DE2850657A1

DE2850657A1 - Drosselspule

Info

Publication number: DE2850657A1
Application number: DE19782850657
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Tsuji
Original assignee: Nippon Kinzoku Co Ltd
Current assignee: Nippon Kinzoku Co Ltd
Priority date: 1977-11-22
Filing date: 1978-11-22
Publication date: 1979-05-23
Also published as: DE2850657C2; SE7811977L; SE440964B; FR2409584A1; GB2008858B; FR2409584B1; JPS5482345U; JPS5730834Y2; CH635702A5; CA1128154A; GB2008858A

Description

2850657 Henkel, Kern, feiler&Hänzel Patentanwälte

3 Registered Representatives

before the European Patent Office

Nippon Kinzoku Co., Ltd., KSoOO München 80

Tokio, Japan Tel,089/982085-87

Telex: 0529802 hnkl d Telegramme: ellipsoid

22, Nov. 1978

53P173-3

Drosselspule

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Drosselspule für mit hoher Spannung und großen Strömen arbeitende Halbleiterschaltungen oder dergleichen.

In jüngster Zeit sind Stromumsetzer bzw. -wechselrichter und Reglervorrichtungen großer Leistung unter Verwendung von Halbleitervorrichtungen, wie Thyristoren, entwickelt worden. Schaltungsspannung und -strom dieser Vorrichtungen belaufen sich dabei auf ein Mehrfaches von 10 - 100 kV bzw. ein Mehrfaches von 10 - 100 kA. Bei diesen Vorrichtungen einzusetzende Drosselspulen müssen daher diese hohe Spannung und diesen großen Strom aushalten können, während sie andererseits vorzugsweise möglichst klein und leicht sein sollen.

Eine bisherige Drosselspule umfaßt einen ringförmigen, isolierenden Rahmen und einen in diesem angeordneten ringförmigen

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Eisenkern. Zur Festlegung einer vorbestimmten Stromdichte sind mehrere Bündel von Leitungsdrähten um das Gehäuse bzw. den Rahmen herumgewickelt. Die mit den Drähten bewickelte Kern/Gehäuseeinheit wird mit einer Grund- oder Tragplatte und anderen Tragelementen zusammengebaut. Kern, Wicklungsdraht und Rahmen bilden dabei einen elektromagnetischen Teil, während die Tragplatte und die Tragelemente einen mechanischen Versteifungsteil darstellen. Bei einer solchen Drosselspulenkonstruktion ist die mechanische Festigkeit des Rahmens oder des Wicklungsdrahts nicht voll berücksichtigt, und der Rahmen umschließt den Kern nicht vollständig, so daß die Drosselspule für hohe Spannung nicht genügend widerstandsfähig ist.

Wenn eine solche Drosselspule bei einer Vorrichtung der genannten Art mit großer Leistung oder Kapazität eingesetzt und mit einem eine große elektromagnetische Kraft erzeugenden überstrom gespeist wird, kann sich der Wicklungsdraht verformen, oder der Eisenkern kann brechen. Für die Lösung dieses Problems könnte daran gedacht werden, die Isolierung zwischen dem Kern und dem Leiter bzw. Wicklungsdraht sowie zwischen letzterem und den Tragelementen zu verbessern und die Tragelemente zu verstärken, doch führt diese Maßnahme nur dazu, daß die Drosselspule noch massiger wird und sich der Abstand zwischen dem Kern und dem Leiter vergrößert. Dabei würde dann ein größerer Magnetfluß nach außen dringen und die Drosselspule örtlich aufheizen, was zu stärkerer Geräuschentwicklung und zu höheren Streustromverlusten führen würde.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Drosselspule, bei welcher Leiter und ein einen Eisenkern enthaltendes, isolierendes Gehäuse nicht nur einen elektromagnetischen Abschnitt bilden, sondern auch als Versteifungselemente dienen, während das Gehäuse den Eisenkern vollständig

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umschließen soll, so daß die Anordnung elektrisch beständiger gegenüber hoher Spannung und auch mechanisch beständiger gegenüber einer durch einen überstrom erzeugten elektromagnetischem Kraft wird. Darüber hinaus soll diese Drosselspule kleine Abmessungen und ein niedriges Gewicht besitzen.

Diese Aufgabe wird bei einer Drosselspule der angegebenen Art erfindungsgemäß gelöst durch ein ringförmiges isolierendes Gehäuse aus einem inneren Hohl-Zylinder, einem äußeren Hohl-Zylinder sowie zwei den Ringraum zwischen den beiden Zylindern verschließenden Platten bzw. Scheiben, durch einen in das Gehäuse eingesetzten ringförmigen Eisenkern, durch mehrere innere Leiterstäbe, die innerhalb des inneren Zylinders parallel zueinander in Axialrichtung dieses Zylinders verlaufen, durch mehrere äußere Leiterstäbe, die an der Außenseite des äußeren Zylinders in dessen Axialrichtung verlaufend parallel zueinander angeordnet sind, durch mehrere die beiden Enden der einzelnen inneren Leiterstäbe mit denen der äußeren Leiterstäbe in der Weise verbindende Verbindungsstücke, daß ein sich um den ringförmigen Eisenkern herumwindender spiraliger Strompfad festgelegt wird, und durch zwei an die Enden dieses Strompfads angeschlossene Anschlüsse oder Klemmen.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Drosselspule mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Teils einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und

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Fig. 4 eine Aufsicht auf eine bei einer weiteren Abwandlung der Erfindung verwendete Ringscheibe.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße Drosselspule weist einen ringförmigen Eisenkern 1 und ein ringförmiges isolierendes Gehäuse 2 auf. Der in das isolierende Gehäuse 2 eingesetzte Eisenkern 1 besteht dabei aus einem massiven ringförmigen Eisenstück oder aus einem Stapel aus Siliziumstahlplatten. Das Gehäuse 2 besteht aus einem inneren Hohl-Zylinder 4, einem äußeren Hohl-Zylinder 5_f einer runden Platte oder Scheibe 6 mit einer zentralen öffnung und einer quadratischen Platte oder Scheibe 7, die eine Zentralbohrung und vier Bohrungen 3 in den vier Ecken aufweist. Die Scheiben 6 und 7 verschließen den Ringraum zwischen den beiden Zylindern 4 und 5. Mittels der Bohrungen 3 kann die Drosselspule mit Schrauben o.dgl. befestigt werden. Die hohlen Zylinder 4 und 5 sowie die Scheiben 6 und 7 bestehen aus einem organischen Isoliermaterial, wie Holz oder Harz, oder einem anorganischen Isoliermaterial, wie Glas oder Keramik. Wahlweise können sie auch aus Metall bestehen und mit einem Isoliermaterial beschichtet sein.

An der Innenfläche des inneren Zylinders 4 sind mehrere innere Leiterstäbe 8 in gleichen Abständen voneinander und parallel zueinander in Axialrichtung des Zylinders 4 verlaufend angeordnet. Diese Leiterstäbe 8 weisen jeweils mit Gewinde versehene Enden 8a, 8b auf, welche die Scheiben 6 bzw. 7 durchsetzen. An der Außenseite des äußeren Zylinders 5 sind mehrere äußere Leiterstäbe 9 in entsprechender Anordnung vorgesehen. Diese Leiterstäbe 9 weisen jeweils mit Gewinde versehene Enden 9a, 9b auf, welche ebenfalls die Scheiben 6 bzw. 7 durchsetzen.

Die Drosselspule umfaßt weiterhin eine Anzahl von leitenden Verbindungsstücken 10, die jeweils an beiden Enden mit

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je einer Bohrung versehen sind und die zur elektrischen und mechanischen Verbindung der inneren Leiterstäbe 8 mit den äußeren Leiterstäben 9 auf folgende Weise dienen: Gemäß Fig. 1 werden das untere Ende 8b eines ersten inneren Leiterstabs 8A und das untere Ende 9b eines ersten äußeren Leiterstabs 9A in die Bohrungen eines ersten Verbindungsstücks 1OA eingesetzt. Sodann werden auf diese Enden Muttern 11 aufgeschraubt, um das Verbindungsstück 1OA an der Außenfläche der quadratischen Scheibe 7 festzulegen. Die oberen Enden 8a, 9a eines zweiten inneren Leiterstabs 8B bzw. des äußeren Leiterstabs 9A werden in die Bohrungen eines zweiten leitenden Verbindungsstücks 10B eingeführt, worauf letzteres mit Hilfe zweier Muttern 11 gegen die Außenfläche der runden Scheibe 6 festgezogen wird. Hierauf werden die unteren Enden 8b, 9b des zweiten inneren Leiterstabs 8B bzw. eines zweiten äußeren Leiterstabs 9B in die Bohrungen eines dritten Verbindungsstücks 1OC eingesetzt, das dann mit Hilfe zweier Muttern 11 gegen die Aussenf lache der quadratischen Scheibe 7 verspannt wird. Auf ähnliche Weise werden die anderen Verbindungsstücke 10 mit den inneren und äußeren Leiterstäben 8 bzw. 9 verbunden. Aufgrund dieser Anordnung bilden die Leiterstäbe 8 und 9 sowie die Verbindungsstücke 10 einen spiraligen Strompfad, der sich um den ringförmigen Eisenkern 1 herumwindet.

Zwei Klemmen oder Anschlüsse 12 werden am einen Ende mit den beiden inneren Leiterstäben 8 verbunden, welche die Endabschnitte des spiraligen Strompfads bilden. Die anderen Enden der Anschlüsse 12 verlaufen dabei nach außen.

Da das isolierende Gehäuse 2 den Eisenkern 1 vollständig umschließt, ist die Drosselspule elektrisch widerstandsfähig gegen hohe Spannungen und mechanisch stabil gegen eine durch den Eisenkern 1 bei Anlegung eines Überstroms erzeugte elektromagnetische Kraft. Weiterhin wirkt das isolierende Gehäuse 2 als Tragelement, welches die Leiterstäbe

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und 9 in den vorbestimmten Positionen hält. Die Leiterstäbe 8 und 9 sowie die Verbindungsstücke 10, welche den spiraligen Strompfad bilden, sind sicher an beiden Scheiben 6 und 7 befestigt, so daß sie nicht verrutschen können, auch wenn der Eisenkern 1 unter dem Einfluß eines Überstroms eine große elektromagnetische Kraft erzeugt. ,

Bei der Drosselspule gemäß den Fig. 1 und 2 besitzt das isolierende Gehäuse 2 einen kreisförmigen Querschnitt, doch ist es keineswegs auf einen solchen Querschnitt beschränkt, vielmehr kann dieser auch rechteckig, elliptisch oder je nach der Form des Eisenkerns 1 sowie der Konfiguration der Leiterstäbe 8, 9 und der Verbindungsstücke 10 noch anders geformt sein. Material und Form der Leiterstäbe und Verbindungsstücke sind so gewählt, daß die Leiterelemente für den spezifischen Widerstand des Materials eine zweckmäßige Querschnittsfläche besitzen.

Bei der Drosselspule nach den Fig. 1 und 2 sind Bolzen/-Muttern-Einheiten zur Verbindung der Leiterstäbe 8, 9 mit den Verbindungsstücken 10 vorgesehen. Wahlweise können die einzelnen Verbindungsstücke 10 aber auch auf die in Fig. gezeigte Weise mit je zwei Leiterstäben 8 und 9 verbunden werden. Dabei besitzt jedes Verbindungsstück 10 zwei (Blind-)Bohrungen 13, und jeder Leiterstab weist an jedem Ende einen schlankeren Ansatz bzw. Zapfen 14 auf, welcher der Bohrung 13 des AnschlußStücks 10 angepaßt ist. Hierdurch wird der Zusammenbau der Drosselspule vereinfacht. Ebenso können die Elemente 8, 9 und 10 durch Nieten oder Schweissen miteinander verbunden werden. Genauer gesagt: es kann jedes beliebige Verbindungsverfahren angewandt werden, solange es eine gute elektrische Verbindung zwischen den leitenden Elementen und eine ausreichend große mechanische Festigkeit des resultierenden Strompfads gewährleistet.

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Die Elemente 8, 9 und 10 können massiv oder aber hohl sein. Weiterhin kann die Drosselspule mit einer ringförmigen Stütz- oder Tragscheibe 16 der in Fig. 4 gezeigten Art versehen sein, die mit mehreren Bohrungen 15 zur Durchführung der äußeren Leiterstäbe 9 versehen ist. Diese Scheibe wird zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit der Drosselspule zwischen die runde Scheibe 6 und die quadratische Scheibe 7 eingefügt.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist der Eisenkern 1 vollständig in das isolierende Gehäuse 2 eingekapselt. Der Eisenkern 1 und die den spiraligen Strompfad um ihn herum festlegenden leitenden Elemente 8, 9 und 10 sind daher vergleichsweise hochspannungsfest. Da die Leiterstäbe 8 und 9 außerdem durch die Verbindungsstücke 10 miteinander verbunden und festgelegt sind, ist der durch diese Elemente gebildete spiralige Strompfad äußerst widerstandsfähig gegenüber einer bei Anlegung eines Überstroms erzeugten elektromagnetischen Kraft. Da somit das Gehäuse 2 und die leitenden Elemente 8, 9 und 10 hochspannungsfest sind und gleichzeitig auch als mechanische Versteifungselemente wirken, brauchen keine speziellen Versteifungs- oder Verstärkungsbauteile vorgesehen zu sein. Weiterhin sind keine anderen Isolierelemente zwischen Eisenkern 1 und leitenden Elementen 8, 9 und 10 nötig, weil das isolierende Gehäuse 2 den Eisenkern 1 vollständig umschließt bzw. kapselt. Die erfindungsgemäße Drosselspule kann folglich außerordentlich klein und leicht ausgebildet sein und mit niedrigen Fertigungskosten hergestellt werden.

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L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

1. !Drosselspule, gekennzeichnet durch ein ringförmiges isolierendes Gehäuse (2) aus einem inneren Hohl-Zylinder (4), einem äußeren Hohl-Zylinder (5) sowie zwei den Ringraum zwischen den beiden Zylindern verschließenden Platten bzw. Scheiben (6, 7), durch einen in das Gehäuse eingesetzten ringförmigen Eisenkern (1), durch mehrere innere Leiterstäbe (8), die innerhalb des inneren Zylinders (4) parallel zueinander in Axialrichtung dieses Zylinders verlaufen, durch mehrere äußere Leiterstäbe (9), die an der Außenseite des äußeren Zylinders (5) in dessen Axialrichtung verlaufend parallel zueinander angeordnet sind, durch mehrere die beiden Enden der einzelnen inneren Leiterstäbe mit denen der äußeren Leiterstäbe in der Weise verbindende Verbindungsstücke (10) , daß ein sich um den ringförmigen Eisenkern (1) herumwindender spiraliger Strompfad festgelegt wird, und durch zwei an die Enden dieses Strompfads angeschlossene Anschlüsse oder Klemmen (12).

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2. Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstücke jeweils zwei Bohrungen (13) aufweisen, daß die inneren und die äußeren Leiterstäbe jeweils einen Ansatz bzw. Zapfen (14) aufweisen und daß die Zapfen größenmäßig auf die Bohrungen abgestimmt sind, so daß jedes Verbindungsstück jeweils ein Paar innerer und äußerer Leiterstäbe miteinander zu verbinden vermag.

3. Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Scheiben eine Ringscheibe (16) eingefügt ist, die mit einer Anzahl von Bohrungen (15) versehen ist, welche von den äußeren Leiterstäben durchsetzt werden.

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