EP0710966A2 - Zweiteiliger Kern aus magnetischem Material - Google Patents

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EP0710966A2
EP0710966A2 EP95114512A EP95114512A EP0710966A2 EP 0710966 A2 EP0710966 A2 EP 0710966A2 EP 95114512 A EP95114512 A EP 95114512A EP 95114512 A EP95114512 A EP 95114512A EP 0710966 A2 EP0710966 A2 EP 0710966A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
core part
core
straight
coils
reflux
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP95114512A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johann Winkler
Erwin Dipl.-Ing.(Fh) Gaisbauer
Peter Witzlinger
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.)
Vogt Electronic AG
Original Assignee
Vogt Electronic AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/255—Magnetic cores made from particles
    • 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
    • H01F27/2823—Wires
    • 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
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/327—Encapsulating or impregnating

Definitions

  • the invention relates to a two-part core according to the introductory part of patent claim 1.
  • Two-part cores of this type are known.
  • the plane of the free tub edge affects the straight core part, so that it has no distance from it and the coils pushed thereon accordingly protrude from the tub.
  • the coils of transformers, transformers, chokes and. The like are e.g. often potted to achieve high mechanical strength and good insulation.
  • the invention has for its object to design a two-part core according to the introductory part of claim 1 so that the casting of the coils is possible in a particularly simple manner and moreover eliminates the need to connect the two core parts together in a separate operation.
  • a particularly compact, largely shielded structure of the unit consisting of core and coils is to be achieved.
  • the use of special casting cups and other coverings for holding the initially liquid casting compound is unnecessary due to the raised trough shape of the reflux core part, because the casting compound can simply be poured into the tub until the coils are covered, so that the casting process is very easy to carry out.
  • the whole tub filling solidified potting compound keeps the two parts of the core, which only need to be held against each other during casting, in the long run, so that the additional operation of gluing the two core parts, which would otherwise be necessary, can be omitted.
  • the reflux core part surrounds the coil arrangement located on the straight core part over its entire height, so that when the component formed with the two-part core according to the invention (transformer, choke, transformer and the like) is arranged on a circuit board above the PCB coil assembly is completely magnetically shielded up to this.
  • the core 1 according to Figures 1-5 is made of a magnetic material, e.g. bound magnetic metal powder or ferrite, and is composed of two identical halves 1 '. It has a straight, here cylindrical core part 2 for receiving the coil or coils and a reflux core part 3 for closing the magnetic circuit outside the coil or coils and the straight core part 2.
  • a magnetic material e.g. bound magnetic metal powder or ferrite
  • the reflux core part 3 has the shape of a trough in which the straight core part 2 is at a distance at least corresponding to the radial thickness d of the coil winding 4 from the wall of the reflux core part, i. H. extends from the tub floor 3a, the tub side walls 3b and the plane of the free tub rim 3c parallel to the tub floor, to the tub side walls and to the tub rim plane.
  • the trough can be used as a casting cup, in which the coil 4 or more, because of the side walls 3b and end walls 3d, which are raised beyond the straight core part 2 at least beyond the radial winding thickness of the coil (s) Immerse coils arranged next to each other over their full height on the straight core part 2.
  • the the Casting compound filling the cavity of the tub essentially up to the level of the free edge 3c also holds the core halves 1 'together permanently after solidification, so that separate gluing, which normally requires a separate operation in the case of other two-part cores, is unnecessary and no adhesive residues remain in the joints can.
  • the potting compound filling the tub cavity everywhere ensures, in conjunction with the use of the best possible heat-conducting material, e.g. Ferrite, for the core and with the greatest possible filling of the space between the straight core part 2 and the reflux core part 3 with copper also a low thermal resistance and thus good heat dissipation from the coil arrangement.
  • the best possible heat-conducting material e.g. Ferrite
  • FIG. 1 For the sake of clarity, only a single coil 4 made of thick wire and very flat is shown in FIG. 1.
  • several such thick wire coils 4 are usually arranged next to one another on the straight core part 2, as can be seen in FIG. 1 at the ends 4a of the thick wire coils which are led out downwards.
  • thin wire coils can also be pushed onto the straight core part 2.
  • the use of the flat bobbin 5 shown in Fig. 8 is recommended, which is adapted in its outer contour to the shape of the inner wall of the reflux core part 3 and carries the coil winding made of thin wire inserted into it.
  • coils made of thick wire or thin wire can also be arranged on the core part 2 over a larger longitudinal section of the straight core part 2 or over its entire length, but the availability of a few different flat individual coils for the winding structure gives extensive freedom in terms of design electrical properties of the structural unit consisting of core and coils in a very simple manner, and even with prefabricated, already cast structural units there is still considerable design freedom in this Consideration exists if, as can be seen from FIG. 1, the possibility of connecting the individual coils to one another outside the tub is set up.
  • the entire coil arrangement located in the reflux core part 3, encapsulated therein, is magnetically shielded sideways and upwards, as a result of which the scattering onto wire connections and adjacent components is minimized, and there is also a compact, mechanically very stable structure.
  • the ends 4a of the individual coils e.g. 4 can be connected to one another by conductor tracks on the circuit board or, in particular when the individual coils are connected in parallel, in an elongated hole in the circuit board.
  • a particularly good utilization of the space available for the wire cross-section between the straight core part 2 and the reflux core part 3 is obtained if open, bobbin-free thick wire coils 4 are used, which are used as single spiral coils or, better still as shown in FIGS. 6 and 7, as double spiral coils are executed.
  • bobbin-free thick wire coils 4 are used, which are used as single spiral coils or, better still as shown in FIGS. 6 and 7, as double spiral coils are executed.
  • For such a coil structure in particular from individual coils connected in parallel with one another, there is optimum efficiency without compensating currents and electromigration.
  • the use of thick wire with a square cross section is particularly favorable.
  • the reflux core part 3 is provided on the outside with at least one flat surface section. If, as in the embodiment described, two such surface sections are present on opposite sides and are arranged parallel to one another, the core can also be handled by means of a gripper.

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Abstract

Es wird ein zweiteiliger Kern 1 aus magnetischem Material für Transformatoren, Übertrager, Drosseln u. dgl. vorgeschlagen, der in im zusammengebauten Zustand in bekannter Weise einen zum Durchdringen der Spule(n) 4 bestimmten geraden Kernteil 2 und einen beiderends daran anschließenden Rückfluß-Kernteil 3 aufweist, der die Form einer Wanne hat, in der sich der gerade Kernteil 2 im Abstand von der Wanneninnenwandung etwa parallel zum Wannenboden 3a und den Wannenseitenwänden 3b erstreckt. Gemäß der Erfindung ragen die den Wannenhohlraum umschließenden Wände 3b,3d des Rückflußkernteils 3 so weit über den geraden Kernteil 2 vor, daß dieser von der Ebene des freien Wannenrandes einen mindestens der radialen Dicke d der Spule(n) 4 entsprechenden Abstand hat, so daß die Wanne als Vergußbecher verwendbar ist. Dadurch können die Spulen auf besonders einfache Weise vergossen werden, und es entfällt überdies die Notwendigkeit, die beiden Teile des zweiteiligen Kerns in einem besonderen Arbeitsgang miteinander zu verbinden. Außerdem wird ein besonders kompakter, weitgehend abgeschirmter Aufbau der Einheit aus Kern und Spulen erreicht. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen zweiteiligen Kern gemäß dem einleitenden Teil des Patentanspruchs 1.
  • Zweiteilige Kerne dieser Art sind bekannt. Bei den bekannten Kernen tangiert die Ebene des freien Wannenrandes den geraden Kernteil, so daß dieser hiervon keinen Abstand hat und die darauf aufgeschobenen Spulen demgemäß aus der Wanne herausragen.
  • Die Spulen von Transformatoren, Übertragern, Drosseln u. dgl. werden z.B. zur Erzielung einer hohen mechanischen Festigkeit und guten Isolation häufig vergossen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zweiteiligen Kern gemäß dem einleitenden Teil des Patentanspruchs 1 so zu gestalten, daß das Vergießen der Spulen auf besonders einfache Weise möglich ist und überdies die Notwendigkeit entfällt, die beiden Kernteile in einem gesonderten Arbeitsgang miteinander zu verbinden. Außerdem soll ein besonders kompakter, nach außen weitgehend abgeschirmter Aufbau der aus Kern und Spulen bestehenden Einheit erzielt werden.
  • Die vorstehende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Kern erübrigt sich aufgrund der hochgezogenen Wannenform des Rückfluß-Kernteils die Verwendung von besonderen Vergußbechern und sonstigen Umhüllungen zum Halten der zunächst flüssigen Vergußmasse, weil die Vergußmasse bis zum Überdecken der Spulen einfach in die Wanne eingegossen werden kann, so daß der Vergußvorgang sehr einfach durchführbar ist. Außerdem hält die ganze Wanne ausfüllende verfestigte Vergußmasse die beiden Teile des Kerns, die beim Vergießen nur gegeneinander gehalten zu werden brauchen, auf Dauer zusammen, so daß der sonst nötige zusätzliche Arbeitsgang des Verklebens der beiden Kernteile entfallen kann. Hinzu kommt, daß der Rückfluß-Kernteil die auf dem geraden Kernteil befindliche Spulenanordnung über deren ganze Höhe umgibt, so daß bei Anordnung des mit dem zweiteiligen erfindungsgemäßen Kern gebildeten Bauteils (Transformator, Drossel, Übertrager und dgl.) auf einer Platine, die oberhalb der Platine befindliche Spulenanordnung bis zu dieser hin vollständig magnetisch abgeschirmt ist.
  • Die Unteransprüche haben bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
    • Fig. 1
    den zusammengesetzten Kern in perspektivischer Darstellung mit Blickrichtung auf die von der Wannenöffnung abgewendete Außenseite,
    Fig. 2
    den Kern nach Fig. 1 in perspektivischer Darstellung mit Blickrichtung auf den von dem Rückfluß-Kernteil umschlossenen Wannenhohlraum,
    Fig. 3
    eine von zwei den Kern bildenden identischen Kernhälften in Seitenansicht mit Blickrichtung auf die freie Stirnseite des geraden Kernteilabschnitts,
    Fig. 4
    den Querschnitt entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3,
    Fig. 5
    den Querschnitt entlang der Schnittlinie V-V in Fig. 3,
    Fig. 6
    eine auf den geraden Kernteil des Kerns gemäß Fig. 1 - Fig. 5 aufschiebbare, als offener, spulenkörperloser Wickel aus dickem Draht in Form einer Doppelspiralspule ausgeführte Spule in Frontansicht,
    Fig. 7
    die Spule nach Fig. 6 in Seitenansicht, und
    Fig. 8
    einen in seinem Außenumriß der Wanneninnenform des Kerns gemäß Fig. 1 - Fig.5 angepaßten, flachen Spulenkörper zur Aufnahme und Halterung eines Dünndrahtwickels in perspektivischer Ansicht.
  • Der Kern 1 gemäß Fig. 1 - Fig. 5 besteht aus einem magnetischen Material, z.B. gebundenem magnetischem Metallpulver oder Ferrit, und ist aus zwei identischen Hälften 1' zusammengesetzt. Er weist einen geraden, hier zylindrischen Kernteil 2 zur Aufnahme der Spule oder Spulen und einen Rückfluß-Kernteil 3 zum Schließen des magnetischen Kreises außerhalb der Spule oder Spulen und des geraden Kernteils 2 auf.
  • Der Rückfluß-Kernteil 3 hat die Form einer Wanne, in der sich der gerade Kernteil 2 in einem mindestens der radialen Dicke d der Spulenwickel 4 entsprechenden Abstand von der Wandung des Rückfluß-Kernteils, d. h. vom Wannenboden 3a, den Wannenseitenwänden 3b und der Ebene des freien Wannenrandes 3c parallel zum Wannenboden, zu den Wannenseitenwänden und zu der Wannenrandebene erstreckt.
  • Aus Fig. 2 ist besonders deutlich ersichtlich, daß die Wanne wegen der über den geraden Kernteil 2 hinaus mindestens über die radiale Wickeldicke der Spule(n) hochgezogenen Seitenwände 3b und Stirnwände 3d als Vergußbecher verwendbar ist, in den auch die Spule 4 oder mehrere solche auf dem geraden Kernteil 2 nebeneinander angeordnete Spulen über ihre volle Höhe eintauchen. Dadurch wird das Vergießen der auf dem geraden Kernteil 2 befindlichen Spulenanordnung sehr vereinfacht. Zum Vergießen brauchen lediglich die Kernhälften an der Stoßebene S fluchtrecht zusammengehalten und die Vergußmasse in den Wannenhohlraum eingefüllt zu werden. Die den Wannenhohlraum im wesentlichen bis zur Ebene des freien Randes 3c füllende Vergußmasse hält die Kernhälften 1' nach dem Erstarren auch auf Dauer zusammen, so daß sich ein gesondertes, bei anderen zweiteiligen Kernen normalerweise einen separaten Arbeitsgang erforderndes Zusammenkleben erübrigt und auch keine Klebereste in den Stoßstellen verbleiben können.
  • Die den Wannenhohlraum überall satt ausfüllende Vergußmasse gewährleistet in Verbindung mit der Verwendung eines möglichst gut wärmeleitenden Materials, z.B. Ferrit, für den Kern und mit einer weitestmöglichen Ausfüllung des Raumes zwischen dem geraden Kernteil 2 und dem Rückfluß-Kernteil 3 mit Kupfer auch einen niedrigen thermischen Widerstand und damit eine gute Wärmeabfuhr aus der Spulenanordnung.
  • Der besseren Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 1 nur eine einzige, zudem aus dickem Draht und sehr flach ausgeführte Spule 4 dargestellt. In Wirklichkeit werden auf dem geraden Kernteil 2 gewöhnlich mehrere solche Dickdrahtspulen 4 nebeneinander angeordnet, wie dies die Fig. 1 an den nach unten herausgeführten Enden 4a der Dickdrahtspulen erkennen läßt. Anstelle einer oder mehrerer Dickdrahtspulen 4 können auch Dünndrahtspulen auf den geraden Kernteil 2 aufgeschoben werden. Im letzteren Falle empfiehlt sich die Verwendung des in Fig. 8 dargestellten flachen Spulenkörpers 5, der in seinem Außenumriß der Form der Innenwand des Rückfluß-Kernteils 3 angepaßt ist und den in ihn eingebrachten Spulenwickel aus dünnem Draht trägt.
  • Es versteht sich, daß auch über einen größeren Längsabschnitt des geraden Kernteils 2 oder über dessen ganze Länge reichende Spulen aus Dickdraht oder Dünndraht auf dem Kernteil 2 angeordnet werden können, doch gibt die Verfügbarkeit einiger weniger unterschiedlicher flacher Einzelspulen für den Wicklungsaufbau eine weitgehende Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften der aus Kern und Spulen bestehenden Baueinheit auf eine sehr einfache Weise, wobei auch bei vorgefertigten, bereits vergossenen Baueinheiten noch eine erhebliche Gestaltungsfreiheit in dieser Hinsicht besteht, wenn, wie aus Fig 1 ersichtlich, die Möglichkeit zu einer Verbindung der Einzelspulen untereinander außerhalb der Wanne eingerichtet wird.
  • Wird der aus Fig. 1 ersichtliche Bauteil auf eine in der Zeichnung nicht dargestellte Platine aufgesetzt, so ist die gesamte, in dem Rückfluß-Kernteil 3 befindliche, darin vergossene Spulenanordnung seitwärts und nach oben hin magnetisch abgeschirmt, wodurch die Einstreuung auf Drahtanschlüsse und benachbarte Bauelemente minimiert wird, und es ergibt sich zudem ein kompakter, mechanisch sehr stabiler Aufbau. Die Enden 4a der Einzelspulen (z.B.4) sind in einem solchen Falle durch Leiterbahnen auf der Platine oder, insbesondere bei Parallelschaltung der Einzelspulen, in einem Langloch der Platine untereinander verbindbar.
  • Eine besonders gute Ausnutzung des für den Drahtquerschnitt verfügbaren Raumes zwischen dem geraden Kernteil 2 und dem Rückfluß-Kernteil 3 ergibt sich, wenn offene, spulenkörperlose Dickdrahtspulen 4 eingesetzt werden, die als Einzelspiralspulen oder, noch besser wie aus Fig 6 und 7 ersichtlich, als Doppelspiralspulen ausgeführt sind. Für einen solchen Spulenaufbau insbesondere aus untereinander parallelgeschalteten Einzelspulen ergibt sich ein optimaler Wirkungsgrad ohne Ausgleichsströme und Elektromigration. Besonders günstig ist in diesem Zusammenhang auch die Verwendung von Dickdraht mit quadratischem Querschnitt.
  • Für eine einfache Handhabung des Kerns 1 bzw. seiner Hälften 1' mittels einer Vakuumpinzette ist der Rückfluß-Kernteil 3, wie aus der Zeichnung ersichtlich, außenseitig mit mindestens einem ebenen Flächenabschnitt versehen. Sind, wie bei der beschriebenen Ausführung, zwei solche Flächenabschnitte auf entgegengesetzten Seiten vorhanden und parallel zueinander angeordnet, so kann der Kern auch mittels eines Greifers gehandhabt werden.
  • Zur Materialeinsparung empfiehlt es sich, den Rückfluß-Kernteil 3 außenseitig an den Ecken zwischen Boden und Seitenwänden dachartig abzuschrägen.

Claims (13)

  1. Zweiteiliger Kern (1) aus magnetischem Material, insbesondere aus Magnetpulver oder Ferrit, für Transformatoren, Übertrager, Drosseln u. dgl., mit einem zum Durchdringen der Spule(n) (4) bestimmten geraden Kernteil (2) und einem beiderends daran anschließenden Rückfluß-Kernteil (3) zum Schließen des magnetischen Kreises außerhalb der Spule(n), wobei der Rückfluß-Kernteil (3) die Form einer Wanne hat, in der sich der gerade Kernteil (2) in einem mindestens der radialen Dicke (d) der Spule(n) (4) entsprechenden Abstand von der Wanneninnenwandung etwa parallel zum Wannenboden (3a) und den Wannenseitenwänden (3b) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die den Wannenhohlraum umschließenden Wände (3b,3d) des Rückfluß-Kernteils (3) so weit über den geraden Kernteil (2) vorragen, daß dieser von der Ebene des freien Wannenrandes (3c) einen mindestens der radialen Dicke (d) der Spule(n) (4) entsprechenden Abstand hat, sodaß die Wanne als Vergußbecher verwendbar ist.
  2. Kern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gerade Kernteil (2) einen kreisrunden Querschnitt hat.
  3. Kern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gerade Kernteil (2) zylindrisch ist und der Wannenboden (3a) den geraden Kernteil (2) über einen Winkel von 180° konzentrisch im Abstand umgibt und in wanneninnenseitig gerade, zueinander parallele Wannenseitenwände (3b) beiderseits des geraden Kernteils (2) übergeht.
  4. Kern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückfluß-Kernteil (3) in zu dem geraden Kernteil (2) senkrechter Ebene außenseitig einen dachförmig abgeschrägten Umriß hat.
  5. Kern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückfluß-Kernteil (3) außenseitig mindestens eine ebene Fläche aufweist.
  6. Kern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückfluß-Kernteil (3) außenseitig mindestens zwei ebene Flächen aufweist, die einander entgegengesetzt und zueinander parallel angeordnet sind.
  7. Kern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) aus zwei identischen Hälften (1') mit in der Mitte des geraden Kernteils (2) senkrecht zu diesem gelegener Stoßebene (S) besteht.
  8. Transformator oder Drossel mit einem Kern (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule(n) (4) als offene, spulenkörperlose Wickel aus dickem Draht ausgeführt sind.
  9. Trannsformator oder Drossel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickdrahtspulen (4) jeweils als flache Einzel- oder Doppelspiralspulen ausgeführt und mehrere von ihnen nebeneinander auf den geraden Kernteil (2) aufgeschoben und untereinander parallel oder in Serie geschaltet sind.
  10. Transformator oder Drossel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallel- oder Serienschaltung außerhalb des von dem Rückfluß-Kernteil (3) umschlossenen Wannenhohlraums vorgenommen ist.
  11. Transformator oder Drossel nach einem der Ansprüche 8 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator bzw. die Drossel derart auf eine Platine aufgesetzt ist, daß er/sie mit dem Wannenrand (3c) des Rückfluß-Kernteils (3) darauf aufliegt.
  12. Transformator oder Drossel nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (4) in einem Langloch der Platine parallel miteinander verbunden sind.
  13. Transformator oder Drossel nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anordnen von Spulen aus Dünndraht auf dem geraden Kernteil (2) ggf. zusammen mit Spulen (4) aus Dickdraht, die Dünndrahtspulen als flache Wickel ausgeführt sind und für jeden diesbezüglichen Dünndrahtwickel jeweils ein flacher Spulenkörper (5) vorgesehen ist, dessen Außenumriß dem Innenumriß des Rückfluß-Kernteils (3) angepaßt ist.
EP95114512A 1994-11-07 1995-09-15 Zweiteiliger Kern aus magnetischem Material Withdrawn EP0710966A2 (de)

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