FI85780B - Magnetkretsanordning foersedd med stroemlindning. - Google Patents

Description

1 85780

Virtakaamilla varustettu magneettipiirilaite. - Magnetkrets- anordning försedd med strömlindning.

Keksinnön kohteena on virtakäämillä varustettu magneettipiirilaite, johon kuuluu magneettisesta levynauhasta käämitty virtakäämi ja erillinen magneettipiiriosa, jonka avulla vir-takäämin synnyttämä magneettikenttä on johdettu käämin magneettisen pituusakselin (käämintäakselin) toisesta päästä sen vastakkaiseen päähän, jolloin magneettista materiaalia oleva virtakäämi muodostaa osan magneettipiiriä.

Tällaisen rakenteen etuna on se, että tavallisessa kuristimessa tai muussa magneettipiirissä käytetty, esim. kuparia oleva käämi voidaan jättää kokonaan pois tai kuparin määrää voidaan olennaisesti vähentää. Tästä johtuen saadaan materiaalikustannukset pienemmiksi.

On tunnettua valmistaa kuristimen tai muuntajan käämi magneettisesta levynauhasta, jolloin sekä virta- että magneettikenttä kulkevat samassa levymateriaalissa (NO-patenttijulkaisu 77209 ja DE-hakemusjulkaisu 2306761). Tällöin virta ja magneettikenttä kulkevat toisiinsa nähden pääasiassa kohtisuorassa suunnassa.

Aikaisemmin tunnettujen rakenteiden epäkohtana on suuri haja-vuo, joka aiheutuu käämin ulkopuolelle tulevien magneettipiirin osien monista liitoskohdista. Suuri hajavuo aiheuttaa sä-teettäisen magneettikentän, joka käämin leveästä nauhasta johtuen synnyttää vaihtovirralla käämiin suuren pyörrevirran ja lisää siten häviöitä. Toinen epäkohta tunnetuissa rakenteissa on se, että magneettivuon tiheys käämin päädyn alueella muuttuu, jolloin magneettipiirin poikkileikkauspinta-ala : : ei tule optimaalisesti hyväksikäytetyksi.

Keksinnön tarkoituksena on näiden epäkohtien poistaminen johtamalla magneettivuo käämin päästä sen toiseen päähän siten, että käämin ulkopuolella olevissa magneettipiirin osissa lii 2 85780 toskohtien lukumäärä on mahdollisimman pieni samalla kun magneettivuon tiheys voidaan optimoida tasaiseksi käämin pään koko alueella.

Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisesti siten, että mainittu magneettipiiriosa muodostuu - magneettivuon kulku-suuntaisessa leikkauksessa nähtynä - enintään kahdesta osasta, ja että käämin pään ja mainitun magneettipiiriosan välinen ilmarako muuttuu käämin säteen suunnassa.

Seuraavassa keksinnön tyypillisimpiä suoritusmuotoja selostetaan lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukaista magneettipiirilaitetta sivulta ja päältä nähtynä.

Kuviot 2 ja 3 esittävät erilaisia käämimuotoja käämintäakse-lin suunnassa nähtynä.

Kuvio 4a esittää käämiä käämintäakselin suunnassa nähtynä ja kuviot 4b ja 4c esittävät kuvan 4a mukaisen käämin erilaisia suoritusmuotoja sivulta nähtynä.

Kuvio 5a esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista laitetta käämintäakselin suuntaisena leikkauksena (leikkaukset A-A kuvioissa 5b ja 5c) ja kuviot 5b ja 5c esittävät kuvion 5a mukaisen laitteen erilaisia muotoiluvaihtoehtoja. Kuviot 5d ja 5e eroavat edellisestä vain siinä, että käämin ulkopuolinen magneettipiirin osa on tehty yhdestä kappaleesta.

Kuviot 6a ja 6b esittävät käämintäakselin suuntaisina leikkauksina (leikkaus B-B kuvioissa 6c ja 6d) käämin ulkopuolisen magneettipiiriosan erilaisia suoritusmuotoja ja kuviot 6c ja 6d esittävät kuvioiden 6a ja 6b mukaisten laitteiden erilaisia muotoiluvaihtoehto ja käämintäakselin suunnassa nähtynä.

3 85780

Kuvio 7a esittää käämintäakselin suuntaisena leikkauksena (leikkaus C-C kuvioissa 7b ja 7c) käämin ulkopuolisen magneettipiiriosan erästä suoritusmuotoa ja kuviot 7b ja 7c esittävät kuvion 7a mukaisen laitteen erilaisia muotoiluvaihtoehtoja käämintäakselin suunnassa nähtynä.

Kuvio 8 esittää ilmaraon muuttamista käämin ulkopuolisen magneettipiirin mitoituksen ja muotoilun avulla.

Kuvio 9 esittää vielä erään suoritusmuotoesimerkin keksinnön mukaisesta laitteesta sivulta nähtynä.

Kuviot 10 ja 11 esittävät keksinnön mukaisessa laitteessa käytettävän kääminauhan poikkileikkausta erilaisina suoritusmuotoina.

Kuviossa 1 on viitenumerolla 1 merkitty osa magneettisesta materiaalinauhasta käämitty käämi. Nauhan leveys (mitta A) on . : sama kuin käämin käämintäakselin suuntainen pituus. Käämi on tässä esimerkissä käämitty ympyrän muotoiseksi. Sopivana materiaalina voidaan käyttää esim. puhdasta rautaa, jolla on suhteellisen pieni ominaisvastus ja hyvät magneettiset ominaisuudet. Käämin ulkopuolelle on asetettu magneettipiiriosat 2, joiden tehtävänä on sulkea käämin 1 kautta kulkeva magneettipiiri. Jos kuvan mukaisesti käämin läpi nauhaa pitkin kulkee virta I, niin virta synnyttää magneettivuon . Havaitaan, että sekä magneettikenttä että virta kulkevat käämin 1 kohdalla samassa materiaalissa. Käämityn levynauhan kierrokset on tietenkin eristetty toisistaan sekä magneettipiirin osista 2. Käämin 1 ja sen ulkopuolisten magneettipiiriosien 2 välinen eristysrako on kuvassa esitetty mitoilla 3. Jos magneettipiiriosat 2 on ladottu levylaminaateista, niin kuvan mukainen rakenne toimii kuristimena vaihto- tai tasavirralla. Käämissä käytettävän levynauhan tulee olla magneettista materiaalia ja virtahäviöiden (= χ r) pienentämiseksi on edullista, jos sen ominaisvastus on pieni. Kääminvastuksen R pie- 4 85780 nentämiseksi magneettinen nauha voidaan tarvittaessa päällystää sähköä hyvin johtavalla kerroksella, kuten alumiini-tai kuparikerroksella (vrt. kuva 10). Päällystäminen voidaan tehdä galvaanisesti, höyrystämällä tai ruiskuttamalla. Käämi voidaan valmistaa myös niin, että magneettisen kääminauhan kanssa käämitään yhtä aikaa alumiini- tai kuparinauha.

Koska keksinnön mukaisessa rakenteessa käämin molemmat päät täytyy sähköisesti eristää muusta magneettipiiristä, niin käämin molempiin päihin muodostuu yleensä ilmaraot, joihin tavallisimmin tulee asettaa eristysaineiset osat. Tästä syystä tämä konstruktio sopii parhaiten sellaisiin magneetti-piireihin, joissa ilmarako on tarpeellinen, kuten esim. kuristimiin.

Kun kääminauha on yhtä leveä kuin käämin käämintäakselin suuntainen pituus, niin ilmarakoja muodostuu vain kaksi, jolloin käytännössä päästään tarpeeksi pieneen ilmaraon suuruuteen ja niiden suuruus on helposti hallittavissa.

Joissakin tapauksissa tarvitaan suuri ilmarako ja silloin voi olla edullista jakaa käämi kahdeksi tai useammaksi peräkkäiseksi käämiosaksi, joiden välissä on ilmarako (kuva 9).

Tässä tapauksessa ovat osakäämit sähköisesti rinnan tai sarjaan kytketyt tai ne voivat olla kytketyt eri virtapiireihin. Kuvan 9 tapauksessa magneettimetallinauhat voivat olla käämityt yhtä aikaa yhteisen eristysainenauhan kanssa, jonka leveys vastaa molempien käämien yhteenlaskettua leveyttä (vrt. kuva 11b).

Magneettikentän johtamiseksi käämin toisesta päästä toiseen päähän tarvittavat magneettipiiriosat voivat olla valmistetut massiivisesta materialista, levypaloista tai rullalle kääritystä levynauhasta, pulverisydänmaterialista tai ferriitistä tai näiden yhdistelmästä. Sopiva materiaali määräytyy pääasiassa siitä, mikä on laitteeseen liitettävän sähkövirran taajuus .

5 85780

Jotta magneettikenttä olisi yhtä suuri ilmaraon 3 jokaisessa kohdassa, on ilmaraon suuruus mitoitettu niin, että raon suuruus muuttuu käämin säteen suunnassa. Tämä saadaan aikaan esim. kuvion 4 mukaisilla käämirakenteilla siten, että käämin muodostavan levynauhan leveys muuttuu käämin säteen suunnassa.

Kuvion 8 mukaisesti tämä on ratkaistu siten, että ulkoisen magneettipiirin se pinta, joka tulee käämin päätä vastaan on kalteva siten, että haluttu tasainen vuon tiheys saavutetaan.

Kuvion 5 tapauksessa käämin ulkopuolinen magneettipiiri on toteutettu asettamalla käämin sivuille kaksi poikkileikkaukseltaan U-muotoista magneettipiirin osaa, joiden U-haarojen päät tulevat vastakkain käämin päissä. Kuvion 5b tapauksessa magneettipiirin osat ovat molemmista päistään suljetun sylin-terinpuolikkaan muotoisia. Magneettipiiri voi muodostua myös useammasta kuin kahdesta osasta, katsottuna vuon suuntaan : nähden poikittaisessa leikkauksessa. Kuvion 5c tapauksessa on . magneettipiiri päältä nähtynä nelikulmion muotoinen, mutta useammasta osasta valmistettuna se voi olla monikulmion muotoinen. Kuvioiden 5a ja 5c mukainen magneettipiiri voidaan valmistaa myös yhtenä renkaanmuotoisena kappaleena, kuten on esitetty kuvissa 5d ja 5e.

Kuvion 6 tapauksessa käämin ulkopuolinen magneettipiiri eroaa kuviosta 5 siinä, että käämin päiden alueella on U-muotoiset osat 4. U-osat voivat olla pyöreitä (kuvio 6c), nelikulmaisia (kuvio 6d) tai niiden välimuotona monikulmaisia.

Kuvion 7 suoritusesimerkissä käämin ulkopuolinen magneetti-piiri muodostuu poikkileikkaukseltaan L-muotoisista osista, jotka on asetettu käämin ulkopuolelle siten, että toinen L-" haara ulottuu pitkin käämin päätyä ja toinen L-haara pitkin käämin sivua. Tällöin ilmarakoja 3 voidaan helposti säätää. Myös tässä tapauksessa voi magneettipiiri olla käämiakselin suunnassa nähtynä pyöreä (kuvio 7b), nelikulmainen (kuvio 7c) 6 85780 tai niiden välimuotona monikulmainen. Kuviossa 7c voi mitta h olla oleellisesti pienempi kuin mitta D.

Jos tällaisia rakenteita käytetään muuntajana, niin toinen käämi voi olla magnetoivana (ensiö) kääminä ja toinen (toisio) voi olla vain magneettipiirin osana, joka vain läpäisee ensiön synnyttämän magneettikentän.

Kuviossa 10 on esitetty kääminauhan erilaisia poikkileikkaus-vaihtoehtoja. Kerros Fe on magneettista materiaalia ja kerros Cu epämagneettista, mutta sähköisesti johtavaa materiaalia. Nämä kerrokset voivat muodostua erillisistä nauhoista, jotka on käämitty yhtä aikaa (kuvio 10a). Kerrokset Fe ja Cu voivat olla myös toistensa päälle galvaanisesti, höyrystämällä tai ruiskuttamalla valmistetut (kuviot 10b ja 10c).

Kuvion 11 tapauksessa on eristysainenauhan 7 päälle kiinnitetty galvaanisesti, höyrystämällä tai ruiskuttamalla yksi tai useampi magneettinen materiaalinauha Fe. Tähän voidaan tietenkin lisätä sähköä johtava kerros samalla tavoin kuin kuvion 10 yhteydessä esitettiin.

Kuvion 11c tapauksessa kaksi magneettista nauhaa on eristetty toisistaan ja ne on käämitty yhtä aikaa. Näin saadaan muodostetuksi kaksi käämiä, jotka voidaan kytkeä sarjaan rinnakkain tai erillisiin virtapiireihin. Tällä rakenteella saadaan käämien välille muodostetuksi myös suuri kapasitanssi. Tätä kapasitanssia voidaan käyttää hyödyksi esim. häiriönpoistoku-ristimissa. Kuvion lld tapauksessa toinen nauhoista on magneettista materiaalia (Fe) ja toinen epämagneettista materiaalia (Cu). Sekä kuvion 11c että lld tapauksessa nauhoja (käämejä) voi olla useampiakin kuin kaksi.

Claims (14)

1. Virtakäämillä varustettu magneettipiirilaite, johon kuuluu magneettisesta levynauhasta käämitty virtakäämi (1) ja erillinen magneettipiiriosa (2), jonka avulla virtakäämin (1) synnyttämä magneettikenttä on johdettu käämin magneettisen pituusakselin (käämintäakselin) toisesta päästä sen vastakkaiseen päähän, jolloin magneettista materiaalia oleva virta-käämi (1) muodostaa osan magneettipiiriä, tunnettu siitä, että mainittu magneettipiiriosa (2, 4) muodostuu -magneettivuon kulkusuuntaisessa leikkauksessa nähtynä - enintään kahdesta osasta, ja että käämin (1) pään ja mainitun magneettipiiriosan (2, 4) välinen ilmarako (3) muuttuu käämin säteen suunnassa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että käämin sivuille on asetettu ainakin kaksi poikkileikkaukseltaan U-muotoista magneettipiirin osaa, jotka käämin päälle asetettuna muodostavat - käämintäakselin suunnassa nähtynä - ympyrän, nelikulmion tai monikulmion muotoisen magneettipiiriosan (kuvat 5a, 5b ja 5c).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että käämin (1) molempia päitä peittää levyn (4) muotoiset magneettipiiriosat, joista ainakin toiseen liittyy levyn (4) kanssa samaa materiaalia olevat yhdysosat (5), jotka kokonaan tai osittain peittävät käämin kehää (kuvat 6a, 6b, 6c ja 6d).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että käämin päihin ja sivuille on asetettu ainakin kaksi poikkileikkaukseltaan L-muotoista magneettipiirin osaa, jotka käämin päälle asetettuna muodostavat - käämintäakselin suunnassa nähtynä - ympyrän, nelikulmion tai monikulmion muotoisen magneettipiiriosan (kuvat 7a, 7b ja 7c).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu β 85780 siitä, että käämin (1) ympärille on asetettu renkaan muotoinen, yhdestä osasta valmistettu magneettipiirin osa (5d, 5e).

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen laite, tunnettu siitä, että käämi on käämitty nauhasta, jonka leveys on sama kuin käämin käämintäakselin suuntainen pituus.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että tasaisen vuontiheyden saamiseksi käämin päähän kääminauhan leveys muuttuu käämin säteen suunnassa (kuvat 4b ja 4c).

7 85780

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että tasaisen vuontiheyden saamiseksi käämin päähän, on ulkoinen magneettipiiriosa (2) muotoiltu siten, että sen ja käämin pään välinen ilmarako (3) kasvaa siirryttäessä käämin ulkokehältä kohti keskustaa (kuvio 8).

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen laite, tunnettu siitä, että kaksi tai useampia käämejä on asetettu peräkkäin yhteiseen magneettipiiriin (kuva 9).

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että käämin sisäpuolelle on asetettu erillinen tai ulkopuolisiin magneettipiirin osiin liittyvä magneettipiirin osa (6) (kuvat 5-9).

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen laite, tunnettu siitä, että kääminauha on muodostettu ainakin kahdesta päällekkäin olevasta tai toisiinsa kiinnitetystä metal-likerroksesta, joista yksi on magneettista metallia ja toinen hyvin sähköä johtavaa metallia (kuvat 10a, 10b ja 10c).

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen laite, tunnettu siitä, että kääminauha on muodostettu käämin levyisestä eristysainenauhasta (7), johon on kiinnitetty yksi magneettinen materiaalikerros tai useampia magneettisia rai- 9 85780 noja vierekkäin (kuvat 11a ja 11b).

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnettu siitä, että magneettisen materiaalikerroksen yhteyteen on lisätty yksi tai useampi epämagneettinen, sähköä hyvin johtava kerros.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukainen laite, tunnettu siitä, että käämi on muodostettu ainakin kahdesta toisistaan eristetystä ja päällekkäin olevasta sekä yhtä aikaa käämitystä, magneettista materiaalia sisältävästä nauhasta tai magneettisesta ja epämagneettisesta nauhasta (kuvat 11c, lld). 10 85780