Luchtspoelen worden vaak gebruikt in hoogfrequentcircuits, omdat de magnetische verliezen zo laag mogelijk moeten worden gehouden. Luchtspoelen gebruiken geen magnetische kern, zoals inductoren met een ijzeren of ferrietkern. De spoel is eenvoudigweg om de lucht of een niet-magnetische stof gewikkeld die geen magnetisch veld heeft.
Luchtspoelen worden vaak gebruikt in RF-circuits, antennes, draadloze systemen en meetapparatuur, omdat ze lage verliezen hebben, zeer lineair zijn en uitstekende prestaties leveren bij hoge frequenties.
Dit boek bespreekt het basisprincipe van de luchtspoel, de constructie ervan, de verschillende typen luchtspoelen, hoe het juiste type te gebruiken en hoe ze in de praktijk kunnen worden toegepast, samen met enkele hulpmiddelen voor probleemoplossing en snel te raadplegen gegevens.
1 Wat is een Luchtkernspoel ?
Een luchtspoel is een type elektrische inductor die een geleidingsdraad gebruikt om een spoel te vormen zonder magnetisch kernmateriaal. De spoel kan worden ondersteund door lucht, plastic, keramiek en andere materialen die geen magneten aantrekken.
De inductantie wordt geleverd door een magnetisch veld dat wordt opgewekt door een stroom die door een spoel loopt.
Belangrijke dingen
Geen kernmaterialen nodig
Lage magnetische verliezen
Zeer stabiel, vooral bij hoge frequenties.
Heel recht
Lage inductantie in vergelijking met inductoren met ijzeren kern.
Luchtspoelen zijn het meest geschikt voor circuits waar signalen worden verwerkt en gecommuniceerd en waar RF-signalen worden gebruikt.
2. Hoe een luchtspoel werkt
Elektromagnetische inductie zorgt ervoor dat een luchtspoel functioneert.
Wanneer er elektriciteit door een spoel stroomt, ontstaat er een magnetisch veld rond de draden. De inductantie wordt veroorzaakt door dit magnetische veld.
Er zijn een aantal factoren die de inductantie beïnvloeden:
Hoe vaak
Hoe breed de spoel is
Hoe lang de spoel is
Hoe ver staan de draden van elkaar?
Doorlaatbaarheid van het medium, oftewel lucht
De inductantie van een eenvoudige solenoïdespoel met luchtspoel kan worden geschat met behulp van:
L=lμ0N2A
Waar:
L = inductantie (H)
μ₀ = permeabiliteit van de vrije ruimte
N = aantal beurten
A = dwarsdoorsnedeoppervlakte
l = spoellengte
Omdat lucht een lage magnetische permeabiliteit heeft, hebben inductoren met een luchtkern doorgaans lagere inductantiewaarden dan inductoren met een ferrietkern.
3 verschillende soorten luchtspoel
Er bestaan verschillende soorten luchtspoelen, afhankelijk van hun toepassing of constructie.
1. Luchtspoel met één laag
Een spoel die is gemaakt door draden één keer op te rollen.
Toepassingen: RF-afstemcircuits
Oscillatoren
antennes
2 luchtspoelen met meerdere lagen
De draden worden meerdere keren opgerold om de inductantie te vergroten.
Toepassingen:
RF-filters
Zenders die draadloos werken
3-spoels systeem met variabele luchtstroomkern
Je kunt de inductantie verhogen of verlagen door de draadlengte te vergroten of te verkleinen.
Toepassingen: RF-afstemming
Radio-ontvangers
4 platte spiraalvormige spoel
De draden zijn opgerold als een platte spiraal.
Toepassingen: Draadloos opladen
Sensoren die gebruikmaken van inductie
Systemen voor RFID
4 Structuur en belangrijkste typen
De volgende onderdelen maken deel uit van een luchtspoel:
Hoofd onderdelen
Onderdeel Functie:
Draad van koper geleidt stroom.
Het oprollen van spoelen creëert een magnetisch veld.
Steunframe zorgt voor mechanische stabiliteit
Isolatielaag voorkomt kortsluiting
Sorteren op vorm
Hieronder volgen de verschillende typen luchtspoelen:
De mensen hebben luchtspoelen in de volgende categorieën ingedeeld:
Spoelen van solenoïden
Spiraalvormige spiralen
Windingen in een helix
Spoelen in een vlak
Elk van de bovenstaande heeft een andere inductantiewaarde en werkt op een andere frequentie.
5. Luchtspoel Hoofd Kenmerken: Plus- en minpunten
De voordelen van luchtspoelen:
✔ Geen verliezen in de magnetische kern
✔ Uitstekende prestaties bij hoge frequenties
✔ Hoge lineariteit (geen magnetische verzadiging)
✔ De inductantie blijft stabiel bij verschillende temperaturen.
✔ Lage vervorming in RF-circuits
De nadelen van luchtspoelen:
✘ met lagere inductantiewaarden
✘ Grotere fysieke afmetingen nodig
✘ Lagere magnetische koppelingsefficiëntie
✘ Gevoelig voor externe elektromagnetische interferentie
6. Vergelijkingstabel: Luchtkern-, ijzerkern- en ferrietinductoren
| Kenmerk | Luchtkernspoel | IJzeren kern inductor | Ferrietkern-inductor |
| Kernmateriaal | Lucht | IJzer | ferrite |
| Magnetische permeabiliteit | Heel laag | Hoge | Medium |
| Inductiewaarde | Laag | Hoge | Medium |
| Frequentiebereik | Zeer hoog | Laag | Gemiddeld hoog |
| Kern verlies | Heel laag | Hoge | Medium |
| Verzadiging | Geen | Ja | Ja |
| Toepassingen | RF circuits | Voeding | Filters en transformatoren |
7. Toepassingen in verschillende sectoren
Luchtspoelen worden in diverse moderne elektronische apparaten gebruikt.
- Radiofrequentie (RF) systemen
Deze worden gebruikt in zenders, ontvangers en oscillatoren.
- Draadloze oplaadsystemen
Platte spiraalvormige luchtspoelen worden in diverse toepassingen gebruikt, waaronder:
Draadloos opladen van smartphones
Opladers voor elektrische tandenborstels
- communicatie Materiaal
Deze worden in diverse toepassingen gebruikt, waaronder:
Antenne afstemmen
RF-filters
Signaalkoppeling
- Medische elektronica
Deze worden in diverse toepassingen gebruikt, waaronder:
MRI-spoelen
Precisie sensoren
Medische signaalverwerking
- Test- en meetapparatuur
Hoogfrequent testapparatuur vereist inductoren met lage verliezen, waarbij gebruik wordt gemaakt van luchtspoelen.
8. Waarom luchtspoelen steeds populairder worden
Er zijn een aantal technologische ontwikkelingen die luchtspoelsystemen populairder maken.
- De opkomst van draadloze technologie
Draadloze communicatieapparaten vereisen hoogfrequente inductoren.
Bijvoorbeeld 5G-apparaten.
Apparaten die verbinding maken met internet
RFID-apparaten
- Minder magnetisch verlies
Luchtspoelinductoren elimineren volledig hysteresisverliezen en verliezen door wervelstromen.
- Zeer lineair
Luchtspoelen zijn perfect voor toepassingen die een zeer lineaire respons vereisen, omdat ze niet verzadigd raken.
- Ontwerp van kleine RF-circuits
In moderne RF-circuits is afstemming op hoge frequenties noodzakelijk.
9. Hoe kies je een luchtspoel (een handleiding voor ingenieurs)?
Bij de keuze van een luchtspoel moeten ingenieurs rekening houden met een aantal factoren.
- De waarde van de inductantie
Bepaal hoeveel inductantie er nodig is.
Normaal bereik: 1 nH tot 100 µH
- Frequentie van operatie:
De beste omstandigheden voor de werking van luchtspoelwarmtewisselaars zijn:
RF-frequenties
Schakelingen met hoge frequenties
- De grootte van de spoel
Een grotere spoel betekent:
Meer inductantie
Meer ruimte nodig
- De dikte van de draad
Een dikkere draad betekent:
Minder weerstand
Minder stroomverlies
- Kwaliteitsfactor (Q)
Hoe hoger de Q-factor, hoe lager het energieverlies.
- Temperatuurstabiliteit
De spoel moet bij alle temperaturen goed functioneren.
10. Veelgestelde vragen over technische problemen en oplossingen
Probleem 1: De inductantie is te laag
Mogelijke oorzaken:
Te weinig spins
De diameter van de spoel is te klein.
Oplossing:
Meer plotwendingen nodig
Maak de spoel groter
Probleem 2: De spoel verwarmen
Oorzaak:
Er loopt te veel stroom door de spoel.
Oplossing:
Maak de draad dikker of verlaag de stroomsterkte.
Probleem 3: De spoel ondervindt interferentie veroorzaakt door elektromagnetische golven.
Oorzaak:
Magnetische velden komen van buiten de spoel en beïnvloeden deze.
Oplossing:
Los het probleem op door een goed printplaatontwerp te gebruiken.
Probleem 4: De frequentie is instabiel
Reden:
De spoel verandert van vorm als gevolg van mechanische krachten.
Oplossing: Gebruik ondersteunend materiaal om de spoel vast te zetten.
12 tips om dingen in goede staat te houden en veelgemaakte fouten bij het gebruik ervan.
Ingenieurs moeten veelvoorkomende fouten vermijden om de betrouwbaarheid van hun werk te waarborgen.
Maak deze fouten niet
Onjuiste berekening van de inductantie
Er loopt te veel stroom door een dunne draad.
Mechanisch niet erg stabiel.
Onjuiste afstand tussen de spoelen
Tips om uw coils in goede conditie te houden: ✔ Controleer regelmatig de structuur van de coils ✔ Voorkom mechanische vervorming ✔ Houd de isolatie in goede staat ✔ Bescherm de coils tegen vocht en corrosie
13. Snel naslagtabel
| Parameter | Typisch bereik |
| Inductie | 1 nH – 100 µH |
| Werkfrequentie | kHz – GHz |
| Q-factor | 50 - 300 |
| Draadmateriaal | Koper |
| Spoeldiameter | 2 mm - 100 mm |
| Temperatuurbereik | −40°C tot 125°C |
14. Onderhoudstips en veelvoorkomende toepassingsfouten
Om ervoor te zorgen dat luchtgekoelde warmtewisselaars goed presteren, moeten verschillende onderhoudstips worden opgevolgd. Technici moeten zich ook bewust zijn van de veelvoorkomende fouten die ten koste van alles moeten worden vermeden. Deze veelvoorkomende fouten zijn onder andere:
Vermijd deze fouten
Onjuiste berekening van de inductantie
Overmatige stroom die door dunne draden loopt
Slechte mechanische stabiliteit
Onjuiste spoelafstand
Onderhoudstips
✔ Controleer regelmatig de structuur van de spoel
✔ Zorg ervoor dat er geen mechanische vervorming optreedt
✔ Zorg voor een goede isolatie
✔ Zorg ervoor dat het product niet wordt blootgesteld aan vocht en corrosie.
15. Overzicht
Luchtspoelen spelen een cruciale rol in hoogfrequente elektronische apparaten en RF-circuits. De unieke voordelen die luchtspoelen bieden, maken ze tot een essentieel onderdeel van moderne communicatie- en draadloze technologie. Deze voordelen omvatten minimale magnetische verliezen, hoge lineariteit en hoge frequentiestabiliteit.
Luchtspoelen bieden een lagere inductantiewaarde in vergelijking met andere inductieve componenten, zoals magnetische kernspoelen. Doordat er geen kernverzadiging optreedt, zijn luchtspoelen geschikt voor gebruik in elektronische circuits. De werkingsprincipes, ontwerpaspecten en selectiemethoden helpen bij het kiezen van de juiste luchtspoel voor optimale circuitprestaties.
