Induktanzvorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft eine In duktanzvorrichtung ohne bewegliche Teile, die wenigstens eine stromführende Wicklung enthält, welche in einem ringförmig ge schlossenen Hohlraume eines aus ferromagne- tischem Material bestehenden Körpers einge schlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Körper einen veränderlichen Querschnitt des magnetischen Stromkreises und eine so geformte äussere Begrenzungs fläche besitzt, daft bei stromdurchflossener Wicklung praktisch gesprochen keine magne tischen Kraftlinien durch diese Begrenzungs fläche austreten.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen standes, nämlich eine Induktanzspule zur Be lastung von Fernsprechleitungen dargestellt. Darin zeigt die Fig. 1 einen Hauptquerschnitt und Fig. 2 einen Grundriss der Induktanz= spule. Die Fig. 3 veranschaulicht die durch eine stromdurchflossene Wicklung von ge ringem Querschnitte in einem unbegrenzten homogenen und isotropen Medium von kon stanter Permeabilität erzeugten magnetischen Kraftlinien und die dazu gehörigen Kurven gleichen magnetischen Potentials.
Die Fig. 4 ist eine Variante der Fig. 1.
Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ist die aus zwei genau gleichen Hälften bestehende Drahtwicklung 7 vom zweiteiligen Mantel 8 vollständig eingeschlossen. Der letztere ist aus zwei genau aufeinander passenden Ringen 9 und 10, deren Querschnitte den beiden Hälften eines Ovals entsprechen, zusammen gesetzt. Die ebenen Flächen der Ringe 9 und 10 weisen kreisförmige Rinnen zum Einlegen der Drahtwicklung 7 auf. Für die Ringe 9 und 10 kann beliebiges ferromagne- tisches Material von homogenem Aussehen und vernachlässigbaren Wirbelstromverlusten verwendet werden.
Immerhin hat sich dafür bis jetzt ein aus gepresstem Pulver von weichem Eisen bestehender Körper am besten bewährt.
Aus den Fig. 1 und 2 (siehe die punk tierten Kreise 11 und 12, sowie die ausge zogenen Kreise 13 und 14) lässt sich ent nehmen, dass in der Gegend des äussern Ring umfanges viel mehr magnetisches Material vorhanden ist, als in der Gegend des innern Ringumfanges. Diese Materialverteilung ist allerdings in bezug auf die Induktanzeinheiten nicht die sparsamste.
Sie hat jedoch den grossen Vorteil die Streuung magnetischer Kraftlinien ausserhalb des Mantels und das dadurch verursachte Nebensprechen zwischen nebeneinanderliegenden Spulen auf ein Mini mum zu vermindern, beziehungsweise letzteres praktisch vollständig aufzuheben, wenn eine nach Fig. 1 hergestellte Spule gegen benach barte Spulen in der gebräuchlichen Weise durch Zwischenlagen aus starkem Metallblech magnetisch abgeschirmt wird. In den Zwischen lagen treten dabei nur ganz geringe Wirbel ströme auf.
Dies wird dadurch erreicht, dass, bei der gewählten Mantelform, praktisch ge sprochen, keine magnetischen Kraftlinien aus der äussern Begrenzungsfläche des Mantels austreten.' Die Zweckmässigkeit der dargestellten Verteilung des magnetischen Materials tun den Wicklungsquerschnitt herum ist leichter zu verstehen, wenn man die bei elektro magnetischer Erregung des die Wicklung bei abgenommenem Mantel umgebenden Luft raumes entstehenden magnetischen Kraftlinien und die ihnen entsprechenden Niveaukurven gleichen magnetischen Potentials in Betracht zieht, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind. In dieser bedeuten 15 und 16 die beiden Quer schnitte der Drahtwicklung. Einige der er zeugten Kraftlinien sind durch die Kurven 17, 18, 19, 20 und 21 angedeutet.
Die Niveaukurven verbinden die beiden Quer schnitte 15 und 16. Zwischen je zwei be nachbarten Niveaukurven besteht die gleiche Potentialdifferenz. Zieht man nun eine hohl ringförmige Kraftröhre in Betracht, deren äussere Oberfläche durch Kraftlinien 21 und deren innere Oberfläche analog durch Kraft linien 20 gebildet wird, so ist der darin zerr, Erzeugung der magnetischen Induktion er forderliche Betrag der magnetischere Kraft selbstverständlich überall gleich dein von der stromdurchflossenen Wicklung gelieferten Werte, da im Luftraum die Kraft und die Induktion durch praktisch denselben Zahlen wert dargestellt sind und dieselbe Richtung besitzen.
Da bei Ausfüllung des Innenraumes der hohlringförmigen Kraftröhre durch ein homogenes und isotropes Medium vor kon stanter Permeabilität die Induktion überall in der Röhre dieselbe Richtung behält und proportional der magnetischen Kraft bleibt und daher auch keine magnetischen Bele gungen entstehen, so bleibt jene Gleichheit auch in diesem Falle bestehen.
Ausserhalb des Mantels aus ferromagnetischem Material besteht nur dasjenige magnetische Feld, welches auch in Abwesenheit des Mantels vorhanden wäre. während bei anderer Gestalt des Mantels magnetische Belegungen und daher ein zusätzliches magnetisches Feld auf treten würden. Man kann dieses Resultat auch so deuten, dass das grösste magnetische Potentialgefälle vom elektrischen Strom an derjenigen Stelle erzeugt wird, wo der mag netische Widerstand des Mantels am grössten ist und dass aus diesem Grunde die Kraft linien nicht das Bestreben haben ans dem Mantel auszutreten.
Wird nun für den LTrn- riss des Querschnittes des Mantels die Ge stalt der Kraftlinie 21 zugrunde gelegt und ist der für die Drahtwicklung erforderliche Raum im Verhältnisse zum Rauminhalte des Mantels so gering, dass er, ausser Betracht fallen kann, so kann man auch einen so ge- forrnten Mantel zum Einbetten der Wicklung verwenden, ohne die Bildung eines magne tischen Streufeldes ausserhalb der Spule be fürchten zri müssen.
Ein einfaches Verfahren zur Bestimmung des Querschnittumrisses für den magnetischen Mantel besteht darin, dass man für die Drahtwicklung für sich allein, ohne Mantel, beispielsweise unter Verwendung von Gleich strom passender (lrössenordnung, die magne tischen Kraftlinien ermittelt, sie entsprechend Fig. 3 aufzeichnet, und eine nicht zu nahe beire Wicklungsquerschnitte liegende Kraft linie als Ürierih für den Mantelquerschnitt auswählt.
Immerhin ist dabei daran zu denken, dass der für die Unterbringung der Wicklung 7 in Fig. 1 beanspruchte Raum eine andere Permeabilität aufweist, als der Mantel und dass an dieser Stelle der magrre- tisehe Widerstand für die Kraftlinien grösser ist, als im übrigen Teile des Mantelquer schnittes. Es kann daher zweckmässig sein, den Umriss des letzteren dort zu erweitern, wo ohne eine solche Erweiterung eine Wider standsvermehrung eintreten würde, insbe sondere an den inneren Kanten der Wicklung, wo auch die Kraftlinien am meisten zusammen gedrängt sind. Ein solcher Fall ist in Fig. 4 dargestellt.
Der Wicklungsquerschnitt ist er heblich grösser als in Fig. 1 und kann daher gegenüber dem Mantelquerschnitt nicht mehr vernachlässigt werden. Die punktierte Kurve 22 entspricht einer Kraftlinie, wie sie von der stromdurchflossenen Wicklung im freien Luftraume (siehe die Ausführungen zu Fig. 3) erzeugt wird. Der ausgezogene Umriss 23, welcher annähernd den gleichen Flächeninhalt besitzt wie 22, verläuft in der Gegend der Innenkanten der Wicklung, also dort, wo der Abstand zwischen der Kurve 22 und der Wicklung am kleinsten ist, ausserhalb der eben genannten Kurve.
Inductance device. The present invention relates to an in ductance device without moving parts, which contains at least one current-carrying winding which is enclosed in an annularly closed cavity of a body made of ferromagnetic material, characterized in that said body has a variable cross section of the magnetic circuit and has an outer boundary surface shaped in such a way that practically speaking no magnetic lines of force emerge through this boundary surface when the winding flows through it.
In the accompanying drawing, an embodiment of the subject matter of the invention, namely an inductance coil for loading telephone lines is shown. 1 shows a main cross-section and FIG. 2 shows a plan view of the inductance coil. Fig. 3 illustrates the magnetic lines of force generated by a current-carrying winding of ge ringem cross-sections in an unlimited homogeneous and isotropic medium of constant permeability and the associated curves of the same magnetic potential.
FIG. 4 is a variant of FIG. 1.
As FIGS. 1 and 2 show, the wire winding 7 consisting of two exactly identical halves is completely enclosed by the two-part jacket 8. The latter is made up of two rings 9 and 10 which exactly fit one another and whose cross-sections correspond to the two halves of an oval. The flat surfaces of the rings 9 and 10 have circular grooves for the wire winding 7 to be inserted. Any ferromagnetic material with a homogeneous appearance and negligible eddy current losses can be used for the rings 9 and 10.
After all, a body made of pressed powder of soft iron has so far proven to be the best.
From Figs. 1 and 2 (see the dotted circles 11 and 12, and the drawn out circles 13 and 14) it can be taken ent that there is much more magnetic material in the area of the outer ring than in the area of the inner circumference of the ring. However, this material distribution is not the most economical with regard to the inductance units.
However, it has the great advantage of reducing the scattering of magnetic lines of force outside the jacket and the resulting crosstalk between adjacent coils to a minimum, or practically canceling the latter when a coil made according to Fig. 1 against neighboring coils in the usual way is magnetically shielded by intermediate layers made of strong sheet metal. Only very small eddy currents occur in the intermediate layers.
This is achieved in that, in the case of the chosen shell shape, practically speaking, no magnetic lines of force emerge from the outer boundary surface of the shell. ' The expediency of the distribution of the magnetic material shown around the winding cross-section is easier to understand if you take into account the magnetic lines of force and the corresponding level curves of the same magnetic potential as they are caused by the electromagnetic excitation of the air space surrounding the winding with the jacket removed are shown in FIG. In this 15 and 16 mean the two cross sections of the wire winding. Some of the lines of force he generated are indicated by curves 17, 18, 19, 20 and 21.
The level curves connect the two cross sections 15 and 16. There is the same potential difference between each two adjacent level curves. If you now consider a hollow ring-shaped power tube, the outer surface of which is formed by lines of force 21 and the inner surface of which is analogously formed by lines of force 20, the amount of magnetic force required to generate the magnetic induction is naturally everywhere equal to that of that current-carrying winding, since in the air space the force and induction are represented by practically the same numerical value and have the same direction.
Since when the interior of the hollow-ring-shaped power tube is filled with a homogeneous and isotropic medium in front of constant permeability, the induction keeps the same direction everywhere in the tube and remains proportional to the magnetic force and therefore no magnetic occupations arise, this equality remains in this case as well consist.
Outside the jacket made of ferromagnetic material there is only that magnetic field which would also be present in the absence of the jacket. while with a different shape of the jacket magnetic coatings and therefore an additional magnetic field would occur. This result can also be interpreted in such a way that the greatest magnetic potential gradient is generated by the electric current at the point where the magnetic resistance of the jacket is greatest and that, for this reason, the lines of force do not tend to exit the jacket.
If the shape of the line of force 21 is taken as the basis for the tear of the cross section of the jacket and the space required for the wire winding is so small in relation to the volume of the jacket that it can be disregarded, one can also do so Use a shaped jacket to embed the winding without having to worry about the formation of a magnetic stray field outside the coil.
A simple method for determining the cross-sectional outline for the magnetic jacket consists in determining the magnetic lines of force for the wire winding by itself, without a jacket, for example using direct current of the appropriate order of magnitude, recording them according to FIG. 3, and Selects a force line that is not too close to the winding cross-sections as the excess for the jacket cross-section.
At least it should be remembered that the space required for accommodating the winding 7 in FIG. 1 has a different permeability than the jacket and that at this point the magnetic resistance for the lines of force is greater than in the remaining parts of the Coat cross-section. It may therefore be useful to expand the outline of the latter where, without such an extension, an increase in resistance would occur, in particular special at the inner edges of the winding, where the lines of force are most crowded together. Such a case is shown in FIG.
The winding cross-section is considerably larger than in FIG. 1 and can therefore no longer be neglected compared to the jacket cross-section. The dotted curve 22 corresponds to a line of force as it is generated by the current-carrying winding in the free air space (see the explanations relating to FIG. 3). The solid outline 23, which has approximately the same area as 22, runs in the area of the inner edges of the winding, that is, where the distance between the curve 22 and the winding is smallest, outside the curve just mentioned.