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Dokumentenidentifikation DE19536267A1 03.04.1997
Titel Induktives elektrisches Bauteil
Anmelder Siemens Matsushita Components GmbH & Co. KG, 81541 München, DE
Erfinder Schön, Manfred, 89520 Heidenheim, DE
Vertreter Fuchs, F., Dr.-Ing., Pat.-Anw., 81541 München
DE-Anmeldedatum 28.09.1995
DE-Aktenzeichen 19536267
Offenlegungstag 03.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse H01F 17/04
IPC-Nebenklasse H01F 21/06   H01F 27/42   
Zusammenfassung Ein abgleichbares induktives elektrisches Bauteil, insbesondere eine Drossel, besteht aus einer auf einem nicht geschlossenen ferromagnetischen oder nichtferromagnetischen Kern (1) angeordneten Wicklung (2). Außerhalb der Wicklung (2) ist ein magnetischer Abgleichstreifen (4) angeordnet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein abgleichbares induktives elektrisches Bauteil, insbesondere Drossel, mit einer auf einem nicht geschlossenen ferromagnetischen oder nichtferromagnetischen Kern angeordneten Wicklung.

Die Induktivität L von Drosseln wird durch die Windungszahl n der Drosselwicklung und durch den magnetischen Widerstand Rmg des in sich geschlossenen magnetischen Kreises folgendermaßen berechnet:

L = n²/Rmg, mit Rmg = l/(µ&sub0;·µrel·A),

wobei l die Länge und A der Querschnitt des magnetischen Kreises sind.

Bei maschinell auf Automaten gefertigten HF-Drosseln mit vorwiegend ferromagnetischen, zylinder- oder spulenförmigen Kernen sind bei der üblichen maschinellen Wickeltechnik nur ganzzahlige Windungszahlen n möglich. Deshalb können, insbesondere bei kleinen Windungszahlen n, die Drosseln nur mit relativ großen, durch die Streuung der Kerneigenschaften und Wickelgeometrie beeinflußten Induktivitätsstreuungen gefertigt werden.

Drosseln mit engeren Induktivitätstoleranzen können nur durch Induktivitätsselektion mit erhöhtem Aufwand, Ausschuß und Fertigungsunsicherheiten bereitgestellt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs genannte induktive Bauteil derart weiterzubilden, daß ein nachträglicher Induktivitätsabgleich durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß außerhalb der Wicklung ein magnetischer Abgleichstreifen angeordnet ist.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß die grobe Induktivitätsvorgabe wie üblich durch die Windungszahl n der Drosselwicklung erfolgt und der Induktivitätsfeinabgleich durch Veränderung des magnetischen Widerstands Rmg im Bereich der äußeren Drosseloberfläche durch den Abgleichstreifen vorgenommen wird.

In vorteilhafter Weise erfolgt der Induktivitätsabgleich durch Querschnittsveränderung des Abgleichstreifens, die zum Beispiel durch induktivitätsgesteuerten mechanischen Abtrag oder durch Abtrag mittels Laserstrahl vorgenommen werden kann.

Zur Vermeidung von Sättigungseffekten durch Scherung des magnetischen Abgleichwiderstands kann zwischen Abgleichstreifen und Kern ein Luftspalt angeordnet werden.

Falls das Bauteil mit einer Umhüllung versehen ist, kann die Umhüllung eine Vertiefung besitzen in welcher der Abgleichstreifen angeordnet ist.

Weiterhin kann der Abgleichstreifen zum Schutz vor mechanischen, induktivitätsverändernden Beschädigungen durch eine nichtferromagnetische Schutzschicht abgedeckt werden.

Gemäß einer Weiterbildung besteht der Abgleichstreifen aus einem nichtferromagnetischem Träger- und Deckmaterial (Kunststoffolie) in dem ein ferromagnetischer Werkstoff eingebettet ist. Diese Ausführungsform eignet sich auch zum Aufbringen auf geschützte oder ungeschützte Wicklungen.

Ferner ist es möglich, auch mehrlagige Abgleichstreifen zu verwenden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.

In der dazugehörenden Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Drossel in Seitenansicht und

Fig. 2 einen Abgleichstreifen.

In der Fig. 1 ist eine Drossel mit einer auf einem nicht geschlossenen (offenen) ferromagnetischen Kern 1 angeordneten Wicklung 2 dargestellt. Die Wicklung 2 ist an Kontaktelemente 3 geführt, die sich an den Stirnflächen des Kerns 1 befinden. Oberhalb des Kerns 1 ist ein Abgleichstreifen 4 angeordnet, der durch einen Luftspalt 5 vom Kern 1 getrennt ist.

In der Fig. 2 ist der Abgleichstreifen 4 in Aufsicht gezeigt. Der Abgleichstreifen 4 besitzt eine Aussparung 6, die eine Querschnittsveränderung bewirkt. Durch Veränderung der Größe der Aussparung 6 läßt sich die Induktivität der Drossel justieren.

Die Drossel kann mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Umhüllung aus einer Preß- oder Spritzmasse versehen sein, wobei der Abgleichstreifen zweckmäßigerweise in einer Vertiefung angeordnet ist.

Der Gesamtwiderstand Rmg(ges) des magnetischen Kreises einer Drossel mit ferromagnetischem, offenem Kern setzt sich folgendermaßen zusammen:

1. Drosseln ohne magnetische Abgleichmöglichkeit

  • a) Rmg(K), magnetischer Widerstand des Kerns;
  • b) Rmg(L), magnetischer Widerstand außerhalb des Kerns im Bereich des Umhüllmaterials und der Luft in der Drosselumgebung, so daß


Rmg(ges) = Rmg(K) + Rmg(L).

2. Drosseln mit magnetischer Abgleichmöglichkeit

  • c) Rmg(K), magnetischer Widerstand des Kerns;
  • d) Rmg(L), magnetischer Widerstand außerhalb des Kerns im Bereich des Umhüllmaterials und der Luft in der Drosselumgebung und
  • e) parallel zu d) geschaltet die Reihenschaltung der magnetischen Widerstände des Abgleichstreifens Rmg(Abgl) und der durch die zwei nichtferromagnetischen Strecken des Luftspalts Rmg(Sp) Rmg(Abgl) + Rmg(Sp), so daß


Rmg(ges) = Rmg(K)+ [Rmg(L)·{Rmg(Abgl)+Rmg(Sp)}]/[Rmg(L)+Rmg(Abgl)+Rmg(Sp)].

Deshalb besteht die Möglichkeit der Induktivitätskorrektur des magnetischen Gesamtwiderstands Rmg(ges) durch die Variation des magnetischen Widerstands des Abgleichstreifens Rmg(Abgl) bei gleichzeitiger Induktivitätskontrolle.

Die Variation von Rmg(Abgl) kann durch das induktivitätsgesteuerte Aufbringen des ferromagnetischen Abgleichstreifens oder durch eine Querschnittsreduzierung des zuvor aufgebrachten Abgleichstreifens durch induktivitätsgesteuerten mechanischen Abtrag oder Abtrag mittels Laserstrahl erfolgen.

Für eine HF-Drossel ergeben sich folgende magnetische Teilwiderstände nach der eingangs angeführten Formel Rmg = l/(µ&sub0;· µrel·A) und den folgenden Parametern:

µ&sub0; = 1,26 10-6 Vs/Am;

Kern: Rmg(K) = 1,3 10&sup6; A/Vs;

µrel = 1000; l = 3,2 mm; A = 1,4·1,4 mm²;

Luft: Rmg(L) = 47,8 · 10&sup6; A/Vs;

µrel = 1; l = 6 mm; A = 10·10 mm²;

Abgleich: Rmg(Abgl) = 133 · 10&sup6; A/Vs;

µrel = 50; l = 2,5 mm; A = 0,2·1,5 mm²;

Spalt: Rmg(Sp) = 249 · 10&sup6; A/Vs

µrel = 1; l = 2,5 mm; A = 2·0,8 mm².

Somit ergibt sich für eine HF-Drossel ohne magnetische Abgleichmöglichkeit ein magnetischer Gesamtwiderstand Rmg(ges) = Rmg(K) + Rmg(L) = (1,3 + 47,8)·10&sup6; A/Vs, so daß Rmg(ges) = 49,1 · 10&sup6; A/Vs.

Für dieselbe HF-Drossel mit Abgleichstreifen (ohne Querschnittsverengung) ergibt sich der magnetische Gesaintwiderstand nach der weiter oben genannten Formel zu Rmg(ges) = 43,8 · 10&sup6; A/Vs.

Durch weitgehenden Abbau des Abgleichstreifens läßt sich Rmg(ges) = 49,1 · 106 A/Vs erreichen, so daß sich folgender maximal möglicher Induktivitäts-Abgleichbereich ergibt ΔL/Lmin={[1/Rmg(min)]-[1/Rmg(max)}/{1/Rmg(max) ≈ 12%.

Eine Induktivitätsveränderung mit Hilfe eines Abgleichstreifens ist auch bei Drosseln mit nichtferromagnetischen Kernen, zum Beispiel bei keramischen Kernen, möglich. Hierbei kann sogar eine noch größere Induktivitätsveränderung erreicht werden.

Bei Drosseln mit Umhüllungen aus Spritz- oder Preßmassen empfiehlt es sich, den Abgleichstreifen in einer rillenförmigen Vertiefung der Umhüllmasse aufzubringen um den magnetischen Widerstand Rmg(Sp) des Luftspalts klein zu halten und um den Abgleichstreifen gegen ungewollte mechanische Beschädigungen sowie der dadurch hervorgerufenen Induktivitätsveränderungen zu schützen.

Durch Lack-, Kunststoff- oder Folienabdeckungen (µrel≈1) kann der Abgleichstreifen ebenfalls geschützt werden.

Bei Drosseln ohne Umhüllmasse, zum Beispiel bei HF-Drosseln mit ferromagnetischem Kern, kann ein ferromagnetischer Abgleichstreifen ebenfalls aufgebracht werden, beispielsweise auf oder zwischen die Lagen von Umhüllfolien, auf oder zwischen die die Wicklung schützenden Lackschichten beziehungsweise auch direkt auf die ungeschützte Wicklung.

Hierbei kann auch vorbereitetes Streifenmaterial aus einem nicht ferromagnetischen Trägerband mit einem ferromagnetischen Auftrag verwendet werden.

Der Induktivitätsabgleich kann dabei durch die bereits beschriebene Querschnittsreduzierung oder auch durch eine Längenveränderung am Abgleichstreifen vorgenommen werden.

Um Sättigungseffekte zu vermeiden, sollte jedoch der ferromagnetische Abgleichstreifen durch Scherung am Luftspalt nur zu einer begrenzten Reduzierung des magnetischen Gesamtwiderstands beitragen.

Ein weitere positive Nebenwirkung des Abgleichstreifens besteht in einer Reduzierung des Streufelds im Bereich des Abgleichstreifens.


Anspruch[de]
  1. 1. Abgleichbares induktives elektrisches Bauteil, insbesondere Drossel, mit einer auf einem nicht geschlossenen ferromagnetischen oder nichtferromagnetischen Kern (1) angeordneten Wicklung (2), dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Wicklung (2) ein magnetischer Abgleichstreifen (4) angeordnet ist.
  2. 2. Induktives elektrisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleichstreifen (4) eine Querschnittsveränderung (6) aufweist.
  3. 3. Induktives elektrisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Abgleichstreifen (4) und Kern (1) ein Luftspalt (5) angeordnet ist.
  4. 4. Induktives elektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil mit einer Umhüllung versehen ist.
  5. 5. Induktives elektrisches Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung eine Vertiefung besitzt in welcher der Abgleichstreifen (4) angeordnet ist.
  6. 6. Induktives elektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleichstreifen (4) durch eine nichtferromagnetische Schutzschicht abgedeckt ist.
  7. 7. Induktives elektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleichstreifen (4) aus einer Kunststoffolie besteht in der ein ferromagnetischer Werkstoff eingebettet ist.






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