DE102019110051B4

DE102019110051B4 - Stromleiter zur Bildung eines Wickelkörpers für eine elektrische Spule, z. B. eines Trafos oder einer Drossel

Info

Publication number: DE102019110051B4
Application number: DE102019110051.8A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2023-12-07
Anticipated expiration: 2039-04-17
Also published as: DE102019110051A1

Abstract

Stromleiter (1) zur Bildung eines elektrischen Wickelkörpers für eine Spule, wobei der Stromleiter (1) mindestens einen Innenleiter (3) und mindestens einen koaxial dazu verlaufenden Außenleiter (5) aufweist, wobei Außen- und Innenleiter (3, 5) durch eine elektrische Isolierung getrennt sind, wobei- Außen- und Innenleiter (3, 5) jeweils aus mehreren Wickeldrähten (9) ausgebildet sind,- der Wickeldraht (9) aus mehreren Litzendrähten (15) gebildet ist, und- der Wickeldraht (9) einen Isolationsmantel (13) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einerseits einen Stromleiter zur Bildung eines Wickelkörpers für eine elektrische Spule, z. B. eines Trafos oder einer Drossel, sowie auch einer Spule, z. B. für einen Trafo oder eine Drossel, die sich durch mindestens einen Stromleiter der erfindungsgemäßen Art auszeichnet.
Elektrische Spulen, z. B. eines Trafos oder einer Drossel, sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Diese bestehen üblicherweise aus Wicklungen oder Wickelgütern, die geeignet sind, ein Magnetfeld zu erzeugen oder zu detektieren. Sie sind als elektrische Bauelemente Teile eines Gerätes, wie beispielsweise eines Transformators, eines Relais, eines Elektromotors oder beispielsweise auch eines Lautsprechers. Die meisten Spulen bestehen aus mindestens einer Wicklung eines Stromleiters aus Draht, insbesondere Kupferlackdraht oder auch einer Hochfrequenzlitze, der meist auf einem Spulenträger gewickelt ist, der mit einem magnetischen Kern versehen ist. Die Bindungsanordnung und Form bzw. der Drahtdurchmesser, das Wickel- und das Garnmaterial legen den Wert der Induktivität und damit die Güteeigenschaften der Spule fest. Bei dem Bau einer Spule ist wesentlich, dass die Windungen der Spule immer gegeneinander sowie gegen den häufig elektrisch leitenden Spulenkern isoliert sind, um den sogenannten Windungsschluss zu verhindern, der die Funktion der Spule wesentlich beeinträchtigen würde. Bei einem Transformator sind zwei Spulen vorgesehen, die durch einen Eisenkern verbunden sein können. Üblicherweise nimmt die eine Hälfte des Eisenkerns die Primärspule und die andere Hälfte des Eisenkerns die Sekundärspule auf. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, die Primärund Sekundärwicklung auf einem Eisenkern alternierend zu wickeln. Das heißt, auf eine Primärwicklung folgt eine Sekundärwicklung, auf die wiederum eine Primärwicklung folgt usw. Hierdurch wurden bereits hohe Koppelkapazitäten erreicht, was bedeutet, dass die Streuinduktivität relativ gering gehalten werden kann. Die Streuinduktivität bei solchen Spulen mit Eisenkern liegt bei etwa 3 %.
Die US 2 978 530 A offenbart einen elektrischen Leiter mit rechteckigem Querschnitt, der eine Vielzahl von Litzen umfasst, die in einer Vielzahl von konzentrischen, aufeinanderfolgenden Schichten angeordnet sind, wobei die Litzen elektrisch leitende Drähte umfassen, die schraubenförmig in einer gemeinsamen Richtung miteinander verdrillt sind und in abwechselnden Lagen in entgegengesetzten Richtungen verdrillt sind, wobei die Isolierung auf jedem der Drähte eine dünne isolierende Beschichtung umfasst, wobei alle Litzen in dem Leiter schraubenförmig in der gleichen Richtung miteinander verdrillt sind, wobei die Steigung der schraubenförmigen Verdrillung so gewählt ist, dass die Drähte von zwei aufeinanderfolgenden Schichten einander nicht kreuzen, um dadurch eine Beschädigung der dünnen isolierenden Beschichtung zu vermeiden und die Bildung von kurzgeschlossenen Schleifen in dem Leiter auszuschließen.
Die CN 1 08 682 493 A offenbart ein Hochfrequenz-Hochspannungsimpuls-Hochstrom-Koaxialkabel, umfassend einen Innenleiter, eine innere Isolierschicht und einen Außenleiter. Der Innenleiter weist eine kreisförmige Litzenstruktur auf, die durch Verdrillen einer Vielzahl von verzinnten Kupferdrähten gebildet ist. Die äußere Oberfläche des Innenleiters ist mit einer ersten Umhüllungsschicht umwickelt, wobei das Verhältnis der Dicke der ersten Umhüllungsschicht zum Radius des Innenleiters 1:10 - 1:20 beträgt. Eine innere Isolierschicht ist außenseitig auf die erste Umhüllungsschicht extrudiert, und eine zweite Umhüllungsschicht ist zwischen der inneren Isolierschicht und dem Außenleiter angeordnet. Die erste Umhüllungsschicht und die zweite Umhüllungsschicht sind durch Mischen eines Halbleitermaterials und eines Schutzmaterials gebildet, und das Verhältnis der Dicke der zweiten Umhüllungsschicht zur Dicke der ersten Umhüllungsschicht beträgt 1:0,5 - 1:0.75. Eine dritte Umhüllungsschicht, eine äußere Isolierschicht und eine äußere Ummantelung sind nacheinander außenseitig auf den Außenleiter extrudiert. Der Außenleiter und der Innenleiter haben dieselbe Größe und verlaufen zueinander gegensinnig. Der Außenleiter weist ist eine netzförmige Struktur auf, die durch Weben von verzinnten Kupferdrähten gebildet ist, und die Querschnittsflächen von Außenleiter und Innenleiter sind aufeinander passgenau abgestimmt.
Die US 4 079 192 A offenbart einen mehrdrähtigen Leiter zum Führen von Wechselstrom mit einer Frequenz von mehr als 50 KHz, der mehrere leitende Drähte aufweist, die jeweils mit einer Hülle aus magnetischem Material umgeben ist zur Absorption des magnetischen Flusses der Magnetfelder, die von den Strömen durch die anderen Drähte erzeugt werden, wobei jede Hülle aus magnetischem Material von einer Hülle aus elektrisch und magnetisch isolierendem Material umgeben ist.
Die US 2004 / 0 089 468 A1 offenbart eine Induktionswicklung, die aus mindestens einer Windung besteht und stromführende Mittel aufweist, die in mindestens einer Schicht angeordnete Litzenleiter umfassen, wobei mindestens zwei benachbarte Litzen, die die mindestens eine Schicht bilden, nicht isoliert sind. Insbesondere umfassen die stromführenden Mittel eine Vielzahl von perimetrisch übereinander angeordneten Schichten, wobei jede Schicht von den benachbarten Schichten elektrisch isoliert ist, und die mehreren perimetrisch übereinanderliegenden Schichten im Wesentlichen konzentrisch sind.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, den Wirkungsgrad zu erhöhen, dies durch Verminderung der Streuinduktivität.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Stromleiter mindestens einen Innenleiter und mindestens einen koaxial dazu verlaufenden Außenleiter aufweist, wobei Außen- und Innenleiter durch eine elektrische Isolierung voneinander getrennt sind, wobei

- Außen- und Innenleiter jeweils aus mehreren Wickeldrähten ausgebildet sind,
- der Wickeldraht aus mehreren Litzendrähten gebildet ist, und
- der Wickeldraht einen Isolationsmantel aufweist.

Das heißt, dass der erfindungsgemäße Stromleiter nach Art eines Koaxialkabels, wie sie aus der Antennentechnik bekannt sind, ausgebildet ist. Bei einem solchen Stromleiter in Form eines Koaxialkabels kann eine sehr hohe Koppelkapazität verwirklicht werden und die Streuinduktivität kann auf ca. ≤ 0.5 % reduziert werden. Das heißt, der Wirkungsgrad z. B. eines Trafos wird hierdurch signifikant erhöht.
Vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter- sowie den nebengeordneten Ansprüchen.
So ist nach einem Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass der Litzendraht mehrere Litzen aufweisen kann, wobei eine solche Litze aus einer Mehrzahl von Drähten hergestellt sein kann. Die Litzen zur Bildung des Litzendrahtes können hierbei verzwirnt oder verflochten sein, gegebenenfalls um eine elektrisch nicht leitende Seele. Eine solche Litze hat gegenüber einem Volldraht bei höheren Frequenzen den Vorteil geringer Leitungsverluste, und ermöglicht somit eine höhere Güte der daraus gefertigten Spulen. Zwar wird durch die Verzwirnung oder Verdrillung der Litzen der Füllfaktor schlechter, jedoch besteht der Vorteil des Verdrillens darin, dass einmal jeder einzelne Draht abwechselnd in die Nähe des Eisenkernes gelangt.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Stromleiter einen Isolationsmantel aufweist, wie dies auch der Fall bei den Wickeldrähten ist. Die Mehrzahl von Drähten zur Bildung einer Litze sind lackisoliert, wobei vorteilhaft der Litzendraht mittig die Seele aufweist, die als Isolator ausgebildet sein kann.
Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls eine Spule, z. B. eines Trafos oder einer Drossel, der sich durch mindestens einen Stromleiter gemäß einer oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 8 auszeichnet. Vorteilhaft zeigt die Spule mindestens eine Wickellage auf, wobei die Wickellage die unterschiedlichsten Wicklungsarten aufweisen kann. So können einzelne Wicklungen verschachtelt, verflochten oder verdrillt miteinander sein.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert.

1 zeigt im Schnitt den erfindungsgemäßen Koaxialstromleiter;
2 zeigt einen Wickeldraht mit einer Mehrzahl von Litzendrähten;
3 zeigt im Schnitt und perspektivisch einen Litzendraht;
4 zeigt schematisch einen Eisenkern, wobei angedeutet auf dem Eisenkern eine Wicklung aufgebraucht ist.

Gemäß 1 besteht der dort dargestellte erfindungsgemäße Stromleiter 1 (Koaxialstromleiter) aus einem Innenleiter 3 und einem koaxial dazu angeordneten Außenleiter 5, wobei der Innenleiter 3 von dem Außenleiter 5 durch einen Isolationsmantel 7 als elektrischen Isolator getrennt ist, wobei ebenfalls der Außenleiter 5 auf seiner Außenseite einen Isolationsmantel 6 zeigt, der ebenfalls als elektrischer Isolator dient. Sowohl der Innenleiter 3 als auch der Außenleiter 5 weisen eine Mehrzahl an Wickeldrähten 9 auf, wie sich dies im Einzelnen aus 2 ergibt. Der dort dargestellte Wickeldraht 9 ist ebenfalls auf seinem Außenmantel isoliert (Pfeil 11), wobei darüber hinaus die Mehrzahl an Wickeldrähten 9 ebenfalls durch einen Isolationsmantel 13 umgeben. Wie bereits ausgeführt, umfasst der Wickeldraht 9 eine Mehrzahl von Litzendrähten 15, wie in 3 dargestellt, wobei die Litzendrähte 15 miteinander verdrillt sind. Der Litzendraht 15 besteht aus im vorliegenden Fall sechs Litzen 17, wobei eine jede Litze 17 aus einer Mehrzahl von Drähten 19 ausgebildet ist, die eine Lackisolierung aufweisen. Auch ist aus 3 erkennbar, dass der Litzendraht 15 durch eine elektrische Isolierung (Pfeil 11) ummantelt ist. Mittig weist der Litzendraht eine nicht leitende Seele 18 auf, um die herum die Litzen 17 verdrillt ist.
4 zeigt schematisch einen Eisenkern 20, auf dem eine Mehrzahl von Koaxialstromleitern 1 der erfindungsgemäßen Art angeordnet sind.
Bei einer elektrischen Spule mit einem solchen Koaxialstromleiter kann der Innenleiter die Primärwicklung und der Außenleiter die Sekundärwicklung darstellen oder umgekehrt.
Bezugszeichenliste:

1: Stromleiter (Koaxialleiter)
3: Innenleiter
5: Außenleiter
6: Isolationsmantel
7: Isolationsmantel
9: Wickeldraht
11: Pfeil
13: Isolationsmantel
15: Litzendraht
17: Litze
18: Seele
19: (Einzel-) Draht
20: Eisenkern

Claims

Stromleiter (1) zur Bildung eines elektrischen Wickelkörpers für eine Spule, wobei der Stromleiter (1) mindestens einen Innenleiter (3) und mindestens einen koaxial dazu verlaufenden Außenleiter (5) aufweist, wobei Außen- und Innenleiter (3, 5) durch eine elektrische Isolierung getrennt sind, wobei - Außen- und Innenleiter (3, 5) jeweils aus mehreren Wickeldrähten (9) ausgebildet sind, - der Wickeldraht (9) aus mehreren Litzendrähten (15) gebildet ist, und - der Wickeldraht (9) einen Isolationsmantel (13) aufweist.
Stromleiter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Litzendraht (15) mehrere Litzen (17) aufweist.
Stromleiter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Litze (17) aus einer Mehrzahl von Drähten (19) ausgebildet ist.
Stromleiter (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Litzen (17) zur Bildung des Litzendrahtes (15) verdrillt sind.
Stromleiter (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromleiter (1) einen Isolationsmantel (7) aufweist, welcher die elektrische Isolierung zwischen dem Innenleiter (3) und dem Außenleiter (5) bildet.
Stromleiter (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Drähten (19) zur Bildung der Litze (17) lackisoliert und verdrillt sind.
Stromleiter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Litzendraht (15) eine Seele (18) aufweist.
Stromleiter (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seele (18) als Isolator ausgebildet ist.
Spule, gekennzeichnet durch mindestens einen Stromleiter (1) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8.
Spule nach Anspruch 89 dadurch gekennzeichnet, dass die Spule mindestens eine Wickellage aufweist.