EP2458598A1 - Induktives Bauelement für hohe Ströme und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Induktives Bauelement für hohe Ströme und Verfahren zu dessen Herstellung Download PDF

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EP2458598A1
EP2458598A1 EP12153862A EP12153862A EP2458598A1 EP 2458598 A1 EP2458598 A1 EP 2458598A1 EP 12153862 A EP12153862 A EP 12153862A EP 12153862 A EP12153862 A EP 12153862A EP 2458598 A1 EP2458598 A1 EP 2458598A1
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EP
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conductor
magnetic core
parts
component according
core
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EP12153862A
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Josef Feth
Roman Brunel
Gerd Riedel
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TDK Electronics AG
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Epcos AG
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Publication date
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
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    • H01F27/30—Fastening or clamping coils, windings, or parts thereof together; Fastening or mounting coils or windings on core, casing, or other support
    • H01F27/303—Clamping coils, windings or parts thereof together
    • H—ELECTRICITY
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    • Y10T29/49073—Electromagnet, transformer or inductor by assembling coil and core

Definitions

  • the invention relates to an inductive component with a closed magnetic core, which is used in applications for high currents (eg in mains filters).
  • An inductive device suitable for high currents has a current conductor with a large cross-section.
  • the current conductor may be formed as a flexible strand or a hard-to-bend solid conductor (eg busbar).
  • the present invention has for its object to provide a suitable for high currents inductive component having a high inductance and a small footprint.
  • the invention provides an inductive component suitable for high currents with a closed magnetic core and a conductor which runs at least twice through the interior of the magnetic core and forms a winding of the inductive component.
  • the conductor comprises a plurality of firmly connected, pre-bent or angled parts of a Solid conductor, which has a high bending strength.
  • Two interconnected conductor parts can, for. B. be U-shaped, wherein the leg length of the U-piece may be different.
  • Two interconnected current conductor parts can also be designed in each case as an L-piece.
  • the connection of a U-piece with an L-piece is also provided.
  • the conductor parts can be bent twice or bent at least once, to form a U-piece twice, in a variant also more than twice. It is essential that one limb of the respective conductor part can be pushed through the inner hole of the core.
  • the invention has the advantage that in the case of an inductive component designed for high currents, high inductance values can be achieved with a small constructional volume.
  • the number of turns is quadratic.
  • a solid conductor has the advantage of low ohmic losses compared to a flexible conductor which is composed of several current wires.
  • the solid conductor has a high dimensional stability and therefore a high mechanical strength.
  • Conductor parts realized from a solid conductor have the advantage that they retain a predetermined shape when connected to further conductor parts.
  • a solid conductor in the inductive component according to the invention is to be distinguished from a flexible wire, in particular from a wire wound around a core.
  • the current carrying capacity of the solid conductor may vary depending on the application z. 200A, 500A, 1000A or 2500A.
  • the hard-to-bend Solid conductor is preferably also to be distinguished from a flexible solid conductor, which has a current carrying capacity of less than 150 A.
  • the solid conductor preferably represents a busbar or busbar with a rectangular cross section.
  • the solid conductor can, for. B. be a copper rail or an aluminum rail.
  • the solid conductor can also consist of another metal with a good electrical conductivity.
  • the solid conductor can also be a flat conductor made of stamped metal, z. B. be sheet metal. It is advantageous if at least one of the firmly interconnected conductor parts has two contact areas which are offset in height from one another.
  • the ladder parts can z. B. U-shaped or L-shaped flat parts, wherein transverse sections of the conductor part are either in a plane or in the planes that form an acute angle to each other.
  • the conductor may be in one variant, an electrical conductor without Isolierumhüllung.
  • the current conductor can have an insulating sheath.
  • the Isolierumhüllung can z. B. be formed by an insulating varnish or a plastic layer.
  • the conductor is preferably composed of a plurality of sub-conductors, the z. B. are mechanically firmly connected by screwing, soldering or welding. Such an embodiment of the conductor facilitates the installation of a winding with closed cores.
  • junction between different parts of the conductor is preferably outside the interior of the magnetic core, for. B. above the plane in which the upper end face of the magnetic core is located, or below the plane in which the lower end face of the magnetic core is located.
  • the magnetic core can be designed in one variant as a homogeneous closed ring core with or without a gap.
  • the gap may be filled with a material having a different magnetic permeability from the material of the core.
  • the magnetic core of several parts, for. B. composed of two U or E parts.
  • the core may also be formed of an E-shaped and a rod-shaped core part, forming two closed magnetic circuits.
  • the gaps formed in this case can be filled with a material having a different magnetic permeability from material of the core.
  • an adhesive for connecting the core parts can be arranged together.
  • the core or the core part can, for. Example of iron, metal oxides, ceramics, plastic, ferrites or other soft magnetic materials or alloys thereof.
  • the core or the core part may be composed of iron sheets.
  • the magnetic core may be multi-part, wherein the core parts each have a closed magnetic circuit and are arranged one above the other along the core axis.
  • the magnetic core may be divided along its central axis into two U-shaped parts or two E-shaped parts.
  • the pre-bent or angled parts of the conductor can be inserted through the inner hole of the magnetic core and then connected together outside of the inner hole of the core.
  • pre-bent conductors are assembled in a one-piece magnetic core.
  • a composite magnetic core it is possible first to bend the conductor or to connect the parts of the conductor together, wherein turns of a winding are formed.
  • the first core part is pushed through the windings of the conductor.
  • the first core part is then mechanically connected to a second core part.
  • a choke with two windings and the second core part is pushed through the turns of another conductor.
  • the two core parts with windings are then mechanically interconnected.
  • the conductor is preferably fixed in the device so that it does not touch the core.
  • the arrangement of the core and the conductor or parts of the arrangement may be in the housing of the device z. B. be fixed by means of a potting. It is also possible to attach the core and the conductor to the housing independently.
  • the current conductor preferably forms a winding which is wound around the magnetic core.
  • Each turn of the conductor is assigned its own winding level.
  • a portion of the conductor can be angled so that thereby takes place the change from one winding plane to the next winding plane.
  • the transition to the next winding level can also be achieved by angled connectors between the parts of the conductor.
  • the invention can be used, for example, as a current-compensated choke in a line filter suitable for two, three or> 3 current phases.
  • each of the windings is essentially formed as the first current conductor described above.
  • a variant ( Fig. 3F ) It is provided that, in a first conductor part, the opening of the U-piece facing the first end face of the core. In a second conductor part, which is firmly connected to the first part, the opening of the U-piece preferably has the second end face of the core.
  • the legs of the two U-pieces have an overlap region and are firmly connected to each other in this area.
  • the U-pieces are pre-bent in a variant. In another variant, they are available as stamped flat parts.
  • FIG. 1 shows an inductive component with a magnetic core 3 and two windings, which are formed by a first conductor 1 and a second conductor 2.
  • the arrangement of the magnetic core 3 and the current conductors 1, 2 is arranged in a housing 4 made of sheet metal.
  • the first conductor 1 is composed of two pre-bent parts 11 and 12.
  • the second conductor 2 is also composed of two pre-bent parts 21 and 22.
  • the parts of the respective conductor are connected together by means of fastening elements 71 and 72 firmly together, for. B. screwed.
  • the first part 11 of the first conductor 1 has two openings for receiving fastening elements 71, one in FIG. 2 visible opening 11b in the region of the first terminal 111 of the first conductor 1 and a further opening for receiving a fastener 73.
  • the fastening element 73 is used for fastening a line piece, not shown here, which produces the electrical connection to the board 8 here.
  • the first part 11 of the first conductor 1 may have only one opening for receiving fastening elements or more than two such openings.
  • the second part 12 of the first conductor 1 has two openings for receiving fastening elements 71, one in FIG. 2 visible opening 12b in the region of the second terminal 112 of the first conductor 1 and a further opening 77 for receiving a fastener 76 (see Fig. 2 ) on.
  • the fastener 76 is used for attachment of a line piece, not shown here, in Fig. 2 the electrical connection to the capacitor 6 produces.
  • the first conductor 1 extends twice through the inner hole 31 of the closed magnetic core 3.
  • the second conductor 2 also passes twice through the inner hole 31 of the magnetic core 3.
  • the second conductor 2 is similar in structure as the first conductor. 1
  • the parts 11, 12 of the conductor 1 are constructed so that they can be easily inserted through the magnetic core 3 respectively.
  • the decomposition of the conductor 1 in the sections 11, 12 may, for. B. - as in Fig. 3A shown - be made so that the distance a between the legs of the U-shaped member 11 is not smaller than the wall thickness b of the magnetic core.
  • the parts 11, 12 are mechanically connected to each other and fixed relative to the core, that their connection point above the plane in which the upper end face of the magnetic core 3 is arranged, is located.
  • the arrangement can be designed to save space, in particular in the direction transverse to the axis of the magnetic core 3. It is advantageous if the connection point between the sections 11, 12 faces away from the inner hole 31 of the magnetic core 3.
  • the conductor 1 can be broken down into more than two sections depending on the predetermined number of turns. It is advantageous to form the sections with U-shaped areas, wherein the (preferably shorter) legs of different U-parts partially overlap each other.
  • the core can be inserted between the legs of a U-section.
  • the sections 11, 12 of the first conductor 1 and the sections 21, 22 of the second conductor 2 are preferably angled toward the outside so that the distance between the first component terminals 111 and 211, the distance between the second component terminals 112 and 212 is equal to.
  • only parts are used, each of which forms less than a whole turn around the core. They preferably form a half or three quarters turn.
  • the first conductor 1 is fixed by means of the insulating inserts 51, 53 in the housing 4 and electrically isolated from this.
  • the second conductor 2 is fixed by means of the insulating inserts 52, 54 in the housing 4 and electrically isolated from this.
  • the inserts 51 to 54 are fastened in the housing by means of the fastening elements 74, 75.
  • the magnet core 3 is a toroidal core with an inner hole 31.
  • the magnet core 3 is here in three parts, wherein the core parts each have a closed magnetic circuit and are arranged one above the other along the core axis.
  • the magnetic core 3 is fixed in the housing 4 such that it does not touch the windings of the current conductors 1, 2.
  • the winding can touch the core, if the core of an electric insulating material or the winding of core is electrically isolated.
  • the housing 4 surrounds the magnetic core 3, the first conductor 1 to its terminals 111, 112 and the second conductor 2 except for its terminals 211, 212.
  • the housing 4 has openings 41 for receiving further fasteners, with which the entire component z. B. can be mounted on a panel or in a sheet metal cabinet.
  • the openings 41 may also be rivet holes for a housing cover.
  • FIG. 2 shows the perspective view of a network filter with an inductive component according to the invention.
  • the housing 4 in addition to the inductive component (elements 1, 2, 3) are electrically connected to this connected capacitors 6 and 81 to 83.
  • the capacitors 81 to 83 are mounted on a printed circuit board 8.
  • the circuit board 8 is electrically connected to the housing 4 by means of a copper strip 84 low inductively.
  • FIGS. 3A to 3F show process steps in the assembly of the conductor to the magnetic core.
  • the closed magnetic core 3 and the sections 11, 12 of the first conductor 1 and the sections 21, 22 of the second conductor 2 are provided.
  • the sections 11, 12, 21, 22 of the first 1 and second 2 current conductors are U-shaped with an angled longer leg.
  • the first part 11 of the first conductor 1 and the first part 21 of the second conductor 2 is pushed through from below over the wall of the magnetic core 3 ( Fig. 3A, 3B . 3E ) and aligned so that the distance to the magnetic core 3 is complied with, and z. B. by means of in Fig. 2 shown inserts 51, 52, z. B. by means of bushings, not shown in the housing of the component ( Fig. 3C . 3F ).
  • the second part 12 of the first conductor 1 and the second part 22 of the second conductor 2 is inserted from above into the inner hole 31 of the magnetic core 3 ( Fig. 3B . 3E ) and relative to the core and the sections 11, 21 ( Fig. 3C . 3F ), that the openings 11 a, 12 a of the sections 11, 12 coincide with each other and the distance to the magnetic core 3 is maintained, and z. B. by means of in Fig. 2 shown inserts 53, 54, z. B. by means of bushings, fixed in the housing of the device ( Fig. 3D . 3F ).
  • the section 11 is z. B. firmly connected by means of fastening elements with the section 12.
  • the section 21 is z. B. by means of fasteners firmly connected to the section 22.
  • the joining of the sections together can be done before fixing these sections in the housing.
  • the joining of the sections with each other can also be done after fixing these sections in the housing.
  • the magnetic core can be fixed in a variant prior to the passage of the sections 11, 12, 21, 22 in the housing.
  • the magnetic core can be fixed in the housing only after the alignment and fixing of the sections 11, 12, 21, 22.
  • the first assembly of the first conductor 1 is mounted first.
  • the second conductor 2 is mounted in the same manner.
  • the first sections 11, 21 can also be inserted or mounted in a single step, wherein the second sections 12, 22 are pushed through and mounted in a further step.
  • FIG. 4 an inductive component with a winding is shown, which is composed of firmly interconnected L-shaped flat conductor parts 11 ', 12', 13 '.
  • the first flat conductor parts 11 'and 13' are bent so that they each have a sloping portion 11 b, 13 b.
  • the section 11b or 13b connects the sections 11a and 11c or 13a and 13c arranged in different winding planes. With the oblique portion of the L-piece or by mounting with a height offset (the connecting areas) so succeeds the transition between two winding levels.
  • connection regions of flat conductor parts 11 ', 12' and 13 ' are assigned to a connection region 101, 102, 103, 104.
  • the connection areas 101 and 103, 102 and 103, 102 and 104 of two flat conductor parts are arranged along one diagonal each.
  • the flat conductor parts are firmly connected to each other in the connection areas, z. B. welded, bolted or brazed.
  • the parts of the conductor 1 may have openings for receiving fastening elements 71, 73, 76.
  • the first flat conductor parts 11 'and 13' are connected to each other by means of a second flat conductor part 12 '.
  • the second flat conductor part 12 ' has no kink and is arranged in a winding plane. In principle, however, it can also be folded like the parts 11 ', 13'.
  • the winding may comprise more than just two first parts 11 ', 13' and only one second part 12 '.
  • the conductor part 11 ' is fixedly connected to the connection piece 111 and the conductor part 13' to the connection piece 112.
  • the connecting pieces preferably each have at least one opening for receiving a fastening element.
  • the L-pieces in Fig. 4 can be replaced in a variant by U-shaped flat conductor parts, wherein z. B. the first U-part is bent in such a way that its connector runs obliquely.
  • the second U-part can lie in a winding plane or be bent.
  • the junctions of two U-pieces preferably face the faces of the core.
  • the magnetic core in FIG. 4 is a closed core composed of two interconnected U-pieces.
  • the magnetic core can also be integral.
  • the invention is not limited to the example presented or certain materials. Further developments of the invention z. As regards the configuration of the connection point between different parts of the conductor or with respect to the attachment of parts of the arrangement of the core and the conductor are provided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein induktives Bauelement mit einem geschlossenen Magnetkern (3), mit einem ersten Stromleiter (1), der mindestens zweimal durch das Innere des Magnetkerns (3) läuft, wobei der Stromleiter (1) mehrere L-förmige Teile (11', 12', 13') aus einem Flachleiter umfasst, die fest miteinander verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein induktives Bauelement mit einem geschlossenen Magnetkern, das bei Anwendungen für hohe Ströme (z. B. in Netzfiltern) eingesetzt wird.
  • Ein induktives Bauelement ist bekannt aus den Druckschriften DE 2850657 C2 und CH 290733 .
  • Ein induktives Bauelement, das für hohe Ströme geeignet ist, weist einen Stromleiter mit einem großen Querschnitt auf. Der Stromleiter kann als eine biegsame Litze oder ein schwer biegbarer Massivleiter (z. B. Stromschiene) ausgebildet sein.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für hohe Ströme geeignetes induktives Bauelement anzugeben, das eine hohe Induktivität und einen geringen Platzbedarf aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein induktives Bauelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind aus weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung gibt ein für hohe Ströme geeignetes induktives Bauelement mit einem geschlossenen Magnetkern und einem Stromleiter an, der mindestens zweimal durch das Innere des Magnetkerns läuft und eine Wicklung des induktiven Bauelements bildet. Der Stromleiter umfasst mehrere fest miteinander verbundene, vorgebogene oder abgewinkelte Teile aus einem Massivleiter, der eine hohe Biegefestigkeit aufweist.
  • Zwei miteinander verbundene Stromleiterteile können z. B. U-förmig sein, wobei die Schenkellänge des U-Stücks unterschiedlich sein kann. Zwei miteinander verbundene Stromleiterteile können auch jeweils als ein L-Stück ausgebildet sein. Die Verbindung eines U-Stücks mit einem L-Stück ist auch vorgesehen. Die Stromleiterteile können mindestens einmal, zur Bildung eines U-Stücks zweimal, in einer Variante auch mehr als zweimal gebogen oder abgewinkelt sein. Wesentlich ist, dass ein Schenkel des jeweiligen Stromleiterteils durch das Innenloch des Kerns durchsteckbar ist.
  • Die Erfindung hat den Vorteil, dass bei einem für hohe Ströme ausgelegten induktiven Bauelement hohe Induktivitätswerte bei einem geringen Bauvolumen erreichbar sind. Bei der Erhöhung der Induktivität geht die Windungszahl quadratisch ein.
  • Mit der Erfindung sind induktive Bauelemente mit einer hohen Kurzschlussfestigkeit realisierbar. Ein Massivleiter hat gegenüber einem flexiblen Stromleiter, der aus mehreren Stromadern zusammengesetzt ist, den Vorteil der geringen ohmschen Verluste. Der Massivleiter weist eine hohe Formstabilität und daher eine hohe mechanische Festigkeit auf. Aus einem Massivleiter realisierte Stromleiterteile haben den Vorteil, dass sie beim Verbinden mit weiteren Stromleiterteilen eine vorgegebene Form behalten.
  • Ein Massivleiter beim induktiven Bauelement gemäß Erfindung ist von einem biegsamen Draht, insbesondere von einem um einen Kern wickelbaren Draht zu unterscheiden. Die Stromtragfestigkeit des Massivleiters kann je nach Anwendung z. B. 200 A, 500 A, 1000 A oder 2500 A betragen. Der schwer biegsame Massivleiter ist vorzugsweise auch von einem biegsamen Massivleiter zu unterscheiden, der eine Stromtragfähigkeit von weniger als 150 A hat.
  • Der Massivleiter stellt vorzugsweise eine Stromschiene bzw. Sammelschiene mit einem rechteckigen Querschnitt dar. Der Massivleiter kann z. B. eine Kupferschiene oder eine Aluminiumschiene sein. Der Massivleiter kann auch aus einem anderen Metall mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit bestehen. Der Massivleiter kann auch ein Flachleiter aus gestanztem Metall, z. B. Blech sein. Es ist vorteilhaft, wenn zumindest einer der fest miteinander verbundenen Leiterteile zwei einander gegenüber in der Höhe versetzte Kontaktbereiche aufweist.
  • Die Leiterteile können z. B. U-förmige oder L-förmige Flachteile sein, wobei quer zueinander verlaufende Abschnitte des Leiterteils entweder in einer Ebene liegen oder in den Ebenen, die zueinander einen spitzen Winkel bilden.
  • Der Stromleiter kann in einer Variante ein elektrischer Leiter ohne Isolierumhüllung sein. In einer weiteren Variante kann der Stromleiter eine Isolierumhüllung aufweisen. Die Isolierumhüllung kann z. B. durch einen Isolierlack oder eine Kunststoffschicht gebildet sein.
  • Der Stromleiter ist vorzugsweise aus mehreren Teilleitern zusammengesetzt, die z. B. durch Verschrauben, Verlöten oder Verschweißen mechanisch fest miteinander verbunden sind. Eine solche Ausgestaltung des Stromleiters erleichtert die Montage einer Wicklung bei geschlossenen Kernen.
  • Die Verbindungsstelle zwischen verschiedenen Teilen des Stromleiters liegt vorzugsweise außerhalb des Innenraums des Magnetkerns, z. B. oberhalb der Ebene, in der die obere Stirnfläche des Magnetkerns liegt, oder unterhalb der Ebene, in der die untere Stirnfläche des Magnetkerns liegt.
  • Der Magnetkern kann in einer Variante als ein homogener geschlossener Ringkern mit oder ohne Spalt ausgebildet sein. Der Spalt kann mit einem Material mit einer vom Material des Kerns verschiedenen magnetischen Permeabilität ausgefüllt sein. In einer anderen Variante kann der Magnetkern aus mehreren Teilen, z. B. aus zwei U- oder E-Teilen zusammengesetzt sein. Der Kern kann auch aus einem E-förmigen und einem stabförmigen Kernteil gebildet sein, wobei sich zwei geschlossene Magnetkreise ausbilden. Die dabei gebildeten Spalte können mit einem Material mit einer von Material des Kerns unterschiedlichen magnetischen Permeabilität ausgefüllt sein. In diesen Spalten kann auch ein Klebstoff zur Verbindung der Kernteile miteinander angeordnet sein.
  • Der Kern oder der Kernteil kann z. B. aus Eisen, Metalloxiden, Keramik, Kunststoff, Ferriten oder anderen weichmagnetischen Materialien oder deren Legierungen bestehen. Der Kern oder der Kernteil kann aus Eisenblechen zusammengesetzt sein.
  • Der Magnetkern kann mehrteilig sein, wobei die Kernteile jeweils einen geschlossenen Magnetkreis aufweisen und entlang der Kernachse übereinander angeordnet sind. Der Magnetkern kann entlang seiner Mittelachse geteilt sein in zwei U-förmige Teile oder zwei E-förmige Teile.
  • Die vorgebogenen oder abgewinkelten Teile des Stromleiters können jeweils durch das Innenloch des Magnetkerns durchgesteckt und danach außerhalb des Innenlochs des Kerns miteinander verbunden werden.
  • Vorzugsweise werden vorgebogene Leiter in einem einteiligen Magnetkern zusammengesetzt.
  • Bei einem zusammengesetzten Magnetkern ist es möglich, zunächst den Stromleiter zu biegen oder die Teile des Stromleiters miteinander zu verbinden, wobei Windungen einer Wicklung gebildet werden. Der erste Kernteil wird durch die Windungen des Stromleiters durchgesteckt. Der erste Kernteil wird dann mechanisch mit einem zweiten Kernteil verbunden. Bei einer Drossel mit zwei Wicklungen wird auch der zweite Kernteil durch die Windungen eines weiteren Stromleiters durchgesteckt. Die beiden Kernteile mit Wicklungen werden dann mechanisch miteinander verbunden.
  • Der Stromleiter wird im Bauelement vorzugsweise so fixiert, dass er den Kern nicht berührt. Die Anordnung des Kerns und des Stromleiters oder Teile der Anordnung können im Gehäuse des Bauelements z. B. mittels eines Vergusses fixiert werden. Möglich ist auch, den Kern und den Stromleiter am Gehäuse unabhängig voneinander zu befestigen.
  • Der Stromleiter bildet vorzugsweise eine Wicklung, die um den Magnetkern gewickelt ist. Jeder Windung des Stromleiters ist eine eigene Wickelebene zugeordnet. An der Verbindungsstelle kann ein Teil des Stromleiters so abgewinkelt werden, dass dadurch der Wechsel von einer Wickelebene zur nächsten Wickelebene stattfindet. Der Übergang zur nächsten Wickelebene kann auch durch abgewinkelte Verbindungsstücke zwischen den Teilen des Stromleiters erreicht werden.
  • Die Erfindung kann beispielsweise als eine stromkompensierte Drossel in einem für zwei, drei oder > 3 Stromphasen geeigneten Netzfilter eingesetzt werden.
  • In einer Variante können im induktiven Bauelement auch mehr als nur zwei verschiedene Wicklungen eingesetzt werden, die z. B. mit jeweils einer Stromphase eines mehrphasigen Stromnetzes elektrisch verbunden sind. Dabei ist jede der Wicklungen im Wesentlich wie der oben beschriebene erste Stromleiter gebildet.
  • In einer Variante (Fig. 3F) ist es vorgesehen, dass bei einem ersten Stromleiterteil die Öffnung des U-Stücks zur ersten Stirnseite des Kerns weist. Bei einem zweiten Stromleiterteil, der mit dem ersten Teil fest verbunden ist, weist die Öffnung des U-Stücks vorzugsweise zur zweiten Stirnseite des Kerns. Die Schenkel der beiden U-Stücke weisen einen Überlappungsbereich auf und sind in diesem Bereich fest miteinander verbunden. Die U-Stücke sind in einer Variante vorgebogen. In einer anderen Variante sind sie als gestanzte Flachteile verfügbar.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen schematisch
    • Figur 1 den Querschnitt eines induktiven Bauelements mit einem Gehäuse
    • Figur 2 die perspektivische Ansicht eines Netzfilters mit einem induktiven Bauelement gemäß Erfindung
    • Figuren 3A bis 3F Verfahrensschritte bei der Montage des Stromleiters am Magnetkern
    • Figur 4 die perspektivische Ansicht eines induktiven Bauelements mit einer Wicklung, die aus L-förmigen Flachleiterteilen zusammengesetzt ist.
  • Figur 1 zeigt ein induktives Bauelement mit einem Magnetkern 3 und zwei Wicklungen, die durch einen ersten Stromleiter 1 und einen zweiten Stromleiter 2 gebildet sind. Die Anordnung des Magnetkerns 3 und der Stromleiter 1, 2 ist in einem Gehäuse 4 aus Blech angeordnet. Der erste Stromleiter 1 ist aus zwei vorgebogenen Teilen 11 und 12 zusammengesetzt. Der zweite Stromleiter 2 ist ebenfalls aus zwei vorgebogenen Teilen 21 und 22 zusammengesetzt. Die Teile des jeweiligen Stromleiters sind miteinander mittels Befestigungselementen 71 und 72 fest miteinander verbunden, z. B. verschraubt.
  • Der erste Teil 11 des ersten Stromleiters 1 weist zwei Öffnungen zur Aufnahme von Befestigungselementen 71, eine in Figur 2 sichtbare Öffnung 11b im Bereich des ersten Anschlusses 111 des ersten Stromleiters 1 sowie eine weitere Öffnung zur Aufnahme eines Befestigungselements 73 auf. Das Befestigungselement 73 dient zur Befestigung eines hier nicht dargestellten Leitungsstücks, das hier die elektrische Verbindung zur Platine 8 herstellt.
  • Der erste Teil 11 des ersten Stromleiters 1 kann je nach Ausführung nur eine Öffnung zur Aufnahme von Befestigungselementen oder mehr als zwei solche Öffnungen aufweisen.
  • Der zweite Teil 12 des ersten Stromleiters 1 weist zwei Öffnungen zur Aufnahme von Befestigungselementen 71, eine in Figur 2 sichtbare Öffnung 12b im Bereich des zweiten Anschlusses 112 des ersten Stromleiters 1 sowie eine weitere Öffnung 77 zur Aufnahme eines Befestigungselements 76 (siehe Fig. 2) auf. Das Befestigungselement 76 dient zur Befestigung eines hier nicht dargestellten Leitungsstücks, das in Fig. 2 die elektrische Verbindung zum Kondensator 6 herstellt.
  • Der erste Stromleiter 1 verläuft zweimal durch das Innenloch 31 des geschlossenen Magnetkerns 3. Der zweite Stromleiter 2 verläuft ebenfalls zweimal durch das Innenloch 31 des Magnetkerns 3. Der zweite Stromleiter 2 ist ähnlich aufgebaut wie der erste Stromleiter 1.
  • Die Teile 11, 12 des Stromleiters 1 sind so aufgebaut, dass sie jeweils leicht durch den Magnetkern 3 durchgesteckt werden können. Die Zerlegung des Stromleiters 1 in die Teilstücke 11, 12 kann z. B. - wie in Fig. 3A gezeigt - so vorgenommen werden, dass der Abstand a zwischen den Schenkeln des U-förmig ausgebildeten Teils 11 nicht kleiner als die Wanddicke b des Magnetkerns ist. Nach dem Durchstecken durch den Kern werden die Teile 11, 12 mechanisch miteinander verbunden und so gegenüber dem Kern fixiert, dass ihre Verbindungsstelle oberhalb der Ebene, in der die obere Stirnfläche des Magnetkerns 3 angeordnet ist, liegt. Dadurch kann die Anordnung insbesondere in Richtung quer zur Achse des Magnetkerns 3 platzsparend gestaltet werden. Es ist vorteilhaft, wenn die Verbindungsstelle zwischen den Teilstücken 11, 12 vom Innenloch 31 des Magnetkerns 3 abgewandt ist.
  • Der Stromleiter 1 kann je nach der vorgegebenen Anzahl der Windungen in mehr als nur zwei Teilstücke zerlegt werden. Es ist vorteilhaft, die Teilstücke mit U-förmigen Bereichen auszubilden, wobei die (vorzugsweise kürzeren) Schenkel verschiedener U-Teile teilweise miteinander überlappen. Zwischen die Schenkel eines U-Teils kann der Kern eingeführt werden. Die Teilstücke 11, 12 des ersten Stromleiters 1 und die Teilstücke 21, 22 des zweiten Stromleiters 2 sind nach außen hin vorzugsweise so abgewinkelt, dass der Abstand zwischen den ersten Bauelement-Anschlüssen 111 und 211 dem Abstand zwischen den zweiten Bauelement-Anschlüssen 112 und 212 gleich ist.
  • Vorzugsweise werden nur Teilstücke verwendet, die jeweils für sich weniger als eine ganze Windung um den Kern bilden. Sie bilden vorzugsweise eine halbe oder dreiviertel Windung.
  • Der erste Stromleiter 1 ist mittels der isolierenden Einsätze 51, 53 im Gehäuse 4 befestigt und elektrisch von diesem isoliert. Der zweite Stromleiter 2 ist mittels der isolierenden Einsätze 52, 54 im Gehäuse 4 befestigt und elektrisch von diesem isoliert. Die Einsätze 51 bis 54 sind im Gehäuse mittels der Befestigungselemente 74, 75 befestigt.
  • Der Magnetkern 3 ist ein Ringkern mit einem Innenloch 31. Der Magnetkern 3 ist hier dreiteilig, wobei die Kernteile jeweils einen geschlossenen Magnetkreis aufweisen und entlang der Kernachse übereinander angeordnet sind. Der Magnetkern 3 ist im Gehäuse 4 so befestigt, dass er die Windungen der Stromleiter 1, 2 nicht berührt. In einer weiteren Variante kann die Windung den Kern berühren, falls der Kern aus einem elektrisch isolierenden Material oder die Wicklung von Kern elektrisch isoliert ist.
  • Das Gehäuse 4 umschließt den Magnetkern 3, den ersten Stromleiter 1 bis auf seine Anschlüsse 111, 112 sowie den zweiten Stromleiter 2 bis auf seine Anschlüsse 211, 212. Das Gehäuse 4 weist Öffnungen 41 zur Aufnahme von weiteren Befestigungselementen auf, mit welchen das gesamte Bauteil z. B. auf einem Panel bzw. in einem Blechschrank befestigt werden kann. Die Öffnungen 41 können auch Nietbohrungen für einen Gehäusedeckel sein.
  • Figur 2 zeigt die perspektivische Ansicht eines Netzfilters mit einem induktiven Bauelement gemäß Erfindung. Im Gehäuse 4 sind neben dem induktiven Bauelement (Elemente 1, 2, 3) elektrisch mit diesem verbundene Kondensatoren 6 und 81 bis 83 angeordnet. Die Kondensatoren 81 bis 83 sind auf einer Leiterplatte 8 befestigt. Die Leiterplatte 8 ist mit dem Gehäuse 4 mittels eines Kupferbandes 84 niederinduktiv elektrisch verbunden.
  • Figuren 3A bis 3F zeigen Verfahrensschritte bei der Montage des Stromleiters am Magnetkern.
  • Zunächst wird der geschlossene Magnetkern 3 und die Teilstücke 11, 12 des ersten Stromleiters 1 sowie die Teilstücke 21, 22 des zweiten Stromleiters 2 bereitgestellt. Die Teilstücke 11, 12, 21, 22 des ersten 1 und des zweiten 2 Stromleiters sind U-förmig mit einem abgewinkelten längeren Schenkel ausgebildet. Der erste Teil 11 des ersten Stromleiters 1 sowie der erste Teil 21 des zweiten Stromleiters 2 wird von unten über die Wand des Magnetkerns 3 durchgesteckt (Fig. 3A, 3B, 3E) und so ausgerichtet, dass der Abstand zum Magnetkern 3 eingehalten wird, und z. B. mittels der in Fig. 2 gezeigten Einsätze 51, 52, z. B. mittels Durchführungen, im hier nicht gezeigten Gehäuse des Bauelements fixiert (Fig. 3C, 3F). Der zweite Teil 12 des ersten Stromleiters 1 sowie der zweite Teil 22 des zweiten Stromleiters 2 wird von oben in das Innenloch 31 des Magnetkerns 3 eingeschoben (Fig. 3B, 3E)und relativ zum Kern und den Teilstücken 11, 21 so ausgerichtet (Fig. 3C, 3F), dass die Öffnungen 11a, 12a der Teilstücke 11, 12 miteinander übereinstimmen und der Abstand zum Magnetkern 3 eingehalten wird, und z. B. mittels der in Fig. 2 gezeigten Einsätze 53, 54, z. B. mittels Durchführungen, im Gehäuse des Bauelements fixiert (Fig. 3D, 3F). Das Teilstück 11 wird z. B. mittels Befestigungselementen fest mit dem Teilstück 12 verbunden. Das Teilstück 21 wird z. B. mittels Befestigungselementen fest mit dem Teilstück 22 verbunden. Das Verbinden der Teilstücke miteinander kann vor dem Fixieren dieser Teilstücke im Gehäuse erfolgen. Das Verbinden der Teilstücke miteinander kann auch nach dem Fixieren dieser Teilstücke im Gehäuse erfolgen.
  • Der Magnetkern kann in einer Variante vor dem Durchstecken der Teilstücke 11, 12, 21, 22 im Gehäuse fixiert werden. In einer anderen Variante kann der Magnetkern erst nach dem Ausrichten und Fixieren der Teilstücke 11, 12, 21, 22 im Gehäuse fixiert werden.
  • Bei der in Fig. 3A bis 3F vorgestellten Montage wird zunächst der erste Stromleiter 1 montiert. Nach der Montage des ersten Stromleiters 1 wird der zweite Stromleiter 2 auf die gleiche Art und Weise montiert.
  • Die ersten Teilstücke 11, 21 können aber auch in einem einzigen Schritt durchgesteckt bzw. montiert werden, wobei die zweiten Teilstücke 12, 22 in einem weiteren Schritt durchgesteckt und montiert werden.
  • Die Reihenfolge der Verfahrensschritte kann im Prinzip beliebig gewählt werden.
  • In Figur 4 ist ein induktives Bauelement mit einer Wicklung gezeigt, die aus fest miteinander verbundenen L-förmigen Flachleiterteilen 11', 12', 13' zusammengesetzt ist. Die ersten Flachleiterteile 11' und 13' sind so abgeknickt, dass sie jeweils einen schräg verlaufenden Abschnitt 11b, 13b aufweisen. Der Abschnitt 11b bzw. 13b verbindet die in verschiedenen Wicklungsebenen angeordneten Abschnitte 11a und 11c bzw. 13a und 13c. Mit dem schräg verlaufenden Abschnitt des L-Stücks bzw. durch die Montage mit einem Höhenversatz (der Verbindungsbereiche) gelingt also der Übergang zwischen zwei Wicklungsebenen.
  • Übereinander angeordnete Bereiche von Flachleiterteilen 11', 12' und 13' sind einem Verbindungsbereich 101, 102, 103, 104 zugeordnet. Die Verbindungsbereiche 101 und 103, 102 und 103, 102 und 104 von zwei Flachleiterteilen sind entlang von jeweils einer Diagonalen angeordnet. Die Flachleiterteile sind in den Verbindungsbereichen fest miteinander verbunden, z. B. verschweißt, verschraubt oder hart gelötet. Die Teile des Stromleiter 1 können Öffnungen zur Aufnahme von Befestigungselementen 71, 73, 76 aufweisen.
  • Die ersten Flachleiterteile 11' und 13' sind mittels eines zweiten Flachleiterteils 12' miteinander verbunden. Der zweite Flachleiterteil 12' weist keinen Knick auf und ist in einer Wicklungsebene angeordnet. Er kann im Prinzip aber auch wie die Teile 11', 13' geknickt sein.
  • Die Wicklung kann in einer Variante mehr als nur zwei erste Teile 11', 13' und nur einen zweiten Teil 12' umfassen. Obwohl in Figur 4 nur eine Wicklung gezeigt ist, können bei N Stromphasen zur Bildung von magnetisch gekoppelten Induktivitäten N Wicklungen um denselben Kern vorgesehen sein, wobei N = 2, 3, ...
  • Der Leiterteil 11' ist fest mit dem Anschlussstück 111 und der Leiterteil 13' mit dem Anschlussstück 112 verbunden. Die Anschlussstücke weisen vorzugsweise jeweils mindestens eine Öffnung zur Aufnahme eines Befestigungselements auf.
  • Die L-Stücke in Fig. 4 können in einer Variante durch U-förmige Flachleiterteile ersetzt werden, wobei z. B. das erste U-Teil derart abgeknickt ist, dass sein Verbindungsstück schräg verläuft. Das zweite U-Teil kann in einer Wicklungsebene liegen oder auch abgeknickt sein. Die Verbindungsstellen von zwei U-Stücken weisen vorzugsweise zu Stirnseiten des Kerns.
  • Der Magnetkern in Figur 4 ist ein geschlossener Kern, der aus zwei miteinander verbundenen U-Stücken zusammengesetzt ist. Der Magnetkern kann aber auch einstückig sein.
  • Die Erfindung ist nicht auf das vorgestellte Beispiel oder bestimmte Materialien beschränkt. Weiterbildungen der Erfindung z. B. bezüglich der Ausgestaltung der Verbindungsstelle zwischen verschiedenen Teilen des Stromleiters oder bezüglich der Befestigung von Teilen der Anordnung des Kerns und des Stromleiters sind vorgesehen.
  • Die in Zusammenhang mit den vorgebogenen Leiterteilen 11, 12; 21, 22 erläuterte technische Lehre (Fig. 1 - 3F) ist ohne Weiteres auf entsprechend abgewinkelte, z. B. gestanzte Flachleiterteile anwendbar. Dabei wird jede Biegung des Leiterteils 11, 12; 21, 22 durch eine Abwinklung eines Flachleiterteils ersetzt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    erster Stromleiter
    2
    zweiter Stromleiter
    11
    erster Teil des ersten Stromleiters
    12
    zweiter Teil des ersten Stromleiters
    21
    erster Teil des zweiten Stromleiters
    22
    zweiter Teil des zweiten Stromleiters
    11a, 11b, 12a, 12b
    Öffnungen
    111
    erster Anschluss des ersten Stromleiters
    112
    zweiter Anschluss des ersten Stromleiters
    211
    erster Anschluss des zweiten Stromleiters
    212
    zweiter Anschluss des zweiten Stromleiters
    3
    Magnetkern
    31
    Innenloch des Magnetkerns 3
    4
    Gehäuse
    41
    Öffnung zur Aufnahme von Befestigungselementen
    51 bis 54
    isolierende Einsätze
    6
    Kondensator
    71 bis 76
    Befestigungselemente
    77
    Öffnungen zur Aufnahme von Befestigungselementen 76
    8
    Leiterplatte
    81 bis 83
    Kondensatoren
    84
    Kupferband (elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse 4)

Claims (19)

  1. Induktives Bauelement
    mit einem geschlossenen Magnetkern (3),
    mit einem ersten Stromleiter (1), der mindestens zweimal durch das Innere des Magnetkerns (3) läuft,
    wobei der Stromleiter (1) mehrere L-förmige Teile (11', 12', 13') aus einem Flachleiter umfasst, die fest miteinander verbunden sind.
  2. Bauelement nach Anspruch 1,
    wobei die aneinander angeschlossenen L-förmigen Teile übereinander angeordnete Enden aufweisen, die in verschiedenen Wicklungsebenen liegen.
  3. Bauelement nach Anspruch 1,
    wobei mindestens ein erster L-förmiger Teil (11') derart abgeknickt ist, dass er in verschiedenen Wicklungsebenen angeordnete flache Abschnitte (11a, 11c) und einen schräg zu diesen Ebenen verlaufenden flachen Abschnitt (11b) aufweist.
  4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    wobei mindestens zwei L-förmige, übereinander angeordnete erste Teile (11', 13') vorgesehen sind, deren diagonal gegenüber liegende Enden fest mit verschiedenen Enden eines zweiten L-förmigen Teils (12') verbunden sind.
  5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    wobei der zweite Teil (12') und die mit diesem verbundenen Enden der ersten Teile (11', 13') in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
  6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    wobei die L-förmigen Teile (11', 12', 13') gestanzt sind.
  7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    wobei der Stromleiter (1) eine Stromschiene ist, dessen Stromtragfestigkeit 150 A oder mehr beträgt oder dessen Stromtragfestigkeit 500 A oder mehr beträgt.
  8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    bei dem die Teile (11, 12) des Stromleiters (1) mechanisch miteinander verbunden sind.
  9. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    bei dem die Verbindungsstelle außerhalb eines Raumes liegt, der durch zwei Ebenen, in denen die Stirnflächen des Magnetkerns (3) liegen, begrenzt ist.
  10. Bauelement nach Anspruch 8 oder 9,
    bei dem der Stromleiter (1) mehrere in jeweils einer eigenen Wickelebene liegende Windungen aufweist,
    wobei der Übergang zwischen zwei Wickelebenen im Bereich der Verbindungsstelle erfolgt.
  11. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    bei dem verschiedene Teile des Stromleiters (1) aneinander mittels Befestigungselementen (71, 72) befestigt sind oder bei dem verschiedene Teile des Stromleiters (1) miteinander verschweißt, verlötet oder vernietet sind.
  12. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    bei dem der Stromleiter (1) zwei Anschlüsse (111, 112) aufweist, die zu verschiedenen Stirnseiten des Magnetkerns (3) herausgeführt sind.
  13. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    mit einem Gehäuse (4), das den Magnetkern (3) und den Stromleiter (1) bis auf seine Anschlüsse (111, 112) komplett umschließt.
  14. Bauelement nach Anspruch 13,
    bei dem der Magnetkern (3) und der Stromleiter (1) im Gehäuse (4) durch einen Verguss fixiert ist.
  15. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
    mit mindestens einem zweiten Stromleiter (2), der mindestens zweimal durch das Innere des Magnetkerns (3) läuft,
    wobei der zweite Stromleiter (2) ein Massivleiter ist, der mehrere fest miteinander verbundene L-förmige Teile umfasst.
  16. Verfahren zur Herstellung eines induktiven Bauelements, mit folgenden Schritten:
    A) ein abgewinkelter oder vorgebogener erster Teil (11) eines ersten Stromleiters (1) wird durch das Innenloch eines geschlossenen Magnetkerns (3) geschoben;
    B) der erste Teil (11) und ein abgewinkelter oder vorgebogener zweiter Teil (12) des ersten Stromleiters (1) werden relativ zum Magnetkern (3) und einander gegenüber so ausgerichtet, dass sie miteinander überlappende Bereiche aufweisen;
    D) der erste und zweite Teil (11, 12) des ersten Stromleiters (1) werden in den überlappenden Bereichen mechanisch fest miteinander verbunden.
  17. Verfahren nach Anspruch 16,
    wobei der abgewinkelte oder vorgebogene zweite Teil (12) des ersten Stromleiters (1) durch das Innenloch des Magnetkerns (3) geschoben wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17,
    wobei zumindest ein Teil, ausgewählt aus dem ersten Teil (11) und dem zweiten Teil (12), L-förmig ist.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18,
    bei dem der erste und zweite Teil (11, 12) des ersten Stromleiters (1) im Gehäuse (4) des Bauelements fixiert wird.
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