DE3622190A1 - Spulenkern - Google Patents
SpulenkernInfo
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- H01F38/02—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions for non-linear operation
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Description
Die Erfindung betrifft einen Spulenkern von ringähnlicher
Gestalt aus magnetisch sättigbarem Material, der
mindestens eine aus magnetischem Material bestehende
Schnittfläche seines Querschnittes enthält, die kleiner
ist als entsprechende Schnittflächen ihrer Umgebung.
In einem Artikel von W. Rößler (Rößler, W.: Nichtlineare
Speicherdrosseln mit Ferritkernen, Elektronik 1, 1985,
Seiten 72-74) werden Speicherdrosseln beschrieben, die
sich für den Einsatz in getakteten Gleichspannungswand
lern, insbesondere in Durchflußwandlern eignen. Fig. 1
zeigt das Prinzip eines Durchflußwandlers. Eine Eingangs
gleichspannung Ul wird in eine Ausgangsspannung Uo umge
wandelt, die über einem Lastwiderstand abfällt. Das erste
Teilbild der Fig. 1 zeigt den Wandler bei geschlossenem
Schalter S, das zweite bei geöffnetem Schalter. In beiden
Fällen gibt ein Pfeil die Flußrichtung des Drosselstromes
iL der Speicherdrossel Lo an. Bei geschlossenem Schalter
S wird über die Speicherdrossel Lo ein Siebkondensator C
geladen und der Lastwiderstand mit Strom versorgt; eine
sogenannte Freilaufdiode D ist gesperrt. Bei geöffnetem
Schalter wird die in der Speicherdrossel Lo gespeicherte
Energie bei nun geöffneter Freilaufdiode D an den Last
widerstand abgegeben. Eine Regelung der Ausgangsspannung
Uo erfolgt mit einer nicht eingezeichneten Regeleinrich
tung über eine Veränderung der Ein- und Ausschaltzeiten
des Schalters S.
Nimmt der Lastwiderstand zu, wird also die Last geringer,
so tritt bei jedem Durchflußwandler von einer bestimmten
Last an eine Überhöhung der Ausgangsspannung Uo gegenüber
ihrem Sollwert auf, sofern die Induktivität L der
Speicherdrossel Lo unabhängig von dem dabei ebenfalls
kleiner werdenden Drosselstrom iL ist. Diese Überhöhung
kann entweder garnicht oder nur mit erheblichem Zusatz
aufwand durch Veränderung des Tastverhältnisses ausgere
gelt werden. Einen Vorschlag zur Vermeidung dieser Span
nungsüberhöhung und des Zusatzaufwandes für den Regler
wird in dem oben zitierten Artikel von W. Rößler gemacht:
Die Drosselspule erhält nichtlineares Verhalten, und zwar
so, daß ihre Induktivität L mit abnehmendem Drosselstrom
iL-iL bezeichnet nur den Gleichanteil des Drosselstro
mes - stark zunimmt. Erreicht wird das erwünschte nicht
lineare Verhalten durch einen dachförmig angeschrägten
Mittelbutzen einer Kernhälfte eines RM-Kernes.
Eine plausible Erklärung für das beobachtete Phänomen ist
die, daß nur die angeschrägten Teile bei höherem Drossel
strom iL in die magnetische Sättigung geraten und die
gesamte Drossel sich dann - dies entspricht der Beobach
tung - wie eine Drossel mit Luftspalt verhält. Bei
kleinem Drosselstrom verhält sich die Drossel wie eine
ohne Luftspalt. Der Versuch einer exakten Erklärung würde
auf die Berechnung magnetostatischer Felder im dreidi
mensionalen Raum führen.
Die Verwendung von RM-Kernen z.B. für Drosselspulen bei
Durchflußwandlern hat jedoch - besonders wenn sie mit
hohen Schaltfrequenzen (150 bis 200 kHz) betrieben wer
den - mehrere Nachteile. Trotz der geringen Windungszahl
- Größenordnung etwa 10 - pro Spule, muß der Kern mit der
Maschine gewickelt werden. Streufelder, die bei höheren
Frequenzen eine immer größere Bedeutung bekommen, können
nicht vermieden werden und stören in immer stärkerem Maße
die benachbarten Bauteile auf einer Platine.
In der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen
P 36 08 519.7 ist ein Spulenkern mit den eingangs genann
ten Merkmalen angegeben, mit dem die aufgezählten Mängel
vermieden werden und mit dem unter anderem eine Drossel
herstellbar ist, die auch das oben beschriebene nicht
lineare Verhalten zeigt.
Wegen der hohen Packungsdichte von Bauteilen, z.B. auf
Platinen, auf denen u.a. auch Drosseln untergebracht
sind, ist es von größter Wichtigkeit, Spulenkerne zu ver
wenden, deren Streufelder auch in unmittelbarer Nachbar
schaft so schwach sind, daß Störungen vernachlässigbar
klein sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spulen
kern von der eingangs genannten Art anzugeben, der nicht
lineares Verhalten im oben erläuterten Sinne zeigt und
dessen Streufelder gegenüber den in der obengenannten
deutschen Patentanmeldung beschriebenen Ausführungsformen
noch weiter verringert sind.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Kern Hohlräume
enthält, die mit magnetisch neutralem Material ausgefüllt
sind.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung enthält der Anspruch 2;
Anspruch 3 gibt ein Verfahren zur Herstellung eines
Spulenkerns an.
Anhand der Figuren soll ein Ausführungsbeispiel der Er
findung näher beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt die Einsatzmöglichkeit einer Drosselspule
bei Durchflußwandlern,
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen Spulenkern, der
nach der erfindungsgemäßen Lehre gestaltet ist.
Die Bedeutung der Fig. 1 ist in der Beschreibungsein
leitung eingehend erläutert worden; die Drosselspule Lo
kann ohne weiteres durch eine Spule mit erfindungsgemäßen
Merkmalen ersetzt werden. Wirtschaftlich bedeutend wird
das Ersetzen allerdings erst dann, wenn der Schalter S
mit ausreichend hoher Schaltfrequenz (größer als 100 kHz)
betrieben wird.
Die Fig. 2 stellt einen Schnitt durch einen Ringkern RK
mit erfindungsgemäßen Merkmalen dar; bei dem Schnitt nach
Fig. 2 liegt die Achse A der Kernes in der Schnitt
fläche. Der abgebildete Ringkern RK hat zwei Hohlräume H 1
und H 2, die mit magnetisch neutralem Material, z.B. mit
einer Keramik, gefüllt sind. (Unter magnetisch neutralen
Materialien sind solche mit geringer magnetischer
Permeabilität zu verstehen). Die Hohlräume sind vollstän
dig von Ferrox-Cube-Material umgeben, so daß Streufelder,
die wegen der unterschiedlichen Permeabilität des Kern
materials und der Hohlräume entstehen, außerhalb des
Ringkernes nicht bemerkbar sind. Durch die geometrischen
Abmessungen der Hohlräume läßt sich die spezielle Form
der Magnetisierungskennlinie des Kernes beeinflussen und
damit auch das spezielle nichtlineare Verhalten einer
Drossel, die einen Kern nach Fig. 2 enthält.
Bekanntlich werden Ferrox-Cube-Kerne aus pulverförmigen
Ferrox-Cube-Material hergestellt. Das Pulver wird mit
einem Bindemittel versetzt und dann unter hohem Druck in
einer Preßform z.B. in eine ringförmige Gestalt ge
bracht. Der gepresste Kern wird anschließend gesintert.
Lagert man vor dem Fressen des Kernes in die mit Binde
mittel versetzte Masse z.B. Keramikkörper so ein, daß sie
von allen Seiten mit Ferrox-Cube-Material umgeben sind,
so enthält der gepresste Kern schon die Hohlräume, die zu
einem nichtlinearen Verhalten führen. Die Keramikkörper
werden auch durch die anschließende Sinterung nicht zer
stört, daher enthält der Kern auch nach der Sinterung die
gewünschten Hohlräume.
Claims (3)
1. Spulenkern von ringähnlicher Gestalt aus magnetisch
sättigbarem Material, der mindestens eine aus magne
tischem Material bestehende Schnittfläche seines Quer
schnittes enthält, die kleiner ist als entsprechende
Schnittflächen ihrer Umgebung, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kern (RK) Hohlräume (H 1, H 2) enthält, die mit
magnetisch neutralem Material ausgefüllt sind.
2. Spulenkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlräume (H 1, H 2) vollständig von magnetisch
sättigbarem Material umgeben sind.
3. Verfahren zur Herstellung eines Spulenkernes nach An
spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial
aus Ferrox-Cube-Material besteht, daß vor dem Pressen und
Sintern des Kernes Einlagen aus magnetisch neutralem
Material in die Pressform so eingebracht werden, daß sie
gänzlich von Ferrox-Cube-Material umschlossen sind.
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Publications (1)
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