(57)【要約】      （修正有）【課題】定格動作において可能な限り損失出力が小さく、不均衡で非対称な減衰を発生させ、これにより給電網インピーダンスが関与する共振と、これに関連する過電圧とを回避する回路装置の実現。【解決手段】ラインフィルタ用チョークは、１次巻線（１ａ、１ｂ、１ｃ）及び２次巻線１ｄを有し、１次巻線（１ａ、１ｂ、１ｃ）は、チョークと１次側回路２と接続する為のものであり、又２次巻線１ｄは２次側回路４を有し、１次巻線（１ａ、１ｂ、１ｃ）及び２次巻線１ｄは１つの巻線コア３に配置されて、２次側回路４には減衰部材（５ａ、５ｂ、５ｃ）が含まれ、これら減衰部材（５ａ、５ｂ、５ｃ）は、チョークを用いて１次側回路２において減衰を行う形式のチョークにおいて、減衰部材（５ａ、５ｂ、５ｃ）には、１次側回路特性量に応じて前記減衰を行う手段が含まれて、１次側回路特性量は、例えば、１次側回路の電圧又は電流又は周波数であるチョークの構成。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次巻線（１ａ，ｂ，ｃ）と、２次巻線（１ｄ）とを有する、ラインフィルタに対するチョークであって、
前記の１次巻線（１ａ，ｂ，ｃ）は、当該のチョークと１次側回路（２）と接続するためのものであり、また前記の２次巻線（１ｄ）は２次側回路（４）を有しており、
前記の１次巻線（１ａ，ｂ，ｃ）および２次巻線（１ｄ）は１つの巻線コア（３）に配置されており、
前記の２次側回路（４）には減衰部材（５ａ，ｂ，ｃ）が含まれており、
該減衰部材は、前記のチョークを用いて１次側回路（２）にて減衰を行う形式のチョークにおいて、
前記の減衰部材（５ａ，ｂ，ｃ）には、１次側回路特性量に応じて前記の減衰を行う手段が含まれており、
前記の１次側回路特性量は、例えば、１次側回路電圧または１次側回路電流または１次側回路周波数であることを特徴とする
チョーク。
【請求項２】
前記の手段（５ａ，ｂ，ｃ）を構成して、当該手段により、前記の減衰を決定する１次側回路特性量の強度に比例して依存する減衰強度が生じるようにした、
請求項１に記載のチョーク。
【請求項３】
前記の手段（５ａ，ｂ，ｃ）により、前記の巻線コア（３）の材料の磁気飽和に応じて、前記の減衰強度が得られる、
請求項１または２に記載のチョーク。
【請求項４】
前記の巻線コア（３）にはケイ素鉄が含まれており、また例えば方向性ケイ素鉄製薄板によって実現される、
請求項１から３までのいずれか１項に記載のチョーク。
【請求項５】
前記の減衰部材（５ａ，ｂ，ｃ）を構成して、当該の減衰部材により、前記の１次側回路電圧または１次側回路電流の１つのまたは２つの半波が変化されるようにした、
請求項１から４までのいずれか１項に記載のチョーク。
【請求項６】
前記の減衰部材（５ａ，ｂ，ｃ）にはスイッチ手段（５ｂ）が含まれており、
該スイッチ手段を構成して、当該スイッチ手段により、前記の減衰の時点または強度が制御されるようにした、
請求項１から５までのいずれか１項に記載のチョーク。
【請求項７】
前記の１次側回路（２）に対して、３相交流網（２）を接続するため、３つの１次巻線（１ａ，ｂ，ｃ）が設けられており、
前記の２次側回路（４）に対して、４つ目の巻線（１ｄ）が設けられており、
前記の１次側回路巻線（１ａ，ｂ，ｃ）および２次側回路巻線（１ｄ）は共通の巻線コア（３）に配置されている、
請求項１から６までのいずれか１項に記載のチョーク。
【請求項８】
スイッチ手段（６）が前記のチョークによって包囲されており、
当該スイッチ手段を配置して、前記の１次側回路特性量に応じて１次側回路（２）が給電網から切り離されるようにした、
請求項１から７までのいずれか１項に記載のチョーク。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載のチョークを有することを特徴とするラインフィルタ。
【請求項１０】
請求項９に記載されたラインフィルタを有することを特徴とする電気装置、例えば電気駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載したラインフィルタチョーク（Netzfilterdrossel）、請求項９に記載したラインフィルタおよび請求項１０に記載した電気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなチョークは、スイッチング電源、サーボ駆動装置、ＵＳＶなどのパワーエレクトロニクスの装置の作動時に使用される。
【０００３】
ラインフィルタは、電子装置によって発生しかつ公共の給電網に及ぼす障害的な影響を制限する（妨害波除去）。またラインフィルタによって電気装置の電磁両立性も改善されて障害に対する耐性も高まる。したがって関連するＥＭＶ規則を遵守するために、本発明のチョークを有するラインフィルタが必要である。これらのラインフィルタに共通なのは、これらが数マイクロファラッド範囲のキャパシタンス（保護導線に対して測定した相）を有することであり、ここでこれらのキャパシタンスは、給電網の線間電圧（Strangspannung）からの非対称の障害を遮断しようとしているものである。これらのキャパシタンスは、給電網インピーダンスと共に、ある程度減衰される共振回路を形成する。この共振回路は、相応する励起があれば、共振を起こすことがある。これにより、フィルタ入力側における大きな誘導電流（Ableitsstroeme）と、相応する周波数を有する極めて大きな電圧が相−アースに発生し、これらが、通常の給電網電圧に重畳されてコンポーネントの破壊に結び付き得るのである。ここで上記の励起の源となるものは、極めて多種多用である。励起源として考えられるのは、クロック周波数および対応する高調波がふつう数１０ＫＨｚにまで達する、上記のラインフィルタに接続されているパワーエレクトロニクス装置であるが、または給電網周波数の倍数でありかつこの給電網の別の個所に接続されているまったく別の消費装置によって発生し得る高調波も考えられる。したがって上記の励起のスペクトルは、数１００Ｈｚから数１０ＫＨｚに至るまで拡がっているのである。
【０００４】
給電網のインピーダンスは、実質的にインダクタンス成分を供給する給電ノード、線路、変換器などからなる複雑な系から合成されるが、所定の時点に接続される消費装置全体からも合成される。抵抗形の消費装置が優勢の場合、給電網は良好に減衰されて、共振の危険性は比較的小さい。任意の付加的な負荷により、実効的な給電網インピーダンスが低減される。このインピーダンスのインダクタンス成分は、変換器のリアクタンス変動および線路長（給電点からの距離）によって決まるが、３相誘導モータのような誘導形消費装置のリアクタンス変動によっても決まる。例えば北米および中国に存在するする給電網のような大きな空間的な拡がりを有する給電網では、ヨーロッパよりもインダクタンス成分が大きいのがふつうである。したがって給電網のインピーダンスを予想することはできない。このインピーダンスは、スイッチング状態および都度の負荷状態に依存しており、したがって時間的にも変化する。
【０００５】
すでに述べたことを考慮すると明らかになるのは、共振に対して、比較的大きい危険ではあるが予測することも困難な危険が存在することである。安定かつ比較的良好に減衰される給電網であっても、パワーエレクトロニクス消費装置が容量性負荷と共に、比較的長く損失の小さい線路、すなわち断面積を十分に大きく設計した線路において作動される場合には共振が発生し得る。多くのラインフィルタを有する比較的大きなパワーエレクトロニクスシステム、例えば印刷機械に対する駆動システムの場合、共振周波数をクリティカルな範囲に移動させるのに２０〜３０ｍの線路があれば十分である。
【０００６】
パワーエレクトロニクス消費装置において確立されているパルス動作が原因となり、どのようなシステムにも存在するアースに対する寄生容量（例えばシールドされたモータ線路では、シールドに対する線路の寄生容量）によって誘導電流が発生する。この誘導電流は、大部分がラインフィルタに存在するコンデンサ（相−アース）を介して逆流し、このために励起の大きな成分になる。すなわちこれは非対称の励起である。基本的には対称の励起（すなわち相−相）も考えることができるが、この場合の共振の確率は格段に小さい。それはラインフィルタに後置接続される消費装置により、ふつう十分な対称の減衰が行われるからである。
【０００７】
非対称の減衰を行うため、多くのラインフィルタメーカは、低抵抗の抵抗を上記のコンデンサに並列接続しているが、こうすることにより、すでに定格出力において相応に出力が損失してしまう。励起が大きい場合であってもなお十分に減衰が行われて共振が抑圧されることも保証されない。線路に抵抗を挿入することは、これに伴う大きな出力損失のため、問題外である。
【０００８】
公開された実用新案DE 295 06 951 U1には、ラインフィルタの構造が示されている。これは、ラインフィルタに対するチョーク形減衰変換器を有しており、この変換器は、このチョークを給電網相（Netzphase）Ｌ１〜Ｌ３に接続するに接続する１次巻線と、２次側回路を備えた２次巻線とを有する。ここでこの１次巻線および２次巻線は、１つの巻線コアに配置されており、また２次側回路には抵抗形負荷の形態の減衰部材が含まれており、この減衰部材が、上記のチョークによって１次側の減衰を発生させるのである。上記の抵抗形負荷は、この装置の変換器的な作用によって、１次側回路に変換されてこの一次側回路を持続的に減衰させる。この装置の欠点は、一方では１次側回路を持続的に減衰することであり、また他方ではチョークコイルコアに対してフェライト材料を使用していることである。フェライトは、透磁率が温度に大きく依存しまた誘導の飽和（Saettgungsinduktion）が約４００ｍＴにしかならないという欠点を有する。またキューリー温度が低いため、必要に応じて大きな損失を意図的に発生させようとして減衰チョークに使用すると、このキューリー温度に容易に達してしまうおそれがある。またフェライトコアはある程度の大きさまでしか経済的に作製できない。それは、サイズの大きくなるのにつれて、作製時に壊れる危険性が極めて高くなるためである。これによって歩留まりが小さくなり、相応にコストが高くなってしまう。また場合によって発生し得る過負荷を検出することができない。従来技術から公知のチョークでは、パワーエレクトロニクス装置が原因で発生する、線路に結び付いた障害だけを低減しようとするものであり、しかもＥＭＶ検査（EMV-Betrachtung）に関係しないより低い周波数に、共振個所をシフトすることによって低減しようとするものである。
【特許文献１】実用新案DE 295 06 951 U1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、つぎのような回路装置を実現することである。すなわち、定格動作において可能な限り損失出力が小さく、また不均衡で非対称な減衰を発生させ、これによって給電網インピーダンスが関与する共振と、これに関連する過電圧とを回避する回路装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、本願発明の請求項１により、１次巻線と、２次巻線とを有する、ラインフィルタに対するチョークであって、上記の１次巻線は、上記のチョークと１次側回路と接続するためのものであり、また上記の２次巻線は２次側回路を有しており、上記の１次巻線および２次巻線は１つの巻線コアに配置されており、上記の２次側回路には減衰部材が含まれており、これらの減衰部材は、上記のチョークを用いて１次側回路において減衰を行う形式のチョークにおいて、上記の減衰部材には、１次側回路特性量に応じて前記の減衰を行う手段が含まれており、上記の１次側回路特性量は、例えば、１次側回路電圧または１次側回路電流または１次側回路周波数であることを特徴とするチョークを構成することによって解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明では、使用した減衰部材に、１次側回路特性量にしたがって減衰行う手段が含まれており、ここでこの１次側回路特性量は、１次側回路電圧または１次側電流または１次側周波数である。これにより、損出出力の持続的な発生が回避され、また減衰を適応的かつ１次側回路特性量に依存して行うことができる。したがってこの減衰は、位置的な条件および条件の変化に動的に適合し、上記の従来技術とは異なり、静的かつ持続的な損失を伴ってはいないのである。この利点は殊に、上記の手段を構成して、この手段により、減衰を決定する１次側回路特性量の強度に比例して依存する減衰強度を生じさせるようにすることによって得られる。
【００１２】
上記の手段は有利には、巻線コア材料の磁気飽和にしたがって減衰強度を生じさせて、過飽和状態を回避する。
【００１３】
殊に有利には上記の巻線コアは、ケイ素鉄を含んでおり、また例えば、方向性のこの材料製の薄板を用いて実現される。この巻線コアはラインフィルタの前段に接続されてつぎのように作動される。すなわち、この巻線コアが、励起のない定格動作においてわずかな値、例えば１５０ｍＴの周りの値にレベル調整されるように作動されるのである。図３に示したように、このようにレベル調整した際にコア損失はまだ極めて小さい。レベル調整および周波数が増大するのに伴って、上記の損失は増大するため、この周波数成分を相応に減衰させる。共通の巻線コアとしてのケイ素鉄薄板製のリングコアは、任意のサイズでコスト的に有利に作製できるため、大きな線路断面が必要な大電流の適用に対してもこれを利用可能である。さらにこのコア材料は、（２テスラまでの）高いレベル調整領域を有しており、またキューリー温度は６００℃以上である。フェライトよりも高いコア損失は、この適用において望ましくまた必要でもある。
【００１４】
殊に極めて有利には、上記の減衰部材を構成して、この減衰部材により、１次側回路状態に依存して１次側回路電圧または１次側回路電流の１つまたは２つの半波が変化するようにする。これによって上記の強度を付加的に増大させるかまたは弱めることができる。
【００１５】
上記の減衰部材は有利にはスイッチ手段を有しており、ここではこのスイッチ手段を構成して、このスイッチ手段により、有利には１次側回路状態に依存して上記の減衰の時点または強度が制御されるようにする。これによって本発明は、ワールドワイドに多くの給電網に適応可能である。
【００１６】
３相交流網における本発明の有利な適用に対して、上記のチョークは、１次側回路に対して３相交流網に接続するための３つの１次巻線を有しており、また２次側回路に４つ目の巻線を有する。ここで１次側回路巻線および２次側回路巻線は共通の巻線コアに配置されている。また２相または４相交流網も対象である。
【００１７】
安全性を高めるため、スイッチ手段が設けられており、またチョークによって包囲されている。ここでこのスイッチ手段は、１次側回路特性量に応じて給電網から１次側回路を切り離せるように配置構成されている。選択可能な減衰が、変化する１次側回路特性量に対してもはや間に合わなくなった場合には、接続された周辺装置の誤動作を回避するため、上記の給電網を遮断することが可能である。例えば、サーモスイッチを設けることができ、ここでこのサーモスイッチは、負荷抵抗において所定の温度を上回ることによって識別可能な過負荷の際に開成し、また例えば装置を停止させるのに使用可能な信号を形成する。
【００１８】
上記のチョークは、ラインフィルタに使用される。このラインフィルタは有利には、電気装置、例えば電気駆動装置の構成部材である。
【実施例】
【００１９】
本発明の別の有利な実施形態は、以下に説明する適用例から得られる。
【００２０】
図１には本発明のラインチョークを有する３相ラインフィルタの部分図が示されている。当然のことながら、この基本コンセプトは、任意の相数のラインフィルタに有利である。
【００２１】
詳しくいうと、ここでは１次側回路２にチョークを接続するためのこのチョークの１次巻線１ａ，ｂ，ｃと、２次側回路４を有する２次巻線１ｄとが示されており、１次巻線１ａ，ｂ，ｃおよび２次巻線１ｄは、方向性ケイ素鉄薄板（kornorientierte SiFe-Blech）製の共通の巻線コア３に配置されている。また２次側回路４には、減衰部材５ａ，ｂ，ｃが含まれており、この減衰部材は、このチョークを用いて、１次側回路２の減衰を行うに有利である。上記の減衰構成部材には、実質的な構成部材として、１次側回路電圧に対する電圧レベル検出器５ａと、電気的に駆動制御可能なスイッチ手段５ｂと、負荷としてのオーム消費装置５ｃとが含まれている。この負荷のすく近くにサーモスイッチ６が配置されており、このスイッチは、負荷抵抗５ｃの温度に基づいて１次側の電圧ピークまたは電流ピークに間接的に反応することができる。残りの構成部材は、回路設計および動作点設定に使用される。これにより、手段５ａ，ｂ，ｃは、１次側回路特性量に応じて減衰を変化させることできる。
【００２２】
励起ひいては誘導電流が増大すると、巻線１ｄに誘導される電圧も増大する。この電圧が、Ｚダイオード５ａによって決定される所定のレベルに達すると、サイリスタ５ｂが点弧し、負荷抵抗５ｃが巻線１ｄに接続され、これによってこの負荷抵抗は、変換器を介して２次側２に結合されて減衰を行うのである。２つのＺダイオード５ａに対して異なる電圧を選択して、最初に一方のサイリスタだけが点弧してまず１つの半波を有効にすることも十分に考えられる。巻線１ｄにおける電圧がさらに上昇してはじめて、第２Ｚダイオードによって第２サイリスタが点弧して、第２の半波が同様に考慮される。これによってこれらの半波を選択的かつ１次側回路に依存して減衰することができるのである。
【００２３】
この減衰の強度は、サイリスタが点弧した後、励起の増大に伴って引き続き連続して増大する。これは、Ｚダイオードによって設定される固定のスイッチオン閾値によって行われる。巻線１ｄにおける電圧が、上記のサイリスタをちょうど点弧することのできる値に達した場合、約９０°の位相点弧（Phasenanschnitt）または点弧角が調整される。このことは図４にはっきりと示されている。
【００２４】
巻線１ｄにおけるピーク電圧が、例えば約３０ボルトから６０ボルトに２倍になる場合、小さい方の点弧角が残り、これによって１次側に結合されるオーム成分の作用が増大する。これについては図５を参照されたい。
【００２５】
本発明の枠内では、上記のサイリスタに対する点弧閾値は、リングコアの飽和が回避されてこのリングコアが磁気的につねに有効な状態にとどまるレベルにされる。使用されるコア材料の誘導の飽和が大きいことに起因して、サイリスタ調整器がアクティブになるはずである領域の前に別の調整領域が得られる。
【００２６】
ここでは負荷抵抗５ｃにサーモスイッチ６が含まれている。抵抗５ｃおよび別の構成部分の過負荷に結び付き得る比較的長い時間にわたる大きな励起を行おうとする場合、装置または周辺装置が損傷する前にこのスイッチ６を開成して、この装置を制御によって停止してこの給電網から切り離すことのできる信号を供給する。
【００２７】
図６には、ラインフィルタを有する実際の装置の給電端子において測定した状況が示されている。本発明によるチョークによれば、本発明の回路を有しない解決手段（3000Hzの周りに共振心周波数を有する曲線１）と比べて、励起が４倍大きい場合であってもとりたてていうほど、共振が過度に増大する様子はもはや確認できない（曲線２）。（チョークのない）曲線１は、５ボルトで励起した場合に得られ、（チョークを有する）曲線２は２０Ｖで励起した場合に得られたものである。
【００２８】
図２は、図１の回路の択一的な実施例を示しており、これは同等の作用を有する。図１と同じ参照符号は、同じ意味を有する。この解決手段は、図１に示した解決手段と比べて、上側の分岐におけるサイリスタのゲート抵抗が、巻線１ｄにおける出力電圧には依存せずに、制限された損失出力しか生じないという利点を有する。それは、これが、負荷抵抗５ｃにおける電圧降下がもはやゲートにおいて識別されないからである。その下にある分岐におけるサイリスタのゲート抵抗は、すでに同じように接続されているため、この回路は対称に構成されている。しかしながら基本的な機能は、２つの回路変形形態（図１および２）において極めて広い範囲にわたって同じである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のラインチョークを有する３相ラインフィルタの部分図である。
【図２】図１の回路の択一的な実施例を示す回路である。
【図３】コア損失を示す線図である。
【図４】点弧角の調整を示す線図である。
【図５】１次側に結合されるオーム成分の増大を示す線図である。
【図６】本発明のラインフィルタを有する装置の給電端子において測定した最大動作電流と、本発明の回路を有しない装置の最大動作電流とを比較する線図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ａ，１ｂ，１ｃ  １次巻線、  １ｄ  ２次巻線、  ２  １次側回路、  ３  巻線コア、  ４  ２次側回路、  ５ａ  減衰部材（Ｚダイオード）、  ５ｂ  減衰部材（サイリスタ）、  ５ｃ  減衰部材（負荷抵抗）、  ６  サーモスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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