EP3803923B1

EP3803923B1 - Inductive component and method of manufacturing the same

Info

Publication number: EP3803923B1
Application number: EP19727378.2A
Authority: EP
Inventors: Harald Hundt; Björn STUWE; Johannes Beichler; Klemens Trabold
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2023-09-06
Anticipated expiration: 2039-05-28
Also published as: DE102018112975A1; US12176133B2; EP3803923A1; EP3803923C0; DE102018112975B4; US20210217550A1; WO2019229054A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Induktives Bauelement und ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to an inductive component and a method for its production.

Bei der Herstellung von Ringkernen und Dickdrahtwicklungen aufweisenden induktiven Bauelementen ist die mechanische Belastung der Ringkerne durch den beim Bewickeln auftretenden Wickelzug hoch. Um ein enges Anliegen der Drähte zu erreichen, muss der Draht beim Durchziehen durch den Ringkern straff gezogen werden. Die dabei auftretenden Kräfte werden im Wesentlichen von den Kanten des Ringkerns aufgenommen. Der Ringkern selbst oder ein diesen umhüllendes Gehäuse muss somit eine entsprechende Festigkeit haben, um Beschädigungen des Ringkerns oder sonstige Beeinträchtigungen zu vermeiden. Da bei zahlreichen Einsatzgebieten Ringkerne ein kleines Volumen aufweisen und hochpermeabel sein sollen, ist das Kernmaterial im Hinblick auf die Magnetostriktion vor darauf einwirkenden Kräften zu schützen. Demnach sollte das Gehäuse oder eine sonstige Umhüllung selbsttragend sein, und die bei der Bewicklung auftretenden Kräfte aufnehmen ohne sich zu verformen und ohne die Kräfte an den Ringkern weiterzugeben. Beispiele für induktive Bauelemente, welche einen Kern und eine Wicklung aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Teilstücken aufweisen, sind in den Publikationen DE 38 32 659 A1 , DE 10 2016 210746 A1 , US 2010/253459 A1 , WO 2017/141838 A1 beschrieben. WO 2015/158200 A1 , US 2012/326820 A1 , EP 3 214 750 A1 , DE 10 2004 001255 A1 , und DE 10 2009 046570 A1 offenbaren weitere induktive Bauelemente.In the production of toroidal cores and inductive components having thick wire windings, the mechanical stress on the toroidal cores is high due to the winding tension that occurs during winding. In order to ensure that the wires fit snugly, the wire must be pulled taut as it is pulled through the toroidal core. The forces that occur are essentially absorbed by the edges of the toroidal core. The toroidal core itself or a housing encasing it must therefore have an appropriate strength in order to avoid damage to the toroidal core or other impairments. Since toroidal cores have to have a small volume and be highly permeable in numerous areas of application, the core material must be protected from the forces acting on it with regard to magnetostriction. Accordingly, the housing or other casing should be self-supporting and absorb the forces occurring during winding without deforming and without passing the forces on to the toroidal core. Examples of inductive components which have a core and a winding made up of a large number of sections connected to one another are given in the publications DE 38 32 659 A1 , DE 10 2016 210746 A1 , U.S. 2010/253459 A1 , WO 2017/141838 A1 described. WO 2015/158200 A1 , U.S. 2012/326820 A1 , EP 3 214 750 A1 , DE 10 2004 001255 A1 , and DE 10 2009 046570 A1 disclose further inductive components.

Problematisch ist es allerdings, Ringkerne in einem üblichen Gehäuse mit dickeren Drähten zu bewickeln beispielsweise für den Einsatz mit höheren Strömen. Bei üblichen Kunststoffgehäusen für Ringkerne mit Wandstärken von 1-2 mm enden die Möglichkeiten zum Bewickeln mit üblichen Wickeltechniken bei Drahtdurchmessern von 2-3 mm Kupferdraht. Um die Verwendung dickerer Drähte zu gestatten, können beispielsweise deutlich festere Kunststoffgehäuse zum Einsatz kommen oder mehradrige Litzen, wie etwa Hochfrequenzlitzen, zum Bewickeln verwendet werden. Stärkere Gehäuse vertragen höhere Zugkräfte, erhöhen meist aber die Kosten und das Bauvolumen. Mehradrige Litzen verbessern die Zugkraftverteilung, haben aber andere Nachteile wie zum Beispiel ein schlechteres Hochfrequenzverhalten durch erhöhte Kapazitäten zwischen den Windungen, höhere Drahtkosten und höhere Kosten für die Anschlusstechnik.However, it is problematic to wind ring cores in a normal housing with thicker wires, for example for use with higher currents. With conventional plastic housings for toroidal cores with a wall thickness of 1-2 mm, the possibilities for winding with conventional winding techniques end with wire diameters of 2-3 mm copper wire. To allow the use of thicker wires, for example significantly stronger plastic housings are used or multi-core strands, such as high-frequency strands, are used for winding. Stronger housings can withstand higher tensile forces, but usually increase the costs and the construction volume. Multi-core strands improve the tensile force distribution, but have other disadvantages such as poorer high-frequency behavior due to increased capacitance between the turns, higher wire costs and higher costs for the connection technology.

Es ist daher wünschenswert, induktive Bauelemente mit empfindlichem Magnetmaterial, die mit den vorhandenen Kunststoffgehäusen und deren Festigkeit verträglich ist, sowie ein Herstellverfahren für solche Ringkerne bereitzustellen.It is therefore desirable to provide inductive components with sensitive magnetic material that is compatible with the existing plastic housings and their strength, as well as a manufacturing method for such toroidal cores.

Es wird ein induktives Bauelement bereit gestellt, das einen einen Kernquerschnitt aufweisenden Kern aus weichmagnetischem Material in Ringform und eine den Kern umgebenden Wicklung, die aus zwei elektrisch leitenden Teilstücken zusammengesetzt ist, aufweist. Die Teilstücke haben jeweils eine U-Grundform mit zwei Schenkeln, von denen der erste Schenkel länger ist als der zweite Schenkel und der erste Schenkel gebogen ist und zu seinem Ende hin von einer durch die U-Grundform aufgespannten Ebene weg steht. Die Teilstücke sind nebeneinander auf den Kern aufgesteckt, so dass die U-Grundform jedes Teilstücks den Kernquerschnitt an drei Seiten umgibt. Der erste Schenkel eines Teilstücks ist mechanisch und elektrisch mit dem zweiten Schenkel des anderen Teilstücks verbunden. Der erste Schenkel eines der Teilstücke und der zweite Schenkel des anderen der Teilstücke sind an ihren Enden ineinander steckbar ausgebildet. Der erste Schenkel des einen der Teilstücke ist an seinem Ende abgeflacht und weist eine Öffnung von bestimmter Form auf. Der zweite Schenkel des anderen der Teilstücke weist an seinem Ende eine zu der bestimmten Form der Öffnung komplementäre Form auf, so dass der zweite Schenkel des anderen der Teilstücke in die Öffnung des ersten Schenkels des einen der Teilstücke eingeführt ist.An inductive component is provided, which has a core made of soft magnetic material in the form of a ring, which core has a core cross-section, and a winding which surrounds the core and is composed of two electrically conductive sections. The sections each have a basic U-shape with two legs, of which the first leg is longer than the second leg and the first leg is curved and towards its end projects away from a plane spanned by the basic U-shape. The sections are placed side by side on the core so that the basic U-shape of each section surrounds the core cross-section on three sides. The first leg of one section is mechanically and electrically connected to the second leg of the other section. The ends of the first leg of one of the sections and the second leg of the other of the sections can be plugged into one another. The first leg of one of the sections is flattened at its end and has an opening of a specific shape. The second branch of the other of the sections has at its end a shape complementary to the particular shape of the opening, so that the second branch of the other of the sections is inserted in the opening of the first branch of one of the sections.

Zudem wird Verfahren zum Herstellen eines induktives Bauelementes bereit gestellt, bei dem auf einen einen Kernquerschnitt aufweisenden Kern aus weichmagnetischem Material in Ringform zwei elektrisch leitende Teilstücke eine Wicklung bildend nebeneinander auf den Kern aufgesteckt werden, so dass die U-Grundform jedes Teilstücks den Kernquerschnitt an drei Seiten umgibt Die Teilstücke haben jeweils eine U-Grundform mit zwei Schenkeln, von denen der erste Schenkel länger ist als der zweite Schenkel und der erste Schenkel gebogen ist und zu seinem Ende hin von einer durch die U-Grundform aufgespannten Ebene weg steht. Der erste Schenkel eines Teilstücks wird mechanisch und elektrisch mit dem zweiten Schenkel des anderen Teilstücks verbunden. Der erste Schenkel eines der Teilstücke und der zweite Schenkel des anderen der Teilstücke sind an ihren Enden ineinander steckbar ausgebildet. Der erste Schenkel des einen der Teilstücke wird an seinem Ende abgeflacht und eine Öffnung von bestimmter Form wird in die Abflachung eingebracht. Der zweite Schenkel des anderen der Teilstücke weist an seinem Ende eine zu der bestimmten Form der Öffnung komplementäre Form auf und der zweite Schenkel des anderen der Teilstücke wird in die Öffnung des ersten Schenkels des einen der Teilstücke eingeführt.In addition, a method for producing an inductive component is provided, in which two electrically conductive sections are placed next to one another, forming a winding, on a core made of soft magnetic material in the form of a ring and having a core cross section placed on the core so that the basic U-shape of each section surrounds the core cross-section on three sides The sections each have a basic U-shape with two legs, of which the first leg is longer than the second leg and the first leg is curved and towards its end stands away from a plane spanned by the basic U-shape. The first leg of one section is mechanically and electrically connected to the second leg of the other section. The ends of the first leg of one of the sections and the second leg of the other of the sections can be plugged into one another. The first leg of one of the sections is flattened at its end and an opening of specified shape is made in the flat. The second leg of the other of the sections has at its end a shape complementary to the particular shape of the opening and the second leg of the other of the sections is inserted in the opening of the first leg of one of the sections.

Der Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei ähnliche oder identische Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind.

Figur 1 zeigt in dreidimensionaler Ansicht ein beispielhaftes Teilstück zur Verwendung bei einer aus zwei oder mehreren solcher Teilstücke zusammengesetzten Wicklung.
Figur 2 zeigt in Draufsicht das in Figur 1 gezeigte Teilstück.
Figur 3 zeigt in Draufsicht das in Figur 1 gezeigte Teilstück, wenn es auf einen Ringkern aufgesteckt ist.
Figur 4 zeigt in dreidimensionaler Ansicht das in Figur 1 gezeigte Teilstück und ein weiteres Teilstück, wenn sie auf einen Ringkern aufgesteckt und miteinander verbunden sind.
Figur 5 zeigt in dreidimensionaler Ansicht eine beispielhafte Gleichtakt-Entstördrossel mit zwei aus Teilstücken zusammengesetzten Wicklungen auf einem Ringkern.
Figur 6 zeigt in dreidimensionaler Ansicht eine alternative Ausgestaltung des in Figur 3 gezeigten Teilstücks auf einem Ringkern zur Erzielung eines verringerten Windungsabstandes.
Figur 7 zeigt in dreidimensionaler Ansicht die beispielhafte Ausgestaltung der Enden von Teilstücken vor dem Verbinden.
Figur 8 zeigt in dreidimensionaler Ansicht eine alternative Ausgestaltung der Enden von Teilstücken vor dem Verbinden.
Figur 9 zeigt in dreidimensionaler Ansicht die in Figur 7 dargestellten Enden von Teilstücken nach dem Verbinden.
Figur 10 zeigt in dreidimensionaler Ansicht eine weitere alternative Ausgestaltung der Enden von Teilstücken vor dem Verbinden.
Figur 11 zeigt in einem Impedanz-Frequenz-Diagramm den Vergleich von Messungen einer aus Starkdraht aufgebauten Gleichtakt-Entstördrossel und einer mit den hierin beschriebenen Teilstücken aufgebauten Gleichtakt-Entstördrossel.

The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments illustrated in the figures of the drawing, with similar or identical elements being provided with the same reference symbols.

figure 1 shows in a three-dimensional view an exemplary section for use in a winding composed of two or more such sections.
figure 2 shows the in top view figure 1 part shown.
figure 3 shows the in top view figure 1 Part shown when it is plugged onto a toroidal core.
figure 4 shows the in three-dimensional view figure 1 Part shown and another part when they are plugged onto a toroidal core and connected to each other.
figure 5 shows a three-dimensional view of an exemplary common-mode interference suppression choke with two windings composed of sections on a toroidal core.
figure 6 shows a three-dimensional view of an alternative embodiment of the figure 3 section shown on a toroidal core to achieve a reduced winding spacing.
figure 7 shows a three-dimensional view of the exemplary configuration of the ends of sections before joining.
figure 8 shows in a three-dimensional view an alternative configuration of the ends of sections before joining.
figure 9 shows a three-dimensional view of the in figure 7 illustrated ends of sections after connecting.
figure 10 shows a further alternative configuration of the ends of sections before joining in a three-dimensional view.
figure 11 shows in an impedance-frequency diagram the comparison of measurements of a common-mode interference suppression choke constructed from strong wire and a common-mode interference suppression choke constructed with the sections described herein.

Es ist vorgesehen, eine oder mehrere Wicklungen aus vorgebogenen Leiterstücken zusammenzusetzen, die auf oder über einen ringförmigen, weichmagnetischen Kern, im Folgenden allgemein kurz als Ringkern oder nur Kern bezeichnet, gesteckt werden und dann mit einer geeigneten Verbindungstechnik miteinander zu einer Wicklung elektrisch und mechanisch verbunden werden. Diese Leiterstücke können zum Beispiel durch im Grunde U-förmige oder UI-förmige Bügel gebildet werden, wobei die Art der Leiterstücke sowie die Art und Weise der Verwendung im Einzelnen vom räumlichen Aufbau und der Anzahl der Verbindungsstellen abhängt. So ist zum Beispiel die Verbindungstechnik einfach umsetzbar und kostengünstig, wenn nur eine möglichst kleine Anzahl an Verbindungsstellen vorgesehen wird und die Verbindungsstellen am Außenumfang des Ringkerns liegen. Wenn man von der kleinstmöglichen Anzahl an Verbindungsstellen pro Windung, also genau einer Verbindungsstelle pro Windung, ausgeht, kann dies beispielsweise durch eine U-Bügelform und eine Biegung nach dem Aufstecken erreicht werden. Dieser Biegeschritt erfolgt aber üblicher Weise über die Kante des Ringkerns, womit wiederum eine unzulässige Krafteinwirkung auf den Ringkern verbunden ist. Um dies zu verhindern kommt ein speziell geformter Leiterbügel zum Einsatz, der ein Aufstecken auf den Ringkern und gegebenenfalls durch eine für den Ringkern weitestgehend kräftefreie Drehung in die Position für eine Windung gebracht wird. Der Ringkern weist beispielsweise amorphes oder nanokristallines Material und beispielsweise die Form eines Bandes auf oder ist vollständig aus diesem hergestellt. Das Band kann dabei beispielsweise eine Permeabilität zwischen einschließlich 200 und einschließlich 150000 aufweisen.It is intended to assemble one or more windings from pre-bent conductor pieces, which are plugged onto or over a ring-shaped, soft-magnetic core, hereinafter referred to as ring core or just core for short, and then electrically and mechanically connected to one another using a suitable connection technique to form a winding become. These conductor pieces can be formed, for example, by basically U-shaped or UI-shaped brackets, the type of conductor pieces and the manner of use in detail depending on the spatial structure and the number of connection points. For example, the connection technology is easy to implement and inexpensive if only the smallest possible number of connection points is provided and the connection points are on the outer circumference of the toroidal core. If one assumes the smallest possible number of connection points per turn, i.e. exactly one connection point per turn, this can be achieved, for example, by a U-shaped bracket and a bend after attachment. However, this bending step usually takes place over the edge of the toroidal core, which in turn involves an impermissible action of force on the toroidal core. To prevent this, a specially shaped conductor bracket is used, which is placed on the toroidal core and, if necessary, brought into the position for one turn by rotating it with as little force as possible for the toroidal core. The toroidal core has, for example, amorphous or nanocrystalline material and, for example, the shape of a ribbon or is made entirely of this. The band can have a permeability of between 200 and 150,000 inclusive, for example.

Wirtschaftlich bedeutsam ist die Möglichkeit der Verwendung von möglichst wenigen verschieden geformten Drahtbügeln, das heißt, die Anzahl verschiedener Bügelformen kann gering gehalten werden. Darüber hinaus ist aber auch die Verbindungstechnik von Bedeutung. Eine Wicklung ist alleine schon bei einer einzigen nicht ausreichenden Verbindungsstelle nicht mehr zuverlässig bis hin zu einem Ausfall des gesamten Bauelements. Dabei ist jede Verbindungsstelle eine Kombination aus mechanischer Funktion, das heißt, stabiler Positionierung der Leiter, sowie elektrischer Funktion, das heißt, Herstellen und Aufrechterhaltung eines dauerhaft niederohmigen elektrischen Kontaktes. Es wird dabei eine elektrische Verbindungsstelle angestrebt, bei der die mechanischen und elektrischen Funktionen weitgehend unabhängig oder getrennt voneinander eingestellt werden können. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, indem entsprechend ausgebildete Enden benachbarter Bügel ineinander gesteckt werden, so das eine gewisse mechanische Verbindung bereits vorhanden ist, ohne dass eine abschließende elektrische Kontaktierung beispielsweise durch Löten oder Schweißen erfolgt. Zum Beispiel können N in einander steckbare Bügel, von denen jeder jeweils eine Windung bildet, zusammengesteckt eine durchgehende Wicklung mit N Windungen ergeben.The possibility of using as few differently shaped wire hangers as possible is economically significant, ie the number of different hanger shapes can be kept small. The connection technology is also important. A winding is no longer reliable if there is just one insufficient connection point, up to the point where the entire component fails. Each connection point is a combination of a mechanical function, i.e. stable positioning of the conductors, and an electrical function, i.e. establishing and maintaining a permanently low-impedance electrical contact. The aim here is an electrical connection point in which the mechanical and electrical functions can be set largely independently or separately from one another. This is achieved, for example, in that correspondingly designed ends of adjacent brackets are plugged into one another, so that a certain mechanical connection is already present without a final electrical contact being made, for example by soldering or welding. For example, N nestable loops, each of which forms one turn, can be put together to form a continuous winding with N turns.

Figur 1 zeigt in dreidimensionaler Ansicht ein Beispiel eines derartigen einzelnen Bügels 100 in annähernder U-Form, der zwei Abschlüsse 101 und 102 an den Enden zweier Schenkel 103 und 104 der U-Form aufweist. Der Einfachheit halber sind keine speziellen Ausbildungen eines oder beider Abschlüsse 101 und 102 dargestellt. Die U-Form des Bügels kann dabei eckig oder rund oder irgendeine andere Ausgestaltung haben. Gezeigt ist eine mehr eckige Form mit abgerundeten Ecken. Der Schenkel 104 des u-förmigen Bügels ist länger als der andere Schenkel 103 und ist in etwa in der Höhe des Abschlusses 101, also in etwa in einem mittleren Bereich des Schenkels 104, von diesem weg gebogen derart, dass sich zwei bestimmte Winkel α, β gegenüber einer durch die U-Form aufgespannten Fläche bilden. Beispielsweise können einer oder beide Winkel α, β genau oder um die 90 Grad (± 45 Grad) sein, wie zum Beispiel zwischen einschließlich 80 Grad und einschließlich 100 Grad. figure 1 Figure 13 shows, in a three-dimensional view, an example of such a single bracket 100 in an approximately U-shape, having two terminations 101 and 102 at the ends of two legs 103 and 104 of the U-shape. For the sake of simplicity, no specific configurations of either or both terminations 101 and 102 are shown. The U-shape of the bracket can be square or round or have any other configuration. A more angular shape with rounded corners is shown. The leg 104 of the U-shaped bracket is longer than the other leg 103 and is approximately at the height of the end 101, i.e. approximately in a central area of the leg 104, bent away from it in such a way that two specific angles α, β in relation to a surface spanned by the U-shape. For example, either or both angles α, β may be equal to or around 90 degrees (± 45 degrees), such as between 80 degrees and 100 degrees inclusive.

Figur 2 zeigt den Bügel 100 in der Draufsicht. Wie daraus zu erkennen ist, haben die beiden Schenkel 103 und 104 einen Abstand a voneinander. Der Abstand a und damit die Öffnung der U-Form ist so bemessen, dass der Bügel 100 mit seiner Öffnung über einen Ringkern mit einer Breite b gesteckt werden kann. figure 2 shows the bracket 100 in plan view. As can be seen from this, the two legs 103 and 104 are at a distance a from one another. The distance a and thus the opening of the U-shape is dimensioned such that the bracket 100 can be plugged with its opening over a toroidal core with a width b.

In Figur 3 ist der Bügel 100 gezeigt, wenn er über einen Ringkern 300 mit der Breite b gesteckt worden ist. Die Länge der Schenkel 103 und 104 richtet sich, gegebenenfalls zusammen mit anderen Aspekten, nach der Höhe (in Figur 3 nicht gezeigt, aber in Figur 4 als Höhe h dargestellt) des Ringkerns 300.In figure 3 the bracket 100 is shown when it has been placed over a toroidal core 300 of width b. The length of legs 103 and 104 is determined by height (in figure 3 not shown but in figure 4 shown as height h) of the ring core 300.

Figur 4 zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung den Fall, bei dem der Bügel 100 und ein weiterer identischer Bügel 100' auf den Ringkern 300 aufgesteckt und miteinander verbunden sind. Jeweils ein Abschluss 101 der Bügel 100 und 100' ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel in Form eines Rundstabes ausgeführt, während das jeweils andere Ende 102 der Bügel 100 und 100' flächig gepresst und in der so entstandenen Fläche mit einer (Durchgangs-) Öffnung 400 versehen ist, welche hinsichtlich Formgebung und Maßen zu dem Rundstab des Abschlusses 101 komplementär ist, das heißt damit korrespondiert beziehungsweise ineinander passt. Ein Abschluss 101 des Bügels 100 wird dabei nach dem Aufstecken auf den Ringkern 300 durch Drehung (mit rotatorischer elastischer oder nichtelastischer Verformung) des endseitigen Abschnitts des Schenkels 104 um den anderen Abschnitt des Schenkels 104 im Bereich seiner mittleren Biegung sowie durch Einstecken des Abschlusses 101 des Bügels 100 in die Öffnung 400 des ebenfalls auf den Ringkern 300 aufgesteckten Bügels 101' mit diesem verbunden. figure 4 shows a three-dimensional representation of the case in which the bracket 100 and another identical bracket 100 'are placed on the toroidal core 300 and connected to each other. In the exemplary embodiment shown, a termination 101 of each of the brackets 100 and 100' is in the form of a round rod, while the respective other end 102 of the brackets 100 and 100' is pressed flat and is provided with a (through) opening 400 in the resulting surface , which is complementary to the rod of the conclusion 101 in terms of shape and dimensions, that is to say it corresponds or fits into one another. A termination 101 of the bracket 100 is attached to the toroidal core 300 by rotating (with rotatory elastic or non-elastic deformation) the end section of the leg 104 around the other section of the leg 104 in the area of its central bend and by inserting the termination 101 of the Bracket 100 in the opening 400 of the bracket 101', which is also attached to the toroidal core 300, is connected to the latter.

Das Aufstecken kann so erfolgen, dass zunächst der endseitige Abschnitt des Schenkels 104 in die Innenöffnung des Ringkerns 300 in Richtung der Höhe h des Ringkerns 300 ganz eingeführt wird, wobei der die Schenkel verbindende Abschnitt des Bügels 100 in radialer Richtung des Ringkerns 300 verläuft. Der Bügel wird dann um die Längsachse dieses Abschnittes gekippt und schräg zur Breite b des Ringkerns 300 ausgerichtet.It can be plugged on in such a way that first the end section of the leg 104 is completely inserted into the inner opening of the toroidal core 300 in the direction of the height h of the toroidal core 300, with the section of the bracket 100 connecting the legs running in the radial direction of the toroidal core 300. The bracket is then tilted about the longitudinal axis of this section and aligned obliquely to the width b of the toroidal core 300 .

Durch Hinzufügen weiterer Bügel und Verbinden der Bügel - wie oben im Zusammenhang mit Figur 4 erläutert - ergibt sich eine gleichgeformte Kette einer Vielzahl von miteinander verbundener Bügel, die eine oder mehrere Wicklungen bilden. Figur 5 zeigt als Beispiel eine stromkompensierte Drossel, das heißt eine Gleichtakt-Entstördrossel 500 (oder ein sonstiges induktives Bauelement wie etwa ein Transformator, Drossel etc.), mit zwei in der oben beschriebenen Weise aufgebauten (identischen) Wicklungen 501 und 502 auf einem Ringkern 503. Optional können spezielle Endbügel 504 und 505, die jeweils als erste beziehungsweise letzte Bügel einer Wicklung Verwendung finden und die jeweils einen verlängertem (und eventuell besonders ausgebildeten) Abschluss 506 aufweisen, wodurch eine einfachere elektrische Kontaktierung ermöglicht wird. Beispielsweise können die verlängerten, rundstabförmigen Abschlüsse 506 leicht in Bohrungen einer Leiterplatte eingesetzt und dort mit Leiterbahnen der Leiterplatte verlötetet, verschweißt oder geklemmt werden. Sämtliche Verbindungen der einzelnen Bügel untereinander sind an der Außenseite des Ringkerns und damit leicht zugänglich bei Herstellung, Überprüfung und Reparatur des Bauelementes. Die Gleichtakt-Entstördrossel 500 kann auch mehr als zwei Wicklungen aufweisen, die dann statt in zwei in vier Sektoren des Ringkerns angeordnet sind. Der Ringkern umschließt einen Innenumfang und die Teilstücke in dem Innenumfang können eine Form haben, die Kreissegmenten entspricht, um beispielsweise eine engere Bewicklung zu ermöglichen.By adding more stirrups and connecting the stirrups - as related to above figure 4 explained - results in a chain of the same shape of a variety of interconnected brackets that form one or more windings. figure 5 shows an example of a current-compensated choke, i.e. a common-mode interference suppression choke 500 (or another inductive component such as a transformer, choke, etc.), with two (identical) windings 501 and 502 constructed in the manner described above on a toroidal core 503. Optionally, special end brackets 504 and 505 can be used, each of which is used as the first or last bracket of a winding and which each have an extended (and possibly specially designed) termination 506, as a result of which simpler electrical contacting is made possible. For example, the extended, rod-shaped terminations 506 can easily be inserted into holes in a printed circuit board and soldered, welded or clamped there to conductor tracks on the printed circuit board. All the connections between the individual brackets are on the outside of the toroidal core and are therefore easily accessible during manufacture, testing and repair of the component. The common-mode interference suppression choke 500 can also have more than two windings, which are then arranged in four sectors of the toroidal core instead of in two. The toroidal core encloses an inner circumference and the sections in the inner circumference can have a shape corresponding to segments of a circle, for example to enable closer winding.

Gemäß einem in Figur 6 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel kann in Abänderung des in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiels die Öffnung der U-Form des Bügels, also der lichte Abstand a deren beider Schenkel 103 und 104, auch größer gewählt werden als der spätere Abstand zwischen den Windungen. Dazu kann nach dem Aufstecken des Bügels 100 auf den Ringkern 300 beispielsweise der Endabschnitt des längeren Schenkels 104 rotatorisch von einer Position X in eine Position Y verbogen werden, so dass ein gegenüber dem Abstand a kleinerer Abstand c zwischen den Windungen geschaffen wird, wodurch der Sektor einer Windung (beziehungsweise die Steigung der Wicklung) kleiner wird. Nun ist zwar eine (nichteleastische) Verbiegung des Bügels erforderlich, diese erfolgt jedoch in einer Drehbewegung des Drahtes seitlich des Ringkerns (zum Beispiel in der Innenöffnung des Ringkerns), ohne dass wesentliche Kräfte auf den Ringkern einwirken.According to a figure 6 shown further embodiment can be modified in the figure 3 shown embodiment, the opening of the U-shape of the bracket, so the clear distance a of the two legs 103 and 104, are also chosen to be larger than the subsequent distance between the turns. For this purpose, after the clip 100 has been attached to the toroidal core 300, the end section of the longer leg 104 can, for example, be rotationally bent from a position X to a position Y, so that a smaller distance c is created between the windings than the distance a, whereby the sector of a turn (or the pitch of the winding) becomes smaller. A (non-elastic) bending of the bracket is now necessary, but this takes place in a rotary movement of the wire to the side of the toroidal core (for example, example in the inner opening of the toroid) without significant forces acting on the toroid.

Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie bei allen anderen denkbaren Ausführungsformen kann die elektrische Verbindung der Bügelabschlüsse, beispielsweise der in Figur 4 gezeigten Bügelabschlüsse 101 und 101' durch ein geeignetes Verfahren wie zum Beispiel Widerstandschweißen, Laserschweißen, Löten, Hartlöten, Verpressen, Einpressen, elektrisch leitendem Verkleben oder verschiedensten Kombinationen hergestellt oder ein bestehender Kontakt (wie zum Beispiel durch vorheriges Einpressen) verbessert werden. Die Verbindungsstellen zwischen den Bügeln sind durch die exponierte, gut zugängliche Lage am Außenumfang des Kerns leicht herzustellen, aber auch mittels Sichtprüfung und Messung elektrischer Eigenschaften leicht einzeln zu überwachen.In all of the exemplary embodiments described above and in all other conceivable embodiments, the electrical connection of the clip terminations, for example the one shown in figure 4 bracket terminations 101 and 101' shown are produced by a suitable method such as resistance welding, laser welding, soldering, hard soldering, pressing, pressing in, electrically conductive gluing or a wide variety of combinations, or an existing contact (such as by prior pressing in) can be improved. The connection points between the stirrups are easy to manufacture due to the exposed, easily accessible position on the outer circumference of the core, but also easy to monitor individually by means of visual inspection and measurement of electrical properties.

Figur 7 zeigt im Detail die Verbindungstechnik, die beispielsweise bei der in Figur 4 dargestellten Anordnung zum Einsatz kommen kann, vor dem Verbinden, das heißt, vor dem Ineinanderstecken. Der Abschluss 101 des Bügels 100 (nicht vollständig gezeigt in Figur 7) ist wiederum in Form eines Rundstabes ausgeführt, während das jeweils andere Ende 102 des Bügels 100' (nicht vollständig gezeigt in Figur 7) flächig gepresst wurde. In der so entstandenen Fläche ist wiederum die (Durchgangs-) Öffnung 400 eingebracht worden, welche hinsichtlich Formgebung und Maßen zu dem Rundstab des Abschlusses 101 komplementär ist. Der Abschluss 101 des Bügels 100 soll dann senkrecht zur Abflachung des Abschlusses 101' in dessen Öffnung 400 ein- und durchgeführt (gegebenenfalls eingepresst) werden. Im zusammengesetzten Zustand (wie in Figur 4 gezeigt) steht ein Endabschnitt des rundstabförmigen Abschlusses 101 durch die Öffnung 400 des flachen Abschlusses 102 hindurch diesem über und bildet dabei eine thermische Senke, da dieser Abschnitt nicht stromdurchflossen ist und somit vom Strom selbst nicht erwärmt wird, wodurch es Wärme von benachbarten stromdurchflossenen Abschnitten abführen kann. Damit wird die Verbindungsstelle (indirekt) gekühlt und wird immer eine geringere Temperatur aufweisen als andere Abschnitte der jeweiligen Bügel beziehungsweise der Wicklung. figure 7 shows in detail the connection technology used, for example, in the in figure 4 shown arrangement can be used before connecting, that is, before the nesting. The termination 101 of the bracket 100 (not fully shown in figure 7 ) is in turn designed in the form of a round rod, while the respective other end 102 of the bracket 100' (not fully shown in figure 7 ) was pressed flat. The (through) opening 400 has again been made in the resulting area, which is complementary to the round rod of the closure 101 in terms of shape and dimensions. The end 101 of the bracket 100 should then be inserted and guided through (possibly pressed) perpendicularly to the flattening of the end 101' in its opening 400. In the assembled state (as in figure 4 shown) an end section of the rod-shaped termination 101 protrudes through the opening 400 of the flat termination 102 and thereby forms a thermal sink, since this section is not current-carrying and is therefore not heated by the current itself, whereby it dissipates heat from adjacent current-carrying sections can. The connection point is thus (indirectly) cooled and will always have a lower temperature than other sections of the respective bracket or the winding.

Figur 8 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der der rundstabförmige Abschluss 101 eine Vertiefung oder Verjüngung 800 aufweist, welche dann in der Öffnung 400 durch Zusammenpressen eine formschlüssige Verbindung ergibt, so dass die Bügel untereinander mechanisch fixiert werden können, und somit eventuell für einen nachfolgenden (weiteren) Verbindungsprozess wie etwa Schweißen oder Löten nicht mehr gehalten werden müssen. Figur 9 zeigt die beiden in Figur 8 getrennt dargestellten Abschlüsse 101 und 102 nach dem Zusammenstecken. Durch Ausüben von Druck F auf die Seiten des Abschlusses 102 erfolgt dann das Zusammenpressen und in Folge ein nichteleastisches Verbiegen. Eine derartige Vorgehensweise ermöglicht auch eine alternative Verbindungstechnik durch Löten. Sind alle Bügel in der gezeigten Weise mechanisch, aber durch das Zusammenpressen auch (ausreichend) elektrisch verbunden, kann man ein geeigneter, hoher elektrischer Strom durch die gesamte Wicklung geschickt werden, der die Bügel mittels Joule'scher Wärme aufheizt. Ist die Löttemperatur erreicht, kann durch das Zuführen von Lot an die Kontaktstellen die Lötung erfolgen. Wurde das Lot als Paste auf alle Kontaktstellen aufgebracht, ist auch eine gleichzeitige Lötung aller Kontakte mit einem Stromimpuls bestimmter zeitlicher Dauer möglich. figure 8 shows a further embodiment, in which the rod-shaped closure 101 has a recess or taper 800, which then results in a form-fitting connection in the opening 400 by pressing together, so that the brackets can be mechanically fixed to one another, and thus possibly for a subsequent (further) Connection process such as welding or soldering no longer have to be maintained. figure 9 shows the two in figure 8 separately shown terminations 101 and 102 after mating. By applying pressure F to the sides of the finish 102, compression and consequent non-elastic flexing then occurs. Such a procedure also allows an alternative connection technique by soldering. If all the brackets are mechanically connected in the manner shown, but also (sufficiently) electrically connected by pressing them together, a suitable, high electric current can be sent through the entire winding, which heats the brackets by means of Joule heat. Once the soldering temperature has been reached, soldering can be carried out by feeding solder to the contact points. If the solder was applied as a paste to all contact points, it is also possible to simultaneously solder all contacts with a current pulse of a specific duration.

Figur 10 zeigt eine Ausführungsform, bei der anstelle der in Figur 8 gezeigten Vertiefung oder Verjüngung 800 eine Erhebung oder Verdickung 1000 an den Abschluss 101 angeformt ist. Ein Verpressen erfolgt dabei bereits beim Zusammenstecken der Abschlüsse 101 und 102. Die danach einsetzbare Verbindungstechnik entspricht dabei weitgehend der oben Beschriebenen. figure 10 shows an embodiment in which instead of in figure 8 recess or taper 800 shown, an elevation or thickening 1000 is formed on the end 101. Pressing already takes place when the terminations 101 and 102 are plugged together. The connection technology that can then be used corresponds largely to that described above.

Es wurden Vergleichsmessungen an unterschiedlichen Typen von Gleichtakt-Entstördrosseln durchgeführt, deren Ergebnissen aus Figur 11 ersichtlich sind. Zum Einen wurden zwei Typen von Drosseln mit der oben beschriebenen "Bügeltechnologie" und zum Anderen damit vergleichbare, herkömmliche zwei Typen von Drosseln in "Starkdrahttechnologie" mit dreifach parallelen Strands vermessen. Demnach hat bei der Bügeltechnologie die zugehörige Impedanzkurve über der Frequenz eine Eigenresonanz (Impedanzeinbruch) bei höheren Frequenzen als die bei der der herkömmlichen Starkdrahttechnologie auftretende Impedanzkurve über der Frequenz. Eine Dämpfung eines Gleichtakt-Störsignales ist mit der "Starkdrahttechnologie" bis beispielsweise 8-10MHz, mit der "Bügeltechnologie" jedoch beispielsweise bis 15-20MHz möglich.Comparative measurements were carried out on different types of common-mode interference suppression chokes, the results of which can be found in figure 11 are evident. On the one hand, two types of chokes were measured using the "bar technology" described above, and on the other hand, two comparable, conventional types of chokes using "strong wire technology" with triple parallel strands were measured. Accordingly, with the bracket technology, the associated impedance curve over the frequency has a natural resonance (impedance collapse) at higher frequencies than that of the conventional one Strong wire technology occurring impedance curve over frequency. An attenuation of a common-mode interference signal is possible with "strong wire technology" up to 8-10MHz, for example, but with "bar technology" up to 15-20MHz, for example.

Durch die zunehmend höheren Lastströme in Filteranwendungen besteht ein Zwang zu Wicklungen mit immer dickeren Drähten, damit das induktive Bauelement nicht überhitzt. Oberhalb von 3mm Drahtdurchmesser kann die Handbewicklung der Kerne bei solchen Anwendungen nicht mehr wie üblich mittels einer Häkelnadel realisiert werden, da die Wickelkräfte zu hoch für die bewickelnde Person sind und mit zunehmender Windungszahl das Kupfer noch zusätzlich verhärtet. Weiterhin kann der Kunststofftrog die mechanischen Kräfte nicht mehr aufnehmen und der Kern läuft Gefahr deformiert zu werden. Die bisherige Lösung sah vor die Wicklungen mit mehreren parallelen Drähten (engl. Strands) zu versehen. Dabei erhöhen sich jedoch drastisch die Wicklungskapazitäten (Cw) und die Eigenresonanz verschiebt sich zu niedrigeren Frequenzen. Eine Dämpfung oberhalb weniger MHz ist damit nicht mehr möglich. Zudem sind die parallelen Strands mit hohen Fertigungskosten (hohe Abisolierzeit) und einem etwas größeren Bauraum verbunden. Das hierin vorgestellte Technologie sieht eine Aufteilung der Wicklung in Teilstücke wie etwa Bügel vor, die auf den Kern gesteckt (oder geschoben werden) und zum Beispiel mittels automatischem Löten miteinander verbunden werden können.Due to the increasingly higher load currents in filter applications, there is a need for windings with thicker and thicker wires so that the inductive component does not overheat. Above a wire diameter of 3mm, the cores can no longer be wound by hand using a crochet hook in such applications, as the winding forces are too high for the person doing the winding and the copper hardens even more as the number of turns increases. Furthermore, the plastic trough can no longer absorb the mechanical forces and the core runs the risk of being deformed. The previous solution provided the windings with several parallel wires (strands). However, the winding capacitances (Cw) increase drastically and the natural resonance shifts to lower frequencies. Attenuation above a few MHz is therefore no longer possible. In addition, the parallel strands are associated with high production costs (long stripping time) and a somewhat larger installation space. The technology presented herein provides for dividing the winding into sections, such as straps, that can be clipped (or slid) onto the core and joined together, for example, by automated soldering.

Es können somit mit der oben beschriebenen Technologie Wicklungen aus Massivdraht mit größerem Durchmesser auf einem Ringkern aufgebracht werden, wobei auf die Besonderheiten von Ringbandkernen wie beispielsweise solchen aus hochpermeablem Material, welche in der Regel entsprechend empfindlich gegen mechanische Einflüsse sind, Rücksicht genommen werden kann. Ferner gestattet die Technologie die Verwendung von vorhandenen Kernen mit vorhandenen Kunststoffgehäusen für Drahtstärken, die bisher auf Grunde der Belastung beim Bewickeln durch den Druck auf den Ringkern nicht möglich waren. Für den Kern ist diese spezielle Art der "Bewicklung" praktisch stress- und kräftefrei. Der verwendete Drahtdurchmesser kann dabei beliebig groß ausfallen und wird theoretisch erst durch den Innendurchmesser des Kerns und die Anzahl der verwendeten Bügelsegmente begrenzt.With the technology described above, windings made of solid wire with a larger diameter can be applied to a toroidal core, with the special features of toroidal tape cores such as those made of highly permeable material, which are usually correspondingly sensitive to mechanical influences, being taken into account. In addition, the technology allows the use of existing cores with existing plastic housings for wire gauges previously not possible due to the stress of winding from the pressure on the toroid. For the core, this special type of "wrapping" is practically stress-free and energy-free. The wire diameter used can be of any size and is theoretically only limited by the inner diameter of the core and the number of stirrup segments used.

Claims

An inductive component (500) with:
a core (300; 503) made of soft-magnetic material in a ring shape, having a core cross-section, and

a winding (501) surrounding the core (300; 503), composed of two electrically conductive sections (100, 100'), wherein

the sections (100, 100') each have a basic U-shape with two legs (103, 104), of which the first leg (104) is longer than the second leg (103) and the first leg (104) is bent and projects away from a plane spanned by the basic U-shape towards its end (102) ;

the sections (100, 100') are attached to the core (300; 503) next to one another, so that the basic U-shape of each section (100, 100') surrounds the core cross-section on three sides,

the first leg (104) of one section (100) is mechanically and electrically connected to the second leg (103) of the other section (100'),

characterized in that

the first leg (104) of one of the sections (100) and the second leg (103) of the other of the sections (100') are configured to be able to be plugged into one another at their ends (101, 102), and

the first leg (104) of the one of the sections (100) is flattened at its end (102) and has an opening (400) of a specific shape, and the second leg (103) of the other of the sections (100') has a shape complementary to the specific shape of the opening at its end (101), so that the second leg (103) of the other of the sections (100') is inserted into the opening (400) of the first leg (104) of the one of the sections (100).
The inductive component (500) according to claim 1, in which the first leg (104) projects away - towards its end (102) at two angles - with respect to the plane spanned by the basic U-shape, wherein at least one of the two angles is between 80 degrees and 100 degrees.
The inductive component (500) according to claim 2, in which at least one of the two angles is 90 degrees.
The inductive component (500) according to any one of claims 1 to 3, in which the second leg (103) of the other of the sections (100') is inserted into the opening (400) of the first leg (104) of the one of the sections (100) perpendicular to the flattened part.
The inductive component (500) according to any one of claims 1 to 4, in which
the opening (400) in the first leg (104) of the one of the sections (100) is configured to be round and has an opening diameter, and

the end (101) of the second leg (103) of the other of the sections (100') is configured in the shape of a round bar with a bar diameter which is slightly less than the opening diameter.
The inductive component (500) according to claim 5, in which the end (101) of the second leg (103) of the other of the sections (100') is positively pressed into the opening (400) in the first leg (104) of the one of the sections (100).
The inductive component (500) according to any one of claims 1 to 6, in which the first leg (104) of one of the sections (100) and the second leg (103) of the other of the sections (100') are connected to one another at their ends (101, 102) by at least one connection from the group of soft soldering, hard soldering, welding and electrically conductive bonding.
The inductive component (500) according to any one of claims 1 to 7, in which the sections (100, 100') are made from round wire.
The inductive component (500) according to claim 8, in which the round wire has a diameter which is between 2mm and 50mm inclusive.
The inductive component (500) according to claim 8 or 9, in which the round wire has copper or consists of copper.
The inductive component (500) according to any one of claims 1 to 10, in which the sections (100, 100') are at least partially encased with an electrically insulating layer.
The inductive component (500) according to claims 1 to 11, in which the core (300; 503) comprises an amorphous or nanocrystalline ribbon, wherein the ribbon has a permeability of 200-150,000.
The inductive component (500) according to claims 1 to 12, in which the core (300; 503) is enclosed by an electrically insulating housing of the inductive component.
The inductive component (500) according to claim 13, in which the housing has plastic or consists of plastic.
The inductive component (500) according to any one of claims 1 to 14, having at least one additional winding (502) composed of sections or at least one additional section of the one winding or both.
The inductive component (500) according to claim 15, in which the first and last sections (504, 505) of one of a mentioned winding (501, 502) have first and second legs, respectively, configured for external contacting.
A method of manufacturing an inductive component (500), in which
to a core (300; 503) made of soft-magnetic material in a ring shape, having a core cross-section, two electrically conductive sections (100, 100') forming a winding (501) are attached to the core (300; 503) next to one another, so that the basic U-shape of each section (100, 100') surrounds the core cross-section on three sides, wherein the sections (100, 100') each have a basic U-shape with two legs (103, 104), of which the first leg (104) is longer than the second leg (103) and the first leg (104) is bent and projects away from a plane spanned by the basic U-shape towards its end (102);

the first leg (104) of one section (100) is mechanically and electrically connected to the second leg (103) of the other section (100'),

the first leg (104) of one of the sections (100) and the second leg (103) of the other of the sections (100') are configured to be able to be plugged into one another at their ends (101, 102),

the first leg (104) of the one of the sections (100) is flattened at its end (102) and an opening (400) of a specific shape is introduced into the flattened part, and

the second leg (103) of the other of the sections (100') has a shape complementary to the specific shape of the opening (400) at its end (101), and the second leg (103) of the other of the sections (100') is inserted into the opening (400) of the first leg (104) of the one of the sections (100).
The method according to claim 17, in which the first leg (104) projects towards its end (102) at two angles with respect to the plane spanned by the basic U-shape, wherein at least one of the two angles is between 80 degrees and 100 degrees.
The method according to claim 18, in which at least one of the two angles is 90 degrees.
The method according to any one of claims 17 to 19, in which the second leg (103) of the other of the sections (100') is inserted into the opening (400) of the first leg (104) of the one of the sections (100) perpendicular to the flattened part.
The method according to any one of claims 17 to 20, in which
the opening (400) in the first leg (104) of the one of the sections (100) is configured to be round and has an opening diameter, and

the end (101) of the second leg (103) of the other of the sections (100') is configured in the shape of a round bar with a bar diameter which is slightly less than the opening diameter.
The method according to claim 21, in which the end (101) of the second leg (103) of the other of the sections (100') is positively pressed into the opening (400) in the first leg (104) of the one of the sections (100).
The method according to any one of claims 17 to 22, in which the first leg (104) of one of the sections (100) and the second leg (103) of the other of the sections (100') are connected to one another at their ends (101, 102) by at least one connection from the group of soft soldering, hard soldering, welding and electrically conductive bonding.
The method according to any one of claims 17 to 23, in which the sections are made from round wire.
The method according to any one of claims 17 to 24, in which the sections (100, 100') are at least partially encased with an electrically insulating layer.
The method according to any one of claims 17 to 25, in which the first legs (104) of both sections are rotationally twisted in the area of the existing bend at their respective bends after having been attached to the core (300; 503).