EP0540958A1 - Toroiddrossel - Google Patents

Toroiddrossel Download PDF

Info

Publication number
EP0540958A1
EP0540958A1 EP92118169A EP92118169A EP0540958A1 EP 0540958 A1 EP0540958 A1 EP 0540958A1 EP 92118169 A EP92118169 A EP 92118169A EP 92118169 A EP92118169 A EP 92118169A EP 0540958 A1 EP0540958 A1 EP 0540958A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
partial
partial windings
winding
toroidal
windings
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP92118169A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0540958B1 (de
Inventor
Peter Etter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Asea Brown Boveri Ltd, Asea Brown Boveri AB filed Critical ABB Asea Brown Boveri Ltd
Publication of EP0540958A1 publication Critical patent/EP0540958A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0540958B1 publication Critical patent/EP0540958B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2895—Windings disposed upon ring cores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F37/00—Fixed inductances not covered by group H01F17/00
    • H01F37/005—Fixed inductances not covered by group H01F17/00 without magnetic core

Definitions

  • the invention is based on a toroidal throttle according to the preamble of claims 1 and 6.
  • the invention relates to a prior art, as is known from DE-PS 970 447.
  • the winding of a toroidal choke is alternately composed of two parts, one part of which forms half a turn and the second part one and a half times.
  • the two winding parts made of bare copper tape are connected to each other by brazing or welding. Ring-shaped ceramic upper and lower parts are used for the border.
  • This throttle structure requires a relatively large volume. In the event of a short circuit, the stability and mutual support of the winding parts are unsatisfactory.
  • a commutation choke for converter systems made of twisted stranded wires is known, in which the non-segmented turns of the coil consist of many conductor strands which are interwoven in a tubular manner.
  • the tubular conductor is pressed together in the shape of a rectangle in cross section.
  • Several tubular or rectangular conductors can be arranged concentrically to one another.
  • a toroidal air choke coil is known which has a medium inductance and can be loaded with a current which is highly harmonic.
  • Such chokes are used as swinging and quenching chokes in power converters of mass transit vehicles.
  • Such a choke is not suitable for short-circuit currents of the order of 100 kA - 140 kA, as can occur in high-performance converters due to ignition.
  • Such short-circuit currents can, for. B. occur when in a bridge circuit 2 belonging to the same phase unintentionally or incorrectly ignite simultaneously and thus short-circuit the intermediate circuit capacitor of a converter with DC intermediate circuit.
  • the invention solves the problem of further developing a toroidal choke of the type mentioned at the outset in such a way that it can be used for currents of und 100 kA and has a minimal volume and small losses.
  • An advantage of the invention is that the segment choke can be connected in series or in parallel from a plurality of segments of a toroid or annular bead after the windings have been assembled. Relatively dimensionally stable segments of high current carrying capacity can be used, which do not have to be able to be wound. A high mechanical strength of the toroidal choke can thus be achieved.
  • the toroidal choke is easy to assemble, while ensuring a high short-circuit strength.
  • a given installation volume can be better used, whereby the geometry of the toroidal choke can be reproduced very precisely.
  • the number of turns and thus the inductance of the toroidal choke can be easily changed or set.
  • the copper used for the segments can be stressed up to several times its yield point.
  • a high fill factor with a large passage area for the magnetic field can be achieved with minimal leakage flux.
  • a modular choke structure is possible by choosing more or fewer turns or radially offset turns.
  • the chokes can be rectangular on the outside. Natural or liquid cooling with forced circulation, e.g. B. oil cooling are possible.
  • (1) denotes a partial toroidal choke, which is constructed from a plurality of U-shaped winding elements or segmented partial windings (2).
  • the partial windings (2) are arranged in a ring around a central, cylindrical recess (6) and each have a lower leg (2a) and an upper leg (2b).
  • the partial windings (2) At the inner edge (4), the partial windings (2) have a width a that is smaller than a width b on their outer edge (5).
  • the two legs (2a, 2b) have a height c near the inner edge (4) which is greater than their height d on the outer edge (5).
  • the widths a and b are dimensioned so that the available volume for the toroidal choke (1) is used well.
  • the associated heights c and d are dimensioned such that a current cross-sectional area through each partial winding (2) is the same or does not deviate from an average or desired current cross-sectional area by more than 30%, preferably not more than 10%.
  • electrical connecting elements (3) connect the individual partial windings (2) to form a single toroidal turn or connect them in series.
  • the toroidal choke (1) has 360 / ⁇ partial windings, where ⁇ denotes a segment pitch angle measured in degrees.
  • Fig. 2 shows a section around a central recess (6) of several circularly arranged, separate segmented partial windings, with adjacent partial windings (7-9) having a different length (1) in the radial direction.
  • Such a staggering enables a high element density or number of turns of the toroidal choke (1) to be achieved. In this way, a high fill factor can be obtained with a large conductor cross section.
  • Fig. 3 shows a detail of a toroidal choke (1) with a plurality of partial windings (10) which have different lengths in the radial direction and rectangular boundaries along the perpendicular surfaces (11, 12) on the outer edge.
  • the toroidal throttle (1) can be adapted to a predetermined volume.
  • the external boundary also z. B. 5-sided, 6-sided, etc. could be selected.
  • Fig. 4 shows a U-shaped partial winding (13) with 2 symmetrical, angled connecting elements (13a, 13b), which have an inside angle ( ⁇ ) in the range of 90 ° - 150 °, preferably in the range of 100 ° - 130 ° lock in.
  • Such partial windings (13) can, for. B. made of aluminum or copper, made as flat sheet metal cuts and used in multiple layers if necessary.
  • Fig. 5 shows a partial winding or a winding element (14) with several serpentine windings arranged one above the other, which are mutually insulated by means of electrically insulating spacers or insulators (15).
  • the reference number (16) denotes one Connection area and the reference number (17) an externally folded and insulated connection end.
  • Fig. 6 shows a partial winding (18) in an angle profile with chamfered inner corners (18a) and enlarged outer surfaces, which are obtained by bending from a sheet metal cut. (19) denotes connection areas for a screw connection, not shown. With similar geometry, massive partial windings (18) z. B. cast, pressed or deep drawn.
  • Fig. 7a shows a partial winding (20) made of stranded wire, which is cast with a thermal resin to form a compact, dimensionally stable element.
  • (21) a connection profile is designated.
  • Fig. 7b shows a sectional view along a line A-A in Fig. 7a.
  • a partial winding (20) can also be produced from individual sheet metal strips by gluing, the sheet metal strips crumpling, i.e. H. are twisted so that the outer sheet metal strips come cyclically inwards and the inner ones outwards. A small current displacement is thus achieved.
  • FIG. 8 shows a toroidal choke (1) with a plurality of winding segments or partial windings (22), each separated by insulating foils or insulating layers (23), which are arranged in a circle around the central recess (6) and whose geometry can be better seen in FIG. 10 are.
  • the segment pitch angle is again designated with ⁇ .
  • 2 separately designed power connection elements (30) and (31) are attached, which can be seen better in FIG. 9.
  • the insulating film (23) is slotted in the outer area as seen in the radial direction, so that there it has an upper and lower insulating film section (23a, 23b), which sections in FIG.
  • the power connector (30) forms z. B. the beginning of the overall winding and the power connector (31), the z. B. could also be led out horizontally, the end.
  • FIG. 9 shows the toroidal choke (1) according to FIG. 8 in a vertical cross section through its center and additionally a central clamping bolt (28) in the recess (6), upper and lower insulating plates (25), an upper disk-shaped clamping plate (26) , a lower disc-shaped clamping plate (27) and an electrically insulated pressure bandage (29) around the middle part of the torus, d. H. around an outer edge (41) of the partial windings (22).
  • the high-strength tensioning structure made of steel or a glass fiber material, is designed in such a way that it can absorb the majority of the expansion forces of the winding that arise during a surge current load. (In the case of partial windings from a simple sheet metal cut, the insulating plates (25) would be provided with radial grooves.)
  • the central clamping bolt (28) is connected to steel disc-shaped clamping plates (26, 27) by thread.
  • the clamping bolt (28) has a central cavity or coolant channel (28a) in its interior. It is electrically insulated from the partial windings (22) by insulating rings (24).
  • a coolant inflow channel (34) and a coolant outflow channel (35) can be provided in a partial winding (2).
  • the arrows show the direction of flow of the coolant.
  • coolant can be drawn into the interior of the toroidal throttle (1) through slot-shaped openings or coolant inflow channels (32), and from there through coolant outflow channels (33) and the coolant channel (28a) inside the clamping bolt (28) get outside.
  • the current heat to be dissipated can alternatively or additionally also be dissipated to the surroundings by means of cooling fins (not shown).
  • FIG. 10 shows a segment or a partial winding (22) of the toroidal choke (1) according to FIG. 8 from a solid winding in a perspective view in detail.
  • the partial winding (22) has a 1st or initial connection piece (36) and a 2nd or end connection piece (37) with a lateral, vertical pressure contact surface (37 ') and a horizontal contact surface (37'') through a recess (38) are spaced apart.
  • the upper insulating film section (23a) is pushed into this recess (38) during assembly of the toroidal choke (1).
  • the remaining part of the insulating film (23) serves for the electrical insulation of a partial winding (22) from the neighboring one, cf. 8 and 11.
  • An electrical connection is guaranteed by the contact pressure.
  • from the upper end face by a high-energy welding z. B. by means of an electron or laser beam, not shown Weld seam created, which ensures an even better electrical connection.
  • start and end connecting pieces (36, 37) match one another or are designed to be complementary to one another, so that area contact is ensured when adjacent partial windings (22) are applied.
  • Relatively thick partial windings (22) can be produced in the desired, spread shape by casting.
  • Flat partial windings (22) can be made from an annular disk by cutting along a cutting line leading from the inside outwards, for. B. by means of a laser beam and subsequent bending or spreading. Adjacent partial windings (22) are then soldered or preferably welded along these cutting lines in order to obtain an overall winding.
  • Fig. 12 shows a section of a partial winding (39) with a flat design and enlarged outer surfaces to reduce high-frequency losses.
  • An arrow (B) points in the direction of the connection point, not shown.
  • the connecting elements can be soft-soldered, hard-soldered or welded. Press and screw connections are suitable for solid partial windings.
  • the partial windings (2) are inserted one after the other radially into a winding body, not shown, and the contact points z. B. fixed with screws.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

Um z. B. Kurzschlussströme >= 100 kA in Hochleistungsstromrichtern begrenzen zu können, wird eine Toroiddrossel (1) mit mehreren Windungen eingesetzt, die mehrere segmentierte Teilwicklungen (2) aufweist. Jede Teilwicklung (2) steht mit mindestens einem Verbindungselement (3) in elektrisch leitendem Kontakt, um benachbarte Teilwicklungen (2) in Reihe oder mehrere Teilwicklungen (2) parallelschalten zu können. Die Teilwicklungen (2) weisen über ihre Länge einen etwa gleichen Stromquerschnitt auf; ihre Breite (a) im inneren Bereich (4) ist kleiner als ihre Breite (b) am peripheren Aussenrand (5). Dadurch sind viele Windungen und ein modularer Drosselaufbau mit hoher mechanischer Festigkeit möglich. <IMAGE>

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Toroiddrossel nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 6.
    • STAND DER TECHNIK
  • Mit dem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der DE-PS 970 447 bekannt ist. Dort wird die Wicklung einer Toroiddrossel abwechselnd aus 2 Teilen zusammengesetzt, von denen ein Teil eine halbe und das 2. Teil eine anderthalbfache Windung bildet. Die beiden Wicklungsteile aus blankem Kupferband werden durch Hartlöten oder Schweissen miteinander verbunden. Zur Einfassung dienen ringförmige Ober- und Unterteile aus Keramik.
  • Dieser Drosselaufbau erfordert ein relativ grosses Volumen. Im einem Kurzschlussfall sind die Stabilität und gegenseitige Abstützung der Wicklungsteile unbefriedigend.
  • Aus der DE-OS 2 658 774 ist eine Kommutierungsdrossel für Stromrichteranlagen aus verdrillten Litzendrähten bekannt, bei der die nicht segmentierten Windungen der Spule aus vielen Leitersträngen bestehen, welche schlauchförmig miteinander verflochten sind. Der schlauchförmige Leiter ist im Querschnitt in die Form eines Rechteckes zusammengepresst. Mehrere schlauchförmige oder rechteckige Leiter können konzentrisch zueinander angeordnet sein. Aus der Schweizer Firmenzeitschrift: Brown Boveri Mitt. 12 (1978), S. 777 - 785, ist eine toroidförmige Luft-Drosselspule bekannt, die eine mittlere Induktivität aufweist und mit einem stark oberschwingungsbehafteten Strom belastbar ist. Derartige Drosseln werden als Umschwing- und Löschdrosseln in Leistungsstromrichtern von Nahverkehrsfahrzeugen eingesetzt.
  • Für Kurzschlussströme in der Grössenordnung von 100 kA - 140 kA, wie sie in Hochleistungsstromrichtern infolge von Durchzündungen auftreten können, ist eine derartige Drossel nicht geeignet. Derartige Kurzschlussströme können z. B. auftreten, wenn in einer Brückenschaltung 2 zur gleichen Phase gehörende Halbleiter ungewollt bzw. fehlerhaft gleichzeitig zünden und damit den Zwischenkreiskondensator eines Umrichters mit Gleichspannungszwischenkreis kurzschliessen.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen 1 und 6 definiert ist, löst die Aufgabe, eine Toroiddrossel der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sie für Ströme von ≧ 100 kA einsetzbar ist und dabei ein minimales Volumen und kleine Verluste aufweist.
  • Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Segmentdrossel aus einer Vielzahl von Segmenten eines Toroids bzw. Ringwulstes nach dem Zusammenbau der Windungen in Serie oder parallel geschaltet werden kann. Es lassen sich relativ formstabile Segmente hoher Stromtragfähigkeit verwenden, die nicht wickelbar sein müssen. Damit lässt sich eine hohe mechanische Festigkeit der Toroiddrossel erreichen. Die Toroiddrossel lässt sich einfach zusammenbauen, bei Gewährleistung einer hohen Kurzschlussfestigkeit.
  • Ein vorgegebenes Einbauvolumen lässt sich besser ausnutzen, wobei die Geometrie der Toroiddrossel sehr genau reproduzierbar ist. Die Anzahl der Windungen und damit die Induktivität der Toroiddrossel lassen sich leicht verändern bzw. einstellen.
  • Bei Verwendung einer Druckbandage bzw. eines peripheren Stahlringes und von seitlichen Druckplatten um die Toroiddrossel lässt sich das für die Segmente verwendete Kupfer bis zum Mehrfachen seiner Fliessgrenze beanspruchen.
  • Für die segmentierte Toroiddrossel lässt sich ein hoher Füllfaktor mit grosser Durchtrittsfläche für das Magnetfeld bei minimalem Streufluss erreichen.
  • Ein modularer Drosselaufbau ist durch die Wahl von mehr oder weniger Windungen bzw. radial versetzt angeordneten Windungen möglich.
  • Die Drosseln können aussen rechteckig ausgebildet sein. Natürliche oder eine Flüssigkeitskühlung mit Zwangsumlauf, z. B. Ölkühlung, sind möglich.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Ausschnitt einer perspektivisch dargestellten Toroiddrossel aus vorgefertigten Teilwicklungen,
    Fig. 2
    einen modularen Drosselaufbau im Ausschnitt mit radial versetzt angeordneten Teilwicklungen,
    Fig. 3
    eine am Aussenumfang rechteckig begrenzte Toroiddrossel im Ausschnitt,
    Fig. 4
    eine Teilwicklung einer Toroiddrossel mit gewinkelten Verbindungselementen,
    Fig. 5
    ein Wicklungselement mit Mehrfachwindung,
    Fig. 6
    eine Winkelprofilwindung,
    Fig. 7a und 7b
    ein Wicklungselement aus Litze,
    Fig. 8
    eine Segmentdrossel in Draufsicht,
    Fig. 9
    einen senkrechten Schnitt durch die Segmentdrossel gemäss Fig. 8 mit Druckbandage und Spannplatten,
    Fig. 10
    ein Segment der Segmentdrossel gemäss Fig. 8 in perspektivischer Darstellung,
    Fig. 11
    eine Isolierfolie der Segmentdrossel gemäss Fig. 8 und
    Fig. 12
    einen Ausschnitt einer Teilwicklung in flächenhafter Ausbildung.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • In Fig. 1 ist mit (1) eine ausschnittsweise dargestellte Toroiddrossel bezeichnet, die aus mehreren U-förmigen Wicklungselementen bzw. segmentierten Teilwicklungen (2) aufgebaut ist. Die Teilwicklungen (2) sind ringförmig um eine zentrale, zylinderförmige Aussparung (6) angeordnet und weisen je einen unteren Schenkel (2a) und einen oberen Schenkel (2b) auf. Am Innenrand (4) weisen die Teilwicklungen (2) eine Breite a auf, die kleiner als eine Breite b an ihrem Aussenrand (5) ist. Die beiden Schenkel (2a, 2b) besitzen nahe dem Innenrand (4) eine Höhe c, die grösser als ihre Höhe d am Aussenrand (5) ist. Die Breiten a und b sind so bemessen, dass das verfügbare Volumen für die Toroiddrossel (1) gut ausgenutzt wird. Die zugehörigen Höhen c und d sind so bemessen, dass eine Stromquerschnittsfläche durch jede Teilwicklung (2) gleich ist bzw. nicht mehr als 30 %, vorzugsweise nicht mehr als 10 % von einer mittleren bzw. Soll-Stromquerschnittsfläche abweicht. Am Aussenrand (5) ist der obere Schenkel (2a) einer Teilwicklung (2) jeweils mit dem Aussenrand (5) des unteren Schenkels (2a) einer benachbarten Teilwicklung (2) mittels eines elektrischen Verbindungselementes (3) aus Kupfer z. B. durch Löten elektrisch verbunden. Durch derartige elektrische Verbindungselemente (3) werden die einzelnen Teilwicklungen (2) zu einer einzigen toroidalen Windung verbunden bzw. in Reihe geschaltet. Die Toroiddrossel (1) weist 360/β Teilwicklungen auf, wobei β einen in Grad gemessenen Segmentteilungswinkel bezeichnet.
  • Fig. 2 zeigt ausschnittsweise um eine zentrale Aussparung (6) mehrere kreisförmig angeordnete, separate segmentierte Teilwicklungen, wobei zueinander benachbarte Teilwicklungen (7 - 9) in radialer Richtung eine unterschiedliche Länge (1) aufweisen. Durch eine derartige Staffelung lässt sich eine hohe Elementdichte bzw. Windungszahl der Toroiddrossel (1) erreichen. Auf diese Weise kann man bei einem grossen Leiterquerschnitt einen hohen Füllfaktor erhalten.
  • Fig. 3 zeigt ausschnittsweise eine Toroiddrossel (1) mit mehreren Teilwicklungen (10), die in radialer Richtung unterschiedliche Länge und am Aussenrand rechteckige Begrenzungen längs zueinander senkrechter Flächen (11, 12) aufweisen. Auf diese Weise lässt sich die Toroiddrossel (1) an ein vorgegebenes Volumen anpassen. Es versteht sich, dass die Aussenbegrenzung auch z. B. 5eckig, 6eckig usw. gewählt werden könnte.
  • Fig. 4 zeigt eine U-förmige Teilwicklung (13) mit 2 symmetrischen, gewinkelten Verbindungselementen (13a, 13b), die einen Innenwinkel (α) im Bereich von 90° - 150°, vorzugsweise im Bereich von 100° - 130° zwischen sich einschliessen. Derartige Teilwicklungen (13) können z. B. aus Aluminium oder Kupfer bestehen, als plane Blechschnitte hergestellt und erforderlichenfalls mehrlagig eingesetzt werden.
  • Fig. 5 zeigt eine Teilwicklung bzw. ein Wicklungselement (14) mit mehreren serpentinartig übereinander angeordneten Windungen, die mittels elektrisch isolierender Distanzstücke bzw. Isolatoren (15) gegenseitig isoliert sind. Die Bezugsziffer (16) bezeichnet einen Anschlussbereich und die Bezugsziffer (17) ein nach aussen umgelegtes und isoliertes Anschlussende.
  • Fig. 6 zeigt eine Teilwicklung (18) in einem Winkelprofil mit abgeschrägten inneren Ecken (18a) und vergrösserten Aussenflächen, die durch Abbiegen aus einem Blechschnitt gewonnen sind. Mit (19) sind Verbindungsbereiche für eine nicht dargestellte Schraubverbindung bezeichnet. Mit ähnlicher Geometrie können auch massive Teilwicklungen (18) z. B. gegossen, gepresst oder tiefgezogen hergestellt sein.
  • Fig. 7a zeigt eine Teilwicklung (20) aus Litze, die mit einem Wärmeleitharz zu einem kompakten, formbeständigen Element vergossen ist. Mit (21) ist ein Verbindungsprofil bezeichnet. Fig. 7b zeigt eine Schnittansicht längs einer Linie A-A in Fig. 7a. Statt aus Litze kann eine derartige Teilwicklung (20) auch aus einzelnen Blechstreifen durch Verklebung hergestellt sein, wobei die Blechstreifen verröbelt, d. h. verdrillt sind, so dass äussere Blechstreifen zyklisch nach innen und innere nach aussen kommen. Damit wird eine kleine Stromverdrängung erreicht.
  • Fig. 8 zeigt eine Toroiddrossel (1) mit mehreren jeweils durch Isolierfolien bzw. Isolierschichten (23) getrennten Wicklungssegmenten bzw. Teilwicklungen (22), die kreisförmig um die zentrale Aussparung (6) angeordnet und in ihrer Geometrie besser in Fig. 10 zu erkennen sind. Mit β ist wieder der Segmentteilungswinkel bezeichnet. Am Anfang und Ende der aus 360°/β° Teilwicklungen zusammengesetzten Gesamtwicklung sind 2 separat ausgeführte Stromanschlusselemente (30) bzw. (31) angebracht, die besser in Fig. 9 zu erkennen sind.
  • Das schraffiert dargestellte und nach oben herausgeführte Stromanschlusselement (31) bildet zusammen mit dem gepunktet dargestellten und waagerecht herausgeführten Stromanschlusselement (30) ein Segment, das jedoch, abweichend von den übrigen Segmenten (22), keinen Aussensteg (40) aufweist. Auf Grund der Verschränkung des Segmentes (22) sind die beiden Stromanschlusselemente (30, 31) übereinander angeordnet und, wie auch die anderen Segmente (22), durch eine besser aus Fig. 11 ersichtliche Isolierfolie (23) elektrisch gegenseitig isoliert. Die Isolierfolie (23) ist im in radialer Richtung gesehen äusseren Bereich geschlitzt, so dass sie dort einen oberen und unteren Isolierfolienabschnitt (23a, 23b) aufweist, welche Abschnitte in Fig. 8 aus Gründen besserer Übersichtlichkeit nur im Bereich der Stromanschlusselemente (30, 31) ausgezogen bzw. gepunktet dargestellt sind. Das Stromanschlusselement (30) bildet z. B. den Anfang der Gesamtwicklung und das Stromanschlusselement (31), das z. B. auch waagerecht herausgeführt sein könnte, dessen Ende.
  • Fig. 9 zeigt die Toroiddrossel (1) gemäss Fig. 8 in einem senkrechten Querschnitt durch deren Zentrum und zusätzlich einen zentralen Spannbolzen (28) in der Aussparung (6), obere und untere Isolierplatten (25), eine obere scheibenförmige Spannplatte (26), eine untere scheibenförmige Spannplatte (27) und eine elektrisch isoliert angebrachte Druckbandage (29) um den mittleren Teil des Torus, d. h. um einen Aussenrand (41) der Teilwicklungen (22). Die aus Stahl oder aus einem Glasfasermaterial bestehende hochfeste Spannkonstruktion ist so ausgelegt, dass sie den Grossteil der bei einer Stossstrombelastung aufretenden Expansionskräfte der Wicklung aufnehmen kann. (Bei Teilwicklungen aus einfachem Blechschnitt wären die Isolierplatten (25) mit radialen Nuten versehen.)
  • Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zentrale Spannbolzen (28) mit scheibenförmigen Spannplatten (26, 27) aus Stahl durch Gewinde verbunden. Der Spannbolzen (28) weist in seinem Inneren einen zentralen Hohlraum bzw. Kühlmittelkanal (28a) auf. Gegenüber den Teilwicklungen (22) ist er durch Isolierringe (24) elektrisch isoliert.
  • Zur Kühlung durch ein Kühlmittel, vorzugsweise Öl, können in einer Teilwicklung (2) ein Kühlmittel-Einströmkanal (34) und ein Kühlmittel-Ausströmkanal (35) vorgesehen sein. Die eingetragenen Pfeile zeigen die Strömungsrichtung des Kühlmittels an. Alternativ dazu kann ein Kühlmittel durch strichpunktiert dargestellte schlitzförmige Öffnungen bzw. Kühlmittel-Einströmkanäle (32) in den Innenraum der Toroiddrossel (1) und von da durch Kühlmittel-Ausströmkanäle (33) und den Kühlmittelkanal (28a) im Inneren des Spannbolzens (28) nach aussen gelangen. Es versteht sich, dass die abzuführende Stromwärme alternativ oder zusätzlich auch mittels nicht dargestellter Kühlrippen an die Umgebung abgeführt werden kann. Mit (39) sind Übergangsstellen zu einer benachbarten, dahinterliegenden Teilwicklung (22) gekennzeichnet.
  • Fig. 10 zeigt ein Segment bzw. eine Teilwicklung (22) der Toroiddrossel (1) gemäss Fig. 8 aus einer massiven Windung in einer perspektivischen Ansicht im Detail. Die Teilwicklung (22) weist ein 1. bzw. Anfangsverbindungsstück (36) und ein 2. bzw. Endverbindungsstück (37) mit einer seitlichen, senkrechten Druckanlagefläche (37') und einer waagerechten Anlagefläche (37'') auf, die durch eine Aussparung (38) voneinander beabstandet sind. In diese Aussparung (38) wird beim Zusammenbau der Toroiddrossel (1) der obere Isolierfolienabschnitt (23a) eingeschoben. Der übrige Teil der Isolierfolie (23) dient zur elektrischen Isolierung einer Teilwicklung (22) von der benachbarten, vgl. Fig. 8 und 11. Beim Zusammenbau der Toroiddrossel (1) kommt die in Fig. 8 nicht zu sehende, hintere Druckanlagefläche des Anfangsverbindungsstückes (36) einer Teilwicklung (22) zur Anlage an die Druckanlagefläche (37') der benachbarten Teilwicklung. Durch den Anpressdruck wird eine elektrische Verbindung gewährleistet. Vorzugsweise wird jedoch von der oberen Stirnseite her durch eine hochenergetische Schweissung z. B. mittels eines Elektronen- oder Laserstrahls eine nicht dargestellte Schweissnaht erzeugt, welche eine noch bessere elektrische Verbindung gewährleistet.
  • Wichtig ist, dass Anfangs- und Endverbindungsstücke (36, 37) zueinander passen bzw. komplementär zueinander ausgebildet sind, so dass bei der Anlage benachbarter Teilwicklungen (22) ein flächenhafter Kontakt gewährleistet ist. Relativ dicke Teilwicklungen (22) können in der gewünschten, gespreizten Form durch Giessen hergestellt werden. Flache Teilwicklungen (22) lassen sich aus einer ringförmigen Scheibe durch Auftrennen längs einer von innen nach aussen führenden Schnittlinie z. B. mittels eines Laserstrahls und durch nachfolgendes Aufbiegen oder Spreizen herstellen. Benachbarte Teilwicklungen (22) werden dann längs dieser Schnittlinien verlötet oder vorzugsweise verschweisst, um eine Gesamtwicklung zu erhalten.
  • Fig. 12 zeigt in einem Ausschnitt eine Teilwicklung (39) mit flächiger Ausbildung und vergrösserten Aussenflächen zur Verringerung von Hochfrequenzverlusten. Ein Pfeil (B) zeigt in Richtung der nicht dargestellten Verbindungsstelle.
  • Bei Blechschnitten können die Verbindungselemente weichgelötet, hartgelötet oder geschweisst werden. Für massiv ausgeführte Teilwicklungen eignen sich Press- und Schraubverbindungen. Dabei werden die Teilwicklungen (2) der Reihe nach radial in einen nicht dargestellten Wicklungskörper eingeschoben und die Kontaktstellen z. B. mittels Schrauben fixiert.
  • (Nur für die Prüfungstelle bestimmt; nicht Teil der Anmeldung)
    • BEZEICHNUNGSLISTE
    • 1
    Toroiddrossel
    2, 7-10, 13, 18, 22, 39
    Teilwicklungen, Segmente
    2a
    untere Schenkel von 2
    2b
    obere Schenkel von 2
    3
    elektrisches Verbindungselement
    4
    Innenrand von 2
    5
    Aussenrand von 2
    6
    Aussparung
    11, 12
    rechteckige Aussenbegrenzung, zueinander senkrechte Flächen
    13a, 13b
    Verbindungselemente von 13
    14
    Wicklungselement
    15
    Isolation, isolierende Distanzstücke
    16
    Anschlussbereich
    17
    isoliertes Anschlussende
    18a
    abgeschrägte Ecken von 18
    19
    Verbindungsbereich
    20
    Teilwicklung aus Litze
    21
    Verbindungsprofil
    23
    Isolierschicht, -folie
    23a
    oberer Isolierfolienabschnitt
    23b
    unterer Isolierfolienabschnitt
    24
    Isolierring
    25
    Isolierplatte
    26
    obere Spannplatte
    27
    untere Spannplatte
    28
    Spannbolzen
    28a
    Hohlraum in 28, Kühlmittelkanal
    29
    Druckbandage
    30, 31
    Stromanschlusselemente
    32, 34
    Kühlmittel-Einströmkanäle
    33, 35
    Kühlmittel-Ausströmkanäle
    36
    1. bzw. Anfangsverbindungsstück
    37
    2. bzw. Endverbindungsstück
    37'
    Druckanlagefläche von 37
    37''
    Anlagefläche von 37
    38
    Aussparung für 23
    39
    Übergangsstelle zur benachbarten Teilwicklung
    40
    Aussensteg
    41
    Aussenrand von 40 bzw. 22
    A-A
    Schnitt
    a, b
    Breite von 2
    B
    Pfeil
    c, d
    Höhe von 2a
    l
    Länge von 2
    α
    Winkel
    β
    Segmentierungswinkel

Claims (10)

  1. Toroiddrossel (1)
    a) aus mehreren nebeneinander zu einem Torus angeordneten Wicklungsteilen bzw. Teilwicklungen (2, 7 - 10, 13, 18, 22, 39),
    b) wobei jede Teilwicklung mindestens eine Windung aufweist und
    c) mit mindestens einem Verbindungselement (3; 36, 37) zur Reihen- und/oder Parallelschaltung der Teilwicklungen in elektrisch leitender Verbindung steht,
    dadurch gekennzeichnet,
    d) dass die Breite (a) von Schenkeln (2a, 2b) der Teilwicklungen (2) in einem zentralen, inneren Bereich (4) des Torus kleiner als die Breite (b) am peripheren Aussenrand (5) ist.
  2. Toroiddrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    a) dass die Höhe (c) von Schenkeln (2a, 2b) im zentralen, inneren Bereich (4) grösser als die Höhe (d) am peripheren Aussenrand (5) des Torus ist, derart, dass eine Stromquerschnittsfläche durch jede Teilwicklung nicht mehr als 30 %,
    b) insbesondere nicht mehr als 10 % von einer mittleren bzw. Sollquerschnittsfläche abweicht (Fig. 1).
  3. Toroiddrossel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Schenkel von Teilwicklungen (7 - 10) unterschiedliche Länge aufweisen, gemessen vom zentralen, inneren Bereich (4) zum peripheren Aussenrand (5; 11, 12) des Torus (Fig. 2).
  4. Toroiddrossel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    a) dass der Torus peripher eckig,
    b) insbesondere rechteckig (11, 12) begrenzt ist (Fig. 3).
  5. Toroiddrossel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    a) dass die Teilwicklung (18) ein Kastenprofil mit abgerundeten oder abgeschrägten inneren Ecken (18a) aufweist,
    b) insbesondere, dass Aussenflächen der Teilwicklungen (18) gegenüber deren Innenflächen vergrössert sind (Fig. 6).
  6. Toroiddrossel mit den Merkmalen a) bis c) des Anspruchs 1, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    a) dass die Teilwicklungen (13) 2 Verbindungselemente (13a, 13b) aufweisen, die gegenseitig einen inneren Winkel (α) im Bereich von 90° - 150°,
    b) insbesondere im Bereich von 100° - 130° einschliessen (Fig. 4).
  7. Toroiddrossel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
    a) dass die Teilwicklungen (20) aus Litze gebildet sind,
    b) insbesondere, dass die Teilwicklungen aus verröbelten bzw. verdrillten Blechabschnitten hergestellt sind (Fig. 7).
  8. Toroiddrossel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
    a) dass die Teilwicklungen (22) innere und/oder äussere Kühlelemente bzw. Kühlvorrichtungen (32 - 35) aufweisen,
    b) insbesondere, dass im Zentrum der Toroiddrossel (1) ein Spannbolzen (28) mit einem inneren Kühlmittelkanal (28a) vorgesehen ist (Fig. 9).
  9. Toroiddrossel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilwicklungen (14) mehrere übereinanderliegende Windungen aufweisen (Fig. 5).
  10. Toroiddrossel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
    a) dass mindestens eine Teilwicklung (22) ein Wicklungsteil mit einer Windung
    b) und ein 1. bzw. Anfangsverbindungsstück (36) mit mindestens einer 1. Anlagestelle sowie ein davon beabstandetes 2. bzw. Endverbindungsstück (37) mit mindestens einer 2. Anlagestelle (37', 37'') aufweist,
    c) welche Verbindungsstücke gegenseitig verschränkt sind,
    d) insbesondere, dass das Anfangsverbindungsstück (36) eine Passung in Gestalt einer Aussparung oder eines Vorsprunges aufweist, welche zu einer Passung (37') des Endverbindungsstückes (37) komplementär ist, und
    e) dass Anfangs- und Endverbindungsstücke (36, 37) benachbarter Teilwicklungen (22) mittels einer Schweissnaht verbunden sind.
EP92118169A 1991-11-02 1992-10-23 Toroiddrossel Expired - Lifetime EP0540958B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4136176A DE4136176A1 (de) 1991-11-02 1991-11-02 Toroiddrossel
DE4136176 1991-11-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0540958A1 true EP0540958A1 (de) 1993-05-12
EP0540958B1 EP0540958B1 (de) 1996-04-17

Family

ID=6443986

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP92118169A Expired - Lifetime EP0540958B1 (de) 1991-11-02 1992-10-23 Toroiddrossel

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0540958B1 (de)
JP (1) JPH05283252A (de)
DE (2) DE4136176A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0669629A1 (de) * 1994-02-25 1995-08-30 Alcatel N.V. Formtransformator
US6787599B1 (en) 1998-05-19 2004-09-07 Ashland-Südchemie-Kernfest GmbH Alkyl resin emulsions and utilization of the same
EP1772877A1 (de) * 2005-06-02 2007-04-11 STS Spezial-Transformatoren-Stockach GmbH & Co. KG Induktives Bauteil mit optimierter Wärmeableitung
EP2495742A1 (de) * 2011-02-25 2012-09-05 Sekels Gmbh Hochstromfeste, stromkompensierte Funkentstördrossel

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008088682A2 (en) * 2007-01-11 2008-07-24 Keyeye Communications Wideband planar transformer
DE102014005118A1 (de) * 2014-04-08 2015-10-08 Rosenberger Hochfrequenztechnik Gmbh & Co. Kg Entstördrossel

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH231434A (de) * 1941-11-04 1944-03-15 Licentia Gmbh Anordnung zum Betrieb von Stromrichtern, bei denen eine Stromkreisunterbrechung auf mechanischem Wege erfolgt.
DE937184C (de) * 1937-12-16 1955-12-29 Siemens Ag Schaltdrossel
DE1071220B (de) * 1959-12-17 Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft, Berlin Und Erlangen Starkstrom-Drosselspule mit ringförmigem Eisenkern, insbesondere Schaltdrosselspule für Kontaktumformer
DE1115829B (de) * 1959-01-16 1961-10-26 Siemens Ag Starkstrom-Drosselspule
DE2658774A1 (de) * 1976-12-24 1978-06-29 Bbc Brown Boveri & Cie Elektrische spule, insbesondere kommutierungsdrossel fuer stromrichteranlagen
DE3029650C2 (de) * 1979-08-06 1984-04-26 Institut elektrosvarki imeni E.O. Patona Akademii Nauk Ukrainskoj SSR, Kiev Ringkerntransformator zum Widerstandsstumpfschweißen
EP0225316A1 (de) * 1982-01-06 1987-06-10 Kuhlman Corporation Verfahren und Vorrichtung zum Wickeln von keilförmigen Segmenten für eine elektrische Spule eines elektrischen Transformators

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE970447C (de) * 1951-04-14 1958-09-18 Siemens Ag Drosselspule
DE1638610C3 (de) * 1967-09-28 1974-02-21 Siemens Ag, 1000 Berlin U. 8000 Muenchen Luftdrossel-Ringspule mit veränderlicher Induktivität
SU1410118A1 (ru) * 1986-12-30 1988-07-15 Предприятие П/Я А-7866 Электромагнитное устройство

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1071220B (de) * 1959-12-17 Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft, Berlin Und Erlangen Starkstrom-Drosselspule mit ringförmigem Eisenkern, insbesondere Schaltdrosselspule für Kontaktumformer
DE937184C (de) * 1937-12-16 1955-12-29 Siemens Ag Schaltdrossel
CH231434A (de) * 1941-11-04 1944-03-15 Licentia Gmbh Anordnung zum Betrieb von Stromrichtern, bei denen eine Stromkreisunterbrechung auf mechanischem Wege erfolgt.
DE1115829B (de) * 1959-01-16 1961-10-26 Siemens Ag Starkstrom-Drosselspule
DE2658774A1 (de) * 1976-12-24 1978-06-29 Bbc Brown Boveri & Cie Elektrische spule, insbesondere kommutierungsdrossel fuer stromrichteranlagen
DE3029650C2 (de) * 1979-08-06 1984-04-26 Institut elektrosvarki imeni E.O. Patona Akademii Nauk Ukrainskoj SSR, Kiev Ringkerntransformator zum Widerstandsstumpfschweißen
EP0225316A1 (de) * 1982-01-06 1987-06-10 Kuhlman Corporation Verfahren und Vorrichtung zum Wickeln von keilförmigen Segmenten für eine elektrische Spule eines elektrischen Transformators

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0669629A1 (de) * 1994-02-25 1995-08-30 Alcatel N.V. Formtransformator
US6787599B1 (en) 1998-05-19 2004-09-07 Ashland-Südchemie-Kernfest GmbH Alkyl resin emulsions and utilization of the same
EP1772877A1 (de) * 2005-06-02 2007-04-11 STS Spezial-Transformatoren-Stockach GmbH & Co. KG Induktives Bauteil mit optimierter Wärmeableitung
EP2495742A1 (de) * 2011-02-25 2012-09-05 Sekels Gmbh Hochstromfeste, stromkompensierte Funkentstördrossel

Also Published As

Publication number Publication date
EP0540958B1 (de) 1996-04-17
DE59206030D1 (de) 1996-05-23
DE4136176A1 (de) 1993-05-06
JPH05283252A (ja) 1993-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3101217C2 (de) Wicklung für einen Trockentransformator mit Abstandshalteanordnung
DE112017002471T5 (de) Flüssigkeitsgekühltes magnetisches Element
DE69825047T2 (de) Flache magnetkomponente mit transversalwicklungsmuster
EP0540958B1 (de) Toroiddrossel
DE3590224T1 (de) Leistungstransformator für integrierte Höchstgeschwindigkeitsschaltungen
EP1722997B1 (de) Magnetpol für magnetschwebefahrzeug
EP1722998B1 (de) Magnetpol für magnetschwebefahrzeuge
DE4022243A1 (de) Scheibentransformator
EP2079604B1 (de) Magnetpol für magnetschwebefahrzeuge
EP0049382B1 (de) Wicklungsanordnung für Transformatoren mit quadratischem Kernquerschnitt
EP1501106A1 (de) Ferritkern für ein Induktivitätsbauteil
DE2344403C3 (de) Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen, Drosselspule o.dgl.induktives Gerät
DE69207146T2 (de) Mit Isoliermittel gekühlter Transformator oder Drossel
DE1293334B (de) Eisenkernlose Hoechstspannungs-Nebenschlussdrossel
EP0583644B1 (de) Drosselspule
CH643679A5 (en) High-current inductor coil
EP3510607B1 (de) Kern für eine elektrische induktionseinrichtung
DE1239773B (de) Auf einen bandfoermigen Traeger aus Isolierstoff gedruckte Faltwiklungen fuer Transformatoren, Drosselspulen und dergleichen Induktionsgeraete
DE3918187A1 (de) Eisenkern fuer elektromagnetische geraete
EP2330603A1 (de) Transformator mit Bandwicklung
DE2627314C2 (de) Wicklung für Transformatoren
WO2000016350A2 (de) Htsl-transformator
DE3105356A1 (de) Radialgeblechter eisenkern fuer drosselspulen
DE19738946C2 (de) Drosselspule ohne Kern
DE2232511C3 (de) Ein- oder mehrlagige Hochstromwicklung für Transformatoren

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE FR GB IT

17P Request for examination filed

Effective date: 19931009

17Q First examination report despatched

Effective date: 19941222

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): DE FR GB IT

REF Corresponds to:

Ref document number: 59206030

Country of ref document: DE

Date of ref document: 19960523

ITF It: translation for a ep patent filed
ET Fr: translation filed
GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 19960628

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed
REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: 732E

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: TP

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: 732E

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: TP

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: IF02

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20020923

Year of fee payment: 11

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20020925

Year of fee payment: 11

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20020926

Year of fee payment: 11

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20031023

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20040501

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20031023

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20040630

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES;WARNING: LAPSES OF ITALIAN PATENTS WITH EFFECTIVE DATE BEFORE 2007 MAY HAVE OCCURRED AT ANY TIME BEFORE 2007. THE CORRECT EFFECTIVE DATE MAY BE DIFFERENT FROM THE ONE RECORDED.

Effective date: 20051023