DE2120287A1 - Spule mit einem Kern - Google Patents
Spule mit einem KernInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
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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-)..
SL/K
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-2-
-Z-
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 bekanntt 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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©AD ORiGiHAL
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.
-4-
109847/1228. QZB- BAD
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.
aufgebaut sind, so daß der Querschnitt näherungsweise
rund ist.
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Claims (9)
- 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-11-109847/1228Itdie 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, daßdie 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.109847/1228
Applications Claiming Priority (1)
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FR (1) | FR2088415A1 (de) |
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