DE10152867A1

DE10152867A1 - Stufenlos einstellbare Induktivität

Info

Publication number: DE10152867A1
Application number: DE2001152867
Authority: DE
Inventors: Guntram Scheible; Jean Schutz
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2003-05-08

Abstract

Es wird eine stufenlos einstellbare Induktivität mit einem O-förmigen Kern im Hauptkreis vorgeschlagen, auf dessen beiden Außenschenkeln (1, 3, 11, 13) jeweils ein Hauptwicklungsabschnitt (6, 7, 16, 17) einer Hauptwicklung angeordnet ist, DOLLAR A È wobei an mindestens einem Abschnitt (A, B, C) der Joche (24, 25, 26) des Kerns des Hauptkreises zwei sich gegenüberliegende, eine Hilfswicklung (8, 18) tragende l-förmige Schenkel (5, 9, 15, 19) eines Kerns eines Hilfskreises angeordnet sind, DOLLAR A È wobei dieser mindestens eine Abschnitt (A, B, C) der Joche (24, 25, 26) des Kerns des Hauptkreises gleichzeitig ein Joch des Kerns des Hilfskreises bildet, DOLLAR A È wobei die Hilfswicklung (8, 18) mit einem Gleichstrom vorgebbarer Amplitude stufenlos speisbar ist und DOLLAR A È wobei die gewünschte stufenlos einstellbare Induktivität zwischen den Anschlußklemmen der miteinander verbundenen Hauptwicklungsabschnitte (6, 7, 16, 17) gebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine stufenlos einstellbare Induktivität. Die Erfindung kann beispielsweise als Baukomponente zur linearen Abstimmung - insbesondere Feinabstimmung - von Resonanzkreisen (Schwingkreisen) verwendet werden. Bei der Abstimmung von Resonanzkreisen wird vielfach die gewünschte Kapazität und Induktivität in Form eines Kondensators (oder mehrerer Kondensatoren) und einer Spule bereitgestellt, für die Feinabstimmung stellt es jedoch ein Problem dar, in kostengünstiger Weise stufenlose Induktivitäten vorzugeben.

Aus der DE-PS 2 98 276 ist eine dreischenklige Drosselspule bzw. Transformator mit durch Gleichstrom oder Wechselstrom niedriger Frequenz veränderlicher Induktanz bekannt. Im einzelnen handelt es sich dabei um eine stufenlos einstellbare Induktivität mit einem dreischenkligen Magnetkern, auf dessen beiden Außenschenkeln jeweils ein Hauptwicklungsabschnitt einer Hauptwicklung angeordnet ist - wobei diese beiden Hauptwicklungsabschnitte mittels einer Verbindungsleitung elektrisch miteinander verbunden sind -, auf dessen Mittelschenkel eine Hilfswicklung angeordnet ist - wobei die Hilfswicklung mit einem Gleichstrom vorgegebener Amplitude stufenlos speisbar ist - und wobei die gewünschte stufenlos einstellbare Induktivität zwischen den Anschlußklemmen der Hauptwicklung gebildet ist.

Aus der DE-PS 3 03 094 und der GB 715610 sind eine ähnliche stufenlos einstellbare Induktivitäten bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig herstellbare, stufenlos einstellbare und insbesondere für hohe Frequenzen - bis in den MHz-Bereich - verwendbare Induktivität anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine stufenlos einstellbare Induktivität mit einem O-förmigen Kern im Hauptkreis, auf dessen beiden Außenschenkeln jeweils ein Hauptwicklungsabschnitt einer Hauptwicklung angeordnet ist,

- wobei an mindestens einem Abschnitt der Joche des Kerns des Hauptkreises zwei sich gegenüberliegende, eine Hilfswicklung tragende I-förmige Schenkel eines Kerns eines Hilfskreises angeordnet sind,
- wobei dieser mindestens eine Abschnitt der Joche des Kerns des Hauptkreises gleichzeitig ein Joch des Kerns des Hilfskreises bildet,
- wobei die Hilfswicklung mit einem Gleichstrom vorgebbarer Amplitude stufenlos speisbar ist und
- wobei die gewünschte stufenlos einstellbare Induktivität zwischen den Anschlußklemmen der miteinander verbundenen Hauptwicklungsabschnitte gebildet ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich durch den Einsatz eines Ferrit-Magnetkerns als Hilfskern bis in den MHz-Bereich der die Hauptwicklung beaufschlagenden Wechselspannung gute Werte der Permeabilität für den Hauptfluß ergeben. Zudem werden Wirbelstromverluste wirksam vermieden. Beim Kern der Hilfswicklung kann auf einen Luftspalt verzichtet werden, was für einen energiesparenden Betrieb der Hilfswicklung förderlich ist.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Magnetkern einer ersten Ausführungsform einer stufenlos einstellbaren Induktivität,
Fig. 2, 3 eine seitliche Ansicht und eine Sicht auf die Oberseite der ersten Ausführungsform einer stufenlos einstellbaren Induktivität,
Fig. 4 einen Magnetkern einer zweiten Ausführungsform einer stufenlos einstellbaren Induktivität,
Fig. 5, 6 eine seitliche Ansicht und eine Sicht auf die Oberseite der zweiten Ausführungsform einer stufenlos einstellbaren Induktivität,
Fig. 7 einen bevorzugten Anwendungsfall der stufenlos einstellbaren Induktivität.
Es wird eine stufenlos einstellbare Induktivität vorgeschlagen, welche im Hauptkreis einen Kern aus einem nicht elektrisch leitenden Magnetwerkstoff - vorzugsweise Ferrit - mit zwei, jeweils einen Hauptwicklungsabschnitt einer Hauptwicklung tragenden Außenschenkeln aufweist, wobei an mindestens einem Abschnitt der Joche dieses Kerns des Hauptkreises zwei sich gegenüberliegende, eine Hilfswicklung tragende I-förmige Schenkel eines Kerns eines Hilfskreises aus einem metallischen Magnetwerkstoff (Eisenblechpaket) angeordnet sind. Jeder dieser Abschnitte des Hauptkreises bildet quasi gleichermaßen ein Joch des Kerns des Hilfskreises mit der Hilfswicklung.
Selbstverständlich sind die beiden Hauptwicklungsabschnitte elektrisch miteinander verbunden. Der durch Speisung der Hilfswicklung mit einem Gleichstrom einstellbarer Amplitude erzeugte magnetische Fluß dient zur Vormagnetisierung bzw. Aufmagnetisierung des Magnetkerns der Hauptwicklung und damit zur stufenlosen Einstellung der wirksamen Induktivität der Hauptwicklung (Hauptkreis). Beide Hauptwicklungsabschnitte weisen die gleiche Windungsanzahl auf.
Vorzugsweise sind Luftspalte in den Außenschenkeln des Magnetkerns der Hauptwicklung (Hauptkreis) vorgesehen, wobei diese Luftspalte selbstverständlich auch an anderer Stelle der Außenschenkel oder am Übergang zwischen Außenschenkel und Joch angeordnet sein können. Mittels dieser Luftspalte wird die erzielbare maximale Induktivität reproduzierbar definiert und die Auslegung des Kerns wird präzise ermöglicht.
In Fig. 1 ist ein Magnetkern einer ersten Ausführungsform einer stufenlos einstellbaren Induktivität dargestellt. Es sind im Hauptkreis Außenschenkel 1 und Joche 24 sowie Außenschenkel 3 und Joche 25 von zwei U-förmigen Magnetkernen aus einem elektrisch nicht leitenden Magnetwerkstoff (Ferrit) zu erkennen, wobei jeweils ein Luftspalt 2 bzw. 4 in den Außenschenkeln 1 bzw. 3 vorgesehen ist. Durch Zusammenfügen der beiden U-förmigen Magnetkerne wird ein O-förmiger Magnetkern gebildet. Im Hilfskreis sind zwei I-Schenkel 5, 9 (siehe Fig. 3) eines Magnetkerns aus einem metallischen Magnetwerkstoff mittig zwischen beiden Außenschenkeln 1, 3 angeordnet.
In den Fig. 2 und 3 sind eine seitliche Ansicht und eine Sicht auf die Oberseite der ersten Ausführungsform einer stufenlos einstellbaren Induktivität dargestellt. Es sind ein um Außenschenkel 1 angeordneter erster Hauptwicklungsabschnitt 6, ein um Außenschenkel 3 angeordneter zweiter Hauptwicklungsabschnitt 7 sowie eine um die I- Schenkel 5, 9 angeordnete Hilfswicklung 8 zu erkennen.
Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte erste und bevorzugte Ausführungsform mit seitlich versetzt nebeneinander angeordneten Jochen 24, 25 von zwei jeweils einschenkligen, U- förmigen Magnetkernen mit je einem Außenschenkel 1, 3 ist dabei von besonderer Bedeutung und Wirksamkeit, da bei dieser Ausführungsform in den bezeichneten Abschnitten A und B der Joche 24, 25 des Magnetkerns der von der Hauptwicklung 6/7 erzeugte magnetische Hauptfluß und der von der Hilfswicklung 8 erzeugte magnetische Hilfsfluß parallel zueinander verlaufen und deshalb eine gewünschte hohe Beeinflussung des Hauptflusses durch den Hilfsfluß möglich ist.
In Fig. 4 ist ein Magnetkern einer zweiten Ausführungsform einer stufenlos einstellbaren Induktivität dargestellt. Im Hauptkreis sind Außenschenkel 11, 13 und Joche 26eines O-förmigen Magnetkernes aus einem elektrisch nicht leitenden Magnetwerkstoff (Ferrit) zu erkennen, wobei jeweils ein Luftspalt 12 bzw. 14 in den Außenschenkeln 11 bzw. 13 vorgesehen ist. Im Hilfskreis sind zwei I-Schenkel 15, 19 (siehe Fig. 5) eines Magnetkerns aus einem metallischen Magnetwerkstoff mittig zwischen beiden Außenschenkeln 11, 13 angeordnet.
In Fig. 5 und 6 sind eine seitliche Ansicht und eine Sicht auf die Oberseite der zweiten Ausführungsform einer stufenlos einstellbaren Induktivität dargestellt. Es sind ein um Außenschenkel 11 angeordneter erster Hauptwicklungsabschnitt 16, ein um Außenschenkel 13 angeordneter zweiter Hauptwicklungsabschnitt 17 sowie eine um die I- Schenkel 15, 19 angeordnete Hilfswicklung 18 zu erkennen.
Bei der in den Fig. 4 bis 6 gezeigten Ausführungsform mit durchgehenden Jochen 26 des zweischenkligen Magnetkerns mit den Außenschenkeln 11, 13 ist der von der Hilfswicklung 18 erzeugte Hilfsfluß im bezeichneten Abschnitt C der Joche 26 des Magnetkerns senkrecht zum von der Hauptwicklung 16, 17 erzeugten Hauptfluß ausgerichtet, wodurch eine Beeinflussung des Hauptflusses durch den Hilfsfluß nicht mit gleicher hoher Wirksamkeit möglich ist wie bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3.
In Fig. 7 ist ein bevorzugter Anwendungsfall der stufenlos einstellbaren Induktivität dargestellt. Eine Speisequelle 20 speist die Hilfswicklung 8 oder 18 mit einem Gleichstrom einstellbarer (regelbarer) Amplitude. Die aus den in Serie geschalteten Hauptwicklungsabschnitten 6, 7 oder 16, 17 gebildete Hauptwicklung liegt in einem von einem Oszillator 21 beaufschlagten Resonanzkreis mit fester Induktivität 22 und fester Kapazität 23. Durch stufenlose Variation des Gleichstromes der Speisequelle 20 läßt sich die Induktivität der Hauptwicklung und damit die im Resonanzkreis wirksame Induktivität stufenlos bis zur Sättigung des Magnetkerns einstellen.
Für die Einspeisung der Hilfswicklung 8, 18 wird vorteilhaft keine hochohmige Stromquelle benötigt. Bei Einsatz einer schnell regelbaren Speisequelle für die Hilfswicklung 8, 18 ist eine sehr dynamische Einstellung der gewünschten Induktivität möglich. Da die Hauptwicklung über die beiden Hauptwicklungsabschnitte 6, 7 bzw. 16, 17 symmetrisch auf beide Außenschenkel verteilt ist, erfolgt die stufenlose Einstellung der Induktivität in beiden Stromrichtungen symmetrisch.

Claims

1. Stufenlos einstellbare Induktivität mit einem O-förmigen Kern im Hauptkreis, auf dessen beiden Außenschenkeln (1, 3, 11, 13) jeweils ein Hauptwicklungsabschnitt (6, 7, 16, 17) einer Hauptwicklung angeordnet ist,
wobei an mindestens einem Abschnitt (A, B, C) der Joche (24, 25, 26) des Kerns des Hauptkreises zwei sich gegenüberliegende, eine Hilfswicklung (8, 18) tragende I-förmige Schenkel (5, 9, 15, 19) eines Kerns eines Hilfskreises angeordnet sind,
wobei dieser mindestens eine Abschnitt (A, B, C) der Joche (24, 25, 26) des Kerns des Hauptkreises gleichzeitig ein Joch des Kerns des Hilfskreises bildet,
wobei die Hilfswicklung (8, 18) mit einem Gleichstrom vorgebbarer Amplitude stufenlos speisbar ist und
wobei die gewünschte stufenlos einstellbare Induktivität zwischen den Anschlußklemmen der miteinander verbundenen Hauptwicklungsabschnitte (6, 7, 16, 17) gebildet ist.

2. Induktivität nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der O-förmige Magnetkern aus zwei jeweils einschenkligen U-förmigen Magnetkernen zusammengesetzt ist, wobei die Joche (24, 25) seitlich versetzt nebeneinander angeordnet sind.

3. Induktivität nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Hauptkreises aus nicht elektrisch leitenden Magnetwerkstoff - vorzugsweise einem Ferrit - gebildet ist.

4. Induktivität nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Hilfskreises aus einem metallischen Magnetwerkstoff - vorzugsweise als Eisenblechpaket - gebildet ist.

5. Induktivität nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschenkel (1, 3, 11, 13) des Kerns des Hauptkreises jeweils mit einem Luftspalt (2, 4, 12, 14) versehen sind.