EP1898494A2 - Verfahren zur Herstellung einer Magnetanordnung mit einem flachen Magnetkern und derartige Magnetanordnung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Magnetanordnung mit einem flachen Magnetkern und derartige Magnetanordnung Download PDF

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EP1898494A2
EP1898494A2 EP07017183A EP07017183A EP1898494A2 EP 1898494 A2 EP1898494 A2 EP 1898494A2 EP 07017183 A EP07017183 A EP 07017183A EP 07017183 A EP07017183 A EP 07017183A EP 1898494 A2 EP1898494 A2 EP 1898494A2
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EP
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magnetic core
winding
support body
core
width
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EP1898494B1 (de
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Wulf Dr. Günther
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
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    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
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    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
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    • H01F41/06—Coil winding
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    • H01Q7/06—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with core of ferromagnetic material
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    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type  with magnetic core
    • H01F17/045—Fixed inductances of the signal type  with magnetic core with core of cylindric geometry and coil wound along its longitudinal axis, i.e. rod or drum core

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a magnet assembly with a wound flat magnetic core, the magnet assembly and a support body for use in this method.
  • Such magnet arrangements have a magnetic core which carries a conductor winding and can have a high quality, which is interesting for a frequency range from 1 kHz to about 20 MHz and above.
  • the magnet arrangements can serve as antenna rods in RFID (Radio Frequency Identification) systems, anti-theft devices, recognition systems, for wireless energy transmission, for example for recharging accumulators, as well as for information transmission.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • Typical operating frequencies in these applications are approximately 20 to 150 kHz or 13.5 MHz.
  • a corresponding magnetic core is flat and strip-shaped, wherein the thickness is much smaller than the width and this in turn is much smaller than the length of the magnet arrangement or the magnetic core.
  • Typical thicknesses range from fractions of millimeters to a few millimeters, the width is for example between 2 and 30 millimeters and the length is about 10 to 150 millimeters.
  • Nanocrystalline or amorphous materials have the advantage of high saturation magnetization and, as a laminate, high flexibility and mechanical insensitivity.
  • the winding is carried out as a toroidal coil around the core, with the longitudinal axis of the core and toroid coinciding.
  • the winding numbers are typically 10-1000.
  • Particularly flat cores or magnet arrangements are desired, for example with a total thickness of the magnet arrangement in the range of one to a few millimeters.
  • the minimum achievable thickness of the magnet arrangement is composed of the sum of two winding layers (above and below the magnetic core) and the thickness of the magnet core.
  • the problem arises that a very thin magnetic core with a thin insulated conductor as possible must be tight and tight wound.
  • Dodging on strip-shaped ladder, z. B. flat wire or foil is not possible for a given required winding density and conductor cross-section for lack of space.
  • the insulation of the winding conductor during winding or even later during operation is damaged, in particular in the case of electrically conductive magnetic cores, which leads to short-circuits which severely impair the functioning of the magnet arrangement.
  • Flat magnetic cores which consist of laminated ribbons of amorphous magnetic alloys are, for example, from DE 195 13 607 for various applications, for example, for installation in EC cards, known. From the EP 0 762 535 are also correspondingly flat laminated designs with a Leiterbewicklung known.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for producing a magnet arrangement with a flat magnetic core whose width is greater than its height, and with a coil-shaped winding of at least one conductor, in which the magnet assembly without the risk of damage to the winding or the magnetic core to be produced in the flatest possible design.
  • the object is achieved by a method according to claim 1, a magnet assembly according to claim 14 and a support body according to claim 17.
  • a magnetic core with an insulated round wire for example, has a diameter between 0.1 and 0.4 mm wound, the thickness of the magnetic core can be between 0.1 and 1 millimeter.
  • the magnetic core is clamped in a winding machine and rotated about the longitudinal axis for winding. In this case, a certain minimum tensile force is exerted on the winding conductor in order to achieve a tight contact with the magnetic core.
  • it is provided to support the magnetic core by a support body during winding with the conductor and to remove the support body after winding.
  • the support body for example, wound together with the magnetic core and then pulled out of the winding.
  • the parts of the individual turns of the winding projecting beyond the magnet core after withdrawal of the support body are advantageously folded in the longitudinal direction, that is to say in the direction of the coil longitudinal axis or the magnetic core longitudinal axis, against the magnet core with a pivoting movement and fastened there, for example, by means of an adhesive.
  • a support body is advantageously used, which corresponds in width to the dimensions of the magnetic core, wherein the length of the support body may be greater than that of the magnetic core to facilitate a simple clamping in a winding machine. It will be that way, then ensures that during the winding process, the magnetic core is stabilized without the height of the magnet assembly increases. The problem of the extended turns can then be solved as described by folding the windings to the magnetic core.
  • provision may also be made for the supporting body to protrude beyond the magnet core with respect to the width.
  • the support body can then also have a U-shaped contour in cross-section, so that it encloses the magnetic core in a trough-shaped manner on at least one side and thus prevents contact of the winding conductor at least on this side of the magnetic core.
  • the outer contours of the support body may be rounded so that there is no risk of injury to the winding conductor.
  • the support body may also have on the underside facing away from the magnetic core an elevated and extending in the longitudinal direction of the magnetic core web. This ensures increased stability of the arrangement and can be folded or otherwise removed for easier removal of the support body from the finished wound winding, for example, to the support body.
  • the support body after winding and before its removal from the magnetic body by external action with respect to its height and / or width can be reduced. This can be realized, for example, in that the support body is folded or pushed together after winding.
  • the turns either in segments in the same direction or in different directions parallel to the longitudinal axis of the magnetic core folded at this.
  • an adhesive can be applied at the same time to fix the windings or a double-sided adhesive tape can be used to fix the folded turn parts on the magnetic core.
  • a magnet arrangement according to the invention has a flat magnetic core whose width is greater than its height and whose length is substantially greater than its width, and a coil-shaped winding with a winding conductor, the turns of the conductor being at least 30% of the thickness of the conductor Magnet core (corresponding to twice the minimum thickness of the support body) are longer than the smallest possible spiral winding of the magnetic core corresponds and wherein the winding parts per turn on the top and bottom of the magnetic core against each other in the direction of the longitudinal axis of the magnetic core abut against this.
  • the magnetic properties of the arrangement are not affected by the described design of the winding.
  • the magnet assembly according to the invention if the core is a laminate of different only a few microns thick amorphous or nanocrystalline magnetic materials, highly flexible, without this would adversely affect during the manufacturing process. Due to the anisotropy of the laminated core, the change in the shape of the winding also does not practically affect the direction of the magnetization.
  • This arrangement is particularly advantageous when the magnetic core is less than 2 millimeters thick. It is even more advantageous if the magnetic core is less than 1 millimeter thick.
  • the invention further relates to a support body for use in the method described above.
  • the support body can be designed as a so-called coincident construction, for example, consisting of two part bodies, which moves after winding against each other so be that reduce the effective height and / or width of the support body and the support body or its individual parts can be easily removed.
  • the support body can also be provided to produce the support body from a material with so-called temperature memory, such that the support body at a first temperature, when joined together with the magnetic core, takes up more space than at a second temperature. The winding then takes place at the first temperature, then the temperature is changed to the second temperature and pulled out the support body.
  • Figure 1 shows a magnetic core 1, on which a winding 2 is wound. This is done by the magnetic body 1, as indicated by the arrow 3, is rotated about its longitudinal axis. He is to rotatably mounted in two camps 4, 5.
  • a tensile force is exerted on the conductor 6 of the winding 2 in the direction of the arrow F in order to achieve a tight-fitting winding.
  • the magnetic body 1 is simultaneously deformed in the direction of the force F, so that it bends during its rotation in this direction. This damages the stability of the magnetic core and can lead to its destruction.
  • FIG. 2 shows the magnetic body 1, which is supported by a support body 7.
  • the support body 7 consists of two parts, a base body 8 and a connection body 9, whereby the support body after the application of the winding 10 are more easily pulled out of this and the connection body 9 can be separated from the support body.
  • a one-piece design of the support body is also possible, but worse to pull out at longer windings.
  • It can also additional fasteners for the core are provided on the support body, these are not shown in the drawing for the sake of simplicity.
  • the support body 7 is rotatably clamped in bearings at its two ends 11, 12, so that the magnet body 1 and the support body 7 can rotate together about a longitudinal axis 13 for applying the winding 10.
  • FIG. 3 shows a top view of a support body 7 which protrudes slightly beyond the magnetic core 1 with respect to the width B in order to prevent the conductor from contacting the lower edges of the magnetic core during winding.
  • the width of the support body 7 can also coincide exactly with the width of the magnetic core 1 when required.
  • FIG. 4 shows a support body 7 or a part 8 of the support body which has been pulled out of the winding 10 in the direction of the arrow 14 so that parts 15, 16 of turns of the winding 10 now protrude beyond the magnet core 1.
  • FIG. 5 shows that the segments 17, 18 of the winding 10 have been treated differently.
  • the protruding parts of the turns of the segment 17 of the winding 10 are in the direction of the arrow 19, the turns of the segment 18 of the winding 10 are folded in the direction of the arrow 20 to the magnetic core 1 by pivoting and fixed there by means of an adhesive.
  • the various dimensions of the windings, the magnetic core and the support body can be related to each other.
  • the angle ⁇ which include the oblique parts of the turns with the longitudinal axis 13 of the magnetic core, may be less than 70 °.
  • the symmetry axis of each individual turn is no longer parallel to the longitudinal axis of the magnetic core.
  • the effect is, however, justifiable, even for ferrite cores.
  • laminated cores having a shape anisotropy in the direction of the longitudinal axis and material permeabilities of more than 1000 behave particularly advantageously, since in them the magnetization is conducted into the tape layers of the laminate, so that the skew of the windings has virtually no influence on the direction the magnetization has. It is important that the lamination of the laminate along the width and length of the magnetic core extends as shown in Figure 5 rudimentary.
  • FIG. 7 shows a support body, which consists of two part bodies 21, 22, which are assembled wedge-shaped in plan view.
  • the first part body 21 is moved in the direction of the arrow 23 and the second part body 22 in the direction of the arrow 24.
  • they are in the area in which they rest against each other, by means of a web and a groove, as shown in Figure 8, adapted to each other.
  • FIG. 9 Another variant of this is shown in FIG. 9 in a plan view and FIG. 10 in a longitudinal section.
  • the magnetic core 1 is shown in each case together with a first part body 25 and a second part body 26, which also fit together in a wedge shape, but in the longitudinal sectional plane, as shown in Figure 10.
  • These partial bodies can also be pulled apart after the application of the winding in the direction of the arrows 27, 28 to reduce the height of the support body.
  • FIG. 11 shows, in cross-section, a support body 29 which supports the magnetic core 1 for applying the winding. After applying the winding, the temperature of the constellation is changed.
  • the support body 29 is made of a material having a so-called temperature memory, so that the body automatically assumes different shapes at different temperatures.
  • the supporting body 29 then assumes, after the winding and at the second temperature, the shape shown in Figure 12 in cross-section, so that the overall height of the assembly is reduced and the support body 29 can be easily pulled out of the winding in the longitudinal direction of the magnetic core 1.
  • FIG. 13 shows a magnetic core 1 with a two-part support body 30, 31, wherein the first part body 30 of the support body has a U-shape in cross-section, wherein the individual limbs of the U-shape in cross-section in the direction of Width of the magnetic core 1 run. Between the legs of the first part body 30 is a gap in which the second part body 31 is partially immersed.
  • the two partial bodies 30, 31 together have approximately the width of the magnetic core and can be fixed in this constellation against each other, for example by means of a screw.
  • the fixation can be solved and the second part body 31 can be further inserted into the first part body 30, so that the width of the constellation of the support body decreases and this the winding can be easily pulled out.
  • the invention thus provides an easy-to-use method for producing a magnet arrangement, in which the magnetic core itself is stressed as little as possible mechanically during winding, without the quality of the winding suffering therefrom, and in which the magnet arrangement has a minimal volume.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Magnetanordnung mit einem flachen Magnetkern (1), dessen Breite größer ist als seine Höhe, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Magnetkern durch einen Stützkörper (8) während der Bewicklung mit einem Leiter gestützt wird, dass nach der Bewicklung der Stützkörper entfernt wird und dass danach die Wicklung (2, 10) soweit angeklappt wird, dass sie auf beiden Flachseiten des Magnetkerns anliegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Magnetanordnung mit einem bewickelten flachen Magnetkern, die Magnetanordnung sowie einen Stützkörper zur Verwendung bei diesem Verfahren.
  • Derartige Magnetanordnungen weisen einen Magnetkern auf, der eine Leiterwicklung trägt und eine hohe Güte haben kann, was für einen Frequenzbereich von 1 kHz bis etwa 20 MHz und darüber interessant ist. Beispielsweise können die Magnetanordnungen als Antennenstäbe bei RFID- (Radio Frequency Identification) Systemen, Diebstahlssicherungen, bei Erkennungssystemen, zur drahtlosen Energieübertragung, beispielsweise zur Aufladung von Akkumulatoren, sowie zur Informationsübertragung dienen. Typische Arbeitsfrequenzen in diesen Einsatzgebieten liegen bei ca. 20 bis 150 kHz oder bei 13,5 MHz.
  • Ein entsprechender Magnetkern ist flach und streifenförmig, wobei die Dicke sehr viel kleiner als die Breite und diese wiederum sehr viel kleiner als die Länge der Magnetanordnung beziehungsweise des Magnetkerns ist. Typische Dicken reichen dabei von Bruchteilen von Millimetern bis zu einigen Millimetern, die Breite liegt beispielsweise zwischen 2 und 30 Millimetern und die Länge liegt bei etwa 10 bis 150 Millimeter.
  • Als Material für die entsprechenden Magnetkerne kommen einerseits Ferrite in Frage, andererseits jedoch auch laminierte dünne Streifen amorphen oder nanokristallinen Magnetmaterials. Nanokristalline oder amorphe Materialien haben den Vorteil einer hohen Sättigungsmagnetisierung und als Laminat zudem eine hohe Biegbarkeit und mechanische Unempfindlichkeit.
  • Die Bewicklung wird als Toroid-Spule um den Kern ausgeführt, wobei die Längsachse von Kern und Toroid zusammenfallen. Die Wicklungszahlen betragen typisch 10-1000. In vielen Fällen sind besonders flache Kerne beziehungsweise Magnetanordnungen erwünscht, beispielsweise mit einer Gesamtdicke der Magnetanordnung im Bereich von einem bis wenigen Millimetern. Die minimal erreichbare Dicke der Magnetanordnung setzt sich aus der Summe zweier Wicklungslagen (oberhalb und unterhalb des Magnetkerns) und der Dicke des Magnetkerns zusammen. Bei besonders flachen Bauformen stellt sich das Problem, dass ein sehr dünner Magnetkern mit einem möglichst dünnen isolierten Leiter eng und straff bewickelt werden muss. Das Ausweichen auf streifenförmige Leiter, z. B. Flachdraht oder Folie ist mangels Raum bei einer bestimmten geforderten Wicklungsdichte und Leiterquerschnitt nicht möglich. Es besteht also die Gefahr, dass insbesondere bei elektrisch leitenden Magnetkernen die Isolierung des Wicklungsleiters beim Bewickeln oder auch später im Betrieb beschädigt wird, wodurch es zu Kurzschlüssen kommt, welche die Funktionsweise der Magnetanordnung stark beeinträchtigen.
  • Auch wenn dieses Problem beherrscht werden könnte, kommt das weitere Problem hinzu, dass bei der Bewicklung der Wicklungsleiter ziemlich straff auf den Magnetkern gewickelt werden muss, so dass auf diesen während der Bewicklung unerwünschte Lateralkräfte wirken, die ihn verformen. Dies macht eine zuverlässige Bewicklung ohne das Risiko einer Beschädigung und mit der gewünschten Genauigkeit nahezu unmöglich.
  • Flache Magnetkerne, die aus laminierten Bändern von amorphen magnetischen Legierungen bestehen, sind beispielsweise aus der DE 195 13 607 für verschiedene Anwendungen, beispielsweise auch für den Einbau in EC-Karten, bekannt. Aus der EP 0 762 535 sind ebenfalls entsprechend flache laminierte Bauformen mit einer Leiterbewicklung bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren zum Herstellen einer Magnetanordnung mit einem flachen Magnetkern, dessen Breite größer ist als seine Höhe, und mit einer spulenförmigen Bewicklung aus wenigstens einem Leiter anzugeben, bei der die Magnetanordnung ohne die Gefahr von Beschädigungen der Wicklung oder des Magnetkerns in möglichst flacher Bauform hergestellt werden soll.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, eine Magnetanordnung gemäß Patentanspruch 14 sowie einen Stützkörper gemäß Patentanspruch 17 gelöst.
  • Es wird dabei ein Magnetkern mit einem isolierten Runddraht, der beispielsweise einen Durchmesser zwischen 0,1 und 0,4 Millimeter aufweist, bewickelt, wobei die Dicke des Magnetkerns zwischen 0,1 und 1 Millimeter betragen kann. Der Magnetkern wird in eine Wickelmaschine eingespannt und um die Längsachse zum Bewickeln gedreht. Dabei wird eine bestimmte Mindestzugkraft auf den Wicklungsleiter ausgeübt, um ein straffes Anliegen an den Magnetkern zu erreichen. Um nun während des Wickelvorgangs den Magnetkern zu stabilisieren, ohne seine spätere Bauhöhe unnötig zu vergrößern, ist vorgesehen, den Magnetkern durch einen Stützkörper während der Bewicklung mit dem Leiter zu stützen und nach der Bewicklung den Stützkörper zu entfernen.
  • Dabei kann der Stützkörper beispielsweise gemeinsam mit dem Magnetkern bewickelt und danach aus der Wicklung herausgezogen werden. Die nach dem Herausziehen des Stützkörpers über den Magnetkern frei hinausstehenden Teile der einzelnen Windungen der Wicklung werden vorteilhaft in Längsrichtung, das heißt in Richtung der Spulenlängsachse beziehungsweise der Magnetkernlängsachse, an den Magnetkern mit einer Schwenkbewegung angeklappt und dort beispielsweise mittels eines Klebers befestigt.
  • Bei dem Verfahren wird vorteilhaft ein Stützkörper verwendet, der bezüglich der Breite den Ausmaßen des Magnetkernes entspricht, wobei die Länge des Stützkörpers größer sein kann als die des Magnetkerns um eine einfache Einspannung in eine Wickelmaschine zu erleichtern. Es wird auf diese Weise also erreicht, dass während des Wickelungsvorgangs der Magnetkern stabilisiert ist, ohne dass die Bauhöhe der Magnetanordnung zunimmt. Das Problem der verlängerten Windungen kann dann wie beschrieben durch das Anklappen der Windungen an den Magnetkern gelöst werden.
  • Soll zusätzlich noch die Gefahr der Verletzung der Wicklungsleiterisolation an den Kanten des Magnetkerns verringert werden, so kann auch vorgesehen sein, dass der Stützkörper bezüglich der Breite über den Magnetkern hinaussteht.
  • Der Stützkörper kann dann auch im Querschnitt eine u-förmige Kontur aufweisen, so dass er auf wenigstens einer Seite den Magnetkern wannenförmig einschließt und somit ein Anliegen des Wicklungsleiters zumindest auf dieser Seite des Magnetkerns verhindert. Die Außenkonturen des Stützkörpers können derart abgerundet sein, dass dort eine Verletzung des Wicklungsleiters nicht zu befürchten ist.
  • Der Stützkörper kann auch auf der dem Magnetkern abgewandten Unterseite einen erhöhten und in Längsrichtung des Magnetkerns verlaufenden Steg aufweisen. Dieser sorgt für erhöhte Stabilität der Anordnung und kann zur leichteren Entfernung des Stützkörpers aus der fertig gewickelten Wicklung beispielsweise an den Stützkörper anklappbar oder in anderer Weise entfernbar sein.
  • Es kann auch vorteilhaft sein, wenn der Stützkörper nach der Bewicklung und vor seiner Entfernung von dem Magnetkörper durch äußere Einwirkung bezüglich seiner Höhe und/oder Breite verkleinert werden kann. Dies kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, dass der Stützkörper nach der Bewicklung zusammengeklappt oder zusammengeschoben wird.
  • Nach dem Herausziehen des Stützkörpers aus der Wicklung werden die Windungen entweder segmentweise in dieselbe Richtung oder in unterschiedliche Richtungen parallel zur Längsachse des Magnetkerns an diesen angeklappt. Dabei kann gleichzeitig ein Kleber aufgebracht werden, um die Windungen zu fixieren oder es kann ein doppelseitiges Klebeband verwendet werden, um die angeklappten Windungsteile auf dem Magnetkern zu fixieren.
  • Eine erfindungsgemäße Magnetanordnung hat als Ergebnis des gesamten Herstellungsverfahrens einen flachen Magnetkern, dessen Breite größer ist als seine Höhe und dessen Länge wesentlich größer ist als seine Breite, und eine spulenförmige Bewicklung mit einem Wicklungsleiter, wobei die Windungen des Leiters um wenigstens 30 % der Dicke des Magnetkerns (entspricht der doppelten minimalen Dicke des Stützkörpers) länger sind als es der engstmöglichen spiraligen Bewicklung des Magnetkerns entspricht und wobei die Windungsteile je einer Windung an der Ober- und Unterseite des Magnetkerns gegeneinander in Richtung der Längsachse des Magnetkerns versetzt an diesem anliegen.
  • Die magnetischen Eigenschaften der Anordnung werden durch die beschriebene Gestaltung der Wicklung nicht beeinträchtigt. Die erfindungsgemäße Magnetanordnung ist, wenn der Kern als Laminat aus verschiedenen nur wenige µm dicken amorphen oder nanokristallinen Magnetwerkstoffen besteht, hochflexibel, ohne dass sich dieses nachteilig während des Herstellungsprozesses auswirken würde. Durch die Anisotropie des laminierten Kerns wirkt sich auch die Formänderung der Wicklung praktisch nicht auf die Richtung der Magnetisierung aus. Besonders vorteilhaft ist diese Anordnung, wenn der Magnetkern weniger als 2 Millimeter dick ist. Noch vorteilhafter ist es, wenn der Magnetkern weniger als 1 Millimeter dick ist.
  • Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Stützkörper zur Verwendung bei dem oben beschriebenen Verfahren. Der Stützkörper kann dabei als sogenannte zusammenfallende Konstruktion ausgeführt sein, beispielsweise aus zwei Teilkörpern bestehend, die nach dem Bewickeln gegeneinander so bewegt werden, dass sich die effektive Höhe und/oder Breite des Stützkörpers verringern und der Stützkörper bzw. seine Einzelteile leicht entfernt werden können.
  • Es kann auch vorgesehen werden, den Stützkörper aus einem Material mit sogenanntem Temperaturgedächtnis herzustellen, derart, dass der Stützkörper bei einer ersten Temperatur, wenn er mit dem Magnetkern zusammengefügt ist, mehr Raum beansprucht als bei einer zweiten Temperatur. Die Bewicklung findet dann bei der ersten Temperatur statt, danach wird die Temperatur auf die zweite Temperatur geändert und der Stützkörper herausgezogen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:
    • Figur 1
    einen beim Bewickeln verformten Magnetkern,
    Figur 2
    einen durch einen Stützkörper stabilisierten Magnetkern,
    Figur 3
    einen Magnetkern mit einem Stützkörper in einer Draufsicht,
    Figur 4
    das Abziehen eines Stützkörpers von einem Magnetkern,
    Figur 5
    das Abklappen verschiedener Wicklungsteile auf einen Magnetkern zu verschiedenen Richtungen,
    Figur 6
    schematisch einen Magnetkern mit zwei Windungen zur Verdeutlichung der Maße und Winkel,
    Figur 7
    schematisch einen Stützkörper, der aus mehreren Teilen besteht und bezüglich der Breite verkleinert werden kann,
    Figur 8
    einen Stützkörper wie in Figur 7 im Querschnitt,
    Figur 9
    einen Magnetkern mit einem Stützkörper in Draufsicht,
    Figur 10
    die Konstellation wie in Figur 9 im Längsschnitt,
    Figur 11
    einen Magnetkern und einen Stützkörper im Querschnitt,
    Figur 12
    die Konstellation aus Figur 11 nach Verformung des Stützkörpersund
    Figur 13
    einen Magnetkern und einen Stützkörper im Querschnitt.
  • Figur 1 zeigt einen Magnetkern 1, auf den eine Wicklung 2 aufgewickelt wird. Dies geschieht indem der Magnetkörper 1, wie durch den Pfeil 3 angedeutet, um seine Längsachse gedreht wird. Er ist dazu in zwei Lagern 4, 5 drehbar gelagert. Während des Bewickelns des Magnetkerns wird auf den Leiter 6 der Wicklung 2 in Richtung des Pfeils F eine Zugkraft ausgeübt um eine stramm sitzende Wicklung zu erzielen. Durch diese Kraft wird gleichzeitig der Magnetkörper 1 in Richtung der Kraft F verformt, so dass er sich während seiner Drehung in diese Richtung hin durchbiegt. Dies schadet der Stabilität des Magnetkerns und kann bis zu dessen Zerstörung führen.
  • Figur 2 zeigt den Magnetkörper 1, der durch einen Stützkörper 7 gestützt ist. Der Stützkörper 7 besteht dabei aus zwei Teilen, einem Basiskörper 8 und einem Anschlusskörper 9, wodurch der Stützkörper nach dem Aufbringen der Wicklung 10 aus dieser leichter herausgezogen werden und der Anschlusskörper 9 von dem Stützkörper getrennt werden kann. Jedoch ist eine einteilige Ausführung des Stützkörpers ebenso möglich, jedoch bei längeren Wicklungen schlechter herauszuziehen. Es können auch noch zusätzliche Befestigungselemente für den Kern am Stützkörper vorgesehen werden, diese sind der Einfachheit halber jedoch nicht in der Zeichnung gezeigt. Der Stützkörper 7 ist insgesamt an seinen beiden Enden 11, 12 drehbar in Lagern eingespannt, so dass sich der Magnetkörper 1 und der Stützkörper 7 gemeinsam um eine Längsachse 13 zum Aufbringen der Wicklung 10 drehen können.
  • Die Figur 3 zeigt in einer Draufsicht einen Stützkörper 7, der bezüglich der Breite B über den Magnetkern 1 etwas hinausragt, um beim Bewickeln eine Berührung des Leiters mit den unteren Kanten des Magnetkerns zu verhindern. Es kann die Breite des Stützkörpers 7 jedoch auch bei Bedarf genau mit der Breite des Magnetkerns 1 übereinstimmen.
  • Die Figur 4 zeigt einen Stützkörper 7 beziehungsweise einen Teil 8 des Stützkörpers, der in Richtung des Pfeils 14 aus der Wicklung 10 herausgezogen worden ist, so dass jetzt Teile 15, 16 von Windungen der Wicklung 10 über den Magnetkern 1 nach unten hinausstehen.
  • In der Figur 5 ist dargestellt, dass die Segmente 17, 18 der Wicklung 10 unterschiedlich behandelt worden sind. Die überstehenden Teile der Windungen des Segmentes 17 der Wicklung 10 sind in Richtung des Pfeils 19, die Windungen des Segmentes 18 der Wicklung 10 sind in Richtung des Pfeils 20 an den Magnetkern 1 durch Schwenken angeklappt und dort mittels eines Klebstoffs befestigt worden.
  • Es ist auch denkbar, dass noch mehr Segmente mit unterschiedlichen Abklapprichtungen gebildet werden. Grundsätzlich können jedoch auch alle Windungen der Wicklungen zu derselben Seite in Längsrichtung beziehungsweise Axialrichtung des Magnetkerns 1 geklappt werden.
  • Anhand der Figur 6 lassen sich die verschiedenen Abmessungen der Windungen, des Magnetkerns und des Stützkörpers in Beziehung zueinander setzen. Zunächst bedeuten in der Zeichnung a die Höhe des Magnetkerns, w die Höhe des Stützkörpers, d den Durchmesser des Wicklungsleiters, b den Abstand der Windungen an der Oberfläche des Magnetkerns, x den Abstand der Windungen senkrecht zu ihrem Verlauf an den Schmalseiten des Magnetkerns und γ den Winkel zwischen der Längsachse 13 des Magnetkerns und den Windungen der Wicklung im Bereich der Schmalseiten des Magnetkerns.
  • Dabei gilt: x = b + d ⋅ a + d / a + w + d ) - d
    Figure imgb0001
  • Ein komplettes Verkippen der Windungen bis zum Aufliegen auf der Unter- und Oberseite des Magnetkerns ist nur dann möglich, wenn der Abstand b zwischen zwei Windungen auf der Oberfläche des Magnetkerns ausreichend groß ist. Als Mindestwert für b ergibt sich, wenn x = 0 gesetzt wird: b = w / a / d + 1
    Figure imgb0002
  • Der Winkel γ, den die schrägen Teile der Windungen mit der Längsachse 13 des Magnetkerns einschließen, kann kleiner als 70° sein. Dadurch ist die Symmetrieachse jeder einzelnen Windung nicht mehr parallel zur Längsachse des Magnetkerns. Der Effekt ist jedoch vertretbar, selbst für Feritkerne. Besonders vorteilhaft verhalten sich unter diesen Bedingungen laminierte Kerne, die eine Formanisotropie in Richtung der Längsachse und Materialpermeabilitäten von mehr als 1000 aufweisen, da bei diesen die Magnetisierung in die Bandlagen des Laminats geleitet wird, so dass die Schrägstellung der Windungen praktisch keinen Einfluss auf die Richtung der Magnetisierung hat. Wichtig hierzu ist, dass die Schichtung des Laminats entlang der Breite und Länge des Magnetkerns verläuft wie in Figur 5 ansatzweise dargestellt.
  • Figur 7 zeigt einen Stützkörper, der aus zwei Teilkörpern 21, 22 besteht, die in der Draufsicht keilförmig zusammengesetzt sind. Um die Breite des Stützkörpers 21, 22 zu verringern, wird der erste Teilkörper 21 in Richtung des Pfeils 23 und der zweite Teilkörper 22 in Richtung des Pfeils 24 bewegt. Um eine verlässliche Führung der beiden Teilkörper aneinander zu erzielen, sind diese in dem Bereich, in dem sie aneinander anliegen, mittels eines Steges und einer Nut, wie in Figur 8 dargestellt, aneinander angepasst. Hierdurch ist nach dem Aufbringen der Bewicklung verlässlich eine Verringerung der Breite und damit das Herausziehen des Stützkörpers aus der Wicklung möglich.
  • Eine andere Variante hierzu zeigt die Figur 9 in einer Draufsicht und die Figur 10 in einem Längsschnitt. Dort ist jeweils der Magnetkern 1 dargestellt gemeinsam mit einem ersten Teilkörper 25 und einem zweiten Teilkörper 26, die ebenfalls keilförmig zusammenpassen, jedoch in der Längsschnittebene, wie sie in Figur 10 dargestellt ist. Auch diese Teilkörper können nach dem Aufbringen der Bewicklung in Richtung der Pfeile 27, 28 zur Verringerung der Höhe des Stützkörpers auseinandergezogen werden.
  • In der Figur 11 ist im Querschnitt ein Stützkörper 29 dargestellt, der den Magnetkern 1 zum Aufbringen der Wicklung abstützt. Nach dem Aufbringen der Wicklung wird die Temperatur der Konstellation geändert. Der Stützkörper 29 ist aus einem Material hergestellt, das ein sogenanntes Temperaturgedächtnis besitzt, so dass der Körper bei unterschiedlichen Temperaturen verschiedene Formen selbsttätig annimmt. Der Stützkörper 29 nimmt dann nach der Bewicklung und bei der zweiten Temperatur, die in der Figur 12 dargestellte Form im Querschnitt an, so dass die Gesamthöhe der Anordnung verringert wird und der Stützkörper 29 leicht in Längsrichtung des Magnetkerns 1 aus der Wicklung herausgezogen werden kann.
  • Figur 13 zeigt einen Magnetkern 1 mit einem zweiteiligen Stützkörper 30, 31, wobei der erste Teilkörper 30 des Stützkörpers im Querschnitt eine U-Form aufweist, wobei die einzelnen Schenkel der U-Form im Querschnitt in Richtung der Breite des Magnetkerns 1 verlaufen. Zwischen den Schenkeln des ersten Teilkörpers 30 befindet sich ein Zwischenraum, in den der zweite Teilkörper 31 teilweise eintaucht. Die beiden Teilkörper 30, 31 weisen zusammen in etwa die Breite des Magnetkerns auf und können in dieser Konstellation gegeneinander fixiert sein, beispielsweise mittels einer Schraube.
  • Nachdem die Wicklung auf den Magnetkern 1 und den Stützkörper 30, 31 aufgebracht worden ist, kann die Fixierung gelöst werden und der zweite Teilkörper 31 kann in den ersten Teilkörper 30 weiter eingeschoben werden, so dass sich die Breite der Konstellation des Stützkörpers verringert und dieser aus der Wicklung leicht herausgezogen werden kann.
  • Durch die Erfindung wird somit ein einfach zu handhabendes Verfahren zur Herstellung einer Magnetanordnung bereitgestellt, bei dem der Magnetkern selbst mechanisch während der Bewicklung möglichst gering beansprucht wird, ohne dass darunter die Qualität der Bewicklung leidet, und bei dem die Magnetanordnung ein minimales Volumen besitzt.

Claims (17)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Magnetanordnung mit einem flachen Magnetkern (1), dessen Breite größer ist als seine Höhe, bei dem der Magnetkern (1) während der Bewicklung mit einem Leiter durch einen Stützkörper (7, 8, 9, 21, 22, 25, 26, 29, 30, 31) gestützt wird, nach der Bewicklung der Stützkörper entfernt wird und danach die Wicklung (2, 10) so weit angedrückt wird, dass sie auf beiden Flachseiten des Magnetkerns anliegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Stützkörper (7, 8, 9, 21, 22, 25, 26, 29, 30, 31) gemeinsam mit dem Magnetkern (1) bewickelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Stützkörper (7, 8, 9, 21, 22, 25, 26, 29, 30, 31) dieselbe Breite aufweist wie der Magnetkern (1).
  4. Verfahren nach Anspruch 2,bei dem der Stützkörper (7, 8, 9, 21, 22, 25, 26, 29, 30, 31) eine größere Breite aufweist als der Magnetkern (1).
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Stützkörper (7, 8, 9, 21, 22, 25, 26, 29, 30, 31) die Schmalseiten des Magnetkerns (1) wenigstens teilweise überdeckt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Stützkörper (7, 8, 9, 21, 22, 25, 26, 29, 30, 31) im Querschnitt eine U-Form aufweist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem der Stützkörper (7, 8, 9, 21, 22, 25, 26, 29, 30, 31) auf seiner dem Magnetkern (1) abgewandten Unterseite einen erhöhten, in Längsrichtung des Magnetkerns verlaufenden Steg aufweist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem der Stützkörper (7, 8, 9, 21, 22, 25, 26, 29, 30, 31) nach der Bewicklung und vor seiner Entfernung durch äußere Einwirkung bezüglich seiner Höhe und/oder Breite verkleinert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem ein nach Art einer zusammenfallenden Konstruktion mehrteilig aufgebauter Stützkörper (21, 22, 25, 26, 30, 31) nach der Bewicklung zusammengeklappt oder zusammengeschoben wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, bei dem nach der Entfernung des Stützkörpers die über den Magnetkern (1) hinausragenden Windungsteile (15, 16) in Richtung der Kernlängsachse (13) auf den Magnetkern(1) geschwenkt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem alle Längsabschnitte (17, 18) der Wicklung (2, 10) in dieselbe Richtung geschwenkt werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem verschiedene Längsabschnitte (17, 18) der Wicklung (2, 10) in entgegengesetzte Richtungen geschwenkt werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12,bei dem nach dem Schwenken der Wicklungsteile auf den Magnetkern (1) diese mittels eines Klebstoffs auf dem Magnetkern (1) befestigt werden.
  14. Magnetanordnung mit einem flachen Magnetkern (1), dessen Breite größer ist als seine Höhe, und einer spulenförmigen Wicklung (2, 10) mit wenigstens einem Leiter, bei der die Windungen des Leiters um wenigstens 30 % der Dicke des Kerns länger sind als bei der engstmöglichen Bewicklung des Magnetkerns (1) und die Windungsteile (15, 16) der verlängerten Windungen an der Ober- und Unterseite des Magnetkerns jeweils gegeneinander in Richtung der Spulenlängsachse (13) versetzt anliegen.
  15. Magnetanordnung nach Anspruch 14, bei der der Magnetkern (1) weniger als zwei Millimeter dick ist.
  16. Magnetanordnung nach Anspruch 14 oder 15,bei der die Windungen an der Ober- und Unterseite des Magnetkerns mittels eines Klebstoffs befestigt sind.
  17. Stützkörper zur Verwendung bei dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 mit einen im Querschnitt u-förmigen ersten Teilkörper (30), zwischen dessen Schenkeln ein zweiter Teilkörper (31) soweit einschiebbar ist, dass beide Teilkörper zusammen im Querschnitt in Längsrichtung der Schenkel der U-Form eine Ausdehnung aufweisen, die mindestens der Breite des Magnetkerns (1) entspricht, wobei die beiden Teilkörper (30, 31) lösbar gegeneinander fixierbar sind und wobei der zweite Teilkörper (31) soweit zwischen die Schenkel des ersten Teilkörpers (30) einschiebbar ist, wobei die Ausdehnung des Stützkörpers im Querschnitt in Längsrichtung der Schenkel auf ein Maß unterhalb der Breite des Magnetkerns verringerbar ist.
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