DE3217823A1 - Transformator und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Transformator nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1 und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Transformator einfachen Aufbaues, der eine Gruppe ebener Spiralwindungen aufweist, welche in der Lage sind, relativ große Ströme zu handhaben und die eine gewünschte elektrische Charakteristik einschließlich einer hohen Durchbruchsspannung und eine relativ geringe Kapazität zwischen den Wicklungen besitzen.

In der älteren US-Patentanmeldung mit der Serial No. 206 vom 14. November 1980 ist ein Transformator dargestellt und beschrieben, der zwei rechteckige Substrate aufweist, von denen jedes aufeinanderfolgende, im Maskendruck hergestellte Dickfilmschichten aus dielektrischem Isoliermaterial mit darin eingebetteten ebenen Spiralwindungen aufweist, wobei diese Substrate durch die Verwendung einer hybriden Verarbeitungstechnik hergestellt werden. Dieser kompakte,stabile Transformator ist speziell für die Montage mit integrierten Schaltkreiskomponenten in Anwendungsfällen mit geringer Stromstärke geeignet, wie dies beispielsweise bei Trennverstärkern der Fall ist. Es gibt jedoch andere Anwendungsfälle, bei denen höhere Strompegel gehandhabt werden müssen, beispielsweise bei Digital/Digital-Wandlern, wo sich die Strompegel im Ampere-Bereich bewegen können.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Transformator anzugeben, der solch höhere Strompegel handhaben kann und der darüber hinaus noch wünschenswerte Eigenschaften wie beispielsweise eine hohe Durchbruchsspannung zwischen den

Wicklungen bei geeigneter geringer Kapazität zwischen den Wicklungen aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Transformators sowie eines Verfahrens zu seiner Herstellung sind den Unteransprüchen entnehmbar. . .

Gemäß der Erfindung und einem nachstehend zu beschreibenden Ausführungsbeispiel umfaßt der Transformator Wicklungen aus Leitungsdrähten, die in ein Band aus elektrisch isolierendem Plastikmaterial eingebettet sind. Die Leitungsdrähte in dem Band bilden getrennte Elemente, die Seite an Seite angeordnet sind und sich längs des Bandes erstrecken. Die Leitungsdrähte wechseln sich mit dazwischen angeordneten Fäden aus dielektri* schem Isoliermaterial ab. Das Band ist zu einer engen Spirale aufgerollt, so daß die eingebetteten Leitungsdrähte spiralförmig gewickelt sind, um entsprechende ebene Transformatorwicklungen zu bilden, die durch entsprechende ebene Spiralwindungen aus dielektrischem Material voneinander getrennt sind. Die aufgerollten Schichten des Bandes sind vorzugsweise miteinander verbunden, wie beispielsweise durch eine Klebe-Zwischenschicht, um eine selbsttragende .Wicklungsstruktur zu bilden, die auf einen Magnetkern aufgesetzt wird.

Die scheibenförmigaiSchichten der dielektrischen Spiralwicklungen zwischen den spiralförmigen Leitungsdrähten ergeben eine gute Durchbruchsspannungscharakteristik zwischen den Wicklungen mit einer vorteilhaft geringen Kapazität zwischen

den Wicklungen. Der Gesamtaufbau führt zu einem einfachen und stabilen Transformator, der wirtschaftlich hergestellt werden kann. Andere Ziele, Gesichtspunkte und Vorteile, der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Querschnittansicht eines Abschnittes des erfindungsgemäß aufgebauten Bandes»

Fig. 2 eine isometrische Querschnittansicht des Bandes gemäß Fig. 1, welches zu einer Rolle gewickelt ist, um mehrere ebene spiralförmige Wicklungsschichten vorzugeben ; und

Fig. 3 eine auseinandergezogene Darstellung eines Transformators gemäß der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 ist ein Band 10 dargestellt, welches aus isolierendem Plastikmaterial 12 gebildet wird. In das Plastikmaterial sind im Abstand angeordnete längliche Leitungsdrähte 14 eingebettet, die sich längs des Bandes erstrecken. Die Leitungsdrähte 14 wechseln sich quer zu dem Band mit dazwischen angeordneten Fäden aus dielektrischem Isoliermaterial 16 ab, welche sich ebenfalls längs des Bandes erstrecken.

Das Band 10 kann in der üblichen Weise durch Ziehen der Leitungsdrähte 14 und der Isolierfäden 16 zusammen und Seite an Seite durch ein Bad aus geschmolzenem Plastikmaterial mit

guten elektrischen Isoliereigenschaften gebildet werden..Wenn das Plastikmaterial aushärtet, so umgibt es schützend die Leitungsdrähte und die dielektrischen Fäden. Das auf diese Weise gebildete Band 10 kann beispielsweise bis zu zwanzig Leitungsdrähte und dielektrische Fäden aufweisen, so daß auf diese Weise bis zu zehn getrennte Transformatorwicklungen gebildet werden.

Der nächste Schritt des Verfahrens besteht in der Aufwicklung des Bandes 10 in eine enge Spiralrolle 22, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, wodurch entsprechende ebene, spiralförmige Wicklungen 24 des Leitungsdrahtes 14 gebildet werden, die durch ebene, scheibenförmige Elemente 26 der spiralförmig aufgewickelten dielektrischen Fäden 16 getrennt sind. Das Aufwickeln des Bandes in diese Form kann leicht auf einem rohrförmigen Kern unter Verwendung bekannter Techniken ausgeführt werden.

Vorzugsweise werden benachbarte Schichten des Bandes während des Aufwickeins miteinander verklebt, um eine selbsttragende feste Struktur etwa In der Form einer Bandrolle zu bilden. Das Verkleben kann beispielsweise durch das Besprühen des Bandes mit einem Lösungsmittel bewirkt werden, um dieses klebrig zu machen, so daß benachbarte Schichten miteinander verbunden werden, wenn das Lösungsmittel austrocknet. Alternativ hierzu kann das Bandmaterial durch Erhitzen aufgeweicht werden, indem beispielsweise ein elektrischer Strom durch die Leitungsdrähte 14 geschickt wird, oder indem heiße Luft gegen das Bandmaterial gerichtet wird, wenn dieses aufgewickelt wird.

Gemäß Fig. 3 besteht der letzte Schritt des Verfahrens in dem Zusammenbau der aufgewickelten Bandrolle 22 mit dem Transformatorkern, der hier in Form einer Dreibeinstruktur 28, 30 dargestellt ist. Andere ,Kernstrukturen können selbstverständlich verwendet werden. Der sich ergebende vollständige Transformator ist eine stabile Einheit, der mit relativ hohen Strompegeln betrieben werden kann, eine gute Durchbruchspannungscharakteristik besitzt und eine geeignete geringe Kapazität zwischen den Wicklungen aufweist.

Die Leitungsdrähte 14 können beispielsweise aus üblichem Magnetdraht bestehen und einen Durchmesser zwischen 0,0075 und 0,025 cm aufweisen. Derartige Drähte tragen typischerweise eine starke Isolationsschicht von ungefähr 0,00125 cm Dicke. Der Durchmesser .der dazwischen angeordneten dielektrischen Fäden 16 sollte ungefähr der gleiche wie der der Leitungsdrähte 14 sein und diese sollten so eng wie möglich sich an diese bis zu einer Berührung anschließen. Das Bandmaterial führt somit zu keinerlei zusätzlichem Abstand zwischen den Leitungsdrähten und den benachbarten isolierenden Fäden. Wenn größere Draht- und Fadengrößen verwendet werden, so vergrößert sich der Abstand von Draht zu Draht aufgrund des vergrößerten Durchmessers der isolierenden Fäden, wodurch die Kapazität zwischen den Wicklungen weiter abnimmt.

Die isolierenden Fäden 16 müssen eine gute Flexibilität zur Wicklung in Spulenform, eine hohe Durchbruchsspannungscharakteristik und eine geeignete niedrige Dielektrizitätskonstante für eine geringe Kapazität zwischen den Wicklungen aufweisen. Verschiedene Materialien können für diesen Zweck verwendet

werden, z.B. bestimmte Plastikarten, wie beispielsweise Kunstseidematerial, und grundsätzlich Zelluloseazetat.

Eine Verbindung von der aufgewickelten Rolle 22 nach außen kann direkt, wie beispielsweise durch den angesetzten Teil 32 des Bandes, hergestellt werden. Die Innenseite der Rolle kann elektrische Anschlüsse aufweisen, indem das innere Ende 34 des Bandes aus dem Inneren der Rolle herausgebracht wird, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Das Band kann im Inneren der Rolle (in Fig. 3 nicht sichtbar) um sich selbst gefaltet werden, beispielsweise um einen Winkel von 45°, so daß der Endteil 34 sich parallel zu der Achse der Rolle erstreckt und somit aus dem Inneren herausragt,· um Verbindungen mit den Wicklungsenden herstellen zu können. Falls gewünscht und um den gefalteten Abschnitt an der Bildung eines unbeabsichtigten elektrischen Kontaktes mit den Wicklungen zu hindern, kann ein Isolierstreifen oder ein anderes Trennelement verwendet werden, um den gefalteten Bereich abzudecken.

Claims (1)

1. 7. Mai 1982 GzH/Ra.

   Analog Devices, Incorporated, Norwood, MA 02062 / U.S.A.

   Transformator und Verfahren zu seiner Herstellung

   Patentansprüche

   / 1.j Bandgewickelter Transformator zur Handhabung relativ großer Strompegel und zur Vorgabe eines erhöhten Durchbruchspannungspegels zwischen den Wicklungen, gekennzeichnet durch

   eine Wicklung aus.mehreren Schichten eines gewickelten Bandes;

   wobei das Band abwechselnd mehrere Leitungsdrähte und Isolierfäden aufweist; und

   das Band aus Isoliermaterial besteht, welches die abwechselnden Leitungsdrähte und Isolierfäden umgibt; Mittel, um das Band in aufgewickelter Rollenform zu halten; und

   einen Magnetkern, auf dem das gewickelte Band angeordnet ist.

   2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern ein zentrales Bein aufweist, das in die zentrale öffnung des gewickelten Bandes hineinpaßt.

   3. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abwechselnden Leitungsdrähte und Isolierfäden den gleichen Durchmesser aufweisen.

   4. Verfahren zur Herstellung des Transformators nach Anspruch 1,

   gekennzeichnet durch folgende Schritte: "'

   Bildung eines Bandes aus Isoliermaterial, in welches Leitungsdrähte und Isolierfäden abwechselnd eingebettet sind, die sich längs des Bandes erstrecken; Wickeln des Bandes in Rollenformj und Aufsetzen der Wicklung auf einen Magnetkern.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Verkleben benachbarter Schichten des Bandes, um eine selbsttragende Mehrschichtenstruktur zu bilden.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch das Zuführen eines Lösungsmittels auf überlappende Teile des Bandes beim Wickeln des Bandes zum Erweichen dieser Teile vor dem Zusammenrollen.

   7. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch das ausreichende Erhitzen des Bandes aus Isoliermaterial, so daß die die Rolle bildenden Schichten hinreichend .zusammengeschweißt werden.

   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen durch elektrischen Stromfluß durch die Leitungsdrähte erfolgt.