DE10040415C1

DE10040415C1 - Induktives Bauelement

Info

Publication number: DE10040415C1
Application number: DE2000140415
Authority: DE
Inventors: Rainer Dudzik
Original assignee: Robert Seuffer GmbH and Co KG
Current assignee: Seuffer GmbH and Co KG
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2000-08-18
Publication date: 2002-01-10
Anticipated expiration: 2020-08-19
Also published as: FR2813141B1; FR2813141A1

Abstract

Ein induktives Bauelement mit wenigstens einem hohlzylindrischen Spulenkörper 1 aus einem bandförmigen isolierten elektrischen Leiter 2, der in zwei in axialer Richtung nebeneinanderliegenden gegensinning eben gewundenen Spiralen 3, 4 angeordnet ist. Die innliegenden Enden 12, 13 der beiden Spiralen 3, 4 sind miteinander verbunden und die äußeren Enden 5, 6 der beiden Spiralen 3, 4 sind elektrisch kontaktierbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein induktives Bauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Stand der Technik

Ein derartiges induktives Bauelement ist aus der DE 19 63 891 zur Herstellung von Transformatoren oder Drosselspulen bekannt. Das bekannte induktive Bauelement besitzt zwei in axialer Richtung nebeneinander liegende gegensinnig gewi ckelte Spiralen zweier bandförmiger Leiterstücke, wobei so wohl die außen- als auch in die innenliegenden Enden dieser Leiterstücke elektrisch miteinander verbunden sein können und das innere oder das äußere Ende der jeweiligen Spirale elektrisch kontaktiert werden kann. Zur elektrischen Verbin dung der beiden nebeneinanderliegenden Spiralen sind Verbin dungsstege mit Löt- oder Schweißverbindungen vorgesehen.

Aus der DE 33 38 475 A1 ist ebenfalls ein induktives Bauele ment zur Bildung von Transformatoren, Drosselspulen oder dergleichen bekannt, bei dem in axialer Richtung nebeneinan derliegende, gegensinnig gewickelte Spiralen von bandförmi gen Leiterstücken über Stromschienen elektrisch miteinander verbunden sind.

Aus der DE 19 08 165 A ist ein induktives Bauelement mit in axialer Richtung nebeneinanderliegenden Wicklungen von Lei terstücken bekannt. Durch Aufschneiden der jeweiligen Bandstücke am Anfang und Ende werden parallele Streifen ge bildet, die in die axiale Richtung um 90° umgeknickt werden, um die nebeneinanderliegenden Wicklungen der Leiterstücke miteinander zu verbinden.

Bei diesen bekannten Ausführungsformen induktiver Bauelemen te verlaufen die Verbindungsstege, welche die zu Spiralen gewickelten Leiterstücke jeweils miteinander verbinden, in axialer Richtung und damit senkrecht zur Längsrichtung der jeweils bandförmigen Leiterstücke. Der in den Verbindungs stegen geführte Strom besitzt daher ebenfalls eine zu den Stromrichtungen in den miteinander verbundenen Leiterstücken senkrechte Richtung.

Ferner ist aus der DE 198 18 132 A1 ein Gleichstromwandler bekannt, welcher als Aufwärtswandler in einem Kraftfahrzeug verwendet werden kann.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein induktives Bauele ment der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine allmähliche Stromrichtungsänderung zwischen den beiden elek trisch miteinander verbundenen bandförmigen Leiterstücken erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der Erfindung ist der bandförmige, insbesondere aus Kup fer oder Kupferlegierung mit einer Banddicke von vorzugswei se ca. 1 mm oder geringer bestehende, isolierte Leiter in zwei in axialer Richtung nebeneinander liegenden gegensinnig und eben gewundenen Spiralen angeordnet. Die innenliegenden Enden der beiden Spiralen sind über einen Verbindungssteg, der in einer schräg zur Spulenachse verlaufenden Windung an geordnet ist, miteinander verbunden. Die äußeren Enden der Spiralen sind elektrisch kontaktierbar und können beispielsweise mit einem Kontaktierungslot beschichtet sein oder in Form von aus dem Bandmaterial ausgestanzten Kontaktfingern ausgebildet sein.

In bevorzugter Weise sind die Bandlängen in den beiden Spi ralen gleich groß. Ferner besitzen die beiden Bänder in den beiden Spiralen vorzugsweise gleiche Bandbreiten. Die beiden nebeneinander liegenden Spiralen des bandförmigen Leiters bilden einen hohlzylindrischen Spulenkörper. Vorzugsweise ist jede Spirale des bandförmigen Leiters in einem E-Kern angeordnet. Es können auch beide Spiralen in einem gemeinsa men E-Kern angeordnet sein. Die Spulenkörper können auch an den Schenkeln von U-förmigen Kernen, die gegebenenfalls mit einem Joch verbunden sind, angeordnet sein.

Der Verbindungssteg kann aus einem Stück mit dem bandförmi gen elektrischen Leiter, welcher in seiner Längsrichtung in zwei gleich große bandförmige Leiterstücke aufgetrennt ist, am einen Bandende gebildet sein. Durch entgegengesetztes Falten der beiden Leiterstücke um den verbliebenen Verbin dungssteg und entgegengesetztes Winden bzw. Wickeln der bei den Leiterstücke zu den beiden gegenläufig verlaufenden Spi ralen wird der Spulenkörper gebildet.

Ferner kann ein bandförmiger elektrischer Leiter in einem mittleren Bereich um zwei im Winkel zur Bandlängsachse ver laufende Faltstellen, insbesondere in einem Winkel von 45° in entgegengesetzten Richtungen gefaltet sein. Die gefalte ten bandförmigen Leiterstücke werden dann ebenfalls um eine Achse, welche die Spulenachse bildet, zu den beiden neben einanderliegenden Spiralen gegensinnig gewunden bzw. gewi ckelt.

Die Bandlagen, aus denen die beiden Spiralen gebildet sind, liegen dicht aufeinander, so dass eine dichte Packung des bandförmigen Leiters in der jeweiligen Spirale erreicht wird. Es kann hierdurch ein Spulenkörper mit hohem Füllfak tor und äußerst niedrigen Streuverlusten aufgrund der gegen läufigen Wicklung der beiden bandförmigen Leiterstücke in den beiden Spiralen und der daraus resultierenden entgegen gesetzten Richtungen des elektrischen Stromes in den beiden Spiralen erreicht werden. Ferner erzielt man in dem bandför migen Leiter der jeweiligen Spirale einen verlustarmen Stromtransport.

In bevorzugter Weise können die jeweiligen Bandenden der Spiralen, beispielsweise durch Stanzen, zu Kontaktfingern ausgebildet sein, die beispielsweise in gedruckten Leiter platten oder anderen elektrischen Einrichtungen in einfacher Weise elektrisch kontaktiert werden können.

Das induktive Bauelement kann als induktive Spule, insbeson dere Drosselspule verwendet werden. Es können auch zwei oder mehr induktive Bauelemente in Modulbauweise, beispielsweise zur Herstellung von Transformatoren oder Kombinationen aus Drosselspulen und/oder Transformatoren kombiniert werden.

Beispiele

Anhand der Figuren wird die Erfindung noch näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen Spulen körper für ein Ausführungsbeispiel der Erfin dung;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für einen im Bereich eines elektrischen Verbindungssteges gefalte ten bandförmigen elektrischen Leiter;

Fig. 3 eine schnittbildliche Darstellung entlang ei ner Schnittlinie A-A in Fig. 1;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines in zwei E-Kerne eingebauten Ausführungsbeispiels; und

Fig. 5 eine weitere perspektivische Darstellung eines in zwei E-Kernen eingebauten Ausführungsbei spiels an der Stelle, an welcher die beiden Leiterenden der Spiralen des Spulenkörpers zur Kontaktierung mit anderen Bauelementen heraus geführt sind.

In Fig. 1 ist ein hohlzylindrischer Spulenkörper 1 darge stellt, welcher aus einem bandförmigen isolierten elektri schen Leiter 2 gebildet wird. Der bandförmige isolierte Lei ter 2 ist zu zwei gegensinnig eben gewundenen Spiralen ge formt, welche in axialer Richtung nebeneinander liegen. Die beiden Spiralen des bandförmigen Leiters 2 bilden den hohl zylindrischen Spulenkörper 1 mit einer Spulenachse 11.

Innenliegende Enden 12, 13 der beiden Spiralen 3, 4 des bandförmigen Leiters 2 laufen in einer Windung 14 des elek trischen Leiters um die Spulenachse 11 zusammen, wie es aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich ist. Die beiden inneren Enden 12, 13 sind in dieser Windung 14 des elektrischen Leiters, wie im einzelnen noch erläutert wird, miteinander verbünden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel werden aus einem bandförmigen isolierten Leiter 2 die beiden gegensinnig ge wickelten Spiralen 3, 4 gebildet. Die Bandlängen in den bei den Spiralen 3, 4 sind vorzugsweise gleich lang.

Zur Bildung eines Verbindungssteges kann, wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, der bandförmige Leiter 2 um zwei im Winkel von 45° zur Bandlängsrichtung verlaufende parallele Faltli nien 16, 17 gefaltet sein. Die Faltung erfolgt in einem mittleren Bereich des bandförmigen Leiters, so dass zwei in entgegengesetzten Richtungen verlaufende bandförmige Leiter stücke entstehen. Die beiden bandförmigen Leiterstücke wer den in entgegengesetzten Richtungen um eine Achse, welche die Spulenachse 11 bildet, zu den beiden Spiralen 3, 4 ge wunden bzw. gewickelt. Es entsteht dann ein Spulenkörper, wie er im Schnitt in Fig. 3 dargestellt ist. Der Verbin dungssteg 15, welcher zwischen den beiden Faltlinien 16, 17 gebildet wird, verläuft in der Windung 14 von dem einen in neren Ende 12 der Spirale 3 zum anderen inneren Ende 13 der Spirale 4. Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, werden die beiden Faltlinien 16, 17 so gelegt, dass beim Winden der beiden Spiralen 3, 4 die Längskanten der bandförmigen Lei terstücke aneinander stoßen. Da die Leiterstücke auch im Be reich ihrer aneinanderstoßenden Kanten isoliert sind, be steht keine Gefahr von Kurzschluss an diesen Stellen. Gege benenfalls kann eine isolierende Zwischenlage zwischen den beiden Spiralen vorgesehen sein.

Die beiden äußeren Enden 5, 6 der beiden Spiralen 3, 4 sind elektrisch kontaktierbar. Sie können hierzu mit einem Kon taktierungslot 9, 10 beschichtet sein, oder, wie es die Fig. 4 zeigt zu Kontaktfingern 22, 23 z. B. durch Stanzen geformt sein.

Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, kann jede der beiden Spiralen 3, 4 in einem Magnetkern 7, 8, insbesondere E-Kern aus mag netischem Material, beispielsweise Ferrit, angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, beide Spiralen 3, 4 des hohlzy lindrischen Spulenkörpers 1 auf einem Magnetkern 7 bzw. 8 anzuordnen. Bei der Ausführungsform der Fig. 4 und 5 kann das induktive Bauelement als Drosselspule verwendet werden. Bei einer Anordnung kann aus den beiden Modulen ein elektri scher Transformator hergestellt werden. Es ist jedoch auch möglich, die aus den beiden Spiralen 3, 4 gebildeten Spulen körper 1 auf die beiden Schenkel eines U-förmigen Kernes, dessen freie Enden gegebenenfalls durch ein Joch miteinander verbunden sind, zur Herstellung eines elektrischen Transfor mators anzuordnen.

Wie insbesondere aus den Fig. 4 und 5 zu ersehen ist, er reicht man zur Herstellung eines induktiven Bauelements ei nen hohen Füllfaktor. Wegen der gegenläufigen Stromrichtun gen in den Leiterstücken der beiden Spiralen ergeben sich praktisch keine oder nur minimale Streuflüsse. Die Spiralen 3, 4 sind auf den Butzen der E-Kerne angeordnet und füllen den gesamten Raum zwischen dem Butzen und den äußeren Kern schenkeln aus (Fig. 4, 5). Hierbei liegen die Windungen der bandförmigen Leiterstücke in den Spiralen 3, 4 dicht aufein ander.

In bevorzugter Weise kommt das induktive Bauelement bei ei nem Wandler zum Übersetzen einer Gleichspannung in einen an deren Gleichspannungswert, insbesondere als Aufwärtswandler zum Einsatz. Vorzugsweise dient dieser Aufwärtswandler zur Transformation der Betriebsspannung einer Kraftfahrzeugbat terie auf eine höhere Betriebsspannung von etwa 42 V.

Bezugszeichenliste

1

hohlzylindrischer Spulenkörper

2

isolierter bandförmiger elektrischer Leiter

3

Spirale des bandförmigen elektrischen Leiters

4

Spirale des bandförmigen elektrischen Leiters

5

äußeres Spiralenende

6

äußeres Spiralenende

7

E-Kern

8

E-Kern

9

Kontaktierungslot

10

Kontaktierungslot

11

Spulenachse

12

innenliegendes Spiralenende

13

innenliegendes Spiralenende

14

Windung

15

Verbindungssteg

16

Faltlinie

17

Faltlinie

22

Kontaktfinger

23

Kontaktfinger

Claims

1. Induktives Bauelement mit wenigstens einem hohlzylindri schen Spulenkörper (1) aus einem isolierten elektrischen Leiter (2), wobei der elektrische Leiter (2) mit zwei bandförmigen Leiterstücken in zwei in axialer Richtung nebeneinanderliegenden gegensinnig gewundenen Spiralen (3, 4) angeordnet ist, die innenliegenden Enden (12, 13) der beiden Spiralen (3, 4) des Spulenkörpers (1) über einen Verbindungssteg (15) elektrisch miteinander ver bunden sind und das äußere Ende (5, 6) der jeweiligen Spirale (3, 4) elektrisch kontaktierbar ist, dadurch ge kennzeichnet, dass der Verbindungssteg (15) in einer schräg zur Spulenachse (11) verlaufenden Windung (14) angeordnet ist.

2. Induktives Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Bandlängen in den beiden Spiralen (3, 4) des bandförmigen elektrischen Leiters (2) im wesent lichen gleich groß sind.

3. Induktives Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden nebeneinanderliegenden Spiralen (3, 4) des bandförmigen Leiters (2) den hohlzy lindrischen Spulenkörper (1) bilden.

4. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Spiralen (3, 4) eine eben gewundene Spirale ist.

5. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Spirale (3, 4) des bandförmigen elektrischen Leiters (2) um einen Kern (7, 8) oder ein Kernteil aus magnetischem Werkstoff gewickelt ist.

6. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Spirale (3, 4) des bandförmigen Leiters (2) in einem E-Kern (7, 8) angeord net ist.

7. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die bandförmigen Leiterstü cke, welche die beiden Spiralen (3, 4) bilden, und der Verbindungssteg (15; 18) aus einem Bandstück gebildet sind.

8. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden bandförmigen Leiterstücke (2, 2), welche die beiden Spiralen (3, 4) bilden, um Faltlinien (16, 17; 20, 21) im Bereich des Verbindungssteges (15; 18) gefaltet sind.

9. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssteg (15) zwischen zwei Faltlinien (16, 17), die einen Winkel von etwa 45° gegenüber der Bandlängsrichtung einnehmen, ge bildet ist.