DE102021106057A1

DE102021106057A1 - Übertrager mit nichtgeschlossenem Magnetkern

Info

Publication number: DE102021106057A1
Application number: DE102021106057.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Scholz; Yves Hackl; Christian Reinhold
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2022-09-15
Also published as: CN116964700A; US20240161965A1; EP4305650A1; WO2022189603A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Übertrager umfassend eine quer zu einer gemeinsamen Ebene geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen (10, 11, 12, 13),und eine Anzahl von wenigstens zwei galvanisch getrennten Stromkreisen, wobei jeder Stromkreis wenigstens eine Leiterwicklung (20, 21, 22, 23, 24) umfasst und jede Leiterwicklung jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend auf jeweils einer der Lagen (10, 11, 12, 13) angeordnet ist, und ein gemeinsamer magnetischer Kern, der die geschichtete Abfolge lediglich teilweise umschließt und auf die Anzahl der wenigstens zwei Stromkreise wirkt, wobei der Kern leidglich einen sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil (110) besitzt, der die geschichtete Abfolge zu einer Seite hin begrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Übertrager und insbesondere einen Übertrager mit einer quer zu einer gemeinsamen Ebene geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen und einer Anzahl von wenigstens zwei galvanisch getrennten Stromkreisen mit jeweils wenigstens einer Leiterwicklung und wobei ein gemeinsamer magnetischer Kern umfasst ist, der die geschichtete Abfolge lediglich teilweise umschließt.
Aus den Stand der Technik sind Übertrager, einschl. Transformatoren, zur galvanisch getrennten Übertragung von Leistung, von Energie und/oder von Daten-, Informations- und/oder anderen Signalen bekannt. Diese aus dem Stand der Technik bekannten Übertrager werden üblicherweise entweder durch Bewicklung eines geschlossenen Kerns, beispielsweise eines Ringkerns, mit einem elektrischen Leiter gebildet oder durch Einbringen mehrerer Kernteile in einen Wickelkörper oder eine Leiterplatte, der bzw. die die notwendigen Leiterwicklungen enthält. Die Kernteile werden anschließend, in der Regel durch Kleben oder Klammern, mechanisch zu einem geschlossenen Körper zusammengefügt. Heutzutage besitzen Übertrager oftmals einen Aufbau in Planartechnik, typischer Weise in Leiterplattentechnologie, und Leiterwicklungen in Multilayertechnik.
Die EP 0 715 322 A1 beschreibt z.B. ein Übertrager bzw. Transformator, dessen Leiterbahnen vollständig in Planartechnik mit Lagenaufbau gefertigt ist, bei dem die Leiterwicklungen in einer zu einem Stück zusammengefügten Leiterplatte untergebracht sind, die von einem geschlossenen Magnetkern umgeben wird.
Die EP 2 637 183 A2 beschreibt z.B. einen planaren Übertrager bzw. Planarübertrager, der sich folglich durch eine grundsätzlich flache Bauweise auszeichnet, wobei sich der dort beschriebene aus zwei planaren magnetischen Körpern und zwei galvanisch getrennten Wicklungen zusammensetzt. Durch die Verwendung von zwei magnetischen Körpern, die einerseits als Kernteile aufwändig miteinander verbunden werden müssen, ergibt sich andererseits jedoch eine dennoch verhältnismäßig große Bauhöhe.
Die DE 10 2015 108 911 A1 beschreibt z.B. einen Planar-Transformator mit einer sandwichartig aufgebauten Leiterplatte mit mindestens drei Lagen zum Ausbilden elektrischer Leiterbahnen und mit einem magnetischen Kern, der aus zwei miteinander verbundenen, magnetischen Kernteilen zusammengesetzt ist und den sandwichartigen Aufbau zumindest teilweise umschließt.
Die EP 2 818 031 B1 beschreibt z.B. einen eigensicheren Übertrager, bestehend aus galvanisch getrennten Windungen, die von mindestens einem, einen geschlossenen Körper bildenden, magnetischen Kern mindestens teilweise umschlossen werden.
DE 10 2012 003 365 B4 beschreibt z.B. einen planaren, eigensicheren Übertrager in Schichtaufbau mit zwei magnetischen, insbesondere aus Ferritplatten gebildeten Schichten, wobei die erste magnetische Schicht eine erste Seite des Schichtaufbaus begrenzt und die zweite magnetische Schicht eine zweite Seite des Schichtaufbaus begrenzt.
Auch die US 6,888,438 B2 beschreibt z.B. einen planaren Übertrager mit zwei Ferritplatten, zwischen denen die Leiterwicklungen angeordnet sind, wobei die Ferritplatten nach außen jeweils von einer zusätzlichen, elektrisch leitfähigen Schirmfläche bedeckt sind.
Die US 2020/0194162 A1 beschreibt z.B. einen Planar-Transformator, der vier hintereinander angeordnete Kerne enthält und eine Primärspuleneinheit mit mehreren Primärsubstraten, durch die jeder der vier Kerne hindurchdringt und auf denen Primärspulenmuster ausgebildet sind, so dass ein magnetischer Fluss in einer ersten Richtung in dem ersten und vierten Kern und in einer zweiten Richtung in dem zweiten und dritten Kern erzeugt wird, sowie eine sekundäre Spuleneinheit mit mehreren sekundären Substraten, durch die jeder der vier Kerne hindurchdringt und auf denen sekundäre Spulenmuster ausgebildet sind, wobei die sekundären Spulenmuster auf einer Peripherie der vier Kerne ausgebildet sind. Der erste Kern und der zweite Kern sowie der dritte und der vierte Kern können jeweils in einem unteren Teil des Transformators miteinander verbunden sein, wodurch der im ersten Kern und der im zweiten Kern sowie der im dritten Kern und der im vierten Kern fließende magnetische Fluss in der Nähe des Spulenmusters jeweils in entgegengesetzten Richtungen gebildet werden können.
Die DE 10 2018 213 157 A1 beschreibt z.B. einen Transformator mit einer Leiterplatte und einer als Teil einer Leiterbahn der Leiterplatte ausgebildeten Planarwicklung sowie anstelle eines auf der Planarwicklung angeordneten Magnetkerns mit einer elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Isolierschicht, die zwischen der Planarwicklung und einer Wärmesenke zur Kühlung der Planarwicklung angeordnet ist und die Planarwicklung mit der Wärmesenke thermisch verbindet. Abschnitte eines Magnetkerns bzw. einer Magnetkernhälfte können hingegen durch in der Leiterplatte vorgesehene Aussparungen, zwischen denen die Planarwicklung spiralförmig verläuft, von einer Seite der Leiterplatte in eine andere Seite der Leiterplatte geführt sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen gegenüber dem genannten Stand der Technik anderen, neuen Übertrager aufzuzeigen, der bei einem sandwichartigen Aufbau mit wenigstens zwei darin angeordneten, galvanisch getrennten Stromkreisen und einem den sandwichartigen Aufbau wenigstens teilweise umschließenden Magnetkern eine nochmalige Reduktion der Bauhöhe sowie des benötigten Materials und also auch des Gesamtgewichts ermöglicht und bei dessen Herstellung insbesondere ferner die Produktions- und Fertigungsüberwachungsschritte reduziert werden können.
Lösungen gemäß Erfindung sind durch die Übertrager mit den Merkmalen gemäß anhängigen Ansprüchen wiedergegeben, wobei bevorzugte Weiterbildungen Gegenstand der Unteransprüche sind.
Dementsprechend schlägt die Erfindung einen Übertrager vor, der eine quer zu einer gemeinsamen Ebene geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen umfasst sowie eine Anzahl von wenigstens zwei galvanisch getrennten Stromkreisen, wobei jeder Stromkreis wenigstens eine Leiterwicklung umfasst und jede Leiterwicklung jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend auf jeweils einer der Lagen angeordnet ist. Ferner ist ein gemeinsamer magnetischer Kern vorgesehen, der die geschichtete Abfolge lediglich teilweise umschließt und auf die Anzahl der wenigstens zwei Stromkreise wirkt, wobei der Kern leidglich einen sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil besitzt, der die geschichtete Abfolge zu einer Seite hin begrenzt.
Insbesondere ist hierzu in einer ersten Ausführung vorgesehen, dass der sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Kernteil, der die geschichtete Abfolge zu einer Seite hin begrenzt, der einzige Kernteil des Kerns ist.
In einer zweiten, alternativen Ausführung ist vorgesehen, dass der sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Kernteil, der die geschichtete Abfolge zu einer Seite hin begrenzt, ein erster Kernteil ist, von welchem ausgehend eine Anzahl von Schenkeln vorgesehen sind, wobei zumindest in einem solchen Fall in der geschichteten Abfolge Durchgangsöffnungen vorgesehen sind und sich wenigstens ein Schenkel quer zu der gemeinsamen Ebene wenigstens teilweise durch die Durchgangsöffnungen erstreckt, wobei auch bei dieser Ausführungsform auf der dem parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil gegenüberliegenden Seite des Übertragers kein Kernteil vorgesehen ist. Ferner ist in diesem Fall vorgesehen, dass jede Leiterwicklung um jeweils wenigstens einen Schenkel herum angeordnet ist.
In einer dritten Ausführung ist vorgesehen, dass der Kern eine Anzahl von sich quer zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Schenkel mit jeweils einer ersten und einer zweiten Stirnseite besitzt, wobei nur jede erste Stirnseite an einem gemeinsamen sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckender Kernteil angebunden ist und jede zweite Stirnseite ohne Anbindung an einen weiteren Kernteil ist, und wobei auch in diesem Fall in der geschichteten Abfolge Durchgangsöffnungen vorgesehen sind und sich wenigstens ein Schenkel wenigstens teilweise durch die Durchgangsöffnungen erstreckt und jede Leiterwicklung um jeweils wenigstens einen Schenkel herum angeordnet ist.
Da der Übertrager nach der Lösung der Erfindung folglich nur einen einzigen, nicht geschlossenen, magnetischen Körper beinhaltet, wobei nur ein einziger Kernteil hiervon sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckt und den Übertrager, d.h. insbesondere die geschichtete Abfolge, zu einer Seite hin begrenzt und folglich die zu dieser Seite gegenüberliegende Seite des Übertragers im Wesentlichen offen, d.h. ohne die Anordnung eines weiteren sich parallel erstreckenden Kernteils, vorgesehen ist, kann die Gesamtdicke des Übertragers im Vergleich zum Stand der Technik nochmals deutlich reduziert werden. Auch das zur Herstellung eines Übertragers nach der Erfindung benötigte Material und also auch das Gesamtgewicht des Übertragers kann wesentlich reduziert werden.
Entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung sieht die Erfindung insbesondere ferner vor, zumindest auf der dem parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil gegenüberliegenden Seite des Übertragers eine sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Schirmfläche anzuordnen, welche die geschichtete Abfolge zu dieser Seite hin begrenzt. Hierdurch können, insbesondere anwendungsspezifisch und/oder je nach spezieller Ausführung, eventuelle oder auch aufgrund des nicht geschlossenen magnetischen Körpers zu erwartende Streufelder reduziert werden.
Ist wenigstens einer der Stromkreise gemäß ergänzender oder alternativer Weiterbildung mit einer elektronischen Schaltung elektrisch gekoppelt, die zur Einstellung des Übertragungsverhaltens ausgebildet ist, lassen sich ferner auf einfache Weise auch weitere oder andere möglicherweise auftretende technische Nachteile wie beispielsweise eine schlechtere magnetische Kopplung entsprechend kompensieren. Für eine solche elektronische Schaltung haben sich, insbesondere anwendungsspezifisch und/oder je nach spezieller Ausführung, z.B. Schaltungstechniken für geeignet gezeigt, die auf der Verwendung höherer Frequenzen und/oder von Kompensationsstrukturen basieren.
Da der Magnetkern infolge des lediglich einzigen, nicht geschlossenen, magnetischen Körpers im Gegensatz zu einem Übertrager mit einem geschlossenen Kern folglich eher die Funktion einer Magnetfeldführung übernimmt anstelle für die Ausbildung eines möglichst perfekten magnetischen Kreises dient, kann der Magnetkern im Rahmen der Erfindung somit auch weniger anfällig gegenüber Material- und Fertigungstoleranzen ausgelegt sein, was überdies eine kostengünstigere Herstellung ermöglicht. So ist z.B. kein Bearbeiten des Magnetkerns wie Schleifen etc. erforderlich, wie dies ansonsten für die Ausbildung eines möglichst perfekten magnetischen Kreises notwendig ist, sodass auch diesbezüglich die einzelnen Schritte sowie die damit verbundenen Kosten bei der Herstellung, einschl. der Produktions- und Fertigungsüberwachung, reduziert werden können.
Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen ersichtlich. In den Zeichnungen zeigen.

1 eine perspektivische Ansicht eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung mit einem einzelnen, nicht geschlossenen Magnetkern;
2 eine Explosionszeichnung des Ausführungsbeispiels aus 1;
3 ein Schnittbild des Übertragers aus 1 und 2;
4 ein Schnittbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung, und zwar mit einem die geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen vollständig durchdringenden E-Kern;
5 ein Schnittbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung mit E-Kern und zusätzlicher Halteklammer;
6 eine Explosionszeichnung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung mit E-Kern;
7 eine Explosionszeichnung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung, und zwar mit einem U-Kern;
8 ein Schnittbild des Übertragers aus 7;
9 ein Schnittbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung, und zwar mit einem insbesondere herstellungsbedingt verkippten U-Kern;
10 eine Explosionszeichnung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung, und zwar mit lediglich einem, sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden, insbesondere plattenförmigen Kern;
11 eine Explosionszeichnung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung, und zwar mit lediglich einem sich von einem, sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden, insbesondere plattenförmigen Kernteil ausgehend und quer zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Schenkel; und
12 ein Schnittbild des Übertragers aus 10.

Bei der nachfolgenden Beschreibung einiger im Rahmen der Erfindung liegender, insbesondere bevorzugter Ausführungsbeispiele wird auf die beigefügten Figuren Bezug genommen.
10 zeigt eine Explosionszeichnung eines Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung mit eine quer zu einer gemeinsamen Ebene geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen, im vorliegenden Fall von drei Lagen 10, 11 und 12. Eine solche gemeinsame Ebene kann folglich insbesondere durch eine solche Lage selbst definiert bzw. vorgegeben werden. Ferner umfasst der bei 10 gezeigte Übertrager eine Anzahl von wenigstens zwei galvanisch getrennten Stromkreisen, wobei jeder Stromkreis wenigstens eine Leiterwicklung umfasst und jede Leiterwicklung jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend auf jeweils einer der Lagen angeordnet ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die Stromkreis z.B. ferner jeweils wenigstens zwei Leiterwicklungen, die auf verschiedenen Lagen innerhalb der geschichteten Abfolge angeordnet sind. So umfasst ein erster Stromkreis bei 10 die dort mit den Bezugskennzeichen 20 und 21 versehenen Leiterwicklungen und ein zweiter Stromkreis die dort mit den Bezugskennzeichen 22 und 23 versehenen Leiterwicklungen. Zur Bildung eines gemeinsamen Stromkreises ist beispielsweise die auf der gemäß 10 als Oberseite dargestellten Seite der Lage 10 angeordnete Leiterwicklung 20 mit der auf der gemäß 10 als Unterseite dargestellten Seite der Lage 10 bzw. auf der gemäß 10 als Oberseite dargestellten Seite der Lage 11 angeordneten Leiterwicklung 21 über eine elektrische Verbindung 30 elektrisch leitend miteinander verbunden. Die auf der gemäß 10 als Oberseite dargestellten Seite der Lage 12 bzw. auf der gemäß 10 als Unterseite dargestellten Seite der Lage 11 angeordnete Leiterwicklung 22, d.h. die zwischen den Lagen 11 und 12 angeordnete Leiterwicklung 22, ist zur Bildung des zweiten Stromkreises in entsprechender Weise über eine elektrische Verbindung 30 elektrisch leitend mit der auf der gemäß 10 als Unterseite dargestellten Seite der Lage 12 angeordneten Leiterwicklung 23 verbunden. Solche elektrische Verbindungen 30 können insbesondere mittels elektrischer Durchkontaktierungen, wie sie dem Fachmann auf diesem Gebiet wohlbekannt sind, hergestellt sein.
Die Gesamtheit der geschichteten Abfolge von isolierenden Lagen und der galvanisch getrennten Stromkreise kann zweckmäßig mittels Multilayertechnik erfolgen und also zusammen eine Leiterplatte ausbilden.
Zu sehen bei 10 ist ferner ein gemeinsamer magnetischer Kern, der die geschichtete Abfolge lediglich teilweise umschließt und auf die Anzahl der wenigstens zwei Stromkreise wirkt. Der gemäß 10 eingesetzte Kern besitzt hierbei ferner einen einzigen, sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil 110, der die geschichtete Abfolge folglich zu einer Seite hin begrenzt, d.h. gemäß 10 zur oberen Seite hin begrenzt. Die gemäß 10 untere Seite liegt folglich im Wesentlichen frei, d.h. ist nicht vom magnetischen Kern oder von einem Kernteil des Kerns bedeckt. Der gemeinsame magnetische Kern stellt somit lediglich einzigen, nicht geschlossenen, magnetischen Körper dar, insbesondere in Form eines plattenförmigen Kerns, im Gegensatz zu einem Übertrager nach dem Stand der Technik mit einem geschlossenen Kern. Als Kern kann hierbei ferner zweckmäßig ein Ferritplatte eingesetzt werden.
Zur stabilen Anordnung des Kerns kann dieser zum Beispiel mit einem Kleber an einer oder mehreren mechanischen Verbindungstellen 50 mit einer der äußeren Lagen, z.B. der Lage 10 gemäß 10 verbunden sein. Ergänzend oder auch alternativ kann der Kern auch mit einer äußeren Leiterwicklung, die als nicht mehr von einer weiteren Schicht überdeckt ist, z.B. an der Leiterwicklung 20 gemäß 10, verbunden sein.
Anstelle eines Klebers kann das stabile Anordnen des offenen Kerns auch durch Herstellen einer mechanischen Verbindung unter Verwendung anderer Befestigungstechniken, z.B. unter Verwendung von Löten, Verrasten oder mit Hilfe von Haltekörpern, erfolgen, um nur einige Beispiel zu nennen.
Bei einer wie bei 10 dargestellten Ausführungsform, hat sich ferner die Verwendung von zusätzlichen Schirmflächen, wie nachfolgend noch näher beschrieben, als häufig nicht zweckmäßig gezeigt, da sowohl das bei solchen Ausführungsformen nicht nur das bewirkte Streufeld des nicht geschlossenen Kerns sondern auch das für eine Signal- und/oder Energieübertragung erforderliche Magnetfeld oftmals zu stark abgeschirmt sein würde.
Ferner kann jedoch zumindest einer der Stromkreise mit einer elektronischen Schaltung 60 elektrisch gekoppelt sein, die zur Einstellung des Übertragungsverhaltens ausgebildet ist. Gemäß Darstellung nach 10 sind zweckmäßig beide Stromkreise, d.h. der erste Stromkreis über dessen Leiterwicklungen 20, 21 und der zweite Stromkreis über dessen Leiterwicklungen 22, 23 jeweils mit einer solchen elektronischen Schaltung 60 elektrisch gekoppelt. So können mittels dieser Schaltungen 60 zur Einstellung des Übertragungsverhaltens beispielsweise auch die Eingangsspannung der Primärwicklung, z.B. des ersten Stromkreises, die Taktfrequenz und/oder des Übersetzungsverhältnisses insgesamt angepasst, insbesondere individuell angepasst werden.
In 12 ist ein Schnittbild des Übertragers aus 10 dargestellt. Die Gesamtdicke D dieses Übertragers setzt sich folglich aus der Dicke D1, d.h. der der sich aus der Gesamtheit der geschichteten Abfolge der isolierenden Lagen und Leiterwicklungen einschl. etwaigen Lötstopplackes 15 ergebenden Dicke, sowie der Dicke D2 des parallel zur gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteils des Magnetkerns, d.h. in diesem Fall des gesamten Magnetkerns und der Dicke D4 des Verbindungsmittels zwischen Kern und geschichteter Abfolge, d.h. gemäß 10 des Klebers, zusammen. Die Gesamtdicke D ist somit die Summe aus D1, D2 und D4. Bildet die Gesamtheit der geschichteten Abfolge von isolierenden Lagen und der galvanisch getrennten Stromkreise zusammen eine Leiterplatte aus, so entspricht hierbei folglich die Dicke D1 der Dicke dieser Leiterplatte.
In 11 ist eine Explosionszeichnung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Übertragers im Rahmen der Erfindung dargestellt. Auch der gemäß 11 eingesetzte Kern besitzt hierbei ein, sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckendes, insbesondere plattenförmig ausgebildetes magnetisches Kernteil 110, z.B. unter Verwendung einer Ferritplatte, das die geschichtete Abfolge folglich zu einer Seite hin begrenzt, d.h. gemäß 11 wiederum zur oberen Seite hin begrenzt. Wie zu sehen ist auf der dem parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil 110 gegenüberliegenden Seite des Übertragers wiederum kein Kernteil vorgesehen.
In Abwandlung zum Ausführungsbeispiel nach 10 stellt der gemäß 10 sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Kernteil 110 lediglich einen ersten Kernteil des gemäß 11 eingesetzten Kerns dar, von welchem ausgehend eine Anzahl von Schenkeln vorgesehen sind. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 11 ist hierbei eine Anzahl von einem Schenkel 120 vorgesehen. Wie ferner zu sehen erstreckt sich dieser eine Schenkel 120 ferner quer zu der gemeinsamen Ebene.
Zumindest in einem solchen Fall wenigstens eines sich quer zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Schenkels sind in der geschichteten Abfolge der isolierenden Lagen 10, 11, 12 Durchgangsöffnungen 70 vorgesehen, durch welche sich eben wenigstens ein solcher Schenkel quer zu der gemeinsamen Ebene wenigstens teilweise hindurch erstreckt. In einem solchen Fall ist ferner jede der jeweils auf einer der Lagen 10, 11, 12 angeordneten Leiterwicklung 20, 21, 22, 23 um jeweils wenigstens einen solchen sich quer erstreckenden Schenkel herum angeordnet.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. sind Durchgangsöffnungen 70 im Wesentlichen zentral in allen isolierenden Lagen 10, 11, 12 ausgebildet, sodass der Schenkel 120 diese geschichtete Abfolge, oder, wenn die Gesamtheit der geschichteten Abfolge von isolierenden Lagen und der galvanisch getrennten Stromkreise zusammen eine Leiterplatte ausbilden, die Leiterplatte wenigstens teilweise durch diese zentral ausgebildeten Durchgangsöffnungen 70 durchdringen kann. Folglich ist bei dieser Ausführungsform mit lediglich einem sich quer erstreckenden Schenkel 120 jede Leiterwicklung auch um diesen einen Schenkel 120 herum angeordnet.
Unter der Annahme, dass der Schenkel die geschichtete Abfolge bzw. Leiterplatte lediglich maximal soweit durchdringt, dass der Schenkel auf der gegenüberliegenden Seite nicht hervorsteht, kann sich somit entsprechend zur Ausführungsform nach 10 bzw. 12 die Gesamtdicke D gleichermaßen aus der Summe von D1, D2 und D4 zusammensetzen.
Es sei darauf hingewiesen, dass sich auch bei einem Ausführungsbeispiel, wie bei 11 dargestellt, die zusätzliche Verwendung von ergänzenden Schirmflächen häufig als nicht zweckmäßig gezeigt hat, da auch hier das für eine Signal- und/oder Energieübertragung erforderliche Magnetfeld oftmals zu stark abgeschirmt wäre. Ferner kann wiederum zumindest einer der Stromkreise mit einer elektronischen Schaltung 60 elektrisch gekoppelt sein, wobei in 11 wiederum in zweckmäßiger Ausführung beide Stromkreise in Verbindung mit einer solchen elektronischen Schaltung 60 dargestellt sind.
Mit den 1 bis 3 ist ein gegenüber den mit 10 bis 12 gezeigten Ausführungsbeispiel nochmals abgewandeltes, insbesondere ein erstes besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Übertragers gemäß Erfindung mit einem einzelnen, nicht geschlossenen Magnetkern präsentiert.
Wie dargestellt, weist der in den 1 bis 3 dargestellte Übertrager zunächst ähnlich zur 11 wiederum ein Kern der eine Anzahl von sich quer zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Schenkeln mit jeweils einer ersten und einer zweiten Stirnseite besitzt. Bei der Ausführungsform gemäß 1 bis 3 sind jedoch 3 Schenkel 120, 130 und 140 vorgesehen. Jede erste Stirnseite, in den Figuren die jeweils obere Stirnseite, ist an einem gemeinsamen sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil 110 angebunden und jede zweite Stirnseite, in den Figuren die jeweils untere Stirnseite der Schenkel, ist ohne Anbindung an einen weiteren Kernteil. Der Magnetkern besitzt hierbei insbesondere die Form eines E-Kerns.
Insbesondere ist der Übertrager mit einer quer zu der gemeinsamen Ebene geschichteten Abfolge von insgesamt 3 isolierenden Lagen 10, 11 und 12 und mit einer Anzahl von insgesamt zwei galvanisch getrennten Stromkreisen mit jeweils wenigstens einer parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufenden, auf jeweils einer der Lagen angeordneten Leiterwicklung aufgebaut. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen ein erster Stromkreis jedoch lediglich die mit den Bezugskennzeichen 20 versehene Leiterwicklung und der zweite Stromkreis die dort mit den Bezugskennzeichen 21 und 22 versehenen Leiterwicklungen. Die auf der gemäß 2 als Oberseite dargestellten Seite der Lage 12 bzw. auf der gemäß 2 als Unterseite dargestellten Seite der Lage 10 angeordnete Leiterwicklung 21, d.h. die zwischen den Lagen 10 und 11 angeordnete Leiterwicklung 21, ist hierbei zur Bildung des zweiten Stromkreises wiederum über eine elektrische Verbindung 30 elektrisch leitend mit der auf der gemäß 2 als Unterseite dargestellten Seite der Lage 11 angeordneten Leiterwicklung 22 verbunden. Die Leiterwicklung 20 ist somit galvanisch von der zwischen den Lagen 10 und 11 angeordneten Leiterwicklung 21 getrennt, wobei die jeweils isolierenden Lagen zweckmäßig so dimensioniert werden können, dass sie den jeweiligen, geforderten Isolationsanforderungen genügen. So kann beispielsweise eine Anforderung an die isolierenden Lagen auch sein, dass diese aus min. zwei Schichten aufgebaut sein müssen, die jeweils eine gewisse Spannungsfestigkeit aufweisen. Ferner kann beispielsweise eine Anforderung an die isolierenden Lagen auch sein, dass die Spannungsfestigkeit derart ausgelegt ist, dass der Übertrager ein eigensicherer Übertrager ist.
In der geschichteten Abfolge der isolierenden Lagen 10, 11 und 12 sind folglich wieder Durchgangsöffnungen 70 vorgesehen sind, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jede der Lagen mit jeweils 3 Durchgangsöffnungen 70 versehen ist, die insbesondere derart zueinander ausgerichtet sind, dass sich, wie dargestellt, bevorzugt alle drei Schenkel 120, 130 und 140 wenigstens teilweise durch diese Durchgangsöffnungen 70 erstrecken können. Ferner ist jede Leiterwicklung 20, 21 und 22 wiederum jeweils um wenigstens einen Schenkel herum angeordnet, im dargestellten Beispiel jeweils um den Schenkel 130. Der Magnetkern kann, wie zu sehen, wiederum zweckmäßig an einer oder mehreren mechanischen Verbindungstellen 50 mit einer der äußeren Lagen, z. B. der Lage 10 gemäß 2 verbunden sein. Eventuelle Lötstopplackschichten sind aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht dargestellt.
Die Gesamtheit der geschichteten Abfolge von isolierenden Lagen und der galvanisch getrennten Stromkreise ist zweckmäßig mittels Multilayertechnik erfolgt und bildet zusammen eine Leiterplatte aus, bei 1 mit LP bezeichnet.
Bei 1 ist ferner die auf der als Oberseite dargestellten Seite der Lage 10 verlaufende und den Mittelschenkel 130 des Übertragers umschließende Leiterwicklung 20 zu erkennen. Bei der dort dargestellten Ausführungsform verläuft die Leiterwicklung 20 folglich auf der Außenlage der Leiterplatte LP.
Ferner ist bei der hier dargestellten Ausführungsform bevorzugt zumindest auf der dem parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil 110 gegenüberliegenden Seite des Übertragers eine sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Schirmfläche 40 angeordnet, welche die geschichtete Abfolge zu dieser Seite hin begrenzt.
Gemäß dargestellter Ausführungsform befindet sich diese Schirmfläche 40 somit auf der Unterseite der isolierenden Lage 12, insbesondere um magnetische Streufelder, die durch den offenen Kern hervorgerufen werden, abzuschirmen. Auch kann hierdurch eine Beeinflussung durch Streufelder benachbarter Übertrager oder anderer elektronischer Schaltungen durch die Schirmfläche 40 zweckmäßig reduziert werden
Ferner ist diese Schirmfläche 40 in zweckmäßiger Ausgestaltung zwar auch mit Durchgangsöffnungen 75 versehen, welche mit den Durchgangsöffnungen 70 im Wesentlichen ausgerichtet sind, wie sich jedoch insbesondere aus 3 ergibt, ist dies aus mechanischer Sicht nicht zwingend notwendig, da die sich durch die Durchgangsöffnungen 70 zumindest teilweise erstreckenden Schenkel 120, 130 und 140 sich nicht bis dorthin erstrecken.
Die Schirmfläche 40 ist aber, wie bereits angesprochen, in zweckmäßiger Ausgestaltung eben auch mit Durchgangsöffnungen 75 ausgebildet, welche mit den Durchgangsöffnungen 70 im Wesentlichen ausgerichtet sind. Hierdurch kann vermieden werden, dass Teile der Magnetfelder abgeschirmt werden, die für die Informations- und/oder Energieübertragung zwischen den galvanisch getrennten Wicklungen erforderlich sind. In bevorzugter Weise können die Durchgangsöffnungen 75 darüber hinaus auch etwas größer ausgestaltet sein, so dass die in den isolierenden Lagen 10, 11 und 12 ausgebildeten Durchgangsöffnungen 70 quasi von den Durchgangsöffnungen 75 umschlossen werden. In besonders bevorzugter Weise ist die Schirmfläche hierzu auch noch zwischen diesen Durchgangsöffnungen 75 unterbrochen.
Auch kann wiederum zumindest einer der Stromkreise mit einer elektronischen Schaltung 60, zweckmäßig alle galvanisch getrennten Stromkreise mit jeweils einer elektronischen Schaltung 60 zur Einstellung des Übertragungsverhaltens elektrisch gekoppelt sein, wie dies bei 2 angedeutet ist, aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht in den 1 und 3 angedeutet ist.
Wie in 3 zu sehen, setzt sich die Gesamtdicke D dieses Übertragers folglich aus der Dicke D1, d.h. der der sich aus der Gesamtheit der geschichteten Abfolge der isolierenden Lagen und Leiterwicklungen einschl. etwaigen Lötstopplackes 15 ergebenden Dicke, sowie der Dicke D2 des sich parallel zur gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteils des Magnetkerns und der Dicke D4 des Verbindungsmittels zwischen Kern und geschichteter Abfolge zwischen Kern und geschichteter Abfolge zusammen. Die Gesamtdicke D ist somit wiederum die Summe aus D1, D2 und D4. Bildet die Gesamtheit der geschichteten Abfolge von isolierenden Lagen und der galvanisch getrennten Stromkreise einschl. etwaigen Lötstopplackes zusammen eine Leiterplatte aus, so entspricht hierbei folglich die Dicke D1 der Dicke dieser Leiterplatte LP ( 1).
Wie ferner bei 3 zu sehen, durchdringen die Schenkel 120, 130 und 140 mit einer maximalen Schenkellänge D3 die Leiterplatte nicht vollständig.
In 4 ist ein Schnittbild eines zu dem in den 1 bis 3 dargestellten Übertrager ähnlichen Übertragers mit einem E-Kern dargestellt. Mindestens einer der Schenkel120, 130 und 140 des Übertragers gemäß 3 durchdringt hierbei jedoch die Leiterplatte vollständig. In dem bei 4 gezeigten Beispiel durchdringen alle drei Schenkel 120, 130 und 140 die Leiterplatte LP vollständig. Die maximale Schenkellänge D3 ist in diesem Fall somit größer als die Summe der Dicke D4 und der Dicke D1 (D3>D1 +D4). Somit setzt sich die Gesamtdicke D dieses Übertragers folglich aus der Summe von D2 und D3 zusammen.
In 5 ist ein Schnittbild eines weiteren zu dem in den 1 bis 3 dargestellten Übertrager ähnlichen Übertragers mit einem E-Kern dargestellt.
Ergänzend zu wenigstens einer gemäß obiger Beschreibung mechanischen Verbindungsstelle 50, optional jedoch auch nur alternativ hierzu, weist der Übertrager gemäß 5 zur stabilen Anordnung des Magnetkerns und der geschichteten Abfolge bzw. der Leiterplatte LP ein Verbindungsmittel auf, das welches in Bezug auf den Kern einen Überstand D4a und/oder in Bezug auf die Unterseite der Leiterplatte einen Überstand D4b besitzt. Als Beispiel für ein solches Verbindungsmittel ist bei der Ausführungsform nach 5 eine Halteklammer dargestellt, welche z.B. den E-Kern um die Länge D4a überragt und auf der Unterseite der Leiterplatte LP um die Länge D4b herausragt. Unter der Annahme, dass die Schenkel des Magnetkerns die Leiterplatte nicht vollständig durchdringen, oder im Falle eines auf der Unterseite der Leiterplatte LP vorliegenden Überstandes 4b sich zumindest nicht über einen solchen hinaus erstrecken, ergibt sich die Gesamtdicke des Übertragers D sich in einem solchen oder ähnlichen Fall folglich aus der Summe der Dicke D1 der Leiterplatte, der Dicke D2 des sich parallel zur gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteils des magnetischen Kerns des plattenförmigen Grundkörpers D2, gegebenenfalls der maximalen Dicke D4 der Verbindungsstelle 50, dem oberen Überstand D4a und/oder dem unteren Überstand D4b. Anstelle einer Halteklammer als ergänzendes oder alternatives Verbindungsmittel gemäß 5, sind auch andere Ausführungsformen von Verbindungsmittel, insbesondere Haltevorrichtungen denkbar. Beispielsweise eine nur auf der Oberseite verlötbare Halteklammer, bei der der untere Überstand D4b=0 ist. Ebenfalls denkbar ist beispielsweise eine Kantenmetallisierung des Kerns, die es ermöglicht den Kern direkt an die Leiterplatte zu löten, sodass sowohl der untere Überstand D4b=0 aber auch der obere Überstand D4a=0 entfällt. Darüber hinaus sind Rasthaken am Magnetkern denkbar, die sich nach dem Durchdringen der Leiterplatte auf der Unterseite der Leiterplatte verrasten, sodass zwar der obere Überstand D4a=0 entfällt, der untere Überstand D4b jedoch bestehen bleibt. Wie bereits angesprochen sind auch Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung möglich, bei denen hierbei alternativ auch auf eine mechanische Verbindungsstelle 50 verzichtet wird, sodass die Dicke D4 gleich 0 ist.
In 6 ist eine Explosionszeichnung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Übertragers mit E-Kern gezeigt. Eine Leiterwicklung 21 und hiervon galvanisch getrennte Leiterwicklungen 20 und 22 befinden sich hier zwischen den isolierenden Lagen 10 und 11. Mit den Leiterwicklungen 20 und 22 ist die Leiterwicklung 23, die zwischen den isolierenden Lagen 11 und 12 verläuft, über elektrische Verbindungen 30 elektrisch verbunden und mit der Leiterwicklungen 21 ist die gleichermaßen zwischen den isolierenden Lagen 11 und 12 verlaufende Leiterwicklung 24 über eine elektrische Verbindung 30 elektrisch verbunden. Ein erster Stromkreis umfasst somit die beiden Leiterwicklungen 20 und 22, die parallel zueinander auf derselben Lage angeordnet sind. Insbesondere umfasst dieser Stromkreis folglich auch zumindest drei Leiterwicklungen 20, 22 und 23, die im dargestellten Beispiel zumindest teilweise parallel zueinander auf derselben Lage und zumindest teilweise auf verschiedenen Lagen innerhalb der geschichteten Abfolge angeordnet sind. Der Fachmann erkennt, dass in Abwandlung drei Leiterwicklungen, die einen gemeinsamen Stromkreis bilden, im Rahmen der Erfindung auch nur parallel zueinander auf derselben Lage oder nur auf verschiedenen Lagen innerhalb der geschichteten Abfolge angeordnet sein können.
Im dargestellten Beispiel umschließen die drei Leiterwicklungen 20, 22 und 23 die Außenschenkel 120 und 140, wobei die Leiterwicklung 23 beide Außenschenkel umschließt. Die beiden Leiterwicklungen 21 und 24 des anderen Stromkreises den Innenschenkel 120. Es versteht sich für einen Fachmann auf diesem Gebiet, dass hierbei auf den korrekten Wicklungssinn zu achten ist.
Die beiden galvanisch getrennten Stromkreise weisen darüber hinaus eine geringe kapazitive Kopplung zueinander auf, da deren jeweiligen Leiterwicklungen jeweils nebeneinander angeordnet und nicht übereinander auf unterschiedlichen Lagen angeordnet sind. Der Koppelweg von Gleichtaktstörspannungen kann hierdurch reduziert sein. Insbesondere aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf die Andeutung einer optionalen zusätzlichen elektrischen Verbindung wenigstens eines der Stromkreise mit einer elektronischen Schaltung 60 verzichtet.
Wiederum ist auf zumindest einer der Lagen 10, 11 und 12 eine sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Schirmfläche angeordnet. Zusätzlich zu einer Schirmfläche 40 entsprechend zur in Bezug auf die 1 bis 3 beschriebenen Schirmfläche, abgesehen von der in diesem Ausführungsbeispiel exemplarisch nicht ganz so ausgeprägten Unterbrechungen zwischen den Durchgangsöffnungen 75, befindet sich eine weitere Schirmfläche 41 auf der Lage 10, gemäß Beispiel insbesondere auf deren Oberseite und also hin zum Magnetkernteil 110 ausgerichtet. Diese ist zweckmäßig im Wesentlichen entsprechend zur Schirmfläche 40 ausgebildet. Durch die Verwendung zweier oder gegebenenfalls auch weiterer Schirmflächen kann das Streufeld noch stärker reduziert werden, als dies bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die Folge ist.
In 7 ist eine Explosionszeichnung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Übertragers, in diesem Fall mit einer Anzahl von zwei sich von einem ersten, sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil 110 ausgehend sich quer zu diesem erstreckenden Schenkeln 120 und 130. Insbesondere kann der Magnetkern somit als ein U-Kern ausgebildet sein. In diesem Beispiel sind ferner drei galvanisch getrennte Stromkreise gezeigt. Wie zu sehen besteht ein erster Stromkreis aus den Leiterwicklungen 21 auf der Oberseite der isolierenden Lage 11 bzw. auf der Unterseite der isolierenden Lage 10, d.h. zwischen den Lagen 10 und 11 und der damit mittels der elektrischen Verbindung 30 elektrisch gekoppelten Leiterwicklung 22 zwischen den Lagen 11 und 12. Beide Leiterwicklungen 21 und 22 sind hierbei z.B. um den Schenkel 130 herum angeordnet, d.h. umschließen im dargestellten Beispiel den rechten Schenkel 130 des U-Kerns.
Die parallel zur Leiterwicklung 21 auf derselben Lage, und also insbesondere zwischen den Lagen 10 und 11 angeordnete Leiterwicklung 20, mit der ein zweiter Stromkreis aufgebaut ist, umschließt den anderen Schenkel 120, d.h. gemäß Darstellung den linken Schenkel des U-Kerns. Die parallel zur Leiterwicklung 22 auf derselben Lage, und also insbesondere zwischen den Lagen 11 und 12 angeordnete Leiterwicklung 23, mit der ein dritter Stromkreis aufgebaut ist, umschließt auch den anderen Schenkel 120, d.h. gemäß Darstellung den linken Schenkel des U-Kerns.
Es ist hierbei gezeigt, dass die magnetische Kopplung zwischen den Leiterwicklungen 20 und 23 höher ist als zwischen den elektrisch miteinander verbundenen Leiterwicklungen 21 und 22 einerseits und der Leiterwicklung 20 und auch 23.
Dies kann insbesondere ausgenutzt werden, um Informationen und/oder Energie effizienter zwischen den Leiterwicklungen 20 und 23 zu übertragen als zwischen den anderen Leiterwicklungen.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist ferner lediglich in Bezug auf den ersten Stromkreis beispielhaft eine optionale, jedoch zweckmäßige elektrische Kopplung mit einer elektronischen Schaltung 60 angedeutet.
Unter Bezugnahme auf die Beschreibung zur Ausführungsform gemäß 6 sind auch bei der Ausführungsform gemäß 7 wieder bevorzugt eine entsprechend angepasste Schirmfläche 40 auf der Unterseite von der Lage 12 und zweckmäßig auch eine auf der Oberseite der Lage 10 angeordnet.
Es sei darauf hingewiesen, dass grundsätzlich ein Übertrager mit U-Kern in Abwandlung zur 7 auch mit nur zwei galvanisch getrennten Stromkreise aufbaubar ist. Insbesondere je nach beabsichtigter Anwendung sind folglich von Grundsatz her auch Kombinationen aus den ersten und zweiten Stromkreisen, aus den ersten und dritten Stromkreisen oder aus den zweiten und dritten Stromkreise als je zwei galvanisch getrennte Stromkreise denkbar.
Aus obiger Beschreibung ist für den Fachmann ersichtlich, dass im Rahmen der Erfindung ebenfalls Übertrager mit anderen als im Wesentlichen als E- und U-Kerne ausgebildeten Kernen, z.B. mit einem Schalen-Kern, oder nur einem Plattenförmigen Körper, und/oder mit drei oder mehr galvanisch getrennten Stromkreise umsetzbar sind. Auch die Anzahl der geschichteten Abfolge von isolierenden Lagen und/oder auf solchen Lagen untergebrachten Leiterwicklungen kann größer sein als in den vorhergehend dargestellten Beispielen. So können diese Leiterwicklungen auf unterschiedlichen Lagen bzw. in unterschiedlichen Schichten und/oder auf gleichen Lagen bzw. in gleichen Schichten angeordnet sein.
In 8 ist ein Schnittbild des Übertragers aus 7 dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Schenkel 120 und 130 des Magnetkerns die geschichtete Abfolge, also insbesondere die Leiterplatte LP, in diesem Fall wieder nicht vollständig durchdringen. Es sind aber auch analog zu den Ausführungen zur Ausführung gemäß 4 Konfigurationen denkbar, bei denen der Kern die Leiterplatte vollständig durchdringt und/oder eine ergänzend oder alternativ zu den mechanischen Verbindungsstellen 50 andere Verbindungsmittel, wie z.B. eine Halteklammer, zur Anwendung kommen. In 8 ist zusätzlich beispielhaft dargestellt, dass die einzelnen Stromkreise und davon umfassten Leiterwicklungen je nach Isolationsanforderungen gewisse Mindestabstände zueinander und zu den Durchgangsöffnungen einhalten müssen.
In 9 ist ein Schnittbild eines weiteren Übertragers mit U-Kern ähnlich zu dem in 8 dargestellten gezeigt. In Abwandlung ist jedoch beim Übertrager gemäß 9 ein insbesondere herstellungsbedingt leicht verkippt angeordneter, insbesondere eingeklebter Magnetkern gezeigt. Ferner durchdringen die Kernschenkel die geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen 10, 11, und 12, insbesondere die Leiterplatte LP vollständig. Die Dicke des an den mechanischen Verbindungsstellen 50 eingesetzten Verbindungsmittels, insbesondere Klebers, variiert in diesem Fall und kann beispielsweise nicht mehr durch eine skalare Größe angegeben werden. Durch den hierdurch verursachten Kippwinkel ergibt sich eine zwar effektive Dicke D4 des Verbindungsmittels. Ebenso ergibt sich hierdurch auch eine effektive Dicke D2 des sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteils 110 Magnetkerns, d.h. insbesondere des plattenförmigen Grundkörpers des Magnetkerns, und eine effektive maximale Schenkellänge D3, die sowohl vom Kippwinkel und der Dicke D4 des Verbindungsmittels an den mechanischen Verbindungsstellen 50 abhängen. Die Gesamtdicke D ergibt sich somit in diesem Beispiel aus der Summe der effektiven Dicke D2 und der effektiven maximalen Schenkellänge D3 (D=D2+D3).
Unter Gesamtwürdigung vorstehender Beschreibung kann somit zusammenfassend festgehalten werden, dass mit einem Übertrager gemäß Erfindung, d.h. insbesondere durch die Verwendung eines einzigen, nicht geschlossenen, Kerns, die Gesamtdicke und Materialien deutlich reduziert werden können, welches folglich flachere, leichtere und kostengünstigere Übertrager, d.h. insbesondere Trennverstärker ermöglicht.
Die Einsparung der Gesamtdicke resultiert somit insbesondere auf Verwendung nur eines sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteils und/oder auf den Verzicht eines zweiten sich parallel zu diesem Kernteil und parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteils auf der gegenüberliegenden Seite des Übertragers.
Der erfindungsgemäß somit offene Kern ist zudem vorteilhaft, da Rückwirkungen der Temperatur und Schwankungen der Materialeigenschaften, die ansonsten einen großen Einfluss auf das Übertragungsverhalten von Übertragern mit geschlossenen Kernen haben, wesentlich reduziert werden können. Ferner kann im Gegensatz zu geschlossenen Kernen mit hierzu zusammengefügten Kernteilen, insbesondere Kernhälften, der Einfluss eines variierenden Fügespaltes, z.B. Klebespaltes, eliminiert werden.
Eventuell aufgrund des nicht geschlossenen Kerns entstehende Streufelder können vorteilhaft durch eine oder mehrere Schirmflächen reduziert werden. Wie anhand der beschriebenen Beispiele aufgezeigt, ermöglichen zweckmäßige Ausgestaltungen solcher Schirmflächen, d.h. insbesondere deren anwendungsspezifische, d.h. insbesondere in Abhängigkeit der spezifischen Gestaltung des Magnetkerns und/oder der jeweiligen Anordnung galvanisch getrennten Stromkreise, Ausgestaltung mit entsprechenden Durchgangsöffnungen und Aussparungen, dennoch, dass das erforderliche magnetische Feld zur Übertragung von Leistung, von Energie und/oder von Daten-, Informations- und/oder anderen Signalen nicht negativ beeinflusst wird, zumindest nicht signifikant reduziert wird.
Da die magnetische Kopplung der galvanisch getrennten Stromkreise mit nur einem, nicht geschlossenen Kern geringer ist als bei solchen mit geschlossenen Kern, kann es jedoch zweckmäßig sein, ergänzend Techniken zur Informations- und/oder Energieübertragung zu nutzen, wie sie aus der kontaktlosen induktiven Energieübertragung (IPT=inductive power transfer / MPT = Wireless power transfer) bekannt sind. So kann zur Kompensation geringerer magnetischer Kopplung insbesondere wenigstens einer der Stromkreise mit einer elektronischen Schaltung elektrisch gekoppelt sein, die zur Einstellung des Übertragungsverhaltens ausgebildet ist, z.B. durch entsprechende Anpassung der Eingangsspannung der Primärwicklung, der Taktfrequenz und/oder des Übersetzungsverhältnisses.
Bezugszeichenliste

110: sich parallel zu einer gemeinsamen Ebene erstreckender Kernteil des magnetischen Kerns;
120, 130, 140: sich quer zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Schenkel des magnetischen Kerns;
10, 11, 12, 13: isolierende Lagen;
15: Lötstopplack
20, 21, 22, 23, 24: Leiterwicklungen;
30: elektrische Verbindung;
40, 41: Schirmflächen
50: mechanische Verbindungsstelle;
60: elektronische Schaltung;
70, 75: Durchgangsöffnung
D: Gesamtdicke des Übertragers;
D1: Gesamtdicke aller isolierenden Lagen und Leiterwicklungen einschl. etwaigen Lötstopplack;
D2: Dicke des parallel zur gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteils des magnetischen Kerns;
D3: maximale Schenkellänge;
D4: Dicke eines Verbindungsmittels;
D4a, D4b: Überstand eines Verbindungsmittels;
LP: in Multilayertechnik aufgebaute Leiterplatte.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0715322 A1 [0003]
EP 2637183 A2 [0004]
DE 102015108911 A1 [0005]
EP 2818031 B1 [0006]
DE 102012003365 B4 [0007]
US 6888438 B2 [0008]
US 2020/0194162 A1 [0009]
DE 102018213157 A1 [0010]

Claims

Übertrager umfassend eine quer zu einer gemeinsamen Ebene geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen (10, 11, 12, 13), und eine Anzahl von wenigstens zwei galvanisch getrennten Stromkreisen, wobei jeder Stromkreis wenigstens eine Leiterwicklung (20, 21, 22, 23, 24) umfasst und jede Leiterwicklung jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend auf jeweils einer der Lagen (10, 11, 12, 13) angeordnet ist, und ein gemeinsamer magnetischer Kern, der die geschichtete Abfolge lediglich teilweise umschließt und auf die Anzahl der wenigstens zwei Stromkreise wirkt, wobei der Kern einen einzigen, sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil (110) besitzt, der die geschichtete Abfolge zu einer Seite hin begrenzt.
Übertrager umfassend eine quer zu einer gemeinsamen Ebene geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen (10, 11, 12, 13), und eine Anzahl von wenigstens zwei galvanisch getrennten Stromkreisen, wobei jeder Stromkreis wenigstens eine Leiterwicklung (20, 21, 22, 23, 24) umfasst, und ein gemeinsamer magnetischer Kern, der die geschichtete Abfolge lediglich teilweise umschließt und auf die Anzahl der wenigstens zwei Stromkreise wirkt, wobei der Kern einen ersten, sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil (110) besitzt und von diesem ausgehend eine Anzahl von Schenkeln (120, 130, 140), und wobei in der geschichteten Abfolge Durchgangsöffnungen (70) vorgesehen sind und sich wenigstens ein Schenkel quer zu der gemeinsamen Ebene wenigstens teilweise durch die Durchgangsöffnungen (70) erstreckt, und jede Leiterwicklung jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend auf jeweils einer der Lagen (10, 11, 12, 13) um jeweils wenigstens einen Schenkel (120, 130, 140) herum angeordnet ist, wobei auf der dem parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil gegenüberliegenden Seite des Übertragers kein Kernteil vorgesehen ist.
Übertrager umfassend eine quer zu einer gemeinsamen Ebene geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen (10, 11, 12, 13) und eine Anzahl von wenigstens zwei galvanisch getrennten Stromkreisen, wobei jeder Stromkreis wenigstens eine Leiterwicklung (20, 21, 22, 23, 24) umfasst, und ein gemeinsamer magnetischer Kern, der die geschichtete Abfolge lediglich teilweise umschließt und auf die Anzahl der wenigstens zwei Stromkreise wirkt, wobei der Kern eine Anzahl von sich quer zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Schenkel (120, 130, 140) mit jeweils einer ersten und einer zweiten Stirnseite besitzt, wobei nur jede erste Stirnseite an einem gemeinsamen sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckender Kernteil (110) angebunden ist und jede zweite Stirnseite ohne Anbindung an einen weiteren Kernteil ist, und wobei in der geschichteten Abfolge Durchgangsöffnungen (70) vorgesehen sind und sich wenigstens ein Schenkel (120, 130, 140) wenigstens teilweise durch die Durchgangsöffnungen (70) erstreckt, und jede Leiterwicklung jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend auf jeweils einer der Lagen (10, 11, 12, 13) um jeweils wenigstens einen Schenkel (120, 130, 140) herum angeordnet ist.
Übertrager nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei auf zumindest einer der Lagen eine sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Schirmfläche (40, 41) angeordnet ist, insbesondere zumindest auf der dem parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil (110) gegenüberliegenden Seite des Übertragers eine sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Schirmfläche (40), welche die geschichtete Abfolge zu dieser Seite hin begrenzt, angeordnet ist.
Übertrager nach dem vorstehenden Anspruch, wobei jede Schirmfläche mit zu den Durchgangsöffnungen (70) ausgerichteten Durchgangsöffnungen (75) ausgebildet ist.
Übertrager nach dem vorstehenden Anspruch, wobei zwischen den Durchgangsöffnungen (75) jeder Schirmfläche Aussparungen vorgesehen sind.
Übertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Stromkreise zwei Leiterwicklungen umfasst, die parallel zueinander auf derselben Lage oder auf verschiedenen Lagen innerhalb der geschichteten Abfolge angeordnet sind.
Übertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Stromkreise wenigstens drei Leiterwicklungen umfasst, die parallel zueinander auf derselben Lage und/oder auf verschiedenen Lagen innerhalb der geschichteten Abfolge angeordnet sind.
Übertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterwicklungen eines gemeinsamen Stromkreises untereinander über elektrische Verbindungen (30) elektrisch leiten miteinander verbunden sind.
Übertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Stromkreise mit einer elektronischen Schaltung (60) elektrisch gekoppelt ist, die zur Einstellung des Übertragungsverhaltens ausgebildet ist.