EP2908320B1 - Transformator mit Isolationsstruktur und Verfahren zur Herstellung eines Transformators mit Isolationsstruktur - Google Patents

Transformator mit Isolationsstruktur und Verfahren zur Herstellung eines Transformators mit Isolationsstruktur Download PDF

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EP2908320B1
EP2908320B1 EP14155017.8A EP14155017A EP2908320B1 EP 2908320 B1 EP2908320 B1 EP 2908320B1 EP 14155017 A EP14155017 A EP 14155017A EP 2908320 B1 EP2908320 B1 EP 2908320B1
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EP
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transformer
winding
insulation structure
transformer core
preformed
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EP2908320A1 (de
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Markus Rätz
Olivier Garcia
Sascha Pawel
Jan Thalheim
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Power Integrations Switzerland GmbH
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Power Integrations Switzerland GmbH
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Publication date
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    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
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    • H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures
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    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/02—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers

Definitions

  • the present invention relates to a transformer having a preformed insulation structure and to a method of manufacturing a transformer with a preformed insulation structure.
  • Such devices are used, for example, in isolating transformers in which high voltages are applied between a primary winding and a secondary winding.
  • Transformers and in particular isolation transformers may comprise a transformer core and at least two windings.
  • the windings are wound in a bifilar arrangement.
  • An exemplary bifilar array is shown in FIG FIG. 1 shown.
  • Two windings 102, 103 formed by wires are wound around an annular transformer core 101 in multiple turns.
  • both windings 102, 103 may extend substantially along the entire circumference of the annular transformer core 101 to limit stray inductances.
  • the insulation resistance between the first winding 102 and the second winding 103 is determined in this arrangement essentially by the distance and the insulation resistance of the wires forming the windings.
  • the two windings of a transformer may each be wound on a different segment along the circumference of an annular transformer core (eg, along a 120 ° segment).
  • a distance between the first and second windings can be increased.
  • the stray inductance of the windings may increase and also entail an increased dimension of the transformer core and the entire transformer because no windings are wound on a portion of the transformer core.
  • the German utility model no. 25 49 379 discloses a transformer using at least one toroidal core provided with a first winding and a second winding separated therefrom by an insulating layer, the toroid wound with the first winding being surrounded by an insulating jacket, leaving the second winding, leaving an opening concentric with the toroidal bore is provided, wherein one of two equal semi-cylindrical shells, which are made via a plane parallel to the core axis separating plane and produced by plastic injection molding, existing capsule for receiving the first winding provided with ring core (t) is provided that each capsule half away from the parting plane, circumferentially directed and towards the apex of a half freely extending with the capsule halves integral resilient tongues for centering the ring core and that the distance of the second winding of the Ringkernbohrungswand only by concentric to the toroidal bore ent symbolize, provided with a reduced clear width circular inner boundary of the capsule faces is set.
  • the capsule halves have openings for the introduction of
  • the present invention is defined on the one hand by a transformer according to claim 1.
  • a compact transformer By using a preformed insulation structure, a compact transformer can be constructed that is easy to manufacture.
  • the preformed insulation structure determines by their dimensions a minimum distance between the first and second windings.
  • a minimum value for the dielectric strength between the first and the second winding is reliably determined by the insulation structure.
  • an arrangement of the first and second windings in two different levels can be achieved. This arrangement can assure a compact construction while keeping the stray inductance of the device low.
  • the insulating structure is preformed (that is, it is substantially stable even in an isolated state as it is in the composite transformer), the assembling of the transformer can be facilitated.
  • the second winding can be wound directly around the preformed insulation structure.
  • the preformed insulation structure remains substantially dimensionally stable when the second wire is wound around it.
  • the first and second shells are identically shaped.
  • the preformed insulation structure is configured to completely enclose the transformer core or the transformer core with the first winding
  • the holes are round, oval, triangular, rectangular or polygonal, or have an irregular shape.
  • the preformed insulation structure has more than ten holes.
  • the one or more holes cover more than 10% of the surface of the preformed insulation structure.
  • a ninth transformer according to any one of the sixth to eighth transformers, those are arranged so that when the transformer core and the first winding are disposed within the preformed insulation structure, the entire space not occupied by the transformer core or the transformer core and the first winding within the preformed insulation structure the outer space is in fluid communication through the holes.
  • the transformer further comprises a housing configured to receive the transformer core, the first and second windings, and the preformed isolation structure.
  • An eleventh transformer according to the tenth transformer further comprises an insulating substance within the housing enclosing the transformer core and the first and second windings.
  • the insulating substance is selected from a potting compound, an oil or a gas.
  • the holes in the preformed insulating structure are arranged so that an inside of the housing can be filled with the insulating substance without forming cavities when the transformer core, the first and second windings and the first and second shells are disposed in the housing.
  • the housing has one or more protrusions for spacing the preformed insulation structure from one or more outer walls of the housing.
  • the preformed insulation structure defines a closed area.
  • one or more sides of the closed surface formed by the preformed insulation structure are open to the transformer core and the first winding.
  • the preformed insulation structure is in the form of a toroid.
  • the preformed insulation structure defines a passage through which the second wire can be wound around the transformer core.
  • the first and / or second windings extend at least 300 ° along the transformer core.
  • the transformer core is annular.
  • the first and / or second windings extend for at most 175 ° along the transformer core.
  • a twenty-second transformer according to any one of the preceding transformers comprises a third wire forming a third winding, the third winding being wound around the transformer core.
  • the preformed isolation structure is disposed between the transformer core and the third winding.
  • a twenty-fourth transformer according to the twenty-second or twenty-third transformer further comprises one or more further wires forming one or more further windings, with one or more windings wound around the transformer core.
  • the first winding extends at least 300 ° along the transformer core and the second and one or more further windings each extend across a different segment of the transformer core and are spaced apart from one another.
  • the transformer includes another first winding extending over at least 300 ° deg along the transformer core and wound on a plane with the first winding.
  • the first winding is a primary winding and the second and further windings are secondary winding.
  • the transformer core defines a first plane in or parallel to which the magnetic flux of the transformer core passes during operation of the transformer, and wherein the preformed isolation structure is disposed between the first and second windings, such that the second Winding in a second direction, which is perpendicular to the first plane, is spaced from the first winding and the transformer core.
  • the preformed insulation structure is made by an injection molding process.
  • the preformed insulation structure comprises a thermoplastic.
  • the preformed insulation structure comprises a material having a dielectric constant of 1 to 10 at 0 to 10 MHz.
  • a second preformed isolation structure is disposed between the second and third windings, spacing the third winding from the second winding and the first winding and the transformer core.
  • the preformed insulation structure comprises one or more wire holders in which the first, the second wire or both, and optionally any other wire can be fixed.
  • the preformed isolation structure includes one or more positioning structures configured to position the preformed isolation structure within the housing in one or more directions.
  • one or more positioning structures include protrusions disposed on a surface of the preformed insulation structure.
  • the protrusions are sized such that a distance of the second winding from one or more side surfaces of the housing is constant.
  • the preformed insulation structure and the housing are made of the same material.
  • the preformed insulation structure has winding aids for the first wire, the second wire, or both.
  • the present invention is defined by a method of manufacturing a transformer according to claim 12.
  • a second method according to the first method comprises further arranging the transformer core with the first and second windings and the preformed insulation structure in a housing and pouring the housing with an insulating substance, wherein the preformed insulation structure comprises the holes, so that the insulation substance without the formation of voids the Can fill housing.
  • the step of pouring the housing is performed under negative pressure.
  • the step of pouring the housing includes a die-casting method.
  • the preformed insulation structure comprises one or more wire holders, the method further comprising fixing a first part of the second wire in the wire holder before the step of winding the second wire around the preformed insulation structure and fixing one second part of the second wire in the wire holder after the step of winding the second wire around the preformed insulation structure.
  • a sixth method according to the fifth method further comprises inserting the transformer cores having the first winding into a shell of the preformed insulation structure, fixing one or more parts of the first wire, and, after fixing the one or more parts of the first wire, connecting the first shell with the second shell of the preformed insulation structure.
  • references to “an embodiment,” “an embodiment,” “example,” or “example” means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with this embodiment, in at least one embodiment of the present invention.
  • the phrases “in one embodiment,” “in one embodiment,” “an example,” or “in an example” throughout the specification do not necessarily all refer to the same embodiment or example.
  • the particular features, structures, or properties may be combined in any suitable combinations and / or subcombinations in one or more embodiments or examples.
  • Particular features, structures, or properties may be included in an integrated circuit, in an electronic circuit, in circuit logic, or in other suitable components that provide the described functionality.
  • the drawings are included in the interest of explanation by those skilled in the art and that the drawings are not necessarily drawn to scale.
  • FIGS. 2 to 4 show various views of a preformed isolation structure configured to complicate a second winding 203 of a first winding 202 and a transformer core 201.
  • the first and second windings 202, 203 each include one or more windings.
  • the exemplary preformed insulation structure is in two parts and consists of a first shell 204 and a second shell 205.
  • the transformer core 201 passes through the first winding 202, which is formed by a first wire.
  • the first winding 202 is wound around the transformer core 201.
  • the first winding 202 is not necessarily wound directly around the transformer core 201.
  • the first and second shells 204, 205 are configured to be assembled to enclose the transformer core 201 and portions of the first winding 202 (in other examples, the first and second shells 204, 205 are configured to support only the first and second windings 202) Enclose transformer core).
  • FIG. 3 shows the first and second shells 204, 205 in an assembled state. In this example, the first and second shells 204, 205 form a cylindrical receptacle for the transformer core 201 and parts of the first coil 202.
  • the cylindrical shape of the receptacle formed by the first and second shells 204, 205 is not mandatory. So the recording can also have various other forms (for example, it may have the shape of a torus). This applies not only to two-part insulation structures, but also to one-piece insulation structures or insulation structures with more than two parts.
  • the first and second shells 204, 205 are further configured to allow a second wire to be wrapped around the first and second shells 204, 205.
  • a second winding 203 is formed.
  • the first and second shells 204, 205 in the example of FIGS. 2 to 4 an inner wall 214.
  • the second wire in these examples is tightly wound between the top 210 and bottom 211 of the insulation structure.
  • the second wire 203 is wound between the top 210 and the bottom 211 through a hole formed by the inner wall 214.
  • the first and second shells 204, 205, the first and second windings 202, 203, and the transformer core 201 may form an isolation transformer.
  • the shells 204, 205 a predetermined Minimum distance of the first winding 202 and the second winding 203 sure. This minimum distance also provides a minimum dielectric strength of the assembly (which is also dictated by the material properties of the material from which the first and second shells 204, 205 are made).
  • an insulating layer of the wires may be thinner compared to transformers in which no preformed insulation structure having first and second shells is used (in some examples, even wires with an insulating film may be used).
  • the diameter of the wires can be reduced and the flexibility of the wires increased, which can facilitate the winding of the windings.
  • the distance of the first and second windings can be precisely predetermined.
  • the entire structure can remain compact, since less excess insulation material is introduced.
  • the first and second windings are essentially wound around the entire transformer core. By this measure, leakage inductances can be reduced.
  • the in the FIGS. 2 to 4 The arrangement shown has a two-part isolation structure.
  • the preformed isolation structure may be in one piece.
  • the preformed insulation structure may be substantially cylindrical and have an opening for insertion of the transformer core with the first winding. This opening can be arranged in a side wall of the cylindrical insulation structure.
  • the one-piece preformed isolation structure may consist of a single shell. The tightly wound with a first winding wrestlers can be inserted into the single shell, so that a sufficient distance between the first winding and the upper edge of the side wall of the shell of the preformed insulation structure results. The second winding is tightly wrapped around the one-piece insulation structure.
  • the preformed insulation structure may be multi-part.
  • each of the shells can be made from the FIGS. 2 to 4 be composed of two or more parts.
  • the first and second shells 204, 205 enclose the transformer core 201 and parts of the first coil 202 completely from all sides.
  • preformed insulation structure forms a substantially cylindrical receptacle for the transformer core 201 and parts of the first winding 202.
  • the shells 204, 205 each form a circular top or bottom 210, 211 of the cylindrical receptacle and a circumferential side wall 209th
  • first and second shells 204, 205 may form a top or bottom side 210, 211 of a cylindrical receptacle.
  • the circumferential side wall 209 may be partially omitted. In such a recording would be in a FIGS. 3 and 4 corresponding view of the transformer core (partially) visible. Nevertheless, such a receptacle can ensure that a second winding is reliably spaced from the first winding and from the transformer core.
  • a second wire may be wrapped sufficiently taut over the top and bottom of the cylindrical receptacle, respectively, so as to maintain a predetermined distance from portions of the first winding surrounding the transformer core (which in turn may be tightly wrapped around the transformer core), although the preformed insulation structure does not completely surround the transformer core.
  • the arrangement just described is not limited to cylindrical recordings.
  • top and / or bottom 210, 211 of a cylindrical receptacle may be partially omitted.
  • a recording would be in a FIGS. 3 and 4 corresponding view also the transformer core (partially) visible.
  • a receptacle can ensure that a second winding is reliably spaced from the first winding and from the transformer core.
  • the second wire may be wound around the circumferential side wall 209, the inner wall 214, and around the top and bottom 210, 211 in such an isolation structure.
  • the arrangement just described is not limited to cylindrical recordings.
  • FIGS. 2 to 4 Although shown trays form a top 210 and a bottom 211 of a recording. However, these top 210 and bottom 211 are interspersed with a plurality of holes 206 (the holes will be described in detail below). Thus, also in the FIGS. 2 to 4 shown shells in the region of the holes 206, the second winding are stretched over the holes, that a predetermined distance to possibly below the holes 206 wound first winding 202 is observed.
  • isolation structure has a plurality of optional connectors, each comprising a pin 212 and a corresponding recess 213 to receive a pin.
  • a pin 212 is disposed on one of the shells 204, 205 and the corresponding recess 213 on the other shell 204, 205.
  • the first and second Shells 204, 205 interconnects.
  • structures may be provided that snap into one another or a hinge that hingedly connects the first and second shells.
  • the arrangement of the connecting elements may be chosen so that the two or more parts of the insulating structure can be connected only in one way or in several equivalent ways.
  • FIGS. 2 to 4 In the example of FIGS. 2 to 4 is ensured by the arrangement of two pins / depressions at two opposite points of the shells 204, 205 and only one pin / a recess at two other points that the shells 204, 205 can be assembled only in two ways. This can be avoided that the shells (or other multi-part Isolation structures) are incorrectly assembled and under certain circumstances, the second winding must be removed again to correct the error.
  • FIGS. 2 to 4 it has been explained how a preformed insulation structure can accommodate a transformer core and object to a second winding from a first winding and the transformer core.
  • FIG. 5 will be further optional features in the FIGS. 2 to 4 shown shells 204, 205 explained.
  • these features are not limited to two-piece isolation structures with trays. Rather, they can also be used in other isolation structures.
  • the isolation structure may include one or more wire retainers 208a, 208b.
  • two wire holders 208a, 208b are disposed on opposite sides of the first and second shells 204, 205.
  • a first wire holder 208a is configured to fix the first and second ends 202a, 202b of the first coil 202.
  • the first and second ends 202a, 202b of the first coil 202 may each be clamped in a channel of the first wire holder 208a and thus fixed.
  • the preformed insulation structure includes feedthroughs (not in FIG. 5 to guide the first and second ends 202a, 202b of the first winding 202 outwardly from the interior of the preformed insulation structure.
  • first and second ends 203a, 203b of the second winding 203 may each be clamped in a channel of the second wire holder 208b and thus fixed.
  • the ends of the first and second windings 202, 203 they can be prevented from changing their position after winding the first and second windings.
  • this can facilitate the winding process.
  • a first end 203a of the second winding 203 can be fixed in the wire holder 208b.
  • the remaining wire of the second winding 203 is wound, and finally, a second end of the second winding 203 is fixed in the wire holder 208b. This prevents the wire from springing back or changing its position during the winding process.
  • the wire holders 208 consist of two parts, one of which is attached to the first and second shell 204, 205, respectively.
  • the wire holders may also be one-piece and / or arranged only on a part of an insulation structure.
  • a wire holder 208 may be configured to fix two ends of a plurality of wires.
  • separate wire holders may be provided for each end of the wire.
  • each wire can only be fixed in one place or in more than two places. The locations where the wire is fixed need not necessarily be an end of the wire. For example, for the second wire the FIG.
  • the holding device may comprise a member which is movable between a first state in which the wire is fixed and a second state in which the wire is free.
  • the preformed insulation structure may include wire holders for fixing one or more wires.
  • winding aids for example recesses or projections
  • FIGS. 6 to 8 Now further optional features of the preformed insulation structure and the arrangement of the preformed insulation structure are explained in a housing.
  • the preformed insulation structure as well as the first and second windings correspond to those in the FIGS. 2 to 5 shown elements.
  • those based on FIGS. 6 to 8 described optional Characteristics are also used with other insulation structures (for example, one-piece or multi-part insulation structures).
  • FIG. 6 a preformed insulation structure consisting of two shells 204, 205 is shown, which corresponds to the preformed insulation structure of FIG. 4 equivalent.
  • the insulation structure is provided with the first and second windings 202, 203.
  • FIG. 6 a corresponding housing 301 configured to receive the first and second windings 202, 203 and the transformer core 201 and the preformed insulation structure from the first and second shells 204, 205.
  • the housing forms a sufficiently dimensioned interior.
  • the housing 301 has optional brackets 304 to which the ends of the first and second windings 202, 203 are attached and which provide an interface of the transformer to the outside world.
  • brackets 304 are disposed on protrusions 303 attached to an outer side 305 of the housing 301.
  • FIG. 6 an example in which the brackets 304 and protrusions 303 are disposed at opposite positions on the housing 301.
  • the ends of the first and second windings can be led out through passages in the housing 301 from the interior of the housing 301 and fixed there.
  • the bare (ie, the insulation sheath of the wire ends removed) wires are wrapped around the brackets 304.
  • other forms of brackets 304 are possible.
  • the housing may be disposed within a circuit (for example, on a printed circuit board).
  • the housing has eyelets 302 for screws or similar fastening means.
  • Both the preformed isolation structure and the housing 301 may optionally include other features that facilitate or facilitate the positioning and fixation of the preformed isolation structure in the housing 301. These features are now based on FIG. 7 explained in detail.
  • the preformed isolation structures may include one or more protrusions 207 disposed on outer walls of the preformed isolation structure.
  • the first and second shells 204, 205 each have two projections 207a, 207b.
  • the housing 301 has corresponding indentations 307a, 307b.
  • the indentations 307a, 307b are formed by four free-standing wall elements 309a-309d, which extend from the top of the housing 301 into the interior of the housing 301.
  • the indentations 307a, 307b and the protrusions 207a, 207b are arranged and dimensioned such that the preformed insulation structure with the first and second windings 202, 203 and the transformer core 201 can be inserted into the housing 301 such that the protrusions 207a, 207b in FIG the indentations 307a, 307b engage.
  • the position of the preformed insulation structure - and thus also the first and second windings and the transformer core - in the plane of the FIG. 7 be set within the housing 301.
  • the distance of the preformed insulation structure from the circumferential side wall of the housing 301 and a rotation angle of the preformed insulation structure can be determined.
  • the former may be advantageous because the distance of the preformed insulation structure and thus also the first and second windings of the circumferential side wall of the housing 301 co-determines the dielectric strength of the transformer to the outside world.
  • the projections 207a, 207b and the indentations 307a, 307b it is possible to achieve a substantially equidistant spacing of the preformed insulation structure and thus also of the first and second windings of the circumferential side wall of the housing 301. This can prevent the formation of weak points where dielectric breakdown can occur.
  • the transformer can be made more compact since no or less additional insulating material must be provided to prevent dielectric breakdowns.
  • the adjustment of the angle of rotation of the preformed insulation structure in the housing 301 may facilitate the assembly of the transformer.
  • the wire ends of the first and second windings come to rest where they can be guided through the wall of the housing 301 to the outside world.
  • the functions of positioning the preformed isolation structure within the housing 301 may also be used with other positioning structures than those in FIG FIG. 7 shown protrusions 207a, 207b and indentations 307a, 307b can be achieved.
  • the distance of the preformed insulation structure from the circumferential side wall of the housing 301 can be adjusted in this example only by projections of the preformed insulation structure, which can contact the peripheral side wall of the housing 301 directly.
  • indentations can be introduced directly into the circumferential lateral wall of the housing 301, which act in the same way as the indentations 307a, 307b.
  • the design of the projections is variable.
  • two opposite projections 207a, 207b are provided.
  • the number and / or position of the projections may also be different.
  • a projection that may be clamped in a corresponding indentation may be provided for positioning the preformed isolation structure.
  • other elements of the preformed insulation structure can also serve for positioning within the housing 301.
  • the wire retainers may be configured to define (at least partially) a distance of the preformed insulation structure from the circumferential side wall of the housing 301.
  • the projections 207a, 207b and indentations 307a, 307b in FIG. 7 can set the position and angle of rotation of the preformed isolation structure in a first plane.
  • the housing 301 has a plurality of protrusions 308. These projections 308 define the spacing of the preformed insulation structure from a bottom surface of the housing 301 (the term "bottom” refers to those in FIG FIG. 7 shown arrangement and is relative, a surface normal of the bottom is perpendicular to the first plane just defined).
  • the preformed isolation structure eg, first and / or second shells 204, 205) may include one or more protrusions to space the preformed isolation structure from the underside of the housing.
  • FIG. 8 is a perspective view of the in FIGS. 6 and 7 to see parts of a transformer shown in the assembled state.
  • the preformed isolation structure 222 is optionally associated with FIG. 7 Positioning aids described - positioned within the housing 301.
  • a potting compound can be filled into the housing to increase the dielectric strength of the transformer and to encapsulate the windings and the transformer core from the outside world.
  • the preformed insulation structure has a plurality of holes 206. These may be arranged such that the interior formed by the preformed insulation structure 222 can be filled through the holes 206 without formation of voids.
  • the holes 206 are also in FIGS. 2 to 7 to see.
  • the first and second shells 204, 205 each have a plurality of holes.
  • a potting compound is described as an exemplary insulating substance.
  • other isolation substances may be used in conjunction with the preformed isolation structures described herein.
  • an insulating liquid for example, an insulating oil
  • an insulating gas may be used.
  • the first and second shells 204, 205 may be sized to provide additional holes when the first and second shells 204, 205 are assembled. For example, in FIG. 10 to see that elongate air gaps 910 are formed when the first and second shells 204, 205 are assembled. Due to the elongated air gaps, a flow behavior of the potting compound during filling of the first and the second shell 204, 205 can be improved.
  • holes 206 arranged on top 210 and bottom 211 of first and second shells 204, 205 are round. However, this geometry is not mandatory. Also, the holes need not necessarily be disposed on two opposite sides of the preformed isolation structure (eg, top 210 and bottom 211). Thus, the top and bottom of the preformed insulation structure may comprise only spoke-shaped arranged webs, so that form segment-shaped holes. In other examples, the holes may be rectangular, hexagonal or oval his. It merely has to be ensured that the size, shape and position of the holes are selected such that the potting compound can penetrate through the holes into the interior of the preformed insulation structure.
  • the resulting opening may already be sufficient for filling the interior of the preformed insulation structure with potting compound.
  • a reliable filling of the interior of the preformed insulation structure with potting compound can be ensured.
  • the preformed insulation structures are made by an injection molding process.
  • the preformed insulation structures can be made particularly inexpensive.
  • the preformed isolation device can only consist of two parts.
  • One or more positioning structures for positioning the preformed insulation structure within a housing, wire holders, and connectors for connecting various portions of the preformed insulation structure may be made integral with the portions for spacing the first and second windings.
  • a first injection molded part 901 and a second injection molded part 902 include.
  • Each of the first and second injection-molded parts 901, 902 has integral positioning structures 907 (also as projections) designated), wire holder 908 and connectors 909 on. Not only the special in FIG.
  • the positioning structures 907 for positioning the preformed isolation structure within a housing, the wire retainers, and the connectors for connecting various portions of the isolation structure may be made integral with only one of a plurality of portions of the preformed isolation structure.
  • the insulation structure consists of two identically shaped shells. In this way, the production cost of the preformed insulation structure can be further reduced as the number of injection molds required is reduced (or the number of molds for other molding processes).
  • the housings for the transformers described herein can be manufactured by the same manufacturing method as the preformed insulation structures.
  • the housing and all parts of a one- or multi-piece preformed insulation structure can be manufactured by means of an injection molding process.
  • the housing and the parts of the preformed insulation structure may be made of the same material as the housing.
  • the production costs for a transformer containing these parts can be further reduced.
  • one or more portions of the preformed isolation structure may be connected to the housing. Then, these one or more parts can be produced simultaneously with the case (for example, as an injection molded part).
  • the preformed insulation structure exists of two shells and one of the shells is connected to the housing and made with the housing as an injection molded part.
  • the second shell may be another injection molded part or also be connected to the housing.
  • the parts of the preformed insulation structure eg, the shells FIGS. 2 to 10 ) a thermoplastic (made of a thermoplastic).
  • the parts of the preformed insulation structure can also comprise a duroplastic (consist of a duroplastic).
  • the housings in which the preformed insulation structures are embedded can be made of the same materials as the preformed insulation structures.
  • the preformed insulation structures may comprise (consist of a material) a material having a dielectric constant of 1 to 10 at 0 to 10 MHz.
  • the transformer may have a rectangular or oval cross-section.
  • a two- or multi-part transformer core structure can also be implemented with a correspondingly shaped insulation structure.
  • the geometry of the receptacle formed by the preformed insulation structure may also vary.
  • the preformed insulation structure defines a closed, cylindrical surface having a passage for winding the second winding.
  • the preformed insulation structure may be different Define closed surfaces.
  • the preformed isolation structure defines an annular torus.
  • the interior of the preformed isolation structure may also be open to one or more sides.
  • the transformer includes a third or third and further windings.
  • Figures 11a and 11b show ways of how to further wind in terms of FIGS. 2 to 10 presented devices can be arranged.
  • a plurality of windings 1103a, 1103b may be wound along the circumference of a transformer core 1101.
  • the in Figures 11a and 11b Windings shown both directly on the transformer core, as well as on the preformed insulation structures of FIGS. 2 to 10 be wrapped.
  • FIG. 11a For example, two windings are each wound on only one segment of the transformer core 1101 (for example, such that each winding extends less than 175 ° deg along the transformer core).
  • Figures 12a and 12b Another example of such a three winding arrangement is shown. In such an arrangement, the breakdown strength between a first winding wound directly on the transformer core and the further (for example two further) windings wound around a preformed insulation structure may still be determined (co-) by the preformed insulation structure. In contrast, the windings wound around the predetermined insulation structure may be insulated from each other by their spacing along the transformer core.
  • FIG. 11b Another arrangement of two windings 1103a, 1103b is shown.
  • the two windings are intertwined around the entire transformer core 1101 (they extend more than 300 degrees around the transformer core). This arrangement of turns can reduce stray inductance.
  • a third winding or coils may be interlaced around the entire transformer core 1101.
  • FIGS. 12a and 12b show another example of a preformed insulation structure and its arrangement with multiple windings in a transformer. As well as in FIGS. 2 to 10 is in Figures 12a and 12b one out see two shells existing preformed insulation structure.
  • FIG. 12a FIG. 12 illustrates a schematic plan view of a first shell 1204 of the preformed isolation structure having a plurality of holes.
  • additional structures wire holder, connection structures and / or positioning structures
  • the upper and lower shells 1204, 1205 have a winding aid 1210, with the aid of which a plurality of windings can be positioned along the circumference of the shells 1204, 1205.
  • this winding aid 1210 is designed as two intersecting struts.
  • four segments are defined along the perimeter of the first and second shells 1204, 1205.
  • FIG. 12b is a partial sectional view (only the upper shell is cut away, the windings and the transformer core is shown in a plan view) to see how different windings around two of the in FIG. 12a shown shells are arranged around.
  • two windings 1202a, 1202b are similar to those in FIG FIG. 11b shown wrapped directly around the transformer core 1201.
  • the transformer core with the two windings 1202a, 1202b is of the first and second shells 1204, 1205 (the first shell is in FIG FIG. 12b not to be seen) enclosed.
  • Each winding 1203a-1203c extends in a segment of the preformed insulation structure that is less than 90 ° deg of the circumference of the preformed insulation structure.
  • the winding aid 1210 limits each of the windings 1203a-1203c to a predetermined segment. Although in FIG. 12b If three windings 1203a-1203c are shown, the winding aid can also be used for two or more than three windings.
  • the two 1202a, 1202b windings wound directly on the transformer core 1201 may be windings of the transformer, and the three windings 1203a-1203c may be secondary windings of the transformer.
  • the segmented winding of the three windings 1203a-1203c can be used to make the three windings with each other have a high dielectric strength - in addition to the high dielectric strength of each of these winding against the wound directly on the transformer core windings 1202a, 1202b.
  • the one or more windings wound directly on the transformer core would be primary windings of the transformer and the one or more windings wound on the preformed insulation structure would be secondary windings of the transformer.
  • the one or more windings wound directly on the transformer core may be secondary windings of the transformer and the one or more windings wound on the preformed insulation structure may be primary windings of the transformer.
  • the three windings may provide windings 1203a-1203c with different voltage levels. This does not just apply to the example of Figures 12a and 12b But in general for discussed herein transformers with three or more windings.
  • FIGS. 2 to 12 Several preformed isolation structures have been described in which two shells enclose a transformer core.
  • the first shell forms an upper surface of the preformed insulation structure and the second shell forms a lower surface.
  • the "top” and “bottom” are herein separated by a plane in which or parallel to which the magnetic flux passes through the transformer core during operation of the transformer core.
  • this plane cuts the transformer core to form two parts with annular cut surfaces (see, for example, FIG Figures 11a and 11b where the plane lies in the drawing plane).
  • two parts of a preformed insulation structure enclose right and left parts of the transformer core.
  • the "right side” and “left side” are herein separated by a second plane perpendicular to which the magnetic flux passes through the transformer core during operation of the transformer core (ie, this plane is perpendicular to the plane defined in the last paragraph).
  • this second plane cuts the transformer core so that two parts with two circular cut surfaces arise (or a sectional area with oval cross-section or cross-section in the form of an eight).
  • the Figures 13a and 13b show a further non-inventive example of a preformed insulation structure and its arrangement with multiple windings in a transformer.
  • the preformed insulation structure shown is in three parts: a transformer core wound with one or more first windings (for example, as in FIG Figures 11a and 11b shown) is enclosed by the two half-shells 1304a, 1304b.
  • a tubular center part 1314 is inserted into a through hole of the half shells 1304a, 1304b and the transformer core.
  • the transformer core and the windings are thus completely enclosed by the preformed insulation structure.
  • Other second windings can now be wound around the shells through the insulation tube. These further second windings are correspondingly spaced apart from the inner first windings by the three-part insulation structure.
  • FIG. 12 illustrates a schematic plan view of the two equal-sized shells 1304a, 1304b, which are each configured to have right and left sides of a transformer core (not in FIG. 13b shown).
  • this preformed isolation structure of this example may include a tubular centerpiece 1314.
  • the assembling of the transformer in this example first comprises placing the transformer core with a first winding in one of the shells 1304a, 1304b. Then, the second shell 1304a, 1304b is connected to the first shell 1304a, 1304b to enclose the transformer core.
  • the tubular center part 1314 may be performed before or after joining the shells 1304a, 1304b. Subsequently, a second winding can be wound on the preformed insulation structure.
  • FIG. 13b shows a schematic side view of one of the two half-shells 1304a.
  • the half-shell 1304a has a plurality of holes 106, through which a casting compound (or other insulating substance) can reach the interior of a receptacle formed by the first half-shell 1304a and the second half-shell 1304b.
  • the half-shells 1304a, 1304b may also have other features described herein, such as positioning structures or wire holders and feedthroughs for wires.
  • the parts enclose the transformer core symmetrically.
  • each part of the preformed isolation structure encloses an equal proportion of the transformer core.
  • this arrangement is not mandatory.
  • one of two (or more) parts of a two or more part preformed isolation structure may enclose a smaller portion of the transformer core than the others.
  • the lower shell 205 include the entire side wall.
  • the upper shell 204 is then a lid that can be placed or put on the under shell 205.
  • FIG. 14 a further two-piece preformed insulation structure is shown.
  • a first part 1404 of this preformed insulation structure covers the top (the definition of the term "top” is found above), a first part of the outside side surface, and a part of the bottom side (the definition of the term “bottom side” is given above) of a cylindrical one Admission.
  • a second part 1405 of this preformed insulation structure covers the remaining part of the outer side surface and the remaining part of the lower side.
  • both parts 1204, 1205 thus surround the entire surface of the cylindrical receptacle (with the exception of a central recess).
  • shells are in FIG. 14 Parts shown not symmetrical (that is, they cover different sized parts of the surface of the cylindrical receptacle).
  • a preformed insulation structure having an interior for receiving a transformer core and a portion of a first winding and an outer space in which the second winding is wound defined.
  • the transformer structures described herein are not limited thereto.
  • a second preformed isolation structure may enclose a first preformed isolation structure.
  • the first isolation structure in this example encloses a transformer core having one or more first windings.
  • One or more second windings are wound around the first insulation structure.
  • the one or more second windings wound around the first insulation structure are in turn of the second preformed one Enclosed isolation structure. These are wound one or more third windings.
  • the two preformed insulation structures are thus arranged like the shells of an onion. In this arrangement with two preformed insulation structures, the above-described two or more part preformed insulation structures can be used.
  • the transformer core may be enclosed by a preformed isolation structure.
  • One or more first windings may be wound on this first preformed insulation structure.
  • the core with the first insulation structure and the one or more first windings may in turn be enclosed by a second insulation structure, on which one or more second windings are wound.
  • Another exemplary method includes the steps of providing a transformer core, wrapping a first wire around a transformer core to form a first winding, disposing a preformed insulation structure such that the preformed insulation structure encloses and winds at least a portion of the first winding and the transformer core a second wire around the preformed insulation structure to form a second winding. Then the arrangement of windings, transformer core and preformed insulation structure can be introduced into a housing.
  • the housing can be filled with a potting compound.
  • the pouring of the housing can be performed by a die-casting method.
  • the pouring of the housing under vacuum at a residual pressure of 500 mbar or less
  • the formation of air or gas bubbles in the potting compound can be suppressed.
  • the preformed insulation structure comprises wire holders
  • the first and second wires may be fixed at a location in one of the wire holders.
  • the winding process (whether by hand or by machine) can be simplified because resetting movements of the wires can be reduced.

Landscapes

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transformator mit einer vorgeformten Isolationsstruktur und ein Verfahren zur Herstellung eines Transformtors mit einer vorgeformten Isolationsstruktur. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise in Trenntransformatoren eingesetzt, in denen zwischen einer Primär- und einer Sekundärwindung hohe Spannungen anliegen.
    • Hintergrund
  • Transformatoren und insbesondere Trenntransformatoren können einen Transformtorkern und mindestens zwei Wicklungen umfassen. In manchen Trenntransformatoren sind die Wicklungen in einer bifilaren Anordnung gewickelt. Eine beispielhafte bifilare Anordnung ist in Figur 1 gezeigt. Zwei durch Drähte gebildete Wicklungen 102, 103 sind um einen ringförmigen Transformatorkern 101 in mehreren Windungen gewickelt. Beide Wicklungen 102, 103 können sich beispielsweise im Wesentlichen entlang des gesamten Umfangs des ringförmigen Transformatorkerns 101 erstrecken, um Streuinduktivitäten zu begrenzen. Der Isolationswiderstand zwischen der ersten Wicklung 102 und der zweiten Wicklung 103 wird in dieser Anordnung im Wesentlichen durch den Abstand und die Isolationswiderstände der die Wicklungen bildenden Drähte bestimmt. Um einen ausreichenden Isolationswiderstand gegenüber hohen Spannungen, beispielsweise Spannungen zwischen 1 kV und 25 kV, sicherzustellen, kann die Dicke des Isolationsmaterials der Drähte und/oder ihr Abstand erhöht werden. Allerdings kann sowohl eine Erhöhung des Abstands als auch der Dicke des Isolationsmaterials der Drähte das Volumen der Windungen erhöhen. Um eine gleichbleibende Windungsanzahl mit solchen Drähten zu erreichen, kann ein größerer Transformatorkern eingesetzt werden. Das kann zu einer vergrößerten Abmessung des gesamten Transformators führen.
  • In anderen Beispielen können die zwei Wicklungen eines Transformators jeweils auf einem unterschiedlichen Segment entlang des Umfangs eines ringförmigen Transformatorkerns gewickelt sein (zum Beispiel entlang eines 120°-Segments). Damit kann ein Abstand zwischen den ersten und zweiten Wicklungen erhöht werden. Allerdings kann sich durch diese Anordnung der ersten und zweiten Wicklungen die Streuinduktivität der Wicklungen erhöhen und ebenfalls eine vergrößerte Abmessung des Transformatorkerns und des gesamten Transformators nach sich ziehen, da auf ein Teil des Transformatorkerns keine Windungen gewickelt werden.
  • Das Deutsche Gebrauchsmuster Nr. 25 49 379 offenbart einen Transformator unter Verwendung von zumindest einem mit einer ersten Wicklung und einer von dieser durch eine Isolierschicht getrennten zweiten Wicklung versehenen Ringkern, wobei der mit der ersten Wicklung bewickelte Ringkern unter Freilassung einer zur Ringkernbohrung konzentrischen öffnung von einem Isolierstoffmantel umgeben ist, der die zweite Wicklung trägt, wobei eine aus zwei gleichen halbzylindrischen Schalen, die über eine parallel zur Kernachse verlaufende Trennebene zusammensetzbar und im Kunststoffspritzverfahren hergestellt sind, bestehende Kapsel zur Aufnahme des mit der ersten Wicklung versehenen Ringkernes (t) vorgesehen ist, daß jede Kapselhälfte von der Trennebene weg, umfangseitig gerichtete und zum Scheitel einer Hälfte hin frei verlaufende mit den Kapselhälften einstückige federnde Zungen zur Zentrierung des Ringkerns aufweist und daß der Abstand der zweiten Wicklung von der Ringkernbohrungswand lediglich durch die zur Ringkernbohrung konzentrische, mit einer verminderten lichten Weite versehene kreisförmige Innenberandung der Kapselstirnflächen eingestellt ist. Die Kapselhälften weisen Öffnungen für die Einbringung von Vergussmasse auf.
  • US 4,779,812 , JP 11312611 , JP 2007142341 , WO 2011/026706 offenbaren weitere Transformatoren mit vorgeformter Isolationsstruktur.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ist zum einen definiert durch einen Transformator gemäß Anspruch 1.
  • Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Durch die Verwendung einer vorgeformten Isolationsstruktur kann ein kompakter Transformator aufgebaut werden, der einfach herzustellen ist. Die vorgeformte Isolationsstruktur legt durch ihre Abmessungen einen Mindestabstand zwischen den ersten und zweiten Wicklungen fest. Damit wird durch die Isolationsstruktur auch zuverlässig ein Mindestwert für die elektrische Durchschlagsfestigkeit zwischen der ersten und der zweiten Wicklung festgelegt. Insbesondere kann eine Anordnung der ersten und zweiten Wicklungen in zwei unterschiedlichen Ebenen erreicht werden. Diese Anordnung kann einen kompakten Aufbau sicherstellen, wobei gleichzeitig die Streuinduktivität der Anordnung gering gehalten werden kann. Da die Isolationsstruktur vorgeformt ist (also auch in einem vereinzelten Zustand im Wesentlichen stabil die Form einnimmt, die sie auch in dem zusammengesetzten Transformator hat), kann zudem das Zusammensetzten des Transformators erleichtert werden. Beispielsweise kann die zweite Wicklung direkt um die vorgeformte Isolationsstruktur gewickelt werden.
  • Im folgenden werden Ausführungen des erfindungsgemässen (= "ersten") Transformators dargestellt.
  • In einem dritten Transformator gemäß dem ersten oder zweiten Transformator bleibt die vorgeformte Isolationsstruktur im Wesentlichen formstabil, wenn der zweite Draht um sie gewickelt wird.
  • In einem vierten Transformator gemäß dem ersten Transformator sind die erste und zweite Schale identisch geformt.
  • In einem fünften Transformator gemäß einem der ersten bis vierten Transformatoren die vorgeformte Isolationsstruktur dazu ausgelegt ist, den Transformatorkern oder den Transformatorkern mit der ersten Wicklung vollständig zu umschließen
  • In einem sechsten Transformator gemäß dem ersten Transformator sind die Löcher rund, oval, dreieckig, rechteckig oder vieleckig oder haben eine unregelmäßige Form.
  • In einem siebten Transformator gemäß dem ersten oder sechsten Transformator weist die vorgeformte Isolationsstruktur mehr als zehn Löcher.
  • In einem achten Transformator gemäß einem der sechsten bis siebten Transformatoren bedecken die ein oder mehr Löcher mehr als 10% der Oberfläche der vorgeformten Isolationsstruktur.
  • In einem neunten Transformator gemäß einem der sechsten bis achten Transformatoren sind die so angeordnet, dass wenn der Transformatorkern und die erste Wicklung innerhalb der vorgeformten Isolationsstruktur angeordnet sind, der gesamte nicht vom Transformatorkern oder vom Transformatorkern und der ersten Wicklung eingenommene Raum innerhalb der vorgeformten Isolationsstruktur mit dem Außenraum über die Löcher in Fluidverbindung steht.
  • In einem zehnten Transformator gemäß einem der vorangehenden Transformatoren umfasst der Transformator weiter ein Gehäuse, das dazu ausgelegt ist, den Transformatorkern, die ersten und zweiten Wicklungen und die vorgeformte Isolationsstruktur aufzunehmen.
  • Ein elfter Transformator gemäß dem zehnten Transformator umfasst weiter eine Isolationssubstanz innerhalb des Gehäuses, die den Transformatorkern und die ersten und zweiten Wicklungen umschließt.
  • In einem zwölfter Transformator gemäß dem elften Transformator ist die Isolationssubstanz ausgewählt aus einer Vergussmasse, einem Öl oder einem Gas. In einem dreizehnten Transformator gemäß einem der zehnten bis zwölften Transformatoren und einem der sechsten bis neunten Transformatoren sind die Löcher in der vorgeformten Isolationsstruktur so angeordnet, dass ein Innenraum des Gehäuses ohne Bildung von Hohlräumen mit der Isolationssubstanz gefüllt werden kann, wenn der Transformatorkern, die ersten und zweiten Wicklungen und die ersten und zweiten Schalen in dem Gehäuse angeordnet sind.
  • In einem vierzehnten Transformator gemäß einem der zehnten bis dreizehnten Transformatoren weist das Gehäuse ein oder mehrere Vorsprünge auf, um die vorgeformte Isolationsstruktur von ein oder mehreren Außenwänden des Gehäuses zu beabstanden.
  • In einem fünfzehnten Transformator gemäß einem der vorangehenden Transformatoren definiert die vorgeformte Isolationsstruktur eine geschlossene Fläche.
  • In einem sechzehnten Transformator gemäß dem fünfzehnten Transformator sind ein oder mehrere Seiten der durch die vorgeformte Isolationsstruktur gebildeten geschlossenen Fläche zu dem Transformatorkern und der ersten Wicklung hin offen.
  • In einem siebzehnten Transformator gemäß einem der fünfzehnten oder sechzehnten Transformatoren hat die vorgeformte Isolationsstruktur die Form eines Toroids.
  • In einem achtzehnten Transformator gemäß einem der vorangehenden Transformatoren definiert die vorgeformte Isolationsstruktur einen Durchgang, durch den der zweite Draht um den Transformatorkern gewickelt werden kann.
  • In einem neunzehnten Transformator gemäß einem der vorangehenden Transformatoren erstreckt sich die erste und/oder die zweite Wicklung über mindestens 300° entlang des Transformatorkerns.
  • In einem zwanzigsten Transformator gemäß dem ersten Transformator ist der Transformatorkern ringförmig ist.
  • In einem einundzwanzigsten Transformator gemäß einem der vorangehenden Transformatoren erstrecken sich die erste und/oder die zweite Wicklung über höchstens 175° entlang des Transformatorkerns.
  • Ein zweiundzwanzigster Transformator gemäß einem der vorangehenden Transformatoren umfasst einen dritten Draht, der eine dritte Wicklung bildet, wobei die dritte Windung um den Transformatorkern gewickelt ist.
  • In einem dreiundzwanzigsten Transformator gemäß dem zweiundzwanzigsten Transformator ist die vorgeformte Isolationsstruktur zwischen dem Transformatorkern und der dritten Wicklung angeordnet.
  • Ein vierundzwanzigster Transformator gemäß dem zweiundzwanzigsten oder dreiundzwanzigsten Transformator umfasst weiter ein oder mehr weitere Drähte, die ein oder mehr weitere Wicklungen bilden, wobei ein oder mehr Wicklungen um den Transformatorkern gewickelt sind.
  • In einem fünfundzwanzigsten Transformator gemäß dem vierundzwanzigsten Transformator erstreckt sich die erste Wicklung über mindestens 300° entlang des Transformatorkerns und die zweite und die ein oder mehr weiteren Wicklungen erstrecken sich jeweils über ein unterschiedliches Segment des Transformatorkerns und sind voneinander beabstandet.
  • In einem sechsundzwanzigsten Transformator gemäß dem fünfundzwanzigsten Transformator umfasst der Transformator eine weitere erste Wicklung, die sich über mindestens 300° deg entlang des Transformatorkerns erstreckt und auf einer Ebene mit der ersten Wicklung gewickelt ist.
  • In einem siebenundzwanzigsten Transformator gemäß einem der vorangehenden Transformatoren sind die erste Wicklung eine Primärwicklung und die zweite und weiteren Wicklungen Sekundärwicklung.
  • In einem achtundzwanzigsten Transformator gemäß einem der vorangehenden Transformatoren definiert der Transformatorkern eine erste Ebene, in der oder parallel zu der der magnetische Fluss des Transformatorkerns bei Betrieb des Transformators verläuft und wobei die vorgeformte Isolationsstruktur zwischen der ersten und zweiten Wicklung angeordnet ist, so dass die zweite Wicklung in auf eine zweite Richtung, die senkrecht auf der ersten Ebene steht, von der ersten Wicklung und dem Transformatorkern beabstandet wird.
  • In einem neunundzwanzigsten Transformator gemäß einem der vorangehenden Transformatoren ist die vorgeformte Isolationsstruktur mit einem Spritzgussverfahren hergestellt.
  • In einem dreißigsten Transformator gemäß einem der vorangehenden Transformatoren umfasst die vorgeformte Isolationsstruktur ein Thermoplast.
  • In einem einunddreißigsten Transformator gemäß einem der vorangehenden Transformatoren umfasst die vorgeformte Isolationsstruktur ein Material, das eine Dielektrizitätskonstante von 1 bis 10 bei 0 bis 10 MHz aufweist.
  • In einem zweiunddreißigsten Transformator gemäß dem einunddreißigsten Transformator ist zwischen der zweiten und der dritten Wicklung eine zweite vorgeformte Isolationsstruktur angeordnet, die die dritte Wicklung von der zweiten Wicklung und der ersten Windung und dem Transformatorkern beabstandet.
  • In einem dreiunddreißigsten Transformator gemäß einem der vorangehenden Transformatoren umfasst die vorgeformte Isolationsstruktur einen oder mehrere Draht-Halter, in dem der erste, der zweite Draht oder beide und optional jeder weitere Draht fixiert werden können.
  • In einem vierunddreißigsten Transformator gemäß dem zehnten Transformator oder dem zehnten Transformator und einem der vorangehenden Transformatoren umfasst die vorgeformte Isolationsstruktur ein oder mehrere Positionierstrukturen, die dazu ausgelegt sind, die vorgeformte Isolationsstruktur innerhalb des Gehäuses in ein oder mehreren Richtungen zu positionieren.
  • In einem fünfunddreißigsten Transformator gemäß dem vierunddreißigsten Transformator sind ein oder mehrere Positionierstrukturen Vorsprünge beinhaltet, die auf einer Oberfläche der vorgeformten Isolationsstruktur angeordnet sind.
  • In einem sechsunddreißigsten Transformator gemäß dem vierunddreißigsten oder fünfunddreißigsten Transformatoren sind die Vorsprünge bemessen, so dass ein Abstand der zweiten Wicklung von ein oder mehreren Seitenflächen des Gehäuses konstant ist.
  • In einem siebenunddreißigsten Transformator gemäß einem der vorangehenden Transformatoren bestehen die vorgeformte Isolationsstruktur und das Gehäuse aus dem gleichen Material.
  • In einem achtunddreißigsten Transformator gemäß einem der vorangehenden Transformatoren weist die die vorgeformte Isolationsstrukturen Wicklungshilfen für den ersten Draht, den zweiten Draht oder beide.
  • Die vorliegende Erfindung ist zum anderen definiert durch ein Verfahren zur Herstellung eines Transformators gemäß Anspruch 12.
  • Im folgenden werden Ausführungen des erfindungsgemässen (= "ersten") Verfahrens dargestellt.
  • Ein zweites Verfahren gemäß dem ersten Verfahren umfasst weiter anordnen des Transformatorkerns mit den ersten und zweiten Wicklungen und der vorgeformten Isolationsstruktur in einem Gehäuse und ausgießen des Gehäuses mit einer Isolationssubstanz, wobei die vorgeformte Isolationsstruktur die Löcher umfasst, so dass die Isolationssubstanz ohne Bildung von Hohlräumen das Gehäuse füllen kann.
  • In einem dritten Verfahren gemäß dem zweiten Verfahren wird der Schritt des Ausgießens des Gehäuses unter Unterdruck durchgeführt.
  • In einem vierten Verfahren gemäß dem zweiten, oder dritten Verfahren beinhaltet der Schritt des Ausgießens des Gehäuses ein Druckgussverfahren.
  • In einem fünften Verfahren gemäß einem der vorangehenden Verfahren umfasst die vorgeformte Isolationsstruktur einen oder mehrere Draht-Halter, wobei das Verfahren weiter umfasst fixieren eines ersten Teils des zweiten Drahts in dem Drahthalter vor dem Schritt des Wickelns des zweiten Drahts um die vorgeformte Isolationsstruktur und fixieren eines zweiten Teils des zweiten Drahts in dem Drahthalter nach dem Schritt des Wickelns des zweiten Drahts um die vorgeformte Isolationsstruktur.
  • Ein sechstes Verfahren gemäß dem fünften Verfahren umfasst weiter einlegen der Transformatorkerns mit der ersten Wicklung in eine die Schale der vorgeformten Isolationsstruktur, fixieren eines oder mehrere Teile des ersten Drahts und, nach dem Fixieren der ein oder mehreren Teile des ersten Drahts, verbinden der ersten Schale mit der zweiten Schale der vorgeformten Isolationsstruktur.
    • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Nicht-limitierende und nicht-erschöpfende Ausführungsbeispiele der Erfindung sind bezugnehmend auf die folgenden Figuren beschrieben, wobei gleiche Referenzzeichen sich auf gleiche Komponenten in den verschiedenen Figuren beziehen, soweit nichts Anderes spezifiziert ist.
    • Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Anordnung eines Transformatorkerns und erster und zweiter Wicklungen gemäß dem Stand der Technik.
    • Fig. 2 zeigt eine Explosionsansicht einer ersten beispielhaften Ausführungsform einer vorgeformten Isolationsstruktur, die einen Transformatorkern mit einer ersten Wicklung umschließt.
    • Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der vorgeformten Isolationsstruktur der Figur 2 , die den Transformatorkern und die erste Wicklung umschließt.
    • Fig. 4 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht der vorgeformten Isolationsstruktur der Figur 3 , wobei die zweite Wicklung um die vorgeformte Isolationsstruktur gewickelt ist.
    • Fig. 5 zeigt eine Draufsicht einer beispielhaften vorgeformten Isolationsstruktur mit einer zweiten Wicklung, die um die vorgeformte Isolationsstruktur gewickelt ist.
    • Fig. 6 zeigt eine Explosionsansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer vorgeformten Isolationsstruktur, die einen Transformatorkern mit einer ersten Wicklung umschließt und von einer zweiten Wicklung umschlossen ist sowie ein zugehöriges Gehäuse.
    • Fig. 7 zeigt eine Draufsicht der Teile eines Transformators aus Figur 6 .
    • Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht der Teile eines Transformators aus Fig. 6 .
    • Fig. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht zweier Schalen, die eine vorgeformte Isolationsstruktur bilden.
    • Fig. 10 zeigt eine Draufsicht und eine seitliche Ansicht der Schalen aus Figur 9 .
    • Fig. 11a zeigt eine Draufsicht eines Beispiels für einen Transformatorkern, auf den zwei Wicklungen gewickelt sind.
    • Fig. 11b zeigt eine Draufsicht eines weiteren Beispiels für einen Transformatorkern, auf den zwei Wicklungen gewickelt sind.
    • Figur 12a stellt eine schematische Draufsicht einer ersten Schale einer weiteren beispielhaften vorgeformten Isolationsstruktur dar.
    • Figur 12b stellt eine teilweises Schnittbild/ eine Draufsicht zweier in Figur 12a gezeigter Schalen mit mehreren Wicklungen und einem Transformatorkern dar.
    • Figur 13a stellt eine schematische Draufsicht der Teile (zwei Schalen und Mittelteil) einer beispielhaften dreiteiligen nicht erfindungsgemässen vorgeformten Isolationsstruktur dar.
    • Figur 13b stellt eine schematische Seitenansicht der Teile der vorgeformten Isolationsstruktur der Figur 13a dar.
    • Figur 14 stellt eine schematische Draufsicht und ein Schnittbild der Teile einer weiteren beispielhaften vorgeformten Isolationsstruktur dar.
    Ausführliche Beschreibung
  • In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche Details aufgeführt, um ein tiefgreifendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es ist dem Fachmann jedoch klar, dass die spezifischen Details nicht notwendig sind, um die vorliegende Erfindung umzusetzen. An anderer Stelle sind bekannte Vorrichtungen und Verfahren nicht detailliert geschildert, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht unnötig zu erschweren.
  • In der vorliegenden Beschreibung bedeutet eine Bezugnahme auf "eine Ausführung", "einer Ausgestaltung", "ein Beispiel" oder "Beispiel", dass ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder Eigenschaft, die in Verbindung mit dieser Ausführungsform beschrieben ist, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ist. So beziehen sich die Phrasen "in einer Ausführung", "in einer Ausführungsform", "ein Beispiel" oder "in einem Beispiel" an verschiedenen Stellen in dieser Beschreibung nicht unbedingt alle auf dieselbe Ausführungsform oder dasselbe Beispiel. Ferner können die bestimmten Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in beliebigen geeigneten Kombinationen und / oder Unterkombinationen in einer oder mehreren Ausführungsformen oder Beispielen kombiniert werden. Besondere Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften können in einer integrierten Schaltung, in einer elektronischen Schaltung, in einer Schaltungslogik oder in anderen geeigneten Komponenten beinhaltet sein, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen zum Zwecke der Erläuterung für den Fachmann dienen und dass die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind.
  • Figuren 2 bis 4 zeigen verschiedene Ansichten einer vorgeformten Isolationsstruktur, die dazu ausgelegt ist, eine zweite Wicklung 203 von einer ersten Wicklung 202 und einem Transformatorkern 201 zu beanstanden. Die erste und die zweite Wicklung 202, 203 umfassen jeweils eine oder mehrere Windungen. Die beispielhafte vorgeformte Isolationsstruktur ist zweiteilig und besteht aus einer ersten Schale 204 und einer zweiten Schale 205. Der Transformatorkern 201 durchsetzt die erste Wicklung 202, die von einem ersten Draht gebildet wird. In anderen Worten ist die erste Wicklung 202 um den Transformatorkern 201 gewickelt. Dabei ist die erste Wicklung 202 nicht notwendigerweise direkt um den Transformatorkern 201 gewickelt. Dies gilt nicht nur für die erste Wicklung 202 und den Transformatorkern 201, sondern im Allgemeinen wenn bisher und in der Folge davon gesprochen wird, dass eine Wicklung um ein bestimmtes Element gewickelt ist. Die erste und die zweite Schale 204, 205 sind dazu ausgelegt, dass sie zusammengesetzt werden können, um den Transformatorkern 201 und Teile der ersten Wicklung 202 zu umschließen (in anderen Beispielen sind die erste und die zweite Schale 204, 205 dazu ausgelegt, nur den Transformatorkern zu umschließen). Figur 3 zeigt die ersten und zweiten Schalen 204, 205 in einem zusammengesetzten Zustand. In diesem Beispiel bilden die ersten und zweiten Schalen 204, 205 eine zylinderförmige Aufnahme für den Transformatorkern 201 und Teile der ersten Wicklung 202. Die Zylinderform der durch die ersten und zweiten Schalen 204, 205 gebildeten Aufnahme ist allerdings nicht zwingend. So kann die Aufnahme auch verschiedene andere Formen haben (zum Beispiel kann sie die Form eines Torus haben). Das gilt nicht nur für zweiteilige Isolationsstrukturen, sondern auch für einteilige Isolationsstrukturen oder Isolationsstrukturen mit mehr als zwei Teilen.
  • Wie in Figur 4 zu sehen, sind die ersten und zweiten Schalen 204, 205 weiterhin dazu ausgelegt, dass ein zweiter Draht um die ersten und zweiten Schalen 204, 205 gewickelt werden kann. Damit wird eine zweite Wicklung 203 gebildet. Dazu bilden die ersten und zweiten Schalen 204, 205 im Beispiel der Figuren 2 bis 4 eine innere Wand 214. Der zweite Draht wird in diesen Beispielen straff zwischen der Oberseite 210 und der Unterseite 211 der Isolationsstruktur gewickelt. Zudem wird der zweite Draht 203 zwischen der Oberseite 210 und der Unterseite 211 durch ein Loch gewickelt, dass durch die innere Wand 214 gebildet wird.
  • Die ersten und zweiten Schalen 204, 205, die ersten und zweiten Wicklungen 202, 203 und der Transformatorkern 201 können einen Trenntransformator bilden. Wie in Figur 4 gezeigt, stellen die Schalen 204, 205 einen vorbestimmten Mindestabstand der ersten Wicklung 202 und der zweiten Wicklung 203 sicher. Dieser Mindestabstand sorgt auch für eine Mindest-Durchschlagfestigkeit der Anordnung (die zudem von den Materialeigenschaften des Materials bestimmt wird, aus dem die ersten und zweiten Schalen 204, 205 gefertigt sind). Somit kann in manchen Beispielen eine Isolationsschicht der Drähte dünner sein im Vergleich zu Transformtoren, in denen keine vorgeformte Isolationsstruktur mit ersten und zweiten Schalen eingesetzt wird (in manchen Beispielen können sogar Drähte mit einem Isolationsfilm verwendet werden). Als Folge dessen kann der Durchmesser der Drähte verringert und die Flexibilität der Drähte erhöht werden, was das Wickeln der Wicklungen erleichtern kann. Zudem kann der Abstand der ersten und zweiten Wicklungen präzise vorbestimmt werden. Damit kann der gesamte Aufbau kompakt bleiben, da weniger überschüssiges Isolationsmaterial eingebracht wird. Trotz des kompakten und einfachen Aufbaus der Isolationsstruktur können, wie in Figuren 2 bis 4 zu sehen, die ersten und zweiten Wicklungen im Wesentlichen um den gesamten Transformatorkern gewickelt werden. Durch diese Maßnahme können Streuinduktivitäten reduziert werden. Die in den Figuren 2 bis 4 gezeigte Anordnung weist eine zweiteilige Isolationsstruktur auf.
  • In anderen nicht erfindungsgemässen Beispielen kann die vorgeformte Isolationsstruktur einteilig sein. So kann die vorgeformte Isolationsstruktur im Wesentlichen zylinderförmig sein und eine Öffnung zum Einschieben des Transformatorkerns mit der ersten Wicklung aufweisen. Diese Öffnung kann in einer Seitenwand der zylinderförmigen Isolationsstruktur angeordnet sein. Alternativ kann die einteilige vorgeformte Isolationsstruktur aus einer einzelnen Schale bestehen. Der mit einer ersten Wicklung straff bewickelte Ringern kann in die einzelne Schale eingelegt werden, so dass zwischen der ersten Wicklung und der Oberkante der Seitenwand der Schale der vorgeformten Isolationsstruktur ein genügender Abstand resultiert. Die zweite Wicklung wird straff um die einteilige Isolationsstruktur gewickelt.
  • In anderen nicht beanspruchten Beispielen kann die vorgeformte Isolationsstruktur mehrteilig sein. Beispielsweise kann jede der Schalen aus den Figuren 2 bis 4 aus zwei oder mehr Teilen zusammengesetzt sein.
  • Auch für die Ausgestaltung der einzelnen Teile der vorgeformten Isolationsstruktur kommen verschiedene Varianten in Frage. In dem in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Beispiel umschließen die ersten und zweiten Schalen 204, 205 den Transformatorkern 201 und Teile der ersten Wicklung 202 vollständig von allen Seiten. Die in Figuren 2 bis 4 gezeigte vorgeformte Isolationsstruktur bildet dabei eine im Wesentlichen zylinderförmige Aufnahme für den Transformatorkern 201 und Teile der ersten Wicklung 202. Die Schalen 204, 205 bilden jeweils eine kreisförmige Ober- bzw. Unterseite 210, 211 der zylinderförmigen Aufnahme und einen eine umlaufende seitliche Wand 209.
  • In anderen Beispielen können die ersten und zweiten Schalen 204, 205 eine Ober- bzw. Unterseite 210, 211 einer zylinderförmigen Aufnahme bilden. Die umlaufende seitliche Wand 209 kann teilweise weggelassen werden. In einer solchen Aufnahme wäre in einer den Figuren 3 und 4 entsprechenden Ansicht der Transformatorkern (teilweise) sichtbar. Trotzdem kann durch eine solche Aufnahme sichergestellt werden, dass eine zweite Wicklung von der ersten Windung und von dem Transformatorkern zuverlässig beabstandet wird. So kann ein zweiter Draht genügend straff über die Ober- bzw. Unterseite der zylinderförmigen Aufnahme gewickelt werden, so dass es einen vorbestimmten Abstand von den Transformatorkern umgebenden Teilen der ersten Wicklung einhält (die ihrerseits straff um den Transformatorkern gewickelt sein kann), obwohl sich die vorgeformte Isolationsstruktur den Transformatorkern nicht vollständig umschließt. Die eben beschriebene Anordnung ist nicht auf zylinderförmige Aufnahmen beschränkt.
  • In anderen Beispielen kann die Ober- und/oder die Unterseite 210, 211 einer zylinderförmigen Aufnahme teilweise wegelassen werden. In einer solchen Aufnahme wäre in einer den Figuren 3 und 4 entsprechenden Ansicht ebenfalls der Transformatorkern (teilweise) sichtbar. Wieder kann durch eine solche Aufnahme sichergestellt werden, dass eine zweite Wicklung von der ersten Wicklung und von dem Transformatorkern zuverlässig beabstandet wird. Der zweite Draht kann in einer solchen Isolationsstruktur um die umlaufende seitliche Wand 209, die innere Wand 214 und um die Ober- bzw. Unterseite 210, 211 gewickelt werden. Auch die eben beschriebene Anordnung ist nicht auf zylinderförmige Aufnahmen beschränkt.
  • Die in Figuren 2 bis 4 dargestellten Schalen bilden zwar eine Oberseite 210 und eine Unterseite 211 einer Aufnahme. Diese Oberseite 210 und eine Unterseite 211 sind jedoch von mehreren Löchern 206 durchsetzt (die Löcher werden weiter unten im Detail beschrieben). Somit kann auch um die in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Schalen im Bereich der Löcher 206 die zweite Wicklung so über die Löcher gespannt werden, dass ein vorbestimmter Abstand zur möglicherweise unterhalb der Löcher 206 gewickelten ersten Wicklung 202 eingehalten wird.
  • Die in den Figuren 2 bis 4 gezeigte Isolationsstruktur weist mehrere optionale Steckverbindungen auf, die jeweils einen Zapfen 212 und eine entsprechende Vertiefung 213 umfassen, um einen Zapfen aufzunehmen. Dabei ist jeweils ein Zapfen 212 auf einer der Schalen 204, 205 angeordnet und die zugehörige Vertiefung 213 auf der jeweils anderen Schale 204, 205. Anstatt der Stechverbindung mit Zapfen 212 und Vertiefungen 213 kann auch jedes andere Verbindungselement eingesetzt werden, die die ersten und zweiten Schalen 204, 205 miteinander verbindet. Zum Beispiel können Strukturen vorgesehen sein, die ineinander einrasten oder ein Scharnier, das die erste und zweite Schale klappbar verbindet. Die Anordnung der Verbindungselemente kann so gewählt werden, dass die zwei oder mehr Teile der Isolationsstruktur nur in einer Weise oder in mehreren gleichwertigen Weisen verbunden werden kann. Im Beispiel der Figuren 2 bis 4 wird durch die Anordnung von zwei Zapfen/Vertiefungen an zwei gegenüberliegenden Punkten der Schalen 204, 205 und nur einem Zapfen/einer Vertiefung an zwei weiteren Punkten sichergestellt, dass die Schalen 204, 205 nur in zwei Weisen zusammengesetzt werden können. Dadurch kann vermieden werden, dass die Schalen (oder andere mehrteilige Isolationsstrukturen) falsch zusammengesetzt werden und unter Umständen die zweite Wicklung wieder entfernt werden muss, um den Fehler zu beheben.
  • Anhand der Figuren 2 bis 4 wurde auf den vorangehenden Seiten erläutert, wie eine vorgeformte Isolationsstruktur einen Transformatorkern aufnehmen und eine zweite Wicklung von einer ersten Wicklung und dem Transformatorkern beanstanden kann. Anhand von Figur 5 werden in der Folge weitere optionale Merkmale der in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Schalen 204, 205 erklärt. Diese Merkmale sind jedoch nicht auf zweiteilige Isolationsstrukturen mit Schalen beschränkt. Vielmehr können sie ebenso in anderen Isolationsstrukturen eingesetzt werden.
  • Wie in Figur 5 zu sehen, kann die Isolationsstruktur ein oder mehrere Draht-Halter 208a, 208b aufweisen. Im Beispiel der Figur 5 sind zwei Draht-Halter 208a, 208b an gegenüberliegenden Seiten der ersten und zweiten Schalen 204, 205 angeordnet. Ein erster Draht-Halter 208a ist dazu ausgelegt, die ersten und zweiten Enden 202a, 202b der ersten Wicklung 202 zu fixieren. Im Beispiel von Figur 5 können die ersten und zweiten Enden 202a, 202b der ersten Wicklung 202 jeweils in einen Kanal des ersten Draht-Halters 208a geklemmt und so fixiert werden. Die vorgeformte Isolationsstruktur enthält Durchführungen (nicht in Figur 5 zu sehen), um die ersten und zweiten Enden 202a, 202b der ersten Wicklung 202 vom Inneren der vorgeformten Isolationsstruktur nach außen zu führen.
  • In gleicher Weise können die ersten und zweiten Enden 203a, 203b der zweiten Wicklung 203 jeweils in einen Kanal des zweiten Draht-Halters 208b geklemmt und so fixiert werden. Durch die Fixierung der Enden der ersten und zweiten Wicklungen 202, 203 kann verhindert werden, dass diese ihre Position nach dem Wickeln der ersten und zweiten Wicklungen verändern. Insbesondere wenn der zweite Draht über die zusammengesetzten ersten und zweiten Schalen 204, 205 gewickelt wird, kann das den Wickelvorgang vereinfachen. So kann zunächst ein erstes Ende 203a der zweiten Wicklung 203 in dem Draht-Halter 208b fixiert werden. Danach wird der verbleibende Draht der zweiten Wicklung 203 gewickelt und abschließend ein zweites Ende der zweiten Wicklung 203 in dem Draht-Halter 208b fixiert. So kann vermieden werden, dass der Draht während des Wickelvorgangs zurückfedert oder seine Position verändert.
  • In den in Figuren 2 bis 5 gezeigten Vorrichtungen bestehen die Draht-Halter 208 aus zwei Teilen, von denen jeweils eines an der ersten beziehungsweise zweiten Schale 204, 205 angebracht ist. In anderen Beispielen können die Draht-Halter auch einteilig sein und/oder lediglich an einem Teil einer Isolationsstruktur angeordnet sein. Außerdem sind die in Figuren 2 bis 5 gezeigten Draht-Halter 208 jeweils ausgelegt, zwei Enden des jeweiligen Drahts zu fixieren. In anderen Beispielen kann ein Draht-Halter 208 ausgelegt sein, um zwei Enden von mehreren Drähten zu fixieren. In anderen Beispielen können für jedes Ende des Drahtes eigene Draht-Halter vorgesehen sein. Zudem kann jeder Draht nur an einer Stelle oder an mehr als zwei Stellen fixiert werden. Die Stellen, an denen der Draht fixiert ist, müssen auch nicht unbedingt ein Ende des jeweiligen Drahts sein. Zum Beispiel könnten für den zweiten Draht der Figur 5 vier Draht-Halter vorgesehen sein, die gleichmäßig entlang des Umfangs der Isolationsstruktur angeordnet sind. Zudem können die Draht-Halter 208 alternativ zu einem Klemmkanal (siehe Figur 5 ) auch andere Fixierelemente aufweisen. So kann die Halte-Vorrichtung ein Element aufweisen, das beweglich ist zwischen einem ersten Zustand, in dem der Draht fixiert ist und einem zweiten Zustand, in dem der Draht frei ist.
  • Wie eben beschrieben, kann die vorgeformte Isolationsstruktur Draht-Halter zum Fixieren eines oder mehrerer Drähte aufweisen. Darüber hinaus oder alternativ können in die vorgeformte Isolationsstruktur Wicklungshilfen (beispielsweise Aussparungen oder Vorsprünge) eingebracht werden, an denen oder in denen die ersten und/oder zweiten Drähte positioniert werden können (nicht in Figur 5 gezeigt). In einem Beispiel haben die ersten und zweiten Schalen 204, 205 auf der Ober- beziehungsweise Unterseite 210, 211 mehrerer Nasen, an denen der zweite Draht beim Wickeln positioniert werden kann.
  • Anhand der Figuren 6 bis 8 werden nun weitere optionale Merkmale der vorgeformten Isolationsstruktur sowie die Anordnung der vorgeformten Isolationsstruktur in einem Gehäuse erläutert. Um die Darstellung nicht unnötig zu verkomplizieren, entsprechen die vorgeformte Isolationsstruktur sowie die ersten und zweiten Wicklungen den in den Figuren 2 bis 5 gezeigten Elementen. Allerdings können die anhand von Figuren 6 bis 8 beschriebenen optionalen Merkmale auch mit anderen Isolationsstrukturen (beispielsweise einteilige oder mehrteilige Isolationsstrukturen) eingesetzt werden.
  • In Figur 6 ist eine vorgeformte Isolationsstruktur bestehend aus zwei Schalen 204, 205 gezeigt, die der vorgeformten Isolationsstruktur der Figur 4 entspricht. Die Isolationsstruktur ist mit den ersten und zweiten Wicklungen 202, 203 versehen. Zudem zeigt Figur 6 ein entsprechendes Gehäuse 301, das dazu ausgelegt ist, die ersten und zweiten Wicklungen 202, 203 und den Transformatorkern 201 und die vorgeformte Isolationsstruktur aus den ersten und zweiten Schalen 204, 205 aufzunehmen. Dazu bildet das Gehäuse eine ausreichend bemessenen Innenraum. Zudem weist das Gehäuse 301 optionale Halterungen 304 auf, an denen die Enden der ersten und zweiten Wicklungen 202, 203 befestigt werden und die eine Schnittstelle des Transformators an die Außenwelt darstellen. Im Beispiel von Figur 6 sind die Halterungen 304 auf an einer Außenseite 305 des Gehäuses 301 angebrachten Vorsprüngen 303 angeordnet. Zudem zeigt Figur 6 ein Beispiel, in dem die Halterungen 304 und Vorsprünge 303 an gegenüberliegenden Stellen an dem Gehäuse 301 angeordnet sind. Die Enden der ersten und zweiten Wicklungen können durch Durchführungen in dem Gehäuse 301 vom Innenraum des Gehäuses 301 nach außen geführt werden und dort fixiert werden. In Figur 6 werden die blanken (d. h. der Isolationsmantel der Drahtenden wurde entfernt) Drähte um die Halterungen 304 gewickelt. Allerdings sind auch andere Formen der Halterungen 304 möglich.
  • Das Gehäuse kann innerhalb einer Schaltung (zum Beispiel auf einer gedruckten Leiterplatte) angeordnet werden. Im Beispiel der Figur 6 weist das Gehäuse zu diesem Zweck Ösen 302 für Schrauben oder ähnliche Befestigungsmittel auf.
  • Sowohl die vorgeformte Isolationsstruktur als auch das Gehäuse 301 können optional weitere Merkmale aufweisen, die die Positionierung und Fixierung der vorgeformten Isolationsstruktur in dem Gehäuse 301 vereinfachen oder ermöglichen. Diese Merkmale werden nun anhand von Figur 7 detailliert erläutert.
  • Wie schon in Figuren 2 bis 6 zu sehen, können die vorgeformten Isolationsstrukturen ein oder mehrere Vorsprünge 207 aufweisen, die an Außenwänden der vorgeformten Isolationsstruktur angeordnet sind. Im Beispiel von Figur 7 weisen die ersten und zweiten Schalen 204, 205 jeweils zwei Vorsprünge 207a, 207b auf. Das Gehäuse 301 hat entsprechende Einbuchtungen 307a, 307b. Im Beispiel der Figur 7 werden die Einbuchtungen 307a, 307b durch vier freistehende Wandelemente 309a-309d gebildet, die sich von der Oberseite des Gehäuses 301 in den Innenraum des Gehäuses 301 erstrecken. Die Einbuchtungen 307a, 307b und die Vorsprünge 207a, 207b sind so angeordnet und bemessen, dass die vorgeformte Isolationsstruktur mit den ersten und zweiten Wicklungen 202, 203 und dem Transformatorkern 201 so in das Gehäuse 301 eingeführt werden können, dass die Vorsprünge 207a, 207b in die Einbuchtungen 307a, 307b eingreifen. Dadurch kann die Position der vorgeformten Isolationsstruktur - und damit auch die der ersten und zweiten Wicklungen und des Transformatorkerns - in der Zeichenebene der Figur 7 innerhalb des Gehäuses 301 festgelegt werden. Insbesondere können der Abstand der vorgeformten Isolationsstruktur von der umlaufenden seitlichen Wand des Gehäuses 301 und ein Drehwinkel der vorgeformten Isolationsstruktur festgelegt werden. Ersteres kann vorteilhaft sein, weil der Abstand der vorgeformten Isolationsstruktur und somit auch der ersten und zweiten Wicklungen von der umlaufenden seitlichen Wand des Gehäuses 301 die Durchschlagfestigkeit des Transformators zur Außenwelt mitbestimmt. Mit Hilfe der Vorsprünge 207a, 207b und der Einbuchtungen 307a, 307b ist es möglich, einen im Wesentlichen äquidistanten Abstand der vorgeformten Isolationsstruktur und somit auch der ersten und zweiten Wicklungen von der umlaufenden seitlichen Wand des Gehäuses 301 zu erreichen. Das kann die Bildung von Schwachpunkten, an denen ein dielektrischer Durchbruch auftreten kann, verhindern. Als Folge dessen kann der Transformator kompakter ausgelegt werden, da kein oder weniger zusätzliches Isolationsmaterial zur Verhinderung von dielektrischen Durchschlägen vorgesehen werden muss. Die Einstellung des Drehwinkels der vorgeformten Isolationsstruktur in dem Gehäuse 301 kann den Zusammenbau des Transformators erleichtern. Wie in Figur 7 gezeigt, kommen die Drahtenden der ersten und zweiten Wicklungen dort zum Liegen, wo sie durch die Wand des Gehäuses 301 zur Außenwelt geführt werden können.
  • Die Funktionen der Positionierung der vorgeformten Isolationsstruktur innerhalb des Gehäuses 301 können auch mit anderen Positionierstrukturen als den in Figur 7 gezeigten Vorsprüngen 207a, 207b und Einbuchtungen 307a, 307b erreicht werden. So ist es zum Beispiel möglich, die inneren Wände 309a-309d des Gehäuses wegzulassen. Der Abstand der vorgeformten Isolationsstruktur von der umlaufenden seitlichen Wand des Gehäuses 301 kann in diesem Beispiel nur durch Vorsprünge der vorgeformten Isolationsstruktur eingestellt werden, die die umlaufende seitliche Wand des Gehäuses 301 direkt kontaktieren können. Alternativ können Einbuchtungen direkt in die umlaufende seitliche Wand des Gehäuses 301 eingebracht werden, die in gleicher Weise wie die Einbuchtungen 307a, 307b fungieren. In dieser Weise ist auch eine Einstellung des Drehwinkels der vorgeformten Isolationsstruktur in dem Gehäuse 301 möglich. Auch die Ausgestaltung der Vorsprünge ist variabel. In der Figur 7 (und in den vorhergehenden Figuren) sind zwei gegenüberliegende Vorsprünge 207a, 207b vorgesehen. Die Zahl und/oder Position der Vorsprünge kann aber auch unterschiedlich sein. So können in andern Beispielen drei oder mehr Vorsprünge vorhanden sein. In einem Beispiel kann ein Vorsprung, der in eine entsprechende Einbuchtung geklemmt werden kann, zur Positionierung der vorgeformten Isolationsstruktur vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Elemente der vorgeformten Isolationsstruktur zur Positionierung innerhalb des Gehäuses 301 dienen. In einem Beispiel können die Draht-Halter so ausgestaltet sein, dass sie einen Abstand der vorgeformten Isolationsstruktur zur umlaufenden seitlichen Wand des Gehäuses 301 (zumindest teilweise) festlegen.
  • Die Vorsprünge 207a, 207b und Einbuchtungen 307a, 307b in Figur 7 können die Position und den Drehwinkel der vorgeformten Isolationsstruktur in einer ersten Ebene festlegen. Zudem ist in Figur 7 zu sehen, dass das Gehäuse 301 eine Vielzahl von Vorsprüngen 308 aufweist. Diese Vorsprünge 308 legen den Abstand der vorgeformten Isolationsstruktur von einer Unterseite des Gehäuses 301 fest (der Begriff "Unterseite" bezieht sich auf die in Figur 7 gezeigte Anordnung und ist relativ, eine Flächennormale der Unterseite steht senkrecht auf der gerade definierten ersten Ebene). In anderen Beispielen kann die vorgeformte Isolationsstruktur (zum Beispiel die erste und/oder zweite Schale 204, 205) ein oder mehrere Vorsprünge aufweisen, um die vorgeformte Isolationsstruktur von der Unterseite des Gehäuses zu beabstanden.
  • In Figur 8 ist eine perspektivische Ansicht der in Figuren 6 und 7 gezeigten Teile eines Transformators im zusammengesetzten Zustand zu sehen. Die vorgeformte Isolationsstruktur 222 ist - optional mit Hilfe der im Zusammenhang mit Figur 7 beschriebenen Positionierhilfen - innerhalb des Gehäuses 301 positioniert. Nun kann eine Vergussmasse in das Gehäuse eingefüllt werden, um die Durchschlagsfestigkeit des Transformators zu erhöhen und die Wicklungen sowie den Transformatorkern von der Außenwelt abzukapseln. Um das Einbringen der Vergussmasse zu erleichtern, weist die vorgeformte Isolationsstruktur mehrere Löcher 206 auf. Diese können so angeordnet sein, dass der durch die vorgeformte Isolationsstruktur 222 gebildete Innenraum ohne Bildung von Hohlräumen durch die Löcher 206 gefüllt werden kann. Die Löcher 206 sind ebenfalls in Figuren 2 bis 7 zu sehen. In diesem Beispiel haben die erste und die zweite Schale 204, 205 jeweils eine Vielzahl von Löchern. In der Folge wird als beispielhafte Isolationssubstanz eine Vergussmasse beschrieben. Allerdings können in Verbindung mit den hierin beschriebenen vorgeformten Isolationsstrukturen auch andere Isolationssubstanzen eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine Isolationsflüssigkeit (zum Beispiel ein Isolationsöl) oder ein Isolationsgas eingesetzt werden.
  • Die ersten und zweiten Schalen 204, 205 können so bemessen sein, dass weitere Löcher entstehen, wenn die erste und die zweite Schale 204, 205 zusammengesetzt werden. Zum Beispiel ist in Figur 10 zu sehen, dass längliche Luftspalte 910 gebildet werden, wenn die ersten und die zweiten Schalen 204, 205 zusammengesetzt werden. Durch die länglichen Luftspalte kann ein Fliessverhalten der Vergussmasse beim Befüllen der ersten und die zweiten Schale 204, 205 verbessert werden.
  • Die in Figuren 2 bis 8 auf der Oberseite 210 und Unterseite 211 der ersten und zweiten Schalen 204, 205 angeordneten Löcher 206 sind rund. Diese Geometrie ist jedoch nicht zwingend. Auch müssen die Löcher nicht notwendigerweise auf zwei gegenüberliegenden Seiten der vorgeformten Isolationsstruktur angeordnet sein (zum Beispiel auf der Oberseite 210 und Unterseite 211). So könnten die Ober- und Unterseite der vorgeformten Isolationsstruktur lediglich speichenförmig angeordnete Stege umfassen, so dass sich segmentförmige Löcher bilden. In anderen Beispielen können die Löcher rechteckig, sechseckig oder oval sein. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass Größe, Form und Position der Löcher so gewählt ist, dass die Vergussmasse durch die Löcher in den Innenraum der vorgeformten Isolationsstruktur dringen kann. In Beispielen wo die Ober- oder Unterseite oder die seitliche Wand der vorgeformten Isolationsstruktur weggelassen wird, kann die so entstehende Öffnung bereits zum Befüllen des Innenraums der vorgeformten Isolationsstruktur mit Vergussmasse ausreichen. Durch das Vorsehen von geeigneten Löchern kann ein zuverlässiges Befüllen des Innenraums der vorgeformten Isolationsstruktur mit Vergussmasse sichergestellt werden. Insbesondere ist es möglich, die Bildung von Blasen in dem Innenraum zu vermeiden, die sonst die elektrische Spannungsfestigkeit im Speziellen und die Isolationseigenschaften des Transformators im Allgemeinen negativ beeinflussen können.
  • Anhand von Figuren 9 und 10 werden nun weitere Details zum Herstellungsprozess der vorgeformten Isolationsstrukturen sowie ihren Materialeigenschaften erklärt. Wiederum ist in Figuren 9 und 10 die bereits in Figuren 2 bis 8 gezeigte, aus zwei Schalen bestehende, vorgeformte Isolationsstruktur zu sehen. Allerding ist das in der Folge gesagte ebenfalls nicht auf diese spezifische Ausführungsform beschränkt. Vielmehr können auch alle anderen hierin besprochenen vorgeformten Isolationsstrukturen mit den vorgestellten Verfahren und mit den besprochenen Materialeigenschaften hergestellt werden.
  • In einem Beispiel werden die vorgeformten Isolationsstrukturen mittels eines Spitzgussverfahrens hergestellt. Damit können die vorgeformten Isolationsstrukturen besonders kostengünstig hergestellt werden. Wie in Figuren 9 und 10 zu sehen, kann die vorgeformte Isolationsvorrichtung lediglich aus zwei Teilen bestehen. Ein oder mehrere Positionierstrukturen zum Positionieren der vorgeformten Isolationsstruktur innerhalb eines Gehäuses, Draht-Halter und Steckverbindungen zum Verbinden verschiedener Teile der vorgeformten Isolationsstruktur können integral mit den Teilen zum Beabstanden der ersten und zweiten Wicklungen hergestellt werden. So kann die Isolationsstruktur der Figuren 9 und 10 eine erstes Spritzgussteil 901 und ein zweites Spritzgussteil 902 umfassen. Jedes der ersten und zweiten Spitzgussteile 901, 902 weist dabei integrale Positionierstrukturen 907 (auch als Vorsprünge bezeichnet), Draht-Halter 908 und Steckverbindungen 909 auf. Dabei können nicht nur die speziellen in Figur 9 gezeigten Elemente, sondern auch die in Bezug auf die Figuren 2 bis 8 aufgeführten Varianten integral mit den Teilen zum Beabstanden der ersten und zweiten Wicklungen hergestellt werden. Gleiches gilt für vorgeformte Isolationsstrukturen, die ein oder mehr als zwei Teile umfassen. Beispielsweise können die Positionierstrukturen 907 zum Positionieren der vorgeformten Isolationsstruktur innerhalb eines Gehäuses, die Draht-Halter und die Steckverbindungen zum Verbinden verschiedener Teile der Isolationsstruktur integral mit nur einem von mehreren Teilen der vorgeformten Isolationsstruktur gefertigt sein.
  • Wie weiter in Figur 9 zu sehen, besteht die Isolationsstruktur aus zwei identisch geformten Schalen. In dieser Weise können die Produktionskosten der vorgeformten Isolationsstruktur weiter gesenkt werden, da die Anzahl der benötigten Spritzgussformen reduziert wird (oder die Anzahl der Formen für andere abformende Verfahren).
  • Das obenstehend in Bezug auf Spitzgussverfahren Ausgeführte gilt ebenso für andere abformende Herstellungsverfahren. Die in Figuren 2 bis 10 beschriebenen Teile können auch mit solchen alternativen abformenden Herstellungsverfahren hergestellt werden.
  • Die hierin beschriebenen Gehäuse für die Transformatoren können mit demselben Herstellungsverfahren hergestellt werden wie die vorgeformten Isolationsstrukturen. Zum Beispiel können das Gehäuse und alle Teile einer ein- oder mehrteiligen vorgeformten Isolationsstruktur mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt werden. Zusätzlich oder alternativ können das Gehäuse und die Teile der vorgeformten Isolationsstruktur aus dem gleichen Material hergestellt werden wie das Gehäuse. So können die Produktionskosten für einen diese Teile enthaltenden Transformator weiter gesenkt werden. In anderen Beispielen können ein oder mehrere Teile der vorgeformten Isolationsstruktur mit dem Gehäuse verbunden sein. Dann können diese ein oder mehr Teile gleichzeitig mit dem Gehäuse (zum Beispiel als ein Spritzgussteil) hergestellt werden. In einem Bespiel besteht die vorgeformte Isolationsstruktur aus zwei Schalen und eine der Schalen ist mit dem Gehäuse verbunden und mit dem Gehäuse als ein Spritzgussteil gefertigt. Die zweite Schale kann ein weiteres Spritzgussteil sein oder ebenfalls mit dem Gehäuse verbunden sein.
  • In einem Beispiel umfassen die Teile der vorgeformten Isolationsstruktur (beispielsweise die Schalen aus Figuren 2 bis 10 ) einen Thermoplast (bestehen aus einem Thermoplast). Die Teile der vorgeformten Isolationsstruktur können aber auch einen Duroplast umfassen (aus einem Duroplast bestehen). Wie bereits erwähnt, können die Gehäuse, in denen die vorgeformten Isolationsstrukturen eingebettet sind, aus denselben Materialien bestehen wie die vorgeformten Is olations strukturen.
  • In allen hierin beschriebenen Beispielen können die vorgeformten Isolationsstrukturen ein Material umfassen (aus einem Material bestehen), das eine Dielektrizitätskonstante von 1 bis 10 bei 0 bis 10 MHz aufweist.
  • In Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 8 wurden Vorrichtungen diskutiert, die eine erste und eine zweite Wicklung aufweisen, wobei die erste und die zweite Wicklung einen ringförmigen Transformatorkern im Wesentlichen vollständig umgeben (sich um mehr als 300° um den Transformatorkern erstrecken). Die hierin beschrieben vorgeformten Isolationsstrukturen und Gehäuse sind jedoch nicht auf diese Zahl und Anordnung der Wicklungen und diesen Transformatorkern beschränkt.
  • So kann in anderen Beispielen der Transformator einen rechteckigen oder ovalen Querschnitt haben. Auch eine zwei- oder mehrteilige Transformatorkern-Struktur ist mit entsprechend geformter Isolationsstruktur umsetzbar. Entsprechend der Geometrie des Transformatorkerns kann auch die Geometrie der Aufnahme, die durch die vorgeformte Isolationsstruktur gebildet wird, variieren. In Bezug auf die Figuren 2 bis 10 definiert die vorgeformte Isolationsstruktur eine geschlossene, zylinderförmige Fläche mit einem Durchgang zum Wickeln der zweiten Wicklung. Allerdings kann die vorgeformte Isolationsstruktur auch andere geschlossene Flächen definieren. In anderen Beispielen definiert die vorgeformte Isolationsstruktur einen ringförmigen Torus. Wie bereist weiter oben diskutiert kann das Innere der vorgeformten Isolationsstruktur auch zu einen oder mehreren Seiten hin offen sein.
  • In anderen Beispielen enthält der Transformator eine dritte oder eine dritte und weitere Wicklungen. Figuren 11a und 11b zeigen Möglichkeiten, wie eine weitere Wicklung in den in Bezug auf Figuren 2 bis 10 vorgestellten Vorrichtungen angeordnet werden kann. In einem Beispiel können, wie in Figur 11a gezeigt, mehrere Wicklungen 1103a, 1103b entlang des Umfangs eines Transformatorkerns 1101 gewickelt sein. Dabei können die in Figuren 11a und 11b gezeigten Wicklungen sowohl direkt auf den Transformatorkern, als auch auf die vorgeformten Isolationsstrukturen der Figuren 2 bis 10 gewickelt werden.
  • Im Beispiel von Figur 11a sind zwei Wicklungen jeweils nur auf einem Segment des Transformtorkerns 1101 gewickelt (zum Beispiel so, dass jede Wicklung sich weniger als 175° deg entlang des Transformatorkerns erstreckt). In Figuren 12a und 12b ist ein weiteres Beispiel für eine solche Anordnung mit drei Wicklungen gezeigt. In einer solchen Anordnung kann die Durchschlagfestigkeit zwischen einer ersten Wicklung, die direkt auf dem Transformatorkern gewickelt ist und den weiteren (zum Beispiel zwei weiteren) Wicklungen, die um eine vorgeformte Isolationsstruktur gewickelt sind weiterhin von der vorgeformten Isolationsstruktur (mit-)bestimmt werden. Die um die vorbestimmte Isolationsstruktur gewickelten Wicklungen dagegen können durch ihren Abstand entlang des Transformatorkerns voneinander isoliert sein.
  • In Figur 11b ist eine weitere Anordnung von zwei Wicklungen 1103a, 1103b gezeigt. In diesem Beispiel sind die beiden Wicklungen ineinander verflochten um den gesamten Transformatorkern 1101 herum angeordnet (sie erstrecken sich um mehr als 300° deg um den Transformatorkern). Diese Anordnung von Windungen kann eine Streuinduktivität verringern. In gleicher Weise können eine dritte Wicklung oder auch weitere Wicklungen ineinander verflochten um den gesamten Transformatorkern 1101 herum angeordnet werden.
  • Die Figuren 12a und 12b zeigen ein weiteres Beispiel für eine vorgeformte Isolationsstruktur und deren Anordnung mit mehreren Wicklungen in einem Transformator. Wie auch in Figuren 2 bis 10 ist in Figuren 12a und 12b eine aus zwei Schalen bestehende vorgeformte Isolationsstruktur zu sehen. Figur 12a stellt eine schematische Draufsicht einer ersten Schale 1204 der vorgeformten Isolationsstruktur dar, die mehrere Löcher aufweist. Der Einfachheit halber sind in Figuren 12a und 12b optionale zusätzliche Strukturen (Draht-Halter, Verbindungstrukturen und/oder Positionierstrukturen) weggelassen. Allerdings kann jede der weiter oben besprochenen derartigen Strukturen mit den Schalen kombiniert werden. Zusätzlich weisen die oberen und unteren Schalen 1204, 1205 eine Wicklungshilfe 1210 auf, mit deren Hilfe mehrere Wicklungen entlang des Umfangs der Schalen 1204, 1205 positioniert werden können. In Figur 12a diese Wicklungshilfe 1210 als zwei sich kreuzende Streben ausgeführt. Damit werden entlang des Umfangs der ersten und zweiten Schalen 1204, 1205 vier Segmente definiert.
  • In Figur 12b ist anhand eines teilweisen Schnittbildes (nur die obere Schale ist weggeschnitten, die Wicklungen und der Transformatorkern ist in einer Draufsicht dargestellt) zu sehen, wie verschiedene Wicklungen um zwei der in Figur 12a gezeigten Schalen herum angeordnet sind. In diesem Beispiel sind zwei Wicklungen 1202a, 1202b in ähnlicher Weise wie in Figur 11b gezeigt direkt um den Transformatorkern 1201 gewickelt. Der Transformatorkern mit den zwei Wicklungen 1202a, 1202b ist von den ersten und zweiten Schalen 1204, 1205 (die erste Schale ist in Figur 12b nicht zu sehen) umschlossen. Um die vorgeformte Isolationsstruktur, die durch die ersten und zweiten Schalen 1204, 1205 gebildet wird, sind drei weitere Wicklungen 1203a - 1203c gewickelt. Diese Wicklungen sind wiederum ähnlich wie in Figur 11a angeordnet. Jede Wicklung 1203a - 1203c erstreckt sich in einem Segment der vorgeformten Isolationsstruktur, das weniger als 90° deg des Umfangs der vorgeformten Isolationsstruktur ausmacht. Die Wicklungshilfe 1210 limitiert jede der Wicklungen 1203a - 1203c auf ein vorbestimmtes Segment. Obwohl in Figur 12b drei Wicklungen 1203a - 1203c gezeigt sind, kann die Wicklungshilfe auch für zwei oder mehr als drei Wicklungen verwendet werden. In dem Transformator der Fig. 12b können die zwei 1202a, 1202b Wicklungen, die direkt auf den Transformatorkern 1201 gewickelt sind, Wicklungen des Transformators sein und die drei Wicklungen 1203a - 1203c Sekundärwicklungen des Transformtors. Das segmentierte Bewickeln der drei Wicklungen 1203a-1203c kann dazu genutzt werden, dass die drei Wicklungen untereinander eine hohe Spannungsfestigkeit aufweisen - zusätzlich zur hohen Spannungsfestigkeit jeder dieser Wicklung gegen die direkt auf dem Transformatorkern bewickelten Wicklungen 1202a, 1202b. In gleicher Weise können in den im Zusammenhang mit Figuren 2 bis 11 gezeigten Beispielen die ein oder mehr direkt auf den Transformatorkern gewickelten Wicklungen Primärwicklungen des Transformators sein und die ein oder mehr auf die vorgeformte Isolationsstruktur gewickelten Wicklungen Sekundärwicklungen des Transformators sein. In anderen Beispielen können die ein oder mehr direkt auf den Transformatorkern gewickelten Wicklungen Sekundärwicklungen des Transformators sein und die ein oder mehr auf die vorgeformte Isolationsstruktur gewickelten Wicklungen Primärwicklungen des Transformators. Zudem können die drei Wicklungen Windungen 1203a - 1203c verschiedene Spannungspegel bereitstellen. Das gilt nicht nur für das Beispiel der Figuren 12a und 12b , sondern im Allgemeinen für hierin besprochene Transformatoren mit drei oder mehr Wicklungen.
  • Im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 12 wurden mehrere vorgeformte Isolationsstrukturen beschrieben, in denen zwei Schalen einen Transformatorkern umschließen. In diesen Beispielen bildet die erste Schale eine Oberseite der vorgeformten Isolationsstruktur und die zweite Schale eine Unterseite. Die "Oberseite" und die "Unterseite" werden hierin durch eine Ebene getrennt, in der oder parallel zu der der magnetische Fluss durch den Transformatorkern bei Betrieb des Transformatorkerns verläuft. Im Beispiel eines ringförmigen Transformatorkerns schneidet diese Ebene den Transformatorkern so, dass zwei Teile mit ringförmigen Schnittflächen entstehen (siehe zum Beispiel Figuren 11a und 11b , wo die Ebene in der Zeicheneben liegt).
  • In einem anderen nicht erfindungsgemässen Beispiel umschließen zwei Teile einer vorgeformten Isolationsstruktur einen rechten und linken Teil des Transformatorkerns. Die "rechte Seite" und die "linke Seite" werden hierin durch eine zweite Ebene getrennt, senkrecht zu der der magnetische Fluss durch den Transformatorkern bei Betrieb des Transformatorkerns verläuft (diese Ebene steht also senkrecht zu der im letzten Paragraph definierten Ebene). Im Beispiel eines ringförmigen Transformatorkerns schneidet diese zweite Ebene den Transformatorkern so, dass zwei Teile mit zwei kreisförmigen Schnittflächen entstehen (oder einer Schnittfläche mit ovalem Querschnitt oder Querschnitt in Form einer Acht).
  • Die Figuren 13a und 13b zeigen ein weiteres nicht erfindungsgemässes Beispiel für eine vorgeformte Isolationsstruktur und deren Anordnung mit mehreren Wicklungen in einem Transformator. Die in Figuren 13a und 13b gezeigte vorgeformte Isolationsstruktur ist dreiteilig: Ein mit einer oder mehreren ersten Wicklungen bewickelter Transformatorkern (beispielsweise wie in Figuren 11a und 11b gezeigt) wird von den zwei Halbschalen 1304a, 1304b umschlossen. Ein röhrenförmiges Mitteteil 1314 wird in ein Durchgangsloch der Halbschalen 1304a, 1304b und des Transformatorkerns gesteckt. Der Transformatorkern und die Wicklungen sind damit vollkommen umschlossen von der vorgeformten Isolationsstruktur. Weitere zweite Wicklungen können jetzt durch das Isolationsrohr hindurch um die Halbschalen herum bewickelt werden. Diese weitere zweite Wicklungen werden entsprechend durch die dreiteilige Isolationsstruktur von den inneren ersten Wicklungen beabstandet.
  • In Figur 13a stellt eine schematische Draufsicht der zwei gleich großen Schalen 1304a, 1304b dar, die dazu ausgelegt sind, jeweils eine rechte und eine linke Seite eines Transformatorkerns (nicht in Figur 13b gezeigt) zu umschließen. Optional kann diese vorgeformte Isolationsstruktur dieses Beispiels ein röhrenförmiges Mitteteil 1314 umfassen. Das Zusammensetzten des Transformators umfasst in diesem Beispiel zunächst das Einbringen des Transformatorkerns mit einer ersten Wicklung in eine der Schalen 1304a, 1304b. Dann wird die zweite Schale 1304a, 1304b mit der ersten Schale 1304a, 1304b verbunden, um den Transformatorkern zu umschließen. Das röhrenförmige Mitteteil 1314 kann vor oder nach dem Verbinden der Schalen 1304a, 1304b durchgeführt werden. Im Anschluss kann eine zweite Wicklung auf die vorgeformte Isolationsstruktur gewickelt werden. Figur 13b zeigt eine schematische Seitenansicht einer der beiden Halbschalen 1304a. Die Halbschale 1304a weist mehrere Löcher 106 auf, durch die eine Vergussmasse (oder andere Isolationssubstanz) ins Innere einer durch die erste Halbschale 1304a und die zweite Halbschale 1304b gebildeten Aufnahme gelangen kann. Die Halbschalen 1304a, 1304b können auch weitere hierin beschriebene Merkmale aufweisen, wie zum Beispiel Positionierstrukturen oder Draht-Halter und Durchführungen für Drähte.
  • In vielen der bisher beschriebenen mehrteiligen vorgeformten Isolationsstrukturen umschließen die Teile den Transformatorkern symmetrisch. In anderen Worten umschließt jedes Teil der vorgeformten Isolationsstruktur einen gleich großen Anteil des Transformatorkerns. Diese Anordnung ist jedoch nicht zwingend. In anderen Beispielen kann eine von zwei (oder mehr) Teilen einer zwei oder mehrteiligen vorgeformten Isolationsstruktur einen kleineren Anteil des Transformatorkerns umschließen als die anderen. So kann zum Beispiel in der in Figur 3 skizzierten Anordnung die untere Schale 205 die gesamte Seitenwand umfassen. Die ober Schale 204 ist dann ein Deckel, der auf die unter Schale 205 gelegt oder gesteckt werden kann.
  • In Figur 14 ist eine weitere zweiteilige vorgeformte Isolationsstruktur gezeigt. Ein erster Teil 1404 dieser vorgeformten Isolationsstruktur bedeckt die Oberseite (die Definition des Begriffs "Oberseite" findet sich weiter oben), einen ersten Teil der äußeren Seitenfläche und einen Teil der Unterseite (die Definition des Begriffs "Unterseite" findet sich weiter oben) einer zylindrischen Aufnahme. Ein zweiter Teil 1405 dieser vorgeformten Isolationsstruktur bedeckt den verbleibenden Teil der äußeren Seitenfläche und den verbleibenden Teil der Unterseite. Zusammengesetzt umschließen beide Teile 1204, 1205 also die gesamte Oberfläche der zylindrischen Aufnahme (mit Ausnahme einer mittigen Aussparung). Im Gegensatz zu den beispielsweise im Zusammenhang mit Figur 2 gezeigten Schalen sind die in Figur 14 gezeigten Teile nicht symmetrisch (das heißt, sie bedecken unterschiedlich große Teile der Oberfläche der zylinderförmigen Aufnahme).
  • In Figur 2 ist eine vorgeformte Isolationsstruktur gezeigt, die einen Innenraum zur Aufnahme eines Transformatorkerns und einen Teil einer ersten Wicklung und einen Außenraum, in dem die zweite Wicklung gewickelt ist, definiert. Die hierin beschriebenen Transformatorstrukturen sind jedoch nicht auf hierauf beschränkt. So kann in einem Beispiel eine zweite vorgeformte Isolationsstruktur eine erste vorgeformte Isolationsstruktur umschließen. Die erste Isolationsstruktur umschließt in diesem Beispiel einen Transformatorkern mit ein oder mehreren ersten Wicklungen. Ein oder mehrere zweite Wicklungen sind um die erste Isolationsstruktur gewickelt. Die ein oder mehr um die erste Isolationsstruktur gewickelten zweiten Wicklungen sind wiederum von der zweiten vorgeformten Isolationsstruktur umschlossen. Um diese sind ein oder mehr dritte Wicklungen gewickelt. Die beiden vorgeformten Isolationsstrukturen sind also wie die Schalen einer Zwiebel angeordnet. In dieser Anordnung mit zwei vorgeformten Isolationsstrukturen können die oben beschriebenen zwei oder mehrteiligen vorgeformten Isolationsstrukturen verwendet werden.
  • In einem anderen Beispiel kann zunächst der Transformatorkern von einer vorgeformten Isolationsstruktur umschlossen sein. Auf diese erste vorgeformte Isolationsstruktur können ein oder mehrere erste Wicklungen gewickelt sein. Der Kern mit der ersten Isolationsstruktur und den ein oder mehreren ersten Windungen kann wiederum von einer zweiten Isolationsstruktur umschlossen sein, auf die ein oder mehrere zweite Wicklungen gewickelt sind.
  • In Bezug auf die Figuren 2 bis 14 wurden bereits einige beispielhafte Verfahrensschritte zum Herstellen eines Transformtors unter Verwendung einer vorgeformten Isolationsstruktur beschrieben. Ein weiteres beispielhaftes Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Transformatorkerns, wickeln eines ersten Drahts um einen Transformatorkern, um eine erste Wicklung zu bilden, anordnen einer vorgeformten Isolationsstruktur, so dass die vorgeformten Isolationsstruktur zumindest einen Teil der ersten Wicklung und des Transformatorkerns umschließt und wickeln eines zweiten Drahts um die vorgeformte Isolationsstruktur, um eine zweite Wicklung zu bilden. Dann kann die Anordnung aus Wicklungen, Transformatorkern und vorgeformter Isolationsstruktur in ein Gehäuse eingebracht werden. Das Gehäuse kann mit einer Vergussmasse ausgegossen werden. Beispielsweise kann das Ausgießen des Gehäuses mit einem Druckgussverfahren durchgeführt werden. Auch kann das Ausgießen des Gehäuses unter Unterdruck (bei einem Restdruck von 500 mbar oder weniger) durchgeführt werden. Dadurch kann die Bildung von Luft-/ oder Gasblasen in dem Vergussmasse unterdrückt werden.
  • Falls die vorgeformte Isolationsstruktur Draht-Halter umfasst, kann zu Beginn und nach Ende des Schrittes des Wickelns der ersten und/oder zweiten Wicklung der erste beziehungsweise zweite Draht an einer Stelle in einem der Draht-Halter fixiert werden. Damit kann der Wickelprozess (ob von Hand oder maschinell) vereinfacht werden, da Rückstellbewegungen der Drähte verringert werden können.
  • Die obige Beschreibung der dargestellten Beispiele der vorliegenden Erfindung, ist nicht erschöpfend oder beschränkt auf die Beispiele gemeint. Während spezifische Ausführungsformen und Beispiele für die Erfindung hierin zu Veranschaulichungszwecken beschrieben sind, sind verschiedene Modifikationen möglich, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die spezifischen Beispiele für Spannung, Strom, Frequenz, Leistung, Bereichswerte, Zeiten etc., sind nur illustrativ, so dass die vorliegende Erfindung auch mit anderen Werten für diese Größen umgesetzt werden kann.
  • Diese Modifikationen können an Beispielen der Erfindung im Lichte der obigen detaillierten Beschreibung durchgeführt werden. Die vorliegende Beschreibung und die Figuren sind als veranschaulichend und nicht als einschränkend anzusehen.

Claims (12)

  1. Transformator, umfassend,
    einen Transformatorkern (201), wobei der Transformatorkern (201) ein Toroid ist und wobei der Transformatorkern eine erste Ebene definiert, in der oder parallel zu der der magnetische Fluss des Transformatorkerns bei Betrieb des Transformators verläuft, wobei eine Oberseite und eine Unterseite des Transformatorkerns sich parallel zu der ersten Ebene erstrecken;
    einen ersten Draht, der eine erste Wicklung (202) bildet;
    einen zweiten Draht, der eine zweite Wicklung (203) bildet,
    wobei die erste und die zweite Wicklung (202, 203) um den Transformatorkern (201) gewickelt sind;
    wobei der Transformator weiter umfasst:
    eine vorgeformte Isolationsstruktur (204, 205),
    wobei die vorgeformte Isolationsstruktur zwischen der ersten und der zweiten Wicklung (202, 203) des Transformators angeordnet ist und wobei die vorgeformte Isolationsstruktur (204, 205) die zweite Wicklung (203) von der ersten Wicklung (202) und von dem Transformatorkern (201) beabstandet,
    wobei die vorgeformte Isolationsstruktur (204, 205) eine erste und eine zweite Schale umfasst (204, 205), die den Transformatorkern (201) mit der ersten Wicklung (202) zumindest teilweise umschließen, wobei die erste Schale (204) die Oberseite und die zweite Schale (205) die Unterseite des Transformatorkerns (201) umschließt,
    wobei die erste und zweite Schale (204, 205) eine innere Wand (214) durch eine zentrale Öffnung des Toroids bilden, wobei die innere Wand ein Loch bildet durch die die zweite Wicklung (203) gewickelt ist, und
    wobei die erste und die zweite Schale (204; 205) jeweils mehrere Löcher (206) aufweisen, deren Größe, Form und Position so gewählt ist, dass eine Isolationssubstanz durch die Löcher (206) in den Innenraum der vorgeformten Isolationsstruktur (204; 205) dringen kann.
  2. Transformator gemäß Anspruch 1, wobei die erste und zweite Schale (204, 205) identisch geformt sind.
  3. Transformator gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Transformator weiter ein Gehäuse (301) umfasst, das den Transformatorkern (201), die ersten und zweiten Wicklungen (202, 203) und die vorgeformte Isolationsstruktur (204, 205) aufnimmt.
  4. Transformator gemäß Anspruch 3, weiter umfassend eine Isolationssubstanz innerhalb des Gehäuses (301), die den Transformatorkern (201) und die ersten und zweiten Wicklungen (202, 203) umschließt, wobei die Isolationssubstanz ausgewählt ist aus einer Vergussmasse, einem Öl oder einem Gas.
  5. Transformator gemäß einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei die Löcher (206) in der vorgeformten Isolationsstruktur (204, 205) so angeordnet sind, dass ein Innenraum des Gehäuses (301) ohne Bildung von Hohlräumen mit der Isolationssubstanz gefüllt werden kann, wobei der Transformatorkern (201), die ersten und zweiten Wicklungen (202, 203) und die ersten und zweiten Schalen (204, 205) in dem Gehäuse (301) angeordnet sind.
  6. Transformator gemäß einem der vorangehenden Ansprüche wobei die erste und/oder die zweite Wicklung (202, 203) sich über mindestens 300° entlang des Transformatorkerns (201) erstreckt.
  7. Transformator gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die die vorgeformte Isolationsstruktur (204, 205) mit einem Spritzgussverfahren hergestellt ist.
  8. Transformator gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die vorgeformte Isolationsstruktur (204, 205) weiter umfasst:
    einen oder mehrere Draht-Halter (208a, 208b), in dem der erste, der zweite Draht oder beide fixiert werden können.
  9. Transformator gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die vorgeformte Isolationsstruktur (204, 205) weiter umfasst:
    eine oder mehrere Positionierstrukturen (207) umfasst, die dazu ausgelegt sind, die vorgeformte Isolationsstruktur (204, 205) innerhalb des Gehäuses (301) in ein oder mehreren Richtungen zu positionieren.
  10. Transformator gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Transformtorkern (201) ringförmig ist, oder der Toroid-Querschnitt senkrecht zur toroidalen Richtung rechteckig oder oval ist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Transformators, umfassend:
    bereitstellen eines Transformatorkerns (201), wobei der Transformatorkern (201) ein Toroid ist und wobei der Transformatorkern eine erste Ebene definiert, in der oder parallel zu der der magnetische Fluss des Transformatorkerns bei Betrieb des Transformators verläuft, wobei eine Oberseite und eine Unterseite des Transformatorkerns sich parallel zu der ersten Ebene erstrecken;
    wickeln eines ersten Drahts um den Transformatorkern (201), um eine erste Wicklung (202) zu bilden,
    anordnen einer vorgeformten Isolationsstruktur (204, 205), so dass die vorgeformte Isolationsstruktur (204, 205) zumindest einen Teil der ersten Wicklung (202) und des Transformatorkerns (203) umschließt,
    wickeln eines zweiten Drahtes um die vorgeformte Isolationsstruktur und somit um den Transformatorkern, um eine zweite Wicklung (203) zu bilden,
    wobei die vorgeformte Isolationsstruktur zwischen der ersten und der zweiten Wicklung (202, 203) des Transformators angeordnet ist und wobei die vorgeformte Isolationsstruktur (204, 205) die zweite Wicklung (203) von der ersten Wicklung (202) und von dem Transformatorkern (201) beabstandet,
    wobei die vorgeformte Isolationsstruktur (204, 205) eine erste und eine zweite Schale umfasst (204, 205), die den Transformatorkern (201) mit der ersten Wicklung (202) zumindest teilweise umschließen, wobei die erste Schale (204) die Oberseite und die zweite Schale (205) die Unterseite des Transformatorkerns (201) umschließt,
    wobei die erste und zweite Schale (204, 205) eine innere Wand (214) durch eine zentrale Öffnung des Toroids bilden, wobei die innere Wand ein Loch
    bildet durch die die zweite Wicklung (203) gewickelt ist, und
    wobei die erste und die zweite Schale (204; 205) jeweils mehrere Löcher (206) aufweisen, deren Größe, Form und Position so gewählt ist, dass eine Isolationssubstanz durch die Löcher (206) in den Innenraum der vorgeformten Isolationsstruktur (204; 205) dringen kann.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, weiter umfassend:
    anordnen des Transformatorkerns (201) mit den ersten und zweiten Wicklungen (202, 203) und der vorgeformten Isolationsstruktur in einem Gehäuse (301); und
    ausgießen des Gehäuses (301) mit einer Isolationssubstanz, so dass die Isolationssubstanz durch die Löcher (206) ohne Bildung von Hohlräumen das Gehäuse (301) füllt,
    wobei der Schritt des Ausgießens des Gehäuses (301) unter Unterdruck durchgeführt wird.
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