DE1438461C - Elektromagnetische Spule - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Spule für Transformatorwicklungen u. dgl., bei der ein elektrischer Leiter spiralig in voneinander isolierten Windungen zu einem zylindrischen Körper gewickelt ist und der Leiter aus einem Material hoher Permeabilität besteht oder die Zwischenräume der Leiterwindungen ein derartiges Material enthalten.

Bekannte Spulen dieser Bauform benötigen eine zusätzliche Wicklung, die entweder die aus ferromagnetischen Leitern gebildeten Wicklungen umschließt oder von diesen umschlossen wird. Nur so läßt sich bei den vorbekannten Anordnungen ein geschlossener Magnetkreis erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Ausführungsformen zu vermeiden. Insbesondere soll eine für Transformatorzwecke und ähnliche induktive Einrichtungen verwendbare Spule geschaffen werden, deren wirksamer Körperquerschnitt fast völlig für den Aufbau eines Magnetfeldes und für die Führung des dieses Feld erzeugenden elektrischen Stromes verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der zylindrische Körper undurchbrochene Stirnflächen aufweist und daß die Stirnflächen des zylindrischen Körpers über nahezu ihre gesamte Breite an gekrümmte Kernstücke angeschlossen sind, die angenähert den gleichen Querschnitt wie der zylindrische Körper aufweisen, und daß die gekrümmten Kernstücke mit dem zylindrischen Körper oder mehreren Körpern dieser Art einen geschlossenen Kreis bilden.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine äußerst kompakte Bauweise erreicht, bei der zur Erhöhung des magnetischen Kraftflusses ein geschlossener Magnetkern unter Wegfall von separaten Primär- und Sekundärwicklungen gebildet wird.

Die Verwendung gekrümmter Kernstücke ist an sich bereits bekannt. Jedoch sind diese nicht an die Stirnflächen des gewickelten Spulenkörpers angeschlossen. Vielmehr treten sie in Axialöffnungen des Spulenkörpers ein, wodurch eine weitaus weniger kompakte Anordnung erzielt wird.

Es sind außerdem bereits C-förmige Jochstücke bekannt, die jedoch seitlich an den vorstehenden Enden des Kerns anliegen und weder mit diesem noch mit den Spulen über nahezu die gesamte Breite der betreffenden Endflächen verbunden sind. Zur Erzielung einer gleichen Leistung ist daher bei dieser Lösungsform gleichfalls ein sehr viel größerer Aufwand erforderlich.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung besteht der Leiter aus Magnetband, das eine nichtleitende Außenschicht aufweist oder zusammen mit einem daran anliegenden Isolierband zur Spirale gewickelt ist. Ist die Leitfähigkeit des Magnetbandes für bestimmte Zwecke zu gering, so kann zusammen mit diesem als eigentlicher Leiter ein gut leitendes Metallband mit zur Spirale gewickelt sein.

Magnetisch permeable Bänder der oben geschilderten Art können aus handelsüblichem magnetischem Bandmaterial, ζ. B. mit einer Dicke von 0,02 bis 0,5 mm, hergestellt und zweckmäßig so breit geschnitten sein, daß der für den durchzuleitenden Strom notwendige Leiterquerschnitt erhalten wird. Passende Werkstoffe sind kornorientierter Siliziumstahl oder Nickel-Eisen-Legierungen (möglicherweise mit zusätzlichen, anderen Metallen) mit einem 50- bis 80%igen Gewichtsanteil an Nickel. Verschiedene derartige Bänder können, falls gewünscht, voneinander isoliert übereinandergelegt sein, um induktiv gekoppelte, aber galvanisch getrennte Stromkreise zu bilden. Das Band kann auch an einem oder mehreren Zwischenpunkten seiner Spirale zur Verbindung mit einem Spartransformator-Stromkreis angezapft sein.

Für die speziellen Ausführungsformen gemäß den Unteransprüchen 2 bis 5 wird nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch Schutz begehrt.

In der Zeichnung sind einige als Beispiel dienende Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Spule,

F i g. 2 einen lotrechten Querschnitt nach der Linie H-II der Fig. 1,

F i g. 3 eine Seitenansicht einer entsprechend F i g. 1 und 2 aufgebauten Verbundspule,

Fig. 4 einen Transformator mit zwei Verbundspulen entsprechend F i g. 3,

F i g. 5 einen Querschnitt durch einen zusammengesetzten Streifen, der zur Verwendung in einer Spule gemäß Fig. 3 oder 4 geeignet ist.

In den F i g. 1 und 2 ist eine Spule 320 dargestellt, die aus einem spiralförmig gewickelten, flachen Band 321 besteht, das aus zwei aufeinanderliegenden Schichten 32Γ, 321" zusammengesetzt ist. Die Schicht 321' besteht aus magnetisch permeablem, elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise aus Eisen oder aus einer eisenhaltigen Legierung, das einen genügend großen Querschnitt aufweist, um den von einer geeigneten, nicht gezeichneten Stromquelle kommenden elektrischen Strom durch die Spule über äußere und innere Leitungsenden 323« bzw. 3236 gut hindurchleiten zu können. Die Schicht 321" besteht aus dielektrischem Material, z. B. Polystyrol. An eine Anzapfstelle der Schicht 321' ist eine weitere Leitung 323 c angeschlossen. Die Windungen des Bandes 321 können miteinander verklebt sein, um die zylindrische Form des Spulenkörpers 320 sicherzustellen.

Die Spule 320 erzeugt je nach Art des durch sie fließenden Stromes ein stetiges oder wechselndes magnetisches Feld, dessen Richtung mit der Achse ihres zylindrischen Körpers zusammenfällt. Wenn Wechselstrom an zwei der Leitungen (323 a bis 323 c) angelegt wird, erhält man eine nach oben oder unten abgestufte Sekundärspannung zwischen einer dieser Leitungen und der dritten Leitung, wobei die Spule als Spartransformator wirkt. Die Anzahl der Anzapfungen und Leitungsenden kann selbstverständlich auch höher gewählt werden. Ebenso können auch zwei oder mehr Spiralbänder wie das Band 321 isoliert, überlappt oder nebeneinandergelegt vorgesehen sein, um als galvanisch voneinander getrennte Transformatorwicklungen zu wirken.

F i g. 3 zeigt die Nebeneinanderanordnung zweier Spulen 320' und 320", die jeweils der Spule 320 in den F i g. 1 und 2 ähnlich sind und entgegengesetzten Wickelsinn aufweisen. Eine dünne Isolierschicht 324 trennt die Bänder der beiden Spulen voneinander. Die äußeren Leitungsenden 323 a', 323 a" sind miteinander in Reihe geschaltet, so daß sich der Fluß durch die Spulen verstärkt, wenn diese von einer Stromquelle gespeist werden, die an ihre inneren Leitungsenden 323 b', 323 b" angeschlossen ist.

In F i g. 4 sind zwei Spulenkörper 120 und 220 vorgesehen, die jeweils die allgemeine Form besitzen, wie sie F i g. 3 zeigt. Die Teile 120' und 120" sowie 220' und 220" jedes Körpers sind jedoch mit ihren inneren Leitungsenden 123 a und 223 a verbunden, die, wie gezeigt, in entsprechende Isolierschichten 124, 224 aus hochpermeablem Material, z. B. Ferriten, eingehüllt sind. Zwei C-förmige permeable Kernstücke 325', 325" schließen an gegenüberliegenden Stirnflächen der beiden zylindrischen Spulenkörper an, um einen geschlossenen Weg für den magnetischen Fluß zu bilden. Diese Kernstücke können an den Stirnflächen der Spulen mittels eines isolierenden Klebstoffes oder unter Zwischenlage einer dielektrischen Schicht nach Art der Schicht 324 in Fig. 3 an den Spulen befestigt sein, um eine galvanische Trennung zu bewirken. Eine Wechselstromquelle 326 ist, wie gezeigt, mit den freien Leitungsenden des Spulenkörpers 120 verbunden, während die entsprechenden Leitungen des Spulenkörpers 220 mit einer Last 327 verbunden sind. Die Anordnung nach F i g. 4 kann als Transformator, als Drosselspule mit sättigungsfähigem Kern oder für ähnliche Zwecke verwendet werden.

Fig. 5 zeigt, wie ein Band 321a, das ebenfalls zur Verwendung für Spulenkörper nach den F i g. 1 bis 4 an Stelle eines Bandes 321 geeignet ist, für erhöhte Leistung aus einer permeablen Mittelschicht 321a', einer dielektrischen Außenschicht 321a" und einer hochleitenden, gegenüberliegenden Außenschicht321a"' (z.B. aus Kupfer) zusammengesetzt sein kann. Da Streifen aus magnetisierbaren Legierungen nach dem Glühen eine äußere Oberfläche von einer so niedrigen elektrischen Leitfähigkeit aufweisen, daß eine zusätzliche Isolierschicht entlang der magnetischen Schicht in vielen Fällen überflüssig ist, kann die Spule sogar aus einem homogenen Band gewickelt sein.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetische Spule für Transformatorwicklungen u. dgl., bei der ein elektrischer

40 Leiter spiralig in voneinander isolierten Windungen zu einem zylindrischen Körper gewickelt ist und der Leiter aus einem Material hoher Permeabilität besteht oder die Zwischenräume der Leiterwindungen ein derartiges Material enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper (120, 220) undurchbrochene Stirnflächen aufweist und daß die Stirnflächen des zylindrischen Körpers über nahezu ihre gesamte Breite an gekrümmte Kernstücke (325', 325") angeschlossen sind, die angenähert den gleichen Querschnitt wie der zylindrische Körper aufweisen, und daß die gekrümmten Kernstücke mit dem zylindrischen Körper oder mehreren Körpern dieser Art einen geschlossenen Kreis bilden (F i g. 4).

2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper aus einem Leiter aus Magnetband (32Γ) besteht, das eine nichtleitende Außenschicht (321") aufweist oder zusammen mit einem daran anliegenden Isolierband zur Spirale gewickelt ist (F i g. 2).

3. Spule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Magnetband (32Ia') bzw. dem Isolierband (32Ia") auch noch ein hochleitendes Metallband (32Ia'") mit zur Spirale gewickelt ist (F i g. 5).

4. Spule nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anwendung als Spartransformator das innere und das äußere Ende (323 a, 323 ft) der Spirale sowie eine mittlere Anzapfung (323 c) derart an entsprechende Zuleitungen angeschlossen sind, daß zwei von diesen Zuleitungen an einer Wechselstromquelle liegen.

5. Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper (120, 220) in zwei axial durch einen Spalt getrennte Hälften geteilt ist und durch den Spalt eine an die inneren Leitungsenden (123 a, 223 a) beider Hälften angeschlossene Zuleitung herausgeführt ist und der Spalt mit magnetisch permeablem Material ausgefüllt ist (F i g. 4).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen