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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spule.
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Das
japanische Patent Nr. 3737461 und die
japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2007-305803 offenbaren Spulen und Verfahren zur Bildung einer Spule durch ein hochkant erfolgendes Wickeln eines Flachdrahts.
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Spulen in Hochkantanordnung können hergestellt werden, indem ein aus einer Kupferplatte gebildeter Draht gewickelt wird, der zuvor mit einer Isolierschicht überzogen wurde, oder indem ein aus einer Kupferplatte gebildeter Draht hochkant gewickelt wird und der Draht dann mit einer Isolierschicht beschichtet wird. Wenn ein aus einer Kupferplatte bestehender Draht 100 für ein hochkant erfolgendes Wickeln wie in 7 gezeigt gebogen wird, kann sich der innere Teil des Drahtes 100 an seiner Biegung aufweiten und die am Draht 100 befindliche Isolierschicht kann reißen. Wenn der Draht 100 unter Verwendung einer dünneren Kupferplatte bzw. einer Kupferplatte mit einem verminderten Maß W hergestellt wird, muss die Abmessung L des Drahts 100 vergrößert werden, um die ursprüngliche Querschnittsfläche beizubehalten. In diesem Fall muss der Draht 100 mit einem größeren Krümmungsradius gebogen werden, und an der äußeren Ecke des Drahtes 100 entsteht eine Zugspannung an dessen Biegung. Infolgedessen kann die Isolierschicht am Draht 100 an der Biegung aufbrechen. Andererseits tritt an der inneren Ecke des Drahtes 100 an dessen Biegung eine Druckspannung auf. Weil der inneren Rand an der Biegung des Drahtes 100 durch das Vorhandensein eines am inneren Rand des Drahtes 100 an der Biegung angesetzten Biegewerkzeugs (in der Zeichnung nicht gezeigt) daran gehindert ist, sich nach innen auszudehnen, weitet sich die Kupferplatte des Drahtes 100 an seiner Biegung in der Dickenrichtung auf.
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Deshalb sind das Ausmaß der Verringerung der Abmessung W und die gleichzeitige Erhöhung der Abmessung L des Kupferdrahtes 100 begrenzt. Wenn der Draht 100 wie in 8A gezeigt in überlappender Art und Weise gewickelt wird, entsteht darüber hinaus aufgrund der Aufweitung, die am Draht 100 während des hochkant erfolgenden Wickelns entsteht, eine Lücke GA zwischen zwei benachbarten Windungen des Drahtes 100. Wenn beim Wickeln keine Aufweitung am Draht 100 entsteht, bildet sich keine Lücke GA zwischen den Windungen, wie in 8B gezeigt ist. Somit führt also die in 8A gezeigte Aufweitung am Draht 100 dazu, dass sich für dieselbe Anzahl von Windungen des Drahtes 100 die Abmessung der sich ergebenden Spule in deren Axialrichtung erhöht.
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Die vorliegende Erfindung ist auf die Bereitstellung einer Spule gerichtet, deren Axiallänge verkürzt werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Spule enthält einen leitfähigen Draht, der in Axialrichtung der Spule spiralförmig gebildet ist, und einen Isolator, der in Axialrichtung der Spule in streifenartiger Spiralform gebildet ist. Ein leitfähiges Element ist als der leitfähige Draht der Spule auf mindestens einer Oberfläche des Isolators aufgebracht.
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Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung lässt sich zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstehen, die Folgendes zeigen:
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1A eine schematische perspektivische Ansicht einer Spule mit einem Kern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 1B eine schematische Vorderansicht der Spule mit dem Kern von 1A;
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2A eine schematische perspektivische Ansicht der Spule von 1A, wobei der Kern der Deutlichkeit halber entfernt ist, 2B eine schematische Vorderansicht der Spule von 2A, und 2C eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 2B;
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3A eine schematische perspektivische Ansicht eines Isolators in der Spule von 2A, 3B eine schematische Vorderansicht des Isolators von 3A, 3C eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 3B, und 3D eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Abdeckungsbereich des Isolators von 3A darstellt;
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4A eine schematische perspektivische Ansicht eines Isolators einer Spule gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 4B eine schematische Vorderansicht des Isolators von 4A, und 4C eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 4B;
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5A eine schematische Vorderansicht einer den Isolator enthaltenden Spule von 4A, und 5B eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 5A;
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6A eine schematische, abgebrochene Vorderansicht einer Spule gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 6B eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 6A;
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7 eine schematische abgebrochene perspektivische Ansicht, die eine Spule darstellt, die durch ein hochkant erfolgendes Wickeln gemäß dem Stand der Technik gebildet ist; und
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8A und 8B Schnittansichten der Spule von 7.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Mit Bezug auf 1 bezeichnet Bezugszahl 10 eine Spulenbaugruppe 10, die eine Spule 20 und einen Kern 50 aufweist. Der Kern 50 ist ein Kern in E-E-Bauart, der aus einem Kern 51 in E-Bauart und einem Kern 52 in E-Bauart zusammengesetzt ist.
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Jeder der Kerne 51, 52 in E-Bauart weist ein Basisteil 55 auf, das von rechteckiger Form ist und sich horizontal erstreckt, einen mittleren Magnetschenkel 56, der sich an einer Seite des Basisteils 55 ausgehend von der Mitte erstreckt, und zwei äußere Magnetschenkel 57, 58, die sich an der einen Seite des Basisteils 55 ausgehend von den entgegengesetzten Enden erstrecken. Die Magnetschenkel 56, 57, 58 haben einen rechteckigen Querschnitt.
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Die Kerne 51, 52 in E-Bauart werden zusammengeführt, indem man die Enden der mittleren Magnetschenkel 56 und äußeren Magnetschenkel 57, 58 der Kerne 51, 52 in Anlage bringt. Eine Spule 20 wird in Spiralform um die mittleren Magnetschenkel 56 der Kerne 51, 52 in E-Bauart gebildet.
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Mit Bezugnahme auf 2A, 2B und 2C umfasst die Spule 20 einen leitfähigen Draht 40A, der in Axialrichtung der Spule 20 in Spiralform ausgebildet ist. Der leitfähige Draht 40A besteht aus Kupfer. Die Spule 20 weist darüber hinaus einen Isolator 30 auf, der in Axialrichtung der Spule 20 in einer streifenartigen Spiralform ausgebildet ist.
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Mit Bezugnahme auf 3A, 3B und 3C ist der Isolator 30 aus einem Streifen mit rechteckigem Querschnitt gebildet und in Axialrichtung der Spule 20 zu einer Spiralwicklung geformt. Der Isolator 30 besteht aus Kunststoff und ist durch Extrusionsformen gebildet. Genauer gesagt wird der Isolator 30 hergestellt, indem Kunststoff zu einem Streifen extrudiert wird, der zu einer Spiralwicklung geformt wird. Die Dicke des Isolators 30 beträgt ca. 0,1 mm.
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Mit Bezugnahme auf 2A, 2B und 2C ist auf den Isolator 30 auf seinen entgegengesetzten Oberflächen bzw. auf einer Hauptfläche 30A und einer Rückfläche 30B des Isolators 30 ein als leitfähiger Draht 40A fungierendes, leitfähiges Element 40 aufgebracht, wie in 3C gezeigt ist. Das leitfähige Element 40 ist aus einer galvanisierten Kupferbeschichtung gebildet. Die Dicke des leitfähigen Elements 40 beträgt ca. 0,1 mm. In einem Überlappungsbereich des zu einer Wicklung verformten Isolators 30 ist das auf der Hauptfläche 30A des Isolators 30 aufgebrachte leitfähige Element 40 in Kontakt mit dem leitfähigen Element 40, das auf der Rückfläche 30B des Isolators 30 aufgebracht ist. An Randflächen (in 3D durch eine Schattierung angegeben) des Isolators 30 ist das leitfähige Element 40 nicht aufgebracht.
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Im Überlappungsbereich des zu einer Wicklung verformten Isolators 30 kann sich das auf eine Oberfläche des Isolators 30 bzw. die Hauptoberfläche 30A aufgebrachte leitfähige Element 40 vom leitfähigen Element 40 lösen, das auf die andere Seite des Isolators 30 bzw. die Rückfläche 30B aufgebracht ist.
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Wie in 3A, 3B und 3C gezeigt ist, hat der zu einer Spirale verformte Isolator 30 in Axialrichtung der Spule 20 an einem seiner Enden einen Anschlussbereich 31, der sich nach oben erstreckt. In entsprechender Weise hat der Isolator 30 an seinem anderen Ende einen sich nach oben erstreckenden Anschlussbereich 32.
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Wie in 2A, 2B und 2C gezeigt ist, ist auch das als leitfähiger Draht 40A fungierende leitfähige Element 40 auf die Anschlussbereiche 31, 32 des Isolators 30 aufgebracht. Somit wird ein nach oben verlaufendes Ende der Spule 20 als Anschlussbereich 25A verwendet. In entsprechender Weise wird das andere nach oben verlaufende Ende der Spule 20 als Anschlussbereich 26A verwendet.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der Spulenbaugruppe 10 beschrieben. Zunächst wird ein Verfahren zum Formen der Spule 20 beschrieben. Wie in 3A, 3B und 3C gezeigt ist, wird der Isolator 30 gebildet, indem Kunststoff zu einer Spirale in Axialrichtung der Spule 20 geformt wird. Der in Spulenform gebildete Isolator 30 wird also vorab hergestellt. Dann wird die leitfähige Spule 20 gebildet, indem leitfähiges Material auf den Isolator 30 aufgebracht wird. Zur Aufbringung des leitfähigen Materials auf den Isolator 30 kann eine Tauchgalvanisierung verwendet werden.
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Beim Galvanisieren sollten die inneren und äußeren Randflächen des Isolators 30, die in 3D durch eine Schattierung angedeutet sind, unter Verwendung eines Abdeckbands abgedeckt werden, um zu verhindern, dass diese Oberflächen des Isolators 30 mit dem leitfähigen Material beschichtet werden. Alternativ kann, wenn bei der Galvanisierung keine Abdeckung verwendet wird, eine an den Randflächen des Isolators 30 aufgetragene Kupferbeschichtung entfernt werden. Die Randflächen können dann nach Bedarf mit einer beliebigen Isolierbeschichtung überzogen werden.
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Wie weiter oben mit Bezug auf 7, 8A und 8B beschrieben ist, ist die Spule gemäß dem Stand der Technik dahingehend problematisch, dass die Isolierschicht am Draht 100 dazu neigt, aufzubrechen, wenn die Abmessung W deutlich kleiner als die Abmessung L des Drahtes 100 ist, und auch dahingehend, dass das Ausmaß der Verringerung der Abmessung W und die gleichzeitige Erhöhung der Abmessung L des Kupferdrahtes 100 begrenzt sind und die Aufweitung am Draht 100 dazu führt, dass sich bei gleicher Anzahl von Windungen des Drahtes 100 eine höhere Abmessung der sich ergebenden Spule in deren Axialrichtung ergibt.
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In der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung hingegen kann durch die Aufbringung des in Axialrichtung der Spule 20 spiralförmig gebildeten Isolators 30 auf das als leitfähigen Draht fungierende leitfähige Element 40 die Dicke des leitfähigen Elements 40 reduziert, die Breite des leitfähigen Elements 40 erhöht und ein Dickerwerden der Spule 20 verhindert werden. Außerdem können die Herstellkosten der Spule 20 gedrückt werden, weil das Formen eines isolierenden Kunststoffmaterials leichter ist als die Formgebung eines Metalldrahts bei Bildung einer Spule. Des Weiteren ist bei der Spule 20 gemäß der dargestellten Ausführungsform die Freiheit bei der Auslegung der Spulenform erhöht.
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Die in 1A und 1B gezeigte Spulenbaugruppe 10 wird hergestellt, indem die mittleren Magnetschenkel 56 der Kerne 51, 52 in E-Bauart in die Spule 20 eingeführt werden, wobei die mittleren Magnetschenkel 56 und äußeren Magnetschenkel 57, 58 der jeweiligen Kerne 51, 52 in E-Bauart miteinander wie in 1A und 1B gezeigt in Anlage gebracht werden.
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Die Spule der vorstehend beschriebenen Ausführungsform bietet die folgenden vorteilhaften Wirkungen.
- (1) Die Spule 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst den Isolator 30, der in Axialrichtung der Spule 20 in streifenartiger Spiralform ausgebildet ist, und das leitfähige Element 40, das als leitfähiger Draht 40A fungiert, der auf den Oberflächen an den entgegengesetzten Seiten des Isolators 30 bzw. der Hauptoberfläche 30A und Rückfläche 30B aufgebracht ist. Gemäß einer solchen Auslegung der Spule 20 kann im Vergleich zu einer Spule, die gebildet wird, indem ein Draht aus einer Metallplatte gebogen und mit derselben Anzahl von Windungen wie bei der Spule 20 gewickelt wird, die Spulenlänge in Axialrichtung verkürzt werden.
- (2) Die Spule 20 mit dem durch Galvanisierung gebildeten leitfähigen Element 40 ist einfach herzustellen. Eine planare Spule wird gebildet, indem ein Draht spiralförmig in einer Ebene gewickelt wird. Bei der planaren Spule ist die Größe der Spule in ihrer Radialrichtung mit größer werdender Anzahl an Windungen erhöht und von daher ist die Anzahl von Windungen in einer Spule begrenzt. Obwohl die Anzahl an Windungen in einer planaren Spule durch Schichtung einer Vielzahl von planaren Wickellagen erhöht werden kann, erschwert die Schichtung die Herstellung der Spule und begrenzt die Auslegungsmöglichkeiten für den Kern. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Anzahl von Windungen einer Spule erhöht werden, ohne dabei die Spulengröße zu steigern. Zusätzlich kann die Spule gemäß der Ausführungsform leicht hergestellt werden, und auch die Freiheit in Bezug auf die Auslegung der Kerne ist erhöht.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann in verschiedener Art und Weise verwirklicht werden, wie nachstehend beispielhaft dargelegt ist. Mit Bezug auf 4A, 4B und 4C ist der Isolator 30 mit Vorsprüngen 35 ausgebildet, die in Axialrichtung der sich ergebenden Spule vorstehend und spiralförmig entlang des Isolators 30 verlaufen. Mit Bezug auf 5A und 5B sind ein erstes leitfähiges Element 45 als leitfähiger Draht, der innenseitig des Isolators 30 ausgebildet ist, und ein zweites leitfähiges Element 46 als leitfähiger Draht, der außenseitig des Isolators 30 ausgebildet ist, durch die Vorsprünge 35 unterteilt und gebildet. Wenn ein Ende des ersten leitfähigen Elements 45 und ein Ende des zweiten leitfähigen Elements 46 durch äußere Verbindungsmittel elektrisch aneinander angeschlossen werden, kann die Anzahl der Windungen der Spule erhöht bzw. verdoppelt werden. Mithin lässt sich durch das Vorsehen der Vorsprünge 35 im Isolator 30 die Anzahl der Windungen der Spule erhöhen.
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Wie in 6A und 6B gezeigt ist, können eine Öffnung 37 an einem Ende und am anderen Ende des Isolators 30, sowie Öffnungen 90 an den Enden 25, 26 des leitfähigen Elements 40, das auf den entgegengesetzten Oberflächen des Isolators 30 aufgebracht ist, gebildet werden. Die Öffnung 37 und die Öffnungen 90 sind gebildet, damit sie ein Befestigungselement wie etwa eine Schraube aufnehmen. Somit lässt sich die Spule an ihren Enden über die durch die Öffnungen 37 und die Öffnungen 90 geführten Befestigungsschrauben leicht an eine externe Vorrichtung anschließen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das leitfähige Element 40 auch nur auf der Hauptfläche 30A oder der Rückfläche 30B aufgebracht sein. Das heißt, dass das als leitfähiger Draht fungierende leitfähige Element 40 auf mindestens einer Oberfläche des Isolators 30 aufgebracht sein kann.
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Das leitfähige Element 40 kann aus irgendeinem anderen geeigneten Metall wie etwa Aluminium, aber auch aus Kupfer bestehen. Das leitfähige Element 40 kann außer einer Kupferbeschichtung auch mit einer dünnen Lage einer Nickelbeschichtung, Aluminiumbeschichtung oder dergleichen überzogen sein.
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Das leitfähige Element 40 kann aus einer Metallfolie bestehen, zum Beispiel aus einer Kupferfolie anstelle einer Kupfergalvanisierung. Die Metallfolie kann zum Beispiel auf die Oberfläche des Isolators 30 aufgebracht werden, die durch Extrusionsformen gebildet wird. Anstelle des aus Kunststoff bestehenden Isolators 30 kann ein Isolator aus einem Keramikmaterial verwendet werden.
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Obwohl 1A und 1B die Spule 20 mit dem Kern 50 zeigen, kann der Kern 50 auch wegfallen. Die Spule gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf einen Transformator anwendbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 3737461 [0002]
- JP 2007305803 [0002]
