CH643679A5 - High-current inductor coil - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Hochstromdrosselspule mit einem Magnetkern und einer Wicklung auf wenigstens einem Schenkel des Magnetkerns. The invention relates to a high-current choke coil with a magnetic core and a winding on at least one leg of the magnetic core.
Damit die Wicklung einer Hochstromdrosselspule mit den geforderten hohen Strömen belastet werden kann müssen die Spulenwindungen einen entsprechenden Leiterquerschnitt aufweisen. Normalerweise ist daher die Wicklung aus einzelnen massiven Formstücken, beispielsweise aus Flachkupfer, zusammengesetzt. Die grosse Oberfläche der dabei verwendeten Formstücke führt zusätzlich dazu, dass die entstehende Verlustwärme schneller abgeleitet werden kann. In der bekanntgemachten deutschen Patentanmeldung Aktz. E 7414 VIIIc/21g ist beispielsweise eine Drosselspule mit Ringspulenwicklung für hohe Ströme beschrieben, deren einzelne Windungen aus eingeschnittenen massiven Ringkörpern bestehen. Zwei oder mehrere dieser zu einem allseitig geschlossenen Ringraum zusammengesetzte Ringkörper weisen dabei derartige Schnittstellen auf, dass die einzelnen Ringkörperteile unter Beibehaltung der Trennfugen und der ursprünglichen Lage der Ringkörper zueinander eine einlagige fortlaufende Ringwicklung bilden, die einen ebenfalls ringförmigen Eisenkern umfasst. Derartige Drosseln werden beispielsweise als Schaltdrosseln mechanischer Stromrichter verwendet, die im Stromnulldurchgang eine stromschwache Pause hervorrufen sollen. So that the winding of a high-current choke coil can be loaded with the required high currents, the coil turns must have a corresponding conductor cross-section. The winding is therefore normally composed of individual solid shaped pieces, for example of flat copper. The large surface area of the fittings used also means that the heat loss can be dissipated more quickly. In the published German patent application Aktz. E 7414 VIIIc / 21g, for example, a choke coil with a ring coil winding for high currents is described, the individual turns of which consist of incised solid ring bodies. Two or more of these annular bodies assembled to form an annular space that is closed on all sides have interfaces such that the individual annular body parts, while maintaining the parting lines and the original position of the annular bodies relative to one another, form a single-layer continuous ring winding which also comprises an annular iron core. Such chokes are used, for example, as switching chokes of mechanical power converters which are intended to cause a low-current break in the zero current crossing.
Eine weitere Ausführungsform eines Wicklungsaufbaus für eine Hochstromdrosselspule ist aus der DE-AS 11 15 829 bekannt. Diese auf einen ringförmigen Eisenkern aufgebrachte Wicklung besteht aus zwei parallelen, senkrecht zur Oberfläche des Kerns übereinanderliegenden Teilleitern, die nicht bis zum Rand durchgeführte Schlitze aufweisen. Die Schlitze bilden mit der Strom- und Längsrichtung der Leiter einen Winkel von etwa 45°, so dass jeweils zwei Schlitze an den beiden übereinanderliegenden Teilleitern kreuzartig senkrecht aufeinanderstehen. Mit dieser Anforderung sollen vornehmlich die Wirbelstromverluste vermindert, beziehungsweise eine gleichmässigere Verteilung des Stroms im Leiter erreicht werden. Another embodiment of a winding structure for a high-current choke coil is known from DE-AS 11 15 829. This winding, which is applied to an annular iron core, consists of two parallel partial conductors, one above the other perpendicular to the surface of the core, which do not have slots that run through to the edge. The slots form an angle of approximately 45 ° with the current and longitudinal direction of the conductors, so that in each case two slots on the two superimposed partial conductors are perpendicular to one another in a cross-like manner. This requirement is primarily intended to reduce eddy current losses or to achieve a more uniform distribution of the current in the conductor.
Insgesamt gesehen bestehen die Wicklungen dieser bekannten Hochstromdrosselspulen aus recht kompliziert zusammengesetzten Formkörpern. All in all, the windings of these known high-current choke coils consist of shaped bodies which are composed quite complicatedly.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Wicklungsaufbau der eingangs erwähnten Hochstromdrosselspulen weiter zu vereinfachen. The object of the invention is to further simplify the winding structure of the high-current choke coils mentioned at the beginning.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Wicklung aus hintereinander und im Abstand voneinander angeordneten Platten aufgebaut ist, die jeweils eine Bohrung für den Magnetkernschenkel und einen von dieser Bohrung zur. Aussenkante der Platte verlaufenden Schlitz aufweisen, und dass benachbarte Platten im Bereich der Schlitze miteinander zu einer fortlaufenden Wicklung verbunden sind. This object is achieved according to the invention in that the winding is constructed from plates arranged one behind the other and at a distance from one another, each having a bore for the magnetic core leg and one from this bore. Have the outer edge of the plate extending slot, and that adjacent plates in the area of the slots are connected to one another to form a continuous winding.
Durch die erfindungsgemässe Lösung gelingt es in überraschend einfacher Weise eine Hochstromdrosselspule bereitzustellen, die sich insbesondere durch einen einfachen Aufbau ihrer Wicklung auszeichnet. Die Kühlung der Wicklung wird durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Platten erheblich begünstigt. The solution according to the invention enables a high-current choke coil to be provided in a surprisingly simple manner, which is characterized in particular by the simple construction of its winding. The cooling of the winding is greatly promoted by the spaces between the individual plates.
Um eine fortlaufende Spulenwicklung zu erhalten, können die einzelnen Platten entweder im Bereich der Schlitze etwas aufgebogen und dann durch stirnseitige Verbindung jeweils einer Begrenzungsfläche des Schlitzes einer Platte mit einer entsprechenden Fläche der benachbarten Platte miteinander elektrisch verbunden werden oder es können geeignete Verbindungsteile zwischen den entsprechenden Flächen benachbarter Platten vorgesehen sein. Besonders einfach ist es jedoch, wenn die Schlitze benachbarter Platten gegeneinander versetzt sind und die benachbarten Platten im Überlappungsbereich im Bereich der Schlitze elektrisch leitend miteinander verbunden werden. In order to obtain a continuous coil winding, the individual plates can either be slightly bent up in the area of the slots and then electrically connected to one another by a front face connection of a boundary surface of the slot of one plate with a corresponding surface of the adjacent plate, or suitable connecting parts can be between the corresponding surfaces adjacent plates may be provided. However, it is particularly simple if the slots of adjacent plates are offset from one another and the adjacent plates are connected to one another in an electrically conductive manner in the area of overlap in the area of the slots.
Eine weitere fertigungstechnische Vereinfachung im Aufbau der Hochstromdrosselspule ist dadurch möglich, dass für die Wicklung gleich ausgebildete Platten verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Grundform der Platten quadratisch odr rechteckförmig ist. Diese Ausführungsform hat zudem den Vorteil, dass die Kühlung der einzelnen Windungen gegenüber anderen Formen erheblich verbessert werden kann. Vorzugsweise bestehen die Platten aus einem elektrisch hochleitfähigen Material, wie beispielsweise Kupfer. Die Schlitze der jeweils benachbarten Platten können vorteilhaft senkrecht zueinander verlaufen. A further manufacturing simplification in the construction of the high-current choke coil is possible by using plates of the same design for the winding. It is particularly advantageous if the basic shape of the plates is square or rectangular. This embodiment also has the advantage that the cooling of the individual turns can be significantly improved compared to other shapes. The plates preferably consist of an electrically highly conductive material, such as copper. The slots of the adjacent plates can advantageously run perpendicular to each other.
Ferner können jeweils zwei Platten mit geraden Seitenkanten, beispielsweise die ersten beiden Platten und die jeweils darauf folgenden Plattenpaare der Hochstromdrosselspule, vorteilhaft ein Windungspaar bilden, dessen Schlitze jeweils aussermittig auf der gleichen Aussenkante enden. Die einzelnen in Richtung der Spulenachse liegenden Platten sind dabei derart angeordnet, dass jeweils die geradzahligen (2., 4., ... Platte) gegenüber den benachbarten ungeradzahligen Platten seitenverkehrt angeordnet sind. Der Ausdruck «seitenverkehrte Anordnung» soll in diesem Zusammenhang bedeuten, dass bei einem Windungspaar jeweils die eine Platte gegen5 Furthermore, each two plates with straight side edges, for example the first two plates and the subsequent plate pairs of the high-current choke coil, can advantageously form a pair of turns, the slots of which end off-center on the same outer edge. The individual plates lying in the direction of the coil axis are arranged in such a way that the even-numbered (2nd, 4th, ...) plates are arranged reversely with respect to the adjacent odd-numbered plates. In this context, the expression “reversed arrangement” is intended to mean that in the case of a pair of windings, one plate against 5 each
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über der anderen um 180° um eine in der Plattenebene durch den Plattenmittelpunkt und senkrecht zu der geschlitzten Kante verlaufenden Achse gedreht angeordnet ist. Besonders günstig ist es hierbei, wenn die Schlitze je eines Windungspaares parallel zueinander verlaufen. above the other is arranged rotated by 180 ° about an axis running in the plane of the plate through the center of the plate and perpendicular to the slotted edge. It is particularly favorable here if the slots of each pair of turns run parallel to one another.
Die eigentliche Spulenwicklung der Hochstromdrosselspule wird dadurch erhalten, dass die einzelnen hintereinander angeordneten Platten im Überlappungsbereich zwischen den Schlitzen elektrisch verbunden werden. Je nach Material der Platten wird man auf das jeweils geeignetste Verbindungsverfahren zurückgreifen. Vorzugsweise wird man jedoch, insbesondere bei Platten aus Kupfer, die entsprechenden Überlappungsbereiche unter Zwischenlage von elektrisch leitenden Distanzstücken miteinander verlöten. The actual coil winding of the high-current choke coil is obtained by electrically connecting the individual plates arranged one behind the other in the overlap area between the slots. Depending on the material of the panels, the most suitable joining method will be used. Preferably, however, particularly in the case of copper plates, the corresponding overlap regions are soldered to one another with the interposition of electrically conductive spacers.
Anhand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail with the aid of a few figures and exemplary embodiments.
Figuren lAbis IC zeigen aufeinanderfolgende Platten einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Hochstromdrosselspule. Figures 1A to IC show successive plates of an embodiment of the high-current choke coil according to the invention.
Figuren 2A bis 2H zeigen aufeinanderfolgende Platten einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Hochstromdrosselspule, wobei jeweils zwei Platten ein Windungspaar bilden. FIGS. 2A to 2H show successive plates of a further embodiment of the high-current choke coil according to the invention, two plates each forming a pair of turns.
Figur 3 zeigt schematisch in Seitenansicht eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Hochstromdrosselspule mit einer Wicklung aus Platten nach Art von Figuren 2A bis 2H. Figure 3 shows schematically in side view an exemplary embodiment of a high-current choke coil according to the invention with a winding of plates of the type of Figures 2A to 2H.
Die in Figur 1A dargestellte Platte IIa weist einen radialen, von der Bohrung 12 bis zur Aussenkante verlaufenden Schlitz 13a auf. Der Schlitz der in den Figuren 1B und IC gezeigten Platten IIb und 1 lc, die alle die gleiche Grundform besitzen, ist jeweils gegenüber dem in Figur 1A, beziehungsweise 1B dargestellten Schlitz um 90° verdreht. Die radialen Schlitze 13a, b, c wandern dabei ringförmig um die Bohrung 12. Die drei Platten 1 la, b, c bilden eine fortlaufende schraubenförmige Wicklung, wenn sie hintereinander und im Abstand voneinander in der angegebenen Reihenfolge angeordnet und in den jeweiligen Überlappungsbereichen zwischen den Schlitzen benachbarter Platten elektrisch leitend verbunden werden. Die Platten 1 la und IIb werden dabei im Überlappungsbereich 14 zwischen den Schlitzen 13a und 13b elektrisch leitend verbunden. Der nächste elektrische Übergang kann dann im Überlappungsbereich 15 zwischen den Schlitzen 13b und 13c der Platten 1 lb und 11c erfolgen. The plate IIa shown in FIG. 1A has a radial slot 13a which extends from the bore 12 to the outer edge. The slot of the plates IIb and 11c shown in FIGS. 1B and IC, which all have the same basic shape, is in each case rotated by 90 ° with respect to the slot shown in FIGS. 1A and 1B. The radial slots 13a, b, c move in a ring around the bore 12. The three plates 1 la, b, c form a continuous helical winding when they are arranged one behind the other and at a distance from one another in the order given and in the respective overlap areas between the Slots of adjacent plates are electrically connected. The plates 11a and 11b are connected in an electrically conductive manner in the overlap region 14 between the slots 13a and 13b. The next electrical transition can then take place in the overlap region 15 between the slots 13b and 13c of the plates 11b and 11c.
Im Überlappungsbereich zwischen den Schlitzen benachbarter Platten werden vorzugsweise elektrisch leitende Distanzstücke, zum Beispiel aus Kupfer, zur Verbindung der Platten vorgesehen, um den Zwischenraum zwischen den einzelnen Platten zur Verbesserung der Kühlung ausreichend gross zu halten. In the area of overlap between the slots of adjacent plates, electrically conductive spacers, for example made of copper, are preferably provided for connecting the plates in order to keep the space between the individual plates sufficiently large to improve cooling.
Eine weitere, besondere vorteilhafte Plattenform für die Spulenwicklung zeigt Figur 2A. Der mit 23a bezeichnet Schlitz der Platte 21a verläuft bei dieser Ausführungsform ebenfalls senkrecht zu einer Aussenkante und endet auf dieser. Gegenüber Figur 1A ist die in Figur 2A dargestellte Platte jedoch unsymmetrisch geschlitzt, d.h., der Schlitz ist aussermittig angeordnet. Die in Figur 2A bis 2H dargestellten Platten 21a bis h, die beispielsweise aus etwa 6 mm dickem Flachkupfer bestehen, werden in der Reihenfolge der Figuren hin643 679 A further, particularly advantageous plate shape for the coil winding is shown in FIG. 2A. In this embodiment, the slot of the plate 21a, designated 23a, also runs perpendicular to an outer edge and ends on this. Compared to Figure 1A, however, the plate shown in Figure 2A is asymmetrically slotted, i.e. the slit is arranged off-center. The plates 21a to h shown in FIGS. 2A to 2H, which consist, for example, of approximately 6 mm thick flat copper, are in the order of the figures 6443 679
tereinander und im Abstand voneinander zu einer Wicklung zusammengesetzt. Der Zwischenraum zwischen den Platten kann dabei ebenfalls etwa 6 mm betragen. In den jeweiligen Überlappungsbereichen 24 bis 30 zwischen den Schlitzen benachbarter Platten kann dann wieder durch Verlöten mit leitenden Distanzstücken der elektrische Übergang hergestellt werden. assembled together and at a distance from each other to form a winding. The space between the plates can also be about 6 mm. In the respective overlap areas 24 to 30 between the slots of adjacent plates, the electrical transition can then be made again by soldering with conductive spacers.
Auch bei dieser Anordnung haben alle Platten die gleiche Grundform. Die Platten 21a und b, 21c und d, 21e und f sowie die Platten 21g und h bilden jeweils Windungspaare. Dreht man nämlich zum Beispiel die Platte 21a um 180° um die durch den Plattenmittelpunkt und senkrecht zu der geschlitzten Aussenkante verlaufende Achse 20, so wird die Platte 21a in die Form der Platte 21b überführt. Diese seitenverkehrte Anordnung der Platten 21a und 21b führt zum ersten Windungspaar. Im Überlappungsbereich 24 zwischen den Schlitzen 23a und 23b wird dieses Windungspaar elektrisch leitend verbunden. Die geschlitzten Aussenkanten der weiteren, zu solchen Windungspaaren zusammengesetzten Platten brauchen dann nur noch fortlaufend um jeweils 90° gedreht zu werden. Anschliessend kann man in den Überlappungsbereichen 25,27 und 29 zwischen den Schlitzen 23b und c, 23d und e sowie 23f und g den elektrischen Übergang zwischen den Windungspaaren hergesteilen. With this arrangement, all plates have the same basic shape. The plates 21a and b, 21c and d, 21e and f and the plates 21g and h each form pairs of turns. If, for example, the plate 21a is rotated by 180 ° about the axis 20 running through the center of the plate and perpendicular to the slotted outer edge, the plate 21a is converted into the shape of the plate 21b. This reverse arrangement of the plates 21a and 21b leads to the first pair of turns. In the overlap area 24 between the slots 23a and 23b, this pair of turns is electrically conductively connected. The slotted outer edges of the further plates assembled to form such pairs of turns then only need to be rotated continuously by 90 ° each time. The electrical transition between the pairs of turns can then be made in the overlap regions 25, 27 and 29 between the slots 23b and c, 23d and e and 23f and g.
Aus den vier Windungspaaren 21a und b, 21c und d, 21e und f, 21g und h aus den in den Figuren 2A bis H dargestellten Platten kann dann beispielsweise eine vollständige Wicklung für eine erfindungsgemässe Hochstromdrosselspule zusammengesetzt werden. Gegenüber der Ausführungsform nach Figur 1A bis C hat diese Wicklung den Vorteil, dass die Überlappungsbereiche zwischen den Schlitzen benachbarter Platten kleiner sind, und dadurch bei gleichem Aufwand an Plattenmaterial mehr Windungen hergestellt werden können. A complete winding for a high-current choke coil according to the invention can then be assembled from the four pairs of turns 21a and b, 21c and d, 21e and f, 21g and h from the plates shown in FIGS. 2A to H. Compared to the embodiment according to FIGS. 1A to C, this winding has the advantage that the overlap areas between the slots of adjacent plates are smaller, and more turns can thereby be produced with the same amount of plate material.
Eine beispielhafte Ausführungsform einer Hochstromdrosselspule aus derartigen Windungspaaren ist in Figur 3 schematisch dargestellt, wobei mit 31 die einzelnen Platten bezeichnet sind. Die beiden elektrischen Anschlüsse der Wicklung der Hochstromdrosselspule sind stabförmig herausgeführt und mit 32 bezeichnet. Der elektrische Übergang von Platte 31a zu Platte 31b erfolgt im Überlappungsbereich zwischen den Schlitzen 34 und 35 mittels eines elektrisch leitenden Distanzstückes 33. Ein zweigeteilter Magnetkern 36, der beispielsweise aus einem oxidischen Ferritmaterial bestehen kann, ist durch die zentralen Bohrungen der Platten 31 gesteckt und an den Trennflächen verklebt. An den beiden unteren Ecken der beiden äusseren Platten ist jeweils eine Lasche 37 zur Befestigung der Drossel, beispielsweise an Stegen 38, angebracht. Da die Laschen 37 mit den Platten verbunden sind, ist es zweckmässig, zwischen den Laschen und den Platten eine Isolation vorzusehen. An exemplary embodiment of a high-current choke coil made of such pairs of turns is shown schematically in FIG. 3, the individual plates being designated by 31. The two electrical connections of the winding of the high-current choke coil are led out in the form of a rod and designated 32. The electrical transition from plate 31a to plate 31b takes place in the area of overlap between the slots 34 and 35 by means of an electrically conductive spacer 33. A two-part magnetic core 36, which can consist, for example, of an oxidic ferrite material, is inserted through the central bores of the plates 31 glued to the dividing surfaces. At the two lower corners of the two outer plates, a tab 37 is attached for fastening the throttle, for example on webs 38. Since the tabs 37 are connected to the plates, it is expedient to provide insulation between the tabs and the plates.
Eine derartige Hochstromdrosselspule, deren Wicklung beispielsweise für Ströme von 500 bis 1000 A belastbar ist, kann insbesondere bei Thyristorschaltungen Verwendung finden, und zwar als Siebdrossel zum Abblocken eines grossen gleichstromüberlagerten Hochfrequenzstroms oder als Schutzdrossel zur Erzeugung von stromschwachen Zeitabschnitten, zum Beispiel als Schutzdrossel für Hochleistungs-plasmaschweissanlagen. Such a high-current choke coil, the winding of which can be loaded, for example, for currents from 500 to 1000 A, can be used in particular in thyristor circuits, specifically as a filter choke for blocking a large DC-superimposed high-frequency current or as a protective choke for generating low-current periods, for example as a protective choke for high-performance plasma welding systems.
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