DE69120986T2

DE69120986T2 - Spulenanordnung

Info

Publication number: DE69120986T2
Application number: DE69120986T
Authority: DE
Inventors: Shinichiro Ito; Yukiharu Kinoshita
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1990-02-27
Filing date: 1991-02-20
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: US5315279A; EP0444521B1; EP0444521A1; DE69120986D1

Description

1. Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei einer Spulenanordnung zum Einsatz bei einem Rücklauftransformator, einem Schaltnetztransformator, einer Drosselspule oder dergleichen, und insbesondere bezieht sie sich auf Verbesserungen bei einer Spulenanordnung, bei welcher ein Magnetkern mit Luftspalt zum Einsatz kommt.

2. Stand der Technik

Bei jedem herkömmlichen Transformator, jeder Drosseispule und dergleichen, wie sie bisher bekannt waren, ist es üblich, in einem geschlossenen Magnetweg einen Luftspalt so auszubilden, daß der Magnetkern der Vorrichtung nicht gesättigt wird, wenn er jeweils von einem elektrischen Strom durchtiossen wird. Wenn beispielsweise ein Magnetkern aus Ferritmaterial, der üblicherweise eine magnetische Permeabilität µ bei 5000 aufweist, in einem Transformator eingesetzt wird, entsteht dort ein Luftspalt, der die effektive Permeabilität µ auf einen Bereich zwischen 50 und 300 verringert.
Dies bedeutet, daß ein Luftspalt mit hohem magnetischen Widerstand (Reluktanz) bei einem Ferritmagnetkern vorhanden sein muß, dessen magnetische Reluktanz anfänglich gering ist, und bei welchem an der Peripherie des Luftspalts ein großer Streufluß erzeugt wird.
Ein solcher Streufluß zieht, wie allgemein bekannt, mindestens zwei negative Auswirkungen nach sich, und zwar:
(1) Im peripheren Bereich (Bauelemente) wird ein Rauschen erzeugt, zu dessen Bildung infolge magnetischer Induktion eine Tendenz besteht.
(2) Wenn die Spule so gewickelt ist, daß sie den Luftspalt umschließt, kommt es infolge des Streuflusses zu anormaler Wärmeentwicklung in der Spule um den Luftspalt.
Zur Lösung der vorgenannten Probleme wurden bereits verschiedene Verbesserungen entwickelt.
Im Bemühen, den vorgenannten Problempunkt (1) zu lösen, wurde eine Spulenanordnung 1' geschaffen, bei welcher ein Luftspalt nur in der Spule allein gebildet ist. Fig. 1 7 zeigt einen Aufbau einer Spulenanordnung 1' dieser herkömmlichen Bauart.
Diese Spulenanordnung 1' ist in der Weise aufgebaut, daß ein erster Magnetkern 2' mit U-förmigem Querschnitt mit einem zweiten Magnetkern 3' mit ähnlichem U-förmigem Querschnitt kombiniert und dann eine Spule 6' um Abschnitte der Magnetkerne 2' und 3' gewickelt wird.
Der erste Magnetkern 2' und der zweite Magnetkern 3' weisen jeweils Schenkel 2a' und 3a' auf. Der erste Magnetkern 2' und der zweite Magnetkern 3' sind so angeordnet, daß der erste Schenkel 2a' und der erste Schenkel 3a' sich quer zu einem Spalt 5' einander gegenüber liegen. Die Spule 6' ist so gewickelt, daß sie den darin befindlichen Spalt 5' abdeckt. Die sich gegenüberstehenden Schenkel 2a' und 3a' sind in der Weise geformt, daß ihre seitlichen Querschnittsflächen über ihre gesamte Länge einander gleich sind. Als Kombination der Magnetkerne kann ein weiterer Magnetkern mit E-förmigem Querschnitt vorgesehen sein.
Eine in Fig. 18 eingetragene B-H-Kurve zeigt Daten, die bei einer Spulenanordnung 1' nach dem Stand der Technik ermittelt wurde. Gemäß dieser Zeichnung beträgt eine maximale Flußdichte Bm bei einer Spulenanordnung 1' der bekannten Bauart 551 mT (5510 Gs).
In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die Ergebnisse einer Temperaturmessung in der Spulenmitte X, an einem Spulenende Y, am Kern Z und in der Peripherie W bei einer Spulenanordnung 1' der herkömmlichen Bauform mit E-förmigem Querschnitt ausgewiesen, die mittels einer Versuchsvorrichtung Tb gemäß Fig. 16 gemessen wurden (Versuchsbedingungen: Frequenz 100 KHz, Sinuswelle mit 0,8 A, und Umgebungstemperatur 40º). TABELLE 1 Aufbau Spulenmitte Spulenende Kern Peripherie St.d.Techn.
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, führt die alleinige Anordnung des Luftspalts 5' nur in der Spule 6' zu einer hohen Temperatur über 100 ºC in der Spulenmitte X, und darüberhinaus verschlimmert sich das unter (2) vorstehend angeschnittene Problem noch weiter.
Zur Lösung des vorgenannten Problempunkts (2) wurde, wie bereits in der veröffentlichten japanischen Patentschrift Nr.55-7711 5 und im veröffentlichten japanischen Gebrauchsmuster Nr. 57-130402 beschrieben, zur Lösung dieses Problems ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem der innerhalb der Spule vorgesehene Luftspalt magnetisch in eine Reihe mehrerer Segmente so unterteilt wird, daß eine Konzentration des magnetischen Streuflusses verteilt wird. Darüberhinaus wurden in den veröffentlichten japanischen Gebrauchsmustern Nr. 53-538509 und Nr. 60-7448 Lösungen zu den vorstehenden Problempunkten (1) und (2) vorgeschlagen. Nach diesen Gebrauchsmustern wird ein Werkstoff als Spaltfüllung verwendet, der eine hohe spezifische Permeabilität aufweist, und zwar hö her als Luft (also von mehr als 1), mit welchem die magnetische Reluktanz am Luftspalt abgebaut und der magnetische Streufluß noch weiter verringert wird.
In dem Fall, daß dabei ein Werkstoff von einer Qualität handelt, bei welcher eine höhere relative Permeabilität als bei Luft (d.h. größer als 1) vorliegt, innerhalb der Spule als Luftspaltteil angeordnet ist, besteht die Möglichkeit, die vorstehenden Probleme (1) und (2) in gewissem Maße abzumildern.
Auch in diesem Fall bleibt jedoch die Schwierigkeit bestehen, daß sich unter Umständen an einem Grenzflächenbereich zwischen dem Luftspalt und dem Magnetkern ein magnetischer Streufluß konzentriert. Darüberhinaus entsteht als neues Problem, daß sich ein solcher Werkstoff mit entsprechender Permeabilität zur Verwendung als Spaltfüllmaterial nur schwer finden läßt, das dann eine hohe Magnetflußdichte bei Sättigung und einen geringen Eisenkernverlust entsprechend dem Magnetkern aufweist. Wegen dieses Umstands gibt dieses System gegebenenfalls zu dem folgenden neuen Problem Anlaß: und zwar kann die über den Grenzflächenbereich zwischen dem Luftspalt und dem Magnetkern gewickelte Spule zu anormaler Wärmeentwicklung führen. Darüberhinaus kann auch der Luftspalt infolge des Magnetkernverlusts am Spaltfüllmaterial ebenso abnorrnal viel Wärme entwickeln. Außerdem geht die B-H-Kurve für den Magnetkern mit darin eingeschlossenem Spaltfüllmaterial einen nichtlinearen Verlauf an, und wenn dieser Kern bei einem Transformator verwendet wird, kann es zu einer Verzerrung der Wellenform kommen. Dies entspricht dem augenblicklichen Stand, daß eine wirksamere Verbesserung nicht erreicht werden kann.
Ein Transformator oder eine Spulenanordnung der vorstehend beschriebenen Art wird außerdem in der DE-PS 922 423 beschrieben und weist einen Kern aus einer Kombination von Teilen üblicher dünner Transformatorplatten und teilen eines speziellen Materials mit hoher magnetischer Permeabilität und deutlichern Knick in der Sättigungskurve auf. Das Material, aus dem der Magnetkern besteht, sind vorzugsweise Si-Stahlplatten, die allerdings mehrere Nachteile aufweisen:
(a) Da eine Vielzahl von Si-Stahlplatten mit einem zwischen ihnen eingesetzten lsolierstoff kombiniert ist, wird die Herstellung schwierig.
(b) Da die Si-Stahlplatten aus Metall bestehen, ist der spezifische Widerstand gering und es fließt leicht ein Wirbelstrom, weshalb es leicht zur Wärmeentwicklung kommt.
(c) Wenn die äußerste Endfläche des Magnetkerns geschliffen wird, werden benachbarte Stahlplatten elektrisch beim Schleifen miteinander verbunden, weshalb eine weitere Behandlung zur Wiederherstellung der Isolierung erforderlich ist, was hohe Kosten verursacht; darüberhinaus führt das Abschleifen leicht zu einer Beeinträchtigung der Eigenschaften.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Spulenanordnung zu schaffen, die in der Lage ist, die vorgenannten Probleme zu lösen, den Einfluß eines Rauschens gegenüber der peripheren Anordnung (Bauelement) zu vermindern, einen um den Luftspalt erzeugten magnetischen Streufluß abzubauen und das Auftreten einer anormalen Wärmeentwicklung in der Spule zu verhindern. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Spulenanordnung, deren Kosten geringer sind und deren Zuverlässigkeit im Betrieb noch weiter erhöht wird.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Um die vorgenannten Ziele zu erreichen sieht die Erfindung eine Spulenanordnung mit zwei unter Bildung eines oder mehrerer Luftspaltbereiche miteinander gekoppelten Magnetkernen vor, bei welcher eine Vielzahl von Luftspalten in mindestens einem der Luftspaltbereiche dadurch gebildet ist, daß ein Kernteil in einem Mittelbereich des Luftspaltbereichs vorgesehen ist, und bei welchem eine Spule um gegenüberliegende Schenkel der Magnetkerne so gewickelt ist, daß sie die Vielzahl von Luftspalten überdeckt, wobei die Schenkel mit darauf gewickelter Spule an ihren äußersten Enden einen kleineren seitlichen Querschnitt aufweisen, wobei sich die Spulenanordnung dadurch auszeichnet, daß die Magnetkerne aus Ferritmaterial bestehen und die Form der Schenkel mit darauf gewickelter Spule von einem Sockelende zu einem äußersten Ende hin durch eine Kurve mit logarithmischer Funktion gegeben ist, wobei das äußerste Ende der gegenüberliegenden Schenkel mit einem Kernteil zur Spalteinstellung versehen ist.
Die vorgenannten Kernteile können aus C-förmigen Kernen oder aus einer Kombination aus U-förmigen oder E-förrnigen Kernen bestehen.
Bei einer Anordnung der vorgenannten Art kommt es nicht zu einer Konzentration eines magnetischen Streuflusses zwischen den Luftspalten und den Endflächen des Magnetkerns, und darüberhinaus gibt es auch kein Spaltfüllmaterial, mit der Folge, daß ein Eisenkernverlust nicht auftritt und die vorgenannten Ziele erreicht werden können.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig.1 (a) und (b) zeigen jeweils schematisch und in Draufsicht ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt die Form eines Schenkels zur Bildung eines Luftspaltbereichs, wie in Fig. 1(a) dargestellt.
Fig. 3(a) und (b) zeigen jeweils schematisch und in Draufsicht eine Spulenanordnung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4(a) und (b) zeigen jeweils schematisch und in Draufsicht eine Spulenanordnung gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5(a) und (b) zeigen jeweils schematisch und in Draufsicht eine Spulenanordnung gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6(a) und (b) zeigen jeweils schematisch und in Draufsicht eine Spulenanordnung gemäß einem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7(a) und (b) zeigen jeweils schematisch und in Draufsicht eine Spulenanordnung gemäß einem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8(a), 8(b) und 9 sind jeweils eine perspektivische Ansicht zur Darstellung der Schenkel der Spulenanordnung nach Fig. 1 bzw. 3 bis 7.
Fig. 10 veranschaulicht ein Verfahren zur Temperaturmessung an jedem der in Fig. 1, 3 bis 7 angegebenen Punkte auf der erfindungsgemäßen Spulenanordnung
Fig. 11 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung der Spulenanordnung nach einem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 12(a), 12(b), 13 und 14 sind jeweils eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Beispiels für einen Schenkel bei der Spulenanordnung gemäß Fig. 11.
Fig. 15 zeigt den Verlauf einer B-H-Kurve bei der Spulenanordnung gemäß Fig. 1, 3, 4 und 11.
Fig. 16 veranschaulicht ein Verfahren zur Temperaturmessung an jedem der Punkte auf der Spulenanordnung mit einem Kern mit E-förmigern Querschnitt.
Fig. 17 zeigt ein Beispiel für den Stand der Technik in schematischer Darstellung und in Draufsicht.
Fig. 18 zeigt den Verlauf einer B-H-Kurve für die Spulenanordnung nach dem Stand der Technik.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Anhand der Zeichnung werden nun einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die Spulenanordnung 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in Fig. 1(a) und (b) dargestellt ist, besteht im wesentlichen aus zwei unter Bildung eines Spaltbereichs 5 miteinander gekoppelten Magnetkernen 2 mit U-förmigem Querschnitt sowie einer Spule 6, die so gewickelt ist, daß sie den Spaltbereich 5 umschließt.
Der Magnetkern 2 besitzt einen ersten Schenkel 2a und einen diesem gegenüberliegenden zweiten Schenkel 2b. Zwischen diesen beiden Schenkeln 2a und 2b ist ein Spaltbereich 5 ausgebildet. Ein Kernteil 3 ist im Mittelabschnitt des Kernbereichs 5 so angeordnet, daß dieses Kernteil 3 einen ersten Luftspalt 5a und einen zweiten Luftspalt 5b umschließt. Die Spule 6 ist so gewickelt, daß sie die Luftspalte 5a und 5b überdeckt. Der Magnetkern 2 und das Kernteil 3 bestehen beispielsweise aus Ferrit.
Gemäß Fig. 2 ist die Form jeder der sich gegenüberliegenden Schenkel 2a und 2b, um welche die Spule 6 gewickelt ist, so ausgebildet, daß eine seitliche Querschnittsfläche am äußersten Ende B kleiner ist als die seitliche Querschnittsfläche am Sockelende A, und darüberhinaus eine gekrümmte Form aufweist, die durch eine logarithmische Funktion gegeben ist.
Eine derartige Form des äußersten Endes läßt sich durch die logarithmische Funktion ausdrücken, die der nachstehenden Gleichung entspricht:
rs - r = xgIn (Xs/x)
wobei
x: Abstand von einem Mittelpunkt 0 des Luftspalts 5a hin zur jeweiligen Mittelachse der Schenkel 2a
r: Abstand von der jeweiligen Mittelachse der Schenkel zur radialen Richtung
rs: Radius eines Sockelendes A der Schenkel 2a
Xs: Abstand zwischen dem Sockelende A und dem Mittelpunkt O des Luftspalts 5
xg: Abstand zwischen dem äußersten Ende B und dem Mittelpunkt O des Luftspalts 5
Das ußerste Ende B jedes der sich gegenüberstehenden ersten Schenkel 2a und 2b, um welche die Spule 6 gewickelt ist, weist ein Kernteil 4 mit einer ebenen Fläche auf, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Das Kernteil 4 dient zum teilweisen parallelen Abschleifen der ebenen Fläche, wenn der Luftspalt 5 zwischen den Schenkeln 2a und 2b eingestellt werden soll. Auch wenn diese ebene Fläche teilweise abgeschliffen ist, verändert sich eine Fläche an der äußersten Stirnfläche nicht, was dazu führt, daß eine Charakteristik der Vorrichtung unverändert bleibt und ihre Einstellung vorgenommen werden kann. Das Kernteil 4 besteht beispielsweise aus Ferrit.
Die Spulenanordnung 10 gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3(a) und (b) dargestellt ist, ist so aufgebaut, daß der erste Magnetkern 11 mit U-förmigem Querschnitt mit einem zweiten Magnetkern 1 2 mit ähnlichem U-förmigem Querschnitt so gekoppelt ist, daß an der Position gegenüber der Position im Spaltbereich 5 des Magnetkerns 2 mit U-förrnigem Querschnitt in der Spulenanordnung 1 gemäß Fig. 1 gebildet werden, und die Spule 6 dann so gewickelt wird, daß sie den Spaltbereich 5 umschließt.
Der erste Magnetkern 11 weist einen ersten Schenkel 11a und einen zweiten Schenkel 11b auf, während der zweite Magnetkern 12 einen ersten Schenkel 12a und einen zweiten Schenkel 12b aufweist. Der erste Magnetkern 11 und der zweite Magnetkern 12 sind in der Weise angeordnet, daß die jeweiligen ersten Schenkel 11a und 12a und die zweiten Schenkel 11b und 12b quer zu den Spaltbereichen 5 und zum Luftspalt 7 einander gegenüberstehen. Die ersten Schenkel 11a und 12a, um welche die Spule 6 gewickelt ist, sind jeweils in ähnlicher Weise wie die Schenkel 2a und 2b bei der Spulenanordnung gemäß Fig. 1 aufgebaut.
Die Spulenanordnung 20 gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in Fig. 4(a) und (b) dargestellt ist, ist so aufgebaut, daß der erste Magnetkern 21 mit U-förmigem Querschnitt und der zweite Magnetkern 22 mit ähnlich U-förrnigem Querschnitt miteinander gekoppelt sind, und dann die Spulen 6 um einen Teil der Magnetkerne 21 und 22 gewickelt sind.
Der erste Magnetkern 21 weist die ersten beiden Schenkel 2a aus dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 auf, und der zweite Magnetkern 22 besitzt die ersten beiden Schenkel 2b aus der Vorrichtung 1 gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel Jeder der Magnetkerne 21 und 22 ist so angeordnet, daß diese beiden sich quer zum Spaltbereich 5 in ähnlicher Weise wie bei der Vorrichtung 1 nach dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel einander gegenüberstehen. Die Spulen 6 sind so gewickelt, daß sie den jeweils darin eingeschlossenen Spaltbereich 5 bedecken.
Die Spulenanordnung 30 gemäß dem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 5(a) und (b) dargestellt ist, ist so aufgebaut, daß die Spaltbereiche 5 in der Spulenanordnung 1 gemäß Fig. 1 als Spaltbereiche 35 mit darin angeordnetem ersten Kernteil 33a, zweiten Kernteil 33b und dritten Kernteil 33c eingesetzt werden.
Der Magnetkern 32 mit U-förmigem Querschnitt weist einen ersten Schenkel 32a und einen zweiten Schenkel 32b auf, die sich in gleicher Weise wie bei der Spulenanordnung 1 gemäß Fig. 1 einander gegenüberstehen. Jeder der Schenkel 32a und 32b ist in gleicher Weise wie der Schenkel 2a bzw. 2b bei der Spulenanordnung 1 gemäß Fig. 1 aufgebaut.
Ein erster Luftspalt 35a, ein zweiten Luftspalt 35b, ein dritter Luftspalt 35c und ein vierter Luftspalt 35d werden vom ersten bis dritten Kernteil 33a, 33b und 33c gebildet. Die Spule 6 ist so gewickelt, daß sie diese Spalten 35a bis 35d bedeckt.
Die Spulenanordnung 40 gemäß dem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das Fig. 6(a) und (b) zeigen, ist so aufgebaut, daß der Magnetkern 32 mit U-förmigem Querschnitt bei der in Fig. 5 dargestellten Spulenanordnung 30 als Magnetkern 32' mit Luftspalten 7 in gleicher Weise wie bei der Spulenanordnung 10 gemäß Fig. 3 eingesetzt wird.
Die Spulenanordnung 50 gemäß dem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in Fig. 7(a) und (b) dargestellt ist, ist in der Weise aufgebaut, daß die Spaltbereiche 5 der in Fig. 4 dargestellten Spulenanordnung 20 in gleicher Weise wie die Spaltbereiche 35 bei der Spulenanordnung 30 gemäß Fig. 5 ausgeführt sind. Ein erster Magnetkern 51 und ein zweiter Magnetkern 52 weisen jeweils einen Magnetkern mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt in gleicher Weise wie bei der Spulenanordnung 20 gemäß Fig. 4 auf.
Die Magnetkerne mit U-förmigem Querschnitt bei den Spulenanordnungen 10, 20, 40 und 50 gemäß Fig. 3, 4, 6 und 7 sind so aufgebaut, wie dies in Fig. 8(a), 8(b) und 9 dargestellt ist.
Der Magnetkern 8 gemäß Fig. 8(a) ist so aufgebaut, daß ein Schenkel 8b des Magnetkerns, um den keine Spule 6 gewickelt ist, eine quadratische Form aufweist, während der andere Schenkel 8a säulenförmig ausgebildet ist. Der in Fig. 8(b) dargestellte Magnetkern 8' ist so aufgebaut, daß beide Schenkel 8a' und 8b' quadratische Form besitzen, und ein Kernteil 4' zur Spalteinstellung an dem Schenkel 8a', um den die Spule 6 gewickelt ist, ebenfalls quadratisch geformt ist. Der Magnetkern 9 gemäß Fig. 9 ist in der Weise aufgebaut, daß die quadratischen U-förmigen Magnete parallel zueinander gekoppelt sind und ein Schenkel 9a säulenförmig ausgebildet ist. Alle diese Schenkel besitzen einen U-förmigen Querschnitt. Auch wenn in der Praxis die Anordnung in der Weise vorgenommen wird, daß die Magnetkerne mit der jeweiligen vorgenannten Form jeweils paarweise gekoppelt sind und die Spulen 6 um die säulenartigen Schenkel 8a und 9a bzw. den quadratischen Schenkel 8a' gewickelt sind, zeigt jede der Figuren nur einen seitlichen Kern. Die Magnetkerne bestehen beispielsweise aus Ferrit.
Nachfolgend werden nun die Funktionen und Wirkungen der in vorstehend beschriebener Weise aufgebauten bevorzugten Ausführungsbeispiele, und zwar des ersten bis vierten Ausführungsbeispiels, anhand von Fig. 10 und Tabelle 2 erläutert.
Tabelle 2 zeigt das Ergebnis der Temperaturmessung an jedem der Teile in der Spulenanordnung, die bei jedem der bevorzugten Ausführungsbeispiele vorgenommen wurde, im Vergleich zu der Spulenanordnung 1' gemäß dem Stand der Technik. Die Temperaturmessung an jedem der Abschnitte wurde mittels der in Fig. 10 dargestellten Versuchsvorrichtung Ta vorgenommen. (Versuchsbedingungen: Frequenz 100 KHz, Sinuswelle mit 0,8 A, und Umgebungstemperatur 40º). TABELLE 2 Aufbau Spulenmitte Spulenende Kern Peripherie
Wie sich aus der vorstehenden Tabelle 2 ergibt, bestätigte sich für jedes der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, daß die Temperaturen an der Spulenmitte X, am Spulenende Y, am Kern Z und an der Peripherie W niedriger sind als beim Stand der Technik. Dementsprechend ist es möglich, eine anormale Wärmebildung in der Spule zu verhindern. Die Temperatur liegt im Vergleich zu den herkömmlichen Beispielen bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen deshalb niedriger, weil das Kernteil 3 aus gleichem Material wie der Magnetkern eingesetzt ist. Darüberhinaus läßt sich die Montagearbeit leicht ausführen, mit dem Ergebnis, daß sich eine Kostensenkung bei der Vorrichtung erzielen läßt.
Die Spulenanordnung 70 gemäß dem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welches Fig. 11 zeigt, ist so aufgebaut, daß die äußersten Enden der beiden Magnetkerne 71 und 72 mit E-förmigem Querschnitt stumpf aneinanderstoßend angeordnet sind. Die Spulenanordnung 70 weist mittlere Schenkel 71a und 72a auf, die in gleicher Weise aufgebaut sind wie die Schenkel 2a und 2b bei der Spulenanordnung 1 gemäß Fig. 1, und die Spaltbereiche 5, die ähnlich wie bei der Spulenanordnung 1 gemäß Fig. 1 sind, werden zwischen den Schenkein 71a und 72a gebildet; anschließend wird die Spule 6 um die Spalte gewickelt.
Die vorgenannten Magnetkerne mit E-förmigem Querschnitt werden in der Weise eingesetzt, wie Fig. 12(a), 12(b), 13 und 14 dies zeigen. Mit anderen Worten ist die Vorrichtung gemäß Fig. 1 2(a) so aufgebaut, daß der Magnetkern 72' E-förrnig und ein Mittelschenkel 72a' säulenförmig ausgebildet ist. Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 2(b) weist eine Konstruktion in der Weise auf, daß drei Schenkel des in Fig. 12(a) abgebildeten Magnetkerns 72' quadratisch geformt sind, und daß das Kernteil 4' zur Spalteinstellung am mittleren Schenkel 72a", um welchen die Spule 6 gewikkelt ist, quadratische Form besitzt. Bei der in Fig. 1 3 dargestellten Vorrichtung handelt es sich um einen sogenannten Topfkern 72', bei welchem ein säulenartiger Schenkel 72a' am mittleren Abschnitt des Zylinders mit einem Unterteil ausgebildet ist. Die in Fig. 14 dargestellte Vorrichtung ist in der Weise aufgebaut, daß ein Teil des Zylinders des in der vorgenannten Fig. 1 3 dargestellten Topfkerns abgeschnitten ist. Jede dieser Anordnungen weist einen Magnetkern mit E-förmigem Querschnitt auf. Auch wenn in der Praxis die Anordnung in der Weise vorgenommen wird, daß die in dieser Weise geformten Vorrichtungen jeweils paarweise gekoppelt sind und die Spule 6 um die mittleren Schenkel 72a' und 72a" jeweils gewickelt ist, zeigt jede dieser Figuren nur die Vorrichtung mit einem Kern. Diese Magnetkerne bestehen beispielsweise aus Ferrit.
Nachfolgend werden nun die Funktion und Auswirkungen der in vorgenannter Weise aufgebauten Vorrichtung 70 gemäß dem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel anhand von Fig. 15, 16 und Tabelle 3 erläutert.
Tabelle 3 zeigt das Ergebnis der Temperaturmessung an der Spulenmitte X, am Spulenende Y, am Kern Z und an der Peripherie W der vorgenannten Spulenanordnung 70, wobei die in Fig. 1 6 dargestellte Versuchsvorrichtung Tb eingesetzt wurde (Versuchsbedingungen: Frequenz 100 KHz, Sinuswelle mit 0,8 A, und Umgebungstemperatur 40º). In Fig. 16 wurde das in Fig. 11 dargestellte Kernelement 3 weggelassen. TABELLE 3 Spulenmitte
Wie sich aus der obigen Tabelle 3 ergibt, zeigt die in Fig. 11 dargestellte Spulenanordnung 70 gemäß vorliegender Erfindung im Vergleich zur Spulenanordnung 1' nach dem Stand der Technik eine Temperatur, die in der Spulenmitte X um 19,5 º, am Spulenende Y um 10,5 ºC, am Kern Z um 19,5 ºC bzw. an der Peripherie W um 5,5 ºC niedriger ist. Auf diese Weise erbringt der Vergleich mit einer herkömmlichen Anordnung den Grund, weshalb die in Fig. 11 dargestellte Spulenanordnung 70 gemäß vorliegender Erfindung eine geringere Temperatur aufweist, und zwar deswegen, weil das Kernteil 3 mit gleicher Materialgüte wie der Magnetkern eingesetzt ist. Da sich die Montage leicht vornehmen läßt, ist es auch möglich, die Kosten zu senken.
Darüberhinaus wird deutlich, daß die größtmögliche magnetische Flußdichte Bm bei der Spulenanordnung 1, 10, 20 und 70 mit zwei Luftspalten in den Spaltbereichen gemäß Fig. 1, 3, 4 und 11 551 mT (5510 Gs) betrug, wie dies in der B-H-Kurve in Fig. 1 5 aufgetragen ist; dieser Wert von 550 mT (5500 Gs) ist niedrig und die lineare Charakteristik kann nicht verändert werden. Da der seine lineare Charakteristik beibehaltende Bereich nahezu unveränderlich ist, kann der praktische Einsatz auch dann nicht beeinträchtigt werden, wenn die Dichte Bm auf seinen solch niedrigen Wert verringert ist.

Claims

1. Spulenanordnung (1; 10; 20; 30; 40; 50; 70) mit zwei unter Bildung eines oder mehrerer Luftspaltbereiche (5; 35) miteinander gekoppelten Magnetkernen (2; 8; 8'; 9; 11, 12; 21, 22; 32; 32'; 51, 52; 71, 72; 72'), bei welcher eine Vielzahl von Luftspalten < 5a, Sb; 35a, 35b, 35c, 35d) in mindestens einem der Luftspaltbereiche dadurch gebildet ist, daß ein Kernteil (3; 33a, 33b, 33c) in einem Mittelbereich des Luftspaltbereichs vorgesehen ist, und bei welchem eine Spule (6) um gegenüberliegende Schenkel der Magnetkerne so gewickelt ist, daß sie die Vielzahl von Luftspalten überdeckt, wobei die Schenkel (2a, 2b; 8a; 8a'; 9a; 11a, 12a; 32a, 32b; 71a, 72a; 72a'; 72a") mit darauf gewickelter Spule an ihren äußersten Enden einen kleineren seitlichen Querschnitt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß

die Magnetkerne aus Ferritmaterial bestehen und die Form der Schenkel mit darauf gewickelter Spule von einem Sockelende (A) zu einem äußersten Ende (B) hin durch eine Kurve mit logarithmischer Funktion gegeben ist, wobei das äußerste Ende der gegenüberliegenden Schenkel mit einem Kernteil (4; 4') zur Spalteinstellung versehen ist.

2. Spulenanordnung nach Anspruch 1, bei welcher die Magnetkerne C-förmige Kerne sind.

3. Spulenanordnung nach Anspruch 1, bei welcher die Magnetkerne U-förmige Kerne sind.

4. Spulenanordnung nach Anspruch 1, bei welcher die Magnetkerne E- förmige Kerne sind.