DE3700488A1

DE3700488A1 - Leistungsuebertrager mit ferromagnetischem kern

Info

Publication number: DE3700488A1
Application number: DE19873700488
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Becker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-01-08
Filing date: 1987-01-08
Publication date: 1988-07-21

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsübertrager oder Transformator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt (DE-OS 31 31 105), als Leistungs übertrager einen bei verhältnismäßig hohen Frequenzen zwischen 1 kHz und 150 kHz betriebenen Schalenkern zu ver wenden, dessen Hälften in einen Primärteil mit einer Primärwicklung und einen Sekundärteil mit einer Sekundär wicklung aufgeteilt sind. Die beiden Teile befinden sich in getrennten Gehäusen, deren mindestens 2 mm starke Wände für eine galvanische Trennung sorgen. Bei einem solchen Leistungsübertrager, der insbesondere für elektrische Kleinverbraucher eingesetzt wird, kommt es neben der sicheren galvanischen Netztrennung auch auf einen möglichst hohen Wirkungsgrad mit reproduzierbaren Betriebsbedingun gen an. Dazu gehört insbesondere auch die Einstellung und Einhaltung eines kleinen, aber definierten Luftspaltes zwischen den Kernhälften.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrun de, einen Leistungsübertrager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß sich bei definierten Bedingungen für die Schaltungsbauteile eine Leistungsüber tragung mit hohem Wirkungsgrad ergibt, die mit kleinem Aufwand und den bei der Massenfertigung einzuhaltenden Toleranzen erreicht wird. Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Auf überraschend einfache Weise sorgt also die den Luftspalt ausfüllende Isolierschicht nicht nur für die sichere galvanische Trennung zwischen den bei den Kernhälften und ihren Wicklungen, sondern es kann durch die leicht zu beherrschende Dicke der Isolierschicht ein gewünschter, vorgegebener Luftspalt reproduzierbar eingestellt werden. Es lassen sich handelsübliche Übertra gerbauteile, z. B. Ferritkerne unterschiedlicher Bauformen, einsetzen. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Lösung auch für sehr kleine Leistungsübertrager geeignet und einfach und zuverlässig den Sicherheitsvorschriften anzu passen. Da die Dicke der Isolierschicht bei der erfindungs gemäßen Lösung weit unter 2 mm betragen kann, ergibt sich ein relativ guter Wirkungsgrad der Leistungsübertragung.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So kann vorgesehen sein, daß der Kern ein aus zwei Hälften gebildeter Kern mit U- oder E-förmigem Querschnitt ist. Anstelle einer Kernhälfte läßt sich aber auch eine einfache Platte oder Scheibe aus ferromagnetischem Material verwenden. Zur weiteren Einsparung kann die Isolier schicht Teil eines mindestens eine Wicklung tragenden Spulenkörpers sein, also beispielsweise einstückig mit dem Spulenkörper gespritzt sein.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch ge kennzeichnet, daß die Isolierschicht Teil einer Druckschal tungsplatte oder -folie ist, die wenigstens eine der beiden Wicklungen als Leiterbahn trägt. Solche Druckschaltungs platten sind in jeder gewünschten Qualität und mit engen Toleranzen für die Dicke erhältlich. Unter Vermeidung der Probleme beim Wickeln dünner Drähte kann die Wicklung in üblicher Weise geätzt werden. Da die Leiterbahnkaschierung der "gedruckten" Windungen sehr dünn ist, spielt der bei höheren Frequenzen auftretende Skin-Effekt keine Rolle, und der Leiterbahnquerschnitt wird voll genutzt. Eine Anpassung an die jeweilige Strombelastung kann durch Wahl der Leiter bahnbreite oder Parallelschalten mehrerer Leiterbahnen leicht bewirkt werden. In weiterer Ausbildung kann dabei vorgesehen sein, daß die Wicklung in Form einer Schichtung von Druckschaltungsplatten oder -folien mit etwa deckungs gleichen spiralförmigen Leiterbahnen verwirklicht wird, die in Reihen-und/oder Parallelschaltung miteinander verbunden sind. Eine solche Multilayer-Technik ist automatengerecht. Eine zusätzliche Vereinfachung kann dabei dadurch erreicht werden, daß die Leiterbahnen der geschichteten Druckschal tungsplatten oder -folien mittels Durchkontaktierung unter einander verbunden sind. Die Durchkontaktierungen können dabei gegebenenfalls als Wicklungsanzapfungen dienen.

Wenn bei einem Kern die eine Kernhälfte durch eine Platte aus nicht nur magnetisch, sondern auch elektrisch leitfähigem Material ersetzt wird, läßt sich eine Heizwir kung erzielen, die beispielsweise als Direktbeheizung von Kleinstwerkzeugen genutzt werden kann. Bei Einhaltung der hohen Anforderungen an die galvanische Trennung und insbe sondere deren Spannungsfestigkeit kann die Isolierschicht auch aus wenigstens einer Isolierfolie bestehen, die zur Vergrößerung der Luft- und Kriechstrecken aus dem Kern hervorragt und um eine Kernhälfte gefaltet ist. Gegebenen falls kann eine weitere Isolierfolie auch um die andere Kernhälfte gefaltet werden. Somit kann der Luftspalt auf einen sehr kleinen Wert eingestellt werden.

Eine für transportable Geräte praktische Ausfüh rungsform sieht vor, daß die Schaltungsplatte zusammen mit der Sekundärwicklung in Form einer Leiterbahn und gegebenen falls einer Kernhälfte in Form einer Platte oder Kreisscheibe sowie den der Sekundärwicklung zugeordneten elektronischen Bauteilen eine mechanisch an die Primärwicklung ansteck bare Baueinheit bildet. Eine solche Baueinheit, die bei spielsweise aufladbare Zellen und eine Gleichrichterschal tung enthält, kann außerordentlich flach gehalten werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfin dung in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit einem aus zwei gleichen Hälften bestehenden Ferrit-Schalenkern;

Fig. 2 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem jeder Kernhälfte eine Isolierschicht mit angespritztem Spulenkörper zugeordnet ist;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit Folien als Isolierschicht;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine Kernhälfte aus einer Scheibe aus Ferritmaterial besteht;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine Kernhälfte aus magnetisch und elektrisch leitendem Material besteht;

Fig. 6 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4.

Der in Fig. 1 im Querschnitt gezeigte Übertrager weist zwei Hälften 3, 4 eines handelsüblichen Kerns aus Ferrit auf. Auf der einen Kernhälfte 3, die beispielsweise die Primärseite darstellt, ist eine Primär wicklung 1 und auf der anderen Hälfte 4 eine Sekundärwick lung 2 angeordnet. Der Luftspalt zwischen den Kernhälften 3, 4, also der Abstand zwischen diesen beiden Hälften ist definiert eingestellt durch eine Isolierschicht in Form einer Platte 8. Da die Dicke der Platte 8 ohne großen Auf wand mit sehr engen Toleranzen eingehalten werden kann, ergibt sich auch ein Luftspalt mit sehr kleinen Toleranzen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind wiederum zwei Kernhälften 3, 4 jeweils Wicklungen 1, 2 zugeordnet. Die Isolierschicht besteht aus zwei Schichten 5, 6 bzw. aus einer Schicht 8, an die jeweils ein Spulenkörper 9, 10 für die beiden Wicklungen 1, 2 angespritzt ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 besitzt eine Isolierschicht in Form von zwei Folien 11, 12, die aus dem Kern herausgeführt und seitlich um die Kernhälften 3, 4 gefaltet sind. Dadurch läßt sich eine sehr zuverlässige galvanische Trennung zwischen den beiden Kernhälften 3, 4 mit ihren Wicklungen 1, 2 bei kleinen Luft- und Kriech strecken erreichen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird anstelle der unteren Kernhälfte 4 gemäß Fig. 1 bis 3 eine einfache Scheibe 14 aus ferromagnetischem Material verwendet. Die Sekundärwicklung ist in Form einer spiralförmigen Leiter bahn 20 einer Druckschaltungsplatte 8 ausgeführt. Die innere Kontaktierung (nicht gezeigt) der spiralförmigen Leiterbahn 20 kann beispielsweise durch die üblicherweise bei einigen Kernformen vorhandene, zentrale Bohrung (nicht dargestellt) erfolgen.

Eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4 ist in Fig. 6 gezeigt. Hier sind zwei Druckschaltungs platten 8 vorgesehen. Die in der Zeichnung untere Platte 8 trägt auf beiden Seiten eine spiralförmige Leiterbahn 20, die insgesamt die Sekundärwicklung darstellt. Beispiels weise können die inneren Enden der beiden Spiralen durch Durchkontaktierung miteinander verbunden sein. Bei entspre chendem Wicklungssinn der beiden Spiralen ergibt sich eine Reihenschaltung. Auch die Primärwicklung der Kern hälfte 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe von gedruckten Schaltungsplatten 21 in geschichteter Form aus geführt. Ein Teil der Primärwicklung befindet sich dabei zusätzlich auf der oberen Druckschaltungsplatte 8.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist die eine (untere) Kernhälfte des Übertragers durch eine Platte 24 ersetzt, die aus sowohl magnetisch als auch elektrisch leitendem Material besteht. Dadurch läßt sich in gewünschter Weise die Platte 24 erhitzen.

Claims

1. Leistungsübertrager mit einem in zwei Hälften unterteilten ferromagnetischen Kern und einer der einen Kernhälfte (3) zugeordneten Primärwicklung (1, 21), einer der anderen Kernhälfte (4, 14) zuge ordneten Sekundärwicklung (2, 20) und mit einer im Luft spalt zwischen den Kernhälften angeordneten Isolierschicht (8, 11, 12), die die beiden Kernhälften und die beiden Wicklungen galvanisch trennt, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (8, 11, 12) den Luftspalt ausfüllt und in ihrer Dicke so bemessen ist, daß sich eine gewünschte Luftspaltlänge einstellt.

2. Übertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern ein aus zwei Hälften (3, 4) gebildeter Kern mit U- oder E-förmigem Querschnitt ist.

3. Übertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kernhälfte durch eine Platte (14, 24) gebildet ist.

4. Übertrager nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (5, 6) Teil eines mindestens eine Wicklung (1, 2) tragenden Spulenkörpers (9, 10) ist.

5. Übertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht Teil einer Druckschaltungsplatte (8) oder -folie ist, die wenigstens eine der beiden Wicklungen als Leiterbahn (20) trägt.

6. Übertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (20) Spiral form hat.

7. Übertrager nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckschaltungswicklung (20) der plattenförmigen Kernhälfte (14) zugeordnet ist.

8. Übertrager nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Kern hälfte (3) eine Wicklung in Form einer Schichtung von Druckschaltungsplatten (21) oder -folien mit vorzugsweise deckungsgleichen spiralförmigen Leiterbahnen enthält, die in Reihen- und/oder Parallelschaltung miteinander verbunden sind.

9. Übertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen der ge schichteten Druckschaltungsplatten (21) oder -folien mittels Durchkontaktierung untereinander verbunden sind.

10. Übertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Durchkontaktierungen als Wicklungsanzapfungen dienen.

11. Übertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (24) aus elektrisch und magnetisch leitfähigem Material besteht.

12. Übertrager nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht wenigstens eine Isolierfolie (11, 12) aufweist, die zur Vergrößerung der Luft- und Kriechstrecken aus dem Kern herausragt und um eine Kernhälfte (3, 4) gefaltet ist.

13. Übertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsplatte (8) zusam men mit der Sekundärwicklung (20) in Form einer Leiterbahn sowie den der Sekundärwicklung zugeordneten elektronischen Bauteilen ein mechanisch an die Primärwicklung ansteckbares Bauteil bildet.