DE202006013658U1

DE202006013658U1 - Transformator mit Steckblechwicklung

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Publication number: DE202006013658U1
Application number: DE202006013658U
Authority: DE
Original assignee: VOGT ELECT COMPONENTS GmbH; Vogt Electronic Components GmbH
Current assignee: VOGT ELECT COMPONENTS GmbH; Vogt Electronic Components GmbH
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2016-09-07
Also published as: ES2368205T3; ATE521072T1; WO2008028663A1; EP2095382A1; WO2008028663A8; EP2095382B1

Abstract

Transformator, der einen Spulenkörper für die Aufnahme einer ersten Spule und einer zweiten Spule umfasst, wobei
mindestens eine der Spulen eine Steckblechwicklung aufweist; und
die Steckblechwicklung eine oder mehrere Windungen umfasst, die auf gestapelte Weise angeordnet sind, wobei mindestens zwei Abstände zwischen den Windungen der Steckblechwicklung zur Aufnahme der zweiten Spule ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein induktives Bauelement, insbesondere einen Planartransformator, mit einer Steckblechwicklung.
Elektronik, die in den unterschiedlichsten Bereichen für mehr Sicherheit und Komfort sorgt, bestimmt die Entwicklung neuer Technologien in der Kfz-Industrie, wie beispielsweise die Hybridtechnologie. Hierbei spielen induktive Bauelemente eine wesentliche Rolle und müssen dabei den permanent steigenden Anforderungen der Autoindustrie gerecht werden. Die größten Probleme stellen hierbei die Baugröße und die geringe geometrische Flexibilität verfügbarer Leistungsbauelemente und die große Temperaturbelastung dar. Insbesondere eine Spannungswandlung mit Transformator kann zu einer erheblichen Wärmeerzeugung in den Spulen führen, wobei die Hitze an die Umgebung und an benachbarte Bauteile abgegeben werden muss. Des Weiteren kommt es häufig vor, dass der den Transformator aufnehmende Bauraum klein und zerklüftet ausgebildet ist, so dass die geometrische Inflexibilität herkömmlicher Bauteile eine Anordnung schwierig macht und unter Umständen bei einer thermisch ungünstigen Positionierung mit einer Leistungseinbuße verbunden ist.
Bekannte Transformatoren, die für den Einsatz bei hohen Temperaturen vorgesehen sind, weisen des Weiteren häufig Isolationsformteile als zusätzliche Isolation auf. Die Herstellung dieser Isolationsformteile, die relativ kompliziert aufgebaut sind, erweist sich als äußerst aufwendig und teuer. Ein weiterer Nachteil bei der Herstellung derartiger Transformatoren ist es, dass durch die Isolationsformteile zusätzliche Fertigungsschritte notwendig werden, wodurch sich die Fertigungskosten erhöhen.
Ein weiteres Gebiet für die hier beschriebenen Transformatoren umfasst Fotovoltaik-Wechselrichter, in denen ein Transformator zur Spannungsanpassung verwendet ist, wobei der Schwerpunkt der Leistungen im kW-Bereich liegt. Aufgrund des beschränkten Wirkungsgrads wird nicht die ganze vom Generator abgegebene Energie ins Netz eingespeist, sondern ein Teil davon im Wechselrichter und insbesondere im Transformator in Wärme umgesetzt. Eine höhere Verlustleistung führt damit zu einer Verringerung der Performance.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Transformator auszubilden, der unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen eine hohe Bauteilzuverlässigkeit und Lebensdauer gewährleistet, und trotz einer geringen Bauhöhe eine gute Isolierung aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Transformator, der einen Spulenkörper für die Aufnahme einer ersten Spule und einer zweiten Spule umfasst, wobei mindestens eine der Spulen eine Steckblechwicklung aufweist, und die Steckblechwicklung eine oder mehrere Windungen umfasst, die auf gestapelte Weise angeordnet sind, wobei mindestens zwei Abstände zwischen den Windungen der Steckblechwicklung zur Aufnahme der zweiten Spule ausgebildet sind.
Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Bauelements lässt sich insbesondere ein kompaktes, zuverlässiges und wärmeleitendes Bauteil ausbilden. Die Steckbleche bilden eine starre Wicklung, die an den Spulenkörper angepasst werden kann, wodurch eine äußerst genaue Fertigung mit geringen Toleranzen möglich ist. Beim Zusammenfügen des Spulenkörpers und der Steckbleche wird diese Genauigkeit durch die somit gebildete Stabilität des Bauteils beibehalten. Somit können vorteilhafterweise geforderte Kriech- und Luftstrecken genau vorgegeben werden. Die Abstände zwischen den Windungen der Steckblechwicklung ermöglichen die Aufnahme der zweiten Spule, so dass die abwechselnde Primär/Sekundärspulenanordnung die Streuinduktivität verringert und so die Effizienz des Transformators erhöht. Somit wird ein Transformator bereitgestellt, der auf hohe Temperaturen bzw. Temperaturschwankungen wenig kritisch reagiert und gut wärmeleitend ist. Der Transformator der vorliegenden Erfindung weist eine geringe Verlustleistung, einen hohen Wirkungsgrad, und eine hohe Spannungsfestigkeit auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Spulenkörper eine größere Tiefe als die Steckblechwicklung auf. Durch die überstehenden Spulenkörperabschnitte erfolgt eine gut definierte Trennung der Primärspule von der Sekundärspule sowie von anderen Komponenten, um eine Spannungsfestigkeit oder geforderte Kriech- und Luftstrecken nach Norm sicher zu stellen. Diese Isolation gewährleistet eine hohe Durchschlagsfestigkeit, die den Einsatz für Transformatoren mit hohen Spannungen problemlos ermöglichen.
In einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Erfindung weisen der Spulenkörper und die Steckblechwicklung jeweils ein aufeinander abgestimmtes Verbindungselement auf. Diese Verbindungselemente dienen dem drahtlosen Verbinden einer Spule mit dem Spulenkörper, wodurch eine mechanische Fixierung und eine kompakte Ausbildung gewährleistet wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind jeweils zwei parallel laufende Wandungen des Transformators mit dem Verbindungselement in Form mit einer Brücke ausgebildet, die als Einschiebeschutz am Spulenkörper angebracht sind. Somit wird eine Verwechslung beim steckbaren Verbinden der Steckblechwicklung mit dem Spulenkörper verhindert. Diese Brücke ist vorzugsweise an den Seitenwänden der zwei parallel laufenden Wandungen angebracht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Spulenkörper mit einem Vergussverfahren hergestellt. In einer weiteren Ausführungsform ist der Spulenkörper mithilfe einer Umspritzung gefertigt. Diese Fertigungsverfahren ermöglichen eine Herstellung mit relativ geringem Aufwand, da diese Spulenkörper serienmäßig fertigbar sind und eine Unabhängigkeit hinsichtlich der Produktionsstätte und des Herstellers gewährleistet. Durch die Verwendung der Verfahren ist eine hohe Reproduzierbarkeit gegeben und infolgedessen auch eine kostengünstige Fertigung möglich, wodurch eine kleine Schwankungsbreite der Bauteileigenschaften erreicht wird.
In einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Erfindung umfasst die Steckblechwicklung einzelne Steckbleche, die ein offenes Ende aufweisen. Diese Steckbleche sind vorzugsweise aus Kupfer hergestellt und werden gestanzt, wodurch eine einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht wird. Die Steckblechwicklung dient zur Herstellung von Transformatoren mit geringer Bauhöhe und hoher Leistungsdichte. Die Steckbleche sind ebenfalls serienmäßig mit geringen Toleranzen fertigbar und somit kostengünstig herzustellen.
In weiteren Ausbildungen der vorliegenden Erfindung weisen die Steckbleche an mindestens einem Ende eines Seitenschenkels einen Vorsprung für eine elektrische Verbindung mit einem Verbindungselement für Steckbleche auf. Des Weiteren können die Steckbleche an dem Außenumfang von mindestens einem Seitenschenkel einen Vor sprung für eine elektrische Verbindung mit einem Verbindungselement für Steckbleche aufweisen. Es ist auch möglich, anstelle von Vorsprüngen Vertiefungen für denselben Zweck auszubilden. Ferner sind die Steckbleche an mindestens einer Innenseite des Seitenschenkels, mit einem Eingriffselement ausgebildet, das eine arretierende Verbindung mit mindestens einem Rastelement des Spulenkörper schafft. Dabei kann das mindestens eine Rastelement des Spulenkörper an einer der Steckblechwicklung zugewandten Mantelfläche ausgebildet sein, um eine Verbindung mit dem mindesten einen Eingriffselement zu gewährleisten. Vorzugsweise ist das Rastelement elastisch verformbar ausgebildet. Diese Ausführungsform ermöglicht ein einfaches und kostengünstiges Zusammensetzen der Transformatorbestandteile. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Steckverbindung gleichzeitig der mechanischen Fixierung dient, so dass ein zusätzliches Kleben, Klammern, Verschrauben oder dergleichen nicht erforderlich ist.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind mindestens jeweils zwei Steckbleche mit Hilfe des Verbindungselements für Steckbleche miteinander verschaltet. Diese Verbindungselemente können verlötet oder verschweißt sein oder es können andere Arten der elektrischen Verbindung verwendet werden.
In einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Erfindung ist das induktive Bauteil mit Kunststoff umspritzt oder vergossen. Dadurch wird unter anderem eine zusätzliche Verbesserung der Spannungsfestigkeit und der Kriech- und Luftstrecken gewährleistet. Diese Ausführungsform gewährleistet die Ausbildung eines kompakten, zuverlässigen Bauelements. Wegen der vollständigen Einbettung in die Vergussmasse, werden die einzelnen Transformatorkomponenten fixiert und stabilisiert. Durch die Verwendung einer Umspritzung können entweder die überstehenden Enden des Spulenkörpers verkleinert werden oder die Steckblechwicklung breiter ausgebildet werden, und somit die Performance erhöhen. Das Spritzgussverfahren selbst erweist sich als besonders einfach, da das Kupfer schon durch den Spulenkörper, der vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt ist, fixiert ist. Ein weiterer Vorteil des Umspritzens des erfindungsgemäßen Transformators ist der Schutz vor Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen und Korrosion. Des Weiteren ist die Verwendung eines Spritzgussverfahrens kostengünstiger als die Fertigung eines Gehäuses, und aufgrund der oft sehr klein ausgebildeten Bauräume auch platzsparend.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Transformator einen Spulenkörper für die Aufnahme einer Primärspule und einer Sekundärspule, wobei die Primärspule und die Sekundärspule eine Steckblechwicklung aufweisen, die mehrere Windungen umfasst, und der Spulenkörper mehrere Taschen zur Aufnahme der Steckblechwicklungen aufweist, die auf gestapelte Weise übereinander angeordnet sind, so dass die Taschen eine Wandung zwischen den Windungen bilden, die parallel zu der Steckblechwicklung verläuft.
Diese Ausführungsform wird vorzugsweise zum Erzeugen von kleinen Übersetzungsverhältnissen verwendet. Hierbei werden die beiden Spulen abwechselnd angeordnet, wodurch die Streuinduktivität verringert wird und höhere Betriebsfrequenzen beim Betrieb des Transformators möglich sind. Des Weiteren wird mit dieser Ausführungsform ein kompaktes, induktives Bauelement mit geringer Bauhöhe verwirklicht. Die Verwendung einer Steckblechwicklung hat den Vorteil der hohen Stromeffektivität, wobei die Verschachtelung zu geringen elektrischen und magnetischen Verlusten führt. Somit wird ein Transformator bereitgestellt, der auf hohe Temperaturen bzw. Temperaturschwankungen wenig kritisch reagiert und gut wärmeleitend ist. Der Transformator der vorliegenden Erfindung weist eine geringe Verlustleistung, einen hohen Wirkungsgrad, und eine konstruktionsbedingte, reproduzierbare Spannungsfestigkeit auf.
In einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Erfindung weisen die Taschen des Spulenkörpers eine größere Tiefe als die Steckblechwicklung auf. Auch in diesem Fall sorgt die Geometrie des Spulenkörpers bzw. der Taschen für eine gute Isolation, wodurch eine hohe Durchschlagsfestigkeit gewährleistet und eine zusätzliche Isolation entfallen kann. Durch die tiefer ausgebildeten Taschen wird eine gut definierte Trennung der Primär- und Sekundärspule sowie von anderen Komponenten erreicht, wodurch es möglich ist, Kriech- und Luftstreckendefiniert konstruktiv festzulegen. Dies erweist sich insbesondere im Hinblick auf die Verwendung eines E-Kerns als vorteilhaft, da der Spulenkörper keine den E-Kern umschließende innere Mantelfläche aufweist, wodurch Spannungsdurchschläge über kurze Luftstrecken erfolgen könnten. Durch die Ausbildung der tiefen Taschen kann das Auftreten von Spannungsdurchschlägen verringert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die Steckblechwicklungen der Primärspule und/oder der Sekundärspule einzelne Windungen, die abschnittweise miteinander verbunden sind, so dass die jeweiligen Spulen mindestens zwei Windungen aufweisen. Durch die Anwendung dieser Ausführungsform sind zumindest abschnittsweise einzelne Windungen der Wicklung elektrisch kontaktiert. Durch die Verschachtelung von mindestens zwei Windungen verbessert sich die Kopplung unter den Wicklungen. Da diese Bleche ebenfalls vorzugsweise mittels eines Stanzverfahrens fertigbar sind, können sie serienmäßig, und somit kostengünstig, hergestellt werden.
In weiteren Ausbildungen der vorliegenden Erfindung weisen die Steckbleche an dem Außenumfang von mindestens einem Seitenschenkel einen Vorsprung für eine elektrische Verbindung mit einem Verbindungselement für Steckbleche auf. Auch können die Steckbleche an dem Außenumfang von mindestens einem Seitenschenkel eine Vertiefung anstelle eines Vorsprungs aufweisen. Des Weiteren können die Steckbleche jedoch an mindestens einer Außenseite des Seitenschenkels mit einem Eingriffselement ausgebildet sein, das eine Verbindung mit mindestens einem Rastelement des Spulenkörpers gewährleistet oder die Steckbleche weisen an mindestens einem Ende eines Seitenschenkels einen Vorsprung oder eine Vertiefung für eine elektrische Verbindung mit dem Verbindungselement für Steckbleche auf. Weiterhin kann der das mindestens eine Rastelement des Spulenkörpers an einer der Steckblechwicklung zugewandten Mantelfläche ausgebildet sein, um eine Verbindung mit dem mindestens einen Eingriffselement zu gewährleisten, wobei das mindestens eine Rastelement elastisch verformbar ausgebildet sein kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Anschlussstellen des induktiven Bauteils mit Kunststoffen umspritzt oder vergossen. Dadurch ergeben sich dieselben zuvor erwähnten Vorteile.
In einer noch weiteren Ausführungsform ist an einem Ende des Spulenkörpers und an einem Ende der Steckbleche ein Zentriermittel ausgebildet, um ein leichteres Einführen der Stechbleche in den Spulenkörper mit kleinen Toleranzen zu gewährleisten.
Kombinationen einzelner oder mehrerer der vorgenannten Ausführungsformen oder Ausbildungen der Erfindung sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Schutzansprüche angegeben. In der folgenden Beschreibung sind mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen weitere Ausführungsbeispiele ausführlicher beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
1a eine dreidimensionale Ansicht einer ersten Ausführungsform, wobei mindestens eine der Spulen eine Steckblechwicklung aufweist;
1b eine dreidimensionale Ansicht der Ausführungsform aus 1a mit einem magnetischen E-Kern;
2a schematische Darstellungen eines Steckblechs mit einem offenen Ende, wobei die Steckbleche an ihrem Außenumfang oder Innenumfang mindestens einen Vorsprung oder eine Vertiefung aufweisen;
2b eine schematische Darstellung des Steckblechs mit einem offenen Ende, wobei die Steckbleche an mindestens einem Ende eines Seitenschenkels einen Vorsprung oder eine Vertiefung aufweisen;
2c eine schematische Darstellung des Steckblechs mit einem offenen Ende, wobei ein Vorsprung oder eine Vertiefung an einem Ende eines Seitenschenkels ausgebildet ist, und ein Vorsprung oder eine Vertiefung an der Außenseite des Seitenschenkels;
2d schematische Darstellungen des Steckblechs, wobei das Steckblech an mindestens einer Innenseite oder einer Außenseite des Seitenschenkels mit einem Eingriffselement ausgebildet ist;
3a eine dreidimensionale Ansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Primärspule und die Sekundärspule eine Steck blechwicklung und der Spulenkörper mehrere Taschen zur Aufnahme der Steckblechwicklungen aufweisen;
3b eine dreidimensionale Ansicht der zweiten Ausführungsform mit einem magnetischen E-Kern;
3c eine dreidimensionale Ansicht der zweiten Ausführungsform, wobei die Verbindungselemente der Steckbleche des induktiven Bauteils mit Kunststoff umspritzt oder vergossen sind.
1a zeigt einen Spulenkörper 101 eines Transformators 100, der für die Aufnahme einer ersten Spule 102 und einer zweiten Spule 103 ausgebildet ist. Der Spulenkörper 101 ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt, wodurch eine einfache und kostengünstige Herstellung gewährleistet wird. Ferner ist der Spulenkörper 101 in der gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen rechteckig ausgebildet und umfasst parallel laufende Wandungen 106, die auf gestapelte Weise angeordnet sind. Beispielsweise ergibt sich für eine eingespeiste Leistung von 1 kW in etwa ein Bauvolumen von 10–50 cm³ für den Spulenkörper, vorzugsweise 15–30 cm³, und insbesondere ca. 3 × 3 × 2 cm³. Der Spulenkörper 101 weist in der Mitte eine Öffnung auf, die durch die Mantelflächen 111 begrenzt ist, um einen magnetischen E-Kern (112 in 1b) mit dem Spulenkörper 101 derart zu verbinden, dass der Spulenkörper 101 den Mittelschenkel des E-Kerns einfasst. Es können jedoch auch Kerne mit anderen Bauformen verwendet werden. Der Spulenkörper 101 kann auch eine quadratische oder irgendeine andere geeignete Form aufweisen. Die Spule 102 umfasst eine Steckblechwicklung 104, die aus einer oder mehreren Windungen gebildet ist, wobei die Windungen auf eine gestapelte Weise angeordnet sind. Zwischen jeweils zwei Windungen der Steckblechwicklung 104, ist ein Abstand zur Aufnahme der zweiten Spule 103 ausgebildet. In dem gezeigten Beispiel umfasst die Spule 103 eine Wicklung, die einen Spulendraht oder eine Spulenlitze umfassen kann, wobei je nach Bedarf die Anzahl der Windungen verringert oder erhöht werden kann. Die in dem Ausführungsbeispiel gezeigte Verschachtelung der einzelnen Wicklungen führt zu geringeren magnetischen Verlusten und einer kompakten Bauweise, so dass der Transformator 100 aufgrund seiner geringen Bauhöhe leicht in kleine Bauräume einsetzbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Spulenkörper 101 und die Steckblechwicklung 104 ein aufeinander abgestimmtes Verbindungselement auf. In der gezeigten Ausführung sind die zwei parallel laufenden Wandungen 106 mit dem Verbindungselement in Form einer Brücke 107 versehen, wobei die Brücke 107 fest mit den beiden Wandungen 106 verbunden ist. Die Brücke 107 dient als Einschiebschutz am Spulenkörper 101, um eine Verwechslung beim steckbaren Verbinden der Steckblechwicklung 104 und dem Spulenkörper 101 zu verhindern. Vorzugsweise ist die Brücke 107 an den Seitenwänden zwischen den zwei parallel laufenden Wandungen 106 angebracht. In anderen Ausführungsformen kann die Brücke 107 auch abnehmbar mit den Wandungen 106 verbunden sein. Des Weiteren ist es möglich, den Transformator 100 so auszubilden, dass die Brücke 107 am unteren Ende zwischen jeweils zwei parallel laufenden Wandungen angebracht ist. Die Brücke 107 bietet den Vorteil eines verschlusssicheren Aufbaus, und dass der Spulenkörper 101 und die Steckblechwicklung 104 ohne zusätzliches Verbindungsmaterial miteinander verbunden werden können, wodurch es möglich ist, die gewünschte kompakte Bauweise zu optimieren. Im Allgemeinen umfasst die Steckblechwicklung 104 einzelne Bleche, die ein offenes Ende aufweisen. Vorzugsweise sind diese Bleche aus Kupfer hergestellt. Die Bleche der Steckblechwicklung 104 werden im Allgemeinen aus Kostengründen gestanzt, wodurch sich der zusätzliche Vorteil einer serienmäßigen Fertigung ergibt. Aufgrund der hohen Reproduzierbarkeit ergibt sich daraus auch der Vorteil der Unabhängigkeit hinsichtlich der Produktionsstätte und des Herstellers. Da auch der Spulenkörper 101 auf kostengünstige und schnelle Art und Weise mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt wird, ergeben sich für den Spulenkörper 101 dieselben Vorteile.
In einer Ausführungsform ist der Spulenkörper 101 mit einer größeren Tiefe als die Steckblechwicklung 104 ausgebildet. Diese Geometrie des Spulenkörpers 101 sorgt hierbei für eine gute Isolation, so dass zusätzliche Isolationsmaterialien entfallen können. Die ausgebildete Tiefe sorgt für eine gute Trennung der ersten und der zweiten Spule sowie von anderen Komponenten, um so definierte Kriech- und Luftstrecken festzulegen. Des Weiteren sind in dieser Ausführungsform jeweils zwei Bleche der Steckblechwicklung 104 mit Hilfe von leitenden Verbindungselementen für die Steckbleche 108 miteinander verschaltet. In dieser Ausführungsform sind die Verbindungselemente für die Steckbleche 108 am hinteren Ende und an der Seite des Spulenkörpers 101 angebracht, wobei diese flexible Geometrie vorteilhafterweise dazu dient, dass der Transformator 100 in kleine und verschachtelte Bauräume einsetzbar ist. Die auf der Steckblechwicklung 104 ausgebildeten Vorsprünge oder Vertiefungen 110 dienen der elektrischen Verbindung mit den Verbindungselementen für die Steckbleche 108. Die Vorsprünge oder Vertiefungen 110 können jedoch auch mit den Verbindungselementen für die Steckbleche 108 gesteckt, geklebt, geklammert, geschweißt oder verschraubt werden. Das obere Ende der Verbindungselemente für die Steckbleche 108 dient als Anschluss 109, der mit Bereichen versehen ist, mit deren Hilfe beispielsweise eine einfachere Anbringung einer Leiterdrahtes ermöglicht wird.
1b zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Transformators 100 mit dem Spulenkörper 101, der mit dem magnetischen Kern 112 derart verbunden ist, dass der Spulenkörper den Mittelschenkel des Kerns 112 einfasst. Der magnetische Kern 112 wird vorzugsweise nach dem Einsetzen in den Transformator 100 gemeinsam mit dem Spulenkörper 101 umspritzt oder vergossen. Es ist auch möglich, den Spulenkörper alleine mit Umhüllungsmaterial zu versehen. Dies ermöglicht eine verbesserte hermetische Umhüllung durch die Umspritzung oder den Verguss und insbesondere eine verbesserte Dichtigkeit gegen das Eindringen von Feuchtigkeit. Des Weiteren dient das Umhüllungsmaterial des Transformators 100 als Schutz vor Temperaturschwankungen und Korrosion und gewährleistet eine bessere Spannungsfestigkeit. Wegen der vollständigen Einbettung in das Umhüllungsmaterialwerden die einzelnen Transformatorkomponenten fixiert und stabilisiert. Durch die Verwendung einer Umspritzung oder eines Vergusses können entweder die überstehenden Enden des Spulenkörpers verkleinert werden oder die Steckblechwicklung breiter ausgebildet werden, und somit die Performance erhöhen. Diese Verfahren erweisen sich als besonders einfach, da das Kupfer schon durch den Spulenkörper, der vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt ist, fixiert ist.
Die 2a bis 2d zeigen verschiedene Ausführungsformen für eine Verbindung mit der Brücke 107 und/oder dem Verbindungselement für Steckbleche 108. So zeigt die 2a eine schematische Darstellung eines Steckblechs 200 mit einem offenen Ende, wobei die Steckbleche an dem Außenumfang eines Seitenschenkels 202 mindestens einen Vorsprung oder eine Vertiefung 220 aufweisen. Diese Ausführungsform dient der elektrischen Verbindung mit dem Verbindungselement für Steckbleche 108. Die 2b zeigt eine schematische Darstellung des Steckblechs 200 mit einem offenen Ende, wobei die Steckbleche 200 an mindestens einem Ende eines Seitenschenkels 202 einen Vorsprung oder eine Vertiefung 230 zum elektrischen Verbinden mit dem Verbindungselement für Steckbleche 108 aufweisen, und die 2c zeigt eine schematische Darstellung des Steckblechs 200 mit einem offenen Ende, wobei ein Vorsprung oder eine Vertiefung an einem Ende eines Seitenschenkels 202 ausgebildet ist, und ein weiterer Vorsprung oder eine Vertiefung an der Außenseite des Seitenschenkels 202. Auch ist es bei der Ausführungsform der 2c möglich, die Anbringung eines Vorsprungs bzw. einer Vertiefung an der Innenseite des Seitenschenkels 202 anzubringen. Diese Ausbildung dient insbesondere der Verbindung mit dem Verbindungselement für Steckbleche 108, wodurch vorteilhafterweise eine Verwechslung der Einschublage der Steckbleche vermieden werden kann. Die 2d zeigt eine schematische Darstellung des Steckblechs 200, wobei das Steckblech 200 an mindestens einer Innenseite oder mindestens einer Außenseite des Seitenschenkels mit einem Eingriffselement 240 ausgebildet ist. Demzufolge weist der Spulenkörper 101 an einer der Steckblechwicklung 104 zugewandten Mantelfläche 111 mindestens ein Rastelement 340 in der 3a auf, um eine Verbindung zu schaffen. Vorzugsweise ist das Rastelement 340 am Spulenkörper 101 elastisch formbar ausgebildet. Diese Ausführungsform gewährleistet ein einfaches und kostengünstiges Zusammensetzen der Transformatorbestandteile. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Steckverbindung der 2d der mechanischen Fixierung dient.
3a zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Transformator 300 umfasst einen Spulenkörper 301 für die Aufnahme einer Primärspule 302 und eine Sekundärspule 303, wobei die Primärspule 302 und die Sekundärspule 303 eine Steckblechwicklung 304 aufweisen, die eine oder mehrere Windungen umfasst. Um die Steckblechwicklungen 304 der Spulen 302 und 303 im Spulenkörper 301 unterzubringen, ist dieser mit mehreren Taschen 305 zur Aufnahme der Steckblechwicklungen 304 ausgebildet, die auf gestapelte Weise übereinander angeordnet sind, so dass die Taschen 305 eine Wandung 306 zwischen den Windungen bilden, die parallel zur Steckblechwicklung 304 verläuft. Wie in der vorherigen Ausführungsform beschrieben, weisen auch die Taschen 305 des Spulenkörpers 301 der zweiten Ausführungsform eine größere Tiefe als die Steckblechwicklung 304 auf. Durch die Trennung der Primärspule 302 von der Sekundärspule 303 sowie von anderen Komponenten wird eine definierte Kriech- und Luftstrecken gewährleistet. Der Spulenkörper 301 ist vor zugsweise aus Kunststoff hergestellt, wodurch eine einfache und kostengünstige Herstellung gewährleistet wird. Ferner ist der Spulenkörper 301 in der gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen rechteckig ausgebildet und umfasst parallel laufende Wandungen 306, die auf gestapelte Weise angeordnet sind. Beispielsweise ergibt sich für eine eingespeiste Leistung von 2kW in etwa ein Bauvolumen von 30–100 cm³ für den Spulenkörper, vorzugsweise 40–50 cm³, und insbesondere ca. 4 × 4 × 3 cm³. Der Spulenkörper 301 weist in der Mitte eine Öffnung auf, die durch keine Mantelflächen 111 begrenzt ist, um einen magnetischen Kern (312 in 3b) einzusetzen.
Des Weiteren sorgt die Geometrie des Spulenkörpers 301 für eine sehr gute Isolation, so dass zusätzliche Isolationsmaterialien entfallen können. Der Spulenkörper 301 ist, wie in der vorherigen Ausführungsform, mittels eines Spritzgussverfahrens oder Umspritzungsverfahrens hergestellt, und weist demzufolge dieselben zuvor beschriebenen Vorteile auf. Die Steckblechwicklungen 304 der Primärspule 302 und der Sekundärspule 303 sind aus einzelnen Steckblechen gebildet, die ein offenes Ende aufweisen.
In einer Ausführungsform können die Steckblechwicklungen 304 der Primärspule 302 und/oder der Sekundärspule 303 einzelne Windungen, die abschnittweise miteinander verbunden sind, umfassen, so dass die jeweiligen Spulen mindestens zwei Windungen aufweisen. Durch die Anwendung dieser Ausführungsform sind zumindest abschnittsweise einzelne Windungen der Wicklung elektrisch kontaktiert. Durch die Verschachtelung der mindestens zwei Windungen verbessert sich die Kopplung unter den Wicklungen. Die einzelnen Steckbleche sowie die abschnittsweise miteinander verbundenen Steckbleche sind vorzugsweise aus Kupfer hergestellt.
Die in 2a bis 2c gezeigten Ausführungsformen für eine elektrische Verbindung mit dem Verbindungselement für Steckbleche 308 können auch auf die zweite Ausführungsform der Erfindung angewendet werden. So zeigt die 2a eine schematische Darstellung eines Steckblechs 200 mit einem offenen Ende, wobei die Steckbleche 200 an dem Innenumfang von mindestens einem Seitenschenkel 202 einen Vorsprung oder eine Vertiefung 220 für eine elektrische Verbindung mit dem Verbindungselement für Steckbleche 308 aufweisen. Die 2b zeigt eine schematische Darstellung des Steckblechs 200 mit einem offenen Ende, wobei die Steckbleche 200 an mindestens einem Ende eines Seitenschenkels 202 einen Vorsprung oder eine Vertiefung 230 für eine elektrische Verbindung mit dem Verbindungselement des Steckblechs 108 aufweisen. Auch ist es möglich, das Steckblech 200 mit einem Vorsprung oder der Vertiefung an einem Ende eines Seitenschenkels 202 und einen weiteren Vorsprung oder eine weitere Vertiefung an der Innenseite des Seitenschenkels 202 auszubilden (nicht gezeigt). Diese Ausbildung dient insbesondere der elektrischen Verbindung mit den Verbindungselementen für Steckbleche 108. Die 2d zeigt eine schematische Darstellung des Steckblechs 200, wobei das Steckblech 200 an mindestens einer Außenseite des Seitenschenkels, in der Nähe der Anschlussstelle, mit einem Eingriffselement 240 ausgebildet ist. Demzufolge weist der Spulenkörper 301 an einer der Steckblechwicklung 304 zugewandten Mantelfläche 311 mindestens ein Rastelement 340 (siehe 3a) auf, um eine Verbindung zu ermöglichen. Vorzugsweise ist wie in der vorherigen Ausführungsform das Rastelement 340 am Spulenkörper 301 elastisch formbar ausgebildet. Auch in diesem Fall sind eine oder mehrere Bleche der Steckblechwicklung 304 mit Hilfe von Verbindungselemente für die Steckbleche 308 miteinander verschaltet. Auch kann an einem Ende des Spulenkörpers und an einem Ende der Steckbleche ein Zentriermittel (nicht gezeigt) ausgebildet sein, um ein leichteres Einführen der Stechbleche in den Spulenkörper mit kleinen Toleranzen zu gewährleisten.
3b zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Transformators 300 mit einem magnetischen Kern 312, der mit dem Spulenkörper 301 so verbunden ist, dass der Spulenkörper 301 den Mittelschenkel des Kerns 312 einfasst. In dieser Ausführungsform ist der Spulenkörper 301 vor dem Einsetzen des Kerns 312 mit Hilfe eines Spritzgussverfahrens umspritzt bzw. mit einem geeigneten Vergussmittel vergossen. Im jedem Fall können die tiefer ausgebildeten Taschen verkleinert werden, bzw. die Steckblechwicklung 304 vergrößert, um die Leistungsdichte zu erhöhen. Zusätzlich dienen die oben erwähnte Umhüllungsverfahrendem Schutz vor Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen und Korrosion, wie schon zuvor beschrieben.
3c zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Verbindungselemente für die Steckbleche 308 des Transformators 300 mit Kunststoff umspritzt bzw. vergossen sind, und nur der Anschluss 309 frei bleibt. Diese Ausführungsform gewährleistet die Ausbildung eines kompakten, zuverlässigen Bauelements. Wegen der vollständigen Einbettung der Verbindungselemente für die Steckbleche 308 in das Umhüllungsmaterial, werden die einzelnen Transformatorkomponenten fixiert und stabilisiert. Das Umhüllungserfahren selbst erweist sich als besonders einfach, da das Kupfer bereits durch den Spulenkörper, der vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt ist, fixiert ist. Des Weiteren ist die Verwendung dieser Umhüllungsverfahren kostengünstiger als die Fertigung eines Gehäuses, und aufgrund der oft sehr klein ausgebildeten Bauräume auch platzsparend, denn es ist möglich, die Anschlüsse 309 je nach Bauraumgröße und -form zu verformen.

Claims

Transformator, der einen Spulenkörper für die Aufnahme einer ersten Spule und einer zweiten Spule umfasst, wobei mindestens eine der Spulen eine Steckblechwicklung aufweist; und die Steckblechwicklung eine oder mehrere Windungen umfasst, die auf gestapelte Weise angeordnet sind, wobei mindestens zwei Abstände zwischen den Windungen der Steckblechwicklung zur Aufnahme der zweiten Spule ausgebildet sind.
Transformator nach Anspruch 1, wobei der Spulenkörper eine größere Tiefe als die Steckblechwicklung aufweist.
Transformator nach Anspruch 1, wobei der Spulenkörper und die Steckblechwicklung jeweils ein aufeinander abgestimmtes Verbindungselement aufweisen.
Transformator nach Anspruch 3, wobei jeweils zwei parallel laufende Wandungen mit dem Verbindungselement in Form einer Brücke ausgebildet sind, die eine Verwechslung beim steckbaren Verbinden der Steckblechwicklung mit dem Spulenkörper verhindert.
Transformator nach Anspruch 4, wobei die Brücke an den Seitenwänden zwischen den zwei parallel laufenden Wandungen angebracht ist.
Transformator nach Anspruch 1, wobei die Steckblechwicklung einzelne Steckbleche umfasst, die ein offenes Ende aufweisen.
Transformator nach Anspruch 6, wobei die Steckbleche an mindestens einem Ende eines Seitenschenkels eine Vertiefung für eine elektrische Verbindung mit einem Verbindungselement für Steckbleche aufweisen.
Transformator nach Anspruch 6, wobei die Steckbleche an mindestens einem Ende eines Seitenschenkels einen Vorsprung für eine elektrische Verbindung mit einem Verbindungselement für Steckbleche aufweisen.
Transformator nach Anspruch 1, wobei die Steckbleche an einem Außenumfang von mindestens einem Seitenschenkel eine Vertiefung für eine elektrische Verbindung mit dem Verbindungselement für Steckbleche aufweisen.
Transformator nach Anspruch 1, wobei die Steckbleche an einem Außenumfang von mindestens einem Seitenschenkel einen Vorsprung für eine elektrische Verbindung mit dem Verbindungselement für Steckbleche aufweisen.
Transformator nach Anspruch 1, wobei die Steckbleche an mindestens einer Innenseite des Seitenschenkels mit einem Eingriffselement ausgebildet sind, das eine arretierende Verbindung mit mindestens einem Rastelement des Spulenkörpers schafft.
Transformator nach Anspruch 11, wobei das mindestens eine Rastelement des Spulenkörpers an einer der Steckblechwicklung zugewandten Mantelfläche ausgebildet ist, um eine Verbindung mit dem mindestens einen Eingriffselement zu gewährleisten.
Transformator nach Anspruch 12, wobei das mindestens eine Rastelement elastisch verformbar ausgebildet ist.
Transformator nach Anspruch 1, wobei jeweils mindestens zwei Steckbleche mit Hilfe des Verbindungselements für Steckbleche miteinander verschaltet sind.
Transformator nach Anspruch 1, wobei das induktive Bauteil oder der Spulenkörper mit Kunststoff umspritzt ist, um eine bessere Spannungsfestigkeit zu gewährleisten.
Transformator nach Anspruch 1, wobei das induktive Bauteil oder der Spulenkörper mit Kunststoff vergossen ist.
Transformator nach Anspruch 1, wobei ein magnetischer Kern mit dem Spulenkörper derart verbunden ist, dass der Spulenkörper den Mittelschenkel des Kerns einfasst.
Transformator, der einen Spulenkörper für die Aufnahme einer Primärspule und einer Sekundärspule umfasst, wobei die Primärspule und die Sekundärspule eine Steckblechwicklung aufweisen, die mehrere Windungen umfasst; und der Spulenkörper mit mehreren Taschen zur Aufnahme der Steckblechwicklungen ausgebildet ist, die auf gestapelte Weise übereinander angeordnet sind, so dass die Taschen eine Wandung zwischen den Windungen bilden, die parallel zu der Steckblechwicklung verläuft.
Transformator nach Anspruch 18, wobei der Spulenkörper keine den mittleren Schenkel eines magnetischen Kerns umschließende innere Mantelfläche aufweist.
Transformator nach Anspruch 18, wobei die Taschen des Spulenkörpers eine größere Tiefe als die Steckblechwicklung aufweisen.
Transformator nach Anspruch 18, wobei der Spulenkörper mit Hilfe eines Spritzgussverfahrens hergestellt ist.
Transformator nach Anspruch 18, wobei der Spulenkörper mit Kunststoff vergossen ist.
Transformator nach Anspruch 18, wobei die Bleckwicklungen der Primärspule und der Sekundärspule einzelne Steckbleche umfassen, die ein offenes Ende aufweisen.
Transformator nach Anspruch 18, wobei die Steckblechwicklungen der Primärspule und/oder der SekundärspuleWindungen aufweisen, die abschnittsweise miteinander verbunden sind.
Transformator nach Anspruch 23, wobei die Steckbleche an dem Außenumfang von mindestens einem Seitenschenkel einen Vorsprung für eine elektrische Verbindung mit einem Verbindungselement für Steckbleche aufweisen.
Transformator nach Anspruch 23, wobei die Steckbleche an dem Außenumfang von mindestens einem Seitenschenkel einen Vorsprung für eine elektrische Verbindung mit einem Verbindungselement für Steckbleche aufweisen.
Transformator nach Anspruch 18, wobei die Steckbleche an mindestens einer Außenseite des Seitenschenkels mit einem Eingriffselement ausgebildet ist, der eine Verbindung mit mindestens einem Rastelement des Spulenkörpers gewährleistet.
Transformator nach Anspruch 18, wobei das mindestens eine Rastelement des Spulenkörpers an einer der Steckblechwicklung zugewandten Mantelfläche ausgebildet ist, um eine Verbindung mit dem mindestens einen Eingriffselement zu gewährleisten.
Transformator nach Anspruch 28, wobei das mindestens eine Rastelement elastisch verformbar ausgebildet ist.
Transformator nach Anspruch 19, wobei mindestens jeweils zwei Steckbleche mit Hilfe des Verbindungselements für Steckbleche miteinander verschaltet sind.
Transformator nach Anspruch 18, wobei die Verbindungselemente für Steckbleche des induktiven Bauteils mit Kunststoff umspritzt sind.
Transformator nach Anspruch 18, wobei die Verbindungselemente für Steckbleche des induktiven Bauteils mit Kunststoff vergossen sind.
Transformator nach Anspruch 19, wobei der magnetischer Kern mit dem Spulenkörper derart verbunden ist, dass der Spulenkörper den Mittelschenkel des Kerns einfasst.
Transformator nach Anspruch 33, wobei der Spulenkörper vor dem Einsetzen des Kerns umspritzt oder vergossen wird.
Transformator nach Anspruch 18, wobei die Steckbleche an mindestens einem Ende des Seitenschenkels einen Vorsprung für eine elektrische Verbindung mit dem Verbindungselement für Steckbleche aufweisen.
Transformator nach Anspruch 18, wobei die Steckbleche an mindestens einem Ende des Seitenschenkels eine Vertiefung für eine elektrische Verbindung mit dem Verbindungselement für Steckbleche aufweisen.
Transformator nach Anspruch 18, wobei an einem Ende des Spulenkörpers und an einem Ende der Steckbleche ein Zentriermittel ausgebildet ist, um ein leichteres Einführen der Stechbleche in den Spulenkörper zu gewährleisten.