DE19614767A1 - Induktives Bauelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein induktives Bauelement mit einem Kern aus magnetischem Material, einer ersten, mindestens eine Wicklung aufweisenden Wicklungsgruppe und einer zweiten, mindestens eine Wicklung aufwei­ senden Wicklungsgruppe, wobei das von der ersten Wick­ lungsgruppe im Kern erzeugte magnetische Feld senkrecht zu dem von der zweiten Wicklungsgruppe im Kern er­ zeugten magnetischen Feld liegt.

Das Funktionsprinzip von induktiven Bauelementen der oben beschriebenen Art, insbesondere von Transfor­ matoren, bei denen die Grundkenntnis ausgenutzt wird, daß senkrecht zueinander liegende elektrische Felder, die einen Kern aus einem magnetischen Material durch­ fließen, sich nicht gegenseitig beeinflussen, ist z. B. aus der DE-Patentschrift 4 65 114, der DE-Offenlegungs­ schrift 24 35 587 und der US-Patentschrift 4 210 859 bekannt. Derartige Kreuzflußinduktivitäten, bei denen also zwei oder drei zueinander senkrechte magnetische Flüsse wirken, lassen sich in solchen Fällen verwenden, in denen typisch zwei magnetische Komponenten benötigt werden, die man so kompakt wie möglich verwirklichen will. Solche Situationen kommen insbesondere bei Strom­ quellen vor. Die beschriebenen bekannten Lösungen wei­ sen aber den Nachteil auf, daß deren Umsetzung in die Praxis schwierig ist, weshalb sie auch mit hohen Kosten verbunden sind. Problematisch ist insbesondere die Ver­ wirklichung der Wicklung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu­ grunde, ein induktives Bauelement eines neuen Typs an­ zugeben, bei dem der Kreuzfluß in einer neuen Umgebung benutzt wird und mit dem die hohen Herstellungskosten der herkömmlichen Elemente vermieden werden. Diese Auf­ gabe wird durch ein erfindungsgemäßes induktives Bau­ element gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die erste Wicklungsgruppe mindestens eine, auf einer ersten Leiterplatte als gedruckte Verdrahtung ausgeführte Wicklung aufweist, die erste Leiterplatte mindestens einen Durchbruch aufweist, um wenigstens einen Teil des Kerns aus magnetischem Material durch die Leiterplatte hindurchzuführen, die zweite Wicklungsgruppe mindestens einen, auf einer zweiten Leiterplatte als gedruckte Verdrahtung ausgeführten Wicklungsteil, mindestens ei­ nen auf einer dritten Leiterplatte als gedruckte Ver­ drahtung ausgeführten Wicklungsteil und Mittel zum Ver­ einigen der auf der zweiten und der dritten Leiter­ platte ausgeführten Wicklungsteile der zweiten Wick­ lungsgruppe zu der mindestens einen Wicklung der zweiten Wicklungsgruppe durch die erste Leiterplatte und/oder den Kern aus magnetischem Material aufweist.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit da­ rin, die in der ersten Wicklung, gegebenenfalls in ei­ nem ersten Transformator, enthaltenen Wicklungen als eine auf der ersten Leiterplatte gedruckte Verdrahtung auszubilden, und ebenfalls die Wicklungen, die den zweiten, zu dem von dieser ersten Wicklung erzeugten magnetischen Fluß senkrechten Fluß erzeugen, als auf zwei Leiterplattenstücken gedruckte Verdrahtungen aus­ zubilden, wobei die Verwirklichung verhältnismäßig ein­ fach und die Herstellung kostengünstig ist.

Vorzugsweise weist der Kern aus magnetischem Material des erfindungsgemäßen induktiven Bauelements einen ersten Teil und einen zweiten Teil auf, die sich wenigstens im wesentlichen auf verschiedenen Seiten der ersten Leiterplatte befinden.

Will man das erfindungsgemäße induktive Bauele­ ment insbesondere als Transformator verwenden, ist sei­ ne zu diesem Zweck geeignete bevorzugte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des ersten Kernteils in der Ebene senkrecht zur Ebene der ersten Leiterplatte E-förmig ist, während der Querschnitt des zweiten Kernteils in der gleichen Ebene rechteckförmig ist, wobei die erste Leiterplatte drei im wesentlichen rechteckförmige Durchbrüche zur Hindurchführung von Schenkeln des ersten Kernteils aufweist. Will man in diesem Fall, daß auch das andere, kreuzende Magnetfeld eine Transformatorkonstruktion bildet, ist es vorteil­ haft, daß der mittlere Schenkel des ersten Kernteils und die mit dieser fluchtende Stelle des zweiten Kern­ teils Durchbrüche zur Hindurchführung der zum Vereini­ gen der Wicklungsteile der mindestens einer Wicklung der zweiten Wicklungsgruppe dienenden Mittel aufweisen.

Das erfindungsgemäße induktive Bauelement kann auch elektromagnetisch leicht geschützt werden. Für ein solches induktives Bauelement ist charakteristisch, daß auf der dem Kern abgewandten Oberfläche der zweiten Leiterplatte eine vierte Leiterplatte angeordnet ist, die mit einem der Wicklungsteile der zweiten Leiter­ platte zur Bildung einer als elektromagnetischen Schirm dienenden Masseebene elektrisch verbunden ist. Ein ähn­ licher Schirm ist natürlich auch auf der anderen Seite des Bauelements realisierbar, wobei auf der dem Kern abgewandten Oberfläche der dritten Leiterplatte eine fünfte Leiterplatte angeordnet ist, die mit einem der Wicklungsteile der dritten Leiterplatte zur Bildung einer als elektromagnetischen Schirm dienenden Masse­ ebene elektrisch verbunden ist. In der Praxis dürfte es am vorteilhaftesten sein, die genannten Masseebenen beidseits des Bauelements vorzusehen.

Nachstehend wird das erfindungsgemäße induktive Bauelement anhand einer beispielhaften Ausführungsform, die in der beigefügten Zeichnungsfigur in Explosions­ darstellung gezeigt ist, näher erläutert.

Die Hauptteile der beispielhaften Ausführungsform des in der Zeichnungsfigur dargestellten erfindungsge­ mäßen induktiven Bauelements sind eine erste Leiter­ platte 4, ein Kern aus magnetischem Material bestehend aus Teilen 1A und 1B und zwei Leiterplattenstücke 11 und 12. Auf der ersten oder Hauptleiterplatte 4 sind als gedruckte Verdrahtung 2 passende Wicklungen ausge­ bildet, um ein jeweils zweckmäßiges induktives Bauele­ ment zu bilden. Bei der zeichnungsgemäßen Ausführungs­ form bilden die Wicklungen 2 auf der Hauptleiterplatte 4 einen Dreischenkel-Transformator. Zu diesem Zweck um­ geben die als gedruckte Verdrahtung 2 ausgeführten Wicklungen drei an der Leiterplatte vorgesehene recht­ eckförmige Durchbrüche 5, 6 und 7. Für jeden Teil der Wicklung 2 sind eine gewünschte Anzahl von Windungen gegeben, d. h. sie weisen jeweils die gewünschte Anzahl von schmalen, als gedruckte Verdrahtung ausgeführten Drahtwindungen um die Durchbrüche 5, 6 und 7 auf.

Den Kern für die vorstehend genannten Wicklungen 2 bilden zwei Stücke 1A und 1B aus magnetischem Mate­ rial. Von diesen besitzt 1A in der zur Ebene der Lei­ terplatte 4 senkrechten Richtung einen E-förmigen Quer­ schnitt, wobei es also drei Schenkel 8, 9 und 10 auf­ weist, die durch die Durchbrüche 5, 6 und 7 der Leiter­ platte 4 hindurchzuführen sind. Der von der anderen Seite der Leiterplatte 4 gegen den Kernteil 1A zu le­ gende andere Kernteil 1B ist ein Stück aus magnetischem Material, das die Form eines Parallelepipeds aufweist und eine Art Joch für den durch den Teil 1A gebildeten E-förmigen Kern bildet. Wenn die Teile 1A und 1B auf gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte 4 angeordnet werden, umgeben die Wicklungen 2 die Schenkel 8, 9 und 10 des Teils 1A und bilden somit eine fast übliche Transformatorkonstruktion, bei der der Fluß senkrecht zur Platte 4 gehen kann, d. h. zum Beispiel vom Schenkel 8 zum Schenkel 9 und von dort zum Teil 1B und von dort wieder zum Schenkel 8 längs einer geschlossenen Bahn.

Neben dem oben beschriebenen flachen, planar kon­ struierten Transformator weist das erfindungsgemäße in­ duktive Bauelement eine zweite Wicklungsgruppe auf, wo­ bei der davon erzeugte magnetische Fluß senkrecht zu dem von den Wicklungen 2 der Leiterplatte 4 erzeugten Fluß liegt. Zu diesem Zweck sind zwei Leiterplatten­ stücke 11 und 12 vorgesehen, die beide als gedruckte Verdrahtung ausgeführte Wicklungsteile 3A und 3B auf­ weisen. Die Wicklungsteile 3A auf dem Leiterplatten­ stück 11 beginnen an Verbindungspunkten 19 am Umfang des Stücks und enden an Verbindungspunkten 20 im Mit­ telbereich des Stücks. An die Verbindungspunkte 19 wie auch an die Verbindungspunkte 20 schließen sich von der Ebene des Leiterplattenstücks 11 zum Kern hin sich er­ streckende Kontaktteile oder Verbindungsmittel 13 an. Das Leiterplattenstück 12 weist identische Wicklungs­ teile 3B auf, die als gedruckte Verdrahtung auf der Oberfläche des Leiterplattenstücks ausgeführt sind und die ebenfalls an Verbindungspunkten 21 am Umfang des Stücks beginnen und an Verbindungspunkten im Mittelbe­ reich des Stücks enden. An diese Verbindungsstücke schließen sich Kontaktteile oder Verbindungsmittel 14 an, die mit den Kontaktteilen 13 des Stücks 11 zusam­ menwirken.

Wie aus der Figur ersichtlich ist, wird das Lei­ terplattenstück 11 auf den Kernteil 1A aufgelegt, wobei die sich davon erstreckenden Kontaktteile 13 durch Durchgangsöffnungen 22 der Leiterplatte 4 einerseits und durch eine zentrale Öffnung 15 des Kernteils 1A an­ dererseits hindurchgehen. Wenn das Leiterplattenstück 12 auf die der Leiterplatte 4 abgewandte Oberfläche des Kernteils 1B aufgelegt wird, fluchten die dort vorgese­ henen Kontaktteile 14 mit den Kontaktteilen 13 des Lei­ terplattenstücks 11, wobei ein elektrischer Kontakt mit diesen entsteht. Damit dies auch möglich ist, weist na­ türlich auch der Kernteil 1B eine zentrale Öffnung 16 auf, die in ihren Abmessungen der Öffnung 15 des Teils 1A entspricht. Wenn die Leiterplattenstücke 11 und 12 über die Kontaktteile 13 und 14 miteinander in Verbin­ dung stehen, bilden die Wicklungsteile 3A und 3B eine oder mehrere Wicklungen, die um einen durch die Kern­ teile 1A und 1B gebildeten, bei diesen Wicklungen ring­ förmigen Magnetkern umlaufen. Wenn ein Strom durch die Wicklungsteile 3A und 3B geführt wird, wird im Magnet­ kern mindestens ein elektromagnetischer Fluß erzeugt, der in der Richtung der Ebene der Hauptleiterplatte 4 liegt.

Wie vorstehend beschrieben, liegen die von den Wicklungen 2 und den Wicklungsteilen 3A und 3B er­ zeugten magnetischen Felder senkrecht zueinander und beeinflussen somit nicht einander gegenseitig. Dadurch wird ohne eigentliches Wickeln eine flache, inte­ grierte, doppeltwirkende Induktivität erzeugt, die zum Beispiel der Transformator eines Forward-Zerhackers und eine Spule sein kann.

Ein Störschutz um den vorstehend beschriebenen Transformator läßt sich einfach durch Leiterplatten­ stücke 17 und 18 realisieren. Diese Leiterplattenstücke weisen eine einheitliche Leiterfolienschicht auf. Diese Leiterplattenstücke werden auf die Leiterplattenstücke 11 und 12 aufgelegt und mit einem passenden Teil der Verdrahtung der Leiterplattenstücke 11 und 12 elek­ trisch verbunden. Somit bilden die Leiterplattenstücke 17 und 18 die Masseebenen um das erfindungsgemäße in­ duktive Bauelement und schützen es somit elektromagne­ tisch vor äußeren Magnetfeldern.

Das erfindungsgemäße induktive Bauelement wurde vorstehend anhand einer beispielhaften und recht kom­ plizierten Ausführungsform erläutert. Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße, unter Benutzung von Kreuzfluß arbeitende induktive Bauelement auch erheblich ein­ facher realisierbar ist, und zwar z. B. so, daß der Ma­ gnetkern aus nur einem parallelepipedförmigen Stück aus magnetischem Material besteht, das in einem Durchbruch der Hauptleiterplatte angeordnet ist. Die auf diese Weise erhaltenen induktiven Bauelemente könnten bei­ spielsweise Spulen mit einem Eisenkern sein. Somit kann der mechanische Aufbau des erfindungsgemäßen induktiven Bauelements im Rahmen der beigefügten Patentansprüche erheblich variiert werden.

Claims (6)

1. Induktives Bauelement mit einem Kern (1A, 1B) aus magnetischem Material, einer ersten, mindestens eine Wicklung aufweisenden Wicklungsgruppe (2) und ei­ ner zweiten, mindestens eine Wicklung aufweisenden Wicklungsgruppe (3A, 3B), wobei das von der ersten Wicklungsgruppe (2) im Kern erzeugte magnetische Feld senkrecht zu dem von der zweiten Wicklungsgruppe (3A, 3B) im Kern erzeugten magnetischen Feld liegt, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Wicklungsgruppe mindestens eine, auf einer ersten Leiterplatte (4) als gedruckte Verdrahtung (2) ausgeführte Wicklung aufweist,
die erste Leiterplatte mindestens einen Durchbruch (5, 6, 7) aufweist, um wenigstens einen Teil (8, 9, 10) des Kerns (1A, 1B) aus magnetischem Material durch die Leiterplatte (4) hindurchzuführen,
die zweite Wicklungsgruppe mindestens einen, auf einer zweiten Leiterplatte (11) als gedruckte Verdrahtung (3A) ausgeführten Wicklungsteil,
mindestens einen auf einer dritten Leiterplatte (12) als gedruckte Verdrahtung (3B) ausgeführten Wicklungsteil
und Mittel (13, 14) zum Vereinigen der auf der zweiten und der dritten Leiterplatte (11, 12) ausgeführten Wicklungsteile der zweiten Wick­ lungsgruppe zu der mindestens einen Wicklung der zweiten Wicklungsgruppe durch die erste Leiter­ platte (4) und/oder den Kern (1A, 1B) aus magne­ tischem Material aufweist.

2. Induktives Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus magne­ tischem Material einen ersten Teil (1A) und einen zweiten Teil (1B) aufweist, die sich wenigstens im we­ sentlichen auf verschiedenen Seiten der ersten Leiter­ platte (4) befinden.

3. Induktives Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des ersten Kernteils (1A) in der Ebene senkrecht zur Ebene der ersten Leiterplatte (4) E-förmig ist, während der Querschnitt des zweiten Kernteils (1B) in der gleichen Ebene rechteckförmig ist, wobei die erste Leiterplatte (4) drei im wesentlichen rechteckförmige Durchbrüche (5, 6, 7) zur Hindurchführung von Schenkeln (8, 9, 10) des ersten Kernteils (1A) aufweist.

4. Induktives Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Schenkel (9) des ersten Kernteils (1A) und die mit dieser fluch­ tende Stelle des zweiten Kernteils Durchbrüche (15, 16) zur Hindurchführung der zum Vereinigen der Wicklungs­ teile (3A, 3B) der mindestens einer Wicklung der zweiten Wicklungsgruppe dienenden Mittel (13, 14) auf­ weisen.

5. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Kern (1A) abgewandten Oberfläche der zweiten Leiterplatte (11) eine vierte Leiterplatte (17) ange­ ordnet ist, die mit einem der Wicklungsteile (3A) der zweiten Leiterplatte (11) zur Bildung einer als elek­ tromagnetischen Schirm dienenden Masseebene elektrisch verbunden ist.

6. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Kern (1B) abgewandten Oberfläche der dritten Leiterplatte (12) eine fünfte Leiterplatte (18) ange­ ordnet ist, die mit einem der Wicklungsteile (3B) der dritten Leiterplatte (12) zur Bildung einer als elek­ tromagnetischen Schirm dienenden Masseebene elektrisch verbunden ist.