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Die vorliegende Erfindung betrifft elektromagnetische Leistungswicklungen und solche
Wicklungen enthaltende Transformatoren, die im allgemeinen in elektronischen
Leistungsschaltungen und insbesondere in elektrischen Versorgungseinrichtungen von
elektronischen Schaltungen verwendet werden.
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Bestimmte Probleme, die die Verwirklichung derartiger Wicklungen stellt, sind bereits in
zwei früheren Patenten der Anmelderin, den Patenten FR-A-2 476 898 und
FR-A-2 556 493, die im folgenden D&sub2; bzw. D&sub1; genannt werden, dargelegt worden.
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Das Patent D&sub2; beschreibt Wicklungen, die aus Windungen gebildet sind, die versehen sind
mit "zwei Laschen, die eine Ausstülpung bilden, die von dem die Wicklung bildenden
Stapel von Windungen herausweisen, wobei diese Laschen die Verwirklichung der
elektrischen Verbindung der Windungen entweder parallel oder in Reihe auf einfache
Weise gestatten" (Seite 3, Zeilen 14-18 des Dokumentes D&sub2;).
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Das Patent D&sub1; beschreibt seinerseits eine Anordnung von Windungen, die solche Laschen
besitzt, die auf einem Träger so angeordnet sind, daß die in den diese Windungen
enthaltenden Schaltungen entwickelte Wärme besser abgeführt wird.
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Wenn es sich um eine Selbstinduktivität oder um einen Spannungstransformator handelt,
enthält die Wicklung einen Träger, auf dem eine Gruppe von Leiterwindungen aufruht, die
unabhängig sind, nebeneinander liegen und von einem Isoliermantel umgeben sind, wobei
in das Innere derselben ein Magnetkreis eingebracht werden kann, und wobei in den
Träger Leiterbahnen gedruckt sind, die die Verwirklichung einer elektrischen Verbindung
zwischen jeder Windung erlauben. Diese Leiterwindungen sind nach innen oder nach
außen auf sich zurückgebogen, je nachdem, ob es sich um eine Selbstinduktivität oder um
einen Transformator handelt, so daß sie einen Aufnahmesitz bilden, in den der
Magnetkreis, beispielsweise ein Ferrit, eingebracht werden kann. Die Enden einer jeden
dieser Leiterwindungen sind einander entgegengesetzt angeordnet und so ausgeführt, daß
sie auf dem Träger aufruhen können, der ein isolierendes und thermisch leitendes Substrat
umfaßt; diese Enden gewährleisten außerdem die elektrische Verbindung und eine
Wärmeleitung mit dem isolierenden Substrat, um die Wärme abzuführen, die von den
Windungen beim Durchgang eines Stroms durch die Wicklung übertragen wird.
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Die in den verschiedenen Anwendungen, insbesondere den Versorgungseinrichtungen mit
Unterbrechung verwendeten Stromdichten sind verhältnismäßig hoch, wobei bei der
Verwendung derartiger Wicklungen Probleme hinsichtlich der Isolierspannung und der
Kopplung auftreten.
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Das Ziel der Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu beseitigen, indem die Form der
Windungen abgewandelt wird und indem eine besondere Verschachtelung dieser
Windungen vorgeschlagen wird.
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Außerdem können durch Siebdruck der Leiterbahnen des isolierenden Substrats die
Abmessungen der Wicklung variiert werden, indem ein Transformationsverhältnis für
einen Transformator oder die Kennlinien für eine Selbstinduktivität beibehalten werden.
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Die vorliegende Erfindung hat eine elektromagnetische Leistungswicklung mit
Leiterwindungen zum Gegenstand, wobei jede Windung unabhängig ist und zwei Enden,
ein erstes und ein zweites, aufweist, wobei die Windungen auf dieselbe Achse ausgerichtet
sind, wobei die Wicklung aus einer erster Gruppe von Windungen, die eine
Primärwicklung bildet, sowie aus einer zweiten Gruppe von Windungen, die eine
Sekundärwicklung bildet, aufgebaut ist und somit einen Transformator bildet, wobei die
elektrische Verbindung zwischen den Windungen einer jeden Gruppe und die Abführung
der von den Windungen übertragenen Wärme durch die Tatsache gewährleistet sind, daß
jedes der Enden einer jeden Windung auf einer Leiterbahn aufruht, die auf ein elektrisch
isolierendes und thermisch leitendes Substrat gedruckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß
jede Windung mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung überzogen ist, um sie von den
anderen Windungen zu isolieren, wobei die die Primärwicklung bildenden Windungen und
diejenigen, die die Sekundärwicklung bilden, abwechseln, wobei das erste und das zweite
Ende einer jeden Windung nebeneinander und in bezug auf eine Mittelebene, die zur
Ebene der Windung senkrecht ist, auf derselben Seite und von dieser entfernt angeordnet
sind, wobei die die Primärwicklung bildenden Windungen in bezug auf die die
Sekundärwicklung bildenden Windungen um 180º gedreht sind, derart, daß sich die Enden
der Windungen der Primärwicklung und die Enden der Windungen der Sekundärwicklung
beiderseits der Mittelebene der Windungen befinden, wobei die ersten bzw. die zweiten
Enden der Windungen eines jeden Wicklungstyps auf entsprechende Achsen ausgerichtet
sind.
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Die Erfindung wird besser verständlich mit Hilfe der folgenden Beschreibung, die anhand
eines Beispiels gegeben und durch die beigefügten Zeichnungen erläutert wird, von denen:
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- die Fig. 1 eine auseinandergezogene Ansicht der Wicklung gemäß der
Erfindung in einer ersten Anwendung zeigt;
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- die Fig. 2 eine Ansicht einer Windung zeigt, die der Verwirklichung der
erfindungsgemäßen Wicklung dient;
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- die Fig. 3 einen Schnitt der erfindungsgemäßen Wicklung zeigt.
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In Fig. 1 ist eine erste Anwendung der erfindungsgemäßen Wicklung gezeigt. Sie betrifft
eine erste Anwendung dieser Wicklung in der Eigenschaft als Transformator. Die
Wicklung umfaßt zwei Gruppen von Windungen P&sub1; bis Pn und S&sub1; bis Sn, die auf derselben
Achse positioniert sind, einen Magnetkreis und einen Träger. Die Spule ist einerseits von
einer ersten Gruppe von Leiterwindungen P&sub1; bis Pn, die mit dem Träger in Reihe
geschaltet sind, und andererseits von einer zweiten Gruppe von Leiterwindungen S&sub1; bis Sn
gebildet, die zum Träger parallel geschaltet sind. Entsprechend der Windungsanzahl der
beiden Gruppen verhält sich die Wicklung wie ein Spannungsabwärtstransformator oder
ein Spannungsaufwärtstransformator, wobei die Primärwicklung beispielsweise von den
Windungen P&sub1; bis Pn und die Sekundärwicklung von den Windungen S&sub1; bis Sn gebildet ist.
Diese Windungen P&sub1; bis Pn und S&sub1; bis Sn werden nicht auf herkömmliche Weise durch
Wicklung eines einzigen Leitungsdrahtes um einen Kern erhalten. Sie sind durch eine
Gruppe von vollständig identischen Leitern P&sub1; bis Pn und S&sub1; bis Sn verwirklicht. Eine
Windung 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Jede dieser Windungen ist auf sich selbst
zurückgebogen, derart, daß sie beispielsweise ein Rechteck bildet, in das ein Magnetkreis
eingebracht werden kann. Die Enden einer jeden Windung 3 und 4 sind nebeneinander
angeordnet und so verwirklicht, daß sie auf dem Träger aufruhen können, um einen
thermischen und einen elektrischen Kontakt herzustellen. Die Enden einer jeden Windung
3 und 4 sind mit Träger 2 von Fig. 1 so verbunden, daß eine elektrische Verbindung
möglich ist, bei der es sich beispielsweise um ein Lötmittel handelt. Die Form und die
Anordnung der Windungen P&sub1; bis Pn und S&sub1; bis Sn ist so ausgebildet worden, daß eine
maximale Isolierspannung erhalten wird, indem die Enden der Primärwindungen und der
Sekundärwindungen voneinander entfernt sind. Hierzu wird die Montage der Windungen
P&sub1; bis Pn und S&sub1; bis Sn, die die Bildung der Spule der elektromagnetischen
Leistungswicklung gestattet, auf die folgende Weise ausgeführt: Es wird eine vorher mit
einer elektrisch isolierenden Beschichtung überzogene Windung wie etwa die in Fig. 2
gezeigte Windung genommen, dann wird eine zweite Windung danebengelegt, die um
180º gedreht worden ist, so daß die Enden der zweiten Windung zu den Enden der ersten
Windung entgegengesetzt sind, anschließend wird eine dritte Windung genommen, die
hinter der zweiten angeordnet wird, deren Enden sich jedoch gegenüber den Enden der
ersten Windung befinden. Diese Windungen werden abwechselnd angeordnet, bis die
Wicklung gebildet ist. Dadurch wird eine Ausrichtung auf eine Achse der Enden 3 und 4
der ersten Gruppe von Windungen P&sub1; bis Pn sowie eine Ausrichtung auf eine zweite Achse
der Enden 3 und 4 der zweiten Gruppe von Windungen S&sub1; bis Sn erhalten. Eine solche
Verschachtelung von Windungen P&sub1; bis Pn bis S&sub1; bis Sn, das heißt der Primärwicklung und
der Sekundärwicklung, trennt die Enden der Windungen der Primärwicklung und der
Sekundärwicklung und gewährleistet eine gute Kopplung.
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Der Träger 2 umfaßt ein Substrat oder eine gedruckte Schaltung 6 und ein Kühlsystem,
beispielsweise ein Abstrahlblech 7. Das Substrat oder die gedruckte Schaltung 6 ist auf
dem Abstrahlblech angeordnet und mit diesem verbunden, so daß es ein elektrisch
isolierendes und thermisch gut leitendes Substrat darstellt. In das Substrat 6 ist eine
Gruppe von Leiterbahnen F&sub1; bis Fn und G&sub1; bis G&sub2; gedruckt oder durch Siebdruck
eingebracht, damit dann, wenn die Spule am Substrat 6 befestigt ist und versorgt wird, der
Strom durch diese Spule fließen kann. In einem gegebenen Zeitpunkt kommt nämlich der
Strom an der Bahn F&sub1; an, läuft durch die erste Windung P&sub1;, durchläuft anschließend
nacheinander die zweite Bahn F&sub2; und die Windung P&sub2; bis zur Windung Pn und zur Bahn
Fn. Da die Wicklung einen Magnetkreis enthält, durchläuft ein Strom auch jede der
Windungen S&sub1; bis Sn; da diese Windungen wegen der Leiter G&sub1; und G&sub2; parallel angebracht
sind, wird an den Leitern ein Strom erhalten, der vom gewählten
Transformationsverhältnis abhängt. Die von jeder Windung S&sub1; bis Sn und P&sub1; bis Pn und
vom Magnetkreis entwickelte Wärme wird in Längsrichtung entlang dieser Windungen an
das Substrat 6 übertragen. Das Substrat 6 ist dazu vorgesehen, eine elektrische Verbindung
zwischen den Windungen zu ermöglichen und die von der Wicklung entwickelte Wärme
vorteilhaft einzufangen und an das Abstrahlblech 7 zu übertragen. Der elektrische Leiter,
den die Windung bildet, dient außerdem als Wärmeleiter. Das Substrat 6 ist in dieser
besonderen Ausführung eine Aluminiumplatte mit einer Dicke von einigen hundert
Mikrons. Das Abstrahlblech 7 ist an sich bekannt und gestattet die Abführung der
entwickelten Wärme und somit eine ständige Kühlung der Wicklung.
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Der Magnetkreis 8, 9 ist in unserer besonderen Ausführung aus zwei Gehäusen gebildet,
die dazu geeignet sind, in die Wicklung eingeführt zu werden und die Windungen zu
umhüllen, wenn sie nebeneinander liegen, um den maximalen Fluß einzufangen.
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Die Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Schaltung. Mit ihr kann die
Bewegung des Wärmeflusses in einer Windung durch in dieser Figur dargestellte Pfeile
veranschaulicht werden, welche die Bewegung des Flusses beim Durchgang eines Stroms
angeben.
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Die vorliegende Erfindung findet Anwendung auf einen beliebigen Träger für jede
Oberflächenmontage. Es kann gleichermaßen die Verwendung einer solchen Wicklung als
Selbstinduktivität angestrebt werden, wobei es hierzu genügt, die Leiter der gedruckten
Schaltung anzupassen und in dem Magnetkreis einen Luftspalt auszubilden.