DE3913558A1 - Ferrittransformator mit mindestens einer primaeren und einer sekundaeren wicklung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ferrittransformator mit zumindest einer primä­ ren und einer sekundären Wicklung sowie einem Ferritkern in E-E- bzw. E- I-Anordnung.

Derartige Ferrittransformatoren sind allgemein bekannt. Im Unterschied zu Transformatoren, deren Kern aus geschichteten Blechpaketen aufgebaut ist, sind Ferrittransformatoren für hohe Frequenzen und große Ströme geeignet. Der Ferritkern besteht entweder aus zwei E-förmigen Kernhälften, deren freie Schenkelenden aneinandergefügt werden, oder aus einem E-förmigen Kernteil, an dessen freie Schenkelenden ein I-förmiges Kernteil anschließt, wobei das E-förmige Kernteil auch von zwei U-förmigen Kernteilen gebildet sein kann. Primär- und Sekundärwicklungen werden üblicherweise auf einen isolierenden Spulenkörper aufgebracht. Da der Spulenkörper vom Mittelschenkel des Ferrit­ kerns durchgriffen und von den Außenschenkeln umfaßt wird, sind die Ab­ messungen des Spulenkörpers und somit des verfügbaren Wickelraumes für jeden Kerntyp vorgegeben. Die konzentrisch übereinander auf den Spulenkörper auf­ gebrachten Wicklungen und die dazwischen erforderlichen Isolierlagen nehmen erheblichen Wickelraum in Anspruch. Dieser Platzbedarf wird bei dicken Drahtquerschnitten und/oder verschachteltem Lagenaufbau noch erhöht. Oftmals muß daher ausschließlich aufgrund des Platzbedarfs des Wicklungsaufbaues auf den nächstgrößeren Ferritkern mit dem entsprechend größeren Spulenkörper übergegangen werden, um den Wicklungsaufbau räumlich unterbringen zu können.

Die Größensprünge in den Ferritkerntypenreihen sind jedoch infolge der hohen Werkzeugkosten, die für jeden Kerntyp anfallen, erheblich, so daß Gewicht und Bauvolumen des Ferrittransformators sich beträchtlich erhöhen. Hinzu kommt, daß der beim größeren Kerntyp zur Verfügung stehende große Wickel­ raum nur beschränkt genutzt wird, soll der Ferrittransformator nicht lei­ stungsmäßig unnötigerweise überdimensioniert werden. Der nicht genutzte Wic­ kelraum wird zusätzlich dadurch vergrößert, daß die erforderliche Windungs­ zahl proportional mit der Vergrößerung des Kernvolumens abnimmt, während die realisierbare maximale Leistung des Ferrittransformators proportional mit dem Kernvolumen steigt.

Ausgehend vom vorbeschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen Ferrittransformator der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der eine verbesserte Anpassung von Wicklungsaufbau und Ferritkern gestattet, ohne hohe Werkzeugkosten für die Herstellung von Ferritkernzwischengrößen in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ferritkern zumin­ dest zwei nebeneinander angeordnete Teilkerne aufweist, deren Mittelschenkel von mindestens einer gemeinsamen primären Wicklung und mindestens einer gemeinsamen sekundären Wicklung umgriffen werden. Erfindungsgemäß stehen also für die Auslegung eines Ferrittrafos nicht nur die mit enormen Größen­ sprüngen belasteten Ferritkerntypen zur Verfügung, sondern die Ferritkern­ größe kann durch Aneinanderreihung einer beliebigen Anzahl von Teilkernen nahezu beliebig gewählt werden. Somit läßt sich der Ferrittrafo hinsichtlich Leistung und Windungszahlen für die jeweiligen Anforderungen optimieren, ohne daß hohe Werkzeugkosten für Ferritkernzwischengrößen investiert werden müßten.

Die erfindungsgemäß vorzugsweise miteinander verklebten Teilkerne weisen zweckmäßig jeweils die gleiche Breite auf, so daß für eine große Palette von Ferrittransformatorentypen nur ein einziger Teilkerntyp erforderlich ist. Bei Wahl einer hinreichend kleinen Teilkernbreite ist bei Inkaufnahme gewis­ ser Toleranzen praktisch jedes sinnvolle Kernvolumen realisierbar. Um bei nicht zu kleiner Teilkernbreite dennoch vorgegebene Toleranzen bezüglich des Kernvolumens einhalten zu können, können gegebenenfalls Teilkerne unter­ schiedlicher Breite kombiniert werden.

Obwohl es in der Mehrzahl der Anwendungsfälle sicherlich sinnvoll ist, die nebeneinander angeordneten Teilkerne aus dem gleichen Ferritmaterial aufzu­ bauen, kann es in Einzelfällen zur Erreichung sehr spezieller magnetischer Eigenschaften des Ferritkerns Vorteile bringen, wenn Teilkerne mit unter­ schiedlichen Materialkonstanten kombiniert werden.

Eine Veränderung der magnetischen Eigenschaften des Ferritkerns kann erfin­ dungsgemäß auch dadurch bewirkt werden, daß der/die Mittelschenkel zumindest eines Teilkernes unter Bildung eines Luftspaltes hinsichtlich seiner/ihrer Länge verkürzt ausgebildet ist/sind.

Eine vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ferrittransforma­ tors kennzeichnet sich dadurch, daß der/die Mittelschenkel eines oder mehre­ rer Teilkerne unter Bildung eines Spaltes zwischen benachbarten Mittelschen­ keln hinsichtlich ihrer Breite ein oder beidseitig verkürzt ausgebildet sind. In den Spalt kann eine Zusatzwicklung eingelegt werden, die nur einen Teil der Mittelschenkel der Teilkerne umschließt, so daß durch die bereichs­ weise Veränderung des magnetischen Feldes auch ungerade Übersetzungsverhält­ nisse möglich sind.

Eine weitere Möglichkeit der bereichsweisen Veränderung des magnetischen Feldes ergibt sich, wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zumindest ein Teilkern durch zwei Kernteile ohne Mittelschenkel ersetzt wird, wobei die Anordnung so getroffen wird, daß die beiden aneinander anliegenden Außenschenkel dieser Kernteile zusammen den Mittelschenkel bilden und die Außenschenkel eines Kernteiles vorzugsweise den gleichen Abstand zueinander aufweisen wie die Außenschenkel der Teilkerne. Wenn bei dieser Anordnung zu­ mindest ein freier Außenschenkel eine Zusatzwicklung aufnimmt, sind auch durch diese Maßnahmen ungerade Übersetzungsverhältnisse möglich.

Bei bestimmten Bauarten von Stromversorgungen bewirkt eine magnetische Inte­ gration von Ferrittransformator und Ein- und/oder Ausgangsdrossel regelungs­ technische Vorteile. Eine derartige magnetische Integration läßt sich bei einem erfindungsgemäßen Ferrittransformator auf einfache Weise dadurch be­ werkstelligen, daß zumindest ein Teilkern durch zwei derart angeordnete Teilkerne ersetzt wird, daß ihre aneinander anliegenden Außenschenkel zusam­ men den Mittelschenkel bilden. Bei dieser Anordnung kann z. B. ein freier Außenschenkel die Eingangsdrossel und der andere freie Außenschenkel die Ausgangsdrossel aufnehmen.

Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform eines Ferrittransformators ergibt sich, wenn die einzelnen Wicklungen parallel zur Trennebene des Fer­ ritkerns nebeneinander angeordnet werden. Hierbei können sowohl Wicklungen, die als Leiterbildwicklungen auf plattenartigen Isolierstoffträgern ausge­ bildet sind, als auch Wicklungen, deren Windungen als etwa u- oder c-förmige Stanzteile ausgeführt sind, Verwendung finden. Eine weitere verwendbare Wic­ klungsart weist Windungen auf, die spiralförmig in einen Isolierkörper ein­ gegossen sind. All diese Wicklungsarten weisen den Vorteil auf, daß sie für alle gängigen erfindungsgemäßen Ferritkerne mit entsprechender Teilkern­ zahl und alle gängigen Windungszahlen- und stärken vorgefertigt auf Lager gelegt werden können. Im Bedarfsfall muß der gewünschte erfindungsgemäße Ferrittransformatortyp dann lediglich montiert werden, ohne daß aufwendige Wicklungsarbeiten notwendig sind. Zweckmäßig werden abwechselnd primäre und sekundäre Wicklungen in den Ferritkern eingelegt. Gegebenenfalls können auch zwei oder mehr Wicklungen oder Windungen aus Platz- oder Lagerhaltungsgrün­ den in Reihe geschaltet werden.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusam­ menhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Ferrittransformator in einer stark schematisierten, vergrößert darge­ stellten, isometrischen Ansicht,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Ferrittransformator in einer Schnittdarstellung gemäß Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemä­ ßen Ferrittransformators in einer der Fig. 2 ent­ sprechenden Schnittdarstellung,

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemä­ ßen Ferrittransformators in einer den Fig. 2 u. 3 entsprechenden Schnittdarstellung und

Fig. 5 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemä­ ßen Ferrittransformators in einer den Fig. 2 bis 4 entsprechenden Schnittdarstellung.

Der erfindungsgemäße Ferrittransformator 1 gemäß den Fig. 1 und 2 besteht im wesentlichen aus einem Ferritkern 2 und Wicklungen 3. Der Ferritkern 2 weist zwei E-förmige Kernhälften 4 und 5 auf, deren Mittelschenkel 6 und Außenschenkel 7 aufeinanderzu weisen. Zudem ist der Ferritkern 2 in vier nebeneinander angeordnete Teilkerne 8 unterteilt, die wiederum von jeweils zwei Teilkernhälften 9 und 10 gebildet werden. Die Teilkernhälften 9, 10 sind an ihren benachbarten Flächen 11 miteinander verklebt, während die bei­ den Kernhälften 4 und 5 an der Trennebene durch nicht dargestellte mecha­ nische Mittel federelastisch aneinander gehalten oder ebenfalls verklebt werden. Im Ausführungsbeispiel weisen die Teilkerne 8 jeweils die gleiche Breite b auf, die sich zur Gesamtkernbreite B summiert. Auch sind die Teil­ kerne 8 bzw. die Teilkernhälften 9, 10 aus dem gleichen Ferritmaterial auf­ gebaut. Die Mittelschenkel 6 der Kernhälften 4, 5 liegen über die Gesamt­ kernbreite B einander an und werden von den Wicklungen 3 umgriffen.

In Fig. 1 sind der Übersichtlichkeit halber nur zwei Wicklungen 3 darge­ stellt. In der Regel werden jedoch mehr als zwei Wicklungen 3 in den Ferrit­ kern 2 eingelegt. Die Wicklungen 3 sind als Leiterbildwicklungen 13 ausge­ bildet, die auf parallel zur Trennebene 12 neben- bzw. übereinander angeord­ neten Isolierstoffträgern 14 aufgebracht sind. An den Leiterbahnenden 15 sind Kontaktstifte 16 oder Drähte angeschlossen, die der weiteren Verkabe­ lung des Ferrittransformators dienen. Vorteilhafterweise werden abwechselnd primäre und sekundäre Wicklungen 3 eingelegt, wobei gegebenenfalls auch meh­ rere Wicklungen 3 in Reihe geschaltet werden können, um die Windungszahl zu erhöhen. Hierbei kann z. B. zwischen zwei in Reihe geschalteten sekundären Wicklungen 3 eine primäre Wicklung 3 plaziert werden. Die in Fig. 1 zwischen den beiden Wicklungen 3 dargestellte Isolierlage 17 ist bei entsprechender Versiegelung der Wicklungen 3 nicht unbedingt erforderlich.

Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei stark schematisierte Beispiele erfindungsge­ mäßer Ferrittransformatoren 3, bei denen das magnetische Feld zur Erzielung ungerader Übersetzungsverhältnisse verändert wurde. Dies geschieht gemäß Fig. 3 dadurch, daß die Mittelschenkel 6 dreier benachbarter Teilkerne 8 un­ ter Bildung zweier Spalte 18 hinsichtlich ihrer Breite b gekürzt wurden. Hierdurch wurde die Möglichkeit geschaffen, zusätzlich zu den gestrichelt dargestellten Wicklungen 3 eine Zusatzwicklung 20 - strichpunktiert darge­ stellt - einzufügen, die den gekürzten Mittelschenkel 19 umgreift und somit das magnetische Feld in Richtung einer Veränderung des Übersetzungsverhält­ nisses beeinflußt.

Ein ähnlicher Effekt wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 mittels einer anderen Maßnahme hervorgerufen. Bei diesem erfindungsgemäßen Ferrit­ transformator 1 ist ein Teilkern 8 durch zwei Kernteile 21 ersetzt, die le­ diglich zwei Außenschenkel 7, jedoch keine Mittelschenkel 6 aufweisen. Die Kernteile 21 weisen - bis auf den fehlenden Mittelschenkel - die gleichen Abmessungen wie die Teilkerne 8 auf. Die aneinanderliegenden Außenschenkel 7 der Kernteile 21 bilden zusammen das fehlende Teilstück 22 des Mittelschen­ kels 6. Auf die freien Außenschenkel 7 sind - strichpunktiert dargestellte - Zusatzwicklungen 20 aufgesetzt, die das magnetische Feld zwecks Verschiebung des Übersetzungsverhältnisses verändern.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 gleicht vom Aufbau her demjenigen nach Fig. 4. Da hier jedoch der Teilkern 8 durch zwei gleichartige Teilkerne 8 mit Mittelschenkel 6 ersetzt wurde, ergibt sich eine andere Wirkungsweise. Dieses Ausführungsbeispiel erlaubt die magnetische Integration der ein und/ oder ausgangsseitigen Drosseln 23, 24 (strichpunktiert dargestellt) in den Ferrittransformator 1.

Bezugszeichenliste

 1 Ferrittransformator
 2 Ferritkern
 3 Wicklungen
 4 Kernhälfte, oben
 5 Kernhälfte, unten
 6 Mittelschenkel
 7 Außenschenkel
 8 Teilkerne
 9 Teilkernhälfte, oben
10 Teilkernhälfte, unten
11 Flächen
12 Trennebene
13 Leiterbildwicklung
14 Isolierstoffträger
15 Leiterbahnenden
16 Kontaktstifte
17 Isolierlage
18 Spalte
19 Mittelschenkel, kurz
20 Zusatzwicklung
21 Kernteile
22 Teilstück
23 Drossel, eingangsseitig
24 Drossel, ausgangsseitig

Claims (19)

1. Ferrittransformator mit mindestens einer primären und einer sekundären Wicklung sowie einem Ferritkern in E-E- bzw. E-I-Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritkern (2) zumindest zwei nebeneinander angeordnete Teilkerne (8) aufweist, deren Mittelschenkel (6) von minde­ stens einer gemeinsamen primären Wicklung (3) und mindestens einer gemeinsamen sekundären Wicklung (3) umgriffen werden.

2. Ferrittransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nebeneinander angeordneten Teilkerne (8) miteinander verklebt sind.

3. Ferrittransformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nebeneinander angeordneten Teilkerne (8) jeweils die gleiche Breite (b) aufweisen.

4. Ferrittransformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Teilkerne (8) unterschiedlicher Breite (b) kombinierbar sind.

5. Ferrittransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die nebeneinander angeordneten Teilkerne (8) aus dem glei­ chen Ferritmaterial aufgebaut sind.

6. Ferrittransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Teilkerne (8) mit unterschiedlichen Materialkonstanten kombinierbar sind.

7. Ferrittransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der/die Mittelschenkel (6) zumindest eines Teilkernes (8) unter Bildung des Luftspaltes hinsichtlich seiner/ihrer Länge (l) ver­ kürzt ausgebildet ist/sind.

8. Ferrittransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der/die Mittelschenkel (6) eines oder mehrerer Teilkerne (8) unter Bildung eines Spaltes (18) zwischen benachbarten Mittelschen­ keln (6) hinsichtlich ihrer Breite (b) ein- oder beidseitig verkürzt ausgebildet sind.

9. Ferrittransformator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (18) der Aufnahme einer Zusatzwicklung (20) dient, die nur einen Teil (19) der Mittelschenkel (6) der Teilkerne (8) umschließt.

10. Ferrittransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest ein Teilkern (8) durch zwei Kernteile (21) ohne Mittelschenkel (6) ersetzt ist, wobei die beiden aneinander anliegenden Außenschenkel (7) dieser Kernteile (21) zusammen den Mittelschenkel (6) bilden.

11. Ferrittransformator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschenkel (7) eines Kernteiles (21) den gleichen Abstand zueinander aufweisen wie die Außenschenkel (7) der Teilkerne (8).

12. Ferrittransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest ein Teilkern (8) durch zwei derart angeordnete Teilkerne (8) ersetzt wird, daß ihre aneinander anliegenden Außenschen­ kel (7) zusammen den Mittelschenkel (6) bilden.

13. Ferrittransformator nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest einer der freien Außenschenkel (7) eine Zusatz­ wicklung (20), vorzugsweise eine Drossel (23; 24) aufnimmt.

14. Ferrittransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die einzelnen Wicklungen (3) parallel zur Trennebene (12) des Ferritkerns (2) nebeneinander angeordnet sind.

15. Ferrittransformator nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Wicklungen (3), die als Leiterbildwicklungen (13) auf plattenartigen Isolierstoff­ trägern (14) ausgebildet sind.

16. Ferrittransformator nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Wicklungen (3), deren Windungen als etwa u- oder c-förmige Stanzteile ausgebildet sind.

17. Ferrittransformator nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Wicklungen (3), deren Windungen spiralförmig in einen Isolierkörper eingegossen sind.

18. Ferrittransformator nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß abwechselnd primäre und sekundäre Wicklungen (3) in den Ferritkern (2) eingelegt sind.

19. Ferrittransformator nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei oder mehr Wicklungen (3) oder Windungen in Reihe geschaltet sind.