トロイドインダクタの断面積が正方形であるのはなぜですか?



Why Do Toroid Inductors Have Square Cross Section

解決:

フェライトトロイドを作るときは、圧縮してから焼結する必要のある粉末から始めます。側面が実質的に平行で、一方向に圧縮する金型を使用する方がはるかに実用的です。断面の主な基準は製造可能性です。

トロイダルトランスコアの電力スループットを最大化する理論上の形状は、ほぼ円形(卵形の一種)のトロイドです。断面に比べて中央の穴が大きいほど、円形に近くなります。この形状は、磁気的および電気的長さ、したがって損失を共同で最小化します。フェライト、鉄粉、または鉄テープのコア、およびCuまたはAlの巻線など、コアと導体の材料の任意のペアについて、最適な断面積と穴の比率はわずかに変化します。



ただし、この最適値は断面形状の非常に弱い関数であり、円形と角の丸い角のある領域の間でほとんど変化しません。


スペース占有の考慮事項

同じ体積のコア材料の場合、正方形の断面を使用すると、完成品の重要な外形寸法が小さくなります。したがって、たとえば、プリント回路基板上で占める床面積が少なくなります。



長方形の断面が使用されている場合、これをさらに進めると(以下を参照)、同じ断面積と平均流路長に対して、外寸はさらに小さくなります。

内半径飽和

考慮すべきもう1つのことは、トロイドの内側の半径です。コアの断面が円形の場合、正方形の断面のトロイドと同じコアの周りの平均有効長に対して、Hフィールドが内側の半径で占めるパスがわずかに短くなり、これにより、大電流での飽和。

では、主要なトロイドメーカーは何をしているのでしょうか?



多分これは4つの人気のあるものを調べることによって答えることができます $ ^ 1 $Ferroxcubeのフェライトトロイド。実際、これらのトロイドは断面が正方形ではなく長方形です。寸法が小さいほど、内側と外側の半径の不一致がさらに少なくなります(赤で計算された寸法です):-

ここに画像の説明を入力してください

フェアライトトロイドについても同じことがわかりました。言い換えれば、長方形の断面を有することが好ましく、それは当然、正方形の断面よりもさらに長い巻線長さ、および円形の断面よりもさらに長い巻線長さを意味する。これは、トランスまたはインダクタの磁気部分が、 $ I ^ 2R $損失あり。

したがって、通常、平均有効経路長は、コアの中央半径(つまり、ジャムの中央がドーナツにある場所)を通過するものと見なし、内側の半径がわずかに飽和しやすいという真実を無視します。アウター。それは私たちがエンジニアとして行っていることですが、私たちが自分たちのデザインにこだわりを持っているのであれば、それを考慮する必要があります。

円形断面のコアは当然、内径が小さくなります。このため、その内径では(正方形の断面と比較して)磁気的に飽和する傾向があり、長方形の断面と比較するとさらに飽和する傾向があります。セクショントロイドコア。

曲がりくねった部屋

また、円形断面のコアに巻線を配置する余地も少なくなります。内側の半径が小さいほど、通過するワイヤのボトルネックが少し大きくなります。長方形の断面に行くと、さらに広いスペースが得られます。

要約すれば

正方形の断面のコア(上記の議論の場合)は、内側の寸法から外側の寸法への磁束密度のレベルがより均一になり、より多くの銅線が中心を通過できるようになります。長方形の断面はさらに優れています。


$ ^ 1 $'Popular' = FarnellのWebサイトにアクセスし、リストの一番上にある、在庫レベルが高い4つの異なるコアを選択します。


総利益の最大化は望まれていることです。長方形の断面を持つトロイダルコアは確かに製造が最も簡単ですが、ユーザーが巻きやすくするためにいくつかの丸みを付けると便利です。完成した電子機器の不動産コストは、長方形の断面を示唆するもう1つの要因です。必要なインダクタンスと許容抵抗が固定されている場合の使用済み銅の質量は、逆の要因です。これらすべてのことはすでに他の人によって言われていますが、最終的な選択は最適化の結果でなければなりません。

コアプロデューサーはユーザーを完全に制御できず、ユーザーは利用可能なものを予算内で使用する必要があるため、プロセス全体でそれを行う人は誰もいません。いくつかのかすかな試みが見られました。コアセラーの広告に「アプリケーションに最適なコアを選択できるようにエンジニアリングチームに依頼してください」というテキストが表示されているのを見たことがあることを誓います。