CN109564813A - 感应结构元件、电流补偿的扼流圈和用于制造感应结构元件的方法 - Google Patents

Abstract

提出了一种感应结构元件，其具有由软磁材料构成的环形地包围内部开口的环形芯和至少两个穿过内部开口不到完全地包围环形芯的导电的导体件，所述导体件带有分别两个导体端部区段。导体端部区段彼此平行且垂直于环形芯被引导远离该环形芯并且以形成至少一个绕组的方式相互电连接。导体端部区段在内部开口外并且在内部开口在轴向方向上的想象的延长部外布置。此外提出了一种用于这样的感应结构元件的制造方法以及电流补偿的扼流圈。

Description

感应结构元件、电流补偿的扼流圈和用于制造感应结构元件 的方法

技术领域

本发明涉及感应结构元件(inductive Bauelement)、尤其电流补偿的扼流圈(Drossel，有时也称为限流圈)、以及用于制造感应结构元件的方法。

背景技术

感应结构元件、如例如扼流圈通常在电气和电子线路(Schaltung，有时也称为电路)的抑制干扰(Entstörung)的情形中得到使用。通常，扼流圈具有芯(Kern)，在该芯上安装有电导体如例如线材的一个或多个线圈(Windung)。扼流圈主要用于抑制干扰，因此其通常还称为抑制干扰扼流圈(Entstördrossel，有时也称为抗扰扼流圈)。抑制干扰扼流圈的广泛传播的子种类(Unterart)，例如用于抑制在同一方向上在去线和回线中出现的干扰电流，是电流补偿的扼流圈，其还以称号“共模扼流圈(Gleichtaktdrossel)”(Common ModeChokes(共模扼流圈))已知。电流补偿的扼流圈通过多个、尤其偶数个相同的且在同一方向上由工作电流通流的绕组而出众。作为结果，在带有相同的线圈数、相同的扇区(Sektor)和相同的线材引导的理想的、相互完全对称的绕组的情形中各个绕组的磁场在扼流圈的磁芯中抵消(aufheben)，从而扼流圈对于工作电流具有较小的电感(Induktivität)，而扼流圈的电感对于在同一方向上出现的干扰电流是较高的。偏离于理想的结构形式，如这例如在不完全对称的绕组的情况下是这种情况，随着工作电流的增加的频率导致不期望的损失。

电流补偿的扼流圈的设计为大量边界条件所决定。为了将电阻损失保持成较小，用于绕组的线材被设计成尽可能厚。为了达到对于在同一方向上的干扰电流的较高电感，绕组(Wicklung)经常被安装到环形的磁芯(环形芯)上。该环形芯为了节约空间的目的应尽可能小，在另一方面，各个绕组但是应具有尽可能多的线圈(Windung，有时也称为绕阻)，这需要一定的尺寸。因此值得期待的是，在由环形芯(Ringkern)包围的内部开口中获得线材的尽可能高的充填密度(Packungdichte，有时也称为包装密度)，而在此却不影响在线圈之间的电流分隔。

为了可更好地定位各个线圈，经常U形的导体弓形件(Leiterbügel，有时也称为导体集电弓)结合受压的、即具有导体电路(Leiterbahn)的电路板被使用。在此，环形芯布置在电路板上，并且U形的、导电的导体弓形件以包围环形芯的方式被插塞到电路板的贯通的开口(钻孔)中，并且在随后的焊接过程中与电路板的导体电路焊接。电路板替代单层的还可具有双层的和多层的导体电路结构，其带有在钻孔中的金属化的套筒(Hülse)。在导体弓形件和套筒之间在此需要环状的缝隙，其一方面需要用于导体弓形件的装配并且另一方面在焊接时实现了焊料的穿升(Durchstieg)。此外，尤其在钻孔的区域中导体电路的一定的最小宽度是必要的，这又需要在环形芯的内部开口中的导体弓形件之间的一定的间距。

如此构建的感应结构元件例如在德国公开文件DE 3434497 A1、美国专利文件US4,103,267和德国实用新型文件DE 20 2004 013 663 U1中描述。如在图1中所示的，在此环形芯101可例如由六个U形的导体弓形件102部分包围，其支腿端部分别在电路板104的焊眼103中终止。在电路板上的结构化的金属化层的区段理解为焊眼，其中，金属化到达直至钻孔并且还可继续到该钻孔中，从而其还完全或部分地围绕钻孔壁。在本示例中，焊眼103包括钻孔，所述钻孔容纳导体弓形件102的导体端部区段，其中，焊眼103是处于电路板中或上的、导电的导体电路结构105的一部分。在所示出的示例中，两个绕组以分别三个线圈实现，即总体上六个导体端部区段，其可在电路板105上在环形芯101的内部开口的区域中被焊接。

根据图2，朝向未装备的电路板的俯视图阐明了焊眼至少必须为多大，以便实现在焊眼上的足够的焊接半月板(Lotmenisken)的构造，并且阐明了在焊眼之间的间距必须为多大，以便不会冒在各个焊眼之间例如通过在焊接时的焊接桥引起的短路的风险。在环形芯的内部开口中在两个导体弓形件之间的需要的间距经常处于至少一个弓形件直径的范围中。如由此可看出的是，在该布置的情形中在内部开口中的线材弓形件的充填密度非常受限。因此存在如下期望，即，提高在环形芯的内部开口中的导体弓形件的充填密度。

发明内容

对此提出了一种感应结构元件，其具有由软磁材料构成的环形地包围内部开口的环形芯和至少两个穿过内部开口不到完全地包围环形芯的导电的导体件(Leiterstücke，有时也称为导体段)，所述导体件带有分别两个导体端部区段。导体端部区段彼此平行且垂直于环形芯被引导远离该环形芯并且以形成至少一个绕组的方式相互电连接。导体端部区段在内部开口外并且在内部开口在轴向方向上的想象的延长部外布置。

此外提出了电流补偿的扼流圈，其具有由软磁材料构成的环形地包围内部开口的环形芯和至少两个穿过内部开口不到完全地包围环形芯的导电的导体件，所述导体件带有分别两个导体端部区段。导体端部区段彼此平行且垂直于环形芯被引导远离该环形芯并且以形成两个绕组的方式相互电连接。导体端部区段在内部开口外并且在内部开口在轴向方向上的想象的延长部外布置。

此外，提出了一种用于制造感应结构元件的方法，该感应结构元件带有由软磁材料构成的环形地包围内部开口的环形芯和至少两个穿过内部开口不到完全地包围环形芯的导电的导体件，所述导体件带有分别两个导体端部区段，在其中，导体端部区段彼此平行且垂直于环形芯被引导远离该环形芯并且以形成至少一个绕组的方式相互电连接并且导体端部区段在内部开口外并且在内部开口的想象的轴向的延长部外布置。该方法包括分别朝向导体端部区段中的一个将S形弯曲的导体件引入到环形芯的内部开口中，朝向导体区段中的另一个弯折该导体件至U形，并且连接导体端部区段至至少一个绕组。

附图说明

随后根据在图纸的附图中示出的实施例更详细地阐述本发明，其中，相同的参考标记标明了相同的元件。其中：

图1以三维图示示出了带有由U形的线材弓形件和结构化电路板形成的围绕环形芯的绕组的感应结构元件，

图2以俯视图示出了电路板，该电路板在图1中所示的感应结构元件中被使用，

图3以侧视图示出了U形弯曲的、导电的导体件，在其中一支腿此外S形地在另一支腿的方向上弯曲(Ω形的导体件)，

图4以俯视图示出了在图3中示出的导体件，在其中导体端部区段在环形芯的径向方向上相互间隔开，

图5以俯视图示出了在图3中示出的导体件，在其中导体端部区段在环形芯的周缘方向上相互间隔开，

图6以俯视图示出了用于结合在图3到5中示出的导体件使用的电路板，

图7以俯视图示出了带有环形芯和六个在图3至5中示出的导体件的示例性组件的下侧，其用于插入到在图6中所示的电路板中，

图8以侧视图示出了在图7中所示的组件，

图9以俯视图示出了组件的上侧，该组件的下侧在图7中示出，

图10以俯视图示出了带有U形和Ω形的导体件的备选组件，

图11以侧视图示出了在图10中所示的组件，

图12以侧视图示出了在图11中示出的组件，其围绕环形芯的轴线以90°转动，

图13以侧视图示出了U形和Ω形的导体件，

图14以三维图示示出了带有封装的环形芯的感应结构元件，

图15在俯视图中以朝向线材端部的视线(从下侧)示出了备选的组件，其带有在环形芯的内部开口中且在两个端侧处的导体件的相对于图7非圆部段形的横截面

图16以侧视图示出了在图15中所示的组件，

图17以俯视图以朝向弓形件的视线(从上侧)示出了带有非圆形的横截面的在图15中示出的组件，

图18在侧视图中示出了带有不同的导体横截面的Ω形的导体件。

具体实施方式

图3示出了带有分别两个导体端部区段302和303的U形构造的、导电的导体件301，其中所述一个导体端部区段302在装配在环形芯处后应布置其外周缘处，并且其另一个导体端部区段303(其应引导通过环形芯(未示出)的内部开口)S形地在导体端部区段302的方向上弯曲。这意味着，导体端部区段303的引入到电路板(未示出)中的钻孔中的部分基本上平行于导体端部区段302伸延，这意味着相应的导体端部区段和由此从属的焊眼(Lötauge，有时也称为流动空穴)朝向环形芯的外周缘的偏移。相应的导体端部区段的偏移可在此如在图4中所示地在远离环形芯的中心点的径向方向上的线上伸延。平行伸延的导体端部区段302和303在此在环形芯的径向方向上相互间隔开。备选地或额外地，导体端部区段301和302可在环形芯的周缘方向上相互间隔开。此外，在图4和5中示出的形状的混合形状(Mischform)也是可能的。在图3到5中示出的形状以及其修改方案接下来还称为Ω形的导体件。

导体端部区段302和303的在图5中示出的布置允许了焊眼的非常经济的布置，如这在图6中对于电流补偿的扼流圈的两个绕组而言所示出。在电路板601上安放有导体结构，其在所示出的情形中在电路板601的相对而置的棱边上具有引导至相应的焊眼602至605的联接导线。此外设置有焊眼606至613，其同样如焊眼602至605那样沿着想象的圆周(Kreislinie)布置。以结合相应的导体结构形成绕组的联接导线的焊眼602开始，然后沿着想象的圆周以近似相等的间距跟随有相互电连接的两个焊眼606和607,以及与此电绝缘地跟随有相互电连接的焊眼608和609。与此电绝缘地且相应地间隔开地跟随有焊眼603，其形成另一联接导线。焊眼602,603和606至609在此占据了想象的圆周的一半。圆周的另一半相应地构造并且包括焊眼604,605和610至613。如可看出的是，想象的圆周在直径上明显大于示例性环形芯的示出为虚线614的内部开口(的想象的轴向延伸部)，这提供了更大的周缘和由此对于焊眼的定位而言更多的间隙空间。如在图5中示出的导体件301那么例如如此地插入到电路板601中，使得导体端部区段302插入到焊眼602的钻孔中并且导体端部区段303插入到焊眼606中。另外的导体件301相应地插入到焊眼对607和608或609和603中。第二绕组以相同的方式构建。

图7示出磁芯701，其装备以六个导体件702至707用于与电路板601一起使用，如在图6中示出的那样。导体件702至707在此基本上如此地如在图5中所示的那样构造。如由图7可看出的是，分别一个导体件702的两个导体端部区段布置在环形芯701的外周缘外并且由此允许在环形芯701的内部开口708中相对于在图1和2中示出的组件更高的充填密度。此外，在图7中示出的示例的情形中，导体件702至707以至少一个卡锁钩(Rasthaken)(备选地针眼、凸鼻等)固定。在此，例如两个不同的类型的卡锁钩709和710得到使用，其中一个709安装在环形芯701的周缘处并且另一个710安装在环形芯701的面向电路板601的端侧上。在图8中以侧视图示出了在图7中所示的组件，该组件可作为电流补偿的扼流圈使用。

图9从上方示出了在图7中从下方示出的组件。如可看出的是，导体件702至707可例如在背离电路板601的端侧处(上方)准确地在径向方向上向外伸延，而其在图7中示出的下侧的情形中可相对于准确径向方向以一定的角度向外伸延。

在图10中示出了导体件的另一备选的组件，在其中两个U形弓形件1001和1002以及四个Ω形弓形件1003至1006得到使用。Ω形弓形件1003至1006在此如在图3和5中示出的导体件那样构造。这两个类型的导体件的对照(Gegenüberstellung)在图13中示出。图11是在图10中示出的组件的以朝向导体件1001的视线的侧视图。图12示出了相对于图11关于环形芯1007的纵轴线以90°向右转动的视图。整个组件使用封装的磁芯1007，其例如置入到两个半壳1401和1402中。在两个半壳的接缝1403处它们可重叠并且通过环形芯(未示出)形状配合地引导，如在图14中在三维图示中所示出的。

电流补偿的扼流圈的另一备选方案在图15至17中示出。在此六个Ω形弓形件为了进一步提高充填密度和/或减少外部尺寸在确定的区域中设有压痕(Prägung)，从而在环形芯1501的内部开口中的导体件的横截面构造为圆部段(蛋糕块形状)并且在环形芯的上方和下方、即在环形芯的两个端侧上展平。这允许了带有导体件的内部开口的还更好的充分使用，这在相同的导体横截面的情形中实现了芯的更小的内部孔。在端侧处的展平减少了整个组件的高度，这总体上导致扼流圈更小的尺寸。导体件1502至1507可在此在一侧上(例如下方)又相对于径向方向以一定的角度远离环形芯中心点取向，如在图15中所示出的，并且在另一侧上(例如上方)但是如在图17中所示的准确地径向取向。显而易见，在如此紧密的充填的情形中，导体件如例如通过漆层(如例如在铜漆线材的情形中)或塑料包套被电绝缘。

在图18中示出了带有横截面修正(Querschnittsmodifikation)的Ω形的导体件1801的具体图示，如其例如在图15和16中示出的组件中可得到使用。导体件1801具有两个导体端部区段1802和1803，其中导体端部区段1802弯曲成S形，从而两个导体端部区段1802和1803彼此平行地布置。两个导体端部区段1802和1803在此如此地间隔开，从而其在装配在环形芯处后不仅在环形芯的周缘方向上而且在环形芯的径向方向上相互间隔开。此外，导体件1801的横截面在环形芯(未示出)的内部开口的区域1804中构造为圆扇形。此外，导体件1801的横截面在U形弯曲(其在装配的状态中处于环形芯的背离电路板的端侧处)的区域1806中朝向外部展平。此外，导体件1801的横截面在两个弯曲之间的S形弯曲的区域1805中在两侧展平。在导体端部区段1802和1803的区域中的横截面可以相反地是圆的，如例如在焊眼的区域中，然而也可(近似)尖锐地通向用于更好地引入到焊眼的钻孔中。在另外的备选方案中，环形芯可由塑料壳体包围，在该塑料壳体处例如使用固定针眼、引导凸鼻、卡锁钩等，这还如在图10,15和17中示出的。

导体件的装配或弯曲可在此以不同的形式和方式实现。一方面，导体件可直线地构造，并且那么可单个地插塞通过环形芯的内部孔且通过随后的弯曲步骤弯曲成最终形状。当所有导体件弯曲到最终形状中时，这些导体件可以被取向且卡入到固定针眼中。另一方面，还可使用任意预变形的导体件。例如可装配U形的导体件并且可然后将该导体件朝向内部的导体端部区段带入到期望的S形中。另一可能性在于，使用朝向导体端部区段S形预变形的导体件，其插塞通过内部开口并且然后经由U形弯曲带到最终形状中。为了弯曲，合适的工具可置放在环形芯处。在使用在电流补偿的扼流圈中的情形中优选地使用带有较高的导磁率的软磁环形芯，以便以较少的线圈实现较高的衰减(Dämpfung)。对此，例如使用µ≥40.000、例如还>80.000的导磁率。

在环形芯上带有非常薄的保护层(例如由绝缘材料构成的芯槽(Kerntrog))的弓形件解决方案的优点与在环形芯的外周缘处的连接部位的偏置的组合以及与此联系的芯内部孔的最小化导致非常小的磁芯，也就是说，带有较小体积、较小重量和较小成本的芯，并且因此引起较小的扼流圈以及较短的线材长度，这又引起较小的铜阻抗(Kupferwiderstand)。由此，线材直径的减小是可能的，这又使得略微较小的芯、较小的重量以及较小的成本成为可能。在其他方面相同的电路板的情形中，卷绕方向(Wickelsinn)可通过单个导体弓形件的弯曲模型或弓形件组件的简单改变来改变。通过额外地改变导体件的横截面或轮廓或几何形状，可例如最优地利用在环形芯的内部开口中的空间。如此，设置用于环形芯的内部开口的导体端部区段的圆部段形的设计方案引起相比这以圆形线材可达到的明显更高的充填密度。替代机械固定器件，为了线材在环形芯内部孔中的固定和引导还可使用塑料铸件(Kunststoffverguss)或粘接剂(Klebstoff)。

在较坚固的线材中所需的卷绕力需要使用的芯包套(例如槽(Trog))的较高的强度，所述芯包套应将压力尽可能少地输出到软磁芯处。这需要更大的壁厚和/或更牢固的材料，这总体上导致更大的和更贵的结构元件。通过上面描述的弓形件可明显减小在卷绕时出现的力并且由此获得体积和成本优势。由不传导的、非磁性的材料构成的包套可由熔化的塑料粉末、例如由热塑性塑料或热固性塑料构成或具有这样的塑料。此外对于包套而言浸入或喷洒方法还可结合环氧树脂、涂漆等得到使用，这相对于槽提供绝缘层和/或固定层的较小的体积。

虽然上文主要考虑电流补偿的扼流圈，但是在此呈现的认识以相同或相似方式适用于所有类型的带有磁性环形芯的感应结构元件。

Claims (24)

1. 一种感应结构元件，带有

由软磁材料构成的环形地包围内部开口的环形芯，和

至少两个穿过所述内部开口不到完全地包围所述环形芯的导电的导体件，所述导体件带有分别两个导体端部区段，其中

所述导体端部区段彼此平行且垂直于所述环形芯被引导远离所述环形芯并且以形成至少一个绕组的方式相互电连接，且

所述导体端部区段在所述内部开口外并且在所述内部开口在轴向方向上的想象的延长部外布置。

2.根据权利要求1所述的结构元件，所述结构元件此外具有带有钻孔和至少在所述钻孔的周围环境中的导电结构的电绝缘的承载板，其中，所述导体件的导体端部区段被引导通过所述钻孔并且经由所述导电结构以形成至少一个绕组的方式相互电连接。

3.根据权利要求1或2所述的结构元件，在所述结构元件中所述导体件中的至少一个具有分别一个u形的基本形状，其带有面向所述内部开口的内部支腿和背离所述内部开口的外部支腿，其中，所述内部支腿具有支腿端部区段，所述支腿端部区段远离所述内部开口首先在所述外部支腿的方向上并且然后在导体端部区段的区域中平行于所述外部支腿伸延。

4.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，在所述结构元件中分别一个导体件的所述导体端部区段在所述环形芯的周缘方向上相互间隔开。

5.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，在所述结构元件中分别一个导体件的所述导体端部区段在所述环形芯的径向方向上相互间隔开。

6.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，所述结构元件具有带有第一导体件的第一绕组和带有第二导体件的第二绕组，其中，所述第一导体件相对于相应的第二导体件关于所述环形芯的几何中心点点对称地布置。

7.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，在所述结构元件中所述导体件至少部分地具有圆的、椭圆的、半圆形的、圆扇形的、正方形的或矩形的横截面。

8.根据权利要求7所述的结构元件，在所述结构元件中所述导体件至少在所述环形芯的内部开口内具有圆扇形的横截面。

9.根据权利要求7或8所述的结构元件，在所述结构元件中所述导体件至少在所述环形芯的内部开口外具有展平的圆形的横截面。

10.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，所述结构元件此外具有由不传导的、非磁性的材料构成的一件式或两件式的包套，所述包套布置在所述导体件和所述环形芯之间并且完全地或部分地包围所述环形芯。

11.根据权利要求10所述的结构元件，在所述结构元件中所述包套由塑料构成的熔化的粉末构成。

12.根据权利要求11所述的结构元件，在所述结构元件中所述塑料是或具有热塑性塑料或热固性塑料。

13.根据权利要求10到12中任一项所述的结构元件，在所述结构元件中所述包套具有两个半壳。

14.根据权利要求13所述的结构元件，在所述结构元件中所述两个半壳在接缝处重叠并且形状配合地引导通过所述环形芯。

15.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，在所述结构元件中所述环形芯或所述包套具有引导元件，所述引导元件构造用于引导、固定和/或相互分离所述导体件。

16.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，在所述结构元件中所述环形芯由软磁带卷绕。

17.根据权利要求16所述的结构元件，在所述结构元件中所述软磁带具有非结晶或纳米结晶的合金。

18.根据权利要求17所述的结构元件，在所述结构元件中所述软磁带具有至少40000μ的导磁率。

19.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，在所述结构元件中所述导体件由电绝缘的铜线材制成。

20.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，在所述结构元件中所述导体件在所述导体端部区段的区域中朝向所述端部在横截面上逐渐变细。

21.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，所述结构元件具有带有两个导体端部区段的至少一个额外的导体件，其中一个导体端部区段布置在所述内部开口内或在所述内部开口的想象的延长部内。

22. 根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，在所述结构元件中所述内部开口与处于其中的导体件浇铸或粘接。

23. 一种电流补偿的扼流圈，带有

由软磁材料构成的环形地包围内部开口的环形芯，和

至少两个穿过所述内部开口不到完全地包围所述环形芯的导电的导体件，所述导体件带有分别两个导体端部区段，其中，

所述导体端部区段彼此平行且垂直于所述环形芯被引导远离所述环形芯并且以形成两个绕组的方式相互电连接，且

所述导体端部区段在所述内部开口外且在所述内部开口的想象的轴向延长部外布置。

24.一种用于制造感应结构元件的方法，所述感应结构元件带有由软磁材料构成的环形地包围内部开口的环形芯和至少两个穿过所述内部开口不到完全地包围所述环形芯的导电的导体件，所述导体件带有分别两个导体端部区段，在所述方法中，所述导体端部区段彼此平行且垂直于环形芯被引导远离所述环形芯并且以形成至少一个绕组的方式相互电连接并且所述导体端部区段在所述内部开口外并且在所述内部开口的想象的轴向的延长部外布置，其中，所述方法具有：

将分别朝向所述导体端部区段中的一个S形弯曲的导体件引入到所述环形芯的内部开口中；

朝向所述导体区段中的另一个弯折所述导体件至U形；并且

连接所述导体端部区段至所述至少一个绕组。