Induktives Bauelement mit einem Stabkern

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf ein induktives Bauelement (1) mit einem Stabkern (2) und einem Wickelkörper (3), in den die Stabkernachse umschließende Stromwindungslagen (4) eingebettet sind.
Um einer Erhitzung des induktiven Bauelements entgegenzuwirken, wird vorgeschlagen, daß die Breite der innersten Stromwindungslage kleiner als die Stabkernlänge ist und daß die Breite der Stromwindungslagen von innen nach außen zunimmt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein induktives Bauelement mit einem Stabkern und einem Wickelkörper, in den die Stabkernachse umschließende Stromwindungslagen eingebettet sind.

[0002] Bei Stabkernspulen und Stabkerntransformatoren ist es bekannt, diese mir einem den Stabkern umschließenden Wickelkörper zu versehen, der ein Bett zur Aufnahme der Windungen einer Stromwicklung aufweist. Die so eingebetteten Stromwindungen liegen konzentrisch um die Stabkernachse. Durch die Wände des Wickelkörperbetts werden die Stromwindungslagen seitlich fixiert. Der Wickelkörper wird bei der Herstellung eines derartigen induktiven Bauelements auf den Stabkern geschoben, woran sich das Aufbringen der Stromwindungen anschließt. Ein Beispiel für eine bekannte Stabkernspule zeigt Fig. 5. Bei derartigen induktiven Bauelementen tritt nun das Problem unerwünscht hoher Erhitzung während eines Betriebs mit hohen Wechselstromfrequenzen auf, wie sie beispielsweise beim Einsatz in Vorschaltkreisen bei Gasentladungslampen auftreten.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, der Erhitzung des induktiven Bauelements entgegenzuwirken.

[0004] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Breite der innersten Stromwindungslage kleiner als die Stabkernlänge ist und daß die Breite der Stromwindungslagen von innen nach außen zunimmt.

[0005] Beim Herstellen des induktiven Bauelements wird das Wickelkörperbett durch die Stromwindungen von innen nach außen aufgefüllt, wobei sich die Stromwindungslagen bilden. Die Breite der Stromwindungslagen ist in Richtung parallel zur Stabkernachse zu messen. Die erreichte Reduzierung von Verlustwärme beruht darauf, daß gerade in den äußeren (d.h. den Stabkernenden am nächsten liegenden) Bereichen der innersten (d.h. den am nächsten zum Stabkern liegenden) Stromwindungslagen bei einem Stromfluß durch die Stromwindungen eine hohe magnetischen Feldstärke erzeugt wird, die zu hohen Wirbelstromverlusten ("Proximity"-Verluste) führt. Beim erfindungsgemäßen induktiven Bauelement werden die Stromwindungen auf Bereiche geringerer magnetischer Feldstärke konzentriert. Gleichzeitig wird es möglich, durch geeignete Ausgestaltung des Wickelkörpers die Stabkernenden frei zu lassen. In diesen Bereichen kann der Stabkern Verlustwärme unmittelbar an die umgebende Luft abgeben, was zusätzlich der Erhitzung des Bauelementes entgegenwirkt. Der Wickelkörper wird vorzugsweise als Kunststoff-Spritzgußteil ausgebildet, so daß Wickelkörper mit beliebigen Bettprofilen preisgünstig in Massenproduktion herstellbar sind. Weiterhin läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Bauelement mit der gleichen Anzahl Stromwindungen eine höhere Induktivität realisieren.

[0006] Es ergeben sich verschiedene Möglichkeiten der Ausgestaltung des Wickelkörpers. Weisen die seitlichen Flächen des Wickelkörperbetts ein von der Seite der Stromwindungen aus betrachtet konvexförmiges Profil auf ergibt sich eine besonders hohe Reduktion der Verlustwärme. Bei weiteren Ausgestaltungen haben einerseits die seitlichen Flächen des Wickelkörperbetts die Form einer Kegelstumpfaußenfläche, was zu einer vereinfachten Herstellbarkeit aufgrund des einfachen Wickelkörperbettprofils führt andererseits können die seitlichen Flächen des Wickelkörperbetts auch ein von der Seite der Stromwindungen aus betrachtet konkavförmiges Profil aufweisen.

[0007] Wenn in die seitlichen Flächen des Wickelkörperbetts mehrere Durchbrüche eingebracht werden wird die Ableitung von Verlustwärme an die umgebende Luft verbessert, was zusätzlich zur Senkung der Bauelementbetriebstemperatur dient.

[0008] Die Erfindung bezieht sich auch aufeinen Wickelkörper mir einem Wickelkörperbett zur Aufnahme von aus konzentrischen Windungen bestehenden Stromwindungslagen, deren Breite von dem Bereich zur Aufnahme der innersten Stromwindungslagen in Richtung auf den Bereich zur Aufnahme der äußersten Stromwindungslagen zunimmt, vorgesehen ist.

[0009] Das induktive Bauelement ist geeignet, sowohl als Spule als auch als Transformator ausgestaltet zu werden.

[0010] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figuren 1 bis 3 erfindungsgemäße induktive Bauelemente mit verschiedenen Wickelkörpern,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Wickelkörpers und

Fig. 5 ein induktives Bauelement gemäß dem Stand der Technik.

[0011] Das in Fig. 1 dargestellte induktive Bauelement 1 weist einen Stabkern 2 auf, der einen Wickelkörper 3 trägt. Das induktive Bauelement 1 ist im vorliegenden Fall als Spule ausgeführt, wobei allerdings das erfindungsgemäße Prinzip ohne weiteres auch auf Transformatoren anwendbar ist. Der Wickelkörper 3 bildet ein Bett, in das eine Wicklung mit Stromwindungen 4 eingebettet ist. Der Wickelkörper 3 besteht aus zwei Schalen 3a und 3b, die mit einer Hülse 3c verbunden sind, die wiederum auf den Stabkern 2 aufgeschoben ist. Die Stromwindungen 4 bilden Stromwindungslagen, deren Breite durch das Profil des Wickelkörperbetts bestimmt wird, was wiedertun von der Form der Schalen 3a und 3b des Wickelköpers 3 abhängt Die Breite der innersten Stromwindungslage ist kleiner als die Länge des Stabkerns 2. Die Breite der Stromwindungslagen nimmt dabei von innen nach außen zu. Die Zunahme der Stromwindungslagenbreite hängt von der Form der durch die Schalen 3a und 3b gebildeten seitlichen Flächen des Wickelkörperbetts ab. In Fig. 1 weisen die seitlichen Flächen des Wickelkörperbetts, d.h. die Schalen 3a und 3b, ein von der Seite der Stromwindungen 4 aus betrachtet konvexförmiges Profil auf. Das so gebildete induktive Bauelement 1 heizt sich beim Betrieb mit Wechselströmen erheblich weniger auf als herkömmliche induktive Bauelemente mit Stabkern, da die Wirbelstromverluste reduziert sind und zusätzlich über die freiliegenden Enden des Stabkerns 2 Wärme an die Umgebungsluft abgegeben werden kann.

[0012] Die Figuren 2 und 3 zeigen Ausgestaltungen des induktiven Bauelements 1 mit anderen Varianten des Wickelkörpers 3. Beim induktiven Bauelement 1 gemäß Fig. 2 haben die seitlichen Flächen des Wickelkörperbetts die Form einer Kegelstumpfaußenfläche. Die seitlichen Flächen und damit auch die Schalen 3a und 3b sind nicht gewölbt. In Fig. 3 dagegen weisen die seitlichen Flächen des Wickelkörperbetts ein von der Seite der Stromwindungen 4 aus betrachtet konkavförmiges Profil auf. Von der Stromwindungsseite aus betrachtet sind die Schalen 3a und 3b nach außen gewölbt.

[0013] Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht des Wickelkörpers 3 von der Seite eines Stabkernendes aus betrachtet. Die Schale 3a und damit die entsprechende Seitenwand des Wickelkörperbetts weist Durchbrüche 5 auf, die eine verbesserte Wärmeabführung an die Umgebungsluft ermöglichen. Die nicht dargestellte Schale 3b ist ebenso ausgestaltet.

[0014] Der Wickelkörper 3 wird vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt und in einem Spritzgußverfahren hergestellt, so daß beliebige Profilformen des Wickelkörperbetts für die Massenproduktion preisgünstig herstellbar sind. Der Stabkern 2 ist insbesondere aus Ferrit, aber auch andere weichmagnetische Materialien kommen als Stabkernmaterial in Betracht.

[0015] Fig. 5 zeigt eine Stabkernspule 10, gemäß dem Stand der Technik. Auf einem Stabkern 11 ist ein Wickelkörper 12 aufgeschoben, der zur Aufnahme von Stromwindungen 13 dient. Das Profil des Wickelkörperbetts ist rechteckförmig. Der Wickelkörper umschließt den Stabkern 11 aufseiner gesamten Länge.

Ansprüche

1. Induktives Bauelement (1) mit einem Stabkern (2) und einem Wickelkörper (3), in den die Stabkernachse umschließende Stromwindungslagen (4) eingebettet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Breite der innersten Stromwindungslage kleiner als die Stabkernlänge ist und daß die Breite der Stromwindungslagen von innen nach außen zunimmt.

2. Induktives Bauelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die seitlichen Flächen (3a, 3b) des Wickelkörperbetts ein von der Seite der Stromwindungen (4) aus betrachtet konvexförmiges Profil aufweisen.

3. Induktives Bauelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die seitlichen Flächen (3a, 3b) des Wickelkörperbetts die Form einer Kegelstumpfaußenfläche aufweisen.

4. Induktives Bauelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die seitlichen Flächen (3a. 3b) des Wickelkörperbetts ein von der Seite der Stromwindungen (4) aus betrachtet konkavförmiges Profil aufweisen.

5. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die seitlichen Flächen (3a, 3b) des Wickelkörperbetts mehrere Durchbrüche (5) aufweisen.

6. Wickelkörper für ein induktives Bauelement,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Wickelkörperbett zur Aufnahme von aus konzentrischen Windungen bestehenden Stromwindungslagen, deren Breite von dem Bereich zur Aufnahme der innersten Stromwindungslagen in Richtung auf den Bereich zur Aufnahme der äußersten Stromwindungslagen zunimmt, vorgesehen ist.

7. Verwendung des induktiven Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Spule.

8. Verwendung des induktiven Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Transformator.

Zeichnung