CH643679A5 - High-current inductor coil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochstromdrosselspule mit einem Magnetkern und einer Wicklung auf wenigstens einem Schenkel des Magnetkerns.

Damit die Wicklung einer Hochstromdrosselspule mit den geforderten hohen Strömen belastet werden kann müssen die Spulenwindungen einen entsprechenden Leiterquerschnitt aufweisen. Normalerweise ist daher die Wicklung aus einzelnen massiven Formstücken, beispielsweise aus Flachkupfer, zusammengesetzt. Die grosse Oberfläche der dabei verwendeten Formstücke führt zusätzlich dazu, dass die entstehende Verlustwärme schneller abgeleitet werden kann. In der bekanntgemachten deutschen Patentanmeldung Aktz. E 7414 VIIIc/21g ist beispielsweise eine Drosselspule mit Ringspulenwicklung für hohe Ströme beschrieben, deren einzelne Windungen aus eingeschnittenen massiven Ringkörpern bestehen. Zwei oder mehrere dieser zu einem allseitig geschlossenen Ringraum zusammengesetzte Ringkörper weisen dabei derartige Schnittstellen auf, dass die einzelnen Ringkörperteile unter Beibehaltung der Trennfugen und der ursprünglichen Lage der Ringkörper zueinander eine einlagige fortlaufende Ringwicklung bilden, die einen ebenfalls ringförmigen Eisenkern umfasst. Derartige Drosseln werden beispielsweise als Schaltdrosseln mechanischer Stromrichter verwendet, die im Stromnulldurchgang eine stromschwache Pause hervorrufen sollen.

Eine weitere Ausführungsform eines Wicklungsaufbaus für eine Hochstromdrosselspule ist aus der DE-AS 11 15 829 bekannt. Diese auf einen ringförmigen Eisenkern aufgebrachte Wicklung besteht aus zwei parallelen, senkrecht zur Oberfläche des Kerns übereinanderliegenden Teilleitern, die nicht bis zum Rand durchgeführte Schlitze aufweisen. Die Schlitze bilden mit der Strom- und Längsrichtung der Leiter einen Winkel von etwa 45°, so dass jeweils zwei Schlitze an den beiden übereinanderliegenden Teilleitern kreuzartig senkrecht aufeinanderstehen. Mit dieser Anforderung sollen vornehmlich die Wirbelstromverluste vermindert, beziehungsweise eine gleichmässigere Verteilung des Stroms im Leiter erreicht werden.

Insgesamt gesehen bestehen die Wicklungen dieser bekannten Hochstromdrosselspulen aus recht kompliziert zusammengesetzten Formkörpern.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Wicklungsaufbau der eingangs erwähnten Hochstromdrosselspulen weiter zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Wicklung aus hintereinander und im Abstand voneinander angeordneten Platten aufgebaut ist, die jeweils eine Bohrung für den Magnetkernschenkel und einen von dieser Bohrung zur. Aussenkante der Platte verlaufenden Schlitz aufweisen, und dass benachbarte Platten im Bereich der Schlitze miteinander zu einer fortlaufenden Wicklung verbunden sind.

Durch die erfindungsgemässe Lösung gelingt es in überraschend einfacher Weise eine Hochstromdrosselspule bereitzustellen, die sich insbesondere durch einen einfachen Aufbau ihrer Wicklung auszeichnet. Die Kühlung der Wicklung wird durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Platten erheblich begünstigt.

Um eine fortlaufende Spulenwicklung zu erhalten, können die einzelnen Platten entweder im Bereich der Schlitze etwas aufgebogen und dann durch stirnseitige Verbindung jeweils einer Begrenzungsfläche des Schlitzes einer Platte mit einer entsprechenden Fläche der benachbarten Platte miteinander elektrisch verbunden werden oder es können geeignete Verbindungsteile zwischen den entsprechenden Flächen benachbarter Platten vorgesehen sein. Besonders einfach ist es jedoch, wenn die Schlitze benachbarter Platten gegeneinander versetzt sind und die benachbarten Platten im Überlappungsbereich im Bereich der Schlitze elektrisch leitend miteinander verbunden werden.

Eine weitere fertigungstechnische Vereinfachung im Aufbau der Hochstromdrosselspule ist dadurch möglich, dass für die Wicklung gleich ausgebildete Platten verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Grundform der Platten quadratisch odr rechteckförmig ist. Diese Ausführungsform hat zudem den Vorteil, dass die Kühlung der einzelnen Windungen gegenüber anderen Formen erheblich verbessert werden kann. Vorzugsweise bestehen die Platten aus einem elektrisch hochleitfähigen Material, wie beispielsweise Kupfer. Die Schlitze der jeweils benachbarten Platten können vorteilhaft senkrecht zueinander verlaufen.

Ferner können jeweils zwei Platten mit geraden Seitenkanten, beispielsweise die ersten beiden Platten und die jeweils darauf folgenden Plattenpaare der Hochstromdrosselspule, vorteilhaft ein Windungspaar bilden, dessen Schlitze jeweils aussermittig auf der gleichen Aussenkante enden. Die einzelnen in Richtung der Spulenachse liegenden Platten sind dabei derart angeordnet, dass jeweils die geradzahligen (2., 4., ... Platte) gegenüber den benachbarten ungeradzahligen Platten seitenverkehrt angeordnet sind. Der Ausdruck «seitenverkehrte Anordnung» soll in diesem Zusammenhang bedeuten, dass bei einem Windungspaar jeweils die eine Platte gegen5

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über der anderen um 180° um eine in der Plattenebene durch den Plattenmittelpunkt und senkrecht zu der geschlitzten Kante verlaufenden Achse gedreht angeordnet ist. Besonders günstig ist es hierbei, wenn die Schlitze je eines Windungspaares parallel zueinander verlaufen.

Die eigentliche Spulenwicklung der Hochstromdrosselspule wird dadurch erhalten, dass die einzelnen hintereinander angeordneten Platten im Überlappungsbereich zwischen den Schlitzen elektrisch verbunden werden. Je nach Material der Platten wird man auf das jeweils geeignetste Verbindungsverfahren zurückgreifen. Vorzugsweise wird man jedoch, insbesondere bei Platten aus Kupfer, die entsprechenden Überlappungsbereiche unter Zwischenlage von elektrisch leitenden Distanzstücken miteinander verlöten.

Anhand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

Figuren lAbis IC zeigen aufeinanderfolgende Platten einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Hochstromdrosselspule.

Figuren 2A bis 2H zeigen aufeinanderfolgende Platten einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Hochstromdrosselspule, wobei jeweils zwei Platten ein Windungspaar bilden.

Figur 3 zeigt schematisch in Seitenansicht eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Hochstromdrosselspule mit einer Wicklung aus Platten nach Art von Figuren 2A bis 2H.

Die in Figur 1A dargestellte Platte IIa weist einen radialen, von der Bohrung 12 bis zur Aussenkante verlaufenden Schlitz 13a auf. Der Schlitz der in den Figuren 1B und IC gezeigten Platten IIb und 1 lc, die alle die gleiche Grundform besitzen, ist jeweils gegenüber dem in Figur 1A, beziehungsweise 1B dargestellten Schlitz um 90° verdreht. Die radialen Schlitze 13a, b, c wandern dabei ringförmig um die Bohrung 12. Die drei Platten 1 la, b, c bilden eine fortlaufende schraubenförmige Wicklung, wenn sie hintereinander und im Abstand voneinander in der angegebenen Reihenfolge angeordnet und in den jeweiligen Überlappungsbereichen zwischen den Schlitzen benachbarter Platten elektrisch leitend verbunden werden. Die Platten 1 la und IIb werden dabei im Überlappungsbereich 14 zwischen den Schlitzen 13a und 13b elektrisch leitend verbunden. Der nächste elektrische Übergang kann dann im Überlappungsbereich 15 zwischen den Schlitzen 13b und 13c der Platten 1 lb und 11c erfolgen.

Im Überlappungsbereich zwischen den Schlitzen benachbarter Platten werden vorzugsweise elektrisch leitende Distanzstücke, zum Beispiel aus Kupfer, zur Verbindung der Platten vorgesehen, um den Zwischenraum zwischen den einzelnen Platten zur Verbesserung der Kühlung ausreichend gross zu halten.

Eine weitere, besondere vorteilhafte Plattenform für die Spulenwicklung zeigt Figur 2A. Der mit 23a bezeichnet Schlitz der Platte 21a verläuft bei dieser Ausführungsform ebenfalls senkrecht zu einer Aussenkante und endet auf dieser. Gegenüber Figur 1A ist die in Figur 2A dargestellte Platte jedoch unsymmetrisch geschlitzt, d.h., der Schlitz ist aussermittig angeordnet. Die in Figur 2A bis 2H dargestellten Platten 21a bis h, die beispielsweise aus etwa 6 mm dickem Flachkupfer bestehen, werden in der Reihenfolge der Figuren hin643 679

tereinander und im Abstand voneinander zu einer Wicklung zusammengesetzt. Der Zwischenraum zwischen den Platten kann dabei ebenfalls etwa 6 mm betragen. In den jeweiligen Überlappungsbereichen 24 bis 30 zwischen den Schlitzen benachbarter Platten kann dann wieder durch Verlöten mit leitenden Distanzstücken der elektrische Übergang hergestellt werden.

Auch bei dieser Anordnung haben alle Platten die gleiche Grundform. Die Platten 21a und b, 21c und d, 21e und f sowie die Platten 21g und h bilden jeweils Windungspaare. Dreht man nämlich zum Beispiel die Platte 21a um 180° um die durch den Plattenmittelpunkt und senkrecht zu der geschlitzten Aussenkante verlaufende Achse 20, so wird die Platte 21a in die Form der Platte 21b überführt. Diese seitenverkehrte Anordnung der Platten 21a und 21b führt zum ersten Windungspaar. Im Überlappungsbereich 24 zwischen den Schlitzen 23a und 23b wird dieses Windungspaar elektrisch leitend verbunden. Die geschlitzten Aussenkanten der weiteren, zu solchen Windungspaaren zusammengesetzten Platten brauchen dann nur noch fortlaufend um jeweils 90° gedreht zu werden. Anschliessend kann man in den Überlappungsbereichen 25,27 und 29 zwischen den Schlitzen 23b und c, 23d und e sowie 23f und g den elektrischen Übergang zwischen den Windungspaaren hergesteilen.

Aus den vier Windungspaaren 21a und b, 21c und d, 21e und f, 21g und h aus den in den Figuren 2A bis H dargestellten Platten kann dann beispielsweise eine vollständige Wicklung für eine erfindungsgemässe Hochstromdrosselspule zusammengesetzt werden. Gegenüber der Ausführungsform nach Figur 1A bis C hat diese Wicklung den Vorteil, dass die Überlappungsbereiche zwischen den Schlitzen benachbarter Platten kleiner sind, und dadurch bei gleichem Aufwand an Plattenmaterial mehr Windungen hergestellt werden können.

Eine beispielhafte Ausführungsform einer Hochstromdrosselspule aus derartigen Windungspaaren ist in Figur 3 schematisch dargestellt, wobei mit 31 die einzelnen Platten bezeichnet sind. Die beiden elektrischen Anschlüsse der Wicklung der Hochstromdrosselspule sind stabförmig herausgeführt und mit 32 bezeichnet. Der elektrische Übergang von Platte 31a zu Platte 31b erfolgt im Überlappungsbereich zwischen den Schlitzen 34 und 35 mittels eines elektrisch leitenden Distanzstückes 33. Ein zweigeteilter Magnetkern 36, der beispielsweise aus einem oxidischen Ferritmaterial bestehen kann, ist durch die zentralen Bohrungen der Platten 31 gesteckt und an den Trennflächen verklebt. An den beiden unteren Ecken der beiden äusseren Platten ist jeweils eine Lasche 37 zur Befestigung der Drossel, beispielsweise an Stegen 38, angebracht. Da die Laschen 37 mit den Platten verbunden sind, ist es zweckmässig, zwischen den Laschen und den Platten eine Isolation vorzusehen.

Eine derartige Hochstromdrosselspule, deren Wicklung beispielsweise für Ströme von 500 bis 1000 A belastbar ist, kann insbesondere bei Thyristorschaltungen Verwendung finden, und zwar als Siebdrossel zum Abblocken eines grossen gleichstromüberlagerten Hochfrequenzstroms oder als Schutzdrossel zur Erzeugung von stromschwachen Zeitabschnitten, zum Beispiel als Schutzdrossel für Hochleistungs-plasmaschweissanlagen.

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1. Hochstromdrosselspule mit einem Magnetkern und einer Wicklung auf wenigstens einem Schenkel des Magnetkerns, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung aus hintereinander und im Abstand voneinander angeordneten Platten aufgebaut ist, die jeweils eine Bohrung für den Magnetkernschenkel und einen von dieser Bohrung zur Aussenkante der Platte verlaufenden Schlitz aufweisen, und dass benachbarte Platten im Bereich der Schlitze miteinander zu einer fortlaufenden Wicklung verbunden sind.

2. Hochstromdrosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze der jeweils benachbarten Platten gegeneinander versetzt sind und die benachbarten Platten im Überlappungsbereich im Bereich der Schlitze elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Hochstromdrosselspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung aus gleich ausgebildeten Platten aufgebaut ist.

4. Hochstromdrosselspule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundform der Platten quadratisch oder rechteckförmig ist.

5. Hochstromdrosselspule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten aus Kupfer bestehen.

6. Hochstromdrosselspule nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze der jeweils benachbarten Platten senkrecht zueinander verlaufen.

7. Hochstromdrosselspule nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten gerade Seitenkanten haben und jeweils zwei Platten seitenverkehrt zueinander als Windungspaar angeordnet sind, dessen Schlitze jeweils aussermittig auf der gleichen Aussenkante enden.

8. Hochstromdrosselspule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze der Platten je eines Windungspaares parallel zueinander verlaufen.

9. Hochstromdrosselspule nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten jeweils im Überlappungsbereich zwischen den Schlitzen unter Zwischenlage von elektrisch leitenden Distanzstücken verlötet sind.