DE2361254A1

DE2361254A1 - Kernkoerper fuer eine spule oder einen transformator

Info

Publication number: DE2361254A1
Application number: DE19732361254
Authority: DE
Inventors: Clive Victor Newcomb
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-12-11
Filing date: 1973-12-08
Publication date: 1974-06-12
Also published as: GB1456835A; CA1024615A; JPS5024753A; IT999938B; FR2209990B1; ES421261A1; JPS5324623B2; SE399984B; FR2209990A1

Description

PHB. ^: DS/W

16-11-1973

Dipl.-Ing. HO RSTAUER

Ann;!/':::-·^:. V.,;. ...j üLu-'-LiViruArAO

Akte: PHE-32.297
Anmeldung vomi 6. DeZ. 1973

KernkSrper für eine Spule oder einen Transformator . -

Die Erfindung betrifft einen Kernkörper für eine Spule

oder einen Transformator mit einem Kern, der aus zwei ferromagnetische-Kernteilen besteht, die derart zusammengehalten werden, dass sich ein Luftspalt zwischen zwei Flächen der Kernteile bildet, welcher Kern an" einem nichtmagnetischen Element mit einem Temperaturkoeffizienten befestigt ist, der von dem des Kernwerkstoffes abweicht, wobei das Element derart angeordnet ist, dass die dadurch entstandenen verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten die Luftspaltlänge ändern und den jnagne tischen Widerstand des Kernes als Punktion der Temperatur einstellen.

Der magnetische Werkstoff kann eine magnetische Legierung oder ein magnetisches Ferrit sein und wird meistens zu Hohlkörpern für die Kernteile ausgebildet. Jeder Kernteil enthält einen rohrförmigen Mittelteil, un den eine oder mehrere Spulenwicklungen angeordnet verden

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Rönnen und der mit Hilfe einer einen Teil davon bildenden Stirnwand an einer konzentrischen Aussenwand befestigt ist. Die üiisserrwand ist gewöhnlich mit einem Schlitz zum Herausführen der Enden der Spulenwicklungen versehen.

Zwei Kernteile werden derart zusaniaengefügt, dass sie die Spulenwicklung, die auf einem Spulenkörper angeordnet sein kann, umgeben. Die Kernteile werden in dieser Lage durch Klebstoff oder Klemmen fixiert und die Enden der Spulenwicklungen werden mit einer Anschlussplatte verbunden. Der auf diese Weise gewonnene induktive Teil kann besonders leicht zusammengesetzt werden, hat eine gedrängte Form und eine gute magnetische Abschirmung.

Um das Einstellen des magnetischen Widerstandes in dem von den zwei Kernteilen gebildeten magnetischen Kreis zu ernöglicher., kann einer der rohrförmigen Teile entlang seiner Achse so abgeschliffe:

werden, dass im endgültigen magnetischen Kreis ein Luftspalt entsteht.

Die Luft s palt länge lässt sich, ungefähr· duarch das Schleifverfahren während der Herstellung des Kernteiles bestiaaen. Un jedoch eine Einstellung des zusammengesetzten Kernes zu ermöglichet} wird eir Rohr aus magnetischem Material, das als teilweiser magnetischer Nebenschluss arbeitet, in eine Zentralöffnung des Kernes eingesteckt und auf dem Luftspalt angebracht. Das Rohr ist in einem zylindrischen Träger angebracht und kann durch Schraubbewegung entlang der Achse des Kernes verschoben werden. Diese Bewegung des Rohres in bezug auf den Luftspalt ermöglicht eine zuverlässige und stabile Änderung der wirksamen Länge des Spaltes.

V.'enn für einen mit einem Luftspalt versehenen Kern ein

Ferrit-material verwendet wird, nimmt man gewöhnlich an, dass folgendtheoretische Formel anwendbar ist; der Temperaturkoeffizient der Induktivität der mit einem Spalt versehenen Kernzusamnensetsung ist

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gleich dem genormten Materialtemperaturkoeffizient mal der effektiven

Permeabilität des Kernes,

Für einen Eerritkern ist der Temperaturkoeffizient der Induktivität gewöhnlich positiv und verhältnismässig gross, sowohl in bezug auf den Wert als auch auf die Toleranz. Der genormte Materialtemperaturkoeffizient beträgt z.B. gewöhnlich 0,5 bis 1,5 x 10~ °C~ , und wenn von einer effektiven Permeabilität gleich 100 ausgegangen wird, stellt sich heraus, dass der Temperaturkoeffizient der Induktivität der mit einem Spalt versehenen" Kernzusamraensetzung von 50 bis I50 ppm"C~ schwanken kann.

Bei einen abgestimmten Kreis, in dem eine Spule mit eines Ferritkern und einen Resonanzkondensator vorgesehen sind, muss der positive Temperaturkoeffizient der Spule mit Hilfe eines Zusatzkonden?- sators mit einem negativen Temperaturkoeffizienten ausgeglichen werden.

	Teil	Temperatur- .. koeffizient-ppm°C~	Beitrag zum Temperatur koeffizienten des abge-, stimmten Kreises ppm°C~
Typ	Viert	+100	+100
Spule mit Ferritkern	300/uH	+ 25	+ 25 -
Silber- Glimmerkon- densator	I5OOO pi	-56OO	-125
Keramik- Kondensatoi	330 pF

Der Temperaturkoeffizient des abgestimmten Kreises beträgt dann 0 ppm" C~ . - .

Me Notwendigkeit des Einsatzes eines Zusatzkondensators für den Temperaturausgleich wirkt sich in höheren Herstellungskosten des abgestimmten Kreises ausi selbstverständlich hat jeder dieser Einz.el- -. teile "auch eine Produktionstoleranz"* Um einen guten Ausgleich des

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Temperaturkoeffizienten zu erzielen, ist es deshalb notwendig, einen Keramikkondensator zu wählen, der für eine bestimmte Sorte von Ferritkernen den geeigneten negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. Auch kann man Keramikkondensatoren wählen, die den gleichen negativen Temperaturkoeffizienten und verschiedene Kapazität aufweisen.

Dieser Nachteil könnte besser beseitigt werden, indem nar.

eine Methode findet, eine Magnetkemzusamniensetzung derart zu konstruiere dass die Induktivität nicht nennenswert von Temperaturänderungen beeinflusst wird. Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, eine Lösung für dieses Problem zu schaffen.

Dazu ist der Kernkörper nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das nichtmagnetische Element aus einer dünnen Metallplatte besteht, die in engem Kontakt mit einer Kernoberfläche gehalten ist.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung w.erden nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

die Figuren 1, 2, J ein Beispiel eines Kernkörpers nach. der Erfindung in perspektivischer Ansicht beziehungsweise in Draufsicht und Seitenansicht;

Fig. 4 einen axialen Querschnitt durch die Kernteile in vergrössertem Masstab längs der Linie IV-IV in der Fig. 2;

Fig. 5 in übertriebener Weise den Einfluss eines Temperaturanstiegs auf die Kernteile nach Fig. 4?

Fig. 6, 7 und 8 verschiedene Beispiele von Teraperaturausgleichselementen und

Fig. 9 einen axialen Querschnitt durch einen Kern, der mit einem TemperaturausgleiclBelement in Form eines Ringes versehen ist.

Der Kernkörpertyp, der für die Ausführungsbeispiele entsprechend den Figuren 1 bis 8 gewählt wurde, hatte eine wirksame magnetische Weglänge von 25,6 mm und ein wirksames magnetisches Volumen von

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Vie aus den Fig. 1 bis J> ersichtlich ist, enthält der Kernkörper "ei nen oberen Kernteil 1 und einen entsprechenden unteren Kernteil 2 aus einem Ferritwerkstoff, die mit Hilfe von Federklencert J gegeneinander gedruckt sind. Eine von einem Spulenkörper getragene Spul*-- wicklung 4 ist zwischen den Kernteilen angeordnet und die Anschlüsse der Wicklung sind mit Anschlussstiften auf.einer Anschlussplatte 5 verbunden, die ein Teil des Spulenkörpers bildet.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt gemäss der Linie IV-I? nach der Fig. 2 in vergrösserten Massstab,

Ein Messingstreifen 6 ist an der Aussenoberfläche des · oberen Kernteiles 1 unter Verwendung eines Mittels, das eine stabile Verbindung ohne Kriechen oder Verschlaffen gewährleistet, befestigt» Das in diesem Falle verwendete Mittel war ein Epoxyharzkleber. Pa der Messingstreifen einen, anderen linearen Ausdehnungskoeffizienten als der Ferritwerkstoff aufweist, ist dieser Aufbau mit dem eines Bimetalls vergleichbar. Der Kern hat einen Luftspalt 7> der durch Vegschleifen eines Teiles des rohrförmigen Mittelteils 11 des Kernteiles 1 gebildet ist.

Fig. 5 ist eine übertriebene Darstellung des Einflusses eines Temperaturanstiegs auf· die Kernteile. Die punktierten Linien geben die Verzerrung an,, die im oberen Kernteil 1 als Folge der Ausdehnung des Elementes 6 entsteht. Eine der Folgen der Verzerrung is"5. dass der Luftspalt 7 sich verlängert, infolgedessen nimmt die Induktivität der Spule ab, so dass ihr Temperaturkoeffizient niedriger wird. . .

Während einer ersten Reihe yon Versuchen, wurde die

Breite des Messingstreif ens auf 6,8 mm gehalten, während die Etreifer.-länge geändert wurde. Die Versuche wurden erst an einer üblichen Spule ohne das Element 6 ausgeführt, wonach die Versuche wiederholt wurden, nachdem das Element angebracht worden war.

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Es wurden dabei folgende Ergebnisse erzielt:

Spulen- numiner	Länge des Elementes	Temperaturkoeffizient tmm°C""¹	der Induktivität in
	in mm	ohne Element
1	7,0	109
2	8,0	120
3	9,0	118
4	10,0	125
5	11,0	105
mit Element
49
43
¹O
28
8

Bei einer zweiten Versuchsreihe wurde die Breite des Elementes auf 6,8 ma gehalten und auch die Länge des Elementes auf 11,0 mm konstant gehalten wurde. Diese Reihe hatte den Zweck, die Reproduzierbarkeit des Einflusses des Elementes auf den Tenperaturkoeffizienten zu bestimmen.

Es wurden dabei folgende Ergebnisse erzielt:

Spulen- nununer	Temperaturkoeffizient der Induktivität in ppm°C-¹	nit Element
	ohne Element	6
6	109	5
7	99	-3
8	103	17 -j
9	114	, 21
10	125

Beide Reihen ergaben, dass der mit dem Ketalleieaent am Kern gemessene Tenperaturkoeffizient bei der Unterwerfung von zyklischen Teir.peraturschvankun^en stabil war.

Die Verwendung von Messing als Werkstoff für das EIe^e: 6 ist vorteilhaft, weil dieses Metall sich regelaässig ausdehnt und einen grcsseren linearen Ausdehnungskoeffizienten als Ferrit aufweist,

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;ivität auf beherrscht

Dadurch kann der Temperaturkoeffizient der Induktiviti Weise herabgesetzt werden. Für das Element 6 könnte auch ein Werkstoff mit einem kleineren linearen Ausdehnungskoeffizienten als Ferrit verwendet werden;, in einem solchen Falle würde der Luftspalt kleiner werden, so dass der Temperaturkoeffizient der Induktivität imrer noch auf eine -von vorn- , herein bestimmte V/eise schwanken würde: ein derartiger Aufbau könnte bei einem elektrischen Kreis vorteilhaft sein, der für eine Anwendung, bei der Temperaturempfindlichkeit erforderlich ist, entworfen ist.

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht des Temperaturausgleichselementes 6, das aus einem kurzen dünnen Messingstreifen besteht. Wenn der Kernkörper für einen Transformatortopfkern bestimmt ist, kann das Element 6 ein übliches Rechteck aus Messing sein.

Wenn jedoch der Kernkörper für eine variabele Spule

verwendet wird, muss das Element 6 vorzugsweise mit -einer Zentralöffnung 8 versehen sein, die während der Kontage des Kernkörpers mit dem Zentralloch des Kernes ausgerichtet wird. Nach dem Anbringen des Induktivitätsreglers in der Spule ist dieser Regler über das Loch 8 für ein tiichtmagnetisches Werkzeug erreichbar:» so dass das -normale Einstellverfahren, durchführbar ist.

Fig. -7 zeigt eine alternative Ausführung des Teinperaturausgleichselementes 6 mit einem ungefähr konstanten Querschnitt über die ganze Länge des Streifens.

Fig. 8 zeigt eine andere Ausführung des Elementes 6 in Form eines Ringes. Diese Ausführung eignet sich besonders für den Gebrauch in topfförmigen Kernkörpern, bei denen der Spulenkörper völlig von den Kernteilen umgeben ist. Bei dieser Art"von Kernkörpern ist der Querschnitt in jeder Ebene durch die Kernachse gleich.

. " Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch einen derartigen -

Topfkern, auf dem ein Element 6 in Form des Ringes nach der Fig. 8 am

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Umfang des oberen Kerhteiles 1 angebracht ist. Die beiden Kernteile 1 und 2 sind in diesem Falle nicht mit Hilfe von Klemmen, sondern mit Hilfe von Klebstoff aneinander befestigt; dieser Klebstoff wurde auch für das Fixieren des Elementes 6 verwendet. ' Die Wirkungsweise eines ringförmigen Elementes 6 ist gleich der des flachen, streifenförmigen Elementes und bewirkt dieselbe Verformung des oberen Kernteiles, wie in Fig. 5 angegeben. Der Gebrauch eines ringförmigen Elementes 6 wird für eine Anwendung, bei der der Topfkern axial symmetrisch ist, als geeigneter angesehen.

Der Topfkern nach der Fig. 9 enthält eine Kessing-

mutter 9, die mit dem unteren Kernteil 2 verklebt ist und mit einem Einstellorgan zum Regeln des magnetischen Widerstandes des Kernes zusammenarbeiten kann. In einer anderen Ausführung könnte eine andere Regelung des Kernes angewandt werden. Wenn der Kern in einem Transformator angewandt wird, ist in einigen Fällen kein Regler erforderlich.

Bei.der Ausführung nach den Fig. 1 bis 9 wird das Ausgleichselement 6 im sogenannten Schubschwingungs-Betriebczustand verwendet. Es ist möglich, das Element abwechselnd im Längenbetriebszustand zu verwenden. In Fig. 10, die einen Querschnitt durch den Kernkörper entsprechend Fig. 4 zeigt, ist das bisher außen angebrachte Tenperaturausgleichselement durch ein längenmäßig in Luftspalt des Kernes angeordnetes Element da ersetzt. Längenänderung^ des Elementes 6A v/erden auf diese Weise direkt auf die gegenüberliegenden Seiten des den Luftspalt begrenzenden Keniwerkstoffes derart übertragen, daß sich daraus

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die Temperaturausgleichswirkung ergibt.

Fig. 10 zeigt weiter die durch Verkleben entstandene Ausführungsform der Induktorkernzusammensetzung, die eine Abwandlung der Form mit den Federklemmen 3 ist. In Fig. 10 werden die beiden Kernteile 1 und 2 mit Hilfe einer Klebschicht zusammengehalten, die zwischen die angrenzenden Flächen der Fuge zwischen den beiden Kernteilen angebracht ist. An dieser Stelle bleibt unvermeidlich ein kleiner restlicher Luftspalt wegen der Schwierigkeit bei der Bildung einer einwandfreien mechanischen Fuge; mit Hilfe der Klebschipht wird dieser Luftspalt während späterer Temperatürschwankungen im Kern auf einen konstanten Wert gehalten.

Bei der Ausführungsform einer Kernzusammensetzung mit Federklemmen können Schwankungen in den. Abmessungen dieses restlichen Luftspaltes auftreten, wie übergroß mit der punktierten Linie in Fig. 5 angegeben ist. Dieser Effekt ist bei ungenügender Spannung der. Federklemmen festgestellt worden; eine Spannungserhöhung wird-die Kernteile fester aneinanderziehen, so daß die Abmessung des restlichen Luftspaltes auf einem konstanteren V/ert gehalten wird.

Die Fig. 11 und 12 zeigen Transformatorkerne mit X- bzw. Ε-Formen. Ein Temperaturausgleichselement 6 ist in Verbindung mit beiden Kerntypen dargestellt. Fig. 12 gibt an, wie der E-förmige Kern 1 den oberen Teil eines Gebildes mit einem ähnlichen Kern 2 wie dem unteren Teil bilden kann. Die beiden Kernteile können um einen Spulenkörper mit einer V/icklung angebracht v/erden,

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so daß sich ein geschlossener Magnetkreis bildet.

Fig. 13 stellt einen Transformator mit eines U-füraigen Kern 1 dar. Statt eines Temperaturausgleichselenents, das ein getrennt hergestelltes und am Kern befestigtes Stück Material ist, ist das Element 6 in diesem Beispiel ein Kunstharzkörper, der an einer vorbestimmten Stelle am Kern angebracht ist. Die Anbringung in diesem Beispiel erfolgte durch Anstreichen der oberen Keraoberfläche mit einer flüssigen Epoxyharzlösung, welche darauf in einem Erwärmungsvorgang ausgehärtet wurde. Diese Schicht bildete dann ein Element 6 aus temperaturausgleichendem Werkstoff, das in der richtigen Lage auf dem Eernteil 1 erzeugt wurde.

Die Fig. 14 und 15 zeigen Magnetkerne 1 in Ringform mit einem Luftspalt. Diese zv/ei Figuren stellen die verschiedenen Betriebsarten des Ausgleichselements dar. In Fig. 14 arbeitet das Ausgleichselement 6 nach dem Schubschv/ingungsprinzip und in Fig. 15 arbeitet das Element 6A nach dem Längsschwingungs-PrinzipT

Die vorstehenden Beschreibungen der-Ausxöiirungsbeispiele nach der Erfindung sind nur beispielsweise gegeben und im Rahmen der Erfindung können eine Anzahl Änderungen vorgenommen werden. Es ist z.3. nicht notwendig, daß das Temperaturausgleichselement nur an einem der zwei Kernteile befestigt ist, denn bei einigen Anwendungen können beide Kernteile ein Ausgleichselement tragen. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Anwendung für Kernkörper aus Ferritwerkstoff; andere Zusan-monsetzungen eines anderen geeigneten magnetischen Kernwerkstoffes, wie magnetische Legierungen, können gleichfalls verwendet v/erden. Ein anderer

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Klebstoff zum Befestigen eines Hessingstreifens am Ferritv/erkstoff ist z.B. ein Polydialcrylesterkleber. lienn genügend Raum im inneren Hohlraum des Kernes vorhanden ist, kann das TemperaturausgleiGhselement auch inx-zendig statt an der Außenseite des Kernes angebracht w^rerden.

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Claims

- 12 - Tl 7 /--T>'·'·"■ '-■

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/ 1.) Kernkürper für eine Cpule oder einen Tran.sfornaüor

mit Ginein Kern, der aus zwei ferromagnetische:! Kornteilen besteht, die derart zusammengehalten sind, daß sich zwischen zwei Flüchen der Kernteile ein Luftspalt bildet, welcher Kern an einem nicht-.. magnetischen Element mit einem Temperaturkoeffizienten befestigt ist, der von dera des Kerav/erkstoiier. abweicht, wobei dac Element; derart angebracht ist, daß die dadurch entstandenen verGchicdr.ricn Ausdehnungskoeffizienten die Luftspaltlän^G ändern und den rna^votischen Widerstand des Kernes als Funktion der Temperatur ein.-.tollen, dadurch gekennzeicnnet, daß das nichtnagnetische Element Ciur; einer¹ d·Innen Metallplatte (6, 6A) besteht, die in engem Kontakt mit einer Fläche des Kernes (1, 2) gehalten ist.

2. Kernkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (G) streifenförmig ausgebildet ist.

3. Kernkörpor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (6) ringförmig ausgebildet ist.

'+. Kernkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß das nichtsagnotische Element (G, 6A) mit dem Kern (1, 2) verklebt ist.

5. Verwendung eines Kernkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer Spule oder einem Transformator.

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