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WO2024068181A1 - Inductor, method for simulation, computer system, computer program product - Google Patents

Inductor, method for simulation, computer system, computer program product Download PDF

Info

Publication number
WO2024068181A1
WO2024068181A1 PCT/EP2023/074030 EP2023074030W WO2024068181A1 WO 2024068181 A1 WO2024068181 A1 WO 2024068181A1 EP 2023074030 W EP2023074030 W EP 2023074030W WO 2024068181 A1 WO2024068181 A1 WO 2024068181A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ido
inductor
trm
inductance
cvt
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/074030
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ewgenij Ochs
Philipp Oschmann
Stanislav Panicerski
Dietmar Schulz
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2024068181A1 publication Critical patent/WO2024068181A1/en

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/04—Arrangements of electric connections to coils, e.g. leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type  with magnetic core
    • H01F17/06—Fixed inductances of the signal type  with magnetic core with core substantially closed in itself, e.g. toroid
    • H01F17/062—Toroidal core with turns of coil around it
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2823—Wires
    • H01F27/2828—Construction of conductive connections, of leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2895—Windings disposed upon ring cores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/29—Terminals; Tapping arrangements for signal inductances

Definitions

  • the invention relates to an inductor with at least one core, the core at least partially enclosing a volume of space with an at least partially concave shape, the inductor having power connections.
  • an inductance is an electrical or electronic component with a fixed or adjustable inductance value.
  • the term inductance refers not only to the physical quantity with the unit Henry, but also to the inductive electrical and electronic component.
  • inductors are constructed as passive components in order to limit currents in electrical lines, to temporarily store energy in the form of a magnetic field, to adjust the impedance or to filter.
  • These components known as inductors, include in particular coils, transmitters, baluns, chokes and transformers. In the following, the terms inductance, coil and choke are used synonymously.
  • the invention is based on the object of increasing the power density of an inductor.
  • connection technology When developing inductors, optimization has so far focused on two main areas. One focus is the area of the choke core and the choke winding. The other focus is connection technology. Depending on performance and depending on A conventional connection technology can take up to 25% of the total throttle volume.
  • the invention solves the problem of increasing the power density for an induction of the type defined at the outset in accordance with the characterizing features of claim 1.
  • the invention leads to a higher level of integration of all throttle components.
  • the power connections are arranged at least partially in the spatial volume that is at least partially enclosed by the throttle. This primarily results in a relocation of the connection technology into a previously dead space of the components and also a reduction in the volume of the connection technology as a result of the shortening of the connection paths.
  • the invention relates not only to the inductance itself but also to arrangements which have this inductance according to the invention - also according to an advantageous development of the invention.
  • a corresponding arrangement with an inductance according to the invention can in particular be a filter assembly or a transformer, each comprising an inductance according to the invention.
  • a particularly preferred embodiment of the invention provides that the core of the inductance is designed as a partial ring or as a closed ring.
  • the ring or partial ring can have any shape, in particular other than a circular shape, for example oval, egg-shaped, rectangular or polygonal.
  • the power connections are elongated, in particular as bolts or power bolts, for electrical contacting of, for example, a circuit board.
  • the power connections can have two ends and can be conductively connected to a winding of the inductance in the region of the first end. and be prepared or provided at a second end for connection to adjacent components.
  • the inductance is composed of at least two individual inductances, in which the core with a concave shape at least in sections at least partially encloses a volume of space, arranged adjacent to one another in such a way that these individual volumes of space are arranged adjacent to one another such that a common volume of space is formed from the adjacent volumes of the individual inductances, with the power connections of the individual inductances being arranged in the common volume of space.
  • installation space is saved very advantageously with two or more inductances, since several current-conducting connections, e.g. current bolts, can be made through the two toroidal chokes in the common volume of space in a space-saving manner. This creates internal wiring for both inductances and the volume of the arrangement is not unnecessarily increased.
  • At least one holder element attached to the inductor is arranged in the spatial volume and is mechanically connected to at least some of the power connections in order to hold the power connections in a specific spatial position. It is particularly useful to produce the holding element from injection molding or to produce it as an insulating glass fiber reinforced plate (GRP). Furthermore, the Strombol zen can be overmolded in a molding process, so that all Strombol zen and the holder element can be formed into a mechanical unit. It makes sense here if the holder element consists of a non-electrically conductive material or is attached in an electrically insulated manner to at least some of the power connections to be held.
  • the holder element can be electrically conductively connected to at least some of the power connections as a component-equipped conductor element or as a component-equipped circuit board. This design not only saves space above the inductance, but also reduces the impedance of the connecting line, since the components, such as capacitors, can be connected for very short periods.
  • a particularly preferred application of the invention results from installing the inductor according to the invention from one or more individual inductors in a filter device or filter-integrated frequency converter.
  • Two or more inductors can be stacked on top of each other and interconnected to save space, for example using internal power connections or power bolts;
  • Inductance enables direct connection of neighboring components, e.g. B. Filter capacitors with a short distance without parasitic inductance components
  • Holder elements used in the interior isolate the power connections from each other and keep the inductance winding at a defined distance from the cores;
  • the design according to the invention enables the connection of further components, e.g. filter capacitors, in the space between the choke.
  • An advantageous development provides a computer-implemented method for simulating a machine according to the invention or one of its developments.
  • a computer system comprising at least one computer is preferably designed and prepared for simulation according to the method.
  • the computer or the computer system can advantageously be prepared for this by means of a corresponding computer program product for carrying out a method according to the invention or one of its developments.
  • the core is preferably a magnetic core.
  • ferromagnetic metal alloy e.g. B. in the form of sheet metal or foil (electrical strip, metallic glass) or bound powder (powder core), used as the material for the core, or an oxide ceramic ferrimagnetic material (ferrite) is used.
  • the core is preferably designed as a closed core, at least in the operating state.
  • the core can also be designed to be modular, so that the closed form is only present in the ready-to-use composition (for example from two individual inductors).
  • the core has a ring shape.
  • the volume enclosed by the concave shape is determined by the ring shape of the core in the radially inner region of the ring shape, so that at least some of the current connections of the inductance are arranged at least partially in the radial interior of the ring shape.
  • an electrical winding is wound around the preferably closed core or toroidal core and preferably the power terminals are used to electrically connect the winding to a power supply.
  • Figure 2 is a schematic, simplified three-dimensional, partially sectioned representation of an inductor according to the invention consisting of two individual inductors arranged one above the other,
  • FIG. 3 shows the inductance according to Figure 2 with attached additional components
  • FIG. 4 shows a schematic, simplified three-dimensional, partially sectioned representation of an inductor according to the invention consisting of two individual inductors arranged one above the other with components integrated in the enclosed volume,
  • Figure 5 is a schematic representation of a simulation of the operation of an inductor according to the invention running on a computer, computer program product.
  • Figures 1 - 4 each show schematic, simplified, three-dimensional variants of an inductor according to the invention.
  • Figures 2, 3 and 4 are shown partially in section to allow a view of the interior - the enclosed volume - of the inductor IDO according to the invention shown.
  • the inductor IDO in Figure 1 has an annular core CRE which encloses a volume CVT with a concave contour or shape.
  • the inductor has power connections TRM.
  • the power connections TRM are arranged in the volume CVT, but can also protrude partially from the volume CVT in a manner not shown or be arranged completely in the volume CVT.
  • the inductor IDO uses the volume CVT, which is always present in, for example, toroidal core/oval and rectangular core chokes, and integrates the electrically conductive three-phase connection technology or the power connections TRM in this intermediate space.
  • CVC spatial volume CVT
  • FIG 2 shows an inductance IDO according to the invention, wherein the inductance IDO is composed of two individual inductances ID1, ID2.
  • the two individual inductances ID1, ID2 are arranged adjacent to one another in such a way that the spatial volumes CVC are arranged adjacent to one another.
  • a common spatial volume CVC is created, formed from the adjacent spatial volumes CVT of the individual inductances ID1, ID2.
  • the power connections TRM of the individual inductances ID1, ID2 are arranged in the common spatial volume CVC.
  • a holder element CRR fastened to the inductor IDO is arranged in the spatial volume CVT.
  • the holder element CRR is mechanically connected to the current connections TRM in such a way that the current connections TRM are held in a specific spatial position.
  • the holder element CRR is made of a non-current-conducting material or is electrically insulating and is fastened to the current connections TRM to be held.
  • the holder element CRR ensures that windings, cores CRE and the current connections TRM or current bolts are held in their position.
  • This holder element CRR can, for example, be made from injection molding or an insulating glass fiber reinforced (GRP) plate.
  • the current bolts can be encapsulated in a molding process so that all the current bolts and the insulation holder can become a unit.
  • Figure 3 shows the inductance IDO of Figure 2 in an exemplary combination with adjacent components NEE.
  • the connection situation is space-saving.
  • Some power connections TRM contact a printed circuit board PCB directly and others are connected to a separate conductor metal CMT.
  • FIG 4 shows an embodiment or an arrangement ARR with an inductance according to the invention, in which the Holder element CRR as a component-populated circuit board PCB is electrically connected to at least some of the power connections TRM.
  • This connection technology enables filter capacitors FCD to be connected, for example, to the center point of the two chokes, over a short distance. This is very useful so that no parasitic inductances arise on the filter capacitors.
  • the filter capacitors FCD can, for example, be soldered onto the circuit board, which means that the entire system can be assembled much more quickly.
  • the filter capacitors can also be connected without a circuit board, for example by means of wire leads from filter capacitors directly to the power bolts or to the inductors.
  • Other connections to the choke assembly are made, for example, by means of three-phase busbars or flexible or rigid power leads CDC.
  • FCD filter capacitors can be integrated into the gap in such a way that they are connected directly to the center of the inductors with short cables.
  • Figure 5 shows a schematic representation of a simulation S IM of the inductance IDO according to the invention running on a computer CMP - here on several computers CMP of a network WWB comprising a cloud CLD.
  • the software installed on the CMP computers is a CPP computer program product which, when executed on at least one CMP computer, is available to the user via interfaces, e.g. B. using the screen and keyboard to influence or Configuration and knowledge gain based on the executed simulation S IM enables, so that technical design decisions in particular can be supported and verified using the simulation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

The invention relates to an inductor (ID0) having at least one core (CRE), wherein the core (CRE) has an at least partially concave shape and at least partially encloses a volume of space (CVT), and the inductor has current terminals (TRM). In order to increase power density, according to the invention, at least some of the current terminals (TRM) are at least partially arranged in the volume of space (CVT).

Description

Beschreibung Description
Induktivität , Verfahren zur Simulation, Computersystem, Computerprogrammprodukt inductance, simulation method, computer system, computer program product
Die Erfindung betri f ft eine Induktivität mit mindestens einem Kern, wobei der Kern mit einer zumindest abschnittweisen konkaven Form ein Raumvolumen zumindest teilweise umschließt , wobei die Induktivität Stromanschlüsse aufweist . The invention relates to an inductor with at least one core, the core at least partially enclosing a volume of space with an at least partially concave shape, the inductor having power connections.
Unter einer Induktivität versteht die Erfindung ein elektrisches oder elektronisches Bauelement mit festem oder einstellbarem Induktivitätswert . Der Begri f f Induktivität bezeichnet nicht nur die physikalische Größe mit der Einheit Henry, sondern auch das induktive elektrische und elektronische Bauelement . In der Leistungselektronik werden Induktivitäten als passive Bauteile aufgebaut , um Ströme in elektrischen Leitungen zu begrenzen, Energie in Form eines Magnetfeldes zwischenzuspeichern, zur Anpassung der Impedanz oder zur Filterung verwendet . Zu diesen als Induktivitäten bezeichneten Bauelementen zählen insbesondere Spulen, Übertrager, Baluns , Drosseln und Trans formatoren . In der Folge werden die Begri f fe Induktivität , Spule und Drossel synonym benutzt . For the purposes of the invention, an inductance is an electrical or electronic component with a fixed or adjustable inductance value. The term inductance refers not only to the physical quantity with the unit Henry, but also to the inductive electrical and electronic component. In power electronics, inductors are constructed as passive components in order to limit currents in electrical lines, to temporarily store energy in the form of a magnetic field, to adjust the impedance or to filter. These components, known as inductors, include in particular coils, transmitters, baluns, chokes and transformers. In the following, the terms inductance, coil and choke are used synonymously.
Wie alle anderen Bauteile in der Leistungselektronik werden auch bei den Induktivitäten immer größere Leistungsdichten gefordert , um noch kompaktere Filterkomponenten oder filterintegrierte Frequenzumrichter zu entwickeln . Like all other components in power electronics, ever greater power densities are required for inductors in order to develop even more compact filter components or filter-integrated frequency converters.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , die Leistungsdichte einer Induktivität zu erhöhen . The invention is based on the object of increasing the power density of an inductor.
Bei der Entwicklung von Induktivitäten wird bisher an zwei Schwerpunkten optimiert . Ein Schwerpunkt ist der Bereich des Drosselkerns und der Drosselwicklung . Der andere Schwerpunkt ist die Anschlusstechnik . Je nach Leistung und j e nach Strömen kann eine herkömmliche Anschlusstechnik bis zu 25% von Gesamt-Drosselvolumen annehmen . When developing inductors, optimization has so far focused on two main areas. One focus is the area of the choke core and the choke winding. The other focus is connection technology. Depending on performance and depending on A conventional connection technology can take up to 25% of the total throttle volume.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe , die Leistungsdichte zu erhöhen, für eine Induktion der eingangs definierten Art gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 . Die Erfindung führt zu einer höheren Integration aller Drosselbauteile . The invention solves the problem of increasing the power density for an induction of the type defined at the outset in accordance with the characterizing features of claim 1. The invention leads to a higher level of integration of all throttle components.
Im Einzelnen ist vorgesehen, dass zumindest einige der Stromanschlüsse zumindest teilweise in dem Raumvolumen, das von der Drossel zumindest teilweise umschlossen ist , angeordnet sind . Dadurch ergibt sich vor allem eine Verlagerung der Anschlusstechnik in einen bisherigen Totraum der Bauteile und außerdem eine Verringerung des Volumens der Anschlusstechnik infolge der Verkürzung der Verbindungswege . Die Erfindung betri f ft nicht nur die Induktivität selbst sondern auch Anordnungen, die diese erfindungsgemäße Induktivität - auch gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung - aufweisen . Eine entsprechende Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Induktivität kann insbesondere eine Filterbaugruppe oder ein Trans formator j eweils umfassend eine erfindungsgemäße Induktivität sein . In detail, it is provided that at least some of the power connections are arranged at least partially in the spatial volume that is at least partially enclosed by the throttle. This primarily results in a relocation of the connection technology into a previously dead space of the components and also a reduction in the volume of the connection technology as a result of the shortening of the connection paths. The invention relates not only to the inductance itself but also to arrangements which have this inductance according to the invention - also according to an advantageous development of the invention. A corresponding arrangement with an inductance according to the invention can in particular be a filter assembly or a transformer, each comprising an inductance according to the invention.
Eine besonders bevorzugte Aus führungsmöglichkeit der Erfindung sieht vor, dass der Kern der Induktivität als Teil-Ring oder als geschlossener Ring ausgebildet ist . Hierbei kann der Ring oder Teil-Ring eine beliebige Form aufweisen, insbesondere abweichend von einer Kreis form, zum Beispiel auch oval , ei förmig, rechteckig oder vieleckig sein . A particularly preferred embodiment of the invention provides that the core of the inductance is designed as a partial ring or as a closed ring. The ring or partial ring can have any shape, in particular other than a circular shape, for example oval, egg-shaped, rectangular or polygonal.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Stromanschlüsse länglich ausgebildet sind, insbesondere als Bol zen oder Strombol zen, zur elektrischen Kontaktierung von zum Beispiel einer Leiterplatte . Insbesondere können die Stromanschlüsse zwei Enden aufweisen und im Bereich des ersten Endes mit einer Wicklung der Induktivität leitend verbunden sein und an einem zweiten Ende zum Anschluss an benachbarte Bauelemente vorbereitet oder vorgesehen sein . An advantageous further development provides that the power connections are elongated, in particular as bolts or power bolts, for electrical contacting of, for example, a circuit board. In particular, the power connections can have two ends and can be conductively connected to a winding of the inductance in the region of the first end. and be prepared or provided at a second end for connection to adjacent components.
Eine andere besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Induktivität aus mindestens zwei Einzel- Induktivitäten, bei denen der Kern mit einer zumindest abschnittweisen konkaven Form ein Raumvolumen zumindest teilweise umschließt , derart benachbart angeordnet zusammengesetzt ist , dass diese einzelnen Raumvolumina zueinander angrenzend angeordnet sind, dass ein gemeinsames Raumvolumen gebildet aus den angrenzenden Raumvolumina der Einzel- Induktivitäten gebildet ist , wobei die Stromanschlüsse der Einzel- Induktivitäten in dem gemeinsamen Raumvolumen angeordnet sind . Auf diese Weise wird bei zwei oder mehreren Induktivitäten sehr vorteilhaft Bauraum eingespart , da mehrere stromleitende Verbindungen z . B . Strombol zen, durch die beiden Ringkerndrosseln im gemeinsamen Raumvolumen platzsparend durchgeführt werden können . Somit entsteht eine interne Verdrahtung von beiden Induktivitäten und das Volumen der Anordnung wird nicht unnötig vergrößert . Another particularly advantageous development provides that the inductance is composed of at least two individual inductances, in which the core with a concave shape at least in sections at least partially encloses a volume of space, arranged adjacent to one another in such a way that these individual volumes of space are arranged adjacent to one another such that a common volume of space is formed from the adjacent volumes of the individual inductances, with the power connections of the individual inductances being arranged in the common volume of space. In this way, installation space is saved very advantageously with two or more inductances, since several current-conducting connections, e.g. current bolts, can be made through the two toroidal chokes in the common volume of space in a space-saving manner. This creates internal wiring for both inductances and the volume of the arrangement is not unnecessarily increased.
Zur Verbesserung der mechanischen Integrität ist es besonders vorteilhaft , wenn in dem Raumvolumen mindestens ein an der Induktivität befestigtes Halterelement angeordnet ist , dass mit zumindest einigen der Stromanschlüsse mechanisch verbunden ist , um die Stromanschlüsse in einer bestimmten räumlichen Position zu halten . Besonders zweckmäßig ist es , dass Haltelement aus Spritzguss herzustellen oder als eine isolierende glas faserverstärkte Platte ( GFK) herzustellen . Weiterhin können die Strombol zen in einem Molding-Verfahren umspritzt werden, so dass alle Strombol zen und das Halterelement zu einer mechanischen Einheit ausgebildet werden können . Hier ist es sinnvoll , wenn das Halterelement aus einem nicht stromleitenden Material besteht oder elektrisch isoliert an zumindest einigen der zu halternden Stromanschlüssen befestigt ist . Alternativ kann das Halterelement als Bauteil-bestücktes Leiterelement oder als Bauteil-bestückte Leiterplatte elektrisch leitend mit zumindest einigen der Stromanschlüsse verbunden sein . Diese Ausbildung spart nicht nur Platz oberhalb der Induktivität , sondern reduziert auch die Impedanz der verbindenden Leitung, da die Bauteile , beispielsweise Kondensatoren, sehr kurz angeschlossen werden können . To improve the mechanical integrity, it is particularly advantageous if at least one holder element attached to the inductor is arranged in the spatial volume and is mechanically connected to at least some of the power connections in order to hold the power connections in a specific spatial position. It is particularly useful to produce the holding element from injection molding or to produce it as an insulating glass fiber reinforced plate (GRP). Furthermore, the Strombol zen can be overmolded in a molding process, so that all Strombol zen and the holder element can be formed into a mechanical unit. It makes sense here if the holder element consists of a non-electrically conductive material or is attached in an electrically insulated manner to at least some of the power connections to be held. Alternatively, the holder element can be electrically conductively connected to at least some of the power connections as a component-equipped conductor element or as a component-equipped circuit board. This design not only saves space above the inductance, but also reduces the impedance of the connecting line, since the components, such as capacitors, can be connected for very short periods.
Eine besonders bevorzugte Anwendung der Erfindung ergibt sich bei einem Einbau der erfindungsgemäßen Induktivität aus einer oder mehreren Einzel- Induktivitäten in ein Filtergerät oder filterintegrierten Frequenzumrichter . A particularly preferred application of the invention results from installing the inductor according to the invention from one or more individual inductors in a filter device or filter-integrated frequency converter.
Die Erfindung und die Weiterbildungen resultieren in einem kompakten System mit entscheidenden Vorteilen : The invention and the further developments result in a compact system with decisive advantages:
1 ) Die Anwendungen mit den innengeführten Stromanschlüssen ermöglichen kompaktere Anschlusstechnik als bei üblichen außerhalb der Induktivitäten platzierten Stromverbindungen1 ) Applications with internal power connections enable more compact connection technology than with usual power connections placed outside the inductors
2 ) Zwei oder mehrere Induktivitäten können; aufeinandergestapelt und mit z . B . innengeführten Stromanschlüssen bzw . Strombol zen untereinander platzsparend verschaltet werden; 2) Two or more inductors can be stacked on top of each other and interconnected to save space, for example using internal power connections or power bolts;
3 ) Eine derartig neuartig verknüpfte Baugruppe bzw . 3) Such a newly linked assembly or
Induktivität ermöglicht ein direktes Anschließen von benachbarten Bauelementen z . B . Filterkondensatoren mit einer kurzen Distanz ohne parasitäre InduktivitätsanteileInductance enables direct connection of neighboring components, e.g. B. Filter capacitors with a short distance without parasitic inductance components
4 ) Die Herstellung so einer erfindungsgemäßen Induktivität kann in einer halb- oder vollautomatisierten Montage ; erfolgen, da die Stromanschlüssen bzw . Strombol zen ideal zueinander ausgerichtet sind; 4) The manufacture of such an inductance according to the invention can be carried out in a semi- or fully automated assembly, since the current connections or current bolts are ideally aligned with each other;
5 ) Im Innenraum eingesetzte Halterelemente isolieren die Stromanschlüsse zueinander und halten die Wicklung der Induktivität in einem definierten Abstand zu den Kernen;5) Holder elements used in the interior isolate the power connections from each other and keep the inductance winding at a defined distance from the cores;
6 ) Die erfindungsgemäße Gestaltung ermöglicht eine Anbindung weiterer Bauteile , z . B . Filterkondensatoren, im Zwischenraum an die Drossel . Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht ein Computerimplementiertes Verfahren zur Simulation einer Maschine nach der Erfindung oder einer ihrer Weiterbildungen vor . Hierzu wird bevorzugt ein Computersystem umfassend mindestens einen Computer ausgebildet und vorbereitet zur Simulation gemäß dem Verfahren benutzt . Der Computer oder das Computersystem kann vorteilhaft mittels eines entsprechenden Computerprogrammprodukts zur Durchführung eines Verfahrens nach der Erfindung oder einer ihrer Weiterbildungen hierfür vorbereitet sein . 6) The design according to the invention enables the connection of further components, e.g. filter capacitors, in the space between the choke. An advantageous development provides a computer-implemented method for simulating a machine according to the invention or one of its developments. For this purpose, a computer system comprising at least one computer is preferably designed and prepared for simulation according to the method. The computer or the computer system can advantageously be prepared for this by means of a corresponding computer program product for carrying out a method according to the invention or one of its developments.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kern um einen magnetischen Kern . The core is preferably a magnetic core.
Vorzugsweise wird entweder eine ferromagnetische Metalllegierung, z . B . in Form von Blech oder Folie (Elektroband, metallisches Glas ) oder gebundenes Pulver ( Pulverkern) , als Werkstof f für den Kern verwendet , oder es wird ein oxidkerami- scher f errimagnetischer Werkstof f ( Ferrit ) verwendet . Preferably either a ferromagnetic metal alloy, e.g. B. in the form of sheet metal or foil (electrical strip, metallic glass) or bound powder (powder core), used as the material for the core, or an oxide ceramic ferrimagnetic material (ferrite) is used.
Vorzugsweise ist der Kern zumindest im Betriebs zustand als geschlossener Kern ausgebildet . Hierbei kann der Kern auch modular ausgebildet sein, so dass erst in der betriebs fertigen Zusammensetzung (beispielsweise aus zwei Einzel- Induktivitäten) die geschlossene Form vorliegt . The core is preferably designed as a closed core, at least in the operating state. The core can also be designed to be modular, so that the closed form is only present in the ready-to-use composition (for example from two individual inductors).
Vorzugsweise weist der Kern eine Ringform auf . Hierbei ist das von der konkaven Form eingeschlossene Raumvolumen bedingt durch die Ringform des Kerns im radial inneren Bereich der Ringform, so dass das zumindest einige der Stromanschlüsse der Induktivität zumindest teilweise in dem radial Inneren der Ringform angeordnet sind . Preferably, the core has a ring shape. In this case, the volume enclosed by the concave shape is determined by the ring shape of the core in the radially inner region of the ring shape, so that at least some of the current connections of the inductance are arranged at least partially in the radial interior of the ring shape.
Vorzugsweise wird eine elektrische Wicklung um den vorzugsweise geschlossenen Kern oder Ringkern gewickelt und vorzugsweise werden die Stromanschlüsse verwendet , um die Wicklung elektrisch leitend mit einer Stromversorgung zu verbinden . Preferably, an electrical winding is wound around the preferably closed core or toroidal core and preferably the power terminals are used to electrically connect the winding to a power supply.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand spezieller Aus führungsbeispiele zur Verdeutlichung näher beschrieben . Es zeigen : Figur 1 eine schematische , vereinfachte dreidimensionale Darstellung einer ersten Variante einer Induktivität nach der Erfindung, The invention is described in more detail below using special exemplary embodiments for clarity. Show it : 1 shows a schematic, simplified three-dimensional representation of a first variant of an inductor according to the invention,
Figur 2 eine schematische , vereinfachte dreidimensionale , teilweise geschnittene Darstellung einer Induktivität nach der Erfindung bestehend aus zwei übereinander angeordneten Einzel- Induktivitäten,Figure 2 is a schematic, simplified three-dimensional, partially sectioned representation of an inductor according to the invention consisting of two individual inductors arranged one above the other,
Figur 3 die Induktivität nach Figur 2 mit angegliederten zusätzlichen Bauelementen, Figure 3 shows the inductance according to Figure 2 with attached additional components,
Figur 4 eine schematische , vereinfachte dreidimensionale , teilweise geschnittene Darstellung einer Induktivität nach der Erfindung bestehend aus zwei übereinander angeordneten Einzel- Induktivitäten mit in dem umschlossenen Volumen integrierten Bauelementen, 4 shows a schematic, simplified three-dimensional, partially sectioned representation of an inductor according to the invention consisting of two individual inductors arranged one above the other with components integrated in the enclosed volume,
Figur 5 eine schematische Darstellung einer auf einem Computer ablaufenden Simulation des Betriebes einer Induktivität nach der Erfindung, Computerprogrammprodukt . Figure 5 is a schematic representation of a simulation of the operation of an inductor according to the invention running on a computer, computer program product.
Die Figuren 1 - 4 zeigen j eweils schematisch, vereinfacht , dreidimensional Varianten einer Induktivität nach der Erfindung . Die Figuren 2 , 3 und 4 sind hierbei teilweise geschnitten dargestellt , um einen Blick in das Innere - das umschlossene Raumvolumen - der dargestellten erfindungsgemäßen Induktivität IDO zu ermöglichen . Die Induktivität IDO der Figur 1 weist einen ringförmigen Kern CRE auf , der mit einer konkaven Kontur oder Form ein Raumvolumen CVT umschließt . Die Induktivität weist Stromanschlüsse TRM auf . Die Stromanschlüsse TRM sind in dem Raumvolumen CVT angeordnet sind, können aber auch in nicht dargestellter Weise teilweise aus dem Raumvolumen CVT herausragen oder vollständig in dem Raumvolumen CVT angeordnet sein . Die Induktivität IDO nutzt das Raumvolumen CVT , welches bei z . B . Ringkern-/ Oval- und Rechteckkern- Drosseln immer vorhanden ist und integriert die elektrisch leitende dreiphasige Anschlusstechnik bzw . die Stromanschlüsse TRM in diesen Zwischenraum . Bei einer Anordnung gemäß Figur 4 werden in dem Raumvolumen CVT , CVC weitere Bauelemente integriert , zum Beispiel Filterkondensatoren . In Figur 2 ist eine erfindungsgemäße Induktivität IDO gezeigt , wobei die Induktivität IDO aus zwei Einzel- Induktivitäten ID1 , ID2 zusammengesetzt ist . Die beiden Einzel- Induktivitäten ID1 , ID2 sind derart benachbart angeordnet zusammengesetzt , dass die Raumvolumina CVC zueinander angrenzend angeordnet sind . Auf diese Weise entsteht ein gemeinsames Raumvolumen CVC gebildet aus den angrenzenden Raumvolumina CVT der Einzel- Induktivitäten ID1 , ID2 . Die Stromanschlüsse TRM der Einzel- Induktivitäten ID1 , ID2 sind in dem gemeinsamen Raumvolumen CVC angeordnet . Figures 1 - 4 each show schematic, simplified, three-dimensional variants of an inductor according to the invention. Figures 2, 3 and 4 are shown partially in section to allow a view of the interior - the enclosed volume - of the inductor IDO according to the invention shown. The inductor IDO in Figure 1 has an annular core CRE which encloses a volume CVT with a concave contour or shape. The inductor has power connections TRM. The power connections TRM are arranged in the volume CVT, but can also protrude partially from the volume CVT in a manner not shown or be arranged completely in the volume CVT. The inductor IDO uses the volume CVT, which is always present in, for example, toroidal core/oval and rectangular core chokes, and integrates the electrically conductive three-phase connection technology or the power connections TRM in this intermediate space. In an arrangement according to Figure 4, further components are integrated in the spatial volume CVT, CVC, for example filter capacitors. Figure 2 shows an inductance IDO according to the invention, wherein the inductance IDO is composed of two individual inductances ID1, ID2. The two individual inductances ID1, ID2 are arranged adjacent to one another in such a way that the spatial volumes CVC are arranged adjacent to one another. In this way, a common spatial volume CVC is created, formed from the adjacent spatial volumes CVT of the individual inductances ID1, ID2. The power connections TRM of the individual inductances ID1, ID2 are arranged in the common spatial volume CVC.
In der Figur 2 aufgrund des Schnitts klar sichtbar ist in dem Raumvolumen CVT ein an der Induktivität IDO befestigtes Halterelement CRR angeordnet . Das Halterelement CRR ist mit den Stromanschlüssen TRM mechanisch derart verbunden, dass die Stromanschlüsse TRM in einer bestimmten räumlichen Position gehalten werden . In Figur 2 ist das Halterelement CRR aus einem nicht stromleitenden Material bzw . elektrisch isolierend ausgebildet an den zu halternden Stromanschlüssen TRM befestigt . Das Halterelement CRR sorgt dafür, dass Wicklungen, Kerne CRE und die Stromanschlüssen TRM bzw . Strombol zen in ihrer Position gehalten werden . Dieser Halterelement CRR kann beispielsweise aus Spritzguss oder einer isolierenden glas faserverstärkten ( GFK) Platte hergestellt werden . Weiterhin können die Strombol zen in einem Molding-Verfahren umspritzt werden, so dass alle Strombol zen und der I solationshalter zu einer Einheit werden können . Clearly visible in Figure 2 due to the section, a holder element CRR fastened to the inductor IDO is arranged in the spatial volume CVT. The holder element CRR is mechanically connected to the current connections TRM in such a way that the current connections TRM are held in a specific spatial position. In Figure 2, the holder element CRR is made of a non-current-conducting material or is electrically insulating and is fastened to the current connections TRM to be held. The holder element CRR ensures that windings, cores CRE and the current connections TRM or current bolts are held in their position. This holder element CRR can, for example, be made from injection molding or an insulating glass fiber reinforced (GRP) plate. Furthermore, the current bolts can be encapsulated in a molding process so that all the current bolts and the insulation holder can become a unit.
In der Figur 3 ist die Induktivität IDO der Figur 2 in einer beispielhaften Kombination mit angrenzenden Bauelementen NEE gezeigt . Die Anschlusssituation ist platzsparend . Einige Stromanschlüsse TRM kontaktieren direkt eine Leiterplatte PCB und andere stehen mit einem separaten Leitermetall CMT in Verbindung . Figure 3 shows the inductance IDO of Figure 2 in an exemplary combination with adjacent components NEE. The connection situation is space-saving. Some power connections TRM contact a printed circuit board PCB directly and others are connected to a separate conductor metal CMT.
Figur 4 zeigt eine Aus führung bzw . eine Anordnung ARR mit einer erfindungsgemäßen Induktivität , bei der das Halterelement CRR als Bauteil-bestückte Leiterplatte PCB elektrisch leitend mit zumindest einigen der Stromanschlüsse TRM verbunden ist . Diese Anschlusstechnik ermöglicht das Anschließen von Filter-Kondensatoren FCD z . B . an den Mittelpunkt der beiden Drossel , mit einer kurzen Distanz . Das ist sehr zweckmäßig, damit keine parasitären Induktivitäten an den Filterkondensatoren entstehen . Die Filterkondensatoren FCD können z . B . auf der Leiterplatte eingelötet werden, wodurch die Montage von Gesamtsystem deutlich schneller erfolgt werden kann . Die Filterkondensatoren können aber auch ohne eine Leiterplatte angeschlossen werden z . B . mittels Drahtleitungen von Filterkondensatoren direkt an die Strombol zen oder an die Induktivitäten . Weitere Anschlüsse der Drosselbaugruppe (Eingang und Ausgang von Filtergerät ) erfolgen z . B . mittels dreiphasiger Stromschienen oder flexiblen oder starren Stromleitungen CDC . Figure 4 shows an embodiment or an arrangement ARR with an inductance according to the invention, in which the Holder element CRR as a component-populated circuit board PCB is electrically connected to at least some of the power connections TRM. This connection technology enables filter capacitors FCD to be connected, for example, to the center point of the two chokes, over a short distance. This is very useful so that no parasitic inductances arise on the filter capacitors. The filter capacitors FCD can, for example, be soldered onto the circuit board, which means that the entire system can be assembled much more quickly. The filter capacitors can also be connected without a circuit board, for example by means of wire leads from filter capacitors directly to the power bolts or to the inductors. Other connections to the choke assembly (input and output of filter device) are made, for example, by means of three-phase busbars or flexible or rigid power leads CDC.
Alternativ können in dem Zwischenraum die Filterkondensatoren FCD so eingebunden werden, dass sie direkt mit kurzen Leitungen an den Mittelpunkt der Induktivitäten angebunden sind . Diese Anordnungen sparen nicht nur Platz oberhalb der Induktivität IDO sondern reduzieren auch die Impedanz der Verbindungsleitungen, da die benachbarten Bauelemente sehr kurz angeschlossen sind . Alternatively, the FCD filter capacitors can be integrated into the gap in such a way that they are connected directly to the center of the inductors with short cables. These arrangements not only save space above the inductor IDO but also reduce the impedance of the connecting lines because the neighboring components are connected very briefly.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer auf einem Computer CMP - hier auf mehreren Computern CMP eines Netzwerks WWB umfassend eine Cloud CLD - ablaufenden Simulation S IM der Induktivität IDO nach der Erfindung . Die auf den Computern CMP installierte Software ist ein Computerprogrammprodukt CPP, das bei Aus führung auf mindestens einem Computer CMP dem Benutzer mittels Schnittstellen, z . B . mittels Bildschirm und Tastatur eine Einflussnahme bzw . Konfiguration und einen Erkenntnisgewinn auf Basis der ausgeführten Simulation S IM ermöglicht , so dass insbesondere technische Gestaltungsentscheidungen mittels der Simulation unterstützt und veri fi ziert werden können . Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Aus führungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde , ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt . Variationen hiervon können vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert wird, zu verlassen . Figure 5 shows a schematic representation of a simulation S IM of the inductance IDO according to the invention running on a computer CMP - here on several computers CMP of a network WWB comprising a cloud CLD. The software installed on the CMP computers is a CPP computer program product which, when executed on at least one CMP computer, is available to the user via interfaces, e.g. B. using the screen and keyboard to influence or Configuration and knowledge gain based on the executed simulation S IM enables, so that technical design decisions in particular can be supported and verified using the simulation. Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred exemplary embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples. Variations hereof may be derived by those skilled in the art without departing from the scope of the invention as defined by the following patent claims.

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Induktivität (IDO) mit mindestens einem Kern (CRE) , wobei der Kern (CRE) mit einer zumindest abschnittweisen konkaven Form ein Raumvolumen (CVT) zumindest teilweise umschließt, wobei die Induktivität Stromanschlüsse (TRM) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Stromanschlüsse (TRM) zumindest teilweise in dem Raumvolumen (CVT) angeordnet sind. 1. Inductance (IDO) with at least one core (CRE), wherein the core (CRE) with an at least partially concave shape at least partially encloses a spatial volume (CVT), wherein the inductance has current connections (TRM), characterized in that at least some of the current connections (TRM) are at least partially arranged in the spatial volume (CVT).
2. Induktivität (IDO) nach Anspruch 1, wobei der Kern der Induktivität (IDO) als geschlossener Ring ausgebildet ist. 2. Inductor (IDO) according to claim 1, wherein the core of the inductor (IDO) is designed as a closed ring.
3. Induktivität (IDO) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stromanschlüsse (TRM) zwei Enden aufweisen und an einem ersten Ende mit einer Wicklung der Induktivität (IDO) leitend verbunden sind und an einem zweiten Ende zum Anschluss an benachbarte Bauelemente vorgesehen sind. 3. Inductance (IDO) according to claim 1 or 2, wherein the current terminals (TRM) have two ends and are conductively connected at a first end to a winding of the inductance (IDO) and are provided at a second end for connection to adjacent components.
4. Induktivität (IDO) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Induktivität (IDO) aus mindestens zwei Einzel-Induktivitäten (ID1, ID2) , bei denen jeweils der4. Inductor (IDO) according to one of the preceding claims, wherein the inductor (IDO) consists of at least two individual inductors (ID1, ID2), each of which
Kern (CRE) mit einer zumindest abschnittsweisen konkaven Form ein Raumvolumen (CVT) zumindest teilweise umschließt, derart benachbart angeordnet zusammengesetzt ist, dass die Raumvolumina (CVT) der beiden Einzel-Induktivitäten (ID1, ID2) zueinander angrenzend angeordnet sind, dass ein gemeinsames Raumvolumen (CVC) gebildet aus den angrenzenden Raumvolumina (CVT) der Einzel-Induktivitäten (ID1, ID2) gebildet ist, wobei die Stromanschlüsse (TRM) der Einzel-Induktivitäten (ID1, ID2) in dem gemeinsamen Raumvolumen (CVC) angeordnet sind. Core (CRE) with an at least partially concave shape at least partially encloses a spatial volume (CVT), arranged adjacently in such a way that the spatial volumes (CVT) of the two individual inductors (ID1, ID2) are arranged adjacent to one another, so that a common spatial volume (CVC) is formed from the adjacent spatial volumes (CVT) of the individual inductors (ID1, ID2), the power connections (TRM) of the individual inductors (ID1, ID2) being arranged in the common spatial volume (CVC).
5. Induktivität (IDO) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Raumvolumen (CVT) mindestens ein an der Induktivität (IDO) befestigtes Halterelement (CRR) angeordnet ist, dass mit zumindest einigen der Stromanschlüsse (TRM) mechanisch verbunden ist, um die Stromanschlüsse (TRM) in einer bestimmten räumlichen Position zu halten. 5. Inductor (IDO) according to one of the preceding claims, wherein in the spatial volume (CVT) at least one holder element (CRR) attached to the inductor (IDO) is arranged, which is mechanically connected to at least some of the power connections (TRM) in order to Maintain power connections (TRM) in a certain spatial position.
6. Induktivität (IDO) nach dem vorhergehenden Anspruch 5, wobei das Halterelement (CRR) aus einem nicht stromleitenden Material besteht oder elektrisch isoliert an zumindest einigen der zu halternden Stromanschlüssen (TRM) befestigt ist . 6. Inductance (IDO) according to the preceding claim 5, wherein the holder element (CRR) consists of a non-current-conducting material or is attached in an electrically insulated manner to at least some of the power connections (TRM) to be held.
7. Computerimplementiertes Verfahren zur Simulation (SIM) des Betriebs einer Induktivität (IDO) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche. 7. Computer-implemented method for simulating (SIM) the operation of an inductor (IDO) according to at least one of the preceding claims.
8. Computersystem (CPS) umfassend mindestens einen Computer (CMP) ausgebildet und vorbereitet zur Simulation gemäß dem Verfahren nach Ansprüche 7. 8. Computer system (CPS) comprising at least one computer (CMP) designed and prepared for simulation according to the method according to claims 7.
9. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 7 mittels eines Computersystems (CPS) nach Anspruch 8. 9. Computer program product for carrying out a method according to claim 7 by means of a computer system (CPS) according to claim 8.
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