DE10042756C2

DE10042756C2 - Spule und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE10042756C2
Application number: DE2000142756
Authority: DE
Inventors: Traugott Funk
Original assignee: Netec AG
Current assignee: LBBZ-NRW GMBH, 52511 GEILENKIRCHEN, DE
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: DE10042756B8; DE10042756A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Spule, die aus mindestens zwei Windungen eines Leiters besteht, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Aus der GB-A-2 260 222 ist eine Spule, bestehend aus einer Mehrzahl von flach in jeweils in einer Ebene angeordneten Lei tern bekannt. In der Spulenmitte werden die nebeneinanderlie genden flachen Leiter durch Punktschweißen miteinander verbun den. Um für die Punktschweißung genügend Auflagefläche zu schaffen, sind die Leiterenden weit in die Spulenmitte hinein geführt, wodurch sich der elektrische Wirkungsgrad wesentlich verschlechtert.

An den Stoßstellen mehrerer Leiter bilden sich Spaltöffnungen und Ablagerungen, die die Korrosionsgefahr erhöhen. Weiterhin werden die Einbauverhältnisse durch die nach innen hineinra genden Leiterenden beeinflusst. Insgesamt ergibt sich eine Vielzahl von Einschränkungen, wie nachfolgend im einzelnen be gründet wird:
Für elektrische oder induktive Bauelemente sind Spulen und Spulenkörper unterschiedlicher Bauart bekannt. Angefangen von der Induktionsspule aus Drahtwendeln bis hin zu flachen Pla nartransformatoren werden die Spulenkörper je nach Leistungs bedarf und Einbauverhältnissen für die unterschiedlichsten An wendungszwecke entworfen. Trotz der Verschiedenartigkeit der Anwendungen gibt es einige gemeinsame Anforderungen, die von den bekannten induktiven Bauelementen in unterschiedlichem Ma ße erfüllt werden:

a) Baugröße
Die beim Wickeln von Spulen auftretenden Anfangs- und Endstücke sollten jeweils nach außen geführt werden. Bei mehrlagig gewickelten Spulen treten herkömmlicherweise Querläufer auf, die die Bauhöhe unnötig vergrößern (siehe US 5 355 301, US 4 873 757, US 5 027 255 und US 4 547 961).
b) Homogener Leitungsquerschnitt
Bei Planartransformatoren werden die Spulen aus einzelnen flachliegenden Windungen gebildet, die untereinander über Kontakte zusammengeschaltet werden. Hierbei bilden sich Stoßstellen, die einem erhöhten Korrosionsangriff ausge setzt sind. Ferner können Unterbrechungen und bei höheren Stromdurchgängen Lichtbögen auftreten.
c) Elektrischer Wirkungsgrad
Bekanntlich werden an scharfen Kanten und Abknickungen - wie sie bei Querläufern in Spulen entstehen - die elek trischen Feldlinien ungünstig beeinflusst. Es kommt zu Überlagerungen und Abschwächung des Feldes, so daß der elektrische Fluß gestört wird.

Außerdem entstehen elektrische Feldstörungen, die die umgeben den Bauteile negativ beeinflussen bzw. stören können.

Aus der DE 196 27 817 A1 ist eine Flachspule bekannt, die min destens einen Spulenkörper mit einem Wickelkörper umfasst, auf den eine Wicklung spiralförmig aus einem langgestreckten iso liertem Leiter aufgewickelt ist. In einem Beispiel werden drei Flachspulen zu einer gemeinsamen Spulenanordnung zusammenge fasst, wobei die Enden jeder Wicklung in eine Durchgangsöff nung in der Spulenmitte geführt werden, um sie elektrisch mit einander zu verbinden. An den Enden der Leiter treten daher Stoßstellen mit den eingangs genannten Nachteilen zwischen den Leitern auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nach teile bei einer Spule der eingangs genannten Art zu überwinden und ein elektrisch und magnetisch hochwirksames induktives Bauelement zu entwickeln, dessen Platzbedarf bei hohem Wirk querschnitt möglichst gering ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen 1 und 5 angegebenen Merkmale gelöst. Der Vorteil eines hohen Kupferfüllfaktors besteht insbesondere darin, daß die soge nannten Kupferverluste reduziert werden. Damit reduziert sich der Wicklungswiderstand, was zu einer Verringerung der thermi schen Verluste bei gleichzeitiger Erhöhung des Wirkungsgrades führt.

Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der erfin dungsgemäßen Spule anhand von jeweils einer Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemä ßen Spule,

Fig. 2 zeigt am Beispiel eines induktiven Bauelementes eine erfindungsgemäße Spule im Querschnitt.

Anhand der in Fig. 1 dargestellten Anfgangs- und Endstücke A, E eines spiralig zu Wickeln 1, 2 aufgebauten Leitermaterials wird der prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemäßen Spule er sichtlich. Man erkennt, daß die Leitermaterialien abwechselnd von außen nach innen und von innen nach außen gewickelt sind, wobei die Gesamthöhe H der Spule sich aus der Breite des ver wendeten Leitermaterials ergibt.

In der Wickelmitte beim Übergang vom Innenbereich I₁ auf I₂ ist ein Verbindungsleiter 3 parallel zur Spulenachse 4 darge stellt. Hierdurch werden die Wickel 1, 2 besonders platzspa rend miteinander verbunden. Grundsätzlich sind auch tangential verlaufende Verbindungsleiter einsetzbar, um die Wickel 1, 2 miteinander zu verbinden.

Das induktive Bauelement gemäß Fig. 2 besteht ebenfalls aus Wickeln 1, 2, die symmetrisch zur Spulenachse 5 liegen. Die Wickelhöhen H₁, H₂ ergeben in der Addition mit der Breite B des Isolationsmaterials die Gesamthöhe H der Spule.

Die erfindungsgemäße Spule ist mit einem konstanten Quer schnitt aus homogenem Material hergestellt. Ein durchgehender Leiter wird zu zwei gegenläufig gewickelten Spiralen geformt, die wegen des konstanten Leitungsquerschnittes ein sehr homo genes elektromagnetisches Feld erzeugen.

Die neue Spule kann sehr hohen Temperaturen ausgesetzt werden, da sie keine Fremdmaterialien oder Schwächungszonen in Form von Schweiß- oder Lötstellen aufweist.

Im dargestellten Falle eines gespreizten Wickels sind noch Se kundärwicklungen in die offenen Abschnitte 6, 7 des Transformators einzubringen. Bei dieser Bauart werden nur geringe Streuinduktivitäten erzeugt bei einem Minimum an Luftspalt- und Isolationszwischenräumen.

Bezugszeichenliste

1

,

2

Wickel

3

Verbindungsleiter

4

,

5

Spulenachse

6

,

7

Offene Abschnitte des Transformators
A, E Anfangs- und Endstück
B Breite des Isolationsmaterials
H Gesamthöhe der Spule
H₁

, H₂

;Wickelhöhe
I₁

, I₂

;Innenbereich

Claims

1. Spule, die aus mindestens zwei Windungen eines Leiters be steht, dadurch gekennzeichnet,
dass die Windungen aus einem ununterbrochenen, durchgehen den Leitermaterial mit je einem Anfangs- und einem End stück (A, E) bestehen,
dass jede der Windungen aus spiralig zu Wickeln (1, 2) auf gebauten Leitermaterialien gebildet ist,
und dass die Leitermaterialien abwechselnd von außen nach innen und von innen nach außen gewickelt sind,
wobei die Gesamthöhe (H) der radial gewickelten Spule aus der Addition jeder einzelnen Wickelhöhe (H₁, H₂) in Spu lenrichtung gemessen zuzüglich der Breite (B) von Isolati onsmaterialien gebildet wird.

2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangs- und Endstücke (A, E) der Leitermateria lien an den Außenbereich der Spule geführt sind.

3. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule als induktives Bauelement ausgebildet ist, wobei die Anfangs- und Endstücke mit elektrischen Kontak ten verbunden sind.

4. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitermaterial aus Litzen oder seilartig ver flochtenen Einzeldrähten besteht.

5. Verfahren zur Herstellung einer Spule nach einem der vor hergehenden Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen spiralig zu Wickeln geformt werden der art, dass die Wicklungen abwechselnd von außen nach innen und von innen nach außen verlaufen.