DE4030193A1 - Netzfilter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Netzfilter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Insbesondere soll ein solches Netzfilter in den Eingangs- oder Ausgangsabschnitt einer Stromversorgung (einphasige Stromver­ sorgung) eingesetzt werden.

In den Fig. 9 und 10 sind herkömmliche Netzfilter erläutert, die z. B. aus der Druckschrift "Noise Technology for Electronic Cir­ cuit", Seite 116 (Ohm Corp.) gezeigt sind. Fig. 9 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild, während Fig. 10 die Raumstruktur des herkömmlichen Netzfilters zeigt. Wie aus Fig. 9 hervorgeht, umfaßt das Filter eine Induktivität 15 und eine Kapazität 16 zum Kurzschließen eines Rausch- bzw. Störstromes. Fig. 10 zeigt die Induktivität 15 aus Fig. 1, wobei zwei Spulen 17 und 18 um einen Kern 19 gewickelt sind und die Spulen 17 und 18 symme­ trisch zum Zentrum des Kerns 19 aufgebracht sind.

Bei der wie oben beschriebenen Induktivität 15 werden aufgrund des Spulenwicklungssinns bzw. der Spulenpolarität gegenphasige Ströme nicht unterdrückt, während ein Gleichtakt-Rauschen (phasengleiches Rauschen) unterdrückt wird. Die Rauschanteile, welche durch die Induktivitäts-Spulen 17 und 18 über die Ein­ gänge K und L gelangen, werden vom Kondensator 16 kurzgeschlos­ sen, so daß an den Lastanschlüssen k und l kein Rauschen mehr ansteht. Der Kondensator 16 wird über Zuleitungen an die In­ duktivität 15 angeschlossen.

Ein Problem beim herkömmlichen Gegenstand liegt darin, daß aufgrund der oben beschriebenen Konstruktion die Zuleitungen für den Kondensator eine unerwünschte Kapazität aufweisen. Dies verhindert eine wirksame Bedämpfung durch den Kondensa­ tor bei hohen Frequenzen. Weiterhin entsteht ein erhöhter Ar­ beitsaufwand beim Anschließen des Kondensators an die Zulei­ tungen. Schließlich ergibt sich ein erhöhter Bauaufwand da­ durch, daß der Kondensator sehr gute Hochfrequenzeigenschaf­ ten aufweisen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Netzfilter der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß der Bauaufwand erniedrigt und das Hochfrequenz-Dämpfungsverhalten verbessert werden.

Die oben bezeichnete Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Insbesondere wird zur Lösung der Aufgabe ein Netzfilter vorge­ schlagen, das folgende Elemente umfaßt: einen Magnet- bzw. Eisenkern, zwei Leiterspulen, die laminiert und um den Eisen­ kern gewickelt sind, wobei jeder der Spulenleiter als Folien­ leiter ausgebildet ist; eine Abschirmplatte, die zwischen die zwei Spulenleiter über ein isolierendes Material eingefügt ist und zusammen mit den Spulenleitern um den Eisenkern ge­ wickelt ist, wobei die Abschirmplatte ebenfalls in Form eines Folienleiters ausgebildet und geerdet ist und die Spulenlei­ ter Spulen bilden, während ein Kondensator zwischen dem Spu­ lenleiter und der Abschirmplatte gebildet ist.

Ein Netzfilter gemäß der vorliegenden Erfindung ist so aufge­ baut, daß die Folienleiter als Spulenleiter und als Abschirm­ platte ausgebildet sind. Die Spule einer Induktivität wird jeweils durch Laminieren des Folienleiters und der Abschirm­ platte abwechselnd mit Isoliermaterial dazwischen gebildet, woraufhin die Gesamtanordnung um den Eisenkern gewickelt wird.

Bei einem Netzfilter dieser Art werden die Wirbelstromverluste aufgrund höherer Frequenzen reduziert. Die elektrostatische Kapazität zwischen den Folienleitern kann als Kondensator für das Netzfilter verwendet werden. Dies bedeutet, daß der Kon­ densator durch den Spulenleiter und den über das Isoliermate­ rial auflaminierten Abschirm-Plattenleiter gebildet wird, wo­ bei beide aus den Folienleitern gebildet sind.

Weiterhin wird es als zur Erfindung gehörig betrachtet, wenn man ein Netzfilter so aufbaut, daß ein Paar von Spulenblöcken miteinander in Parallelschaltung auf einem Eisenkern-Abschnitt angebracht ist. Jeder der Spulenblöcke ist so ausgebildet, daß die Spulenleiter und die Abschirmplatte, die jeweils aus Fo­ lienleitern gebildet sind, abwechselnd über das Isoliermate­ rial laminiert und um den Kernabschnitt gewickelt sind.

Weiterhin wird es als zur Erfindung gehörig betrachtet, eine Vielzahl von Filtereinheiten vorzusehen, die miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei jedes der Filter aus einem Paar von Spulenblöcken besteht, die miteinander parallelgeschaltet sind.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung. Diese werden anhand von Ab­ bildungen näher erläutert. Hierbei zeigen

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild eines Netzfilters gemäß einer er­ sten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das in Fig. 1 erläuterte Netzfil­ ter,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie V-V aus Fig. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Teil-Darstellung der Struktur von laminierten Folienleitern und Abschirmplatten zur Bil­ dung eines Spulenblocks für die hier gezeigte Ausfüh­ rungsform des Netzfilters,

Fig. 5 ein Ersatzschaltbild für ein Netzfilter gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Netzfilter gemäß Fig. 5,

Fig. 7 ein Ersatzschaltbild für eine dritte bevorzugte Aus­ führungsform der Erfindung,

Fig. 8 eine Draufsicht auf ein Netzfilter gemäß Fig. 7,

Fig. 9 ein Ersatzschaltbild eines bekannten Netzfilters, und Fig. 10 eine Draufsicht auf ein Netzfilter gemäß Fig. 9.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Abbildungen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Netzfilters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Netzfilter umfaßt Spulen 1a und 2a, die um einen Abschnitt 5 eines Eisenkerns gewickelt sind, sowie eine Abschirmplatte 7, die ebenfalls zusammen mit den Spulen 1a und 2a gewickelt ist. Wenn das Netzfilter in den Ausgangsabschnitt einer Stromquelle geschaltet wird, so werden die Eingangsanschlüsse 11 und 12 mit der Stromquelle, die An­ schlüsse 13 und 14 mit der Last verbunden. In diesem Fall wird die Abschirmplatte 7 auf Masse gelegt.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung der besonderen Struktur dieses Netzfilters. Ein Spulenblock 30, der durch Wickeln der geschichteten Spulen 1a und 2a (s. Fig. 1) gebildet ist, sitzt auf einem der Abschnitte 5 eines Kerns 15 mit zwei Armen (Ringkern). Fig. 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie V-V aus Fig. 2 zur Erläuterung des Spulenblocks 30. Fig. 4 zeigt die Struktur der Spulen 1a und 2a, die zusammen mit der Abschirmplatte 7 und Isoliermaterial 20 laminiert sind, um den Spulenblock 30 zu bilden. Wie aus den Abbildungen hervorgeht, sind die Spulen 1a und 2a wie oben beschrieben laminiert, und die Abschirmplatte 7 ist zwischen die zwei Spulen 1a und 2a eingesetzt, wobei die Spulen 1a und 2a jeweils als Folienlei­ leiter ausgebildet sind. Der Spulenblock 30 ist durch Wickeln der Laminat-Struktur aus Fig. 4 um den Arm 5 des Eisenkerns ge­ bildet, wobei die Laminat-Struktur dadurch hergestellt wird, daß man eine Abschirmplatte 7 zwischen die Spulen 1a und 2a unter Zwischenschaltung von Isoliermaterial 20 einbringt. Die Spulen 1a, 2a und die Abschirmplatte 7 des Spulenblocks 30 sind eng um den Arm 5 des Eisenkerns gewickelt, und zwar so, daß im laminierten Abschnitt kein Spalt entsteht.

Nachdem das so ausgebildete Netzfilter Folienleiter als Spulen verwendet, können die Wirbelstromverluste im Hochfrequenzbe­ reich reduziert werden. Damit kann eine Spule hoher Güte herge­ stellt werden. Nachdem weiterhin eine große Kopplungsfläche im flachen Abschnitt zwischen dem Spulenleiter und der Abschirm­ platte gebildet wird, entsteht eine elektrostatische Kapazität, also ein Kondensator. Demzufolge kann eine unerwünschte Induk­ tivität, die bei Verwendung eines externen Kondensators mit Zuleitungsdrähten zwangsläufig bei herkömmlichen Strukturen entsteht, vermieden werden. Es fehlt also beim erfindungsge­ mäßen Netzfilter ein externer Kondensator. Dadurch kann das Netzfilter mit einer exzellenten Hochfrequenz-Charakteristik ausgebildet werden, ohne daß man einen externen Kondensator mit entsprechend guten Hochfrequenzeigenschaften bräuchte.

Fig. 5 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Netzfilters gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Das Netzfilter umfaßt Spulen 1a, 1b, 2a, 2b, die um einen Arm 5 eines Eisenkerns ge­ wickelt sind. Eine Abschirmung 7 ist zusammen mit den Spulen ebenfalls um den Arm 5 des Kerns gewickelt. Die Spulen 1a und 1b dienen als erste und dritte Spulenleiter und sind zueinan­ der parallelgeschaltet. Die Spulen 2a und 2b dienen als zwei­ ter und vierter Spulenleiter und sind ebenfalls parallelge­ schaltet. Fig. 6 zeigt eine Draufsicht, welche die räumliche Ausbildung der zweiten, in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform der Erfindung erläutert. Der erste Spulenblock 30 wird durch Wickeln der laminierten Spulen 1a und 2a aus Fig. 5, der zweite Spu­ lenblock 31 durch Wickeln der laminierten Spulen 1b und 2b ge­ bildet, wobei die beiden Blöcke auf dem einen Arm 5 eines Kerns 15 mit zwei Armen angebracht sind. Die oben beschriebenen zwei Spulenblöcke 30 und 31 müssen in ihren Abmessungen gleich sein, insbesondere in Hinsicht auf die Anzahl der Windungen, den Windungssinn und andere, die Induktivität beeinflussende Fak­ toren.

Weiterhin ist die Struktur eines jeden Spulenblocks 30, 31 ebenso ausgebildet, wie die gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, die in den Abbildungen 3 und 4 gezeigt ist.

Ein Netzfilter gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung, bei welchem ein Paar von Spulenblöcken zueinander parallelgeschal­ tet ist, kompensiert Rauschanteile, die über die Eingänge 11, 12 eingehen gegeneinander, da die zwei Spulenblöcke 30 und 31 symmetrisch zueinander aufgebaut sind. Dadurch wird der Magnet­ kern 15 nicht durch den Streufluß beeinflußt. Weiterhin kann einer der beiden Anschlüsse 11 oder 12 als Masse-Potentiallei­ tung verwendet werden. Im übrigen können die gleichen, wie oben beschriebenen Vorteile erzielt werden.

Fig. 7 zeigt das Gesamtschaltbild eines Netzfilters entspre­ chend einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Netzfilter gemäß der oben beschrie­ benen zweiten Ausführungsform der Erfindung in Reihe geschal­ tet, so daß ein zweistufiges Filter gebildet wird. Das erste Filter umfaßt Spulen 1a, 1b, 2a und 2b, die um den Abschnitt 5 des Eisenkerns gewickelt sind, während das zweite Filter Spu­ len 3a, 3b, 4a und 4b umfaßt, die um den anderen Abschnitt 6 des Eisenkerns gewickelt sind. Die Spulen 1a und 1b des ersten Filters sind in Reihe mit den Spulen 3a und 3b des zeiten Fil­ ters geschaltet. Die Spulen 2a und 2b des ersten Filters sind mit den Spulen 4a und 4b des zweiten Filters in Reihe geschal­ tet. Fig. 8 zeigt eine Draufsicht, welche die spezielle Raum­ form der dritten Ausführungsform der Erfindung erläutert, die anhand von Abbildung 7 beschrieben wurde. Der Spulenblock 30, der durch Wickeln laminierter Spulen 1a und 2a (s. Fig. 7) ge­ bildet ist, und der zweite Spulenblock 31, der durch Wickeln laminierter Spulen 1b und 2b gebildet ist, sind auf dem ersten Abschnitt 5 des Kerns 5 mit zwei Abschnitten oder Armen ange­ ordnet. Dadurch wird das erste Filter gebildet. Ein Spulen­ block 32, der durch Wickeln laminierter Spulen 3a und 4a (s. Fig. 7) und ein Spulenblock 33, der durch Wickeln laminierter Spulen 3b und 4b gebildet ist, sind auf dem anderen Abschnitt 6 des zweiarmigen Kerns 15 angeordnet. Dadurch wird das zweite Filter gebildet. Die Struktur der soeben erwähnten Spulen­ blöcke 30 bis 33 ist jeweils gleich derjenigen, die als erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben und anhand der Fig. 3 und 4 erläutert wurden.

Weiterhin sind - wie im Zusammenhang mit der zweiten Ausfüh­ rungsform der Erfindung beschrieben - die Spulenblöcke 30 und 31 sowie die Spulenblöcke 32 und 33 gleichartig dimensioniert (Anzahl der Windungen, Windungsrichtung und andere induktivi­ tätsbeeinflussende Faktoren). Weiterhin sind die in die jewei­ ligen Spulenblöcke 30 bis 33 mit eingerollten Abschirmungs­ platten 7 miteinander verbunden und geerdet.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird ein zweistufiges Filter so gebildet, daß zwei Filter miteinander in Serie ge­ schaltet sind, wobei jedes dieser zwei Filter ein Paar von Spulenblöcken (z. B. die Spulenblöcke 30 und 31) auf einem Eisenkern-Abschnitt umfaßt. Der Filtereffekt dieses Netzfilters ist somit weiter verbessert. Darüber hinaus werden selbstver­ ständlich die oben beschriebenen Vorteile bzw. Wirkungen gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform der Erfindung er­ zielt.

Es ist auch möglich, bei dieser Ausführungsform der Erfindung eine andere Struktur zu benutzen, die so aufgebaut ist, daß der Eisenkern drei oder mehr Abschnitte umfaßt, die jeweils eines der oben beschriebenen Filter umfassen, wobei die Filter miteinander in Reihe geschaltet sind.

Claims (3)

1. Netzfilter, gekennzeichnet durch einen Eisenkern (15), zwei Spulenleiter (1-4), die laminiert und um den Eisenkern (15) gewickelt sind, wobei jeder der zwei Spu­ lenleiter (1-4) in Form eines Folienleiters ausgebildet ist, und eine Abschirmplatte (7), welche zwischen die beiden Spu­ lenleiter (1a, 2a; 1b, 2b; 3a, 4a; 3b, 4b) unter Zwischen­ schaltung eines isolierenden Materials (20) eingesetzt und um den Eisenkern (15) zusammen mit den Spulenleitern (1-4) ge­ wickelt ist, wobei die Abschirmplatte (7) ebenfalls in Form eines Folienleiters ausgebildet (und geerdet) ist, und wobei die Spulenleiter Spulen bilden und ein Kondensator zwischen je­ weils einem Spulenleiter und der Abschirmplatte gebildet ist.

2. Netzfilter, gekennzeichnet durch einen Eisenkern (15), einen ersten Spulenblock (30), der einen ersten Spulenleiter (1a) und einen zweiten Spulenleiter (2a) umfaßt, die laminiert,um den Eisenkern (15) gewickelt und als Folienleiter ausgebildet sind, wobei eine Abschirmplatte (7) als Folienleiter ausgebildet und zwischen den ersten und den zweiten Spulenleiter unter Zwischenschaltung eines isolieren­ den Materials (20) eingesetzt und zusammen mit den Spulenlei­ tern (1a, 2a) um den Kern (15) gewickelt ist, wobei die Ab­ schirmplatte geerdet ist, und durch einen zweiten Spulenblock (31), der einen dritten Spulenleiter (1b) und einen vierten Spulenleiter (2b) umfaßt, die als Folienleiter ausgebildet, laminiert und um den Eisenkern (15) gewickelt sind und mit dem ersten und dem zweiten Spulenleiter (1a bzw. 2a) jeweils pa­ rallelgeschaltet sind, wobei eine Abschirmplatte (7) als Fo­ lienleiter ausgebildet und zwischen den dritten und den vier­ ten Spulenleiter (1b, 2b) unter Zwischenschaltung eines Iso­ liermaterials (20) eingesetzt und um den Eisenkern (15) zusam­ men mit diesen Spulenleitern (1b, 2b) gewickelt ist, wobei die Abschirmplatte (7) geerdet ist und der zweite Spulenblock (31) so hinsichtlich der Anzahl von Windungen, der Wicklungsrichtung und anderer, induktivitätsbeeinflussender Eigenschaften gleich dimensioniert ist, wie der erste Spulenblock (30), derart, daß die Einflüsse des Streuflusses des ersten und des zweiten Spulenblocks (30, 31) auf den Eisenkern (15) kompensiert wer­ den.

3. Netzfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern (15) zwei oder mehrere Eisenkern-Abschnitte (5, 6) umfaßt, wobei jeweils vom ersten und vom zweiten Spulen­ block (30, 31) gebildete Filter auf jedem der Kernabschnitte (5, 6) angeordnet sind und die Einzelfilter zur Bildung eines Gesamtfilters miteinander in Reihe geschaltet sind.