DE3049981A1 - An inductance coil having a core of magnetic material - Google Patents
An inductance coil having a core of magnetic materialInfo
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Description
A 52A 52
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Induktionsspule und Verfahren zum Herstellen derselbenInduction coil and method of making the same
Die Erfindung betrifft eine Induktionsspule mit einem Kern in Form einer geschlossenen Schleife, speziell von kreisförmiger, zylindrischer Gestalt, welcher eine Mehrzahl von einander überlagernden Schichten eines kontinuierlichen Streifens aus magnetischem Material aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen dieser Spule.The invention relates to an induction coil having a core in the form of a closed loop, in particular of circular, cylindrical shape, comprising a plurality of superimposed layers of a having a continuous strip of magnetic material. The invention also relates to a method to make this coil.
Beim Herstellen von Induktionsspulen mit Kernen aus magnetischem Material, normalerweise Eisen, muß besondere Aufmerksamkeit auf die magnetischen Eigenschaften des Eisens gerichtet werden, da diese mit der Stärke des Magnetisierungsfeldes und der Größe des Luftspalts erheblich variieren, wenn ein solcher vorgesehen ist. In vielen Anwendungen ist es notwendig, einen Luftspalt zu verwenden, da dies Induktivitätsänderungen mit Änderungen in der Stromstärke durch die Spule reduziert. So kann gesagt werden, daß der Luftspalt den geschlossenen Magnetkreis verlängert. Dies tritt aber mit einem Multiplikationsfaktor auf, weleher von 100 bis 1000 reicht, was bedeutet, daß die Größe des Luftspalts einen völlig bestimmenden Einfluß auf die Eigenschaften der Induktionsspule hat.When making induction coils with cores of magnetic material, usually iron, special Attention should be paid to the magnetic properties of iron, as these are related to the The strength of the magnetizing field and the size of the air gap vary considerably, if one is provided is. In many applications it is necessary to use an air gap as this can cause changes in inductance with changes in current through the Coil reduced. So it can be said that the air gap extends the closed magnetic circuit. this but occurs with a multiplication factor, whichever Ranges from 100 to 1000, which means that the size of the air gap has a completely determining influence has on the properties of the induction coil.
Im Falle von unter anderem toroidalen Induktionsspulen, welche in vieler Hinsicht höchst vorteilhaft sind, wurde herausgefunden, daß es sehr schwer ist, kleine Luftspalte von präziser vorherbestimmter GrößeIn the case of, inter alia, toroidal induction coils, which are highly advantageous in many ways it has been found that it is very difficult to find small air gaps of precisely predetermined size
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zu schaffen, aufgrund der Elastizität des magnetischen Materials. Die US-Patentschrift 13 18 787 beschreibt ein Verfahren zum Lösen dieses Problems, wobei der Eisenkern aus einer Vielzahl von ringförmigen Elementen besteht, die axial durch Schlitze perforiert sind, welche in radialer Richtung durch : '*;' mindestens einen ununterbrochenen Teil begrenzt sind, *....* was dazu dient, die ringförmigen Element zusammenzuhalten. -..*-·to create, due to the elasticity of the magnetic material. US Pat. No. 1,318,787 describes a method for solving this problem, wherein the iron core consists of a plurality of annular elements which are axially perforated by slots which are defined in the radial direction by : '*;' at least one uninterrupted part are delimited, * .... * which serves to hold the annular element together. - .. * - ·
Heutzutage wird die Herstellung von Eisenkernen ^Nowadays the manufacture of iron cores ^
durch Aufwickeln eines kontinuierlichen Streifen '..'.'' auf eine Spindel erreicht, bis die gewünschte Kern- :..,:. dicke erreicht ist. Wenn das Verfahren der oben genannten US-Patentschrift verwendet würde, wurden alle Windungen des Kerns, vielleicht mit Ausnahme der letzten Windung, gänzlich ausgeschnitten werden. Aufgrund der Elastizität des Streifenmaterials würde dies bedeuten, daß Deformationskräfte, die von den inneren Windungen ausgeübt wurden, auf die äussere Windung einwirken würden. Ferner kann die Möglichkeit nicht ausgeschlossen werden, daß sich die Enden der ausgeschnittenen Windungen verschieben, was bedeuten würde, daß die Breite des Luftspalts von Windung zu Windung leicht variieren würde.achieved by winding a continuous strip of '..'. '' onto a spindle until the desired core: ..,:. thickness is reached. If the method of the aforementioned US patent were used, all turns of the core, except perhaps the last turn, would be cut out entirely. Because of the elasticity of the strip material, this would mean that deformation forces exerted by the inner turns would act on the outer turn. Furthermore, the possibility cannot be excluded that the ends of the cut-out turns shift, which would mean that the width of the air gap would vary slightly from turn to turn.
Da es keine akzeptierbareiMöglichkeiten für die Herstellung eines exakt bestimmten Luftspalts in ringförmigen Eisenkernen, die für Hochqualitätszwecke bestimmt sind, gibt, weisen die Kerne heutzutage normalerweise die Form sogenannter C-Kerne auf, welehe paarweise miteinander kombiniert sind, mit einem dazwischenliegenden Luftspalt, oder in der FormAs there are no acceptable options for manufacture a precisely determined air gap in ring-shaped iron cores, which is used for high quality purposes are determined, the cores nowadays usually have the shape of so-called C-cores, welehe are combined in pairs, with an air gap in between, or in the form
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einer Kombination von Ε-Kernen und I-Kernen, wobei ein Luftspalt normalerweise zwischen dem Mittelbein des Ε-Kerns und dem I-Kern ausgebildet ist.a combination of Ε-kernels and I-kernels, where an air gap is normally formed between the mid-leg of the Ε-core and the I-core.
Um einen Kern herzustellen für Anwendungen, bei denen eine Induktionsspule von präziser toroidaler Gestalt erwünscht ist, ist es notwendig, den Kern zuerst in ein Plastikmaterial einzubetten und dann den Kern zu sägen. Wie zu verstehen ist, erfordert dies einen zusätzlichen Arbeitsschritt, was den Kern teurer macht und den Anwendungsbereich des Verfahrens begrenzt.To create a core for applications where If an induction coil of precise toroidal shape is desired, it is necessary to have the core first embedded in a plastic material and then sawed the core. As can be understood, this requires an additional work step, which makes the core more expensive and the scope of the process limited.
Als Folge des Multiplikationsfaktors von 100 bis 1000 hat die Variation in der Länge des Luftspalts eine große Wirkung auf die Charakteristik der Induktionsspule. So verursacht z. B. eine Änderung im Luftspalt von 0,5 bis 0,6 mm eine 20 %ige Verlängerung davon, was aufgrund des hohen Multiplikationsfaktors in einer noch größeren Änderung in den Charakteristiken der Induktionsspule resultiert. Deshalb war es bisher üblich, relativ breite Spalte zu verwenden, bei denen kleine Unterschiede nicht vergleichbar große Wirkungen proportional gesehen verursachen.As a result of the multiplication factor from 100 to 1000, the variation in the length of the air gap has one great effect on the characteristics of the induction coil. So caused z. B. a change in the air gap from 0.5 to 0.6 mm a 20% extension of this, which is due to the high multiplication factor in an even greater change in the characteristics of the induction coil results. That's why it was so far It is common to use relatively wide gaps where small differences are not comparable in size Cause effects in proportion.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Induktionsspule der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit einem engen und wohl definierten Luftspalt versehen werden kann.The main object of the present invention is to provide an induction coil of the type mentioned at the beginning create that can be provided with a narrow and well-defined air gap.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Versehen des Kerns mit Perforationen oder Schlitzen, die sich radial durch den Kern erstrecken, und welche axial in jeder Schicht des Kerns durch mindestensThis object is achieved according to the invention by providing the core with perforations or slots that extending radially through the core, and which axially in each layer of the core by at least
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einen ununterbrochenen Teil begrenzt sind, welcher die Schicht zusammenhält. Das bedeutet, daß die inneren Schichten keine Kraft auf die äußeren Schichten ausüben, da Jede Schicht mindestens eine ununterbrochene Materialzunge aufweist, welche die jeweilige Schichtare bounded by an uninterrupted portion which holds the layer together. That means that the inner Layers do not exert any force on the outer layers, as each layer is at least one uninterrupted Has material tongue, which the respective layer
zusammenhält. Vorzugsweise ist die Fläche des ununterbrochenen Teils oder der ununterbrochenen Teile in jeder Schicht so, daß der Teil oder die Teile unten den angestrebten Betriebsbedingungen der Induktionsspule -JO gesättigt ist oder sind, da sie auf diese Weise den gleichen Effekt haben, als ob sie auch Luft enthalten < würden.holds together. Preferably the area is uninterrupted Part or the continuous parts in each layer so that the part or parts below the Desired operating conditions of the induction coil -JO is or are saturated, since they in this way the have the same effect as if they also contained air.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer : Induktionsspule, bei welchem der Kern durch Aufwickeln einer Vielzahl von einander überlagernden Schichten aus einem kontinuierlichen Streifen aus magnetischem Material auf eine Spindel erzeugt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Perforationen oder Schlitze entweder vor oder beim Aufwickeln des Streifens auf die Spindel in den Streifen in der Weise eingestanzt werden, daß die Öffnungen einander gegenüberliegen, wenn der Streifen aufgewickelt wird, oder alternativ durch radial gerichtetes Bohren des Kerns oder Schneiden des Streifens auf andere Weise, wenn der Kern fertiggewickelt ist. Wenn die Perforationen durch radiales Bohren des Kerns erzeugt werden, können die Abmessungen des Luftspalts progressiv eingestellt werden, während die Eigenschaften des Kerns gemessen werden.A method according to the invention for producing a: Induction coil in which the core is formed by winding a large number of overlapping layers produced from a continuous strip of magnetic material on a spindle is thereby characterized in that the perforations or slits either before or when the strip is wound up the spindle punched in the strip in the way will be that the openings face each other when the strip is wound, or alternatively by boring the core radially or otherwise cutting the strip when the core is finished winding is. If the perforations are created by radially drilling the core, the dimensions of the air gap can be progressively adjusted while the properties of the core are measured.
Der Streifen kann während des Aufwickeins mit Hilfe eines Stanzwerkzeugs gestanzt werden, welches in Abhängigkeit von der Wicklungslänge des Streifens auf der Spindel oder alternativ durch einen Steuerstreifen gesteuert wird.The strip can be punched during winding with the help of a punching tool, which depends on from the winding length of the strip on the spindle or alternatively by a control strip is controlled.
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Im folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:In the following, exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference on the attached drawings. Show it:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen ringförmigen Drosselkern;1 shows a plan view of an annular throttle core according to the invention;
Fig. 2 eine Querschnittansicht des Kerns von Fig. 1 entlang der Linie II-II;Figure 2 is a cross-sectional view of the core of Figure 1 along the line II-II;
Fig. 3 einen Teil des Streifens aus magnetischem Material, der bei der Herstellung des Drosselkerns von Fig. 1 und 2 verwendet wird;3 shows part of the strip of magnetic material which is used in the manufacture of the reactor core of Figures 1 and 2 is used;
Fig. 4 eine alternative Ausführungsform eines für einen Magnetkern bestimmten Streifens;4 shows an alternative embodiment of a strip intended for a magnetic core;
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Streifens, der für einen Drosselspulkern gedacht ist;undFig. 5 shows a further embodiment of a strip intended for a choke coil core;
Fig. 6 eine Querschnittansicht einer ringförmigen6 is a cross-sectional view of an annular
Drosselspule, die einen Eisenkern aufweist und aus einem Streifen gemäß Fig. 4 hergestellt ist.Choke coil which has an iron core and is made from a strip as shown in FIG is.
Der Drosselspulenkern von Fig. 1 und 2 wurde durch Aufwickeln einer Streifenbahn 1 der Ausführungsform nach Fig. 3 auf eine Spindel erhalten, wobei die Spindel beim Herausziehen einen Hohlraum 2 hinterläßt, welcher verwendet werden kann für die darauffolgende Aufwicklung der eigentlichen Drosselspule. Zum Zweck des Schaffens der gewünschten Luftspalte wurde der Streifen 1 gestanzt, um Paare von Schlitzen 3 vorzusehen, welche beim Aufwickeln des Streifens auf dieThe reactor core of Figs. 1 and 2 was made by winding a strip sheet 1 of the embodiment obtained according to Fig. 3 on a spindle, the spindle leaving a cavity 2 when pulled out, which can be used for the subsequent winding of the actual choke coil. For the purpose of creating the desired air gaps, the strip 1 was punched to provide pairs of slots 3, which when winding the strip on the
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Spindel einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Abstände a, b und c entsprechen also dem Umfang aufeinanderfolgender Streifenwicklungen. Zwischen den Schlitzen 3 eines jeden Paares ist ein ununterbrochener Teil 4 angeordnet, welcher den Streifen zusammenhält und es ermöglicht, daß der Streifen aufgewickelt , wird. So wird jede Wicklung mit Hilfe des ununterbro- : chenen Teils zusammengehalten und folglich treten kei- : ne Rückfedertendenzen auf, die die Größe des LuftspaltsSpindle are arranged opposite one another. The distances a, b and c therefore correspond to the circumference of successive strip windings. Between the slits 3 of each pair there is an uninterrupted part 4 which holds the strip together and enables the strip to be wound up. Thus, each winding is determined using the uninterruptedly: held together rupted part and consequently by no contact: ne spring back tendencies, the size of the air gap
beeinflussen könnten. Ferner üben die inneren Wicklun-* gen keine Deformationskraft auf,die nur auf die äußere ; Wicklung oder Wicklungen ausübt.could influence. Furthermore, the inner wraps practice no deformation force applied only to the external; Winding or windings.
Der Streifen 1' von Fig. 4 unterscheidet sich vom -■ Streifen 1 von Fig. 3 dadurch, daß der Streifen 11 mit einem langgestreckten durchgehenden Schlitz 3' versehen ist, wobei ein ununterbrochener Teil 41 an jedem Ende des jeweiligen Schlitzes angeordnet ist. Der Teil 4' erfüllt die gleiche Funktion wie der Teil 4 im Streifen 1 von Fig. 3. Vorzugsweise haben die Teile eine solche Abmessung, daß sie bei den angestrebten Arbeitsbedingungen der Drosselspule gesättigt sind. Das bedeutet, daß die ununterbrochenen Teile auch Luftspalteigenschaften erhalten. Die Schlitze von Fig. 3 und 4 sind nur bevorzugte Ausführungsformen, da diese Schlitze nach Wunsch variiert werden können, sowohl in Anzahl als auch in Gestalt. Es ist aber wichtig, daß mindestens ein ununterbrochener Teil erhalten wird, um den Streifen in jeder Wicklung zusammenzuhalten.The strip 1 'of FIG. 4 differs from the strip 1 of FIG. 3 in that the strip 1 1 is provided with an elongated, continuous slot 3', an uninterrupted part 4 1 being arranged at each end of the respective slot . Part 4 'fulfills the same function as part 4 in strip 1 of FIG. 3. Preferably, the dimensions of the parts are such that they are saturated under the desired working conditions of the choke coil. This means that the continuous parts are also given air gap properties. The slots of Figures 3 and 4 are only preferred embodiments as these slots can be varied as desired, both in number and in shape. It is important, however, that at least one continuous portion be obtained to hold the strip together in each turn.
Die Schlitze können entweder mit Hilfe eines Einstückstanzwerkzeugs vor dem Wickeln des Streifens ausgestanzt werden oder während des Aufwickeins des Streifens gestanzt werden, wobei der Stanzvorgang des Strei-The slots can either be made with the help of a one-piece punching tool before winding the strip or while the strip is being wound up be punched, whereby the punching process of the
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fens entweder durch die Wicklungslänge oder mit Hilfe eines Steuerstreifens gesteuert wird. Der Drosselspulenkern kann auch aus einem ununterbrochenen Streifen gewickelt werden und der gewünschte Luftspalt anschließend durch Bohren, Sägen oder andere Schneidoperation ausgebildet werden. In diesem Falle können die Eigenschaften des Kerns durchgehend während des Herstellungsvorgangs des Kerns gemessen werden, um so die gewünschte Charakteristik zu erhalten.fens is controlled either by the winding length or with the help of a control strip. The inductor core can also be wound from a continuous strip and then the desired air gap by drilling, sawing or other cutting operation. In this case you can the properties of the core are measured continuously during the manufacturing process of the core, so as to to get the desired characteristics.
Mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens ist es möglich, Drosselspulenkerne mit extrem kleinen Luftspalten, in der Größenordnung von 0,5 nun, mit großer Präzision, d. h. mit einer Genauigkeit von etwa 5/100 mm herzustellen.With the help of the method described above, it is possible to produce inductor cores with extremely small air gaps, on the order of 0.5 well, with great precision, i.e. H. with an accuracy of about 5/100 mm.
Fig. 5 zeigt einen Teil eines sogenannten Keilformschnitzels (wedge-shaped clipping) eines Blattmaterials, welches einen Streifen 11 bildet, welcher mit Schlitzen 13 in Übereinstimmung mit dem vorgesagten durch Stanzen versehen ist, wobei die Schlitze einander gegenüberliegend angeordnet sind, wenn der Streifen auf die Spindel aufgewickelt ist. Als Folge der Keilform des Streifens wird beim Aufwickeln des Streifens auf eine Spindel ein Kern erhalten, der einen parallelogrammförmigen Querschnitt hat, wobei der Kern es ermöglicht, eine Drosselspule mit im wesentlichen ebener Ober- und Unterfläche zu wickeln. Beim Aufwickeln der Drosselspule ist die Anzahl der Wicklungsschichten innerhalb der Drosselspule bei 16 größer als sie auf der Außenfläche bei 17 ist. So nimmt die Wicklungsanzahl an den Enden der Drosselspule vom inneren Teil 16 zum äußeren Teil 17 ab, wie bei 15 angedeutet. Fig. 5 shows part of a so-called wedge-shaped clipping of a sheet material, which forms a strip 11 which is provided with slots 13 in accordance with the aforesaid is provided by punching, the slots being arranged opposite one another when the strip is wound on the spindle. As a result of the wedge shape of the strip, when the strip is wound up received on a spindle a core which has a parallelogram-shaped cross-section, the Core makes it possible to wind a choke coil with an essentially flat upper and lower surface. At the Winding the choke coil, the number of winding layers inside the choke coil at 16 is greater when it is at 17 on the outer surface. So the number of turns at the ends of the inductor decreases inner part 16 to outer part 17, as indicated at 15.
Eine solche Drosselspulenform ermöglicht unter anderem, daß die Drosselspule in wesentlich einfacherer Form eingekapselt werden kann, da die Drosselspule z. B. in einem Topf od. dgl. untergebracht werden kann, wobei nur wenig Raum mit Füllmaterial ausgefüllt werden muß. Ferner schafft eine solche Gestalt , gute Hitzeverteilungseigenschaften als Folge der ebe-- ' nen Befestigungsflächen, welche als Kühlflächen wir- "<_ ken. Wenn nur eine plane Ebene vorgesehen ist, kann dem Kern eine Rhombenquerschnittsform gegeben werden. ·*' Die Erfindung kann auch in anderen Hinsichten im Rah- :., men der folgenden Ansprüche modifiziert werden.Such a choke coil shape enables, among other things, that the choke coil in a much simpler Shape can be encapsulated because the inductor z. B. in a pot. Like. Be housed can, whereby only little space has to be filled with filler material. Furthermore, such a figure creates good heat distribution properties as a result of the flat mounting surfaces, which are used as cooling surfaces "<_ ken. If only one flat plane is provided, the core can be given a rhombic cross-sectional shape. · * ' The invention can also be modified in other respects within the scope of the following claims.
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Legal Events
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