DE4240348A1

DE4240348A1 - Step=up transformer for inverter illuminating cold cathode tube, e.g. for background of LCD - has sec. winding wound in several layers from inside outwards on outside of prim. winding for very thin construction

Info

Publication number: DE4240348A1
Application number: DE19924240348
Authority: DE
Inventors: Shigetoshi Sakado Saitama Jp Watanabe; Tomomi Kawagoe Saitama Jp Hiura; Minoru Hino Tokio/Tokyo Jp Nakano; Akira Higashi-Matsuyama Saitama Jp Shinmei
Original assignee: Toko Inc
Current assignee: Toko Inc
Priority date: 1991-12-04
Filing date: 1992-12-01
Publication date: 1993-06-09

Abstract

The transformer includes a coil body (10) made of insulating material, with a cylindrical winding shell (12). A primary winding (30) is provided in the winding shell. A secondary winding (50) is wound on the outside of the primary winding, and is electromagnetically coupled with the primary winding. The secondary winding is wound in several layers from the inside to the outside. In one embodiment the winding width W of secondary winding is greater than its height H. ADVANTAGE - High output, low height with only low copper losses.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kleinen, dünnen Auf spanntransformator, der in einem Inverter zum Beleuchten einer Kaltkathodenröhre verwendet werden kann, die die Rückseite einer Flüssigkristallanzeige oder dergleichen ausleuchtet.The present invention relates to a small, thin up voltage transformer in an inverter to illuminate a Cold cathode tubes can be used covering the back a liquid crystal display or the like.

In der Fig. 1 ist der Aufbau eines herkömmlichen Aufspanntrans formators für Inverter dargestellt. Eine niederspannungssei tige Primärwicklung L1 und eine hochspannungsseitige Sekundär wicklung L2 sind um eine hohle Spule 2 gewickelt, die eine Vielzahl von Flansche 1 in einer Art und Weise aufweist, daß die Wicklungen durch die Flansche 1 voneinander getrennt sind. Die Sekundärwicklung L2, in der eine hohe Spannung erzeugt wird, ist aufgrund der Flansche 1 in einer Vielzahl von Stufen gewickelt, um dadurch die elektrische Spannungsdifferenz zwi schen den benachbarten Drahtabschnitten zu verringern, wodurch ein dielektrischer Durchschlag verhindert wird. In eine Boh rung 3 der Spule 2 sind die mittleren Schenkel 6 und 7 von zwei E-förmigen Kernen 4 und 5 eingeführt, die aneinander anstoßen und in dieser Lage befestigt werden. Die Spule 2 und die Kerne 4 und 5 sind auf einem Isoliersockel (nicht darge stellt) angebracht, in dem Anschlüsse eingebettet sind.In FIG. 1, the structure of a conventional Aufspanntrans formators is shown for the inverter. A low-voltage side primary winding L1 and a high-voltage side secondary winding L2 are wound around a hollow coil 2 having a plurality of flanges 1 in a manner that the windings are separated from each other by the flanges 1 . The secondary winding L2, in which a high voltage is generated, is wound in a plurality of stages due to the flanges 1 , thereby reducing the electrical voltage difference between the adjacent wire portions, thereby preventing dielectric breakdown. In a drilling tion 3 of the coil 2 , the middle legs 6 and 7 of two E-shaped cores 4 and 5 are inserted, which abut each other and are fixed in this position. The coil 2 and the cores 4 and 5 are mounted on an insulating base (not shown), in which connections are embedded.

Ein Transformator dieser Art muß dünn ausgebildet sein, damit er in einem engen Raum in einer Flüssigkristallanzeigevorrich tung angeordnet werden kann. Folglich muß der Querschnitt der Bohrung 3 der Spule 2 eine flache, rechteckige Form haben, damit die Wicklungslänge länger wird als im Vergleich zu einer Bohrung 3, die nicht flach, sondern z. B. ein Quadrat oder ein Kreis ist, was in einem Anstieg des Leitungswiderstands und der Wirkungsverschlechterung resultiert. Bei einem solchen herkömmlichen rechteckigen Transformator liegt die Grenze bei der Reduktion der Dicke bedingt durch den Sockel, der von unten her an der Spule und den Kernen befestigt wird, bei 5 mm. Eine weitere Verringerung der Dicke und eine weitere Vergröße rung der Breite äußert sich in einem übermäßigen Anstieg der Kupferverluste. Außerdem ist der Wickelvorgang ziemlich kompli ziert, da die Sekundärwicklung L2 in einer Vielzahl von Stufen gewickelt werden muß, und die Größe des gesamten Transforma tors wächst an.A transformer of this type must be made thin so that it can be arranged in a narrow space in a liquid crystal display device. Consequently, the cross section of the bore 3 of the coil 2 must have a flat, rectangular shape so that the winding length is longer than in comparison to a bore 3 , which is not flat, but z. B. is a square or a circle, resulting in an increase in line resistance and deterioration in performance. In such a conventional rectangular transformer, the limit in the reduction in thickness due to the base which is attached to the coil and the cores from below is 5 mm. A further reduction in the thickness and a further enlargement of the width manifests itself in an excessive increase in the copper losses. In addition, the winding process is rather complicated because the secondary winding L2 has to be wound in a plurality of stages, and the size of the entire transformer increases.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen sehr leistungsfähigen, niedrigen Aufspanntransformator vorzuse hen, der wenig Kupferverluste hat.It is therefore the object of the present invention, one very powerful, low step-up transformer hen who has little copper loss.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Aufspanntransformator vorgesehen, der folgendes umfaßt: Einen aus einem isolierenden Material gebildeten Spulenkörper mit einer zylinderförmigen Wickelhülse, eine Primärwicklung auf der Wickelhülse, und eine Sekundärwicklung, die auf der Außenseite der Primärwicklung vorgesehen und elektromagnetisch damit gekoppelt ist, wobei die Sekundärwicklung in gegenseitiger Ausrichtung fluchtend in mehreren Lagen von innen nach außen gewickelt ist.According to the present invention is a step-up transformer provided which comprises: one from an insulating Material formed bobbin with a cylindrical Winding tube, a primary winding on the winding tube, and one Secondary winding that is on the outside of the primary winding is provided and is electromagnetically coupled thereto, wherein the secondary winding in mutual alignment is wound several layers from the inside out.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung und ihrer bevorzugten Weiterbildungen werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Further details and features of the present invention and their preferred further developments are as follows explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Dar stellung eines herkömmlichen Transformators, Fig. 1 is an exploded perspective Dar position of a conventional transformer,

Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische, teil weise weggeschnittene Darstellung eines Trans formators nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 is an exploded perspective, partially cutaway view of a Trans formators according to an embodiment of the present invention,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Transformator, Fig. 3 is a plan view of the transformer,

Fig. 4 eine vordere Schnittansicht des Transformators, Fig. 4 is a front sectional view of the transformer,

Fig. 5 eine seitliche Schnittansicht des Transforma tors, Fig. 5 is a side sectional view of the transformers tors,

Fig. 6 eine Unteransicht der Spule des Transformators, Fig. 6 is a bottom view of the coil of the transformer,

Fig. 7 eine Teilunteransicht des Transformators, wobei Kerne daraus entfernt sind, Fig. 7 is a partial bottom view of the transformer, wherein the cores are removed therefrom,

Fig. 8 einen Querschnitt einer Seite der Wicklung, die fluchtend in mehreren Lagen gewickelt ist, Fig. 8 is a cross section of a side of the winding which is wound in alignment in a plurality of layers,

Fig. 9 ein Diagramm, in dem das Verhältnis zwischen der Windungszahl und dem magnetischen Wider stand dargestellt ist, Fig. 9 is a diagram in which the relationship between the number of turns and the magnetic abutment was shown,

Fig. 10 eine Darstellung der Größenbeziehung zwischen den Kernen und den Wicklungen, und Fig. 10 is a representation of the magnitude relationship between the cores and the windings and

Fig. 11 ein Diagramm, in dem die Beziehung zwischen X und P dargestellt ist. Fig. 11 is a diagram showing the relationship between X and P.

In den Fig. 2 bis 5 ist ein Ausführungsbeispiel des Aufspann transformators nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Fig. 2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstel lung, Fig. 3 eine Draufsicht, Fig. 4 eine Schnittansicht von vorne und Fig. 5 eine seitliche Schnittansicht.In Figs. 2 to 5 an exemplary embodiment of the chuck according to the transformer of the present invention. Fig. 2 is an exploded perspective presen- tation, Fig. 3 is a plan view, Fig. 4 is a sectional view from the front and Fig. 5 is a side sectional view.

Ein aus Kunststoff hergestellter Spulenkörper 10 umfaßt einen Sockelabschnitt 11, der eine Vielzahl von Anschlüssen 21, 22, 23 aufweist, die in zwei entgegengesetzten Seitenflächen davon eingebettet sind, sowie eine zylinderförmige Wickelhülse 12, die ausgehend von der Mitte des Sockelabschnitts 11 nach oben ragt. Auf dem oberen Ende der Wickelhülse 12 ist ein Flansch 13 vorgesehen. Die Anschlüsse 22 und die kürzeren Anschlüsse 23, die auf einer Seite des Spulenkörpers 10 vorgesehen sind, sind in Anschlüsse zum Verbinden der verbleiten Drähte einer Sekundärwicklung 50 und in Anschlüsse für externe Verbindungen unterteilt. D.h, jeder Anschluß 22 und jeder kürzere Anschluß 23 bilden ein Paar von Anschlüssen, die in dem Sockelabschnitt 11 miteinander verbunden sind, und weisen einen J-förmigen Aufbau auf.A coil bobbin 10 made of plastic comprises a base section 11 which has a plurality of connections 21 , 22 , 23 which are embedded in two opposite side faces thereof, and a cylindrical winding tube 12 which projects upwards from the center of the base section 11 . A flange 13 is provided on the upper end of the winding tube 12 . The terminals 22 and the shorter terminals 23 , which are provided on one side of the bobbin 10 , are divided into terminals for connecting the lead wires of a secondary winding 50 and into terminals for external connections. That is, each terminal 22 and each shorter terminal 23 form a pair of terminals which are connected to each other in the base portion 11 and have a J-shaped structure.

Wie aus der in Fig. 6 dargestellten Unteransicht der Spule 10 zu erkennen ist, ist ein Schlitz 14, der tief genug ist, um die Wickelhülse 12 zu erreichen, auf der Seite des Sockelab schnitts 11 vorgesehen, in der die Anschlüsse 21 eingebettet sind, und ein Schlitz 15, der flacher als der Schlitz 14 ist, ist auf der Seite des Sockelsabschnitts vorgesehen, in der die Anschlüsse 22 und 23 eingebettet sind. An den inneren Enden der Schlitze 14 und 15 sind vergrößerte Abschnitte 14a und 15a ausgebildet. Auf der Unterseite des Spulenkörpers 10 sind nahe den Füßen der Anschlüsse 21, 22 und 23 kleine Vorsprünge 18 vorgesehen. As can be seen from the bottom view of the coil 10 shown in FIG. 6, a slot 14 which is deep enough to reach the winding tube 12 is provided on the side of the base section 11 in which the connections 21 are embedded, and a slit 15 which is shallower than the slit 14 is provided on the side of the base portion in which the terminals 22 and 23 are embedded. At the inner ends of the slots 14 and 15 enlarged portions 14 a and 15 a are formed. Small projections 18 are provided on the underside of the coil former 10 near the feet of the connections 21 , 22 and 23 .

Wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, ist eine Primärwick lung 30 auf der Niederspannungsseite um die Wickelhülse 12 des Spulenkörpers 10 gewickelt, und auf der Außenseite der Primär wicklung 30 ist eine hochspannungsseitige Sekundärwicklung 50 vorgesehen. In Fig. 4 sind die verbleiten Drähte 31 und 51 der Primär- und Sekundärwicklungen 30 und 50 weggelassen. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, ist die Sekundärwicklung 50 fluchtend in mehreren Lagen von der Innenseite aus nach außen gewickelt, um somit eine Spule zu bilden, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Bei der Sekundärwicklung 50 wird ein sogenannter selbstver schweißender Draht verwendet, der dadurch gebildet wird, daß man einen mit Polyurethan überzogenen Kupferdraht mit einem thermoplastischen Lack oder dergleichen überzieht. Zur Bildung der Sekundärwicklung 50 wird dieses Drahtmaterial in gegensei tiger Ausrichtung fluchtend in mehreren Lagen gewickelt, wäh rend es erwärmt wird oder während ein Lösungsmittel dazugege ben wird, und dann wird es gekühlt oder getrocknet.As shown in FIGS. 4 and 5, a primary winding 30 is wound on the low voltage side around the winding tube 12 of the bobbin 10 , and on the outside of the primary winding 30 , a high voltage side secondary winding 50 is provided. In Fig. 4, the lead wires 31 and 51 of the primary and secondary windings 30 and 50 are omitted. As shown in FIG. 8, the secondary winding 50 is wound in multiple layers in alignment from the inside to the outside, so as to form a coil as shown in FIG. 2. In the secondary winding 50 , a so-called self-welding wire is used, which is formed by coating a copper wire coated with polyurethane with a thermoplastic varnish or the like. To form the secondary winding 50 , this wire material is wound in multiple layers in alignment with one another while being heated or while a solvent is being added, and then it is cooled or dried.

Die verbleiten Drähte 31 der Primärwicklung 30 werden von dem vergrößerten Abschnitt 14a des einen Schlitzes 14 nach außen zu der Unterseite des Spulenkörpers 10 geführt, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist, und werden mit den Anschlüssen 21 verbun den, die in einer Seite der Spule 10 eingebettet sind. Die Bleidrähte 31 sind mit dem vergrößerten Abschnitt 14a in Ein griff und werden darin zurückgehalten, so daß sie, selbst wenn sie stark gezogen werden, wenn sie mit den Anschlüssen 21 verbunden werden, der Sekundärwicklung 50 nicht zu nahe kom men, die eine hohe Spannung aufweist, wodurch ein dielektri scher Durchschlag zwischen den verbleiten Drähten 31 und der Sekundärwicklung 50 verhindert wird.The leaded wires 31 of the primary winding 30 are guided from the enlarged portion 14 a of a slot 14 to the outside to the bottom of the bobbin 10 , as shown in Fig. 7, and are connected to the terminals 21 , the one side the coil 10 are embedded. The lead wires 31 are with the enlarged portion 14 a in a handle and are retained therein, so that even if they are pulled hard when they are connected to the terminals 21 , the secondary winding 50 does not come too close, which is high Has voltage, whereby a dielectric breakdown between the leaded wires 31 and the secondary winding 50 is prevented.

Zusätzlich zu der Primärwicklung 30 kann in dem inneren Ab schnitt des Spulenkörpers 10 eine Rückkopplungswicklung oder dergleichen vorgesehen sein, auf die die Primärwicklung 30 gewickelt ist, oder eine Abgriffstelle kann halb entnommen werden. In diesem Fall werden vier bis sechs verbleite Drähte radial nach außen ausgehend von dem vergrößerten Abschnitt 14a des Schlitzes 14 in Richtung auf jeden Anschluß 21 geführt.In addition to the primary winding 30 , a feedback winding or the like can be provided in the inner section of the coil body 10 , on which the primary winding 30 is wound, or a tap can be removed halfway. In this case, four to six lead wires are guided radially outward from the enlarged portion 14 a of the slot 14 towards each terminal 21 .

Die verbleiten Drähte 51 der Sekundärwicklung 50 werden nach außen zu der Unterseite des Spulenkörpers 10 durch den Schlitz 15 geführt und mit den Anschlüssen 23 verbunden, die in der anderen Seitenfläche des Spulenkörpers eingebettet sind. Von den beiden verbleiten Drähten 51 wird der verbleite Draht 51a an der Ausgangsseite der Wicklung durch den vergrößerten Ab schnitt 15a des Schlitzes 15 nach außen geführt, der nahe der inneren Umfangsfläche 55 der Sekundärwicklung 50 vorgesehen ist, und zwar derart, daß er mit einem Vorsprung 18 in Ein griff kommt und auf einen der Anschlüsse 23 gewickelt und durch Löten, Schweißen oder dergleichen damit verbunden wird. Aufgrund des Eingriffs mit dem vergrößerten Abschnitt 15a geht der verbleite Draht 51a durch den Schlitz 15 in Richtung auf die Seite der Sekundärwicklung 50, selbst wenn während des Verbindens mit dem Anschluß 23 stark daran gezogen wird, wo durch ein dielektrischer Durchschlag verhindert wird. Die Schlitze 14 und 15 sind mit einem isolierenden Klebstoff einer Epoxidharzart (nicht dargestellt) gefüllt. Der verbleite Draht 51 auf der Hochspannungsseite, der sich von dem Schlitz 15 zu dem anderen Anschluß 23 erstreckt, ist ebenfalls mit einem (nicht dargestellten) Klebstoff überzogen.The leaded wires 51 of the secondary winding 50 are led out to the underside of the bobbin 10 through the slot 15 and connected to the terminals 23 which are embedded in the other side surface of the bobbin. Of the two leaded wires 51 , the lead wire 51 a on the output side of the winding through the enlarged section 15 a of the slot 15 is guided to the outside, which is provided near the inner peripheral surface 55 of the secondary winding 50 , in such a way that it with a projection 18 comes in a grip and is wound on one of the terminals 23 and connected to it by soldering, welding or the like. Due to the engagement with the enlarged portion 15 a, the remaining wire 51 a goes through the slot 15 towards the side of the secondary winding 50 , even if it is pulled strongly during the connection to the terminal 23 , where it is prevented by dielectric breakdown. The slots 14 and 15 are filled with an insulating adhesive of an epoxy type (not shown). The remaining wire 51 on the high voltage side, which extends from the slot 15 to the other terminal 23 , is also covered with an adhesive (not shown).

Mit dem Bezugszeichen 40 ist eine im wesentlichen ringförmige Abdeckung bezeichnet, die aus einem isolierenden Material hergestellt ist und auf ihrer unteren Seite eine Nut 41 (Fig. 2), die die äußere Wicklung 50 aufnehmen kann, und in der Mitte ein Durchgangsloch 45 aufweist. Auf der Oberseite der Abdeckung 40 sind zwei Durchgangslöcher 42 ausgebildet, die mit der Nut 41 in Verbindung stehen. Die Sekundärwicklung 50 ist in der Nut 41 der Abdeckung 40 untergebracht und in dieser Lage an dem Sockelabschnitt 11 des Spulenkörpers 10 ange bracht.The reference numeral 40 designates a substantially ring-shaped cover which is made of an insulating material and has a groove 41 on its lower side ( FIG. 2) which can accommodate the outer winding 50 and has a through hole 45 in the middle. On the top of the cover 40 , two through holes 42 are formed which communicate with the groove 41 . The secondary winding 50 is housed in the groove 41 of the cover 40 and in this position on the base portion 11 of the bobbin 10 is introduced .

Die Sekundärwicklung 50 kann in der folgenden Art und Weise einfach in den Spulenkörper 10 eingebaut werden: Die Sekundär wicklung 50, die vorher zu einer Spule aufgewickelt worden ist, wird zuerst in die Nut 41 der umgedrehten Abdeckung 40 gelegt, und dann wird der Spulenkörper 10, auf den die Primär wicklung 30 aufgewickelt worden ist, umgedreht, und die Primär wicklung 30 wird in das Durchgangsloch 45 eingeführt. Der zwischen der Unterseite 43 der Abdeckung 40 und dem Sockel 11 gebildete Raum wird durch einen isolierenden Klebstoff (nicht dargestellt) abgedichtet, der durch die Durchgangslöcher 42 eingegeben wird.The secondary winding 50 can be easily installed in the bobbin 10 in the following manner: The secondary winding 50 , which has previously been wound into a bobbin, is first placed in the groove 41 of the inverted cover 40 , and then the bobbin 10 , on which the primary winding 30 has been wound upside down, and the primary winding 30 is inserted into the through hole 45 . The space formed between the bottom 43 of the cover 40 and the base 11 is sealed by an insulating adhesive (not shown) that is input through the through holes 42 .

Wie aus Fig. 5 ersichtlich wird, ist ein oberer Magnetkern 60 als eine flache Platte ausgebildet, wohingegen ein unterer Magnetkern 70 einen E-förmigen Querschnittsaufbau hat. Der untere Magnetkern 70 umfaßt einen flachen Abschnitt 71, äußere Schenkel 72, die einstückig damit an dessen Enden ausgebildet sind, und einen zylinderförmigen mittleren Schenkel 73 der einstückig an dessen Mitte ausgebildet ist. Die oberen und unteren Kerne 60 und 70 stoßen aneinander an und halten somit von oben und von unten her die Spule 10 zwischen sich, wodurch ein geschlossener Magnetkreis gebildet wird. Die beiden äuße ren Schenkel 72 sind auf einander entgegengesetzten Seiten der Spule 10 angeordnet, an denen keine Anschlüsse vorgesehen sind, und der mittlere Schenkel 73 wird in den hohlen Ab schnitt der Wickelhülse 12 eingeführt, wodurch die Kerne 60 und 70 mit der Spule 10 zusammengebracht werden. 5 as can be seen from Fig., An upper magnetic core 60 is formed as a flat plate, whereas a lower magnetic core 70 has an E-shaped cross-sectional configuration. The lower magnetic core 70 includes a flat portion 71 , outer legs 72 formed integrally therewith at the ends thereof, and a cylindrical middle leg 73 formed integrally at the center thereof. The upper and lower cores 60 and 70 abut each other and thus hold the coil 10 between them from above and below, thereby forming a closed magnetic circuit. The two outer legs 72 are arranged on opposite sides of the coil 10 , on which no connections are provided, and the middle leg 73 is cut into the hollow from the winding tube 12 , whereby the cores 60 and 70 are brought together with the coil 10 will.

Obwohl dies in den Zeichnungen weggelassen worden ist, kann zwischen dem Kern 60 und dem mittleren Schenkel 73 oder zwi schen dem Kern 60 und dem mittleren Schenkel 73 und den äuße ren Schenkeln 72 ein Plastikfilm oder ein Spalt vorgesehen werden. Dadurch erhält man eine Struktur, die gegenüber der magnetischen Sättigung resistenter ist.Although this has been omitted from the drawings, a plastic film or gap may be provided between the core 60 and the middle leg 73 or between the core 60 and the middle leg 73 and the outer legs 72 . This gives a structure that is more resistant to magnetic saturation.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist auf der Unterseite der Spule 10 eine Ausnehmung 17 gebildet, die zwischen den dickwandigen Abschnitten 16 auf beiden Seiten abgegrenzt ist. Der flache Abschnitt 71 des unteren Kerns 70 wird in diese Ausnehmung 17 eingepaßt.As shown in FIG. 6, a recess 17 is formed on the underside of the coil 10 and is delimited between the thick-walled sections 16 on both sides. The flat portion 71 of the lower core 70 is fitted in this recess 17 .

Wenn das Drahtmaterial 8 wie in Fig. 8 gezeigt in der Pfeil richtung in mehreren Lagen gewickelt wird, befindet sich der Wicklungsanfangsabschnitt jeder Lage nahe dem Wicklungsend abschnitt der nächsten Lage. Aber selbst wenn bei dem oben beschriebenen Transformatoraufbau die an beide Enden der Sekun därwicklung 50 angelegte Spannung 2 kV beträgt, ist die quer darüber angelegte Spannung 2000/20 V d. h. 100 V, wenn die Sekun därwicklung 50 z. B. in 40 Lagen gewickelt ist, so daß, wie dies bei dem herkömmlichen Beispiel der Fall ist, bei dem die Sekundärwicklung L2 aufgrund der Flansche in einer Vielzahl von Stufen gewickelt ist, die elektrische Spannung zwischen den benachbarten Drahtmaterialabschnitten niedrig ist, wodurch ein dielektrischer Durchschlag verhindert wird. Bei einigen Aufspanntransformatoren für Inverter kann die Spannung auf der Sekundärwicklungsseite z. B. nur 1000 V oder sogar weniger betra gen. Aber zur Vermeidung eines dielektrischen Durchschlags ist es vorteilhaft, wenn die Höhe H der Sekundärwicklung 50 so klein wie möglich und die Wicklungsbreite W so groß wie mög lich ausgelegt werden. Es ist auf jeden Fall wünschenswert, daß die Wicklungsbreite W der Sekundärwicklung 50 größer als die Höhe H ist.When the wire material 8 is wound in several layers in the arrow direction as shown in Fig. 8, the winding start portion of each layer is close to the winding end portion of the next layer. But even if in the transformer structure described above, the voltage applied to both ends of the secondary winding 50 is 2 kV, the voltage across it is 2000/20 V ie 100 V when the secondary winding 50 z. B. is wound in 40 layers so that, as is the case with the conventional example in which the secondary winding L2 is wound in a plurality of stages due to the flanges, the electric voltage between the adjacent wire material portions is low, thereby making a dielectric Breakdown is prevented. In some step-up transformers for inverters, the voltage on the secondary winding side can e.g. B. only 1000 V or even less. But to avoid dielectric breakdown, it is advantageous if the height H of the secondary winding 50 is as small as possible and the winding width W is designed as large as possible. In any case, it is desirable that the winding width W of the secondary winding 50 is larger than the height H.

Es ist auch möglich, daß die beiden Kerne E-förmige Kerne der gleichen Konfiguration sind, wobei deren mittleren Schenkel innerhalb der Wickelhülse 12 der Spule 10 aneinander anstoßen.It is also possible for the two cores to be E-shaped cores of the same configuration, the middle legs of which abut one another within the winding tube 12 of the coil 10 .

Im folgenden wird eine Bedingung zur Erhaltung einer gewünsch ten Induktivität Lo und eines Sättigungsstroms Io in einem Induktanzelement betrachtet. Angenommen, die Windungszahl der Spule ist N und deren magnetische Reluktanz ist R, dann kann die Induktivität als N²/R ausgedrückt werden, so daßA condition for maintaining a desired inductance Lo and a saturation current Io in an inductance element is considered below. Assuming the number of turns of the coil is N and its magnetic reluctance is R, then the inductance can be expressed as N ² / R, so that

R N²/Lo (1).R N² / Lo (1).

Angenommen, die Querschnittsfläche des Magnetkreises mit einer einheitlichen Querschnittsfläche ist S, und die Sättigungsma gnetflußdichte davon ist Bm, kann der Sättigungsstrom mit BmSR/N ausgedrückt werden, so daßAssume the cross-sectional area of the magnetic circuit with a uniform cross-sectional area is S, and the saturation measure The net flux density of which is Bm, the saturation current can also BmSR / N can be expressed so that

R Io N/BmS (2)R Io N / BmS (2)

D.h., hinsichtlich der Induktivität Lo ist es notwendig, daß der magnetische Widerstand R klein ist, und hinsichtlich des Sättigungsstroms Io ist es notwendig, daß der magnetische Widerstand R groß ist.That is, with regard to the inductance Lo, it is necessary that the magnetic resistance R is small, and in terms of Saturation current Io it is necessary that the magnetic Resistance R is large.

Die Beziehung zwischen den Formeln (1) und (2) ist in Fig. 9 wiedergegeben, in der die horizontale Achse die Windungszahl N und die vertikale Achse den magnetischen Widerstand R dar stellt. In dem Diagramm stellt die schraffierte Fläche den Bereich dar, der die Formeln (1) und (2) erfüllt. Wie in Fig. 9 dargestellt ist, sind die Mindestanzahl an Windungen und der geringste magnetische Widerstand, die die notwendigen Charakte ristiken erfüllen, jeweils No und Ro. Angenommen, die Durch schnittslänge des magnetischen Pfads ist 1 und die magnetische Permeabilität der Kerne ist µ, dann kann der magnetische Wider stand R im allgemeinen folgendermaßen ausgedrückt werden: R = 1/µS, so daß, vorausgesetzt, daß die Querschnittsfläche S konstant ist, angenommen werden kann, daß der magnetische Widerstand R proportional zu der Größe des magnetischen Kör pers ist. Demgemäß kann angenommen werden, daß No und Ro den notwendigen Charakteristiken genügen und die Lösungen zur Minimierung der Größe des Induktanzelements bilden. D.h., die optimalen Lösungen für die Windungszahl und den magnetischen Widerstand lauten folgendermaßen:The relationship between formulas (1) and (2) is shown in Fig. 9, in which the horizontal axis represents the number of turns N and the vertical axis represents the magnetic resistance R. In the diagram, the hatched area represents the area that satisfies formulas (1) and (2). As shown in Fig. 9, the minimum number of turns and the lowest magnetic resistance that meet the necessary characteristics are No and Ro, respectively. Suppose the average length of the magnetic path is 1 and the magnetic permeability of the cores is µ, then the magnetic resistance R can generally be expressed as follows: R = 1 / µS, so that, provided that the cross-sectional area S is constant, it can be assumed that the magnetic resistance R is proportional to the size of the magnetic body pers. Accordingly, it can be assumed that No and Ro meet the necessary characteristics and provide solutions to minimize the size of the inductance element. That is, the optimal solutions for the number of turns and the magnetic resistance are as follows:

No = LoIo/BmS (3)No = LoIo / BmS (3)

Ro = LoIo²/(BmS)² (4)Ro = LoIo² / (BmS) ² (4)

Im folgenden werden die Kennwerte eines rechteckigen Transfor mators mit einer Wickelhülse, deren Querschnitt rechteckig ist, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, mit denen eines runden Trans formators verglichen, der eine runde Wickelhülse 12 hat, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Die Kenndaten der beiden Trans formatoren sind wie folgt festgelegt:In the following the characteristics of a rectangular transformer with a winding tube, the cross section of which is rectangular, as shown in FIG. 1, are compared with those of a round transformer, which has a round winding tube 12 , as shown in FIG. 2 . The characteristics of the two transformers are defined as follows:

Primärinduktanz: 200 µH oder mehr
Primärwicklungs-Sättigungsstrom: 1A oder mehr
Primär-/Sekundärwicklungsverhältnis: 1 : 50
Durchmesser des Wicklungsmaterials der Primärwicklung: 0,25 mm⌀
Durchmesser des Wicklungsmaterials der Sekundärwicklung: 0,07 mm⌀
Wicklungshaltespannung: 100 V_P-P oder wenigerPrimary inductance: 200 µH or more
Primary winding saturation current: 1A or more
Primary / secondary winding ratio: 1:50
Diameter of the winding material of the primary winding: 0.25 mm⌀
Diameter of the winding material of the secondary winding: 0.07 mm⌀
Winding holding voltage: 100 V _PP or less

angenommen, die relative magnetische Permeabilität µr des magnetischen Körpers ist 3000, die Sättigungsmagnetflußdichte Bm ist 0,3 T, und der Mindestschnittbereich S des magnetischen Stromkreises ist 15 mm², dann können No und Ro wie folgt aus den Gleichungen (3) und (4) erhalten werden:Assuming the relative magnetic permeability µr of the magnetic body is 3000, the saturation magnetic flux density Bm is 0.3 T, and the minimum sectional area S of the magnetic circuit is 15 mm ² , then No and Ro can be calculated from Equations (3) and (4 ) are obtained:

No = LoIo/BmS
= 200×10^-6×1/(0,3×15×10^-6)
= 45 (Windungen)No = LoIo / BmS
= 200 × 10 ^-6 × 1 / (0.3 × 15 × 10 ^-6 )
= 45 (turns)

Ro = LoIo²/(BmS)²
= 200×10^-6×1²/(0,3×15×10^-6)²
= 9,88 (AT/Wb)Ro = LoIo² / (BmS) ²
= 200 × 10 ^-6 × 1² / (0.3 × 15 × 10 ^-6 ) ²
= 9.88 (AT / Wb)

Da die Primärwicklung 45 Windungen hat und das Windungsverhält nis 1 : 50 ist, weist die Sekundärwicklung somit 2250 Windun gen auf. Indem man den rechteckigen und den runden Transforma tor unter den obigen Bedingungen aufgebaut hatte, erhielt man die folgenden Resultate.Since the primary winding has 45 turns and the turn ratio is 1:50, the secondary winding thus has 2250 winds towards. By using the rectangular and the round transforma gate under the above conditions was obtained the following results.

Tabelle 1 Table 1

Vergleich des rechteckigen und des runden Transformators Comparison of the rectangular and the round transformer

Die Prozentwerte in den Klammern stellen die Relativwerte dar, wenn die entsprechenden Werte des rechteckigen Transformators 100 sind.The percentages in brackets represent the relative values if the corresponding values of the rectangular transformer 100 are.

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich wird, ist der Aufbau des runden Transformators, dessen Drahtmaterial auf eine Wickelhülse mit einem runden Querschnitt gewickelt ist, vorteilhaft darin, daß die Länge des Drahtmaterials im Vergleich zu dem des rechtecki gen Transformators reduziert ist. Somit kann die gleiche Lei stung mit der gleichen Menge an magnetischem Material reali siert werden, wobei Kupferverluste und die Gesamtgröße verrin gert werden. Dies trifft vor allem auf einen Transformator zu, der als ein Inverter-Transformator benutzt wird, in dem ein Resonanzstrom mit einer großen Amplitude von mehreren zehn Kilohertz durch die Primärwicklung fließt, so daß die verrin gerte Menge an Kupfer in der Primärwicklung beträchtlich dazu beiträgt, das Umwandlungsleistungsvermögen des Transformators zu verbessern.As can be seen from Table 1, the structure of the round Transformer, whose wire material on a winding tube with is wound in a round cross section, advantageous in that the length of the wire material compared to that of the rectangle gen transformer is reduced. Thus, the same lei with the same amount of magnetic material reali be reduced, with copper losses and the overall size be tied. This is especially true of a transformer which is used as an inverter transformer in which a Resonance current with a large amplitude of several tens Kilohertz flows through the primary winding, so that the verrin amount of copper in the primary winding considerably contributes to the conversion performance of the transformer to improve.

Fig. 10 zeigt eine vordere Schnittansicht, in der nur die Kerne 60 und 70 sowie die Primär- und Sekundärwicklungen 30 und 50 dargestellt sind. In diesem Fall wird bei einem wie in Fig. 2 gezeigten Transformator eine Bedingung erhalten, die die Summe der Flächen der Querschnitte des mittleren Schenkels 73 und der Primär- und Sekundärwicklungen 30 und 50 minimiert, wie sie entlang einer zu der mittleren Achse C des mittleren Schenkels 73 senkrechten Ebene aufgenommen sind, d. h. eine Bedingung zur Minimierung des Radius Rm des mittleren Schen kels 73 und die Summe der Wicklungsbreiten W1 und W2 der Pri mär- und Sekundärwicklungen, wie sie in Fig. 10 gezeigt sind. Fig. 10 shows a front sectional view, in which only the cores 60 and 70 and the primary and secondary windings 30 and 50 are shown. In this case, in a transformer as shown in Fig. 2, a condition is obtained which minimizes the sum of the areas of the cross sections of the middle leg 73 and the primary and secondary windings 30 and 50 as along one to the middle axis C of the middle Leg 73 vertical plane are included, ie a condition for minimizing the radius Rm of the central leg 73 and the sum of the winding widths W1 and W2 of the primary and secondary windings, as shown in Fig. 10.

In der folgenden Betrachtung ist der Radius des mittleren Schenkels 73 Rm, das Windungsverhältnis der Primärwicklung zu der Sekundärwicklung ist 1 : n, die Dicke des flachen Ab schnitts 71 des Kerns 20 und die Dicke des Kerns 60 sind t, die Tiefe der Spule ist h, der Durchmesser des Drahts der Primärwicklung ist d1, und der Durchmesser des Drahtes der Sekundärwicklung 50 ist d2. Somit ist die Anzahl an Windungen pro Lage der Primärwicklung 30 h/d1, und die Anzahl an Windun gen pro Lage der Sekundärwicklung 50 ist h/d2.In the following consideration, the radius of the middle leg is 73 Rm, the turns ratio of the primary winding to the secondary winding is 1: n, the thickness of the flat section 71 of the core 20 and the thickness of the core 60 are t, the depth of the coil is h , the diameter of the wire of the primary winding is d1, and the diameter of the wire of the secondary winding 50 is d2. Thus, the number of turns per layer of the primary winding is 30 h / d1, and the number of turns per layer of the secondary winding 50 is h / d2.

Demgemäß ist die Anzahl an Lagen, die um die Primärseite ge wickelt sind, No d1/h, und die der zweiten Seite ist nNo d2/h. Die jeweiligen Wicklungsbreiten W1 und W2 können folgenderma ßen ausgedrückt werden:Accordingly, the number of layers around the primary side are wrapped, No d1 / h, and that of the second side is nNo d2 / h. The respective winding widths W1 and W2 can be as follows can be expressed:

W1 = No d1²/h (5)W1 = No d1² / h (5)

W2 = nNo d2²/h (6)W2 = nNo d2² / h (6)

Im folgenden wird ein "Verbindungsabschnitt" betrachtet, der derjenige Teil des flachen Abschnitts 71 des Kerns 70 ist, der sich gleich unter dem mittleren Schenkel 73 befindet und der von einer nach unten gerichteten Ausdehnung des mittleren Schenkels 73 begrenzt bzw. geschnitten wird, d. h. der zylinder förmige Abschnitt des flachen Abschnitts 71, der den gleichen Durchmesser wie der mittlere Schenkel 73 und die gleiche Dicke t wie der flache Abschnitt 71 aufweist. Bei einem kleinen, niedrigen Transformator ist die Minimumschnittfläche S des Magnetkreises im allgemeinen durch diesen Verbindungsabschnitt des Kerns beschränkt. Da die Fläche dieses Kernverbindungsab schnitts nicht größer als die Querschnittsfläche des mittleren Schenkels 73 ist, ergibt sich:In the following, a "connecting section" is considered which is that part of the flat section 71 of the core 70 which is located just below the central leg 73 and which is delimited or cut by a downward extension of the central leg 73 , ie that cylindrical portion of the flat portion 71 , which has the same diameter as the central leg 73 and the same thickness t as the flat portion 71 . In the case of a small, low transformer, the minimum sectional area S of the magnetic circuit is generally limited by this connecting section of the core. Since the area of this core connection section is not larger than the cross-sectional area of the middle leg 73 , the result is:

2πRmT πRm²2πRmT πRm²

Deshalb istTherefore

Rm 2t (7)Rm 2t (7)

Die Fläche S des Verbindungsabschnitts kann folgendermaßen ausgedrückt werden:The area S of the connecting section can be as follows are expressed:

S = 2πRmt (8)S = 2πRmt (8)

Ohne Beachtung des Abstands zwischen den Primär- und Sekundär wicklungen kann die gesamte Querschnittsfläche ΣS einschließ lich der Schnittflächen des mittleren Schenkels 73 und der Wicklungsabschnitte folgendermaßen ausgedrückt werden:Without considering the distance between the primary and secondary windings, the total cross-sectional area ΣS including the cut surfaces of the middle leg 73 and the winding sections can be expressed as follows:

ΣS = π (Rm + W1 + W2)² (9)ΣS = π (Rm + W1 + W2) ² (9)

Die gesamte Querschnittsfläche kann durch Minimierung des in Klammern gesetzten Teils der Gleichung (9), der mit P bezeichnet wird, minimiert werden. Somit istThe total cross-sectional area can be reduced by minimizing the in Parenthesized part of the equation (9), denoted by P. will be minimized. So is

P = Rm + W1 + W2 (10)P = Rm + W1 + W2 (10)

Wenn man W1 und W2 der Gleichungen (5) und (6) in die Gleichung (10) einsetzt, erhält man folgendes:If we compare W1 and W2 of equations (5) and (6) into the equation (10), you get the following:

P = Rm + (d1² + nd2²)/h×NoP = Rm + (d1² + nd2²) / h × No

Somit ergibt sich aus der Gleichung (3)Hence the following results from equation (3)

P = Rm + (d1² + nd2²)/h×(LoIo/BmS)P = Rm + (d1² + nd2²) / h × (LoIo / BmS)

Wenn man S aus der Gleichung (8) in die obere Gleichung einsetzt, ergibt sichIf you insert S from equation (8) into the above equation, surrendered

P = Rm + [(d1² + nd2²)LoIo/2πBmht]×1/RmP = Rm + [(d1² + nd2²) LoIo / 2πBmht] × 1 / Rm

Angenommen, K=(d1² + nd2²)LoIo/2πBmht, dann ergibt sichAssuming K = (d1² + nd2²) LoIo / 2πBmht, we get

P = Rm + K/Rm (11)P = Rm + K / Rm (11)

dP/dRm = 1-K/Rm² (12)dP / dRm = 1-K / Rm² (12)

Demgemäß kann der Wert Rmo des Radius Rm des mittleren Schenkels 73, der P minimiert, folgendermaßen ausgedrückt werden:Accordingly, the value Rmo of the radius Rm of the middle leg 73 that minimizes P can be expressed as follows:

dP/dRm = 0,
Rmo = K^1/2 (13)dP / dRm = 0,
Rmo = K ^1/2 (13)

Aus den Gleichungen (11) und (12) kann der Minimumwert P wie folgt ausgedrückt werden:From equations (11) and (12) the minimum value P can be as can be expressed as follows:

P = K^1/2 + K/K^1/2 = 2K^1/2 (14)P = K ^1/2 + K / K ^1/2 = 2K ^1/2 (14)

Somit ist P am kleinsten, wenn Rm = K^1/2 und W1 + W2 = K^1/2, d. h. wenn Rm = W1 + W2.Thus P is smallest when Rm = K ^1/2 and W1 + W2 = K ^1/2 , ie when Rm = W1 + W2.

Angenommen, der Wert von W1 + W2 = K^1/2 ist konstant und Rm ist x-mal dieser Wert, dann ergibt sich, daßAssuming that the value of W1 + W2 = K ^1/2 is constant and Rm is x times this value, we get that

Rm = X · K^1/2 Rm = XK ^1/2

Wenn man dies in die Gleichung (11) einsetzt, dann ergibt sichIf you put this into equation (11), you get

P = X · K^1/2 + K/X · K^1/2 = X · K^1/2 + K^1/2/XP = XK ^1/2 + K / XK ^1/2 = XK ^1/2 + K ^1/2 / X

Deshalb giltTherefore applies

P = K^1/2(X + 1/X) (15)P = K ^1/2 (X + 1 / X) (15)

Die Beziehung zwischen P und X ist in Fig. 11 graphisch darge stellt. P ist am kleinsten, wenn X = i, und steigt relativ zu X entlang der Kurve von X + 1/X an. Wenn der Wert von P, der für den praktischen Gebrauch verwendet werden kann, von seinem kleinsten Wert bis zu plus 15% reicht, liegt der Wert von X, d. h. das Verhältnis von Rm zu W1 + W2, in einem Bereich von 0,6 bis 1,7.The relationship between P and X is shown graphically in FIG. 11. P is smallest when X = i and increases relative to X along the curve of X + 1 / X. When the value of P that can be used for practical use ranges from its smallest value up to plus 15%, the value of X, that is, the ratio of Rm to W1 + W2, is in a range of 0.6 to 1.7.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann ein Aufspanntransformator konstruiert werden, der niedrig ist und dennoch eine kleine Bodenfläche aufweist, so daß die Länge des verwendeten Drahtmaterials der Wicklungen reduziert werden kann, wodurch die Kupferverluste verringert werden. Außerdem wird der Wickelprozeß vereinfacht, da es nicht notwendig ist, die Sekundärwicklung in einer Vielzahl von Stufen zu wickeln, wodurch eine Verbesserung der Produktivität erreicht wird.In accordance with the present invention, a Step-up transformer that is low and constructed nevertheless has a small floor area, so that the length of the used wire material of the windings can be reduced can, which reduces the copper losses. Furthermore the winding process is simplified since it is not necessary to wind the secondary winding in a multitude of stages, which will improve productivity.

Claims

1. step-up transformer, characterized by : a coil body formed from an insulating material with a cylindrical winding tube, a primary winding provided on the winding tube, and a secondary winding provided on the outside of the primary winding, which is electromagnetically coupled therewith, the secondary winding being aligned in several Layers is wound from the inside out.

2. step-up transformer according to claim 1, characterized records that the winding width W of the secondary winding is greater than their height H.

3. step-up transformer according to claim 2, characterized records that the bobbin a base portion comprises, which is equipped with connections which in embedded two opposite side faces of it are, and that the cylindrical winding tube in essence Lichen starting from the center of the base section protrudes, and that the step-up transformer of the far ren comprises a pair of magnetic cores, of which at least at least one a cylindrical middle leg comprises, which is inserted into the winding tube of the bobbin leads, the leaded wires of the first and second windings with the connections on different Side surfaces of the coil are connected.

4. step-up transformer according to claim 3, characterized indicates that one of the pair of cores has a middle one Has legs and two outer legs, so one To have an E-shaped cross-sectional structure, and that the core other than a flat plate is formed the core pair being connected to the coil former, with the outer legs opposing each other set side surfaces of the bobbin where no connections are provided.

5. step-up transformer according to claim 3, characterized indicates that Rm / (W1 + W2) is equal to or greater than 0.6 and is equal to or less than 1.7, where Rm is the radius of the middle leg, and that W1 and W2, respectively the winding widths are in one direction, each perpendicular to the central axis of the central leg of the primary and secondary windings.