DE102018221125A1

DE102018221125A1 - Abstandshalter für einen Planartransformator, Planartransformator mit dem Abstandshalter, Stromverdoppleranordnung mit dem Planartransformator sowie Verfahren zur Montage des Planartransformators

Info

Publication number: DE102018221125A1
Application number: DE102018221125.6A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Mueller; Pengshuai Wang
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2020-06-10

Abstract

Transformatoren zur Umsetzung von Hochvolt auf Niedervolt können planar realisiert werden. Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Abstandshalter zu schaffen, welcher sich durch eine besonders einfache Montage auszeichnet. Hierzu wird ein Abstandshalter 17 für einen Planartransformator 2, wobei der Planarttransformator 2 eine Primärwicklung 4, eine Sekundärwicklung 5 sowie einen Transformatorkern 13 zur magnetischen Kopplung von Primärwicklung 4 und Sekundärwicklung 5 aufweist, mit einer Primärwicklungsaufnahme 20 zur Aufnahme der Primärwicklung 4, mit einer Sekundärwicklungsaufnahme 21 zur Aufnahme der Sekundärwicklung 5, mit mindestens einem Wicklungsisolationsabschnitt 22a,b zur elektrischen Isolation der Primärwicklung 4 gegenüber der Sekundärwicklung 5, wobei die Primärwicklungsaufnahme 20 und die Sekundärwicklungsaufnahme 21 durch den Wicklungsisolationsabschnitt 22a,b mit einem vorgebbaren Abstand voneinander beabstandet sind, vorgeschlagen, wobei der Abstandshalter 17 als ein Einsteckteil ausgebildet ist, wobei die Primärwicklungsaufnahme 20 zur Aufnahme der Primärwicklung 4 und die Sekundärwicklungsaufnahme 21 zur Aufnahme der Sekundärwicklung 5 in einer Einschubrichtung E geöffnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abstandshalter für einen Planartransformator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Planartransformator mit dem Abstandshalter, einen Stromverdoppleranordnung mit dem Planartransformator und dem Abstandshalter sowie ein Verfahren zur Montage des Planartransformators.
Transformatoren zur Umsetzung von Hochvolt auf Niedervolt können planar realisiert werden, wobei derartige Planartransformatoren durch verschiedene Kombinationen aus PCB- und Kupferblechanordnungen oder als Hybrid-Planar-Anordnungen z.B. unter Verwendung einer HF-Litze in der Primärwicklung und Blechen oder PCB in der Sekundärwicklung realisiert werden. Zur Aufnahme der Primär- und der Sekundärwicklung sind Abstandshalter bekannt, welche zugleich einen Abstand zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung definieren.
Die Druckschrift DE 20 2008 000 177 U1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart einen Planartransformator mit besonders geringer Bauhöhe bestehend aus; einem Rahmen, der auf der Ober- und der Unterseite jeweils eine vertiefte Struktur und eine erste zentrale Öffnung, sowie an einem Ende einen von einem Flansch umgebenen vertikalen Schlitz mit einem offenen und einem blinden Ende, der mit der zentralen Öffnung in Verbindung steht, hat; einer blattförmigen Primärwicklung mit einer zweiten zentralen Öffnung, die in besagten vertikalen Schlitz geschoben werden kann und auf einer Seite übersteht; einer rechteckigen Sekundärwicklung, die in die besagten vertieften Strukturen eingelegt werden kann; zwei U-förmigen Isolierstücken, die von der Seite über die Sekundärwicklung geschoben werden können; dem E-Teil eines EI-Kerns; dem I-Teil eines EI-Kerns, der die Arme des E-Teils überbrückt, nachdem dieser in die zentralen Öffnungen von Rahmen und Wicklungen eingesetzt wurde
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abstandshalter der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher sich durch eine besonders einfache Montage auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Abstandshalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Planartransformator mit den Merkmalen des Anspruchs 9, eine Stromverdoppleranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Zeichnungen und/oder der Beschreibung.
Gegenstand der Erfindung ist ein Abstandshalter, welcher für einen Planartransformator ausgebildet und/oder geeignet ist. Der Abstandshalter dient insbesondere zur Einstellung von Abständen zwischen einzelnen Bauteilen des Planartransformators und/oder zur Positionierung der Bauteile zueinander. Bevorzugt ist der Abstandshalter aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt. Im Speziellen ist der Abstandshalter als ein einstückig, z.B. aus einem Kunststoffspritzguss, gefertigtes Kunststoffbauteil ausgebildet.
Insbesondere dient der Planartransformator zur Umwandlung einer Eingangsspannung, insbesondere im Hochvoltbereich (HV), in eine Ausgangsspannung, insbesondere im Niedervoltbereich (NV). Vorzugsweise dient der Planartransformator zur Umsetzung einer Eingangsgleichspannung, beispielweise im Bereich von mehr als 60 V und weniger als 1,5 kV, in eine Ausgangsgleichspannung, beispielweise im Bereich von mehr als 0 V und weniger als 60 V. Im Speziellen ist der Planartransformator für eine Leistungselektronik eines Kraftfahrzeugs ausgebildet und/oder geeignet.
Der Planartransformator weist eine mehrere Windungen aufweisende Primärwicklung auf. Insbesondere ist die Primärwicklung als eine ebene Wicklung ausgebildet, wobei sich sämtliche Windungen der Primärwicklung vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene erstrecken. Die Primärwicklung weist insbesondere eine Primärwindungszahl von mehr als drei, vorzugsweise mehr als fünf und besonders bevorzugt sieben Windungen auf. Alternativ oder optional ergänzend weist die Primärwicklung eine Primärwindungszahl von weniger als acht, vorzugsweise weniger als fünf Windungen auf.
Der Planartransformator weist eine mindestens oder genau eine Windung aufweisende Sekundärwicklung auf. Insbesondere ist die Sekundärwicklung zumindest abschnittsweise als eine ebene Wicklung ausgebildet, wobei sich die mindestens eine Windung oder zumindest ein oder mehrere Windungsabschnitte vorzugsweise parallel zu der Primärwicklung erstrecken. Im Speziellen weist die Sekundärwicklung eine Sekundärwindungszahl von genau einer Windung auf.
Der Planartransformator weist einen Transformatorkern auf, welcher zur magnetischen Kopplung von Primärwicklung und Sekundärwicklung ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Primärwicklung und die Sekundärwicklung sind zumindest abschnittsweise innerhalb des Transformatorkerns angeordnet. Prinzipiell ist der Transformatorkern aus zwei E-förmigen Kernhälften zusammengesetzt. Alternativ kann der Transformatorkern jedoch auch als ein EI-Kern ausgebildet, wobei die eine Kernhälfte E-förmig und die andere Kernhälfte I-förmig ausgebildet ist. Insbesondere sind die Primärwicklung und/oder die Sekundärwicklung an einem mittleren Kernsteg der mindestens oder genau einen E-förmigen Kernhälfte angeordnet. Bevorzugt ist der Transformatorkern als ein Ferritkern ausgebildet.
Der Abstandshalter ist ausgestaltet und/oder eingerichtet um die bestimmungsgemäße und/oder bereits zuvor beschriebene Primärwicklung und Sekundärwicklung aufzunehmen. Hierzu weist der Abstandshalter eine Primärwicklungsnaufnahme auf, welche zur Aufnahme der Primärwicklung ausgebildet und/oder geeignet ist. Ferner weist der Abstandshalter eine Sekundärwicklungsaufnahme auf, welche zur Aufnahme der Sekundärwicklung ausgebildet und/oder geeignet ist. die In einem bestimmungsgemäßen Montagezustand sind die Primärwicklung und die Sekundärwicklung in der jeweiligen Wicklungsaufnahme aufgenommen und durch Abstandshalter beabstandet voneinander gehalten und/oder elektrisch voneinander isoliert. Insbesondere sind die Primärwicklungsaufnahme und die Sekundärwicklungsaufnahme derart zueinander angeordnet, sodass die Primärwicklung und die Sekundärwicklung in einer vorgegebenen Relativlage zueinander gehalten sind. Beispielsweise sind die Primärwicklung und/oder die Sekundärwicklung zumindest abschnittsweise formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig in der zugehörigen Wicklungsaufnahme aufgenommen und/oder fixiert.
Der Abstandshalter weist einen Wicklungsisolationsabschnitt zur elektrischen Isolation der Primärwicklung gegenüber der Sekundärwicklung auf. Insbesondere erstreckt sich der Wicklungsisolationsabschnitt zumindest abschnittsweise zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung. Insbesondere sind die Primärwicklungsaufnahme und die Sekundärwicklungsaufnahme durch den Wicklungsisolationsabschnitt zumindest abschnittsweise voneinander getrennt bzw. zueinander abgegrenzt.
Die Primärwicklungsaufnahme und die Sekundärwicklungsaufnahme sind durch den Wicklungsisolationsabschnitt mit einem vorgebbaren Abstand voneinander beabstandet. Insbesondere ist der Abstand durch eine Materialdicke des Wicklungsisolationsabschnitts definiert. Bevorzugt weist der Wicklungsisolationsabschnitt zumindest annähernd eine konstante Materialdicke auf, sodass die Primär-und die Sekundärwicklungsaufnahme an jeder Stelle gleichmäßig voneinander beabstandet sind. In einem bestimmungsgemäßen Montagezustand sind somit die Primär- und die Sekundärwicklung in der jeweiligen Wicklungsaufnahme gehalten und über den Wicklungsisolationsabschnitt in dem vorgegebenen Abstand voneinander beabstandet.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Abstandshalter als ein Einsteckteil ausgebildet ist. Insbesondere ist unter einem als Einsteckteil ausgebildeter Abstandshalter ein Bauteil zu verstehen, welches derart ausgestaltet ist, sodass dieses auf oder zwischen die Primärwicklung und die Sekundärwicklung aufgesteckt werden kann und zugleich der vorgegebene Abstand zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung durch den Wicklungsisolationsabschnitt eingestellt wird.
Hierzu ist die Primärwicklungsaufnahme zur Aufnahme der Primärwicklung und die Sekundärwicklungsaufnahme zur Aufnahme der Sekundärwicklung in einer Einschubrichtung geöffnet. Anders gesagt sind die die beiden Wicklungsaufnahme zum Einschieben der Primärwicklung und der Sekundärwicklung in einer jeweiligen Einschubrichtung geöffnet. Insbesondere sind die Primär- und die Sekundärwicklungsaufnahme zumindest in genau einer gemeinsamen Einschubrichtung geöffnet. Besonders bevorzugt sind die Primär- und/oder die Sekundärwicklungsaufnahme quer zur Einschubrichtung zumindest abschnittsweise geschlossen ausgebildet, sodass die jeweilige Wicklung während der Montage des Abstandshalter in der jeweiligen Wicklungsaufnahme in Einschubrichtung zwangsgeführt und/oder passgenau aufnehmbar ist. Im Speziellen bildet die Primär- und/oder die Sekundärwicklungsaufnahme jeweils einen Steckplatz für die jeweilige Wicklung.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass der Abstandshalter durch Aufschieben auf die Primär- bzw. Sekundärwicklung deutlich einfacher montiert bzw. jederzeit ausgetauscht werden kann. Durch die einfache Ausgestaltung des Abstandshalters kann eine kostengünstige Fertigung realisiert werden. Zudem kann durch eine entsprechende Ausgestaltung des Wicklungsisolationsabschnitts der Abstand zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung eingestellt werden, wodurch eine parasitäre Koppelkapazität zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung eingestellt bzw. reduziert werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abstandshalter, insbesondere der Wicklungsisolationsabschnitt, zur Bildung eines Luftspaltes zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung zumindest abschnittsweise ausgespart ist. Bevorzugt sind die Primär- und die Sekundärwicklung über den Luftspalt elektrisch voneinander isoliert, wodurch eine minimale Koppelkapazität erreicht werden kann. Alternativ kann der durch die Aussparung gebildete Luftspalt zur Verbesserung der Wärmeabführung mit einem thermisch leitfähigen Material aufgefüllt sein. Dabei muss der durch den Wicklungsisolationsabschnitt eingestellte Abstand zur Reduzierung der Koppelkapazität im Vergleich zum Luftspalt entsprechend größer eingestellt werden.
Im Speziellen weist der Abstandshalter zur Bildung des Luftspaltes im Bereich der Primär- und/oder der Sekundärwicklung eine Aussparung oder einen Ausschnitt oder einen Durchbruch auf. Bevorzugt ist der Abstandshalter in der Einschubrichtung derart ausgespart, sodass der Abstandshalter zumindest abschnittsweise zwischen die Kernstege einschiebbar bzw. eingeschoben ist. Beispielsweise ist der Abstandshalter in einer Projektion von oben zumindest annähernd U-förmig ausgebildet. Im Speziellen kann der Abstandshalter mindestens in einer Querrichtung, insbesondere quer zur Einschubrichtung, zumindest zwischen den beiden äußeren Kernstegen formschlüssig anliegen. Somit wird eine Abstandshalter vorgeschlagen, welcher vorzugsweise passgenau in den Transformatorkern einschiebbar ist. Zudem wird ein Abstandshalter vorgeschlagen, welcher sich durch ein geringes Bauvolumen bei gleichzeitig geringer Koppelkapazität zwischen den Wicklungen auszeichnet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abstandshalter mindestens einen Kernisolationsabschnitt aufweist, welcher zur elektrischen Isolation der Sekundärwicklung gegenüber dem Transformatorkern ausgebildet und/oder geeignet ist. Der Wicklungsisolationsabschnitt und der Kernisolationsabschnitt erstrecken sich vorzugsweise jeweils in einer separaten Bauteilebene und/oder parallel zueinander. Insbesondere erstreckt sich der Kernisolationsabschnitt zumindest abschnittsweise zwischen der Sekundärwicklung und einer Innenseite des Transformatorkerns. Bevorzugt ist die Sekundärwicklungsaufnahme durch den Kernisolationsabschnitt mit einem vorgebbaren Abstand zu dem Transformatorkern beabstandet. Der Abstand ist insbesondere durch eine Materialdicke des Kernisolationsabschnitt definiert, sodass die in der Sekundärwicklungsaufnahme bestimmungsgemäß aufgenommene Sekundärwicklung mit einem minimalen Abstand zu dem Transformatorkern beabstandet gehalten ist. Im Speziellen kann die Sekundärwicklung über den Kernisolationsabschnitt an der Innenseite des Transformatorkerns abgestützt und/oder von diesem isoliert sein. Alternativ oder optional ergänzend ist die Sekundärwicklung über einen weiteren Luftspalt zu dem Transformatorkern beabstandet bzw. isoliert. Beispielsweise können der Isolationsabschnitt und der Wicklungsisolationsabschnitt in einer Draufsicht zumindest annähernd deckungsgleich ausgestaltet sein. Somit wird eine Abstandshalter vorgeschlagen, welcher einen vorgebbaren Abstand zwischen der Sekundärwicklung und dem Transformatorkern gewährleistet. Zudem wird ein Abstandshalter vorgeschlagen, welcher sich durch verbesserte Eigenschaften hinsichtlich der Montierbarkeit auszeichnet, da sämtliche Isolierabstände bzw. -abschnitte durch ein Bauteil realisiert werden.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Sekundärwicklungsaufnahme einen ersten Aufnahmeabschnitt aufweist, welcher zur Aufnahme eines ersten ebenen Wicklungsabschnitts der Sekundärwicklung ausgebildet und/oder geeignet ist und dass die Sekundärwicklungsaufnahme einen zweiten Aufnahmeabschnitt aufweist, welcher zur Aufnahme eines zweiten ebenen Wicklungsabschnitts der Sekundärwicklung ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere bilden die beiden Aufnahmeabschnitte zusammen die Sekundärwicklungsaufnahme.
Die Primärwicklungsaufnahme ist in einer Vertikalrichtung zwischen den beiden Aufnahmeabschnitten angeordnet, wobei die Primärwicklungsaufnahme jeweils über einen separaten Wicklungsisolationsabschnitt einerseits gegenüber dem ersten und andererseits gegenüber dem zweiten Aufnahmeabschnitt zumindest abschnittsweise begrenzt ist. Anders gesagt sind die beiden Aufnahmeabschnitte in der Vertikalrichtung jeweils durch den zugehörigen Wicklungsisolationsabschnitt gegenüber der Primärwicklungsaufnahme begrenzt bzw. über den vorgebbaren Abstand zu dieser beabstandet. Bevorzugt weisen die beiden Wicklungsisolationsabschnitte die gleiche Materialdicke auf, sodass die beiden Aufnahmeabschnitte mit dem gleichen Abstand zu der Primärwicklungsnaufnahme angeordnet sind. Insbesondere ist die Vertikalrichtung durch einen orthogonal zu einer der Bauteilebenen stehenden Richtungsvektor definiert. Im Speziellen können der erste und der zweite Aufnahmeabschnitt einerseits durch den jeweils einen separaten Wicklungsisolationsabschnitt gegenüber der Primärwicklungsaufnahme und andererseits durch jeweils einen separaten Kernisolationsabschnitt gegenüber dem Transformatorkern begrenzt bzw. beabstandet sein. Bevorzugt sind die beiden Aufnahmeabschnitte jeweils als ein mindestens in der Einschubrichtung geöffneter Einsteckschlitz ausgebildet.
In einer konstruktiven Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Abstandshalter mindestens oder genau einen Anlageabschnitt aufweist, welcher zur Anlage des Abstandshalters an einer Außenseite des Transformatorkerns ausgebildet und/oder geeignet ist. Dabei ist der Anlageabschnitt insbesondere derart ausgestaltet, dass ein Endschlag für den Abstandshalter in der Einschubrichtung gebildet ist. Insbesondere schließt sich der Anlageabschnitt in Querrichtung und/oder in Vertikalrichtung an den mindestens einen Wicklungs- und/oder Kernisolationsabschnitt an, sodass der Anlageabschnitt in der Einschubrichtung zumindest abschnittsweise an einer Stirnseite des Transformatorkerns, insbesondere den beiden äußeren Kernstegen, anliegt und/oder anlegbar ist. Vorzugsweise erstreckt sich der Anlageabschnitt mindestens in einer senkrecht zur Bauteilebene angeordneten Vertikalebene.
Optional ergänzend erstreckt sich ein weiterer Anlageabschnitt in der Einschubrichtung in mindestens oder genau einer weiteren Bauteilebene parallel zu dem Wicklungs- und/oder dem Kernisolationsabschnitt, sodass der Anlageabschnitt in Bezug auf die Vertikalrichtung an einer Unterseite und/oder Oberseite des Transformatorkerns anliegt und/oder anlegbar ist. Somit ist zusätzliche eine Endlage des Abstandshalters in oder entgegen der Vertikalrichtung durch den Anlageabschnitt definiert. Insbesondere sind der bzw. die Wicklungsisolationsabschnitt(e) und/oder der bzw. die Kernisolationsabschnitt(e) über den Anlageabschnitt miteinander verbunden. Somit wird ein Abstandshalter vorgeschlagen, welcher sich durch eine definierte Endposition und somit einer lagerichtigen Anordnung an dem Transformatorkern auszeichnet. Dadurch kann der Montageaufwand reduziert und zudem die Montagegenauigkeit erhöht werden.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abstandshalter einen ersten und einen zweiten Befestigungsabschnitt zur Fixierung des Abstandshalters an dem Transformatorkern aufweist. Insbesondere dienen die Befestigungsabschnitte zur Positionierung und/oder Befestigung des Abstandshalters an dem Transformatorkern. Optional ergänzend dienen die Befestigungsabschnitte zur Fixierung und/oder Positionierung der beiden Kernhälften zueinander.
Hierzu schließen sich die beiden Befestigungsabschnitte derart an den Anlageabschnitt an, sodass der Transformatorkern, insbesondere die beiden Kernhälften, zwischen den beiden Befestigungsabschnitten aufnehmbar bzw. in einem montierten Zustand gehalten sind. Insbesondere ist der Abstandshalter durch die beiden Befestigungsabschnitte in der Querrichtung in einer vorgegebenen Relativlage an dem Transformatorkern festgelegt. Bevorzugt sind die beiden Befestigungsabschnitte in der Einschubrichtung und/oder in der Vertikalrichtung zueinander gleichgerichtet. In einem bestimmungsgemäßen Montagezustand umgreifen die beiden Befestigungsabschnitte den Transformatorkern beidseitig an seiner Außenseite. Insbesondere sind die beiden Befestigungsabschnitte in der Querrichtung derart zueinander beabstandet, sodass der Transformatorkern, vorzugsweise in der Querrichtung, mindestens formschlüssig an den beiden Befestigungsabschnitten anliegt. Somit wird ein Abstandshalter vorgeschlagen, welcher sich durch eine sichere Fixierung an dem Transformatorkern auszeichnet. Zudem kann durch den Abstandshalter gewährleistet werden, dass die beiden Kernhälften sowie die Primär- und die Sekundärwicklung in einer vorgegebene Relativlage zueinander gehalten bzw. als eine gemeinsame Baueinheit zusammengehalten werden.
In einer konkreten konstruktiven Umsetzung ist vorgesehen, dass der erste und/oder der zweite Befestigungsabschnitt zur formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Fixierung des Transformatorkerns als ein elastischer Befestigungsflügel ausgebildet sind. Prinzipiell kann nur einer der beiden Befestigungsabschnitte als der elastische Befestigungsflügel ausgebildet sein, wobei der andere der beiden Befestigungsabschnitt starr ausgebildet ist. Bevorzugt jedoch sind beide Befestigungsabschnitte als elastische Befestigungsflügel ausgebildet. Insbesondere ist der Befestigungsflügel federelastisch ausgebildet, wobei der Transformatorkern zwischen den beiden Befestigungsabschnitten verspannt und/oder mit einer Federkraft beaufschlagt ist. Im Speziellen erstrecken sich die beiden Befestigungsabschnitte in der Vertikalrichtung über einen zwischen den beiden Kernhälften gebildeten Stoß, sodass die beiden Kernhälften durch die beiden Befestigungsabschnitte lagerichtig zueinander ausgerichtet und/oder verliersicher gehalten sind. Somit wird ein Abstandshalter vorgeschlagen, welcher sich durch eine verbesserte Funktionalität hinsichtlich der Ausrichtung und/oder Fixierung der beiden Kernhälften auszeichnet.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass der Befestigungsabschnitt und/oder der Anlageabschnitt mindestens oder genau eine Federeinrichtung aufweist, welche zur kraftschlüssigen Fixierung des Transformatorkerns in einem umgebenden Transformatorgehäuse ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Federeinrichtung durch mindestens ein elastisches Federelement gebildet, welches an einer dem Transformatorkern abgewandten und einer dem Transformatorgehäuse zugewandten Seite an den Befestigungsabschnitt und/oder an den Anlageabschnitt angeformt ist. Bevorzugt ist in einem bestimmungsgemäßen Montagezustand der Abstandshalter über die Federeinrichtung an dem Transformatorgehäuse abgestützt, sodass der Transformatorkern in dem Transformatorgehäuse federnd gelagert und/oder verspannt ist. Im Speziellen kann der Abstandshalter mehrere der Federelemente aufweisen, wobei der Transformatorkern in Querrichtung und/oder in Vertikalrichtung und/oder in Einschubrichtung mit der Federkraft beaufschlagbar und/oder beaufschlagt ist. Somit wird ein Abstandshalter vorgeschlagen, welcher sich durch ein verbessertes Befestigungssystem auszeichnet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen Planartransformator mit dem Abstandshalter wie diese bereits zuvor beschrieben wurden. Insbesondere ist der Planartransformator für einen Gegentaktwandler, insbesondere eine Stromverdoppleranordnung, ausgebildet und/oder geeignet ist.
Der Abstandshalter ist zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung eingeschoben, wobei ein Abstand zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung durch den Wicklungsisolationsabschnitt eingestellt ist. Insbesondere dient der Abstandshalter zur Positionierung und/oder Beabstandung und/oder Isolierung der Primärwicklung von der Sekundärwicklung gegenüber dem Transformatorkern. Insbesondere liegt der Abstandshalter in der Einschubrichtung und optional ergänzend in der Vertikalrichtung über den Anlageabschnitt an der Außenseite des Transformatorkerns an. Optional ergänzend liegt der Abstandshalter in der Querrichtung über die Befestigungsabschnitte an der Außenseite des Transformatorkerns an.
In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass der Planartransformator eine Leiterplatte aufweist, wobei die Primärwicklung, vorzugsweise eben, auf die Leiterplatte aufgebracht ist. Insbesondere weist die Leiterplatte zumindest annähernd eine rechteckige Form auf, wobei die Leiterplatte in der Primärwicklungsaufnahme eingesteckt ist. Die Leiterplatte kann einen zentralen Durchbruch zur Aufnahme des mittleren Kernstegs aufweisen, wobei die Primärwicklung vorzugsweise konzentrisch zu dem Durchbruch auf der Leiterplatte aufgebracht ist.
Alternativ oder optional ergänzend ist vorgesehen, dass die Sekundärwicklung als mindestens ein Leiterblech ausgebildet ist. Insbesondere bildet das Leiterblech oder mehrere der Leiterbleche die mindestens eine Windung der Sekundärwicklung. Die Sekundärwicklung kann aufgrund einer hohen Steifigkeit selbstragend sein, sodass die Sekundärwicklung direkt in die Sekundärwicklungsaufnahme eingesteckt sein kann. Das Leiterblech kann in einer Draufsicht U-förmig oder C-förmig ausgebildet sein. In einem montierten Zustand ist das mindestens eine Leiterblech zumindest abschnittsweise um den Kernsteg angeformt und/oder parallel zu der Leiterplatte beabstandet angeordnet. Beispielsweise ist das Leiterblech als ein Kupferblech ausgebildet. Somit wird ein Planartransformator vorgeschlagen, welcher sich durch eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung auszeichnet.
In einer konkreten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Leiterplatte einen Platinenanschluss zur Kontaktierung einer Transformatorplatine mit der Primärwicklung aufweist. Bevorzugt ist der Platinenanschluss durch zwei senkrecht auf der Leiterplatte stehende Anschlussterminals gebildet. Dabei ist der eine Anschlussterminal mit einem Wicklungsende und der andere Anschlussterminal mit dem anderen Wicklungsende der Primärwicklung elektrisch leitend kontaktiert.
Der Abstandshalter ist in der Einschubrichtung derart unterbrochen, sodass der Abstandshalter bei einer Montage relativ zu dem Platinenanschluss ungehindert auf die Leiterplatte aufschiebbar ist. Insbesondere sind entsprechend der bzw. einer der Wicklungsisolationsabschnitt(e) und/oder der bzw. einer der Kernisolationsabschnitt(e) und/oder der Anlageabschnitt entsprechend ausgeschnitten und/oder ausgespart. Im Speziellen ist der eine der beiden Aufnahmeabschnitte in Bezug auf die Einschubrichtung durchgängig unterbrochen ausgebildet. Somit wird ein Abstandshalter geschaffen, welcher sich durch eine besonders einfache Montage auf einer entsprechenden Leiterplatte auszeichnet.
In einer bevorzugten Umsetzung ist vorgesehen, dass der erste Wicklungsabschnitt oberhalb der Primärwicklung in dem ersten Aufnahmeabschnitt und der zweite Wicklungsabschnitt unterhalb der Primärwicklung in dem zweiten Aufnahmeabschnitt eingesteckt ist. Besonders bevorzugt sind die beiden Wicklungsabschnitte durch jeweils ein separates Leiterblech gebildet. Die beiden Wicklungsabschnitte sind zumindest innerhalb des Transformtorkerns gleichmäßig beabstandet zu der Primärwicklung angeordnet.
In einem Anschlussbereich sind die beiden Wicklungsabschnitte zusammengeführt und elektrisch miteinander kontaktiert. Bevorzug weist jeder der Wicklungsabschnitte zwei offene Wicklungsenden auf, wobei jeweils ein Wicklungsende des einen Wicklungsabschnitts mit dem Wicklungsende des anderen Wicklungsabschnitts kontaktiert ist. Somit ist in dem Anschlussbereich ein erster und ein zweiter Transformatoranschluss gebildet. Bevorzugt kann mindestens einer der beiden Wicklungsabschnitte in dem Anschlussbereich in Richtung des anderen Wicklungsabschnitts umgeformt sein.
In einer weiteren Umsetzung ist vorgesehen, dass der Planartransformator ein Transformatorgehäuse aufweist. Das Transformatorgehäuse ist vorzugsweise mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet. Ein erstes Gehäuseteil ist insbesondere durch einen Gehäuseboden mit einer umlaufenden Wandung ausgebildet. Im Speziellen kann das erste Gehäuseteil als eine Vergusstasche ausgebildet sein, wobei der Transformatorkern zumindest abschnittsweise mit einem Vergussmaterial umgossen sein kann. Ein zweites Gehäuseteil bildet einen Gehäusedeckel oder ist als die Transformatorplatine ausgebildet. Bevorzugt sind die beiden Gehäuseteile stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden und/oder verbindbar.
Der Transformatorkern ist zusammen mit dem Abstandshalter in dem Transformatorgehäuse angeordnet, wobei sich der Abstandshalter über die Federeinrichtung einerseits an dem Transformatorgehäuse und andererseits an dem Transformatorkern abstützt, sodass der Transformatorkern in dem Transformatorgehäuse fixiert ist. Insbesondere kann der Transformatorkern an dem Gehäuseboden und/oder der Wandung zumindest abschnittsweise anliegen. Besonders bevorzugt stützt sich der Transformatorkern in der Vertikalrichtung an dem ersten Gehäuseteil, insbesondere Gehäuseboden, und in einer Gegenrichtung über die Federeinrichtung an dem zweiten Gehäuseteil ab. Somit ist der Transformatorkern mindestens in der Vertikalrichtung rutschsicher in dem Transformatorgehäuse verspannt. Optional ergänzend kann der Transformatorkern und/oder der Abstandshalter in der Querrichtung und/oder der Einschubrichtung kraftschlüssig über mindestens eine weitere Federeinrichtung und/oder formschlüssig an dem ersten Gehäuseteil, insbesondere der Wandung, anliegen. Somit wird eine besonders kompakte Baueinheit vorgeschlagen, welche sich durch eine besonders einfache und kostengünstige Selbstsicherung des Transformatorkerns in dem Transformatorgehäuse auszeichnet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bildet eine Stromverdoppleranordnung mit dem Planartransformator wie dieser bereits zuvor beschrieben wurde. Insbesondere ist die Stromverdoppleranordnung, auch als „Current-Doubler-Topologie“ bekannt. Die Stromverdoppleranordnung ist vorzugsweise ein Bestandteil des Gegentaktwandlers, wobei durch die Stromverdoppleranordnung die Hochstromseite realisiert ist.
Die Stromverdoppleranordnung weist eine Drosseleinheit auf, wobei die Sekundärwicklung des Planartransformator mit der Drosseleinheit elektrisch leitend verbunden ist. Insbesondere dient die Drosseleinheit dazu die Strombelastung der Sekundärwicklung gering zu halten. Die Drosseleinheit kann durch zwei separate Ausgangsdrosseln oder durch zwei miteinander verkoppelte Ausgangsdrosseln gebildet sein. Bevorzugt ist der eine Transformatoranschluss mit der einen und der andere Transformatoranschluss mit der anderen Ausgangsdrossel elektrisch leitend verbunden. Durch die Anordnung des Planartransformators in der Stromverdoppleranordnung, kann somit eine hohe Strombelastung der Primärwicklung ermöglicht werden, wobei zugleich die Sekundärwicklung besonders einfach und in Bezug auf die Koppelkapazität optimiert ausgestaltet werden kann.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage des Planartransformators, wie dieser bereits zuvor beschrieben wurde. In einem ersten Montageschritt werden die Primär- und die Sekundärwicklung zur magnetischen Kopplung in dem Transformatorkern angeordnet. Insbesondere werden die Primärwicklung und die Sekundärwicklung zwischen den beiden Kernhälften, insbesondere an dem mittleren Kernsteg, vorpositioniert.
In einem weiteren Montageschritt wird der Abstandshalter in der Einschubrichtung zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung eingeschoben bzw. auf die beiden Wicklungen aufgeschoben. Dabei wird die Primärwicklung in der Primärwicklungsaufnahme und die Sekundärwicklung in der Sekundärwicklungsaufnahme aufgenommen und zugleich ein Abstand zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung durch den Wicklungsisolationsabschnitt eingestellt. Während des Einschubvorgangs werden die beiden Wicklungen relativ zu dem Transformatorkern lagerichtig zueinander positioniert, wobei zugleich der vorgegebene Abstand zwischen den beiden Wicklungen über den Wicklungsisolationsabschnitt eingestellt wird. Optional ergänzend werden die beiden Kernhälften über die beiden Befestigungsabschnitte lagerichtig zueinander positioniert und/oder fixiert.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Diese zeigen:

1 ein Schaltbild einer Stromverdoppleranordnung mit einem Transformator und einer Drosseleinheit als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine dreidimensionale Darstellung eines Planartransformators;
3 eine Seitenansicht eines Abstandshalters für den Planartransformator;
4 eine dreidimensionale Darstellung des Abstandshalters;
5a,b jeweils eine Seitenansicht des Planartransformators mit einem Transformatorgehäuse.

1 zeigt ein Schaltbild bzw. Ersatzschaltbild einer Stromverdoppleranordnung 1, welche beispielsweise für eine Leistungselektronik eines Kraftfahrzeugs ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Stromverdoppleranordnung 1 weist einen Transformator 2 sowie eine Drosseleinheit 3 auf, wobei die Drosseleinheit 3 auf einer Sekundärseite des Transformators 2 angeordnet ist. Der Transformator 2 weist eine Primärwicklung 4 und eine Sekundärwicklung 5 auf, wobei die Sekundärwicklung 5 über einen ersten und einen zweiten Transformatoranschluss 5a, b mit der Drosseleinheit 3 elektrisch kontaktiert ist.
Die Drosseleinheit 3 weist eine verkoppelte Ausgangsdrossel 6 auf, wobei die verkoppelte Ausgangsdrossel 6 beispielsweise über eine Schienenanordnung mit dem Transformator 2 bzw. den beiden Transformatoranschlüssen 5a, b elektrisch leitend verbunden ist. Die verkoppelte Ausgangsdrossel 6 vereint die beiden Ausgangsdrossein in einem gemeinsamen Bauteil, wobei die Ausgangsdrossel 6 hierzu beispielsweise zwei miteinander über einen gemeinsamen Magnetkern gekoppelte Spulenwicklungen aufweist.
Die verkoppelte Ausgangsdrossel 6 bzw. deren Spulenwicklungen wird in Form von verteilten und gekoppelten Induktivitäten modelliert. Die Funktionalität der Ausgangsdrossel der einen Spulenwicklung wird als eine erste Induktivität 7a und die der anderen Spulenwicklung als eine zweite Induktivität 7b dargestellt. Dabei sind die beiden Spulenwicklungen magnetisch miteinander verkoppelt, was in Form der Koppelinduktivitäten 8 dargestellt wird, die zusammen einen Transformator bilden.
Der erste Transformatoranschluss 5a der Sekundärwicklung 5 ist eingangsseitig mit der ersten Koppelinduktivität 8 und der zweite Transformatoranschluss 5b mit der zweiten Koppelinduktivität 8 der Ausgangsdrossel 6 elektrisch leitend verbunden. Die beiden Induktivitäten 7a,b sind zur Bildung eines ersten Drosselausgangs 9a ausgangsseitig elektrisch leitend miteinander verbunden. Zur Bildung eines zweiten Drosselausgangs 9b sind die beiden Transformatoranschlüsse 5a,b jeweils über mindestens ein Gleichrichter-Bauelement 10a,b, hier eine Diode, mit einem Massenanschlusses 11 der Drosseleinheit 3 verbunden.
Ferner weist die Drosseleinheit 3 eine Kondensatoreinrichtung 12 auf, wobei die Kondensatoreinrichtung 12 zur weiteren Glättung dient. Die beiden Drosselausgänge 9a,b sind über die Kondensatoreinrichtung 12 elektrisch miteinander verbunden. Ein Vorteil der Stromverdoppleranordnung 1 ist im Vergleich zu einem Mittelpunktgleichrichter, die geringere Strombelastung der Sekundärwicklung 5 des Transformators 2. Durch die Verkopplung der Ausgangsdrosseln wird ein Phasenripple verringert, wodurch Stromwärmeverluste in den Ausgangsdrosseln reduziert werden können. Ein weiterer Vorteil besteht in der einfachen Kontaktierung der Hochstromseite da im Vergleich zum Mittelpunktgleichrichter nur eine Sekundärwicklung 5 nötig ist.
2 zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung den Transformator 2 als Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Transformator 2 ist als ein Planartransformator ausgebildet und wird nachfolgend als dieser bezeichnet. Der Planartransformator 2 weist einen Transformatorkern 13 auf, wobei die Primärwicklung 4 und die Sekundärwicklung 5 zumindest abschnittsweise innerhalb des Transformatorkerns 13 angeordnet und magnetisch über diesen miteinander verkoppelt sind. Der Transformatorkern 13 ist zweiteilig ausgebildet, wobei eine erste und eine zweite Kernhälfte 13a,b beispielweise jeweils als ein E-Teil ausgebildet sein können.
Die Primärwicklung 4, in der gezeigten Darstellung durch den Transformatorkern 13 verdeckt, ist durch mehrere Windungen gebildet und auf einer Leiterplatte 14 aufgebracht. Beispielsweise weist die Primärwicklung 4 eine Primärwindungszahl von 4 bis 7 Windungen auf. Durch die kleine Windungszahl ist eine hohe Strombelastung der Primärwicklung möglich. Zur Kontaktierung der Primärwicklung 4 weist die Leiterplatte 14 einen Platinenanschluss auf, welcher durch einen ersten und einen zweiten senkrecht auf der Leiterplatte 14 stehenden und parallel zueinander beabstandeten Anschlussterminal 15a, b gebildet ist. Dabei ist der erste Anschlussterminal 15a mit einem ersten Wicklungsende der Primärwicklung 4 und der zweite Anschlussterminal 15b mit einem zweiten Wicklungsende der Primärwicklung 4 elektrisch leitend kontaktiert. Beispielsweise weist die Leiterplatte 14 einen zentralen Durchbruch auf, wobei die Leiterplatte 14 mit dem Durchbruch an dem mittleren Kernsteg der ersten und/oder der zweiten Kernhälfte 13a,b angeordnet ist. Die Primärwicklung 4 kann dabei konzentrisch zu dem Durchbruch auf der Leiterplatte 14 aufgebracht sein.
Die Sekundärwicklung 5 weist einen ersten und einen zweiten Wicklungsabschnitt 16a,b auf, wobei der erste Wicklungsabschnitt 16a oberhalb der Leiterplatte 14 und der zweite Wicklungsabschnitt 16b unterhalb der Leiterplatte 14 beabstandet zu der Primärwicklung 4 angeordnet ist. Die beiden Wicklungsabschnitte 16a,b sind elektrisch leitend miteinander kontaktiert und bilden genau eine Windung der Sekundärwicklung 5. Der erste und der zweite Wicklungsabschnitt 16a,b sind jeweils als ein selbstragendes Leiterblech, z.B. Kupferblech, ausgebildet. Die beiden Wicklungsabschnitte 16a,b können in einer Draufsicht, insbesondere innerhalb des Transformatorkerns 13 deckungsgleich zueinander angeordnet sein. Beispielsweise sind die beiden Wicklungsabschnitte 16a,b zumindest annähernd U-förmig ausgebildet und zumindest abschnittsweise um den mittleren Kernsteg geführt. Endseitig sind die beiden Wicklungsenden der beiden Wicklungsabschnitte 16a,b aus dem Transformatorkern 13 herausgeführt. Zur Bildung des ersten und des zweiten Transformatoranschlusses 5a,b sind jeweils ein Wicklungsende des ersten und des zweiten Wicklungsabschnitts 16a,b zusammengeführt und in einem Anschlussbereich A elektrisch miteinander kontaktiert. Hierzu sind die beiden Wicklungsabschnitte 16a,b bzw. die Wicklungsenden endseitig mehrmals umgeformt, sodass die beiden parallel zueinander aus dem Transformatorkern 13 geführten Leiterbleche zusammengeführt und die beiden Transformatoranschlüsse 5a,b auf eine vorgegeben Anschlusshöhe gebracht werden.
Der Planartransformator 2 weist einen Abstandshalter 17 auf, welcher zur Positionierung der Primär- und der Sekundärwicklung 4,5 in einer vorgegebenen Relativlage und zur Einstellung eines vorgegebene Abstandes zwischen Primär- und der Sekundärwicklung 4,5 dient. Der Abstandshalter 17 ist hierzu zwischen Primär- und Sekundärwicklung 4,5 eingeschoben und form- bzw. kraftschlüssig an einer Außenseite des Transformatorkerns 13 gehalten. Bei einem Montageverfahren kann der Abstandshalter 17 in einer Einschubrichtung E in einen durch die beiden Kernhälften 13a,b gebildeten Hohlraum eingeschoben bzw. auf die beiden Wicklungen 4,5 aufgeschoben werden.
Der Abstandshalter 17 weist zur Bildung eines Endanschlags in der Einschubrichtung E einen ersten Anlageabschnitt 18a, als ein Anlageabschnitt, auf, wobei der Abstandshalter 17 in einem montierten Zustand in der Einschubrichtung E an einer Stirnseite des Transformatorkerns 13 anliegt. Der Abstandshalter 17 weist einen zweiten Anlageabschnitt 18b, als weiteren Anlageabschnitt, auf, wobei der Abstandshalter 17 in einem montierten Zustand in einer Vertikalrichtung V an einer Oberseite des Transformatorkerns 13, insbesondere der ersten Kernhälfte 13a, anliegt. Der zweite Anlageabschnitt 18b schließt sich in der Einschubrichtung E rechtwinklig an den ersten Anlageabschnitt 18a an, wobei die beiden Anlageabschnitte 18a,b in der Einschubrichtung E zur Einführung des Platinenanschlusses 15 durchgängig unterbrochen sind. Somit kann sichergestellt werden, dass der Abstandshalter 17 in der Einschubrichtung E relativ zu den beiden Anschlussterminals 15a,b ungehindert auf die Leiterplatte 14 aufgeschoben werden kann.
Ferner weist der Abstandshalter 17 einen ersten und einen zweiten Befestigungsabschnitt 19a,b auf, wobei sich die beiden Befestigungsabschnitte 19a,b in der Vertikalrichtung V einander gegenüberliegend und gleichgerichtet zueinander jeweils an den zweiten Anlageabschnitt 18b anschließen. Dabei sind die beiden Befestigungsabschnitte 19a,b in einer Querrichtung Q derart an den zweiten Anlageabschnitt 18b angeformt, sodass der Transformatorkern 13 durch die beiden Befestigungsabschnitte 19a,b beidseitig umgriffen ist. Somit ist der Transformatorkern 13 in der Querrichtung Q zumindest formschlüssig zwischen den beiden Befestigungsabschnitten 19a,b angeordnet.
Die beiden Befestigungsabschnitte 19a,b sind beispielsweise jeweils als ein federelastischer Befestigungsflügel ausgebildet, sodass der Transformatorkern 13 zusätzlich kraftschlüssig zwischen den beiden Befestigungsabschnitten 19a,b gehalten ist. Die Querrichtung Q ist dabei durch einen quer zur Einschubrichtung E und parallel zu der Leiterplatte 14 gerichteten Richtungsvektor definiert. Die Vertikalrichtung V ist durch einen vertikal zur Einschubrichtung E und senkrecht zu der Leiterplatte 14 gerichteten Richtungsvektor definiert. Insbesondere sind die Einschubrichtung E, die Querrichtung Q und die Vertikalrichtung V als drei senkrecht zueinander stehende Richtungsvektoren definiert.
3 zeigt den Abstandshalter 17 mit der Primär- und der Sekundärwicklung 4,5 in einer seitlichen Ansicht, insbesondere in der Querrichtung Q betrachtet. Der Abstandshalter 17 weist eine Primärwicklungsaufnahme 20 zur Aufnahme der Primärwicklung 4, insbesondere der Leiterplatte 14, und eine Sekundärwicklungsaufnahme 21 zur Aufnahme der Sekundärwicklung 5, insbesondere der Leiterbleche, auf. Die Sekundärwicklungsaufnahme 21 weist hierzu einen ersten und einen zweiten Aufnahmeabschnitt 21a,b, wobei der erste Aufnahmeabschnitt 21a zur Aufnahme des ersten Wicklungsabschnitts 16a und der zweite Aufnahmeabschnitt 21b zur Aufnahme des zweiten Wicklungsabschnitts 16b dient. Die Primärwicklungsaufnahme 20 und die Sekundärwicklungsaufnahme 21, insbesondere die beiden Aufnahmeabschnitte 21a,b, sind jeweils als ein in der Einschubrichtung E geöffneter Einsteckschlitz ausgebildet.
Der Abstandshalter 17 weist einen ersten und einen zweiten Wicklungsisolationsabschnitt 22a,b sowie einen ersten und einen zweiten Kernisolationsabschnitt 23a,b auf. Der erste und der zweite Aufnahmeabschnitt 21a,b sind einerseits über den ersten und den zweiten Wicklungsisolationsabschnitt 22a,b jeweils mit einem vorgegebenen Abstand zu der Primärwicklungsaufnahme 20 beabstandet angeordnet. Andererseits sind der erste und der zweite Aufnahmeabschnitt 21a,b über den ersten und den zweiten Kernisolationsabschnitt 23a,b jeweils mit einem vorgegebenen Abstand zu dem Transformatorkern 13, aus 2, beabstandet angeordnet. Somit ist der erste und der zweite Aufnahmeabschnitt 21a,b somit in der Vertikalrichtung V betrachtet einerseits durch den jeweils zugehörigen Kernisolationsabschnitt 23a,b gegenüber einer Innenseite des Transformtorkerns 13 und andererseits durch den jeweils zugehörigen Wicklungsisolationsabschnitt 22a,b gegenüber der Primärwicklung 4 abgegrenzt. Die beiden Wicklungsisolationsabschnitte 22a,b sowie die beiden Kernisolationsabschnitte 23a,b erstrecken sich jeweils in separaten Bauteilebenen und/oder sind in der Einschubrichtung E zueinander gleichgerichtet. In der Vertikalrichtung V sind die beiden Wicklungsisolationsabschnitte 22a,b und die beiden Kernisolationsabschnitte 23a,b über den ersten Anlageabschnitt 18a miteinander verbunden.
Die Primärwicklungsaufnahme 20 ist in der Einschubrichtung E über die gesamte L durchgehend geöffnet, sodass die Leiterplatte 14 vollständig durch die Primärwicklungsaufnahme 20 hindurch eingeschoben werden kann. In der Querrichtung Q ist die Primärwicklungsaufnahme 20 beidseitig durch den ersten Anlageabschnitt 18a abschnittsweise begrenzt, sodass die Leiterplatte 14 durch den ersten Anlageabschnitt 18a in der Einschubrichtung E geradgeführt ist. Die beiden Aufnahmeabschnitte 21a,b sind entgegen der Einschubrichtung E endseitig blind bzw. geschlossen ausgebildet, sodass eine Einstecktiefe für die beiden Wicklungsabschnitte 16a,b definiert ist. In Querrichtung Q sind die Aufnahmeabschnitte 21a,b zumindest abschnittsweise jeweils beidseitig blind bzw. geschlossen ausgebildet, sodass der jeweilige Wicklungsabschnitt 16a,b in der Einschubrichtung E geradgeführt ist.
Die 4 zeigt den Abstandshalter 17 in einer dreidimensionalen Darstellung. Der Abstandshalter 17 ist in einer Draufsicht in der Vertikalrichtung V zumindest annähernd U-förmig ausgebildet und in der Einschubrichtung E hin geöffnet. Hierzu sind die beiden Wicklungsisolationsabschnitte 22a,b sowie die beiden Kernisolationsabschnitte 23a,b in der Vertikalrichtung V durchbrochen, sodass in einem montierten Zustand die Primärwicklung 4 und die Sekundärwicklung 5 durch einen Luftspalt sowie die Sekundärwicklung 5 und der Transformatorkern 13 durch einen weiteren Luftspalt voneinander getrennt sind. Somit kann insbesondere eine Koppelkapazität zwischen der Primärwicklung 4 und der Sekundärwicklung 5 deutlich reduziert werden, wobei zugleich die Wärmeabfuhr verbessert werden kann. Zudem kann der Abstandshalter 17 zwischen die Kernstege des Transformatorkerns 13 eingeschoben, sodass ein sicherer Halt der Wicklungen 4,5 gewährleistet ist.
Der Abstandshalter 17 kann in der Querrichtung Q mit den beiden Wicklungsisolationsabschnitten 22a,b sowie mit den beiden Kernisolationsabschnitten 23a,b einerseits formschlüssig an der Innenseite des Transformatorkerns 13 anliegen. Andererseits kann der Abstandshalter 17 in der Querrichtung Q mit den beiden Befestigungsabschnitten 19a,b formschlüssig an der Außenseite des Transformatorkerns 13 anliegen.
Der zweite Anlageabschnitt 18b weist an einer dem Transformatorkern 13 abgewandten Seite je Befestigungsabschnitt 19a,b jeweils eine Federeinrichtung 24a,b auf. Die beiden Federeinrichtung 24a,b dienen zur Beaufschlagung des Abstandshalters 17 in der Vertikalrichtung V mit einer Federkraft. Hierzu sind die Federeinrichtungen 24 jeweils durch zwei federelastisch angeformte Federelemente 25 gebildet, welche flügelartig ausgebildet und einander gegenüberliegend an den zweiten Anlageabschnitt 18b angeformt sind. Die Federelemente 25 sind dabei derart an den zweiten Anlageabschnitt 18b angeformt, sodass eine elastische Verformung der Federelemente 25 in der Vertikalrichtung V eine Beaufschlagung des zweiten Anlageabschnitts 18b mit der Federkraft zur Folge hat. Der Abstandshalter 17 ist beispielsweise als ein einstückig, z.B. durch Kunststoffspritzguss gefertigtes, Kunststoffbauteil ausgebildet.
Die 5a, b zeigen den Planartransformator 2 jeweils in einer Seitenansicht. Der Planartransformator 2 weist ein zweiteiliges Transformatorgehäuse 26 auf, wobei ein erstes Gehäuseteil 27 durch ein Aufnahmegehäuse und ein zweites Gehäuseteil 28 durch eine Transformatorplatine gebildet ist.
Das erste Gehäuseteil 27 weist einen Gehäuseboden sowie eine den Gehäuseboden umlaufende Wandung auf. Der Transformatorkern 13 ist samt dem Abstandshalter 17 sowie der Primär- und der Sekundärwicklung 4,5 in dem ersten Gehäuseteil 27 aufgenommen. Dabei liegt der Transformatorkern 13, insbesondere die zweite Kernhälfte 13b, in der Vertikalrichtung V an dem Bodenabschnitt 27a an. Die beiden Transformatoranschlüsse 5a,b sind dabei derart geformt, sodass diese zwischen dem ersten und dem zweite Gehäuseteil 27,28 aus dem Transformatorgehäuse 26 herausragen. Beispielsweise kann das erste Gehäuseteil 27 als eine Vergusstasche ausgebildet sein, wobei der Transformatorkern 13 zumindest abschnittsweise in einem Vergussmaterial eingebettet sein kann.
Das zweite Gehäuseteil 28 ist elektrisch leitend mit den beiden Anschlussterminals 15a,b kontaktiert und über mehrere Befestigungsmittel 29 mit den beiden Anschlussterminals 15a,b sowie mit dem ersten Gehäuseteil 27 mechanisch verbunden. Der Abstandshalter 17 liegt dabei mit den beiden Federeinrichtungen 24a,b einerseits an dem zweiten Gehäuseteil 28 und andererseits mit dem zweiten Anlageabschnitt 18b an der ersten Kernhälfte 13a an. Die beiden Federeinrichtung 24a,b sind der Vertikalrichtung V elastisch verformt, sodass die Federkraft erzeugt und die beiden Kernhälften 13a,b in der Vertikalrichtung V kraftschlüssig in dem Transformatorgehäuse 26 gehalten sind.
Bezugszeichenliste

1: Stromverdoppleranordnung
2: Planartransformator
3: Drosseleinheit
4: Primärwicklung
5: Sekundärwicklung
6: Verkoppelte Ausgangsdrossel
7a,b: Induktivitäten
8: Koppelinduktivität
9a,b: Drosselausgänge
10a,b: Gleichrichterbauelemente
11: Massenanschluss
12: Kondensator
13: Transforamtorkern
13a,b: Kernhälften
14: Leiterplatte
15a,b: Anschlussterminals
16a,b: Wicklungsabschnitte
17: Abstandshalter
18a,b: Anlageabschnitte
19a,b: Befestigungsabschnitte
20: Primärwicklungsaufnahme
21: Sekundärwicklungsaufnahme
21a,b: Aufnahmeabschnitte
22a,b: Wicklungsisolationsabschnitte
23a,b: Kernisolationsabschnitte
24a,b: Federeinrichtungen
25: Federelemente
26: Transformatorgehäuse
27: erstes Gehäuseteil
27a: Gehäuseboden
27b: Wandung
28: zweites Gehäuseteil
29: Befestigungsmittel
A: Anschlussbereich
E: Einschubrichtung
Q: Querrichtung
V: Vertikalrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202008000177 U1 [0003]

Claims

Abstandshalter (17) für einen Planartransformator (2), wobei der Planarttransformator (2) eine mehrere Windungen aufweisende Primärwicklung (4), eine mindestens eine Windung aufweisende Sekundärwicklung (5) sowie einen Transformatorkern (13) zur magnetischen Kopplung von Primärwicklung (4) und Sekundärwicklung (5) aufweist, mit einer Primärwicklungsaufnahme (20) zur Aufnahme der Primärwicklung (4), mit einer Sekundärwicklungsaufnahme (21) zur Aufnahme der Sekundärwicklung (5), mit mindestens einem Wicklungsisolationsabschnitt (22a,b) zur elektrischen Isolation der Primärwicklung (4) gegenüber der Sekundärwicklung (5), wobei die Primärwicklungsaufnahme (20) und die Sekundärwicklungsaufnahme (21) durch den Wicklungsisolationsabschnitt (22a,b) mit einem vorgebbaren Abstand voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (17) als ein Einsteckteil ausgebildet ist, wobei die Primärwicklungsaufnahme (20) zur Aufnahme der Primärwicklung (4) und die Sekundärwicklungsaufnahme (21) zur Aufnahme der Sekundärwicklung (5) in einer Einschubrichtung (E) geöffnet sind.
Abstandshalter (17) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wicklungsisolationsabschnitt (22a,b) zur Bildung eines Luftspaltes zwischen der Primärwicklung (4) und der Sekundärwicklung (5) zumindest abschnittsweise ausgespart ist.
Abstandshalter (17) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (17) mindestens einen Kernisolationsabschnitt (23a,b) zur elektrischen Isolation der Sekundärwicklung (5) gegenüber dem Transformatorkern (13) aufweist.
Abstandshalter (17) nach einem der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklungsaufnahme (21) einen ersten Aufnahmeabschnitt (21a) zur Aufnahme eines ersten ebenen Wicklungsabschnitts (16a) der Sekundärwicklung (5) und einen zweiten Aufnahmeabschnitt (21b) zur Aufnahme eines zweiten ebenen Wicklungsabschnitts (16b) der Sekundärwicklung (5) aufweist, wobei die Primärwicklungsaufnahme (20) in Bezug auf eine Vertikalrichtung (V) zwischen den beiden Aufnahmeabschnitten (21a,b) angeordnet ist, und wobei die Primärwicklungsaufnahme (20) jeweils über einen separaten Wicklungsisolationsabschnitt (22a,b) gegenüber dem ersten und den zweiten Aufnahmeabschnitt (20) begrenzt ist.
Abstandshalter (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (17) mindestens einen Anlageabschnitt (18a,b) zur Anlage des Abstandshalters (17) an einer Außenseite des Transformatorkerns (13) aufweist, wobei der Anlageabschnitt (18a,b) zumindest einen Endschlag für den Abstandshalter (17) in der Einschubrichtung (E) bildet.
Abstandshalter (17) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (17) einen ersten und einen zweiten Befestigungsabschnitt (19a,b) zur Fixierung des Abstandshalters (17) an dem Transformatorkern (13) aufweist, wobei sich die beiden Befestigungsabschnitte (19a,b) derart an mindestens einen der Anlageabschnitte (18a,b) anschließen, sodass der Transformatorkern (13) zwischen den beiden Befestigungsabschnitten (19a,b) verliersicher aufnehmbar ist.
Abstandshalter (17) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Befestigungsabschnitt (19a,b) zur formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Fixierung des Transformatorkerns (13) als ein elastischer Befestigungsflügel ausgebildet sind.
Abstandshalter (17) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsabschnitte (19a,b) und/oder mindestens einer der Anlageabschnitte (18a,b) mindestens eine Federeinrichtung (24a,b) zur kraftschlüssigen Fixierung des Transformatorkerns (13) in einem umgebenden Transformatorgehäuse (26) aufweist.
Planartransformator (2) mit dem Abstandshalter (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planartransformator (2) die Primärwicklung (4), die Sekundärwicklung (5) sowie den Transformatorkern (13) zur magnetischen Kopplung von Primärwicklung (4) und Sekundärwicklung (5) aufweist, wobei der Abstandshalter (17) zwischen der Primärwicklung (4) und der Sekundärwicklung (5) eingeschoben ist, wobei ein Abstand zwischen der Primärwicklung (4) und der Sekundärwicklung (5) durch den mindestens einen Wicklungsisolationsabschnitt (22a,b) eingestellt ist.
Planartransformator (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Planartransformator (2) eine Leiterplatte (14) aufweist, wobei die Primärwicklung (4) auf die Leiterplatte (14) aufgebracht ist und/oder dass die Sekundärwicklung (5) als mindestens ein Leiterblech ausgebildet ist.
Planartransformator (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (14) einen Platinenanschluss (15a,b) zur Kontaktierung einer Transformatorplatine (28) mit der Primärwicklung (4) aufweist, wobei der Abstandshalter (17) in der Einschubrichtung (E) derart unterbrochen ist, sodass der Abstandshalter (17) bei einer Montage relativ zu dem Platinenanschluss (15a,b) ungehindert auf die Leiterplatte (14) aufschiebbar ist.
Planartransformator (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklung (5) den ersten und den zweiten Wicklungsabschnitt (16a,b) aufweist, wobei der erste Wicklungsabschnitt (16a) in Bezug auf die Vertikalrichtung (V) oberhalb der Primärwicklung (4) in dem ersten Aufnahmeabschnitt (21a) und der zweite Wicklungsabschnitt (16b) unterhalb der Primärwicklung (4) in dem zweiten Aufnahmeabschnitt (21b) eingesteckt ist, wobei die beiden Wicklungsabschnitte (16a,b) in einem Anschlussbereich (A) zusammengeführt und elektrisch miteinander kontaktiert sind.
Planartransformator (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch ein Transformatorgehäuse (26), wobei der Transformatorkern (13) zusammen mit dem Abstandshalter (17) in dem Transformatorgehäuse (26) aufgenommen ist, wobei sich der Abstandshalter (17) über mindestens eine der Federeinrichtungen (24a,b) einerseits an dem Transformatorgehäuse (26) und andererseits an dem Transformatorkern (13) abstützt, sodass der Transformatorkern (13) in dem Transformatorgehäuse (26) mit einer Federkraft beaufschlagt ist.
Stromverdoppleranordnung (1) mit dem Planartransformator (2) nach einem Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromverdoppleranordnung (1) eine Drosseleinheit (3) aufweist, wobei die Sekundärwicklung (5) des Planartransformators (2) mit der Drosseleinheit (3) elektrisch leitend verbunden ist.
Verfahren zur Montage des Planartransformators (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem: - die Primärwicklung (4) und die Sekundärwicklung (5) zur magnetischen Kopplung in dem Transformatorkern (13) angeordnet werden; - der Abstandshalter (17) in der Einschubrichtung (E) zwischen Primärwicklung (4) und Sekundärwicklung (5) eingeschoben wird, wobei die Primärwicklung (4) in der Primärwicklungsaufnahme (21) und die Sekundärwicklung (5) in der Sekundärwicklungsaufnahme (22) aufgenommen und zugleich ein Abstand zwischen Primärwicklung (4) und Sekundärwicklung (5) durch den Wicklungsisolationsabschnitt (22a,b) eingestellt wird.