WO2020052971A1 - Stromkompensierte drossel, filter, hochvoltbordnetz sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Stromkompensierte drossel, filter, hochvoltbordnetz sowie kraftfahrzeug Download PDF

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Jan Sousek
Hubert Herrmann
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters

Definitions

  • the invention relates to a current-compensated choke for filtering interference signals transmitted between two high-voltage components of a high-voltage on-board electrical system of a motor vehicle with a toroidal magnetic core surrounding an inner opening and at least two busbars for electrically connecting the two
  • the invention also relates to a filter, a high-voltage electrical system and a motor vehicle.
  • EMC electromagnetic compatibility filters for high-voltage electrical systems of electrically drivable motor vehicles, for example electric or hybrid vehicles.
  • filters can include, for example, current-compensated chokes or common mode chokes (CMC - common mode choke), which are used to dampen those transmitted between two high-voltage components of the high-voltage electrical system
  • Interference signals can be used.
  • Such current-compensated chokes can have, for example, a toroidal magnetic core, in particular a ring core, which is arranged on busbars for the electrical connection of the
  • FIG. 1a to 1d each show cross sections of current-compensated chokes 1 according to the prior art.
  • the choke 1 according to FIG. 1a and FIG. 1b has one
  • Magnetic core 2 with an annular cross-section and the choke 1 according to Figure 1 c and 1 d has a magnetic core 2 with an oval-shaped cross-section.
  • Busbars 4 are arranged in an inner opening 3 of the magnetic core 2 that extends in the axial direction (into the plane of the drawing), the busbars 4 according to FIGS. 1a and 1d each having a circular cross section and the busbars 4 according to FIG b and 1c each have a rectangular cross section. Due to the rectangular or circular cross sections of the busbars 4, a degree of utilization of a volume of the inner opening 3, that is to say an inner volume, is not optimal.
  • Extending a depth of the magnetic core in the axial direction can be increased. However, this is associated with an increased material requirement and thus with increased costs, an increased space requirement and an increased weight.
  • a current-compensated choke according to the invention is used to filter interference signals transmitted between two high-voltage components of a high-voltage electrical system of a motor vehicle.
  • the choke has a toroidal magnetic core which surrounds an inner opening and at least two busbars for electrically connecting the two high-voltage components.
  • the at least two busbars are guided axially through the inner opening of the magnetic core and are arranged at a distance from one another in the inner opening with the formation of an air gap.
  • Regions facing the magnetic core from the outside of the conductor rails have mutually corresponding shapes.
  • the current-compensated choke can be arranged, for example, in a current transmission path between two high-voltage components in the form of a traction battery and an inverter or in the form of an inverter and an electric drive machine.
  • the choke is designed to generate interference signals that are transmitted via the
  • Power transmission path are transmitted, at least to attenuate.
  • the two high-voltage components are at least indirectly electrical via the busbars of the choke connected to each other, the throttle one at a number of phases of the
  • the toroidal magnetic core or ring core is plugged onto the busbars, so that the busbars are surrounded by the magnetic core along an axial section.
  • a toroidal magnetic core is in particular a
  • At least a first area of the outside of a busbar faces the inside of the magnetic core and at least a second area of the outside of a busbar faces the air gap and thus an adjacent busbar.
  • the air gap is used to electrically isolate the busbars from one another and can also be filled, for example, at least in regions with an electrically insulating material.
  • the busbars are now shaped such that the first regions of the outer sides, which face the magnetic core, have a profile of the inner side of the
  • Magnetic core correspond. Viewed in cross section, a line shape of an outer circumference section of the busbar cross section thus follows a line shape of an inner circumference of the magnetic core cross section. In other words, they are
  • the outer circumferential section of the conductor rail cross section and the inner circumference of the magnetic core cross section are oriented essentially parallel to one another.
  • Conductor rail cross section is therefore adapted to the shape of the magnetic core cross section or to a shape of the inner opening influenced by the magnetic core cross section.
  • the conductor rail cross section and the magnetic core cross section have matching shapes.
  • the outside of the busbars facing the magnetic core can be applied, for example, over the entire area to the inside of the magnetic core or spaced apart from the inside of the with a small air gap
  • Magnetic core are arranged.
  • an inner volume of the magnetic core can be optimally utilized by filling the inner opening to the maximum with the busbars.
  • a choke can therefore be produced, the only unused area of the inner volume being formed by the necessary air gap between the busbars.
  • a choke can thus be provided, the inductance of which can be set to a high value with little material expenditure, little construction space, little weight and few costs. It proves to be advantageous if the inside of the magnetic core is formed from an electrically insulating material and the areas of the outside of the busbars facing the inside of the magnetic core are arranged so as to lie over the entire surface of the inside of the magnetic core.
  • the magnetic core can be formed, for example, from thin iron sheets which are insulated from one another or from nanoparticles cast in plastic, the inside being electrically insulating.
  • the busbars can be arranged in the inner opening of the magnetic core by applying them to the inside of the magnetic core with maximum use of volume.
  • the inside of the magnetic core preferably has a concave shape, at least in sections, and that of the concave-shaped inside of the magnetic core
  • Radius of curvature For example, the inside of the magnetic core and the areas on the outside of the busbars can be arranged adjacent to one another.
  • the magnetic core for forming the concavely shaped inside has a circular one that surrounds the inside opening
  • the choke has exactly two busbars which have cross-sectional cross-sections to form the convexly shaped areas on the outside and which are arranged in the inner opening to form a strip-shaped air gap.
  • the toroidal magnetic core is thus designed as a circular ring magnetic core or circular ring magnetic core.
  • the circular segment-shaped cross section of the conductor rails is delimited by an arc and a circular chord.
  • the circular arc corresponds to the first region of the outside of the magnetic core facing the inside
  • Busbar which can be applied to the inside of the magnetic core, for example.
  • the circular chord corresponds to the second area of the outside of the conductor rail facing the air gap.
  • the two opposite busbar cross-sections and the air gap form a circle.
  • the choke can also be made for the choke to have three busbars which are circular sector-shaped in order to form the convexly shaped regions on the outside
  • the circular inner opening can thus be divided into three circular sectors, with one busbar in each circular sector circular sector-shaped or pie-shaped cross section is arranged.
  • Cross-sectional areas of the busbars are smaller than areas of the
  • the magnetic core for forming the concavely shaped inner side has an oval ring-shaped cross section enclosing the inner opening with two opposite circular arc sections and two
  • the toroidal magnetic core is thus designed as an oval-shaped ring magnetic core or an oval ring magnetic core.
  • the inner circumference of the magnetic core cross section therefore has the oval shape, in which the circular arc sections are connected to one another via the straight section sections.
  • the inner circumference has an elliptical shape, which is flattened or non-curved along the main ellipse axis.
  • the choke has exactly two busbars which form the convexly shaped areas on the outside
  • the cross-sectional area in the form of a segment of a circle can also be semicircular, for example.
  • the cross-sectional area in the form of a segment of a circle can also be semicircular, for example.
  • the cross-sectional area in the form of a segment of a circle can also be semicircular, for example.
  • busbars Depending on the length of the straight-line sections, busbars have a cross-section in the form of a segment of a circle or a cross-section which is formed by a
  • the area of the outside of a busbar facing the air gap is arranged at a transition between the circular arc section and the straight section section of the inside of the magnetic core, and in the second case the area of the outside of a busbar facing the air gap is in the area of the
  • the choke has three busbars which form two strip-shaped sections along the straight-line sections
  • Air gaps are arranged spaced apart from one another, the two outer busbars to form the convexly shaped regions on the outside
  • Busbar has a rectangular cross section.
  • the two external busbars are rounded off in areas, so that they fit perfectly in the area the circular arc sections can be arranged.
  • the middle, inner busbar is arranged in the area of the straight section sections and has straight, non-curved areas of the for arranging on the straight section sections
  • the invention also relates to a filter for a high-voltage electrical system of an electrically drivable motor vehicle with at least one according to the invention
  • the filter is designed to remove interference signals in the
  • the invention further relates to a high-voltage electrical system for an electrically drivable
  • Motor vehicle having at least two high-voltage components and one
  • the two high-voltage components being electrically connected to one another via the busbars of the choke.
  • the high-voltage components can be components of an electric drive unit of the motor vehicle, for example.
  • the high-voltage components can be a traction battery, an inverter and / or a drive machine.
  • a motor vehicle according to the invention comprises a high-voltage electrical system according to the invention.
  • the motor vehicle is designed in particular as an electric or hybrid vehicle.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an embodiment of a
  • 3a to 3c are schematic cross-sectional representations of embodiments of current-compensated chokes according to the invention.
  • the high-voltage electrical system 7 has two high-voltage components 8, 9 which are electrically connected to one another.
  • the high-voltage component 8 can be, for example, a traction battery of the electrically drivable motor vehicle and the
  • High-voltage component 9 can be an inverter of the motor vehicle, for example.
  • the high-voltage components 8, 9 are electrically coupled to one another via a filter 10, which is designed to at least attenuate interference signals that are transmitted between the high-voltage components 8, 9.
  • the filter 10 has at least one current-compensated choke 11.
  • FIG. 3a to 3c show cross-sectional representations of different embodiments of a current-compensated choke 11 according to the invention.
  • the choke 11 has a magnetic core 12 which is extruded in the axial direction (into the plane of the drawing).
  • Busbars 14 are arranged within an inner opening 13 of the magnetic core 12 and also extend in the axial direction. A section of the busbars 14 is surrounded by the magnetic core 12 along the axial direction.
  • the magnetic core 12 is therefore plugged onto the busbars 14.
  • An inner side 13 of the magnetic core 12 facing the inner opening 13 and first regions 16a of outer sides 16 of the busbars 14 which face the inner side 15 of the
  • Magnetic core 12 are facing, have mutually corresponding shapes.
  • the inside 15 of the magnetic core 12 can be formed, for example, from an electrically insulating material, so that the first regions 16a of the outside 16 of the
  • Busbars 14 lie here over the entire surface of the inside 15 of the magnetic core 12. Second areas 16b of the outer sides 16 of the busbars 14 face an air gap 17 or an electrically insulating area between the busbars 14.
  • the inside 15 of the magnetic core 12 is concavely shaped, at least in some areas, while the first areas 16a of the busbars 14 are concavely shaped, at least in some areas.
  • the magnetic core 12 has an annular cross section 18, so that the inner opening 13 is circular.
  • the inductor 11 according to FIG. 3a has three busbars 14 which have cross-sectional cross sections 19.
  • the convexly shaped first areas 16a of the outside 16 and the concave-shaped inside 15 of the magnetic core 12 have the same radius of curvature, so that the first areas 16a of the busbars can be applied to the inside 15 of the magnetic core 12 over the entire area.
  • the three circular sector-shaped cross sections 19 of the busbars 14 in particular have surfaces of the same size.
  • Sector-shaped cross sections 19 of the busbars 14 are star-shaped.
  • a quantity of material of such a choke 11 according to FIG. 3b is approximately 2.5 times smaller than a quantity of material of the choke 1 according to FIG. 1b, in which the busbars 4 have rectangular cross sections.
  • a depth of the magnetic core 2 of the choke 1 according to Fig.l b in the axial direction must be approximately 2.5 times larger in order to set the same inductance as the choke 11 according to Fig.3a.
  • the magnetic core 12 has an oval ring-shaped cross section 20 with two opposite circular arc sections 21 and two opposite straight piece sections 22. This is the
  • Inner opening 15 oval. 3b also has three busbars 14, two outer busbars 14 in the region of FIG.
  • Circular arc sections 21 are arranged and a middle busbar 14 is arranged in the area of the straight section sections 22.
  • the two outer busbars 14 each have a circular segment-shaped cross-sectional area 23 and a rectangular cross-sectional area 24, the convex-shaped shape of the first area 16a being due to the circular segment-shaped cross-sectional area 23
  • the middle busbar 14 has a rectangular cross section 25.
  • the first region 16a of the outside 16 of the middle busbar 14 thus has straight edges facing the straight section sections 22.
  • a volume of the inner opening 13 is used significantly more here than the inner volume of the inner opening 3 of the throttle 1 according to FIG. 1 c, in which the busbars 4 have rectangular cross sections.
  • the magnetic core 12 also has an oval-shaped cross section 20, but the straight piece sections 22 are shorter than the straight piece sections 22 of the choke 11 according to FIG. 3b.
  • the choke 1 1 according to FIG. 3c has two busbars 14 which have cross-sectional cross-sections 26 to form the convex shape.
  • the cross-sections 26 in the form of segments of a circle are arranged at a distance from one another in the region of the circular arc sections 21 of the magnetic core 12 and to form a strip-shaped air gap 17.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine stromkompensierte Drossel (11) zur Filterung von zwischen zwei Hochvoltkomponenten (8, 9) eines Hochvoltbordnetzes (7) eines Kraftfahrzeugs übertragenen Störsignalen, mit einem eine Innenöffnung (13) umschließenden toroidförmigen, insbesondere kreisringförmigen oder ovalringförmigen, Magnetkern (12) und mit zumindest zwei Stromschienen (14) zum elektrischen Verbinden der zwei Hochvoltkomponenten (8, 9), wobei die Stromschienen (14) axial durch die Innenöffnung (13) des Magnetkerns (12) hindurchgeführt sind und in der Innenöffnung (13) unter Ausbildung eines Luftspalts (17) beabstandet zueinander angeordnet sind, und wobei eine der Innenöffnung (13) zugewandte Innenseite (15) des Magnetkerns (12) sowie der Innenseite (15) des Magnetkerns (12) zugewandte Bereiche (16a) von Außenseiten (16) der Stromschienen (14) zueinander korrespondierende Formen aufweisen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Filter (10), ein Hochvoltbordnetz (7) sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

Stromkompensierte Drossel, Filter, Hochvoltbordnetz sowie Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine stromkompensierte Drossel zur Filterung von zwischen zwei Hochvoltkomponenten eines Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeugs übertragenen Störsignalen mit einem eine Innenöffnung umschließenden toroidförmigen Magnetkern und zumindest zwei Stromschienen zum elektrischen Verbinden der zwei
Hochvoltkomponenten, wobei die Stromschienen axial durch die Innenöffnung des Magnetkerns hindurchgeführt sind und in der Innenöffnung unter Ausbildung eines Luftspalts beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Erfindung betrifft au ßerdem ein Filter, ein Hochvoltbordnetz sowie ein Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit)- Filter für Hochvoltbordnetze elektrisch antreibbarer Kraftfahrzeuge, beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge. Solche Filter können beispielsweise stromkompensierte Drosseln bzw. Gleichtaktdrosseln (CMC - common mode choke) umfassen, welche zur Dämpfung von zwischen zwei Hochvoltkomponenten des Hochvoltbordnetzes übertragenen
Störsignalen eingesetzt werden können. Solche stromkompensierten Drosseln können beispielsweise einen toroidförmigen Magnetkern, insbesondere einen Ringkern, aufweisen, welcher auf Stromschienen zum elektrischen Verbinden der
Hochvoltkomponenten aufgesteckt ist.
In Fig.1 a bis Fig.1 d sind jeweils Querschnitte stromkompensierter Drosseln 1 gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Die Drossel 1 gemäß Fig.1 a und Fig.1 b weist einen
Magnetkern 2 mit einem kreisringförmigen Querschnitt auf und die Drossel 1 gemäß Fig.1 c und Fig.1 d weist einen Magnetkern 2 mit einem ovalringförmigen Querschnitt auf. In einer sich in axialer Richtung (in die Zeichenebene hinein) erstreckenden Innenöffnung 3 des Magnetkerns 2 sind Stromschienen 4 angeordnet, wobei die Stromschienen 4 gemäß Fig.1 a und Fig.1 d jeweils einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen und die Stromschienen 4 gemäß Fig.1 b und Fig.1 c jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Durch die rechteckförmigen oder kreisrunden Querschnitte der Stromschienen 4 ist ein Ausnutzungsgrad eines Volumens der Innenöffnung 3, also eines Innenvolumens, nicht optimal. Insbesondere ergeben sich große Abstände zwischen einer der Innenöffnung 3 zugewandten Innenseite 5 des Magnetkerns 2 und Bereichen von Außenseiten 6 der Stromschienen 4, welche der Innenseite 5 des Magnetkerns 2 zugewandt sind. Dadurch ergibt sich eine vergleichsweise niedrige Induktivität der Drossel 1 , welche durch
Verlängern einer Tiefe des Magnetkerns in axialer Richtung erhöht werden kann. Die ist jedoch mit einem erhöhten Materialbedarf und damit mit erhöhten Kosten, einem erhöhten Bauraumbedarf sowie einem erhöhten Gewicht verbunden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige, material-, bauraum- und gewichtssparende stromkompensierte Drossel für ein Hochvoltbordnetz eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine stromkompensierte Drossel, ein Filter, ein Hochvoltbordnetz sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße stromkompensierte Drossel dient zur Filterung von zwischen zwei Hochvoltkomponenten eines Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeugs übertragenen Störsignalen. Die Drossel weist einen eine Innenöffnung umschließenden toroidförmigen Magnetkern und zumindest zwei Stromschienen zum elektrischen Verbinden der zwei Hochvoltkomponenten auf. Die zumindest zwei Stromschienen sind axial durch die Innenöffnung des Magnetkerns hindurchgeführt und in der Innenöffnung unter Ausbildung eines Luftspalts beabstandet zueinander angeordnet. Darüber hinaus weisen eine der Innenöffnung zugewandte Innenseite des Magnetkerns sowie der Innenseite des
Magnetkerns zugewandte Bereiche von Außenseiten der Stromschienen zueinander korrespondierende Formen auf.
Die stromkompensierte Drossel kann beispielsweise in einem Stromübertragungspfad zwischen zwei Hochvoltkomponenten in Form von einer Traktionsbatterie und einem Inverter oder in Form von einem Inverter und einer elektrischen Antriebsmaschine angeordnet sein. Die Drossel ist dazu ausgelegt, Störsignale, welche über den
Stromübertragungspfad übertragen werden, zumindest zu dämpfen. Dazu sind die zwei Hochvoltkomponenten zumindest mittelbar über die Stromschienen der Drossel elektrisch miteinander verbunden, wobei die Drossel eine zu einer Anzahl an Phasen des
Stromübertragungspfads korrespondierende Anzahl an Stromschienen aufweist.
Auf die Stromschienen ist der toroidförmige Magnetkern bzw. Ringkern aufgesteckt, sodass die Stromschienen entlang eines axialen Abschnitts von dem Magnetkern umgeben sind. Unter einem toroidförmigen Magnetkern ist insbesondere ein
Kreisringmagnetkern oder ein Ovalringmagnetkern zu verstehen. Zumindest ein erster Bereich der Außenseite einer Stromschiene ist dabei der Innenseite des Magnetkerns zugewandt und zumindest ein zweiter Bereich der Außenseite einer Stromschiene ist dem Luftspalt und damit einer benachbarten Stromschiene zugewandt. Der Luftspalt dient zum elektrischen Isolieren der Stromschienen voneinander und kann beispielsweise auch zumindest bereichsweise mit einem elektrisch isolierenden Material befüllt sein. Die Stromschienen sind nun derart geformt, dass die ersten Bereiche der Außenseiten, welche dem Magnetkern zugewandt sind, mit einem Profil der Innenseite des
Magnetkerns korrespondieren. Im Querschnitt betrachtet folgt also eine Linienform eines Außenumfangsabschnitts des Stromschienenquerschnitts einer Linienform eines Innenumfangs des Magnetkernquerschnitts. Anders ausgedrückt sind der
Außenumfangsabschnitt des Stromschienenquerschnitts und der Innenumfang des Magnetkernquerschnitts im Wesentlichen parallel zueinander orientiert. Der
Stromschienenquerschnitt ist also an die Form des Magnetkernquerschnitts bzw. an eine durch den Magnetkernquerschnitt beeinflusste Form der Innenöffnung angepasst. Somit weisen der Stromschienenquerschnitt und der Magnetkernquerschnitt zueinander passende Formen auf. Die dem Magnetkern zugewandte Außenseite der Stromschienen kann beispielsweise vollflächig an die Innenseite des Magnetkerns angelegt werden oder mit einem gering dimensionierten Luftspalt beabstandet zu der Innenseite des
Magnetkerns angeordnet werden.
Durch die aneinander angepassten Querschnittsformen der Stromschienen und des Magnetkerns kann ein Innenvolumen des Magnetkerns optimal ausgenutzt werden, indem die Innenöffnung maximal mit den Stromschienen befüllt wird. Es kann also eine Drossel gefertigt werden, deren einziger, nicht genutzter Bereich des Innenvolumens durch den notwendigen Luftspalt zwischen den Stromschienen gebildet wird. Somit kann eine Drossel bereitgestellt werden, deren Induktivität mit wenig Materialaufwand, wenig Bau raum bedarf, wenig Gewicht und wenigen Kosten auf einen hohen Wert eingestellt werden kann. Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Innenseite des Magnetkerns aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist und die der Innenseite des Magnetkerns zugewandten Bereiche der Außenseiten der Stromschienen vollflächig anliegend an der Innenseite des Magnetkerns angeordnet sind. Der Magnetkern kann beispielsweise aus dünnen, gegeneinander isolierten Eisenblechen oder aus in Kunststoff gegossenen Nanopartikeln gebildet sein, wobei die Innenseite elektrisch isolierend ausgebildet ist. So können die Stromschienen durch Anlegen an der Innenseite des Magnetkerns unter maximaler Volumenausnutzung in der Innenöffnung des Magnetkerns angeordnet werden.
Vorzugsweise weist die Innenseite des Magnetkerns zumindest abschnittsweise eine konkave Form auf und die der konkav geformten Innenseite des Magnetkerns
zugewandten Bereiche der Außenseiten der Stromschienen weisen eine konvexe Form auf. Die konkav geformte Innenseite des Magnetkerns und die konvex geformten
Bereiche der Außenseiten der Stromschienen weisen insbesondere den gleichen
Krümmungsradius auf. So können die Innenseite des Magnetkerns und die Bereiche der Außenseite der Stromschienen beispielsweise aneinander anliegend angeordnet werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform weist der Magnetkern zum Ausbilden der konkav geformten Innenseite einen die Innenöffnung kreisförmig umschließenden
kreisringförmigen Querschnitt auf. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Drossel genau zwei Stromschienen aufweist, welche zum Ausbilden der konvex geformten Bereiche der Außenseite kreissegmentförmige Querschnitte aufweisen und welche unter Ausbildung eines streifenförmigen Luftspaltes in der Innenöffnung angeordnet sind. Der toroidförmige Magnetkern ist hier also als ein kreisförmiger Ringmagnetkern bzw. Kreisringmagnetkern ausgebildet. Der kreissegmentförmige Querschnitt der Stromschienen wird von einem Kreisbogen und einer Kreissehne begrenzt. Dabei entspricht der Kreisbogen dem der Innenseite des Magnetkerns zugewandten ersten Bereich der Außenseite der
Stromschiene, welcher beispielsweise an die Innenseite des Magnetkerns angelegt werden kann. Die Kreissehne entspricht dem dem Luftspalt zugewandten zweiten Bereich der Außenseite der Stromschiene. Die zwei gegenüberliegenden kreissegmentförmigen Stromschienenquerschnitte sowie der Luftspalt bilden einen Kreis.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Drossel drei Stromschienen aufweist, welche zum Ausbilden der konvex geformten Bereiche der Außenseite kreissektorförmige
Querschnitte aufweisen und welche unter Ausbildung eines sternförmigen Luftspaltes in der Innenöffnung angeordnet sind. Die kreisrunde Innenöffnung kann also in drei Kreissektoren unterteilt werden, wobei in jedem Kreissektor jeweils eine Stromschiene mit kreissektorförmigem bzw. tortenstückförmigem Querschnitt angeordnet wird.
Querschnittsflächen der Stromschienen sind dabei geringer als Flächen der
Kreissektoren, sodass die Stromschienen unter Ausbildung des sternförmigen, Y- förmigen Luftspaltes beabstandet zueinander angeordnet sind.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform weist der Magnetkern zum Ausbilden der konkav geformten Innenseite einen die Innenöffnung oval umschließenden ovalringförmigen Querschnitt mit zwei gegenüberliegenden Kreisbogenabschnitten und zwei
gegenüberliegenden Geradenstückabschnitten auf. Der toroidförmige Magnetkern ist hier also als ein ovalförmiger Ringmagnetkern oder ein Ovalringmagnetkern ausgebildet. Der Innenumfang des Magnetkernquerschnitts weist also die ovale Form auf, bei welcher die Kreisbogenabschnitte über die Geradenstückabschnitte miteinander verbunden sind. Anders ausgedrückt weist der Innenumfang eine elliptische Form auf, welche entlang der Ellipsenhauptachse abgeflacht bzw. ungekrümmt ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Drossel genau zwei Stromschienen aufweist, welche zum Ausbilden der konvex geformten Bereiche der Außenseite
kreissegmentförmige Querschnittsbereiche aufweisen und unter Ausbildung eines streifenförmigen Luftspalts an den Kreisbogenabschnitten der Innenseite des
Magnetkerns angeordnet sind. Der kreissegmentförmige Querschnittsbereich kann beispielsweise auch halbkreisförmig ausgebildet sein. Beispielsweise können die
Stromschienen, je nach Länge der Geradenstückabschnitte, einen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen oder einen Querschnitt, welcher durch einen
kreissegmentförmigen Bereich und einen rechteckförmigen Bereich gebildet ist. Im ersten Fall ist der dem Luftspalt zugewandte Bereich der Außenseite einer Stromschiene an einem Übergang zwischen dem Kreisbogenabschnitt und dem Geradenstückabschnitt der Innenseite des Magnetkerns angeordnet und im zweiten Fall ist der dem Luftspalt zugewandte Bereich der Außenseite einer Stromschiene im Bereich des
Geradenstückabschnitts angeordnet.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Drossel drei Stromschienen aufweist, welche entlang der Geradenstückabschnitte unter Ausbildung von zwei streifenförmigen
Luftspalten beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei die zwei außenliegenden Stromschienen zum Ausbilden der konvex geformten Bereiche der Außenseite
kreissegmentförmige Querschnittsbereiche aufweisen und die innenliegende
Stromschiene einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Die zwei außenliegenden Stromschienen sind also bereichsweise abgerundet, sodass sie passgenau im Bereich der Kreisbogenabschnitte angeordnet werden können. Die mittlere, innenliegende Stromschiene ist im Bereich der Geradenstückabschnitte angeordnet und weist zum Anordnen an den Geradenstückabschnitten gerade, ungebogene Bereiche der
Außenseite auf.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Filter für ein Hochvoltbordnetz eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs mit zumindest einer erfindungsgemäßen
stromkompensierten Drossel. Das Filter ist dazu ausgelegt, Störsignale im
Signalübertragungspfad zwischen den Hochvoltkomponenten zumindest zu dämpfen.
Ferner betrifft die Erfindung ein Hochvoltbordnetz für ein elektrisch antreibbares
Kraftfahrzeug aufweisend zumindest zwei Hochvoltkomponenten sowie ein
erfindungsgemäßes Filter, wobei die zwei Hochvoltkomponenten über die Stromschienen der Drossel elektrisch miteinander verbunden sind. Die Hochvoltkomponenten können beispielsweise Komponenten einer elektrischen Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs sein. Beispielsweise können die Hochvoltkomponenten eine Traktionsbatterie, ein Inverter und/oder eine Antriebsmaschine sein.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Hochvoltbordnetz. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße stromkompensierte Drossel vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Filter, für das erfindungsgemäße Hochvoltbordnetz sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen: Fig.1 a bis Fig.ld schematische Querschnittsdarstellungen von stromkompensierten Drosseln gemäß dem Stand der Technik;
Fig.2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Hochvoltbordnetzes, und
Fig.3a bis Fig.3c schematische Querschnittsdarstellungen von Ausführungsformen erfindungsgemäßer stromkompensierter Drosseln.
In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Fig.2 zeigt ein Hochvoltbordnetz 7 für ein hier nicht gezeigtes elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Das Hochvoltbordnetz 7 weist zwei elektrisch miteinander verbundene Hochvoltkomponenten 8, 9 auf. Die Hochvoltkomponente 8 kann beispielsweise eine Traktionsbatterie des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs sein und die
Hochvoltkomponente 9 kann beispielsweise ein Inverter des Kraftfahrzeugs sein. Die Hochvoltkomponenten 8, 9 sind über ein Filter 10 elektrisch miteinander gekoppelt, welches dazu ausgelegt ist, Störsignale, welche zwischen den Hochvoltkomponenten 8, 9 übertragen werden, zumindest zu dämpfen. Das Filter 10 weist zumindest eine stromkompensierte Drossel 1 1 auf.
In Fig.3a bis Fig.3c sind Querschnittsdarstellungen unterschiedlicher Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen stromkompensierten Drossel 1 1 gezeigt. Die Drossel 1 1 weist einen Magnetkern 12 auf, welcher in axialer Richtung (in die Zeichenebene hinein) extrudiert ist. Innerhalb einer Innenöffnung 13 des Magnetkerns 12 sind Stromschienen 14 angeordnet, welche sich ebenfalls in axialer Richtung erstrecken. Entlang der axialen Richtung ist dabei ein Abschnitt der Stromschienen 14 von dem Magnetkern 12 umgeben. Der Magnetkern 12 ist also auf die Stromschienen 14 aufgesteckt. Eine der Innenöffnung 13 zugewandte Innenseite 15 des Magnetkerns 12 sowie erste Bereiche 16a von Außenseiten 16 der Stromschienen 14, welche der Innenseite 15 des
Magnetkerns 12 zugewandt sind, weisen einander korrespondierende Formen auf. Die Innenseite 15 des Magnetkerns 12 kann beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sein, sodass die ersten Bereiche 16a der Außenseite 16 der
Stromschienen 14 hier vollflächig an der Innenseite 15 des Magnetkerns 12 anliegen. Zweite Bereiche 16b der Außenseiten 16 der Stromschienen 14 sind einem Luftspalt 17 bzw. einem elektrisch isolierenden Bereich zwischen den Stromschienen 14 zugewandt. Die Innenseite 15 des Magnetkerns 12 ist dabei zumindest bereichsweise konkav geformt, während die ersten Bereiche 16a der Stromschienen 14 dazu passend zumindest bereichsweise konkav geformt sind.
In der Ausführungsform der Drossel 1 1 gemäß Fig.3a weist der Magnetkern 12 einen kreisringförmigen Querschnitt 18 auf, sodass die Innenöffnung 13 kreisrund ausgebildet ist. Außerdem weist die Drossel 1 1 gemäß Fig.3a drei Stromschienen 14 auf, welche kreissektorförmige Querschnitte 19 aufweisen. Die konvex geformten ersten Bereiche 16a der Außenseite 16 und die konkav geformte Innenseite 15 des Magnetkerns 12 weisen dabei den gleichen Krümmungsradius auf, sodass die ersten Bereiche 16a der Stromschienen vollflächig an die Innenseite 15 des Magnetkerns 12 angelegt werden können. Die drei kreissektorförmigen Querschnitte 19 der Stromschienen 14 weisen dabei insbesondere gleich große Flächen auf. Der Luftspalt 17 zwischen den
kreissektorförmigen Querschnitten 19 der Stromschienen 14 ist sternförmig ausgebildet. Bei gleicher Induktivität ist eine Materialmenge einer solchen Drossel 1 1 gemäß Fig.3b ca. um den Faktor 2,5 geringer als eine Materialmenge der Drossel 1 gemäß Fig.l b, bei welcher die Stromschienen 4 rechteckförmige Querschnitte aufweisen. Eine Tiefe des Magnetkerns 2 der Drossel 1 gemäß Fig.l b in axialer Richtung muss also ca. um den Faktor 2,5 größer sein, um die gleiche Induktivität einzustellen, wie die Drossel 1 1 gemäß Fig.3a.
In der Ausführungsform der Drossel 1 1 gemäß Fig.3b weist der Magnetkern 12 einen ovalringförmigen Querschnitt 20 mit zwei gegenüberliegenden Kreisbogenabschnitten 21 und zwei gegenüberliegenden Geradenstückabschnitten 22 auf. Dadurch ist die
Innenöffnung 15 oval ausgebildet. Die Drossel 1 1 gemäß Fig.3b weist ebenfalls drei Stromschienen 14 auf, wobei zwei äußere Stromschienen 14 im Bereich der
Kreisbogenabschnitte 21 angeordnet sind und eine mittlere Stromschiene 14 im Bereich der Geradenstückabschnitte 22 angeordnet ist. Die zwei äußeren Stromschienen 14 weisen jeweils einen kreissegmentförmigen Querschnittsbereich 23 und einen rechteckförmigen Querschnittsbereich 24 auf, wobei durch den kreissegmentförmigen Querschnittsbereich 23 die konvex geformte Form des ersten Bereichs 16a der
Außenseite 16 der Stromschiene 14 ausgebildet ist. Die mittlere Stromschiene 14 weist einen rechteckförmigen Querschnitt 25 auf. Der erste Bereich 16a der Außenseite 16 der mittleren Stromschiene 14 weist somit den Geradenstückabschnitten 22 zugewandte gerade Kanten auf. Ein Volumen der Innenöffnung 13 wird hier deutlich mehr ausgenutzt als das Innenvolumen der Innenöffnung 3 der Drossel 1 gemäß Fig.1 c, bei welcher die Stromschienen 4 rechteckförmige Querschnitte aufweisen.
In der Ausführungsform der Drossel 1 1 gemäß Fig.3c weist der Magnetkern 12 ebenfalls einen ovalringförmigen Querschnitt 20 auf, jedoch sind die Geradenstückabschnitte 22 kürzer als die Geradenstückabschnitte 22 der Drossel 1 1 gemäß Fig.3b. Die Drossel 1 1 gemäß Fig.3c weist zwei Stromschienen 14 auf, welche zum Ausbilden der konvexen Form kreissegmentförmige Querschnitte 26 aufweisen. Die kreissegmentförmigen Querschnitte 26 sind dabei im Bereich der Kreisbogenabschnitte 21 des Magnetkerns 12 und unter Ausbildung eines streifenförmigen Luftspaltes 17 beabstandet zueinander angeordnet.
Bezugszeichenliste
Drossel
Magnetkern
Innenöffnung
Stromschienen
Innenseite
Außenseite
Hochvoltbordnetz
, 9 Hochvoltkomponenten
0 Filter
1 Drossel
2 Magnetkern
3 Innenöffnung
4 Stromschiene
5 Innenseite
6 Außenseite
6a, 16b Bereiche der Außenseite
7 Luftspalt
8 kreisringförmiger Querschnitt
9 kreissektorförmiger Querschnitt
0 ovalringförmiger Querschnitt
1 Kreisbogenabschnitte
2 Geradenstückabschnitte
3 kreissegmentförmiger Querschnittsbereich4 rechteckförmiger Querschnittsbereich5 rechteckförmiger Querschnitt
6 kreissegmentförmiger Querschnitt

Claims

Patentansprüche
1. Stromkompensierte Drossel (1 1 ) zur Filterung von zwischen zwei
Hochvoltkomponenten (8, 9) eines Hochvoltbordnetzes (7) eines Kraftfahrzeugs übertragenen Störsignalen, mit einem eine Innenöffnung (13) umschließenden toroidförmigen Magnetkern (12) und mit zumindest zwei Stromschienen (14) zum elektrischen Verbinden der zwei Hochvoltkomponenten (8, 9), wobei die
Stromschienen (14) axial durch die Innenöffnung (13) des Magnetkerns (12) hindurchgeführt sind und in der Innenöffnung (13) unter Ausbildung eines Luftspalts (17) beabstandet zueinander angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine der Innenöffnung (13) zugewandte Innenseite (15) des Magnetkerns (12) sowie der Innenseite (15) des Magnetkerns (12) zugewandte Bereiche (16a) von
Außenseiten (16) der Stromschienen (14) zueinander korrespondierende Formen aufweisen.
2. Stromkompensierte Drossel (1 1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Innenseite (15) des Magnetkerns (12) aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist und die der Innenseite (15) des Magnetkerns (12) zugewandten Bereiche (16a) der Außenseiten (16) der Stromschienen (16) vollflächig anliegend an der Innenseite (15) des Magnetkerns (12) angeordnet sind.
3. Stromkompensierte Drossel (1 1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Innenseite (15) des Magnetkerns (12) zumindest abschnittsweise eine konkave Form aufweist und die der konkav geformten Innenseite (15) des Magnetkerns (12) zugewandten Bereiche (16a) der Außenseiten (16) der Stromschienen (14) zum vollflächigen Anlegen an die Innenseite (15) des Magnetkerns (12) eine konvexe Form aufweisen, wobei die konkav geformte Innenseite (15) des Magnetkerns (12) und die konvex geformten Bereiche (16a) der Außenseiten (16) der Stromschienen (14) insbesondere den gleichen Krümmungsradius aufweisen.
4. Stromkompensierte Drossel (1 1 ) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Magnetkern (12) zum Ausbilden der konkav geformten Innenseite (15) einen die Innenöffnung (13) kreisförmig umschließenden, kreisringförmigen Querschnitt (18) aufweist, und die Drossel (1 1 ) genau zwei Stromschienen (14) aufweist, welche zum Ausbilden der konvex geformten Bereiche (16a) der Außenseite (16)
kreissegmentförmige Querschnitte (26) aufweisen und unter Ausbildung eines streifenförmigen Luftspaltes (17) in der Innenöffnung (13) angeordnet sind.
5. Stromkompensierte Drossel (1 1 ) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Magnetkern (12) zum Ausbilden der konkav geformten Innenseite (15) einen die Innenöffnung (13) kreisförmig umschließenden kreisringförmigen Querschnitt (18) aufweist, und die Drossel (1 1 ) drei Stromschienen (14) aufweist, welche zum
Ausbilden der konvex geformten Bereiche (16a) der Außenseite (16)
kreissektorförmige Querschnitte (19) aufweisen und welche unter Ausbildung eines sternförmigen Luftspaltes (17) in der Innenöffnung (13) angeordnet sind.
6. Stromkompensierte Drossel (1 1 ) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Magnetkern (12) zum Ausbilden der konkav geformten Innenseite (15) einen die Innenöffnung (13) oval umschließenden ovalringförmigen Querschnitt (20) mit zwei gegenüberliegenden Kreisbogenabschnitten (21 ) und zwei gegenüberliegenden Geradenstückabschnitten (22) aufweist, wobei die Drossel (1 1 ) genau zwei
Stromschienen (14) aufweist, welche zum Ausbilden der konvex geformten Bereiche (16a) der Außenseite (16) kreissegmentförmige Querschnittsbereiche (23) aufweisen und unter Ausbildung eines streifenförmigen Luftspalts (17) an den
Kreisbogenabschnitten (21 ) der Innenseite (15) des Magnetkerns (12) angeordnet sind.
7. Stromkompensierte Drossel (1 1 ) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Magnetkern (12) zum Ausbilden der konkav geformten Innenseite (15) einen die Innenöffnung (13) oval umschließenden ovalringförmigen Querschnitt (20) mit zwei gegenüberliegenden Kreisbogenabschnitten (21 ) und zwei gegenüberliegenden Geradenstückabschnitten (22) aufweist, wobei die Drossel (1 1 ) drei Stromschienen (14) aufweist, welche entlang der Geradenstückabschnitte (22) unter Ausbildung von zwei streifenförmigen Luftspalten (17) beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei die zwei außenliegenden Stromschienen (14) zum Ausbilden der konvex geformten Bereiche (16a) der Außenseite (16) kreissegmentförmige
Querschnittsbereiche (23) aufweisen und die innenliegende Stromschiene (14) einen rechteckförmigen Querschnitt (25) aufweist.
8. Filter (10) für ein Hochvoltbordnetz (7) eines Kraftfahrzeugs aufweisend eine
stromkompensierte Drossel (1 1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. Hochvoltbordnetz (7) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug aufweisend
zumindest zwei Hochvoltkomponenten (8, 9) sowie ein Filter nach Anspruch 8, wobei die zwei Hochvoltkomponenten (8, 9) über die Stromschienen (14) der Drossel (1 1 ) elektrisch miteinander verbunden sind.
10. Kraftfahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz (7) nach Anspruch 9.
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