EP0824259B1 - Spulenkörper für eine Flachspule - Google Patents

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EP0824259B1
EP0824259B1 EP97107798A EP97107798A EP0824259B1 EP 0824259 B1 EP0824259 B1 EP 0824259B1 EP 97107798 A EP97107798 A EP 97107798A EP 97107798 A EP97107798 A EP 97107798A EP 0824259 B1 EP0824259 B1 EP 0824259B1
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EP
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coil former
former according
carrier plate
cover
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René Weiner
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/02—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers

Definitions

  • the invention relates to a coil former with a carrier plate for a flat coil with several stacked circuit boards on which one or more turns are applied.
  • Flat coils are used as inductive components in the form of Chokes, transformers etc. in electronic circuit arrangements used.
  • the height of such components is defined generally the total height of one with different Components populated circuit board and so the distance between two circuit boards in one Assembly.
  • Conventional coils have a relatively high overall height, so that the number of circuit boards per assembly is limited. It is now possible to have multiple coil circuit boards to be arranged one above the other, each on such Printed circuit board one or more turns are applied.
  • the conductor tracks that define these turns can have a large area, reducing the influence of the skin effect is reduced and large currents at high frequencies can be achieved. It is also one of them Arrangement the height for the coil low and the inductive Coupling between the turns on the circuit boards is great.
  • a bobbin create which takes up the different turns and Provides connectors to ends of the turns to connect with each other and with other components.
  • JP-A-616 32 66 is a coil former according to the preamble of Claim 1 known.
  • a carrier plate contains one Recess that is part of a double-shell magnetic core records.
  • pens are electrical in the carrier plate conductive pins embedded. These pens meet one Dual function. On the one hand, they serve for the electrical Connecting turns of several circuit boards to each other, whereby windings with a predetermined number of Turns are generated. On the other hand, the pens also serve as connection elements to ends of the windings with the Outside world, e.g. to connect with other components. It it is possible to add several windings within one flat coil generate z. B. to create a transformer.
  • the pins are according to a predetermined one Grid spaced apart.
  • a grid spacing preferably uses a standard grid, as is the case with circuit boards and other connecting elements is common. In this way, ends of the pins can be in contact holes be used on a circuit board and by Form a specific conductor structure on the circuit board additional connection options can be provided become. Because of the bobbin according to the invention the flat coil can be kept flexible be used. It should be noted that not A pin is provided for each grid point at grid spacing have to be. It is only essential that adjacent pins an integer multiple of the grid spacing as a spacing from each other.
  • the carrier plate can also be connected to a cover, wherein both elements have recesses aligned with one another.
  • the carrier plate takes over and cover the function of a flange which the Windings limited. Through the recess, the Legs of a magnetic core are used to pass through the magnetic field lines generated in the windings to bundle.
  • the height of the indirectly created by the coil body Flat coil is essentially by the number of used Printed circuit boards defined. Because of the relatively large Surface of the circuit board it is possible to use a flat coil to produce high coil quality and low overall height.
  • Figure 1 shows essential in an exploded view Parts of a flat coil.
  • a circuit board 10 On a circuit board 10 is one large-area conductor track 12 (hatched) applied, which has three connections 14 which, as in circuit board technology usual, each have a through hole.
  • the conductor track 12 defines a turn around a central recess 16.
  • Die Circuit board 10 can be made of conventional rigid material, for example known under the term "FR4 material", or be made of flexible material. It can be coated on one or two sides or as a multilayer be trained.
  • FR4 material for example known under the term "FR4 material”
  • FR4 material flexible material
  • the coil former according to the invention has a carrier plate 20 with a U-shape forming side walls 22, 24.
  • a central one Recess 26 is rectangular in the manner of an attachment insulating panel 28 arranged to the corner-shaped insulating panel 28 arranged to the around the circuit boards in the manner of the circuit board 10 with their respective recesses 16 are arranged.
  • the costume 28 takes over the function of a winding former conventional bobbin.
  • the tracer 20 At the open ends of the tracer 20 are two rows of pins 30, 32 provided with pins 34 which 36 in through holes are attached.
  • the pins 34 project on the one hand in the direction of the circuit board 10 to pass through the through holes of the terminals 14 and optionally with the conductor track 12 to be connected.
  • the pins 34 of the rows of pins 30, 32 are standardized Grid spacing a spaced apart. This Grid spacing a matches the usual grid spacing Printed circuit boards or circuit boards. That’s it possible, ends of pins 34 with standard components of electrical engineering, e.g. a circuit board, a terminal block etc. to connect.
  • spacer elements 38 in the form of Sleeves are provided which comprise the pins 34.
  • each through hole 36 is not with one Pin 34 occupied, i.e. the distance between two pins 34 can also be an integer multiple of the grid spacing a his.
  • a cover 42 according to Art shown a U-shaped bracket. Its side walls 44, 46 are closed over the free ends of the Carrier plate 20 slipped.
  • the cover 42 also has a recess 48, which in the closed state of the lid with the Recess 26 and the recess 16 of the printed circuit board 10 flees.
  • Insulating elements 50 are on the side walls 44, 46 provided which in the closed state of the cover 42nd Isolate adjacent pins 34 from each other. In this way the clearance and creepage distance between the pins 34 is increased and the dielectric strength of the entire flat coil elevated.
  • Figure 2 shows in the upper part of the coil body with the closed Cover 42, the side walls 44, 46 of the open Close sections of the carrier plate 20 with a precise fit.
  • the open ends of the carrier plate 20th are expedient (see FIG. 1) in order to ensure accessibility to the To receive pins 34 and the inserted printed circuit boards 10, e.g. to carry out a soldering process or a repair can.
  • the shaft 52 can be the middle leg of a magnetic core be introduced.
  • the magnetic core 54 consists of two halves 54a, 54b.
  • a magnetic core with an E-shape is preferably used, however, other magnetic forms are also conceivable.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a flat coil, on the top of the top half of the magnetic core 54 a heat sink 56 with cooling fins 58 is attached is.
  • This heat sink 56 increases the heat dissipation to the ambient air. Due to the large area of the flat coil these work with a higher heat loss than a conventional one Kitchen sink.
  • FIG. 4 shows two embodiments of flat coils with magnetic cores, which are designed as shell cores 60, 62. in the a relatively flat flat coil is shown on the left part of the picture. In the right part of the picture is the height of the flat coil significantly enlarged because the number of printed circuit boards is large which the bobbin takes up.
  • Figure 5 shows another embodiment in the right part of the picture of the bobbin, in which the pins 34 through through holes are led out upwards in the cover 42.
  • the End portions of these pins 34 form the outward ones Connection elements 40.
  • On these connection elements 40 as can be seen in the left part of the figure, a connection strip 60 with standardized grid dimensions. Via the contact bar 60 can be the respective pin 34 with a connecting line 62 are electrically connected.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Spulenkörper mit einer Trägerplatte für eine Flachspule mit mehreren übereinander gestapelten Leiterplatten, auf denen eine oder mehrere Windungen aufgebracht sind.
Flachspulen werden als induktive Bauelemente in Form von Drosseln, Transformatoren etc. in elektronischen Schaltungsanordnungen verwendet. Die Bauhöhe derartiger Bauelemente definiert im allgemeinen die Gesamthöhe einer mit unterschiedlichen Bauelementen bestückten Schaltungsplatine und damit das Abstandsmaß zwischen zwei Schaltungsplatinen in einer Baugruppe. Herkömmliche Spulen haben eine relativ hohe Bauhöhe, so daß die Anzahl von Schaltungsplatinen je Baugruppe beschränkt ist. Es ist nun möglich, mehrere Spulen-Leiterplatten übereinander anzuordnen, wobei auf jeder derartigen Leiterplatte eine oder mehrere Windungen aufgebracht sind. Die Leiterbahnen, welche diese Windungen definieren, können eine große Fläche haben, wodurch der Einfluß des Skin-Effekts reduziert wird und große Stromstärken bei hohen Frequenzen erreicht werden können. Außerdem ist bei einer solchen Anordnung die Bauhöhe für die Spule gering und die induktive Kopplung zwischen den Windungen auf den Leiterplatten groß. Es besteht jedoch das Problem, einen Spulenkörper zu schaffen, welcher die verschiedenen Windungen aufnimmt und Anschlußelemente bereitstellt, um Enden der Windungen untereinander und mit weiteren Bauelementen zu verbinden.
Aus Patent Abstracts of Japan, Vol. 18, No. 477, (E-1602) JP-A-616 32 66, ist ein Spulenkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Eine Trägerplatte enthält eine Ausnehmung, die einen Teil eines zweischaligen Magnetkerns aufnimmt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Spulenkörper anzugeben, der einfach aufgebaut ist und flexibel einsetzbar ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß der Erfindung sind in die Trägerplatte elektrisch leitende Stifte eingelassen. Diese Stifte erfüllen eine Doppelfunktion. Zum einen dienen sie zum elektrischen Verbinden von Windungen mehrerer Leiterplatten untereinander, wodurch Wicklungen mit einer vorgegebenen Anzahl von Windungen erzeugt werden. Zum anderen dienen die Stifte auch als Anschlußelemente, um Enden der Wicklungen mit der Außenwelt, z.B. mit weiteren Bauelementen zu verbinden. Es ist möglich, innerhalb einer Flachspule mehrere Wicklungen zu erzeugen, um z. B. einen Transformator zu schaffen.
Bei der Erfindung sind die Stifte gemäß einem vorgegebenen Rasterabstand voneinander beabstandet. Als Rasterabstand wird vorzugsweise ein Standardraster verwendet, wie es bei Schaltungsplatinen und anderen Verbindungselementen üblich ist. Auf diese Weise können Enden der Stifte in Kontaktierungslöcher auf einer Schaltungsplatine eingesetzt werden und durch Ausbilden einer bestimmten Leiterbahnstruktur auf der Schaltungsplatine können weitere Verbindungsmöglichkeiten bereitgestellt werden. Aufgrund des beim erfindungsgemäßen Spulenkörper eingehaltenen Rasterabstandes kann die Flachspule flexibel eingesetzt werden. Es ist darauf hinzuweisen, daß nicht zu jedem Rasterpunkt im Rasterabstand ein Stift vorgesehen sein muß. Wesentlich ist lediglich, daß benachbarte Stifte ein ganzzahliges Vielfaches des Rasterabstandes als Abstand voneinander haben.
Die Trägerplatte ist ferner mit einem Deckel verbindbar, wobei beide Elemente zueinander fluchtende Aussparungen haben. Beim erfindungsgemäßen Spulenkörper übernehmen also Trägerplatte und Deckel die Funktion eines Flansches, welcher die Wicklungen begrenzt. Durch die Aussparung hindurch kann der Schenkel eines Magnetkerns eingesetzt werden, um die durch den in den Wicklungen fließenden Strom erzeugten Magnetfeldlinien zu bündeln.
Die Bauhöhe der mittelbar durch den Spulenkörper geschaffenen Flachspule ist im wesentlichen durch die Anzahl der eingesetzten Leiterplatten definiert. Aufgrund der relativ großen Fläche der Leiterplatten ist es möglich, eine Flachspule mit hoher Spulengüte und geringer Bauhöhe zu erzeugen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
Figur 1
einen schematischen Aufbau einer Flachspule in Explosionsdarstellung,
Figur 2
eine Flachspule einmal mit und ein andermal ohne und Magnetkern,
Figur 3
eine Flachspule mit dem erfindungsgemäßen Spulenkörper und einem Kühlkörper,
Figur 4
zwei Versionen einer Flachspule, und
Figur 5
einen Spulenkörper mit nach oben herausgeführten Stiften, auf die eine Kontaktleiste aufgesetzt ist.
Figur 1 zeigt in einer Explosionsdarstellung wesentliche Teile einer Flachspule. Auf einer Leiterplatte 10 ist eine großflächige Leiterbahn 12 (schraffiert) aufgebracht, welche drei Anschlüsse 14 hat, die, wie in der Leiterplattentechnik üblich, jeweils eine Durchgangsbohrung haben. Die Leiterbahn 12 definiert eine Windung um eine mittlere Aussparung 16. Die Leiterplatte 10 kann aus herkömmlichem steifem Material, beispielsweise unter dem Begriff "FR4-Material" bekannt, oder aus flexiblem Material sein. Sie kann einseitig oder zweiseitig beschichtet oder als Multilayer ausgebildet sein. In Figur 1 ist lediglich eine einzige Leiterplatte 10 dargestellt. Es versteht sich, daß die gesamte Flachspule mehrere Leiterplatten 10 umfaßt, welche übereinander gestapelt sind und deren Aussparungen 16 miteinander fluchten.
Der Spulenkörper nach der Erfindung hat eine Trägerplatte 20 mit eine U-Form bildenden Seitenwänden 22, 24. Auf einer mittigen Aussparung 26 ist nach Art eines Aufsatzes eine rechteckförmige isolierende Verkleidung 28 angeordnet, um die eckförmige isolierende Verkleidung 28 angeordnet, um die herum die Leiterplatten nach Art der Leiterplatte 10 mit ihren jeweiligen Aussparungen 16 angeordnet werden. Die Verkleidung 28 übernimmt die Funktion eines Wickelkörpers eines herkömmlichen Spulenkörpers.
An den offenen Enden des Träcers 20 sind zwei Stiftreihen 30, 32 mit Stiften 34 vorgesehen, welche in Durchgangslöchern 36 befestigt sind. Die Stifte 34 ragen einerseits in Richtung der Leiterplatte 10, um durch die Durchgangslöcher der Anschlüsse 14 geführt und gegebenenfalls mit der Leiterbahn 12 verbunden zu werden.
Die Stifte 34 der Stiftreihen 30, 32 sind gemäß einem standardisierten Rasterabstand a voneinander beabstandet. Dieser Rasterabstand a stimmt mit dem üblichen Rasterabstand auf Leiterplatten oder Schaltungsplatinen überein. Dadurch ist es möglich, Enden der Stifte 34 mit Standardbauteilen der Elektrotechnik, z.B. einer Schaltungsplatine, einer Anschlußleiste etc., zu verbinden. Beim Beispiel nach Figur 1 ragen die Stifte 34 auf der Unterseite der Trägerplatte 20 nach unten. Auf dieser Unterseite sind Abstandselemente 38 in Form von Hülsen vorgesehen, welche die Stifte 34 umfassen. Der freie Endabschnitt der Stifte 34, welcher über diese Abstandselemente 38 hinausragt, dient als Anschlußelement 40, welches unmittelbar in ein Kontaktloch einer Schaltungsplatine eingesetzt und dort verlötet werden kann. Die Abstandselemente 38 dienen dazu, daß die Unterseite der Trägerplatte 20 einen ausreichenden Abstand von der Schaltungsplatine hat, so daß auf der Unterseite der Trägerplatte 20 entstehende Wärme durch Luftaustausch abgeführt werden kann. Wie in der Figur 1 zu sehen ist, ist nicht jedes Durchgangsloch 36 mit einem Stift 34 besetzt, d.h. der Abstand zwischen zwei Stiften 34 kann auch ein ganzzahliges Vielfaches des Rasterabstandes a sein.
Im unteren Bildteil der Figur 1 ist ein Deckel 42 nach Art eines U-förmigen Bügels dargestellt. Seine Seitenwände 44, 46 werden im geschlossenen Zustand über die freien Enden der Trägerplatte 20 gestülpt. Auch der Deckel 42 hat eine Aussparung 48, die im geschlossenen Zustand des Deckels mit der Aussparung 26 und der Aussparung 16 der Leiterplatte 10 fluchtet. An den Seitenwänden 44, 46 sind Isolierelemente 50 vorgesehen, welche im geschlossenen Zustand des Deckels 42 benachbarte Stifte 34 voneinander isolieren. Auf diese Weise wird die Luft- und Kriechstrecke zwischen den Stiften 34 vergrößert und die Spannungsfestigkeit der gesamten Flachspule erhöht.
Figur 2 zeigt im oberen Bildteil den Spulenkörper mit geschlossenem Deckel 42, dessen Seitenwände 44, 46 die offenen Abschnitte der Trägerplatte 20 paßgenau verschließen. Hierzu ist anzumerken, daß die offenen Enden der Trägerplatte 20 zweckmäßig sind (vgl. Figur 1), um die Zugänglichkeit zu den Stiften 34 und den eingesetzten Leiterplatten 10 zu erhalten, z.B. um einen Lötvorgang oder eine Reparatur durchführen zu können.
In den durch die Aussparung 26, 16 und 48 gebildeten durchgehenden Schacht 52 kann der Mittelschenkel eines Magnetkerns eingeführt werden. Im unteren Bildteil der Figur 2 ist zu erkennen, daß der Magnetkern 54 aus zwei Hälften 54a, 54b besteht. Vorzugsweise wird ein Magnetkern mit einer E-Form verwendet, jedoch sind auch andere Magnetformen denkbar.
In Figur 3 ist eine Ausführungsform einer Flachspule dargestellt, bei der auf der Oberseite der oberen Hälfte des Magnetkerns 54 ein Kühlkörper 56 mit Kühlrippen 58 befestigt ist. Dieser Kühlkörper 56 erhöht die Wärmeabfuhr an die Umgebungsluft. Aufgrund der großen Fläche der Flachspule kann diese mit einer höheren Verlustwärme arbeiten als eine herkömmliche Spule.
Figur 4 zeigt zwei Ausführungsformen von Flachspulen mit Magnetkernen, die als Schalenkerne 60, 62 ausgebildet sind. Im linken Bildteil ist eine relativ flache Flachspule dargestellt. Im rechten Bildteil ist die Bauhöhe der Flachspule deutlich vergrößert, da die Anzahl von Leiterplatten groß ist, die der Spulenkörper aufnimmt.
Figur 5 zeigt im rechten Bildteil ein anderes Ausführungsbeispiel des Spulenkörpers, bei dem die Stifte 34 durch Durchgangslöcher im Deckel 42 nach oben herausgeführt sind. Die Endabschnitte dieser Stifte 34 bilden die nach außen geführten Anschlußelemente 40. Auf diese Anschlußelemente 40 wird, wie im linken Bildteil zu sehen ist, eine Anschlußleiste 60 mit standardisiertem Rastermaß aufgesetzt. Über die Kontaktleiste 60 kann der jeweilige Stift 34 mit einer Verbindungsleitung 62 elektrisch verbunden werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Stifte 34 zusätzlich auf der Unterseite der Trägerplatte 20 nach unten zu führen, so daß zwei Anschlußelemente gebildet werden, einmal oberhalb des Deckels 42 und ein andermal unterhalb der Trägerplatte 20. Dadurch ist es möglich, die Stifte 34 sowohl auf der Unterseite der Trägerplatte 20 als auch auf der Seite des Deckels 42 elektrisch weiter zu verbinden.

Claims (14)

  1. Spulenkörper mit einer Trägerplatte aus Isoliermaterial für eine Flachspule mit mehreren übereinandergestapelten Leiterplatten, auf denen eine oder mehrere als Leiterbahnen (12) ausgebildete Windungen aufgebracht sind, wobei am Rand der Trägerplatte (20) in mindestens einer geraden Reihe (30, 32) elektrisch leitende Stifte (34) angeordnet sind, die zum Verbinden der Leiterbahnen (12) auf den Leiterplatten (10) untereinander und/oder mit weiteren Bauteilen dienen und die in Richtung der Leiterplatten (10) hervorragen, wobei die Stifte (34) gemäß einem vorgegebenen Rasterabstand (a) voneinander beabstandet sind, und wobei die Trägerplatte (20) eine erste Aussparung (26) für die Aufnahme eines Schenkels eines Magnetkeins (54) hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper einen Deckel (42) enthält, der mit der Trägerplatte (20) verbindbar ist, der eine zur ersten Aussparung (26) fluchtende zweite Aussparung (48) hat, und daß Endabschnitte der Stifte (34) im geschlossenen Zustand des Deckels mindestens auf einer Seite des Spulenkörpers als Anchlußelemente (40) hervorragen.
  2. Spulenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (20) auf der vom Deckel (42) abgewandten Unterseite Abstandselemente (38) hat.
  3. Spulenkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte der Stifte (34) auf der Unterseite der Trägerplatte (20) hervorragen.
  4. Spulenkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandselemente (38) als Hülsen ausgebildet sind, welche die auf der Unterseite hervorragenden Stifte (34) aufnehmen.
  5. Spulenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (42) Durchgangsöffnungen hat, durch die die Stifte (34) nach oben ragen.
  6. Spulenkörper nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Endabschnitten der Stifte (34) eine Kontaktleiste (60) angeordnet ist, durch die jeder Stift mit (34) einer Verbindungsleitung (62) verbindbar ist.
  7. Spulenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (34) einen kreisförmigen Querschnitt haben.
  8. Spulenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (30) um die erste Aussparung (26) eine Verkleidung (28) aus Isoliermaterial hat.
  9. Spulenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (20) rechteckförmig ist, daß auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten ohne Stiftreihen Seitenwände (22, 24) vorgesehen sind, und daß der Deckel (42) als U-förmiger Bügel ausgebildet ist, der Seitenwände (44, 46) im Bereich der Stiftreihen (30, 32) hat.
  10. Spulenkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (42) Isolierelemente (50) hat, welche im geschlossenen Zustand des Deckels (42) benachbarte Stifte (34) voneinander isolieren.
  11. Spulenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus zwei Hälften bestehender Magnetkern (54) vorgesehen ist, dessen Mittelschenkel die erste und die zweite Aussparung (26, 48) durchsetzen.
  12. Spulenkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (54) eine E-Form hat.
  13. Spulenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Magnetkern (54) ein Kühlkörper (56), vorzugsweise mit Kühlrippen (58), verbunden ist.
  14. Spulenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leiterplatte (10) Anschlußlöcher hat, durch die hindurch die Stifte (34) sich erstrecken, um Enden der Leiterbahnen (12) elektrisch zu verbinden.
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