DE4320714A1 - Dioden-Split-Hochspannungstransformator - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Dioden-Split-Hochspannungs­ transformator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Transformator enthält im allgemeinen einen Ferrit­ kern, der aus zwei E-förmigen Kernhälften je mit einem Mittel­ schenkel mit rundem Querschnitt und zwei Außenschenkeln mit rechteckigem Querschnitt besteht. Die beiden Kernhälften sind unter Bildung eines definierten Luftspaltes zusammengesetzt und werden durch eine die Kernhälften umgebende Klammer oder durch Verklebung miteinander verbunden. Auf dem runden Mittelschenkel befindet sich der Spulenkörper, der in der Regel Hilfswicklun­ gen, darüber die Primärwicklung und darüber die Hochspannungs­ wicklung trägt, die vorzugsweise als Kammerwicklung ausgebildet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kosten und Gewicht ei­ nes derartigen Hochspannungstransformators ohne Beeinflussung seiner elektromagnetischen Eigenschaften zu verringern. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein einteiliger Ferritkern, bei dem also kein definierter enger Luftspalt zwischen zusammengesetzten Kernschenkeln gebildet ist, hat eine relativ großen wirksamen Luftspalt und scheint daher zunächst für den Hochspannungstransformator für einen Fernsehempfänger nachteilig oder nicht geeignet. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei entsprechender geometrischer Bemessung des Kernes und des Spulenkörpers die gestellten Anforderungen erfüllt werden können. Diese besondere Bemessung besteht darin, daß das Verhältnis der axialen Länge des Spulenkörpers zum äußeren Durchmesser im Gegensatz zu bekannten Transformatoren deutlich kleiner als 1 bemessen wird. Dadurch wird erreicht, daß der Spulenkörper auf dem Kernschenkel nur eine möglichst geringe axiale Länge einnimmt. Das ist vorteilhaft, weil wegen des großen Luftspaltes die Kernwirkung, und zwar die Induktivität einer bestimmten Wicklung auf dem Kern, zum offenen Ende des Kernschenkels stark abnimmt. Eine ausreichende Annäherung an die optimalen Verhältnisse bei einem geschlossenen Kern wird dadurch erreicht, daß einerseits der den Spulenkörper tragende Mittelschenkel nennenswert länger ist als die axiale Länge des auf dem Kernschenkel angeordneten Spulenkörpers, die Länge der außerhalb des Spulenkörpers liegenden Kernschenkel ebenfalls nennenswert größer ist als die axiale Länge des Spulenkörpers und gegebenenfalls die Länge des den Spulenkörper tragenden Mittelschenkels ebenfalls nennenswert größer ist als die Länge der außerhalb des Spulenkörpers liegenden Kernschenkel.

Der erfindungsgemäße Hochspannungstransformator mit einem einteiligen, offenen Kern hat mehrere Vorteile. Da kein defi­ nierter kleiner Luftspalt zwischen zwei zusammenstoßenden Kernschenkeln gebildet wird, ist ein besonderer Schliff bestimm­ ter Flächen des Kerns nicht mehr erforderlich. Wegen der einteiligen Ausführung sind auch keine Mittel zum Zusammenhalten von zwei Kernhälften notwendig, wie z. B. eine die Kernhälften zusammenhaltende Feder oder Klammer oder ein Klebevorgang. Das Gewicht des Kernes und damit des gesamten Hochspannungstransfor­ mators kann um 15-25% verringert werden. Trotz des an sich fehlenden kleinen Luftspaltes zwischen den zusammenstoßenden En­ den von zwei Kernschenkeln kann durch geeignete Bemessung zwischen den Kernschenkeln ein Luftspalt gebildet werden, der magnetisch, also für die erforderlichen Eigenschaften des Transformators genügend klein, jedoch mechanisch für die Aufbringung des Spulenkörpers genügend groß ist. Messungen haben ergeben, daß das magnetische Streufeld an der Außenseite des Transformators gegenüber bekannten Transformatoren wesentlich geringer ist. Der Transformator hat keinen seitlichen Luftspalt, der in benachbarten Metallteilen wie Kühlblechen Wirbelströme und damit Verlustwärme erzeugen kann. Es kann außerdem ein billigeres Ferritmaterial verwendet werden, beruhend auf der Tatsache des wesentlich größeren Luftspaltes als bei bekannten Transformatoren. Durch die einteilige Ausführung des Ferritkerns ergeben sich weitere Vorteile beim Einkauf, der Lagerung und dem Behandeln des Kerns bei der Herstellung des Hochspannungstransformators.

Für die Ausführung des Kernes gibt es verschiedenen Möglichkei­ ten. Vorzugsweise ist der einteilige, offene Kern als E-Kern ausgebildet. Er kann auch als U-Kern oder Topfkern ausgebildet sein. Ebenso können Kernformen verwendet werden, die einen Mittelschenkel mit rundem Querschnitt zur Aufnahme des Spulenkörpers und auf einem Kreisbogen darum mehrere, z. B. drei um 120° gegeneinander versetzte oder vier um 90° gegeneinander versetzte Kernschenkel aufweisen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Hochspannungstrans­ formator,

Fig. 2 eine Teilansicht von Fig. 1 mit einer Weiterbildung der Erfindung und

Fig. 3-7 verschiedene zur Realisierung der Erfindung geeignete Formen für den Ferritkern.

Fig. 1 zeigt den Ferritkern K mit dem Basisschenkel 20 und den beiden parallelen Außenschenkeln 15, 16 jeweils mit rechteckigem Querschnitt sowie den Mittelschenkel 1 mit rundem Querschnitt. Auf dem Mittelschenkel 1 ist der gesamte Spulenkörper angeordnet. Dieser enthält den inneren Spulenkörper 2, auf dem zunächst durch Rippen 18 getrennte Zusatzwicklungen 19 z. B. für die Heizung der Bildröhre, für Betriebsspannungen oder Impulse gewickelt sind. Über den Zusatzwicklungen 19 liegt eine Hülse 17, die einen glatten Wickelgrund für die darauf gewickelte Pri­ märwicklung 3 bildet. Über dem Spulenkörper 2 liegt der Kammer­ spulenkörper 4 mit der Hochspannungswicklung 6.

Die Länge des Mittelschenkels 1 ist um etwa 40 bis 50% größer als die Länge L des Spulenkörpers 2, 4. Außerdem ist die Länge des Mittelschenkels 1 etwa 10 bis 20% größer als die Länge der Außenschenkel 15, 16. Des weiteren ist das Verhältnis aus der Länge L des Spulenkörpers zu dem Durchmesser D des gesamten Spulenkörpers deutlich kleiner als 1 bemessen, in der Praxis etwa zwischen 0,6 und 0,9.

Der Hochspannungstransformator gemäß Fig. 1 mit einem einteiligen Ferritkern hat zwar keinen definierten kleinen, durch zwei zusammenstoßende Kernhälften gebildeten Luftspalt, sondern einen wesentlich größeren magnetisch wirksamen Luftspalt zwischen dem Mittelschenkel 1 und den Außenschenkeln 15, 16. Es hat sich je­ doch gezeigt, daß durch die beschriebene Bemessung des Mittelschenkels 1, der Außenschenkel 15, 16 und der Abmessungen des Spulenkörpers 2, 4 die gewünschten magnetischen Eigenschaften erreicht werden können. In der Wirkungsweise sind in dem Transformator gemäß Fig. 1 zwei wirksame Luftspalte parallel geschaltet, nämlich einmal der Luftspalt zwischen dem Außenschenkel 15 und dem Mittelschenkel 1 und zum anderen zwischen dem Außenschenkel 16 und dem Mittelschenkel 1. Durch die beschriebene Bemessung läßt sich erreichen, daß der zwischen den Schenkeln 1, 15, 16 gebildete wirksame Luftspalt magnetisch genügend klein ist für die Erzielung der benötigten Magnetisierungskennlinie des Transformators, andererseits aber mechanisch genügend groß ist, um den Spulenkörper auf den Mit­ telschenkel 1 aufsetzen zu können.

Wegen der offenen Enden der Kernschenkel 1, 15, 16 nimmt die In­ duktivität einer auf dem Mittelschenkel 1 angeordnete Wicklung in Richtung zum offenen Kernende stark ab. Wenn diese Induktivität z. B. in Fig. 1 am Übergang zwischen dem Mittel­ schenkel 1 und dem Basisschenkel 20 mit 100% angenommen wird, würde diese Induktivität am oberen Ende des Spulenkörpers nur noch 40% betragen. Diese Tatsache, die mit der Abnahme des ma­ gnetischen Flusses durch den Mittelschenkel 1 zu dessen Ende hin erklärt werden kann, läßt sich vorteilhaft folgendermaßen ausnutzen. In der Praxis werden von einem derartigen Transforma­ tor Spannungen in der Größenordnung von 5 Volt abgenommen, z. B. für die Heizung der Bildröhre. Für eine derartig geringe Spannung sind nur wenige Windungen notwendig. Da immer nur eine ganz Windungszahl realisiert werden kann, läßt sich die ge­ wünschte Spannung manchmal nicht genau einhalten. Ein genauer Abgleich der Spannung kann nun dadurch erreicht werden, daß die Wicklung auf den Kern in Achsrichtung verschoben wird. Wegen der Abnahme des magnetischen Flusses nimmt dann die in der Wicklung induzierte Spannung zum offenen Ende des Kernschenkels 1 hin ab. Durch axiale Verschiebung der Wicklung auf dem Kern 1 oder durch unterschiedlichen Lagen von Teilwicklungen auf dem Kern 1 kann dann eine Wicklung realisiert werden, die genau die gewünschte Spannung abgibt.

Fig. 2 zeigt eine derartige Ausbildung. Auf dem Spulenkörper 2 sind zwischen den Rippen 18 verschiedene Teilwicklungen 19a- 19b in unterschiedlicher axialer Lage angeordnet. Durch eine derartige Aufteilung der gesamten Wicklung und unterschiedliche Axiallage auf dem Kern 1 läßt sich eine Gesamtwicklung mit der jeweils gewünschten Spannung realisieren. Bei jeweils gleicher Windungszahl hat die Teilwicklung 19a eine wesentlich geringere Induktivität und damit auch geringe induzierte Spannung als die Wicklung 19b am Grund des Schenkels 1.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Kernform. Der Kern ist im Prinzip so aufgebaut wie in Fig. 1, enthält jedoch drei um 120° gegeneinander versetzte Außenschenkel 15, die auf dem nunmehr rund ausgebildeten Basisschenkel 20 angeordnet sind. Zwischen dem Mittelschenkel 1 und den drei Außenschenkeln 15 ist wieder der Spulenkörper 2, 4 eingefügt.

In Fig. 4 sind auf dem wiederum runden Basisschenkel 20 der Mittelschenkel 1 mit rundem Querschnitt und vier um 90° gegen­ einander versetzte Außenschenkel 15 je mit rechteckigen Querschnitt angeordnet.

In Fig. 5 ist der Kern als Topfkern ausgebildet. Der Außenschen­ kel 15a umgibt dann ringförmig den Mittelschenkel 1 und bildet mit diesem die topförmige Aussparung zur Aufnahme des Spulenkörpers 2, 4.

Fig. 6 zeigt eine weitere Form des Kernes ohne Spulenkörper. Die Kernschenkel 15b haben an ihrer dem Schenkel 1 zugewandten Seite eine Abrundung mit einem solchen Radius, daß der Abstand zwischen den Schenkeln 1 und dem Schenkel 15b gleich ist und eine optimale Abschirmung erreicht wird. Außerdem ist der die Schenkel 1, 15b verbindende Basisschenkel 20a schmaler ausgebildet als die Schenkel 1 und 15b, hat also gewissermaßen eine Einschnürung. Dadurch kann Material eingespart und der wirksame Kernquerschnitt besser dem wirksamen magnetischen Fluß angepaßt werden. Wenn der Querschnitt des Schenkels 1 mit 100% angenommen wird, haben die Schenkel 15b und 20a einen Querschnitt von etwa 50%. Durch diese Ausbildung läßt sich außerdem eine Verlängerung der Kennlinie erreichen, die die Abhängigkeit der Induktivität der auf dem Schenkel angeordneten Wicklung von dem die Wicklung durchfließenden Strom darstellt.

Fig. 7 zeigt eine Abwandlung des Kernes nach Fig. 6, bei der le­ diglich die Schenkel 15c ohne die Abrundung, also im Querschnitt quaderförmig ausgebildet sind.

Durch die geschilderte Abnahme der gebildeten Induktivität zum offenen Ende des Kernschenkels 1 hin kann es vorkommen, daß zwei Wicklungen, die mit zwei oder mehr parallelen Drähten gewickelt sind, durch die unterschiedliche axiale Lage der Windungen unterschiedliche Induktivitäten haben. Dadurch können uner­ wünschte Ausgleichströme zwischen den beiden Wicklungen entste­ hen. Dieses läßt sich dadurch praktisch beseitigen, daß für diese Drähte ein sogenannter leicht verseilter Draht verwendet wird. Das ist ein litzen ähnlicher Draht, der aus etwa 3-5 Drähten mit einem relativ großen Schlag von etwa 50 mm besteht. Ein derartiger leicht verseilter Litzendraht ist wesentlich bil­ liger als eine echte Litze. Es hat sich gezeigt, daß bei einer Wicklung mit drei parallelen Drähten nebeneinander die unter­ schiedlichen Induktivitäten der durch die drei Drähte gebildeten Wicklungen besser beherrscht werden können. Das gilt insbeson­ dere für die lagenweise gewickelte Primärwicklung 3.

Claims (11)

1. Dioden-Split-Hochspannungstransformator für einen Fernsehemp­ fänger mit einem die Wicklungen tragenden Spulenkörper (2, 4) und einem Kern, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) Das Verhältnis der axialen Länge L des Hochspannungs- Spulenkörpers (4) zum äußeren Durchmesser D ist deutlich kleiner als 1 bemessen.
• b) Der Ferritkern (K) ist als einteiliger Kern mit offenen Enden der Kernschenkel (1, 15, 16) ausgebildet.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritkern (K) als E-Kern ausgebildet ist.

3. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritkern (K) als Topfkern ausgebildet ist.

4. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern einen den Spulenkörper (2, 4) tragenden Mittelschen­ kel (1) mit rundem Querschnitt und um diesen herum in ver­ schiedenen Winkelpositionen mehrerer Außenschenkel (15) aufweist.

5. Transformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den Mittelschenkel (1) und zwei diametral gegenüberlie­ gende Außenschenkel (15b) verbindende Basisschenkel (20a) schmaler ausgebildet ist als die Außenschenkel (15b).

6. Transformator nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Länge des den Spulenkörper (2, 4) tragenden Mittelschenkels (1) des Ferritkerns (K) in der Größenordnung von 10-30% größer ist als die Länge der Außenschenkel (15, 16).

7. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des den Spulenkörper tragende Mittel­ schenkels (1) in der Größenordnung von 40-60% größer ist als die axiale Länge des Spulenkörpers.

8. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (3) mit mehreren parallelen Drähten gewickelt ist.

9. Transformator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (3) aus einer leicht verseilten Litze mit einem relativ langem Schlag in der Größenordnung von 50 mm besteht.

10. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklung (19b) sich nur über einen vom offenen Ende des Kernschenkels (1) abgewandten Teil der axialen Länge des Spulenkörpers erstreckt.

11. Transformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine bestimmte Induktivität oder Ausgangsspannung einer auf dem Mittelschenkel (1) angeordneten Wicklung (19) durch axiale Verschiebung der Wicklung auf dem Schenkel (1) oder durch Verteilung von Teilwicklungen (19a, 19b) über die axiale Länge des Schenkels (1) eingestellt ist.