DE1907881U - Magnetisierbarer, im wesentlichen quaderfoermiger schalenkern. - Google Patents

Description

PA 2i/Fuji/T-2625

"Magnetisierbarer, in wesentlichen quaderförmiger Schalenkern." .

Priorität in Japan: Tokugansho 38-32357 ν. 20.6.63

Die Feuerung "bezieht sich auf einen magnetisierbaren Schalenkern, der im wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist.. Derartige Schalenkerne werden insbesondere für elektrische Spulen und übertrager als Magnetika verwendet. Gie weisen einen Innenbutzen auf, um den eine oder mehrere Spulenwicklungen in dem im Kerninneren befindlichen Hohlraum angeord-. net sind.

Es besteht neuerdings die Tendenz, verschiedene Geräte für die'Fernmeldetechnik oder dergleichen mehr und mehr au miniaturisieren. Daher wird auch die Miniaturisierung von Spulen . und Übertragern unerläßlich. Es bestehen allerdings verschiedene Probleme hinsichtlich der Verwendung des im allgemeinen üblichen zylinderförmigen magnetisierbaren Schalenkerns, in miniaturisierter Bauart insofern, als bei der Spule ein Abfall, des Gütefaktors Q infolge Erhöhung—des Gleiehstrom-Widerstandsverlustes oder eine Verminderung verschiedener Stabilitäten und eine Zunahme des magnetischen Widerstandes oder eine Erhöhung des Verlustes infolge Reduzierung der Spulen-

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größe entsteht. Für die Iliniaturisierung wird daher Material erstklassiger Qualität, allerdings unter Kostenerhöhungen, gefordert. Der Miniaturisierung sind also in dieser Richtung Grenzen gccetzt.

Es ist andererseits bereits "bekannt, die Schalenkerne herkömmlicher Art, die eine zylinderförmige Gestalt aufweisen, durch quaderförmige Schalenkerne .zu ersetzen, da auf diese Weise der Raum, "beispielsweise über einer Schaltungsplatte, "besser ausgenutzt werden kann als bei der Verwendung von ?ylinderförrnigen Schalenkern en. _ _

Die vorliegende Neuerung "bezieht sich auf einen derartigen im wesentlichen quaderförmigen magnetisierbaren Schalenkern und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine optimale Bemessung eine weitere Verbesserung der Bauteiledichte trotz geringer Abmessungen sowie gute magnetische Eigenschaften, insbesondere eine hohe Güte, zu erzielen. Man erhält somit auch ohne Verwendung erstklassigen Materials eine Spule oder einen übertrager in beträchtlich verbesserter Qualität.

Eine der charakteristischen Eigenschaften des neuerungsgemäßen Schalenkerns besteht also darin, daß sein Äußeres eine kubische Form aufweist. Aus diesem Grund kann die Bauteiledichte bei der Nebeneinanderanordnung" verschiedener Bauelemente verbessert werden. Um optimal günstige Ergebnisse beim

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quaderförmigen Schalenkern einschließlich der Fertigung desselben zu erzielen, sind allerdings die Abmessungen der Teile des Magnetkerns "besonders zu berücksichtigen. Das andere neuerungsgemäße charakteris/tische Merkmal des Schalenkerns besteht daher darin, daß die Abmessungen eines jeden Teils in einem richtigen Verhältnis zueinander gewählt werden müssen. Die Neuerung ist durch folgende Abmessungen gekennzeichnet:

a) Das Verhältnis der Basisbreite B des Schalenkerns zum. äußeren« Durchmesser.'D.. des Hohlraums für die Spulenwicklung beträgt E/D-,. = 1,00 - 1,15;

b) das Verhältnis der Bcdsbreite B des Schalenkerns zum inneren Durchmesser T)^ des Hohlraums beträgt B/Dp. -

■1,50 - 2,40; ·

c) das Verhältnis der Basisbreite des Schalnkerns zur Schälenkernhöhe H_g beträgt B/Hg = 0,90 - 1,60;

d) das Verhältnis der Schalenkernhöhe Hg zur Höhe des Hohlraums H_w beträgt He/EU =1,20-1,50;

e) an den.Kernteilen geringsten Querschnitts zwischen dem Hohlraum und den äußeren Seitenflächen des Schalenkerns

te-ist je eine Aussparung mit einer Tiefe T von 1 ,5 mm oder weniger zur Aufnahme der Schalenkernhalterung oder dergl. ausgebildet. Am zweckmäßigsten hat sich eine Tiefe T zwischen 0,4 und 0,8 mm erwiesen.

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Eine detaillierte Erläuterung der Neuerung wird Beispiels-', weise anhand der Figuren"1 ~ O nachstehend gegeben.

In ,Fig. 1 ist die äußere Form des lcrköramlichen zylinderförmigen Schalcnkerns und in Fig; 2 die äußere Jörn des quaderförmig en Schalenkerns gemäß dieser Neuerung dargestellt. Die Schalenkerne "bestehen aus zwei magnetisierbarer! Schalenkernteilen 1¹-,,,- 1'·, bzw. 1 , I₁. Für'die Halterungselemente, die

au O. U - .

die Schalenkernteile zusammenhalten und gegebenenfalls auf einer Grundplatte befestigen, sind Aussparungen 2' bzw. 2 von den äußeren Seiten des-Schalenkerns nach dessen Zentrum verlaufend ausgebildet. "Durch das Zentrum, der Schalenkern-, teile verläuft eine Durchbrechung 3¹ bzw. 3, in die ein magnetisierbarer Abgleichkern zur Einstellung der Induktivität der Spule eingesetzt v/erden kann. Im Inneren des Schalenkernsbefindet sich die in diesen ..Figuren nicht dargestellte Spulenwicklung. Sie ist beisjiilsweise an den Aussparungsstellen 2- bzw. 2 durch'dort, befindliche. Durchbrechungen mit ihren" -Spulenanschlußenden nach außen geführt..

Für die Miniaturisierung von Trägereinrichtungen ist es im allgemeinen am besten, den Kanalteil klein zu halten. Wennman den miniaturisierten Schalenkern in einem Frequenzband,, z.B. zwischen 12 und 24 kHz, betreibt, so sind etwa 70 - 80 fo der Gesamtspulenverluste auf die Spulendrahtverluste zurückzuführen; der größte Teil dieser Drahtverluste besteht aus

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Gleichstrom-Widerstandsverlusiei. Daher, kann die. geeignete Abmessung.des Schalenkerns aus den Zustand des geringsten Gleichstrcm-Widerstandsverlustes neuerungsgaalß wie folgt erzielt werdenS: . ·

Gemäß der Fig. 3 sind die Abmessungen eines jeden Schalen-

kernteils 1' und 1', v/ie folgt bezeichnet:

Ώ. D ·

B Söist die Basisbreite des Schalenkerns, D₁ ist der äußere Durchmesser des die Wicklung 4 aufnehmenden Hohlraums 5,

Dp ist der innere Durchmesser des Hohlraums 5* D^ ist der Durchmesser der Innenbutzendurch-

brechung 3, ' Hg ist die Höhe des Schalenkerns, Η., -ist die Höhe des. die Wicklung 4. auf nehrci-

den Hohlraums 5, -

-Λΐ ist Ca: Zwischenraum zwischen der Spulenwicklung und den Wänden des die Wicklung 4 umgebenden Hohlraums 5. "

Der Gleichstromwiderstand beträgt ' '-"'

R_ _ 1 _ ?2_1.?3 χ . __J .57! . ₁₀-7

Dabei bezeichnen

/U¹ = effektive magnetische Permeabilität,

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fp = der Kupferfüllquerschnitt.,

% (D. +Dp) = die durchsdnittliche I<än-ge einer

einzelnen Windung, £ (D₁ - D₂) (H_H - 2at) = der Querschnitt, bei dem

_H
ein Wickeln des Drahtes noch möglich ist.

Mit λ- und W beträgt der C-leichstromwiderstandsverlust

R 1O⁷ S λ,

Wie daraus klar hervorgeht, ist das Glied, das sich auf .die Kernabmessungen bezieht, nur

w_a L· a

D, + Dp Dp - D, Palls a = -2 £, b = -- ^,

gewählt wird, ist

1 ^HS ^{+ H}H f 1 1 Ί 4,62 .„ c

Daher erhält man

Jk

W_ ^- A

8 -

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wie folgt:

B D, Λ. Vl (c-a-fip-2

Wenn "beispielsweise B=H mn beträgt und die Berechnung mit D, = 3mn und At = 0,2 mn durchgeführt wird, ergeben sich die in den Figuren 4-6 dargestellten Kurven. Aus diecm. Kurven er£ibt sich ein günstiges Resultat, vierni folgende Bemessungen gewählt sind:

Hg = 11 - 14 min ι H_H = 8 - 10 mm,
a = ύβ- 52 mm,
c = 14 - 15 mn.

Pur B= 14 mn erhält man also wie oben angegeben in der Praxis eine wünschenswerte Abmessung, jedoch sollten auch die Herstellungsprobleme in Betracht gezogen werden. Es ist anzunehmen, daß in rechteckigen Schalenkern die Ausbildung der Aussparung T gemäß Fig. 7 Schwierigkeiten bei der Herstellung -bereiten wird; T ist die Tiefe der für beispielsweise die Schalenkernhalterungen vorgesehenen Aussparungen 2,. die vo.n den äußeren Schalenkernteilen nach dessen Zentrum verlaufen.

Abweichend von den Schalenkernen der herkömmlichen Art ist

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der Querschnitt des äußeren Ringteils, nicht einheitlich. Es. kann daher "bei der Herstellung des Schalenkerns ein Teil abbrechen oder abspringen, wodurch die elektrischen Kennwerte ungünstig beeinflußt werden können. Es ist daher wünschenswert, daß der Wert von T so groß wie möglich ist. Er soll jedoch nicht mehr als 1,5 mm betragen, weil andernfalls der Gütefaktor vermindert würde. Nach den Ergebnissen einer Untersuchung scheint das optimale Verhältnis zwischen T und den Gütefaktor Q so zu sein, wie es etwa aus der Fig. 7 her= vorgeht. D:b Aussparungstiefe T beträgt etwa 0,4 - 0,8 mm.

Die Abmessungen des Schalenkerns lassen sich aus den vorhergehenden Ergebnissen leicht optimal ermitteln.

In allgemeinen richten sich die Abmessungen des Schalenkerns nach dein Ä'hnlichkeitsgesetz; . wenn daher das- oben angeführte Verhältnis der Abmessungen auf einen anderen Kern von abweichender Form angewandt wird, erhält man sofort das Abmessungsverhältnis der verschiedenen quaderförmigen Schalenkerne, - . das neuerungsgemäß insbesondere v.±5 folgt gegeben ist:

₁ = 1,00 - 1,15; .

B/D₂ = 1,70 - 2,40;
B/H_s =0,90-1,60;
Hg/Hg = 1,20 - 1,50;
T = 1,5 mm oder darunter, insbes. 0,4 - 0,8 mn.

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Um den hohen Gütefaktor- Q zu erhalten, ist es erwünscht, den Wert von T, wie aus Pig. 8 ersichtlich,- im Bereich von. 0,4 - 0,8 mn zu wählen. Da aber der Wert von Q, Wenn der Y/ert von T unterhalb von 1,5 mm gehaliei wird, auf den gegenüber den Maximun um ca. 20 $ verringerten Wert gehalten werden kann, genügt es in praktischen Fall, wenn der Wert von T unterhalb von 1,5 ran liegt.

Der neuerungsgemäße Schalenkern kann in zahlreichen GeMe- , ten Anwendung finden, z.B. Ju? Filter und Pupinspulen oder dergl. In folgenden werden einige Beispiele angegeben, in welchen der Kern für ein Kanalfilterelement und eine Ferrtleitungspupinspule verwendet'wird und man eil Element bzw. eine Spule nit geringen Abmessungen und geringen Verlusten erhalt. Was den Gleichstron-Widerstnndsverlust betrifft, so ist Tt/t*iJj um 30 $ niedriger als bei einen Schalenkern derselben Form. Ferner kann eine Miniaturisierung von Fernmeldegeräten durch eine Verbesserung.der Bauteiledichte erzielt werden. Infolgedessen ist der Nutzeffekt der Neuerung sehr beträchtlich.

L«_ Anwendunffsbeispi.el für, ein Kanalfilterelement

Kernabmessungen

14 ein 0 χ 8,4 mn Höhe 11 χ 11 χ 9,6 mn 18 mn ,0 χ 14. mm Höhe

Q 7(20^kHz-,. i = .50 IaH)

270 320 340

- -ir -

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Größe des Magnetkerns: 30 mm 0 χ 19 mn Höhe, 21mm χ 21mm χ 21mm_: Induktivität: 100 mH/37 mH, . 100 mH/37 mH. .

Wirkv/iderstanä (1 ,8kHz) 16,6 Ohm,

8,2 Ohm,

ΔΗ (0,8 kHz) 0,15 Ohm/mA,

0,035 Ohro/mA,

magnetische Stabilität 0,90 $, 15,8 Ohm (Stamm-

kreis)

7,7 Ohm (Phantomkreis )^; 0,12 Öhm/mA . (Stammkreis) 0,03 Ohm/raA (Phantomkreis) 0,17 1°.

8 Figuren

2 Schuteansprüche — 12 —

Claims (2)

RA388 892M.6.K PA 2i/Fuji/T-2625 _ 12 - ""

1. Magnetisierbarer, in wesentlichen quaderförniger Schalenkern, insbesondere für elektrische Spulen und Übertrager, mit einen Innenbutzen und einen zur Aufnahme der Spulenv/icklung dienenden Hohlraun, gekennzeichnet durch folgende Abmessungen:

a) Das Verhältnis der Basisbreite B des Schalenkerns zum äußeren Durchmesser D₁ des Hohlraums "beträgt B/D^ 1,00- 1,15;

b) das Verhältnis der Basisttreite B des Schalenkernß zum inneren Durchmesser Dp des Hohlraums beträgt B/Dp =

. 1,50 - 2,40;

c) das Verhältnis der Basisbreite B des Schalenlcrns zur Schalenkernhöhe H_c, beträgt B/H_o =■ 0,90 - 1,60;

d) das Verhältnis der Schalenkernhöhe Ho zur Höhe des '■ Hohlraums H_H beträgt Hg/H_H = 1,20 -. 1,50;

e) in den Kernteilen geringsten Querschnitt; zwischen, dem Hohlraun und den äußeren Seitenflächen des Schalenkerns sind Aussparungen mit einer Tiefe T- von .1,5 nn oder weniger ausgebildet..

2. Schalenkern nach Anspruch 1, dadurch-gekennzeichnet, daß die Aussparungstie'fe T zwischen 0,4-und 0,8 mm beträgt.