AT523579A1

AT523579A1 - Magnetic choke, choke arrangement and converter with choke arrangement

Info

Publication number: AT523579A1
Application number: ATA50178/2020A
Authority: AT
Inventors: Reisinger Dr Erwin; Schmidt Dr Ing Martin
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2021-09-15

Abstract

Drosselanordnung (1) umfassend eine erste Wicklung (4) und zumindest eine zweite Wicklung (4‘), die auf einem gemeinsamen Eisenkern (5) angeordnet sind, wobei der Eisenkern (5) zur Ableitung von Wärme über eine thermisch leitende und elektrisch isolierende Auflage (6) mit einem Kühlkörper (7) verbunden ist, sowie Umrichter (8) umfassend eine derartige Drosselanordnung (1).Choke arrangement (1) comprising a first winding (4) and at least one second winding (4 '), which are arranged on a common iron core (5), the iron core (5) for dissipating heat via a thermally conductive and electrically insulating support (6) is connected to a heat sink (7), and a converter (8) comprising such a throttle arrangement (1).

Description

Magnetdrossel, Drosselanordnung und Umrichter mit Drosselanordnung Magnetic choke, choke arrangement and converter with choke arrangement

Die Erfindung betrifft eine Magnetdrossel mit einer ersten Wicklung und einer zweiten Wicklung, die auf einem gemeinsamen Eisenkern angeordnet sind, sowie eine Drosselanordnung umfassend eine derartige Magnetdrossel und einen Umrichter mit The invention relates to a magnetic choke with a first winding and a second winding, which are arranged on a common iron core, and a choke arrangement comprising such a magnetic choke and a converter

einer derartigen Drosselanordnung. such a throttle arrangement.

Magnetdrosseln sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden in elektrischen Schaltungen beispielsweise zur Strombegrenzung, zur Zwischenspeicherung von Energie in Form ihres Magnetfeldes, zur Impedanzanpassung oder zur Filterung eingesetzt, insbesondere im Bereich der Leistungselektronik sowie in der Nieder- und Magnetic chokes are known from the prior art and are used in electrical circuits, for example for current limitation, for intermediate storage of energy in the form of their magnetic field, for impedance matching or for filtering, in particular in the field of power electronics as well as in low and low voltage

Hochfrequenztechnik. High frequency technology.

Zur Steigerung des induktiven Widerstandes und zur Verringerung ihrer Baugröße enthalten derartige Magnetdrosseln in der Regel einen weichmagnetischen Kern aus To increase the inductive resistance and to reduce their size, such magnetic chokes usually contain a soft magnetic core

Eisen oder einem elektrisch nicht leitenden Ferritmaterial. Iron or an electrically non-conductive ferrite material.

Für den Aufbau elektrischer Leistungs-Umrichter, die direkt auf einer elektrischen Maschine aufgebaut werden sollen, sind Drosselanordnungen mit mehreren Magnetdrosseln mit sehr hoher Induktivität erforderlich. Je nach Anwendung können derartige Drosselanordnungen so dimensioniert und ausgeführt sein, dass sie mehrere Funktionen übernehmen, beispielsweise Strom-Interleaving bei der Verwendung in aktiv For the construction of electrical power converters that are to be installed directly on an electrical machine, choke arrangements with several magnetic chokes with very high inductance are required. Depending on the application, such throttle arrangements can be dimensioned and designed in such a way that they take on several functions, for example current interleaving when in active use

geschalteten Gleich- oder Wechselrichtern, oder eine Filterfunktion. switched rectifiers or inverters, or a filter function.

Es besteht im Stand der Technik ein Bedarf nach möglichst kompakten LeistungsUmrichtern. Während jedoch die leistungselektronischen Halbleiterschalter und auch allfällige Kondensator-Speicher mittlerweile sehr kompakt aufgebaut werden können, besteht die Problematik, dass Magnetdrosseln und Drosselanordnungen nicht beliebig verkleinert werden können, da ihre Größe durch ihre thermische Leistungsabgabe begrenzt ist. In the prior art, there is a need for power converters that are as compact as possible. However, while the power electronic semiconductor switches and any capacitor storage devices can now be constructed very compactly, there is the problem that magnetic chokes and choke arrangements cannot be reduced in size as their size is limited by their thermal power output.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Magnetdrossel und eine Drosselanordnung bereitzustellen, die möglichst kompakt ist, um die Realisierung möglichst kleiner Umrichter mit geschalteten Gleich- bzw. Wechselrichtern zu The object of the invention is thus to provide a magnetic choke and a choke arrangement which are as compact as possible in order to implement the smallest possible converters with switched rectifiers or inverters

ermöglichen. enable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Magnetdrossel gemäß dem This object is achieved according to the invention with a magnetic choke according to the

unabhängigen Patentanspruch gelöst. independent claim solved.

Eine erfindungsgemäße Drosselanordnung umfasst eine erste Wicklung und zumindest eine zweite Wicklung, die auf einem gemeinsamen Eisenkern angeordnet sind. Der Eisenkern ist zur Ableitung von Wärme über eine thermisch leitende und elektrisch isolierende Auflage mit einem Kühlkörper verbunden. Bei dem Eisenkern kann es sich vorzugsweise um einen nanokristallinen Eisenkern handeln, der besonders geringe A choke arrangement according to the invention comprises a first winding and at least one second winding, which are arranged on a common iron core. To dissipate heat, the iron core is connected to a heat sink via a thermally conductive and electrically insulating pad. The iron core can preferably be a nanocrystalline iron core, the particularly small one

thermische Verluste generiert. thermal losses generated.

Erfindungsgemäß ist zusätzlich am Eisenkern zumindest ein weichmagnetisches, elektrisch isolierendes Ferritelement angeordnet. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Ferritelement in einem Bereich des Eisenkerns angeordnet ist, der nicht von einer Wicklung umschlossen ist. Dabei kann es sich insbesondere um den stirnseitigen Bereich des Eisenkerns handelt, der regelmäßig aus dem Wicklungspaket herausragt. Das Ferritelement kann erfindungsgemäß in direktem und möglichst flächigem Kontakt zum Eisenkern stehen und unmittelbar in Anschluss an die Wicklungen angeordnet sein. Dadurch ergibt sich eine besonders gute magnetische Kopplung mit den Wicklungen bzw. dem bestehenden Eisenkern, und die thermischen According to the invention, at least one magnetically soft, electrically insulating ferrite element is additionally arranged on the iron core. According to the invention it can be provided that the ferrite element is arranged in a region of the iron core that is not enclosed by a winding. This can in particular be the frontal area of the iron core, which regularly protrudes from the winding package. According to the invention, the ferrite element can be in direct contact with the iron core over a large area as possible and can be arranged directly adjacent to the windings. This results in a particularly good magnetic coupling with the windings or the existing iron core, and the thermal

Verluste im Eisenkern werden deutlich reduziert. Losses in the iron core are significantly reduced.

Dies hat den Vorteil, dass sich die Streuinduktivität der Magnetdrossel weiter erhöht, ohne dass die Wärmeverluste steigen, da das Ferritelement elektrisch isolierend ist. Das Ferritelement kann quaderförmig sein und sich über einen Teilbereich der Wicklung oder der Wicklungen erstrecken. Das Ferritelement kann auch an die spezifische Form This has the advantage that the leakage inductance of the magnetic choke increases further without increasing the heat losses, since the ferrite element is electrically insulating. The ferrite element can be cuboid and extend over a portion of the winding or windings. The ferrite element can also be tailored to the specific shape

der Wicklungen angepasst sein. adapted to the windings.

Das Ferritelement kann als im Wesentlichen rechteckige Auflage gebildet sein, die sich von einem, die erste Wicklung tragenden ersten Eisenkernschenkel zu einem, die zweite Wicklung tragenden zweiten Eisenkernschenkel erstreckt. Dadurch verbindet das separate Ferritelement die beiden Eisenkernschenkel in jenem Bereich, in dem regelmäßig keine Wicklungen vorgesehen sind. The ferrite element can be formed as a substantially rectangular support which extends from a first iron core leg carrying the first winding to a second iron core leg carrying the second winding. As a result, the separate ferrite element connects the two iron core legs in that area in which no windings are regularly provided.

Indem es sich bei dem Ferritelement um ein separates, vom Eisenkern getrennt anbringbares Bauteil handelt, können erfindungsgemäß je nach Anwendungsfall verschieden dimensionierte Ferritelemente vorgesehen sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass je nach Anwendungsfall verschieden dimensionierte Ferritelemente auf dem Eisenkern angeordnet werden können, um die thermischen Verluste auf ein akzeptables Maß zu reduzieren. Die Ferritelemente können sowohl hinsichtlich ihrer Abmessungen, als auch hinsichtlich ihrer magnetischen und thermischen Leitfähigkeit Since the ferrite element is a separate component that can be attached separately from the iron core, differently dimensioned ferrite elements can be provided according to the invention depending on the application. This has the advantage that, depending on the application, differently dimensioned ferrite elements can be arranged on the iron core in order to reduce the thermal losses to an acceptable level. The ferrite elements can be used both in terms of their dimensions and in terms of their magnetic and thermal conductivity

unterschiedlich dimensioniert sein. be dimensioned differently.

Erfindungsgemäß kann ein Spannelement vorgesehen sein, um das Ferritelement gegen den Eisenkern zu drücken. Das Spannelement kann mehrteilig sein und beispielsweise einen länglichen Spannbalken umfassen, der das Ferritelement gegen den Eisenkern drückt. Der Spannbalken kann mit Schrauben an einem Untergrund, According to the invention, a clamping element can be provided in order to press the ferrite element against the iron core. The clamping element can be in several parts and, for example, comprise an elongated clamping bar which presses the ferrite element against the iron core. The clamping beam can be attached to a substrate with screws,

beispielsweise einem Kühlkörper, fixiert sein. for example a heat sink.

Erfindungsgemäß können auch mehrere Ferritelemente vorgesehen sein, die einzelne oder sämtliche Bereiche des Eisenkerns abdecken, welche nicht von einer Wicklung umschlossen sind. Insbesondere kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Ferritelemente im Wesentlichen sämtliche Bereiche des Eisenkerns abdecken, welche According to the invention, several ferrite elements can also be provided which cover individual or all areas of the iron core which are not enclosed by a winding. In particular, it can be provided according to the invention that the ferrite elements essentially cover all areas of the iron core which

nicht von einer Wicklung umschlossen sind. are not enclosed by a winding.

Dabei kann es sich insbesondere um die beiden stirnseitigen Bereiche der Magnetdrossel handeln, bei denen der Eisenkern aus den beiden Wicklungspaketen herausragt. Bei einer derartigen Ausführung können also insbesondere zwei Ferritelemente vorgesehen sein, die an jenen stirnseitigen Bereichen der This can in particular be the two end-face areas of the magnetic choke in which the iron core protrudes from the two winding stacks. In such an embodiment, two ferrite elements in particular can be provided, which are attached to those end-face areas of the

Magnetdrossel angeordnet sind, an denen der Eisenkern frei liegt. Magnetic chokes are arranged on which the iron core is exposed.

Zusätzlich kann der Eisenkern zumindest teilweise über eine thermisch leitende und elektrisch isolierende Auflage mit einem Kühlkörper verbunden sein. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch vorgesehen, dass das Ferritelement selbst in bestimmten Bereichen als thermisch leitende Auflage dient. In addition, the iron core can be at least partially connected to a heat sink via a thermally conductive and electrically insulating support. According to the invention, however, it is also provided that the ferrite element itself serves as a thermally conductive support in certain areas.

Mit anderen Worten, das Ferritelement kann eine Doppelfunktion erfüllen, nämlich einerseits die Reduktion thermischer Verluste und andererseits die Ableitung der thermischen Verluste in den Kühlkörper. In other words, the ferrite element can fulfill a double function, namely on the one hand the reduction of thermal losses and on the other hand the dissipation of the thermal losses into the heat sink.

Wenn es sich bei der thermisch isolierenden Auflage um ein separates Element handelt, kann die thermisch leitende Auflage aus Aluminiumdioxid bestehen oder dieses umfassen. Selbstverständlich sind auch andere thermisch leitende, elektrisch isolierende Materialien zur Bildung der thermisch isolierenden Auflage erfindungsgemäß vorgesehen. Bei dem Kühlkörper kann es sich insbesondere um einen Wasserkühler handeln, der die thermischen Verluste des Eisenkerns und der Wicklung besonders effektiv ableitet. If the thermally insulating overlay is a separate element, the thermally conductive overlay can consist of or comprise aluminum dioxide. Of course, other thermally conductive, electrically insulating materials are also provided according to the invention for forming the thermally insulating overlay. The heat sink can in particular be a water cooler that dissipates the thermal losses of the iron core and the winding particularly effectively.

Die thermisch leitende Auflage kann insbesondere quaderförmig sein und unmittelbar zwischen dem Kühlkörper und dem Eisenkern angeordnet sein. Die thermisch leitende Auflage kann eine Dicke von unter 30 mm, vorzugsweise unter 20 mm, besonders bevorzugt unter 10 mm aufweist. Ebenso kann das Ferritelement eine Dicke von unter The thermally conductive support can in particular be cuboid and be arranged directly between the heat sink and the iron core. The thermally conductive overlay can have a thickness of less than 30 mm, preferably less than 20 mm, particularly preferably less than 10 mm. Likewise, the ferrite element can have a thickness of less than

30 mm, vorzugsweise unter 20 mm, besonders bevorzugt unter 10 mm aufweisen. Die Wicklungen der Magnetdrossel können zusätzlich über wärmeleitende Thermopads 30 mm, preferably less than 20 mm, particularly preferably less than 10 mm. The windings of the magnetic choke can also use thermally conductive thermopads

mit einem Kühlkörper verbunden sein. Dabei werden die Thermopads unmittelbar zwischen den Wicklungen und dem Kühlkörper angeordnet. be connected to a heat sink. The thermal pads are arranged directly between the windings and the heat sink.

Erfindungsgemäß können die Wicklungen auf dem Eisenkern gegensinnig angeordnet sein, sodass die Magnetdrossel stromkompensiert ist. Dies ist insbesondere bei der Verwendung der Magnetdrossel als Interleaving-Drossel in einem Umrichter zweckmäßig. According to the invention, the windings on the iron core can be arranged in opposite directions, so that the magnetic choke is current-compensated. This is particularly useful when using the magnetic choke as an interleaving choke in a converter.

Die Erfindung umfasst ferner eine Drosselanordnung, umfassend mehrere, vorzugsweise drei, erfindungsgemäße Magnetdrosseln mit separaten Eisenkernen, wobei die Magnetdrosseln auf einem gemeinsamen Kühlkörper angeordnet sind. Dies ermöglicht eine besonders platzsparende Integration der Drosselanordnung in einem The invention further comprises a choke arrangement comprising several, preferably three, inventive magnetic chokes with separate iron cores, the magnetic chokes being arranged on a common heat sink. This enables a particularly space-saving integration of the throttle arrangement in one

Umrichter. Converter.

Eine erfindungsgemäße Drosselanordnung kann beispielsweise als kompakte mehrphasige Interleaving-Drossel oder mehrphasige Gleichtaktdrossel in einem A choke arrangement according to the invention can, for example, be a compact multi-phase interleaving choke or multi-phase common-mode choke in one

geschalteten Umrichter eingesetzt werden. switched converters can be used.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass für mehrere, vorzugsweise drei, Magnetdrosseln ein gemeinsames Ferritelement und/oder eine gemeinsame thermisch leitende Auflage vorgesehen ist. Mit anderen Worten, mehrere Magnetdrosseln teilen sich ein gemeinsames Ferritelement oder eine gemeinsame thermisch leitende Auflage. Das Ferritelement oder die thermisch leitende Auflage erstrecken sich in diesen Ausführungsformen über mehrere Eisenkerne hinweg. Es kann jedoch auch erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Magnetdrosseln über separate Ferritkerne und/oder separate thermisch leitende Auflagen verfügen. According to the invention it can be provided that a common ferrite element and / or a common thermally conductive support is provided for several, preferably three, magnetic chokes. In other words, several magnetic chokes share a common ferrite element or a common thermally conductive pad. In these embodiments, the ferrite element or the thermally conductive support extend over several iron cores. However, it can also be provided according to the invention that the magnetic chokes have separate ferrite cores and / or separate thermally conductive pads.

Die Erfindung umfasst ferner einen Umrichter zur Erzeugung einer N-phasigen elektrischen Wechselspannung aus einer Gleichspannungsquelle oder zur Erzeugung einer Gleichspannung aus einer N-phasigen elektrischen Wechselspannung, The invention further comprises a converter for generating an N-phase electrical alternating voltage from a direct voltage source or for generating a direct voltage from an N-phase electrical alternating voltage,

umfassend zumindest eine erfindungsgemäße Drosselanordnung. comprising at least one throttle arrangement according to the invention.

Es kann vorgesehen sein, dass für zumindest eine, vorzugsweise jede der N Phasen des Umrichters M elektronisch steuerbare Halbbrücken vorgesehen sind, wobei M größer eins ist, wobei eine die Halbbrücken ansteuernde Steuerungseinheit vorgesehen ist, und jene Ausgänge der Halbbrücken, welche dieselbe Phase versorgen, über It can be provided that electronically controllable half bridges are provided for at least one, preferably each of the N phases of the converter M, where M is greater than one, with a control unit controlling the half bridges being provided, and those outputs of the half bridges which supply the same phase, above

erfindungsgemäße Magnetdrosseln einer erfindungsgemäßen Drosselanordnung zusammengeschaltet sind. In diesem Fall kann die erfindungsgemäße Drosselanordnung als Interleaving-Drossel mit N Magnetdrosseln auf einem Magnetic chokes according to the invention of a throttle arrangement according to the invention are interconnected. In this case, the throttle arrangement according to the invention can be used as an interleaving throttle with N magnetic throttles on one

gemeinsamen Kühlkörper eingesetzt werden. common heat sink can be used.

Erfindungsgemäß kann die die Phasenzahl N gleich drei sein. Die Zahl M der Halbbrücken je Phase kann gleich zwei, drei, vier, fünf, sechs oder höher sein. According to the invention, the number of phases N can be equal to three. The number M of half bridges per phase can be two, three, four, five, six or more.

Jede der Halbbrücken kann zwei gesteuerte Halbleiterschalter Q1, Q2, vorzugsweise SiC-Transistoren umfassen. Each of the half bridges can comprise two controlled semiconductor switches Q1, Q2, preferably SiC transistors.

Die erfindungsgemäße Lösung ist insbesondere für die Gleich- oder Wechselrichtung hoher elektrischer Leistungen vorteilhaft. Die Komponenten der Umrichter können beispielsweise zur Bereitstellung einer Leistung im Bereich von über 100 kW bei einer Schaltfrequenz der elektronischen Leistungsschalter im Bereich von über 20 kHz ausgeführt sein. Es kann sich dabei insbesondere um eine Umrichterbaugruppe mit sogenannten Active-Front-End-Umrichtern handeln. The solution according to the invention is particularly advantageous for the direct or alternating direction of high electrical powers. The components of the converter can be designed, for example, to provide power in the range of over 100 kW at a switching frequency of the electronic power switches in the range of over 20 kHz. In particular, it can be a converter assembly with so-called active front-end converters.

Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Further features according to the invention emerge from the claims, the figures and the following description of the figures.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines nicht-ausschließlichen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen The invention is explained in more detail below on the basis of a non-exclusive exemplary embodiment. Show it

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen Umrichters zur Erzeugung einer dreiphasigen Wechselspannung mit erfindungsgemäßen Drosselanordnungen; 1 shows a schematic circuit diagram of a converter according to the invention for generating a three-phase AC voltage with choke arrangements according to the invention;

Fig. 2a —- 2c schematische Schnittdarstellungen und eine dreidimensionale Ansicht einer 2a-2c are schematic sectional views and a three-dimensional view of a

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drosselanordnung. Embodiment of a throttle arrangement according to the invention.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Umrichters zur Bereitstellung einer 3-phasigen elektrischen Spannung. Der Umrichter wandelt eine Eingangs-Gleichspannung Voe in drei phasenverschobene Wechselspannungen L1, L2, L3 zum Betrieb eines elektrischen Verbrauchers (Betrieb als Maschinenumrichter) oder zur Netzeinspeisung (Betrieb als Netzumrichter) um. Zu diesem Zweck umfasst der 1 shows an embodiment of a converter according to the invention for providing a 3-phase electrical voltage. The converter converts an input DC voltage Voe into three phase-shifted AC voltages L1, L2, L3 for the operation of an electrical consumer (operation as a machine converter) or for feeding into the mains (operation as a network converter). To this end, the

7720 7720

Umrichter einen Brücken-Gleichrichter mit sechs Halbbrücken 2, 2‘, 2a, 2a‘, 2b, 2b‘, wobei jeweils eine Phase L1, L2, Ls über zwei Halbbrücken versorgt wird. Die Halbbrücken umfassen jeweils zwei elektronisch schaltbare Halbleiterschalter Q1, Q2, Qı1‘, Q2‘, Q1a, Q2a, Q4a‘, Q2a‘, Q1pb, Q2ob, Q16‘, Qz26‘, die mit einer elektronischen Steuereinheit 3 verbunden sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 3 als integriertes elektronisches Bauelement realisiert. Converter a bridge rectifier with six half bridges 2, 2 ‘, 2a, 2a‘, 2b, 2b ‘, with one phase L1, L2, Ls being supplied via two half bridges. The half bridges each include two electronically switchable semiconductor switches Q1, Q2, Qı1 ‘, Q2‘, Q1a, Q2a, Q4a, Q2a ‘, Q1pb, Q2ob, Q16‘, Qz26 ‘, which are connected to an electronic control unit 3. In this exemplary embodiment, the control unit 3 is implemented as an integrated electronic component.

Die Halbleiterschalter sind in diesem Ausführungsbeispiel als SiC-Schalter ausgeführt und weisen eine hohe Spannungsfestigkeit auf. In this exemplary embodiment, the semiconductor switches are designed as SiC switches and have a high dielectric strength.

Die Steuereinheit 3 schaltet die Halbleiterschalter in einem Modulationsverfahren, hier in einem Pulsweitenmodulations-Verfahren mit einer Frequenz von etwa 5 kHz, um für jede der Phasen L1, L2, L3 eine möglichst ideale Sinusform bilden zu können. Mit anderen Worten, die Frequenz der Ansteuersignale eines Schalters beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 5 kHz. Die Steuereinheit 3 ist dazu ausgeführt, jene Halbbrückenpaare, die dieselbe Phase des Elektromotors versorgen, derart zeitversetzt zu aktivieren, dass sich der Strom dieser Phase auf die beiden Halbbrücken im Wesentlichen gleich aufteilt. The control unit 3 switches the semiconductor switches in a modulation method, here in a pulse width modulation method with a frequency of about 5 kHz, in order to be able to form a sinusoidal shape that is as ideal as possible for each of the phases L1, L2, L3. In other words, the frequency of the control signals of a switch is approximately 5 kHz in this exemplary embodiment. The control unit 3 is designed to activate those half-bridge pairs that supply the same phase of the electric motor with a time delay in such a way that the current of this phase is divided essentially equally between the two half-bridges.

In diesem Ausführungsbeispiel sind die Ausgänge von je zwei Halbbrücken, welche dieselbe Phase versorgen, über stromkompensierte Interleaving-Drosseln mit Wicklungen 4, 4‘, 4a, 4a‘, 4b, 4b‘ zusammengeschaltet. Dabei sind für jede Phase zwei gegensinnig laufende Wicklungen auf einem gemeinsamen Eisenkern vorgesehen. Dies ermöglicht die kompakte Ausführung der Drosseln und gleichzeitig einen besonders rippelfreien Betrieb des Gleichrichters. In this exemplary embodiment, the outputs of two half bridges each, which supply the same phase, are connected together via current-compensated interleaving chokes with windings 4, 4, 4a, 4a ‘, 4b, 4b‘. Two windings running in opposite directions are provided on a common iron core for each phase. This enables the compact design of the chokes and, at the same time, particularly ripple-free operation of the rectifier.

Je zwei der Wicklungen 4, 4‘, 4a, 4a‘, 4b, 4b‘ sind auf einem gemeinsamen Eisenkern gegensinnig gewickelt und sind jeweils Teil einer Magnetdrossel 1, 1a, 1b. Die Two of the windings 4, 4 ‘, 4a, 4a‘, 4b, 4b ‘are wound in opposite directions on a common iron core and are each part of a magnetic choke 1, 1a, 1b. the

Magnetdrosseln sind somit in diesem Ausführungsbeispiel stromkompensiert. Magnetic chokes are therefore current-compensated in this exemplary embodiment.

Fig. 2a zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drosselanordnung mit drei Magnetdrosseln 1, 1a, 1b. 2a shows a side view of an embodiment of a throttle arrangement according to the invention with three magnetic throttles 1, 1a, 1b.

Die drei Magnetdrosseln 1, 1a, 1b sind auf einem gemeinsamen Kühlkörper 7 The three magnetic chokes 1, 1a, 1b are on a common heat sink 7

angeordnet, wobei der jeweilige Eisenkern 9, 9a, 9b zur Ableitung von Wärme über thermisch leitende und elektrisch isolierende Auflagen 6, 6a, 6b mit dem Kühlkörper verbunden ist. An den Eisenkernen 9, 9a, 9b der drei Drosselanordnungen 1, 1a, 1b arranged, wherein the respective iron core 9, 9a, 9b is connected to the heat sink for dissipating heat via thermally conductive and electrically insulating pads 6, 6a, 6b. On the iron cores 9, 9a, 9b of the three throttle arrangements 1, 1a, 1b

sind elektrisch isolierende Ferritelemente 5, 5a, 5b angeordnet. electrically insulating ferrite elements 5, 5a, 5b are arranged.

Die Ferritelemente 5, 5a, 5b werden mit Spannelementen 11, 11a, 11b gegen den jeweiligen Eisenkern 9, 9a, 9b gedrückt. In diesem Ausführungsbeispiel umfassen die Spannelemente 11, 11a, 11b jeweils einen quaderförmigen Spannbalken, der über Langschrauben derart mit dem Kühlkörper 7 verbunden ist, dass die Ferritelemente 5, 5a, 5b gegen den Eisenkern 9, 9a, 9b gedrückt werden. The ferrite elements 5, 5a, 5b are pressed with clamping elements 11, 11a, 11b against the respective iron core 9, 9a, 9b. In this exemplary embodiment, the clamping elements 11, 11a, 11b each comprise a cuboid clamping bar which is connected to the cooling body 7 via long screws in such a way that the ferrite elements 5, 5a, 5b are pressed against the iron core 9, 9a, 9b.

Fig. 2b zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie B-B aus Fig. 2a. In dieser Schnittdarstellung ist die Lage der Ferritelemente 5, 5a, 5b mit strichlierten Linien schematisch angedeutet. Es ist ersichtlich, dass der Eisenkern 9, 9a, 9b jeweils zwei Eisenkernschenkel 10, 10‘ aufweist, die stirnseitig miteinander verbunden sind. Die Ferritelemente 5, 5a, 5b sind derart an den Stirnseiten des Eisenkerns 9, 9a, 9b angeordnet, dass sie sich jeweils von einem ersten Eisenkernschenkel 10 zu einem zweiten Eisenkernschenkel 10° erstrecken. Mit anderen Worten, die Ferritelemente 5, 5a, 5b bedecken in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen den gesamten gekrümmten Bereich der Eisenkerne, während die Wicklungen 4, 4‘, 4a, 4a‘, 4b, 4b‘ den linearen Bereich der Eisenkerne 9, 9a, 9b bedecken. In anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung erstrecken sich die Ferritelemente jedoch auch auf den linearen Bereich der Eisenkerne, also auf die Eisenkernschenkel 10, 10°, sofern in diesem Bereich keine Wicklung angeordnet ist. FIG. 2b shows a sectional illustration along the section line B-B from FIG. 2a. In this sectional illustration, the position of the ferrite elements 5, 5a, 5b is indicated schematically with dashed lines. It can be seen that the iron core 9, 9a, 9b each has two iron core legs 10, 10 'which are connected to one another at the end. The ferrite elements 5, 5a, 5b are arranged on the end faces of the iron core 9, 9a, 9b in such a way that they each extend from a first iron core limb 10 to a second iron core limb 10 °. In other words, in this exemplary embodiment the ferrite elements 5, 5a, 5b essentially cover the entire curved area of the iron cores, while the windings 4, 4 ', 4a, 4a', 4b, 4b 'cover the linear area of the iron cores 9, 9a, Cover 9b. In other, not shown exemplary embodiments of the invention, however, the ferrite elements also extend to the linear area of the iron cores, that is to say to the iron core legs 10, 10 °, provided that no winding is arranged in this area.

Fig. 2c zeigt eine schematische dreidimensionale Ansicht der Drosselanordnung mit den Magnetdrosseln 1, 1a, 1b. Die drei Magnetdrosseln 1, 1a, 1b sind auf einem gemeinsamen Kühlkörper 7 angeordnet, wobei der jeweilige Eisenkern 9, 9a, 9b zur Ableitung von Wärme über thermisch leitende und elektrisch isolierende Auflagen 6, 6a, 6b mit dem Kühlkörper verbunden ist. 2c shows a schematic three-dimensional view of the throttle arrangement with the magnetic throttles 1, 1a, 1b. The three magnetic chokes 1, 1a, 1b are arranged on a common heat sink 7, the respective iron core 9, 9a, 9b being connected to the heat sink via thermally conductive and electrically insulating pads 6, 6a, 6b to dissipate heat.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Auflagen 6, 6a, 6b als drei separate Aluminiumdioxid-Quader ausgeführt. Die Aluminiumdioxid-Quader sind stirnseitig jeweils zwischen dem Eisenkern 9, 9a, 9b und dem Kühlkörper 7 angebracht, um eine besonders gute thermische Ableitung zu erreichen. Die Dicke der Auflagen 6, 6a, 6b beträgt etwa 15 mm. Zusätzlich sind die Eisenkerne über wärmeleitende Thermopads 8 mit dem Kühlkörper verbunden. In the present exemplary embodiment, the supports 6, 6a, 6b are designed as three separate aluminum dioxide cuboids. The aluminum dioxide cuboids are each attached at the front between the iron core 9, 9a, 9b and the heat sink 7 in order to achieve particularly good thermal dissipation. The thickness of the supports 6, 6a, 6b is approximately 15 mm. In addition, the iron cores are connected to the heat sink via thermally conductive thermal pads 8.

Darüber hinaus sind an den Eisenkernen 9, 9a, 9b der drei Drosselanordnungen 1, 1a, 1b elektrisch isolierende Ferritelemente 5, ba, 5b angeordnet, um die Induktivität der Wicklungen 4, 4‘, 4a, 4a‘, 4b, 4b‘ zu erhöhen. Diese Ferritelemente 5, 5a, 5b sind im Wesentlichen quaderförmig und stirnseitig an der Oberseite der Eisenkerne 9, 9a, 9b angeordnet, und zwar in jenem Bereich der Eisenkerne 9, 9b, 9b, in dem keine Wicklungen vorgesehen sind. Die Dicke der Ferritelemente 5, 5a, 5b beträgt in diesem In addition, electrically insulating ferrite elements 5, ba, 5b are arranged on the iron cores 9, 9a, 9b of the three choke arrangements 1, 1a, 1b in order to increase the inductance of the windings 4, 4 ', 4a, 4a', 4b, 4b ' . These ferrite elements 5, 5a, 5b are essentially cuboid and are arranged on the front side on the upper side of the iron cores 9, 9a, 9b, specifically in that area of the iron cores 9, 9b, 9b in which no windings are provided. The thickness of the ferrite elements 5, 5a, 5b is in this

Ausführungsbeispiel etwa 15 mm. Embodiment about 15 mm.

Die Erfindung ist aber nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel limitiert, sondern umfasst sämtliche Drosselanordnungen und Umrichter im Rahmen der nachfolgenden However, the invention is not limited to the illustrated embodiment, but includes all throttle arrangements and converters within the scope of the following

Patentansprüche. Claims.

Der hierin verwendete Begriff Umrichter soll nicht zu eng ausgelegt werden. Unter einem erfindungsgemäßen Umrichter kann jede gesteuerte elektrische und/oder elektronische Schaltung verstanden werden, die eine Gleichspannung in eine andere Gleichspannung oder Wechselspannung umwandelt, oder eine Wechselspannung in eine andere Wechselspannung oder Gleichspannung umwandelt. Bei einer derartigen Schaltung kann es sich beispielsweise, aber nicht ausschließlich, um einen Direktumrichter, einen Matrixumrichter, einen Wechselspannungswandler, einen Gleichspannungswandler, einen geschalteten Brückenwechselrichter, einen geschalteten Brückengleichrichter oder dergleichen handeln. Die konkrete schaltungstechnische Realisierung des Umrichters ist nicht wesentlich. Erfindungsgemäß vorgesehene Umrichter können auch eine interne galvanische Trennung vorsehen und können für hohe elektrische Leistungen vorgesehen sein, beispielsweise Leistungen im Bereich von 100 kW bei einer Gleichspannung von 850 V bzw. 300 kVA Wechselstromleistung. The term converter as used herein should not be interpreted too narrowly. A converter according to the invention can be understood to mean any controlled electrical and / or electronic circuit that converts a direct voltage into another direct voltage or alternating voltage, or converts an alternating voltage into another alternating voltage or direct voltage. Such a circuit can be, for example, but not exclusively, a direct converter, a matrix converter, an AC voltage converter, a DC voltage converter, a switched bridge inverter, a switched bridge rectifier or the like. The specific circuit implementation of the converter is not essential. Converters provided according to the invention can also provide internal galvanic isolation and can be provided for high electrical powers, for example powers in the range of 100 kW with a direct voltage of 850 V or 300 kVA alternating current power.

Bezugszeichenliste List of reference symbols

1, 1a, 1b Magnetdrossel 1, 1a, 1b magnetic choke

2, 2‘, 2a, 2a‘, 2b, 2b‘ Halbbrücke 2, 2 ‘, 2a, 2a‘, 2b, 2b ‘half bridge

3 Steuerungseinheit 4, 4‘, 4a, 4a‘, 4b, 46° Wicklung 3 control unit 4, 4 ‘, 4a, 4a‘, 4b, 46 ° winding

5, 5a, 5b Ferritelement 5, 5a, 5b ferrite element

6, 6a, 6b Thermisch isolierende Auflage 7 Kühlkörper 6, 6a, 6b Thermally insulating pad 7 heat sink

8 Thermopad 8 thermopads

9, 9a, 9b Eisenkern 9, 9a, 9b iron core

10, 10‘ Eisenkernschenkel 11, 11a, 11b Spannmittel 10, 10 ‘iron core leg 11, 11a, 11b clamping device

Claims

PatentansprücheClaims

1. Magnetdrossel (1) umfassend eine erste Wicklung (4) und zumindest eine zweite Wicklung (4°), die auf einem gemeinsamen Eisenkern (9) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass am Eisenkern (9) zumindest ein weichmagnetisches, elektrisch isolierendes Ferritelement (5) angeordnet ist. 1. Magnetic choke (1) comprising a first winding (4) and at least one second winding (4 °) which are arranged on a common iron core (9), characterized in that at least one soft magnetic, electrically insulating ferrite element on the iron core (9) (5) is arranged.

2. Magnetdrossel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferritelement (5) in einem Bereich des Eisenkerns (9) angeordnet ist, der nicht von einer Wicklung (4, 4°) umschlossen ist. 2. Magnetic choke (1) according to claim 1, characterized in that the ferrite element (5) is arranged in a region of the iron core (9) which is not enclosed by a winding (4, 4 °).

3. Magnetdrossel (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferritelement (5) in direktem und möglichst flächigem Kontakt zum Eisenkern (9) steht und unmittelbar in Anschluss an die Wicklungen (4, 4‘) angeordnet ist. 3. Magnetic choke (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the ferrite element (5) is in direct and as flat contact as possible with the iron core (9) and is arranged directly in connection with the windings (4, 4 ‘).

4. Magnetdrossel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferritelement (5) als im Wesentlichen rechteckige Auflage gebildet ist, die sich von einem, die erste Wicklung (4) tragenden ersten Eisenkernschenkel (10) zu einem, die zweite Wicklung (4°) tragenden zweiten Eisenkernschenkel (10°) erstreckt. 4. Magnetic choke (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ferrite element (5) is formed as a substantially rectangular support which extends from one, the first winding (4) carrying the first iron core leg (10) to a , the second winding (4 °) carrying the second iron core leg (10 °) extends.

5. Magnetdrossel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannelement (11) vorgesehen ist, um das Ferritelement (5) gegen den Eisenkern (9) zu drücken. 5. Magnetic choke (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that a clamping element (11) is provided in order to press the ferrite element (5) against the iron core (9).

6. Magnetdrossel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ferritelemente (5) vorgesehen sind, die Bereiche des Eisenkerns (9) abdecken, die nicht von einer Wicklung (4, 4°) umschlossen sind. 6. Magnetic choke (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that several ferrite elements (5) are provided which cover areas of the iron core (9) which are not enclosed by a winding (4, 4 °).

7. Magnetdrossel (1) nach einem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die 7. Magnetic choke (1) according to claim 6, characterized in that the

Ferritelemente (5) im Wesentlichen sämtliche Bereiche des Eisenkerns (9) abdecken, die nicht von einer Wicklung (4, 4°) umschlossen sind. Ferrite elements (5) essentially cover all areas of the iron core (9) that are not enclosed by a winding (4, 4 °).

8. Magnetdrossel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkern (9) zumindest teilweise über eine thermisch leitende und elektrisch isolierende Auflage (6) mit einem Kühlkörper (7) verbunden ist. 8. Magnetic choke (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the iron core (9) is at least partially connected to a heat sink (7) via a thermally conductive and electrically insulating support (6).

9. Magnetdrossel (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferritelement (5) bereichsweise als thermisch leitende Auflage dient. 9. Magnetic choke (1) according to claim 8, characterized in that the ferrite element (5) serves as a thermally conductive support in some areas.

10. Magnetdrossel (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch leitende Auflage (6) aus Aluminiumdioxid besteht oder Aluminiumdioxid umfasst. 10. Magnetic choke (1) according to claim 8, characterized in that the thermally conductive support (6) consists of aluminum dioxide or comprises aluminum dioxide.

11. Magnetdrossel (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch leitende Auflage (6) eine Dicke von unter 30 mm, vorzugsweise unter 20 mm, besonders bevorzugt unter 10 mm aufweist. 11. Magnetic choke (1) according to one of claims 8 to 10, characterized in that the thermally conductive support (6) has a thickness of less than 30 mm, preferably less than 20 mm, particularly preferably less than 10 mm.

12. Magnetdrossel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (4, 4‘) zusätzlich über wärmeleitende Thermopads (8) mit einem Kühlkörper (7) verbunden sind. 12. Magnetic choke (1) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the windings (4, 4 ‘) are additionally connected to a heat sink (7) via thermally conductive thermopads (8).

13. Magnetdrossel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (4, 4‘) auf dem Eisenkern (9) gegensinnig angeordnet sind, sodass die Magnetdrossel (1) stromkompensiert ist. 13. Magnetic choke (1) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the windings (4, 4 ‘) on the iron core (9) are arranged in opposite directions, so that the magnetic choke (1) is current-compensated.

14. Drosselanordnung, umfassend mehrere, vorzugsweise drei, Magnetdrosseln (1, 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 mit separaten Eisenkernen (9, 9a, 9b), dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetdrosseln (1, 1a, 1b) auf einem gemeinsamen Kühlkörper (7) angeordnet sind. 14. throttle arrangement comprising several, preferably three, magnetic chokes (1, 1a, 1b) according to one of claims 1 to 13 with separate iron cores (9, 9a, 9b), characterized in that the magnetic chokes (1, 1a, 1b) a common heat sink (7) are arranged.

15. Drosselanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest für mehrere, vorzugsweise drei, Magnetdrosseln (1, 1a, 1b) ein gemeinsames Ferritelement (5) und/oder eine gemeinsame thermisch leitende Auflage (6) vorgesehen ist. 15. Throttle arrangement according to claim 14, characterized in that a common ferrite element (5) and / or a common thermally conductive support (6) is provided for at least several, preferably three, magnetic chokes (1, 1a, 1b).

16. 16.

17. 17th

18. 18th

19. 19th

20. 20th

AVL List GmbH, Hans-List-Platz 1, 8020 GRAZ (AT) AVL List GmbH, Hans-List-Platz 1, 8020 GRAZ (AT)

Drosselanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass für die Magnetdrosseln (1, 1a, 1b) separate Ferritelemente (5, ba, 5b) und/oder separate thermisch leitende Auflagen (6, 6a, 6b) vorgesehen sind. Choke arrangement according to Claim 14, characterized in that separate ferrite elements (5, ba, 5b) and / or separate thermally conductive pads (6, 6a, 6b) are provided for the magnetic chokes (1, 1a, 1b).

Umrichter zur Erzeugung einer N-phasigen elektrischen Wechselspannung aus einer Gleichspannungsquelle oder zur Erzeugung einer Gleichspannung aus einer N-phasigen elektrischen Wechselspannung, umfassend eine Drosselanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16. Converter for generating an N-phase electrical alternating voltage from a direct voltage source or for generating a direct voltage from an N-phase electrical alternating voltage, comprising a choke arrangement according to one of Claims 14 to 16.

Umrichter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest eine, vorzugsweise jede der N Phasen M elektronisch steuerbare Halbbrücken (2, 2‘, 2a, 2a‘, 2b, 2b‘) vorgesehen sind, wobei M größer eins ist, wobei eine die Halbbrücken (2, 2‘, 2a, 2a‘, 2b, 2b‘) ansteuernde Steuerungseinheit (3) vorgesehen ist, und jene Ausgänge der Halbbrücken (2, 2°, 2a, 2a‘, 2b, 2b‘), welche dieselbe Phase versorgen, über Magnetdrosseln (1, 1a, 1b) einer Drosselanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15 zusammengeschaltet sind. Converter according to claim 17, characterized in that electronically controllable half bridges (2, 2 ', 2a, 2a', 2b, 2b ') are provided for at least one, preferably each of the N phases, M being greater than one, one being the Half bridges (2, 2 ', 2a, 2a', 2b, 2b ') controlling control unit (3) is provided, and those outputs of the half bridges (2, 2 °, 2a, 2a', 2b, 2b ') which have the same phase supply, via magnetic chokes (1, 1a, 1b) of a choke arrangement according to one of claims 13 to 15 are interconnected.

Umrichter nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenzahl N gleich drei ist und/oder die Zahl M der Halbbrücken (2, 2‘, 2a, 2a‘, 2b, 2b‘) je Phase gleich zwei, drei, vier, fünf, sechs oder höher ist. Converter according to one of Claims 17 or 18, characterized in that the number of phases N is equal to three and / or the number M of half bridges (2, 2 ', 2a, 2a', 2b, 2b ') per phase is equal to two, three, is four, five, six or higher.

Umrichter nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass Converter according to one of Claims 17 to 19, characterized in that

jede der Halbbrücken (2, 2‘, 2a‘, 2a‘, 2b, 2b‘) zwei gesteuerte Halbleiterschalter Q1, Q2, vorzugsweise SiC-Transistoren, umfasst. each of the half bridges (2, 2, 2a ‘, 2a‘, 2b, 2b ‘) comprises two controlled semiconductor switches Q1, Q2, preferably SiC transistors.