CN109903960B - 具有电流传感器的扼流圈 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有电流传感器的扼流圈(12)，尤其是共模扼流圈(1)，其具有中空的软磁性的芯体(10)，该芯体具有多个用于分别引导电导体(22至24)的凹部，其中，每个凹部都通过从中空的软磁性的芯体(10)的外圆周朝向中空的软磁性的芯体(10)的中心(M)延伸的突出部(121至123)与相邻的凹部分隔，并且其中，在两个相邻的突出部(121至123)之间并且相邻于这些突出部(121至123)的端部区域地布置有电流传感器(31至33)。

Description

具有电流传感器的扼流圈

技术领域

本发明涉及一种具有电流传感器的扼流圈，尤其是一种共模扼流圈。

背景技术

EMV滤波器(电磁兼容性)用于车辆中的功率电子器件中，以确保尽量对车载电网不造成干扰。EMV滤波器不仅可以用在功率电子器件的DC侧(DC＝Gleichstrom，直流)上而且可以用在AC侧(AC＝Wechselstrom，交流)上。在将电池的DC电能转化成电机上的AC电能的逆变器的情况下，EMV滤波器例如被安装在逆变器与电机之间，以减少朝电机的方向的电磁干扰的传播。

输出端滤波器的原理可以以电扼流圈的形式描述。扼流圈具有软磁性的芯体，并且通常具有三个在软磁性的芯体内部引导的AC线路(电导体)，它们通过软磁性的芯体地与电机连接。利用这种结构产生共模阻抗，以便减少共模干扰的传播。同时在逆变器中使用了AC电流传感器，以便测量AC电流。然后将这些电流传感器的信号引导到微控制器中并在那里进一步处理以进行调节或监测。

在图1中示出了根据开环霍尔原理的典型的电流传感器，并且由霍尔传感器30和软磁性的芯体10以及AC线路21构成，AC线路21被引导穿过软磁性的芯体10。借助流过软磁性的芯体10的电流，可以在霍尔传感器30的区域中生成限定的电磁场。

迄今为止，在逆变器的AC输出端上的EMV滤波器和AC电流传感器在逆变器中被彼此单独地设计和制造。这导致两个部件必须具有大的结构空间。由于使用了软磁性的材料，使得这两个构件是昂贵的。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种用于EMV滤波器的扼流圈，其需要较小的结构空间并因此是廉价的。

根据本发明，该任务通过独立权利要求的特征来解决。有利的实施方案是从属权利要求的主题。

因此，提出了一种扼流圈，其具有中空的软磁性的芯体。该芯体具有多个用于分别引导电导体的凹部。每个凹部通过从中空的软磁性的芯体的外圆周朝着中空的软磁性的芯体的中心的方向延伸的突出部与相邻的凹部分隔开。因此，在两个相邻的凹部之间存在有这种突出部。因此，在两个相邻的突出部之间存在有这种凹部。这些突出部朝着软磁性的芯体的中心的方向(即，朝径向向内的方向)分别拥有端部区域。在至少两个如此相邻的突出部之间并且相邻于这两个突出部的这些端部区域地布置有电流传感器。

通过所提出的布置方案可以实现减少用于在EMV滤波器中布置电流传感器的结构空间。因此，扼流圈和电流传感器的功能被合并在共同的构件中。

尤其地，电导体和电流传感器与软磁性的芯体共同地都是扼流圈的组成部分。此外，扼流圈还可包括包围芯体的壳体。

优选地，芯体拥有恰好是或至少是三个这种凹部。因此，设置有恰好是或至少是三个这种电导体。因此，尤其地，扼流圈可以用在三相或多相的逆变器中。在此，电导体于是形成了逆变器的相线路(AC线路)。于是，通过使用三个或更多个这种电流传感器可以获知所有相线路的相电流。

优选地，在所有相邻的两个突出部之间以这种方式分别布置有电流传感器。因此，可以设置有恰好是或至少是三个的电流传感器。尤其地，电流传感器用于获知如下电导体中的电流，该电导体在之间具有电流传感器的两个相邻突出部之间的凹部中受引导。

优选地，一个或多个电流传感器相对于所属的在各自的凹部中受引导的电导体朝着软磁性的芯体的中心的方向错开。因此，一个或多个电流传感器相对于电导体在径向上更位于芯体内部。尤其地，在使用多个电流传感器时，这些电流传感器布置在软磁性的芯体内部的共同的半径上。尤其地，电导体在软磁性的芯体内部的(其他的)共同的半径上布置或受引导。

突出部可以分别具有销的形状。突出部可以从中空的软磁性的芯体的空腔的径向外部的区域向该空腔的径向内部的区域延伸。于是，在空腔内部也设置有凹部。因此，这些凹部分别形成空腔的一部分。突出部尤其与软磁性的芯体一件式地构造。于是，这些突出部因此形成了中空的芯体的被整合在一起的部分并由同一软磁性的材料构成。

扼流圈优选是电扼流圈，尤其是共模扼流圈。这种(共模)扼流圈例如可以在用于功率电子器件的情况下布置在功率电子设备的高压输入端上，例如在用于逆变器中的情况下布置在DC高压插塞器(DC＝直流)与中间回路电容器之间。替选地，如上所述，扼流圈也可以布置在逆变器的AC输出端上，即布置在逆变器的相线路(AC线路)上。因此，本发明还涉及这种逆变器。

这种电导体例如可以构造为导电轨、金属线或绞合线。电导体尤其由具有良好导电性的材料，如例如铜或铝构成。

这种软磁性的芯体由软磁性的材料构成。这尤其应被理解为能够易于在磁场中磁化的铁磁性的材料。根据DIN EN 60404-1，这种材料尤其可以是具有小于等于1000A/m的矫顽力的原料。

在实施方案中，突出部在软磁性的芯体的圆周方向上均匀地错开地布置。当在优选实施方式中恰好设置有三个凹部并且因此恰好设置有三个突出部时，则这些突出部以120度的角度地彼此错开地布置。通过该布置，使得电导体和电流传感器(如果使用多个的话)彼此具有相同的距离，并且由于均匀性而简化了扼流圈的制造。

在实施方案中，突出部朝着软磁性的芯体的中心的方向地具有尖形会聚的端部区域。有利地，在此，电流传感器，优选是每个电流传感器都布置在两个相邻的突出部的尖形会聚的端部区域的倾斜部的区域中。尤其地，一个电流传感器或多个电流传感器于是布置在软磁性的芯体的中心附近。

在实施方案中，中空的软磁性的芯体(至少在外部)具有柱体的形状。由此，突出部的端部区域指向的中心就是柱体半径的中点。此外，由于对称的形状而简化了制造。

在实施方案中，每个突出部朝着软磁性的芯体的中心的方向的延展部(长度)都小于芯体内部的空腔的外圆周与软磁性的芯体的中心之间的距离。这确保了突出部不在中心接触并且因此不影响电场。

在实施方案中，每个突出部在软磁性的芯体的纵向方向上至少或恰好具有如下的长度，这些长度相应于电流传感器在软磁性的芯体的纵向方向上的长度。换句话说，在芯体的纵向方向上，突出部和一个或多个电流传感器至少等长。因此，可以节省材料。

在另外的实施方案中，至少一个突出部，优选是每个突出部，在软磁性的芯体的在其纵向方向上的整个长度内具有长度。由此，由于提高了差模阻抗而可以进一步减少差模干扰。

在实施方案中，电流传感器构造为霍尔传感器。霍尔传感器对(非磁性的)污物和水不敏感，从而其非常适合用于汽车领域。

电流传感器可以被放置在共同的电路板上。该电路板可以是扼流圈的一部分。对于电流传感器的信号处理来说是必需的电子构件，例如电容器和电阻器也可以被放置在该共同的电路板上。

本发明的其它特征和优点借助示出了细节的附图地由本发明的实施例的下面的描述并且由权利要求得出。各个特征可以各自单独地或多个以任意的组合在本发明的实施变型方案中实现。

附图说明

下面借助附图详细阐述本发明的优选实施例。其中：

图1示出根据现有技术的具有霍尔传感器和AC线路的软磁性的芯体；

图2示出根据本发明实施方案的具有被整合在一起的电流传感器的扼流圈的视图；

图3示出图2中所示的扼流圈的横截面。

在以下附图描述中，相同的元件或功能部具有相同的附图标记。

具体实施方式

本发明的核心是减少用于在EMV滤波器中布置电流传感器的结构空间并且因此降低了成本。

图2示出了本发明的可行的实施方案。在此，本发明通过实施为柱体的共模扼流圈12的示例来说明，共模扼流圈具有软磁性的芯体10和在其中引导的三个电导体22、23、24。电导体22、23、24分别是AC线路，也就是用于传导交流电流的各一个电线路。目的是产生用于衰减干扰的共模阻抗和用于电流传感器31、32、33所需的磁场。

图3示出了在图2中所示的扼流圈12的横截面。

三个电导体22、23、24中的每一个在自己的为其设置的凹部中引导穿过共模扼流圈12的在示例中柱体形地成形的软磁性的芯体10。这些凹部共同地形成了软磁性的芯体10内部的空腔。也就是说，共模扼流圈12的内部(中空的)区域被如下这样地结构化，即，使其具有三个用于分别恰好引导其中一个电导体22、23、24的凹部。

在此，其中每个凹部都通过两个突出部121、122、123与两个相邻的凹部分隔开。这意味着，其中一个突出部121、122、123位于两个相邻的凹部之间。并且这意味着，在两个相邻的突出部121、122、123之间存在其中一个凹部。因此，为三个凹部恰好设置有三个突出部121、122、123。

突出部121、122、123朝向柱体半径的中点M的方向(即径向向内地)具有长度或延展部A。也就是说，与软磁性的芯体10的外部形状无关地，其中每个突出部121、122、123都从空腔的外圆周朝向芯体10的中心M地延伸到中空的芯体10内部。当软磁性的芯体10实施为柱体时，该中心也被称为中点M。

如所示出的那样，突出部121、122、123优选地以120度的角度沿芯体10的圆周方向彼此错开地布置。由于匀称性，这有助于扼流圈12的生产。

突出部121、122、123有利地朝向软磁性的芯体10的中点M的方向地具有尖形会聚的端部区域。因此如图2和3中清楚看到地，突出部121、122、123分别在横截面中具有箭头形状。

用于电流测量所必需的电流传感器31、32、33优选是霍尔传感器。电流传感器31、32、33分别被配属给其中一个电导体22、23、24。为此，其中每个电流传感器31、32、33都位于芯体10的空腔内部的有所属的电导体22、23、24的凹部的区域中。因此，电流传感器31、32、33同样分别布置在所属的有所属的电导体22、23、24的凹部中，也就是说分别布置在其中两个突出部121、122、123之间。如在图3清晰可见地，电流传感器31、32、33优选布置在凹部的尖形会聚的端部的倾斜部的区域中并且因此靠近柱体的中点M。

凹部的形状和尺寸以如下方式选择，即，在其中存在足够用于电导体22、23、24和所属的电流传感器31、32、33的空间，并且电流传感器31、32、33可以以合适的方式测量在导体22、23、24中的电流。

如在图3中可以看到地，由于三个电导体22、23、24的共模电流，使得沿着软磁性的芯体10的圆周并且在软磁性的芯体10的圆周内部产生了磁场。这在图3中通过围绕中心M形成同心圆的两条虚线示出。由此产生了共模阻抗。

在电导体22、23、24中流动的电流也分别产生了磁场，然而，该磁场基本上仅通过各自的导体22、23、24的两个相邻的突出部121、122、123传导。这在图3中通过围绕导体22的点划线示例性地示出。该磁场在该示例中通过突出部121和122传导并且被所属的电流传感器31检测到。电流传感器31为(未示出的)微控制器产生相应的信号。

如还可以在图3中看到地那样，被设置成用于将凹部进而电导体22、23、24和电流传感器31、32、33分隔开的突出部121、122、123并不在软磁性的芯体的中心M接触。因此，它们的端部区域彼此具有一定的距离(气隙)。在其中布置有电流传感器31、32、33。

在朝向软磁性的芯体10的中点M的方向上的突出部121、122、123的形状、长度/延展部A、沿着软磁性的芯体10的纵向方向L的突出部121、122、123的长度、以及沿着圆周方向的突出部121、122、123的宽度被如下这样地选择，即，使磁场通过电导体22、23、24和所属的电流传感器31、32、33地以所设置的方式和方法产生并引导。

软磁性的芯体10中的突出部121、122、123可以如下这样地设计，即，仅存在于霍尔传感器31、32、33的区域中，也就是说，并不沿着扼流圈12的软磁性的芯体10的整个长度L存在。在该实施方案中，可以节省材料并因此节省成本。

替选地，突出部121、122、123可以沿着扼流圈12的软磁性的芯体10的整个长度L构造。在该实施例中，可以附加地进一步减少差模干扰，这是因为可以利用突出部121、122、123产生差模阻抗。

所提出的共模扼流圈12尤其可以用在汽车领域(也就是用于机动车)的逆变器的EMV滤波器中。但其并不限于此应用。

附图标记列表

10 软磁性的芯体

12 扼流圈

22至24 电导体

31至33 电流传感器

121至123 突出部

A 突出部的延展部/长度

L 扼流圈的长度/纵向方向

M 中点

Claims (10)

1.一种扼流圈(12)，其具有中空的软磁性的芯体(10)，

所述芯体具有多个用于分别引导电导体的凹部，

其中，每个凹部通过从中空的软磁性的芯体(10)的外圆周朝着中空的软磁性的芯体(10)的中心(M)的方向延伸的突出部与相邻的凹部分隔开，并且

其中，在两个相邻的突出部之间并且相邻于这两个突出部的端部区域地布置有电流传感器。

2.根据权利要求1所述的扼流圈(12)，其中，所述突出部在软磁性的芯体(10)的圆周方向上均匀地彼此错开地布置。

3.根据权利要求1或2所述的扼流圈(12)，其中，所述突出部朝着软磁性的芯体(10)的中心的方向具有尖形地会聚的端部区域。

4.根据权利要求3所述的扼流圈(12)，其中，电流传感器布置在两个突出部的尖形会聚的端部区域的倾斜部的区域中。

5.根据权利要求1或2所述的扼流圈(12)，其中，中空的软磁性的芯体(10)具有柱体的形状。

6.根据权利要求1或2所述的扼流圈(12)，其中，每个突出部朝着软磁性的芯体(10)的中心的方向的延展部(A)都小于中空的软磁性的芯体(10)内部的空腔的外圆周与中心(M)之间的距离。

7.根据权利要求1或2所述的扼流圈(12)，其中，每个突出部在软磁性的芯体(10)的纵向方向(L)上具有如下长度，所述长度等同于电流传感器在软磁性的芯体(10)的纵向方向(L)上的长度。

8.根据权利要求1或2所述的扼流圈(12)，其中，至少一个突出部在软磁性的芯体(10)的在其纵向方向(L)上的整个长度内具有长度。

9.根据权利要求1或2所述的扼流圈(12)，其中，所述电流传感器构造为霍尔传感器。

10.根据权利要求1所述的扼流圈(12)，其中，所述扼流圈(12)是共模扼流圈(1)。