Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Сердечники катушек индуктивности - выбор материала и формы

Автор: Mark A. Swihart, Менеджер отдела прикладной техники Magnetics Inc, отделение Spang&Co. Питтсбург, Пенсильвания, США.

Резюме: Внимательное рассмотрение характеристик силовых катушек индуктивности часто является ключевым фактором успешного конструирования компактных и экономичных преобразователей с высоким к.п.д. Во многих вариантах применения катушек индуктивности порошковые сердечники обладают явными преимуществами в сравнении с сердечниками, изготовленными из других материалов – таких, как ферриты или стальные ламинаты. В распоряжении разработчика имеется множество вариантов выбора материала и формы порошкового сердечника, каждый из которых является выбором компромисса по таким характеристикам, как величина потерь, стоимость, габариты и простота намотки. Кроме того, при изменении критериев конструирования изменяется комбинация преимуществ и недостатков каждого из материалов для порошкового сердечника. Понимание этих преимуществ и недостатков необходимо для осуществления правильного выбора.

Катушка индуктивности является устройством, фильтрующим ток. Создавая препятствия прохождению тока, фильтрующая катушка индуктивности фактически накапливает электрическую энергию по мере того, как переменный ток нарастает в каждом цикле, и высвобождает данную энергию, когда ток спадает до минимума. В силовых катушках индуктивности требуется наличие воздушного зазора внутри конструкции сердечника. Назначение воздушного зазора состоит в накапливании энергии и в предотвращении насыщения сердечника при нахождении его под нагрузкой. В иной формулировке, назначение воздушного зазора состоит в том, чтобы уменьшать и регулировать эффективную магнитную проницаемость магнитной конструкции. Поскольку μ = B/H, то уменьшение μ означает увеличение H (то есть, рост электрического тока), который поддерживается при уровне B, меньшем максимально допустимого значения магнитной индукции (Bsat), являющегося внутренней (природной) характеристикой заданного магнитного материала.

Существует общее ограничение, связанное с узкими пределами изменений индукции насыщения Bsat. Физика мягких магнитных материалов такова, что значение B

sat материалов, доступных на современном рынке, составляет примерно от 0,3T до 1,8T. В наиболее экзотичном имеющемся материале, каковым является сплав кобальта – железа – ванадия (супермендюр), это значение достигает 2,2T. Более высокие значения не существуют.

Воздушный зазор в силовых катушках индуктивности может быть распределенным или дискретным. Распределенные зазоры создаются в порошковых сердечниках. На микроскопическом уровне, гранулы порошка магнитного сплава отделяются одна от другой посредством изоляции связующим веществом или посредством высокотемпературной изоляции покрытия каждой гранулы. (Это не относится к уровню магнитных доменов; домены имеют размеры намного меньше размеров гранул порошкового сердечника). Распределение зазора по всей конструкции порошкового сердечника служит двум основным целям: (1) устраняются недостатки конструкции с дискретным зазором, каковыми являются резкое насыщение, краевые потери и электромагнитные помехи (EMI), и (2) регулируются потери от вихревых токов до такой степени, при которой сплавы с повышенным значением B

sat могут быть использованы на относительно высоких частотах, несмотря на относительно низкое значение объемного удельного сопротивления в сплаве.

Дискретные зазоры используются главным образом в ферритовых сердечниках. Основным функциональным преимуществом феррита являются низкие потери по переменному току в сердечниках при работе на высокой частоте, что объясняется более высоким удельным сопротивлением в керамическом материале по сравнению с металлическими сплавами. Ферриты находятся на нижнем конце существующей области значений Bsat, и они существенно смещаются в сторону дальнейшего понижения Bsat при повышении температуры. Конструкция с дискретным зазором приводит к созданию катушки индуктивности, в которой достигается точка резкого насыщения и при этом требуется большая габаритная высота в конструкции. Дискретные зазоры приводят также к получению катушек индуктивности, которые уязвимы к потерям от вихревых токов в обмотке вследствие краевого эффекта и имеют тенденцию к генерации электромагнитных помех (EMI). Дискретные зазоры используются также в аморфных и нанокристаллических ленточных сердечниках с ориентацией потока вдоль волокна, имеющих улучшенные показатели потерь по переменному току в сравнении с порошковыми сердечниками, но зачастую более дорогостоящих.

Разработчик катушки индуктивности должен выполнять требования по накапливанию энергии (величине индуктивности) и одновременно учитывать требования к суммарным потерям, рабочему объему, стоимости, электромагнитным помехам, температурным характеристикам, надежности и устойчивости к отказам.

Во многих случаях порошковые сердечники обладают явными преимуществами. При этом разработчик имеет множество вариантов выбора среди имеющихся порошковых сердечников.

Сердечники MPP (из мо-пермаллоевого (Molypermalloy) порошка) представляют собой тороидальные сердечники с распределенным воздушным зазором, изготавливаемые из порошкового материала, являющегося сплавом никеля, железа и молибдена. MPP обеспечивает самые низкие потери в сердечнике по сравнению с другими материалами для порошкового сердечника, но сердечники из данного сплава являются при этом самыми дорогостоящими ввиду высоких затрат на технологическую обработку и по причине 80-процентного содержания никеля в сплаве. Тороидальные сердечники из MPP выпускаются с наружными диаметрами от 3,5 мм до 125 мм.

Сердечники High Flux представляют собой тороидальные сердечники с распределенным воздушным зазором, изготавливаемые из порошкового материала, являющегося сплавом никеля с железом. Сплав High Flux содержит 50% никеля, по затратам на технологическую обработку сравним с MPP и по цене обычно выигрывает по сравнению с MPP примерно 5% – 25%. High Flux характеризуется более высокими потерями в сердечнике, нежели MPP и Kool Mμ, но благодаря своему повышенному значению Bsat сплав High Flux имеет оптимальное соотношение между магнитной проницаемостью и силой подмагничивания. Иными словами, повышенное значение Bsat трансформируется в оптимальную стабильность (самый низкий уровень сдвига) катушки индуктивности в условиях сильного подмагничивания постоянным током или при высоких пиковых значениях переменного тока. Как и сердечники из MPP, сердечники из сплава High Flux не получили широкого распространения в каких-либо геометрических формах, кроме тороидов.

Сердечники Kool Mμ®, или "сендаст", представляют собой сердечники с распределенным воздушным зазором, изготавливаемые из порошкового материала, являющегося сплавом железа, алюминия и кремния. По характеристикам подмагничивания постоянным током материал Kool Mμ сравним с MPP. Отсутствие никеля в формуле сплава делает Kool Mμ намного более экономичным, чем MPP. Основной недостаток Kool Mμ состоит в том, что данный сплав имеет более высокие потери по переменному току, нежели MPP. Этот сплав призван служить практичной альтернативой в случаях, когда порошковое железо имеет слишком высокие потери (в типовых случаях при умеренных или высоких значениях частоты) и при этом использование MPP является слишком дорогостоящим. Сердечники из Kool Mμ выпускаются не только в форме тороидов, но и в виде E-сердечников, что позволяет в максимально возможной степени снизить затраты на намотку.

В таблице 1 приведены сравнительные данные о свойствах различных материалов для сердечников.

MPP High Flux Kool Mμ Железный порошок
Проницаемость 14 - 550 14 - 160 26 - 125 10 - 100
Насыщение (Bsat) 0,7 T 1,5 T 1,0 T 1,2 - 1,4 T
Максимальная температура (°C) 200 200 200
Потери в сердечнике по переменному току Самые низкие Высокие Низкие Самые высокие (и переменные)
Форма сердечника Тороид Тороид Тороид, E-сердечник Тороид, E-сердечник, другие формы

Сердечники из железного порошка имеют более высокие внутренние потери (потери в сердечнике), чем сердечники из MPP, High Flux или Kool Mμ, но обычно являются менее дорогостоящими. Железный порошок часто является оптимальным выбором для силовых катушек индуктивности, в которых не требуется максимально высокий к.п.д. и миниатюрные размеры, но критичным показателем является цена; этот выбор может быть оптимальным также при работе на очень низкой частоте или с очень малой амплитудой пульсаций переменного тока (что означает очень слабый магнитный поток от переменного тока и соответственно низкие потери по переменному току). Большинство сердечников из железного порошка содержит связующее вещество для изоляции между гранулами, и это вещество уязвимо к пробоям при работе с высокими температурами в течение длительного времени, поэтому разработчику может понадобиться учет кривых теплового старения для выбираемого железного порошка. Значения плотности штамповки (то есть, прижимных усилий сжатия) для железных порошков являются умеренно высокими, поэтому данные материалы обеспечивают возможность широкого разнообразия геометрических форм, включая тороидальные сердечники, E-сердечники, броневые сердечники, U-сердечники и стержневые сердечники.

Для сердечников с очень сильными токами, но без необходимости работы на высоких частотах, крупногабаритный E-сердечник, U-сердечник или броневой сердечник из порошкового железа может оказаться единственным практически приемлемым вариантом.

Ферритовые сердечники с зазором являются альтернативой порошковым сердечникам при выборе вариантов конструирования. Как видно из рисунка 1, порошковые материалы насыщаются постепенно и при этом сохраняют полезную предсказуемую индуктивность даже при существенном нарастании тока нагрузки. Ферритовый сердечник с зазором сохраняет значение индуктивности, приближенное к значению при отсутствии подмагничивания, пока не происходит насыщение, при котором наблюдается резкое спадание индуктивности. При создании конструкций с ферритами для работы на повышенных температурах необходимо учитывать ряд дополнительных факторов. Как видно из рис. 2, мощность потока индукции любого силового феррита существенно уменьшается при повышении температуры; в то же время, мощность потока индукции порошковых сердечников фактически не зависит от температуры.

Кривая плавного насыщения порошкового сердечника отражает существенные преимущества для конструирования: (1) рабочая точка в основной части кривой (80% - 50%), позволяющая повысить степень компактности конструкции; (2) минимальный сдвиг при изменении температуры; (3) малая чувствительность к изменениям кривой как в части температуры, так и в части допусков на материал; (4) природная устойчивость к отказам; (5) естественные колебания индуктивности – высокое значение L при низкой нагрузке, регулируемая индуктивность при высокой нагрузке. Другие преимущества порошковых сердечников в сравнении с ферритовыми сердечниками состоят в том, что порошковые сердечники не уязвимы к краевым потерям и к EMI-эффектам в зазоре и имеют более высокие значения внутренней Bsat.

Рисунок 1. Кривые подмагничивания постоянным током для феррита и Kool Mμ.

Рисунок 2. Кривая насыщения для силового феррита.

Возможными вариантами применения катушки индуктивности, в частности, являются:

  1. Компактная катушка индуктивности цепи постоянного тока (DC) с малыми пульсациями переменного тока (конструкция с ограниченным размером окна)
  2. Крупногабаритная катушка индуктивности цепи постоянного тока (конструкция с ограничением насыщения)
  3. Катушка индуктивности с сильным переменным током (конструкция с ограничением потерь в сердечнике)

Каждый из трех вариантов характеризуется специфическими требованиями к конструкции. В компактной катушке индуктивности цепи постоянного тока ограничительный фактор определяется в большей степени доступным размером окна сердечника, нежели площадью поперечного сечения сердечника. Окно сердечника должно быть достаточно большим для того, чтобы расположить в нем количество витков провода, достаточное для получения требуемой индуктивности. В крупногабаритной катушке индуктивности цепи постоянного тока ограничительным фактором часто является точка насыщения сердечника. Сердечник должен иметь достаточно крупные габариты и достаточно малую магнитную проницаемость, чтобы избежать насыщения (или смещения величины индуктивности ниже минимального требуемого уровня). Эти факторы требуют увеличения числа витков и длины медных проводов, что вызывает проблему в виде потерь в проводах. Основным ограничительным фактором для катушки индуктивности с сильным переменным током являются потери в сердечнике. Поскольку потери в сердечнике зависят от колебаний потока, создаваемого переменным током, а не уровнем индукции, создаваемой постоянным током, потери в сердечнике становятся доминирующим фактором, определяющим выбор конструкции.

Ниже приведены в качестве примера требования, которым должна отвечать типовая конструкция.

Постоянный ток (IDC) 500 мА (не более)
Требуемая индуктивность (Lmin) 100 мкГ
Пульсации переменного тока (Iac) 50 мА (пиковый размах)
Частота (f) 100 кГц

Для конструирования катушки с данными характеристиками компания Magnetics использует программное обеспечение Inductor Design Using Powder Cores (Конструирование катушки индуктивности с использованием порошковых сердечников). В данной программе реализуется алгоритм конструирования, имеющий целью определение минимально возможных габаритов модуля для заданных входных параметров (значений тока, индуктивности, частоты и др.). Программа определяет размер требуемого сердечника, исходя из необходимой величины энергетического показателя в виде произведения, получаемого умножением индуктивности при полной нагрузке на квадрат пикового значения тока (постоянного тока с приращением на пульсацию переменного тока), проходящего через катушку индуктивности. Увеличение значений индуктивности и силы тока подразумевают увеличение габаритов сердечника. Программы выполнялись с вводом указанных выше исходных значений конструирования, а материал сердечника выбирался вручную для каждого из типов сердечников, указанных ниже в таблице 2. Число витков, коэффициент плотности намотки провода, габариты намотки, величина потерь и рост температуры были определены по выходным данным выполняемых программ.

MPP High Flux Kool Mμ, торидальные сердечники Kool Mμ, E-сердечники
Номер компонента 55025-A2 58278-A2 77280-A7 K1808E090
Проницаемость 300 160 125 90
Габариты сердечника (дюймы) 0,335 x 0,150 0,405 x 0,150 0,405 x 0,150 0,77 x 0,65 x 0,19
AL (нГ/виток²) 124 68 53 69
Число витков 32 41 48 39
Коэффициент плотности намотки провода 37% 31% 37% 14%
Габариты обмотки (дюймы) 0,375 x 0,209 0,448 x 0,209 0,455 x 0,209 0,77 x 0,65 x 0,644
Потери в сердечнике (мВт) 2,0 0,7 0,7 0,5
Потери в проводе (мВт) 24,2 33,3 40,0 83,0
Суммарные потери (мВт) 26,2 34,0 40,7 83,5
Рост температуры (°C) 6,1 6,0 6,9 4,3

В каждом случае программы определяли самое высокое значение магнитной проницаемости из числа значений, имеющихся для выбранного материала. С учетом относительно слабого тока, любое уменьшение магнитной проницаемости выбранного материала не приводит к оптимизации индуктивности при пиковой нагрузке; в этих условиях больше теряется ввиду уменьшения индуктивности при отсутствии нагрузки, нежели приобретается за счет оптимизации кривой спадания силы подмагничивания постоянным током. Потери в сердечнике и рост температуры не являются важными влияющими факторами в катушке индуктивности данного типа вследствие низкой магнитной индукции по переменному току в сердечнике. Например, в сердечнике High Flux сила намагничивания H определяется по закону Ампера следующим образом:

H (эрстеды) = .4 (π) (N) (I)/Le, где:

N — число витков
I — ток в амперах
Le — длина линии магнитной индукции сердечника в см.

Сердечник 58278-A2 имеет длину линии магнитной индукции, равную 2,18 см, поэтому сила намагничивания постоянным током равняется:

H = .4 (π) (41) (0,5)/(2,18) = 11,8 эрстед

Процент начальной магнитной проницаемости, или значение "спадания", можно определить по данным, публикуемым в справочнике Magnetics по порошковым сердечникам (см. рис. 3).

Рисунок 3. Кривая спадания подмагничивания постоянным током для High Flux.

Кривая проницаемости 160 для High Flux показывает, что магнитная проницаемость при силе подмагничивании постоянным током, равной 11,8 эрстедам, равняется примерно 90% начального значения этой проницаемости. Эта рабочая точка является консервативной рабочей точкой для данного материала, но возможности конструирования ограничиваются в большей степени не уровнем насыщения сердечника, а площадью окна сердечника. Коэффициент заполнения окна для катушки данного типа равняется 37%, что приближается к типовому предельному значению для тороидальных сердечников. Усилия по уменьшению габаритов сердечника с целью получения преимуществ от имеющейся мощности магнитной индукции приводят к нереалистичным значениям коэффициента заполнения окна, равным 50% и более.

Как видно из приводимых данных, тороидальный сердечник MPP обеспечивает получение наиболее компактной и эффективной конструкции вследствие того, что данный материал доступен для использования с более высоким значением магнитной проницаемости (300μ), чем другие материалы. Это трансформируется в более высокое значение коэффициента одновитковой индуктивности (AL) при заданном размере сердечника, что позволяет снижать габариты используемого сердечника. Компромиссным фактором является ускоренное спадание силы намагничивания постоянным током. Тороидальный сердечник Kool Mμ является привлекательным в основном благодаря существенным преимуществам в цене. Выбираемый E-сердечник из материала Kool Mμ является самым "миниатюрным" из числа сердечников, имеющихся в настоящее время, и имеет избыточные габариты для рассматриваемого здесь набора требований.

Типовыми требованиями к катушкам данного типа являются:

Постоянный ток (IDC) 20 А (не более)
Требуемая индуктивность (Lmin) 100 мкГ (минимум)
Пульсации переменного тока (Iac) 1 А (пиковый размах)
Частота (f) 100 кГц
Максимальный рост температуры (°C) 40°C

В таблице 3 приведены применимые данные конструирования, полученные на выходе программы для данного случая.

MPP High Flux Kool Mμ, торидальные сердечники Kool Mμ, E-сердечники
Номер компонента 55868-A2 58867-A2 77868-A7 K5528E040
Проницаемость 26 60 26 40
Габариты сердечника (дюймы) 3,108 x 0,545 3,108 x 0,545 3,108 x 0,545 2,19 x 2,20 x 0,81
AL (нГ/виток²) 30 68 30 157
Число витков 62 45 70 30
Коэффициент плотности намотки провода 24% 18% 27% 72%
Габариты обмотки (дюймы) 3,657 x 0,884 3,514 x 0,884 3,720 x 1,053 2,19 x 2,20 x 1,98
Потери в сердечнике (мВт) 116 230 182 290
Потери в проводе (мВт) 14371 9780 16959 5489
Суммарные потери (мВт) 14487 10010 17141 5779
Рост температуры (°C) 35,3 27,4 37,7 22,4

Для катушки данного типа необходимо выбирать сердечники с пониженной магнитной проницаемостью и с большим поперечным сечением, чтобы избежать насыщения при высоком уровне подмагничивания постоянным током.

Сердечник 58867-A2 имеет длину линии магнитной индукции, равную 20 см, поэтому сила намагничивания H равняется:

H = 0,4 (π) (45) (20)/(20) = 56,5 эрстед

Кривая для материала High Flux с магнитной проницаемостью 60 на рисунке 3 показывает, что магнитная проницаемость составляет примерно 83% своего начального значения при силе подмагничивания постоянным током, равной 56,5 эрстедам, что соответствует безопасной рабочей точке. Критичным параметром является в данном случае не коэффициент плотности намотки провода, а рост температуры вследствие потерь в меди. Последующие итерации при конструировании должны быть направлены на увеличение диаметра провода или на использование многожильного провода для уменьшения плотности тока с целью снижения потерь в меди, что достигается ценой повышения плотности намотки. Из приводимых данных можно видеть, что High Flux обеспечивает конструирование тороидальных сердечников с меньшим ростом температур, нежели другие материалы. Высокая индкуция насыщения данного материала и улучшенные характеристики подмагничивания постоянным током позволяют выбирать сердечники с повышенной магнитной проницаемостью и увеличенным значением AL, что позволяет уменьшить число витков и сократить потери в меди. И в этом случае потери в сердечнике малы следствие относительно слабого потока подмагничивания переменным током в сердечнике.

Конструкция E-сердечника из материала Kool Mμ превосходит аналоги в части потерь благодаря тому, что поперечное сечение E-сердечника (и значение AL) намного превышают аналогичные показатели тороидальных сердечников. Это позволяет уменьшить и существенно сократить потери в меди. E-сердечник имеет относительно малую площадь окна, что подразумевает повышенный коэффициент плотности намотки (72%), но это достижимо в конструкциях с бобинной намоткой. Для E-сердечников допускается вариант с намоткой фольги. Недостаток состоит в том, что суммарная высота E-сердечника с готовой обмоткой примерно в 2 раза превышает аналогичную высоту в других конструкциях.

Типовыми требованиями к катушкам индуктивности переменного тока являются:

Постоянный ток (IDC) 4 А (номинал)
Требуемая индуктивность (Lmin) 100 мкГ (минимум)
Пульсации переменного тока (Iac) 8 А (пиковый размах)
Частота (f) 100 кГц
Максимальный рост температуры (°C) 35°C

В отличие от малых и крупногабаритных катушек индуктивности постоянного тока, рассмотренных в двух предыдущих примерах, генерация тепла, сопутствующая потерям в сердечнике, в катушке индуктивности переменного тока достаточно велика для того, чтобы являться первичным ограничительным фактором при выборе конструкции. Варианты выбора конструкции ограничиваются ростом температуры вследствие потерь в сердечнике, или целевым показателем к.п.д. В таблице 4 приведены значения характеристик для данного примера.

MPP High Flux Kool Mμ, тороидальные сердечники Kool Mμ, E-сердечники
Номер компонента 55440-A2 58441-A2 77191-A7 K4020E026
Проницаемость 26 14 26 26
Габариты сердечника (дюймы) 1,875 x 0,745 1,875 x 0,745 2,285 x 0,635 1,71 x 1,67 x 0,61
AL (нГ/виток²) 59 32 60 80
Число витков 42 57 43 37
Коэффициент плотности намотки провода 12% 16% 10% 23%
Габариты обмотки (дюймы) 1,982 x 0,843 2,019x 0,940 2,375 x 0,733 1,71 x 1,67 x 1,53
Потери в сердечнике (мВт) 2947 3316 4110 3255
Потери в проводе (мВт) 1722 2352 1836 2212
Суммарные потери (мВт) 4669 5668 5946 5467
Рост температуры (°C) 31,7 34,9 32,1 31,8

Для определения потерь в сердечнике необходимо вычислить колебания потока подмагничивания переменным током в сердечнике. Поток подмагничивания постоянным током не вызывает потерь в сердечнике. Первым шагом расчета является вычисление силы намагничивания H по закону Ампера с использованием размаха значений переменного тока (в данном случае пиковый размах составляет 8 А). Для сердечника 58441-A2 из материала High Flux длина линии магнитной индукции равняется 10,74 см.

H = 0.4 (π) (57) (8)/(10.74) = 53,4 эрстед

Изменение плотности потока можно определить путем приложения данного результата к нормальной кривой намагничивания из справочника (см. рис. 4).

Рисунок 4. Кривые намагничивания при высокой плотности потока намагничивания.

Диапазон изменения силы намагничивания составляет от 0 эрстед до 53,4 эрстед. В случае материала с магнитной проницаемостью 14 это трансформируется в диапазон изменения магнитной индукции от 0 гаусс до 600 гаусс – то есть, ΔB = 600 гаусс. Кривые потери для мягких магнитных материалов подразумевают биполярный режим работы (сердечник возбуждается в первом и третьем квадрантах петли гистерезиса B-H). Следовательно, независимо от того, является ли схема биполярной или однополярной, значение магнитной индукции, которое действует, всегда равняется ½ΔB. В данном случае плотность магнитной индукции переменного поля равняется 300 гаусс. Из рисунка 5 видно, что при 300 гауссах на частоте 100 кГц плотность потерь составляет примерно 150 мВт/см³. По справочнику можно определить, что объем сердечника 58441-A2 равняется 21,3 см³, поэтому суммарные потери в сердечнике равняются произведению от умножения (150) на (21,3) – то есть, 3195 мВт. Программное обеспечение, использующее уравнения в привязке к кривым, вычислило потери в сердечнике, равняющиеся 3316 мВт.

Рост температуры вычисляется, исходя из указанной ниже аппроксимации.

Рост температуры (°C) = [Суммарные потери мощности (мВт)/площадь поверхности (см²)]0,833

Согласно выходным данным программного обеспечения, суммарные потери мощности для катушки индуктивности High Flux равняются 5668 мВт. Сердечник 58438-A2 имеет без обмотки площадь поверхности 69,3 см², а с полной обмоткой – 94,3 см² (значения взяты из справочника). Программное обеспечение интерполирует площадь поверхности для коэффициента плотности намотки провода, равного 17%, и получает значение площади поверхности, равное 79,3 см². Рост температуры, вычисляемый в этом случае по приведенному выше уравнению, равняется примерно 35°C. Заметим, что данная оценка является довольно грубым приближением, поскольку характеристики тепловыделения зависят не только от величины потерь, но и от механической конфигурации, вида сборочных материалов и от течения воздуха.

Рисунок 5. Кривые потерь в сердечнике при высоком уровне потока намагничивания.

В общем, характеристики потерь, по которым MPP обладает преимуществом над другими материалами, позволяют использовать катушки индуктивности с меньшими габаритами и более высокими значениями к.п.д. Суммарные потери в случае MPP составляют на 15% меньше потерь материала, являющегося следующим в сторону увеличения потерь. Поскольку материал High Flux обладает более высокими потерями, чем MPP, для сохранения одинаковой величины потерь необходимо выбирать сердечник с более низкой магнитной проницаемостью. Это, однако, приводит к увеличению числа витков, росту потерь в меди и к некоторому увеличению общих габаритов модуля. Причина того, что пониженная магнитная проницаемость приводит к уменьшению плотности потока переменного поля (то есть, к уменьшенным потерям в сердечнике) является очевидной и состоит в том, что наклон кривых для материалов с пониженной магнитной проницаемостью имеет на графике кривых намагничивания меньшую крутизну (см. рис. 4). Материал Kool Mμ требует еще большего увеличения общих габаритов, но суммарные потери сравнимы с потерями для High Flux. И в этом случае возможен вариант с E-сердечником Kool Mμ, который имеет несколько меньшие потери, уменьшенную площадь основания, но увеличенную габаритную высоту.

E-сердечник Kool Mμ является самым экономичным из четырех рассмотренных вариантов; вместе с тем, преимущества от габаритов и к.п.д. тороидального сердечника MPP становятся менее очевидными из-за самой высокой стоимости данного сердечника. Сердечники High Flux и MPP имеют одинаковые габариты и сравнимы по цене, поскольку порошки 14μ являются более дорогостоящими в производстве и в штамповке, нежели порошки 26μ.

Для требуемой катушки индуктивности решение о выборе материала определяется комбинацией следующих ограничительных факторов: пространство, к.п.д., удобство сборки, суммарная стоимость, индуктивность в зависимости от характеристик нагрузки, роста и рабочей температуры. Среди порошковых сердечников материал MPP превосходит другие материалы по такому свойству, как потери в сердечнике, и обладает самым высоким значением применимой магнитной проницаемости. High Flux обладает преимуществами над другими материалами в случаях, когда определяющими ограничительными факторами является минимизация габаритов и намагничивание постоянным полем. Kool Mμ является более экономичным материалом, нежели MPP или High Flux, и является стандартным материалом как для тороидальных сердечников, так и для E-сердечников. Сердечники на основе распыленного железа (Iron powder cores) являются менее дорогостоящими, чем Kool Mμ, но серьезно ухудшают характеристики изделия.

  1. Magnetics "Inductor Design Using Powder Cores" software PCD-3. 1
  2. Magnetics "Powder Cores Design Manual and Catalog"

 

Coil32 - О сердечниках катушек

Когда-то в среде "самодельщиков" телевизионных антенн циркулировали мифы о супер эффективности антенны с применением ртути, немного позднее жестяных пивных банок (правда неплохую антенну для Wi-Fi из пивной банки можно сделать, но не телевизионную). Вероятно и по поводу сердечников существуют подобные мифы, тем более сами названия современных магнитных материалов (изоперм, пермендюр) внушают уверенность об их исключительной эффективности. Рассмотрим вопрос применения магнитного сердечника в линейной сигнальной цепи, как он влияет на параметры катушки?

Я не буду углубляться в теорию и рассказывать о диамагнетиках, парамагнетиках, ферромагнетиках, доменах, о петле гистерезиса. Это тема долгого серьезного разговора. Попробую описать доступно, на пальцах.

Итак, магнитный сердечник концентрирует магнитное поле и увеличивает индуктивность при тех же конструктивных параметрах катушки или позволяет уменьшить ее габариты при той же индуктивности. Попробуем подобрать сердечник для фильтра акустической системы - crossover'а для экономии меди. Сердечник должен иметь постоянные магнитные свойства до частот не менее 40 000 Гц при довольно больших токах намагничивания. Какой у нас выбор?

Современные магнитные материалы делятся на три группы:

  • Металлические:
    1. Технически чистое железо (электротехническая малоуглеродистая сталь).
    2. Электротехнические кремнистые стали (трансформаторная сталь).
    3. Железоникелевые легированные кристаллические сплавы – пермаллой, суперпермаллой, муметалл, изоперм, пермендюр, перминвар, алфер, алфенол и т.д.
    4. Аморфные и нанокристаллические материалы – витровак, витроперм
  • Порошковые материалы, магнитодиэлектрики - тонкие порошки карбонильного железа, пермаллоя или альсифера, смешанные с какой-либо диэлектрической связкой.
  • Ферриты - керамические магнитные материалы.

Электротехническая малоуглеродистая сталь может применяться только в цепях постоянного тока, например реле, из-за недопустимо больших вихревых токов на переменном токе и больших потерь на перемагничивание.

Трансформаторная сталь немного лучше. Для уменьшения вихревых токов сердечник набирают из отдельных пластин. Однако выше 1000 Гц такой сердечник имеет недопустимые потери при больших токах намагничивания.

Железоникелевые сплавы имеют очень высокую начальную магнитную проницаемость, могут работать на частотах до 100 Кгц, но при этом у них малая индукция насыщения, т.е. они не могут работать в сильных полях. Зарекомендовали себя как незаменимый материал в магнитных головках магнитофонов, датчиках, магнитных экранах.

Аморфные и нанокристаллические материалы появились позднее чем пермаллои. У них шире частотный диапазон и немного выше индукция насыщения чем у пермаллоя, Применяются как трансформаторы тока в новых электросчетчиках, импульсные трансформаторы в БП, компенсированные дроссели и как более качественная замена пермаллоев.

Магнитодиэлектрики имеют широкий частотный диапазон до десятков мегагерц в зависимости от материала, но малую магнитную проницаемость и индукцию насыщения. Могут работать только в слабых полях. Применяются в технике ВЧ для изготовления магнитопроводов, сердечников катушек индуктивности и т. п

Ферриты обладают наименьшими потерями на вихревые токи и соответственно могут работать на самых высоких частотах из всех магнитных материалов. Однако имеют малую индукцию насыщения. Отличительной особенностью их является сильная зависимость параметров от температуры, а также старение материала, ухудшение его свойств со временем. Область применения каждой марки феррита определяется критической частотой, выше которой резко возрастают потери и снижается магнитная проницаемость.

 


Можно проследить общую тенденцию – при улучшении частотных параметров материала падает его индукция насыщения, т.е способность работать в сильных полях, а также магнитная проницаемость.
Самое главное, что любой магнитный материал меняет свои свойства в зависимости от частоты и силы намагничивающего поля. А это значит, что катушка индуктивности с сердечником становится нелинейным элементом и вносит нелинейные искажения в проходящий через нее сигнал, особенно при большой индуктивности и силе тока. Ферриты, кроме того подвержены воздействию температуры.

Для чего мы делаем кроссовер? Чтобы разделить сигнал по частоте, каждый на свою головку. Это позволит уменьшить нелинейные искажения, немного поднять мощность, улучшить качество звучания акустической колонки. Индуктивность в таком фильтре имеет не малую величину и ток тоже. Поэтому, введя в катушку сердечник (любой!), мы не только не добьемся поставленной цели, но и отдалимся от нее, внеся в сигнал дополнительные искажения. Поэтому придется отказаться от экономии на меди и сделать катушку как на рисунке, без сердечника. Правда в случае мощных акустических систем мы получаем монструозную, тяжелую и дорогую катушку. В таком случае приходится идти на компромис и применять сердечник из высококачественных ферромагнетиков. Но его необходимо расчитать так, чтобы он работал далеко от режима насыщения, а это значит, что его размеры тоже будут внушительны.

Сердечники в виде стальных трубок, стержней из "супержелеза" вообще не имеют смысла, ну разве только в установках индукционного нагрева, там вихревые токи в сердечнике играют положительную роль. В цепях, где уровень сигнала слабый и сердечник далек от насыщения, решающий фактор - граничная частота сердечника. При той же индуктивности сердечник даже увеличивает добротность катушки.
В ВЧ дросселях потери в сердечнике играют положительную роль расширяя его частотный диапазон.
Вывод: к подбору сердечника для индуктивности в сигнальной линейной цепи надо подходить взвешенно, учитывая как частотный диапазон, так и максимальный уровень сигнала, а также величину допустимых искажений.
Это не относится к импульсным сигналам и цепям, там все по другому...

Катушки с сердечниками

В катушках индуктивности широко применяются магнитные и немагнитные сердечники. Конструкции катушек обычно предусматривают возможность продольного перемещения сердечника относительно катушки. Это достигается нарезанием резьбы во внутреннем отверстии каркаса катушки, что дает возможность регулировать величину индуктивности и позволяет проводить настройку РЭА.

Сердечники из немагнитных материалов, характеризующиеся высокой стабильностью, широко применяются в контурах гетеродинов, широкополосных усилителях промежуточной частоты. Материалом таких сердечников являются – медь, латунь, алюминий и его сплавы. При введении в катушку металлического сердечника уменьшается ее индуктивность (до 20%) и добротность. Причем добротность уменьшается сильнее. Так введение в катушку медного сердечника, уменьшающего индуктивность на 15%, вызывает уменьшение добротности на 45%. При введении же алюминиевого сердечника, уменьшающего индуктивность на 15%, снижение добротности происходит в 3…4 раза. Поэтому для уменьшения влияния немагнитного сердечника на добротность катушки необходимо изготавливать сердечник из материалов с хорошей проводимостью – меди или латуни.

Сердечники из магнитных материаловприменяются для уменьшения числа витков и габаритов катушек при заданной ее индуктивности, а также повысить добротность катушки. Однако использование магнитных сердечников снижает стабильность параметров катушек. Кроме того, значение индуктивности и добротности зависят от амплитуды переменного напряжения на катушке и значения постоянного тока, протекающего через обмотку. Для снижения этого эффекта используют броневые сердечники с зазором.

В качестве материала магнитных сердечников используют магнитодиэлектрики и ферриты. Основными материалами для изготовления магнитодиэлектриков служат альсифер и карбонильное железо.

Промышленность выпускает карбонильное железо трех классов: класса Р (марки Р-10, Р-20, Р-100), предназначенного для работы в радиотехнических цепях, и классаП (марки Пс и ВКЖ), предназначенного для работы в проводной связи. Магнитные сердечники на основе карбонильного железа имеют невысокое значение начальной магнитной проницаемости, которое практически постоянно в широком диапазоне частот, мало подвержены влиянию температуры и старению. В обозначении после названия марки следует число, раное начальной магнитной проницаемости. Например,Р-20– карбонильный сердечник класса Р с начальной магнитной проницаемостью 20.

На основе альсифера изготавливают магнитные сердечники, предназначенные для работы в области радиочастот (тип РЧ), высоких частот (тип ВЧ), низких частот (тип ТЧ). Их особенностью является отрицательный температурный коэффициент магнитной проницаемости, что используется для создания термокомпенсированных сердечников. Обозначение альсиферовых сердечников аналогично карбонильным сердечникам. Например, ВЧ-22– карбонильный сердечник класса ВЧ с начальной магнитной проницаемостью 22.

Магнитные сердечники на основе ферритов характеризуются высокой магнитной проницаемостью и большим удельным сопротивлением, что снижает потери на вихревые токи. Однако, ферриты обладают дезаккомадацией, т.е. их магнитная проницаемость изменяется со временем без каких-либо внешних воздействий. Такое старение ферритов приводит к понижению индуктивности катушек на 2…10% в год. В обозначении ферритов число перед типом соответствует начальной магнитной проницаемости феррита. Тип феррита обозначается буквами Н– низкочастотный илиВЧ– высокочастотный. Для низкочастотного феррита следует еще одна буква, указывающая на материал феррита:Н– никелево-цинковый илиМ – марганцево-цинковый. Например,2000НМ- феррит низкочастотный, марганцево-цинковый с начальной проницаемостью 2000.

По конструкции магнитные сердечники делятся: на замкнутые и незамкнутые.Сердечники с незамкнутым магнитопроводом могут быть цилиндрическими, пластинчатыми, трубчатыми и катушечными.

Цилиндрические карбонильные сердечники бывают трех типов:Р– резьбовые,С– стержневые,Т– трубчатые (рис.3.9). Они маркируются буквенно-цифровыми обозначениями. Например,РМ3х5 – резьбовой сердечник с резьбой М3 длиной 5 мм;С3х10 – стержневой сердечник диаметром 3 мм и длиной 10 мм;Т9,3х3,2х10– трубчатый сердечник с внешним диаметром 9,3мм, с внутренним диаметром 3,2 мм и длиной 10 мм.

Ферритовые сердечники с незамкнутым магнитопроводом выполняются в виде стержней без резьбы или в виде трубок. Их обозначение подобно цилиндрическим карбонильным сердечникам.

Сердечники с незамкнутым магнитопроводом конструктивно изготовляют так, чтобы их можно было перемещать вдоль оси катушки, изменяя, таким образом, ее индуктивность. Для этого сердечники изготавливаются либо с резьбой, либо они вклеиваются в пластмассовые втулки, снабженные резьбой и шлицом. Сердечники ввинчиваются в центральное отверстие каркаса катушки, и после настройки фиксируются восковой мастикой или резиновой нитью.

Сердечники с замкнутой магнитной цепью изготовляются броневыми(тип Б),чашечными(тип Ч) и в видетороидальных колец круглого или прямоугольного сечения(тип К) (рис.3.10). Катушки с такими сердечниками имеют минимальные габариты, максимальную индуктивность и минимальной поле рассеивания. Броневые и чашечные сердечники имеют центральное осевое отверстие, в которое вкручивается подстроечный сердечник для регулировки значения индуктивности в пределах ±15%.

Тороидальные сердечники обозначаются буквой типа и числами, характеризующими размеры сердечника. Например, К15х7х4,8– кольцевой сердечник с наружным диаметром 15 мм, внутренним диаметров 7 мм и высотой 4,8 мм.

Броневые сердечники обозначаются буквой типа и числом, характеризующим округленный до целого наружный диаметр сердечника. Например, Б9– броневой сердечник с наружным диаметром 9,3 мм.

Чашечные сердечники обозначаются буквой типа и условным числом, характеризующим типоразмер сердечника. Например, Ч9 – чашечный сердечник типоразмера 9.

Магнитные сердечники характеризуются действующей магнитной проницаемостью, степенью увеличения добротности катушки при наличии сердечника, диапазоном рабочих частот, величиной потерь и стабильностью.

Действующая магнитная проницаемость μДопределяется отношением индуктивности катушки с сердечникомLCк индуктивности той же катушки, но без сердечника L:

(3.24)

Она зависит от начальной магнитной проницаемости материала, частоты, конструкции сердечника, соотношения диаметра катушки и диаметра сердечника, длины катушки и длины сердечника. Для тороидальных сердечников с равномерной намоткой , во всех остальных случаяхи определяется по эмпирическим формулам или графикам [].

При введении сердечника в катушку ее индуктивность увеличивается в μДраз. Однако при этом в ней возникают дополнительные потери, обусловленные сердечником. Поэтому величина добротности катушки возрастает пропорциональнораз.

С ростом частоты значение μДуменьшается, снижается индуктивность и добротность катушки.Значение частоты, при которой добротность катушки с сердечником становится равной добротности катушки без сердечника, называется граничной частотой сердечника.

Число витков катушки с броневым сердечником рассчитывается по выражению

, (3.25)

где L– требуемая индуктивность катушки;

m - коэффициент, определяемый типоразмером и материалом броневого сердечника.

Для броневых карбоксильных сердечников некоторых типоразмеров значения коэффициента приведены в таблице 3. 1.

Таблица 3.1 – Значения коэффициента m для броневых карбонильных сердечников

Тип сердечника

СБ-9а

СБ-12а

СБ-23-11а

СБ-23-17а

СБ-28а

СБ-34а

m

7,1

6,7

4

4,5

4,3

4,4

Сердечник катушки индуктивности

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к сердечникам катушек индуктивности.

Уровень техники

Катушки индуктивности используются в широком диапазоне вариантов применения, таких как обработка сигнала, фильтрация шума, генерирование электроэнергии, системы передачи электроэнергии и т.д. Для получения более компактных и более эффективных катушек индуктивности электропроводная обмотка катушки индуктивности может быть расположена вокруг удлиненного магнитопроводящего сердечника, то есть сердечника катушки индуктивности. Сердечник катушки индуктивности, предпочтительно, выполнен из материала, представляющего более высокую магнитную проницаемость, чем воздух, при этом сердечник катушки индуктивности может обеспечивать получение катушки индуктивности с увеличенной индуктивностью.

Сердечники катушек индуктивности доступны с большим разнообразием конструкций и материалов, при этом каждый имеет свои преимущества и недостатки. Однако ввиду возможности увеличения потребности в катушках индуктивности в разных вариантах применения все еще существует потребность в сердечниках катушки индуктивности, имеющих гибкую и эффективную конструкцию, которые могут применяться в широком диапазоне вариантов применения.

Сущность изобретения

Ввиду вышеизложенного, задача настоящего изобретения состоит в удовлетворении этой потребности. Далее будут описаны сердечники катушек индуктивности согласно первому и второму аспектам изобретения. Эти сердечники катушек индуктивности обеспечивают усовершенствование, состоящее в том, что они позволяют получать множество более специфичных конструкций сердечников катушки индуктивности, при этом каждая конструкция имеет присущие ей преимущества, но все они представляют общие преимущества при производстве и эксплуатации.

Согласно первому аспекту, предоставлен сердечник катушки индуктивности, содержащий: проходящий вдоль оси стержневой элемент, проходящий вдоль оси наружный элемент, по меньшей мере, частично окружающий стержневой элемент, таким образом, формирующий пространство вокруг стержневого элемента, для размещения обмотки между стержневым элементом и наружным элементом, пластинчатый элемент, представляющий радиальную протяженность и снабженный сквозным отверстием, при этом стержневой элемент приспособлен для прохождения в сквозное отверстие, причем пластинчатый элемент представляет собой отдельный элемент относительно стержневого элемента и наружного элемента и приспособлен для сборки со стержневым элементом и наружным элементом, при этом формируется путь магнитного потока, который проходит через стержневой элемент, пластинчатый элемент и наружный элемент.

Благодаря конфигурации элементов может быть получен путь магнитного потока с низким магнитным сопротивлением. Наружный элемент, по меньшей мере, частично окружающий стержневой элемент, таким образом, может обеспечивать двойной эффект ограничения магнитного потока, генерируемого током, протекающим в обмотке, для сердечника катушки индуктивности и, таким образом, минимизации или, по меньшей мере, уменьшения взаимных помех с окружением, действуя как проводник потока.

Для получения пути магнитного потока с низким магнитным сопротивлением сердечники катушки индуктивности обычно выполняют из материалов, имеющих высокую магнитную проницаемость. Однако такие материалы могут легко стать насыщенными, особенно с повышенной магнитодвижущей силой. При насыщении индуктивность катушки индуктивности может уменьшаться, при этом диапазон токов, для которых пригоден сердечник катушки индуктивности, уменьшается. Известной мерой для улучшения используемого диапазона является создание барьера для магнитного потока, например, в форме воздушного зазора в части сердечника, вокруг которой расположена обмотка. Для удлиненного сердечника известного уровня техники воздушный зазор, таким образом, проходит в осевом направлении сердечника. Должным образом расположенный воздушный зазор приводит к уменьшению максимальной индуктивности. Он также уменьшает чувствительность индуктивности к текущим колебаниям. Свойства катушки индуктивности могут быть настроены при использовании воздушных зазоров разных длин.

Магнитное поле будет иметь тенденцию распространения в направлении, перпендикулярном направлению пути потока, когда магнитный поток направляется через воздушный зазор. Это распространение потока обычно упоминается как "поток рассеяния". Малый или короткий воздушный зазор будет ограничивать поле меньше, чем большой или длинный воздушный зазор. Ограничение воздушным зазором будет уменьшать магнитное сопротивление и, таким образом, увеличивать индуктивность катушки индуктивности. Однако также будут существовать вихревые токи, генерируемые в окружающем обмоточном проводе, если этот магнитный поток рассеяния изменяется со временем, и поле перекрывает конфигурацию провода. Вихревые токи в проводе будут увеличивать потери в обмотке. Конфигурация воздушного зазора известного уровня техники, следовательно, может влечь за собой потери эффективности из-за потока рассеяния в воздушном зазоре, взаимодействующем с обмоткой. Для уменьшения этих потерь следует тщательно учитывать конфигурацию обмотки в районе воздушного зазора. Дополнительно, может быть необходимо применять хорошо спроектированную конфигурацию провода, например, плоскую обмотку из фольги или многожильный провод с использованием множества жил очень тонких проводов для уменьшения этих потерь.

Конструкция сердечника катушки индуктивности согласно первому аспекту изобретения допускает отклонение от указанного выше подхода известного уровня техники. Более конкретно, она позволяет располагать барьер для магнитного потока в проходящей радиально части пути магнитного потока. Такой "радиальный барьер для магнитного потока" позволяет отделять поток рассеяния, возникающий в барьере магнитного потока, от обмоток и, таким образом, снижать относящиеся к нему потери эффективности.

"Барьер для магнитного потока" может рассматриваться как барьер, расположенный в сердечнике катушки индуктивности и представляющий радиальную протяженность по длине и магнитное сопротивление, таким образом, что барьер будет определяющим фактором для полного магнитного сопротивления пути магнитного потока. Следовательно, барьер для магнитного потока может также упоминаться как барьер для магнитного сопротивления.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, барьер для магнитного потока включает в себя материал уменьшенной магнитной проницаемости, который интегрирован с пластинчатым элементом и распределен по его радиальной части. Длина радиальной части может соответствовать полной радиальной протяженности пластинчатого элемента или только его части.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, барьер для магнитного потока расположен между стержневым элементом и пластинчатым элементом, при этом барьер для магнитного потока, таким образом, отделяет стержневой элемент и пластинчатый элемент. Благодаря применению сквозного отверстия для стержневого элемента, когда стержневой элемент проходит в сквозное отверстие, "радиальный барьер для магнитного потока" может быть легко сформирован пространством или промежутком, проходящим между сердечником и пластинчатым элементом. Такой барьер для магнитного потока может упоминаться как "радиально-внутренний барьер для магнитного потока". Благодаря расположению барьера для магнитного потока в положении, где путь магнитного потока переходит от осевого к радиальному направлению, можно достигать наличия очень малого потока рассеяния вне сердечника катушки индуктивности, так как большая часть потока рассеяния между стержневым элементом и пластинчатым элементом может возникать на внутренней части сердечника катушки индуктивности.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, наружный элемент, по меньшей мере, частично окружает пластинчатый элемент. Это обеспечивает получение устойчивой конструкции, так как путь магнитного потока в поверхностях раздела и между стержневым элементом и между пластинчатым элементом, а также пластинчатым элементом и наружным элементом направлен радиально. Вызванное магнитным потоком осевое напряжение в сердечнике катушки индуктивности, таким образом, может поддерживаться на низком уровне.

Посредством расположения наружного элемента так, что он, по меньшей мере, частично окружает пластинчатый элемент, становится возможным расположение барьера для магнитного потока между пластинчатым элементом и наружным элементом, при этом барьер для магнитного потока, таким образом, отделяет наружный элемент и пластинчатый элемент друг от друга. Такой барьер для магнитного потока может упоминаться как "радиально-наружный барьер для магнитного потока". Радиально-наружный барьер для магнитного потока и радиально-внутренний барьер для магнитного потока дают одинаковые или соответствующие преимущества. Однако радиально-наружный барьер для магнитного потока дает дополнительное преимущество, состоящее в том, что он допускает дальнейшее отделение потока рассеяния, возникающего в радиально-внешнем барьере магнитного потока, от обмоток таким образом, что связанные потери эффективности могут быть снижены.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, сердечник катушки индуктивности содержит и радиально-внутренний барьер для магнитного потока, и радиально-наружный барьер для магнитного потока. Таким образом, первый барьер для магнитного потока расположен между стержневым элементом и пластинчатым элементом, и второй барьер для магнитного потока расположен между пластинчатым элементом и наружным элементом. Такое двойное расположение барьера в некоторых случаях может обеспечивать увеличенную гибкость конструкции. Кроме того, двойное расположение барьера позволяет уменьшать поток рассеяния вне сердечника катушки индуктивности по сравнению с применением одиночного барьера, так как каждый барьер может иметь меньшую радиальную толщину, сохраняя такое же комбинированное пополнение полного магнитного сопротивления пути магнитного потока, как и одиночная конфигурация барьера. Меньшая радиальная толщина допускает меньшее отделение между соответствующими элементами, что, в свою очередь, приводит к меньшей величине потока рассеяния.

Как можно понять из указанного выше, сердечник катушки индуктивности согласно первому аспекту представляет модульную конструкцию, в которой пластинчатый элемент может быть сформирован отдельно от стержневого элемента и наружного элемента. Производство пластинчатого элемента, таким образом, может быть оптимизировано отдельно от производства других элементов. Элементы могут затем быть собраны подходящим образом.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, элементы выполнены из магнитомягкого порошкового материала. Магнитомягкий порошковый материал может быть магнитомягким композитом. Магнитомягкий композит может содержать частицы магнитного порошка (например, частицы железа), снабженные электроизоляционным покрытием. Сквозное отверстие в пластинчатом элементе позволяет производить большие сердечники катушки индуктивности с применением той же величины силы сжатия или наоборот производить сердечники катушки индуктивности с размерами предшествующего уровня техники с применением меньшей силы сжатия.

Сердечник катушки индуктивности согласно первому аспекту также предлагает преимущества, относящиеся к допуску в ходе производства. Стержневой элемент, пластинчатый элемент и/или наружный элемент могут быть произведены посредством одноосного прессования магнитомягкого порошкового материала. Стержневой элемент, пластинчатый элемент и/или наружный элемент могут быть произведены посредством прессования магнитомягкого порошкового материала. Прессование может включать в себя уплотнение порошкового материала посредством прессования в направлении, соответствующем осевому направлению каждого соответствующего элемента. В радиальном направлении размер элемента ограничен стенками полости матрицы. Элемент, таким образом, может быть произведен с применением одноосного прессования с намного более жестким допуском в радиальном направлении, чем в осевом направлении. Следовательно, произведенные элементы могут представлять размеры в радиальном направлении с высокой точностью. Это предпочтительно, так как это допускает точную посадку относительно друг друга между радиально распределенными элементами. Кроме того, радиальная протяженность барьера магнитного потока (например, определенная радиусом сквозного отверстия и радиальной протяженностью стержневого элемента или радиальной протяженностью пластинчатого элемента и радиальным размером наружного элемента) может быть точно определена, что, в свою очередь, допускает получение хорошей точности относительно индуктивности полученной катушки индуктивности. Эту степень точности было бы очень трудно достичь, производя прессованный сердечник катушки индуктивности с проходящим вдоль оси воздушным зазором.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, стержневой элемент, наружный элемент и пластинчатый элемент представляют собой отдельные элементы, которые приспособлены для сборки и совместного формирования пути магнитного потока, проходящего через стержневой элемент, пластинчатый элемент и наружный элемент. Таким образом, каждый элемент может быть отдельно произведен подходящим образом. Элемент может быть выполнен из магнитомягкого порошкового материала, при этом элементы сердечника катушки индуктивности могут быть эффективно произведены с применением одноуровневого набора инструментов.

Модульная конструкция сердечника катушки индуктивности также позволяет получать гибридную конструкцию сердечника катушки индуктивности, когда каждый элемент может быть сформирован из наиболее подходящего материала.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, площадь магнитопроводящего поперечного сечения наружного элемента превышает площадь магнитопроводящего поперечного сечения стержневого элемента. Это может быть предпочтительно в некоторых вариантах применения. Это может быть особенно предпочтительно для некоторых гибридных конструкций. Например, стержневой элемент может быть выполнен из магнитомягкого композиционного материала, и наружный элемент может быть выполнен из феррита, такого как мягкий феррит.

Ферритовый материал может представлять более высокую проницаемость и меньшие потери на вихревые токи, чем магнитомягкий композит, но также и меньший уровень насыщения. Однако меньший уровень насыщения может компенсироваться благодаря площади магнитопроводящего поперечного сечения наружного элемента, которая больше, чем площадь магнитопроводящего поперечного сечения стержневого элемента. Уровень насыщения наружного элемента, таким образом, может быть увеличен, при этом полные потери в сердечнике катушки индуктивности могут быть уменьшены.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, стержневой элемент выполнен из магнитомягкого порошка, и пластинчатый элемент выполнен из множества слоистых проводящих листов, проходящих в радиальном направлении. Так как стержневой элемент проходит в сквозное отверстие пластинчатого элемента, поток может эффективно передаваться между проходящим вдоль оси стержневым элементом и проходящими радиально проводящими листами пластинчатого элемента. Если он скомбинирован с размещением наружного элемента, по меньшей мере, частично окружающего пластинчатый элемент, магнитный поток может эффективно передаваться также между проводящими листами пластинчатого элемента и наружным элементом.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, пластинчатый элемент представляет осевой размер, который уменьшается в радиальном направлении наружу. Поскольку окружность пластинчатого элемента увеличивается вдоль радиального направления наружу, осевой размер пластинчатого элемента можно постепенно уменьшать, сохраняя ту же площадь магнитопроводящего поперечного сечения, как на поверхности раздела между пластинчатым элементом и стержневым элементом. Количество материала, требуемого для пластинчатого элемента, таким образом, можно уменьшить, не оказывая негативного влияния на эффективность.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, сквозное отверстие пластинчатого элемента представляет уменьшающийся радиальный размер вдоль направления к внешней осевой стороне пластинчатого элемента. Внешняя осевая сторона представляет собой сторону пластинчатого элемента, которая обращена в противоположном направлении от пространства обмотки между стержневым элементом и наружным элементом.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, стержневой элемент проходит полностью через сквозное отверстие. Это допускает получение большой поверхности раздела между стержневым элементом и пластинчатым элементом.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, стержневой элемент проходит через сквозное отверстие и за его пределы. Это позволяет снабжать стержневой элемент охлаждающим средством, при этом тепло, выделяемое магнитным потоком и токами в обмотке, может эффективно рассеиваться из сердечника катушки индуктивности.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, пластинчатый элемент представляет собой первый пластинчатый элемент, и сердечник катушки индуктивности также содержит дополнительный или второй пластинчатый элемент. Первый пластинчатый элемент и второй пластинчатый элемент могут быть расположены на противоположных концах наружного элемента. Первый пластинчатый элемент и второй пластинчатый элемент могут быть расположены на противоположных концах стержневого элемента. Стержневой элемент, наружный элемент, первый пластинчатый элемент и второй пластинчатый элемент могут формировать отдельные элементы и могут быть приспособлены для сборки.

В качестве альтернативы, второй пластинчатый элемент может быть сформирован как единое целое со стержневым элементом и наружным элементом и расположен так, чтобы он проходил в радиальном направлении между стержневым элементом и наружным элементом. Это обеспечивает получение очень устойчивой конструкции.

Когда они собраны, элементы могут совместно формировать путь магнитного потока, проходящий через стержневой элемент, первый пластинчатый элемент, наружный элемент и второй пластинчатый элемент. Кроме того, элементы обеспечивают получение закрытой конструкции сердечника катушки индуктивности, эффективно экранирующего магнитный поток, генерируемый токами в обмотке, от окружающей среды.

Согласно второму аспекту, получен сердечник катушки индуктивности, содержащий: стержневой элемент, содержащий проходящую вдоль оси стержневую часть, и проходящий радиально пластинчатый элемент, сформированный как единое целое с указанной стержневой частью, при этом проходящий вдоль оси наружный элемент, по меньшей мере, частично окружает стержневую часть, таким образом, формируя пространство вокруг стержневой части для размещения обмотки между стержневой частью и наружным элементом, при этом наружный элемент также, по меньшей мере, частично окружает пластинчатый элемент, причем стержневой элемент и наружный элемент представляют собой отдельные элементы, которые приспособлены для сборки и совместного формирования пути магнитного потока, проходящего через стержневую часть, пластинчатый элемент и наружный элемент.

Благодаря конфигурации элементов, может быть получен путь магнитного потока с относительно низким магнитным сопротивлением. Наружный элемент, по меньшей мере, частично окружающий стержневой элемент, может ограничивать магнитный поток, генерируемый током, протекающим в обмотке, для сердечника катушки индуктивности и, таким образом, минимизировать или, по меньшей мере, уменьшать взаимные помехи с окружением, действуя как проводник потока.

Наружный элемент, по меньшей мере, частично окружает пластинчатый элемент. Это обеспечивает получение устойчивой конструкции, так как путь магнитного потока на поверхности раздела между пластинчатым элементом и наружным элементом направлен радиально. Вызванное магнитным потоком осевое напряжение в сердечнике катушки индуктивности, таким образом, может поддерживаться на низком уровне. Это в комбинации со стержневой частью и добавленным пластинчатым элементом добавляет устойчивость.

Для получения пути магнитного потока с низким магнитным сопротивлением, сердечники катушки индуктивности обычно выполняют из материалов, имеющих высокую магнитную проницаемость. Однако такие материалы могут легко насыщаться, особенно при высокой магнитодвижущей силе. При насыщении индуктивность катушки индуктивности может уменьшаться, при этом диапазон токов, с которыми применяют сердечник катушки индуктивности, уменьшается. Известной мерой для улучшения используемого диапазона является создание воздушного зазора в части сердечника, вокруг которой расположена обмотка. Для удлиненного сердечника известного уровня техники воздушный зазор, таким образом, проходит в осевом направлении сердечника. Должным образом выполненный воздушный зазор приводит к уменьшению максимальной индуктивности. Однако он также уменьшает чувствительность индуктивности к текущим колебаниям. Свойства катушки индуктивности могут быть настроены с использованием воздушных зазоров, имеющих разную длину.

Магнитное поле будет иметь тенденцию распространения в направлении, перпендикулярном направлению пути потока, когда магнитный поток будет направляться через воздушный зазор. Это распространение потока обычно упоминается как "поток рассеяния". Малый или короткий воздушный зазор будет ограничивать поле меньше, чем большой или длинный воздушный зазор. Ограничение воздушным зазором будет уменьшать магнитное сопротивление потока и, таким образом, увеличивать индуктивность катушки индуктивности. Однако также будут существовать вихревые токи, генерируемые в окружающих обмоточных проводах, если этот магнитный поток рассеяния изменяется со временем, и поле перекрывает конфигурацию провода. Вихревые токи в проводе будут увеличивать потери в обмотке. Следовательно, конфигурация воздушного зазора известного уровня техники может вызывать потери эффективности из-за потока рассеяния в воздушном зазоре, взаимодействующем с обмоткой. Для уменьшения этих потерь следует тщательно принимать во внимание расположение обмотки в районе воздушного зазора. Дополнительно, может быть необходимо применять хорошо спроектированную конфигурацию провода, например, плоскую обмотку из фольги или многожильного провода с применением множества жил очень тонких проводов для уменьшения этих потерь.

Конструкция сердечника катушки индуктивности согласно второму аспекту изобретения допускает отклонение от указанного выше подхода известного уровня техники. Более конкретно, она допускает расположение барьера для магнитного потока в проходящей радиально части пути магнитного потока. Такой "радиальный барьер для магнитного потока" позволяет отделить поток рассеяния, возникающий в барьере для магнитного потока, от обмоток и, таким образом, уменьшить соответствующие потери эффективности.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, барьер для магнитного потока включает в себя материал уменьшенной магнитной проницаемости, который интегрирован с пластинчатым элементом и распределен по его радиальной части. Длина радиальной части может соответствовать полной радиальной протяженности пластинчатого элемента или только ее части.

Согласно второму аспекту, наружный элемент, по меньшей мере, частично окружает пластинчатый элемент. Это допускает расположение барьера для магнитного потока между пластинчатым элементом и наружным элементом, при этом барьер для магнитного потока, таким образом, отделяет пластинчатый элемент и наружный элемент друг от друга. Расположение барьера для магнитного потока в положении, где путь магнитного потока переходит от осевого к радиальному направлению, позволяет достигать очень небольшого потока рассеяния вне сердечника катушки индуктивности, так как большая часть потока рассеяния между стержневым элементом и наружным элементом может возникать внутри сердечника катушки индуктивности.

Сердечник катушки индуктивности согласно второму аспекту представляет модульную конструкцию, в которой стержневой элемент и наружный элемент могут быть сформированы отдельно друг от друга. Производственный процесс для каждого элемента, таким образом, может быть оптимизирован изолированно от производственных способов для другого элемента. Элементы затем могут быть собраны подходящим образом.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, элементы выполнены из магнитомягкого порошкового материала. Магнитомягкий порошковый материал может быть магнитомягким композитом. Магнитомягкий композит может содержать частицы магнитного порошка (например, частицы железа), снабженные электроизоляционным покрытием.

Второй аспект также предлагает преимущества, относящиеся к допускам в ходе производства. Стержневой элемент, пластинчатый элемент и/или наружный элемент могут быть произведены посредством одноосного прессования магнитомягкого порошкового материала. Стержневой элемент и/или наружный элемент могут быть произведены посредством прессования магнитомягкого порошкового материала. Прессование может включать в себя уплотнение порошкового материала посредством прессования в направлении, соответствующем осевому направлению соответствующего элемента. В радиальном направлении размер элемента ограничен матрицей. Элемент, таким образом, может быть произведен с применением одноосного прессования с намного более жестким допуском в радиальном направлении, чем в осевом направлении. Произведенный таким образом элемент может представлять очень жесткие допуски в радиальном направлении. Это предпочтительно, так как это допускает достижение хорошей посадки между стержневым элементом и наружным элементом. Кроме того, радиальная протяженность барьера для магнитного потока (например, определяемая радиальным размером пластинчатого элемента и наружного элемента) может быть точно определена, что в свою очередь допускает получение хорошей точности индуктивности в завершенной катушке индуктивности. Эту степень точности было бы очень трудно достигнуть для сердечника катушки индуктивности с воздушным зазором, проходящим вдоль оси.

Модульная конструкция сердечника катушки индуктивности также допускает получение гибридной конструкции сердечника катушки индуктивности, в которой каждый элемент может быть сформирован из наиболее подходящего материала.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, площадь магнитопроводящего поперечного сечения наружного элемента вдоль пути потока превышает площадь магнитопроводящего поперечного сечения стержневой части. Это может быть предпочтительно для некоторых вариантов применения. Например, это может быть предпочтительно для некоторых гибридных конструкций. В качестве более конкретного примера, стержневой элемент может быть выполнен из магнитомягкого композиционного материала, и наружный элемент может быть выполнен из феррита.

Феррит может представлять более высокую проницаемость и меньшие потери на вихревые токи, чем магнитомягкий композит, но также и меньший уровень насыщения. Однако меньший уровень насыщения может компенсироваться посредством получения площади магнитопроводящего поперечного сечения наружного элемента, большей, чем площадь магнитопроводящего поперечного сечения стержневой части стержневого элемента. Уровень насыщения наружного элемента, таким образом, может быть увеличен, при этом полные потери сердечника катушки индуктивности могут быть уменьшены.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, пластинчатый элемент стержневого элемента представляет осевой размер, который уменьшается в радиальном направлении наружу. Поскольку окружность пластинчатого элемента увеличивается вдоль радиального направления наружу, осевой размер пластинчатого элемента может постепенно уменьшаться при сохранении такой же площади магнитопроводящего поперечного сечения, как и на переходе между стержневой частью и пластинчатым элементом. Количество материала, требуемого для сердечника катушки индуктивности, таким образом, может быть уменьшено без негативного влияния на эффективность.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, сердечник катушки индуктивности также содержит второй пластинчатый элемент. Сердечник катушки индуктивности, таким образом, содержит первый пластинчатый элемент и второй пластинчатый элемент. Первый пластинчатый элемент и второй пластинчатый элемент могут быть расположены на противоположных концах наружного элемента. Первый пластинчатый элемент и второй пластинчатый элемент могут быть расположены на противоположных концах стержневой части. Второй пластинчатый элемент может быть сформирован как проходящий радиально выступ на стержневой части. Когда они собраны, элементы могут совместно формировать путь магнитного потока, проходящий через стержневую часть, первый пластинчатый элемент, наружный элемент и второй пластинчатый элемент. Кроме того, элементы допускают получение закрытой конструкции сердечника катушки индуктивности, эффективно экранирующей магнитный поток, генерируемый токами в обмотке, от окружения.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, второй пластинчатый элемент может быть снабжен сквозным отверстием, при этом стержневая часть стержневого элемента проходит в сквозное отверстие. Наружный элемент может, по меньшей мере, частично окружать второй пластинчатый элемент. В дополнение к барьеру для магнитного потока в первом пластинчатом элементе, второй проходящий радиально барьер для магнитного потока может быть расположен во втором пластинчатом элементе. Второй барьер для магнитного потока может быть расположен между стержневым элементом и пластинчатым элементом, при этом второй барьер для магнитного потока, таким образом, отделяет стержневой элемент и пластинчатый элемент. Второй барьер для магнитного потока может быть расположен между вторым пластинчатым элементом и наружным элементом, таким образом, отделяя второй пластинчатый элемент и наружный элемент.

Краткое описание чертежей

Указанные выше, а также дополнительные цели, признаки и преимущества настоящего изобретения будут лучше понятны при ознакомлении со следующим иллюстративным и не вносящим ограничений подробным описанием предпочтительных вариантов осуществления изобретения настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых будут применяться одинаковые ссылочные позиции для подобных элементов, если не указано иначе, на которых:

Фиг. 1 - вид в перспективе с пространственным разделением деталей варианта выполнения сердечника катушки индуктивности.

Фиг. 2 - вид сердечника катушки индуктивности в собранном состоянии.

Фиг. 3a-c - виды различных конструкций сердечника катушки индуктивности.

Фиг. 4 - вид сечения, выполненного вдоль осевого направления, иллюстрирующий сердечник катушки индуктивности, снабженный охлаждающим средством.

Фиг. 5 - вид сечения, выполненного вдоль осевого направления, иллюстрирующий катушку индуктивности в соответствии с альтернативным вариантом выполнения.

Фиг. 6 - вид сечения, выполненного вдоль осевого направления, иллюстрирующий пластинчатый элемент согласно возможной конструкции.

Фиг. 7a и 7b - виды в сечении, выполненные вдоль осевого направления, иллюстрирующие барьер для магнитного потока согласно двум другим вариантам осуществления изобретения.

Фиг. 8 - вид барьера для магнитного потока согласно другому варианту осуществления изобретения.

Фиг. 9 - вид сечения, выполненного вдоль осевого направления, иллюстрирующий сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения.

Фиг. 10 - вид сечения, выполненного вдоль осевого направления, иллюстрирующий сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения.

Фиг. 11 - вид сечения, выполненного вдоль осевого направления, иллюстрирующий сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения.

Фиг. 12 - вид сечения, выполненного вдоль осевого направления, иллюстрирующий сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения.

Фиг. 13 - вид сечения, выполненного вдоль осевого направления, иллюстрирующий сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

На фиг. 1 показан вид в перспективе с пространственным разделением деталей варианта выполнения сердечника 10 катушки индуктивности, содержащего множество отдельных элементов, приспособленных для сборки. Сердечник 10 катушки индуктивности содержит проходящий вдоль оси стержневой элемент 12 и проходящий вдоль оси наружный элемент 14. Стержневой элемент 12 имеет круглое поперечное сечение. Наружный элемент 14 имеет кольцевое поперечное сечение. Когда сердечник 10 катушки индуктивности собран, наружный элемент 14 окружает стержневой элемент 12 в направлении внешней окружности, таким образом, формируя проходящее в радиальном и продольном направлениях пространство между стержневым элементом 12 и наружным элементом 14, при этом пространство содержит обмотку 15 (обозначенную схематично).

Сердечник 10 катушки индуктивности также содержит первый пластинчатый элемент 16 в форме кольца или диска и второй пластинчатый элемент 18 в форме кольца или диска. Каждый из первого и второго пластинчатых элементов 16, 18 снабжен сквозным отверстием 17, 19. Каждое из сквозных отверстий проходит вдоль оси через их соответствующие пластинчатые элементы 16, 18. Сквозные отверстия 17, 19 расположены для приема соответствующей концевой части стержневого элемента 12. Когда сердечник 10 катушки индуктивности собран, стержневой элемент 12 проходит в сквозные отверстия 17, 19, первого и второго пластинчатых элементов 16, 18, расположенных на противоположных концах стержневого элемента 12.

Первый и второй пластинчатые элементы 16, 18 проходят в радиальном направлении. Таким образом, первый и второй пластинчатые элементы 16, 18 каждый представляет протяжение в плоскости, которая перпендикулярна осевому направлению.

Сердечник 10 катушки индуктивности также может содержать ввод обмотки (не показан для ясности). Ввод обмотки может быть расположен, например, в наружном элементе 14 в пластинчатом элементе 16 или в пластинчатом элементе 18.

Когда сердечник 10 катушки индуктивности собран, наружный элемент 14 окружает также пластинчатые элементы 16, 18 в направлении вдоль окружности. Следовательно, поверхность раздела между наружным элементом 14 и каждым из первого и второго пластинчатых элементов 16, 18 проходит вдоль окружности и вдоль оси. Кроме того, поверхность раздела между стержневым элементом 12 и каждым из первого и второго пластинчатых элементов 16, 18 проходит вдоль окружности и вдоль оси. Радиус сквозных отверстий 17, 19 может быть постоянным вдоль осевого направления.

В качестве альтернативы, одно или оба сквозные отверстия 17, 19 могут иметь коническую форму. Радиус сквозных отверстий 17 и/или 19, таким образом, может уменьшаться вдоль осевого направления к концевым частям стержневого элемента 12. Соответствующие концевые части стержневого элемента 12 могут представлять соответствующую форму.

На фиг. 2 показан схематический вид в перспективе в сечении сердечника 10 катушки индуктивности в собранном состоянии. Стержневой элемент 12, наружный элемент 14 и пластинчатые элементы 16, 18 совместно формируют путь Р магнитного потока. Путь P потока формирует замкнутый контур, проходящий через стержневой элемент 12, пластинчатый элемент 16, наружный элемент 14, пластинчатый элемент 18 и назад в стержневой элемент 12. Осевое направление совпадает с направлением пути Р потока или соответствует ему в стержневом элементе 12, то есть, в обмотке. Часть пути потока проходит радиально через пластинчатые элементы 16, 18. Как будет описано более подробно ниже, это позволяет создавать проходящий в радиальном направлении барьер для магнитного потока.

Как показано на фиг. 2, стержневой элемент 12 проходит полностью через осевую протяженность сквозных отверстий 16, 18. Однако в соответствии с альтернативной конфигурацией стержневой элемент 12 может проходить только частично через сквозные отверстия 16, 18.

Модульная конфигурация сердечника 10 катушки индуктивности позволяет формировать сердечник 10 катушки индуктивности из множества разных материалов и комбинаций материалов.

В соответствии с первый конструкцией, стержневой элемент 12, наружный элемент 14 и пластинчатые элементы 16, 18 могут быть выполнены из спрессованного порошкового магнитного материала. Материал может быть магнитомягким порошком. Материал может быть ферритовым порошком. Материал может быть магнитомягким композиционным материалом. Композит может содержать частицы железа, снабженные электроизоляционным покрытием. Предпочтительно, удельное сопротивление материала может быть таково, что вихревые токи по существу подавляются. В качестве более конкретного примера, материал может быть магнитомягким композитом из семейства продуктов Somaloy (например, Somaloy® 110i, Somaloy® 130i или Somaly® С 700HR) от AB, S-26383 , Швеция.

Магнитомягкий порошок может быть загружен в матрицу и спрессован. Материал затем может быть термически обработан, например, посредством спекания (для порошковых материалов, таких как ферритовый порошок) или с относительно низкой температурой, чтобы не разрушать изоляционный слой между частицами порошка (для магнитомягких композитов). В ходе процесса прессования прилагают давление в направлении, соответствующем осевому направлению соответствующего элемента. В радиальном направлении размер элемента ограничен стенками полости матрицы. Таким образом, элемент может быть произведен с применением одноосного прессования с более жестким допуском в радиальном направлении, чем в осевом направлении.

Как можно видеть на фиг. 2, длина проходящей вдоль оси части пути Р потока в стержневом элементе 12 и также в наружном элементе 14 определена положениями пластинчатых элементов 16, 18 относительно стержневого элемента и наружного элемента 14. Таким образом, осевое разделение между первым пластинчатым элементом 16 и вторым пластинчатым элементом 18 определяет осевую длину пути Р потока. Любые неточности осевой длины стержневого элемента 12 и/или наружного элемента 14 в связи с указанным выше способом прессования, могут компенсироваться точным расположением пластинчатых элементов 16, 18 относительно стержневого элемента 12 и наружного элемента 14. Как будет понятно специалистам в данной области техники, намного более выполнимо точное расположение пластинчатых элементов 16, 18, чем уменьшение приемлемого диапазона производственного допуска для стержневого элемента 12 и наружного элемента 14 в осевом направлении.

Кроме того, как указано выше, интервал допуска в радиальном направлении может быть задан относительно жестким. Таким образом, также длина проходящих радиально частей пути Р потока (то есть, через пластинчатые элементы 16, 18) может быть выполнена точно. Так как индуктивность завершенной катушки индуктивности будет зависеть от полной длины пути Р потока, конструкция в соответствии сердечником 10 катушки индуктивности позволяет производить катушки индуктивности, представляющие точную индуктивность.

Жесткий допуск в радиальном направлении представляет дополнительные преимущества в том, что он допускает достижение точной посадки относительно друг друга радиально распределенных элементов 12, 14, 16, 18. Например, может быть достигнут жесткий допуск радиального размера сквозных отверстий 17, 19 и стержневого элемента 12. Это, в свою очередь, позволяет вводить барьер для магнитного потока, имеющий точно определенную радиальную протяженность в сердечнике 10 катушки индуктивности, в пластинчатых элементах 16, 18. Различные конфигурации барьера магнитного потока будут описаны ниже.

Согласно второй конструкции, стержневой элемент 12 и наружный элемент 14 могут быть выполнены из магнитомягкого порошкового материала любого из типов, указанных в связи с первой конструкцией. Пластинчатые элементы 16, 18 могут быть выполнены из множества проводящих и слоистых листов, проходящих в радиальном направлении, например, из слоистой листовой стали, при этом листы расположены перпендикулярно осевому направлению. Ламинирование может осуществляться посредством расположения слоя электрического сопротивления между двумя смежными листами. Преимущества, относящиеся к допуску, обсужденные в связи с первой конструкцией, применимы также к этой конструкции.

Согласно третьей конструкции, стержневой элемент 12 может быть выполнен из магнитомягкого композита. Пластинчатые элементы 16, 18 могут быть выполнены из магнитомягкого порошкового материала любого из типов, обсужденных в связи с первой и второй конструкцией. Наружный элемент 14 может быть выполнен из феррита. Предпочтительно, феррит может быть мягким ферритовым порошком. В ходе производства наружный элемент 14 может быть сформирован посредством прессования и спекания феррита, при этом, наружный элемент 14, таким образом, формирует спеченную прессованную ферритовую деталь. Наружный элемент 14 может представлять магнитопроводящее поперечное сечение, которое больше магнитопроводящего поперечного сечения стержневого элемента 12. Ферритовый материал может представлять более высокую проницаемость и меньшие потери на вихревые токи, чем магнитомягкий композит, но также и меньший уровень насыщения. Однако в этом случае меньший уровень насыщения компенсируется увеличенной площадью магнитопроводящего поперечного сечения наружного элемента 14. Уровень насыщения наружного элемента 14, таким образом, может быть увеличен, при этом полные потери в сердечнике катушки индуктивности можно будет уменьшить. Преимущества, относящиеся к допуску, описанные в связи с первой и второй конструкцией, применимы также к этой конструкции.

Возможны другие варианты этих трех конструкций, например, стержневой элемент 12 из магнитомягкого порошкового материала, пластинчатые элементы 16, 18 из слоистых листов и наружный элемент из феррита.

Как показано на фиг. 3a-c, сердечник 10 катушки индуктивности может содержать радиальный барьер для магнитного потока.

Как показано на фиг. 3a, радиальный размер сквозного отверстия 17 и 19 может быть больше радиального размера частей стержневого элемента 12, принимаемых сквозными отверстиями 17, 19. Радиально-внутренний барьер 20 для магнитного потока, таким образом, может быть расположен в промежутке между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 16. Соответственно, радиально-внутренний барьер 22 для магнитного потока может быть расположен в промежутке между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 18. Барьеры 20, 22 формируют кольцеобразные промежутки. Промежутки проходят вдоль оси и радиально между внутренней проходящей вдоль оси и вдоль окружности граничной поверхностью сквозного отверстия 17, 19 каждого соответствующего пластинчатого элемента 16, 18 и проходящей вдоль оси и вдоль окружности граничной поверхностью стержневого элемента 12.

Посредством указанных выше жестких радиальных интервалов допуска, доступных для прессованных компонентов, может быть очень точно определена радиальная протяженность промежутков и, таким образом, магнитное сопротивление каждого барьера для магнитного потока.

Промежутки могут быть заполнены воздухом, при этом барьер 20 для магнитного потока и барьер 22 для магнитного потока каждый включает в себя воздушный зазор. В качестве альтернативы, промежутки могут быть заполнены материалом, представляющим значительно уменьшенную магнитную проницаемость по сравнению с элементами, формирующими путь магнитного потока. Термин "достаточно уменьшенный" может рассматриваться таким образом, что радиальная протяженность материала, имеющего значительно уменьшенную магнитную проницаемость, будет определяющим фактором для полного магнитного сопротивления пути магнитного потока. Для примера, материал может быть пластмассовым материалом, резиновым материалом или керамическим материалом. Следовательно, каждый барьер 20, 22 для магнитного потока может включать в себя кольцеобразный элемент, выполненный из материала, представляющего достаточно уменьшенную магнитную проницаемость и расположенного между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 16 и пластинчатым элементом 18, соответственно. Стержневой элемент 12, таким образом, может проходить через кольцеобразные элементы. Кольцеобразные элементы могут быть прикреплены к стержневому элементу и пластинчатому элементу 16 и 18, соответственно, например, посредством склеивания и т.п.

В качестве альтернативы, барьер для магнитного потока может не снабжаться обоими пластинчатыми элементами 16, 18, но сердечник 10 катушки индуктивности может содержать только барьер 20 для магнитного потока.

Как показано на фиг. 3b, внутренний радиальный размер наружного элемента 14 может быть больше радиального размера пластинчатых элементов 16, 18. Радиально-наружный барьер 24 для магнитного потока, таким образом, может быть расположен в промежутке между пластинчатым элементом 16 и наружным элементом 14. Соответственно, радиально-наружный барьер 26 для магнитного потока может быть расположен в промежутке между пластинчатым элементом 18 и наружным элементом 14. Промежуток может быть заполнен воздухом или некоторым другим материалом, представляющим значительно уменьшенную магнитную проницаемость.

Как показано на фиг. 3c, радиальный размер сквозного отверстия 17 и 19 может быть больше радиального размера частей стержневого элемента 12, принимаемых сквозными отверстиями 17, 19. Дополнительно, внутренний радиальный размер наружного элемента 14 может быть больше радиального размера пластинчатых элементов 16, 18. Таким образом, барьер 28a для магнитного потока может быть расположен в промежутке между пластинчатым элементом 16 и наружным элементом 14, и барьер для магнитного потока 28b может быть расположен в промежутке между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 16. Соответственно, барьер 30a для магнитного потока может быть расположен в промежутке между пластинчатым элементом 18 и наружным элементом 14, и барьер 30b для магнитного потока может быть расположен в промежутке между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 18.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, барьер для магнитного потока может быть интегрирован с пластинчатыми элементами 16, 18. Например, проходящая радиально и вдоль окружности часть каждого пластинчатого элемента 16, 18 может включать в себя материал уменьшенной магнитной проницаемости, таким образом, формируя кольцеобразные барьеры для магнитного потока. Длина радиальной части может соответствовать полной радиальной протяженности пластинчатых элементов 16, 18 или только их части. Например, кольцеобразная часть каждого пластинчатого элемента 16, 18 может быть снабжена множеством отверстий или малых объемов, заполненных воздухом или другим материалом, представляющим уменьшенную магнитную проницаемость.

Следует отметить, что сердечник 10 катушки индуктивности может быть снабжен комбинацией указанных выше барьеров для магнитного потока. Например, сердечник 10 катушки индуктивности может содержать радиально-внутренний барьер 20 для магнитного потока на одном осевом конце и радиально-наружный барьер 26 магнитного потока на противоположном осевом конце. Согласно другому примеру, сердечник 10 катушки индуктивности может содержать радиально-внутренний барьер 20 для магнитного потока на одном осевом конце и пластинчатый элемент 18 с интегрированным барьером для магнитного потока на другом конце.

Согласно альтернативному варианту конструкции, стержневой элемент и пластинчатый элемент могут быть расположены в контакте друг с другом. Пластинчатый элемент может быть расположен таким образом, что площадь поверхности контакта со стержневым элементом меньше площади поперечного магнитопроводящего сечения стержневого элемента. Таким образом, увеличенное магнитное сопротивление может быть получено на переходе между стержневым элементом и пластинчатым элементом. Таким образом, барьер для магнитного потока может быть сформирован на переходе между стержневым элементом и пластинчатым элементом. На фиг. 7a, 7b и 8 показаны различные варианты осуществления изобретения, включающие в себя такой барьер для магнитного потока.

Согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 7а, пластинчатый элемент 34 и стержневой элемент 12 расположены в контакте друг с другом. Радиальный размер сквозного отверстия соответствует радиальному размеру части стержневого элемента 12, принимаемого сквозным отверстием. Пластинчатый элемент 34 включает в себя кольцеобразный паз 36. Радиальное и круговое сечение пластинчатого элемента 34, таким образом, демонстрирует уменьшенную осевую толщину по сравнению с другими частями пластинчатого элемента 34.

В сквозном отверстии находится сечение уменьшенной осевой толщины. Сечение уменьшенной осевой толщины расположено в переходе между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 34. Паз 36 уменьшает площадь поверхности контакта между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 34. Таким образом, магнитное сопротивление на поверхности раздела или переходе между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 34 может быть увеличено таким образом, что формируется барьер для магнитного потока. Паз 36 может быть конфигурирован таким образом, чтобы сделать площадь поверхности контакта между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 34 меньше площади поперечного магнитопроводящего сечения стержневого элемента 12. Таким образом, барьер для магнитного потока может быть сформирован в переходе между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 34. Паз 36 может представлять такую осевую глубину и радиальную протяженность, что может быть получен барьер для магнитного потока, обеспечивающий желательное пополнение полного магнитного сопротивления пути магнитного потока. Осевая глубина паза 36 может быть такова, что магнитное насыщение происходит в зоне стержневого элемента 12 на поверхности раздела. Осевая глубина паза 36 может быть такова, что магнитное насыщение происходит в зоне пластинчатого элемента 34 на поверхности раздела. Сердечник катушки индуктивности, таким образом, может применяться в конфигурации сердечника дросселя переменной индуктивности.

Согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 7b, пластинчатый элемент 38 может включать в себя паз 40, представляющий постепенно увеличивающуюся осевою глубину вдоль направления к стержневому элементу 12.

Согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 8, пластинчатый элемент 42 включает в себя три паза 44, 46, 48, расположенных на поверхности раздела между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 42. Следует отметить, что пластинчатый элемент может включать в себя любое количество пазов, например, один, два или больше трех. Пазы равномерно распределены вдоль круговой поверхности раздела между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 42. Каждый паз уменьшает протяженность вдоль окружности поверхности контакта между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 42. Пластинчатый элемент 42 сцепляется со стержневым элементом 12 вдоль трех дугообразных сегментов. Пазы 44, 46, 48 могут представлять протяженность вдоль окружности таким образом, что может быть получен барьер для магнитного потока, обеспечивающий желательное пополнение полного магнитного сопротивления пути магнитного потока. Протяженность вдоль окружности каждого паза 44, 46, 48 может быть таковой, что магнитное насыщение происходит в области стержневой части 12 на поверхности раздела. Протяженность вдоль окружности каждого паза 44, 46, 48 может быть таковой, что магнитное насыщение происходит в области пластинчатого элемента 42 на поверхности раздела.

Благодаря выполнению сквозных отверстий (например, сквозных отверстий 17, 19) в пластинчатых элементах (например, 16, 18), становится возможным иметь стержневой элемент 12, проходящий через сквозные отверстия и за их пределы на одной или обеих осевых сторонах сердечника катушки индуктивности. Части стержневого элемента 12, выступающие из сквозных отверстий, могут быть соединены с охлаждающим средством, и при этом может достигаться эффективное охлаждение.

На фиг. 4 показано одно такое охлаждающее устройство, в котором выступающие концевые части 12a и 12b стержневого элемента 12 взаимодействуют с охлаждающими средствами 31 и 32, соответственно. Охлаждающие средства 31 и 32, например, могут представлять собой теплопроводный блок, в который может рассеиваться тепло Н стержневым элементом 12. Предпочтительно, охлаждающие средства 31, 32 сформированы в материале, имеющем меньшую магнитную проницаемость, чем материал, формирующий стержневой элемент 12, пластинчатые элементы 16, 18 и наружный элемент 14, такой, что взаимная помеха с путем магнитного Р потока минимизирована. Для примера охлаждающие средства 31, 32 могут каждый быть блоком алюминия.

В качестве альтернативы, может применяться односторонняя охлаждающаяся конфигурация в противоположность указанной выше двусторонней охлаждающейся конфигурации. В такой односторонней охлаждающейся конфигурации стержневой элемент 12 может проходить через и наружу только одного из пластинчатых элементов, например, пластинчатого элемента 16, при этом выступающая концевая часть 12a может взаимодействовать с охлаждающим средством.

Согласно возможной конструкции, только первый пластинчатый элемент 16 из двух пластинчатых элементов включает в себя сквозное отверстие 17, при этом второй пластинчатый элемент может быть конфигурирован как крышка для сердечника 10 катушки индуктивности, таким образом, смежная вдоль оси с противостоящей торцевой поверхностью стержневого элемента 12.

На фиг. 6 показан пластинчатый элемент 16’ в альтернативном варианте осуществления изобретения. Пластинчатый элемент 16’ представляет осевой размер, который уменьшается вдоль радиального направления наружу. Площадь магнитопроводящего поперечного сечения пластинчатого элемента 16' является функцией радиального положения вдоль радиуса пластинчатого элемента 16’. Для дискообразного пластинчатого элемента 16’ площадь составляет:

А(r)=T(r)*2TTr,

где T(r) является осевым размером пластинчатого элемента 16’ в радиальном положении r для r, которое больше радиального размера сквозного отверстия. Пластинчатый элемент 16’, таким образом, может представлять уменьшенный осевой размер, при сохранении (r) постоянным. Вес пластинчатого элемента 16’, таким образом, можно будет уменьшить, не оказывая негативного влияния на площадь магнитопроводящего поперечного сечения. Предпочтительно, А(r) соответствует площади магнитопроводящего поперечного сечения стержневого элемента 12 и/или наружного элемента 14.

На фиг. 5 показан сердечник 10' катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения. Однако сердечник 10' катушки индуктивности, подобно описанному выше сердечнику 10' катушки индуктивности, отличается тем, что он содержит второй дискообразный пластинчатый элемент 18', сформированный как единое целое со стержневым элементом 12. Согласно этому альтернативному варианту осуществления изобретения, стержневой элемент 12, таким образом, содержит проходящую вдоль оси стержневую часть 12', включающую в себя на одном конце второй пластинчатый элемент 18', сформированный как выступ, проходящий радиально и вдоль окружности. Противоположный конец стержневой части 12' проходит в сквозное отверстие 17 пластинчатого элемента 16. Наружный элемент 14 окружает пластинчатый элемент 16, стержневую часть 12' и пластинчатый элемент 18' в направлении внешней окружности. Поверхность раздела между пластинчатым элементом 18' и наружным элементом 14 проходит вдоль окружности и вдоль оси. Эта поверхность раздела позволяет образовать радиально проходящий барьер для магнитного потока между наружным элементом 14 и пластинчатым элементом 18', таким же образом, как показано на фиг. 3b. В качестве альтернативы или дополнительно, барьер для магнитного потока может быть интегрирован с пластинчатым элементом 18', как описано относительно сердечника 10 катушки индуктивности.

В случае необходимости, стержневая часть 12' может проходить через сквозное отверстие 17 пластинчатого элемента 16 и за его пределы, при этом часть стержневой части 12', выступающая из сквозного отверстия 17', может взаимодействовать с охлаждающим средством, как описано выше относительно фиг. 4. Благодаря применению стержневого элемента 12, пластинчатого элемента 16 и наружного элемента 14, как отдельных компонентов, получен модульный сердечник 10' катушки индуктивности. Модульная конфигурация позволяет формировать сердечник 10’ катушки индуктивности из множества разных материалов и комбинаций материалов аналогично сердечнику 10 катушки индуктивности.

Подобно сердечнику 10 катушки индуктивности, осевое разделение между пластинчатым элементом 16 и пластинчатым элементом 18' сердечника 10' катушки индуктивности определяет осевую длину пути Р потока. Кроме того, допуск в радиальном направлении может быть выполнен относительно жестким для пластинчатого элемента 16 и 18' также при изготовлении посредством прессования. Подобно сердечнику 10 катушки индуктивности, сердечник 10' катушки индуктивности, следовательно, также позволяет производить катушки индуктивности, представляющие точную индуктивность.

Хотя выше сердечник 10' катушки индуктивности был описан как альтернатива сердечнику 10 катушки индуктивности, сердечник 10' катушки индуктивности, содержащий стержневой элемент 12, включающий в себя стержневую часть 12' и пластинчатый элемент 18', может быть расценен как независимая концепция изобретения.

Выше концепция изобретения была главным образом описана со ссылками на несколько вариантов осуществления изобретения. Однако, как будет понятно специалисту в данной области техники, возможны другие варианты осуществления изобретения кроме описанных выше, одинаково находящиеся в рамках объема изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.

Например, согласно указанным выше сердечникам 10, 10' катушки индуктивности были описаны представляющие цилиндрическую конфигурацию. Однако идея изобретения не ограничена этой конфигурацией. Например, стержневой элемент 12, наружный элемент 14 и пластинчатые элементы 16, 18, 18' могут представлять овальное, треугольное, квадратное или многоугольное поперечное сечение.

Выше были описаны сердечники катушки индуктивности, включающие в себя элементы (например, элементы 12, 14, 16, 18), сформированные как единое целое. В соответствии с альтернативным вариантом выполнения, по меньшей мере, один из стержневого элемента, наружного элемента, первого пластинчатого элемента и второго пластинчатого элемента могут быть сформированы, по меньшей мере, из двух частей, которые приспособлены для сборки и совместного формирования элемента. Это позволяет создавать более крупные элементы и, следовательно, также создавать более крупные катушки индуктивности. Это может быть особенно предпочтительно для катушки индуктивности, включающей в себя, по меньшей мере, один элемент, который выполнен из магнитомягкого порошкового материала, в котором, в противном случае, размеры элемента были бы ограничены максимальной силой сжатия, которую способен прилагать прессовый инструмент.

Например, элемент (например, стержневой элемент, наружный элемент, первый пластинчатый элемент или второй пластинчатый элемент) может включать в себя первую и вторую часть. Первая часть может соответствовать первому угловому сечению элемента, и вторая часть может соответствовать второму угловому сечению элемента. В качестве альтернативы, первая часть может соответствовать первому осевому сечению элемента, и вторая часть может соответствовать второму осевому сечению элемента. В любом случае, первая и вторая часть могут быть приспособлены для сборки и совместного формирования элемента. Первая часть может включать в себя выступающую часть, и вторая часть может включать в себя соответствующую принимающую часть, при этом части приспособлены для взаимного сцепления. В качестве альтернативы, части могут быть собраны посредством склеивания частей. Следует отметить, что элемент может включать в себя больше, чем две части, например, три части, четыре части и т.д.

На фиг. 9 показан сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения, содержащий стержневой элемент 12, включающий в себя стержневую часть 12', наружный элемент 14, первый пластинчатый элемент 16’ и второй пластинчатый элемент 18'. Обмотка 15, расположенная вокруг стержневой части 12', обозначена схематично. Первый пластинчатый элемент 16' сформирован как единое целое со стержневой частью 12'. Второй пластинчатый элемент 18' сформирован как единое целое со стержневой частью 12'. Первый пластинчатый элемент 16' расположен на одном осевом конце стержневой части 12'. Второй пластинчатый элемент 18' расположен на противоположном осевом конце стержневой части 12'. Первый пластинчатый элемент 16' и второй пластинчатый элемент 18', таким образом, сформированы как проходящие радиально и вдоль окружности выступы на стержневой части 12'. Наружный элемент 14 окружает стержневую часть 12', первый пластинчатый элемент 16' и второй пластинчатый элемент 18' в направлении внешней окружности. Поверхность раздела между пластинчатым элементом 16' и наружным элементом 14 проходит вдоль окружности и вдоль оси. Поверхность раздела между пластинчатым элементом 18' и наружным элементом 14 проходит вдоль окружности и вдоль оси. Эти поверхности раздела позволяют образовать барьер для магнитного потока между наружным элементом 14 и одним или обоими пластинчатыми элементами 16' и 18'.

На фиг. 10 показан сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения, который подобен варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 5, однако отличается тем, что второй пластинчатый элемент 18' представляет радиальную протяженность, превышающую внутренний радиальный размер наружного элемента 14. Осевая оконечная поверхность наружного элемента 14 обращена к второму пластинчатому элементу 18'.

На фиг. 11 показан сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения, в котором также присутствует пластинчатый элемент 16 с радиальной протяженностью, превышающей внутренний радиальный размер наружного элемента 14. Одна осевая оконечная поверхность наружного элемента 14, таким образом, обращена к первому пластинчатому элементу 16, и другая осевая оконечная поверхность наружного элемента 14 обращена ко второму пластинчатому элементу 18’.

На фиг. 12 показан сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения, который подобен варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 1, однако отличается тем, что первый пластинчатый элемент 16 представляет радиальную протяженность, превышающую внутренний радиальный размер наружного элемента 14. Осевая оконечная поверхность наружного элемента 14 обращена к первому пластинчатому элементу 16. Также второй пластинчатый элемент 18 может представлять радиальную протяженность, превышающую внутренний радиальный размер наружного элемента 14. Другая осевая оконечная поверхность наружного элемента 14 тогда может быть обращенной ко второму пластинчатому элементу 18. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 12, барьер для магнитного потока может быть расположен между стержневым элементом 12 и одним или обеими из пластинчатых элементов 16 и 18, как описано выше.

На фиг. 13 показан сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения, содержащий стержневой элемент 12, наружный элемент 14, первый пластинчатый элемент 16 и второй пластинчатый элемент 18. Второй пластинчатый элемент 18 сформирован как единое целое со стержневым элементом 12 и наружным элементом 14. Второй пластинчатый элемент 18 проходит в радиальном направлении между стержневым элементом 12 и наружным элементом 14.









сердечник катушки - это... Что такое сердечник катушки?

сердечник катушки
reel core

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

  • сердечник каната
  • сердечник клапана

Смотреть что такое "сердечник катушки" в других словарях:

  • сердечник катушки — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN coil core …   Справочник технического переводчика

  • сердечник катушки — ritės šerdis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. bobbin core vok. Spulenkern, m rus. сердечник катушки, m pranc. noyau de bobine, m …   Fizikos terminų žodynas

  • магнитный сердечник катушки индуктивности — сердечник катушки Ндп. магнитопровод Деталь или сборочная единица из магнитного материала, предназначенная для сосредоточения в ней магнитного потока. [ГОСТ 20718 75] Недопустимые, нерекомендуемые магнитопровод Тематики катушки индуктивности… …   Справочник технического переводчика

  • подстроечный сердечник катушки индуктивности — подстроечник Ндп. сердечник Деталь, обеспечивающая возможность изменения индуктивности катушки без изменения числа витков обмотки. [ГОСТ 20718 75] Недопустимые, нерекомендуемые сердечник Тематики катушки индуктивности аппаратуры связи Синонимы… …   Справочник технического переводчика

  • Магнитный сердечник катушки индуктивности — 5. Магнитный сердечник катушки индуктивности Сердечник катушки Ндп. Магнитопровод Е. Magnetic core of inductance coil F. Noyau magnétique de bobine ďinductance Источник: ГОСТ 20718 75: Катушки индуктивности аппаратуры связи. Термины и определения …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Подстроечный сердечник катушки индуктивности — 6. Подстроечный сердечник катушки индуктивности Подстроечник Ндп. Сердечник Е. Abjuster adjusting core of inductance coil F. Noyau plongeur Источник: ГОСТ 20718 75: Катушки индуктивности аппаратуры связи. Термины и определения …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • СЕРДЕЧНИК — СЕРДЕЧНИК, сердечника, муж. 1. Многолетняя трава из сем. крестоцветных (бот.). 2. Стержень, ствол, вкладываемый или входящий в какое нибудь отверстие (тех.). Сердечник троса. || Внутренняя часть электромагнита, индуктора, на которую надеваются… …   Толковый словарь Ушакова

  • сердечник — 2.1.2 сердечник (mandrel): Зафиксированный в корпусе «слепой» заклепки элемент, обычно с обозначенной зоной разрыва. Примечания 1. Стержень сердечника может быть ровным или с насечками. 2. Вытягивание или запрессовка сердечника фиксирует заклепку …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • сердечник статора — 3.1 сердечник статора: Части стационарных элементов АМП, изготовленные из ферромагнитного или другого материала, обладающего магнитной проницаемостью Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Сердечник — Сердечник: В Викисловаре есть статья «сердечник» Сердечник (растение) (лат.  …   Википедия

  • сердечник статора осевого подшипника — 3.3 сердечник статора осевого подшипника: Стационарная часть осевого магнитного подшипника, на которую навиты катушки управления Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Книги

  • Внутренняя структура возникновения тока в электрогенераторе. Внутренняя структура возникновения силы, Гуревич Гарольд Станиславович, Каневский Самуил Наумович. В книге исследована внутренняя структура взаимодействия электронов проводника, движущегося в магнитном ноле магнита, с электронами магнитного поля магнита. Исследовано образование… Подробнее  Купить за 1050 грн (только Украина)
  • Индукция, взаимоиндукция, самоиндукция-это просто. Теория абсолютности, Гуревич Гарольд Станиславович, Каневский Самуил Наумович. Процесс взаимодействия электронов изменяющегося электромагнитного поля с электронами проводников, находящихся в этом электромагнитом поле, называют электромагнитной индукцией. В результате… Подробнее  Купить за 820 руб
  • Внутренняя структура возникновения тока в электрогенераторе. Внутренняя структура возникновения силы, Гуревич Гарольд Станиславович, Каневский Самуил Наумович. В книге исследована внутренняя структура взаимодействия электронов проводника, движущегося в магнитном ноле магнита, с электронами магнитного поля магнита. Исследовано образование… Подробнее  Купить за 820 руб
Другие книги по запросу «сердечник катушки» >>

Индуктивность. Виды катушек и контур. Работа и особенности

Индуктивность характеризует магнитные свойства цепи тока. Она прямо пропорциональна магнитному потоку и обратно пропорциональна силе тока в контуре.

Индуктивность

Электрический ток во время протекания по контуру образует магнитное поле. Индуктивностью называют способность получать энергию от источника тока и создавать из нее магнитное поле.

При повышении тока на обмотке магнитное поле повышается, а при снижении уменьшается. Катушкой называется винтовая катушка в виде спирали из изолированного провода, с индуктивностью, при малой емкости и сопротивлении которая  имеет единицу измерения Гн (Генри) и определяется по формуле:

L = Φ / I, где L – индуктивность катушки, I – сила тока, Φ – магнитный поток.

Катушка обладает некоторой особенностью. При подаче на нее постоянного напряжения, в ней образуется напряжение, противоположное по знаку, и длящееся очень короткий промежуток времени. Это явление назвали ЭДС самоиндукции. ЭДС – это электродвижущая сила.

При размыкании цепи напряжение и ЭДС суммируются поэтому, сначала ток будет иметь двойную величину, а затем упадет до нуля. Время падения тока зависит от величины индуктивности катушки.

Виды катушек
Катушки можно разделить на типы:
  • С магнитным сердечником. Его материалом может быть сталь, ферритовый сердечник. Они предназначены для увеличения величины индуктивности.
  • Без сердечника. Катушки наматываются в виде спирали, на бумажной трубке. Применяются для создания незначительной индуктивности (до 5 мГн).

Чаще всего применяют сердечники из пластин, выполненных из электротехнической стали, для снижения вихревых токов, а также сердечники в виде ферритовых колец различных размеров (тороидальные), обеспечивающие создание значительной индуктивности, в отличие от обычных цилиндрических сердечников.

Катушки со значительной величиной индуктивности выполняют в виде трансформатора с металлическим сердечником. От обычного трансформатора они отличаются числом обмоток. В такой катушке есть одна первичная обмотка, а вторичной нет.

Особенности
  • При соединении нескольких катушек по параллельной схеме, необходимо следить, чтобы они были расположены на плате друг от друга как можно дальше, во избежание взаимного влияния катушек друг на друга магнитными полями.
  • Расстояние между витками на тороидальном сердечнике не влияет на свойства индуктивной катушки.
  • Для создания наибольшей индуктивности витки на катушке необходимо наматывать вплотную между собой.
  • При использовании в качестве сердечника ферритового цилиндра с наибольшей индуктивностью будет центр.
  • Чем меньше число витков на катушках, тем ниже у них индуктивности.
  • При последовательной схеме соединения катушек, общая индуктивность цепи складывается из индуктивностей каждой катушки.
Емкость катушки

Витки обмотки катушки отделены друг от друга диэлектрическим слоем, поэтому они образуют своеобразный конденсатор, который характеризуется своей емкостью. В катушках, имеющих несколько слоев обмотки, емкость образуется между слоями. В результате, катушка имеет свойство не только индуктивности, но и емкости.

Чаще всего емкость катушки оказывает отрицательное воздействие на элементы электрической схемы. Поэтому от емкости катушки избавляются разными способами. Например, каркас катушки изготавливают особой формы, витки наматывают по специальной технологии. При намотке катушки виток к витку, ее емкость также повышается.

Колебательный контур

Если подключить конденсатор и катушку по схеме, изображенной на рисунке, то получается контур колебаний, который широко применяется в радиотехнических устройствах.

Если навести ЭДС в катушке или зарядить конденсатор, то в контуре будут происходить некоторые колебательные процессы. Конденсатор при разряде возбуждает магнитное поле в катушке индуктивности. При истощении заряда конденсатора, катушка возвращает энергию снова в конденсатор, но с противоположным знаком, с помощью ЭДС самоиндукции. Такой процесс повторяется в виде электромагнитных синусоидальных колебаний.

Частота таких колебаний является резонансной частотой, зависящей от индуктивности катушки и емкости конденсатора. Колебательный контур, соединенный по параллельной схеме имеет значительное сопротивление на частоте резонанса. Это дает возможность применять его для избирательности частоты в цепях входа в радиоаппаратуре, а также в усилителях частоты и схемах генераторов частоты.

При параллельной схеме соединения контура колебаний имеются два реактивных элемента, которые обладают разной силой реактивности. Применение такого типа контура позволяет сделать вывод, что при параллельном соединении элементов необходимо суммировать только их проводимости, а не сопротивления. На частоте резонанса сумма проводимостей элементов контура нулевая, что позволяет говорить о сопротивлении переменному току стремящемуся к бесконечности.

За 1 период колебаний действия контура происходит обмен энергией между катушкой и емкостью. В таком случае образуется контурный ток, значительно превосходящий величину тока во внешней цепи.

Индуктивность и конденсатор

Токоведущие части различных устройств могут образовывать индуктивности. Такими частями являются предохранители, токоотводящие шины, соединительные выводы и другие аналогичные части. Если дополнительно присоединить к конденсатору шины, то образуется индуктивность, которая оказывает влияние на работу электрической цепи. Также, на работоспособность цепи влияет емкость и сопротивление.

Индуктивности, образующияся на частоте резонанса вычисляется по формуле:

Ce = C / (1 – 4Π2f2LC), где Ce – это емкость конденсатора (эффективная), f – частота тока, L – индуктивность катушки, С – действительная емкость, П – число «пи».

Величина индуктивности должна всегда учитываться в схемах с силовыми конденсаторами большой емкости. В схемах с импульсными конденсаторами важным фактором является значение собственной индуктивности. Разряд таких конденсаторов происходит на индуктивные контуры, делящиеся на виды:
  • Колебательные.
  • Апериодические.

В конденсаторе индуктивность зависит от вида соединения элементов в схеме. При параллельной схеме это значение складывается из индуктивностей элементов схемы. Для снижения индуктивности электрического устройства, необходимо токопроводящие части конденсатора расположить таким образом, чтобы магнитные потоки компенсировались, то есть, проводники с одним направлением тока располагают как можно дальше друг от друга, а с противоположным направлением – рядом друг с другом.

При сближении токоведущих частей и уменьшении диэлектрического слоя можно добиться снижения индуктивности секции конденсатора. Это достигается с помощью разделения одной секции на несколько небольших емкостей.

Похожие темы:

Катушки с сердечниками из немагнитных металлов

КАТУШКИ С СЕРДЕЧНИКАМИ ИЗ НЕМАГНИТНЫХ МЕТАЛЛОВ  [c.382]

Сердечники из немагнитных металлов (медь, латунь, алюминий и др.) применяются для подстройки стабильных катушек индуктивности (генераторы, гетеродины, широкополосные УПЧ) в диапазоне КВ и УКВ. Введение такого сердечника уменьшает индуктивность и добротность катушки, причем добротность падает пропорционально уменьшению индуктивности (рис. 11.6). Наименьшие потери  [c.382]

Рис. 11.6. Взаимосвязь добротности и индуктивности при подстройке катушки сердечником из немагнитного металла.

Электромагнитные плиты и приспособления. Принцип работы электромагнитных плит заключается в том, что при прохождении постоянного тока через обмотку катушки сердечник намагничивается и на его полюсах возникает магнитный поток. На рис. 151, а показаны схема работы электромагнитов и направление действия магнитного потока. Для закрепления детали с помощью возникающего магнитного силового потока Полюсы электромагнитов 1 (рис. 151, б) выводят на поверхность стальной плиты 3 и изолируют от нее каким-либо немагнитным металлом 2 или пластмассой. При этом магнитный силовой поток выводится на поверхность детали и притягивает ее к плите.  [c.276]

На рис. 152, а схематично показано устройство электромагнитной плиты для легких работ. Плита состоит из корпуса 2, изготовленного из стали или силумина, и закрепленной на нем верхней стальной плиты 1. Нижние концы сердечников 3 в сборе с катушками соединены попарно, а верхние концы закреплены в плите путем заливки немагнитным металлом. В данном случае заливка немагнитным металлом предназначена не только для закрепления сердечников, но и для изоляции их от плиты. Поэтому магнитный силовой поток, выходящий из сердечников, не замыкается на плиту 1, а, проходя через деталь, замыкается на нижнюю соединительную планку 4. При прекращении подачи тока в обмотки катушек прекращается действие электромагнитов и деталь освобождается.  [c.276]

Наиболее распространенные конструкции электромагнитных плит изготовляют с электромагнитами, смонтированными в корпусе плиты, и верхней стальной плитой с впаянными в нее вставками. Устройство такой электромагнитной плиты показано на рис. 152, б. К нижней стальной плите 3 прикрепляют корпус 2, изготовленный из силумина, и катушки 4 вместе с сердечниками 5. В верхней стальной плите 1 делают пазы, в которые вставляют вставки 6 из железа Армко, залитые равномерно по всему периметру каким-либо немагнитным металлом 7. Количество вставок, их размеры и расположение должны  [c.276]

Тормозные электромагниты постоянного тока изготовляют для параллельного или последовательного соединения с электро- двигателем. Электромагнит постоянного тока типа КМП (рис. 5.15) 2 представляет собой стальной или чугунный цилиндр, внутри которого помещены катушка и подвижной якорь из мягкой стали. На нижней части корпуса имеются лапы для крепления к механической части тормоза. Для того чтобы сила тяги в начале и конце движения якоря была равномерной, сердечник магнита и противолежащий ему упор на крышке делают конической формы. Сердечник свободно скользит в направляющей втулке из немагнитного металла. Для смягчения ударов служит воздушный буфер. Ток подводится к клеммной коробке в нижней части корпуса. Катушки электромагнитов параллельного включения выполняются из тонкой изолированной проволоки с большим числом витков и обладают большой индуктивностью. В связи с этим к зажимам такого электромагнита подключается гасящее или разрядное сопротивление, снижающее перенапряжения, возникающие при его отключении.  [c.208]


Реле времени обеспечивает получение необходимых при управлении лифтом выдержек времени. Электромагнитное реле времени типа РЭВ-811 (рис. 66) имеет такие же элементы, что и электромагнитное реле напряжения, но это реле имеет на сердечнике демпфирующую гильзу, в которой после отключения катушки исчезающим магнитным потоком индуктируется ЭДС, создающая ток и свой магнитный поток, который удерживает якорь во втянутом состоянии еще некоторое время, равное выдержке времени реле. Для регулирования выдержки времени используют зависимость магнитного потока от величины немагнитного зазора между сердечником и якорем и зависимость силы опускания якоря от натяжения пружины. Поэтому увеличения выдержки времени можно добиться уменьшением толщины немагнитной прокладки 7 между сердечником и якорем и натяжением пружины 8, изменением величины немагнитного зазора, осуществляемого путем установки на якорь пластины из цветного металла необходимой толщины. Основные типы электромагнитных реле, применяемых на лифтах, приведены в табл. 24—27.  [c.118]

Приборы индукционного типа разных конструкций используют в углах, отверстиях и других труднодоступных местах деталей. Величина подводимого или индуцируемого в катушке соленоида тока может быть обусловлена ее положением относительно перемещаемого внутри сердечника, величиной воздушного зазора между сердечником и якорем, изменением магнитного потока, деформирующегося вокруг датчика в зависимости от положения диафрагмы из немагнитного металла, в котором возникают вихревые токи. Изменение индукции определяют мостовым методом или двухмостовым в случае дифференциального датчика. Такие датчики применяют для получения линейной зависимости выходящего тока от положения подвижного элемента датчика.  [c.206]

В электромагнитных плитах для тяжелых работ сердечники закрепляются в корпусе плиты путем сварки. На фиг. 119, б показана плита с одним большим сердечником, закрепленным в корпусе плиты. На этот сердечник надевается одна общая катушка с электрообмоткой. Полюса закреплены в крышке плиты посредством заливки немагнитным металлом. Нижние концы полюсов прижимаются к сердечнику.  [c.168]

На ф иг. 105, а показана схема электромагнитной плиты для легких работ. В этой конструкции плиты сердечники закрепляются в крышке плиты посредством заливки немагнитным металлом, который изолирует их от крышки, а нижние концы сердечников соединены попарно. На каждый сердечник надевается катушка с электрообмоткой.  [c.177]


Выбор правильного сердечника катушки


Звуковые характеристики катушки определяются не только проводом катушки и качеством изготовления, но и используемым сердечником катушки. Поскольку использование различных сердечников приводит к образованию катушек с различными преимуществами и недостатками, мы предлагаем четыре материала сердечников и в общей сложности семь типов сердечников. Это позволяет нам изготавливать именно ту катушку, которая подходит для каждого случая применения.

Во избежание микрофонных эффектов все катушки Мундорфа намотаны на корпус катушки.Это обеспечивает механическую стабилизацию обмотки, отсоединение катушки от платы и, кроме того, облегчает производственный процесс.

Воздушные змеевики


Идеальный материал сердечника для катушек - воздух. Катушки с воздушным сердечником по физическим причинам превосходят все катушки с металлическим сердечником в том, что касается точного воспроизведения импульсов и отсутствия искажений. Их можно использовать во всех сферах; либо как фильтр верхних частот в диапазоне средних частот, как басовая катушка (с большим поперечным сечением проводника), либо в корректирующих компонентах (с тонким поперечным сечением провода).

Точность, динамичность, тонкие градации тонов, отличная детализация и живость отличают катушки с воздушным сердечником от всех остальных. Таким образом, в высококачественных динамиках они являются основой реалистичного и гармоничного музыкального наслаждения.

Катушки с сердечником

Катушки с сердечником имеют металлический сердечник, который усиливает магнитное поле. По сравнению с воздушными катушками могут быть реализованы меньшие и более дешевые катушки с более высокой индуктивностью и более низким омическим сопротивлением. Однако металлический сердечник также влияет на музыкальный сигнал (в том числе из-за нежелательных искажений).

Ферритовые сердечники спечены из металлопластикового порошка. Используемый нами ферритовый материал HP3616 производства Германии обеспечивает значительно более высокие характеристики, чем азиатские сердечники, используемые во многих других продуктах. Он характеризуется низкими основными искажениями и быстрой магнитной обратимостью (= изменение направления поля). Музыкальный сигнал практически не задерживается, поэтому катушки с ферритовыми сердечниками идеально подходят для использования в корректирующих компонентах (как так называемые обостряющие катушки) и в среднем диапазоне частот.На данный момент единственный протестированный нами ферритовый материал HP3616 отвечает нашим высоким требованиям в отношении устойчивости и искажений, что делает его пригодным даже для использования в диапазоне средних и низких частот и низких частот для снижения производительности усилителя.

Сердечники из аронита (также известные как стержни P) состоят из металлокерамического порошка высокой плотности. Ферритовые стержни Wicon немецкого производства производят чрезвычайно низкие искажения даже при очень высоких нагрузках. Благодаря очень компактным размерам, низкому внутреннему сопротивлению и отличному соотношению цена / качество они особенно подходят в качестве катушек для НЧ и сабвуфера, а также для систем громкой связи.

Фероновые сердечники состоят из сплава железа и кремния (также называемого электрическими листами). Наши высокопроизводительные трансформаторные пластины скручиваются и подвергаются нескольким вмешательствам с использованием специальных процедур, так что все кристаллы ориентированы в одном направлении (ориентированы зерна) и получается однородная структура кристаллической решетки. Таким образом, катушки с сердечником Mundorf Feron отличаются от обычных аналогичных катушек измеримым и слышимым образом. Они отличаются минимальными основными искажениями, потерями на обратное магнитное поле и искажениями, обладая при этом высокими характеристиками и, таким образом, подходят для гибких приложений.

Нулевые катушки (ZOC) являются специальностью нашей компании. В ZOC воздушный зазор откалиброван и точно отрегулирован вручную между двумя пакетами из листового металла, сделанными из ферона. Воздушный зазор определяет индуктивность змеевика и требует большой осторожности в производственном процессе. Высокая стоимость производства ZOC всегда оправдана, когда требуется максимальная точность воспроизведения импульсов. Эта особая форма катушки с фероновым сердечником помогает реализовать более низкое внутреннее сопротивление по сравнению с сердечниками других типов.

Coil core

- купить coil core с бесплатной доставкой на AliExpress

Отличные новости !!! Вы находитесь в нужном месте для сердечника катушки. К настоящему времени вы уже знаете, что все, что вы ищете, вы обязательно найдете на AliExpress. У нас буквально есть тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене.Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот верхний сердечник катушки должен стать одним из самых востребованных бестселлеров в кратчайшие сроки. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели сердечник катушки на AliExpress. Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в сердечнике катушки и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress - отличное место для сравнения цен и продавцов.Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь. И, если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе.Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца. Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово - просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет. Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны - и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести coil core по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы. На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

катушек с железным сердечником - Agile Magnetics, Inc.

Заказчики из самых разных отраслей полагаются на Agile Magnetics, предлагая высококачественные катушки с высокими эксплуатационными характеристиками. Мы предоставляем все типы катушек с проволокой, в том числе сердечники с железными катушками, которые полностью соответствуют требованиям наших клиентов. На нашем передовом предприятии площадью 40 000 квадратных футов мы реализуем проекты любого объема, используя специальные катушки с железным сердечником, доступные практически любого размера, чтобы соответствовать точным спецификациям наших клиентов.

Преимущества железного сердечника

Как видно из названия, катушки с сердечником изготовлены из ламинированного железа, соединяющего обмотку.Поскольку железо имеет очень высокий уровень магнитной проницаемости, катушки с сердечником имеют значительное преимущество в размере. Благодаря достижению того же уровня магнитного потока, что и у проводников с воздушным сердечником при гораздо меньшем размере, эти катушки предлагают эффективную и экономичную альтернативу для всех различных настроек с уникальными ограничениями по пространству.

Выбор подходящей катушки для ваших нужд в конечном итоге зависит от требований конкретного применения. Однако есть ряд факторов, которые делают катушки с железным сердечником выгодными, в том числе:

  • Слабое магнитное поле рассеяния - Катушки с железным сердечником имеют низкие магнитные поля рассеяния, которые могут устранить ряд проблем.Когда паразитные магнитные поля сильны, они могут создавать помехи для близлежащих энергосистем и создавать вихревые токи в стали.
  • Меньшее количество витков в обмотке - Поскольку катушкам с железным сердечником требуется меньше витков, конструкция может быть более эффективной и рентабельной.
  • Компактная конструкция - Как указано выше, катушки с железным сердечником имеют более компактную конструкцию, что снижает требования к пространству для многих различных приложений. Эта компактная конструкция также упрощает их закрытие.

Позвольте нам оптимизировать вашу конструкцию катушек с железным сердечником

Проводники с железным сердечником

выполняют полный спектр функций в изделиях, предназначенных для повседневного использования. Вот лишь несколько примеров:

  • Блоки питания
  • Телевизоры
  • Радар
  • Трансформаторы
  • Радио

Наивысшее качество

Как компания, имеющая сертификаты ISO 9001: 2008 и AS9100, мы обеспечиваем высочайший уровень качества на каждом этапе проектирования и производства.Катушки, которые мы производим, могут быть изготовлены в соответствии со стандартами UL, CUL, VDE и CE, при необходимости с маркировкой UL и CUL.

Наши возможности Iron Core Coil включают дизайн, прототипирование, разработку продукта и полное производство. Чтобы запросить расценки или узнать больше о том, как мы можем использовать наш опыт работы с магнетизмом для вас, свяжитесь с нами сегодня.

Позвольте нам оптимизировать вашу конструкцию катушек с железным сердечником

Производство катушек и сердечников трансформатора

Каждый трансформатор Waukesha ® имеет конструкцию сердечника.Наши силовые трансформаторы средней и большой мощности имеют медные обмотки круглой формы и имеют сплошную дисковую и / или спиральную конструкцию. Это помогает обеспечить качество и надежность всей внутренней структуры трансформатора.

ТРАНСФОРМАТОР ОБМОТКИ

Медный и легированный серебром медный магнитный провод или медный кабель с непрерывным транспонированием используется в качестве проводников обмотки на всех силовых трансформаторах Waukesha ® . Медный кабель с непрерывным транспонированием используется для минимизации потерь и температур горячих точек, а также для создания более компактной обмотки с улучшенными характеристиками короткого замыкания.

Все обмотки круглые, концентрические и обеспечивают максимальную стойкость к сквозным повреждениям. В обмотках высокого и низкого напряжения используются сплошные диски или спиральные обмотки. Эта конструкция обеспечивает максимальную прочность и устойчивость к коротким замыканиям, повышенную предсказуемость и более низкие температуры горячих точек при нагрузке и перегрузке.

Многожильные сплошные дисковые и спиральные обмотки перемещены по всей обмотке, чтобы минимизировать потери циркулирующего тока.Современные методы проектирования используются для обеспечения максимальной импульсной прочности обмоток и сведения к минимуму напряжений. Особое внимание при проектировании уделяется концевым дискам линии для управления распределением напряжения.

Методы балансировки

ампер-виток используются для минимизации радиального потока утечки и для минимизации сил осевого короткого замыкания. Чтобы обеспечить характеристики короткого замыкания, обмотки производятся с соблюдением строгих проектных допусков на электрическую высоту обмотки катушки, расположение отводов и расположение распределительных секций.

Охлаждающие каналы образованы между дисками в непрерывно-дисковой и спиральной обмотке с помощью радиальных шпоночных прокладок, изготовленных из специальной изоляции из плотного картона. Эти прокладки выровнены в колонну, чтобы обеспечить осевую поддержку обмоток и высокую стойкость к короткому замыканию.

Все обмотки производятся в чистой намоточной среде. Эта изолированная «фабрика на фабрике» находится под контролем влажности и температуры 24 часа в сутки с контролируемым доступом для минимизации загрязнения.

КОНСТРУКЦИЯ ЯДРА ТРАНСФОРМАТОРА

Во всех трансформаторах Waukesha ® используется конструкция сердечника. Сердечники изготавливаются из холоднокатаной кремнистой стали с ориентированной зернистой структурой с высокой проницаемостью, доменной очистки марки «H» (в некоторых областях применения используется сталь марки «M»). Отжиг всей стержневой стали после продольной резки обеспечивает оптимальные характеристики потерь.

В конструкции сердечника

используется многоступенчатое круглое поперечное сечение с полностью скошенными стыками.Нарезанные по длине ламинаты на специальных высокоскоростных автоматических ножницах с компьютерным управлением с высокой точностью размеров обеспечивают плотное прилегание стыков с минимальными зазорами, чтобы минимизировать потери в сердечнике, возбуждающий ток и уровни шума.

Изоляция сердечника от корпуса и подключение к заземлению только в одной точке предотвращает накопление статических зарядов. Заземление в одной точке также устраняет циркулирующие токи и связанное с ними образование горючего газа. Ремень заземления выводится в удобное место рядом с отверстием для доступа на крышке или через втулку на крышке резервуара, чтобы облегчить испытание изоляции жилы.

После укладки двухкомпонентной эпоксидной смолы, чтобы связать стержни сердечника вместе, затем устанавливают бандаж для образования жесткой конструкции. Прочные стальные концевые рамы обеспечивают полную структуру сердечника с высокой механической прочностью, чтобы выдерживать большие нагрузки во время транспортировки или в условиях короткого замыкания без деформации сердечника или обмоток.

СЕРДЕЧНИК ТРАНСФОРМАТОРА И КАТУШКА ТРАНСФОРМАТОРА В СБОРЕ - СОСТАВЛЕНИЕ ИХ ВМЕСТЕ

После того, как сердечники соединены вместе и поставлены вертикально, а катушки намотаны, обработаны, спрессованы и измерены, самое время собрать их вместе в процессе, называемом «посадка катушек».На каждую ветвь или ветвь сердечника будет помещено от 2 до 5 обмоток, после чего весь сердечник и катушка в сборе проходят тщательную очистку и тщательный осмотр перед тем, как перейти к операции прессования, которая способствует окончательной сборке сердечника. .

После того, как сборка находится под давлением, она очищается и снова проверяется, а затем подвергается процессу, называемому сборкой верхнего ярма, при котором сталь верхнего ярма прикрепляется к конечностям с очень жесткими допусками, чтобы гарантировать отсутствие проблем с потерями в сердечнике на испытательном полу.По завершении верхнего ярма агрегат «втягивается». Эта процедура «втягивания» включает в себя затягивание зажимов сердечника на стали, затягивание лент ярма и добавление всей дополнительной изоляции, необходимой в конструкции. Точные, предварительно рассчитанные методы зажима узла сердечника и катушки вместе обеспечивают положительное зажимное давление на катушки в каждой точке и обеспечивают максимальную защиту от сквозных коротких замыканий, независимо от того, насколько сухим может стать трансформатор во время эксплуатации.

Предварительно собранные конструкции планок и выводов (деревянные рамы с изолированным кабелем и, часто, установленным на них переключателем ответвлений без напряжения) теперь прикрепляются к сборке.Все соединения обжимаются и наматываются в соответствии с техническими условиями, причем каждый обжим подписывается оператором для целей аудита качества; Особое внимание уделяется при наматывании гофр, чтобы свести к минимуму диэлектрические напряжения. После того, как все соединения выполнены, сборка снова регулируется и снова испытывается, проверяется, а затем переводится в паровую фазу.

Coil vs Core - В чем разница?

катушка | ядро |

Как существительные, разница между катушкой

и сердечником состоит в том, что катушка представляет собой нечто, намотанное в форме спирали или спирали, или катушка может быть шумом, суматохой, суетой или беспорядком, в то время как сердечник является ворона.

Как глагол

катушка означает наматывать или наматывать, например, проволоку или веревку правильными кольцами, часто вокруг центральной части.

Английский

Этимология 1

Из ( этил ); сравните легенду.

Существительное
( en имя существительное )
  • Что-то намотанное в виде спирали или спирали.
  • извилистые витки змеи
  • * Вашингтон Ирвинг
  • Дикие виноградные лозы, которые скручивали свои витки от дерева к дереву.
  • Любое внутриматочное противозачаточное средство (аббревиатура: ВМС ) - первые ВМС имели форму спирали.
  • (электрический) Катушка из электропроводящего провода, по которой может течь электричество.
  • (переносное) Запутывание; недоумение.
  • Синонимы
    * ( катушка токопроводящей проволоки ) индуктор

    Производные термины
    * винтовая пружина * катушка импеданса * спираль от комаров * Катушка Удина * Катушка Тесла

    Глагол
    ( en глагол )
  • Наматывать или наматывать e.грамм. проволоку или веревку в обычные кольца, часто вокруг центральной части.
  • Простой трансформатор можно сделать, если намотать два куска изолированного медного провода вокруг железного сердца.
  • Намотать петлями (примерно) вокруг общего центра.
  • Матрос свернул свободный конец троса на причале.
  • Для цилиндрического или спирального вращения.
  • до наматывать веревку, когда она не используется
    Змея свернула перед тем, как подпрыгнуть.
  • (устаревший, редкий) Для охвата и удержания с катушками или как с ними.
  • Этимология 2

    Происхождение неизвестно.

    Существительное
    ( en имя существительное )
  • Шум, суматоха, суета или суматоха.
  • * 1594 , Уильям Шекспир, Тит Андроник , Акт III:
  • Если ветер бушует, не взбесится ли Море, / Угрожая волчонку своим большим пухлым лицом? / А есть ли у тебя причина для этой катушки ?
  • * 1624 , Джон Смит, Generall Historie , у Куппермана 1988, стр.162:
  • этот великий дикарь тоже хотел его видеть. Отличный Coyle должен был направить его вперед.
  • * 1704 , Джонатан Свифт, Рассказ о ванне :
  • они по-прежнему так любили золото, что, если бы Петр послал их за границу, хотя бы только после комплимента, они бы рычали, и плевали, и рыгали, и мочились, и е-т, и хлюпали огнем, и держите вечную катушку , катушку , пока вы не швырнете им немного золота [...].

    Производные термины
    * смертельная катушка

    Внешние ссылки

    * *

    Анаграммы

    * ----

    Транслингвальный

    Прилагательное

    ( голова )
  • .
  • Координатные условия
    * базальный

    Производные термины
    * ядро ​​эвдикотов * ядро ​​Мальвалеса * основные лептоспорангиаты * ядро ​​Notholaena * ядро ​​Caryophyllales * ядро ​​Ericales * ядро ​​Lamiales * ядро ​​Acanthaceae * ядро ​​Isoglossinae ----

    PerTronix, Огнеметная катушка E-Core на 50 000 В, Ford TFI

    PerTronix Performance Products Огнемет Катушка E-Core 50 000 В
    Катушки E-Core
    Flame-Thrower имеют оптимизированную конструкцию обмотки для максимального увеличения тока искрового промежутка и доступного напряжения.В сочетании с модулями зажигания Flame-Thrower они производят на 100% больше энергии через зазор свечи зажигания (в течение одной миллисекунды) по сравнению с катушкой OEM.

    50 000 Вольт
    Сверхнизкие значения первичного сопротивления
    Дает новую жизнь вашей системе зажигания Ford, Lincoln и Mercury 1982–1996 годов.

    Ограниченная 90-дневная гарантия
    Юридическая информация во всех 50 штатах и ​​Канаде (C.A.R.B E.O. # D-57-21)

    Тип детали: Катушка зажигания
    Применение: Ford TFI
    Тип катушки: E-Core
    Максимальное напряжение: 50,000
    Сопротивление первичной обмотки: .32 Ом
    Сопротивление вторичной обмотки: 6,0 кОм
    Внутренняя конструкция катушки: Эпоксидное наполнение
    Форма катушки: Квадратный
    Коэффициент витков: 90: 1
    Индуктивность: 2,8 мГн
    Пиковый ток: 7,9 А
    Продолжительность искры: 1,5 мс
    Крепление провода катушки: Штыревой / HEI
    Монтажный кронштейн в комплекте:
    Катушка в комплекте: Нет
    Балластный резистор в комплекте: Нет
    Цвет катушки: Черный
    Длина катушки: 3.100 дюймов
    Ширина рулона: 2,800 дюйма
    Высота рулона: 4,300 дюйма
    Производитель: Pertronix Performance Products
    Номер детали производителя: D3003
    UPC: 694342011956
    Вес: 1,30 фунта
    Гарантия: Гарантия 90 дней
    Количество: Продается каждый

    Принципы работы системы зажигания магнето поршневого двигателя самолета

    В магнето, особом типе генератора переменного тока с приводом от двигателя, в качестве источника энергии используется постоянный магнит.Благодаря использованию постоянного магнита (основное магнитное поле), катушки с проводом (сосредоточенные отрезки проводника) и относительного движения магнитного поля в проводе генерируется ток. Сначала магнето вырабатывает электроэнергию за счет вращения двигателя постоянного магнита и протекания тока в обмотках катушки. Когда ток течет через обмотки катушки, он создает собственное магнитное поле, которое окружает обмотки катушки. В нужное время этот ток останавливается, магнитное поле схлопывается во втором наборе обмоток катушки, и генерируется высокое напряжение.Это напряжение, используемое для образования дуги в промежутке свечи зажигания. В обоих случаях для выработки высокого напряжения, которое заставляет искру прыгать через зазор свечи зажигания в каждом цилиндре, необходимы три основных элемента, необходимых для выработки электроэнергии. Работа магнето синхронизируется с двигателем, так что искра возникает только тогда, когда поршень находится в правильном ходе при определенном количестве градусов коленчатого вала до положения поршня в верхней мертвой точке.

    Теория работы высоковольтной магнитной системы

    Магнито-система высокого напряжения может быть разделена для целей обсуждения на три отдельные цепи: магнитную, первичную электрическую и вторичную электрические цепи.


    Магнитная цепь

    Магнитная цепь состоит из постоянного многополюсного вращающегося магнита, сердечника из мягкого железа и полюсных наконечников. [Рис. 1] Магнит соединен с двигателем самолета и вращается в зазоре между двумя полюсными наконечниками, создавая магнитные силовые линии (поток), необходимые для создания электрического напряжения. Полюса магнита расположены с чередующейся полярностью, так что поток может проходить от северного полюса через сердечник катушки и обратно к южному полюсу магнита.Когда магнит находится в положении, показанном на Рисунке 1A, количество магнитных силовых линий, проходящих через сердечник катушки, является максимальным, потому что два магнитно противоположных полюса идеально выровнены с полюсными наконечниками.

    Рисунок 1. Магнитный поток в трех положениях вращающегося магнита

    Это положение вращающегося магнита называется положением полного регистра и создает максимальное количество магнитных силовых линий, поток потока по часовой стрелке через магнитную цепь и слева направо через сердечник катушки.Когда магнит перемещается из положения полного регистра, величина магнитного потока, проходящего через сердечник катушки, начинает уменьшаться. Это происходит из-за того, что полюса магнита удаляются от полюсных наконечников, позволяя некоторым линиям потока проходить более короткий путь через концы полюсных наконечников.

    По мере того, как магнит перемещается дальше от положения полного регистра, через концы полюсных наконечников закорачивается больше линий магнитного потока. Наконец, в нейтральном положении 45 ° от положения полного регистра все магнитные линии закорочены, и поток через сердечник катушки не протекает.[Рисунок 1B] По мере того, как магнит перемещается из полного регистра в нейтральное положение, количество магнитных линий через сердечник катушки уменьшается таким же образом, как и постепенное схлопывание магнитного потока в магнитном поле обычного электромагнита.

    Нейтральное положение магнита - это когда один из полюсов магнита находится по центру между полюсными наконечниками магнитной цепи. Когда магнит перемещается по часовой стрелке из этого положения, магнитные линии, которые были закорочены через концы полюсных башмаков, снова начинают протекать через сердечник катушки.Но на этот раз магнитные линии проходят через сердечник катушки в противоположном направлении. [Рисунок 1C] Поток магнитного потока меняется на противоположный, когда магнит движется из нейтрального положения, потому что северный полюс вращающегося постоянного магнита находится напротив правого полюсного наконечника, а не левого. [Рисунок 1A]

    Когда магнит снова перемещается на 90 °, достигается другое положение полного регистра с максимальным потоком потока в противоположном направлении. Ход магнита на 90 ° показан на рисунке 2, где кривая показывает, как плотность потока в сердечнике катушки без первичной катушки вокруг сердечника изменяется при вращении магнита.

    Рис. 2. Изменение плотности магнитного потока при вращении магнита

    На рисунке 2 показано, что когда магнит перемещается из положения полного регистра 0 °, поток уменьшается и достигает нулевого значения, когда он перемещается в нейтральное положение 45 °. Пока магнит движется через нейтральное положение, поток потока меняется на противоположный и начинает увеличиваться, как показано кривой под горизонтальной линией. В положении 90 ° достигается другое положение максимального магнитного потока.Таким образом, на один оборот на 360 ° четырехполюсного магнита есть четыре положения максимального магнитного потока, четыре положения нулевого потока и четыре реверсирования потока.

    Это обсуждение магнитной цепи демонстрирует, как вращающийся магнит влияет на сердечник катушки. Он подвергается воздействию увеличивающегося и уменьшающегося магнитного поля и изменения полярности на каждые 90 ° хода магнита.

    Когда катушка с проволокой как часть первичной электрической цепи магнето наматывается вокруг сердечника катушки, на нее также влияет переменное магнитное поле.

    Первичная электрическая цепь

    Первичная электрическая цепь состоит из набора точек контакта выключателя, конденсатора и изолированной катушки. [Рис. 3] Катушка состоит из нескольких витков толстого медного провода, один конец которого заземлен на сердечник катушки, а другой конец - на незаземленную сторону точек прерывателя. [Рис. 3] Первичная цепь замыкается только тогда, когда незаземленная точка выключателя контактирует с заземленной точкой выключателя. Третий блок в цепи, конденсатор (конденсатор), подключается параллельно с точками выключателя.Конденсатор предотвращает возникновение дуги в точках размыкания цепи и ускоряет разрушение магнитного поля вокруг первичной катушки.

    Рисунок 3. Первичная электрическая цепь высоковольтного магнето

    Первичный выключатель замыкается примерно в положении полного регистра. Когда точки прерывания замкнуты, первичная электрическая цепь замыкается, и вращающийся магнит индуцирует ток в первичной цепи.Этот поток тока генерирует собственное магнитное поле, направленное в таком направлении, что препятствует любому изменению магнитного потока контура постоянного магнита.

    В то время как индуцированный ток протекает в первичной цепи, он препятствует любому уменьшению магнитного потока в сердечнике. Это соответствует закону Ленца, который гласит: «Индуцированный ток всегда течет в таком направлении, что его магнетизм противодействует движению или вызвавшему его изменению». Таким образом, ток, протекающий в первичной цепи, удерживает поток в сердечнике на высоком уровне в одном направлении до тех пор, пока вращающийся магнит не успеет повернуться через нейтральное положение в точку на несколько градусов дальше нейтрали.Это положение называется положением E-зазора (E означает эффективность).

    Когда магнитный ротор находится в положении E-зазора, а первичная катушка удерживает магнитное поле магнитной цепи с противоположной полярностью, очень высокая скорость изменения магнитного потока может быть получена путем размыкания точек первичного прерывателя. Открытие точек прерывания останавливает прохождение тока в первичной цепи и позволяет магнитному ротору быстро изменять направление поля через сердечник катушки. Это внезапное изменение направления потока вызывает высокую скорость изменения магнитного потока в сердечнике, который пересекает вторичную катушку магнето (намотанную и изолированную от первичной катушки), вызывая импульс высоковольтного электричества во вторичной обмотке, необходимый для зажигания свеча зажигания.По мере того как ротор продолжает вращаться приблизительно до положения полного регистра, точки первичного прерывателя снова замыкаются, и цикл повторяется для зажигания следующей свечи зажигания в порядке зажигания. Теперь можно более подробно рассмотреть последовательность событий, чтобы объяснить, как возникает состояние экстремального магнитного напряжения.

    С точками прерывания, кулачком и конденсатором, подключенными в цепь, как показано на рисунке 4, действие, которое происходит при вращении магнитного ротора, изображено кривой графика на рисунке 5.Вверху (A) рисунка 5 показана исходная кривая статического потока магнитов. Под кривой статического потока показана последовательность размыкания и замыкания точек магнитного выключателя. Обратите внимание, что открытие и закрытие точек выключателя синхронизируется кулачком выключателя. Точки закрываются, когда через сердечник катушки проходит максимальное количество магнитного потока, и открываются в положении после нейтрали. Поскольку на кулачке имеется четыре выступа, точки прерывателя замыкаются и размыкаются одинаково для каждого из четырех нейтральных положений магнита ротора.Также примерно равны интервалы открытия и закрытия точки.

    Рисунок 4. Компоненты цепи магнето высокого напряжения
    Рисунок 5. Кривые магнитного потока

    Начиная с положения максимального магнитного потока, обозначенного 0 ° в верхней части рисунка 5, происходит последовательность событий, описанных в следующих параграфах.

    Когда магнитный ротор поворачивается в нейтральное положение, величина магнитного потока, проходящего через сердечник, начинает уменьшаться. [Рис. 5D] Это изменение магнитных потоков индуцирует ток в первичной обмотке. [Рис. 5C] Этот индуцированный ток создает собственное магнитное поле, которое противодействует изменению потоковых связей, вызывающих ток. При отсутствии тока, протекающего в первичной катушке, поток в сердечнике катушки уменьшается до нуля, когда магнитный ротор поворачивается в нейтральное положение и начинает увеличиваться в противоположном направлении (пунктирная кривая статического потока на рисунке 5D).Но электромагнитное действие первичного тока предотвращает изменение потока и временно удерживает поле вместо того, чтобы позволить ему измениться (результирующая линия потока на рисунке 5D).

    В результате процесса удержания в магнитной цепи возникает очень высокое напряжение к тому моменту, когда магнитный ротор достигает положения, при котором точки размыкания вот-вот откроются. При размыкании точки прерывателя работают вместе с конденсатором, прерывая ток в первичной обмотке, вызывая чрезвычайно быстрое изменение потоковых связей.Высокое напряжение во вторичной обмотке проходит через зазор в свече зажигания, воспламеняя топливно-воздушную смесь в цилиндре двигателя. Каждая искра фактически состоит из одного пикового разряда, после которого происходит серия небольших колебаний.



    Они продолжаются до тех пор, пока напряжение не станет слишком низким для поддержания разряда. Ток течет во вторичной обмотке в течение времени, необходимого для полного разряда искры. К моменту замыкания контактов энергия или напряжение в магнитной цепи полностью рассеиваются для образования следующей искры.Узлы прерывателя, используемые в системах магнитного зажигания высокого напряжения, автоматически размыкают и замыкают первичный контур в нужное время в зависимости от положения поршня в цилиндре, в который подается искра зажигания. Прерывание первичного тока достигается через пару точек контакта прерывателя, сделанных из сплава, который сопротивляется точечной коррозии и горению.

    Большинство прерывателей, используемых в системах зажигания самолетов, относятся к бесшарнирному типу, в которых одна из точек прерывателя является подвижной, а другая - неподвижной.[Рисунок 6] Подвижная точка прерывателя, прикрепленная к пластинчатой ​​пружине, изолирована от корпуса магнето и соединена с первичной обмоткой. [Рис. 6] Стационарная точка прерывателя заземлена на корпус магнето для замыкания первичной цепи, когда точки замкнуты, и может быть отрегулирована так, чтобы точки могли размыкаться в нужное время.

    Рис. 6. Бесшпиндельный выключатель в сборе и кулачок

    Другой частью узла прерывателя является толкатель кулачка, который подпружинен против кулачка металлической пластинчатой ​​пружиной.Кулачковый толкатель представляет собой блок Micarta или аналогичный материал, который движется по кулачку и движется вверх, чтобы оттеснить подвижный контакт прерывателя от неподвижного контакта прерывателя каждый раз, когда выступ кулачка проходит под толкателем. На нижней стороне металлической рессоры расположена войлочная масленка для смазки и предотвращения коррозии кулачка.

    Кулачок включения прерывателя может приводиться в движение непосредственно валом ротора магнето или через зубчатую передачу от вала ротора. В большинстве больших радиальных двигателей используется компенсированный кулачок, предназначенный для работы с конкретным двигателем и имеющий по одному выступу для каждого цилиндра, который запускается магнето.Лепестки кулачков шлифуются на станке с неравными интервалами, чтобы компенсировать эллиптическую траекторию шарнирных шатунов. Этот путь вызывает изменение положения верхней мертвой точки поршней от цилиндра к цилиндру в отношении вращения коленчатого вала. Компенсированный 14-лепестковый кулачок вместе с двух-, четырех- и восьмилепестковым некомпенсированным кулачком показан на Рисунке 7.

    Рис. 7. Типовые узлы выключателя

    Неравномерный интервал компенсированных кулачков кулачка, хотя и обеспечивает одинаковое относительное положение поршня для возникновения зажигания, вызывает небольшое изменение положения электронного зазора вращающегося магнита и, таким образом, небольшое изменение высоковольтных импульсов, генерируемых магнето.Так как расстояние между каждым выступом адаптировано к конкретному цилиндру конкретного двигателя, компенсированные кулачки отмечены, чтобы показать серию двигателя, расположение главных стержней, выступ, используемый для синхронизации магнето, направление вращения кулачка и спецификация E-зазора в градусах относительно нейтрали вращения магнита. В дополнение к этим отметкам на лицевой стороне кулачка прорезается ступенька, которая при совмещении с отметками на корпусе магнето помещает вращающийся магнит в положение E-зазора для синхронизирующего цилиндра.Поскольку точки прерывателя должны начать открываться, когда вращающийся магнит перемещается в положение E-зазора, совмещение ступеньки на кулачке с метками на корпусе обеспечивает быстрый и простой метод определения точного положения E-зазора для проверки и регулировки. точки прерывания.

    Вторичная электрическая цепь

    Вторичный контур содержит вторичные обмотки катушки, ротор распределителя, крышку распределителя, провод зажигания и свечу зажигания. Вторичная обмотка состоит из обмотки, содержащей примерно 13 000 витков тонкого изолированного провода; один конец которого электрически заземлен с первичной обмоткой или с сердечником обмотки, а другой конец подсоединен к ротору распределителя.Первичная и вторичная обмотки заключены в непроводящий материал. Затем весь узел крепится к полюсным наконечникам винтами и зажимами.

    Когда первичная цепь замкнута, ток, протекающий через первичную катушку, создает магнитные силовые линии, которые пересекают вторичные обмотки, создавая электродвижущую силу. Когда ток в первичной цепи прекращается, магнитное поле, окружающее первичные обмотки, схлопывается, в результате чего вторичные обмотки перерезаются силовыми линиями.Сила напряжения, индуцированного во вторичных обмотках, когда все остальные факторы постоянны, определяется количеством витков провода. Поскольку у большинства высоковольтных магнето есть много тысяч витков провода во вторичной обмотке катушки, во вторичной цепи генерируется очень высокое напряжение, часто достигающее 20 000 вольт. Наведенное во вторичной обмотке высокое напряжение направляется к распределителю, который состоит из двух частей: вращающейся и неподвижной. Вращающаяся часть называется ротором распределителя, а неподвижная часть - блоком распределителя.Вращающаяся часть, которая может принимать форму диска, барабана или пальца, изготовлена ​​из непроводящего материала со встроенным проводником. Стационарная часть состоит из блока, также сделанного из непроводящего материала, который содержит клеммы и клеммные колодки, в которые крепится проводка провода зажигания, соединяющая распределитель со свечой зажигания. Это высокое напряжение используется для перепрыгивания через воздушный зазор электродов свечи зажигания в цилиндре для воспламенения топливно-воздушной смеси.

    Когда магнит перемещается в положение E-зазора для No.1 цилиндр и точки прерывания просто разделяются или открываются, ротор распределителя совмещается с электродом № 1 в блоке распределителя. Вторичное напряжение, индуцируемое при размыкании точек прерывателя, попадает в ротор, где образует небольшой воздушный зазор с электродом № 1 в блоке.

    Поскольку распределитель вращается с половинной частотой вращения коленчатого вала на всех четырехтактных двигателях, блок распределителя имеет столько же электродов, сколько цилиндров двигателя, или столько же электродов, сколько цилиндров, обслуживаемых магнето.Электроды расположены по окружности вокруг распределительного блока, так что, когда ротор вращается, цепь замыкается на другой цилиндр и свечу зажигания каждый раз, когда происходит совмещение между пальцем ротора и электродом в распределительном блоке. Электроды распределительного блока пронумерованы последовательно в направлении движения ротора распределителя. [Рисунок 8]

    Рис. 8. Связь между номерами клемм распределителя и номерами цилиндров

    Номера распределителей представляют собой порядок зажигания магнето, а не номера цилиндров двигателя.Электрод-распределитель с маркировкой «1» подключается к свече зажигания в цилиндре №1; электрод-распределитель с пометкой «2» ко второму зажигающемуся цилиндру; распределительный электрод с пометкой «3» к третьему цилиндру, который будет поджигаться, и так далее.

    На рисунке 8 палец ротора распределителя совмещен с электродом распределителя, обозначенным «3», который запускает цилиндр № 5 девятицилиндрового радиального двигателя. Поскольку порядок зажигания девятицилиндрового радиального двигателя составляет 1-3-5-7-9-2-4-6-8, третий электрод в порядке зажигания магнето обслуживает электрод №5 цилиндр.

    Магнето и вентиляция распределителя

    Поскольку узлы магнето и распределителя подвержены резким перепадам температуры, при их проектировании учитываются проблемы конденсации и влаги. Влага в любом виде - хороший проводник электричества. При поглощении непроводящим материалом в магнето, таким как распределительные блоки, распределительные пальцы и корпуса катушек, он может создать паразитный электрический проводящий путь. Ток высокого напряжения, который обычно проходит через воздушные зазоры распределителя, может мигать через влажную изолирующую поверхность на землю, или ток высокого напряжения может быть направлен неверно на какую-то свечу зажигания, отличную от той, которая должна зажигаться.Это состояние называется пробоем и обычно приводит к пропускам зажигания в цилиндре. Это может вызвать серьезное состояние двигателя, называемое преждевременным зажиганием, которое может привести к его повреждению. По этой причине змеевики, конденсаторы, распределители и роторы распределителей покрыты воском, так что влага на таких блоках выделяется отдельными каплями и не образует замкнутый контур для перекрытия.

    Пробой может привести к слежению за углеродом, которое проявляется в виде тонкой карандашной линии на устройстве, поперек которой происходит пробой. Углеродный след возникает в результате сжигания электрической искрой частиц грязи, содержащих углеводородные материалы.Вода в углеводородном материале испаряется во время пробоя, оставляя углерод, который образует проводящий путь для тока. Когда влаги больше нет, искра продолжает идти по углеродистой дорожке к земле. Это предотвращает попадание искры на свечу зажигания, поэтому цилиндр не загорается.

    Магнето не может быть герметично закрыто, чтобы предотвратить попадание влаги в устройство, потому что магнито подвержено изменениям давления и температуры на высоте. Таким образом, адекватный дренаж и надлежащая вентиляция снижают склонность к перекрытию и слежению за углеродом.Хорошая магнито-циркуляция также обеспечивает унос агрессивных газов, образующихся в результате нормального образования дуги через воздушный зазор распределителя, таких как озон. В некоторых установках герметизация внутренних компонентов магнето и других различных частей системы зажигания является существенной для поддержания более высокого абсолютного давления внутри магнето и устранения пробоя из-за полета на большой высоте. Этот тип магнето используется в двигателях с турбонаддувом, которые работают на больших высотах. Вероятность возникновения пробоев на большой высоте выше из-за более низкого давления воздуха, что облегчает прохождение электричества через воздушные промежутки.Путем повышения давления внутри магнето поддерживается нормальное давление воздуха, а электричество или искра удерживаются в соответствующих областях магнето, даже если окружающее давление очень низкое.

    Даже в находящемся под давлением магнето воздух может проходить через корпус магнето и выходить из него. За счет подачи большего количества воздуха и выпуска небольшого количества воздуха для вентиляции магнето остается под давлением. Независимо от используемого метода вентиляции, воздухоотводчики или клапаны не должны иметь препятствий.Кроме того, воздух, циркулирующий через компоненты системы зажигания, должен быть свободен от масла, поскольку даже незначительное количество масла на деталях зажигания приводит к перекрытию и отслеживанию нагара.

    Зажигание проводка

    Провод зажигания направляет электрическую энергию от магнето к свече зажигания. Жгут проводов зажигания содержит изолированный провод для каждого цилиндра, который магнето обслуживает в двигателе. [Рис. 9] Один конец каждого провода подсоединяется к блоку распределителя магнето, а другой конец подсоединяется к соответствующей свече зажигания.Жгуты проводов зажигания служат двойной цели. Он обеспечивает проводящий путь для высокого напряжения к свече зажигания. Он также служит экраном для рассеянных магнитных полей, которые окружают провода, поскольку они на мгновение переносят ток высокого напряжения. Проводя эти магнитные силовые линии к земле, жгут проводов зажигания снижает электрические помехи для радио самолета и другого электрически чувствительного оборудования.

    Рисунок 9.Жгут зажигания высокого напряжения

    Магнито - это устройство, излучающее высокочастотное излучение (радиоволны) во время его работы. Волновые колебания, создаваемые в магнето, неконтролируемы, охватывают широкий диапазон частот и должны быть экранированы. Если бы провода магнето и зажигания не были экранированы, они образовали бы антенны и улавливали бы случайные частоты от системы зажигания. Свинцовая защита представляет собой оплетку из медной сетки, которая окружает поводок по всей длине.Свинцовая защита предотвращает излучение энергии в окружающую среду.

    Емкость - это способность сохранять электростатический заряд между двумя проводящими пластинами, разделенными диэлектриком. Свинцовая изоляция называется диэлектриком, что означает, что она может накапливать электрическую энергию в виде электростатического заряда. Примером накопления электростатической энергии в диэлектрике является статическое электричество, накопленное в пластиковом гребне для волос. Когда вокруг провода зажигания помещается экран, емкость увеличивается за счет сближения двух пластин.Электрически провод зажигания действует как конденсатор и имеет способность поглощать и накапливать электрическую энергию. Магнето должно производить достаточно энергии, чтобы зарядить емкость, вызванную проводом зажигания, и иметь достаточно энергии, чтобы зажечь свечу.
    Емкость выводов зажигания увеличивает электрическую энергию, необходимую для образования искры в зазоре свечи. Для зажигания вилки с экранированным проводом требуется больший первичный ток магнето. Эта емкостная энергия разряжается в виде пламени через зазор свечи после каждого зажигания свечи.Путем изменения полярности во время обслуживания путем поворота свечей в новые места износ свечей выравнивается на электродах. В самом центре провода зажигания находится высоковольтный носитель, окруженный силиконовым изоляционным материалом, который окружен металлической сеткой или экраном, покрытым тонким покрытием из силиконовой резины, которое предотвращает повреждение двигателя из-за тепла, вибрации или погодных условий.

    Вид в разрезе типичного провода зажигания показан на рисунке 10. Провода зажигания должны быть проложены и закреплены правильно, чтобы избежать горячих точек на выхлопе и точек вибрации, когда провода проложены от магнето к отдельным цилиндрам.Провода зажигания обычно являются всепогодными, жестко соединены с распределителем магнето и прикреплены к свече зажигания с помощью резьбы. Клемма свечи зажигания с экранированным проводом зажигания доступна для любых погодных условий с диаметром цилиндра 3/4 дюйма и цилиндрической гайкой зажигания диаметром 5/8 дюйма. [Рис. 11] Для заглушки 5/8–24 нужен ключ 3/4 на ходовой гайке, а для заглушки 3/4–20 - гаечный ключ 7/8 на ходовой гайке. В конструкции 3/4 дюйма, предназначенной для любых погодных условий, используется клеммное уплотнение, обеспечивающее лучшую изоляцию клеммной колодки.Это рекомендуется, поскольку вывод свечи зажигания полностью защищен от влаги.

    Рисунок 10. Провод зажигания

    Рис. 11. Конец свечи зажигания Конец свечи зажигания

    Жгут проводов зажигания более старого типа для радиального двигателя представляет собой коллектор, предназначенный для размещения вокруг картера двигателя с гибкими удлинителями, заканчивающимися на каждой свече зажигания.Типичный высоковольтный жгут зажигания показан на Рисунке 12. Многие старые однорядные системы зажигания самолетов с радиальным двигателем используют систему двойного магнето, в которой правый магнето подает электрическую искру для передних свечей в каждом цилиндре, а левый. магнето зажигает задние свечи.

    Рис. 12. Жгут проводов зажигания девятицилиндрового двигателя, устанавливаемый на аксессуарах

    Выключатели зажигания

    Все блоки в системе зажигания самолета управляются выключателем зажигания.Тип используемого переключателя зависит от количества двигателей на самолете и типа используемых магнето. Однако все переключатели включают и выключают систему примерно одинаково. Выключатель зажигания отличается по крайней мере в одном отношении от всех других типов выключателей: когда выключатель зажигания находится в выключенном положении, цепь замыкается через выключатель на массу. В других электрических переключателях выключенное положение обычно размыкает или размыкает цепь.

    Выключатель зажигания имеет одну клемму, подключенную к первичной электрической цепи между катушкой и точками контакта выключателя.Другой вывод переключателя подключен к наземной конструкции самолета. Как показано на Рисунке 13, замкнуть первичный контур можно двумя способами:

    1. Через замкнутый прерыватель указывает на землю и
    2. Через замкнутый ключ зажигания на массу

    Рис. 13. Типовой выключатель зажигания в выключенном положении


    На рис. 13 показано, что первичный ток не прерывается при размыкании контактов выключателя, поскольку еще есть путь к заземлению через замкнутый или выключенный переключатель зажигания.Поскольку первичный ток не прекращается, когда контактные точки размыкаются, не может быть внезапного схлопывания магнитного поля первичной катушки и высокого напряжения, индуцированного во вторичной катушке, чтобы зажечь свечу зажигания.

    Когда магнит вращается за положение электрического зазора (E-зазора), происходит постепенный пробой поля первичного магнитного потока. Но этот пробой происходит так медленно, что индуцированное напряжение становится слишком низким для зажигания свечи зажигания. Таким образом, когда ключ зажигания находится в выключенном положении с замкнутым переключателем, точки контакта так же полностью закорочены, как если бы они были удалены из цепи, и магнето не работает.

    Когда переключатель зажигания помещается в положение «включено», выключатель разомкнут, прерывание первичного тока и быстрое падение магнитного поля первичной катушки снова контролируются или запускаются размыканием точек контакта выключателя. [Рис. 14] Когда переключатель зажигания находится в положении «включено», переключатель абсолютно не влияет на первичный контур.

    Рисунок 14. Типичный выключатель зажигания в положении «включено»


    Выключатель зажигания / стартера или выключатель магнето управляет включением и выключением магнето, а также может подключать соленоид стартера для включения стартера.Когда пусковой вибратор, коробка, излучающая пульсирующий постоянный ток (DC), используется на двигателе, переключатель зажигания / стартера используется для управления вибратором и точками замедления. Эта система подробно описывается далее в этой главе. Некоторые переключатели зажигания и стартера имеют функцию включения зажигания во время цикла запуска. Эта система позволяет дополнительному топливу распыляться во впускной канал цилиндра во время цикла запуска.

    Одинарная и двойная система высокого напряжения Magnetos

    Магнето системы высокого напряжения, используемое в авиационных двигателях, представляет собой магнето одинарного или двойного типа.Конструкция с одним магнето включает в себя распределитель в корпусе с узлом выключателя магнето, вращающимся магнитом и катушкой. [Рис. 15] Двойной магнето включает в себя два магнето, размещенных в одном корпусе. Один вращающийся магнит и кулачок являются общими для двух наборов прерывателей и катушек. В магнето смонтированы два отдельных распределительных устройства. [Рисунок 16]

    Рисунок 15. Вырез магнето

    Рисунок 16.Двойной магнето с двумя распределителями

    Системы крепления магнето

    Фланцевые магнето прикреплены к двигателю фланцем вокруг ведомого конца вращающегося вала магнето. [Рисунок 17] Удлиненные прорези на монтажном фланце позволяют регулировку в ограниченном диапазоне, чтобы помочь синхронизировать магнито с двигателем. Некоторые магнето крепятся за фланец и используют зажимы с каждой стороны, чтобы прикрепить магнето к двигателю. Эта конструкция также позволяет регулировать время.Установленные на основании магнето используются только на очень старых или старинных авиационных двигателях.

    Рис. 17. Монтажный фланец магнето

    Магнитная система низкого напряжения

    Системы зажигания высокого напряжения претерпели множество доработок и улучшений в конструкции. Это включает в себя новые электронные системы, которые управляют не только зажиганием цилиндров. Высокое напряжение создает определенные проблемы с передачей высокого напряжения от магнето внутри и снаружи к свечам зажигания.В первые годы было трудно обеспечить изоляторы, которые могли бы удерживать высокое напряжение, особенно на больших высотах, когда давление воздуха было снижено. Еще одно требование к высоковольтным системам заключалось в том, чтобы всепогодные и радиооборудованные самолеты имели провода зажигания, закрытые экраном для предотвращения радиопомех из-за высокого напряжения. Многие самолеты были с турбонаддувом и эксплуатировались на повышенных высотах. Низкое давление на этих высотах могло бы позволить высоковольтной утечке еще больше.Для решения этих проблем были разработаны системы зажигания низкого напряжения.

    Электронно система низкого напряжения отличается от системы высокого напряжения. В системе низкого напряжения низкое напряжение генерируется в магнето и течет к первичной обмотке катушки трансформатора, расположенной рядом со свечой зажигания. Там напряжение повышается до высокого за счет действия трансформатора и подводится к свече зажигания по очень коротким высоковольтным проводам. [Рисунок 18]

    Рисунок 18.Упрощенная схема низковольтной системы зажигания

    Система низкого напряжения практически исключает перекрытие как в распределителе, так и в жгуте проводов, поскольку воздушные зазоры внутри распределителя были устранены за счет использования распределителя щеточного типа, а высокое напряжение присутствует только в коротких проводах между трансформатором и искрой. затыкать.

    Хотя определенная степень утечки электрического тока характерна для всех систем зажигания, она более выражена на радиоэкранированных установках, поскольку металлический кабелепровод находится под потенциалом земли и находится близко к проводам зажигания по всей их длине.Однако в системах низкого напряжения эта утечка значительно снижается, поскольку ток по большей части системы передается с потенциалом низкого напряжения. Хотя провода между катушками трансформатора и свечами зажигания низковольтной системы зажигания короткие, они являются высоковольтными проводниками высокого напряжения и подвержены тем же сбоям, что и в высоковольтных системах. Системы зажигания низкого напряжения имеют ограниченное применение в современных самолетах из-за превосходных материалов и защиты, доступных для создания выводов зажигания высокого напряжения, и дополнительной стоимости катушки для каждой свечи зажигания с системой низкого напряжения.


    СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *