DE2824749A1 - Induktives bauelement und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Induktives bauelement und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number
DE2824749A1
DE2824749A1 DE19782824749 DE2824749A DE2824749A1 DE 2824749 A1 DE2824749 A1 DE 2824749A1 DE 19782824749 DE19782824749 DE 19782824749 DE 2824749 A DE2824749 A DE 2824749A DE 2824749 A1 DE2824749 A1 DE 2824749A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
winding
electrically conductive
inductive component
component according
soft magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19782824749
Other languages
English (en)
Inventor
Richard Dr Boll
Hans-Reiner Dr Hilzinger
Hans-Juergen Dipl Phys Koester
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Original Assignee
Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vacuumschmelze GmbH and Co KG filed Critical Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority to DE19782824749 priority Critical patent/DE2824749A1/de
Priority to DE7979101673T priority patent/DE2962787D1/de
Priority to EP79101673A priority patent/EP0005836B1/de
Priority to CA000329091A priority patent/CA1148229A/en
Priority to JP7108479A priority patent/JPS553695A/ja
Publication of DE2824749A1 publication Critical patent/DE2824749A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/04—Amorphous alloys with nickel or cobalt as the major constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/153—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/25—Magnetic cores made from strips or ribbons

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Description

VACTJÜMSGHMELZE GMBH Unser Zeichen
Hanau VP 78 P 9555 BRD
Induktives Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung "betrifft ein induktives Bauelement, auf dessen elektrisch leitende Wicklung Band aus weichmagnetischem Material aufgewickelt ist.
Übliche induktive Bauelemente haben einen weichmagnetischen Kern, der beispielsweise aus Band gewickelt oder aus Blechen geschichtet sein kann, und eine auf diesen Kern aufgebrachte elektrische Wicklung. Bei Ringbandkernen wird die Wicklung meist in Form eines Toroids auf den Kern aufgewickelt. Schnittbandkerne oder Kerne aus geschichteten und gegebenenfalls geklebten Blechpaketen können in die fertige Wicklung eingeschoben werden.
Kb/Bz / 5.6.1978
909850/0226
- ft - VP 78 P 9555 BED
Es sind jedoch auch bereits induktive Bauelemente, beispielsweise Transformatoren, Drosseln und Wandler, "bekannt, bei denen der bandförmige Kernwerkstoff aus weichmagnetischem Material auf die vorgefertigte elektrische Wicklung aufgewickelt ist. Dabei wird in der Regel der bandförmige Kernwerkstoff zunächst vor dem Aufbringen auf die Wicklung auf einen ähnlichen Durchmesser vorgewickelt, wie er später auf die Wicklung zu liegen kommt, anschließend zur Beseitigung der mechanischen Spannungen wärmebehandelt und schließlich, gegebenenfalls nach nochmaligem Umwickeln, auf die Wicklung aufgewickelt.
Der fertige Wickelkern, der die Form eines Ringbandkerns besitzt, umschließt dann jeweils einen seiner Bandbreite entsprechenden Teil der elektrischen Wicklung (DE-PS 711 770, 722 211, 727 073, 729 918, 737 787 und 915 588). Obwohl beim Wickeln die Krümmungsänderung der Bänder auf ein Mindestmaß beschränkt wird, ist nicht zu vermeiden, daß sich die magnetischen Eigenschäften beim Wickeln nach der Wärmebehandlung verschlechtern. Die Verschlechterung kann bei Silizium-Eisen-Legierungen noch in tragbaren Grenzen gehalten werden, bei den magnetisch hochwertigen Nickel-Eisen-Legierungen muß jedoch eine bedeutende Qualitätsminderung in Kauf genommen werden (R. Bauer, "Der Meßwandler", Berlin/Göttingen/ Heidelberg (Springer-Verlag), 1953, Seite 55, Absatz 3).
Aufgabe der Erfindung ist es, ein induktives Bauelement, auf dessen elektrisch leitende Wicklung Band aus weichmagnetischem Material aufgewickelt ist, weiter zu verbessern.
909850/0226
VP 78 P 9555 BED
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Band aus weichmagnetischem Material aus einer amorphen Legierung "besteht.
Amorphe Metallegierungen lassen sich bekanntlich dadurch herstellen, daß man eine entsprechende Schmelze so rasch abkühlt, daß ein Erstarren ohne Kristallisation eintritt. Die Legierungen können dabei gleich in Form dünner Bänder gewonnen werden, deren Dicke beispielsweise einige hundertstel Millimeter und deren Breite mehrere Millimeter betragen kann. Von den kristallinen Legierungen lassen sich die amorphen Legierungen durch Röntgenbeugungsmessungen unterscheiden. Im Gegensatz zu kristallinen Materialien, die charakteristische scharfe Beugungslinien zeigen, verändert sich bei amorphen Metallegierungen die Intensität im Röntgenbeugungsbild nur langsam mit dem Beugungswinkel, ähnlich wie dies auch bei Flüssigkeiten oder gewöhnlichem Glas der Fall ist.
Je nach den Herstellungsbedingungen können die amorphen Legierungen vollständig amorph sein oder ein zweiphasiges Gemisch des amorphen und des kristallinen Zustandes umfassen. Im allgemeinen versteht man unter einer "amorphen Metallegierung" eine Legierung, die zu wenigstens 50 %, vorzugsweise zu wenigstens 80 %, amorph ist.
Für jede amorphe Metallegierung gibt es eine charakteristische Temperatur, die sogenannte Kristallisationstemperatur. Erhitzt man die amorphe Legierung auf oder über diese Temperatur, so geht sie in den kristallinen Zustand über. Bei Wärmebehandlungen unterhalb der Kristallisationstemperatur bleibt dagegen der amorphe Zustand erhalten.
909850/0226
- i/ - VP 78 P 9555 BED
Die bislang "bekannten weichmagnetischen amorphen Metallegierungen haben die Zusammensetzung MX, , wobei M wenigstens eines der Metalle Eisen, Eobalt und Nickel, und Σ wenigstens eines der sogenannten glasbildenden Elemente Bor, Kohlenstoff, Silizium und Phosphor bedeutet und y zwischen etwa 0,60 und 0,95 liegt. Zusätzlich zu den Metallen M können die amorphen Legierungen auch noch weitere Metalle, insbesondere Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, WoIfram, Mangan, Palladium, Platin, Kupfer, Silber oder Gold enthalten, während zusätzlich zu den glasbildenden Elementen X oder gegebenenfalls auch an Stelle von diesen die Elemente Aluminium, Gallium, Indium, Germanium, Zinn, Arsen, Antimon, Vismut oder Beryllium vorhanden sein können (vgl. zum Beispiel DE-OS 25 4-6 676, 25 53 003, 26 05 615, 26 28 362 und 27 08 151).
Allgemein gilt bei weichmagnetischen amorphen Legierungen, daß sie bezüglich ihrer magnetischen Eigenschäften gegen Verformungen, wie sie etwa beim Aufwickeln des Bandes auf eine elektrisch leitende Wicklung auftreten, weniger empfindlich sind als Bänder aus kristallinen weichmagnetischen Legierungen.
Speziell eine Reihe von kobalthaltigen amorphen Legierungen, wie sie etwa aus der DE-OS 25 4-6 676 und der DE-OS 27 08 151 bekannt sind, haben eine Magnetostriktion, die nahe bei Null liegt. Diese Legierungen können vorzugsweise die Zusammensetzung Co Fe-JiTi Si ·, 5^fCgAl11 haben, wobei
0,3 * a * 0,8
0 * b * 0,1
0 ic* 0,4
909850/0226
VP 78 P 9555 BED
O * d * 0,3
O e £ 0,3
O f * 0,25
O S * 0,15
O h * 0,1
sowie
0,6 - a + b + c
0,1 *d+e + f + g + h
ist. Die magnetischen Eigenschaften dieser Legierungen sind gegen Verformungen .sehr unempfindlich. Bänder aus solchen Legierungen können daher nach vorheriger Wärmebehandlung oder gegebenenfalls auch völlig ohne Wärmebehandlung auf die elektrisch leitende Wicklung aufgewickelt werden.
Andere weichmagnetische amorphe Legierungen, insbesondere solche der Zusammensetzung Fe M^Me PjB Si^C_Α1^» wobei Me eines oder mehrere der Metalle Kobalt, Chrom, Molybdän, Titan, Vanadin, Kupfer bedeutet und
0,1 * a ^ 0,9
0 ^ b * 0,6
0 ^ C * 0,4
0 ^ d * 0,25
0 ^ e * 0,3
0 ^ f * 0,3
0 * ε * 0,15
0 ^ h * 0,1
sowie
a + b + c + d+e + f + g + h = 1, 0,6 * a + b + c
0,1 ^d+e+f+g+h
ist, haben zwar keine verschwindende Magnetostriktion.
909850/0226
VP 78 P 9555 BED
Sie sprechen jedoch "bereits auf eine Entspannungsglühung bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen von etwa 150 "bis 4000C an. Die Ummagnetisierungsverluste bei hohen Frequenzen, beispielsweise bei 20 kHz,sind bei diesen Legierungen nach der Wäxmebehandlung verhältnismäßig niedrig. Bei Verwendung solcher Legierungen kann daher das Bauelement nach dem Aufwickeln des amorphen weichmagnetischen Bandes auf die vorgefertigte elektrisch leitende, mit einer Isolation versehene Wicklung einer Wärmebehandlung zwischen 150 und 4000C unterzogen werden, sofern auch die übrigen für das Bauelement verwendeten Werkstoffe bei diesen Temperaturen beständig sind.
Besonders günstig ist es, die elektrisch leitende Wicklung ringförmig auszubilden und das Band aus der amorphen Legierung derart toroidförmig aufzuwickeln, daß es die elektrisch leitende Wicklung weitgehend umschließt. Besonders eignen sich hierzu amorphe Bänder mit nicht zu großer Breite, beispielweise mit einer Breite von bis zu 5 mm» wie sie leicht unmittelbar aus der Schmelze hergestellt werden können. Diese Bänder können dann in einer oder mehreren Lagen ähnlich auf die vorgefertigte elektrisch leitende Wicklung aufgebracht werden, wie beispielsweise bei herkömmlichen induktiven Bauelementen die elektrisch leitende Wicklung auf einen vorgefertigten Ringbandkern aufgewickelt wird. Die Bauart hat ferner den Vorteil, daß das toroidförmig aufgewickelte weichmagnetische amorphe Band ähnlich wie ein Schalenkern gleichzeitig als magnetische Schirmung wirkt.
909850/0226
- /f - YP 78 P 9555 BED
Die elektrisch leitende Wicklung kann vorteilhaft aus Aluminium hergestellt werden, wodurch sich gegenüber Kupfer eine erhebliche Gewichtserspamis ergibt. Außerdem lassen sich dabei die einzelnen Windungen durch eine Eloxalschicht an ihrer Oberfläche in einfacher Weise temperaturbeständig gegeneinander isolieren. Insbesondere bei größeren Bauelementen kann man natürlich auch Folien, beispielsweise aus Kunststoffen mit entsprechender Temperaturbeständigkeit, zur Isolation verwenden.
Falls es auf eine Gewichtsersparnis nicht entscheidend ankommt, kann man natürlich für die elektrisch leitende Wicklung auch Kupfer verwenden, beispielsweise mit temperaturbeständigem Lack oder einer Glasfaserumspinnung isoliert.
Besonders günstig kann man die elektrisch leitende Wicklung aus Bandmaterial, vorzugsweise Aluminiumband, herstellen, das dann ähnlich gewickelt werden kann wie Eingbandkerne bei einem üblichen Bauelement. Bei einer solchen Bandwicklung läßt sich ein besonders hoher Füllfaktor und damit eine besonders kompakte Bauart erzielen.
Vorzugsweise wählt man für die elektrisch leitende Wicklung einen etwa rechteckigen Querschnitt mit einem Seitenverhältnis der zur Wickelachse parallelen zu der zur Wickelachse senkrechten Seite von etwa 2,5 :1 bis 1:1.
Die Wicklung kann auch aus mehreren elektrisch voneinander getrennten Teilwicklungen bestehen, beispielsweise der Primär- und Sekundärwicklung eines Transformators oder Übertragers.
909850/0226
- ft - VP 78 P 9555 BED
Um eine hohe Leistung bei möglichst kleinem Materialeinsatz zu erzielen, ist es "besonders vorteilhaft, für die mit einer toroidförmigen Wicklung aus weichmagnetischem Band versehene elektrisch leitende ringförmige Wicklung einen etwa quadratischen Querschnitt zu wählen. Ferner ist es zweckmäßig, das Wickelpaket aus weichmagnetischem Band so dick zu machen, daß der halbe Durchmesser des Wickelloches der elektrisch leitenden Wicklung von weichmagnetischem Material ausgefüllt ist.
Ferner sollten die Füllfaktoren der beiden Wicklungen möglichst groß gewählt werden, wenn bei vorgegebener Maximalleistung des Bauelementes ein möglichst kleines Bauvolumen erzielt werden soll. Die maximale Leistung, bezogen auf die Volumeneinheit, nimmt nämlich mit wachsenden Füllfaktoren zu. Bei einer Wicklung aus Aluminiumband lassen sich etwa Füllfaktoren bis zu 0,9 erreichen, bei der weichmagnetischen toroidförmigen Wicklung etwa Füllfaktoren bis zu 0,3. Um gleichzeitig auch eine möglichst hohe maximale Leistung, bezogen auf das Gewicht, zu erreichen, ist es ferner vorteilhaft, das Verhältnis von Außendurchmesser zu Innendurchmesser der elektrisch leitenden Wicklung zwischen etwa 1,3 und 3»5, vorzugsweise zwischen 1,5 und. 2,5» zu wählen. Im Vergleich zu herkömmlichen Bauelementen läßt sich dabei auch teures weichmagnetisches Material auf Kosten von billigerem Leitermaterial einsparen. Unter den vorstehend angegebenen Voraussetzungen für die geometrische Gestaltung des Bauelementes nimmt nämlich bei den anmeldungsgemäßen Bauelementen mit wachsendem Verhältnis zwischen Außen- und Innendurchmesser der elektrisch leitenden Wicklung die pro Leistungseinheit erforderliche Menge an weichmagnetischem Material ab und die entsprechende Menge an Leitermaterial zu. Bei herkömm-
909850/0226
- VP 78 P 9555 BED
liehen Bauelementen, beispielsweise bei einem mit einer toroidförmigen elektrisch leitenden Wicklung versehenen Ringbandkern, ist dies umgekehrt.
-Anhand einiger Figuren und Beispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden:
Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelementes in Draufsicht. 10
Figur 2 zeigt das Bauelement nach Figur 1 schematisch im Querschnitt.
Figur 3 zeigt das Verhältnis von Masse zu Leistung in Abhängigkeit vom Verhältnis des Außendurchmessers zum Innendurchmesser der elektrisch leitenden Wicklung für ein Bauelement gemäß Figuren 1 und 2 sowie Vergleichskurven für ein herkömmliches Bauelement.
Figur 4 zeigt das Verhältnis von Masse zu Leistung und das Verhältnis von Volumen zu Leistung in Abhängigkeit vom Verhältnis des Außendurchmessers zuaInnendurchmesser der elektrisch leitenden Wicklung für ein Bauelement gemäß Figuren 1 und 2 sowie Vergleichskurven für ein herkömmliches Bauelement.
Figur 5 zeigt schematisch im Querschnitt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelementes.
Im folgenden Ausführungsbeispiel wird anhand der Fig. 1 und 2 ein Transformator näher erläutert, dessen ringförmige, in zwei Teilwicklungen, nämlich eine Primär- und eine Sekundärwicklung, unterteilte elektrisch
909850/0226
- y6 - VP 78 P 9555 BKD
leitende Wicklung einen quadratischen Querschnitt hat und von einer Wicklung aus weichmagnetischem, amorphem Band toroidförmig umgeben ist.
Der Transformator ist ausgelegt für eine Primärspannung (Rechteckspannung) von 500 V, eine Sekundärspannung von 48 1 und eine übertragbare Leistung von 670 W bei einer Frequenz von 20 kHz. Die Umgebungstemperatur soll 6O0C betragen, die zugelassene Übertemperatur 60 K. Die Ummagnetisierungsverluste der weichmagnetischen Wicklung betragen 28 W/kg.
Ausgehend von den Arbeitsbedingungen wurden für den Transformator folgende geometrischen Daten festgelegt:
Innendurchmesser des Transformators Außendurchmesser des Transformators Höhe des Transformators
Innendurchmesser der elektrisch leitenden Wicklung
20 Außendurchmesser der elektrisch leitenden Wicklung
Höhe der elektrisch leitenden Wicklung
magnetischer Eisenquerschnitt wirksamer Leiterquerschnitt mittlere Eisenweglänge 25 mittlere elektrische Windungslänge
Im einzelnen wurde der Transformator aufgebaut aus einer Primärwicklung 1 mit 122 Windungen aus 0,08 mm. dickem und 18 mm breitem Aluminiumband und einer Sekundärwicklung 2 mit 20 Windungen aus 0,45 mm dickem und 18 mm breitem Aluminiumband. Als Isolation wurde zwischen die Windungen eine 19 mm breite, 0,2 mm dicke
909850/0226
do = 1,4 cm
dw = 7,9 cm
\ = 3,4 cm
d1 = 2,8 cm
d2 = 6,8 cm
h2 = 2,0 cm
0,9 cm
3,4 cm
15,1 cm
9,8 cm.
- ?P 78 P 9555 bed
Polyimidfolie eingelegt, die in Figur 2 aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht eigens dargestellt ist. Der Füllfaktor, der aus den beiden Teilwicklungen 1 und 2 bestehenden Wicklung, die einen quadratischen Querschnitt besitzt, ist etwa 0,85· Das Verhältnis von Außen durchmesser do zu Innendurchmesser d^ der Wicklung ist 2,4.
Als Deckisolation der elektrisch leitenden Wicklung 1, 2 dient wiederum eine Polyimidfolie 3> die beispielsweise durch Tiefziehen auf die Wicklung aufgebracht werden kann.
Um die so isolierte Wicklung 1, 2 wurden dann 900 Windüngen 4- aus 2 mm breitem und 0,05 mm dickem Band aus der weichmagnetischen amorphen Legierung FeQ ^qNIq ^q ^O 14-^0 06 derart herumgewickelt, daß sie die elektrisch leitende Wicklung 1, 2 toroidförmig umschließen. Lediglich die Stelle, an der die elektrischen Anschlüsse 5 der Primärwicklung 1 und der Sekundärwicklung 2 herausgeführt sind, ist nicht von der weichmagnetischen Wicklung überdeckt. Zur Sicherung der weichmagnetischen Wicklung kann das freie Ende des amorphen Bandes einfach unter eine benachbarte Windung gesteckt werden. Die weichmagnetische Wicklung, deren Füllfaktor etwa 0,2 beträgt, füllt etwa den halben Durchmesser d,. des Wickelloches der elektrisch leitenden Wicklung aus.
Zur mechanischen Entspannung und zur Verbesserung der dynamischen Eigenschaften, insbesondere zur Herabsetzung der Ummagnetisierungsverluste, der weichmagnetischen Wicklung wurde der fertig gewickelte Transformator etwa eine Stunde lang bei einer Temperatur zwischen etwa 300 und 35O0C an Luft geglüht und anschließend mit
909850/0226
VP 78 P 9555 BED
einer Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 100 bis 25O0C pro Stunde kontrolliert bis auf eine Temperatur unterhalb 200 C und weiter unkontrolliert abkühlen gelassen. Bei diesem Glühvorgang entsteht außerdem auf dem Band aus der amorphen Legierung eine dünne Oxidschicht, die zur Isolation der einzelnen Windungen gegeneinander zum Zwecke der Vermeidung von Wirbelströmen ausreicht. Nach dem Glühen kann als zusätzlicher Schutz beispielsweise auf die weichmagnetische Wicklung noch eine Kunststofffolie aufgebracht werden.
Bei dem beschriebenen Transformator hat das Aluminium ein Gewicht von 138 g und das Band aus der amorphen Legierung ein Gewicht von 69 g. Das Gewicht des Magnet-Werkstoffes ist demnach viel niedriger als das des Leiterwerkstoffes .
Daß sich bei den anmeldungsgemäßen Bauelementen mit wachsendem Verhältnis von Außen- zu Innendurchmesser der elektrisch leitenden Wicklung teures weichmagnetisches Material auf Kosten von billigerem Leitermaterial einsparen läßt, ist aus Figur 3 zu ersehen.
In dieser Figur ist an der Ordinate das Verhältnis von Masse bzw. Gewicht m zur Leistung P in g/W, an der Abszisse das Verhältnis von Außendurchmesser d^ zu Innendurchmesser d^, aufgetragen. Die durchgezogenen Kurven 11, 12 und 13 gelten für anmeldungsgemäße Bauelemente. Dabei ist vorausgesetzt, daß die elektrisch leitende Wicklung aus Aluminium besteht und einen quadratischen Querschnitt und einen Füllfaktor von 0,85 besitzt und daß die weichmagnetische Wicklung aus amorphem Material toroidförmig ausgebildet ist, einen Füll-
909850/0226
- tf> - VP 78 P 9555 BRD
faktor von 0,2 besitzt und die Hälfte des Durchmessers d,-des Wickelloches der elektrisch leitenden Wicklung ausfüllt. Für den Magnetwerkstoff werden für die Eisenverluste 28 W/kg bei einer Induktion von 0,2 T und eine Frequenz von 20 kHz angenommen. Die Dimensionierungen beziehen sich auf eine Umgebungstemperatur von 600C und eine Übertemperatur von 60 K.
Kurve 11 zeigt die Masse des weichmagnetischen Materials, Kurve 12 die Masse des elektrisch leitenden Materials und Kurve 13 die Gesamtmasse, jeweils bezogen auf die Leistung. Wie man bei einem Vergleich der Kurven 11 und 12 leicht sieht, ist bei Durchmesserverhältnissen do/d^, oberhalb etwa 1,9 die Masse des erforderlichen Magnetmaterials kleiner als die Masse des erforderlichen Leitermaterials, jeweils bezogen auf die Leistung.
Die unterbrochen gezeichneten Kurven 14, 15 und 16 sind Vergleichskurven, die sich auf herkömmliche Bauelemente beziehen. Dabei ist vorausgesetzt, daß die weichmagnetische Wicklung ein Ringbandkern ist, der bezüglich Geometrie und Füllfaktor der elektrisch leitenden Wicklung der anmeldungsgemäßen Bauelemente entspricht, und daß die elektrisch leitende Wicklung aus Kupferdraht besteht und hinsichtlich Geometrie und Füllfaktor der weichmagnetischen Wicklung der anmeldungsgemäßen Bauelemente entspricht. Kurve 14 zeigt die Masse des weichmagnetischen Materials, Kurve 15 die Masse des Leitermaterials, Kurve 16 die Gesamtmasse, jeweils bezogen auf die Leistung, in Abhängigkeit vom Verhältnis des Außendurchmesser do zum Innendurchmesser d,, des Ringbandkernes. Man sieht aus einem Vergleich der Kurven 14 und 15, daß bei den herkömmlichen Bauelementen die Masse des Magnetmaterials
909850/0226
_ η/ζ. _ vp 78 P 9555 BED
"bezogen auf die Leistung zu- die Masse des Leitermaterials "bezogen auf die Leistung dagegen abnimmt. Außerdem zeigt ein Vergleich der Kurven 13 und 16, daß "bei gegebenem Durchmesserverhältnis die Masse pro Leistung "bei den herkömmlichen Bauelementen erheblich größer ist als bei den anmeldungsgemäßen Bauelementen.
In Figur 4 sind die erwähnten Kurven 13 und 16 nochmals eingezeichnet. Außerdem enthält die Figur 4- noch zwei weitere Kurven, von denen die Kurve 17 das Volumen V der anmeldungsgemäßen und die Kurve 18 das Volumen V der herkömmlichen Bauelemente jeweils bezogen auf die Leistung P in Abhängigkeit vom Durchmesserverhältnis d2/d^ darstellt. Die vorausgesetzten Eigenschaften der
Bauelemente sind die gleichen wie bei Figur 3. Die Kurven 17 und 18 zeigen, daß bei gegebenem Durchmesserverhältnis das Volumen pro Leistung bei den anmeldungsgemäßen Bauelementen etwas größer ist als bei den herkömmlichen Bauelementen. Im Hinblick auf die erheblichen aus Figur 3 ersichtlichen Einsparungsmöglichkeiten an weichmagnetischem Material auf Kosten von Leitermaterial bei den anmeldungsgemäßen Bauelementen fällt dies jedoch nicht allzusehr ins Gewicht. Ferner ersieht man aus Fig. 4, daß bei Durchmesserverhältnissen zwischen etwa 1,3 und über 3 hinaus bis etwa 3>5 bei den anmeldungsgemäßen
bezogen Bauelementen sowohl die Masse als auch das Volumen/auf die Leistung besonders niedrig sind. Günstig sind dabei insbesondere Durchmesserverhältnisse zwischen etwa 1,5 und 2,5j wobei mit wachsendem Durchmesserverhältnis der bereits erwähnte Vorteil hinzukommt, daß weichmagnetisches Material eingespart werden kann.
909850/0226
- VP 78 P 9555 BED
Bislang wurden in den Ausführungsbeispielen nur Bauelemente beschrieben, "bei denen die elektrisch leitenden Wicklungen den "besonders günstigen quadratisehen Querschnitt aufweisen. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht "beschränkt, vielmehr können die elektrisch leitenden Wicklungen auch andere Querschnittsformen besitzen. So kann der Querschnitt beispielsweise auch rechteckförmig sein, wobei jedoch das Verhältnis zwischen der zur Wickelachse parallelen und der zur Wickelachse senkrechten Seite, wie bereits erwähnt, vorzugsweise zwischen 2,5 : 1 und 1:1 liegen sollte.
Ferner kann insbesondere bei Bauelementen mit mehreren elektrisch leitenden Teilwicklungen die elektrisch leitende Wicklung aus Teilen unterschiedlicher Höhe bestehen. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist schematisch in Figur 5 dargestellt. Die elektrisch leitende Wicklung besteht aus einer Primärwicklung 21 und zwei Sekundärwicklungen 22 und 23, beispielsweise aus Aluminiumband, deren Höhe von außen nach innen abnimmt. Durch die Verringerung der Höhe der einzelnen Teilwicklungen nach innen ist im Wickelloch mehr Platz für die Wicklung 24 aus einem Band aus einer weichmagnetischen amorphen Legierung, so daß die Umrisslinien des Querschnitts der weichmagnetischen Wicklung 24 sich stärker einem gerundeten Rechteck annähern als bei dem Bauelement gemäß Figur 3.
809850/0226

Claims (14)

VP Patentansprüche
1. Induktives Bauelement, auf dessen elektrisch, leitende Wicklung Band aus weichmagnetischem Material aufgewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus einer amorphen Legierung "besteht.
2. Induktives Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das weichmagnetische Band aus einer Legierung der Zusammensetzung Co Ee-.Ni Si,B P-CJSlLu besteht, wobei 0,3 * a * 0,8
O « b £ 0,1 O * C 0,4 O ^ d 0,3 O * e 0,3 O ^ f 0,25 O * g 0,15 O * h 0,1 sowie C a + b + + + d + e 0,6 ^ a + b + c 0,1 * d e + f + ist.
+ f + g + h =
909850/0226
ORIGINAL INSPECTED
- 2 - PV 78 P 9555 BED
3- Induktives Bauelement nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet , daß das weichmagnetische Band aus einer Legierung der Zusammensetzung Fe Fi, Me
3. D C
P.B Si~C Al, "besteht, wobei Me eines oder mehrere der Metalle Kobalt, Chrom, Molybdän, Titan, Vanadin, Kupfer "bedeutet und
0,1 * a * 0,9
0 * b * 0,6
0 * c ^ 0,4
0 ■* d * 0,25
0 £ e ^ 0,3
0 * f * 0,3
o * g * 0,15 0 * h *■ 0,1 sowie
a + b + c + d+e + f + g + h =
0,6 ^ a + b + c • 0,1 *d+e+f+g+h
ist.
20
4. Induktives Bauelement nach Anspruch 1 oder 3» gekennzeichnet durch die ausschließliche Verwendung von Werkstoffen, die bei Temperaturen zwischen 150 und 4000C beständig sind.
5. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Wicklung ringförmig ausgebildet und das amorphe weichmagnetische Band toroidförmig derart auf die Wicklung aufgewickelt ist, daß es diese weitgehend umschließt.
909850/0226
- 3 - VP 78 P 9555 BED
6. Induktives Bauelement nach, einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Wicklung aus Aluminium "besteht.
7· Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Wicklung einen etwa rechteckigen Querschnitt mit einem Seitenverhältnis der zur Wickelachse parallelen zu der zur Wickelachse senkrechten Seite von etwa 2,5*1 bis1:1 besitzt.
8. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Wicklung aus Bandmaterial gewickelt ist.
9. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 5 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer toroidförmigen Wicklung aus weichmagnetischem Band versehene elektrisch leitende ringförmige Wicklung einen etwa quadratischen Querschnitt besitzt.
10. Induktives Bauelement nach Anspruch. 9» dadurch gekennzeichnet , daß der halbe Durchmesser des Wickelloches der elektrisch, leitenden Wicklung von weichmagnetischem Material ausgefüllt ist.
11. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die iullfaktoren der elektrisch leitenden Wicklung und der Wicklung aus amorphem weichmagnetischem Band möglichst groß sind.
9098S0/0226
- 4 - VP 78 P 9555 BED
12. Induktives Bauelement nach. Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Außen- zu Innendurchmesser der elektrisch leitenden Wicklung 1,3 "bis 355 "beträgt.
13· Induktives Bauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Außen- zu Innendurchmesser der elektrisch leitenden Wicklung 1,5 "bis 2,5 "beträgt.
14. Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauelementes nach einem der Ansprüche 4 bis 13, wobei zunächst die elektrisch leitende Wicklung hergestellt und isoliert und anschließend das weichmagnetische Band auf die Wicklung aufgewickelt wird, dadurch gekennzeichnet , daß das Bauelement nach dem Aufwickeln des amorphen weichmagnetischen Bandes einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 150 und 400 C zur mechanischen Entspannung des Bandes unterzogen wird.
909850/0226
DE19782824749 1978-06-06 1978-06-06 Induktives bauelement und verfahren zu seiner herstellung Withdrawn DE2824749A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19782824749 DE2824749A1 (de) 1978-06-06 1978-06-06 Induktives bauelement und verfahren zu seiner herstellung
DE7979101673T DE2962787D1 (en) 1978-06-06 1979-05-31 Inductive constructional component and process for manufacturing it
EP79101673A EP0005836B1 (de) 1978-06-06 1979-05-31 Induktives Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
CA000329091A CA1148229A (en) 1978-06-06 1979-06-05 Inductive component and method for its production
JP7108479A JPS553695A (en) 1978-06-06 1979-06-06 Induction electric device and method of manufacturing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19782824749 DE2824749A1 (de) 1978-06-06 1978-06-06 Induktives bauelement und verfahren zu seiner herstellung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2824749A1 true DE2824749A1 (de) 1979-12-13

Family

ID=6041152

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19782824749 Withdrawn DE2824749A1 (de) 1978-06-06 1978-06-06 Induktives bauelement und verfahren zu seiner herstellung
DE7979101673T Expired DE2962787D1 (en) 1978-06-06 1979-05-31 Inductive constructional component and process for manufacturing it

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE7979101673T Expired DE2962787D1 (en) 1978-06-06 1979-05-31 Inductive constructional component and process for manufacturing it

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0005836B1 (de)
JP (1) JPS553695A (de)
CA (1) CA1148229A (de)
DE (2) DE2824749A1 (de)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3021224A1 (de) * 1979-06-04 1980-12-18 Sony Corp Verfahren zur herstellung einer amorphen magnetlegierung mit hoher permeabilitaet
EP0080521A1 (de) * 1981-11-26 1983-06-08 Allied Corporation Amorphe Metall-Legierungen niedriger Magnetostriktion
DE3424958A1 (de) * 1983-07-06 1985-01-17 Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo Drahtelektrode fuer eine elektrische entladungsbearbeitung mittels schneidedraht
DE3425394A1 (de) * 1983-07-11 1985-01-24 Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo Drahtelektrode fuer eine elektrische entladungsbearbeitung mittels schneidedraht
EP0160166A1 (de) * 1981-11-26 1985-11-06 Allied Corporation Amorphe Legierungen von Metallen mit niedriger Magnetostriktion
DE3619659A1 (de) * 1985-06-13 1986-12-18 Hitachi Metals, Ltd., Tokio/Tokyo Amorphe legierung auf fe-basis
US4745536A (en) * 1982-12-23 1988-05-17 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Reactor for circuit containing semiconductor device
DE3733376A1 (de) * 1987-10-02 1989-04-13 Vacuumschmelze Gmbh Verfahren zur herstellung eines koaxial feldgekoppelten uebertragers
US6563411B1 (en) 1998-09-17 2003-05-13 Vacuumschmelze Gmbh Current transformer with direct current tolerance
US6580347B1 (en) 1998-11-13 2003-06-17 Vacuumschmelze Gmbh Magnetic core that is suitable for use in a current transformer, method for the production of a magnetic core and current transformer with a magnetic core
DE19681738B4 (de) * 1996-12-30 2005-04-21 Seibel, Wilhelm, Dipl.-Ing. Verfahren zum Bündeln der magnetischen Kraftlinien von Dauermagneten und Ausrichten des magnetischen Flusses
DE102009043539A1 (de) * 2009-09-30 2011-04-21 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Magnetischer Streifen, Sensor aufweisend einen magnetischen Streifen und Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Streifens

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5841649B2 (ja) * 1980-04-30 1983-09-13 株式会社東芝 巻鉄芯
JPS5831053A (ja) * 1981-08-18 1983-02-23 Toshiba Corp 非晶質合金
JPS58139408A (ja) * 1982-02-15 1983-08-18 Hitachi Metals Ltd 巻鉄心の製造方法
JPH0611007B2 (ja) * 1982-10-05 1994-02-09 ティーディーケイ株式会社 磁気スイツチ用磁心
JPH07117511B2 (ja) * 1987-02-04 1995-12-18 株式会社神戸製鋼所 菌体量の計測方法
US4958134A (en) * 1987-09-04 1990-09-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Noise suppression device comprising a toroid winding
JPH061733B2 (ja) * 1989-06-15 1994-01-05 株式会社東芝 スイッチング回路用リアクトル
DE69328125T2 (de) * 1992-09-24 2000-10-12 Toshiba Kawasaki Kk Dämpferschaltung, schaltnetzteil sowie dafür benutzter sättigbarer induktor
DE10062091C1 (de) * 2000-12-13 2002-07-11 Urs Graubner Induktives Bauelement
CN101509106B (zh) * 2008-02-20 2010-06-30 吴更生 一种铁基非晶态合金材料及其制备方法
US10269476B2 (en) 2014-09-26 2019-04-23 Hitachi Metals, Ltd. Method of manufacturing an amorphous alloy magnetic core
EP3200210B1 (de) * 2014-09-26 2019-06-05 Hitachi Metals, Ltd. Verfahren zur herstellung eines kerns aus amorpher legierung

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE915588C (de) * 1940-02-20 1954-07-26 Aeg Verfahren zur Herstellung von Wickelkernen fuer Transformatoren, Wandler od. dgl.
US4053331A (en) * 1974-09-20 1977-10-11 University Of Pennsylvania Method of making amorphous metallic alloys having enhanced magnetic properties by using tensile stress
SE7511398L (sv) * 1974-10-21 1976-04-22 Western Electric Co Magnetisk anordning
NL182182C (nl) * 1974-11-29 1988-01-18 Allied Chem Inrichting met amorfe metaallegering.
US4056411A (en) * 1976-05-14 1977-11-01 Ho Sou Chen Method of making magnetic devices including amorphous alloys
US4038073A (en) * 1976-03-01 1977-07-26 Allied Chemical Corporation Near-zero magnetostrictive glassy metal alloys with high saturation induction
NL176090C (nl) * 1977-02-26 1985-02-18 Vacuumschmelze Gmbh Werkwijze voor het verminderen van de ommagnetisatieverliezen in dunne banden uit week-magnetische amorfe metaallegeringen.
JPS5434051A (en) * 1977-08-19 1979-03-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method of making magnetic circuit

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3021224A1 (de) * 1979-06-04 1980-12-18 Sony Corp Verfahren zur herstellung einer amorphen magnetlegierung mit hoher permeabilitaet
EP0160166A1 (de) * 1981-11-26 1985-11-06 Allied Corporation Amorphe Legierungen von Metallen mit niedriger Magnetostriktion
EP0080521A1 (de) * 1981-11-26 1983-06-08 Allied Corporation Amorphe Metall-Legierungen niedriger Magnetostriktion
US4745536A (en) * 1982-12-23 1988-05-17 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Reactor for circuit containing semiconductor device
US4839487A (en) * 1983-07-06 1989-06-13 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Wire electrode for wire-cut electrical discharge machining
DE3424958A1 (de) * 1983-07-06 1985-01-17 Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo Drahtelektrode fuer eine elektrische entladungsbearbeitung mittels schneidedraht
DE3425394A1 (de) * 1983-07-11 1985-01-24 Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo Drahtelektrode fuer eine elektrische entladungsbearbeitung mittels schneidedraht
US4806721A (en) * 1983-07-11 1989-02-21 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Wire electrode for wire-cut electrical discharge machining
DE3619659A1 (de) * 1985-06-13 1986-12-18 Hitachi Metals, Ltd., Tokio/Tokyo Amorphe legierung auf fe-basis
DE3733376A1 (de) * 1987-10-02 1989-04-13 Vacuumschmelze Gmbh Verfahren zur herstellung eines koaxial feldgekoppelten uebertragers
DE19681738B4 (de) * 1996-12-30 2005-04-21 Seibel, Wilhelm, Dipl.-Ing. Verfahren zum Bündeln der magnetischen Kraftlinien von Dauermagneten und Ausrichten des magnetischen Flusses
US6563411B1 (en) 1998-09-17 2003-05-13 Vacuumschmelze Gmbh Current transformer with direct current tolerance
US6580347B1 (en) 1998-11-13 2003-06-17 Vacuumschmelze Gmbh Magnetic core that is suitable for use in a current transformer, method for the production of a magnetic core and current transformer with a magnetic core
DE102009043539A1 (de) * 2009-09-30 2011-04-21 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Magnetischer Streifen, Sensor aufweisend einen magnetischen Streifen und Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Streifens
DE102009043539A9 (de) * 2009-09-30 2012-01-12 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Magnetischer Streifen, Sensor aufweisend einen magnetischen Streifen und Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Streifens

Also Published As

Publication number Publication date
DE2962787D1 (en) 1982-07-01
EP0005836A2 (de) 1979-12-12
JPS553695A (en) 1980-01-11
EP0005836A3 (en) 1980-01-09
CA1148229A (en) 1983-06-14
EP0005836B1 (de) 1982-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0005836B1 (de) Induktives Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE3909747C2 (de)
EP1317758B1 (de) Transduktordrossel mit magnetkern, verwendung von transduktordrosseln sowie verfahren zur herstellung von magnetkernen für transduktordrosseln
DE3835986C2 (de)
EP0021101B1 (de) Amorphe weichmagnetische Legierung
DE69909604T2 (de) Transformator aus amorphem metall mit rechteckiger spule
DE3001889A1 (de) Magnetischer glasartiger metallegierungsbogen und verfahren zu dessen herstellung
DE102007004835A1 (de) Amorphe weichmagnetische Legierung und diese verwendendes Induktions-Bauteil
DE2708151A1 (de) Magnetische legierungen
DE102012109744A1 (de) Legierung, Magnetkern und Verfahren zum Herstellen eines Bandes aus einer Legierung
DE3201569C2 (de)
DE4209144A1 (de) Weichmagnetische legierung, verfahren zu ihrer herstellung und magnetkern
DE2366048C2 (de) Aufgrund einer Wärmebehandlung einen festen Schichtenverband bildender Schichtwerkstoff für mit hoher Frequenz betriebene elektrotechnische Bauteile und Verfahren zu seiner Herstellung
DE19807048A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Legierungsgläsern
DE2825235C2 (de) Drosselspule mit ringförmigem Eisenkern
DE3619659C2 (de) Verwendung einer glasartigen Legierung auf Fe-Basis
DE3435519C2 (de)
DE69928923T2 (de) Amorphes metallband mit hohem stapel-faktor und transformatorkerne
DE19814896A1 (de) Leistungsübertrager für hohe Ströme
DE3507316C2 (de)
DE3238439A1 (de) Ringbandkern mit luftspalt und verfahren zur herstellung eines derartigen ringbandkerns
DE3031257A1 (de) Verfahren zum herstellen von ringbandkernen fuer fehlerstromschutzschalter und verwendung dieser kerne
DE2709626C3 (de) Verfahren zum Herabsetzen der Ummagnetisierungsverluste in dünnen Bändern aus weichmagnetischen amorphen Metallegierungen
DE112020000679T5 (de) Gewickelter Magnetkern, Legierungskern und Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns
DE3346284A1 (de) Drosselspule fuer halbleiterschaltungen

Legal Events

Date Code Title Description
OAP Request for examination filed
OD Request for examination
8125 Change of the main classification
8126 Change of the secondary classification
8139 Disposal/non-payment of the annual fee