DE102013112325B4 - Toroidal coil and manufacturing process for a toroidal coil - Google Patents

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Abstract

Ringspule mit mindestens einem Leiter, der schraubenlinienförmig um einen ringförmigen Kernbereich (2) gewunden verläuft und der eine rechteckige äußere Form mit Längsseitenflächen (12, 14) und relativ zu diesen schmaleren Querseitenflächen (13, 15) aufweist, wobei der Leiter ein Hohlleiter (1) ist, der derart tordiert ist, dass an der Innenseite des Kernbereichs (2) die schmaleren Querseitenflächen (13, 15) und an der Außenseite des Kernbereichs (2) die Längsseitenflächen (12, 14) des Hohlleiters (1) an dem Kernbereich (2) anliegen.Ring coil with at least one conductor which runs helically around an annular core region (2) and which has a rectangular outer shape with longitudinal side surfaces (12, 14) and narrower transverse side surfaces (13, 15) relative to these, the conductor being a waveguide (1 ), which is twisted in such a way that on the inside of the core area (2) the narrower transverse side surfaces (13, 15) and on the outside of the core area (2) the longitudinal side surfaces (12, 14) of the waveguide (1) on the core area ( 2) apply.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ringspule mit mindestens einem Leiter, der schraubenlinienförmig um einen ringförmigen Kernbereich gewunden verläuft und eine rechteckige äußere Form mit Längsseitenflächen und relativ zu diesen schmaleren Querseitenflächen aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Herstellungsverfahren für eine derartige Ringspule.The invention relates to a toroidal coil with at least one conductor which runs helically around an annular core area and has a rectangular outer shape with longitudinal side surfaces and narrower transverse side surfaces relative to these. The invention further relates to a manufacturing method for such a toroidal coil.

Spulen finden insbesondere als Drosselspulen vielfältige Verwendung in der Leistungselektronik. In Wechselrichtern beispielsweise, die der Umwandlung von Gleichstrom in einen zur Einspeisung in ein Energieversorgungsnetz geeigneten Wechselstrom dienen, werden Drosselspulen als Energiezwischenspeicher in Gleichspannungswandlern eingesetzt sowie als Teil von ausgangsseitigen Filtern.Coils are used in a variety of ways in power electronics, particularly as choke coils. In inverters, for example, which are used to convert direct current into alternating current suitable for feeding into a power supply network, choke coils are used as energy buffers in DC-DC converters and as part of filters on the output side.

Um die zur Energiespeicherung benötigten Induktivitätswerte zu erzielen, wurden bislang bevorzugt Drosseln mit einem Kern aus einem hoch permeablen Material, beispielsweise aus Eisen oder Ferit verwendet. Mit dem Einsatz zunehmend höherer Taktfrequenzen von Leistungshalbleitern in den Wechselrichtern kann bei den Drosselspulen zunehmend auf das hoch permeable Kernmaterial verzichtet werden und die Drosselspulen können als sogenannte Luftspulen ausgebildet werden. Zur Minimierung etwaiger magnetischer Streufelder werden dabei bevorzugt Ringspulen, auch Toroidspulen genannt, eingesetzt. Bei einer Ringspule wird mindestens ein Leiter schraubenlinienförmig um einen ringförmigen Kernbereich gewickelt. Der ringförmige Kernbereich kann beispielsweise die Form eines Torus haben, bei dem der Ring ebenso kreisförmig ist wie der Querschnitt des Kerns bei einem Schnitt des Rings in einer bezüglich des Rings radialen Richtung.In order to achieve the inductance values required for energy storage, chokes with a core made of a highly permeable material, for example iron or ferrite, have so far been preferred. With the use of increasingly higher clock frequencies of power semiconductors in the inverters, the highly permeable core material can increasingly be dispensed with in the choke coils and the choke coils can be designed as so-called air coils. To minimize any magnetic stray fields, ring coils, also known as toroidal coils, are preferably used. In a toroidal coil, at least one conductor is wound helically around an annular core area. The annular core region can, for example, have the shape of a torus, in which the ring is as circular as the cross section of the core when the ring is cut in a direction radial with respect to the ring.

Eine Ringspule mit einem Leiter, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist, ist beispielsweise aus der Druckschrift EP 2 197 006 A1 bekannt. Der rechteckförmige Leiter weist im Profil schmale Querseiten und gegenüber diesen längere Längsseiten auf. Der Leiter ist so auf einen Ringkern gewickelt, dass er mit einer seiner schmaleren Querseiten zur Oberfläche des Ringkerns weist.A toroidal coil with a conductor that has a rectangular cross section is, for example, from the publication EP 2 197 006 A1 known. The rectangular conductor has narrow transverse sides in profile and longer longitudinal sides. The conductor is wound on a toroidal core in such a way that one of its narrower transverse sides faces the surface of the toroidal core.

Ein Nachteil von Ringspulen gegenüber Spulen mit einem graden Kern, so genannten Stabspulen, ist, dass im inneren Bereich der Ringspule weniger Wickelraum für die Leiter zur Verfügung steht als im äußeren Bereich der Spule, bei dem der Kern einen größeren Umfang hat als im inneren Bereich.A disadvantage of toroidal coils compared to coils with a straight core, so-called bar coils, is that there is less winding space available for the conductors in the inner area of the toroidal coil than in the outer area of the coil, where the core has a larger circumference than in the inner area .

Um den zur Verfügung stehenden Wickelraum bestmöglich auszunutzen, ist aus der Druckschrift US 4 665 952 A ein Ringkerntransformator bekannt, bei dem eine der Spulen als Ringspule ausgebildet ist mit einem Leiter, der aus zwei aufeinander gelegten Leitern mit jeweils quadratischen Querschnitt besteht. Im inneren Bereich der Ringspule liegen die beiden Teilleiter in radialer Richtung vom Mittelpunkt der Ringspule nach außen betrachtet hintereinander, wohingegen sie im äußeren Bereich nebeneinander verlaufen. Um eine derartige Spule zu erstellen, wird in der Druckschrift eine Wickelmaschine beschrieben, die in der Lage ist, beim Wickeln der Spule die beiden Teilleiter umeinander zu verdrillen. Die Wickelmaschine ist entsprechend mechanisch komplex und das Herstellungsverfahren ist bedingt durch die Komplexität der Wickelmaschine auf ausreichend große Leiterquerschnitte und Radien des Kerns beschränkt.In order to make the best possible use of the available changing space, it is from the publication US 4,665,952 A a toroidal core transformer is known in which one of the coils is designed as a toroidal coil with a conductor which consists of two conductors placed one on top of the other, each with a square cross section. In the inner area of the toroidal coil, the two partial conductors lie one behind the other in the radial direction from the center of the toroidal coil outwards, whereas in the outer area they run next to one another. In order to create such a coil, the publication describes a winding machine which is able to twist the two partial conductors around each other when winding the coil. The winding machine is correspondingly mechanically complex and the manufacturing process is limited to sufficiently large conductor cross sections and radii of the core due to the complexity of the winding machine.

Aus der Druckschrift DE 197 33 616 A1 ist eine Ringkernspule bekannt, bei der ein Leiter mit zunächst kreisrunden Profil beim Wickeln abschnittsweise so verquetscht wird, dass er im inneren Bereich des Ringkerns in radialer Richtung des Ringkerns abgeplattet wird. Die Druckschrift US 7 154 368 B2 beschreibt eine vergleichbare Ringkernspule, bei der ein Leiter so vorgeformt ist, dass er im Profil zwischen einem kreisrunden Profil und einem keilförmigen Profil wechselt, wobei Abschnitte mit dem kreisrunden Profil an der Außenseite des Ringkerns und Abschnitte mit dem keilförmigen Profil an der Innenseite des Ringkerns positioniert sind. In beiden Fällen wird eine höhere Wickeldichte der Ringkernspule erreicht. Bei den genannten Verfahren ist eine komplexe Wickeltechnik erforderlich, um entweder den Leiter während des Wickelns zu verformen, oder beim Wickeln die unterschiedlich vorgeformten Abschnitte des Leiters entsprechend zu positionieren.From the publication DE 197 33 616 A1 A toroidal core coil is known in which a conductor with an initially circular profile is crushed in sections during winding so that it is flattened in the inner region of the toroidal core in the radial direction of the toroidal core. The publication US 7,154,368 B2 describes a comparable toroidal core coil in which a conductor is preformed so that its profile changes between a circular profile and a wedge-shaped profile, with sections with the circular profile positioned on the outside of the toroidal core and sections with the wedge-shaped profile on the inside of the toroidal core are. In both cases, a higher winding density of the toroidal core coil is achieved. The methods mentioned require a complex winding technique in order to either deform the conductor during winding or to position the differently pre-shaped sections of the conductor accordingly during winding.

Mit steigender Frequenz verringert sich zudem die Eindringtiefe elektrischer Ströme in einem verwendeten Leitermaterial. Effektiv trägt damit nur noch ein Teil des verwendeten Leitermaterials zur Stromleitung bei. Die Verwendung von massiven Leitern (Vollleitern) führt in diesem Fall zu einem unnötig hohen Materialeinsatz, der mit erhöhtem Gewicht und mit zusätzlichen Kosten verbunden ist. Zudem erhöhen sich Verluste durch Wirbelströme bei der Verwendung von Vollleitern. Alternativ ist es bekannt, anstelle eines Vollleiters ein Bündel von gegeneinander isolierten Leiterlitzen zu verwenden, wodurch die Verluste durch Wirbelströme reduziert werden können. Allerdings ergeben sich bei Verwendung von einem Leiterlitzenbündel zusätzliche Schwierigkeiten in der Verarbeitung der Leiter, insbesondere aufgrund der die einzelnen Litzen gegeneinander isolierenden Isolationsschichten, die zu Problemen bei der Kontaktierung der Leiterlitzen auf Leiterplatten führen. Zudem sind die Leiterlitzen nicht formstabil, was die Erstellung einer Luftspule erschwert.As the frequency increases, the penetration depth of electrical currents in a conductor material used also decreases. Effectively, only a portion of the conductor material used contributes to the power line. In this case, the use of solid ladders (solid ladders) leads to an unnecessarily high use of materials, which is associated with increased weight and additional costs. In addition, losses due to eddy currents increase when using solid conductors. Alternatively, it is known to use a bundle of conductor strands that are insulated from each other instead of a solid conductor, whereby the losses caused by eddy currents can be reduced. However, when using a stranded conductor bundle, additional difficulties arise in the processing of the conductors, in particular due to the insulation layers that insulate the individual strands from one another, which lead to problems when contacting the stranded conductors on circuit boards. In addition, the conductor strands are not dimensionally stable, which makes it difficult to create an air coil.

Aus der Druckschrift DE 20 2011 003 256 U1 ist bekannt, einen Hohlleiter als Leiter einer Ringkernspule zu verwenden, der von einem Kühlmedium durchströmt wird, um eine Kühlung des Leiters mit hoher Kühlleistung zu erreichen.From the publication DE 20 2011 003 256 U1 It is known to use a waveguide as the conductor of a toroidal core coil, through which a cooling medium flows in order to achieve cooling of the conductor with high cooling performance.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ringspule zu schaffen, die für hohe Frequenzen geeignet ist, geringe Wirbelströme und geringe elektromagnetische Streufelder und einen im Hinblick auf das eingesetzte Leitermaterial geringen ohmschen Widerstand bei hohen Frequenzen aufweist. Zudem soll ein geringer Raumverbrauch, also eine hohe volumenspezifische Induktivität erzielt werden. Es ist eine weitere Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Luftspulen mit komplexen Geometrien zu schaffen, mit dem die zuvor genannten Luftspulen erstellt werden können.It is an object of the present invention to create a toroidal coil that is suitable for high frequencies, has low eddy currents and low stray electromagnetic fields and has a low ohmic resistance at high frequencies with regard to the conductor material used. In addition, a low space consumption, i.e. a high volume-specific inductance, should be achieved. It is a further object to provide a method for producing air coils with complex geometries, with which the aforementioned air coils can be created.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ringspule und ein Verfahren zur Herstellung einer Ringspule mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This task is solved by a toroidal coil and a method for producing a toroidal coil with the respective features of the independent claims. Advantageous refinements and further developments are the subject of the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Ringspule der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass der Leiter ein Hohlleiter ist, der derart tordiert ist, dass an der Innenseite des Kernbereichs die schmaleren Querseitenflächen und an der Außenseite des Kernbereichs die Längsseitenflächen des Hohlleiters an dem Kernbereich anliegen. Durch die Torsion wird erreicht, dass der Leiter an einer Außenseite des Kernbereichs eine erste Querschnittsfläche und an einer Innenseite des Kernbereichs eine zweite Querschnittsfläche aufweist, wobei sich die erste und die zweite Querschnittsfläche im Hinblick auf ihre zum Kernbereich tangentiale Ausrichtung unterscheiden. Sowohl im inneren, als auch im äußeren Bereich der Ringspule können die einzelnen Windungen des Hohlleiters damit eng benachbart zueinander liegen, was Streufelder minimiert.A toroidal coil according to the invention of the type mentioned at the outset is characterized in that the conductor is a waveguide which is twisted in such a way that the narrower transverse side surfaces of the waveguide rest on the inside of the core region and the longitudinal side surfaces of the waveguide rest on the core region on the outside of the core region. The torsion ensures that the conductor has a first cross-sectional area on an outside of the core area and a second cross-sectional area on an inside of the core area, the first and second cross-sectional areas differing with regard to their orientation tangential to the core area. Both in the inner and outer areas of the toroidal coil, the individual turns of the waveguide can lie close to one another, which minimizes stray fields.

Durch die Ausbildung des Leiters als Hohlleiter wird der geringen Eindringtiefe des Stroms bei hohen Frequenzen Rechnung getragen. Das für die Spule verwendete Leitermaterial wird effektiv für die Stromleitung bei hohen Frequenzen genutzt, wodurch Material und Gewicht eingespart werden. Durch die unterschiedlichen Eigenschaften der Querschnittsfläche des Hohlleiters im Innen- und Außenbereich der Spule lässt sich der Hohlleiter optimal an die Form des Kernbereichs anpassen, wodurch der zur Verfügung stehende Wickelraum besonders gut ausgenutzt werden kann. Die Querschnittsflächen können sich dabei in verschiedener Hinsicht voneinander unterscheiden: bezüglich ihrer Form, ihrem Flächeninhalt oder, falls die Form grundsätzlich gleich ist, in ihrer Ausrichtung im Raum relativ zum Kernbereich.By designing the conductor as a waveguide, the shallow penetration depth of the current at high frequencies is taken into account. The conductor material used for the coil is effectively used for power conduction at high frequencies, saving material and weight. Due to the different properties of the cross-sectional area of the waveguide in the inside and outside of the coil, the waveguide can be optimally adapted to the shape of the core area, which means that the available winding space can be used particularly well. The cross-sectional areas can differ from each other in various respects: in terms of their shape, their surface area or, if the shape is fundamentally the same, in their orientation in space relative to the core area.

Der ringförmige Kernbereich kann sich dabei entlang eines Kreises, einer Ellipse oder eines Ovals erstrecken. Auch in einer Richtung senkrecht zu seiner Erstreckung kann der Kern beispielsweise einen runden, ovalen oder elliptischen Querschnitt aufweisen.The annular core area can extend along a circle, an ellipse or an oval. The core can also have a round, oval or elliptical cross section, for example, in a direction perpendicular to its extension.

Die Ringspule kann als Luftspule ausgebildet sein, also keinen eigentlichen Kern aus einem magnetisch wirksamen Material aufweisen. Alternativ kann ein ringförmiger Kern vorgesehen sein, der den Kernbereich ganz oder teilweise ausfüllt. Bevorzugt wird ein Kernmaterial mit einer hohen magnetischen Permeabilität eingesetzt.The toroidal coil can be designed as an air coil, i.e. not have an actual core made of a magnetically active material. Alternatively, an annular core can be provided which completely or partially fills the core area. A core material with a high magnetic permeability is preferably used.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Ringspule ist das Verhältnis der Breiten der Längsseitenflächen zu den Querseitenflächen dem Verhältnis von einem äußeren zu einem inneren Durchmesser des Kernbereichs angepasst. Auf diese Weise kann der Wickelraum bestmöglich ausgefüllt werden.In a further advantageous embodiment of the toroidal coil, the ratio of the widths of the longitudinal side surfaces to the transverse side surfaces is adapted to the ratio of an outer to an inner diameter of the core region. In this way, the changing room can be filled as best as possible.

In jedem Fall kann die Variation der Form oder der Dimensionierung des Hohlleiters so erfolgen, dass er entlang seiner Länge eine konstante Materialquerschnittsfläche aufweist. Es wird dadurch erreicht, dass der Hohlleiter entlang seiner Längserstreckung eine konstante Stromtragfähigkeit und einen konstanten Widerstand pro Längeneinheit aufweist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Ringspule verläuft in dem zumindest einen Hohlleiter ein weiterer Leiter. Bevorzugt ist der weitere Leiter ebenfalls ein Hohlleiter. Das Prinzip eines Leiters in einem Hohlleiter kann rekursiv weiter fortgesetzt werden, indem mehrere Hohlleiter z.B. konzentrisch ineinandergeschachtelt werden. Der Wickelraum kann so noch besser ausgenutzt werden. Es versteht sich, dass auch mehrere Leiter in dem zumindest einen Hohlleiter verlaufen können. Je nach Verschaltung des oder der Leiter bzw. Hohlleiter untereinander und mit dem mindestens einen umfassenden Hohlleiter sind damit verschiedenste elektrische Eigenschaften der Ringspule erzielbar, beispielsweise eine weiter erhöhte Induktivität durch Parallel- oder Reihenschaltung der Leiter, eine transformatorische Wirkung durch separaten Betrieb der Leiter oder auch eine dynamische Einstellbarkeit der Induktivität durch gezieltes Einspeisen von Kompensationsströmen in mindestens einen der Leiter bei Verwendung eines anderen der Leiter als Arbeitswicklung.
In any case, the shape or dimensioning of the waveguide can be varied in such a way that it has a constant material cross-sectional area along its length. This is achieved by the waveguide having a constant current-carrying capacity and a constant resistance per unit length along its longitudinal extent.
In a further advantageous embodiment of the toroidal coil, a further conductor runs in the at least one waveguide. The further conductor is preferably also a waveguide. The principle of a conductor in a waveguide can be continued recursively, for example by nesting several waveguides concentrically one inside the other. The changing room can be used even better. It goes without saying that several conductors can also run in the at least one waveguide. Depending on the connection of the conductor or waveguides to one another and to the at least one comprehensive waveguide, a wide variety of electrical properties of the toroidal coil can be achieved, for example a further increased inductance by connecting the conductors in parallel or series, a transformative effect through separate operation of the conductors or even a dynamic adjustability of the inductance by specifically feeding compensation currents into at least one of the conductors when using another of the conductors as a working winding.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Ringspule mit mindestens einem schraubenlinienförmig um einen torusförmigen Kernbereich gewunden Hohlleiters, der derart tordiert ist, dass an der Innenseite des Kernbereichs die schmaleren Querseitenflächen und an der Außenseite des Kernbereichs die Längsseitenflächen des Hohlleiters an dem Kernbereich anliegen, wird der mindestens eine Hohlleiter in einem generativen Fertigungsverfahren, insbesondere additiv aufgebaut.In a method according to the invention for producing a toroidal coil with at least one waveguide wound helically around a toroidal core region, which is twisted in such a way that the narrower transverse side surfaces of the waveguide rest against the core region on the inside of the core region and the long side surfaces of the waveguide rest on the outside of the core region at least one waveguide in a generative manufacturing process, in particular constructed additively.

Ein geeignetes generatives Fertigungsverfahren ist beispielsweise ein Laser-Sinter- oder Laser-Aufschmelzverfahren, bei dem der Leiter aus einem Pulver, insbesondere einem Metallpulver, aufgebaut wird. Der Aufbau erfolgt dabei bevorzugt schichtweise, jedoch besonders bevorzugt nicht in Richtung der Längserstreckung des Leiters, sondern schichtweise im Hinblick auf die Ringspule.A suitable generative manufacturing process is, for example, a laser sintering or laser melting process, in which the conductor is constructed from a powder, in particular a metal powder. The construction is preferably carried out in layers, but particularly preferably not in the direction of the longitudinal extent of the conductor, but in layers with regard to the toroidal coil.

Das generative Fertigungsverfahren ermöglicht die Herstellung von Ringspulen mit Leitergeometrien, die in konventionellen Verfahren nicht oder nur sehr aufwändig herstellbar sind. Dazu gehören insbesondere Ringspulen, bei denen der Leiter ein Hohlleiter ist und/oder entlang seiner Längserstreckung variierende Querschnitte aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist damit besonders zur Herstellung einer der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Ringspulen geeignet.The generative manufacturing process enables the production of toroidal coils with conductor geometries that cannot be produced using conventional processes or can only be produced with great effort. These include, in particular, toroidal coils in which the conductor is a waveguide and/or has cross-sections that vary along its longitudinal extent. The method according to the invention is therefore particularly suitable for producing one of the toroidal coils according to the invention described above.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden zudem Abstandselemente aus einem bevorzugt elektrisch isolierenden Material zwischen verschiedene Abschnitte des Leiters eingebracht. Bevorzugt werden die Abstandselemente additiv aufgebaut. Dabei können beispielweise keramische Materialien mit demselben Fertigungsverfahren wie der Leiter aufgebaut werden. Alternativ können insbesondere Kunststoffe für die Abstandselemente verwendet werden, die in einem 3-dimensionalen Druckverfahren aufgebaut werden können. Auf diese Weise können zwischen einzelnen Windungen des Hohlleiters elektrisch isolierende Abstandselemente eingebracht werden, durch die der Abstand der einzelnen Windungen zueinander weiter reduziert werden kann. Auch können Abstandselemente in einen Hohlleiter eingearbeitet werden, die der Fixierung und elektrischen Isolierung von weiteren Leitern, die in den Hohlleiter eingebracht sind, dienen. Grundsätzlich können die Abstandselemente auch aus demselben elektrisch leitenden Material wie der Leiter aufgebaut werden, sofern die Abstandselemente derart klein gegenüber den Dimensionen des Leiters dimensioniert werden, dass ihr Einfluss auf die elektromagnetischen Eigenschaften der Ringspule insgesamt vernachlässigbar ist.In an advantageous embodiment of the method, spacer elements made of a preferably electrically insulating material are also introduced between different sections of the conductor. The spacer elements are preferably constructed additively. For example, ceramic materials can be constructed using the same manufacturing process as the conductor. Alternatively, plastics in particular can be used for the spacer elements, which can be constructed using a 3-dimensional printing process. In this way, electrically insulating spacer elements can be introduced between individual turns of the waveguide, through which the distance between the individual turns from one another can be further reduced. Spacer elements can also be incorporated into a waveguide, which serve to fix and electrically insulate other conductors that are inserted into the waveguide. In principle, the spacer elements can also be constructed from the same electrically conductive material as the conductor, provided that the spacer elements are dimensioned so small compared to the dimensions of the conductor that their overall influence on the electromagnetic properties of the toroidal coil is negligible.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:

  • 1 eine isometrische Ansicht einer Ringspule in einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 2 eine isometrische Schnittansicht der Spule aus 1;
  • 3 eine isometrische Ansicht einer isoliert dargestellten Windung der Spule aus 1 und
  • 4 eine isometrische Ansicht auf eine Querschnittsfläche eines Hohlleiters einer Ringspule in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with the aid of figures. The figures show:
  • 1 an isometric view of a toroidal coil in a first exemplary embodiment;
  • 2 an isometric sectional view of the coil 1 ;
  • 3 an isometric view of an isolated winding of the coil 1 and
  • 4 an isometric view of a cross-sectional area of a waveguide of a toroidal coil in a second exemplary embodiment.

1 zeigt eine Ringspule in einer isometrischen Darstellung in einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Spule weist einen Hohlleiter 1 auf, der schraubenlinienförmig um einen ringförmigen Kernbereich 2 gewunden verläuft. Der ringförmige Kernbereich 2 ist im darstellten Ausführungsbeispiel ein Torus, also ein Körper, der durch die Rotation einer kreisförmigen Querschnittsfläche des Kernbereichs um eine Achse entsteht, die außerhalb der Querschnittsfläche des Kernbereichs liegt. Im Resultat hat damit der ringförmige Kernbereich die Form eines zu einem kreisförmigen Rings gebogenen Stabs mit einer kreisförmigen Grundfläche. 1 shows a toroidal coil in an isometric view in a first exemplary embodiment. The coil has a waveguide 1 which runs helically around an annular core region 2. In the exemplary embodiment shown, the annular core region 2 is a torus, i.e. a body that is created by the rotation of a circular cross-sectional area of the core region about an axis that lies outside the cross-sectional area of the core region. As a result, the annular core area has the shape of a rod bent into a circular ring with a circular base area.

Im Rahmen der Anmeldung kann anstelle eines kreisförmigen Kernbereichs auch ein Kernbereich ausgebildet sein, der die Form einer Ellipse oder eines Ovals oder eines beliebig anders geformten, ein zentrale Öffnung umlaufend umgebenen Körpers haben. In einer radialen Richtung, also einer Richtung die von der Mitte der zentralen Öffnung radial nach außen verläuft, kann der ringförmige Kernbereich ebenfalls eine andere Querschnittsfläche haben als die eines Kreises wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Neben einem kreisförmigen Querschnitt ist auch hier ein ovaler oder elliptischer Querschnitt bevorzugt. Grundsätzlich sind auch andere Querschnitte, beispielsweise in Form eines Vielecks möglich. Da der Hohlleiter jedoch der Form des Kernbereichs folgt, ist ein in seinem Querschnitt sich stetig verändernder runder Kernbereich günstiger als ein eckiger.Within the scope of the application, instead of a circular core area, a core area can also be formed which has the shape of an ellipse or an oval or a body of any other shape that surrounds a central opening. In a radial direction, i.e. a direction that extends radially outward from the center of the central opening, the annular core region can also have a cross-sectional area other than that of a circle as in the case in 1 illustrated embodiment. In addition to a circular cross section, an oval or elliptical cross section is also preferred here. In principle, other cross sections are also possible, for example in the form of a polygon. However, since the waveguide follows the shape of the core area, a round core area with a constantly changing cross-section is more favorable than a square one.

Bei der in 1 dargestellten Ringspule verläuft der Hohlleiter 1 in 18 Windungen um den Kernbereich 2 herum. Ein Anfang und ein Ende des Hohlleiters 1 treffen in einer der Windungen unmittelbar aufeinander. Am Anfang bzw. am Ende des Hohlleiters 1 geht dieser jeweils in einen senkrecht nach außen wegstehenden Anschluss 3 über, der jeweils mit Montage- und/oder Kontaktmitteln 4 versehen ist. Im gezeigten Beispiel sind die Montage- und/oder Kontaktmittel 4 durch eine Aussparung im Anschluss 3 gebildet. Die Ringspule ist somit für eine Schraubmontage und Schraubkontaktierung geeignet. Alternativ und/oder zusätzlich können Lötstifte, Lötflächen oder auch Steckkontakte für eine Leiterplattenmontage vorgesehen sein.At the in 1 In the ring coil shown, the waveguide 1 runs in 18 turns around the core area 2. A beginning and an end of the waveguide 1 meet directly in one of the turns. At the beginning or at the end of the waveguide 1, it merges into a connection 3 that projects vertically outwards and is each provided with mounting and/or contact means 4. In the example shown, the mounting and/or contact means 4 are formed by a recess in the connection 3. The toroidal coil is therefore for a screw Suitable for assembly and screw connection. Alternatively and/or additionally, soldering pins, soldering surfaces or even plug-in contacts can be provided for PCB assembly.

Der verwendete Hohlleiter 1 hat einen äußeren rechteckigen Querschnitt und ist derart tordiert, dass er im äußeren Bereich mit seiner Längsseitenfläche tangential am ringförmigen Kernbereich 2 anliegt und im inneren Bereich, zur zentralen Öffnung der Ringspule hin mit einer gegenüber der Längsseitenfläche schmaleren Querseitenfläche tangential am Kernbereich 2 anliegt.The waveguide 1 used has an outer rectangular cross-section and is twisted in such a way that in the outer region its longitudinal side surface rests tangentially on the annular core region 2 and in the inner region, towards the central opening of the toroidal coil, it rests tangentially on the core region 2 with a transverse side surface that is narrower than the longitudinal side surface applied.

Die Torsion des Hohlleiters 1 ist anhand von 2 deutlicher zu erkennen. 2 zeigt die Ringspule der 1 in einer isometrischen Schnittdarstellung, wobei der Schnitt in der lateralen Symmetrieebene des ringförmigen Kernbereichs ausgeführt ist. Der Kernbereich 2 ist in der 2 durch seine umlaufende kreisförmige Mittellinie dargestellt. Die dargestellte Mittellinie des Kernbereichs 2 gibt die Trajektorie des Mittelpunkts des Kreises an, der bei seiner Drehung um die zentrale Achse den ringförmigen Kernbereich 2 bildet.The torsion of the waveguide 1 is based on 2 more clearly visible. 2 shows the toroidal coil 1 in an isometric sectional view, the section being carried out in the lateral plane of symmetry of the annular core area. The core area 2 is in the 2 represented by its surrounding circular center line. The center line of the core area 2 shown indicates the trajectory of the center of the circle, which forms the annular core area 2 as it rotates about the central axis.

In dem Schnittbild der 2 ist im äußeren Bereich eine erste Querschnittsfläche 10 und in inneren Bereich eine zweite Querschnittfläche 11 des Hohlleiters 1 zu erkennen. Beide Querschnittflächen 10, 11 sind rahmenförmig, gebildet von Längsseitenfläche 12 und 14 des Hohlleiters 1 und gegenüber den schmaleren Querseitenfläche 13 und 15. Längs- und Querseitenfläche 12 bis 15 weisen eine gleiche Wandstärke 16 auf.In the sectional view of the 2 A first cross-sectional area 10 can be seen in the outer area and a second cross-sectional area 11 of the waveguide 1 in the inner area. Both cross-sectional surfaces 10, 11 are frame-shaped, formed by the longitudinal side surfaces 12 and 14 of the waveguide 1 and opposite the narrower transverse side surfaces 13 and 15. The longitudinal and transverse side surfaces 12 to 15 have the same wall thickness 16.

Im Verlaufe eines jeden der in der 2 dargestellten halben Windungsabschnitte ist der Hohlleiter 1 um etwa 90° in sich gewunden (tordiert). Als Folge verläuft im Außenbereich der Ringspule die breitere Längsseitenfläche 12, 14 tangential zum Kernbereich, wohingegen die Querseitenfläche 13, 15 im Wesentlichen radial nach außen verlaufen. Im inneren Bereich der Ringspule verlaufen dagegen die Längsseitenflächen 12, 14 im Wesentlichen radial, wohingegen die Querseitenflächen 13, 15 tangential zum Kernbereich verlaufen. Sowohl im inneren, als auch im äußeren Bereich der Ringspule liegen die einzelnen Windungen des Hohlleiters 1 damit eng benachbart zueinander, was Streufelder minimiert.In the course of each one in the 2 In the half turn sections shown, the waveguide 1 is wound (twisted) by approximately 90°. As a result, in the outer area of the toroidal coil, the wider longitudinal side surface 12, 14 runs tangentially to the core area, whereas the transverse side surface 13, 15 runs essentially radially outwards. In the inner region of the toroidal coil, however, the longitudinal side surfaces 12, 14 run essentially radially, whereas the transverse side surfaces 13, 15 run tangentially to the core region. Both in the inner and outer areas of the toroidal coil, the individual turns of the waveguide 1 are closely adjacent to one another, which minimizes stray fields.

3 zeigt ebenfalls in einer isometrischen Ansicht nochmals eine Windung des Hohlleiters 1 der Ringspule der 1 und 2 isoliert von den anderen Windungen dargestellt. Auch hier ist deutlich die Torsion um insgesamt 180° bei einer Windung des Hohlleiters 1 erkennbar. Alternativ kann die Torsion des jeweils oberen und unteren halben Windungsabschnitts um 90° auch gegensinnig ausgeführt werden, so dass für einen Windungsabschnitt insgesamt eine Drehung um 0° pro Windungsabschnitt resultiert. 3 also shows another turn of the waveguide 1 of the toroidal coil in an isometric view 1 and 2 shown isolated from the other turns. Here too, the torsion of a total of 180° in one turn of the waveguide 1 can be clearly seen. Alternatively, the torsion of the upper and lower half winding sections by 90° can also be carried out in opposite directions, so that a total rotation of 0° per winding section results for a winding section.

In einer Weiterbildung der dargestellten Ringspule kann vorgesehen sein, ein Kühlmittel durch den Hohlleiter zu führen. Dazu können im Bereich der Anschlüsse 3 der Ringspule entsprechende Kühlmittelanschlüsse vorgesehen sein. Als Kühlmittel kann Luft oder ein anderes Gas oder auch eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise entionisiertes Wasser, verwendet werden.In a further development of the toroidal coil shown, provision can be made for a coolant to be guided through the waveguide. For this purpose, corresponding coolant connections can be provided in the area of the connections 3 of the toroidal coil. Air or another gas or even a cooling liquid, for example deionized water, can be used as the coolant.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ringspule. In 4 ist wiederum in ähnlicher Art wie in 3 nur eine Windung der Ringspule dargestellt. Im Gesamtaufbau ist die Ringspule der 4 ähnlich zu der in den 1 und 2 wiedergegebenen ausgebildet. 4 shows another embodiment of a toroidal coil. In 4 is again in a similar way as in 3 Only one turn of the toroidal coil is shown. In the overall structure, the toroidal coil is the 4 similar to that in the 1 and 2 reproduced trained.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Hohlleiter 1 bezüglich seines äu-ßeren wie auch seines inneren Querschnitts rechteckförmig, so dass sich eine im Wesentlichen rahmenförmige Querschnittsfläche ergibt. Durch das Innere des Hohlleiters 1 sind weitere Leiter 5, hier drei weitere Leiter 5, geführt. Diese weiteren Leiter 5 können wie in der 4 dargestellt, Vollleiter (massive Leiter) sein. Es ist aber auch denkbar, dass die weiteren Leiter 5 ebenfalls als Hohlleiter ausgebildet sind, beispielsweise ausgebildet als Rohr mit einem äu-ßeren und einem inneren kreisförmigen Querschnitt. In den weiteren Leitern können dann wiederum noch weitere Leiter angeordnet sein, beispielsweise ebenfalls Hohlleiter, die konzentrisch in den weiteren Leitern verlaufen.In this exemplary embodiment, too, the waveguide 1 is rectangular with respect to its outer and inner cross-section, so that a substantially frame-shaped cross-sectional area results. Additional conductors 5, here three additional conductors 5, are guided through the interior of the waveguide 1. These additional conductors 5 can be as in the 4 shown, be solid conductors (solid conductors). However, it is also conceivable that the further conductors 5 are also designed as waveguides, for example designed as a tube with an outer and an inner circular cross section. Further conductors can then be arranged in the further conductors, for example also waveguides, which run concentrically in the further conductors.

Die weiteren Leiter 5 können parallel geschaltet sein und durch ein hier nicht sichtbares Isolationsmittel voneinander elektrisch isoliert innerhalb des Hohlleiters 1 positioniert und fixiert sein. Die weiteren Leiter 5 können einzeln aus der Ringspule herausgeführt und extern verschaltet werden. Es ist auch denkbar, dass die weiteren Leiter 5 untereinander und/oder mit dem Hohlleiter 1 bereits innerhalb der Ringspule verschaltet sind, beispielsweise parallel geschaltet oder in Serie geschaltet oder teils parallel und teils in Serie geschaltet. Dabei sind auch Verschaltungsoptionen denkbar, bei denen der Hohlleiter 1 als Abschirmung für die weiteren Leiter 5 dient.The further conductors 5 can be connected in parallel and positioned and fixed within the waveguide 1 in an electrically insulated manner from one another by an insulating means that is not visible here. The other conductors 5 can be individually led out of the toroidal coil and connected externally. It is also conceivable that the further conductors 5 are already connected to one another and/or to the waveguide 1 within the toroidal coil, for example connected in parallel or connected in series or partly connected in parallel and partly in series. Wiring options are also conceivable in which the waveguide 1 serves as a shield for the other conductors 5.

Bei den in den 1 bis 4 dargestellten Ringspulen hat der Hohlleiter 1 einen äußeren rechteckigen und einen inneren rechteckigen Querschnitt. Alternativ kann eine Ringspule auch einen Hohlleiter aufweisen, der innen und au-ßen einen kreisförmigen Durchmesser hat.With those in the 1 until 4 Ring coils shown, the waveguide 1 has an outer rectangular and an inner rectangular cross section. Alternatively, a toroidal coil can also have a waveguide that has a circular diameter inside and outside.

Bei den in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ändert sich entlang des Hohlleiters die Ausrichtung der Querschnittsfläche, ohne dass sich jedoch die Grundform der Querschnittsfläche verändert. Auch die Wandstärke ändert sich entlang des Hohlleiters nicht. Bei einer Ringspule kann jedoch auch vorgesehen sein, dass sich entlang des Hohlleiters 1 dessen äußere und/oder innere Form der Querschnittsfläche verändert, beispielsweise derart, dass die erste, außen liegende Querschnittsfläche des Hohlleiters rechteckig ist und die zweite, im inneren Bereich der Ringspule liegende Querschnittsfläche des Hohlleiters trapezförmig ist. Die beiden Grundformen rechteckig und trapezförmig gehen dann im Verlauf des Hohlleiters vom Außenbereich zum Innenbereich kontinuierlich ineinander über. Der Wechsel zwischen diesen Grundformen erfolgt dabei periodisch, so wie sich die Ausrichtung der rechteckigen Querschnittsfläche beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 periodisch und kontinuierlich durch die Torsion des Hohlleiters 1 verändert.With those in the 1 until 4 In the exemplary embodiments shown, the orientation of the cross-sectional area changes along the waveguide, but without changing the basic shape of the cross-sectional area. The wall thickness also does not change along the waveguide. In the case of a ring coil, however, it can also be provided that the outer and/or inner shape of the cross-sectional area changes along the waveguide 1, for example in such a way that the first, external cross-sectional area of the waveguide is rectangular and the second, located in the inner region of the ring coil Cross-sectional area of the waveguide is trapezoidal. The two basic shapes, rectangular and trapezoidal, then continuously merge into one another as the waveguide moves from the outside to the inside. The change between these basic shapes takes place periodically, just like the orientation of the rectangular cross-sectional area in the exemplary embodiment 1 until 4 changed periodically and continuously by the torsion of the waveguide 1.

Bei einer weiteren, nicht erfindungsgemäßen Ringspule ist es möglich, dass sowohl die erste als auch die zweite Querschnittsfläche kreisringförmig sind, wobei die erste, im äußeren Bereich der Ringspule liegende Querschnittsfläche einen größeren äußeren Durchmesser aufweist als die zweite Querschnittsfläche, die im Innenbereich der Spule liegt. Dabei ändert sich jedoch die Wandstärke des Hohlleiters periodisch derart, dass der Hohlleiter bei einem kleineren äußeren Durchmesser eine größere Wandstärke hat als bei größerem äußerem Durchmesser. Das Zusammenspiel von äußerem Durchmesser und Wandstärke kann dabei derart erfolgen, dass der Hohlleiter an jeder Stelle entlang seiner Länge die gleiche Materialquerschnittsfläche aufweist. Die für die Stromleitung zur Verfügung stehende Fläche ist also entlang des gesamten Hohlleiters gleich groß.In a further toroidal coil not according to the invention, it is possible for both the first and second cross-sectional areas to be circular, with the first cross-sectional area located in the outer region of the toroidal coil having a larger outer diameter than the second cross-sectional area located in the inner area of the coil . However, the wall thickness of the waveguide changes periodically in such a way that the waveguide has a larger wall thickness with a smaller outer diameter than with a larger outer diameter. The interaction between outer diameter and wall thickness can take place in such a way that the waveguide has the same material cross-sectional area at every point along its length. The area available for the power line is therefore the same size along the entire waveguide.

Grundsätzlich kann die Herstellung einer der zuvor beschriebenen Ringspulen in einer konventionellen Wickeltechnik erfolgen. Der Hohlleiter kann dabei mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium druckbeaufschlagt werden, um ein Kollabieren des Hohlleiters beim Wickelvorgang zu verhindern. Alternativ ist es auch denkbar, ein granulares oder festes Medium, beispielsweise einen aushärtenden Kunststoff, zu diesem Zweck in den Hohlleiter einzubringen. Ein eingebrachter Feststoff oder nach dem Einbringen ausgehärteter Stoff kann durch Temperaturänderung und/oder ein chemisches Lösungsmittel nach dem Wickelvorgang wieder entfernt werden.In principle, one of the ring coils described above can be produced using a conventional winding technology. The waveguide can be pressurized with a liquid or gaseous medium in order to prevent the waveguide from collapsing during the winding process. Alternatively, it is also conceivable to introduce a granular or solid medium, for example a hardening plastic, into the waveguide for this purpose. An introduced solid or substance that has hardened after introduction can be removed again after the winding process by changing the temperature and/or a chemical solvent.

Mit steigender Komplexität der Wickelgeometrie, insbesondere wenn sich der Querschnitt des Hohlleiters periodisch ändert und unter Umständen grundsätzlich unterschiedliche Formen annimmt, ist eine konventionelle Fertigung, bei der der Leiter zuvor erstellt und dann in einem Wickelvorgang zur Spule gewickelt wird, nicht mehr möglich.As the complexity of the winding geometry increases, especially when the cross section of the waveguide changes periodically and under certain circumstances takes on fundamentally different shapes, conventional production, in which the conductor is created beforehand and then wound into a coil in a winding process, is no longer possible.

Erfindungsgemäß sieht ein Herstellungsverfahren für eine erfindungsgemäße Ringspule mit einer gegebenenfalls komplexen Geometrie vor, die Spule in einem generativen Fertigungsverfahren, insbesondere in einem additiven Fertigungsverfahren herzustellen. Als ein generatives Fertigungsverfahren wird ein Verfahren angesehen, bei dem ein Objekt nicht durch mechanische Umformung erzeugt wird, sondern in der gewünschten Form meist Schicht für Schicht aufgebaut wird. Generative Fertigungsverfahren finden beispielsweise im Bereich des „rapid prototyping“ Anwendung.According to the invention, a manufacturing method for a toroidal coil according to the invention with an optionally complex geometry provides for the coil to be manufactured in a generative manufacturing process, in particular in an additive manufacturing process. A generative manufacturing process is seen as a process in which an object is not created through mechanical forming, but rather is built up in the desired shape, usually layer by layer. Generative manufacturing processes are used, for example, in the area of “rapid prototyping”.

Zur Erstellung einer Ringspule in einem derartigen generativen Herstellungsverfahren wird die Spule Schicht für Schicht aufgebaut und zwar bevorzugt nicht entlang der Längserstreckung des Leiters, sondern Schicht für Schicht in einer Ebene, die parallel zur lateralen Ersteckungsebene des kernförmigen Bereichs der Ringspule liegt.To create a toroidal coil in such a generative manufacturing process, the coil is built up layer by layer, preferably not along the longitudinal extent of the conductor, but layer by layer in a plane that is parallel to the lateral extension plane of the core-shaped region of the toroidal coil.

Als geeignetes additives Verfahren kann beispielsweise ein Lasersinter-Verfahren (z.B. Direct Metal Sintering - DMLS oder Selective Laser Sintering - SLS) oder ein Laser-Aufschmelzverfahren (Selective Laser Melting - SLM) verwendet werden. Bei diesen Verfahren werden der Leiter und gegebenenfalls Anschlüsse der Ringspule, ein Kern oder weitere Leiter aus einem Metallpulver Schicht für Schicht aufgebaut. Das Pulver wird dazu großflächig aufgetragen, beispielsweise in einem Rakelverfahren, und dann lokal an den Stellen, an denen nachher der Leiter, ein Anschluss oder ein weiterer Leiter ausgebildet sein sollen, durch lokale Hitzeanwendung mithilfe eines Laserstrahls mit der unterliegenden, bereits aufgebauten Schicht verbunden. Leiter, auch Hohlleiter mit beliebigen Querschnitten, auch sich kontinuierlich verändernden Querschnitten, können auf diese Weise aufgebaut werden. Auch Ringspulen mit ineinander verlaufenden Hohlleitern lassen sich fertigen.For example, a laser sintering process (e.g. Direct Metal Sintering - DMLS or Selective Laser Sintering - SLS) or a laser melting process (Selective Laser Melting - SLM) can be used as a suitable additive process. In these processes, the conductor and, if necessary, connections of the toroidal coil, a core or other conductors are built up layer by layer from a metal powder. For this purpose, the powder is applied over a large area, for example using a squeegee method, and then locally connected to the underlying, already built-up layer by applying local heat using a laser beam at the points where the conductor, a connection or another conductor is to be formed. Conductors, including waveguides, with any cross-sections, including continuously changing cross-sections, can be constructed in this way. Ring coils with waveguides running into one another can also be manufactured.

Weitere geeignete generative Fertigungsverfahren sind ein selektives Aufschmelzen durch einen Elektronenstrahl (Selective Electron Beam Melting - SEBM) oder das Laserauftragsschweißen.Other suitable generative manufacturing processes include selective melting using an electron beam (Selective Electron Beam Melting - SEBM) or laser deposition welding.

Das Verfahren zum Aufbau des Hohlleiters, also beispielsweise das Lasersinter- oder Laser-Aufschmelzverfahren, kann mit einem Verfahren zum schichtweisen abscheiden von nicht leitenden Elementen, insbesondere Kunststoffen, beispielsweise einem drei-dimensionalen Druckverfahren kombiniert werden, um in die Ringspule zwischen den einzelnen Windungen des Hohlleiters elektrisch isolierende Abstandselemente einzubringen. Auf gleiche Weise können Abstandselemente in den Hohlleiter eingearbeitet werden, die der Fixierung und elektrischen Isolierung von weiteren Leitern, die in den Hohlleiter eingebracht sind, dienen.The process for constructing the waveguide, for example the laser sintering or laser melting process, can be combined with a process for depositing non-conductive elements, in particular plastics, in layers, for example a three-dimensional printing process, in order to be inserted into the toroidal coil between the individual turns of the Waveguide electrically insulated to introduce spacer elements. In the same way, spacer elements can be incorporated into the waveguide, which serve to fix and electrically insulate other conductors that are inserted into the waveguide.

In dem Hohlleiter und/oder den Anschlüssen sowie gegebenenfalls weiteren, im Hohlleiter verlaufenden Leitern kann auch ein den Kernbereich ganz oder teilweise ausfüllender Kern in einem generativen Herstellungsverfahren gefertigt werden. Beim Herstellen der Ringspule „wächst“ dann der Kern mit dem ihn später umgebenden Hohlleiter.A core that completely or partially fills the core region can also be manufactured in the waveguide and/or the connections and, if necessary, other conductors running in the waveguide in a generative manufacturing process. When the toroidal coil is manufactured, the core “grows” with the waveguide that later surrounds it.

Bei Herstellung in einem generativen Verfahren können gezielt Durchbrüche in dem Hohlleiter 1 eingearbeitet werden, um bei dem Herstellungsverfahren nicht gesintertes oder aufgeschmolzenes Metallpulver, aus dem der Hohlleiter 1 gebildet ist, leichter aus dem Hohlleiter entfernen zu können. Die Durchbrüche in den Wandungen des Hohlleiters können zudem einer besseren Kühlung durch einen Luftstrom dienen.During production in a generative process, openings can be specifically incorporated into the waveguide 1 in order to be able to more easily remove metal powder from which the waveguide 1 is formed that is not sintered or melted during the production process from the waveguide. The openings in the walls of the waveguide can also serve for better cooling through an air flow.

Es versteht sich, dass die anmeldungsgemäßen Ringspulen auch in Form eines Transformators aufgebaut werden können, bei dem mehrere Leiter um einen gemeinsamen Kernbereich gewunden sind.It goes without saying that the ring coils according to the application can also be constructed in the form of a transformer in which several conductors are wound around a common core area.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
HohlleiterWaveguide
22
KernbereichCore area
33
AnschlussConnection
44
Montage- und/oder KontaktmittelAssembly and/or contact means
55
weiterer Leiter another leader
1010
erster Querschnittfirst cross section
1111
zweiter Querschnittsecond cross section
12, 1412, 14
LängsseitenflächenLong side surfaces
13, 1513, 15
QuerseitenflächenTransverse side surfaces
1616
Wandungwall

Claims (13)

Ringspule mit mindestens einem Leiter, der schraubenlinienförmig um einen ringförmigen Kernbereich (2) gewunden verläuft und der eine rechteckige äußere Form mit Längsseitenflächen (12, 14) und relativ zu diesen schmaleren Querseitenflächen (13, 15) aufweist, wobei der Leiter ein Hohlleiter (1) ist, der derart tordiert ist, dass an der Innenseite des Kernbereichs (2) die schmaleren Querseitenflächen (13, 15) und an der Außenseite des Kernbereichs (2) die Längsseitenflächen (12, 14) des Hohlleiters (1) an dem Kernbereich (2) anliegen.Ring coil with at least one conductor which runs helically around an annular core region (2) and which has a rectangular outer shape with longitudinal side surfaces (12, 14) and narrower transverse side surfaces (13, 15) relative to these, the conductor being a waveguide (1 ), which is twisted in such a way that on the inside of the core area (2) the narrower transverse side surfaces (13, 15) and on the outside of the core area (2) the longitudinal side surfaces (12, 14) of the waveguide (1) on the core area ( 2) apply. Ringspule nach Anspruch 1, bei der der ringförmige Kernbereich (2) sich entlang eines Kreises, einer Ellipse oder eines Ovals erstreckt.toroidal coil Claim 1 , in which the annular core area (2) extends along a circle, an ellipse or an oval. Ringspule nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Kernbereich (2) in einer Richtung senkrecht zu seiner Erstreckung einen runden, ovalen oder elliptischen Querschnitt aufweist.toroidal coil Claim 1 or 2 , in which the core region (2) has a round, oval or elliptical cross section in a direction perpendicular to its extension. Ringspule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der ringförmige Kernbereich (2) ganz oder teilweise mit einem ringförmigen Kern ausgefüllt ist.Toroidal coil according to one of the Claims 1 until 3 , in which the annular core area (2) is completely or partially filled with an annular core. Ringspule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Verhältnis der Breiten der Längsseitenflächen (12, 14) zu den Querseitenflächen (13, 15) dem Verhältnis von einem äußeren zu einem inneren Durchmesser des Kernbereichs (2) angepasst ist.Toroidal coil according to one of the Claims 1 until 4 , in which the ratio of the widths of the longitudinal side surfaces (12, 14) to the transverse side surfaces (13, 15) is adapted to the ratio of an outer to an inner diameter of the core area (2). Ringspule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Hohlleiter (1) entlang seiner Länge eine konstante Materialquerschnittsfläche aufweist.Toroidal coil according to one of the Claims 1 until 5 , in which the waveguide (1) has a constant material cross-sectional area along its length. Ringspule nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der in dem zumindest einen Hohlleiter (1) ein weiterer Leiter (5) verläuft.Toroidal coil according to one of the Claims 1 until 6 , in which a further conductor (5) runs in the at least one waveguide (1). Ringspule nach Anspruch 7, bei der der weitere Leiter (5) ein Hohlleiter ist.toroidal coil Claim 7 , in which the further conductor (5) is a waveguide. Verfahren zur Herstellung einer Ringspule mit mindestens einem schraubenlinienförmig um einen torusförmigen Kernbereich (2) gewundenen Hohlleiter (1), der derart tordiert ist, dass an der Innenseite des Kernbereichs (2) die schmaleren Querseitenflächen (13, 15) und an der Außenseite des Kernbereichs (2) die Längsseitenflächen (12, 14) des Hohlleiters (1) an dem Kernbereich (2) anliegen, wobei der mindestens eine Hohlleiter (1) in einem generativen Fertigungsverfahren, insbesondere additiv aufgebaut wird.Method for producing a toroidal coil with at least one waveguide (1) wound helically around a toroidal core region (2), which is twisted in such a way that the narrower transverse side surfaces (13, 15) are on the inside of the core region (2) and on the outside of the core region (2) the longitudinal side surfaces (12, 14) of the waveguide (1) rest on the core region (2), the at least one waveguide (1) being constructed in a generative manufacturing process, in particular additively. Verfahren nach Anspruch 9, bei der die Ringspule schichtweise aufgebaut wird.Procedure according to Claim 9 , in which the toroidal coil is built up in layers. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der mindestens eine Leiter in einem Laser-Sinter- oder Laser-Aufschmelzverfahren aus einem Pulver, insbesondere einem Metallpulver, aufgebaut wird.Procedure according to Claim 9 or 10 , in which the at least one conductor is constructed from a powder, in particular a metal powder, in a laser sintering or laser melting process. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem Abstandselemente aus einem bevorzugt elektrisch isolierenden Material zwischen verschiedene Abschnitte des Leiters eingebracht werden.Procedure according to one of the Claims 9 until 11 , in which spacer elements made of a preferably electrically insulating material are inserted between different sections of the conductor. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem auch die Abstandselemente additiv aufgebaut werden, insbesondere in einem 3-dimensionalen Druckverfahren.Procedure according to Claim 12 , in which the spacer elements are also constructed additively, especially in a 3-dimensional printing process.
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