DE1439441A1

DE1439441A1 - Verlustarme Spulenwicklung fuer eine Induktivitaet

Info

Publication number: DE1439441A1
Application number: DE19641439441
Authority: DE
Inventors: Renator Rubini
Original assignee: Societa Italiana Telecomunicazioni Siemens SpA
Current assignee: Italtel SpA
Priority date: 1963-09-18
Filing date: 1964-09-11
Publication date: 1968-12-05

Description

Verlustarme Spulenwicklung für eine Induktivität. Die vorliegende Erfindung betrifft eine verlustarme Spulen wicklung für eine Induktivität, insbesondere für Drossel und Filterspulen für die Nachrichtentechnik, insbesondere Fernmeldetechnik.
Der Gütefaktor einer Induktivität wird, insbesondere bei höheren Frequenzen, nicht unbeträchtlich durch Wirbelstromverluste beeinträchtigt, die durch das Eigenmagnetfeld der Spule verursacht werden, das sich in dem durch die Wicklung eingenommenen Raum quer zu den Leitern aufbaut. Da solche Wirbelstromverluste um.so geringer sind, je kleiner der Leiterdurchmesser ist, wird als Leitermaterial für Induk-

von

tivitäten häufig Litze verwendet, die aus einer Anzahlvoneinander isolierten

Drähten kleinen Durchmessers besteht, die gegebenenfalls verseift sein können, und die an den Wicklungsenden miteinander verbunden und dadurch parallelgeschaltet sind.
Eine weitere Massnahme zur Herabsetzung solcher Wirbelstromverluste besteht darin, denjenigen Bereich des Wickelraumes, in dem besonders starke magnetische Feldstärken herrschen (bei Spulen mit ferromagnetischem Kern und Luftspalt z. B. der Bereich in der Nähe des Luftspaltes) von der Wicklung freizuhalten. Trotzdem diese Massnahme wegen der Verringerung des gesamten Wicklungsquerschnittes eine gewisse Erhöhung der Widerstandsverluste mit sich bringt, lässt sich der Gütefaktor als Ganzes etwas verbessern.
Da man bei den bekannten Induktivitäten bisher für alle Windungen einer Wicklung das gleiche Leitermaterial, also Volldraht oder eine Litze mit kleinerer oder grösserer Anzahl von Einzeladern, verwendet hat, musste man entweder im Bereich hoher Flusskonzentration erhöhte Wirbelstromverluste oder in Bereichen kleinerer Flusskonzentration eine schlechte Ausnutzung des Leitermaterials wegen des niedrigeren Füllfaktors von Litze in Kauf nehmen.
Durch die vorliegende Erfindung soll dieser Nachteil beseitigt werden. Insbesondere soll eine Wicklung für eine Induktivität angegeben werden, die eine optimale Ausnutzung des Leitermaterials auch im Raum geringer Flusskonzentration bei gleichzeitig geringen Wirbelstromverlusten in Bereichen hoher Flusskonzentration ermöglicht und damit Induktivitäten mit höherem Gütefaktor herzustellen gestattet, als es bisher möglich war. Eine verlustarme Spulenwicklung für eine Induktivität mit Windungen, die mindestens zum Teil im Bereich eines magnetischen Wechselfeldes liegen, das in der Ebene des Querschnittes der die Windungen bildenden Leiter Wirbelströme zu induzieren vermag, ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass Windungen der Wicklung, die durch Bereiche höherer Konzentration des magnetischen Wechselfeldes verlaufen, aus einem

und/oder Leitermaterial erin eren Leitungsquerschnittes

stärker unterteilten Leitermateria bestehen Windungen derselben Wick-

lung, die durch Bereiche kleinerer Konzentration des magnetischen Wechselfeldes verlaufen.
Bei der Spulenwicklung gemäss der Erfindung wird also nicht mehr wie bisher für alle Windungen der Wicklung dasselbe Leitermaterial verwendet, sondern die Wicklung besteht aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Teilen, die mit verschiedenen Leiterznateriaiien ausgeführt sind. Für den Bereich des Wickelraumes, in dem die Konzentration des magnetischen Wechselfeldes nur klein ist, kann eine aus nur relativ wenigen Adern bestehende Litze oder sogar Volldraht verwendet werden, so dass man einen besseren Füllfaktor erhält, während die Windungen, die sich in einem Bereich hoher Konzentration des magnetischen Feldes befinden, mit einer vieladrigen Litze gewickelt sind, um die W irbelstromverluste klein zu halten. Der Leiterquerschnitt als Ganzes, der von dem geforderten Widerstand der Wicklung und ihrer Belastbarkeit abhängt, ist im allgemeinen innerhalb einer Wicklung wenigstens annähernd konstant.
Ein bevorzugtes, jedoch nicht ausschliessliches Anwendungsgebiet der Erfindung sind Drossel- und Filterspulen für die Fernmeldetechnik, insbesondere für die Trägerfrequenztechnik (20 bis 300kHz); die durch die Erfindung angegebenen Massnahmen sind unter Umständen jedoch auch bei noch höheren Frequenzen sowie im (insbesondere oberen) Tonfrequenzbereich anwendbar.
Die Figuren 1 mit 3 zeigen als nichteinschränkend auszulegende Ausführungsbeispiele die Anwendung der Erfindung auf Induktivitäten mit Mantelkern und Luftspalt auf halber Höhe des Mittelschenkels.
Die in Fig. 1 dargestellte Induktivität enthält einen ferromagnetischen Kern 10, der aus zwei Kernhälften 11, 12 aufgebaut ist, deren Mittelschenkel 13,14 gleich hoch sind und einen Luftspalt 15 bilden.
In der an den Lu-..ftspalt 15 angrenzenden Zone 16 des Wickelraumes ist die auf einen Einkamm erwickelkörper gewickelte einzige Spulenwicklung unter Verwendung eines stärker unterteilten Leitermaterials ausgeführt, das heisst unter Verwendung eines Leitermaterials mit Teilleitern (Adern) kleineren Durchmessers als die Windungen in einer Zone 17, die weiter vom Luftspalt entfernt ist und dementsprechend aus einem weniger unterteilten Leitermaterial besteht. Die beiden miteinander in Reihe geschalteten Teilwicklungen 16, 17 können also beide aus Litze, d. h. mehreren parallelgeschalteten und ausser an den Enden voneinander isolierten Teilleitern bestehen; für die Windungen in der Zone 17 kann gegebenenfalls auch Volldraht Verwendung finden.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Grenzfläche zwischen den W icklungsteilen 16, 17 etwa zylindrisch dargestellt; sie könnte jedoch eine andere Form haben, insbesondere eine Form, die der Flussverteilung Rechnung trägt.
Fig. 2 zeigt eine Induktivität, deren Kern der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform entspricht; der Wickelkörper ist jedoch in drei Kam mern unterteilt, so dass die Wicklung drei Abteilungen 19, 20, 21 umfasst. Jede Abteilung besteht aus zwei Wicklungsteilen, die A', B' ; A" , B" und A"' , B' " bezeichnet sind. Alle Wicklungselemente A' , A" , A"' , B; B" , B"' sind m iteinander in Reihe geschaltet und bilden die einzige Wicklung der Induktivität. Die Wicklungselemente der Abteilungen 19, 20, 21 können unter Verwendung eines oder mehrerer verschiedener Leitermaterialien hergestellt sein. Die Wicklung der in Fig. 2 dargestellten Induktivität kann z. B. der mittleren Abteilung 20 mit zwei verschiedenen Leitermaterialien oder mit einer verhältnismässig vieladrigen Litze gewickelt sein, die beiden Seitenabteilungen 19, 21 können ebenfalls unter Verwendung zweier verschiedener Leitermaterialien oder einer Litze mit weniger Adern gewickelt sein; die Hauptsache ist jedoch, dass in der ganzen Wicklung mindestens zwei in Reihe geschaltete Leiterteile aus verschieden unterteiltem Leitermaterial verwendet werden.
Die in Fig. 3 dargestellte Induktivität entspricht im wesentlichen der Ausführungsform gemäss Fig. 2 mit der Ausnahme, dass der Bereich 22, in dem die grösste Konzentration des magnetischen Wechselfeldes herrscht, frei von Wicklungen ist und beispielsweise durch Isoliermaterial ausgefüllt wird. -Die Erfindung lässt sich selbstverständlich in entsprechender Weise auch auf andere Mantelkernspulen anwenden, bei denen sich der Luftspalt an anderer Stelle als bei den dargestellten Ausführungsbeispielen befindet, ferner auch bei Kernen mit mehreren Luftspalten und bei Kernen mit permeabilitätsarmer Zone (verteiltem Luftspalt).
Die Erfindung ist auch auf Induktivitäten ohne Magnetkern anwendbar, wenn die radiale Abmessung der Wicklung eine Ünterteilung in zwei Zonen erlaubt.
Die Erfindung wurde der Einfachheit halber anhand von Aus- - -führungsbeispielen beschrieben, die nur zwei hintereinandergeschaltete Wicklungselemente enthalten, selbstverständlich kann auch eine grössere Anzahl von in Reihe geschalteten Wicklungselementen aus unterschiedlichem Leitermaterial verwendet werden, deren Teilleiter einen der jeweils herrschenden Feldkonzentration entsprechend bemessenen Durchmesser haben, verwendet werden, vorausgesetzt, dass es die Wicklungsabmessungen zulassen.
Die Anzahl der einander parallelgeschalteten Teilleiter ist also normalerweise - aber nicht unbedingt notwendig - in der Zone höherer Feldstärke grösser. Es kann, insbesondere bei höheren Frequenzen (z. B. über 100 kHz),' zweckmässig sein, die dem Luftspalt näher liegenden Windungen (also die Windungen, die im Gebiet höherer Feldstärke liegen) mit kleineremGesamt-Leiterquerschnitt auszuführen als die übrigen Windungen. Gegenüber konventionellen Spulen kann also schon dadurch ein Fortschritt erzielt werden, dass man die im Bereich der höchsten Flusskonzentration liegenden Windungen mit einem dünneren Draht wickelt als die übrigen Windungen.
Die Erfindung lässt sich selbstverständlich auch auf Induktivitäten mit mehreren Wicklungen anwenden.

Claims

Patentansprüche 1. Verlustarme Spulenwicklung für eine Induktivität, mit Windungen, die mindestens zum Teil im Bereich eines magnetischen Wechselfeldes liegen, das in der Ebene des Querschnittes der die Windungen bildenden Leiterwirbelströme zu induzieren vermag, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , dass Windungen der Wicklung, die durch Bereiche höherer Konzentration des magnetischen Wechselfeldes verlaufen, aus Einzelleitern kleineren Querschnittes bestehen als Windungen derselben Wicklung, die durch Bereiche kleinerer Konzentration des magnetischen Wechselfeldes verlaufen.
2. Spulenwicklung nach .Anspruch 1 für eine Induktivität mit ferromagnetischem gern und Luftspalt, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass ein an den Luftspalt angrenzender Bereich des Wicklungsraumes von Windungen, die unter Verwendung einer verhältnismU,ssig feinadrigen Zitze gewickelt sind, ausgefüllt ist, während die Windungen im übrigen Teil des Wicklungsraumes mit einer aus gröberen Teilleitern bestehenden Litze oder mit Volldraht gewickelt sind.
3. Spulenwicklung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Grenzfläche zwischen den Wicklungsteilen wenigstens annähernd einer Fläche gleicher magnetischer Feldstärke entspricht. .
4. Spulenwicklung"nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h mehrere in Reihe geschaltete Leiterteile aus verschieden stark unterteiltem Leitermaterial.