DE424958C - Elektromagnetische Induktanzspule - Google Patents

Description

• Elektromagnetische Induktanzspule. Die Erfindung betrifft eine solche Art von Induktanzspulen, bei welchen clie Drahtwicklung allseitig von einem aus magnetischem Material bestehenden Körper, dem sogenannten Magnetkern, umgeben ist.
• Diese Spulen haben gegenüber denen mit innenliegendem Kern den Vorteil, daß bei stromdurchflossener Drahtwicklung die magnetische Kraftlinienstreuung außerhalb der Induktanzspule und demzufolge auch die mit ihr verknüpfte Wirbelstrombildung in leitenden Umhüllungen und benachbarten Leitern gering wird. Damit zusammenhängend wird natürlich auch die Erhöhung des Effektivwiderstandes der Drahtwicklung klein und der Wirkungsgrad der Induktanzspule entsprechend höher.
• Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die von der stromdurchflossenen Wicklung bewirkte Kräftlinienbildung möglichst auf das Innere des Magnetkerns beschränkt und die Streuung von magnetischen Kraft-

  linien um denselben herum auf ein Minimum

  herabgemindert wird. Zti diesem Zwecke

  erhält der Magnetkern eine solche Quer-

  schnittsform, daß bei stromdurchflossener

  Wicklung das durch den Strom auf der Ober-

  fläche des Kerns erzeugte elektromagnetische

  Potential an allen Stellen gleich groß ist

  oder, in anderen Worten ausgedrückt, daß die

  äußere Oberfläche des Kerns an allen Stellen

  in bezug auf alle außerhalb derselben befind-

  lichen Punkte das gleiche magnetische Poten-

  tial aufweist. Dies wird dadurch erreicht,

  daß für den Otierschnittsumriß des 'Magnet-

  kerns eine Kurve gewählt wird, welche an-

  nähernd einer durch die stromdurchflossene

  Wicklung erzeugten Kraftlinie entspricht,

  oder, mit anderen Worten ausgedrückt, die

  Oberfläche des ringförmigen Magnetkerns

  entspricht annähernd einer durch den Strom

  in der Wicklung erzeugten ringförmigen

  Kraftlinienröhre. Der Kern ist in bekannter

  Weise aus zwei svmmetrischen Teilen zu-

  saimnengesetzt, die die Wicklung zwischen

  sich aufnehmen.

  In der Zeichnung ist eine beispielsweise

  Ausführungsform der Erfindung, d. h. einer

  Induktanzspule für belastete Fernsprech-

  leitungen, dargestellt, und zwar -neigt Abb. i

  einen Querschnitt und Ahb. 2 einen Grundriß

  der Spule. Abb. 3 zeigt die durch die Strom-

  durchflossene Wickhing erzeugten elektro-

  magnetischen Kraftlinien sowie die Niveau-

  kurven gleichen Potentials. Die Abb. d. ist

  eine abgeänderte Form der in Abb. i und 2

  abgebildeten Induktanzspule, auf die später

  noch näher eingegangen wird.

  Wie die Abb. i und 2 zeigen, ist die Draht-

  wicklung; vom zweiteiligen Magnetkern 8

  vollständig eingeschlossen. Der letztere ist

  aus den beiden genau aufeinanderpassenden

  Ringen 9 und io, deren Querschnitte den bei-

  den Hälften eines Ovals entsprechen, zusani-

  inengesetzt. In den ebenen Flächen der

  Ringe 9 und io sind kreisförmige Rinnen

  zum Einlegen der Drahtwicklung 7 ange-

  bracht. Für die Ringe 9 und io kann belie-

  biges magnetisches Material verwendet wer-

  den, z. B. pulverisiertes weiches Eisen,

  welches sich bisher am besten bewährt hat.

  Aus den Abb. i und 2 (s. die punktierten

  Kreise i i und 12 sowie die ausgezogenen

  Kreise 13 und 1:I) läßt sich entnehmen, daß

  auf der äußeren Seite des Wicklungsumfanges

  viel mehr magnetisches 'Material vorhanden

  ist als auf (-lein inneren Umfange. Diese

  Materialverteilung ist allerdings in bezug auf

  die Induktanzeinheiten nicht die sparsamste.

  Sie hat jedoch den großen Vorteil, die

  Streuung magnetischer Kraftlinien außerhalb

  des Magnetkerns und das dadurch verursachte

  Nebensprechen zwischen nebeneinander-

  liegenden Spulen auf ein Minimum zu ver-

  mindern. Ferner wird bei den erfindungs-

  gemäß konstruierten Spulen, wenn sie in

  magnetisch abschirmende Büchsen einge-

  schlossen werden, die Ausbildung von Wir-

  belströmen in den letzteren. und die dadurch

  verursachte Vermehrung des l--#ffektivwider-

  standes der Spulen herabgemindert.

  Die Verteilung des magnetischen Materials

  um den Wicklungsquerschnitt herum ist

  leichter zu verstehen, wenn man die bei

  elektromagnetischer Erregung des die kern-

  lose Wicklung umgebenden Luftraumes ent-

  stellenden magnetischen Kraftlinien und die

  ihnen entsprechenden Niveaukurven gleichen

  magnetischen Potentials in Betracht zieht,

  wie sie in Abb. 3 dargestellt sind. In dieser

  bedeuten 15 und i 8 die beiden Querschnitte

  der Drahtwicklung. Einige der erzeugten

  Kraftlinien sind durch die Kurven 17, 18, i9,

  2o und 21 angedeutet. Die Niveaukurven

  verbinden die beiden Oberschnitte 15 und 16.

  "Zwischen j e zwei benachbarten Niveaukurven

  besteht die gleiche Potentialdifferenz. Zieht

  man nun eine Kraftlinienröhre in Betracht,

  deren äußere Oberfläche durch die um die

  ganze Wicklung herum vorhandenen Kraft-

  linien 21 und deren innere Oberfläche analog

  durch die Kraftlinien 2o gebildet wird, so ist

  der darin zur Erzeugung des magnetische-

  Potentials erforderliche Betrag an elektri-

  scher Energie an allen Stellen der Röhre ge-

  nau gleich demjenigen Aufwande an magneti-

  schem Potential, welcher zur Überwindung

  des magnetischen Widerstandes und zur Er-

  zeugung der Kraftliniendichte erforderlich

  ist. In anderen Worten ausgedrückt bedeu-

  tet dies, <Maß die auf einer gewissen Weglänge

  erzeugte magnetische Kraft dem magneti-

  schen Widerstande der Weglänge entspricht.

  Dies geht deutlich aus der Abb. 3 hervor,

  wo der Abstand zwischen den Kraftlinien

  20 und 21 auf der Innenseite der Wick-

  lung am geringsten und dann nach und

  nach größer wird, je mehr der Abstand

  zwischen dein Wicklungsquerschnitt und

  den beiden Kraftlinien zunimmt, und wo

  ferner auch die Niveaukurven gleichen

  Potentials auf der Innenseite der Wicklung

  viel näher beieinanderliegen als auf der

  Außenseite. Der größte Potentialabfall wird

  somit von der elektrischen Energie ari der-

  jenigen Stelle erzeugt, wo det magnetische

  Widerstand des Magnetkerns am größten ist.

  Hieraus geht Hervor, eiaß die Kraftlinien

  durchaus nicht das Bestreben haben, aus der

  Kraftlinienröhre auszutreten und außerhalb

  dieser Röhre ein magnetisches Feld zu er-

  zeugen, und zwar deshalb nicht, weil das

  magnetische Potential aller Punkte der Röh-

  renoberfläche in bezug auf jeden außerhalb

  ihr befindlichen Punkt gleich groß ist. Wird nun für den LTinriß des Querschnittes des Magnetkerns die Gestalt der Kraftlinie 21 zugrunde gelegt und ist der für die Drahtwicklung erforderliche Raum im Verhältnis zum Rauminhalt des Kerns so gering,,daß er außer Betracht fallen kann, so kann der so geformte Magnetkern zum Einbetten der Wicklung verwendet werden, ohne die Bildung eines magnetischen Streufeldes außerhalb der Spule befürchten zu müssen. Wenn Induktanzspulen mit außenliegendem Kern in einer magnetisch abschirmenden Blechbüchse untergebracht werden, welche dicht an den Magnetkern anschließt, dann können magnetische Kraftlinien aus dem Kern in die Büchse übertreten und zu Wirbelströmen Anlaß geben. Dieser Einfluß wird aber nach der Erfindung dadurch vermieden, daß man den Umriß des Querschnittes einer magnetischen Kraftlinie anpaßt, bei welcher die Streuung berücksichtigt ist. Ist der Magnetkern aus Material von ziemlich hoher Permeabilität, z. B. etwa 3o bis 5o Prozent Nickelgehalt, hergestellt und zwischen Kern und Büchse ein ordentlicher Zwischenraum frei gelassen, so wird die Streuungs- und die Wirbelstromwirkung sehr gering ausfallen, und zwar ganz besonders dann, wenn die Form und Größe des Kerns so gewählt ist, claß, wie schon gesagt. zwischen der äußeren Oberfläche des Kerns und allen außerhalb derselben befindlichen Punkten das gleiche magnetische Potential vorhanden ist.
• Ein einfaches Verfahren zur Bestimmung des Querschnittumrisses für den Magnetkern besteht darin, daß man für die kernloseDrahtwicklung unter Verwendung von Gleichstrom passender Größenordnung die magnetischen Kraftlinien ermittelt, nach Abb. 3 aufzeichnet und eine nicht zu nahe beim Wicklungsquerschnitt liegende Kraftlinie als Umriß für den Kernquerschnitt auswählt. Immerhin ist dabei daran zu denken, daß der für die Unterbringung der Wicklung 7 in Abb. i beanspruchte Raum eine andere Permeabilität auf-«-eist als der Magnetkern, daß an dieser Stelle der magnetische Widerstand für die Kraftlinien größer ist als im übrigen Teile des Kernquerschnittes und daß daher der Umriß des letzteren ganz besonders an solchen Stellen zu erweitern ist, «-o diese Widerstandsvermehrung am nachteiligsten wirkt, d. h. an den inneren Wicklungskanten, wo auch die Kraftlinien am meisten zusammengedrängt sind. Ein solcher Fall ist in Abb. 4 dargestellt. Der Wicklungsquerschnitt ist erheblich größer als in Abb. i und kann daher gegenüber dem Kernquerschnitt nicht mehr vernachlässigt werden. Die punktierte Kurve 22 entspricht einer Kraftlinie, welche von einer kernlosen Drahtwicklung von geringem Querschnitt (Abb.3) erzeugt wird und nach welcher der Kernquerschnitt zu ermitteln ist. Die ausgezogene Kurve 23 zeigt jedoch den mit Rücksicht auf den großen Wicklungsquerschnitt abgeänderten Umriß 23.
• In ähnlicher Weise ist der Umriß des Kernquerschnittes zu korrigieren, wenn der Einfluß von magnetisch abschirmenden Metallbüchsen für die Induktanzspulen zu vermindern ist.
• Das beschriebene Verfahren zur Bestimmung des Kernquerschnittes und seines Umrisses hat nicht nur für Induktanzspulen (Belastungsspulen und Drosselspulen) mit einer einzigen Drahtwicklung, sondern auch sinngemäß' für Induktanz- und Induktionsspulen mit mehreren räumlich und elektrisch voneinander getrennten Drahtwicklungen Geltung.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektromagnetische Induktanzanordnung mit außenliegendem ringförmigen Magnetkern, in dem die Spulenw icklung eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern seinen Querschnitt dem um den äußeren Umfang der Wicklung verlaufenden Kraftlinienweg anpaßt, so daß die Oberfläche des Kerns mit einer Kraftlinienröhr e in dem magnetischen Feld zusammenfällt, das durch den durch die Spule fließenden Strom hervorgerufen wird.
2. 2. Elektromagnetische Induktanzvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern ein Minimum an Materialdicke auf der Innenseite der Spule und ein Maximum an Materialdicke auf der Außenseite der Spule zeigt, wobei das Material bezüglich seiner Dicke in einem durch die Spule rechtwinklig zu deren Achse gelegten Querschnitt vom Minimum zum Maximum allmählich anwächst.
3. 3. Elektromagnetische Induktanzvorrichtung mit magnetischem Schutzmantel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bemessung des Kernquerschnittes der Einfluß des magnetischen Schutzmantels berücksichtigt wird.