DE10237713A1 - Manteltransformator - Google Patents

Abstract

Der vorgeschlagene Manteltransformator hat einen Tragkörper 31 für die Spulenanordnung 30 aus Primär- und Sekundärwicklung 32, 33, der vom Eisenkern 34 durchsetzt und umfaßt ist, und von dem die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 36, 37 ausgehen. Zwischen dem Eisenkern 34 und den Anschlüssen 36, 37 ist ein Vorsprung, z. B. in Form einer waagerechten Wand 39, gebildet, welcher den Kriechweg zwischen diesen Teilen verlängert und die Bauhöhe des Transformators zu verringern erlaubt.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Manteltransformator und insbesondere auf dessen Spulentragkörper, der so ausgestaltet sein soll, daß der Kriechweg zwischen den Anschlüssen und dem Eisenkern-Magnetleiter größer und die Dicke des Transformators geringer erhalten wird.
• Transformatoren sind weit verbreitete Bauelemente in elektronischen Schaltungen. Sie passen die Spannung einer Speisequelle an die Erfordernisse der verschiedenen elektronischen Gerte an. Unter den verschiedenen Transformatoren haben die Hochfrequenztransformatoren den Vorteil großer Zuverlässigkeit, kleiner Abmessungen und geringen Gewichts und werden deshalb weithin verwendet in alternativen Speisevorrichtungen oder Ladegeräten. Nachdem Transformatoren eine bedeutende Rolle in elektrischen Vorrichtungen haben, hat jedes Land Sicherheitsstandards im Hinblick auf die Gefahrlosigkeit der Handhabung und den Schutz interner elektronischer Komponenten. Der UL Sicherheitsstandard (Underwriters Laboratories) ist der weltweit am meisten anerkannte Standard und der größte Teil der Transformatorhersteller richten sich nach ihm.
• Fig. 1 zeigt einen bekannten Transformator mit einer Spulenanordnung 10 aus einem Tragkörper 11 aus isolierendem Kunststoff, in dem ein mittiger waagerechter Kernkanal 12 ausgebildet ist, und von dem an einem Ende Eingangsanschlüsse 13 und am anderen Ende Ausgangsanschlüsse 14 ausgehen und nach unten abgebogen sind. Der Kernkanal 12 ist konzentrisch umwickelt von einer Primärspule 15 und einer Sekundärspule 16, die jeweils mit den Eingangsanschlüssen 13 und den Ausgangsanschlüssen 14 verbunden sind. Die beiden Wicklungen sind mittels einer isolierenden Zwischenlage 17, z. B. einem Kunststoffblatt oder einem Klebestreifen voneinander getrennt um Gefahren und Kurzschlüsse zu vermeiden und das Potential der Primärseite zuverlässig von der Sekundärseite zu trennen.
• Der Mantelmagnetleiter wird gebildet von zwei E-förmigen Eisenkernen 18, deren jeder einen inneren Arm 181 hat, der in den Kernkanal 12 greift, und zwei Seitenarme 182, die außerhalb der Spulenanordnung die Magnetkreise schließen. Sie sind von guter magnetischer Leitfähigkeit um den Wirkungsgrad zu erhöhen und die magnetischen Streuverluste zu vermeiden.
• Fig. 2A und 2B zeigen die Anordnung des Transformators auf einer Schaltkreisplatine 20, wenn der Transformator in elektrischen Geräten wie Ladegeräten oder Notebookcomputern verwendet wird und er mit seinen Anschlüssen 13, 14 unmittelbar mit der Platine verlötet ist und von diesen getragen wird. Die UL-Standards enthalten bestimmte Spezifikationen und Abmessungsbeschränkungen für verschiedene Komponenten des Transformators wie Spulenlänge, Breite und Höhe. Die die Transformatorhöhe betreffende Beschränkung ist einer der Hauptgründe, warum eine ganze Reihe von Geräten nicht noch flacher gebaut werden kann. Dabei resultieren die die Transformatorhöhe betreffenden Beschränkungen auf den UL-Regeln für die Länge des Kriechwegs. Es ist dies der Weg zwischen den Lötstellen A, B der Anschlüsse 13, 14 der Spulenanordnung 10 und den entsprechenden senkrechten Stellen A', B' auf dem Eisenkern 18 längs der Oberfläche des Isolierelements (der in Fig. 2B von einer fetten Linie dargestellt ist). Ein längerer Kriechweg ergibt niedrigere Induktionsstreuverluste und geringere Stromleckverluste. Jedoch ergibt sich auch eine größere Dicke des Transformators und macht es schwierig, die Abmessungen des so ausgerüsteten Geräts zu verkleinern.
• Damit ist es heute das Streben auf dem vorliegenden Gebiet, die Bauhöhe der Transformatoren zu verringern und die Kriechwege zu verlängern, um so insgesamt kleinere Transformatoren bauen zu können. Aufgabe der Erfindung ist somit in erster Linie, eine Spulenanordnung zu schaffen® bei der die Länge der Kriechwege vergrößert ist und so der Transformator flacher bei verbesserter Qualität gebaut werden kann.
• Zur Lösung der gestellten Aufgabe besteht die Spulenanordnung im wesentlichen aus einem Tragkörper für die Primär- und Sekundärspule und einem Mantelmagnetleiters der z. B. aus zwei E-förmigen Eisenkernen zusammengesetzt ist, die mit ihren Innenarmen den Kern und mit den anderen Abschnitten die Joche bilden. Der Tragkörper ist ein Teil aus Isoliermaterial mit einem waagerechten Kanal für den Kern und mit von seinen Enden ausgehenden und abwärts gebogenen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen. Die Primär- und Sekundärwicklung sind konzentrisch auf der Außenseite des Kernkanals aufgewickelt und von einer zwischen ihnen angeordneten Isolierzwischenlage voneinander getrennt, sodaß kein Kurzschluß auftreten kann.
• Die Primärspule ist mit den Eingangsanschlüssen und die Sekundärspule mit den Ausgangsanschlüssen verbunden. Die Innenarme der E-förmigen Eisenkerne greifen in den Kernkanal von dessen beiden Enden her und zwei symmetrisch hierzu gelegene Seitenarme umgreifen die Spulenanordnung und ergänzen sich zu der Mantelmagnetleiteranordnung. Der von der Primärspule erzeugte Magnetfluß verläuft in diesem Magnetleiter. Die elektrische Leistung wird über die Eingangsanschlüsse eingeleitet und der Magnetfluß induziert in der Sekundärspule die gewünschte Ausgangsspannung, die an den Ausgangsanschlüssen zur Verfügung steht.
• Gemäß der Erfindung ist an der zwischen den Eisenkernen des Tragkörpers und den Anschlüssen gebildeten senkrechten Fläche wenigstens ein Vorsprung ausgebildet, der in eine von der Seitenfläche des Eisenkerns abweichenden Richtung in der Weise vorspringt, daß die Kriechstrecke zwischen dem Eisenkern und den Anschlüssen verlängert ist. Für eine vorgegebene Kriechstrecke kann der Transformator somit flacher gebaut werden oder, wenn der Transformator eine vorgegebene Dicke hat, kann der Vorsprung, z. B. in Form einer waagerechten Wand, die Kriechstrecke verlängern und so die Qualität des Transformators erhöhen.
• Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigegebenen Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt:
• Fig. 1 die Ansicht des bekannten Transformators;
• Fig. 2A, 2B die Längsschnittdarstellung des mit einer Schaltkreisplatine verlöteten bekannten Transformators;
• Fig. 3A, 3B, 3C die entsprechenden Darstellungen eines erfindungsgemäßen Transformators einer ersten Ausbildungsform;
• Fig. 3D die schnittbildliche Detaildarstellung einer Abwandlung der Vorsprungsgestaltung;
• Fig. 3E die schnittbildliche Darstellung einer weiteren Abwandlung der Vorsprungsgestaltung;
• Fig. 4 die Längsschnittdarstellung einer zweiten Ausbildungsform des Transformators;
• Fig. 5 die Ansicht einer dritten Ausbildungsform des Transformators.
• Die Erfindung schafft einen Transformator, bei dem die Spulenanordnung wenigstens eine vorspringende waagerechte Wand aufweist, welche den Kriechweg verlängert und dadurch erlaubt, die Abmessungen des Transformators zu verringern und seine Qualität zu verbessern.
• Bei Betrachtung der ersten Ausbildungsform gemäß Fig. 3A, 3B, 3C besteht die Spulenanordnung 30 im wesentlichen aus einem Tragkörper 31, einer Primärwicklung 32, einer Sekundärwicklung 33 und einem Mantel-Magnetleiter aus zwei E-förmigen Eisenkernen 34. Der Tragkörper 31 besteht aus isolierendem Material und hat einen waagerechten Kernkanal 35. Die Wicklungen sind auf die Außenseite des Kernkanals 35 aufgewickelt. Der Tragkörper 31 hat zwei Enden, von denen Eingangsanschlüsse 35 bzw. Ausgangsanschlüsse 37 ausgehen, die nach unten ragen, um mit einer Schaltkreisplatine 40 verlötet zu werden. Die Sekundärwicklung 33 ist auf die Außenfläche des Kernkanals 35 gewickelt und mit den Ausgangsanschlüssen 37 verbunden. Die Primärwicklung 32 ist außerhalb der Sekundärwicklung 33 auf den Kernkanal 35 gewickelt und mit den Eingangsanschlüssen 36 verbunden. Beide Wicklungen bestehen aus lackisoliertem Draht und sind konzentrisch gewickelt, wobei sie zur Verhütung von Kurzschlüssen mittels eines isolierenden Kunststoffblattes oder einer anderen Isolierzwischenlage voneinander getrennt sind.
• Bei der betrachteten ersten Ausbildung besteht der Magnetleiter aus zwei E-förmigen Eisenkernen 34, die in einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt sind. Jeder Kern hat einen vorspringenden Innenarm 341, der von einem Ende her in den Kernkanal 35 greift, und dem symmetrisch der Innenarm des anderen Kerns entspricht, der vom anderen Ende des Kernkanals in diesen greift. Zwei symmetrische Seitenarme 342 umgreifen die Spulenanordnung 30 außen und ergänzen sich mit den Seitenarmen des anderen Kerns zum geschlossenen Mantelmagnetleiter. Der von der Primärspule erzeugte und in die Sekundärspule induzierte Magnetfluß ist auf den Magnetleiter beschränkt. Auf diese Weise wird die in die Primärspule 32 über die Eingangsanschlüsse 36 eingespeiste elektrische Energie durch die induktive Kopplung der Wicklungen umgeformt und steht an den Ausgangsanschlüssen 37 mit der gewünschten Ausgangsspannung zur Verfügung.
• Zwischen dem Eisenkern 34 des Tragkörpers 31 und den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen 36, 37 befindet sich eine senkrechte Oberfläche. An dieser senkrechten Oberfläche ist wenigstens ein Vorsprung gebildet, der in eine von der Seitenfläche 343 des Eisenkerns 34 abweichende Richtung ragt. Der Vorsprung kann in Form einer waagerechten Wand 39 sein, die rechtwinklig zur Seitenfläche des Eisenkerns 34 gerichtet ist, und besteht vorzugsweise aus einem isolierenden Kunststoffmaterial und ist einstückig mit dem Tragkörper 31 ausgebildet.
• Fig. 3C zeigt detailliert, wie ein Torsprung in Form einer waagerechten Wand 39 die Kriechstrecke erhöht, nämlich den fett gezeichneten Weg auf der Oberfläche des Isoliermaterials zwischen den Lötstellen A, B der Anschlüsse 36, 37 der Spulenanordnung 30 und den entsprechenden Senkrechtpunkten A', B' auf dem Eisenkern 34. Verglichen mit der bekannten Ausbildung bewirkt das Vorhandensein der waagerechten Wand 39 eine Verlängerung der Kriechstrecke zwischen dem Eisenkern 34 und den Anschlüssen 36, 37. Wenn also die Transformatorkonstruktion eine bestimmte Kriechstrecke vorgibt, kann der Transformator flacher gebaut werden. Andererseits kann ein Transformator einer vorgegebenen Bauhöhe durch das Vorhandensein der waagerechten Wand 39 und die mit ihr verbundene Vergrößerung der Kriechstrecke mit besserer Qualität und höherer Effizienz gebaut werden.
• Fig. 3D und 3E zeigen Abwandlungen der betrachteten Ausbildung, nämlich solche mit zwei Vorsprüngen an der senkrechten Fläche zwischen dem Eisenkern 34 und den Anschlüssen 36, 37. In Fig. 3D ragen zwei Vorsprünge in Form waagerechter Wände 39 von den senkrechten Flächen zwischen dem Eisenkern 34 und den Anschlüssen 36, 37 vor. In Fig. 3E ist in den senkrechten Flächen zwischen dem Eisenkern 34 und den Anschlüssen 36, 37 ein Einsprung ausgeführt, welcher einen oberen und einen unteren Vorsprung in Gestalt waagerechter Wände 39 ausbildet. Auch diese Gestaltungen erhöhen die Kriechstrecke und verbessern so die Effizienz und reduzieren die Dicke des Transformators. Dabei ist anzumerken, daß die Vorsprünge nicht notwendigerweise die Form waagerechter Wände 39 haben müssen, sondern auch in anderer geeigneter Weise vorspringen können.
• Fig. 4 zeigt eine zweite Ausbildung, die sich von der ersten dadurch unterscheidet, daß die Anschlüsse 36a, 37a um 180° in die andere Richtung, nämlich nach oben abgebogen sind, und der Transformator auf diese Weise kopfüber in eine Fensteröffnung 41 der Schaltkreisplatine 40 eingesetzt werden kann. Auch hier sind die Anschlüsse mir der Platine verlötet und tragen den Transformator. Bei dieser Ausbildung ragt der Transformator noch weniger über die Ebene der Platine.
• Fig. 5 zeigt eine dritte Ausbildungsform des Transformators. Hier ist der Magnetleiter zusammengesetzt aus einem E-förmigen Eisenkern 34a, dessen Innenarm 341a und Seitenarme 342a die ganze Länge des Kernkanals 35 bzw. der Außenerstreckung einnehmen und zu denen zur Schließung des Magnetleiterkreises ein Joch 34a gehört. Die Wirkungsweise ist im übrigen die gleiche.

Claims (22)

1. Manteltransformator mit einem Tragkörper (31), der einen Kernkanal (35) und abgebogene Eingangsanschlüsse (36) und Ausgangsanschlüsse (37) an seinen Enden aufweist, und
mit einer den Kernkanal (35) umgebenden Primärwicklung (32), deren Enden mit den Eingangsanschlüssen (36) verbunden sind, und
mit einer den Kernkanal (35) umgebenden Sekundärwicklung (33), deren Enden mit den Ausgangsanschlüssen (37) verbunden sind, und
mit einem durch den Kernkanal (35) verlaufenden Mantel- Eisenkern (34), der den Magnetfluß leitet,
wobei der Eisenkern (34) und die Anschlüsse (36), (37) jeweils eine senkrechte Oberfläche zwischen sich bilden und von dieser wenigstens ein Vorsprung (39) in eine von der Seitenfläche des Eisenkerns (34) abweichenden Richtung vorspringt und den Kriechweg zwischen dem Eisenkern (34) und den Anschlüssen (36, 37) vergrößert.

2. Manteltransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (36, 37) mit einer Platine (40) verlötet sind.

3. Manteltransformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er kopfüber in einer Fensteröffnung (41) der Platine (40) sitzt und seine Anschlüsse (36, 37) in der anderen Richtung abgebogen sind (Fig. 4).

4. Manteltransformator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (32, 33) übereinander liegen und durch eine Isolierzwischenlage (38) voneinander getrennt sind.

5. Manteltransformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (33) auf den Tragkörper (31) gewickelt ist und von der Primärwicklung (32) umgeben ist.

6. Manteltransformator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnete, daß der Eisenkern (34) aus zwei E-förmigen Teilen besteht, die sich in der mittigen Querschnittsebene zum Magnetleiter zusammenfügen.

7. Manteltransformator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetleitende Eisenkern (34a) aus einem E-förmigen Tail besteht, dessen Arme (341a), (342a) die Transformatorlänge einnehmen, und an ihren Enden ein Joch (34a) die Magnetflußkreise schließt (Fig. 5).

8. Manteltransformator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (39) aus einem isolierenden Kunststoff besteht.

9. Manteltransformator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Vorsprung (39) einstückig mit dem Tragkörper (31) ausgebildet ist.

10. Manteltransformator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (32), (33) mit lackisoliertem Draht ausgeführt sind.

11. Manteltransformator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Vorsprung (39) eine waagerecht vorspringende Wand ist.

12. Manteltransformator mit einem Tragkörper (31), der einen Kernkanal (35) und abgebogene Eingangsanschlüsse (36) und Ausgangsanschlüsse (37) an seinen Enden aufweist, und
mit einer den Kernkanal (35) umgebenden Primärwicklung (32), deren Enden mit den Eingangsanschlüssen (35) verbunden sind, und
mit einer den Kernkanal (35) umgebenden Sekundärwicklung (33), deren Enden mit den Ausgangsanschlüssen (37) verbunden sind; und
mit einem durch den Kernkanal (35) verlaufenden Mantel- Eisenkern (34), der den Magnetfluß leitet,
wobei zwischen dem Eisenkern (34) und den Anschlüssen (36), (37) eine senkrechte Oberfläche liegt und von dieser wenigstens ein Vorsprung (39) in eine von der Seitenfläche des Eisenkerns (34) abweichenden Richtung vorspringt und den Kriechweg zwischen dem Eisenkern (34) und den Anschlüssen (36, 37) vergrößert.

13. Manteltransformator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (36, 37) mit einer Platine (40) verlötet sind.

14. Manteltransformator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß er kopfüber in einer Fensteröffnung (41) der Platine (40) sitzt und seine Anschlüsse (36, 37) in der anderen Richtung abgebogen sind (Fig. 4).

15. Manteltransformator nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (32, 33) übereinander liegen und durch eine Isolierzwischenlage (38) voneinander getrennt sind.

16. Manteltransformator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (33) auf den Tragkörper (31) gewickelt ist und von der Primärwicklung (32) umgeben ist.

17. Manteltransformator nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern (34) aus zwei E-förmigen Teilen besteht, die sich in der mittigen Querschnittsebene zum Magnetleiter zusammenfügen.

18. Manteltransformator nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetleitende Eisenkern (34a) aus einem E-förmigen Teil besteht, dessen Arme (341a), (342a) die Transformatorlänge einnehmen, und an ihren Enden ein Joch (34a) die Magnetflußkreise schließt (Fig. 5).

19. Manteltransformator nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (39) aus einem isolierenden Kunststoff besteht.

20. Manteltransformator nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens einen Vorsprung (39) einstückig mit dem Tragkörper (31) ausgebildet ist.

21. Manteltransformator nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (32), (33) mit lackisoliertem Draht ausgeführt sind.

22. Manteltransformator nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Vorsprung (39) eine waagerecht vorspringende Wand ist.