DE4337053A1 - Spule - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spule und insbeson­ dere eine Spule in Form eines Übertragers in laminierter Ausführung, welcher auf einer Schaltungsplatine befestigbar ist.

Es ist bereits eine Spule der laminierten Bauart bekannt, welche einen Wicklungsteil aufweist, innerhalb dessen eine Mehrzahl von Schichten, die jeweils ein Wicklungsmuster ha­ ben, laminiert sind, wobei die auf den Schichten ausgebil­ deten Wicklungsmuster miteinander verbunden sind. Wie dies in Fig. 9 dargestellt ist, wird eine Schicht 1, auf der ein spiralförmiges Wicklungsmuster 2 ausgebildet ist, innerhalb des Wicklungsabschnittes der Spule verwendet. Ein Loch 3 zum Einsetzen eines Kernes ist durch die Schicht 1 gebildet. Das spiralförmige Wicklungsmuster 2 ist um das Loch 3 herum aus­ geführt. Die beiden Enden des Wicklungsmusters 2 sind zu dem außenseitigen Ende und zu dem innenseitigen Ende der Schicht 1 herausgeführt.

Wie dies in Fig. 10 dargestellt ist, ist ein Wicklungsmuster 5 auf der anderen Schicht 4 ausgebildet. Das Wicklungsmuster 2 ist mit dem Wicklungsmuster 5 an den innenseitigen Enden der Schicht 1 und der Schicht 4 verbunden. Daher wird eine Wicklung zwischen den Herausführungsabschnitten gebildet, bei denen die ,Wicklungsmuster zu den außenseitigen Enden der Schichten 1 und 4 herausgeführt sind. Eine andere Wicklung wird durch Wicklungsmuster gebildet, deren Windungszahlen sich von den Windungszahlen der anderen Wicklungsmuster auf den anderen beiden Schichten unterscheiden, wobei diese Wicklungsmuster mit der gleichen Struktur wie die oben be­ schriebenen ausgeführt sind. Ein Übertrager wird durch mag­ netische Kopplung der beiden Wicklungen mittels eines Kernes hergestellt.

Jedoch werden bei der bekannten Spule wenigstens zwei Schichten zum Bilden einer Wicklung benötigt, da die Heraus­ führungsabschnitte zum Verbinden mit der äußeren Schaltung an den außenseitigen Enden der Schichten gebildet sind. Wenn der Übertrager hergestellt wird, steigt die Anzahl der Schichten an, da eine Mehrzahl von Wicklungen benötigt wird. Daher sind die Herstellungskosten der Spule hoch. Ferner er­ weist sich eine Miniaturisierung wie beispielsweise durch Herstellung einer Spule des flachen Types als schwierig.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegen­ den Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Spule zu schaffen, die niedrige Herstellungskosten hat und die eine Miniaturi­ sierung, wie beispielsweise zur Erzeugung einer Spule des flachen Types, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Spule gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Die Erfindung schafft eine Spule, welche einen Wicklungsteil aufweist, der durch Laminieren einer Mehrzahl von Schichten gebildet ist, die jeweils ein Wicklungsmuster haben, und einen Kern aufweist, der in der Mitte der Wicklungsmuster angeordnet ist, wobei die Mehrzahl der Wicklungsmuster je­ weils unterschiedliche Anzahlen von Windungen haben und auf einer der Schichten derart um den Kern herum ausgebildet sind, daß sie koaxial zu diesem in der Wicklungsrichtung an­ geordnet sind.

Da die Mehrzahl der Wicklungsmuster derart ausgebildet sind, daß sie koaxial in der gleichen Wicklungsrichtung ausgebil­ det sind, können Wicklungsmuster, die jeweils unterschied­ liche Anzahlen von Windungen haben, auf einer Schicht aus­ gebildet werden. Da die Mehrzahl von Wicklungsmustern auf einer Schicht ausgebildet sind, können eine Mehrzahl von Wicklungen mit zwei Schichten gebildet werden. Da sich die Mehrzahl von Wicklungen um den Kern herum erstrecken, sind die Wicklungen miteinander magnetisch gekoppelt.

Da erfindungsgemäß die Mehrzahl von Wicklungsmustern auf einer Schicht ausgebildet sind, kann eine Spule mit einer Mehrzahl von Wicklungen mit einer geringen Anzahl von Schichten erhalten werden. Daher kann der Wicklungsteil ver­ glichen mit einer bekannten Spule dünn ausgebildet sein, so daß eine Miniaturisierung der Spule beispielsweise durch Bildung einer Spule des flachen Types ermöglicht wird. Da die Anzahl der Schichten vermindert werden kann, ist es mög­ lich, die Herstellungskosten der Spule zu senken. Da die Mehrzahl von Wicklungen magnetisch mit einem Kern gekoppelt werden können, kann die Spule als Übertrager verwendet wer­ den.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung;

Fig. 2 + 3 Draufsichtdarstellungen von Schichten, die in­ nerhalb eines Wicklungsteiles der Spule gemäß Fig. 1 verwendet werden;

Fig. 4 + 5 Draufsichtdarstellungen weiterer Schichten, die innerhalb eines Wicklungsteiles der Spule gemäß Fig. 1 verwendet werden;

Fig. 6 ein Ersatzschaltbild der Spule, welche die Schichten der Fig. 4 und 5 verwendet;

Fig. 7 eine zur Erläuterung dienende Darstellung der Beziehung zwischen einem Anschluß und einer musterförmigen Elektrode, wenn die Spule auf einer gedruckten Schaltungsplatine befestigt ist;

Fig. 8 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles der er­ findungsgemäßen Spule; und

Fig. 9 + 10 Draufsichtdarstellungen der Schichten, welche bei einer bekannten Spule verwendet werden, die den technologischen Hintergrund der vor­ liegenden Erfindung bildet.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung. Eine Spule 10 enthält einen Wicklungsteil 12. Der Wicklungsteil 12 wird durch Laminieren einer Mehrzahl von Schichten gebildet. Die Schichten werden aus einem Isolationsmaterial, wie bei­ spielsweise Polyimidharz hergestellt. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein Loch 16 zum Einsetzen eines Kernes durch die Schicht 14 gebildet. Auf der Schicht 14 sind ein erstes Wicklungsmuster 18 und ein zweites Wicklungsmuster 20 um das Loch 16 herum vorgesehen. Das erste Wicklungsmuster 18 ist derart ausgestaltet, daß es 2,5 Windungen ausgehend von einem Ende der Schicht 14 hat. Ein Durchgangsloch 22 ist an dem inneren Ende des ersten Wicklungsmuster 18 gebildet. Das zweite Wicklungsmuster 20 ist derart ausgestaltet, daß es eine Windung von einem Ende der Schicht 14 ausgehend auf­ weist. Ein Durchgangsloch 24 ist an dem inneren Ende des zweiten Wicklungsmusters 20 gebildet. Das erste Wicklungs­ muster 18 und das zweite Wicklungsmuster 20 sind um das Loch 16 derartig angeordnet, daß sie sich koaxial in der gleichen Wicklungsrichtung erstrecken.

Eine Mehrzahl von Herausführungsabschnitten 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 26f, 26g, 26h, 26i und 26j sind an den entgegen­ gesetzten Enden der Schicht 14 vorgesehen. Das erste Wick­ lungsmuster 18 ist mit dem Herausführungsabschnitt 26a ver­ bunden, während das zweite Wicklungsmuster 20 mit dem Her­ ausführungsabschnitt 26d verbunden ist. Die anderen Heraus­ führungsabschnitte 26b, 26c, 26e, 26f, 26g, 26h, 26i und 26j sind Blindabschnitte.

Es ist eine weitere Schicht 28 vorbereitet. Wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, erstreckt sich ein Loch 30 zum Einsetzen eines Kernes durch die Schicht 28. Ein drittes Wicklungs­ muster 32 und ein viertes Wicklungsmuster 34 sind um das Loch 30 herum gebildet. Das dritte Wicklungsmuster 32 ist derart ausgestaltet, daß es 2,5 Windungen ausgehend von dem Abschnitt aufweist, der dem Durchgangsloch 22 des ersten Wicklungsmusters 18 entspricht, wobei dieses Wicklungsmuster an einem Ende der Schicht 28 herausgeführt ist. Das vierte Wicklungsmuster 34 ist derart ausgestaltet, daß es eine Win­ dung von dem Abschnitt entsprechend dem Durchgangsloch 24 des zweiten Wicklungsmusters 20 ausgehend aufweist und an einem Ende der Schicht 28 herausgeführt ist. Das dritte Wicklungsmuster 32 und das vierte Wicklungsmuster 34 sind um das Loch 30 herum derart ausgestaltet, daß sich diese Muster koaxial in der gleichen Wicklungsrichtung erstrecken. Eine Mehrzahl von Herausführungsabschnitten 36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f, 36g, 36h, 36i und 36j sind an entgegengesetzten Enden der Schicht 28 vorgesehen. Das dritte Wicklungsmuster 32 ist mit dem Herausführungsabschnitt 36e verbunden, wäh­ rend das vierte Wicklungsmuster 34 mit dem Herausführungs­ abschnitt 36b verbunden ist. Die anderen Herausführungsab­ schnitte 36a, 36c, 36d, 36f, 36g, 36h, 36i und 36j sind Blindabschnitte.

Die beiden Schichten 14 und 28 sind miteinander laminiert. Das erste Wicklungsmuster 28 ist mit dem dritten Wicklungs­ muster 32 über das Durchgangsloch 22 verbunden. Das zweite Wicklungsmuster 20 ist mit dem vierten Wicklungsmuster 34 durch das Durchgangsloch 24 verbunden. Bei dem Zustand des Laminierens der beiden Schichten 14 und 28 werden die Her­ ausführungsabschnitte 26a bis 26j jeweils auf die Heraus­ führungsabschnitte 36a bis 36j aufgelegt, wobei Herausfüh­ rungselektroden 38a, 38b, 38c, 38d, 38e, 38f, 38g, 38h, 38i und 38j gebildet werden. Daher wird innerhalb des Wicklungs­ teiles 12 eine Wicklung mit fünf Windungen zwischen den Herausführungselektroden 38a und 38e gebildet. Ferner wird eine Wicklung mit zwei Windungen zwischen den Herausfüh­ rungselektroden 38b und 38d gebildet.

Der Wicklungsteil 12 wird auf einer Anschlußplatine 40 be­ festigt. Die Anschlußplatine 40 enthält einen Plattenab­ schnitt 42. Ein Loch 44 zum Einsetzen eines Kernes ist in der Mitte des Plattenabschnittes 32 vorgesehen. Anschluß­ halterabschnitte 46 sind an den entgegengesetzten Seiten des Plattenabschnittes 42 gebildet. Der Anschlußhalterabschnitt 46 ist senkrecht zu dem Plattenabschnitt 42 ausgestaltet und an einem entsprechenden Abschnitt des Wicklungsteiles unter­ teilt. Eine Mehrzahl von Anschlüssen 48 sind an unterteilten Abschnitten des Anschlußhalterabschnittes 46 ausgebildet. Die Abschnitte 48 sind mit einer Entfernung voneinander an der Außenseite des Anschlußhalterabschnittes 46 vorgesehen. Daher sind der Anschlußhalterabschnitt 46 und die Anschlüsse 48 abwechselnd mit einer Differenz bezüglich des Niveaus an dem entsprechenden Abschnitt des Wicklungsteiles 12 ange­ ordnet. Die Anschlüsse 48 sind so ausgebildet, daß sie nach außen frei liegen, wobei ferner die oberen Abschnitte der Anschlüsse 48 nach innen frei liegen. Ausnehmungen 50 sind an den beiden Seiten des Plattenabschnittes 42 der Platine 40 vorgesehen. Kerben 52 sind an beiden Seiten der Anschluß­ halterabschnitte 46 vorgesehen.

Das Wicklungsteil 12 ist auf der Platine 40 befestigt. Das Wicklungsteil 12 und die Platine 40 sind derart angeordnet, daß sich die Löcher 16, 30 mit den Löchern 44 überlappen und daß die Herausführungselektroden 38a bis 38j in die Hohl­ räume erstrecken, welche durch die Anschlußhalterabschnitte 46 und die Anschlüsse 48 gebildet werden. Die Herausfüh­ rungselektroden 38a bis 38j des Wicklungsteiles 12 sind mit den Anschlüssen 48 der Platine 40 mittels Schweißen oder Lö­ ten verbunden.

Ein Kern 54 mit einem E-förmigen Querschnitt und ein Kern 56 mit einem I-förmigen Querschnitt sind von beiden Seiten des Wicklungsteiles 12 und der Platine 40 eingebaut. Ein Mitten­ bein des Kernes 54 ist in die Löcher 16, 30 des Wicklungs­ teiles 12 und in das Loch 44 der Platine 40 eingesetzt. Bei­ ne an beiden Seiten des Kernes 54 erstrecken sich in die Hohlräume 50 des Plattenabschnittes 42. In dieser Lage wer­ den zwei Kerne 54, 56 einander gegenüberliegend angeordnet und befestigt. Abdeckungen 58, 60 werden an beiden Seiten des Kernes 54 eingebaut. Die Abdeckungen 58, 60 haben einen U-förmigen Querschnitt. Vorsprünge sind an beiden Enden der Abdeckungen 58, 60 in die innere Richtung vorgesehen. Die Abdeckungen 58, 60 sind an der Platine 40 durch Einfügen der Vorsprünge in Kerben 52 des Anschlußhalterabschnittes 46 be­ festigt. In Fig. 1 ist der Mittenabschnitt des Kernes 54 eng, wobei die Abdeckungen 58, 60 Formen entsprechend der Form des Kernes 54 haben, wobei jedoch der Kern 54 eine gleichförmige Breite haben kann. In diesem Fall haben die Abdeckungen 58, 60 ebenfalls eine gleichförmige Breite. Die Abdeckungen 58, 60 werden nicht in jedem Fall benötigt, wo­ bei es möglich ist, die Abdeckungen 58, 60 für den Fall fortzulassen, daß die Spule in einer staubfreien Umgebung eingesetzt wird.

Die Spule 10 wird als Übertrager verwendet, da die beiden Wicklungen unterschiedliche Windungszahlen haben. In der Spule 10 haben die Wicklungsmuster 18 und 20 jeweils unter­ schiedliche Windungszahlen, wobei diese Muster auf der Schicht 14 ausgebildet sind, und wobei Wicklungsmuster mit unterschiedlichen Windungszahlen auf der Schicht 28 ausge­ bildet sind. Daher werden zwei Wicklungen mit den beiden Schichten gebildet. Bei der bekannten Spule werden zwei Schichten erfordert, um eine Wicklung zu erzeugen, so daß hier vier Schichten zum Bilden eines Übertragers erforder­ lich sind. Dies bedeutet, daß bei der Spule 10 gemäß der vorliegenden Erfindung die Anzahl der Schichten auf die Hälfte der benötigten Schichten der bekannten Spule redu­ ziert werden kann. Daher können die Herstellungskosten der Spule 10 vermindert werden und die Spule 10 mit geringerer Dicke ausgestaltet werden.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird der Übertrager mit zwei Wicklungen hergestellt. Jedoch können drei oder mehr Wicklungen vorgesehen werden. In diesem Fall können drei oder mehr Wicklungsmuster auf einer Schicht oder auf mehre­ ren Schichten gebildet sein. Wenn drei oder mehr Wicklungs­ muster auf einer Schicht ausgebildet sind, werden drei oder mehr Wicklungen durch Laminieren zweier Schichten in ähnli­ cher Weise wie bei dem obigen Ausführungsbeispiel gebildet. Wenn die Wicklungsmuster auf mehreren Schichten gebildet sind, kann die Anzahl der Schichten vermindert werden, indem jeweils zwei oder mehr Wicklungsmuster auf einer Schicht ausgebildet werden. Bei dem obigen Ausführungsbeispiel kön­ nen das erste Wicklungsmuster 18, das zweite Wicklungsmuster 20, das dritte Wicklungsmuster 32 und das vierte Wicklungs­ muster 34 an beiden Flächen der Schicht 14 ausgebildet sein. In diesem Fall werden die beiden Wicklungen mit einer Schicht gebildet, indem die Wicklungsmuster mittels Durch­ gangslöchern miteinander verbunden werden.

Gemäß den Fig. 4 und 5 können die Mittenabschnitte der Wick­ lungsmuster miteinander verbunden werden. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel ist ein erstes Wicklungsmuster 72 auf einer Schicht 70 gebildet. Ein Durchgangsloch 74 und ein Durch­ gangsloch 76 sind an einem Mittenabschnitt und einem Endab­ schnitt des ersten Wicklungsmusters 72 angeordnet. Ein zwei­ tes Wicklungsmuster 80 und ein drittes Wicklungsmuster 82 mit jeweils unterschiedlicher Windungszahlen sind auf der anderen Schicht 78 gebildet. Das Ende der zweiten Wicklungs­ muster 80 liegt an einem entsprechenden Abschnitt des Durch­ gangsloches 76, welches an dem Ende des ersten Wicklungs­ musters 72 vorgesehen ist. Das Ende des dritten Wicklungs­ musters 82 liegt an dem entsprechenden Abschnitt des Durch­ gangsloches 74, welches an dem mittleren Abschnitt des er­ sten Wicklungsmusters 72 angeordnet ist. Das erste Wick­ lungsmuster 72 ist mit dem zweiten Wicklungsmuster 80 über das Durchgangsloch 76 verbunden. Das erste Wicklungsmuster 72 ist mit dem dritten Wicklungsmuster 82 über das Durch­ gangsloch 74 verbunden. Wie dies durch das Ersatzschalt­ bilddiagramm von Fig. 6 verdeutlicht ist, ist die Spule 10 eine Spule mit vielfachen Ausgängen und einer gemeinsamen Schaltung.

Im Falle der Erzeugung der Anschlüsse 48, dessen beide Enden unterschiedliche Breiten haben, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, kann bei Befestigung der Spule 10 auf einer Schaltungs­ platine gemäß Fig. 7 die Isolationsentfernung A zwischen dem unteren Teil des Anschlusses 48 und der benachbarten Mu­ sterelektrode 90 der gedruckten Schaltungsplatine lang sein, selbst wenn der Anschluß 48 gegenüber der Musterelektrode 90 in einer verschobenen Position angeordnet ist. Daher kann die Entfernung B zwischen den benachbarten Anschlüssen ver­ glichen mit dem Fall der Erzeugung des Anschlusses 48 mit gleichmäßiger Breite kurz sein, so daß die Spule 10 minia­ turisiert werden kann.

Gemäß Fig. 8 kann die Anschlußplatine ungenutzt bleiben, wo­ bei die Herausführungselektroden 48a bis 48j als Anschlüsse zum Verbinden der äußeren Schaltung durch Biegen der Heraus­ führungselektroden verwendet werden können. Bei der Spule 10 gemäß Fig. 8 können die Anschlüsse und die Anschlußplatine fortgelassen werden, wodurch die Herstellungskosten der Spu­ le vermindert werden können. Bei den obigen Ausführungsbei­ spielen hat der Kern 54 einen E-förmigen Querschnitt, wäh­ rend der Kern 56 einen I-förmigen Querschnitt hat. Jedoch können Kerne 54, 56 verwendet werden, die jeweils einen E-förmigen Querschnitt haben.

Die Anschlüsse 48 und der Anschlußhalterabschnitt 46 sind abwechselnd mit einer Niveaudifferenz angeordnet, um die Herausführungselektroden 38a bis 38j des Wicklungsteiles 12 in den ausgenommenen Abschnitt aufzunehmen. Jedoch ist es nicht erforderlich, derartige Ausnehmungen zu bilden. In diesem Fall sind die Anschlüsse 48 und der Anschlußhalterab­ schnitt 46 einstückig durch Spritzgießen oder dergleichen gebildet.

Claims (7)

1. Spule (10) mit einem Wicklungsteil (12), das durch La­ minieren einer Mehrzahl von Schichten (14, 28) gebildet ist, die jeweils ein Wicklungsmuster (18, 20, 32, 34) haben, wobei der Wicklungsteil (12) ferner einen Kern (54, 56) aufweist, der in der Mitte der Wicklungsmuster (18, 20, 32, 34) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl der Wicklungsmuster (18, 20, 32, 34) mit unterschiedlichen Windungszahlen auf einer der Schichten (14, 28) um den Kern (54, 56) herum derart ausgebildet sind, daß diese koaxial in der gleichen Wicklungsrichtung verlaufen.

2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mehrzahl von Wicklungsmustern (18, 20, 32, 34), die auf der Mehrzahl von Schichten (14, 28) ausgebildet sind, mittels Durchgangslöchern (22, 24) in einer der Schichten (14, 28) miteinander verbunden sind, und
daß ein Ende eines jeden Wicklungsmusters (18, 20, 32, 34) mit einem Herausführungsabschnitt (26a, 26d, 36b, 36e) verbunden ist, der an einem äußeren Ende der Schicht (14, 28) gebildet ist.

3. Spule nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Anschlußplatine (40) mit einem Anschluß (48) zum Halten des Wicklungsteiles (12) und für den Anschluß an eine äußere Schaltung, wobei der Anschluß (48) an einem Seitenabschnitt der Anschlußplatine (40) ausgebildet ist und der Herausführungsabschnitt (26a, 26d, 36b, 36e) mit dem Anschluß (48) verbunden ist.

4. Spule nach Anschluß 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des unteren Abschnittes des Anschlusses (48) schmaler ist als die Breite des oberen Abschnittes des Anschlusses (48).

5. Spule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Abdeckungen (58, 60) an beiden Seiten des Kernes (54, 56) angebracht sind, um den Wicklungsteil (12) ab­ zudecken.

6. Spule nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß eines der Wicklungsmuster (72) auf einer der Schich­ ten (70) gebildet ist, und daß eine Mehrzahl der Wick­ lungsmuster (80, 82) auf der anderen der Schichten (78) gebildet sind, und
daß jedes Ende der Wicklungsmuster (80, 82) auf der an­ deren Schicht (78) mit einem unterschiedlichen Abschnitt des Wicklungsmusters (72) auf der einen Schicht (70) verbunden ist.

7. Spule nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Anschluß für die Verbindung mit einer äußeren Schaltung durch Biegen des Herausführungsabschnittes (26a, 26d, 36b, 36e) gebildet ist.