersten Spulenträgers (30) und des zweiten Spulenträgers (30), wobei jeder Spulenträger (30) den Basisflansch (31) und den rohrförmigen Abschnitt (32) umfasst, der sich in senkrechter Richtung vom Basisflansch (31) erstreckt, und wobei der rohrförmige Abschnitt (32) die Öffnung (33) zum Aufnehmen eines der beiden Kernschenkel (21, 22) umfasst,
    - Wickeln eines elektrischen Leiters (41) zur Bildung von mindestens zwei Spulen (40) unter Verwendung eines automatischen Wickelverfahrens,
    - Anordnen der vorgewickelten Spulen (40) auf dem rohrförmigen Abschnitt (32) jeder Spule (30),
    - Anordnen des ersten Spulenträgers (30) relativ zum zweiten Spulenträger (30) in einer gestapelten Weise übereinander und Verriegeln des ersten Spulenträgers (30) an dem zweiten Spulenträger (30), so dass ihre Öffnungen (33) koaxial zueinander ausgerichtet sind, wobei Anschlüsse (42a, 42b) der Spulen (40) im Wesentlichen in vordefinierten Positionen angeordnet sind,
    - Einsetzen der Kernsegmente (23) in die Öffnungen (33) der Spulenträger (30), um den geschlossenen Magnetkern (20) zu bilden.
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