DE2350805A1 - Wechselstromdurchflossene spule - Google Patents

Description

Messerschmitt-Bölkow-Blohm Ottobrunn, 2. Okt. 1973

Gesellschaft mit BS 62 Hb/th

beschränkter Haftung, 7611 München

Wechselstromdurchflossene Spule

Der Verlauf des magnetischen Flusses einer Spule wird naturgemäß durch den magnetischen Widerstand der zur Verfügung stehenden Wege bestimmt» Sind außerhalb eines vorgegebenen Weges, z. B. im wesentlichen in Form eines Kernes aus weichmagnetischem

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Material, noch Wege mit endlichem magnetischen Widerstand vorhanden, dann wird ein Teilfluß als sog· Streufluß auf diesen Wegen am vorgegebenen Weg vorbeistreuen und somit im Gegensatz zu dem auf letzterem verlaufenden Teilfluß (sog. Nutzfluß) nicht nutzbar sein. Beispielsweise bei einer Spule mit einer Wicklung um das Joch eines U-förmigen Rahmenkernes geht von dem - durch den in der Wicklung fließenden Strom - erzeugten magnetischen Gesamtfluß ein erheblicher Teil, unter Umständen mehr als die Hälfte des Gesamtflusses, bereits in derv Umgebung der Wicklung als Streufluß verloren. Zwar kann bei einer derartigen Spule entweder durch Aufteilung der Wicklung in zwei Hälften und Anordnung derselben in der Nähe der Polflächen des Rahmenkernes (sog· Schenkelspulen) oder, noch besser, durch Verteilung der Wicklung (mit möglichst geringem Abstand zwischen ihren Windungen) auf den gesamten Rahmenkern das Verhältnis Nutz-/Streufluß verbessert werden. Derartige übliche Maßnahmen zur Verringerung des Streuflusses lassen sich jedoch meist nicht ohne Schwierigkeiten bei der Herstellung der Wicklung auf dem Rahmenkern durchführen· Ferner verlieren diese Maßnahmen an Wirksamkeit, wenn auf einen größeren z. B· U-förmigen Rahmenkern eine Wicklung mit einer geringen Anzahl - von daher zwangsläufig relativ breiten - Windungen verteilt werden soll, beispielsweise eine Wicklung aus vier flachen, bandförmigen Windungen, wobei man aus Hersteilungsgründen Jeden Schenkel des Rahmenkernes mit einer Windung und dessen Joch mit zwei Windungen versehen wird» Bei einer derartigen Spule ist mit einem beträchtlichem Streufluß au rechnen, auch wenn zwischen den einzelnen Wijsdtmgen geringe Abstände bestehen« Denn ein in der Wicklung

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fließender Strom wird sich in den einzelnen flachen Windungen nicht mehr gleichförmig verteilen und es tritt demzufolge ein Streufluß durch die Windungen hindurch aus·

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, bei einer wechsel stromdurcfo«· flossenencSpule ein wesentlich besseres Verhältnis Nutz-/Streufluß· -als durch die vorbeschriebenen Maßnahmen möglich ist - zu erzielen, wobei für die Spia- _v lenwicklung und, bei einer Spule mit Kern^ auch für diesen ein einfacherer Aufbau als bisher möglich sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine aus einem im wesentlchen elektrisch leitenden, vorzugsweise gutleitenden Material gebildete Abschirmung in Form einer den Außenurafeng der Spule enganliegend umgebenden und deren Stirnflächen freigebenden Hülle, welche über ihre gesamte Länge eine in Richtung des - im von der HUlIe bzw. Spulenwicklung umschlossenen Raum verlaufenden - Magnetflusses sich erstreckende elektrische Unterbrechung aufweist· Es sei hier vermerkt, daß die Leiterwindungen der Spulenwicklung in üblicher Veise isoliert sein werden und damit nicht nur gegeneinander, sondern auch gegenüber der Hülle isoliert sind*

Es ist zwar zur Verringerung des magnetischen Streuflusses bei einer Induktionsspule mit Kern bekannt, diesen unter anderem als einen die Wicklung der Induktionsspule allseitig umschließenden Schalenkern auszubilden (DT-PS 1 256 798). Diese Maßnahme verliert

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jedoch naturgemäß beträchtlich an Wirksamkeit, wenn dem Schalenkern aus anwendungstechnischen Gründen ein großer Luftspalt gegeben werden muß, da dann wie bei der eingangs gemannten Spule mit U-förmigem Kern in der Umgebung der Wicklung bereits ein beträchtlicher Teil des magnetischen Flusses als Streufluß verloren geht. Demgegenüber wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine wirksame Abschirmung zur Reduktion des Streuflusses aufgezeigt, die sowohl bei Spulen ohne Kern als auch bei Spulen mit Kern verwendbar ist, wobei die Abschirmung an eine spezielle Form weder der Spulenwieklung noch eines ggf. vorhandenen Kernes gebunden ist, Bei Spulen der eingangs beschriebenen Art kann sogar auf die Verwendung eines Kernes zur Führung eines magnetischen Feldes ganz oder zumindest teilweise verzichtet werden· Daraus folgt der weitere Vorteil, daß man bei Vorhandensein eines Kernes dessen Querschnitt beliebig wählen kann· Ein weiterer Vorteil Ist darin zu ε/ahen, daß mittels der Hüll© z. B» durch Variation der Größe ihrer Austrittsoff nungen für den Magnetfluß ein XnduktivitHtsabgleich und/oder ein Abgleich u@s !Magnetischen Nutz— flusses möglich ist·

Eine Führung des magnetischen Wechselfeldes der Spule außerhalb des von der Spuleawicklung umschlossenen Raumes läßt sich in einfacher Meise dadurch erreichen, daß die Hülle sich über di® Stirnflächen der Spule bzw. Spulenwicklung hinaus erstreckt· Dabei ist innerhalb der Gestaltungsmöglichkeiten des von der Hülle umschlossenen Hohlraumes jede beliebige Führung realisierbar.

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Ein wesentliches, die Abschirmung gemäß der Erfindung von bekannten Abschirmungen unterscheidendes Merkmal ist in der elektrischen Unterbrechung zu sehen₉ welche einen induktiven Kurzschluß der Spulenwicklung verhindert. Diese elektrische Unterbrechung wird zweckmäßig durch einen Überlappstoß der .Hülle mit einem elektrisch nichtleitenden Material zwischen den betreffenden gegeneinander stoßenden Verbindungsflächen hergestellt» Hierdurch wird an der Unterbrechung ein Austreten von magnetischem (Streu-) Fluß verhinderte

Wie bei üblichen Abschirmungen für hochfrequent® elek~_ tromagnetische Felder werden in der Abschirmung der Spule gemäß der Erfindung Wirbelströme induziert, die durch das von ihnen erzeugte magnetische Feld dem einwirkenden magnetischen Feld des in der Spulenwicklung fließenden Stromes in dem Maße entgegenwirken_B daß durch die Hülle (bei entsprechender Dicke) praktisch kein magnetischer Fluß hindurchtreten kann_o Um die Wirkung der l'lirbelströme zu verstärken₉ kann man die Hüll® aus einem Material mit stasäizlieh ferromagnetische*! Eigenschaften ausbilde:»;, beispielsweise aus Eisen©

AusfUhrungsbeispiele der Erfindung und in den Sprüchen gekennzeichneter Weiterbildungen i-jerden anhand! der Zeichnung nachfolgend nSh®if erläutert« Die Zeichnung zeigt in

Fig· 1 eine perspektivisch® Ao mit einer Afeschlrrauag ₉ teilweis© brechens

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Fig. 2 ebenfalls in perspektivischer Ansicht eine Spule, welche gegenüber derjenigen gemäß Fig. 1 keinen Kern aufweist,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer in üblicher Weise ausgebildeten Spule und

Fig. 4 ebenfalls in einer Seitenansicht eine vereinfachte Ausbildung der Spule gemäß Fig. 3, teilweise aufgebrochen. \^

Eine Spule beispielsweise als Kopplungselement zwischen einer ein Signal in Form eines hochfrequenten Wechselstromes erzeugenden Sendeeinrichtung eines spurgebundenen Fahrzeuges und einer längs seines Fahrweges sich erstreckenden Leitung besteht gemäß F„ig, 1 aus einem U-förmigen Rahmenkern 1 vorzugsweise aus ferromagnetische«» Material (s. B. Ferrit), bei dem lediglich das Joch 2 mit einer Wicklung 3 aus isolierten flachen bandförmigen Windungen, z# B. Kupferband mit einer Lackierung, versehen ist. Die gesamte Anordnung ist von einer enganliegenden Schirm-Hülle 4 umgeben, welche dabei die Polflächen 5 des Rahmenkernes freigibt. Die Schirm-Hülle 4 besteht aus einem elektrisch gutleitenden Material, wie Kupfer oder dergleichen«

Um auszuschließen _f daß die Schirm-Hülle 4 als ein© die Wicklung 3 induktiv kurzschließende Windung wirkte ist die Schirro-Hülle mit einer elektrischen Unterbrechung in Forra eines Überlappstoßes 6 mit einem elektrisch nichtleitenden Material 7 (ggf. ein Klebstoff) zwi- sehen den betreffenden gegeneinandersfeoßend©^

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dungsflachen versehen* Der Überlappstoß 6 erstreckt sich am Innenumfang des Rahmenkernes 1 über die gesamte Länge der Schirm-Hülle 4, wobei sein Verlauf dem des im von der Schirm-Hülle umschlossenen Raum Vorhände-■nen Magnetflusses entspricht₉ wenn die Wicklung 3 von einem Viechseistrom durchflossen wird ι statt am Innewum°> fang kann der Überlappstoß natürlich je nach Herstellung der Schirm-Hülle am Außenumfang des Rahmenkernes t?©rhara~ den sein. Anstelle des Überlappstoßos 6 kann auch gesehen sein, daß die Schirm-Hülle 4 längs der Flu tung geschlitzt ist. Ein Schlitz ©1s elektrische Unter brechung hat jedoch naturgemäß den Nachteil, daß dort ein magnetischer Streufluß austreten kannj dies ist bei der vorbeschriebenen bsw«, dargestellten Ausbildung der Schirm-Hülle 4 ausgeschlossen«

Durch die Schirm-Hülle 4 wird bei der (wechselstrom«· durchflossenen) Spule erreicht, daß praktisch nur an den freien Polfllchen 5 des Rahmeakernes 1 ©in magn®·= tischer Fluß austritt, als© nur an solchen Stellen₉ wo ein magnetischer (Nutz-) Fluß erwünscht ist« Dies gilt im wesentlichen auch für die Spule gemäß FIg· 2 ohne Kern, bei der eine Wicklung 8 mit isolierten, bandförmigen Windungen nur auf einem Spulenkörper 9 ggf. aus Kunststoff angeordnet ist. Hierbei erstreckt sich eine die Wicklung 8 enganliegend umgebende Schirm Hülle 10 über die Stirnflächen 11 der Wicklung hinaus. Die ebenfalls eine elektrische Unterbrechung der vorbeschriebenen Art (Überlappstoß 6) aufweisende Schirm-Hülle 10 weist an den Enden Austrittsöffnungen 12 für den Magnetfluß auf und hat auch die Funktion, das von

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einem in der Wicklung 8 fließenden Wechselstrom erzeugte magnetische Wechselfeld nur an definierten Stellen, nämlich durch die Austrittsöffnungen 12 hindurch, in den freien Raum austreten zu lassen; dabei wird dieses nicht dargestellte magnetische Wechselfeld Im von der Schirm-Hülle umschlossenen Hohlraum geführt. Somit kann diese Spule (Fig. 2) die gleiche Funktion wie diejenige gemäß Pig. I erfüllen, hat jedoch ein beträchtlich geringeres Gewicht. _χ

Schließlich sei anhand der Fig. 3 und 4 aufgezeigt, in welchem Maße eine Spule gemäß der Erfindung im Hinblick auf die Anordnung und Form ihrer Wicklung sowie Ausbildung eines Kernes im Vergleich zu einer üblichen Spule vereinfacht ist. Beide dargestellten Spulen finden beispielsweise auch als Koppiungseletnent zwischen einer Sendeeinrichtung und einer Leitung Verwendung. Die Spule nach Pig· 3 ist in'üblicher Bauart ausgeführt, nämlich mit einem U-förmigen Rahmenkern 14 und einer darauf verteilten Wicklung 15 aus vier bandförmigen, isolierten Windungen, wobei zwei Windungen um das Joch 16 und je eine um die entsprechend langen Schenkel 17 vorgesehen sind. Diese Wicklung 15 wird insbesondere wegen der Windungen um die Schenkel 17 nicht ohne Schwierigkeiten herstellbar sein. Trotz Verteilung der Wicklung 15 auf den gesamten Rahmenkern 14 ist mit einem magnetischen Streufluß zu rechnen, und zwar zwischen den Windungen und durch die Windungen hindurch.

Demgegenüber ist bei der Spule gemäß Fig. 4 mit einer Schirm-Hülle 18 der vorbeschriebenen Art und mit einer

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vier bandförmige, isolierte Windungen aufweisenden Wicklung 19 diese nur auf den mittleren Bereich eines Kernes 20_s also auf den Bereich zwischen seinen beiden kurzen Schenkeln 21 verteilt, wobei wie bei der Anordnung gemäß Fig. 1 nur Polflächen 22 von der Schirm-Hülle freigegeben werden_o Bei dieser Anordnung kann sogar noch auf die kurzen Schenkel 21 des Kernes 20 verzichtet werden und damit die Schirm-Hülle 18 einfacher ausgebildet werden«, Auf jeden Fall ist bei der Anordnung gegenüber derjenigen gemäß Fig_o 3 eine beträcht«^ liehe Einsparung an Material für den Kern su verzeich-= nen, was besonders bei großen Magnetkernen von Bedeu« tung ist und zu erheblichen Kosteneinsparungen führt. Die ebenfalls infolge der Verwendung der Schirm -Hülle 18 mögliche vereinfachte Ausbildung der Wicklung 19 wirkt sich insbesondere b<si einer Herstellung von Micklungen mit großes¹ Windungszahl kostensparend

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Claims (4)

1. Messerschmitt-Bölkow-Blohm Ottobrunn, 2. Okt· 1973

   Gesellschaft mit BS 62 Hb/th

   beschränkter Haftung, 7611 München

   Patentansprüche

   1· Wechselstromdurchflossene Spule, gekennzeichnet durch eine aus einem im wesentlichen elektrisch leitenden, vorzugsweise gutleitenden Material gebildete Abschirmung in Form einer den Außenumfang der Spule enganliegend umgebenden und deren Stirnflächen freigebenden Hülle (4} 10; 18), welche über ihre gesamte Länge eine in Richtung des - im von der Hülle bzw, Spulenwicklung um- · schlossenen Raum verlaufenden - Magnetflusses sich erstreckende.elektrische Unterbrechung (Überlappstoß 6) aufweist.
2. 2. Spule nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Hölle ClO) sich über die Stirnflächen"(11) der Spule bzw. Spulenwicklung (8) hinaus erstreckt*
3. 3_a Spule nach Anspruch !,mit einer Wicklung um sinen Kern vorzugsweise aus weichmagnetisch^ Material _$ dadurch gekennzeichnet _s daß die die Wicklung (3, 19) und den Kens Ci bzw_s 2öl umgobsnde " Hülle (4 bzw« 18) nur dessen W&l£lädh@m CS bzw· 22) freigibt und Windungen der- Wicklung nnis ire jewelXI« gen mittleren (Kern-=!! Sereiefc swisehen swei PoiflS— .ehen um den Kern vorhandQU sind« ■

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   - 11. -

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4. 4. Spule nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Unterbrechung durch einen Überlappstoß (6) der Hülle (4? 10) mit einem elektrisch nichtleitenden Material (7) zwischen den betreffenden gegeneinanderstoßenden Verbindungsflächen hergestellt ist.

   5· Spule nach den Ansprüchen 1 bis 4_? dadurch gekennzeichnet 9 daß die Hülle aus einem Material mit zusätzlich ferromagnetischen Eigen« v„

   schäften besteht.

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   ff .

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