EP0874377A2 - Transformer with coaxial winding arrrangement - Google Patents

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EP0874377A2
EP0874377A2 EP98106593A EP98106593A EP0874377A2 EP 0874377 A2 EP0874377 A2 EP 0874377A2 EP 98106593 A EP98106593 A EP 98106593A EP 98106593 A EP98106593 A EP 98106593A EP 0874377 A2 EP0874377 A2 EP 0874377A2
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EP
European Patent Office
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coaxial
conductor
transformer according
winding
transformer
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Withdrawn
Application number
EP98106593A
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EP0874377A3 (en
Inventor
Lothar Dr.-Ing. Heinemann
Harry Dr.-Ing. Reinold
Michael Dipl.-Ing. Steiner
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
ABB Daimler Benz Transportation Schweiz AG
ABB Daimler Benz Transportation Technology GmbH
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Publication date
Application filed by ABB Daimler Benz Transportation Schweiz AG, ABB Daimler Benz Transportation Technology GmbH filed Critical ABB Daimler Benz Transportation Schweiz AG
Publication of EP0874377A2 publication Critical patent/EP0874377A2/en
Publication of EP0874377A3 publication Critical patent/EP0874377A3/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/30—Fastening or clamping coils, windings, or parts thereof together; Fastening or mounting coils or windings on core, casing, or other support
    • H01F27/303—Clamping coils, windings or parts thereof together
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    • H01F27/2823—Wires
    • H01F2027/2833—Wires using coaxial cable as wire

Definitions

  • the invention relates to a transformer with a coaxial winding arrangement according to the preamble of claim 1.
  • the invention can for example to create a medium frequency transformer for electric rail vehicles be used.
  • the proposed coaxial transformers with segmented winding exist consistently from a coaxial arrangement, the big manufacturing problems poses. Especially when there is a high insulation voltage between primary and Secondary winding must be guaranteed, there is a complicated potting technique for the volume completely enclosed by the outer winding. Cooling the inner winding requires penetrations through the coaxial arrangement, that clearly disturb the field symmetries.
  • the advantages of segmented Winding compared to the non-segmented winding are in a better one Utilization of the winding window for number of turns greater than one and in one arbitrary selectable ratio for the transformer.
  • the invention has for its object a transformer with a coaxial winding arrangement of the type mentioned at the beginning, the manufacturing technology is easy to manufacture and has very good electrical properties.
  • connection technology is that the field symmetries which can in principle be achieved by the transformer with a coaxial winding arrangement and planar connection technology are achieved by the Transformer heads "connection technology are not disturbed. Since the proposed planar connectors have similar high-frequency properties as the coaxial winding arrangements, all advantages of the coaxial transformer - such as high insulation strength through electrical field symmetry, extremely low current displacement effects through magnetic field symmetry, very low leakage inductance and very low power-to-weight ratio - are retained .
  • the power to weight ratio is less than 1/10 kg / kW Frequency of 8 kHz.
  • Planar connectors are very easily accessible - possible as a cooling duct.
  • d. H. the largest part of the winding losses occurs in the inner coaxial conductor, because there is less conductor cross-section available for this winding than for the outer winding, d. H. the outer coaxial conductor.
  • the volume easily accessible through the laterally open planar connectors Simply shed insulation material between the primary and secondary windings.
  • Fig. 1 is the view of the top of a non-segmented coaxial transformer shown.
  • the coaxial transformer 1 has a plurality of individual ones in parallel coaxial winding arrangements 2 arranged next to one another.
  • the number of turns w is one.
  • the transmission ratio ü is one, for example.
  • Each Coaxial winding arrangement 2 has an inner coaxial conductor 3 and an outer one Coaxial conductor 4.
  • the inner coaxial conductor 3 and outer coaxial conductor 4 from two adjacent coaxial winding arrangements 2 are via a planar connector 6 connected to each other, but with two coaxial winding arrangements 2 are not connected to such planar connectors 6, but to form Primary winding connections 13 and secondary winding connections 14 serve.
  • the Primary winding connections 13 are with the outer coaxial conductors 4 and the secondary winding connections 14 connected to the inner coaxial conductors 3.
  • the each located between the coaxial winding arrangements 2 and enclosing them Iron cores (stacks of toroidal cores) are marked with number 5.
  • FIG 2 shows the view of the underside of the coaxial transformer 1. It are in particular the two adjacent coaxial winding arrangements to recognize interconnecting planar connector 6.
  • a planar connector for the coaxial transformer is shown, namely in left part of the picture a view of the underside, in the right part of the picture a view a lateral cross-section on the top and in the middle section of the image.
  • the planar connector 6 has an outer Connection rail 7 and an inner connection rail 8, the outer Connection rail 7 via a connection point (flange) 9 with the inner Coaxial conductor 3 and the inner connecting rail 8 via a connecting flange 10 is connected to the outer coaxial conductor 4.
  • the connections are preferably made over sleeves (flanges), which, for example, with the coaxial conductors are soldered and screwed to the connecting rails.
  • the inner coaxial conductor 3 to the outer connecting rail 7 are the inner connecting rails 8 provided with openings 11.
  • To local field strength increases To prevent the connecting flanges 10 are conical and the edges of the outer connecting rail 7 and the inner connecting rail 8 each as Round edges 12 formed.
  • the view of the underside in the left-hand section of FIG. 3 shows the inner connecting rail 8 with the openings 11.
  • the inner and outer coaxial conductors 3, 4 are not yet attached.
  • the view of the top in the right section shows the outer connecting bar 7.
  • the inner and outer coaxial conductors 3, 4 are also not yet attached.
  • a simplified embodiment of a planar connector results from the use of double-sided board layouts, which are used for smaller ones Current loads up to a few 100 A can be used.
  • the external coaxial conductors 4 can be made from local field strength increases be expanded conically at the connection points.
  • Fig. 4 the view of the top of an alternative, is also not segmented coaxial transformer (first variant) shown.
  • this coaxial transformer 1 are the coaxial winding arrangements 2 in two parallel, rows arranged opposite one another, with a large number in each row of coaxial winding arrangements 2 is parallel to each other. Every row is enclosed by an iron core 15, 16.
  • the two at the end of each row, diagonally opposite coaxial winding arrangements 2 are used to form primary winding connections and secondary winding connections and are therefore not connected to planar connectors.
  • the others, themselves each coaxially opposite coaxial winding arrangements 2 are over Planar connector 6 connected together.
  • the number of turns w is nine.
  • the gear ratio For example, ü is one.
  • FIG. 5 is a view of the underside of the alternatively designed coaxial transformer 1 '(first variant) shown. As can be seen, they are each direct opposite coaxial winding arrangements 2 of the two rows connected to each other via planar connector 6.
  • FIG. 6 shows the side view of the coaxial transformer 1 '(first variant).
  • the two iron cores 15, 16 can be seen, which are the two rows enclose with the coaxial winding arrangements 2.
  • the inner coaxial conductors 3 and outer coaxial conductor 4 of the coaxial winding arrangements 2 are over the outer connecting rails 7 and inner connecting rails 8 of the planar connector 6 connected. Adjacent planar connectors are preferred vertically offset.
  • Fig. 7 there is a view (in a sectional view) in the upper section of the image and in the lower Image section a lateral section through a coaxial transformer 1 '' segmented winding arrangement (second variant) shown.
  • the inner coaxial conductor 3 ′′ and the outer coaxial conductor 4 '' composed of several individual segments 22.
  • the number of turns w is four.
  • the transmission ratio ü is one, for example.
  • the coaxial transformer 1 ′′ has two parallel to each other arranged coaxial winding arrangements 2 '', each of these winding arrangements enclosed by an iron core 17, 18 (preferably ring cores) is, the segments are offset by 45 °, which is the connection technology relieved by the planar connector. Is between the two coaxial conductors 3 ", 4" electrical insulation 19 is introduced in each case.
  • the inner surface of the inner Coaxial conductors 3 ′′ are provided with electrical insulation 21, which means that Inner channels of this inner coaxial conductor as cooling channels 20 using Process water can be used as a coolant.
  • the between two iron cores 17, 18 recognizable black areas represent a section of a connecting rail a planar connector.
  • the sectional view in the lower section of FIG. 7 shows in particular the Connection of the two coaxial winding arrangements with the connecting rails a 6 '' planar connector.
  • the segments of the outer coaxial conductor 4 '' are via connection points 10 '' with the current paths of the inner connecting rail 8 '' connected.
  • connection point 10 '' (as well the junction 10 in Fig. 3) are conical to local electrical Avoid increases in field strength.
  • the segments are the same inner coaxial conductor 3 '' via connection points 9 '' with the current paths of the outer Connection rail 7 '' connected.
  • an electrical insulation 24 is provided, the by potting the easily accessible planar connector that is open on the side Volume can be introduced.
  • the cooling channels 20 can be (not shown) Connection piece to be provided to a coolant circuit to achieve the coaxial transformer and thus the one produced in the coaxial transformer Transport heat energy to an external dry cooler.
  • each connecting bar has a plurality of current paths 23 for the connection with the individual segments 22 of the coaxial conductor. Since in the embodiment each coaxial conductor is divided into four segments, there are four current paths per connecting rail intended. A is used to form the winding connections Current path separated and the two sections are with electrical connections Mistake. In the left-hand section of FIG. 8, the resultant ones are exemplified Secondary winding terminals 14 shown.
  • the 45 ° rotation of the segmented winding arrangements allows use a mirror-symmetrical planar connector for the opposite side, here a current path of the inner connecting bar 8 ′′ for forming the winding connections the primary winding is separated as an example.
  • the inner coaxial conductors of the coaxial transformers are also, for example 1, 2, 4 to 6 can be used as cooling channels.
  • curved Tube connectors become the inner coaxial conductors arranged side by side interconnected, creating a continuous coolant line with a Supply nozzle and a discharge nozzle are created.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Communication Cables (AREA)

Abstract

The transformer has at least 2 parallel coaxial windings (2), each having an inner coaxial conductor (3) and an outer coaxial conductor (4) and connected together via at least one planar connector (6). The latter has an outer connector rail (7) for connection of the inner coaxial conductors and an inner connector rail (8) for connection of the outer coaxial conductors, provided with openings for passage of the inner coaxial conductors.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator mit koaxialer Wicklungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung kann beispielsweise zur Schaffung eines Mittelfrequenz-Transformators für elektrische Schienenfahrzeuge verwendet werden.The invention relates to a transformer with a coaxial winding arrangement according to the preamble of claim 1. The invention can for example to create a medium frequency transformer for electric rail vehicles be used.

Aus IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 31, No. 6, November /December 1995, S. 1257 - 1263 ist ein Koaxialtransformator für Mittelfrequenz-Anwendungen bekannt, wobei eine Segmentierung von innerem und äußerem Koaxialleiter vorgeschlagen wird. Die Vorteile eines derartigen Koaxialtransformators liegen prinzipiell in der hohen Isolationsfähigkeit zwischen Primär- und Sekundärwicklung aufgrund der elektrischen Feldsymmetrie, in den extrem geringen Stromverdrängungseffekten aufgrund der magnetischen Feldsymmetrie, in der sehr geringen Streuinduktivität und im sehr geringen Leistungsgewicht. Hierdurch wird die Anwendung des Transformators mit hohen Wechselspannungsfrequenzen im Mittelfrequenzbereich sowie die Anwendung für größere Leistungen von weit über 100 kW ermöglicht. Es können sehr hohe Leistungsdichten von über 25 kW/kg (bei einer Frequenz von 20 kHz) erreicht werden.From IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 31, No. November 6 / December 1995, pp. 1257 - 1263 is a coaxial transformer for medium frequency applications known, with a segmentation of inner and outer coaxial conductor is proposed. The advantages of such a coaxial transformer principally lie in the high insulation capacity between the primary and secondary winding due to the electrical field symmetry, in the extremely low current displacement effects due to the magnetic field symmetry, in the very low Leakage inductance and very low power-to-weight ratio. This will make the application of the transformer with high alternating voltage frequencies in the medium frequency range as well as the application for larger outputs of well over 100 kW enables. Very high power densities of over 25 kW / kg (with a Frequency of 20 kHz) can be achieved.

Die vorgeschlagenen Koaxialtransformatoren mit segmentierter Wicklung bestehen durchgehend aus einer koaxialen Anordnung, die große fertigungstechnische Probleme aufwirft. Besonders wenn eine hohe Isolationsspannung zwischen Primär- und Sekundärwicklung gewährleistet werden muß, ergibt sich eine komplizierte Vergußtechnik für das vollständig von der äußeren Wicklung umschlossene Volumen. Eine Kühlung der inneren Wicklung erfordert Durchführungen durch die Koaxialanordnung, die die Feldsymmetrien deutlich stören. Die Vorteile der segmentierten Wicklung gegenüber der nicht segmentierten Wicklung liegen in einer besseren Ausnutzung des Wicklungsfensters für Windungszahlen größer als eins und in einem beliebig wählbaren Übersetzungsverhältnis für den Transformator.The proposed coaxial transformers with segmented winding exist consistently from a coaxial arrangement, the big manufacturing problems poses. Especially when there is a high insulation voltage between primary and Secondary winding must be guaranteed, there is a complicated potting technique for the volume completely enclosed by the outer winding. Cooling the inner winding requires penetrations through the coaxial arrangement, that clearly disturb the field symmetries. The advantages of segmented Winding compared to the non-segmented winding are in a better one Utilization of the winding window for number of turns greater than one and in one arbitrary selectable ratio for the transformer.

Verwendet man keine segmentierte Wicklung, kann für die Wicklung im einfachsten Fall ein Koaxialkabel verwendet werden. Damit sind jedoch nur sehr kleine Übersetzungsverhältnisse möglich, wie beispielsweise 1:1, 1:2. Bei mittleren und höheren Leistungen entstehen Kühlungsprobleme für die Wicklung, da bei geforderten kleinen Biegeradien für das Kabel eine koaxiale Wasserkühlung im Koaxialkabel ausscheidet.If you do not use a segmented winding, you can do it in the simplest way In case a coaxial cable is used. However, this means that the gear ratios are very small possible, such as 1: 1, 1: 2. At medium and higher Services arise cooling problems for the winding, since small ones are required Bending radii for the cable eliminates coaxial water cooling in the coaxial cable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transformator mit koaxialer Wicklungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, der fertigungstechnisch einfach herstellbar ist und sehr gute elektrische Eigenschaften aufweist.The invention has for its object a transformer with a coaxial winding arrangement of the type mentioned at the beginning, the manufacturing technology is easy to manufacture and has very good electrical properties.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved in connection with the features of the preamble solved by the features specified in the characterizing part of claim 1.

Der große Vorteil der vorgeschlagenen Verbindungstechnik besteht darin, daß die durch den Transformator mit koaxialer Wicklungsanordnung und planarer Verbindungstechnik prinzipiell erzielbaren Feldsymmetrien durch die an den

Figure 00020001
Transformatorköpfen" eingesetzte Verbindungstechnik nicht gestört werden. Da die vorgeschlagenen Planarverbinder ähnlich gute Hochfrequenzeigenschaften wie die koaxialen Wicklungsanordnungen aufweisen, bleiben alle Vorteile des Koaxialtransformators - wie hohe Isolationsfestigkeit durch elektrische Feldsymmetrie, extrem geringe Stromverdrängungseffekte durch magnetische Feldsymmetrie, sehr geringe Streuinduktivität und sehr geringes Leistungsgewicht - erhalten.The great advantage of the proposed connection technology is that the field symmetries which can in principle be achieved by the transformer with a coaxial winding arrangement and planar connection technology are achieved by the
Figure 00020001
Transformer heads "connection technology are not disturbed. Since the proposed planar connectors have similar high-frequency properties as the coaxial winding arrangements, all advantages of the coaxial transformer - such as high insulation strength through electrical field symmetry, extremely low current displacement effects through magnetic field symmetry, very low leakage inductance and very low power-to-weight ratio - are retained .

Der vorgeschlagene, mit planarer Verbindungstechnik versehene Koaxialtranformator ist bei Leistungen bis 500 kW MF-tauglich (MF = Mittelfrequenz). Er eignet sich hervorragend für resonante Gleichspannungswandler hoher Leistung, die eine geringe Streuinduktivität erfordern. Das Leistungsgewicht liegt unter 1/10 kg/kW bei einer Frequenz von 8 kHz. Es ist eine einfache und effektive Kühlung der Wicklung durch Verwendung der inneren Koaxialleiter - die mittels der Durchführungen durch die Planarverbinder sehr leicht zugänglich sind - als Kühlkanal möglich. In der inneren Wicklung, d. h. im inneren Koaxialleiter, entsteht der größte Teil der Wicklungsverluste, da für diese Wicklung weniger Leiterquerschnitt zur Verfügung steht als für die äußere Wicklung, d. h. den äußeren Koaxialleiter. Für eine Hochspannungsisolation läßt sich das durch die seitlich offenen Planarverbinder leicht zugängliche Volumen zwischen Primär- und Sekundärwicklung einfach mit Isolationsmaterial vergießen.The proposed coaxial transformer with planar connection technology is MF-compatible for outputs up to 500 kW (MF = medium frequency). It is suitable excellent for high power resonant dc converters that have a low Require leakage inductance. The power to weight ratio is less than 1/10 kg / kW Frequency of 8 kHz. It is a simple and effective way of cooling the winding Use of the inner coaxial conductors - which are carried out through the bushings Planar connectors are very easily accessible - possible as a cooling duct. In the inner Winding, d. H. the largest part of the winding losses occurs in the inner coaxial conductor, because there is less conductor cross-section available for this winding than for the outer winding, d. H. the outer coaxial conductor. For high voltage insulation the volume easily accessible through the laterally open planar connectors Simply shed insulation material between the primary and secondary windings.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1
die Sicht auf die Oberseite eines Koaxialtransformators,
Fig. 2
die Sicht auf die Unterseite eines Koaxialtransformators,
Fig. 3
einen Planarverbinder (Doppelstreifenleitung) für den Koaxialtransformator,
Fig. 4
die Sicht auf die Oberseite eines alternativ ausgebildeten Koaxialtransformators (erste Variante),
Fig. 5
die Sicht auf die Unterseite eines alternativ ausgebildeten Koaxialtransformators (erste Variante),
Fig. 6
die Seitenansicht eines Koaxialtransformators (erste Variante),
Fig. 7
eine Sicht auf und einen seitlichen Schnitt durch einen Koaxialtransformator mit segmentierter Wicklung (zweite Variante),
Fig. 8
äußere und innere Verbindungsschiene der Planarverbinder eines segmentierten Koaxialtransformators (zweite Variante).
The invention is explained below with reference to the embodiments shown in the drawing. Show it:
Fig. 1
the view of the top of a coaxial transformer,
Fig. 2
the view of the underside of a coaxial transformer,
Fig. 3
a planar connector (double strip line) for the coaxial transformer,
Fig. 4
the view of the top of an alternatively designed coaxial transformer (first variant),
Fig. 5
the view of the underside of an alternatively designed coaxial transformer (first variant),
Fig. 6
the side view of a coaxial transformer (first variant),
Fig. 7
a view of and a side section through a coaxial transformer with segmented winding (second variant),
Fig. 8
outer and inner connecting rails of the planar connectors of a segmented coaxial transformer (second variant).

In Fig. 1 ist die Sicht auf die Oberseite eines nicht segmentierten Koaxialtransformators dargestellt. Der Koaxialtransformator 1 weist eine Vielzahl von einzelnen, parallel nebeneinander angeordneten koaxialen Wicklungsanordnungen 2 auf. Die Windungszahl w ist eins. Das Übersetzungsverhältnis ü ist beispielsweise eins. Jede koaxiale Wicklungsanordnung 2 besitzt einen inneren Koaxialleiter 3 und einen äußeren Koaxialleiter 4. Die inneren Koaxialleiter 3 und äußeren Koaxialleiter 4 von zwei benachbarten koaxialen Wicklungsanordnungen 2 sind über eine Planarverbinder 6 miteinander verbunden, wobei jedoch zwei koaxiale Wicklungsanordnungen 2 nicht mit derartigen Planarverbindern 6 beschaltet sind, sondern zur Bildung von Primärwicklungsanschlüssen 13 und Sekundärwicklungsanschlüssen 14 dienen. Die Primärwicklungsanschlüsse 13 sind mit den äußeren Koaxialleitern 4 und die Sekundärwicklungsanschlüsse 14 mit den inneren Koaxialleitern 3 verbunden. Die jeweils zwischen den koaxialen Wicklungsanordnungen 2 befindlichen und diese umschließenden Eisenkerne (Stapel von Ringkernen) sind mit Ziffer 5 bezeichnet.In Fig. 1 is the view of the top of a non-segmented coaxial transformer shown. The coaxial transformer 1 has a plurality of individual ones in parallel coaxial winding arrangements 2 arranged next to one another. The number of turns w is one. The transmission ratio ü is one, for example. Each Coaxial winding arrangement 2 has an inner coaxial conductor 3 and an outer one Coaxial conductor 4. The inner coaxial conductor 3 and outer coaxial conductor 4 from two adjacent coaxial winding arrangements 2 are via a planar connector 6 connected to each other, but with two coaxial winding arrangements 2 are not connected to such planar connectors 6, but to form Primary winding connections 13 and secondary winding connections 14 serve. The Primary winding connections 13 are with the outer coaxial conductors 4 and the secondary winding connections 14 connected to the inner coaxial conductors 3. The each located between the coaxial winding arrangements 2 and enclosing them Iron cores (stacks of toroidal cores) are marked with number 5.

In Fig. 2 ist die Sicht auf die Unterseite des Koaxialtransformators 1 dargestellt. Es sind insbesondere die jeweils zwei benachbarte koaxiale Wicklungsanordnungen miteinander verbindenden Planarverbinder 6 zu erkennen.2 shows the view of the underside of the coaxial transformer 1. It are in particular the two adjacent coaxial winding arrangements to recognize interconnecting planar connector 6.

In Fig. 3 ist ein Planarverbinder für den Koaxialtransformator dargestellt, und zwar im linken Bildabschnitt eine Sicht auf die Unterseite, im rechten Bildabschnitt eine Sicht auf die Oberseite und im mittleren Bildabschnitt ein seitlicher Querschnitt. Wie aus dem mittleren Bildabschnitt hervorgeht, weist der Planarverbinder 6 eine äußere Verbindungsschiene 7 und eine innere Verbindungsschiene 8 auf, wobei die äußere Verbindungsschiene 7 über eine Verbindungsstelle (Flansch) 9 mit dem inneren Koaxialleiter 3 und die innere Verbindungsschiene 8 über einen Verbindungsflansch 10 mit dem äußeren Koaxialleiter 4 verbunden ist. Die Verbindungen erfolgen vorzugsweise über Hülsen (Flansche), welche beispielsweise mit den Koaxialleitern verlötet und mit den Verbindungsschienen verschraubt sind. Für die Durchführung der inneren Koaxialleiter 3 zur äußeren Verbindungsschiene 7 sind die inneren Verbindungsschienen 8 mit Durchbrüchen 11 versehen. Um örtliche Feldstärkeerhöhungen zu verhindern, sind die Verbindungsflansche 10 kegelförmig und die Kanten der äußeren Verbindungsschiene 7 und der inneren Verbindungsschiene 8 jeweils als Rundkanten 12 ausgebildet. Als Material für die Verbindungsschienen dient beispielsweise Kupfer oder Aluminium. In Fig. 3, a planar connector for the coaxial transformer is shown, namely in left part of the picture a view of the underside, in the right part of the picture a view a lateral cross-section on the top and in the middle section of the image. How from the middle section of the picture shows, the planar connector 6 has an outer Connection rail 7 and an inner connection rail 8, the outer Connection rail 7 via a connection point (flange) 9 with the inner Coaxial conductor 3 and the inner connecting rail 8 via a connecting flange 10 is connected to the outer coaxial conductor 4. The connections are preferably made over sleeves (flanges), which, for example, with the coaxial conductors are soldered and screwed to the connecting rails. For the implementation the inner coaxial conductor 3 to the outer connecting rail 7 are the inner connecting rails 8 provided with openings 11. To local field strength increases To prevent the connecting flanges 10 are conical and the edges of the outer connecting rail 7 and the inner connecting rail 8 each as Round edges 12 formed. For example, serves as the material for the connecting rails Copper or aluminum.

Die Sicht auf die Unterseite im linken Bildabschnitt der Fig. 3 zeigt die innere Verbindungsschiene 8 mit den Durchbrüchen 11. Die inneren und äußeren Koaxialleiter 3, 4 sind noch nicht befestigt. Die Sicht auf die Oberseite im rechten Bildabschnitt zeigt die äußere Verbindungsschiene 7. Die inneren und äußeren Koaxialleiter 3, 4 sind ebenfalls noch nicht befestigt.The view of the underside in the left-hand section of FIG. 3 shows the inner connecting rail 8 with the openings 11. The inner and outer coaxial conductors 3, 4 are not yet attached. The view of the top in the right section shows the outer connecting bar 7. The inner and outer coaxial conductors 3, 4 are also not yet attached.

Eine vereinfachte Ausführungsform eines Planarverbinders (Doppelstreifenleitung) ergibt sich durch Verwendung von doppelseitigen Platinenlayouts, welche bei kleineren Strombelastungen bis zu wenigen 100 A Verwendung finden können. Zur Vermeidung von örtlichen Feldstärkeüberhöhungen können die äußeren Koaxialleiter 4 an den Verbindungsstellen kegelförmig aufgeweitet werden.A simplified embodiment of a planar connector (double strip line) results from the use of double-sided board layouts, which are used for smaller ones Current loads up to a few 100 A can be used. To avoid The external coaxial conductors 4 can be made from local field strength increases be expanded conically at the connection points.

In Fig. 4 ist die Sicht auf die Oberseite eines alternativ ausgebildeten, ebenfalls nicht segmentierten Koaxialtransformators (erste Variante) dargestellt. Bei diesem Koaxialtransformator 1' sind die koaxialen Wicklungsanordnungen 2 in zwei parallelen, einander gegenüberliegenden Reihen angeordnet, wobei in jeder Reihe eine Vielzahl von koaxialen Wicklungsanordnungen 2 parallel nebeneinander liegt. Jede Reihe ist von einem Eisenkern 15, 16 umschlossen. Die beiden am Ende jeder Reihe angeordneten, sich diagonal gegenüberliegenden koaxialen Wicklungsanordnungen 2 dienen zur Bildung von Primärwicklungsanschlüssen und Sekundärwicklungsanschlüssen und sind deshalb nicht mit Planarverbindern verbunden. Die weiteren, sich jeweils schräg gegenüberliegenden koaxialen Wicklungsanordnungen 2 sind über Planarverbinder 6 miteinander verbunden. Die Windungszahl w ist neun. Das Übersetzungsverhältnis ü ist beispielsweise eins.In Fig. 4, the view of the top of an alternative, is also not segmented coaxial transformer (first variant) shown. With this coaxial transformer 1 'are the coaxial winding arrangements 2 in two parallel, rows arranged opposite one another, with a large number in each row of coaxial winding arrangements 2 is parallel to each other. Every row is enclosed by an iron core 15, 16. The two at the end of each row, diagonally opposite coaxial winding arrangements 2 are used to form primary winding connections and secondary winding connections and are therefore not connected to planar connectors. The others, themselves each coaxially opposite coaxial winding arrangements 2 are over Planar connector 6 connected together. The number of turns w is nine. The gear ratio For example, ü is one.

In Fig. 5 ist die Sicht auf die Unterseite des alternativ ausgebildeten Koaxialtransformators 1' (erste Variante) dargestellt. Wie zu erkennen ist, sind die jeweils sich direkt gegenüberliegenden koaxialen Wicklungsanordnungen 2 der beiden Reihen über Planarverbinder 6 miteinander verbunden.5 is a view of the underside of the alternatively designed coaxial transformer 1 '(first variant) shown. As can be seen, they are each direct opposite coaxial winding arrangements 2 of the two rows connected to each other via planar connector 6.

In Fig. 6 ist die Seitenansicht des Koaxialtransformators 1' (erste Variante) dargestellt. Es sind die beiden Eisenkerne 15, 16 zu erkennen, welche die beiden Reihen mit den koaxialen Wicklungsanordnungen 2 umschließen. Die inneren Koaxialleiter 3 und äußeren Koaxialleiter 4 der koaxialen Wicklungsanordnungen 2 sind über die äußeren Verbindungsschienen 7 und inneren Verbindungsschienen 8 der Planarverbinder 6 verbunden. Dabei sind jeweils benachbarte Planarverbinder vorzugsweise vertikal versetzt angeordnet.6 shows the side view of the coaxial transformer 1 '(first variant). The two iron cores 15, 16 can be seen, which are the two rows enclose with the coaxial winding arrangements 2. The inner coaxial conductors 3 and outer coaxial conductor 4 of the coaxial winding arrangements 2 are over the outer connecting rails 7 and inner connecting rails 8 of the planar connector 6 connected. Adjacent planar connectors are preferred vertically offset.

In Fig. 7 ist im oberen Bildabschnitt eine Sicht (in Schnittdarstellung) auf und im unteren Bildabschnitt ein seitlicher Schnitt durch einen Koaxialtransformator 1'' mit segmentierter Wicklungsanordnung (zweite Variante) dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind sowohl der innere Koaxialleiter 3'' als auch der äußere Koaxialleiter 4'' aus mehreren einzelnen Segmenten 22 zusammengesetzt. Im Ausführungsbeispiel sind für beide Koaxialleiter je vier Segmente vorhanden. Die Windungszahl w ist vier. Das Übersetzungsverhältnis ü ist beispielsweise eins. Durch eine unterschiedliche Anzahl von Segmenten im inneren und äußeren Koaxialleiter (d. h. in Primär- und Sekundärwicklung) lassen sich beliebige rationale Übersetzungsverhältnisse ü wählen (beispielsweise ü=7:8, ü=1:3, ü=12:1). Wie im oberen Bildabschnitt zu erkennen ist, weist der Koaxialtransformator 1'' zwei parallel nebeneinander angeordnete koaxiale Wicklungsanordnungen 2'' auf, wobei jede dieser Wicklungsanordnungen von einem Eisenkern 17, 18 (vorzugsweise Ringkerne) umschlossen ist, wobei die Segmente um 45° versetzt sind, was die Anschlußtechnik über die Planarverbinder erleichtert. Zwischen den beiden Koaxialleitern 3'', 4'' ist jeweils eine elektrische Isolation 19 eingebracht. Die inneren Mantelflächen der inneren Koaxialleiter 3'' sind mit einer elektrischen Isolation 21 versehen, wodurch die Innenkanäle dieser inneren Koaxialleiter als Kühlkanäle 20 unter Verwendung von Brauchwasser als Kühlmittel verwendbar sind. Die zwischen beiden Eisenkernen 17, 18 erkennbaren schwarzen Flächen stellen einen Abschnitt einer Verbindungsschiene eines Planarverbinders dar.In Fig. 7 there is a view (in a sectional view) in the upper section of the image and in the lower Image section a lateral section through a coaxial transformer 1 '' segmented winding arrangement (second variant) shown. In this embodiment are both the inner coaxial conductor 3 ″ and the outer coaxial conductor 4 '' composed of several individual segments 22. In the embodiment there are four segments for each of the coaxial conductors. The number of turns w is four. The transmission ratio ü is one, for example. By a different Number of segments in the inner and outer coaxial conductors (i.e. in Primary and secondary winding) can be any rational gear ratios Select ü (e.g. ü = 7: 8, ü = 1: 3, ü = 12: 1). As in the upper section of the picture can be seen, the coaxial transformer 1 ″ has two parallel to each other arranged coaxial winding arrangements 2 '', each of these winding arrangements enclosed by an iron core 17, 18 (preferably ring cores) is, the segments are offset by 45 °, which is the connection technology relieved by the planar connector. Is between the two coaxial conductors 3 ", 4" electrical insulation 19 is introduced in each case. The inner surface of the inner Coaxial conductors 3 ″ are provided with electrical insulation 21, which means that Inner channels of this inner coaxial conductor as cooling channels 20 using Process water can be used as a coolant. The between two iron cores 17, 18 recognizable black areas represent a section of a connecting rail a planar connector.

Die Schnittdarstellung im unteren Bildabschnitt der Fig. 7 zeigt insbesondere die Verbindung der beiden koaxialen Wicklungsanordnungen mit den Verbindungsschienen eines Planarverbinders 6''. Die Segmente der äußeren Koaxialleiter 4'' sind über Verbindungsstellen 10'' mit den Strompfaden der inneren Verbindungsschiene 8'' verbunden. Besteht die Anforderung einer hohen Isolationsspannung zwischen Primär- und Sekundärwicklung, kann die Verbindungsstelle 10'' (wie auch die Verbindungsstelle 10 in Fig. 3) kegelförmig ausgebildet werden, um lokale elektrische Feldstärkeerhöhungen zu vermeiden. Desgleichen sind die Segmente der inneren Koaxialleiter 3'' über Verbindungsstellen 9'' mit den Strompfaden der äußeren Verbindungsschiene 7'' verbunden. Zwischen den Verbindungsschienen 7'', 8'' und zwischen den einzelnen Strompfaden jeder Verbindungsschiene sowie zwischen inneren und äußeren Koaxialleitern ist eine elektrische Isolation 24 vorgesehen, die durch Vergießen des über die seitlich offenen Planarverbinder leicht zugänglichen Volumens eingebracht werden kann. Die Kühlkanäle 20 mit der elektrischen Isolation 21 an den Mantelflächen der inneren Koaxialleiter sowie die Eisenkerne 17, 18 sind in der Schnittdarstellung gut erkennbar. Die Kühlkanäle 20 können mit (nicht dargestellten) Anschlußstutzen versehen sein, um einen Kühlflüssigkeits-Kreislauf durch den Koaxialtransformator zu erzielen und um damit die im Koaxialtransformator produzierte Wärmeenergie in einen externen Rückkühler zu transportieren.The sectional view in the lower section of FIG. 7 shows in particular the Connection of the two coaxial winding arrangements with the connecting rails a 6 '' planar connector. The segments of the outer coaxial conductor 4 '' are via connection points 10 '' with the current paths of the inner connecting rail 8 '' connected. There is a requirement for a high insulation voltage between the primary and secondary winding, the connection point 10 '' (as well the junction 10 in Fig. 3) are conical to local electrical Avoid increases in field strength. The segments are the same inner coaxial conductor 3 '' via connection points 9 '' with the current paths of the outer Connection rail 7 '' connected. Between the connecting rails 7 '', 8 '' and between the individual current paths of each connecting rail and between inner and outer coaxial conductors, an electrical insulation 24 is provided, the by potting the easily accessible planar connector that is open on the side Volume can be introduced. The cooling channels 20 with the electrical insulation 21 on the outer surfaces of the inner coaxial conductors and the iron cores 17, 18 well recognizable in the sectional view. The cooling channels 20 can be (not shown) Connection piece to be provided to a coolant circuit to achieve the coaxial transformer and thus the one produced in the coaxial transformer Transport heat energy to an external dry cooler.

In Fig. 8 sind im linken Bildabschnitt eine äußere Verbindungsschiene 7'' und im rechten Bildabschnitt eine innere Verbindungsschiene 8'' der Planarverbinder 6'' eines segmentierten Koaxialtransformators (zweite Variante) dargestellt. Wie zu erkennen ist, weist jede Verbindungsschiene mehrere Strompfade 23 für die Verbindung mit den einzelnen Segmenten 22 der Koaxialleiter auf. Da im Ausführungsbeispiel jeder Koaxialleiter in vier Segmente unterteilt ist, sind vier Strompfade je Verbindungsschiene vorgesehen. Zur Bildung der Wicklungsanschlüsse ist dabei ein Strompfad aufgetrennt und die beiden Teilstücke sind mit elektrischen Anschüssen versehen. Im linken Bildabschnitt der Fig. 8 sind beispielhaft die hierdurch erhaltenen Sekundärwicklungsanschlüsse 14 gezeigt.In Fig. 8 in the left section of the image are an outer connecting rail 7 '' and right section of an inner connecting rail 8 '' of the planar connector 6 '' a segmented coaxial transformer (second variant) is shown. How to recognize , each connecting bar has a plurality of current paths 23 for the connection with the individual segments 22 of the coaxial conductor. Since in the embodiment each coaxial conductor is divided into four segments, there are four current paths per connecting rail intended. A is used to form the winding connections Current path separated and the two sections are with electrical connections Mistake. In the left-hand section of FIG. 8, the resultant ones are exemplified Secondary winding terminals 14 shown.

Die Drehung der segmentierten Wicklungsanordnungen um 45° erlaubt die Verwendung eines spiegelsymmetrischen Planarverbinders für die gegenüberliegende Seite, wobei hier ein Strompfad der inneren Verbindungsschiene 8'' zur Bildung der Wicklungsanschlüsse der beispielhaft primären Wicklung aufgetrennt ist.The 45 ° rotation of the segmented winding arrangements allows use a mirror-symmetrical planar connector for the opposite side, here a current path of the inner connecting bar 8 ″ for forming the winding connections the primary winding is separated as an example.

Es ist selbstverständlich, daß die in den einzelnen Ausführungsformen beschriebenen Techniken - wie beispielsweise die Kühltechnik oder die Konstruktion der Planarverbinder - nicht auf die jeweils spezielle Ausführungsform beschränkt sind, sondern auch bei den weiteren behandelten Ausführungsformen eingesetzt werden können. So sind beispielsweise auch die inneren Koaxialleiter der Koaxialtransformatoren gemäß den Fig. 1, 2, 4 bis 6 als Kühlkanäle verwendbar. Durch geeignete, gekrümmte Rohrverbinder werden die nebeneinander angeordneten inneren Koaxialleiter miteinander verbunden, wodurch eine durchgehende Kühlmittelleitung mit einem Zufuhrstutzen und einem Abfuhrstutzen entsteht. Desgleichen sind die Koaxialtransformatoren gemäß den Fig. 1, 2, 4 bis 6 selbstverständlich auch segmentierbar.It goes without saying that those described in the individual embodiments Techniques - such as cooling technology or the construction of the Planar connectors - are not limited to the specific embodiment, but can also be used in the other embodiments discussed can. The inner coaxial conductors of the coaxial transformers are also, for example 1, 2, 4 to 6 can be used as cooling channels. By suitable, curved Tube connectors become the inner coaxial conductors arranged side by side interconnected, creating a continuous coolant line with a Supply nozzle and a discharge nozzle are created. The same applies to the coaxial transformers 1, 2, 4 to 6 of course also segmentable.

Claims (10)

Transformator mit mindestens zwei parallel nebeneinander angeordneten koaxialen Wicklungsanordnungen (2, 2''), jeweils bestehend aus einem inneren Koaxialleiter (3, 3'') und einem äußeren Koaxialleiter (4, 4''), dadurch gekennzeichnet, daß die koaxialen Wicklungsanordnungen (2, 2'') über mindestens einen Planarverbinder (6, 6'') miteinander verbunden sind, wobei der Planarverbinder eine äußere Verbindungsschiene (7, 7'') zur Verbindung mit dem inneren Koaxialleiter (3, 3'') und eine innere Verbindungsschiene (8, 8'') zur Verbindung mit dem äußeren Koaxialleiter (4, 4'') aufweist und die innere Verbindungsschiene (8, 8'') Durchbrüche (11) zur Durchführung der inneren Koaxialleiter (3, 3'') aufweist.Transformer with at least two arranged in parallel next to each other coaxial winding arrangements (2, 2 ''), each consisting of an inner one Coaxial conductor (3, 3 '') and an outer coaxial conductor (4, 4 ''), characterized in that that the coaxial winding arrangements (2, 2 '') over at least one Planar connectors (6, 6 '') are connected to one another, the planar connector being a outer connecting rail (7, 7 '') for connection to the inner coaxial conductor (3, 3 '') and an inner connecting rail (8, 8 '') for connection to the outer Has coaxial conductor (4, 4 '') and the inner connecting rail (8, 8 '') openings (11) for carrying out the inner coaxial conductor (3, 3 ''). Koaxialtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der Verbindungsschienen (7, 7'', 8, 8'') als Rundkanten (12) ausgebildet sind.Coaxial transformer according to claim 1, characterized in that the Edges of the connecting rails (7, 7 '', 8, 8 '') are designed as round edges (12) are. Koaxialtransformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Koaxialleiter (3, 3'', 4, 4'') an der Verbindungsstelle (10, 10'') zu den Verbindungsschienen (8, 8'') der Planarverbinder (6, 6'') einen kegelförmigen Übergang aufweisen.Coaxial transformer according to claim 1 or 2, characterized in that the outer coaxial conductor (3, 3 '', 4, 4 '') at the connection point (10, 10 '') too the connecting rails (8, 8 '') of the planar connectors (6, 6 '') have a conical shape Exhibit transition. Koaxialtransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Isolation (24) zwischen den Verbindungsschienen (7, 7'', 8, 8'') der Planarverbinder (6, 6'') eingebracht ist.Coaxial transformer according to one of claims 1 to 3, characterized in that electrical insulation (24) between the connecting rails (7, 7 '', 8, 8 '') of the planar connector (6, 6 ''). Koaxialtransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Koaxialleiter (3, 3'') gleichzeitig Kühlkanäle (20) sind.Coaxial transformer according to one of Claims 1 to 4, characterized in that that the inner coaxial conductors (3, 3 '') are cooling channels (20) at the same time. Koaxialtransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen der inneren Koaxialleiter (3, 3'') mit einer elektrischen Isolation (21) beschichtet sind. Coaxial transformer according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the inner surfaces of the inner coaxial conductor (3, 3 '') with an electrical Insulation (21) are coated. Koaxialtransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Koaxialleiter (3, 3'') und/oder die äußeren Koaxialleiter (4, 4'') aus mehreren, voneinander elektrisch isolierten Segmenten (22) aufgebaut sind.Coaxial transformer according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the inner coaxial conductor (3, 3 '') and / or the outer coaxial conductor (4, 4 '') are made up of several segments (22) which are electrically insulated from one another. Koaxialtransformator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Verbindungsschiene (7, 7'') und/oder die innere Verbindungsschiene (8, 8'') der Planarverbinder (6, 6'') aus mehreren, voneinander elektrisch isolierten Strompfaden (23) aufgebaut ist, welche mit den einzelnen Segmenten (22) der Koaxialleiter verbunden sind.Coaxial transformer according to claim 7, characterized in that the outer connecting rail (7, 7 '') and / or the inner connecting rail (8, 8 '') the planar connector (6, 6 '') consists of several, electrically insulated from each other Current paths (23) is constructed, which with the individual segments (22) of the coaxial conductor are connected. Koaxialtransformator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Strompfad (23) in zwei Abschnitte unterteilt ist, um Primärwicklungsanschlüsse (13) oder Sekundärwicklungsanschlüsse (14) zu bilden.Coaxial transformer according to claim 8, characterized in that at least one current path (23) is divided into two sections around primary winding connections (13) or secondary winding connections (14). Koaxialtransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Isolation (19) zwischen innerem und äußerem Koaxialleiter (3, 3'', 4, 4'') eingebracht ist.Coaxial transformer according to one of Claims 1 to 9, characterized in that that electrical insulation (19) between the inner and outer Coaxial conductor (3, 3 '', 4, 4 '') is introduced.
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