EP0108921A1 - Toroidal magnetic strip wound core with air gap and method of making such a core - Google Patents

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Definitions

  • the figure shows schematically in section a preferred embodiment of the ring band core according to the invention.
  • the support ring 1 which has a thickness of about 0.3 mm, tape layers 2 are wound from soft magnetic material.
  • the support ring 1 has a recess 4 in the area of the air gap 3, which is wider than the air gap 3. It can clearly be seen that for the air gap 3 only tape layers 2 made of soft magnetic material were cut.
  • the support ring 1, on the other hand, was not severed and can therefore continue to ensure the fixation and spacing of the air gap 3.
  • the entire surface of the ring band core consisting of the support ring 1 and the soft magnetic band 2 wound thereon is provided with an insulation layer 5.
  • This insulation layer 5 serves for additional stabilization of the wound tape layers 2 and is also intended to avoid possible short circuits between the magnetic tape layers 2 and the wires of the winding.

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Abstract

1. A toroidal strip-wound core of a ferro-magnetic material having at least one air gap (3) and a toroidal carrier body (1) which supports the strip layers (2), characterised in that the carrier body (1) consists of a non-magnetic material and has a recess (4) in the region of the air gap (3).

Description

Die Erfindung betrifft einen Ringbandkern aus ferromagnetischem Material mit mindestens einem Luftspalt und einem die Bandlagen abstützenden ringförmigen Tragkörper. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Ringbandkerns.The invention relates to a ring band core made of ferromagnetic material with at least one air gap and an annular support body supporting the band layers. The invention further relates to a method for producing such a ring band core.

Bei Magnetkernen, beispielsweise für Drosselspulen und Transformatoren, die aus einem mit einem durchgehenden Luftspalt versehenen gewickelten Blech- oder Folienpaket bestehen, bereitet die Konstanthaltung der Luftspaltbreite nicht unerhebliche Schwierigkeiten. Dies gilt in besonderem Maße für solche Kerne, die aus einigen wenigen Lagen eines sehr dünnen weichmagnetischen Bandes von beispielsweise etwa 0,05 mm Dicke gewickelt werden und bei denen trotzdem enge Toleranzen für die Luftspaltinduktivität vorgeschrieben sind. Zur Herstellung eines Luftspalts werden in der Regel sämtliche Bandlagen eines Magnetkerns mindestens an einer bestimmten Stelle durchtrennt. Danach wird auf den Kern eine Wicklung aus elektrisch leitendem Draht aufgebracht.In the case of magnetic cores, for example for choke coils and transformers, which consist of a wound sheet or foil package provided with a continuous air gap, keeping the air gap width constant presents considerable difficulties. This applies in particular to those cores which are wound from a few layers of a very thin soft magnetic tape, for example about 0.05 mm thick, and for which tight tolerances for the air gap inductance are nevertheless prescribed. To produce an air gap, as a rule, all of the tape layers of a magnetic core are severed at least at a certain point. Then a winding of electrically conductive wire is applied to the core.

Aus der DE-PS 749 247 ist bereits ein aus bandförmigem magnetischem Material gewickelter Ringbandkern mit einem den Kern auftrennenden Luftspalt bekannt. Zur Fixierung des Luftspalts ist hierbei vorgesehen, die einzelnen Bandwindungen des Kerns beiderseits des zu schneidenden Luftspalts vor Beginn des Schneidvorgangs mechanisch fest zusammenzuhalten, beispielsweise indes - die Bandwindungen durch Nieten miteinander verbunden werden. Eine zusätzliche auf den Wickelkern einwirkende Preßvorrichtung erlaubt es, die Breite des Luftspalts innerhalb geringer Grenzen auf einen unveränderlichen Wert einzustellen.From DE-PS 749 247 a ring band core wound from band-shaped magnetic material with an air gap separating the core is already known. In order to fix the air gap, the individual band windings of the core on both sides of the air gap to be cut are mechanically held together before the cutting process begins, for example, however - the band windings are connected to one another by rivets. An additional pressing device acting on the winding core allows the width of the air gap to be set to an invariable value within narrow limits.

Zur Distanzierung des Luftspalts können ebenfalls geeignete Abstandsstücke in den Luftspalt eingebracht werden.Suitable spacers can also be inserted into the air gap in order to distance the air gap.

Weiterhin ist es bekannt, zur Erhöhung der mechanischen Stabilität, insbesondere eines aus sehr dünnem ferromagnetischem Band gewickelten Ringbandkerns einen die Bandlagen abstützenden Tragkörper zu verwenden, der dann zur Herstellung des Luftspalts zumindest teilweise durchtrennt wird. Ein Konstanthalten der Breite des Luftspalts kann bei einem derartigen Ringbandkern ohne zusätzliche Befestigungsmittel nicht erreicht werden. Ferner hat es sich als nachteilig erwiesen, daß nach dem Bewickeln dieser Ringbandkerne mit elektrisch leitenden Drähten einige Windungen in den unmittelbaren Bereich des Luftspalts rutschen können.Furthermore, to increase the mechanical stability, in particular of a ring band core wound from very thin ferromagnetic band, it is known to use a support body which supports the band layers and which is then at least partially severed to produce the air gap. A constant width of the air gap cannot be achieved with such a ring band core without additional fastening means. It has also proven to be disadvantageous that after winding these toroidal cores with electrically conductive wires, some turns can slip into the immediate area of the air gap.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ringbandkern mit Luftspalt derart auszubilden, daß er auch bei Bandlagen aus sehr dünnem Band eine so große mechanische Stabilität aufweist, daß sich die Breite eines eng tolerierten Luftspalts nach Durchtrennen der magnetisch wirksamen Bandlagen nicht verändern kann. Außerdem soll beim Ringbandkern ein Verrutschen der Drahtwindungen in den Bereich des Luftspalts sicher verhindert werden.It is an object of the present invention to form an annular band core with an air gap in such a way that it has such great mechanical stability even in the case of band layers made of very thin band that the width of a narrowly tolerated air gap cannot change after the magnetically effective band layers have been severed. In addition, the winding of the wire should surely be prevented from slipping in the area of the air gap.

Dies wird bei einem Ringbandkern der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß der ringförmige Tragkörper aus nichtmagnetischem Werkstoff besteht und im Bereich des Luftspalts eine Vertiefung aufweist.In the case of a ring band core of the type mentioned at the outset, this is achieved in that the annular support body consists of non-magnetic material and has a depression in the area of the air gap.

Ein zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Ringbandkerns kann in der Weise ausgeführt werden, daß in den aus nichtmagnetischem Werkstoff bestehenden Tragkörper an mindestens einer Stelle seines Umfangs derart eine Vertiefung eingedrückt wird, daß sich im Bereich der Vertiefung zwischen dem Tragkörper und den darauf aufgewickelten Bandlagen ein Zwischenraum bildet und wobei dann die aufgewickelten Bandlagen im Bereich dieser Vertiefung bis in den Zwischenraum hinein durchtrennt werden.An expedient method for producing an annular band core according to the invention can be carried out in such a way that such a recess is formed in the support body made of non-magnetic material at at least one point on its circumference it is pressed in that a space is formed in the region of the depression between the support body and the band layers wound thereon, and the wound band layers are then severed in the region of this recess into the space.

Gegenüber den bisher bekannten geschlitzten Ringbandkernen hat der erfindungsgemäße Ringbandkern den Vorteil, daß durch die eingeprägte Vertiefung in dem die Bandlagen abstützenden ringförmigen Tragkörper die Fertigungssicherheit zur Herstellung eines Luftspalts erheblich erhöht wird und der Luftspalt eine weitgehend unveränderliche Breite aufweist. Ferner wird durch die seitlichen Schultern der Vertiefung erreicht, daß bei der Bewicklung des Ringbandkerns mit elektrisch leitenden Drähten die Wicklungen in den vorgesehenen Sektoren beiderseits des Luftspalts fixiert bleiben und keine Drahtwindungen in den unmittelbaren Bereich des Luftspalts gelangen können.Compared to the previously known slotted ring band cores, the ring band core according to the invention has the advantage that the embossed recess in the ring-shaped supporting body supporting the band layers considerably increases the manufacturing reliability for producing an air gap and the air gap has a largely unchangeable width. It is also achieved by the lateral shoulders of the recess that when the toroidal core is wound with electrically conductive wires, the windings in the intended sectors remain fixed on both sides of the air gap and no wire windings can get into the immediate area of the air gap.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ringbandkerns ist als Tragkörper ein relativ dünnwandiger Stützring aus einer nichtmagnetischen rostfreien Stahllegierung vorgesehen, der im Bereich des Luftspalts eine rinnenförmige Vertiefung aufweist. Diese ist vorzugsweise breiter als der Luftspalt, damit auch in der Serienproduktion genügend Sicherheit vorhanden ist, daß bei der Herstellung des Luftspalts nur die magnetisch wirksamen Bandlagen nicht aber der Stützring selbst durchtrennt werden. Neben metallischen nichtmagnetischen Stützringen können ebenfalls Stützringe aus anderen nichtmagnetischen Materialien, wie z. B. Kunststoff oder Keramik, verwendet werden. Ein Stützring aus Kunststoff hätte zudem den Vorteil, daß er gleich in der benötigten Form hergestellt werden könnte. Ein zusätzlicher Verformungsschritt zur Herstellung der Vertiefung könnte hierbei entfallen.In a preferred embodiment of the ring band core according to the invention, a relatively thin-walled support ring made of a non-magnetic stainless steel alloy is provided as the supporting body, which has a groove-shaped depression in the area of the air gap. This is preferably wider than the air gap, so that there is also sufficient security in series production that only the magnetically effective strip layers but not the support ring itself are severed in the production of the air gap. In addition to metallic non-magnetic support rings, support rings made of other non-magnetic materials, such as. As plastic or ceramic can be used. A support ring made of plastic would also have the advantage that it could be made in the required shape. An additional deformation step to produce the recess could be omitted.

Anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung noch näher erläutert werden:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the figure:

Die Figur zeigt schematisch im Schnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ringbandkerns. Auf dem Stützring 1, der eine Dicke von etwa 0,3 mm besitzt, sind Bandlagen 2 aus weichmagnetischem Material aufgewickelt. Der Stützring 1 weist im Bereich des Luftspalts 3 eine Vertiefung 4 auf, die breiter ist als der Luftspalt 3. Es ist deutlich zu erkennen, daß für den Luftspalt 3 ausschließlich Bandlagen 2 aus weichmagnetischem Material durchtrennt wurden. Der Stützring 1 wurde dagegen nicht durchtrennt und kann daher unverändert die Fixierung und Distanzierung des Luftspalts3 gewährleisten. Die gesamte Oberfläche des aus dem Stützring 1 und dem darauf aufgewickelten weichmagnetischen Band 2 bestehenden Ringbandkerns ist mit einer Isolierungsschicht 5 versehen. Diese Isolierungsschicht 5 dient zu einer zusätzlichen Stabilisierung der aufgewickelten Bandlagen 2 und soll außerden mögliche Kurzschlüsse zwischen den magnetischen Bandlagen 2 und den Drähten der Wicklung vermeiden.The figure shows schematically in section a preferred embodiment of the ring band core according to the invention. On the support ring 1, which has a thickness of about 0.3 mm, tape layers 2 are wound from soft magnetic material. The support ring 1 has a recess 4 in the area of the air gap 3, which is wider than the air gap 3. It can clearly be seen that for the air gap 3 only tape layers 2 made of soft magnetic material were cut. The support ring 1, on the other hand, was not severed and can therefore continue to ensure the fixation and spacing of the air gap 3. The entire surface of the ring band core consisting of the support ring 1 and the soft magnetic band 2 wound thereon is provided with an insulation layer 5. This insulation layer 5 serves for additional stabilization of the wound tape layers 2 and is also intended to avoid possible short circuits between the magnetic tape layers 2 and the wires of the winding.

Ein geschlitzter Ringbandkern gemäß der Erfindung kann beispielsweise durch die folgenden Fertigungsschritte hergestellt werden:A slotted toroidal core according to the invention can be produced, for example, by the following manufacturing steps:

Zunächst wird ein Stützring 1 aus nichtrostendem Stahl mit einen Durchmesser von etwa 11 mm und einer Breite von 3,5 mm an einer Stelle derart verformt, daß eine rinnenartige Vertiefung 4 von etwa 1/10 des Durchmessers des Stützrings 1 entsteht. Auf diesen verformten Stützring 1 werden nun etwa 34 Lagen eines 0,05 mm dicken Bandes aus einer weichmagnetischen Nickel-Eisen-Legierung aufgewickelt, die etwa 48 % Nickel und als Rest Eisen einschließlich geringer Desoxidationszusätze enthält. Derartige Legierungen besitzen eine relativ hohe Sättigungsinduktion von 1,55 T.First, a support ring 1 made of stainless steel with a diameter of approximately 11 mm and a width of 3.5 mm is deformed at one point in such a way that a groove-like depression 4 of approximately 1/10 of the diameter of the support ring 1 is formed. About 34 layers of a 0.05 mm thick tape made of a soft magnetic nickel-iron alloy, which contains about 48% nickel and the rest iron, including minor deoxidation additives, are now wound onto this deformed support ring 1. Alloys of this type have a relatively high saturation induction of 1.55 T.

Nach einer Entspannungsglühung bei ca. 1050°C erhält der Ringbandkern einen allseitigen Kunststoffüberzug aus Epoxidharz. Hiernach wird ein etwa 1 mm breiter Luftspalt 3 mit einer Toleranz von etwa + 0,03 mm in die Bandlagen 2 des Kerns gefräst.After relaxation annealing at approx. 1050 ° C, the toroidal core is given an all-round plastic coating made of epoxy resin. Thereafter, an air gap 3 approximately 1 mm wide is milled into the strip layers 2 of the core with a tolerance of approximately + 0.03 mm.

Zur Verwendung als Drosselspule wird auf den geschlitzten Ringbandkern anschließend eine Bewicklung aufgebracht, die z. B. aus zwei Parallelwicklungen aus Kupferdraht mit jeweils gleicher Windungszahl bestehen kann. Eine derart bewickelte Drosselspule ist als Teil eines Ablenksystems für Tintenstrahlschreiber geeignet, da es hierbei wesentlich darauf ankommt, daß die Luftspaltbreite des Ringbandkerns eine enge Toleranz aufweist und der Luftspalt zur Aufnahme eines beweglichen Dauermagneten frei von störenden Drahtwindungen ist.For use as a choke coil is then applied to the slotted toroidal core, the z. B. can consist of two parallel windings of copper wire, each with the same number of turns. A choke coil wound in this way is suitable as part of a deflection system for ink-jet recorders, since it is essential that the air gap width of the toroidal core has a narrow tolerance and the air gap for receiving a movable permanent magnet is free from annoying wire windings.

Claims (5)

1. Ringbandkern aus ferromagnetischem Material mit mindestens einem Luftspalt und einem die Bandlagen abstützenden ringförmigen Tragkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (1) aus nichtmagnetischen Werkstoff besteht und im Bereich des Luftspalts (3) eine Vertiefung (4) aufweist.1. toroidal core made of ferromagnetic material with at least one air gap and an annular support body supporting the band layers, characterized in that the support body (1) consists of non-magnetic material and has a recess (4) in the area of the air gap (3). 2. Ringbandkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Tragkörper (1) ein Stützring aus einer rostfreien Stahllegierung vorgesehen ist, der eine rinnenförmige Vertiefung (4) aufweist.2. toroidal core according to claim 1, characterized in that a support ring made of a stainless steel alloy is provided as the supporting body (1), which has a groove-shaped recess (4). 3. Ringbandkern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (4) im Stützring breiter ist als der Luftspalt (3).3. Ring band core according to claim 2, characterized in that the recess (4) in the support ring is wider than the air gap (3). 4. Verfahren zur Herstellung eines Ringbandkerns mit Luftspalt, bei dem Band aus ferromagnetischen Material auf einen die Bandlagen abstützenden ringförmigen Tragkörper aufgewickelt und die aufgewickelten Bandlagen zur Herstellung des Luftspalts an mindestens einer Umfangsstelle durchtrennt werden, dadurch gekennzeichnet , daß in den aus nichtmagnetischem Werkstoff bestehenden Tragkörper (1) an mindestens einer Stelle seines Umfangs derart eine Vertiefung (4) eingedrückt wird, daß sich in Bereich der Vertiefung (4) zwischen den Tragkörper (1) und den darauf aufgewickelten Bandlagen (2) ein Zwischenraum bildet und wobei dann die aufgewickelten Bandlagen (2) im Bereich dieser Vertiefung (4) bis in den Zwischenraum hinein durchtrennt werden.4. A process for producing an annular band core with an air gap, in which the band made of ferromagnetic material is wound onto an annular support body supporting the band layers and the wound band layers for producing the air gap are severed at at least one circumferential point, characterized in that in the carrier body consisting of non-magnetic material (1) at least at one point on its circumference, a depression (4) is pressed in such a way that an area forms in the area of the depression (4) between the support body (1) and the tape layers (2) wound thereon, and then the wound tape layers (2) in the area of this recess (4) into the gap. 5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet , daß der Ringbandkern vor dem Durchtrennen der Bandlagen (2) allseitig mit einer elektrisch isolierenden Schicht (5) überzogen wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the toroidal core is coated on all sides with an electrically insulating layer (5) before cutting the band layers (2).
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