-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Wickelkörper für mindestens zwei Transformatoren
mit jeweils einem Wickelteilkörper
pro Transformator zur Aufnahme der Transformatorwicklungen und eines einen
U-Kern und einen I-Kern aufweisenden Transformatorkerns jeweils
eines Transformators. Die Erfindung betrifft ferner eine Transformatoranordnung mit
mindestens zwei Transformatoren mit jeweils zwei Transformatorwicklungen,
einem einen U- und einen
I-Kern aufweisenden Transformatorkern und mit einem solchen Wickelkörper.
-
In
vielen elektrischen Schaltungen wird oft mehr als ein Transformator
benötigt. Üblicherweise werden
dann mehrere getrennte Transformatoren benutzt, wobei jeder Transformator
seinen eigenen Wickelkörper
aufweist, auf dem die Transformatorwicklungen und der zugehörige Transformatorkern angebracht
sind. Transformatoren und deren Wickelkörper sind in vielfacher Zahl
bekannt. Ein Kammertransformator für ein Schaltnetzteil mit einem
Spulenkörper,
der mehrere Kammern zum Aufnehmen der Transformatorwicklungen aufweist,
und mit einem aus zwei Kernhälften
bestehenden Transformatorkern ist beispielsweise aus der
EP 0 848 396 bekannt. Dort
sind die beiden Kernhälften
U-förmig
ausgestaltet. Vielfach wird jedoch der Transformatorkern aus einem
U-förmigen
U-Kern und einem stabförmigen
I-Kern aufgebaut.
-
Aus
DE 101 03 280 A1 ist
eine Anordnung zum kontaktlosen Übertragen
von elektrischer Energie zwischen einem feststehenden Fahrzeugteil
und einem demgegenüber
linear bewegbaren Fahrzeugteil bekannt, die einen Datentransfer
bei gleichzeitiger Leistungsübertragung
in linearen Transformatorsystemen ermöglicht. Diese Anordnung umfasst
mindestens einen Übertrager,
dessen Wicklungen – Primärwicklung
und Sekundärwicklung – in getrennten Schalenkernen
liegen, wobei ein Schalenkern am feststehenden Fahrzeugteil angeordnet
ist und der andere Schalenkern am bewegbaren Fahrzeugteil angeordnet
ist und wobei die Schalenkerne als aneinander entlang gleitende
Schienen realisiert sind, deren Profile so ausgebildet sind, dass
sie zusammen einen geschlossenen Kreis für den magnetischen Fluss zwischen
den Wicklungen bilden. Dabei wird mindestens ein erster Übertrager
zur Datenübertragung
und mindestens ein zweiter Übertrager
zur Leistungsübertragung
genutzt.
-
Aus
DE 31 29 381 C2 ist
ein Schaltnetzteil-Transformator bekannt mit einer Primärwicklung und
einer Sekundärwicklung
mit zwei Teilwicklungen, bei dem die Primärwicklung und Sekundärwicklung
in mehrere Teilwicklungen aufgeteilt sind, die Teilwicklungen der
Primärwicklung
in einer ersten Gruppe und die Teilwicklungen der Sekundärwicklung
in einer zweiten Gruppe von Kammern eines Kammerspulenkörpers liegen
und die Kammern der beiden Gruppen ineinander geschaltet sind.
-
Aus
EP 1 037 221 A2 ist
eine Spulenanordnung bekannt mit einem Kern, einer ersten gedruckten
Spule auf einem ersten Substrat und einer zweiten gedruckten Spule
auf einem zweiten Substrat. Der Kern hat einen Mittelschenkel und
wenigstens ein Paar Außenschenkel,
die in gleichen Abständen vom
Mittelschenkel angeordnet sind. Das erste Substrat hat ein Mittelloch
und ein Paar Außenlöcher, in denen
entsprechend der Mittelschenkel und das Paar Außenschenkel des Kerns stecken.
Die erste gedruckte Spule windet sich um das Mittelloch. Das zweite
Substrat hat ein Mittelloch und ein Paar Außenlöcher, in denen entsprechend
der Mittelschenkel und das Paar Außenschenkel des Kerns stecken.
Die zweite gedruckte Spule beinhaltet ein Paar äußerer gedruckter Spulen, die
in Reihe geschaltet sind und mit derselben Anzahl von Umwindungen,
aber in entgegengesetzter Richtung um das Paar Außenlöcher gewunden
sind.
-
Aus
US 3,605,055 ist ein Wicklungskörper bekannt,
der aus zwei Spulenkörpern
besteht, die ineinander eingepasst sind, um eine einheitliche Spulenanordnung
zu ergeben. Diese zweiteilige Spulenanordnung enthält eine
isolierte Kammer zwischen den benachbarten Spulenkörpern, wenn
diese in ihrer montierten Position sind. Dadurch wird ein isolierter
Gang geschaffen, um die elektromagnetischen Spulen, die auf die
zwei Spulenkörper
gewickelt sind, so zu verbinden, dass das Spannungsgefälle zwischen
den aufeinanderfolgenden Entwicklungen jeder Spule auf etwa 50%
dessen reduziert wird, was ein einzelner Spulenkörper mit einer gleichen Anzahl an
Wicklungen hätte.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wickelkörper für mindestens
zwei Transformatoren zu schaffen, mit dem mehrere Transformatoren kosten-
und platzsparend angeordnet werden können.
-
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Wickelkörper
gemäß Anspruch
1, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Wickelteilkörper eine
gemeinsame, die Wickelteilkörper
verbindende Aufnahmeschiene aufweisen zur Aufnahme eines den Transformatoren
gemeinsamen I-Kerns und dass die Wickelteilkörper so ausgestaltet sind,
dass die mindestens zwei Transformatoren voneinander beabstandet
angeordnet sind.
-
Eine
Transformatoranordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in Anspruch 9 definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
-
Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Wickelkörper so
auszugestalten und mit einer Aufnahmeschiene zu versehen, dass ein
gemeinsamer I-Kern für
die Transformatoren verwendet werden kann.
-
Ferner
soll der Wickelkörper
so ausgestaltet sein, dass die mindestens zwei Transformatoren in enger
Nachbarschaft, aber dennoch beabstandet voneinander angeordnet sind,
so dass die beiden Transformatoren elektrisch und magnetisch voneinander
weitgehend entkoppelt sind. Jeder Transformator weist also einen
eigenen U-Kern und eigene Transformatorwicklungen auf, die auf dem
jeweiligen Wickelteilkörper
aufgewickelt sind, und jedem Transformator ist ein Teil des gemeinsamen
I-Kerns zugeordnet,
der zusammen mit dem jeweiligen U-Kern einen magnetischen Kreis
bildet.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Wickelkörper können somit
zwei oder mehr Transformatoren, die alle entweder unterschiedlich
oder gleich ausgestaltet sind, platz- und kostensparend gebildet
werden. Durch die Verwendung eines gemeinsamen I-Kerns für alle Transformatoren
reduziert sich die Anzahl der Transformatorkerne, was zu einer einfacheren
Montage und einer Reduzierung der Kosten führt.
-
Bevorzugt
wird erfindungsgemäß für alle Transformatoren
ein gemeinsamer I-Kern verwendet, der bevorzugt einstückig ausgestaltet
ist. Es ist jedoch genauso möglich,
einen mehrstückigen
I-Kern anzuordnen, wobei die einzelnen Stücke dann insgesamt den gemeinsamen
I-Kern bilden.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Abstandselement zur Beabstandung
der Transformatoren, insbesondere ein an der Aufnahmeschiene angeordneter
Trennsteg zwischen jeweils zwei benachbarten Wickelteilkörpern, vorgesehen.
Dadurch wird eine sichere magnetische Entkopplung der einzelnen magnetischen
Kreise der Transformatoren erreicht, insbesondere eine mechanische
Trennung der einzelnen U-Kerne,
die sich somit nicht berühren
können.
Grundsätzlich
kann jedoch auch durch andere Mittel eine solche Berührung verhindert
werden.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung ist an einem Ende der Aufnahmeschiene
ein als Anschlag für
den gemeinsamen I-Kern dienendes Begrenzungselement angeordnet.
Dieses dient insbesondere zur Bestimmung einer Endposition des I-Kerns
bei dessen Montage, da der I-Kern bevorzugt in die Aufnahmeschiene
von einer Seite eingeschoben wird. Das Begrenzungselement verhindert
somit, dass der I-Kern auf der anderen Seite wieder hindurchgeschoben wird
oder an der falschen Stelle positioniert wird. Ein solches Begrenzungselement
kann beispielsweise eine einfache Kunststoffnase am Ende der Aufnahmeschiene
sein.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung sind an den Wickelteilkörpern Führungsnoppen
zur Bestimmung der Position des jeweiligen U-Kerns angeordnet. Dadurch
wird einerseits eine fehlerhafte Montage und andererseits ein Verrutschen
der U-Kerne verhindert.
-
Ferner
sind bevorzugt an einer Seite der Wickelteilkörper Auflagenoppen angeordnet
zum planen Auflegen des Wickelkörpers
auf einer ebenen Fläche.
Sowohl die Auflagenoppen als auch die Führungsnoppen können ferner
so angeordnet sein, dass sie zur Umlenkung einzelner Drähte der
Transformatorwicklungen dienen, was insbesondere von Bedeutung ist,
wenn der Transformator als Mehrkammertransformator aufgebaut ist,
bei dem die einzelnen Transformatorwicklungen in mehrere Teilwicklungen
unterteilt sind, die jeweils in einer separaten Kammer gewickelt
sind, wie dies gemäß einer
weiteren Ausgestaltung vorgesehen ist.
-
So
kann der Wickelkörper
beispielsweise zur Aufnahme zweier Transformatoren ausgestaltet
sein, wobei der Haupttransformator beispielsweise zwei galvanisch
getrennte Sekundärwicklungen
aufweisen kann, die in getrennten Kammern aufgewickelt sind, wobei
eine sichere elektrische Trennung, bei entsprechender Zusatzverarbeitung,
nach UL508 bzw. IEC950 oder EN60558, bei entsprechendem Vakuumvollverguss,
gegeben ist. Ferner kann die Primärwicklung des Haupttransformators beispielsweise
in drei einzelne Kammern unterteilt sein, wobei jede Kammer ein
Drittel der Gesamtwindungszahl aufnimmt. Dies hat den Vorteil, dass
an jeder Teilwicklung nur ein Drittel der an der Gesamtwicklung anliegenden
Spannung anliegt und somit die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen
den Wickeldrähten verringert
bzw. die Durchschlagsfestigkeit der einzelnen Drahtisolation niedriger
ausgestaltet sein kann.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung weist der erfindungsgemäße Wickelkörper ferner
Führungsschlitze
auf zum Ein- und Ausführen
von Drähten
der Transformatorwicklungen. Dies ist ebenfalls insbesondere von
Bedeutung bei Mehrkammertransformatoren, da mittels dieser Führungsschlitze
verhindert werden kann, dass Anfang und Ende einer Wicklung oder
einer Teilwicklung sich kreuzen, was zu Kurzschlüssen führen würde. Die Führungsschlitze sind entsprechend
so angeordnet, dass derartige Kreuzungen verhindert werden.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wickelkörpers sowie der zugehörigen Transformatorkerne
für zwei
Transformatoren,
-
2 eine
Ansicht der Unterseite des in 1 gezeigten
Wickelkörpers,
-
3 und 4 unterschiedliche
Seitenansichten des in 1 gezeigten Wickelkörpers mit montierten
Transformatorkernen und
-
5 eine
Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung mit einer Transformatoranordnung.
-
In 1 ist
eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wickelkörpers 1 für zwei Transformatoren
gezeigt. Außerdem
sind zwei U-Kerne 2, 3 für die beiden Transformatoren
und ein für
beide Transformatoren zu verwendender, stabförmig gebildeter I-Kern 4 gezeigt.
Der Wickel körper 1 ist
mechanisch als ein einziges Element, vorzugsweise überwiegend
aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise Kunststoff,
gebildet und weist zwei Wickelteilkörper 10, 11 für die beiden
Transformatoren auf. Diese beiden Wickelteilkörper 11, 12 sind
jeweils dafür
vorgesehen und ausgestaltet, die einzelnen Transformatorwicklungen
(nicht gezeigt) der beiden Transformatoren sowie die Transformatorkerne 2, 3, 4 aufzunehmen.
Die Wickelteilkörper 10, 11 sind über eine
gemeinsame Aufnahmeschiene 12 miteinander verbunden, die
gleichzeitig auch dazu dient, den I-Kern 4 im Inneren der
Wickelteilkörper 10, 11 aufzunehmen.
-
Zur
Montage der U-Kerne 2, 3 auf dem jeweiligen Wickelteilkörper 10, 11 sind
auf der Oberseite jeweils mehrere voneinander beabstandete Führungsnoppen 13 angebracht,
zwischen denen die U-Kerne 2, 3 jeweils möglichst
genau eingelegt werden können
und dort bevorzugt auch festgehalten werden. Zur Anbringung des
Wickelkörpers 1 auf
einer Leiterplatine und zur elektrischen Verbindung der Transformatorwicklungen
mit Leiterbahnen der Leiterplatte sind ferner an der Unterseite
metallische Drahtstifte 14 vorgesehen.
-
Die
Wickelteilkörper 10, 11 selbst
weisen jeweils mehrere Wickelkammern auf zur Aufnahme der einzelnen
Wicklungen (Primär-
und Sekundärwicklung)
oder Teilwicklungen der Transformatoren. In der gezeigten Ausgestaltung
des Wickelkörpers 1 ist der
Wickelteilkörper 10 vorgesehen
zur Bildung eines eine Primär-
und eine Sekundärwicklung
aufweisenden Transformators, beispielsweise für Schaltnetzteile oder einen
Ansteuerübertrager.
Dazu weist der Wickelkörper 10 eine
erste Wickelkammer 101 für beispielsweise die Primärwicklung
und eine zweite Wickelkammer 102 für beispielsweise die Sekundärwicklung
dieses Transformators auf.
-
Der
zweite Wickelkörper 11 ist
in der gezeigten Ausgestaltung zur Bildung eines Mehrkammertransformators
vorgesehen, welcher eine in drei einzelne Teilwicklungen unterteilte
Primärwicklung
und zwei galvanisch getrennte Sekundärwicklungen aufweist. Ein solcher
Transformator wird beispielsweise oft als Leistungstransformator
benutzt, wobei die Unterteilung der Primärwicklung in drei Teilwicklungen bewirkt,
dass an jeder Teilwicklung nur ein Drittel der Gesamtspannung (von
beispielsweise 800V DC) anliegt. Der Wickelteilkörper 11 weist dazu
in der gezeigten Ausgestaltung insgesamt fünf Wickelkammern 111–115 auf,
wobei die Wickelkammern 111, 113, 115 für die drei
Teilwicklungen der Primärwicklung,
die Wickelkammer 112 für
die erste Sekundärwicklung
und die Wickelkammer 114 für die zweite Sekundärwicklung
(oder auch für
eine Primär-Hilfswicklung
zur Selbstversorgung auf der Primärseite) vorgesehen sind.
-
Durch
die gemeinsame Verwendung des I-Kerns, der auf der Aufnahmeschiene 12 in
die Wickelteilkörper 10, 11 eingeschoben
und dort festgehalten wird, reduziert sich insgesamt die Anzahl
der zu verwendenden Transformatorkerne. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Wickelkörpers 1 lassen
sich somit die Transformatoren einfacher, schneller, platzsparender
und kostengünstiger
aufbauen. Es ist klar, dass der Wickelkörper 1 auch zur Aufnahme
von mehr als zwei Transformatoren ausgestaltet sein kann, indem
mehr als zwei Wickelteilkörper
vorgesehen werden und die Aufnahmeschiene entsprechend verlängert wird,
so dass auch bei mehr als zwei Transformatoren nur ein einziger I-Kern verwendet wird.
-
Eine
Draufsicht auf die Unterseite des in 1 gezeigten
Wickelkörpers 1 ist
in 2 gezeigt. Darin ist erkennbar, dass an der Unterseite
der Wickelteilkörper 10, 11 an
mehreren Stellen Auflagenoppen 15 vorgesehen sind, die
dazu dienen, dass der Wickelteilkörper plan auf einer Ebene aufliegt, beispielsweise
nach Montage auf einer Leiterplatte mittels der Drahtstifte 14 plan
auf dieser Leiterplatte aufliegt. Ferner sind die Auflagenoppen 15 so
ausgestaltet, dass sie einen Kurzschluss mit der Leiterplatte verhindern,
d.h., die Höhe
der Auflagenoppen 15 ist der art ausgestaltet, dass an der
Unterseite der Wickelteilkörper 10, 11 entlanglaufende
Drähte
der Transformatorwicklungen nicht in Berührung gelangen können mit
der Leiterplatte. Darüber
hinaus sind die Auflagenoppen 15 auch so ausgestaltet und
angeordnet, dass sie als Umlenkpunkte für einzelne Drähte der
Transformatorwicklungen dienen, beispielsweise beim Verbinden einzelner
Teilwicklungen der Primärwicklung.
-
Ferner
sind in 2 an mehreren Stellen Führungsschlitze
16 erkennbar, die zum Ein- oder Ausführen von Drähten der Transformatorwicklungen dienen,
insbesondere der Anfangs- und Endstücke der Drähte beim Wickeln der Transformatoren.
Diese Führungsschlitze 16 sind
vorzugsweise so angeordnet, dass sich einerseits Anfang und Ende
einer Drahtwicklung als auch Drähte
unterschiedlicher Teilwicklungen oder Wicklungen nicht berühren können.
-
In
den 3 und 4 ist der in 1 gezeigte
Wickelkörper
in verschiedenen Seitenansichten und mit montierten U-Kernen und
montiertem I-Kern gezeigt. Erkennbar ist darin, dass die U-Kerne 2, 3 von
oben über
den zugehörigen
Wickelteilkörper 10 bzw. 11 aufgesteckt
werden, so dass sie auf der Oberseite der Wickelteilkörper zwischen
den Führungsnoppen 13 eingepasst
sind. Ferner sind die beiden Schenkel der U-Kerne 2, 3 in
der Länge
so ausgestaltet, dass sie genau auf dem in die Wickelteilkörper 10, 11 eingeschobenen
I-Kern 4 aufliegen und mit diesem beispielsweise verklebt
werden können.
-
In 3 ist
ferner ein als Anschlag dienendes Begrenzungselement 17 am
Ende der Aufnahmeschiene 12 erkennbar. Dieses Begrenzungselement 17 kann
beispielsweise eine einfach Kunststoffnase sein, die verhindert,
dass der I-Kern zu weit durch die Wickelteilkörper 10, 11 hindurchgeschoben wird
und auf dieser Seite des Wickelkörpers 11 möglicherweise
wieder herausfällt.
-
Weiter
ist auf der Aufnahmeschiene 12 zwischen den beiden Wickelteilkörpern 10, 11 ein
Trennsteg vorgesehen, der verhindert, dass sich beiden U-Kerne 2, 3 berühren können und
diese immer beabstandet hält.
Dieser Trennsteg 18 ist so ausgestaltet, dass innen hindurch
der I-Kern 4 geschoben werden kann und dass die beiden
magnetischen Kreise durch die U-Kerne 2, 3 und
den gemeinsamen I-Kern 4 immer getrennt bleiben.
-
Eine
Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung, bei der zwei auf einem
Wickelkörper
der in den 1 bis 4 gezeigten
Art aufgewickelte Transformatoren eingesetzt werden können, ist
in 5 beispielhaft gezeigt. Dort sind zunächst der
gemeinsame I-Kern 4 und die beiden U-Kerne 2 und 3 erkennbar.
Der erste, auf dem Wickelteilkörper 10 aufgewickelte
Transformator 20 ist als konventioneller Transformator
mit einer Primär-
und einer Sekundärwicklung
ausgestaltet und dient als Ansteuerübertrager für die Ansteuerungseinheit 21.
Der zweite Transformator, der auf dem Wickelteilkörper 11 aufgewickelt
ist, weist eine in drei Teilwicklungen aufgeteilte Primärwicklung 30 und
zwei Sekundärwicklungen 31, 32 auf,
an denen zwei getrennte Sekundärspannungen
abgegriffen werden können.
-
Die
Erfindung kann überall
dort verwendet werden, wo mehr als ein Transformator in einer Schaltung
benutzt werden soll. Die einzelnen Transformatoren können identisch
oder unterschiedlich ausgestaltet sein. Mit der Erfindung lässt sich
eine einfache, platzsparende und kostengünstige Montage erreichen.