DE212015000259U1 - Transformer with integrated inductor - Google Patents

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Abstract

Transformator mit integriertem Induktor, aufweisend: – einen ersten Magnetkörper (1) und einen zweiten Magnetkörper (2), welche voneinander unabhängig sind, wobei der erste Magnetkörper (1) und der zweite Magnetkörper (2) jeweils eine Platte (1a, 2a) umfassen, von der sich ein Kern (1b, 2b) mit zylindrischen oder polygonalem Querschnitt ableitet; und – Primär- und Sekundärwicklungen (5), welche derart angeordnet sind, dass sie einen rohrförmigen Kern (7b) einer Spule (7) aus elektrischem Isoliermaterial umgeben, wobei die Kerne (1b, 2b) in dem rohrförmigen Hohlraum der Spule (7) angeordnet sind und sich die Enden der Kerne (1b, 2b) mit einem vorbestimmten Abstand gegenüber stehen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Primär- und Sekundärwicklungen (5) jeweils aus einer Windung umfassend eine Vielzahl von Fäden gebildet sind, welche einzeln verflochten sind, mit drei Isolierungsschichten; und – eine der Basen (7a) der Spule (7) Verlängerungen aufweist, welche, zusammen mit Endkanten, mit einer Reihe von Öffnungen gebildet sind, welche dazu eingerichtet sind, eingeführte flache Kontaktstifte (3) oder Stecker (4) aufzunehmen, wobei deren Endabschnitte gegen die Verlängerungen gebogen sind, so dass komplanare flache Montage- und Anschlussklemmen bereitgestellt sind.Integrated inductor transformer comprising: - a first magnetic body (1) and a second magnetic body (2) which are independent of one another, wherein the first magnetic body (1) and the second magnetic body (2) each comprise a plate (1a, 2a) from which a core (1b, 2b) with a cylindrical or polygonal cross-section is derived; and primary and secondary windings (5) arranged so as to surround a tubular core (7b) of a coil (7) of electrical insulating material, the cores (1b, 2b) being located in the tubular cavity of the coil (7) are arranged and the ends of the cores (1b, 2b) face each other with a predetermined distance, characterized in that - the primary and secondary windings (5) are each formed by a turn comprising a plurality of threads which are individually interwoven, with three insulation layers; and - one of the bases (7a) of the coil (7) has extensions which, together with end edges, are formed with a series of openings adapted to receive inserted flat contact pins (3) or plugs (4) End portions are bent against the extensions, so that coplanar flat mounting and terminals are provided.

Description

Die Offenbarung betrifft allgemein das Gebiet der Leistungstransformatoren. Insbesondere betrifft die Offenbarung einen Transformator mit einer sehr kompakten Größe, der für die schnelle Aufladung von Batterien vorgesehen ist, wobei der Transformator einen Resonanzinduktor integriert. Der Transformator weist magnetische Abdeckungen und Wicklungen auf, welche um einen rohrförmigen Kern einer Spule aufgewickelt sind, und ist für eine Oberflächenmontage (SMD) vorgesehen.The disclosure generally relates to the field of power transformers. In particular, the disclosure relates to a transformer of a very compact size intended for fast charging of batteries, the transformer incorporating a resonant inductor. The transformer has magnetic covers and windings wound around a tubular core of a coil and is intended for surface mount (SMD).

Stand der TechnikState of the art

Um die Aufladung von Hochspannungsbatterien (250–450 V) durchzuführen, welche zum Beispiel in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen verwendet wird, um den Motor und die Gesamtheit von elektrischen und elektronischen Vorrichtungen des Fahrzeugs zu versorgen, können unterschiedliche Systeme verwendet werden, welche an das Netz (50/60 Hz) oder an eine Energieversorgungsquelle (Wechselstrom oder Gleichstrom) angeschlossen sein können.In order to carry out the charging of high voltage batteries (250-450 V), which is used, for example, in hybrid or electric vehicles to power the engine and the entirety of the vehicle's electrical and electronic devices, different systems connected to the grid can be used (50/60 Hz) or connected to a power source (AC or DC).

Für die Aufladung der genannten Batterien gibt es hauptsächlich zwei unterschiedliche Leistungselektroniktopologien, die ZVS und die resonante Vollbrücke-LLC. Beide Topologien erlauben die Entwicklung eines hocheffizienten Umwandlers (> 90%).For the charging of said batteries, there are mainly two separate power electronics topologies, the ZVS and the Full Bridge Resonant LLC. Both topologies allow the development of a high-efficiency converter (> 90%).

Resonante LLC-Schaltungen werden bevorzugt, weil sie zusätzlich die sich aus der elektromagnetischen Interferenz (EMI) ableitende Probleme mittels einer sanften Umschaltung verringern, weshalb deren Verwendung größer als die der ZVS-Systeme ist. Der Schaltfrequenzbereich bei den resonanten LLC-Schaltungen ist gewöhnlich 70–350 kHz. Darüber hinaus wird bei dieser Art von Schaltungen durch die Verwendung einer Leistung von 3,5 kW eine vollständige Beladung der Batterien über Nacht (etwa acht Stunden) erlaubt. Es ist auch möglich höhere Leistungen (7 kW, 22 kW, 43 kW) zu verwenden, um eine schnellere Aufladung der Batterien zu erlauben.Resonant LLC circuits are preferred because, in addition, they reduce the problems derived from electromagnetic interference (EMI) by means of a soft switching, and therefore their use is greater than that of the ZVS systems. The switching frequency range in the resonant LLC circuits is usually 70-350 kHz. In addition, this type of circuit, by using a power of 3.5 kW, allows a full charge of the batteries overnight (about eight hours). It is also possible to use higher powers (7 kW, 22 kW, 43 kW) to allow faster charging of the batteries.

Eine LLC-Topologie erfordert allgemein zwei Induktoren (oder chokes), einen Reiheninduktor, LR, und einen Parallelinduktor, LP, welche einem Kondensator CR zugeordnet sind, um einen Resonanztank zu bilden (1). In vielen Fällen, und um die Verwendung von magnetischen Vorrichtungen zu verringern, welche nur mit zwei Bauteilen assoziiert sind, ist der erwähnte Induktor LP bevorzugt innerhalb des Transformators selbst integriert.An LLC topology generally requires two inductors (or chokes), a series inductor, L R , and a parallel inductor, L P , associated with a capacitor C R to form a resonant tank ( 1 ). In many cases, and to reduce the use of magnetic devices associated with only two components, the aforementioned inductor L P is preferably integrated within the transformer itself.

Ein Transformator, in welchem der erwähnte Induktor LP integriert wird, ist zum Beispiel aus Patent ES-B1-2393695 bekannt. Im Gegensatz zu dem hier vorgeschlagenen Transformator, in dem erwähnten spanischen Patent sind die verwendeten Wicklungen planare Wicklungen, welche ein kleineres Volumen unter Beibehaltung der Transformatorstruktur einnehmen, und nicht Wicklungen, welche um einen rohrförmigen Kern einer Spule aufgewickelt sind, und nicht aus einem Material mit hohen mechanischen und thermischen Merkmalen gebildet sind.A transformer in which the mentioned inductor L P is integrated is known, for example, from Patent ES-B1-2393695 known. In contrast to the transformer proposed here, in the cited Spanish patent, the windings used are planar windings which occupy a smaller volume while retaining the transformer structure and not windings which are wound around a tubular core of a coil and not of a material high mechanical and thermal characteristics are formed.

Aus dem Gebrauchsmuster CN 201829300 U ist ein Transformator bekannt, welcher Ähnlichkeit mit dem Letzteren hat, aber mit einer anderen Baustruktur, mit Kontaktstiften für die Montage auf einer Schaltung.From the utility model CN 201829300 U For example, a transformer is known which resembles the latter but with a different structure, with contact pins for mounting on a circuit.

Andererseits ist im aktuellen Stand der Technik kein Transformator bekannt, welcher einen Induktor mit Wicklungen integriert, welche um eine Spule aufgewickelt sind und durch eine Ausbildung und ein Material mit hohen mechanischen und thermischen Merkmalen gefertigt, in welchem eine der Basen der Spule zusätzlich Verlängerungen mit Öffnungen für die Einführung von Klemmen beinhaltet, mit einem genügenden Querschnitt, um die Übertragung von hohen Stromstärken zu erlauben und gleichzeitig eine mechanische Haltekraft bereitzustellen, wobei derartige Klemmen eine Ausbildung einnehmen, welche eine automatische Oberflächenmontage des Transformators und einen Anschluss desselben erlauben.On the other hand, in the current state of the art, no transformer is known which integrates an inductor with windings wound around a coil and made by a design and a material with high mechanical and thermal characteristics in which one of the bases of the coil additionally has openings with openings for the introduction of terminals, with a sufficient cross-section, to allow the transmission of high currents and at the same time to provide a mechanical holding force, wherein such terminals occupy an education that allow automatic surface mounting of the transformer and a connection thereof.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Um die Beschränkungen des Stands der Technik zu lösen, ist eine Art von Transformator bereitgestellt, welcher besonders geeignet für die Aufladung von Batterien ist, in welchem sich der Spannungspegel des gleichgerichteten Stroms an die Spannung der Batterie anpasst, und in welchem eine Isolierung gegen gefährliche Spannungen bereitgestellt wird, um Schäden bei einem Endbenutzer zu verhindern.In order to overcome the limitations of the prior art, there is provided a type of transformer which is particularly suitable for charging batteries, in which the voltage level of the rectified current adapts to the voltage of the battery, and in which it is insulated against dangerous voltages is provided to prevent damage to an end user.

Der Transformator weist ebenfalls besondere Klemmen (Kontaktstifte/Stecker) auf, welche für eine Oberflächenmontagetechnologie (SMD) ausgebildet sind, um zu erlauben, dass der vorgeschlagene Transformator direkt auf einem metallischen Substrat (IMS, Isolated Metal Substrate) automatisch geschweißt werden kann und dadurch die Integration von höheren Energiedichten und besseren mechanischen und thermischen Leistungen zu ermöglichen.The transformer also has special terminals (contact pins / plugs) designed for surface mount technology (SMD) to allow the proposed transformer to be automatically welded directly to a metal substrate (IMS, IMS) and thereby the Integration of higher energy densities and better mechanical and thermal performances.

Der vorgeschlagene Transformator mit integriertem Induktor, sowie die im Stand der Technik bekannten Transformatoren, umfasst zwei Magnetkörper, welche unabhängig voneinander sind, wobei jeder derselben eine Platte umfasst, von der sich ein Kern mit zylindrischem oder polygonalem Querschnitt ableitet; und Primär- und Sekundärwicklungen, welche derart angeordnet sind, dass sie einen rohrförmigen Kern einer Spule aus elektrischem Isoliermaterial umgeben, in welchem die Kerne mit zylindrischem oder polygonalem Querschnitt in dem rohrförmigen Hohlraum der Spule angeordnet sind, so dass sich deren Enden mit einem vorbestimmten Abstand gegenüber stehen.The proposed integrated inductor transformer, as well as the prior art transformers, comprises two magnetic bodies which are independent of each other, each of which comprises a plate of which a cylindrical or polygonal core is formed Cross-section derives; and primary and secondary windings arranged to surround a tubular core of a coil of electrical insulating material in which the cores of cylindrical or polygonal cross-section are disposed in the tubular cavity of the coil so that their ends are at a predetermined pitch stand opposite.

Typischerweise sind die Primär- und Sekundärwicklungen jeweils aus einer Windung umfassend eine Vielzahl von Fäden gebildet, welche einzeln verflochten sind, mit drei Isolierungsschichten, und eine der Basen der Spule weist Verlängerungen auf, welche, zusammen mit Endkanten, mit einer Reihe von Öffnungen gebildet sind, welche dazu eingerichtet sind, eingeführte flache Kontaktstifte oder Stecker aufzunehmen, wobei deren Endabschnitte gegen die Verlängerungen gebogen sind, so dass komplanare flache Montage- und Anschlussklemmen bereitgestellt werden.Typically, the primary and secondary windings are each formed of a turn comprising a plurality of filaments individually interwoven with three insulation layers, and one of the bases of the coil has extensions which, together with end edges, are formed with a series of apertures which are adapted to receive inserted flat contact pins or plugs with their end portions bent against the extensions to provide coplanar flat mounting and connection terminals.

Die Öffnungen der Basis der Spule weisen vorzugsweise zwei unterschiedliche Abmessungen auf. Die Öffnungen höherer Größe werden hauptsächlich dazu verwendet, die fischen Kontaktstifte für die Versorgung der Primär- und Sekundärwicklungen aufzunehmen, während die Öffnungen niedrigerer Größe die Stecker für den Anschluss der Primär- und Sekundärwicklungen an einem Wärmesensor (zum Beispiel einem NTC-Sensor) aufnehmen. in einem Ausführungsbeispiel sind die flachen Kontaktstifte und die Stecker aus einer verzinnten Phosphor-Bronze-Legierung.The openings of the base of the coil preferably have two different dimensions. The larger size openings are primarily used to accommodate the fishing pins for the primary and secondary windings, while the smaller size holes accommodate the connectors for connecting the primary and secondary windings to a thermal sensor (eg, an NTC sensor). In one embodiment, the flat contact pins and the plugs are of a tin-plated phosphor bronze alloy.

Die Platten, welche die Magnetkörper bilden, können ebenfalls eine „E”-förmige Ausbildung aufweisen, wobei sich aus jedem Ende der Platte ein Bein ableitet. Die Beine sind derart bemessen, dass, wenn die Magnetkörper mit deren Kernen entgegengesetzt angeordnet werden, die Enden der genannten Kerne mit diesem vorbestimmten Abstand getrennt bleiben, da die Beine der beiden Platten mit deren Enden gegenüberstehend bleiben.The plates forming the magnetic bodies may also have an "E" shaped configuration, with one leg being derived from each end of the plate. The legs are dimensioned such that when the magnetic bodies are oppositely arranged with their cores, the ends of said cores remain separated at this predetermined distance, since the legs of the two plates remain opposite the ends thereof.

Die drei Isolierungsschichten können ein Klebeband aus Polyamid umfassen, welches die verflochtenen Fäden umgibt. Vorzugsweise weisen die Fäden der Primär- und Sekundärwicklungen eine Dicke von etwa 0,05 bis 0,2 Millimetern (mm) auf.The three insulating layers may comprise a polyamide adhesive tape surrounding the interlaced filaments. Preferably, the filaments of the primary and secondary windings have a thickness of about 0.05 to 0.2 millimeters (mm).

Vorzugsweise sind die genannten Magnetkörper aus einem Mangan-Zink-Ferrit-Material und die Spule ist aus einem Kunststoffmaterial ausgewählt aus PET, LCP, Phenolharz oder einem Flammschutzmaterial.Preferably, said magnetic bodies are of a manganese-zinc ferrite material and the coil is of a plastic material selected from PET, LCP, phenolic resin or a flame retardant material.

Unter Verwendung eines Ferrit-Magnetkörpers, mit wenigen Verlusten und einer hohen Wärmebeständigkeit, sowie unter Verwendung von dünnen verflochtenen leitenden Fäden, welche parallel zu den Primär- und Sekundärwicklungen angeordnet sind, macht der vorgeschlagene Transformator es möglich, die Verluste in Bezug auf den Eingangsspannungsbereich zu verringern, und erlaubt einen aktuellen Verbrauch gemäß dem Ladezustand der Batterie.By using a ferrite magnetic body with few losses and high heat resistance, as well as using thin interlaced conductive filaments arranged parallel to the primary and secondary windings, the proposed transformer makes it possible to increase the losses with respect to the input voltage range and allows actual consumption according to the state of charge of the battery.

Darüber hinaus erlaubt die Verwendung von den genannten isolierten verflochtenen leitenden Fäden die Anforderung an Schlagweite und Kriechen gemäß den Sicherheitsnormen ( EN 60950, EN 61558-1-2-17 , etc.) zu erfüllen.In addition, the use of said isolated braided conductive filaments allows the requirement of throw distance and creep according to safety standards ( EN 60950, EN 61558-1-2-17 , etc.).

Die Verwendung eines Wärmesensors, der innerhalb der Primär- und Sekundärwicklungen integriert sein kann, erlaubt ebenso die Erwärmung des Transformators zu steuern. Die Erfassung dieser Erwärmung wird mittels Elektronik analysiert, welche in der Lage ist die Energie während der Beladung der Batterie zu verringern, wenn sich der Transformator zu sehr erwärmt, und dadurch wird jede Überhitzung verhindert.The use of a thermal sensor, which may be integrated within the primary and secondary windings, also allows the heating of the transformer to be controlled. The detection of this heating is analyzed by means of electronics which is able to reduce the energy during the charging of the battery when the transformer heats up too much, thus preventing any overheating.

Der vorgeschlagene Transformator erlaubt das Betreiben mit einer Leistungsdichte von 20–25 W/cm3 und einer Stromdichte von bis zu 6–7,5 A/mm2 unter geeigneten Kühlbedingungen.The proposed transformer allows operation at a power density of 20-25 W / cm 3 and a current density of up to 6-7.5 A / mm 2 under suitable cooling conditions.

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

Die vorherigen und anderen Vorteile und Merkmale werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung, welche in einer illustrativen und nicht beschränkenden Weise angesehen werden soll, besser verstanden, wobei:The foregoing and other advantages and features will be better understood by reference to the following detailed description of an embodiment with reference to figures of a drawing, which are to be considered in an illustrative and non-restrictive manner, wherein:

1 ein Beispiel einer Topologie eines resonanten LLC-Umwandlers ist; 1 an example of a topology of a resonant LLC converter is;

2 eine perspektivische Ansicht des vorgeschlagenen Transformators gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist; 2 Figure 3 is a perspective view of the proposed transformer according to an exemplary embodiment;

3 eine perspektivische Explosionsansicht jeder der Teile des Transformators aus 2 ist; 3 an exploded perspective view of each of the parts of the transformer 2 is;

4 ein Beispiel des Montageverfahrens der Klemmen zeigt; und 4 an example of the mounting method of the terminals shows; and

5 eine perspektivische Ansicht des Transformators gemäß einem Ausführungsbeispiel ist, in welchem einen Luftspalt dazu verwendet wird, den LP Wert zu integrieren. 5 Figure 4 is a perspective view of the transformer according to an embodiment in which an air gap is used to integrate the L P value.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Transformators. Insbesondere zeigt die Ausbildung aus 2 einen Transformator, welcher für eine Oberflächenmontagetechnologie (SMD) geeignet ist, welche für die Umwandlung von Energie im Umschaltmodus für Leistungswerte im Bereich von 3 bis 7 kW verwendet wird. Wie es zu beobachten ist, umfasst der Transformator ein niedriges Profil (weniger als 40 mm Höhe), was dazu führt, dass es sich um eine sehr robuste Lösung mit kleinen Abmessungen handelt, wobei er eine geeignete Vorrichtung für das Assoziieren mit elektronischen Platten geringerer Höhe und für deren direkte Montage auf einem metallischen Substrat IMS (Isolated Metal Substrate) ist. 2 shows an embodiment of the proposed transformer. In particular, the training shows 2 a transformer suitable for surface mount technology (SMD) which is used for the conversion of energy in the switching mode for power values in the range of 3 to 7 kW. As can be seen, the transformer has a low profile (less than 40 mm height), which results in being a very robust solution with small dimensions, being a suitable device for associating with lower level electronic boards and for their direct mounting on a metallic substrate IMS (Isolated Metal Substrate).

In 2 kann man deutlich erkennen, dass im vorgeschlagenen Transformator eine der Basen der Spule 7 Verlängerungen 7a aufweist, welche, zusammen mit Endkanten, mit einer Reihe von Öffnungen gebildet sind, welche dazu eingerichtet sind, eingeführte Klemmen, wie flache Kontaktstifte 3 oder Stecker 4, aufzunehmen, wobei deren Endabschnitte gegen die Verlängerungen gebogen sind (90 Grad gekröpft), so dass komplanare flache Montage- und Anschlussklemmen bereitgestellt werden.In 2 One can clearly see that in the proposed transformer one of the bases of the coil 7 Renewals 7a which, together with end edges, are formed with a series of openings which are adapted to inserted clamps, such as flat contact pins 3 or plug 4 with their end portions bent against the extensions (90 degrees cranked) to provide coplanar flat mounting and termination terminals.

3 zeigt die mechanische Explosionsdarstellung der vorhergehenden 2. In 3 kann man erkennen, dass der vorgeschlagene Transformator zwei Magnetkörper, einen ersten Magnetkörper 1 und einen zweiten Magnetkörper 2, aufweist, welche voneinander unabhängig sind, wobei diese „E”-förmigen Magnetkörper aus einer Platte 1a, 2a gebildet sind, von jeder derselben sich ein Kern 1b, 2b mit zylindrischem Querschnitt ableitet (ohne einschränkend zu sein, da der erwähnte Kern einen polygonalen Querschnitt aufweisen kann). Von jedem Ende des Magnetkörpers 1, 2 aus leitet sich ein Bein 1c, 2c ab, welches derart bemessen ist, dass, wenn die Magnetkörper mit deren Kernen 1b, 2b entgegengesetzt angeordnet werden, die Enden der genannten Kerne 1b, 2b mit diesem vorbestimmten Abstand getrennt bleiben. 3 shows the mechanical exploded view of the preceding 2 , In 3 It can be seen that the proposed transformer two magnetic body, a first magnetic body 1 and a second magnetic body 2 , which are independent of each other, these "E" -shaped magnetic bodies of a plate 1a . 2a are formed, each of which is a core 1b . 2 B with a cylindrical cross-section (without being limiting, since the mentioned core may have a polygonal cross-section). From each end of the magnetic body 1 . 2 out a leg is derived 1c . 2c which is dimensioned such that when the magnetic body with their cores 1b . 2 B placed opposite, the ends of said cores 1b . 2 B stay separated with this predetermined distance.

Bevorzugt sind die Magnetkörper 1, 2 aus einem Mangan-Zink-Ferrit-Material (MnZn). Dieses verwendete Ferrit-Material weist einen Aufbau auf, welcher niedrige Eisenverluste und eine flache Temperaturantwort zeigt, um eine Überhitzung des Magnetkörpers 1, 2 zu verhindern. Jeder Magnetkörper weist eine besondere Form auf, wobei er größer, aber mit einer geringeren Höhe, als andere herkömmliche Ferritkörper, wie die die im internationalen Standard IEC-62317-13 erwähnt werden, ist. Die Verwendung dieser Art von Ferriten erlaubt eine Leistungsübertragung von bis zu 4 kW im Frequenzbereich von 70–350 kHz, welcher für den LLC-Umschaltungsbetrieb reserviert ist.The magnetic bodies are preferred 1 . 2 from a manganese-zinc ferrite material (MnZn). This ferrite material used has a structure exhibiting low iron loss and a flat temperature response to overheat the magnetic body 1 . 2 to prevent. Each magnet body has a particular shape, being larger but with a lower height than other conventional ferrite bodies, such as those in the international art Standard IEC-62317-13 be mentioned is. The use of this type of ferrites allows a power transfer of up to 4 kW in the frequency range of 70-350 kHz, which is reserved for LLC switching operation.

Andererseits werden die Primär- und Sekundärwicklungen 5 derart angeordnet, dass sie einen rohrförmigen Kern 7b einer Spule 7 umgeben, welcher enge Abmessungen und verstärkte Wände aufweist, um die Einführung der Kerne 1b, 2b zu erlauben. Die verwendete Spule 7 weist einen geforderten Robustheitswert auf, um die Beschränkungen des AEC-Q200 Standards zu erfüllen, welche das Automobilgebiet betreffen, wodurch der vorgeschlagene Transformator besonders nützlich für das Aufladen von Batterien in Hybrid- und/oder Elektrofahrzeugen ist.On the other hand, the primary and secondary windings become 5 arranged such that it has a tubular core 7b a coil 7 surrounded, which has narrow dimensions and reinforced walls to the introduction of the cores 1b . 2 B to allow. The coil used 7 has a required robustness value to meet the limitations of the AEC-Q200 standard pertaining to the automotive field, whereby the proposed transformer is particularly useful for charging batteries in hybrid and / or electric vehicles.

Bevorzugt ist die Spule 7 aus einem Kunststoffmaterial wie PET, LCP, einem Phenolharz oder einem Flammschutzmaterial hergestellt, das es erlaubt, einen Temperaturbereich von –40/+155°C auszuhalten.The coil is preferred 7 made of a plastic material such as PET, LCP, a phenolic resin or a flame retardant material which allows to withstand a temperature range of -40 / + 155 ° C.

Um das Aufwickeln der Wicklungen zu erlauben wird eine verschachtelte Wicklungstechnik verwendet, welche die Kopplung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung verbessert, um die zusätzliche Wechselstromverluste aufgrund der Hochfrequenzeffekte (oberflächlich induzierten Ströme, Durchflusseffekte im Spalt, usw.) zu verringern.In order to allow winding of the windings, a nested winding technique is used which improves the coupling between the primary winding and the secondary winding to reduce the additional AC losses due to high frequency effects (superficially induced currents, flow effects in the gap, etc.).

Insbesondere sind die Primär- und Sekundärwicklungen 5 aus einer Windung umfasst (siehe 5) eine Vielzahl von Fäden gebildet, welche einzeln (zum Beispiel Litz-Fäden) mit drei Isolierungsschichten verflochten sind, zum Beispiel mittels eines Klebebands aus Polyamid, welches die verflochtenen Fäden umgibt, durchgeführt. Die Art von Fäden weist hohe mechanische und thermische Eigenschaften auf, so dass die Windung in jeder Stellung drei Isoliermaterialschichten gemäß den Forderungen der Sicherheitsstandards EN-60950, EN-61558 und EN-60664-1 aufweist. Die Dicke der Fäden ist etwa 0,05 bis 0,2 mm, um den Frequenzeffekt durch einen besseren Kompromiss zwischen dem Foucault-Strom innerhalb des Fadens und der Nähe zwischen den parallelen Fäden zu verringern.In particular, the primary and secondary windings 5 from one turn (see 5 ) formed a plurality of filaments which are individually (for example stranded filaments) intertwined with three insulating layers, for example by means of a polyamide adhesive tape which surrounds the intertwined filaments. The type of filaments has high mechanical and thermal properties, so that the turn in each position three layers of insulating material according to the requirements of safety standards EN-60950, EN-61558 and EN-60664-1 having. The thickness of the filaments is about 0.05 to 0.2 mm to reduce the frequency effect through a better compromise between the Foucault current within the filament and the proximity between the parallel filaments.

Wie zuvor erwähnt wurde, weist die Basis 7a der Spule 7 Verlängerungen auf, welche mit einer Reihe von Öffnungen (unterschiedlicher Abmessungen) versehen sind, welche dazu eingerichtet sind, eingeführte flache Kontaktstifte 3 oder Stecker 4 für die Montage und den Anschluss des Transformators aufzunehmen. Die flachen Kontaktstifte 3 werden für die Versorgung der zwei Wicklungen, Primär- und Sekundärwicklung 5 und die Stecker 4 werden für den Anschluss an einem NTC-Wärmesensor, welcher in den genannten Wicklungen eingebettet ist, verwendet. Bevorzugt sind diese flachen Kontaktstifte 3 und diese Stecker 4 aus einer verzinnten Phosphor-Bronze-Legierung.As previously mentioned, the base points 7a the coil 7 Extensions, which are provided with a series of openings (of different dimensions), which are adapted to inserted flat contact pins 3 or plug 4 for mounting and connecting the transformer. The flat contact pins 3 be used for supplying the two windings, primary and secondary winding 5 and the plugs 4 are used for connection to an NTC thermal sensor embedded in said windings. These flat contact pins are preferred 3 and these plugs 4 made of a tinned phosphor bronze alloy.

4 zeigt den Einführungsprozess (Schritte 400, 401) und den Einstellungsprozess (Schritt 402) einer der Klemmen, insbesondere einer der flachen Kontaktstifte 3 in die entsprechende Öffnung der Basis 7a der Spule 7. Diese Art von Montage erlaubt es eine Komplanarität bis zu etwa 500 ☐m zwischen den unterschiedlichen Klemmen zu gewährleisten, so dass die Übertragung von hohen Strömen durch den Transformator ermöglicht wird. 4 shows the introduction process (steps 400 . 401 ) and the hiring process (step 402 ) one of the terminals, in particular one of the flat contact pins 3 into the corresponding opening of the base 7a the coil 7 , This type of assembly allows to ensure a degree of co-planarity of up to about 500 ☐m between the different terminals, allowing the transmission of high currents through the transformer.

5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Transformators. In diesem Fall, wenn die Enden der Kerne 1b, 2b in dem rohrförmigen Hohlraum der Spule 7 angeordnet sind, wird kein direkter Kontakt zwischen beiden Enden hergestellt, sondern es wird ein Luftspalt 6, ein vorbestimmter Abstand der nicht Null ist, gelassen, mit dem Ziel die Magnetisierungsinduktivität auf den gefordert LP-Wert für den LLC-Betrieb zu korrigieren. 5 shows another embodiment of the proposed transformer. In this case, if the ends of the cores 1b . 2 B in the tubular cavity of the coil 7 are arranged, no direct contact between the two ends is made, but it is an air gap 6 , a predetermined distance that is non-zero, with the aim of correcting the magnetizing inductance to the required L P value for the LLC operation.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (11)

Transformator mit integriertem Induktor, aufweisend: – einen ersten Magnetkörper (1) und einen zweiten Magnetkörper (2), welche voneinander unabhängig sind, wobei der erste Magnetkörper (1) und der zweite Magnetkörper (2) jeweils eine Platte (1a, 2a) umfassen, von der sich ein Kern (1b, 2b) mit zylindrischen oder polygonalem Querschnitt ableitet; und – Primär- und Sekundärwicklungen (5), welche derart angeordnet sind, dass sie einen rohrförmigen Kern (7b) einer Spule (7) aus elektrischem Isoliermaterial umgeben, wobei die Kerne (1b, 2b) in dem rohrförmigen Hohlraum der Spule (7) angeordnet sind und sich die Enden der Kerne (1b, 2b) mit einem vorbestimmten Abstand gegenüber stehen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Primär- und Sekundärwicklungen (5) jeweils aus einer Windung umfassend eine Vielzahl von Fäden gebildet sind, welche einzeln verflochten sind, mit drei Isolierungsschichten; und – eine der Basen (7a) der Spule (7) Verlängerungen aufweist, welche, zusammen mit Endkanten, mit einer Reihe von Öffnungen gebildet sind, welche dazu eingerichtet sind, eingeführte flache Kontaktstifte (3) oder Stecker (4) aufzunehmen, wobei deren Endabschnitte gegen die Verlängerungen gebogen sind, so dass komplanare flache Montage- und Anschlussklemmen bereitgestellt sind.Transformer with integrated inductor, comprising: - a first magnetic body ( 1 ) and a second magnetic body ( 2 ), which are independent of each other, wherein the first magnetic body ( 1 ) and the second magnetic body ( 2 ) one plate each ( 1a . 2a ), from which a core ( 1b . 2 B ) with cylindrical or polygonal cross section; and primary and secondary windings ( 5 ), which are arranged so that they form a tubular core ( 7b ) of a coil ( 7 ) surrounded by electrical insulation material, the cores ( 1b . 2 B ) in the tubular cavity of the coil ( 7 ) are arranged and the ends of the cores ( 1b . 2 B ) with a predetermined distance, characterized in that - the primary and secondary windings ( 5 ) are each formed of a turn comprising a plurality of threads which are individually interlaced, with three insulation layers; and - one of the bases ( 7a ) of the coil ( 7 ) Has extensions which, together with end edges, are formed with a series of openings adapted to insert flat contact pins ( 3 ) or plug ( 4 ) with their end portions bent against the extensions to provide coplanar flat mounting and connection terminals. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihe von Öffnungen unterschiedliche Abmessungen umfassen, wobei eine erste Gruppe von Öffnungen höherer Größe dazu angepasst ist, die flachen Kontaktstifte (3) für die Versorgung der Primär- und Sekundärwicklungen (5) aufzunehmen.Transformer according to claim 1, characterized in that the series of openings comprise different dimensions, wherein a first group of openings of larger size is adapted to the flat contact pins ( 3 ) for the supply of the primary and secondary windings ( 5 ). Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Gruppe von Öffnungen kleinerer Größe dazu angepasst sind, die Stecker (4) für den Anschluss der Primär- und Sekundärwicklungen (5) an einem Wärmesensor aufzunehmen.Transformer according to claim 2, characterized in that a second set of smaller size openings are adapted to connect the plugs ( 4 ) for the connection of the primary and secondary windings ( 5 ) to a heat sensor. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flachen Kontaktstifte (3) und die Stecker (4) aus einer verzinnten Phosphor-Bronze-Legierung sind.Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the flat contact pins ( 3 ) and the plugs ( 4 ) are made of a tin-plated phosphor bronze alloy. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (1a, 2a) der Magnetkörper (1, 2) eine „E”-förmige Ausbildung bilden, wobei sich aus jedem Ende der Magnetkörper (1, 2) ein Bein (1c, 2c) ableitet.Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the plates ( 1a . 2a ) the magnetic body ( 1 . 2 ) form an "E" -shaped formation, wherein from each end of the magnetic body ( 1 . 2 ) a leg ( 1c . 2c ). Transformator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beine (1c, 2c) derart bemessen sind, dass, wenn die Magnetkörper (1, 2) mit den Kernen (1b, 2b) entgegengesetzt angeordnet sind, die Enden der genannten Kerne (1b, 2b) mit dem vorbestimmten Abstand getrennt bleiben.Transformer according to claim 5, characterized in that the legs ( 1c . 2c ) are dimensioned such that when the magnetic bodies ( 1 . 2 ) with the cores ( 1b . 2 B ), the ends of said cores ( 1b . 2 B ) remain separated with the predetermined distance. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkörper (1, 2) aus einem Mangan-Zink-Ferrit-Material sind.Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic bodies ( 1 . 2 ) are made of a manganese-zinc-ferrite material. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden der Primär- und Sekundärwicklungen (5) eine Dicke von etwa 0,05 bis 0,2 mm aufweisen,Transformer according to Claim 1, characterized in that the filaments of the primary and secondary windings ( 5 ) have a thickness of about 0.05 to 0.2 mm, Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Isolierungsschichten ein Klebeband aus Polyamid umfassen, welches die verflochtenen Fäden umgibt.Transformer according to claim 1, characterized in that the three insulating layers comprise a polyamide adhesive tape which surrounds the interlaced filaments. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (7) aus einem Kunststoffmaterial ausgewählt aus PET, LCP, Phenolharz oder einem Flammschutzmaterial ist.Transformer according to claim 1, characterized in that the coil ( 7 ) is made of a plastic material selected from PET, LCP, phenolic resin or a flame retardant material. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Einheit oder der Abstand zwischen den Außenflächen der beiden Platten (1a, 2a) kleiner als oder gleich 40 mm ist.Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the height of the unit or the distance between the outer surfaces of the two plates ( 1a . 2a ) is less than or equal to 40 mm.
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