EP1199730A2 - Transformer for high operating frequency and power - Google Patents

Transformer for high operating frequency and power Download PDF

Info

Publication number
EP1199730A2
EP1199730A2 EP01124152A EP01124152A EP1199730A2 EP 1199730 A2 EP1199730 A2 EP 1199730A2 EP 01124152 A EP01124152 A EP 01124152A EP 01124152 A EP01124152 A EP 01124152A EP 1199730 A2 EP1199730 A2 EP 1199730A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transformer
core parts
primary
transformer according
secondary winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP01124152A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1199730B1 (en
EP1199730A3 (en
Inventor
Rainer Prof. Marquardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1199730A2 publication Critical patent/EP1199730A2/en
Publication of EP1199730A3 publication Critical patent/EP1199730A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1199730B1 publication Critical patent/EP1199730B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • 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
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/10—Liquid cooling

Definitions

  • the invention relates to a transformer for high operating frequency and performance.
  • the transformer should meet high requirements the insulation between the primary and secondary side fulfill.
  • Transformers with a substantially higher than the mains frequency operating frequency are mainly for so-called Switching power supplies with relatively low insulation requirements and small services.
  • Transformers with coaxial windings show a lot small leakage inductances and only have small magnetizing currents, however require special measures for mutual Isolation of the windings and are technological consuming.
  • the invention has for its object a transformer of the type mentioned at the beginning, the technical and economical is advantageously realizable, which in terms of its weight and volume clearly from previous solutions takes off and the high insulation requirements between Primary and secondary side fulfilled.
  • the magnetic circuit of the transformer consists a primary and a secondary winding carrying first core parts.
  • first core parts about other core parts and at least two, one electrical insulation between the primary and secondary side of the transformer causing isolators is the magnetic one Circle closed, the first and the others Core parts are designed so that in the first core parts there is a higher flux density than in the other core parts.
  • the starting point of the invention is the knowledge that for one transformer operated with self-commutated converters minimizing the leakage inductance and the magnetizing current withdraw from the aforementioned requirements can.
  • Another advantage is that the transformer from a few, clearly functionally separated, individually optimizable Parts can be put together.
  • the magnetic circuit of the transformer shown in Fig. 1 consists of three different parts that are multiple magnetic are connected in series.
  • Task of a concentrator 1 is a very homogeneous field of very high flux density to create.
  • the concentrator 1 is therefore the simplest Case a rectangular rod made of soft magnetic material with a very high permissible flux density - preferably of amorphous Metal.
  • a concentrator 1 is on the primary and secondary side intended.
  • the magnetic field is generated by a concentrator 1 starting from a further core part, here called diffuser 2, forwarded.
  • the task of the diffuser 2 is outside the concentrator 1 the magnetic flux density as far reduce that spatial areas of low permeability as little impact as possible in the rest of the magnetic circuit to have. These areas are especially the areas isolation points between primary and secondary side, realized by an isolator 3, and inevitable Air gaps at joints.
  • B. Quadruple compared to concentrator 1 can be enlarged, in particular ferrite materials use. Due to this degree of freedom in the choice of materials there are significant advantages in terms of weight, costs and the simple material processing compared to e.g. B. amorphous Metals.
  • the task of the insulator 3 is the electrical separation of the primary and secondary sides of the transformer. In the simplest case, it therefore consists of a plate of suitable insulation material. Since - in contrast to conventional transformers - there are no requirements with regard to the thermal conductivity of the insulation material, materials with extremely high dielectric strength and a low dielectric constant can be used. In order to extend the creepage distances of the insulation paths, the known measures such as groove structures, edge structures with walls, webs etc. can be applied to the insulators 3. An advantageous development of the invention is to connect the diffusers 2 and the insulators 3 several times in series in the magnetic circuit and / or to combine them constructively, see FIG. 3. The effect of the diffuser 2 can thereby be further improved with extremely low weight gain.
  • a firm assembly of the diffusers 2 and the isolators 3 - z. B. by gluing under vacuum and pressure - can also be advantageous and improve the insulation ability.
  • Another advantage of the arrangement is the fact that the interfaces between the concentrators 1 and the Diffusers 2 neither in terms of mechanical precision nor electrical insulation are critical. Therefore can these as mechanical separation points to simplify assembly / disassembly remain. This also allows the winding 4 prefabricated slide onto the concentrator 1 what facilitates the manufacture of a winding 4 with a high copper fill factor.
  • the cooling of the arrangement can, because of the unique electrical Separation of the primary and secondary side, for both Pages can be chosen completely separately. It can be both the soft magnetic components (concentrators 1 and Diffusers 2) and the windings 4 are advantageously cooled be because they are easily accessible and not by z. B. by thick Insulations or potting compounds are covered. this fact also accommodates effective air cooling. So is in the arrangement shown a much easier cooling possible by heat conduction into an outer cooling plate 6, since the winding 4, but also the magnetic parts (concentrators 1 and diffusers 2), are easily accessible.
  • a special, advantageous version for cooling the Winding 4 results if this consists of a around the concentrator 1 wrapped sheet metal with heat-conducting layer insulation consists.
  • This embodiment of the winding 4 also poses regarding minimal electrical power loss is an optimum.
  • this version of the winding 4 is already by pressing a cooling plate 6 and one electrically insulating, thermally conductive intermediate layer 5, see Fig. 4, good cooling of the winding 4 can be achieved.
  • the cooling plate 6 is already used in many cases for cooling the semiconductors of the converter.
  • the requirements with regard to the electrical insulation of the intermediate layer 5 can be kept to a minimum, since the cooling plates 6 for the primary and secondary sides can be completely separate. (If both cooling plates have a common cooling liquid, the cooling liquid must of course be electrically insulating.) However, the clear electrical separation of the primary and secondary side also offers great degrees of freedom with regard to cooling, e.g. B. Liquid cooling of the primary side and air cooling of the secondary side.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)
  • Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)

Abstract

The transformer has a magnetic circuit consisting of a first core part (1) carrying a primary and a secondary winding (4) and closed by further core parts (2) and at least two isolators (3) for electrical insulation between the primary and secondary sides of the transformer. The first and further core parts are arranged so that a higher flux density arises in the first core part than in the other core parts.

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator für hohe Betriebsfrequenz und Leistung. Der Transformator soll dabei hohe Anforderungen an die Isolation zwischen Primär- und Sekundärseite erfüllen.The invention relates to a transformer for high operating frequency and performance. The transformer should meet high requirements the insulation between the primary and secondary side fulfill.

Transformatoren mit einer wesentlich über der Netzfrequenz liegenden Betriebsfrequenz werden bisher vorwiegend für sogenannte Schaltnetzteile mit relativ niedrigen Isolationsanforderungen und kleinen Leistungen genutzt.Transformers with a substantially higher than the mains frequency operating frequency are mainly for so-called Switching power supplies with relatively low insulation requirements and small services.

Darüber hinaus sind sogenannte Mittelfrequenztransformatoren in Verbindung mit leistungselektronischen Umformern als Ersatz für konventionelle Netztransformatoren bekannt. Die mittels der leistungselektronischen Umformer erzeugte, wesentlich über der Netzfrequenz liegende Betriebsfrequenz ermöglicht prinzipiell erhebliche Gewichts- und Volumeneinsparungen der Transformatoren. Deren Leistung ist jedoch bisher stark begrenzt.In addition, there are so-called medium frequency transformers in connection with power electronic converters as a replacement known for conventional mains transformers. The means the power electronic converter produced, essential Operating frequency above the mains frequency enabled principally considerable weight and volume savings of the transformers. However, their performance is so far severely limited.

Um die konventionellen Netztransformatoren auf elektrischen Triebfahrzeugen zu ersetzen, werden jedoch übertragbare Leistungen im Bereich mehrerer hundert Kilowatt benötigt und sehr hohe Isolationsanforderungen durch die vorgegebenen 15kV- und 25kV- Netzspannungen gestellt. Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind in der jüngsten Zeit verschiedene Anstrengungen unternommen worden.To convert the conventional mains transformers to electrical Replacing locomotives, however, will be transferable benefits needed and very much in the range of several hundred kilowatts high insulation requirements due to the specified 15kV and 25kV mains voltages provided. To meet these requirements, are different efforts in recent times been undertaken.

So ist aus H. Reinold, M. Steiner: "Characterization of Semi-conductor Losses in Series Resonant DC-DC Converters for High Power Applications using Transformers with Low Leakage Inductance", EPE 1999, Lausanne, ein Gleichstromübertrager mit einem Transformator mit koaxialem Wicklungsaufbau und einem hochpermeablem Kern aus amorphem Material bekannt, der mit IGBT-Serienresonanz-Umrichtern zusammen arbeitet. Die Einheit soll eine Leistung von 200 kW erreichen.From H. Reinold, M. Steiner: "Characterization of semi-conductor Losses in Series Resonant DC-DC Converters for High Power Applications using Transformers with Low Leakage Inductance ", EPE 1999, Lausanne, a direct current transformer with a Transformer with coaxial winding structure and one highly permeable core made of amorphous material known with IGBT series resonance converters work together. The unit should achieve an output of 200 kW.

Aus M. Kunz, F. Hörl, T. Klockow: "Entwicklung einer massearmen Energieversorgung für elektrische Triebfahrzeuge", ZEV-DET Glas. Ann. 123, 11/12, S. 423 - 426, 1999, ist ein Mittelfrequenztransformator bekannt, dessen Eingangsspannung durch eine Kaskade von IGBT-Teilumrichtern von 16 2/3 Hz auf 400 Hz umgesetzt wird. Der Transformator erreicht eine Leistung von 1 MVA bei einem halbierten Gewicht gegenüber herkömmlichen Bahntransformatoren. Über den Aufbau des Transformators selber werden keine näheren Angaben gemacht.From M. Kunz, F. Hörl, T. Klockow: "Development of a low-mass Power supply for electric traction vehicles ", ZEV-DET Glass. Ann. 123, 11/12, pp. 423 - 426, 1999, is a medium frequency transformer known whose input voltage through a cascade of IGBT partial inverters of 16 2/3 Hz 400 Hz is implemented. The transformer achieves an output of 1 MVA with a weight halved compared to conventional ones Traction transformers. About the construction of the transformer no further details are given.

In Klontz, K.W.; Novotny, D.W.: "An actively cooled 120kW coaxial winding transformer for fast charging electric vehicles"; IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 31, no. 6, p. 1257-63, 1995 und Klontz, K.W.; Divan, D.M.; Novotny, D.W.; Lorentz, R.D.: "Contactless power delivery system for mining applications"; IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 31, no. 1, p. 27-35, 1995 werden ebenfalls Transformatoren mit koaxialen Wicklungen beschrieben. Sie sollen bei einer Frequenz von 20 kHz eine Leistung von 120 kW übertragen, wobei aufwendige Maßnahmen zur Kühlung getroffen werden müssen..In Klontz, K.W .; Novotny, D.W .: "An actively cooled 120kW coaxial winding transformer for fast charging electric vehicles "; IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 31 no. 6, p. 1257-63, 1995 and Klontz, K.W .; Divan, D.M .; Novotny, D.W .; Lorentz, R.D .: "Contactless power delivery system for mining applications "; IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 31, no. 1, p. 27-35, 1995 are also Transformers with coaxial windings described. she should have a power of 120 kW at a frequency of 20 kHz transferred, taking costly measures for cooling Need to become..

Transformatoren mit koaxialen Wicklungen weisen zwar sehr kleine Streuinduktivitäten auf und haben nur kleine Magnetisierungsströme, erfordern jedoch besondere Maßnahmen zur gegenseitigen Isolation der Wicklungen und sind technologisch aufwendig.Transformers with coaxial windings show a lot small leakage inductances and only have small magnetizing currents, however require special measures for mutual Isolation of the windings and are technological consuming.

Alle vorbenannten Lösungen gemein sind noch zu große Nachteile bzgl. Gewicht, Volumen, Wirkungsgrad und Kühlung.All of the above solutions are still too big Disadvantages in terms of weight, volume, efficiency and cooling.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transformator der eingangs genannten Art anzugeben, der technisch und wirtschaftlich vorteilhaft realisierbar ist, der sich hinsichtlich seines Gewichts und Volumens deutlich von bisherigen Lösungen abhebt und der hohe Isolationsanforderungen zwischen Primär- und Sekundärseite erfüllt.The invention has for its object a transformer of the type mentioned at the beginning, the technical and economical is advantageously realizable, which in terms of its weight and volume clearly from previous solutions takes off and the high insulation requirements between Primary and secondary side fulfilled.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention, the object is achieved by the features of claim 1. advantageous embodiments are the subject of subclaims.

Danach besteht der magnetische Kreis des Transformators aus eine Primär- und eine Sekundärwicklung tragenden ersten Kernteilen. Über weitere Kernteile und mindestens zwei, eine elektrische Isolation zwischen der Primär- und der Sekundärseite des Transformators bewirkende Isolatoren ist der magnetische Kreis geschlossen, wobei die ersten und die weiteren Kernteile so gestaltet sind, dass in den ersten Kernteilen eine höhere Flussdichte herrscht als in den weiteren Kernteilen.Then the magnetic circuit of the transformer consists a primary and a secondary winding carrying first core parts. About other core parts and at least two, one electrical insulation between the primary and secondary side of the transformer causing isolators is the magnetic one Circle closed, the first and the others Core parts are designed so that in the first core parts there is a higher flux density than in the other core parts.

Mit der Erfindung werden die sich teilweise widerstrebenden Forderungen nach:

  • a) geringem Gewicht und Volumen
  • b) einfacher Kühlungsmöglichkeit
  • c) hohem Wirkungsgrad
  • d) sicherer Isolation
  • e) reduziertem Fertigungs- und Materialaufwand
    • auf eine technisch und wirtschaftlich vorteilhafte Art erfüllt.With the invention, the partially conflicting demands for:
  • a) light weight and volume
  • b) simple cooling option
  • c) high efficiency
  • d) safe isolation
  • e) reduced manufacturing and material costs
    • fulfilled in a technically and economically advantageous way.

    Ausgangspunkt der Erfindung ist die Erkenntnis, dass für einen mit selbstgeführten Stromrichtern betriebenen Transformator die Minimierung der Streuinduktivität und des Magnetisierungsstromes gegenüber den vorgenannten Anforderungen zurücktreten kann. The starting point of the invention is the knowledge that for one transformer operated with self-commutated converters minimizing the leakage inductance and the magnetizing current withdraw from the aforementioned requirements can.

    Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Transformator aus wenigen, klar funktionell getrennten, einzeln optimierbaren Teilen zusammensetzbar ist.Another advantage is that the transformer from a few, clearly functionally separated, individually optimizable Parts can be put together.

    Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. in den zugehörigen Zeichnungen zeigen

    Fig. 1
    eine Prinzipdarstellung des magnetischen Kreises eines erfindungsgemäßen Transformators,
    Fig. 2
    den magnetischen Kreis des Transformators mit Wicklungen,
    Fig. 3
    den magnetischen Kreis des Transformators mit mehreren Isolierstellen zwischen Primär- und Sekundärseite und
    Fig. 4
    den Transformator mit zusätzlichen Maßnahmen zur Kühlung der Wicklungen.
    The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. show in the accompanying drawings
    Fig. 1
    a schematic diagram of the magnetic circuit of a transformer according to the invention,
    Fig. 2
    the magnetic circuit of the transformer with windings,
    Fig. 3
    the magnetic circuit of the transformer with several insulation points between the primary and secondary side and
    Fig. 4
    the transformer with additional measures for cooling the windings.

    Der in Fig. 1 gezeigte magnetische Kreis des Transformators besteht aus drei verschiedenartigen Teilen, die mehrfach magnetisch in Reihe geschaltet sind. Aufgabe eines Konzentrators 1 ist es, ein möglichst homogenes Feld sehr hoher Flußdichte zu erzeugen. Der Konzentrator 1 ist deshalb im einfachsten Fall ein rechteckförmiger Stab aus weichmagnetischem Material mit sehr hoher zulässiger Flußdichte - vorzugsweise aus amorphem Metall. Ein Konzentrator 1 ist primär- als auch sekundärseitig vorgesehen. Durch die Anordnung einer Wicklung 4 im Bereich eines Konzentrators 1, siehe Fig. 2, wird deren Verlustleistung minimiert.The magnetic circuit of the transformer shown in Fig. 1 consists of three different parts that are multiple magnetic are connected in series. Task of a concentrator 1 is a very homogeneous field of very high flux density to create. The concentrator 1 is therefore the simplest Case a rectangular rod made of soft magnetic material with a very high permissible flux density - preferably of amorphous Metal. A concentrator 1 is on the primary and secondary side intended. By arranging a winding 4 in the area of a concentrator 1, see FIG. 2, its Power loss minimized.

    Darüber hinaus ist es nicht notwendig, eine hohe Isolationsspannung zwischen dem Konzentrator 1 und einer Wicklung 4 zu realisieren. Es ist im Sinne einer Optimierung von Raumbedarf und Fertigungsaufwand sogar möglich, einen beliebigen Punkt einer Wicklung 4 mit dem zugehörigen Konzentrator 1 galvanisch zu verbinden.In addition, it is not necessary to have a high insulation voltage between the concentrator 1 and a winding 4 realize. It is in the sense of optimizing space requirements and manufacturing effort even possible, any point a winding 4 with the associated concentrator 1 galvanically connect to.

    Das magnetische Feld wird, jeweils von einem Konzentrator 1 ausgehend, von einem weiteren Kernteil, hier Diffusor 2 genannt, weitergeleitet. Aufgabe des Diffusors 2 ist es, außerhalb des Konzentrators 1 die magnetische Flußdichte soweit zu reduzieren, dass die räumlichen Bereiche niedriger Permeabilität im restlichen magnetischen Kreis möglichst geringe Auswirkungen haben. Diese Bereiche sind insbesondere die Bereiche von Isolierstellen zwischen Primär- und Sekundärseite, realisiert durch jeweils einen Isolator 3, und unvermeidliche Luftspalte an Fügestellen.The magnetic field is generated by a concentrator 1 starting from a further core part, here called diffuser 2, forwarded. The task of the diffuser 2 is outside the concentrator 1 the magnetic flux density as far reduce that spatial areas of low permeability as little impact as possible in the rest of the magnetic circuit to have. These areas are especially the areas isolation points between primary and secondary side, realized by an isolator 3, and inevitable Air gaps at joints.

    An das weichmagnetische Material der Diffusoren 2 müssen nur geringe Anforderungen gestellt werden. Da sich die Materialquerschnittsfläche im Bereich vor dem Isolator ohne weiteres auf das z. B. Vierfache (verglichen mit dem Konzentrator 1) vergrößern lässt, kann man insbesondere Ferritmaterialien verwenden. Durch diesen Freiheitsgrad in der Materialwahl ergeben sich erhebliche Vorteile bezüglich Gewicht, Kosten und der einfachen Materialbearbeitung gegenüber z. B. amorphen Metallen.To the soft magnetic material of the diffusers 2 only low demands are made. Because the material cross-sectional area in the area in front of the isolator without further ado on the z. B. Quadruple (compared to concentrator 1) can be enlarged, in particular ferrite materials use. Due to this degree of freedom in the choice of materials there are significant advantages in terms of weight, costs and the simple material processing compared to e.g. B. amorphous Metals.

    Aufgabe des Isolators 3 ist die elektrische Trennung der Primär- und Sekundärseite des Transformators. Er besteht deshalb im einfachsten Fall aus einer Platte geeigneten Isolationsmaterials. Da - im Gegensatz zu konventionellen Transformatoren - keine Forderungen bezüglich der thermischen Leitfähigkeit des Isolationsmaterials bestehen, können Materialien extrem hoher Durchschlagsfestigkeit und niedriger Dielektrizitätskonstante verwendet werden. Zwecks Verlängerung der Kriechstrecken der Isolationswege lassen sich die bekannten Maßnahmen wie Rillenstrukturen, Randstrukturen mit Wänden, Stegen usw. auf die Isolatoren 3 anwenden.
    Eine vorteilhafte Weiterführung der Erfindung besteht darin, die Diffusoren 2 und die Isolatoren 3 mehrfach im magnetischen Kreis in Reihe zu schalten und/oder konstruktiv zusammenzufassen, siehe Fig. 3. Die Wirkung des Diffusors 2 lässt sich dadurch bei extrem geringem Gewichtszuwachs weiter verbessern. Ein festes Zusammenfügen der Diffusoren 2 und der Isolatoren 3 - z. B. durch Verkleben unter Vakuum und Pressdruck - kann darüber hinaus vorteilhaft sein und die Isolationsfähigkeit verbessern. Auf Grund der erwähnten, recht freizügigen Auswahlmöglichkeiten bei den Materialien für die Diffusoren 2 und die Isolatoren 3 sind entsprechende Verbindungstechniken gut realisierbar.    The task of the insulator 3 is the electrical separation of the primary and secondary sides of the transformer. In the simplest case, it therefore consists of a plate of suitable insulation material. Since - in contrast to conventional transformers - there are no requirements with regard to the thermal conductivity of the insulation material, materials with extremely high dielectric strength and a low dielectric constant can be used. In order to extend the creepage distances of the insulation paths, the known measures such as groove structures, edge structures with walls, webs etc. can be applied to the insulators 3.
    An advantageous development of the invention is to connect the diffusers 2 and the insulators 3 several times in series in the magnetic circuit and / or to combine them constructively, see FIG. 3. The effect of the diffuser 2 can thereby be further improved with extremely low weight gain. A firm assembly of the diffusers 2 and the isolators 3 - z. B. by gluing under vacuum and pressure - can also be advantageous and improve the insulation ability. On the basis of the aforementioned, quite permissive selection options for the materials for the diffusers 2 and the insulators 3, corresponding connection techniques can easily be implemented.

    Ein weiterer Vorteil der Anordnung besteht in der Tatsache, dass die Grenzflächen zwischen den Konzentratoren 1 und den Diffusoren 2 weder bezüglich der mechanischen Präzision noch der elektrischen Isolation kritisch sind. Deshalb können diese als mechanische Trennstellen zur Vereinfachung der Montage/Demontage verbleiben. Dadurch lässt sich auch die Wicklung 4 vorgefertigt auf den Konzentrator 1 aufschieben, was die Fertigung einer Wicklung 4 mit hohem Kupferfüllfaktor erleichtert.Another advantage of the arrangement is the fact that the interfaces between the concentrators 1 and the Diffusers 2 neither in terms of mechanical precision nor electrical insulation are critical. Therefore can these as mechanical separation points to simplify assembly / disassembly remain. This also allows the winding 4 prefabricated slide onto the concentrator 1 what facilitates the manufacture of a winding 4 with a high copper fill factor.

    Die Kühlung der Anordnung kann, wegen der eindeutigen elektrischen Trennung der Primär- und Sekundärseite, für beide Seiten völlig getrennt gewählt werden. Es können jeweils sowohl die weichmagnetischen Bauteile (Konzentratoren 1 und Diffusoren 2), als auch die Wicklungen 4 vorteilhaft gekühlt werden, da sie gut zugänglich und nicht durch z. B. durch dicke Isolationen oder Vergußmassen verdeckt sind. Diese Tatsache kommt auch einer effektiven Luftkühlung entgegen. So ist bei der gezeigten Anordnung eine wesentlich einfachere Kühlung durch Wärmeleitung in eine äußere Kühlplatte 6 möglich, da die Wicklung 4, jedoch auch die magnetischen Teile (Konzentratoren 1 und Diffusoren 2), gut zugänglich sind.The cooling of the arrangement can, because of the unique electrical Separation of the primary and secondary side, for both Pages can be chosen completely separately. It can be both the soft magnetic components (concentrators 1 and Diffusers 2) and the windings 4 are advantageously cooled be because they are easily accessible and not by z. B. by thick Insulations or potting compounds are covered. this fact also accommodates effective air cooling. So is in the arrangement shown a much easier cooling possible by heat conduction into an outer cooling plate 6, since the winding 4, but also the magnetic parts (concentrators 1 and diffusers 2), are easily accessible.

    Eine spezielle, vorteilhafte Ausführung für die Kühlung der Wicklung 4 ergibt sich, wenn diese aus einer um den Konzentrator 1 gewickelten Blechfolie mit wärmeleitender Lagenisolation besteht. Diese Ausführungsform der Wicklung 4 stellt auch bezüglich minimaler elektrischer Verlustleistung ein Optimum dar. Bei dieser Ausführung der Wicklung 4 ist bereits durch das Anpressen einer Kühlplatte 6 und einer elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Zwischenlage 5, siehe Fig. 4, eine gute Kühlung der Wicklung 4 erzielbar. Die Kühlplatte 6 wird in vielen Fällen bereits für die Kühlung der Halbleiter des Stromrichters vorhanden sein.A special, advantageous version for cooling the Winding 4 results if this consists of a around the concentrator 1 wrapped sheet metal with heat-conducting layer insulation consists. This embodiment of the winding 4 also poses regarding minimal electrical power loss is an optimum. In this version of the winding 4 is already by pressing a cooling plate 6 and one electrically insulating, thermally conductive intermediate layer 5, see Fig. 4, good cooling of the winding 4 can be achieved. The cooling plate 6 is already used in many cases for cooling the semiconductors of the converter.

    Die Anforderungen bezüglich der elektrischen Isolation der Zwischenlage 5 lassen sich minimal halten, da die Kühlplatten 6 für die Primär- und Sekundärseiten völlig getrennt sein können. (Falls beide Kühlplatten eine gemeinsame Kühlflüssigkeit haben, muss selbstverständlich die Kühlflüssigkeit elektrisch isolierend sein.)
    Die eindeutige elektrische Trennung von Primär- und Sekundärseite bietet jedoch auch bzgl. der Kühlung große Freiheitsgrade, z. B. Flüssigkeitskühlung der Primärseite und Luftkühlung der Sekundärseite.    The requirements with regard to the electrical insulation of the intermediate layer 5 can be kept to a minimum, since the cooling plates 6 for the primary and secondary sides can be completely separate. (If both cooling plates have a common cooling liquid, the cooling liquid must of course be electrically insulating.)
    However, the clear electrical separation of the primary and secondary side also offers great degrees of freedom with regard to cooling, e.g. B. Liquid cooling of the primary side and air cooling of the secondary side.

    Bei höherer Leistungsdichte des Transformators wird i.a. eine intensivere Kühlung der Wicklung 4 erforderlich sein. Diese lässt sich bei Vorhandensein einer forcierten Flüssigkeitskühlung mit elektrisch isolierender Flüssigkeit in Form einer Innenleiterkühlung realisieren. Ähnliche Maßnahmen sind auch für die weichmagnetischen Bauteile (Konzentratoren 1 und Diffusoren 2) durch flüssigkeitsdurchströmte Bohrungen realisierbar und prinzipiell bereits bekannt.With a higher power density of the transformer, i.a. a more intensive cooling of the winding 4 may be required. This can be used in the presence of forced liquid cooling with electrically insulating liquid in the form of a Realize inner conductor cooling. Similar measures are also in place for the soft magnetic components (concentrators 1 and diffusers 2) Realizable through holes through which liquid flows and in principle already known.

    Claims (10)

    Transformator für hohe Betriebsfrequenz und Leistung, dadurch gekennzeichnet, dass sein magnetischer Kreis aus eine Primär- und eine Sekundärwicklung (4) tragenden ersten Kernteilen (1) besteht und über weitere Kernteile (2) und mindestens zwei, eine elektrische Isolation zwischen der Primär- und der Sekundärseite des Transformators bewirkende Isolatoren (3) geschlossen ist, wobei die ersten und die weiteren Kernteile (1, 2) so gestaltet sind, dass in den ersten Kernteilen (1) eine höhere Flussdichte herrscht als in den weiteren Kernteilen (2).Transformer for high operating frequency and power, characterized in that its magnetic circuit consists of a primary and a secondary winding (4) carrying first core parts (1) and, via further core parts (2) and at least two, an electrical insulation between the primary and isolators (3) effecting the secondary side of the transformer is closed, the first and the further core parts (1, 2) being designed in such a way that a higher flux density prevails in the first core parts (1) than in the further core parts (2). Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kernteile (1) aus amorphem Metall bestehen.Transformer according to claim 1, characterized in that the first core parts (1) consist of amorphous metal. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Kernteile (2) aus Ferrit bestehen.Transformer according to claim 1 or 2, characterized in that the further core parts (2) consist of ferrite. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weitern Kernteile (2) mit den Isolatoren (3) verklebt sind.Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the further core parts (2) are glued to the insulators (3). Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primär- und/oder Sekundärwicklung aus einer Metallfolie besteht.Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the primary and / or secondary winding consists of a metal foil. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen der Primär- und/oder Sekundärwicklung durch elektrisch isolierende, gut wärmeleitende Zwischenlagen (5) voneinander getrennt sind.Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the layers of the primary and / or secondary winding are separated from one another by electrically insulating, good heat-conducting intermediate layers (5). Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primär- und/oder Sekundärwicklung (4) mit einer Kühlplatte (6) verbunden ist. Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the primary and / or secondary winding (4) is connected to a cooling plate (6). Transformator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagen (5) mit der Kühlplatte (6) verbunden sind.Transformer according to claim 7 or 8, characterized in that the intermediate layers (5) are connected to the cooling plate (6). Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter der Primär- und/oder Sekundärwicklung (4) durch ein Fluid innengekühlt sind.Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the conductors of the primary and / or secondary winding (4) are internally cooled by a fluid. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder weiteren Kernteile (1, 2) durch ein Fluid innengekühlt sind.Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or further core parts (1, 2) are internally cooled by a fluid.
    EP01124152A 2000-10-16 2001-10-10 Transformer for high operating frequency and power Expired - Lifetime EP1199730B1 (en)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE10051157A DE10051157A1 (en) 2000-10-16 2000-10-16 High frequency and power transformer
    DE10051157 2000-10-16

    Publications (3)

    Publication Number Publication Date
    EP1199730A2 true EP1199730A2 (en) 2002-04-24
    EP1199730A3 EP1199730A3 (en) 2002-12-11
    EP1199730B1 EP1199730B1 (en) 2007-08-08

    Family

    ID=7659911

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP01124152A Expired - Lifetime EP1199730B1 (en) 2000-10-16 2001-10-10 Transformer for high operating frequency and power

    Country Status (3)

    Country Link
    EP (1) EP1199730B1 (en)
    AT (1) ATE369609T1 (en)
    DE (2) DE10051157A1 (en)

    Families Citing this family (1)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE102004025076B4 (en) * 2004-05-21 2006-04-20 Minebea Co., Ltd. Coil arrangement and method for its production

    Citations (3)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE280418C (en) *
    WO1992009136A1 (en) * 1990-11-14 1992-05-29 Scanpower A power supply circuit with integrated magnetic components
    DE29515973U1 (en) * 1995-09-28 1995-12-07 Siemens Ag Choke core

    Family Cites Families (1)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    CH480719A (en) * 1968-03-28 1969-10-31 Bbc Brown Boveri & Cie Transformer core with cooling channels parallel to the sheets, and method for its manufacture

    Patent Citations (3)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE280418C (en) *
    WO1992009136A1 (en) * 1990-11-14 1992-05-29 Scanpower A power supply circuit with integrated magnetic components
    DE29515973U1 (en) * 1995-09-28 1995-12-07 Siemens Ag Choke core

    Also Published As

    Publication number Publication date
    EP1199730B1 (en) 2007-08-08
    DE50112822D1 (en) 2007-09-20
    DE10051157A1 (en) 2002-04-25
    ATE369609T1 (en) 2007-08-15
    EP1199730A3 (en) 2002-12-11

    Similar Documents

    Publication Publication Date Title
    DE112015000785T5 (en) Transformer and power converter using it
    EP0676777B1 (en) Locomotive transformer and winding device therefor
    DE69723435T2 (en) CONTROLLABLE INDUCTOR
    EP2696358A1 (en) Medium frequency transformer
    KR102004230B1 (en) Wireless power supply and pickup coil for solid-state transformer of railway vehicle and module thereof
    DE102019130839A1 (en) An inductor assembly
    EP1729310A1 (en) MF transformer
    WO2019101288A1 (en) Converter assembly
    DE112015002847T5 (en) Ballast and DC converter using them
    EP1199730B1 (en) Transformer for high operating frequency and power
    EP1344230B1 (en) Medium frequency transformer
    DE10203246A1 (en) Medium-frequency transformer
    DE112022000924T5 (en) Coil device and power conversion device
    EP3181284B1 (en) Frequency converter
    DE2350397A1 (en) MAGNETRON
    DE102018220415A1 (en) Transformer, DC converter and electric motor vehicle
    US20230230762A1 (en) High frequency medium voltage transformer with central insulating divider
    DE102019008177A1 (en) HIGH-FREQUENCY MEDIUM VOLTAGE DRIVE SYSTEM FOR HIGH-SPEED MACHINE APPLICATIONS
    DE19920268C1 (en) Inductive device e.g. choke coil or transformer, has laminations of magnetic circuit offset relative to one another in vicinity of electrical circuit for increasing magnetic circuit surface
    EP0932168A2 (en) Coaxial transformer
    DE102021211990A1 (en) Rotor for a separately excited synchronous machine
    EP0124809B1 (en) Inductive element
    DE102021211991A1 (en) Rotor for a separately excited synchronous machine
    DE102020214444A1 (en) Transformer, electrical circuitry and magnetic resonance imaging equipment
    DE102019134791A1 (en) Electrical device for a converter, converter and arrangement with an electrical machine and a converter

    Legal Events

    Date Code Title Description
    PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: A2

    Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

    AX Request for extension of the european patent

    Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

    PUAL Search report despatched

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: A3

    Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

    AX Request for extension of the european patent

    Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

    17P Request for examination filed

    Effective date: 20030417

    AKX Designation fees paid

    Designated state(s): AT CH DE LI SE

    GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

    GRAS Grant fee paid

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

    GRAA (expected) grant

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: B1

    Designated state(s): AT CH DE LI SE

    REG Reference to a national code

    Ref country code: CH

    Ref legal event code: NV

    Representative=s name: SIEMENS SCHWEIZ AG

    Ref country code: CH

    Ref legal event code: EP

    REF Corresponds to:

    Ref document number: 50112822

    Country of ref document: DE

    Date of ref document: 20070920

    Kind code of ref document: P

    REG Reference to a national code

    Ref country code: SE

    Ref legal event code: TRGR

    PLBE No opposition filed within time limit

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

    STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

    Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

    26N No opposition filed

    Effective date: 20080509

    REG Reference to a national code

    Ref country code: CH

    Ref legal event code: PCAR

    Free format text: SIEMENS SCHWEIZ AG;INTELLECTUAL PROPERTY FREILAGERSTRASSE 40;8047 ZUERICH (CH)

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: SE

    Payment date: 20161011

    Year of fee payment: 16

    Ref country code: AT

    Payment date: 20160908

    Year of fee payment: 16

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: DE

    Payment date: 20161220

    Year of fee payment: 16

    Ref country code: CH

    Payment date: 20170105

    Year of fee payment: 16

    REG Reference to a national code

    Ref country code: CH

    Ref legal event code: PCOW

    Free format text: NEW ADDRESS: WERNER-VON-SIEMENS-STRASSE 1, 80333 MUENCHEN (DE)

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R119

    Ref document number: 50112822

    Country of ref document: DE

    REG Reference to a national code

    Ref country code: SE

    Ref legal event code: EUG

    REG Reference to a national code

    Ref country code: CH

    Ref legal event code: PL

    REG Reference to a national code

    Ref country code: AT

    Ref legal event code: MM01

    Ref document number: 369609

    Country of ref document: AT

    Kind code of ref document: T

    Effective date: 20171010

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: DE

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20180501

    Ref country code: CH

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20171031

    Ref country code: LI

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20171031

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: AT

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20171010

    Ref country code: SE

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20171011