SE504591C2

SE504591C2 - Inductive component

Info

Publication number: SE504591C2
Application number: SE9504203A
Authority: SE
Inventors: Arne Lindqvist
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 1997-03-10
Also published as: WO1997019457A1; JP2000501235A; SE9504203L; SE9504203D0; EP0862782A1; AU7715796A

Abstract

The invention relates to an inductive component having a relay and inductor function. According to the invention, one and the same magnetic circuit is used for both the relay and the inductor function. The inductive component includes a fixed part (22, 32, 52) and a movable part (21, 31, 51) with an air gap (24, 44, 53) therebetween, and further includes a coil having two windings. The first winding is adapted to receive a strong current and therewith attract the movable part towards the fixed part, therewith providing the relay function, whereas the other winding is adapted to receive a weak current that will not influence the position of the movable part, such as to provide the inductor function.

Description

10 15 20 A25 504 591 2 inte påverkas och luftgapet förblir oförändrat. När uppfinningen i stället skall användas som relä släpps en stark ström genom den andra lindningen, varvid den rörliga delen dras mot den fixa delen och luftgapet minskas till noll. Luftgapet kan med fördel göras V-format för att öka arean och därmed minska reluktansen “V-format” bör inte för att öka ihopdragningskraften. Begreppet 'tolkas strikt, utan inkluderar alla V-liknande former, inklusive konen. 10 15 20 A25 504 591 2 not affected and the air gap remains unchanged. When the invention instead should be used as a relay a strong current is passed through the second winding, the moving part being pulled towards the fixed one the part and the air gap are reduced to zero. The air gap can with advantage made V-shaped to increase the area and thereby reduce the reluctance "V-format" should not to increase the contractile force. The concept 'is interpreted strictly, but includes all V-like forms, including konen.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar ett principiellt schema över hur relä och induktor ser ut i en linjekrets idag.DESCRIPTION OF FIGURES Figure 1 shows a basic diagram of how the relay and inductor looks in a line circle today.

Figur 2a och b visar det magnetiska flödet i luftgap med olika vinklar.Figures 2a and b show the magnetic flux in the air gap with different angles.

Figur 3a och b visar en sidovy över en utföringsform av uppfin- ningen. Figur 3c visar en detaljbild över en variant av figur 3b.Figures 3a and b show a side view of an embodiment of the invention. ningen. Figure 3c shows a detailed view of a variant of figure 3b.

Figur 4a och b visar en perspektivvy och ett snitt av en annan utföringsform av uppfinningen.Figures 4a and b show a perspective view and a section of another embodiment of the invention.

Figur 5a och b visar en planvy av ytterligare en utföringsform av uppfinningen.Figures 5a and b show a plan view of a further embodiment of the invention.

Samtliga luftgap i figurerna är överdrivna för tydlighetens skull.All air gaps in the figures are exaggerated for the sake of clarity sake.

FÖREDRAGEN UTFöRINGsFoRM I figur 1 visas ett principiellt schema över hur en del av en linjekrets är uppbyggd idag. Relät 1 arbetar i början och slutet av en uppkoppling och vilar däremellan. Induktorn 2 däremot ar- betar mellan upp- och nedkoppling, d v s den tiden som relät 1 vilar. 10 15 20 25 30 3 504 591 Enligt uppfinningen kombineras relä- och induktorfunktionen i samma komponent och i samma magnetkrets. Detta är framför allt möjligt genom att använda band av ferromagnetiskt amorft material. De banden har mycket bra magnetiska egenskaper och det blir låga förluster i dem. De är bäst lämpade för att lindas.PREFERRED EMBODIMENT Figure 1 shows a schematic diagram of how a part of a line circuit is built today. Relay 1 works at the beginning and end of a connection and rests in between. The inductor 2, on the other hand, operates between connection and disconnection, ie the time as relay 1 rests. 10 15 20 25 30 3 504 591 According to the invention, the relay and inductor function are combined in same component and in the same magnetic circuit. This is above all possible by using ferromagnetic amorphous bands material. The tapes have very good magnetic properties and that become low losses in them. They are best suited for wrapping.

Den kombinerade relä- och induktorkomponenten omfattar bl a en spole 20, 30, 50 med två lindningar. I den ena lindningen flyter en svag ström när man vill använda komponenten som induktor och i den andra lindningen flyter en stark ström när man vill an- vända komponenten som relä. Dessutom omfattar komponenten en fix del 22, 32, 52 och en rörlig del 21, 31, 51 med ett luftgap 24, 44, 53 emellan för reläfunktionen.The combined relay and inductor component includes one coil 20, 30, 50 with two windings. In one winding floats a weak current when you want to use the component as an inductor and in the second winding a strong current flows when you want to use turn the component as a relay. In addition, the component includes a fix part 22, 32, 52 and a movable part 21, 31, 51 with an air gap 24, 44, 53 in between for the relay function.

Kraften som krävs för att dra ihop delarna är proportionell mot reluktansen, varför reluktansen bör vara så liten som möjligt.The force required to contract the parts is proportional to the reluctance, so the reluctance should be as small as possible.

Reluktansen i. ett luftgap är proportionell mot tjockleken av luftgapet genom arean. Därför är det bäst att ha så stor area som möjligt i luftgapet pà ett relä. Experiment visar att det i praktiken fungerar bäst med ett V-liknande luftgap 10 - se fig 2a - med omkring 45° lutning mot flödesriktningen 12. Symmetrin gör att delarna 15, 16 dras ihop rakt. I normala fall korsar det magnetiska flödet 12 luftgapet 10 under rät vinkel mot luftgapets kant 11, men om man försöker göra en alltför spetsig vinkel, som i fig 2b, måste det magnetiska flödet 12 teoretiskt göra en tvär sväng (den prickade linjen 14). Det händer i prak- tiken inte, utan luftgapet 10 passeras i en vinkel nära 45° mot den tidigare flödesriktningen 12 i alla fall (den heldragna linjen 13), varför luftgapet 10 upplevs som bredare än det är och alltså hopdragningskraften blir mindre.The reluctance of an air gap is proportional to the thickness of the air gap through the area. That is why it is best to have such a large area as possible in the air gap on a relay. Experiments show that in the practice works best with a V-like air gap 10 - see fig 2a - with about 45 ° inclination to the flow direction 12. Symmetry causes the parts 15, 16 to be pulled straight together. In normal cases crosses the magnetic flux 12 the air gap 10 at right angles to air gap edge 11, but if one tries to make one too pointed angle, as in Fig. 2b, the magnetic flux 12 must theoretically make a sharp turn (dotted line 14). It happens in practice not, but the air gap 10 is passed at an angle close to 45 ° to the previous flow direction 12 in any case (the solid one) line 13), which is why the air gap 10 is perceived as wider than it is and thus the contractile force becomes less.

I en utföringsform, visad i fig 3a och b är ett ferromagnetiskt amorft band 27 med tjockleken 10-40 pm och bredden 5 mm lindat 10 15 20 25 504 591 4 till en rektangulär magnetkärna 23 av 8 mm tjocklek. Kärnan 23 är uppskuren med laser till tvâ luftgap 24, 25. Laser används därför att de olika bandvarven då svetsas samman. Annars blir man tvungen att fästa ihop bandvarven med någon sorts fästämne i luftgapen 24, 25.In one embodiment, shown in Figs. 3a and b is a ferromagnetic amorphous strip 27 with a thickness of 10-40 μm and a width of 5 mm wound 10 15 20 25 504 591 4 to a rectangular magnetic core 23 of 8 mm thickness. The core 23 is laser cut to two air gaps 24, 25. Laser is used because the different belt turns are then welded together. Otherwise, stay you had to fasten the tape turns with some kind of fastener in the air gap 24, 25.

Det ena luftgapet 24 är V-format med omkring 45° vinkel mot huvudflödesriktningen 29 och det är här som reläfunktionen utförs. Det andra luftgapet 25 skärs rakt. Eftersom luftgapet 25 har mindre area än det V-formade luftgapet 24 kommer luft- gapet 25 att röra sig mycket mindre under switchningen än det V-formade luftgapet 24 och fungerar därför som ett slags gång- järn. För att förbättra gàngjärnsfunktionen. kan. man utforma luftgapet 24 som en tunn kil med spetsen inåt, vilket visas i fig 3c.One air gap 24 is V-shaped at about a 45 ° angle to the main flow direction 29 and this is where the relay function performed. The second air gap 25 is cut straight. Because the air gap 25 has a smaller area than the V-shaped air gap 24, the air the gap 25 to move much less during the switching than that V-shaped air gap 24 and therefore functions as a kind of iron. To improve the hinge function. can. to design the air gap 24 as a thin wedge with the tip inwards, as shown in Fig. 3c.

Slutligen är en spole 20 med tvá lindningar anordnad någonstans runt magnetkärnan 23, vilket är schematiskt visat i fig 3b.Finally, a coil 20 with two windings is arranged somewhere around the magnetic core 23, which is schematically shown in Fig. 3b.

En annan utföringsform visas i fig 4a och b. Det V-formade luftgapet är här utvidgat till tre dimensioner och bildar en konliknande form, vilket ger en större luftgapsarea. Genom att symmetrin är utökad en dimension fås dessutom bättre stabili- tetsegenskaper.Another embodiment is shown in Figs. 4a and b. The V-shaped the air gap is here expanded to three dimensions and forms one cone-like shape, giving a larger air gap area. By symmetry is extended one dimension is also obtained better stability properties.

Den fixa delen 32 är tillverkad av tre ferromagnetiska amorfa band 35, 36, 37. Tvà av banden 35, 36 är nästan lika breda, medan det tredje bandet 37 är väsentligen smalare än de andra tvà banden 35, 36. De tvá breda banden 35, 36 är lindade runt en stödpinne 46a och varandra till en cylinder 34 med en plan yt- terände 38 och en trappstegsformad innerände 67. Det bredare av banden 36 är lindat ytterst. Kant i kant med den plana änden 38 är sedan det smala bandet 37 lindat till en fläns 37. 10 15 20 25 30 5 504 591 Den rörliga delen 31 är tillverkad av fyra ferromagnetiska amor- fa band 39, 40, 41, 42. Två av banden 39, 40 är nästan lika breda och det tredje bandet 41 är väsentligen smalare än de första tvà banden 39, 40. Det fjärde bandet 42 beskrivs nedan.The fixed part 32 is made of three ferromagnetic amorphous bands 35, 36, 37. Two of the bands 35, 36 are almost as wide, while the third band 37 is substantially narrower than the others the two bands 35, 36. The two wide bands 35, 36 are wound around one support pin 46a and each other to a cylinder 34 with a flat surface end 38 and a stepped inner end 67. The wider of the straps 36 are wound outwardly. Edge to edge with the flat end 38 is then the narrow band 37 wound into a flange 37. 10 15 20 25 30 5,504,591 The movable part 31 is made of four ferromagnetic amorphous fa bands 39, 40, 41, 42. Two of the bands 39, 40 are almost equal wide and the third band 41 is substantially narrower than those first two bands 39, 40. The fourth band 42 is described below.

De två breda banden 39, 40 är lindade runt en stödpinne 46b och varandra till en cylinder 33 med en plan ytterände 43 och en trappstegsformad “innerände 66. Det smalare av banden 40 är lindat ytterst. Kant i kant med den plana änden 43 är sedan det smala bandet 41 lindat till en fläns 41. Slutligen är ett hölje 42 lindat kant i kant med den plana änden 43. Höljet 42 omfattar det fjärde bandet 42 som är ungefär lika brett som den samman- lagda bredden av de två cylindrarna 33, 34.The two wide bands 39, 40 are wound around a support pin 46b and each other to a cylinder 33 with a flat outer end 43 and a step-shaped “inner end 66. The narrower of the straps 40 is wrapped at the end. Edge to edge with the flat end 43 is then narrow band 41 wound into a flange 41. Finally, a casing 42 wound edge to edge with the flat end 43. The housing 42 comprises the fourth band 42 which is approximately as wide as the laid the width of the two cylinders 33, 34.

Cylindern 34 i den fixa delen 32 och cylindern 33 i den rörliga delen 31. är komplementära i. sina trappstegsformade innerändar 66, 67 och när den rörliga delen 31 anordnas runt den fixa delen 32 bildas ett konliknande stegformat luftgap 44 mellan inner- ändarna 66, 67. Om man drar linjer längs kanterna på stegen i luftgapet 44 fås en riktig kon 49. Det är lämpligt att den så bildade konen 49 betraktad i planet genom cylindrarnas centrum- linje 47 bildar en vinkel på omkring 4S° med huvudflödesrikt- ningen 48.The cylinder 34 in the fixed part 32 and the cylinder 33 in the movable one part 31. are complementary in. their stepped inner ends 66, 67 and when the movable part 31 is arranged around the fixed part 32, a cone-like stepped air gap 44 is formed between the inner ends 66, 67. If you draw lines along the edges of the steps in the air gap 44 is given a real cone 49. It is suitable that it so formed the cone 49 viewed in the plane through the center of the cylinders. line 47 forms an angle of about 4S ° with the main flow direction 48.

Dessutom är diametern pà den fixa delens fläns 37 nästan lika stor som innerdiametern pà den rörliga delens hölje 43, så att en smal luftspalt bildas däremellan.In addition, the diameter of the flange 37 of the fixed part is almost equal large as the inside diameter of the movable part housing 43, so that a narrow air gap is formed in between.

Slutligen är en spole 30 med två lindningar anordnad runt de tvà cylindrarna 33, 34, vilket är schematiskt visat i figur 4b. An- slutningstràdarna till spolen 30 går igenom ett inte visat hål eller urtag, anordnat någonstans i den fixa delen 31. Om hålet inte är alltför stort så stör det inte det magnetiska flödet alltför mycket. Om man vill få relät monostabilt anbringas en 10 15 20 ;25 504 591 6 fjäder 45 i den ena änden av spolen. Denna fjäder 45 trycker isär delarna 31, 32. För styrning och för att hålla delarna 31, 32 på plats är ett inte visat plasthölje e dyl anbringat runt delarna 31, 32.Finally, a coil 30 with two windings is arranged around the two the cylinders 33, 34, which is schematically shown in Figure 4b. An- the closing threads of the spool 30 pass through a hole (not shown) or recess, arranged somewhere in the fixed part 31. About the hole is not too large it does not interfere with the magnetic flux too much. If you want to get the relay monostable, one is mounted 10 15 20 ; 25 504 591 6 spring 45 at one end of the spool. This spring 45 presses apart the parts 31, 32. For steering and for holding the parts 31, 32 in place, a plastic cover (not shown) or the like is applied around parts 31, 32.

Stödpinnarna 46a, 46b kan vara tillverkade av t ex plast eller koppar, bara materialet är omagnetiskt. Istället för att linda banden runt en stödpinne kan man linda dem runt luften, som ju också är ett omagnetiskt material. Det inses också lätt att man skulle kunna utöka antalet band/steg i cylindrarna.The support pins 46a, 46b can be made of, for example, plastic or copper, only the material is non-magnetic. Instead of wrapping the straps around a support stick you can wrap them around the air, as of course is also a non-magnetic material. It is also easy to realize that one could increase the number of bands / steps in the cylinders.

Ytterligare en utföringsform visas i fig 5a och b. Ferromagne- tiskt amorft material lämpar sig bäst till lindning eftersom det är så hårt.A further embodiment is shown in Figs. 5a and b. amorphous material is best suited for winding because it is so hard.

Det gàr också att t ex stansa, men verktygen nöts mycket fort, sä det är inte särskilt ekonomiskt. Om man inte har så höga krav på de magnetiska egenskaperna, i synnerhet inte pà att induktordelen skall klara höga frekvenser, så kan man istäl- let välja t ex stansad plåt som material. Detta ger större flex- ibilitet i utformningen.It is also possible to punch, for example, but the tools are worn very fast, so it is not very economical. If you do not have such high demands on the magnetic properties, especially not on that the inductor part must be able to handle high frequencies, you can let choose eg punched sheet metal as material. This provides greater flexibility. ibility in the design.

Det omdiskuterade V-formade luftgapet behöver inte vara strikt V-format. Man kan planparallellt förskjuta V-ts spetsparti utåt längs huvudflödesriktningen. Detta gör att luftgapet delas upp i tre partier med smala springor emellan. Denna konstruktion ger en ökad dragkraft vid stora luftgap. Alternativt kan V-ts spets- parti planparallellt förskjutas inåt så att luftgapet istället ges en mer W-liknande form.The controversial V-shaped air gap does not have to be strict V-format. The tip portion of the V-T can be displaced outwards in parallel along the main flow direction. This causes the air gap to be divided into three sections with narrow gaps in between. This construction provides an increased traction at large air gaps. Alternatively, the V-tip batch plane parallel is displaced inward so that the air gap instead is given a more W-like shape.

I figur 5a är den fixa delen 52 utformad som ett E, med tre ben 54, 55, 56. De yttre benen 54, 56 är raka och det mittre benet 55 är i ytteränden 57 V-format med spetsen utåt. Spetspartiet 57b av V-t är planparallellt förskjutet utát längs huvudflödes- riktningen 63. Den rörliga delen 51 omfattar ett ben 60 och en 10 15 7 504 591 tvärskänkel 64. Tvärskänkeln 64 är nästan lika bred som avstän- det mellan den fixa delens yttre ben 54, 56, så att smala luft- gap bildas mellan tvärskänkeln 64 och den fixa delens yttre ben 54, 56. Den rörliga delens ben 60 är komplementärt utformad mot den fixa delens mittre ben 55 och bildar tillsammans med detta ett rakt mittenben 62 (se fig 5b). De sidor av den fixa delens mittre ben 55 och de sidor av den rörliga delens ben 60 som inte är parallella med huvudflödesriktningen 63 har en lutning på omkring 45° mot huvudflödesriktningen 63. Mellan den fixa delen 52 och den rörliga delen 51 bildas ett luftgap 53abc. Slutligen är en spole 50 med tvá lindningar anordnad runt det bildade raka mittenbenet 62, vilket är schematiskt visat i figuren.In Figure 5a, the fixed part 52 is designed as an E, with three legs 54, 55, 56. The outer legs 54, 56 are straight and the middle leg 55 is at the outer end 57 V-shaped with the tip facing outwards. The leading party 57b of V-t is offset parallel to the plane parallel to the main flow direction 63. The moving part 51 comprises a leg 60 and a 10 15 7,504,591 transverse leg 64. The transverse leg 64 is almost as wide as the spacer between the outer legs 54, 56 of the fixed part, so that narrow air gaps are formed between the cross leg 64 and the outer leg of the fixed member 54, 56. The legs 60 of the movable member are complementary to the middle leg 55 of the fixed part and forms together with it a straight middle leg 62 (see Fig. 5b). The sides of the fixed part middle legs 55 and the sides of the movable part legs 60 which do not are parallel to the main flow direction 63 has a slope of about 45 ° to the main flow direction 63. Between the fixed part 52 and the movable part 51 an air gap 53abc is formed. Finally is a coil 50 with two windings arranged around the formed straight line the middle leg 62, which is schematically shown in the figure.

Som variation kan ytteränden 57 pà fixa delens mittre ben vara V-format med spetsen inåt. Spetspartiet 57b av V-t kan i bägge fallen vara planparallellt förskjutet både inåt och utåt. Inte visat i figuren är den yttre styrmekanik i form av t ex plast- ringar som krävs.As a variation, the outer end 57 of the fixing middle leg may be V-shape with the tip inwards. The tip portion 57b of the V-t can in both the cases are displaced parallel to the plane both inwards and outwards. Not shown in the figure is the external control mechanism in the form of e.g. required.

Claims

10 15 20 25 504 591 8 PATENT REQUIREMENTS

Inductive component with relay and inductor function, characterized by a magnetic core comprising a fixed part (22, 32, 52) and a movable part (21, 31, 51) with an air gap (24, 44, 53). ) between, on the one hand, a coil (20, 30, 50) with two windings arranged around the magnetic core, that the first winding is arranged to receive a strong current and thereby attract the moving part to movement towards the fixed part which gives the relay function, and that it the second winding is arranged to receive a weak current which does not affect the position of the moving part which gives the inductor function.

Inductive component according to claim 1, characterized in that the magnetic core (23) comprises a band (27) wound into a rectangular shape, which core (23) is cut into air gaps (24, 25) in two places.

Inductive component according to claim 2, characterized in that one air gap (24) is V-shaped seen from the side and arranged in a side (26) of the rectangular magnetic core (25) (23), and that it the second air gap is substantially straight shaped and arranged in an opposite side (28) perpendicular to the side (28).

Inductive component according to claim 3, characterized in that the V-shaped air gap (24) forms angles of about 45 ° with the main flow direction (29).

Inductive component according to one of Claims 2 to 4, characterized in that the straight air gap (25) is designed as a thin wedge with the tip facing the interior of the rectangular core (23).

Inductive component according to one of Claims 2 to 5, characterized in that the air gaps (24, 25) are laser cut. 10 15 20 '25 30 9 504 591

Inductive component according to claim 1, characterized in that the fixed part (32) comprises on the one hand a cylinder (34) with a flat outer end (38) and a stepped inner end (67), which cylinder (34) is wound by at least two different wide bands (35, 36) around a non-magnetic material (46a) and each other, partly a flange (37) wound by a narrow band (37) around the cylinder (34) edge to edge with the flat outer end (38), that the movable part (31) comprises on the one hand a cylinder (33) with a flat outer end (43) and a stepped inner end (66), which cylinder (33) is wound by at least two different wide bands around one (4sb) (39, 40 ) partly a flange (41) (33) of non-magnetic material and each other, wound by a narrow band (41) around the cylinder edge to edge with the flat outer end (43), partly a housing (42) comprising a band (42) approximately as wide as the total width of the two cylinders (33, 34), which band (42) is wound around the flange (41) edge to edge with the flat outer end (43), to cylinder the members (33, 34) are complementary in their stepped inner ends (66, 67) in that the housing (42) of the movable part is arranged around the fixed part (32) with the cylinders (33, 34) along a common center line (47), the air gap (44) being formed between the complementary, stepped inner ends (66, 67) of the cylinders, that the diameter of the flange (37) of the fixed part is almost equal to the inner diameter of the housing (43) of the movable part, the movable part (31) can move along the center line (47) of the cylinders freely relative to the fixed part (32), and that the coil (30) is arranged around the cylinders (33, 34) inside the housing (43), which housing (42) comprises a hole or recesses for passing the coil (30) connecting wires.

Inductive component according to claim 7, characterized in that when the air gap (44) is viewed in a plane through the cylinders, the angles obtained between the main flow center line (47), A25 504 591 10 are the direction (48) and aimed lines (49) between the steps in the air gap (44) about 45 °.

Inductive component according to one of Claims 7 to 8, characterized in that the coil (30) comprises a spring (45) at one end for pressing the fixed part (32) and the movable part (31) apart. .

Inductive component) according to one of Claims 7 to 9, characterized in that the non-magnetic material air. (46a, 46b) is

Inductive component according to one of Claims 7 to 9, characterized in that the non-magnetic material (46a, 46b) is plastic or copper.

Inductive component according to one of Claims 2 to 11, characterized in that the band (27) or the bands (35, 36, 37, 39, 40, 41, 42) are of ferromagnetic amorphous material.

Inductive component according to claim 1, characterized in that the fixed part (52) is E-shaped with two outer straight legs (54, 56) and a middle leg (55), which in the outer end (svb) (57) is V-shaped with the tip portion of Vt displaced parallel to the plane along the main flow direction (63), and that the movable part (51) comprises on the one hand a transverse leg (64), which is almost as long as the distance between the outer legs (54, the fixed part 56), partly a leg (60) complementary to the middle leg (55) of the fixed part and together with this leg (55) forms a straight middle leg (62) with the air gap (53) for the relay function, the coil (50) being arranged around the straight middle leg (62).

Inductive component according to claim 13, characterized in that the sides of the middle leg (55) of the fixed part and the sides 11 504 591 of the legs (60) of the movable part which are not parallel to the main flow direction (63) have an inclination of about 45 ° to the main flow direction (63).

Inductive component according to one of Claims 13 to 14, characterized in that the material of the core (51, 52) is punched sheet metal.

An inductive component according to any one of claims 13-14, characterized in that the material of the core (51, 52) is punched ferromagnetically amorphous material.