DE19536267A1 - Adjustable inductive electric component esp. SIMID choke - Google Patents

Adjustable inductive electric component esp. SIMID choke

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    • H01F27/42—Circuits specially adapted for the purpose of modifying, or compensating for, electric characteristics of transformers, reactors, or choke coils

Abstract

The component has an open ferromagnetic or a non-ferromagnetic core (1). A coil (2) is arranged on the core (1). A magnetic balancing strip (4) is arranged outside the coil (2). The strip (4) preferably has a varying cross-section. An air gap (5) may be provided between the strip and the core (1). The component may have a cladding which may have a recessed part in which the balancing strip is arranged. The strip is preferably covered with a non-ferromagnetic protective layer. The strip (4) may be a plastic film in which a ferromagnetic material is embedded.

Description

Die Erfindung betrifft ein abgleichbares induktives elektri­ sches Bauteil, insbesondere Drossel, mit einer auf einem nicht geschlossenen ferromagnetischen oder nichtferromagneti­ schen Kern angeordneten Wicklung.The invention relates to an adjustable inductive electri cal component, in particular choke, with one on one not closed ferromagnetic or nonferromagneti core arranged winding.

Die Induktivität L von Drosseln wird durch die Windungszahl n der Drosselwicklung und durch den magnetischen Widerstand Rmg des in sich geschlossenen magnetischen Kreises folgendermaßen berechnet:The inductance L of chokes is calculated as follows by the number of turns n of the choke winding and by the magnetic resistance R mg of the self-contained magnetic circuit:

L = n²/Rmg, mit Rmg = l/(µ₀·µrel·A),L = n² / R mg , with R mg = l / (µ₀ · µ rel · A),

wobei l die Länge und A der Querschnitt des magnetischen Kreises sind.where l is the length and A is the cross section of the magnetic Are circle.

Bei maschinell auf Automaten gefertigten HF-Drosseln mit vor­ wiegend ferromagnetischen, zylinder- oder spulenförmigen Ker­ nen sind bei der üblichen maschinellen Wickeltechnik nur ganzzahlige Windungszahlen n möglich. Deshalb können, insbe­ sondere bei kleinen Windungszahlen n, die Drosseln nur mit relativ großen, durch die Streuung der Kerneigenschaften und Wickelgeometrie beeinflußten Induktivitätsstreuungen gefer­ tigt werden.In the case of HF chokes, which are machined on automatic machines, with pre weighing ferromagnetic, cylindrical or coil-shaped core NEN are only with the usual mechanical winding technology integer number of turns n possible. Therefore, esp especially with small number of turns n, the chokes only relatively large, due to the spread of the core properties and Winding geometry influenced inductance scatter be done.

Drosseln mit engeren Induktivitätstoleranzen können nur durch Induktivitätsselektion mit erhöhtem Aufwand, Ausschuß und Fertigungsunsicherheiten bereitgestellt werden.Chokes with tighter inductance tolerances can only be achieved by Inductance selection with increased effort, rejects and Manufacturing uncertainties are provided.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs ge­ nannte induktive Bauteil derart weiterzubilden, daß ein nach­ träglicher Induktivitätsabgleich durchgeführt werden kann. The object of the present invention is that the ge called to develop inductive component such that a after inert inductance adjustment can be performed.  

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß außer­ halb der Wicklung ein magnetischer Abgleichstreifen angeord­ net ist.This object is achieved in that except A magnetic alignment strip is arranged half of the winding is not.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß die grobe Induktivi­ tätsvorgabe wie üblich durch die Windungszahl n der Drossel­ wicklung erfolgt und der Induktivitätsfeinabgleich durch Ver­ änderung des magnetischen Widerstands Rmg im Bereich der äu­ ßeren Drosseloberfläche durch den Abgleichstreifen vorgenom­ men wird.This has the advantage that the rough inductivity is given as usual by the number of turns n of the inductor winding and the inductance fine adjustment by changing the magnetic resistance R mg in the area of the outer inductor surface is performed by the adjustment strip.

In vorteilhafter Weise erfolgt der Induktivitätsabgleich durch Querschnittsveränderung des Abgleichstreifens, die zum Beispiel durch induktivitätsgesteuerten mechanischen Abtrag oder durch Abtrag mittels Laserstrahl vorgenommen werden kann.The inductance adjustment is advantageously carried out by changing the cross-section of the alignment strip, which leads to Example by induction-controlled mechanical removal or by ablation using a laser beam can.

Zur Vermeidung von Sättigungseffekten durch Scherung des ma­ gnetischen Abgleichwiderstands kann zwischen Abgleichstreifen und Kern ein Luftspalt angeordnet werden.To avoid saturation effects by shearing the ma Magnetic alignment resistance can be found between alignment strips and core an air gap can be arranged.

Falls das Bauteil mit einer Umhüllung versehen ist, kann die Umhüllung eine Vertiefung besitzen in welcher der Abgleich­ streifen angeordnet ist.If the component is covered, the Wrapping have a recess in which the adjustment strip is arranged.

Weiterhin kann der Abgleichstreifen zum Schutz vor mechani­ schen, induktivitätsverändernden Beschädigungen durch eine nichtferromagnetische Schutzschicht abgedeckt werden.Furthermore, the alignment strip can be used to protect against mechani damage caused by inductivity non-ferromagnetic protective layer are covered.

Gemäß einer Weiterbildung besteht der Abgleichstreifen aus einem nichtferromagnetischem Träger- und Deckmaterial (Kunststoffolie) in dem ein ferromagnetischer Werkstoff ein­ gebettet ist. Diese Ausführungsform eignet sich auch zum Auf­ bringen auf geschützte oder ungeschützte Wicklungen.According to a further development, the alignment strip consists of a non-ferromagnetic carrier and cover material (Plastic film) in which a ferromagnetic material is bedded. This embodiment is also suitable for on bring on protected or unprotected windings.

Ferner ist es möglich, auch mehrlagige Abgleichstreifen zu verwenden.It is also possible to add multilayer alignment strips use.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen erläutert.The invention is described below with reference to exemplary embodiments play explained.

In der dazugehörenden Zeichnung zeigen:The accompanying drawing shows:

Fig. 1 eine Drossel in Seitenansicht und Fig. 1 shows a throttle in side view

Fig. 2 einen Abgleichstreifen. Fig. 2 shows an alignment strip.

In der Fig. 1 ist eine Drossel mit einer auf einem nicht ge­ schlossenen (offenen) ferromagnetischen Kern 1 angeordneten Wicklung 2 dargestellt. Die Wicklung 2 ist an Kontaktelemente 3 geführt, die sich an den Stirnflächen des Kerns 1 befinden. Oberhalb des Kerns 1 ist ein Abgleichstreifen 4 angeordnet, der durch einen Luftspalt 5 vom Kern 1 getrennt ist.In Fig. 1, a choke with a arranged on a non-closed (open) ferromagnetic core 1 winding 2 is shown. The winding 2 is guided on contact elements 3 , which are located on the end faces of the core 1 . Arranged above the core 1 is an alignment strip 4 , which is separated from the core 1 by an air gap 5 .

In der Fig. 2 ist der Abgleichstreifen 4 in Aufsicht gezeigt. Der Abgleichstreifen 4 besitzt eine Aussparung 6, die eine Querschnittsveränderung bewirkt. Durch Veränderung der Größe der Aussparung 6 läßt sich die Induktivität der Drossel ju­ stieren.In FIG. 2, the balance strip 4 is shown in plan view. The adjustment strip 4 has a recess 6 , which causes a change in cross section. By changing the size of the recess 6 , the inductance of the inductor ju bull.

Die Drossel kann mit einer in der Zeichnung nicht dargestell­ ten Umhüllung aus einer Preß- oder Spritzmasse versehen sein, wobei der Abgleichstreifen zweckmäßigerweise in einer Vertie­ fung angeordnet ist.The throttle can not be shown in the drawing th casing made of a molding compound or injection molding compound, the alignment strip expediently in a recess fung is arranged.

Der Gesamtwiderstand Rmg(ges) des magnetischen Kreises einer Drossel mit ferromagnetischem, offenem Kern setzt sich fol­ gendermaßen zusammen:
1. Drosseln ohne magnetische AbgleichmöglichkeitThe total resistance R mg (total) of the magnetic circuit of a choke with a ferromagnetic, open core is composed as follows:
1. Chokes without magnetic balancing

  • a) Rmg(K), magnetischer Widerstand des Kerns;a) R mg (K), magnetic resistance of the core;
  • b) Rmg(L), magnetischer Widerstand außerhalb des Kerns im Bereich des Umhüllmaterials und der Luft in der Drosselumgebung, so daßb) R mg (L), magnetic resistance outside the core in the area of the wrapping material and the air in the throttle environment, so that

Rmg(ges) = Rmg(K) + Rmg(L).R mg (ges) = R mg (K) + R mg (L).

2. Drosseln mit magnetischer Abgleichmöglichkeit2. Chokes with magnetic balancing option

  • c) Rmg(K), magnetischer Widerstand des Kerns;c) R mg (K), magnetic resistance of the core;
  • d) Rmg(L), magnetischer Widerstand außerhalb des Kerns im Bereich des Umhüllmaterials und der Luft in der Drosselumgebung undd) R mg (L), magnetic resistance outside the core in the area of the wrapping material and the air in the throttle environment and
  • e) parallel zu d) geschaltet die Reihenschaltung der magnetischen Widerstände des Abgleichstreifens Rmg(Abgl) und der durch die zwei nichtferromagnetischen Strecken des Luftspalts Rmg(Sp) Rmg(Abgl) + Rmg(Sp), so daße) connected in parallel with d) the series connection of the magnetic resistances of the adjustment strip R mg (Abgl) and that of the two non-ferromagnetic paths of the air gap R mg (Sp) R mg (Abgl) + R mg (Sp), so that

Rmg(ges) = Rmg(K)+ [Rmg(L)·{Rmg(Abgl)+Rmg(Sp)}]/[Rmg(L)+Rmg(Abgl)+Rmg(Sp)].R mg (ges) = R mg (K) + [R mg (L) · {R mg (Abgl) + R mg (Sp)}] / [R mg (L) + R mg (Abgl) + R mg ( Sp)].

Deshalb besteht die Möglichkeit der Induktivitätskorrektur des magnetischen Gesamtwiderstands Rmg(ges) durch die Varia­ tion des magnetischen Widerstands des Abgleichstreifens Rmg(Abgl) bei gleichzeitiger Induktivitätskontrolle.Therefore there is the possibility of inductance correction of the total magnetic resistance R mg (ges) by variation of the magnetic resistance of the adjustment strip R mg (Abgl) with simultaneous inductance control.

Die Variation von Rmg(Abgl) kann durch das induktivitätsge­ steuerte Aufbringen des ferromagnetischen Abgleichstreifens oder durch eine Querschnittsreduzierung des zuvor aufgebrach­ ten Abgleichstreifens durch induktivitätsgesteuerten mechani­ schen Abtrag oder Abtrag mittels Laserstrahl erfolgen.The variation of R mg (Abgl) can be done by the inductivity-controlled application of the ferromagnetic alignment strip or by reducing the cross-section of the previously applied alignment strip by induction-controlled mechanical ablation or ablation using a laser beam.

Für eine HF-Drossel ergeben sich folgende magnetische Teilwi­ derstände nach der eingangs angeführten Formel Rmg = l/(µ₀· µrel·A) und den folgenden Parametern:The following magnetic partial resistances result for an HF choke according to the formula R mg = l / (µ₀ · µ rel · A) and the following parameters:

µ₀ = 1,26 10-6 Vs/Am;
Kern: Rmg(K) = 1,3 10⁶ A/Vs;
µrel = 1000; l = 3,2 mm; A = 1,4·1,4 mm²;
Luft: Rmg(L) = 47,8 · 10⁶ A/Vs;
µrel = 1; l = 6 mm; A = 10·10 mm²;
Abgleich: Rmg(Abgl) = 133 · 10⁶ A/Vs;
µrel = 50; l = 2,5 mm; A = 0,2·1,5 mm²;
Spalt: Rmg(Sp) = 249 · 10⁶ A/Vs
µrel = 1; l = 2,5 mm; A = 2·0,8 mm².µ₀ = 1.26 10 -6 Vs / Am;
Core: R mg (K) = 1.3 10⁶ A / Vs;
µ rel = 1000; l = 3.2 mm; A = 1.4 x 1.4 mm²;
Air: R mg (L) = 47.8 · 10⁶ A / Vs;
µ rel = 1; l = 6 mm; A = 10 x 10 mm²;
Matching: R mg (Comp) = 133 · 10 · A / Vs;
µ rel = 50; l = 2.5 mm; A = 0.2 x 1.5 mm²;
Gap: R mg (Sp) = 249 · 10⁶ A / Vs
µ rel = 1; l = 2.5 mm; A = 2 x 0.8 mm².

Somit ergibt sich für eine HF-Drossel ohne magnetische Ab­ gleichmöglichkeit ein magnetischer Gesamtwiderstand Rmg(ges) = Rmg(K) + Rmg(L) = (1,3 + 47,8)·10⁶ A/Vs, so daß Rmg(ges) = 49,1 · 10⁶ A/Vs.This results in an overall magnetic resistance for an HF choke without magnetic Ab possibility of R mg (total) = R mg (K) + R mg (L) = (1.3 + 47.8) · 10⁶ A / Vs, so that R mg (ges) = 49.1 · 10⁶ A / Vs.

Für dieselbe HF-Drossel mit Abgleichstreifen (ohne Quer­ schnittsverengung) ergibt sich der magnetische Gesaintwider­ stand nach der weiter oben genannten Formel zu Rmg(ges) = 43,8 · 10⁶ A/Vs.For the same HF choke with adjustment strips (without cross-sectional constriction), the magnetic total resistance results according to the formula given above for R mg (total) = 43.8 · 10⁶ A / Vs.

Durch weitgehenden Abbau des Abgleichstreifens läßt sich Rmg(ges) = 49,1 · 106 A/Vs erreichen, so daß sich folgender maximal möglicher Induktivitäts-Abgleichbereich ergibt ΔL/Lmin={[1/Rmg(min)]-[1/Rmg(max)}/{1/Rmg(max) ≈ 12%.By largely dismantling the adjustment strip, R mg (ges) = 49.1 · 106 A / Vs can be achieved, so that the following maximum possible inductance adjustment range results in ΔL / L min = {[1 / R mg (min)] - [ 1 / R mg (max)} / {1 / R mg (max) ≈ 12%.

Eine Induktivitätsveränderung mit Hilfe eines Abgleichstrei­ fens ist auch bei Drosseln mit nichtferromagnetischen Kernen, zum Beispiel bei keramischen Kernen, möglich. Hierbei kann sogar eine noch größere Induktivitätsveränderung erreicht werden.A change in inductance with the help of a calibration streak fens is also used for chokes with non-ferromagnetic cores, for example with ceramic cores. This can achieved an even greater change in inductance will.

Bei Drosseln mit Umhüllungen aus Spritz- oder Preßmassen emp­ fiehlt es sich, den Abgleichstreifen in einer rillenförmigen Vertiefung der Umhüllmasse aufzubringen um den magnetischen Widerstand Rmg(Sp) des Luftspalts klein zu halten und um den Abgleichstreifen gegen ungewollte mechanische Beschädigungen sowie der dadurch hervorgerufenen Induktivitätsveränderungen zu schützen.In the case of throttles with envelopes made of injection molding or molding compounds, it is advisable to apply the alignment strip in a groove-shaped recess in the enveloping composition in order to keep the magnetic resistance R mg (Sp) of the air gap small and to keep the alignment strip against unwanted mechanical damage and the resulting changes in inductance to protect.

Durch Lack-, Kunststoff- oder Folienabdeckungen (µrel≈1) kann der Abgleichstreifen ebenfalls geschützt werden.The alignment strip can also be protected by lacquer, plastic or foil covers (µ rel ≈1).

Bei Drosseln ohne Umhüllmasse, zum Beispiel bei HF-Drosseln mit ferromagnetischem Kern, kann ein ferromagnetischer Ab­ gleichstreifen ebenfalls aufgebracht werden, beispielsweise auf oder zwischen die Lagen von Umhüllfolien, auf oder zwi­ schen die die Wicklung schützenden Lackschichten beziehungs­ weise auch direkt auf die ungeschützte Wicklung.In the case of chokes without a coating, for example in the case of HF chokes with ferromagnetic core, a ferromagnetic Ab same strips are also applied, for example  on or between the layers of wrapping films, on or between the protective layers of lacquer that protect the winding point directly to the unprotected winding.

Hierbei kann auch vorbereitetes Streifenmaterial aus einem nicht ferromagnetischen Trägerband mit einem ferromagnetischen Auftrag verwendet werden.Prepared strip material can also be made from one non-ferromagnetic carrier tape with a ferromagnetic Order can be used.

Der Induktivitätsabgleich kann dabei durch die bereits be­ schriebene Querschnittsreduzierung oder auch durch eine Län­ genveränderung am Abgleichstreifen vorgenommen werden.The inductance adjustment can be by the already written cross-section reduction or also by a Län gen change on the alignment strip.

Um Sättigungseffekte zu vermeiden, sollte jedoch der ferroma­ gnetische Abgleichstreifen durch Scherung am Luftspalt nur zu einer begrenzten Reduzierung des magnetischen Gesamtwider­ stands beitragen.To avoid saturation effects, the ferroma gnetic adjustment strips due to shear at the air gap only a limited reduction in the total magnetic resistance contribute.

Ein weitere positive Nebenwirkung des Abgleichstreifens be­ steht in einer Reduzierung des Streufelds im Bereich des Ab­ gleichstreifens.Another positive side effect of the alignment strip be stands in a reduction of the stray field in the area of the Ab uniform.

Claims (7)

1. Abgleichbares induktives elektrisches Bauteil, insbeson­ dere Drossel, mit einer auf einem nicht geschlossenen ferro­ magnetischen oder nichtferromagnetischen Kern (1) angeordne­ ten Wicklung (2), dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Wicklung (2) ein magnetischer Abgleich­ streifen (4) angeordnet ist.1. Comparable inductive electrical component, in particular choke, with a on a non-closed ferro-magnetic or non-ferromagnetic core ( 1 ) arranged th winding ( 2 ), characterized in that outside of the winding ( 2 ) a magnetic balancing strip ( 4 ) arranged is. 2. Induktives elektrisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleichstreifen (4) eine Querschnittsveränderung (6) aufweist.2. Inductive electrical component according to claim 1, characterized in that the adjustment strip ( 4 ) has a cross-sectional change ( 6 ). 3. Induktives elektrisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Abgleichstreifen (4) und Kern (1) ein Luftspalt (5) angeordnet ist.3. Inductive electrical component according to claim 1 or 2, characterized in that an air gap ( 5 ) is arranged between the adjustment strip ( 4 ) and the core ( 1 ). 4. Induktives elektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil mit einer Umhüllung versehen ist.4. Inductive electrical component according to one of claims 1 to 3, characterized, that the component is provided with a covering. 5. Induktives elektrisches Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung eine Vertiefung besitzt in welcher der Ab­ gleichstreifen (4) angeordnet ist.5. Inductive electrical component according to claim 4, characterized in that the covering has a recess in which the same strips ( 4 ) is arranged. 6. Induktives elektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleichstreifen (4) durch eine nichtferromagnetische Schutzschicht abgedeckt ist. 6. Inductive electrical component according to one of claims 1 to 5, characterized in that the adjustment strip ( 4 ) is covered by a non-ferromagnetic protective layer. 7. Induktives elektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleichstreifen (4) aus einer Kunststoffolie besteht in der ein ferromagnetischer Werkstoff eingebettet ist.7. Inductive electrical component according to one of claims 1 to 6, characterized in that the adjustment strip ( 4 ) consists of a plastic film in which a ferromagnetic material is embedded.
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