NL8600771A

NL8600771A - Inrichting met een kern uit delen van amorf ferromagnetisch metaal en delen van niet-amorf ferromagnetisch materiaal.

Info

Publication number: NL8600771A
Application number: NL8600771A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1986-03-26
Filing date: 1986-03-26
Publication date: 1987-10-16
Also published as: US4739294A; JPS62230012A; EP0241068A1

Description

* ' * -* PHN 11.689 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Inrichting met een kern uit delen van amorf ferromagnetisch metaal en delen van niet-amorf ferromagnetisch materiaal.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting bevattende een kern die is opgebouwd uit delen van amorf ferromagnetisch metaal en delen van niet-amorf ferromagnetisch materiaal en die ten minste een staafvormig been bevat, dat omgeven is door ten minste een 5 uit elektrisch geleidend materiaal gewikkelde spoel, alsmede een juk dat de eindgedeelten van het been magnetisch met elkaar verbindt en waarvan de dwarsdoorsnede groter is dan die van het been.

Een dergelijke inrichting is bekend uit het in "Patent Abstracts of Japan", Vol. 6, No. 243 (E—145) gepubliceerde uittreksel 10 van JP-A- 57-143-807. Bij de bekende inrichting bestaan de benen van de kern uit silicium-ijzer en de jukken uit amorf metaal. De kernverliezen in het silicium-ijzer maken zulke kernen echter minder geschikt voor toepassing bij betrekkelijk hoge frequenties, bijvoorbeeld 10 kHz en hoger. Vooral bij kernen met betrekkelijk grote afmetingen 15 zou in zulke gevallen de temperatuur van het kerngedeelte binnen de spoel te hoog worden. De kernverliezen van amorf metaal zijn aanzienlijk lager dan die van silicium-ijzer (ongeveer 70% lager) en het zou daarom aantrekkelijk zijn, de gehele kern uit amorf metaal te vervaardigen, zodat de binnen de spoel gelegen delen aanzienlijk minder 20 in temperatuur zouden stijgen. Een dergelijke kern, die bekend is uit bijvoorbeeld EP-A- 0 127 119, heeft echter het bezwaar, dat de prijs van amorf metaal hoog is, waardoor de kostprijs van de kern ongunstig beïnvloed wordt.

De uitvinding heeft tot doel, een inrichting van de in de 25 aanhef genoemde soort aan te geven, die geringe kernverliezen combineert met een aanvaardbare kostprijs. De inrichting volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat het been uit amorf ferromagnetisch metaal bestaat en het juk uit ferriet, en dat de dwarsdoorsnede van het juk ten minste tweemaal zo groot is als die van het been.

30 Bij de inrichting volgens de uitvinding bestaan de jukken, die een aanzienlijk gedeelte van het kernmateriaal bevatten, uit ferriet, dat betrekkelijk goedkoop is en evenals het amorfe metaal 8600771 ? -5.

PHN 11.689 2 betrekkelijk geringe kernverliezen heeft. Het bezwaar van ferriet is zijn geringe verzadigingsmagnetisatie. Dit bezwaar heeft in de inrichting volgens de uitvinding echter geen nadelige gevolgen doordat de dwarsdoorsnede van het juk ten minste tweemaal zo groot is als die 5 van het been. Door de hoge verzadigingsmagnetisatie van het amorfe metaal kan het been een betrekkelijk geringe dwarsdoorsnede hebben, waardoor ook de afmetingen van de om het been geplaatste spoel klein kunnen zijn, zodat de voor de spoel benodigde hoeveelheid materiaal betrekkelijk gering is hetgeen een verdere gunstige invloed op de 10 kostprijs van de inrichting heeft.

Teneinde ook de mogelijkheid, dat het ferriet nabij de overgangen tussen het been en het juk plaatselijk magnetisch verzadigd zou kunnen worden, te elimineren heeft een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding het kenmerk, dat elk eindgedeelte 15 van het been gedeeltelijk verzonken is in een in het juk aangebrachte uitsparing.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, hierin is :

Fig. 1A een langsdoorsnede van een eerste 20 uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding,

Fig. 1B een detail van de in fig. 1A weergegeven inrichting in dwarsdoorsnede,

Fig. 2A een langsdoorsnede van een tweede uitvoeringsvoorbeeld, 25 Fig. 2B een dwarsdoorsnede van een detail van de in fig.

2A getoonde inrichting, en

Fig. 3 een weergave in perspectief van een kern van een derde uitvoeringsvoorbeeld.

De in fig. 1A afgebeelde inrichting bevat een 30 ferromagnetische kern met een staafvormig been 1 en een U-vormig juk 3 dat de eindgedeelten van het been magnetisch met elkaar verbindt teneinde een gesloten magnetisch circuit te vormen. Het been 1 is ongeven door een uit elektrisch isolerend materiaal vervaardigde spoelkoker 5, waarop een of meer spoelen 7 gewikkeld zijn. De details 35 van de spoelen 7 hangen af van de toepassing van de inrichting. Indien de inrichting bijvoorbeeld een smoorspoel is, zal in het algemeen slechts een spoel 7 aanwezig zijn, terwijl voor een transformator twee zry jpi «f / & ^ PHN 11.689 3 of meer spoelen aangebracht zijn, die concentrisch over elkaar heengewikkeld of axiaal achter elkaar geplaatst kunnen zijn. De spoelen zijn gewikkeld uit elektrisch geleidend materiaal, bijvoorbeeld koperdraad of aluminiumfolie.

5 Het been 1 bestaat uit een pakket evenwijdig met het vlak van tekening van fig. 1A verlopende lamellen van amorf ferromagnetisch metaal (zie ook fig. 1B) met in dit uitvoeringsvoorbeeld een luchtspleet 9 ongeveer halverwege de lengte van het been. Het juk 3 bestaat uit een ferriet, bijvoorbeeld ferroxcube. Het is opgebouwd uit 10 twee L-vormige delen die bij 11 met elkaar verbonden zijn, bijvoorbeeld door middel van een lijnverbinding. Ter plaatse van de verbindingsplaats 11 kan zich desgewenst eveneens een luchtspleet bevinden. De dwarsdoorsnede van het been 1 heeft de vorm van een eerste vierkant en de dwarsdoorsnede van het juk 3 heeft de vorm van een tweede 15 vierkant, waarvan de zijden bijvoorbeeld ongeveer 1,5 maal zo lang zijn als die van het eerste vierkant. De dwarsdoorsnede van het juk 3 heeft daardoor een meer dan tweemaal zo grote oppervlakte als die van het been 1. Gebleken is, dat bij een dergelijke verhouding tussen de dwarsdoorsneden het been 1 en het juk 3 ongeveer tegelijk verzadigd 20 raken wanneer de magnetische flux in de kern toeneemt. De fluxdichtheid in het been 1 is daarbij ongeveer tweemaal zo groot als die in het juk 3. Daardoor kan bij de overgang tussen het been en het juk het gevaar bestaan, dat de fluxdichtheid in het ferriet van het juk plaatselijk groter wordt dan de verzadigingsdichtheid. Dit gevaar kan aanzienlijk 25 verminderd worden door te zorgen, dat de magnetische krachtlijnen onmiddelijk na de overgang tussen het been 1 en het juk 3 uitwaaieren zodat de magnetische fluxdichtheid voorbij deze overgang zeer snel afneemt. Daartoe is in het getoonde voorbeeld het juk 3 ter plaatse van elk van deze overgangen voorzien van een uitsparing 13 waarin een 30 kopvlak en een eindgedeelte van het been 1 verzonken is (zie ook fig.

1B). Het materiaal van het juk 3 omgeeft daardoor het eindgedeelte van het been 1 zodat de fluxdichtheid in het juk onmiddelijk na de overgang aanmerkelijk kleiner is dan die in het been.

Het in fig. 2A getoonde uitvoeringsvoorbeeld bevat 35 eveneens een ferromagnetische kern die is opgebouwd uit enerzijds een staafvormig been 15 dat bestaat uit een pakket lamellen van amorf metaal en anderzijds een H-vormig juk 17 dat bestaat uit ferriet.

Ί. «ν * ΡΗΝ 11.689 4

Het been 15 is omgeven door een spoelkoker 19 met daarop een of meer spoelen 21 die gelijk kunnen zijn aan de in fig. 1A getoonde spoelkoker 5 met spoelen 7. In het in fig. 2A getoonde voorbeeld bevat het been 15 geen luchtspleet en is ook het juk 17 uit één stuk vervaardigd. De 5 verhouding tussen de dwarsdoorsneden van het been 15 en het juk 17 is dezelfde als bij het eerstgenoemde uitvoeringsvoorbeeld. In het tweede uitvoeringsvoorbeeld zijn in de kopvlakken van het juk 17 uitsparingen 23 aangebracht, waarin de eindgedeelten van het been 15 met hun zijvlakken verzonken zijn (zie ook fig. 2B). Deze uitsparingen 23 10 hebben op dezelfde wijze als de uitsparingen 13 in het eerste uitvoeringsvoorbeeld het effect, dat de dichtheid van de magnetische flux in het materiaal van het juk 17 onmiddelijk voorbij de overgangen aanzienlijk kleiner is dan die in het materiaal van het been 15, zodat geen plaatselijke verzadiging optreedt. Uiteraard is het desgewenst 15 mogelijk, ook in het tweede uitvoeringsvoorbeeld luchtspleten in het been 15 en/of het juk 17 aan te brengen.

Fig. 3 toont een kern voor een derde uitvoeringsvoorbeeld, welke kern werd ontworpen ter vervanging van een bekende ferrietkern van het type E + I. Het middenbeen van het E-20 vormige deel, dat het been van de kern vormt, is in dit voorbeeld vervangen door een staafvormig been 25 dat bestaat uit een pakket lamellen van amorf ferromagnetisch metaal. De kern bevat verder een juk dat bestaat uit een ö-vormig gedeelte 27 (overeenkomend met het oorspronkelijke E-vormig gedeelte zonder middenbeen) en een I-vormig 25 gedeelte 29. Tussen het been 25 en de daarmee evenwijdige delen van het U-vormige gedeelte 27 bevinden zich ruimten 31 voor een om het been te plaatsen (niet getekende) spoel. De kern is symmetrisch ten opzichte van een met streep-stiplijnen aangeduid symmetrievlak 33. De aan weerszijden van het symmetrievlak 33 gelegen delen van het juk 27, 29 30 hebben dezelfde dwarsdoorsnede als het been 25 zodat de totale dwarsdoorsnede van het juk tweemaal zo groot is als die van het been. Aangezien het juk 27, 29 zich ter plaatse van de overgangen naar het been 25 zowel links als rechts van het been uitstrekt, waaieren de magnetische krachtlijnen in het materiaal van het juk naar links en 35 rechts uit, zodat weinig gevaar bestaat, dat dit materiaal plaatselijk verzadigd wordt. Uitsparingen in het juk 27, 29 zoals de uitsparingen 13, 23 kunnen in het algemeen dan ook achterwege blijven P. & Π f» 7 7 1 J V -J / / n PHN 11.689 5

Wanneer men de afmetingen van de in fig. 3 afgeteelde kern vergelijkt met een vergelijkbare E + X kern die geheel uit ferriet vervaardigd is, vallen de voordelen van de constructie volgens de uitvinding onmiddelijk op. Bij eenzelfde dwarsdoorsnede van het juk zou 5 een uit ferriet vervaardigd been een tweemaal zo grote dwarsdoorsnede en dus een tweemaal zo grote breedte moeten hebben als het been 25 om te voorkomen dat dit been eerder magnetisch verzadigd zou raken dan het juk. Om een spoel met hetzelfde aantal windingen te kunnen onderbrengen moeten de ruimten aan weerszijden van het been even breed 10 zijn als de ruimten 31 zodat de in fig. 3 horizontaal getekende delen van het juk dienovereenkomstig langer moeten zijn. Het gevolg van een en ander is, dat bij gebruik van de conventionele kern de hoeveelheid kernmateriaal en de voor het wikkelen van de spoel benodigde hoeveelheid koperdraad groter zijn dan bij de kern volgens de uitvinding. De massa 15 van de kern volgens de uitvinding is ongeveer 90% van die van de conventionele kern en de benodigde hoeveelheid koperdraad is ongeveer 70%. De besparing aan koperdraad brengt tevens met zich mee, dat de elektrische weerstand van de spoel en de daardoor optredende verliezen tot ongeveer 70% gereduceerd worden.

20 In de in het voorgaande beschreven uitvoeringsvoorbeelden heeft de kern slechts één been dat omgeven is door een spoel. Het zal duidelijk zijn, dat de uitvinding ook met voordeel toegepast kan worden bij kernen met meer dan een been. De benen en jukken hebben in de beschreven voorbeelden vierkante of rechthoekige dwarsdoorsneden.

25 Uiteraard kunnen de dwarsdoorsneden ook een andere vorm hebben, bijvoorbeeld een cirkel of een ellips. Ook kan een been op een op zichzelf bekende wijze bestaan uit een buis, waarvan de wand gevormd wordt door een groot aantal windingen van bandvormig amorf ferromagnetisch materiaal, zoals bijvoorbeeld beschreven is in 30 EP-A- 0 127 119. De dwarsdoorsnede is dan ringvormig.

8600771

Claims

1. Inrichting bevattende een kern die is opgebouwd uit delen van amorf ferromagnetisch metaal en delen van niet-amorf ferromagnetisch materiaal en die ten minste een staafvormig been (1, 15. bevat, dat omgeven is door ten minste een uit elektrisch geleidend 5 materiaal gewikkelde spoel (7, 21), alsmede een juk (3, 17) dat de eindgedeelten van het been magnetisch met elkaar verbindt en waarvan de dwarsdoorsnede groter is dan die van het been, met het kenmerk, dat het been (1, 15) uit amorf ferromagnetisch metaal bestaat en het juk (3, 17. uit ferriet, en dat de dwarsdoorsnede van het juk ten minste 10 tweemaal zo groot is als die van het been.

2. · Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat elk eindgedeelte van het been (1, 15) gedeeltelijk verzonken is in een in het juk (3, 17) aangebrachte uitsparing (13, 23). .· J