EP3001436B1 - Wicklungsfolie und Wicklung für eine induktive elektrische Vorrichtung - Google Patents

Wicklungsfolie und Wicklung für eine induktive elektrische Vorrichtung Download PDF

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EP3001436B1
EP3001436B1 EP14186763.0A EP14186763A EP3001436B1 EP 3001436 B1 EP3001436 B1 EP 3001436B1 EP 14186763 A EP14186763 A EP 14186763A EP 3001436 B1 EP3001436 B1 EP 3001436B1
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EP
European Patent Office
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winding
film
electrically conductive
film component
winding film
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Stephan Voss
Junior Eugenio De Santis
Antonio Pedro Silva
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Siemens AG
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Siemens AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2847—Sheets; Strips
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2847—Sheets; Strips
    • H01F2027/2857—Coil formed from wound foil conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F2027/348—Preventing eddy currents

Definitions

  • the invention relates to a winding film which can be wound along a winding direction into an electrically conductive winding for an inductive electrical device and is designed such that the electrical resistance of electrically conductive regions of the winding film varies along at least one direction, at least one extending along the winding direction electrically conductive edge region is provided, whose electrical resistance is smaller than an electrical resistance of an adjoining this edge region electrically conductive connection region.
  • the invention further relates to a winding for an inductive electrical device.
  • Such a winding foil and such a winding are for example from JP H04 109609 A known.
  • the winding foil is composed of different conductor materials.
  • a winding foil as well as a winding consisting of this winding foil is also known, wherein the winding foil forms a net-like structure with recesses.
  • the electrical conductivity of the winding film is greater than in its middle region.
  • WO 2005/096330 A1 discloses a winding which consists of a conductor foil which has a recess in its center region, so that set in the axial edge regions of the winding foil greater electrical conductivities, as in the middle region of the film.
  • the invention generally relates to windings of inductive electrical devices, such as transformers and choke coils, which are at least partially made of an electrically conductive wound coil film.
  • inductive electrical devices such as transformers and choke coils
  • high eddy currents are sometimes induced due to magnetic fluxes penetrating radially through the windings.
  • These eddy currents interfere with the load currents and, in total, lead to a significant increase in the current density at the axial edges of film turns.
  • the power loss density is locally proportional to the square of the current density, the power dissipation density at these axial edges is significantly increased relative to the axial center region of the winding.
  • the current density and the power dissipation density in the axial center region of a film winding are significantly lower than those expected for a homogeneous distribution of current within a winding film.
  • the film thickness of the winding films is currently chosen to be sufficiently large and / or (for example, axially extending) cooling channels are provided within the windings to dissipate heat from the windings.
  • the film thickness increases the amount of conductor material and the cost of the conductor material and the weight of the winding. Cooling channels within the winding increase the radial extent of the winding and thereby also the need for conductor material.
  • the invention has for its object to provide an improved winding foil and an improved winding for an inductive electrical device.
  • the object is achieved with respect to the winding film by the features of claim 1 and with respect to the winding by the features of claim 11.
  • a winding film according to the invention can be wound up along a winding direction into an electrically conductive winding for an inductive electrical device and designed such that the electrical resistance of electrically conductive regions of the winding film varies along at least one direction.
  • the invention makes it possible, in particular, to adapt the electrical resistance to the current densities actually occurring locally in a winding produced from the winding film by means of a spatial variation of the electrical resistance of the winding film. As a result, it can be advantageously avoided that the winding film is locally oversized, thereby unnecessarily consuming a large amount of material and installation space.
  • At least one electrically conductive edge region extending along the winding direction is provided, whose electrical resistance is smaller than an electrical resistance of an electrically conductive connection region adjoining this edge region.
  • This embodiment of the invention takes into account that, according to the above statements, high current densities often occur, in particular in the axial edge regions of windings made from winding foils, due to eddy currents. A lower electrical resistance in such areas can therefore advantageously prevent electrical and thermal overloads of these areas.
  • At least one support element connected to at least one edge region and the connection region is provided for stabilizing the edge region.
  • the winding film can advantageously be stabilized in the edge regions.
  • a preferred embodiment of the invention provides for the winding film to be formed in such a way that the electrical resistance of electrically conductive regions of the winding film varies along at least one direction orthogonal to the winding direction.
  • This embodiment advantageously takes into account that the current density in real windings varies particularly strongly by eddy currents in directions orthogonal to the winding direction.
  • a further embodiment of the invention provides that an extent of electrically conductive regions of the winding film varies in a first direction orthogonal to the winding direction along a second direction orthogonal to the winding direction.
  • This embodiment of the invention makes advantageous use of the fact that the electrical resistance of electrically conductive regions of the winding foil can be influenced by an expansion of these regions.
  • Another embodiment of the invention provides that materials from which electrically conductive regions of the winding film are made vary along at least one direction.
  • This embodiment of the invention makes advantageous use of the fact that the electrical resistance of electrically conductive regions of the winding foil can be influenced by the materials from which these regions are made.
  • a further embodiment of the aforementioned embodiment of the invention provides that at least one edge region has a greater thickness than the connection region.
  • This refinement advantageously takes into account that the increase in the thickness of an edge region can reduce the electrical resistance of the edge region.
  • At least one edge region is at least partially made of a material having a higher electrical conductivity than a material from which the connection region is made.
  • This refinement advantageously takes into account that the electrical resistance of the edge region can be reduced by a material having a higher electrical conductivity.
  • connection region is electrically conductively connected to at least one edge region.
  • the electrical resistances of at least one edge region and the connection region can advantageously be influenced one another.
  • connection region has recesses.
  • such recesses advantageously reduce the electrical resistance of the connection region and, on the other hand, save conductor material for producing the connection region.
  • a winding according to the invention for an inductive electrical device is made at least partially from a winding film wound according to the invention along its winding direction with the above-mentioned advantages.
  • An inductive electrical device has at least one winding according to the invention and is designed, for example, as a transformer or a choke coil.
  • FIGS. 1 and 2 show a first embodiment of a winding film 1, which is wound along a winding direction to an electrically conductive winding 100 for an inductive electrical device 102 about a winding axis (embodiments of windings 100 and inductive electrical devices 102 are below with reference to FIGS. 8 and 9 ) Described.
  • a Cartesian coordinate system with coordinates X, Y, Z is shown in the figures, whose X-direction is parallel to the winding direction and whose Z-direction is parallel to the winding axis.
  • the parallel to the winding axis Z-direction is hereinafter also referred to as axial direction
  • the winding direction parallel to the X-direction is also referred to as tangential direction
  • the Y-direction is also referred to as a radial direction to these directions with respect to a Winding the winding film 1 resulting winding 100 to set.
  • FIG. 1 shows a sectional view of the first embodiment of a winding film 1 in a direction orthogonal to the winding direction YZ plane.
  • FIG. 2 shows a side view of this winding film 1 on an XZ plane.
  • the winding film 1 has four film components 3 to 6, each of which extends over the entire tangential extent of the winding film 1 in the X direction.
  • An electrically conductive first film component 3 extends in the Z direction over the entire axial extent of the winding film 1.
  • An electrically conductive second film component 4 extends in the Z direction over a first axial edge region 20 of the winding film 1 and abuts against the first film component 3 in the first axial edge region 20 in an XZ plane.
  • the second film component 4 is further electrically conductively connected to the first film component 3 and optionally in at least one area also materially connected, for example by welding, soldering and / or gluing, with the first film component 3.
  • An electrically conductive third film component 5 extends in the Z direction over a first axial edge region 20 axially opposite second axial Edge region 21 of the winding film 1 and lies in the second axial edge region 21 in an XZ plane on the first film component 3.
  • the third film component 5 is further electrically conductively connected to the first film component 3 and optionally in at least one area also materially connected, for example by means of welding, soldering and / or gluing, to the first film component 3.
  • a fourth film component 6 extends in the Z direction over a connection region 22 lying between the two axial edge regions 20, 21, which forms an axial middle region of the winding film 1.
  • a first axial end region 6.1 of the fourth film component 6 abuts the second film component 4 in an XY plane and a second axial end region 6.2 of the fourth film component 6 abuts the third film component 5 in another XY plane, so that the fourth film component 6 forms a support element 6 for stabilizing the edge regions 20, 21.
  • the fourth film component 6 is also in an XZ plane in the connection region 22 on the first film component 3 and there in at least one area also cohesively, for example by welding, soldering and / or gluing, be connected to the first film component 3.
  • the fourth film component 6 may be formed electrically conductive. Alternatively, however, it may also be designed to be electrically insulating.
  • the fourth film component 6 is solid, homogeneous and contiguous. Alternatively, however, it may also be formed inhomogeneous and / or structured and / or consist of several non-contiguous subcomponents.
  • the fourth film component 6 may be formed as a braid or consist of a plurality of rod-like subcomponents, each extending axially between the second film component 4 and the third film component 5.
  • the film components 3 to 6 are designed such that the electrical resistance of the winding film 1 in the axial edge regions 20, 21 is less in each case than in the connection region 22. This is achieved, for example, by a radial thickness, i. H. an extent in the Y direction, the second film component 4 and the third film component 5 are each greater than a radial thickness of the first film component 3.
  • the second film component 4 and the third film component 5 are each made of a material having a higher electrical conductivity than a material from which the first film component 3 is made.
  • the first film component 3 has recesses 25.
  • the winding film 1 is particularly suitable for producing windings 100, in whose axial edge regions 20, 21 a higher electrical current density can occur than in the connection region 22 due to electrical eddy currents .
  • tangential load current directions 30 and eddy current directions 32 of load currents and eddy currents are indicated which may arise in the axial edge regions 20, 21 of a winding film 1 wound up into a winding 100.
  • FIGS. 3 to 7 Each show a further embodiment of a winding film 1 which can be wound up in a winding direction into a winding 100 for an inductive electrical device 102.
  • FIG. 3 illustrated second embodiment of a winding film 1 shows the winding film 1 in one FIG. 1 analog sectional view.
  • This embodiment differs from that in FIG. 1 illustrated embodiment essentially only in that the first film component 3 does not extend in the Z direction over the entire axial extent of the winding film 1, but only over a region axially on both sides of the connection region 22 between the second film component 4 and the third film component 5 projects beyond, however, up to the axial Ends of the winding film 1 to extend.
  • the first film component 3 abuts on the second film component 4 in an XZ plane in the first axial edge region 20 and on the third film component 5 in the second axial edge region 21, is electrically conductive with the second film component 4 and the third film component 5, respectively optionally in at least one area also cohesively, for example by means of welding, soldering and / or gluing, connected.
  • an additional film component 7, 8 axially adjoins the first film component 3, which extends up to the axial end of the respective edge region 20, 21.
  • a first additional film component 7 rests against the second film component 4 in an XZ plane and can be connected to it in an at least one area by material bonding, for example by means of welding, soldering and / or gluing.
  • the second additional film component 8 abuts the third film component 5 in an XZ plane and may be connected to it in an at least one area in a materially bonded manner, for example by means of welding, soldering and / or gluing.
  • both additional film components 7, 8 can optionally be connected to the first film component 3 in a materially bonded manner in each case in at least one area, for example by means of welding, soldering and / or gluing.
  • the two additional film components 7, 8 serve as additional support elements 7, 8 for stabilizing the axial edge regions 20, 21 and may each be designed to be electrically conductive or alternatively electrically insulating. Furthermore, they can each be formed solid and coherent or inhomogeneous and / or structured and / or consist of several non-contiguous subcomponents.
  • FIG. 4 illustrated third embodiment of a winding film 1 shows the winding film 1 in one FIG. 1 analog sectional view.
  • This embodiment differs from that in FIG. 1 illustrated embodiment essentially in that the first film component 3 does not extend in the Z direction over the entire axial extent of the winding film 1, but only via the connection region 22 between the second film component 4 and the third film component 5.
  • the second film component extend 4 and the third film component 5 radially over the entire radial expansions of the first film component 3 and the fourth film component 6, so that the first film component 3 abuts axially on one end of the second film component 4 and is electrically conductively connected thereto and the other End rests against the third film component 5 and is connected to this electrically conductive.
  • the first film component 3 can also be bonded to the second film component 4 and / or to the third film component 5 in at least one area in a materially bonded manner, for example by means of welding, soldering and / or gluing.
  • the first embodiment shown are also in the FIGS. 3 and 4 shown winding films 1 designed such that the electrical resistance of the winding film 1 in the axial edge regions 20, 21 is in each case less than in the connection region 22. This is in turn achieved, for example, in that a radial thickness of the second film component 4 and the third film component 5 is greater than is a radial thickness of the first film component 3.
  • the second film component 4 and the third film component 5 are each made of a material having a higher electrical conductivity than a material from which the first film component 3 is made.
  • the first film component 3 has recesses 25.
  • FIG. 5 1 shows a detail of an illustrative example of a winding film 1 not covered by the invention
  • FIG. 2 analogue side view.
  • This winding film 1 consists of only one electrically conductive film component 3, which extends in the Z direction over the entire axial extent of the winding film 1.
  • the film component 3 is in each case homogeneously formed in both axial edge regions 20, 21 of the winding film 1 in the radial, axial and tangential direction, but has recesses 25 in the connection region 22 lying between the axial edge regions 20, 21.
  • the electrical resistance of the winding film 1 in the axial edge regions 20, 21 is smaller in each case than in the connection region 22.
  • FIG. 6 Illustrated non-inventive illustrative example of a winding film 1 shows the winding film 1 in one FIG. 1 analog sectional view.
  • the winding film 1 comprises two electrically conductive film components 3, 4 which each extend both tangentially and axially over the entire extent of the winding film 1, are arranged radially one behind the other and are optionally electrically conductively connected to one another.
  • the two film components 3, 4 are also connected to one another in at least one area in a material-bonded manner, for example by means of welding, soldering and / or gluing.
  • the two film components 3, 4 differ from each other in terms of electrical conductivity of the material from which they are each made.
  • a first film component 3 is made of aluminum and the second film component 4 is made of copper. This varies the electrical resistance the winding film 1 in the radial direction.
  • the radial thicknesses of the two film components 3, 4 may differ from each other.
  • FIG. 7 Illustrated non-inventive illustrative example of a winding film 1 shows the winding film 1 in one FIG. 1 analog sectional view.
  • This embodiment differs from that in FIG. 6 illustrated embodiment only in that the second film component 4 projects beyond the first film component 3 axially on both sides.
  • the electrical resistance of the winding film 1 varies both in the radial direction and in the axial direction.
  • FIGS. 8 and 9 show purely schematically in a sectional view in each case an inductive electrical device 102 with a winding 100, which consists of a winding film wound along its winding direction 1 according to one of the embodiments described above.
  • the coordinate systems shown in these figures with Cartesian coordinates X, Y, Z relate only to the respective sectional plane shown.
  • FIG. 8 1 schematically shows an inductive electrical device 102 designed as a transformer.
  • the transformer comprises a two-limbed transformer core 104, around both of which a winding 100, which consists of a wound winding film 1, is guided around each.
  • FIG. 9 schematically shows an inductive electric device 102 designed as a choke coil.
  • the choke coil comprises a rod core 106, around which a winding 100 is guided, which consists of a wound coil film 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wicklungsfolie, die entlang einer Wickelrichtung zu einer elektrisch leitfähigen Wicklung für eine induktive elektrische Vorrichtung aufwickelbar ist und derart ausgebildet ist, dass der elektrische Widerstand elektrisch leitfähiger Bereiche der Wicklungsfolie entlang wenigstens einer Richtung variiert, wobei wenigstens ein sich entlang der Wickelrichtung erstreckender elektrisch leitfähigen Randbereich vorgesehen ist, dessen elektrischer Widerstand kleiner ist als ein elektrischer Widerstand eines sich an diesen Randbereich anschließenden elektrisch leitfähigen Anschlussbereichs.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Wicklung für eine induktive elektrische Vorrichtung.
  • Eine solche Wicklungsfolie und eine solche Wicklung sind beispielsweise aus der JP H04 109609 A bekannt. Die Wicklungsfolie ist aus unterschiedlichen Leitermaterialien zusammengesetzt.
  • Aus der JP H02 278804 A ist ebenfalls eine Wicklungsfolie sowie eine aus dieser Wicklungsfolie bestehende Wicklung bekannt, wobei die Wicklungsfolie eine netzartige Struktur mit Ausnehmungen ausbildet. In axialen Randbereichen der Wicklung ist die elektrische Leitfähigkeit der Wicklungsfolie größer als in deren Mittenbereich.
  • In der WO 2005/096330 A1 ist eine Wicklung offenbart, die aus einer Leiterfolie besteht, die eine Ausnehmung in ihrem Mittenbereich aufweist, so dass sich in den axialen Randbereichen der Wicklungsfolie größere elektrische Leitfähigkeiten einstellen, als im Mittenbereich der Folie.
  • Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Wicklungen induktiver elektrischer Vorrichtungen wie Transformatoren und Drosselspulen, die zumindest teilweise aus einer elektrisch leitfähigen aufgewickelten Wicklungsfolie bestehen. In derartigen Wicklungen werden aufgrund radial die Wicklungen durchdringender Magnetflüsse mitunter hohe Wirbelströme induziert. Diese Wirbelströme überlagern sich mit den Lastströmen und führen in Summe zu einer deutlichen Überhöhung der Stromdichte an axialen Rändern von Folienwindungen. Da die Verlustleistungsdichte lokal zum Quadrat der Stromdichte proportional ist, ist die Verlustleistungsdichte an diesen axialen Rändern gegenüber dem axialen Mittelbereich der Wicklung deutlich erhöht. Die Stromdichte und die Verlustleistungsdichte in dem axialen Mittelbereich einer Folienwindung liegen dagegen deutlich unterhalb den bei einer innerhalb einer Wicklungsfolie homogenen Stromverteilung erwarteten Werten.
  • Um eine Überlastung und Temperaturüberhöhung an den axialen Rändern der Wicklung zu verhindern, wird gegenwärtig die Folienstärke der Wicklungsfolien genügend groß gewählt und/oder es werden (beispielsweise axial verlaufende) Kühlkanäle innerhalb der Wicklungen vorgesehen, um Wärme aus den Wicklungen abzuführen. Mit der Folienstärke erhöhen sich die Menge an Leitermaterial und die Kosten für das Leitermaterial sowie das Gewicht der Wicklung. Kühlkanäle innerhalb der Wicklung erhöhen die radiale Ausdehnung der Wicklung und dadurch auch den Bedarf an Leitermaterial.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Wicklungsfolie und eine verbesserte Wicklung für eine induktive elektrische Vorrichtung anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Wicklungsfolie durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Wicklung durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Eine erfindungsgemäße Wicklungsfolie ist entlang einer Wickelrichtung zu einer elektrisch leitfähigen Wicklung für eine induktive elektrische Vorrichtung aufwickelbar und derart ausgebildet, dass der elektrische Widerstand elektrisch leitfähiger Bereiche der Wicklungsfolie entlang wenigstens einer Richtung variiert.
  • Die Erfindung ermöglicht insbesondere, durch eine räumliche Variation des elektrischen Widerstands der Wicklungsfolie den elektrischen Widerstand den lokal in einer aus der Wicklungsfolie gefertigten Wicklung tatsächlich auftretenden Stromdichten anzupassen. Dadurch kann vorteilhaft vermieden werden, dass die Wicklungsfolie lokal überdimensioniert wird und dadurch unnötig viel Material und Bauraum verbraucht wird.
  • Erfindungsgemäß ist wenigstens ein sich entlang der Wickelrichtung erstreckender elektrisch leitfähiger Randbereich vorgesehen, dessen elektrischer Widerstand kleiner als ein elektrischer Widerstand eines sich an diesen Randbereich anschließenden elektrisch leitfähigen Anschlussbereichs ist.
  • Diese Ausgestaltung der Erfindung berücksichtigt, dass gemäß den obigen Ausführungen insbesondere in axialen Randbereichen von aus Wicklungsfolien gefertigten Wicklungen durch Wirbelströme oft hohe Stromdichten auftreten. Ein geringerer elektrischer Widerstand in derartigen Bereichen kann daher vorteilhaft elektrische und thermische Überlastungen dieser Bereiche verhindern.
  • Im Rahmen der Erfindung ist wenigstens ein mit wenigstens einem Randbereich und dem Anschlussbereich verbundenes Stützelement zur Stabilisierung des Randbereichs vorgesehen.
  • Dadurch kann die Wicklungsfolie vorteilhaft in den Randbereichen stabilisiert werden.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Wicklungsfolie derart auszubilden, dass der elektrische Widerstand elektrisch leitfähiger Bereiche der Wicklungsfolie entlang wenigstens einer zur Wickelrichtung orthogonalen Richtung variiert.
  • Diese Ausgestaltung berücksichtigt vorteilhaft, dass die Stromdichte in realen Wicklungen durch Wirbelströme in zur Wickelrichtung orthogonalen Richtungen besonders stark variiert.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Ausdehnung elektrisch leitfähiger Bereiche der Wicklungsfolie in einer ersten zu der Wickelrichtung orthogonalen Richtung entlang einer zweiten zur Wickelrichtung orthogonalen Richtung variiert.
  • Diese Ausgestaltung der Erfindung nutzt vorteilhaft aus, dass der elektrische Widerstand elektrisch leitfähiger Bereiche der Wicklungsfolie durch eine Ausdehnung dieser Bereiche beeinflussbar ist.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass Materialien, aus denen elektrisch leitfähige Bereiche der Wicklungsfolie gefertigt sind, entlang wenigstens einer Richtung variieren.
  • Diese Ausgestaltung der Erfindung nutzt vorteilhaft aus, dass der elektrische Widerstand elektrisch leitfähiger Bereiche der Wicklungsfolie durch die Materialien, aus denen diese Bereiche gefertigt sind, beeinflussbar ist.
  • Eine Weitergestaltung der vorgenannten Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Randbereich eine größere Dicke als der Anschlussbereich aufweist.
  • Diese Weitergestaltung berücksichtigt vorteilhaft, dass durch die Vergrößerung der Dicke eines Randbereichs der elektrische Widerstand des Randbereichs verringert werden kann.
  • Eine weitere Weitergestaltung der vorgenannten Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Randbereich zumindest teilweise aus einem Material gefertigt ist, das eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als ein Material, aus dem der Anschlussbereich gefertigt ist.
  • Diese Weitergestaltung berücksichtigt vorteilhaft, dass durch ein Material mit einer höheren elektrischen Leitfähigkeit der elektrische Widerstand des Randbereichs verringert werden kann.
  • Eine weitere Weitergestaltung der vorgenannten Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Anschlussbereich mit wenigstens einem Randbereich elektrisch leitfähig verbunden ist.
  • Dadurch können vorteilhaft die elektrischen Widerstände wenigstens eines Randbereichs und des Anschlussbereichs gegenseitig beeinflusst werden.
  • Eine weitere Weitergestaltung der vorgenannten Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Anschlussbereich Aussparungen aufweist.
  • Durch derartige Aussparungen kann einerseits vorteilhaft der elektrische Widerstand des Anschlussbereichs reduziert werden und andererseits Leitermaterial zur Herstellung des Anschlussbereichs eingespart werden.
  • Weitere Weitergestaltungen der vorgenannten Ausgestaltung der Erfindung sehen zwei Randbereiche und einen zwischen den Randbereichen liegenden Anschlussbereich sowie vorzugsweise wenigstens ein die beiden Randbereiche verbindendes Stützelement zur Stabilisierung der Randbereiche vor.
  • Diese Weitergestaltungen berücksichtigen, dass üblicherweise in beiden axialen Randbereichen einer Wicklung erhöhte Stromdichten auftreten können, und dass die beiden Randbereiche durch ein sie verbindendes Stützelement stabilisiert werden können.
  • Eine erfindungsgemäße Wicklung für eine induktive elektrische Vorrichtung ist wenigstens teilweise aus einer entlang ihrer Wickelrichtung aufgewickelten erfindungsgemäßen Wicklungsfolie mit den oben genannten Vorteilen gefertigt.
  • Eine erfindungsgemäße induktive elektrische Vorrichtung weist wenigstens eine erfindungsgemäße Wicklung auf und ist beispielsweise als ein Transformator oder eine Drosselspule ausgebildet.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
    • FIG 1
    eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Wicklungsfolie,
    FIG 2
    eine Seitenansicht eines Abschnitts der in Figur 1 gezeigten Wicklungsfolie,
    FIG 3
    eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Wicklungsfolie,
    FIG 4
    eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Wicklungsfolie,
    FIG 5
    eine Seitenansicht eines Abschnitts eines illustrativen Beispiels einer Wicklungsfolie,
    FIG 6
    eine Schnittdarstellung eines weiteren illustrativen Beispiels einer Wicklungsfolie,
    FIG 7
    eine Schnittdarstellung eines weiteren illustrativen Beispiels einer Wicklungsfolie,
    FIG 8
    schematisch eine Schnittdarstellung eines Transformators, und
    FIG 9
    schematisch eine Schnittdarstellung einer Drosselspule.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Wicklungsfolie 1, die entlang einer Wickelrichtung zu einer elektrisch leitfähigen Wicklung 100 für eine induktive elektrische Vorrichtung 102 um eine Wickelachse aufwickelbar ist (Ausführungsbeispiele von Wicklungen 100 und induktiven elektrischen Vorrichtungen 102 werden unten anhand der Figuren 8 und 9 beschrieben).
  • Zum besseren Verständnis ist in den Figuren jeweils ein kartesisches Koordinatensystem mit Koordinaten X, Y, Z dargestellt, dessen X-Richtung parallel zu der Wickelrichtung verläuft und dessen Z-Richtung parallel zu der Wickelachse verläuft. Die zur Wickelachse parallele Z-Richtung wird im Folgenden auch als axiale Richtung bezeichnet, die zur Wickelrichtung parallele X-Richtung wird auch als tangentiale Richtung bezeichnet und die Y-Richtung wird auch als radiale Richtung bezeichnet, um diese Richtungen in Bezug zu der nach einer Aufwicklung der Wicklungsfolie 1 entstehenden Wicklung 100 zu setzen.
  • Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels einer Wicklungsfolie 1 in einer zu der Wickelrichtung orthogonalen YZ-Ebene. Figur 2 zeigt eine Seitenansicht dieser Wicklungsfolie 1 auf eine XZ-Ebene.
  • Die Wicklungsfolie 1 weist vier Folienkomponenten 3 bis 6 auf, die sich jeweils in X-Richtung über die gesamte tangentiale Ausdehnung der Wicklungsfolie 1 erstrecken.
  • Eine elektrisch leitfähige erste Folienkomponente 3 erstreckt sich in Z-Richtung über die gesamte axiale Ausdehnung der Wicklungsfolie 1.
  • Eine elektrisch leitfähige zweite Folienkomponente 4 erstreckt sich in Z-Richtung über einen ersten axialen Randbereich 20 der Wicklungsfolie 1 und liegt in dem ersten axialen Randbereich 20 in einer XZ-Ebene an der ersten Folienkomponente 3 an. In dieser XZ-Ebene ist die zweite Folienkomponente 4 ferner mit der ersten Folienkomponente 3 elektrisch leitfähig verbunden und optional in zumindest einem Bereich auch stoffschlüssig, beispielsweise mittels Schweißen, Löten und/oder Kleben, mit der ersten Folienkomponente 3 verbunden.
  • Eine elektrisch leitfähige dritte Folienkomponente 5 erstreckt sich in Z-Richtung über einen dem ersten axialen Randbereich 20 axial gegenüber liegenden zweiten axialen Randbereich 21 der Wicklungsfolie 1 und liegt in dem zweiten axialen Randbereich 21 in einer XZ-Ebene an der ersten Folienkomponente 3 an. In dieser XZ-Ebene ist die dritte Folienkomponente 5 ferner mit der ersten Folienkomponente 3 elektrisch leitfähig verbunden und optional in zumindest einem Bereich auch stoffschlüssig, beispielsweise mittels Schweißen, Löten und/oder Kleben, mit der ersten Folienkomponente 3 verbunden.
  • Eine vierte Folienkomponente 6 erstreckt sich in Z-Richtung über einen zwischen den beiden axialen Randbereichen 20, 21 liegenden Anschlussbereich 22, der einen axialen Mittelbereich der Wicklungsfolie 1 bildet. Ein erster axialer Endbereich 6.1 der vierten Folienkomponente 6 liegt in einer XY-Ebene an der zweiten Folienkomponente 4 an und ein zweiter axialer Endbereich 6.2 der vierten Folienkomponente 6 liegt in einer anderen XY-Ebene an der dritten Folienkomponente 5 an, so dass die vierte Folienkomponente 6 ein Stützelement 6 zur Stabilisierung der Randbereiche 20, 21 bildet. Optional liegt die vierte Folienkomponente 6 ferner in einer XZ-Ebene in dem Anschlussbereich 22 an der ersten Folienkomponente 3 an und kann dort in zumindest einem Bereich auch stoffschlüssig, beispielsweise mittels Schweißen, Löten und/oder Kleben, mit der ersten Folienkomponente 3 verbunden sein.
  • Die vierte Folienkomponente 6 kann elektrisch leitfähig ausgebildet sein. Alternativ kann sie jedoch auch elektrisch isolierend ausgebildet sein.
  • In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die vierte Folienkomponente 6 massiv, homogen und zusammenhängend ausgebildet. Alternativ kann sie jedoch auch inhomogen und/oder strukturiert ausgebildet sein und/oder aus mehreren nicht zusammenhängenden Teilkomponenten bestehen. Beispielsweise kann die vierte Folienkomponente 6 als ein Geflecht ausgebildet sein oder aus mehreren stabartigen Teilkomponenten bestehen, die sich jeweils axial zwischen der zweiten Folienkomponente 4 und der dritten Folienkomponente 5 erstrecken.
  • Die Folienkomponenten 3 bis 6 sind derart ausgebildet, dass der elektrische Widerstand der Wicklungsfolie 1 in den axialen Randbereichen 20, 21 jeweils geringer als in dem Anschlussbereich 22 ist. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass eine radiale Dicke, d. h. eine Ausdehnung in Y-Richtung, der zweiten Folienkomponente 4 und der dritten Folienkomponente 5 jeweils größer als eine radiale Dicke der ersten Folienkomponente 3 ist. Alternativ oder zusätzlich sind die zweite Folienkomponente 4 und die dritte Folienkomponente 5 jeweils aus einem Material gefertigt, das eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als ein Material, aus dem die erste Folienkomponente 3 gefertigt ist. Alternativ oder zusätzlich weist die erste Folienkomponente 3 Aussparungen 25 auf.
  • Durch den gegenüber dem Anschlussbereich 22 geringeren elektrischen Widerstand in den axialen Randbereichen 20, 21 eignet sich die Wicklungsfolie 1 insbesondere zur Herstellung von Wicklungen 100, in deren axialen Randbereichen 20, 21 aufgrund von elektrischen Wirbelströmen eine höhere elektrische Stromdichte als in dem Anschlussbereich 22 entstehen kann. In den Figuren 1 und 2 sind beispielhaft tangentiale Laststromrichtungen 30 und Wirbelstromrichtungen 32 von Lastströmen und Wirbelströmen angedeutet, die in den axialen Randbereichen 20, 21 einer zu einer Wicklung 100 aufgewickelten Wicklungsfolie 1 entstehen können.
  • Die Figuren 3 bis 7 zeigen jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel einer in einer Wickelrichtung zu einer Wicklung 100 für eine induktive elektrische Vorrichtung 102 aufwickelbaren Wicklungsfolie 1.
  • Das in Figur 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel einer Wicklungsfolie 1 zeigt die Wicklungsfolie 1 in einer zu Figur 1 analogen Schnittdarstellung. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen lediglich dadurch, dass die erste Folienkomponente 3 sich in Z-Richtung nicht über die gesamte axiale Ausdehnung der Wicklungsfolie 1 erstreckt, sondern nur über einen Bereich, der axial beidseitig den Anschlussbereich 22 zwischen der zweiten Folienkomponente 4 und der dritten Folienkomponente 5 überragt, ohne sich jedoch bis zu den axialen Enden der Wicklungsfolie 1 zu erstrecken. Die erste Folienkomponente 3 liegt in einer XZ-Ebene in dem ersten axialen Randbereich 20 an der zweiten Folienkomponente 4 und in dem zweiten axialen Randbereich 21 an der dritten Folienkomponente 5 an, ist mit der zweiten Folienkomponente 4 und der dritten Folienkomponente 5 jeweils elektrisch leitfähig und optional in zumindest einem Bereich auch stoffschlüssig, beispielsweise mittels Schweißen, Löten und/oder Kleben, verbunden.
  • Außerdem schließt sich in jedem axialen Randbereich 20, 21 an die erste Folienkomponente 3 axial jeweils eine zusätzliche Folienkomponente 7, 8 an, die sich bis zu dem axialen Ende des jeweiligen Randbereichs 20, 21 erstreckt.
  • Dabei liegt eine erste zusätzliche Folienkomponente 7 in einer XZ-Ebene an der zweiten Folienkomponente 4 an und kann mit dieser optional in zumindest einem Bereich stoffschlüssig, beispielsweise mittels Schweißen, Löten und/oder Kleben, verbunden sein.
  • Die zweite zusätzliche Folienkomponente 8 liegt in einer XZ-Ebene an der dritten Folienkomponente 5 an und kann mit dieser optional in zumindest einem Bereich stoffschlüssig, beispielsweise mittels Schweißen, Löten und/oder Kleben, verbunden sein.
  • Ferner können beide zusätzlichen Folienkomponenten 7, 8 optional in jeweils zumindest einem Bereich stoffschlüssig, beispielsweise mittels Schweißen, Löten und/oder Kleben, mit der ersten Folienkomponente 3 verbunden sein.
  • Die beiden zusätzlichen Folienkomponenten 7, 8 dienen als zusätzliche Stützelemente 7, 8 zur Stabilisierung der axialen Randbereiche 20, 21 und können jeweils elektrisch leitfähig oder alternativ elektrisch isolierend ausgebildet sein. Ferner können sie jeweils massiv und zusammenhängend oder inhomogen und/oder strukturiert ausgebildet sein und/oder aus mehreren nicht zusammenhängenden Teilkomponenten bestehen.
  • Das in Figur 4 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel einer Wicklungsfolie 1 zeigt die Wicklungsfolie 1 in einer zu Figur 1 analogen Schnittdarstellung. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass die erste Folienkomponente 3 sich in Z-Richtung nicht über die gesamte axiale Ausdehnung der Wicklungsfolie 1 erstreckt, sondern nur über den Anschlussbereich 22 zwischen der zweiten Folienkomponente 4 und der dritten Folienkomponente 5. Außerdem erstrecken sich die zweite Folienkomponente 4 und die dritte Folienkomponente 5 radial jeweils über die gesamten radialen Ausdehnungen der ersten Folienkomponente 3 und der vierten Folienkomponente 6, so dass die erste Folienkomponente 3 axial an einem Ende an der zweiten Folienkomponente 4 anliegt und mit dieser elektrisch leitfähig verbunden ist und an dem anderem Ende an der dritten Folienkomponente 5 anliegt und mit dieser elektrisch leitfähig verbunden ist. Optional kann die erste Folienkomponente 3 ferner in zumindest einem Bereich stoffschlüssig, beispielsweise mittels Schweißen, Löten und/oder Kleben, mit der zweiten Folienkomponente 4 und/oder mit der dritten Folienkomponente 5 verbunden sein.
  • Analog zu dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind auch die in den Figuren 3 und 4 gezeigten Wicklungsfolien 1 derart gestaltet, dass der elektrische Widerstand der Wicklungsfolie 1 in den axialen Randbereichen 20, 21 jeweils geringer als in dem Anschlussbereich 22 ist. Dies wird wiederum beispielsweise dadurch erreicht, dass eine radiale Dicke der zweiten Folienkomponente 4 und der dritten Folienkomponente 5 jeweils größer als eine radiale Dicke der ersten Folienkomponente 3 ist. Alternativ oder zusätzlich sind die zweite Folienkomponente 4 und die dritte Folienkomponente 5 jeweils aus einem Material gefertigt, das eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als ein Material, aus dem die erste Folienkomponente 3 gefertigt ist. Alternativ oder zusätzlich weist die erste Folienkomponente 3 Aussparungen 25 auf.
  • Figur 5 zeigt ausschnittsweise ein nicht von der Erfindung umfasstes illustratives Beispiel einer Wicklungsfolie 1 in einer zu Figur 2 analogen Seitenansicht. Diese Wicklungsfolie 1 besteht aus nur einer elektrisch leitfähigen Folienkomponente 3, die sich in Z-Richtung über die gesamte axiale Ausdehnung der Wicklungsfolie 1 erstreckt. Die Folienkomponente 3 ist in beiden axialen Randbereichen 20, 21 der Wicklungsfolie 1 in radialer, axialer und tangentialer Richtung jeweils homogen ausgebildet, weist in dem zwischen den axialen Randbereichen 20, 21 liegendem Anschlussbereich 22 jedoch Aussparungen 25 auf. Dadurch ist der elektrische Widerstand der Wicklungsfolie 1 in den axialen Randbereichen 20, 21 jeweils geringer als in dem Anschlussbereich 22.
  • Das in Figur 6 dargestellte nicht von der Erfindung umfasste illustrative Beispiel einer Wicklungsfolie 1 zeigt die Wicklungsfolie 1 in einer zu Figur 1 analogen Schnittdarstellung. Die Wicklungsfolie 1 umfasst zwei elektrisch leitfähige Folienkomponenten 3, 4, die sich jeweils sowohl tangential als auch axial über die gesamte Ausdehnung der Wicklungsfolie 1 erstrecken, radial hintereinander angeordnet sind und optional elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind. Optional sind die beiden Folienkomponenten 3, 4 ferner in zumindest einem Bereich stoffschlüssig, beispielsweise mittels Schweißen, Löten und/oder Kleben, miteinander verbunden. Die beiden Folienkomponenten 3, 4 unterscheiden sich hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit des Materials, aus dem sie jeweils gefertigt sind, voneinander. Beispielsweise ist eine erste Folienkomponente 3 aus Aluminium gefertigt und die zweite Folienkomponente 4 ist aus Kupfer gefertigt. Dadurch variiert der elektrische Widerstand der Wicklungsfolie 1 in radialer Richtung. Optional können sich auch die radialen Dicken der beiden Folienkomponenten 3, 4 voneinander unterscheiden.
  • Das in Figur 7 dargestellte nicht von der Erfindung umfasste illustrative Beispiel einer Wicklungsfolie 1 zeigt die Wicklungsfolie 1 in einer zu Figur 1 analogen Schnittdarstellung. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass die zweite Folienkomponente 4 die erste Folienkomponente 3 axial beidseitig überragt. Dadurch variiert der elektrische Widerstand der Wicklungsfolie 1 sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung.
  • Die Figuren 8 und 9 zeigen rein schematisch in einer Schnittdarstellung jeweils eine induktive elektrische Vorrichtung 102 mit einer Wicklung 100, die aus einer entlang ihrer Wickelrichtung aufgewickelten Wicklungsfolie 1 gemäß einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele besteht. Die in diesen Figuren dargestellten Koordinatensysteme mit kartesischen Koordinaten X, Y, Z beziehen sich nur auf die jeweils dargestellte Schnittebene.
  • Figur 8 zeigt schematisch eine als ein Transformator ausgebildete induktive elektrische Vorrichtung 102. Der Transformator umfasst einen zweischenkligen Transformatorkern 104, um dessen beide Schenkel herum jeweils eine Wicklung 100 geführt ist, die aus einer aufgewickelten Wicklungsfolie 1 besteht. Figur 9 zeigt schematisch eine als eine Drosselspule ausgebildete induktive elektrische Vorrichtung 102. Die Drosselspule umfasst einen Stabkern 106, um den herum eine Wicklung 100 geführt ist, die aus einer aufgewickelten Wicklungsfolie 1 besteht.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den durch die Ansprüche definierten Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (13)

  1. Wicklungsfolie (1), die
    - entlang einer Wickelrichtung zu einer elektrisch leitfähigen Wicklung (100) für eine induktive elektrische Vorrichtung (102) aufwickelbar ist
    - und derart ausgebildet ist, dass der elektrische Widerstand elektrisch leitfähiger Bereiche der Wicklungsfolie (1) entlang wenigstens einer Richtung variiert, wobei wenigstens ein sich entlang der Wickelrichtung erstreckender elektrisch leitfähiger Randbereich (20, 21) vorgesehen ist, dessen elektrischer Widerstand kleiner als ein elektrischer Widerstand eines sich an diesen Randbereich (20, 21) anschließenden elektrisch leitfähigen Anschlussbereichs (22) ist
    gekennzeichnet durch wenigstens ein mit wenigstens einem Randbereich (20, 21) und dem Anschlussbereich (22) verbundenes Stützelement (6, 7, 8) zur Stabilisierung des Randbereichs (20, 21).
  2. Wicklungsfolie (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsfolie (1) derart ausgebildet ist, dass der elektrische Widerstand elektrisch leitfähiger Bereiche der Wicklungsfolie (1) entlang wenigstens einer zur Wickelrichtung orthogonalen Richtung variiert.
  3. Wicklungsfolie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausdehnung elektrisch leitfähiger Bereiche der Wicklungsfolie (1) in einer ersten zu der Wickelrichtung orthogonalen Richtung entlang einer zweiten zur Wickelrichtung orthogonalen Richtung variiert.
  4. Wicklungsfolie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass Materialien, aus denen elektrisch leitfähige Bereiche der Wicklungsfolie (1) gefertigt sind, entlang wenigstens einer Richtung variieren.
  5. Wicklungsfolie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Randbereich (20, 21) eine größere Dicke als der Anschlussbereich (22) aufweist.
  6. Wicklungsfolie (1) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Randbereich (20, 21) zumindest teilweise aus einem Material gefertigt ist, das eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als ein Material, aus dem der Anschlussbereich (22) gefertigt ist.
  7. Wicklungsfolie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussbereich (22) mit wenigstens einem Randbereich (20, 21) elektrisch leitfähig verbunden ist.
  8. Wicklungsfolie (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussbereich (22) Aussparungen (25) aufweist.
  9. Wicklungsfolie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch zwei Randbereiche (20, 21) und einen zwischen den Randbereichen (20, 21) liegenden Anschlussbereich (22).
  10. Wicklungsfolie (1) nach Anspruch 9,
    gekennzeichnet durch wenigstens ein die beiden Randbereiche (20, 21) verbindendes Stützelement (6) zur Stabilisierung der Randbereiche (20, 21).
  11. Wicklung (100) für eine induktive elektrische Vorrichtung (102), wobei die Wicklung (100) wenigstens teilweise aus einer entlang ihrer Wickelrichtung aufgewickelten Wicklungsfolie (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche gefertigt ist.
  12. Induktive elektrische Vorrichtung (102) mit wenigstens einer Wicklung (100) gemäß Anspruch 11.
  13. Induktive elektrische Vorrichtung (102) nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass die induktive elektrische Vorrichtung (102) als ein Transformator oder eine Drosselspule ausgebildet ist.
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