Die Erfindung betrifft einen Inverter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .

Ein solcher Inverter ist allgemein bekannt.

In einem den Inverter umgebenden Gehäuse sind eine erste und eine zweite Stromschiene aufgenommen. Die erste Stromschiene ist mit einem an der Gehäu- seaußenseite vorgesehenen ersten Anschluss zur Verbindung mit einem Pluspol einer Batterie sowie einem Eingangsanschluss eines Zwischenkreiskondensators verbunden. Die zweite Stromschiene ist mit einem an der Gehäuseaußenseite vorgesehenen zweiten Anschluss zur Verbindung mit einem Minuspol der Batterie sowie einem weiteren Anschluss des Zwischenkreiskondensators verbunden. Der Zwischenkreiskondensator versorgt einen nachgeschalteten Wechselrichter mit Strom.

Beim Betrieb des Wechselrichters werden hochfrequente Gleichtakt-(Common Mode, CM)-Störungen sowie Gegentakt-(Differential-Mode, DM)-Störungen er- zeugt. Gleichtakt-Störungen können u. a. durch einen die erste und die zweite Stromschiene umgebenden Ringkern aus einem ferromagnetischen Material vermindert werden. Zur Verminderung von Gegentakt-Störungen sind üblicherweise weitere Filter-Baugruppen erforderlich. - Der gegenwärtige Aufbau zur Verminderung von Gleich- und Gegentakt-Störungen ist relativ aufwändig. Abgesehen da- von besteht ein Bedarf an einem Inverter mit einer verbesserten elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV).

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein möglichst einfach und kostengünstig herstellbarer Inverter angegeben werden. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll die elektromagnetische Verträglichkeit des Inverters verbessert sein. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche. Nach Maßgabe der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in einem vom Ringkern umgebenen und zwischen den beiden Stromschienen gebildeten Zwischenraum ein Kern aus einem weiteren ferromagnetischen Material vorgesehen ist. - Damit gelingt es auf überraschend einfache und kostengünstige Weise nicht nur Gleichtakt- sondern auch Gegentakt-Störungen auf den Stromschienen wirkungsvoll zu vermindern.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "Inverter" allgemein eine Vorrichtung verstanden, mit der Gleichstrom in Wechselstrom und/oder Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt werden kann.

Unter dem Begriff "Stromschiene" wird allgemein ein elektrischer Leiter verstanden. Der elektrische Leiter weist vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt auf. Daneben sind auch andere Querschnittsformen, beispielsweise rund, oval, quadratisch und dgl. denkbar.

Unter einem "ferromagnetischen Material" wird im Sinne der vorliegenden Erfindung allgemein ein Material verstanden, bei welchem sich Elementarmagneten stabil ordnen können. Nach dieser allgemeinen Definition unterfällt im Sinne der vorliegenden Erfindung dem Begriff "ferromagnetisches Material" auch ein ferri- magnetisches Material.

Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorsehen eines Kerns aus einem weiteren ferromagnetischen Material innerhalb des Ringkerns wird eine einstellbare Induktivität gebildet, welche Gegentakt-Störungen entgegenwirkt. Es kann damit eine effektive Filterung von Gegentakt-Störungen innerhalb des zur Filterung von Gleichtakt-Störungen vorhandenen Bauraums des Ringkerns realisiert werden. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Filter ist besonders kompakt. Vorteilhafterweise ist zwischen dem Kern und der jeweils gegenüberliegenden Innenseite des Ringkerns ein vorgegebener erster Abstand vorgesehen. Durch den ersten Abstand kann die durch den Kern gebildete Induktivität eingestellt werden. Der erste Abstand kann 0,5 bis 4,0 mm, vorzugsweise 1 ,0 bis 3,0 mm, betragen.

Zwischen dem Kern und den jeweils benachbarten Stromschienen ist zweckmäßigerweise ein zweiter Abstand vorgesehen. Der zweite Abstand ist so gewählt, dass ein Stromfluss zwischen den Stromschienen sicher und zuverlässig vermie- den wird.

Die Stromschienen können zueinander weisende Ausnehmungen aufweisen, welche den Kern abschnittsweise umgeben. Eine solche Ausnehmung kann in Draufsicht auf die Stromschiene beispielsweise einen rechteckigen Umriss haben.

Durch das Vorsehen der vorgeschlagenen Ausnehmungen kann eine besonders kompakte Bauform erreicht werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das ferromagnetische und/oder das weitere ferromagnetische Material eine erste relative Permeabilität μη > 10 ³ auf. Der Kern ist vorteilhafterweise mittels einer Halteeinrichtung im Ringkern gehalten, wobei die Halteeinrichtung aus einem Material mit einer zweiten relativen Permeabilität μ _Γ 2 < 10 gebildet ist. Die Halteeinrichtung kann insbesondere aus einem Kunststoff, einer Vergussmasse oder dgl. hergestellt sein. Als Ringkern wird vorteilhafterweise ein Ringbandkern aus einem nanokristallinen ferromagnetischen Material verwendet. Ein solches Material zeichnet, im Vergleich zu üblichen Ferrit-Materialien, sich durch eine besonders hohe relative Permeabilität aus, bei gleichzeitig etwa doppelt so hoher Sättigungs-Flussdichte (typisch > 1 Tesla) und besserer Wirkung im hohen Frequenzbereich. Bei dem ferromag- netischen oder weiteren ferromagnetischen Material kann es sich insbesondere um ein ferrimagnetisches Material handeln. Der Ringkern kann eine ovale oder im Wesentlichen rechteckige Durchgriffsfläche aufweisen. Die Durchgriffsfläche ist insbesondere an die Querschnittsfläche der hindurchgeführten Stromschienen zur Erzielung einer besonders kompakten Bauform angepasst.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbeispiel für einen Inverter,

Fig. 2 eine erste Schnittansicht durch eine Ringkerndrossel und Fig. 3 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie A-A' in Fig. 2. In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen HV eine Batterie und mit dem Bezugszeichen M ein Drehstrommotor bezeichnet. Zwischen die Batterie HV und den Drehstrommotor M ist ein allgemein mit dem Bezugszeichen I bezeichneter Inverter geschaltet. Der Inverter I umfasst eine der Batterie HV nachgeschaltete Filterstufe 1 sowie einen der Filterstufe 1 nachgeschalteten Wechselrichter 2, dessen Ausgänge mit dem Drehstrommotor M verbunden sind.

Die Filterstufe 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrstufig ausgeführt. Sie kann auch nur eine Stufe umfassen. Eine erste Stromschiene ist mit dem Bezugszeichen 3 und eine zweite Stromschiene mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet. Jede Stufe der Filterstufe 1 kann einen zwischen die erste Stromschiene 3 und die zweite Stromschiene 4 geschalteten X-Kondensator 5 sowie jeweils einen von der ersten Stromschiene 3 und der zweiten Stromschiene 4 gegen das Gehäusepotenzial geschalteten Y-Kondensa- tor 6 umfassen. Mit dem Bezugszeichen 7 ist allgemein ein Filter-Element zur Verminderung von Gleich- und Gegentakt-Störungen bezeichnet. Das Filter-Element 7 umfasst eine die erste Stromschiene 3 und die zweite Stromschiene 4 umgebende Ringkerndrossel 8 sowie durch den Kern (hier nicht gezeigt) gebildete Gegentakt-Drosseln

Die erste Stromschiene 3 und die zweite Stromschiene 4 sind ausgangsseitig mit einem Zwischenkreiskondensator 10 verbunden. Mit dem Bezugszeichen 1 1 sind dem Zwischenkreiskondensator 10 nachgeschaltete Halbbrücken bezeichnet, wel- che jeweils zwei Leistungstransistoren 12 umfassen. Anstelle jedes der Leistungstransistoren 12 können auch Leistungstransistor-Gruppen aus mehreren parallel geschalteten Leistungstransistoren vorgesehen sein. Die Halbbrücken 1 1 werden mittels eines Controllers 13 mittels Pulsweiten-modulierter Signale so angesteuert, dass sich ein Drehstrom in den Phasen u, v und w zum Betrieb des Drehstrommo- tors M ergibt.

Wegen den hochfrequenten Schaltvorgängen beim Betrieb der Halbbrücken 1 1 bilden sich auf der ersten Stromschiene 3 und der zweiten Stromschiene 4 Gleichtakt- und Gegentakt-Störungen. Zur Verminderung solcher Störungen ist erfin- dungsgemäß u. a. das Filter-Element 7 vorgesehen, welches in den Fig. 2 und 3 näher beschrieben ist.

In den Fig. 2 und 3 ist mit dem Bezugszeichen 14 ein aus einem ferromagnetischen Material hergestellter Ringkern bezeichnet. Es kann sich dabei insbeson- dere um einen Ringbandkern aus einem nanokristallinen ferromagnetischen Material handeln. Insbesondere bei Ringbandkernen lassen sich wegen der zur Herstellung erforderlichen Wickeltechnik nicht ohne Weiteres beliebige Geometrien bezüglich einer den Ringbandkern durchgreifenden Durchgriffsfläche 15 realisieren. D. h. bei Ringbandkernen weist die Durchgriffsfläche 15 meist eine runde, eine ovale oder annähernd rechteckige Form auf. Mit dem Bezugszeichen 16 ist ein aus einem weiteren ferromagnetischen Material hergestellter Kern bezeichnet, welcher in einem Zwischenraum Z zwischen der ersten Stromschiene 3 und der zweiten Stromschiene 4 sowie den gegenüberliegenden Innenseiten des Ringkerns 14 gebildet ist. Der Kern 16 weist gegenüber den Innenseiten des Ringkerns 14 einen ersten Abstand A1 auf. Mit dem Bezugszeichen A2 ist ein zweiter Abstand bezeichnet, welcher zwischen dem Kern 16 und den Stromschienen 3, 4 gebildet ist.

Die Funktion des vorgeschlagenen Filter-Elements 7 ist Folgende:

Der Kern 16 bildet zusammen mit dem Ringkern 14 eine einstellbare Induktivität, welche Gegentakt-Störungen vermindert. Der Kern 16 bietet für durch Gegentakt- Störungen verursachte Flusslinien F einen magnetischen Pfad an und ermöglicht so die Erzeugung einer Gegentakt-Induktivität. Durch den ersten Abstand 1 kann die Größe dieser Gegentakt-Induktivität eingestellt werden.

Wegen der Dimensionierung des Kerns 16 und der damit erzeugten Induktivität wird beispielhaft Folgendes angegeben: B = (L i)/A bzw. A = (L i)/B wobei

B die Induktionsflussdichte,

L die Gegentakt-Induktivität,

i der Strom durch die Stromschienen und

A die Querschnittsfläche des Kerns 16

ist.

Unter der Annahme von L = 2 x 100 nH und i = 200 A ergibt sich für eine Fläche A = 1 cm ² ein B = 0,4 Tesla. Zur Erzielung eines besonders kompakten Designs können die erste Stromschiene 3 und die zweite Stromschiene 4 jeweils eine Ausnehmung 17 aufweisen. Die Ausnehmung 17 kann in Draufsicht beispielsweise rechteckig ausgestaltet sein (siehe Fig. 3).

Bezugszeichenliste

1 Filterstufe

2 Wechselrichter

3 erste Stromschiene

4 zweite Stromschiene

5 X-Kondensator

6 Y-Kondensator

7 Filter-Element

8 Ringkerndrossel

9 Gegentakt-Drosseln

10 Zwischenkreiskondensator

1 1 Halbbrücke

12 Leistungstransistor 13 Controller

14 Ringkern

15 Durchgriffsfläche

16 Kern

17 Ausnehmung

A1 erster Abstand

A2 zweiter Abstand

F Flusslinie

HV Batterie

I Inverter

M Drehstrommotor u, v, w Phase

Z Zwischenraum