DE10234979A1 - Drosselkern für nichtlineare Kerndrossel und Verfahren zur Herstellung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung schlägt vor, in einem geschlossenen Drosselkern eine durchgehende axiale oder radiale Öffnung mit wasserstrahlgeführtem Laser einzuschneiden, wobei das vorgeschlagene Verfahren es ermöglicht, die radiale Öffnung von innen nach außen durchgehend auszuführen und sie dabei längs zwischen der oberen und der unteren Stirnfläche des Drosselkerns anzuordnen, so daß diese Öffnung zu den Stirnflächen hin vom Drosselkern begrenzt ist. Aufgrund der Präzision der Verfahrens ist es möglich, sehr kleine nichtlineare Drosseln mit geschlossenem Drosselkern herzustellen, welcher leicht bewickelt werden kann.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Drosselkern aus magnetisch sättigbarem Material sowie eine nichtlineare Kerndrossel.
- Die Induktivität einer Kerndrossel mit einem geschlossenen Kern, in dem ein enger Luftspalt vorgesehen ist, weist nichtlineares Verhalten auf, wobei der Wert der Induktivität einer solchen Drossel von der Stromstärke des die Kerndrossel bzw. deren Wicklung durchfließenden Stroms abhängt. Bei kleinem Drosselstrom verhält sich die Drossel wie eine Drossel ohne Luftspalt. Bei Erhöhung des Drosselstroms wird bei einer bestimmten Stromstärke im geschlossenen Teil des Drosselkerns die magnetische Sättigung erreicht. Bei weiterer Erhöhung des Drosselstroms wird der Teil der Drossel mit Luftspalt wirksam, so daß sich die Drossel bei höheren Strömen effektiv wie eine Drossel mit Luftspalt verhält, welche eine um so kleinere Induktivität aufweist, je größer die Breite des Luftspaltes ist. Bei weiterer Stromerhöhung erreicht auch der Teil der Drossel mit Luftspalt die magnetische Sättigung, wobei der Mindestwert der Drossel-Induktivität erreicht wird.
- Drosselkerne aus magnetisch sättigbarem Material können beispielsweise zur Herstellung von Speicherdrosseln angewendet werden, welche z.B. zur Vermeidung von Überspannungen in getakteten Gleichspannungswandlern, insbesondere Durchflußwandlern oder in Steuerungssystemen der Telekommunikation eingesetzt werden können.
- Aus der Druckschrift
DE 3622190 A1 ist bekannt, daß in einem Drosselkern von allen Seiten durch den Drosselkern umschlossene, mit magnetisch neutralen Materialien (d. h. Materialien mit geringer magnetischer Permeabilität, z.B. Keramik) gefüllte Hohlräume ausgebildet werden können. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß damit nur Spalte mit vergleichsweise großer Breite erzielt werden. - Es ist auch bekannt, daß ein Loch in den Drosselkern vor oder nach dem Sintern eingebohrt wird.
- Ferner ist es möglich, den Luftspalt durch teilweise Einsägen des Drosselkerns mit Diamantenscheiben zu realisieren, wobei zumindest eine Stirnfläche des Drosselkerns angeschnitten wird (Druckschrift
DE 3608519 A1 ). Der Nachteil von diesem Verfahren liegt darin, daß damit nur Luftspalte mit vergleichsweise großer Breite erzeugt werden können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß Drahtwindungen der Drossel bei Bewicklung des Drosselkerns in den Luftspalt geraten können. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Drosselkern und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, der einen Luftspalt mit einer besonders geringen Breite aufweist und dabei leicht bewickelt werden kann.
- Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bauelement nach Anspruch 1 gelöst.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Drosselkerns gehen aus weiteren Ansprüchen hervor.
- Die Erfindung gibt einen magnetischen Drosselkern mit einer geschlossenen, beispielsweise ringähnlichen Form mit beliebigem z.B. O-förmigem, D-förmigem, dreieckigem oder rechteckigem Querschnitt an, in dem zumindest ein axialer oder radialer Einschnitt vorgesehen ist. Dabei stellt der radiale Einschnitt eine Öffnung dar, die vom Inneren des ringähnlichen Drosselkerns nach außen durchgehend ist und längs zwischen der oberen und der unteren Stirnfläche des Drosselkerns angeordnet ist. Dabei ist der zumindest eine radiale Einschnitt auch zu den Stirnflächen hin vom Drosselkern begrenzt. Der axiale Einschnitt stellt eine Öffnung dar, die zwischen den Stirnflächen des Drosselkerns durchgehend ist und längs zwischen der oberen und der unteren Stirnfläche des Drosselkerns angeordnet ist. Dabei ist der axiale Einschnitt im Querschnitt vom Drosselkern allseitig begrenzt.
- Der Drosselkern besteht aus einem zur Speicherung magnetischer Energie geeigneten Material mit magnetischen Eigenschaften, z.B. aus Ferriten, Eisenpulver oder amorphem Eisen.
- Die Realisierung einer Öffnung mit einer sehr geringen Breite entsprechend einem schalen Luftspalt gelingt z.B. dadurch, daß eine Microjet-Technologie mit einem wasserstrahlgeführter Laser (water jet guided laser) eingesetzt wird. Dieses Verfahren hat neben hoher Flexibilität folgende Vorteile: a) die Schnittkanten werden kaum thermisch belastet und werden mit hoher Präzision bei einer geringen Einschnittsbreite (z.B. 50 μm) realisiert, b) es entsteht kein Werkzeugverschleiß, und c) das Verfahren kann mit einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden. Die Öffnung im Drosselkern wird vorzugsweise von der Außenseite des Drosselkerns nach innen ausgeführt (die radiale Richtung). Möglich ist auch, daß die Öffnung senkrecht zur Ringebene ausgeführt wird (die axiale Richtung).
- Eine Kerndrossel mit nichtlinearen Eigenschaften enthält den erfindungsgemäßen Drosselkern, der von zumindest einer Drahtwicklung umwickelt ist. Unter einer Drahtwicklung versteht man einen um den Drosselkern gewickelten Draht einschließlich aller Wicklungen zwischen zwei Anschlüssen an beiden Enden des Drahtes. Dieser Draht kann z.B. Kupferlackdraht, Aluminiumdraht, eine Aderleitung oder eine Metallitze sein. Die Isolierung der Wicklungen wird durch das Auftragen einer Lackschicht oder mittels eines isolierenden Kunststoffschlauchs erreicht. Da der Einschnitt in der Mitte des Drosselkerns ausgebildet ist und die Stirnseiten des erfindungsgemäßen Drosselkerns bei der Ausführung des Einschnitts nicht angesägt werden, kann ein solcher Drosselkern leicht bewickelt werden, da der Draht beim Bewickeln nicht in den Schlitz fallen kann. Es ist möglich, daß die Drahtwicklungen beispielsweise durch eine Vergußmasse mechanisch stabilisiert werden.
- Im Vergleich zu einem bis zum Kernrand geführten Einschnitt des Drosselkerns hat der erfindungsgemäße Drosselkern außerdem den Vorteil, daß der als Einschnitt ausgebildete Luftspalt an vier Seiten von einem Material mit magnetischen Eigenschaften umschlossen ist und dadurch das Austreten des Streufeldes in diesen Richtungen verhindert wird.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen und daher nicht maßstabsgetreuen Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt den erfindungsgemäßen Drosselkern mit einem radialen Einschnitt im schematischen Querschnitt und Längsschnitt -
2 zeigt eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Drosselkerns mit einem radialen Einschnitt -
3 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drosselkerns mit einem axialen Einschnitt im schematischen Querschnitt -
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen ringförmig ausgebildeten Drosselkerns DK mit einem radialen Einschnitt RE der Breite d im schematischen Querschnitt parallel zur dargestellten x/y Ebene (links dargestellt) und im Längsschnitt entlang der x-Achse parallel zur x/z Ebene (rechts dargestellt), wobei die Symmetrieachse des Rings entlang der z-Achse gerichtet ist. Der radiale Einschnitt RE ist von innen nach außen durchgehend ausgebildet, so daß er in der äußeren und der inneren Mantelfläche des Drosselkerns sichtbar bzw. offen ist. Der radiale Einschnitt RE ist längs zwischen der oberen und der unteren StirnflächeOS bzw. US des Drosselkerns angeordnet. Dabei ist der radiale Einschnitt zu den StirnflächenOS bzw. US hin vom Drosselkern begrenzt. - Es ist möglich, daß im erfindungsgemäßen Drosselkern mehrere Einschnitte mit gleichen oder unterschiedlichen Breiten ausgebildet werden.
-
2 zeigt eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Drosselkerns mit einem radialen Einschnitt RE. -
3a zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drosselkerns DK mit einem axialen Einschnitt im schematischen Querschnitt. Der axiale Einschnitt AE weist eine Stufe im Querschnitt (xy-Ebene in3a ) auf, so daß die Breite des Einschnitts auf der Seite der inneren Mantelfläche des Drosselkerns größer als die Breite des Einschnitts auf der Seite der äußeren Mantelfläche des Drosselkerns ist. Es ist auch möglich, daß die Breite des Einschnitts auf der Seite der inneren Mantelfläche des Drosselkerns kleiner als die Breite des Einschnitts auf der Seite der äußeren Mantelfläche des Drosselkerns ist. - Möglich ist auch, daß ein radialer Einschnitt stufenförmig ausgebildet ist, wobei die Breite des Einschnitts in der inneren Mantelfläche des Drosselkerns kleiner als die Breite des Einschnitts in der äußeren Mantelfläche des Drosselkerns ist.
- Auch ein radialer oder axialer Einschnitt mit mehreren Stufen im Querschnitt ist möglich.
- In
3b ist eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung vorgestellt. Der axiale Einschnitt AE ist keilförmig ausgebildet, so daß die Breite des Einschnitts auf der Seite der inneren Mantelfläche des Drosselkerns größer als die Breite des Einschnitts auf der Seite der äußeren Mantelfläche des Drosselkerns ist. Es ist auch möglich, daß die Breite des Einschnitts auf der Seite der inneren Mantelfläche des Drosselkerns kleiner als die Breite des Einschnitts auf der Seite der äußeren Mantelfläche des Drosselkerns ist. - Möglich ist auch, daß ein radialer Einschnitt keilförmig ausgebildet ist, wobei die Breite des Einschnitts in der inneren Mantelfläche des Drosselkerns kleiner als die Breite des Einschnitts in der äußeren Mantelfläche des Drosselkerns ist.
- Mit stufenförmig oder keilförmig ausgebildeten Einschnitten kann ein fließender Verlauf der Drosselcharakteristik (Induktivität gegen Strom) in einem bestimmten Stromstärkenbereich erzielt werden.
- Die Erfindung wurde der Übersichtlichkeit halber nur anhand weniger Ausführungsformen dargestellt, ist aber nicht auf diese beschränkt. Weitere Variationsmöglichkeiten ergeben sich im Hinblick auf die Anzahl der Einschnitte im Drosselkern, auf Kombinationsmöglichkeiten der Einschnitte mit unterschiedlichen Breiten oder Formen der Querschnitte sowie auf Befestigungsmöglichkeiten der Drahtwicklungen am Drosselkern.
Claims (9)
- Geschlossener magnetischer Drosselkern (DK) mit zumindest einem axialen oder radialen Einschnitt (AE, RE), der von innen nach außen durchgehend ist und zwischen der oberen und der unteren Stirnfläche (
O S, US) des Drosselkerns angeordnet ist, wobei der zumindest eine radiale Einschnitt zu den Stirnflächen hin vom Drosselkern begrenzt ist. - Drosselkern nach Anspruch 1, bei dem zumindest einer der axialen oder radialen Einschnitte (RE) keilförmig ausgebildet ist oder im Querschnitt zumindest eine Stufe ausweist.
- Kerndrossel mit einem Drosselkern nach Anspruch 1 oder 2, die zumindest eine Drahtwicklung umfaßt, welche den Drosselkern umschließt.
- Kerndrossel nach Anspruch 3, bei welcher die zumindest eine Drahtwicklung aus Metalldraht, einer Aderleitung oder einer Metallitze besteht.
- Kerndrossel nach Anspruch 3 oder 4, bei welcher der Draht der zumindest einen Drahtwicklung mit einer isolierenden Lackschicht oder einem Kunststoffschlauch versehen ist.
- Verfahren zur Herstellung eines Drosselkerns nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein geschlossener Ringkern bereitgestellt wird, bei dem mit einem Laser zumindest eine von außen nach innen durchgehende radiale Öffnung eingeschnitten wird, welche zu den Stirnflächen des Drosselkerns hin vom Drosselkern begrenzt ist.
- Verfahren zur Herstellung eines Drosselkerns nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein geschlossener Ringkern bereitgestellt wird, bei dem mit einem Laser zumindest eine durchgehende axiale Öffnung eingeschnitten wird, welche zwischen den Stirnflächen des Drosselkerns durchgehend ist und längs zwischen der oberen und der unteren Stirnfläche des Drosselkerns angeordnet ist, wobei die axiale Öffnung im Querschnitt vom Drosselkern allseitig begrenzt ist.
- Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem zumindest eine zwischen den Stirnflächen des Drosselkerns durchgehende axiale Öffnung oder von innen nach außen durchgehende radiale Öffnung mit einem wasserstrahlgeführten Laser eingeschnitten wird.
- Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem der Drosselkern mit zumindest einer Drahtwicklung umwickelt wird.
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