DE2120287A1

DE2120287A1 - Spule mit einem Kern

Info

Publication number: DE2120287A1
Application number: DE19712120287
Authority: DE
Inventors: Kenneth Arthur Rugeley Stafford Robinson (Großbritannien)
Original assignee: Thorn Automation Ltd
Current assignee: Thorn Automation Ltd
Priority date: 1970-05-08
Filing date: 1971-04-26
Publication date: 1971-11-18
Also published as: GB1341038A; FR2088415A1

Description

Die jJrfinauiiü betrifft eine Spule mit einem Kern aus Blechen aus magnetischem Material, die elektrisch voneinander isoliert sind, mit einem Luftspalt zwischen zwei Polen des Kerns.

Us steht eine begrenzte Zahl von magnetischen Materialien zur Verfügung, die als Kernbleche geeignet sind. Es ist daher nicht ungewöhnlich, zwischen atwei Polen einen Luftspalt in dem Kern vorzusehen, um so besonderen Anforderungen Rechnung zu tragen. Bei einer herkömmlichen Spule mit einem solchen Luftspalt ergeben sich besondere WircelstroHvei'luste aufgrund des Vorhandenseins des Luftspaltes. Der Erfindung liegt die Au:gabe zugrunue, ein« Spule zu schaffen, bei der solche Verluste verringert

sin-)..

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Die der Erfindung zugrundeliegende- Aufraue. -...L--α ν.cdui-ch gelöst, aaß die Pole so ausgebildet sin-α, da ^ aie gesainte Dicke des magnetischen Materials Im Bereich der Pole in einer Richtung quer zu den Ebenen eier Bleche verringert ist* ■

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Polenden konvex ge forme; sind und die äußeren Bleche kurzer als die inneren Bleche sind. Es wurde gefunden, daß die Wirbelstromverluste in einer solchen Spule merklich niedriger sind als bei herkömmlichen Spulen, die einen Luftspalt aufweisen. Es wird angenommen, daß dies auf der Tatsache^ beruht, daß in den Polen solcher Spulen der von inneren in äußere Bleche eindringende Fluß in diesen Wi.rbeistrpiaK:0iaponenten induziert·" Die Verluste aufgrund solcher Kpiäppnenten sind besonders: hoch, da die Wirbelstromkomponeiaten in Ebenen parallel zu den äußeren Schichten induziert sind, Die effektive Preite, in der ein solcher Wirbelstrom zirkuliert, ist sewnit größer als die Bicke der Schicht, und es ist aj-igeiiein bekannt_t daß der 1firbeleti?o5iyerlust· im wesentlichen von deifc Quadrat der Breitl abhängt, in dem ein solcher wirbelstrom kreist.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Pole so geformt sind, daß ira wesentlichen nichts des Flusses von jedem entsprechenden Blech ein benachbartes Blech durchdringt.

Diese Wirbelstromverluste werden ebenfalls bei einer

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lipule gcraärj einer anderen Vfeiterbildun/ΐ ο ei- xirfindunf: verringert, bei der. die Polanordnun;; (oder das magnetische katerial) no ist, dai3 in eine Richtung senkrecht zu den ebenen der Blecke die magnetische Permeabilität niedrig ist iiu Vei_;ieic."i zu der PerriieaDiiität der Pole in c ir er .uic" :tu:i in de. Jibene der Blocne. j£ei einsr bevor zur ten Auci'uiu'unj-sfoj.-iii t.ex· jii'i'inciun^ sina die Bleche (nur) ue_ l'oie X5.1 i-OJitia'u-voneinander aii;~eoi"dnet, und Z".;ar vorzugsweise in Abstand gleich der Dicke eines Jlecheo. Diese Imordnunr: läßt sich am besten dadurch erzielen, daß ab-V7 c oh se lud üleche in dem liest des Kerns zurückgeschnitten' verden, so daiS sie sich nicht- bis in die Pole erstrecken. In ttieseci Fall ist die Breite der Bleche in den Polen vorzugsweise gleich der doppelten Breite de. Bleche in aein Rest aes Kerns, SO₁'daß ein konstanter Querschnitt von liate^ial mit hoher Perneabilität aufrechterhalten ist.

Der liirbelstromveriust in einer solchen Spule ist. v/ie sich das gezeigt hat, geringer, als bei herkömmlichen Spulen mit einem Luftspalt im Kern. Ds wild angenommen, daß dies daher· rührt, daß die niedrige Ferneabll-ität in einer Richtung senkrecht zu den Ebenen der Bleche- der Pole das Eindringen des Flusses von inneren !olechen darch äußere Bleche verrinne_'t. ...

Anhand dei¹ Zeiclinung soll die Srfindun.™ an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer bekannten Form einer Spule einer Bauart, auf die sich die Erfindung bezieht,

Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Teiles der Pole der Spule gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ist ein Teilschnitt eines Bleches des Kerns, Fig. 4 (ä) und (b) sind Teilseitenansichten der

beiden Pole von Spülen gemäß einer Weiterbildung der Erfindung,

^x Fig. 5 ist eine Teilseitenansicht eines verbesserten Poles der Spule gemäß Fig. 4,

Fig." 6 zeigt eine Einzelheit eines Poles gemäß einer anderen Weiterbildung,

Fig. 7 zeigt eine Einzelheit eines Poles mit einer weiteren Verbesserung,

Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines

Kerns einer Spule einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Figl 9 ist eine Seitenansicht der Spule, deren Kern .in Fig. 8 dargestellt ist.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, hat eine Spule der Bauart, auf die sich die Erfindung bezieht, einen Kern 2 hoher magnetischer Permeabilität, in dem ein Luftspalt 4 zwischen zwei Polen 6 gebildet ist. Um den Kern 2 ist eine . Wicklung 8 gewickelt. Der Kern besteht aus Blechen aus

magnetischem Material, die elektrisch voneinander isoliert '.· sind.

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Die in Fig. 1 gezeigte Spule ist insofern herkömmlich, als Enden 10 der Pole 6 quadratisch, d.h. flach sind. Magnetische Kraftlinien 12 sind zwischen den Polen 6 in Fig. 2 eingezeichnet. Eine Streuung tritt im Bereich des Luftspaltes auf, und zwar als Folge davon, daß aus den inneren Blechen der Pole austretender Fluß äußere Bleche durchdringt. Das führt zur Erzeugung von größeren Wirbelstrümen in den äußeren Blechen, und dieser Effekt ist besonders stark aufgrund der Tatsache, daß die resultierenden Wirbelströme in den äußeren Blechen eine Komponente normal zu ihren Ebenen haben, so daß die effektive Breite, in der jeder Wirbelstrom zirkuliert, größer als die Dicke dei Bleche ist.

Dieser Effekt ist klarer in Fig. 3 gezeigt, in der ein Vektor A den Fluß in einem Blech 14 darstellt. Dieser kann durch zwei Komponenten einer Vektorsumme, nämlich Vektor B und Vektor C, dargestellt werden. Die durch den Vektor C dargestellte Komponente induziert beträchtliche Wirbelströme, die nur durch den spezifischen Widerstand des Kernmaterials begrenzt sind. Eine LameMerung des Kerns hat keinen Einfluß auf die Wirbelströme aufgrund des Flusses, der durch den Vektor C angegeben ist.

Es ist zu beachten, daß ein ähnlicher . Streueffekt im rechten Winkel zu den Polen mit Blickrichtung auf Fig. 2 und 3 auftritt, da dieser jedoch in den Ebenen der Bleche liegt, sind die Wirbelströme in dieser Richtung

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verringert, da die Breite der induzierten Wirbelströme nicht vergrößert ist.

Die Terluste aufgrund von Wirbelströmen in den Polen sind bei den Polausbildungen gemäß den 3?ig. 4 (a) und (b) verringert. Wie aus der Pig. 4 (a) zu ersehen ist, ist der lamellierte Pol 6 mit Abstufungen 7 versehen, derart, daß Stufen auf beiden Seiten gebildet sind, eine Anzahl der äußeren Bleche ist kurzer, so daß die gesamte Dicke des magnetischen Materials in Richtung eines Pfeiles IV senkrecht zur Richtung der Bleche verringert ist. Die Abstufungen bewirken eine beträchtliche Verringerung der Wirbelstromverluste in den Polen, da der Streufluß weniger die äußeren Bleche schneidet. Diese Wirkung ist bei der Anordnung gemäß Pig. 4 (b) noch verbessert, wo die Abstufungen auf jeder Seite des Poles vorgenommen sind, so daß noch weniger des Streuflusses äußere Schichten schneidet. Eine weitere Verbesserung wird durch die Anordnung gemäß Pig. 5 erzielt, in der die äußeren Schichten fortlaufend weggeschnitten sind, so daß Pluß aus einem entsprechenden Blech nicht ein benachbartes Blech durchdringt. Es sei z.B. das Blech X ganz außen rechts in Pig. 4 betrachtet. Dies ist an einer Stelle weggeschnitten, wo der es aufgrund einer Streuung verlassende Gesamtfluß überhaupt keinen Pluß von dem näohst inneren Blech Y einschließt. Ist der Gesamtfluß in dem Blech X in dem Rest des Eerns Tx, so ist der das Blech χ aufgrund Streuung verlassende

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Gesamtfluß Tx. In gleiche*· Weise ist das nächst innere Blech Y an einer Stelle weggeschnitten, wo der es aufgrund " Streuung verlassende Gesantfluß nicht irgendwelchen Fluß von dem nächst inneren Blech Z einschließt usw. für alle Bleche. Die resultierende Form der Pole ergibt sich .somit als konvex (in einer Ebene); das äußere Blech ist kurzer als das innere Blech.

las wurde gefunden, daß die Form gemäß Fig. 6 eine noch weitere Verringerung von WirbelStromverlusten bringt. In diesem Fall hat der Pol eine glatte konvexe Kurvenform.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 7 ist der Pol in seiner Dicke in den Richtungen sowohl quer als auch parallel zu den EbaBn der Bleche verringert. Dies wird als vorteilhaft angesehen, da es den Fluß mehr in dem Luftspalt konzentriert, der somit zur Erzielung bestimmter Charakteristiken kurzer sein kann. Es ergibt sich eine geringere Streuung des Flusses aus dem kürzeren Luftspalt und die Verluste aufgrund von Wirbelströmen, die in den Spulenwindungen induziert werden, v/erden dadurch ebenfalls verringert.

Eine Spule mit einer weiteren Polausbildung ist in den Fig. 8 und 9 gezeigt. In diesem Fall sind Bleche 16 der Pole 6 durch Luftspalt 18 gleicher Stärke wie die Bleche voneinander getrennt. Bei dieser Ausbildung ist die magnetische Permeabilität der Bie in Richtung eines Pfeiles A in einer Richtung senkrecht zu den Ebenen der

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Bleche 16 geringer als die in Richtung eines Pfeiles B in einer Richtung parallel zu den Ebenen der Bleche. Die Wirkung dieser Anordnung bestehtdarin, den Streueffekt zu verringern, so daß weniger Fluß innerer Bleche äußere Bleche durchdringt. Die Wirbelstromverluste sind dadurch verringert.

Vergleichsweise mag die relative magnetische Permeabilität der Pole in Fig. 8 in Richtung eines Pfeiles A 2 sein, während die eines herkömmlichen Poles 20 sein mag.

Wie sich aus den Fig« 8 und 9 ersehen läßt, wurde gefunden, daß die Herstellung des Kerns mit zwei Luftspalten aus L-förmigen Blechen 16 zweckmäßig ist. Zwei U-fÖrmige Kernteile 20 sind aus den L-förmigen Blechen 16 zusammengesetzt, wobei eine Basis 22 von abwechselnden L-Formen auf gegenüberliegenden Seiten des U-förmigen Stapels liegt, so daß die beiden Schenkel des Stapels gebildet sind, die die Pole 6 bilden.

Die Abmessung y in Fig. 8, das ist die Breite der Bleche an den Polen, ist vorzugsweise das Zweifache der Abmessung x, das ist die Breite der Bleche in dem Rest des Kerns z.B. an der Basis der U-Form. Dadurch ist sichergestellt, daß der Querschnitt des Kernmaterials in den Polen gleich dem Querschnitt des Kernmaterials in dem Rest des Kerns ist.

Wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, sind Wicklungen 8 ganz einfach um jede Basis jedes der U-förmigen Kernteile .20 gewickelt.

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Die dargestellten Kerne haben rechteckige Querschnitte. Die Erfindung ist jedoch in gleicher Weise bei Kernen anderer Querschnittsformen anwendbar, z.B. runden Querschnitten oder solchen Kernen, die aus Blechen verschiedener Breite
aufgebaut sind, so daß der Querschnitt näherungsweise
rund ist.

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Claims

Patentansprüche

' 1.1 Spule mit einem Kern aus Blechen aus magnetischem Material, die elektrisch voneinander isoliert sind, mit einem Luftspalt zwischen zwei Polen des Kerns, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole so ausgebildet sind, daß die gesamte Dicke des magnetischen Materials im Bereich der Pole in einer Richtung quer zu den Ebenen der Bleche verringert ist.
2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polenden konvex geformt sind und dit äußeren Bleche kurzer als die inneren Bleche sind.
3. Spule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Form aus einer oder mehreren Abschwächungen oder Stufen auf gegenüberliegenden Seiten der Polenden besteht.
4. Spule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole so geformt sind, daß im wesentlichen nichts des Flusses von federn entsprechenden Blech ein. benachbartes ' Blech durchdringt.
5. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Polenden in eine Richtung parallel zu den Ebenen der Blechschichten in der Dicke verringert sind.
6. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole so angeordnet Bind, daß in einer Richtung senkrecht zu den Ebenen der BIe chschichten die magnetische Permeabilität der Pole niedrig im Vergleich zu der Permeabilität der Pole in einer Richtung in der Ebene der Blechschichten ist.
7. Spule nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

die Bleche der Pole im Abstand voneinander angeordnet sind.
8. Spule nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet» daß abwechselnd Bleche des Kerns vor den Polen abgeschnitten
9. Spule nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt von magnetischem Material der Pole ungefähr gleich dem Querschnitt des Restes des Kerns ist.

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