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Die Erfindung bezieht sich auf eine stufenlos einstellbare Induktivität. Eine derartige stufenlos einstellbare Induktivität ist beispielsweise aus der
DE 3 03 094 A bekannt.
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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.
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Aus der
DE 3 03 094 A ist eine Drosselspule mit einer durch überlagerte Magnetisierung veränderlichen Induktanz bekannt, wobei der überlagerte Kraftlinienfluß auf dem ganzen von ihm durchflossenen Eisenweg nutzbringend zur Wirkung kommt und die Windungen der die überlagerte Magnetisierung erzeugenden Wicklung zwei magnetisch voneinander getrennte, von Wechselstromflüssen entgegengesetzter Phase durchsetzte Kerne umgreifen. Die Wicklung für die überlagerte Magnetisierung ist beispielsweise auf den nebeneinander liegenden Schenkeln zweier magnetisch voneinander getrennter zweischenkliger Kerne angebracht.
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Die
US 4 156 222 A zeigt einen Transformator mit Dreischenkelkern, wobei jeder Außenschenkel mit einer Primärwicklung versehen ist, welche unter Einfügung eines einstellbaren Widerstandes parallel geschaltet sind. Der Mittelschenkel ist mit einer mit einem einstellbaren Widerstand abgeschlossenen Sekundärwicklung versehen. Mittels dieser Anordnung kann die Widerstandslast der Sekundärwicklung zwischen Kurzschluss und minimaler Last eingestellt werden. An einem Außenschenkel ist eine zusätzliche Wicklung angeordnet. Während des Betriebes liegt eine bezüglich der Primärspannung phasenverschobene Spannung an den Klemmen dieser zusätzlichen Wicklung an.
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Die
US 5 426 409 A zeigt eine stromgesteuerte, variable, magnetisch sättigbare Drosselspule mit Dreischenkelkern, mit einer mit einer am Mittelschenkel vorgesehenen, mit einer Gleichstromquelle verbundenen Vormagnetisierungswicklung und mit einer Signalwicklung, welche aus zwei Teilwicklungen gebildet ist, die an den Außenschenkeln angeordnet sind und mit einer Signalquelle beschaltet ist.
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Die
FR 936 809 A zeigt eine Einrichtung zur Änderung der Induktion einer Wicklung, mit zwei nebeneinander angeordneten O-förmigen Kernen, auf deren erste Schenkel eine Spule angeordnet ist, deren zweite Schenkel von einer gemeinsamen Magnetisierungswicklung umschlossen sind, wobei ein Luftspalt zwischen den Schenkeln gebildet ist und wobei die zweiten Schenkel von einer gemeinsamen Kurzschlusswicklung umschlossen sind, welche ihrerseits mit einem Netz verbunden ist.
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Die
US 3 253 212 A zeigt eine Energiespeisequelle mit auf einem Dreischenkelkern angeordneten Wicklungen. Es ist eine Primärwicklung vorgesehen, welche sich auf vier auf den Außenschenkeln befindlichen Teilwicklungen verteilt. Der magnetische Fluss teilt sich auf zwei magnetische Kreise auf, welche sich über den Mittenschenkel und die beiden Außenschenkel erstrecken. Auf dem Mittenschenkel ist eine Sekundärwicklung angeordnet, an welche eine Last angeschlossen ist. Auf beiden Außenschenkeln ist des Weiteren eine Steuerwicklung angeordnet, in welche ein DC-Steuerstrom eingespeist wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig herstellbare, stufenlos einstellbare und energiesparend betreibbare Induktivität anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß im Kreis des magnetischen Hauptflusses lediglich ein einziger Luftspalt angeordnet ist, der die erzielbare maximale Induktivität reproduzierbar definiert und eine präzise und symmetrische Einstellung der Induktivität erleichtert und gewährleistet. Der Kreis des magnetischen Hilfskreises weist keinen Luftspalt auf, was vorteilhaft eine reduzierte Steuerleistung und damit einen energiesparenden Betrieb der Hilfswicklung ermöglicht.
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Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich,
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
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1 eine seitliche Ansicht der Magnetkerne gemäß einer ersten Ausführungsform,
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2 eine seitliche Ansicht der ersten Ausführungsform einer stufenlos einstellbaren Induktivität,
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3 eine Sicht auf die erste Ausführungsform,
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4 eine seitliche Ansicht der Magnetkerne gemäß einer zweiten Ausführungsform,
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5 eine Sicht auf die Magnetkerne der zweiten Ausführungsform,
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6 eine seitliche Ansicht der zweiten Ausführungsform einer stufenlos einstellbaren Induktivität,
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7 eine Sicht auf die zweite Ausführungsform,
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8 eine Variante zur zweiten Ausführungsform,
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9 ein bevorzugter Anwendungsfall der stufenlos einstellbaren Induktivität.
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In 1 ist eine seitliche Ansicht der Magnetkerne einer ersten Ausführungsform dargestellt. Es sind zwei nebeneinander angeordnete O-förmige Magnetkerne 1 bzw. 2 mit ersten Schenkeln 3 bzw. 4, zweiten Schenkeln 5 bzw. 6 und Jochen 7 bzw. 8 zu erkennen, wobei ein durchgehender Luftspalt 9 zwischen den zweiten Schenkeln 5, 6 vorgesehen ist.
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In 2 ist eine seitliche Ansicht der ersten Ausführungsform einer stufenlos einstellbaren Induktivität dargestellt. Zusätzlich zur 1 sind zwei Hauptwicklungsabschnitte 10 bzw. 11 einer Hauptwicklung zu erkennen, welche die Schenkel 3 bzw. 4 umschließen. Selbstverständlich sind die beiden Hauptwicklungsabschnitte 10, 11 elektrisch miteinander verbunden. Beide Hauptwicklungsabschnitte weisen die gleiche Windungszahl auf. Eine Hilfswicklung 12 umschließt die beiden Schenkel 5, 6.
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In 3 ist eine Sicht auf die erste Ausführungsform dargestellt. Es sind Schenkel 3 mit Hauptwicklungsabschnitt 10, Schenkel 4 mit Hauptwicklungsabschnitt 11 und Schenkel 5 bzw. 6 mit gemeinsamer Hilfswicklung 12 sowie Luftspalt 9 und Joche 7, 8 zu erkennen. Die beiden Schenkel 5 bzw. 6 sind jeweils mit Kurzschlußwicklungen 13 bzw. 14 umschlossen.
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In 4 ist eine seitliche Ansicht der Magnetkerne einer zweiten Ausführungsform dargestellt. In der gezeigten seitlichen Ansicht ist lediglich der O-förmige Magnetkern 1 mit Schenkeln 3, 5 und Jochen 7 zu erkennen, da der weitere O-förmige Magnetkern verdeckt ist.
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In 5 ist eine Sicht auf die Magnetkerne der zweiten Ausführungsform dargestellt. Es sind die Magnetkerne 1 bzw. 2 mit Jochen 7 bzw. 8 und Schenkeln 3, 5 bzw. 4, 6 skizziert.
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In 6 ist eine seitliche Ansicht der zweiten Ausführungsform einer stufenlos einstellbaren Induktivität dargestellt. Zusätzlich zur 4 ist ein Hauptwicklungsabschnitt 10 einer Hauptwicklung zu erkennen, welche den Schenkel 3 umschließt. Eine Hilfswicklung 12 umschließt die Schenkel 5, 6.
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In 7 ist eine Sicht auf die zweite Ausführungsform dargestellt. Es sind Schenkel 3 mit Hauptwicklungsabschnitt 10, Schenkel 4 mit Hauptwicklungsabschnitt 11 und Schenkel 5 bzw. 6 mit gemeinsamer Hilfswicklung 12 sowie Luftspalt 9 und Joche 7, 8 zu erkennen. Alternativ werden die Schenkel 3, 4 von einer einzigen Hauptwicklung 15 in Form einer ”8” umschlossen, wie in 8 gezeigt. Die beiden Schenkel 5 bzw. 6 sind jeweils mit Kurzschlußwicklungen 13 bzw. 14 umschlossen.
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Gemäß beiden Ausführungsvarianten nach 1 bis 3 und 4 bis 8 wird eine aus zwei O-förmigen Magnetkernen 1, 2, einer Hauptwicklung und einer Hilfswicklung aufgebaute stufenlos einstellbare Induktivität vorgeschlagen. Die beiden Magnetkerne 1 bzw. 2 weisen jeweils erste Schenkel 3 bzw. 4, zweite Schenkel 5 bzw. 6 und Joche 7 bzw. 8 auf.
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Bei der ersten Ausführungsvariante gemäß den 1 bis 3 besteht die stufenlos einstellbare Induktivität aus zwei in einer Reihe (linienförmig) nebeneinander angeordneten O-förmigen Magnetkernen 1, 2, wobei zwischen den benachbarten zweiten Schenkeln 5 bzw. 6 ein Luftspalt 9 ausgebildet ist und diese Schenkel 5 bzw. 6 jeweils mit Kurzschlußwicklungen 13 bzw. 14 versehen sind. Die Hilfswicklung 12 umschließt die beiden Schenkel 5, 6 inklusive Kurzschlußwicklungen 13, 14. Die ersten Schenkel 3 bzw. 4 der Magnetkerne 1 bzw. 2 werden vom ersten Hauptwicklungsabschnitt 10 bzw. vom zweiten Hauptwicklungsabschnitt 11 umschlossen. Beide Hauptwicklungsabschnitte 10, 11 sind so in Serie geschaltet, daß sich die erzeugten magnetischen Flüsse im magnetischen Kreis addieren.
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Bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß den 4 bis 8 besteht die stufenlos einstellbare Induktivität aus zwei parallel nebeneinander angeordneten O-förmigen Magnetkernen 1, 2, wobei zwischen den sich gegenüberliegenden Magnetkernen 1, 2 ein Luftspalt 9 ausgebildet ist und die Schenkel 5 bzw. 6 jeweils wiederum mit Kurzschlußwicklungen 13 bzw. 14 versehen sind. Die Hilfswicklung 12 umschließt die beiden Schenkel 5, 6 inklusive Kurzschlußwicklungen 13, 14. Die ersten Schenkel 3 bzw. 4 der Magnetkerne 1 bzw. 2 werden vom ersten Hauptwicklungsabschnitt 10 bzw. vom zweiten Hauptwicklungsabschnitt 11 umschlossen. Beide Hauptwicklungsabschnitte 10, 11 sind wiederum so in Serie geschaltet, daß sich die erzeugten magnetischen Flüsse im magnetischen Kreis addieren.
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Der durch Speisung der Hilfswicklung 12 mit einem Gleichstrom einstellbarer Amplitude erzeugte magnetische Hilfsfluß dient zur Vormagnetisierung bzw. Aufmagnetisierung des für die Hauptwicklung wirksamen Kerns des Hauptkreises, und damit zur stufenlosen Einstellung der wirksamen Induktivität der Hauptwicklung, wobei die Hauptwicklung entweder durch die beiden Hauptwicklungsabschnitte 10, 11 oder alternativ durch Wicklung 15 gebildet wird.
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Da die Schenkel 5 bzw. 6 jeweils mit Kurzschlußwicklungen 13 bzw. 14 umschlossen sind, ergibt sich ein Verlauf des von der Hauptwicklung erzeugten Hauptflusses lediglich über die Schenkel 3, 4 und Joche 7, 8, nicht jedoch über die Schenkel 5, 6. Im einzelnen verläuft der magnetische Hauptfluß bei beiden Ausführungsformen über Schenkel 3, Joch 7, Luftspalt 9, Joch 8, Schenkel 4, Joch 8, Luftspalt 9 und Joch 7. Der dabei wirksame Luftspalt 9 bestimmt wesentlich die Induktivität und gewährleistet die Einstellung einer reproduzierbaren Induktivität auch bei Streuung des Magnetwerkstoffes der Magnetkerne.
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In 9 ist ein bevorzugter Anwendungsfall der stufenlos einstellbaren Induktivität skizziert. Eine Speisequelle 16 speist die Hilfswicklung 12 mit einem Gleichstrom einstellbarer (regelbarer) Amplitude. Die Hauptwicklung 10/11 oder 15 liegt in einem von einem Oszillator 17 beaufschlagten Resonanzkreis mit fester Induktivität 18 und fester Kapazität 19. Durch stufenlose Variation des Gleichstromes der Speisequelle 16 läßt sich die Induktivität der Hauptwicklung und damit die im Resonanzkreis wirksame Induktivität stufenlos bis zur Sättigung des Magnetkerns einstellen.
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Für die Einspeisung der Hilfswicklung 12 wird vorteilhaft keine hochohmige Stromquelle benötigt. Bei Einsatz einer schnell regelbaren Speisequelle 16 für die Hilfswicklung 12 ist eine sehr dynamische Einstellung der gewünschten Induktivität möglich. Da die Hauptwicklung 10/11 oder 15 symmetrisch auf beide Außenschenkel 3, 5 verteilt ist, erfolgt die stufenlose Einstellung der Induktivität in beiden Stromrichtungen symmetrisch.
