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Dokumentenidentifikation DE69533505T2 20.01.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000744757
Titel GLEICHSTROMDROSSEL
Anmelder Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki, Kitakyushu, Fukuoka, JP
Erfinder TOMINAGA, Ryuichirou, Kitakyushu-shi, Fukuoka 806, JP;
IWABUCHI, Noriaki, Kitakyushu-shi, Fukuoka 806, JP;
ZENKE, Michihiko, Kitakyushu-shi, Fukuoka 806, JP
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 28209 Bremen
DE-Aktenzeichen 69533505
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 07.12.1995
EP-Aktenzeichen 959393927
WO-Anmeldetag 07.12.1995
PCT-Aktenzeichen PCT/JP95/02508
WO-Veröffentlichungsnummer 0096018198
WO-Veröffentlichungsdatum 13.06.1996
EP-Offenlegungsdatum 27.11.1996
EP date of grant 15.09.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.01.2005
IPC-Hauptklasse H01F 27/24
IPC-Nebenklasse H01F 37/00   

Beschreibung[de]
[Technisches Gebiet]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleichstromdrossel, bei der, da ein Fluß, der von der Gleichstromdrossel erzeugt wird, nicht in das Innere des Permanentmagneten eindringt, ein Wirbelstromverlust abnimmt, und selbst wenn ein großer Strom plötzlich durch die Spule fließt, wird der Permanentmagnet nicht entmagnetisiert, wobei die Drosseln preiswerte Permanentmagnete mit niedrigerer Koerzitivkraft als dem SmCo-System benutzen können, beispielsweise das Nd-Fe-B-System. Die Erfindung betrifft auch Gleichstromdrosseln, bei der die Querschnittsfläche des Kerns verringert werden kann und die für das Miniaturisieren geeignet sind, wobei der magnetische Fluß innerhalb des Kerns aufgrund wechselseitiger Auslöschung eines vorbelastenden magnetischen Flusses, gebildet durch die Permanentmagnete, und eines magnetischen Flusses, gebildet durch die Spule, die in entgegengesetzten Richtungen laufen, absinken kann.

[Hintergrundtechnik]

Herkömmlicherweise verwenden sogenannte Gleichstromdrosseln Permanentmagnete, um die magnetische Vorbelastung zur Verfügung zu stellen. Als eine solche Drossel wird eine Gleichstromdrossel vorgeschlagen, welche einen E-förmigen Kern und einen I-förmigen Kern benutzt, wobei der E-förmige Kern ein mittleres Bein hat, auf das eine Spule gewickelt ist und das niedriger liegt als die Seitenbeine und bei der die Seitenbeine durch den I-förmigen Kern überbrückt sind, während bewirkt wird, daß Permanentmagnete magnetische Vorbelastung liefern, die in einem magnetischen Spalt zwischen dem mittleren Bein des E-förmigen Kerns und dem I-förmigen Kern generiert wird. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Sho 46–37 128 offenbart. Mit dieser Art einer Gleichstromdrossel jedoch, da die Magnete in den Spalt eingesetzt sind, muß ein bestimmtes magnetisches Material benutzt werden, welches beim Aufgeben des magnetischen Flusses, der von der Spule gebildet wird, keine Entmagnetisierung zeigt. Auch, weil die Induktanz der Gleich-stromdrossel größer wird, wenn der Spalt verringert wird, macht ein verringerter Spalt den Magneten dünner, behindert die Herstellung und bewirkt, daß Entmagnetisierung häufiger auftritt. Demgemäß sollte streng gefordert werden, daß der Magnet dicker ist als lang, da es einige Möglichkeit eines großen Stromes gibt. Dies kann den sich ergebenden Spalt vergrößern, auch die Querschnittsfläche des Kerns vergrößern und eine größere Drossel erfordern. Ein weiterer Nachteil, dem man bei den Drosseln des Standes der Technik gegenübersteht, liegt darin, daß wenn Magnete mit hoher Koerzitivkraft, so wie Seltenerd-Magnete, benutzt werden, um die Entmagnetisierung auszuschalten, ein vergrößerter Wirbelstrom innerhalb des Magneten aufgrund dessen geringem inhärenten Widerstand auftreten kann.

Eine verbesserte Gleichstromdrossel ist in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. Sho 50-30 047 offenbart, wobei der Permanentmagnet der zuvor genannten Gleichstromdrossel aus einer Vielzahl von Permanentmagneten besteht. Bei dieser Gleichstromdrossel jedoch, obwohl das Problem, was die Wirbelstromverluste betrifft, gelöst werden kann, bleibt das Problem der Entmagnetisierung ungelöst, was somit die Herstellungskosten aufgrund des Zusammenbauens der Vielzahl der Permanentmagnete erhöht.

Eine weiter verbesserte Gleichstromdrossel ist in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 4-84405 offenbart. Diese Gleichstromdrossel weist eine Anregungsspule auf, die auf dem mittleren Bein eines E-förmigen Kerns eines EI-förmigen Kerns vorgesehen ist, einen Spalt, der zwischen jeweiligen Endabschnitten des mittleren Beins und beiden Beinen des E-förmigen Kerns und eines I-förmigen Kerns definiert ist, magnetisch vorbelastende Permanentmagnete, die an entsprechenden Außenflächen des E-förmigen Kerns angeordnet sind und entlang ihrer Dicke in einer solche Weise magnetisiert sind, daß ihre gegenüberliegenden Abschnitte eine entgegengesetzte Polarität haben, und ein Joch, das auf der Außenfläche jedes Permanentmagneten vorgesehen ist, so daß er in Kontakt mit einer entsprechenden Kante des I-förmigen Kerns ist. Bei dieser Art einer Gleichstromdrossel, da der magnetische Fluß, der von der Spule gebildet wird, nicht in die Permanentmagnete fließt, wird keine Entmagnetisierung mehr stattfinden. Die Drossel leidet jedoch an einem anderen Problem dahingehend, daß der magnetische Fluß, der von den Permanentmagneten gebildet wird, und der magnetische Fluß, der von der Spule gebildet wird, derart sind, daß sie sich in dieselbe Richtung entweder rechts oder links vom E-förmigen Kern erstrecken, während sie sich auf der anderen Seite in entgegengesetzte Richtungen erstrecken, so daß sie bewirken, daß der naheliegende Kern in derselben Richtung leicht gesättigt wird.

In der US 3 968 465 ist eine Induktorvorrichtung offenbart, welche eine magnetische Schaltung zur Verfügung stellt, welche aus weichmagnetischen Material hergestellt ist, und Endflächen, welche einen Spalt in der Schaltung definieren, eine Spule, die um einen Teil der magnetischen Schaltung gelegt ist, und eine Vielzahl von Permanentmagnetstücken oder eine Permanentmagnetplatte, die in dem Spalt zwischen den beiden Endflächen angeordnet ist. Die magnetische Einrichtung, die in dem Spalt angeordnet ist, kann die gesamte Querschnittsfläche der magnetischen Schaltung oder nur einen Teil des Querschnittes abdecken, jedoch ist die permanentmagnetische Einrichtung immer dem entmagnetisierenden Feld ausgesetzt, welches von der Spule induziert wird.

In der JP-A-54-152 957 ist eine Drossel offenbart, welche eine Kernstruktur aufweist, bei der ein vorbelastender magnetischer Fluß durch nur einen einstückigen Permanentmagneten erzeugt wird, welcher nahe an der Kernstruktur positioniert ist.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleichstromdrossel zur Verfügung zu stellen, bei der die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können, welche auch die Entmagnetisierung von Permanentmagneten ausschalten kann, das Auftreten von Sättigung jeglichen magnetischen Flusses innerhalb des Kerns unterdrückt und die Größe und Herstellungskosten verringert.

[Offenbarung der Erfindung]

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Gleichstromdrossel eine Kerstruktur mit zwei einander gegenüberliegenden Kernen, mit einem magnetischen Spalt, der dazwischen definiert ist, um eine geschlossene magnetische Schaltung zu bilden, eine Spule, die um einen oder beide der Kerne der Kernstrukturen gewickelt ist, und ein Paar vorbelastender Permanentmagnete, die auf der Kernstruktur vorgesehen sind, wobei die Verbesserung eine Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Flusses aufweist, um zu bewirken, daß der vorbelastende Fluß, der von den Permanentmagneten induziert wird, und der magnetische Fluß, der von der Spule erzeugt wird, in entgegengesetzte Richtungen strömt, und eine Umleitungseinrichtung, um den vorbelastenden Fluß, der von den Permanentmagneten erzeugt wird, in den magnetischen Spalt zu zwingen. Weiterhin weist die Kernstruktur einen E-förmigen Kern und einen I-förmigen Kern auf, wobei der magnetische Spalt zwischen dem mittleren Bein des E-förmigen Kerns und des I-förmigen Kerns definiert ist, wobei die Spule auf oder um das mittlere Bein des E-förmigen Kerns gewickelt ist und die Permanentmagnete in eine rechtwinklige Form gebildet sind und an den beiden Seiten des mittleren Beins des E-förmigen Kerns vorgesehen sind. Bei einer solchen Anordnung werden der magnetische Fluß, der von der Spule induziert wird, und der magnetische Fluß, der von den Permanentmagneten gebildet wird, in dem magnetischen Spalt aufgeteilt, so daß es für die Gleichstromdrossel möglich wird, Entmagnetisierung in den Permanentmagneten auszuschalten.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Permanentmagnete der verbesserten Gleichstromdrossel, die oben angesprochen ist, jeweils aus einem plattenförmigen Permanentmagneten aufgebaut, dermaßen magnetisiert, daß jede seiner Längsrichtungen und die Richtung der Dicke zwei Pole auf jeder Seite bildet, während die neutrale Linie dieses Permanentmagneten in Übereinstimmung mit der Mittellinie des magnetischen Spaltes gebracht wird und auf den beiden Außenflächen der Kernstruktur angeordnet ist. Bei einer solchen Anordnung, da der magnetische Fluß, der von der Spule erzeugt wird, nicht durch das Innere des Permanentmagneten fließt, wird der Permanentmagnet nicht länger entmagnetisiert, wobei erzwungen wird, daß der vorbelastende magnetische Fluß, der von dem Permanentmagneten gebildet wird, und der magnetische Fluß, der von der Spule erzeugt wird, in entgegengesetzte Richtungen laufen und somit ausgelöscht werden, mit dem Ergebnis, daß der magnetische Fluß innerhalb des Kerns abnimmt, was es für den Kern möglich macht, daß er im Vergleich zu einem Kern, bei dem keine vorbelastenden Magnete eingesetzt werden, eine verringerte Querschnittsfläche haben kann.

[Kurzbeschreibung der Zeichnungen]

1 ist ein Schaubild, das eine Prinzip-Querschnittsansicht einer Gleichstromdrossel gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

2 ist ein Schaubild, das eine Prinzip-Querschnittsansicht einer Gleichstromdrossel gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

3 ist ein Schaubild, das eine Prinzip-Querschnittsansicht einer Gleichstromdrossel gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

4 ist ein Schaubild, das eine Prinzip-Querschnittsansicht einer Gleichstromdrossel gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

5 ist ein Schaubild, das eine Prinzip-Querschnittsansicht einer Gleichstromdrossel gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;

6 ist ein Schaubild, das eine Prinzip-Querschnittsansicht einer Gleichstromdrossel gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

7 ist ein Schaubild, das eine Prinzip-Querschnittsansicht einer Gleichstromdrossel gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

8 ist ein Schaubild, das eine Prinzip-Querschnittsansicht einer Gleichstromdrossel gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

9 ist ein Schaubild, das eine Prinzip-Querschnittsansicht einer Gleichstromdrossel gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

[Beste Art, die Erfindung auszuführen]

Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. 1 zeigt eine Prinzip-Querschnittsansicht einer Gleichstromdrossel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein E-förmiger Kern 1, hergestellt aus einem ausgewählten weichmagnetischen Material, und ein I-förmiger Kern, der aus einem magnetischen Material besteht, werden auf einer Auflageebene 12 kombiniert, um eine Elförmige Kernstruktur 10 zu bilden. Die gezeigte Drossel ist ähnlich der des Standes der Technik, dahingehend, daß ein mittleres Bein 1c des E-förmigen Kerns kürzer ist als die Beine 1e auf der Außenseite, wobei ein magnetischer Spalt 5 dazwischen definiert wird, um einen gewünschten Wert der Induktanz zu erhalten. Es sei hier angemerkt, daß ein sehr dünnes Isolatorblatt in die Auflageebene 12 gebracht werden kann, um Vibration auszuschalten. Zwei rechtwinklige Permanentmagnete 4 mit einer Breite, die so festgelegt ist, daß ein vordefinierter vorbelastender magnetischer Fluß zur Verfügung gestellt wird, sind auf beiden Seiten eines bestimmten Abschnittes des mittleren Beines 1c angeordnet, wo der magnetische Spalt 5 gebildet ist, in einer solchen Weise, daß diese Magnete anisotrop magnetisiert sind, was bewirkt, daß die aneinanderliegenden Abschnitte eine voneinander unterschiedliche Polarität haben. Diese Permanentmagnete sind besonders angeordnet, so daß sie parallel zu dem Iförmigen Kern 2 liegen, wobei ermöglicht wird, daß die Abschnitte gleicher Polarität einander gegenüberliegen, wobei das mittlere Bein 1c dazwischengelegt ist. Bei dieser Ausführungsform sind die N-Pol-Abschnitte der Permanentmagnete 4 auf gegenüberliegenden Seiten des mittleren Beines 1c, wie gezeigt, angeordnet. Die Breite Lw jedes Permanentmagneten 4 wird relativ zu der Länge Lg des magnetischen Spaltes 5 festgelegt, so daß Lw » Lg erfüllt wird, was somit das Erreichen des gewünschten magnetischen vorbelastenden Effektes ermöglicht. Die Dicke Lm der Permanentmagnete 4 wird in geeigneter Weise festgelegt, indem das Feld der Entmagnetisierung in Betracht gezogen wird, das aufgrund des Leckflusses der Spule 3 auftreten kann. Eine Spule 3 ist auf oder um das mittlere Bein 1c gewickelt, was es ermöglicht daß magnetischer Fluß ϕe, der von der Spule 3 induziert wird, sich von dem mittleren Bein 1c in Richtung auf den magnetischen Spalt 5 erstreckt. Somit sind der magnetische Fluß ϕe, der von der Spule 3 gebildet wird, und der vorbelastende magnetische Fluß ϕm, der von dem Permanentmagneten 4 erzeugt wird, in ihren Richtungen entgegengesetzt. Das Permanentmagnetepaar 4 und die Spule 3 bilden eine Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Flusses um zu bewirken, daß der magnetische Fluß, der von jedem von ihnen gebildet wird, innerhalb der Kernstruktur 10 in entgegengesetzten Richtungen fließt. In diesem Fall fließt der magnetische Fluß, der von den Permanentmagneten 4 in dem magnetischen Spalt 5 erzeugt wird, innerhalb der Permanentmagnete 4, um den magnetischen Spalt zu umgehen. Man bemerke, daß die Spule 3 als Alternative auf beide Seitenbeine 1e gewickelt werden kann. Man bemerke auch, daß die Permanentmagnete 4 nicht ausschließlich auf eine rechtwinklige Form beschränkt sind; sie können als Alternative entweder ringförmig sein oder eine rechtwinklig durchgehende Form mit einer Mittelöffnung haben, die in Eingriff mit dem mittleren Bein 1c sein kann.

Die Betriebsweise ist die folgende. Wenn die Spule 3 magnetisch angeregt oder magnetisiert wird, durch einen pulsierenden Gleichstrom, der an sie angelegt ist, erzeugt sie den magnetischen Fluß ϕe, der sich von dem mittleren Bein 1c des E-förmigen Kerns 1 erstreckt und den magnetischen Spalt 5 durchdringt, wobei er in der Mitte des I-förmigen Kerns 2 in eine rechte und eine linke Komponente aufgeteilt oder abgelenkt wird, wobei jede durch die Auflageebene 12 läuft, so daß er zu dem mittleren Bein 1c über eines der Seitenbeine 1e zurückkehrt, wie es durch die durchgezogene Linie in der Zeichnung angegeben ist. Andererseits, wie es durch die gestrichelten Linien angegeben ist, erstreckt sich der vorbelastende magnetische Fluß ϕm, der von jedem Permanentmagneten 4 erzeugt worden ist, von dem mittleren Bein 1c, so daß er ein entsprechendes der Seitenbeine 1e durchdringt und dann in den I-förmigen Kern 2 durch die Auflageebene 12 eintritt und danach an dem mittleren Bein 1c über den Permanentmagneten 4 zurückkehrt, wobei er den magnetische Spalt 5 umgeht.

2 zeigt eine Prinzip-Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die Kernstruktur 10 hier ist ein CT-Typ, wie er aus einer Kombination eines C-förmigen Kerns 11 und eines T-förmigen Kerns 21 aufgebaut ist, anstelle des E-förmigen Kerns 1 und des I-förmigen Kerns 2 wie bei der ersten Ausführungsform. Der T-förmige Kern 21 hat eine Beinabschnitt 21c, um den eine Spule 3 gewickelt ist. Extrem dünne Isolatorfolien 52 sind zwischen den unteren Bereichen 21b des T-förmigen Kerns 21 und den Endbereichen beider Seitenbeine 11e des C-förmigen Kerns 11 eingeschlossen. Ähnlich ist ein dünnes Isolatormaterial 51 zwischen den oberen Stangenabschnitt des T-förmigen Kerns 21 und dem mittleren Abschnitt des C-förmigen Kerns 11 geschaltet. Ein magnetischer Spalt 5 ist zwischen dem Bein 21c des T-förmigen Kerns 21 und der Mitte des C-förmigen Kerns 11 definiert. Ein Paar Permanentmagnete 4 zum Erzeugen eines vorbelastenden magnetischen Flusses ist auf gegenüberliegenden Seiten des magnetischen Spaltes 5 vorgesehen, so daß ihre gegenüberliegenden Abschnitte dieselbe Polarität haben. Bei einer solchen Anordnung kann die Herstellung der Spulenwicklungen einfacher sein als bei der ersten Ausführungsform. Die Betriebsweise ist im wesentlichen dieselbe wie die der ersten Ausführungsform, und daher wird ihre Erläuterung hierin weggelassen werden.

3 ist ein Schaubild, das eine Prinzip-Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform ist so angeordnet, daß die Permanentmagnete 4 der ersten und zweiten Ausführungsform durch Viertelkreis-Permanentmagnete 41 ersetzt sind. Diese Permanentmagnete 41 können alternativ in eine dreieckförmige Form gebracht sein.

4 ist ein Schaubild, das eine Prinzip-Querschnittansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Dieses Beispiel ist ähnlich der zweiten Ausführungsform, wobei der magnetische Spalt 5 so modifiziert ist, daß er zwischen beiden Bodenabschnitten 21b des T-förmigen Kerns 21 und beiden Enden der Seitenbeine 11e des C-förmigen Kerns 11 definiert ist. Permanentmagnete 4 sind an beiden Enden des Stangenabschnitts des T-förmigen Kerns 21 angeordnet, so daß die Unterseite jedes Magneten 4 oberhalb des magnetischen Spaltes 5 liegt, wobei bewirkt wird, daß die gegenüberliegenden Abschnitte dieselbe Polarität haben. Jeder Permanentmagnet 4 hat eine Rückfläche, auf der ein hinteres Joch 6 angeordnet ist, um die Außenfläche jedes Magneten 4 und einer Entsprechenden der Außenfläche des C-förmigen Kerns 11 zu überbrücken. Das hintere Joch 6 hat eine L-Form, welche an seinem oberen Abschnitt eine Ausnehmung 6d definiert, die eine Tiefe hat, die äquivalent der Dicke des Permanentmagneten 4, der diesem zugeordnet ist, hat, so daß es möglich wird, daß der Magnet 4 innerhalb der Ausnehmung 6d gehalten wird, während der untere Abschnitt des L-förmigen Joches an einer entsprechenden Seitenfläche des C-förmigen Kerns 11, er damit gekoppelt ist, sicher gehalten wird. Man bemerke, daß die hinteren Jochs 6 einstückig mit dem C-förmigen Kern 11 durch bekannte Stanzschneide- oder Durchloch-Herstellungstechniken gebildet werden können. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich der magnetische Fluß ϕm, der von jedem Permanentmagneten 4 gebildet wird, von seinem zugeordneten hinteren Joch 6, um den Magnet 4 zu durchdringen und umgeht den magnetischen Spalt 5, durch den der magnetische Fluß ϕe, der von der Spule 3 erzeugt wird, läuft.

Es sollte angemerkt werden, daß die Permanentmagnete 4 als Alternative auf gegenüberliegenden Seiten des C-förmigen Kerns 11 angeordnet werden können; in diesem Fall werden die Magnete 4 so angeordnet, daß die Bodenflächen unter dem magnetischen Spalt 5 liegen, während hintere Jochs 6b auf den beiden Außenflächen des T-förmigen Kerns 21 vorgesehen sind.

5 ist ein Schaubild, das eine Prinzip-Querschnittansicht einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt. Ein I-förmiger Kern 2 ist oberhalb eines E-förmigen Kerns 1 vorgesehen, wobei eine EI-förmige Kernstruktur 10 gebildet wird. Der E-förmige Kern 1 hat ein mittleres Bein 1c, um das eine Spule 3 gewickelt ist. An den oberen Abschnitten des mittleren Beines 1c und der Seitenbeine 1e ist das mittlere Bein 1c so angeordnet, daß es höher liegt als die Seitenbeine 1e. Eine sehr dünne Isolatorfolie 52 zum Ausschalten von Vibration ist zwischen das mittlere Bein 1c und den Kern 2 gelegt; ein dünnes Isolatormaterial 51 ist zwischen jedem Seitenbein 1e und dem I-förmigen Kern 2 eingeschlossen. Nach dem Zusammenbau des E-förmigen Kerns 1, des I-förmigen Kerns 2, der Isolatorfolie 52 und des Isolatormaterials 51 wird ein Paar Permanentmagnete 4a zum Erzeugen eines plattenartigen vorbelastenden magnetischen Flusses auf beiden Außenflächen eines Paars magnetischer Spalte 5 angeordnet, wie sie zwischen den Seitenbeinen 1e des E-förmigen Kerns 1 und dem I-förmigen Kern 2 in einer solchen Weise gebildet sind, daß die Magnete 4a so magnetisiert sind, daß sie zweite Pole auf jeder Seite in der Längsrichtung der Platte und in der Dickenrichtung haben, was bewirkt, daß die gegenüberliegenden Abschnitte in der Polarität identisch sind, wobei erzwungen wird, daß die neutrale Linie Cm -- an der der N-Pol und der S-Pol ausgetauscht sind -- identisch mit der Mittellinie Cg der magnetischen Spalte 5 ist. Das Paar der Permanentmagnete 4a und die Spule 3 können eine Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Flusses bilden. Vorgesehen auf der Rückfläche der Permanentmagnete 4a sind plattenförmige hintere Jochs 6, die aus einem Paar magnetischer Materialien bestehen.

Die Betriebsweise ist die folgende. Wenn die Spule 3 angeregt und magnetisiert wird, von einem pulsierenden Gleichstrom, erstreckt sich der magnetische Fluß ϕe, der von der Spule 3 gebildet wird, von dem mittleren Bein 1c und läuft entlang einem magnetischen Weg, der aus dem I-förmigen Kern 2, dem Seitenbein 1e und dem unteren Abschnitt des E-förmigen Kerns 1 besteht, wie es durch durchgezogene Linien in der Zeichnung gezeigt ist. Andererseits erstreckt sich der vorbelastende magnetische Fluß ϕm, der von jedem Permanentmagneten 4a erzeugt worden ist, von dem I-förmigen Kern 2 und läuft entlang einem magnetischen Weg, wie er durch das mittlere Bein 1c, den unteren Abschnitt des E-förmigen Kerns 1, einem entsprechenden, diesem zugeordneten Seitenbein 1e, einem entsprechenden Permanentmagneten 4a und seinem zugeordneten hinteren Joch 6 gebildet ist. Genauer gesagt fließen innerhalb des E-förmigen Kerns 1 und des I-förmigen Kerns 2 der magnetische Fluß ϕe, der von der Spule 3 gebildet ist und der vorbelastende magnetische Fluß ϕm, der von den Permanentmagneten 4a erzeugt wird, in entgegengesetzte Richtungen, während der vorbelastende magnetische Fluß ϕm, der von den Permanentmagneten 4a erzeugt wird, den magnetischen Fluß ϕe, der von der Spule 3 erzeugt wird, an dem rechten und linken magnetischen Spalt umgeht. Da der magnetische Fluß ϕe, der von der Spule 3 gebildet ist, nicht das Innere der Permanentmagnete 4a durchdringt, werden die Permanentmagnete 4a nicht entmagnetisiert werden; weiterhin, da der vorbelastende magnetische Fluß ϕm, der durch die Permanentmagnete 4a erzeugt wird, und der magnetische Fluß ϕe, der von der Spule 3 erzeugt wird, aufgrund ihrer entgegengesetzten Richtungen ausgelöscht werden, wird jeglicher magnetischer Fluß innerhalb des Kerns abnehmen, was es möglich macht, eine kleinere Querschnittsfläche des Kerns zu haben, als es möglich wäre, wenn es keinen magnetischen vorbelastenden Fluß gäbe.

6 ist ein Schaubild, das eine Prinzip-Querschnittansicht einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Der E-förmige Kern der fünften Ausführungsform wird durch einen C-förmigen Kern 11 ersetzt, während deren I-förmiger Kern 2 durch einen T-förmigen Kern 21 ersetzt ist, so daß eine CT-förmige Kernstruktur aufgebaut wird. Eine Spule 3 ist auf ein Bein 21c des T-förmigen Kerns 21 gewickelt. Eine sehr dünne Isolatorfolie 52 ist zwischen den oberen Abschnitt des Beins 21c des T-förmigen Kerns 21 und dem unteren Abschnitt des C-förmigen Kerns 11 gelegt, während ein dünnes Isolatormaterial 51 zwischen jedem unteren Abschnitt 21b des T-förmigen Kerns 21 und seinen entsprechenden Seitenbeinen 11e des C-förmigen Kerns 11, der diesem zugewiesen ist, eingeschlossen ist. Ein Paar Permanentmagnete 4a ist auf beiden Außenflächen des T-förmigen Kerns 21 mit beiden Beinen 11e des C-förmigen Kerns 11 vorgesehen, bei denen magnetische Spalte 5 definiert sind, in einer solchen Weise, daß ihre gegenüberliegenden Abschnitte dieselbe Polarität haben und daß die neutrale Linie Cm, an der der N-Pol und der S-Pol ausgewechselt sind, identisch zu der mittleren Linie Cg der magnetischen Spalte 5 ist. Ein Paar hinterer Jochs 6, hergestellt aus einem gewählten magnetischen Material, ist an die Rückseiten der Permanentmagnete 4a jeweils angeklebt. Die Betriebsweise kann ähnlich der der fünften Ausführungsform sein, und daher wird eine Erläuterung hierin weggelassen.

7 ist ein Schaubild, daß eine Prinzip-Querschnittsansicht der siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Der E-förmige Kern 1 der fünften Ausführungsform wird durch einen C-förmigen Kern 11 ersetzt, um eine CI-förmige Kernstruktur zur Verfügung zu stellen, wie sie gezeigt ist. Eine Spule 3 ist um den Mittelabschnitt des I-förmigen Kerns gewickelt. Ein Paar plattenförmiger Permanentmagnete 4a zum Erzeugen eines vorbelastenden magnetischen Flusses ist auf beiden Außenflächen des C-förmigen Kerns 11 und des I-förmigen Kerns 2 angeordnet, mit magnetischen Spalten 5, die dort in einer solchen Weise definiert sind, daß ihre gegenüberliegenden Abschnitte eine unterschiedliche Polarität haben und daß die neutrale Linie Cm, an der der N-Pol und der S-Pol ausgewechselt werden, identisch der mittleren Linie Cm der magnetischen Spalte 5 ist. Die Permanentmagnete 4a und die Spule 3 bilden ein Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Flusses. Das hintere Joch 6 eines gewählten magnetischen Materials sind auf den Rückflächen der Permanentmagnete 4a jeweils vorgesehen. Die Betnebsweise ist die folgende. Wenn die Spule 3 durch einen pulsierenden Gleichstrom, der daran angelegt ist, magnetisiert wird, fließt der magnetische Fluß ϕe, der von der Spule 3 gebildet wird, durch den I-förmigen Kern 2, die magnetischen Spalte 5 und den C-förmigen Kern 11, wie es durch die durchgezogene Linie in der Zeichnung angegeben ist. Der magnetische Fluß ϕm, der von jedem Permanentmagneten 4a erzeugt wird, fließt innerhalb des I-förmigen Kerns und des C-förmigen Kerns 11 in eine Richtung entgegengesetzt der des magnetischen Flusses ϕe, wie es in der Zeichnung durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, in einer solchen Weise, daß der magnetische Fluß ϕm innerhalb der Permanentmagnete 4a und der hinteren Jochs 6 an den magnetischen Spalten 5 fließt, wobei tatsächlich die magnetischen Spalte 5 umgangen werden.

8 ist ein Schaubild, das eine Prinzip-Querschnittsansicht einer achten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Der I-förmige Kern 2 der siebten Ausführungsform wird durch einen C-förmigen Kern 11 ersetzt, so daß somit ein Paar C-förmiger Kerne zur Verfügung gestellt wird, welches eine Kernstruktur 10 aufbaut. Jeder dieser C-förmigen Kerne 11 hat eine Spule 3, die auf ihn gewickelt ist, was erzwingt, daß der magnetische Fluß, der von der Spule 3 gebildet wird, in dieselbe Richtung fließt. Ein Paar plattenförmiger Permanentmagnete 4a zum Erzeugen eines vorbelastenden magnetischen Flusses ist auf beiden Außenflächen beider Seitenbeine 11e der C-förmigen Kerne 11 angeordnet, mit magnetischen Spalten 5, die dort in einer solchen Weise definiert sind, daß ihre gegenüberliegenden Abschnitte eine unterschiedliche Polarität haben und daß die neutrale Linie C, auf der der N-Pol und der S-Pol der Permanentmagnete 4a ausgewechselt sind, identisch der mittleren Linie Cg der magnetischen Spalte 4a ist. Mit den Anordnungen wie bei der siebten und achten Ausführungsform wird es möglich, die magnetischen Spalte und die Auflageebenen in eine strukturell gemeinsame Weise zu bringen, was die Gesamtanzahl der Auflageebenen verringert.

9 ist ein Schaubild, daß eine Prinzip-Querschnittsansicht einer neunten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform hat als Ziel die zuverlässige Positionsbestimmung/Ausrichtung sowohl vom Kern und von den Permanentmagneten der fünften bis achten Ausführungsform und auch für das leichte Anbringen. Obwohl die Beschreibung hier auf die sechste Ausführungsform als ein Beispielsfall gerichtet ist, können dieselben Grundsätze auch bei den verbleibenden angewendet werden. Rechtwinklige Vorsprünge 21p sind auf beiden Seiten des T-förmigen Kerns 21 vorgesehen. Ähnlich sind rechtwinklige Vorsprünge 11p auf beiden Seitenflächen des C-förmigen Kerns 11 gebildet. Der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Flächen eines Vorsprungs 21p und seines zugeordneten Vorsprungs 11b ist so festgelegt, daß sichergestellt wird, daß die neutrale Linie Cm der Permanentmagnete 4a identisch der mittleren Linie Cg der Magnetspalte 5 ist, nachdem der T-förmige Kern 21 und der C-förmige Kern 11 zusammengebaut sind. Obwohl einzelne Permanentmagnete 4 so eingerichtet sind, daß jeder in Kontakt mit der oberen Fläche eines entsprechenden Abschnittes 11p auf einer der Seiten des C-förmigen Kerns 11 ist, ist der T-förmige Kern 21 vertikal zwischen die Permanentmagnete 4a auf beiden Seiten aufwärts eingesetzt, so daß bewirkt wird, daß die neutrale Linie Cm der Permanentmagnete 4a und die Mittellinie Cg der magnetischen Spalte 5 automatisch eingerichtet wird. Es sei hier angemerkt, daß die Permanentmagnete 4a, die bei der fünften bis neunten Ausführungsform benutzt werden, als Alternative so angeordnet werden können, daß jeder aus zwei gleich unterteilten Stücken in der Längsrichtung besteht, wobei möglich ist, daß jedes Stück so angeordnet ist, daß die in Längsrichtung gegenüberliegenden Abschnitte in ihrer Polarität voneinander unterschiedlich sind.

[Industrielle Anwendbarkeit]

Wie es aus der obigen Beschreibung deutlich geworden ist, sind die Gleichstromdrosseln, welche die vorliegende Erfindung verkörpern, zum Einsatz in Invertierschaltungen anpaßbar.


Anspruch[de]
  1. Gleichstromdrossel, welche eine Kernstruktur (10) umfaßt, mit

    – zwei einander gegenüberliegenden Kernen (1, 2) mit wenigstens einem magnetischen Spalt (5), der zwischen diesen definiert ist, um eine geschlossene magnetische Schaltung zu bilden,

    – einer dauerhaft vorbelastenden magnetische Einrichtung (4, 4a), die an der Kernstruktur (10) vorgesehen ist und einen vorbelastenden magnetischen Fluß (ϕm) bildet,

    – einer Spuleneinrichtung (3), die an wenigstens einem der Kerne (1, 2) der Kernstruktur (10) angeordnet ist, die in der Lage ist, einen magnetischen Fluß (ϕe) zu bilden,

    – wobei die dauerhaft vorbelastende magnetische Einrichtung (4, 4a) und die Spuleneinrichtung (3) bewirken, daß der vorbelastende magnetische Fluß (&PHgr;m) und der magnetische Fluß (&PHgr;e) in entgegengesetzte Richtungen fließen,

    dadurch gekennzeichnet, daß

    – die dauerhaft vorbelastende magnetische Einrichtung (4, 4a) ein Paar vorbelastender Dauermagnete (4, 4a) aufweist und

    – jeder des Paares der vorbelastenden Dauermagnete im wesentlichen an Seitenabschnitten des wenigstens einen magnetischen Spaltes (5) angeordnet ist, wodurch bewirkt wird, daß der vorbelastete magnetische Fluß (&PHgr;m) den magnetischen Spalt (5) umgeht.
  2. Gleichstromdrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar vorbelastender Dauermagnete (4, 4a) so angeordnet und ausgerichtet ist, daß wenigstens ein Paar dauerhafter vorbelastender Magnetabschnitte mit derselben magnetischen Polarität einander zugewandt sind.
  3. Gleichstromdrossel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernstruktur (10) einen E-förmigen Kern (1) und einen I-förmigen Kern (2) aufweist und ein magnetischer Spalt (5) zwischen einem mittleren Bein (1c) des E-förmigen Kerns (1) und dem I-förmigen Kern (2) definiert ist, wobei an jeder der beiden Seiten eines magnetischen Spaltes (5) ein Magnet des Paares der vorbelastenden Dauermagnete (4) angeordnet ist.
  4. Gleichstromdrossel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernstruktur (10) einen T-förmigen Kern (21) und einen C-förmigen Kern (11) aufweist und ein magnetischer Spalt (5) zwischen einem Bein (21c) des T-förmigen Kerns (21) und des C-förmigen Kerns (11) definiert ist, wobei auf jeder der beiden Seiten des magnetischen Spaltes (5) ein Magnet des Paares der vorbelastenden Dauermagnete (4) angeordnet ist.
  5. Gleichstromdrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar dauerhaft vorbelastender Dauermagnete (4, 4a) so angeordnet und ausgerichtet ist, daß wenigstens ein Paar dauerhaft vorbelastender Magnetabschnitte mit unterschiedlicher magnetischer Polarität einander zugewandt ist.
  6. Gleichstromdrossel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernstruktur (10) einen I-förmigen Kern (2) und einen C-förmigen Kern (11) aufweist und zwei magnetische Spalte (5) zwischen den Kernen (2, 11) definiert sind, wobei jeder des Paares der Magnete (4, 4a) im wesentlichen an einem Seitenabschnitt jedes magnetischen Spaltes (5) angeordnet ist.
  7. Gleichstromdrossel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernstruktur (10) ein Paar C-förmiger Kerne (11) aufweist und zwei magnetische Spalte (5a) zwischen den Kernen (11) definiert sind, wobei jedes des Paares vorbelastender Dauermagnete (4, 4a) im wesentlichen an einem Seitenabschnitt jedes magnetischen Spaltes (5) angeordnet ist.
  8. Gleichstromdrossel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder der beiden Seiten wenigstens eines Kerns der zwei Kerne (1, 2, 11, 21) ein Magnet des Paares der vorbelastenden Dauermagnete (4a) angeordnet ist.
  9. Gleichstromdrossel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin ein rückwärtiges Joch (6) aufweist, welches eine Rückfläche wenigstens eines aus dem Paar der dauerhaft vorbelastenden Magnete (4, 4a) abdeckt oder welcher die Rückfläche eines Magnetes aus dem Paar der vorbelastenden Dauermagnete (4), wobei es an einem Kern (21, 11) befestigt ist und die Außenfläche des jeweiligen anderen Kerns (11, 21) überbrückt.
  10. Gleichstromdrossel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar der vorbelastenden Dauermagnete (4) einen plattenförmigen Dauermagneten (4a) umfaßt, welcher so magnetisiert ist, daß seine Längsrichtung und die Dickenrichtung jeweils zwei Pole auf jeder Seite definieren, und der plattenförmige Dauermagnet (4a) so angeordnet ist, daß er eine neutrale Linie (CM) des plattenförmigen Dauermagneten (4a) aufweist, welcher mit einer Mittellinie des magnetischen Spaltes (5) ausgerichtet ist.
  11. Gleichstromdrossel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kerne (11, 21) Vorsprünge (11p, 21p) auf beiden Seitenflächen hat, wobei jeder Magnet des Paares vorbelastender Dauermagnete (4a) zwischen einer entsprechenden Kombination der Vorsprünge (11p, 21p) eingesetzt ist.
  12. Gleichstromdrossel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes aus dem Paar der vorbelastenden Dauermagnete (4a) zwei zusammengesetzte Stücke hat, wobei Anlageebenen der jeweiligen Flächen unterschiedliche Polaritäten haben.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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