DE3013746A1 - Inductive choke coil for PCB mounting - has T=shaped ferrite core snapped into open coil frame to simplify assembly - Google Patents
Inductive choke coil for PCB mounting - has T=shaped ferrite core snapped into open coil frame to simplify assemblyInfo
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Abstract
Description
Induktives Bauelement, insbesondere Inductive component, in particular
Drosselspule. Choke coil.
Gegenstand der Erfindung ist ein induktives Bauelement, insbesondere eine Drosselspule, mit einem einteiligen, massiven geraden Kern aus ferromagnetischem Material, insbesondere Ferrit, der in einen die Wicklung tragenden Wicklungsträger aus Kunststoff eingesetzt ist.The invention relates to an inductive component, in particular a choke coil, with a one-piece, solid straight core made of ferromagnetic Material, in particular ferrite, in a winding carrier that carries the winding made of plastic is used.
In der modernen Schaltungstechnik werden Bauelemente benötigt, die möglichst klein und leicht aufgebaut sein sollen, damit sie in einfacher Weise, beispielsweise in einer gedruckten Schaltung angeordnet werden können. Weiterhin sollen die Bauelemente so einfach aufgebaut sein, daß sie in großer Stückzahl bei geringem Kostenaufwand möglichst in automatischer Fertigung herstellbar sind.In modern circuit technology, components are required that should be as small and light as possible so that they can be for example can be arranged in a printed circuit. Farther the components should be so simple that they can be used in large numbers can be produced automatically at low cost if possible.
Bei induktiven Bauelementen, beispielsweise Drossel spulen, waren diese Forderungen bisher nur sehr schwer zu erfüllen, da diese Bauelemente immer noch relativ kompliziert aufgebaut waren. Induktive Bauelemente bekannter Bauart weisen im allgemeinen einen ein- oder mehrteiligen Ferritkern auf, der in einem Spulenkörper angeordnet ist, auf welchem die Wicklung aufgebracht ist. Gegebenenfalls sind am Spulenkörper noch besondere Sockel elemente zum Anschluß des Bauelementes an eine Schaltung angeordnet. Die Herstellung der einzelnen Teile, die in sehr verschiedenen Formen bekannt sind, ist relativ aufwendig und ihre Zusammensetzung, sowie das Aufbringen der Wicklung sind schlecht zu automatisieren, so daß diese Arbeiten zum Teil noch von Hand ausgeführt werden müssen. Es sind auch Drossel spulen mit einteiligem Ferritkern bekannt, bei denen die Wicklung direkt auf den Ferritkern aufgebracht wird.In inductive components, such as chokes, were coils These requirements have so far been very difficult to meet, since these components always were still relatively complex. Inductive components of known design generally have a one-piece or multi-part ferrite core, which is in one Coil body is arranged on which the winding is applied. Possibly are still special base elements on the bobbin for connecting the component arranged on a circuit. The manufacture of the individual parts in very different Forms are known, is relatively complex and their composition, as well as the application the winding are difficult to automate, so some of this work is still done must be done by hand. There are also chokes with a one-piece ferrite core known, in which the winding is applied directly to the ferrite core.
Aber auch diese bekannten Drossel spulen sind noch so kompliziert aufgebaut, daß sie relativ teuer sind und ihre automatische Fertigung Schwierigkeiten bereitet.But these well-known choke coils are still so complicated constructed that they are relatively expensive and their automatic manufacture difficulties prepares.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, ein induktives Bauelement der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das einerseits so einfach aufgebaut ist, daß eine vollautomatisierte Fertigung keine Schwierigkeiten bereitet und das andererseits bei hervorragenden elektrischen und magnetischen Eigenschaften in Abmessungen hergestellt werden kann, die es besonders geeignet zum Einsatz in gedruckten Schaltungen machen.The object on which the invention is based was to provide an inductive To create component of the type mentioned, which on the one hand is so simple is that a fully automated production does not cause any difficulties and that on the other hand with excellent electrical and magnetic properties in terms of dimensions can be manufactured, which makes it particularly suitable for use in printed circuits do.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.The solution to this task happens with the in the characterizing part of claim 1 specified features.
Besonders vorteilhafte AusfUhrungsformen des induktiven Bauelementes gemäß der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Particularly advantageous embodiments of the inductive component according to the invention are the subject of the subclaims.
Wie weiter unten anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, ist infolge des besonderen Aufbaues des induktiven Bauelementes eine wirtschaftliche und kostengünstige Herstellung möglich, indem der gesamte Fertigungsablauf beginnend bei den Einzelteilen bis zum fertigen Bauelement weitgehend automatisch erfolgen kann. Die einfach aufgebauten Einzelteile können mit hoher Stückzahl pro Zeiteinheit gefertigt werden und Montageprozesse können durch Klemmen, Rasten, Schnappen usw. bzw. Thermoplastspritzgießen durchgeführt werden. Klebevorgänge können vermieden werden.As explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments, is an economical one due to the special structure of the inductive component and inexpensive manufacturing possible by starting the entire manufacturing process for the individual parts to the finished component are largely automatic can. The simply structured individual parts can be produced in large numbers per unit of time and assembly processes can be carried out by clamping, latching, snapping, etc. or thermoplastic injection molding can be carried out. Gluing processes can be avoided will.
Es hat sich gezeigt, daß insbesondere bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen induktiven Bauelementes nach den Ansprüchen 4 bis 7 mit einfachen Mitteln hervorragende elektrische und magnetische Eigenschaften erreicht werden können.It has been shown that especially in the embodiment of inventive inductive component according to claims 4 to 7 with simple Means excellent electrical and magnetic properties can be achieved can.
Im folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen induktiven Bauelementes naher erläutert.Exemplary embodiments are described below with reference to the accompanying drawings of the inductive component according to the invention explained in more detail.
In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 Eine Ausführungsform eines Bauelementes nach der Erfindung in einer Vorderansicht mit aufgebrachter Wicklung; Fig. 2 den Rahmen eines induktiven Bauelementes nach Fig. 1 in einer gegenüber Fig. 1 leicht vergrößerten Vorderansicht; Fig. 3 den Rahmen nach Fig. 2 in einer Seitenansicht; Fig. 4 einen in einen Rahmen nach den Fig. 2 und 3 einsetzbaren Ferritkern in einer Fig. 3 entsprechenden Ansicht; Fig. 5 den Ferritkern nach Fig. 4 in einer Fig. 2 entsprechenden Ansicht; Fig. 6 den Ferritkern nach den Fig. 4 und 5 in einer Ansicht in Längsrichtung gesehen.The drawings show: FIG. 1 an embodiment of a component according to the invention in a front view with applied winding; Fig. 2 the Frame of an inductive component according to FIG. 1 in a light compared to FIG. 1 enlarged front view; 3 shows the frame according to FIG. 2 in a side view; 4 shows a ferrite core which can be inserted into a frame according to FIGS. 2 and 3 Fig. 3 corresponding view; FIG. 5 shows the ferrite core according to FIG. 4 in FIG. 2 appropriate view; 6 shows the ferrite core according to FIGS. 4 and 5 in a view seen in the longitudinal direction.
Bei dem in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel eines induktiven Bauelementes ist die Wicklung 18 auf einen im wesentlichen rechteckigen Rahmen 10 aufgebracht, in dem Anschlußdrähte 16, 17 angeordnet sind. Die Enden 18a der Wicklung 18 sind jeweils mit dem in Fig. 1 oberen Ende eines der beiden Anschlußdrähte 16 bzw. 17 verbunden. Die in Fig. 1 unteren, verlängerten Enden der Anschlußdrähte 16 und 17 dienen zum Anschluß des Bauelementes an eine gedruckte Schaltung.In the embodiment shown in FIGS. 1 to 6 one inductive component is the winding 18 on a substantially rectangular Applied frame 10, in which connecting wires 16, 17 are arranged. The ends 18a of the winding 18 are each connected to the upper end of one of the two connecting wires in FIG 16 or 17 connected. The lower in Fig. 1, extended ends of the connecting wires 16 and 17 are used to connect the component to a printed circuit.
Wie Fig. 2 zu entnehmen, besteht der Rahmen 10 aus zwei Querteilen 12, 13 und zwei Längsteilen 14, 15. Die Anschlußdrähte 16, 17 sind durch die Querteile 12 bzw. 13 hindurchgeführt und überragen diese an ihren Außenflächen. Die Anordnung der Anschlußdrähte 16, 17 erfolgt im wesentlichen parallel zueinander und zur Längsachse des Rahmens 10, wobei sie jeweils innerhalb des Querteils 12 bzw. 13 eine Kröpfung 16a, 17a bzw. 16b, 17b aufweisen, durch die erreicht wird, daß die Anschlußdrähte 16,17 in den Längsteilen 14, 15 des Rahmens 10 unmittelbar an der Innenseite des Rahmens entlang verlaufen. In den Rahmen 10 ist ein Ferritkern einsetzbar, der in den Fig. 4 bis 6 dargestellt ist. Der Ferritkern 11 besitzt in einer durch seine Längsmittelachse gehenden Ebene einen doppel-T-förmigen Querschnitt, während in einer weiteren durch die Längsmittelachse gehenden zur ersten Ebene senkrecht stehenden zweiten Ebene sein Querschnitt rechteckförmig ist, d.h. daß die Dicke des Kernes in dieser Richtung konstant ist.As can be seen from FIG. 2, the frame 10 consists of two transverse parts 12, 13 and two longitudinal parts 14, 15. The connecting wires 16, 17 are through the transverse parts 12 or 13 passed through and protrude beyond these on their outer surfaces. the The connection wires 16, 17 are arranged essentially parallel to one another and to the longitudinal axis of the frame 10, each being within the transverse part 12 or 13 have a crank 16a, 17a or 16b, 17b, by means of which it is achieved that the connecting wires 16,17 in the longitudinal parts 14, 15 of the frame 10 directly run along the inside of the frame. In the frame 10 is a ferrite core can be used, which is shown in FIGS. The ferrite core 11 has in a plane passing through its central longitudinal axis has a double-T-shaped cross-section, while in a further through the longitudinal center axis going perpendicular to the first plane standing second plane, its cross-section is rectangular, i.e. that the thickness of the core is constant in this direction.
Das in Längsrichtung des Kernes 11 verlaufende Mittelteil 11b besitzt eine größere Länge als die beiden Querteile lla.The central part 11b running in the longitudinal direction of the core 11 has a greater length than the two transverse parts lla.
Der Kern 11 ist in das Rahmenteil 10, in der aus Fig. 2 ersichtlichen und gestrichelt dargestellten Weise,so eingesetzt, daß die Anschlußdrähte 16, 17 in der durch die Längsmittelachse des Kernes gehenden Ebene liegen, in der die Dicke D des Kernes konstant ist. Diese Anordnung der Anschlußdrähte 16, 17 kann auch Fig. 6 entnommen werden.The core 11 is in the frame part 10, which can be seen in FIG and in dashed lines, inserted so that the connecting wires 16, 17 lie in the plane passing through the longitudinal center axis of the core in which the thickness D of the nucleus is constant. This arrangement of the connecting wires 16, 17 can also be seen in FIG. 6 can be taken.
Wie aus Fig. 2 weiterhin zu entnehmen, sind die Querteile 12, 13 des Rahmens 10 mit einer leichten Wölbung nach innen versehen, durch die beim Einsetzen des Ferritkerns 11 in den Rahmen 10 ein Klemmeffekt erreicht wird. Weiterhin weist der Ferritkern 11 an zwei einander gegenüberliegenden Oberflächen (s. Fig. 4) jeweils eine langgestreckte Mulde llc auf, die bei in den Rahmen 10 eingesetztem Ferritkern den Anschlußdrähten 16, 17 gegenüberliegt. Auf diese Weise wird eine Berührung zwischen den Anschlußdrähten 16, 17 und dem Ferritkern 11 auch dann vermieden, wenn die Oberfläche der Anschlußdrähte 16, 17 an der Innen seite des Rahmens nicht überall vom Kunststoffmaterial der Längsteile 14, 15 überdeckt ist.As can also be seen from Fig. 2, the transverse parts 12, 13 of the Frame 10 provided with a slight curvature inward, through which when inserting of the ferrite core 11 in the frame 10 a clamping effect is achieved. Furthermore has the ferrite core 11 on two opposing surfaces (see Fig. 4) in each case an elongated trough 11c, which when inserted into the frame 10 ferrite core the connecting wires 16, 17 are opposite. This way there is a touch between the connecting wires 16, 17 and the ferrite core 11 avoided even if the surface the connecting wires 16, 17 on the inside of the frame not everywhere from the plastic material the Longitudinal parts 14, 15 is covered.
Die Abmessungen des Ferritkerns 11 werden vorzugsweise so gewählt, daß das Verhältnis der Gesamtlänge 1 des Kernes 11 zur Länge b des Querteils lla im Bereich zwischen 2:1 bis 4:1 liegt. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Verhältnis der Dicke d des Mittelteils lib gemessen senkrecht zur Ebene der Anschlußdrähte 16, 17 zur Gesamtlänge 1 des Kernes 11 im Bereich zwischen 1:4 bis 1:8 liegt.The dimensions of the ferrite core 11 are preferably chosen so that the ratio of the total length 1 of the core 11 to the length b of the transverse part lla ranges between 2: 1 to 4: 1. It is also advantageous if the ratio the thickness d of the middle part lib measured perpendicular to the plane of the connecting wires 16, 17 to the total length 1 of the core 11 is in the range between 1: 4 to 1: 8.
Bei einer derartigen Bemessung des Ferritkerns werden optimale Verhältnisse bezüglich der magnetischen und thermischen Belastbarkeit des Bauelementes insofern erreicht, als bei der thermischen Belastungsgrenze auch die magnetische Höchstbelastbarkeit erreicht ist. Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, daß bei einem Kern der dargestellten Bauart die thermische Belastbarkeit in etwa proportional mit der Länge des Kernes ansteigt, während die magnetische Belastbarkeit in Abhängigkeit von der Länge des Kernes ein Maximum durchläuft. Diese magnetische Belastbarkeit ist gegeben durch den Grenzwert für die magnetische Durchflutung, bei dem die Induktivität durch Sättigung des Ferritwerkstoffes abzusinken beginnt. Durch die Wahl der oben angegebenen Abmessungen des Ferritkerns ist eine Optimierung hinsichtlich der beiden Belastungsgrenzen möglich.With such a dimensioning of the ferrite core, optimal ratios are achieved with regard to the magnetic and thermal load capacity of the component in this respect reaches the maximum magnetic load capacity than the thermal load limit is reached. This is due to the fact that in a core of the illustrated Design the thermal load capacity roughly proportional to the length of the core increases, while the magnetic load capacity depends on the length of the Core passes through a maximum. This magnetic load capacity is given by the limit value for the magnetic flux at which the inductance is due to saturation of the ferrite material begins to sink. By choosing the dimensions given above of the ferrite core, it is possible to optimize the two load limits.
Ein weiterer Vorteil der speziellen Ausgestaltung des Ferritkernes liegt darin begründet, daß ein Verlauf der magnetischen Feldlinien erzielt werden kann, der ein Minimum an Wirbelstromverlusten in den parallel geführten Anschlußdrähten 16, 17 hervorruft. Diese Zusammenhänge sind den Fig. 4 und 6 zu entnehmen, in denen die magnetischen Feldlinien H gestrichelt angedeutet sind. Weiterhin ist in Fig. 6 ebenfalls gestrichelt in einer Kurve F der Verlauf der Amplitude der magnetischen Feldliniendichte bezogen auf ein strichpunktiertes Koordinatensystem X-Y dargestellt. Es zeigt sich, daß bei einer Ausgestaltung des Ferritkerns 11 gemäß den Fig. 4 bis 6 an der Stelle, an der die Anschlußdrähte 16 und 17 am Ferritkern 11 entlanggeführt sind,ein Minimum der magnetischen Feldliniendichte liegt.Another advantage of the special design of the ferrite core is due to the fact that a course of the magnetic field lines can be achieved that a minimum of eddy current losses in the parallel lead wires 16, 17 causes. These relationships can be seen in FIGS. 4 and 6, in which the magnetic field lines H are indicated by dashed lines. Furthermore, in Fig. 6 also dashed in a curve F the course the amplitude the magnetic field line density based on a dash-dotted coordinate system X-Y shown. It turns out that in an embodiment of the ferrite core 11 according to 4 to 6 at the point at which the connecting wires 16 and 17 on the ferrite core 11 are guided along, a minimum of the magnetic field line density lies.
Die Herstellung und Zusammensetzung des in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Bauelementes kann in einfacher Weise, gegebenenfalls vollautomatisch, durchgeführt werden.The manufacture and assembly of that shown in FIGS. 1-6 Component can be carried out in a simple manner, possibly fully automatically will.
Ausgangspunkt der Herstellung können die paarweise in einem Metallgutband kammartig angeordneten Anschlußdrähte 16, 17 sein. Dieser Gurt wird nach Kröpfung der Anschlußdrähte einer Spritzgießmaschine zugeführt und es werden die Rahmen 10 angespritzt. Die Ferritkerne 11 können wegen ihrer einfachen Ausbildung, beispielsweise auf auf Schnelläuferpressen hergestellt werden und werden in einem weiteren Arbeitsgang in die Rahmen 10 eingedrückt. Anschließend erfolgt die Bewicklung des Bauelementes, wobei die Wicklungsenden mit den Anschlußdrähten 16 und 17 verbunden werden. Wie Fig. 1 zu entnehmen, läuft die Wicklung dabei außen um die Längsteile 14, 15 des Rahmens 10 herum, wodurch die Einzelteile Ferritkern 11 und Rahmen 10 fest zusammengehalten werden. Die Halterung des Ferritkerns 11 innerhalb des Rahmens 10 bringt den Vorteil, daß die Breite der Rahmenteile und die Dicke des Ferritkernes so aufeinander abgestimmt werden können, daß beim Bewickeln der Wickeldraht 18 nicht über Kanten des Ferritkernes 11 geführt wird und somit eine Beschädigung der Isolation des Wicdkeldrahtes 18 vermieden werden kann. Es können daher auch elektrisch leitfähige Ferritkerne verwendet werden.The starting point of manufacture can be in pairs in a metal goods belt be comb-like arranged connecting wires 16, 17. This belt is after cranking of the connecting wires are fed to an injection molding machine and the frames 10 injected. The ferrite cores 11 can because of their simple training, for example to be produced on high-speed presses and will be in a further operation pressed into the frame 10. The component is then wrapped, the winding ends being connected to the connecting wires 16 and 17. As Fig. 1, the winding runs outside around the longitudinal parts 14, 15 of the Frame 10 around, whereby the individual parts ferrite core 11 and frame 10 are firmly held together will. The holder of the ferrite core 11 within the frame 10 has the advantage that the width of the frame parts and the thickness of the ferrite core are matched to one another can be that when winding the winding wire 18 not over edges of the ferrite core 11 and thus damage to the insulation of the winding wire 18 can be avoided. Electrically conductive ferrite cores can therefore also be used will.
Das beschriebene Bauelement hat zudem den Vorteil, daß, da der Ferritkern 11 nicht an allen vier Seiten von einem Spulenkörper umgeben ist, nur ein sehr kleiner Querschnitt von nicht magnetisierbarem Material ausgefüllt ist.The component described also has the advantage that, as the ferrite core 11 is not surrounded by a bobbin on all four sides, just a very small one Cross-section is filled with non-magnetizable material.
Zweckmäßig erfolgt der Anschluß der Wicklungsenden an den an einer Seite des Rahmens 10 herausragenden Anschlußdrähten 16, 17, während der Anschluß des Bauelementes an eine Schaltung jeweils an dem entgegengesetzten Ende der Anschlußdrähte 16, 17 erfolgt. Dadurch sind die Aufgaben "Anschluß der Wicklung an die Anschlußdrähte" und "Anschluß des Bauelementes an eine Schaltung" funktionell voneinander getrennt. Dies bringt weitere Vorteile beim Einbau der Bauelemente in gedruckte Schaltungen mit sich.The winding ends are expediently connected to the one Side of the frame 10 protruding connecting wires 16, 17, during the connection of the component to a circuit at the opposite end of the lead wires 16, 17 takes place. This means that the tasks of "connecting the winding to the connecting wires" and "Connection of the component to a circuit" functionally separated from one another. This brings further advantages when installing the components in printed circuits with himself.
Weiterhin kann in nicht dargestellter Weise das Bauelement mit einer über den Rahmen 10 in Längsrichtung aufschiebbaren Haube versehen werden. Die Haube kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen und so ausgebildet sein, daß sie beim Ende des Aufschiebvorganges hinter den Rahmen 10 einschnappt und dadurch gegen Abfallen verriegelt ist.Furthermore, in a manner not shown, the component with a be provided over the frame 10 in the longitudinal direction of the hood. The hood can for example consist of plastic and be designed so that they when At the end of the pushing-on process, it snaps into place behind the frame 10 and thus prevents it from falling off is locked.
Die aufschiebbare Haube kann aber auch aus ferromagnetischem Material bestehen. Dies bringt einerseits eine Vergrößerung der maximalen Induktivität um den Faktor 3-bis S und es wird andererseits der Vorteil einer magnetischen Abschirmung erzielt.The slide-on hood can also be made of ferromagnetic material exist. On the one hand, this increases the maximum inductance the factor 3 to S and on the other hand there will be the advantage of magnetic shielding achieved.
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