Title:
Bifilares induktives Koppelelement mit umschließendem Hohlleiter
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Das erfindungsgemäße Bauelement bewirkt die induktive Kopplung einer Primär- mit einer Sekundärseite und weist im besonderen hinsichtlich Streufeldern, Abschirmbarkeit und Effizienz Vorteile bei höheren Frequenzen auf.
Das Bauelement ist im Grundsatz bifilar aufgebaut, d.h., primär verlaufen Hin- und Rückstrom in benachbarten Leitungen. Da nun im besonderen einer der Primärleiter als Hohlleiter ausgeführt ist, der den anderen primären Leiter enthält, verläuft das entstehende Magnetfeld in erster Näherung nur innerhalb des Hohlleiters, was die o.g. Vorteile bewirkt.
Die sekundären Leiter sind im Prinzip ebenfalls bifilar ausgeführt und müssen zwischen dem primären Hin- und Rückleiter liegen. Alle Leiter können koaxial verlaufen.
Durch eine ferromagnetische Lage kann die Induktivität erhöht werden. Eine unterschiedliche Anzahl von primären und sekundären Leiterpaaren bewirkt eine Transformation der elektrischen Grössen.
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Inventors:
gleich Anmelder
Application Number:
DE102018000642A
Publication Date:
05/17/2018
Filing Date:
01/26/2018
Assignee:
Kaufmann, Eckhard P., Dr.rer.nat., 04931 (DE)
International Classes:
H01F38/14; H01B7/00
Claims:
Bifilares induktives Koppelelement mit umschließendem Hohlleiter, bestehend aus einem Primär- und einem Sekundärteil, wobei der Primärteil mindestens zwei Leiter (mindestens ein Leiterpaar) aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß einer der genannten Leiter als Hohlleiter ausgeführt ist, der alle anderen Leiter, sowohl des Primär- wie auch des Sekundärteils umschließt, bzw. in dessen Innenraum sämtliche anderen Leiter verlaufen.

Koppelelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Primärstrom zwei primäre Leiter in jeweils entgegengesetzter Richtung durchfließt, d.h., daß ein Leiter jedes primären Leiterpaars als Hinleiter und der andere als Rückleiter wirkt.

Koppelelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß sämtliche Leiter des Sekundärteils zwischen Hinleitern und Rückleitern des Primärteils liegen, d.h., daß keiner der genannten Leiter zwischen zwei primären Hinleitern und/oder zwei primären Rückleitern liegt.

Koppelelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen primärem Hinleiter und primärem Rückleiter jeweils zwei Sekundärleiter liegen, so daß jeder Sekundärleiter auf einer Seite einem Primärleiter benachbart ist, auf der anderen Seite dem jeweils anderen Sekundärleiter.

Koppelelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß alle primären Leiter so beschaltet sind, daß die darin fliessenden Ströme dieselbe Richtung haben.

Koppelelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die primären Leiter der ursprünglichen Kategorie ‚Hinleiter‘ einen Strom führen, der völlig unabhängig von dem Strom sein kann, der in den Leitern der ursprünglichen Kategorie ‚Rückleiter‘ fließt.

Koppelelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß primär und sekundär vertauscht sind, im besonderen dahingehend, daß der umschließende Hohlleiter zum Sekundärteil gehört.

Koppelelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Koppelelement eine ferromagnetische Schicht oder Lage enthält, im besonderen in Form eines koaxialen Hohlzylinders.

Koppelelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß sämtliche Leiter konzentrisch bzw. koaxial ausgeführt sind.

Koppelelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß primär und sekundär ungleiche Anzahlen von Leiterpaaren vorhanden sind bzw. eingesetzt werden.

Koppelelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Ansprüche gemeinsam verwendet werden.

Description:
Stand der Technik

Im Einklang mit der allgemeinen Erhöhung von Arbeits- und Taktfrequenzen haben sich auch die Anforderungen an induktive Bauelemente verändert.

Dabei ist ab etwa dem zweistelligen MHz-Bereich nicht nur ein Mangel an praktisch verwendbaren Ferriten zu verzeichnen, sondern es sind möglicherweise die heutigen Konzepte insgesamt zu hinterfragen. Die größten Defizite liegen dabei bei der Effizienz der Kopplung, den magnetischen Streufeldern, sowie allgemein em-Störungen, sowohl von innen nach außen wie umgekehrt.

Im folgenden wird ein Aufbau beschrieben, der sich sowohl zur induktiven Kopplung wie auch zur Transformation elektrischer Größen bei höheren Frequenzen eignet und dabei eine leichtere em-Abschirmbarkeit sowie ein geringeres Streufeld aufweist als bisherige Konzepte.

Beschreibung

Das erfindungsgemäße Koppelelement geht im Grundsatz von einem bifilaren Aufbau aus. D.h., sowohl auf der Primär- wie auf der Sekundärseite sind Leiterpaare vorhanden, deren einzelne Leiter einen Strom sowohl in einer bestimmten Richtung wie auch in der Gegenrichtung führen (Hin-/ Rückleiter). Beide Leiter können in unmittelbarer Nähe zueinander verlaufen, müssen aber auf jeden Fall magnetisch benachbart sein.

Ein zusätzliches Merkmal besteht nun darin, daß einer der beteiligten Leiter als Hohlleiter ausgeführt ist, in dessen Hohl-/Innenraum alle anderen Leiter verlaufen.

So kann z.B. der primäre Hinleiter (1, 1) als Hohlleiter ausgeführt sein, der Rückleiter (1, 4) als darin enthaltener Draht.

Das primäre Magnetfeld muß nun zwischen Hin- und Rückleiter und damit im Innenraum des Hohlleiters auftreten. Dies bedingt ein sehr geringes magnetisches Streufeld, eine leichte em-Abschirmbarkeit (Hohlleiter), eine hohe Effizienz der magnetischen Kopplung sowie eine minimale Beeinflussbarkeit durch ferromagnetische Teile außerhalb.

Grundsätzlich kann der Aufbau auch eine ferromagnetische Lage oder Schicht enthalten.

Eine induktive Kopplung kommt bei primären Hin- und Rückleitern dann zustande, wenn auf der Sekundärseite ebenfalls ein adäquat angeordnetes Leiterpaar (1, 2 und 3) vorhanden ist, in das ein Rück- bzw. Hinstrom induziert werden kann. Dabei müssen sich die sekundären Leiter stets zwischen den primären Hin- und Rückleitern befinden, zudem darf sich die räumliche Beziehung zu diesen nicht ändern. D.h., jeder Sekundärleiter darf nur entweder zum primären Hinleiter oder zum Rückleiter benachbart sein, die Verwendung von verdrillten Leitungen ist nicht möglich.

Die koaxiale Form ist sowohl bei Leitern wie auch bei etwaigen ferromagnetischen Lagen etc. hinsichtlich der Gleichmäßigkeit bzw. Symmetrie des Magnetfelds von Vorteil.

Ebenfalls kann aber z.B. ein Kabel mit zwei hohlzylindrischen, koaxialen Abschirmungen (galvanisch voneinander getrennt), sowie zwei drahtförmigen Innenleitern im Sinn des beschriebenen Koppelelements wirken (2). Dabei wäre den Kategorien primär/sekundär jeweils ein Draht und eine Abschirmung zuzuordnen. Da beide Drähte verschiedenen Kategorien angehören, können sie nun auch verdrillt sein. Allerdings ist das Magnetfeld bei dieser Aufbauart nicht notwendigerweise homogen, so daß eine schlechtere Kopplung/Energieübertragung resultieren kann.

Eine Transformation findet statt, wenn auf Sekundär- und Primärseite ungleiche Anzahlen von Leiterpaaren verwendet werden.

Grundsätzlich sind Primär- und Sekundärfunktion vertauschbar, so daß der umschliessende Hohlleiter auch der Sekundärseite angehören kann.

Der beschriebene Aufbau mit umschließendem Hohlleiter erlaubt weitere Anwendungen.

So kann z.B. auf der Primärseite derselbe Strom in derselben Richtung durch beide Leiter geführt werden. In diesem Fall genügt ein einziger Sekundärleiter, um eine Spannung induziert zu bekommen. Mehrere derartige Sekundärleiter können unaufwendig in Serie oder parallel geschaltet werden. Auch auf der Primärseite kann bei einem gewickelten Aufbau des Koppelelements das Ende des einen Leiters problemlos mit dem Anfang des anderen verbunden werden.

Beide Primärleiter können aber auch mit völlig unterschiedlichen Strömen angesteuert werden. Bei den durchgeführten Messungen waren auf beiden Primärleitern (nach vorhandenen Vorwiderständen) sowie dem Sekundärleiter dann identische Spannungen sichtbar, die der Summierung der primären Anfangssignale entsprechen.

Bei den beiden letztgenannten Ausführungen kann das außerhalb des Hohlleiters liegende magnetische Feld allerdings sehr viel stärker sein als bei den Anwendungen mit Hin- und Rückstrom. Entsprechend steigt auch die Beeinflussbarkeit durch äußere ferromagnetische Teile.