EP3561824A1 - Spulenanordnung für einen resonanzwandler - Google Patents

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EP3561824A1
EP3561824A1 EP18169601.4A EP18169601A EP3561824A1 EP 3561824 A1 EP3561824 A1 EP 3561824A1 EP 18169601 A EP18169601 A EP 18169601A EP 3561824 A1 EP3561824 A1 EP 3561824A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
winding
coil arrangement
elements
electrical conductor
coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18169601.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Berk
Andreas Hader
Norbert Hoffmann
Stefan Waffler
Thomas Weidinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Healthcare GmbH
Original Assignee
Siemens Healthcare GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Healthcare GmbH filed Critical Siemens Healthcare GmbH
Priority to EP18169601.4A priority Critical patent/EP3561824A1/de
Publication of EP3561824A1 publication Critical patent/EP3561824A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • H01F27/2871—Pancake coils
    • 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
    • H01F27/2823—Wires
    • H01F27/2828—Construction of conductive connections, of leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/30—Fastening or clamping coils, windings, or parts thereof together; Fastening or mounting coils or windings on core, casing, or other support
    • H01F27/306—Fastening or mounting coils or windings on core, casing or other support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06—Coil winding
    • H01F41/082—Devices for guiding or positioning the winding material on the former
    • H01F41/084—Devices for guiding or positioning the winding material on the former for forming pancake coils

Definitions

  • the present invention relates to a coil assembly for a resonant converter, comprising at least one winding comprising an electrical conductor comprising a plurality of single conductors electrically insulated from each other, which are arranged in the manner of a high-frequency strand to each other, and two electrical terminals, wherein respective conductor ends of the individual conductors are connected to a respective one of the electrical connections, so that the respective individual conductors are connected in parallel. Furthermore, the invention also relates to a winding module.
  • the invention relates to a method for producing a coil arrangement for a resonant converter, wherein at least one winding is formed from an electrical conductor comprising a plurality of electrically insulated individual conductors which are arranged in the manner of a high-frequency strand to each other, and respective conductor ends of the individual conductors be connected to a respective one of two electrical terminals of the at least one winding to parallel the respective individual conductors.
  • the invention also relates to a method for producing a winding module for a coil arrangement.
  • Coil arrangements for resonant converters in particular for resonant converters with a resonant circuit subjected to high electrical power, are well-known in the prior art, so that there is no further need for a separate printed documentary proof in this regard.
  • Generic resonant converters are used as clocked energy converters for a variety of energy conversion functions in electrical engineering. Such energy converters are used, for example, in high-voltage generators, which are used inter alia in X-ray machines. However, resonant converters are also used in many other technical energy conversion functionalities, for example, in induction heaters and / or the like.
  • a high voltage generator is required, which is able to generate a suitable high voltage for the intended operation of an X-ray tube of the X-ray machine.
  • a high voltage may be, for example, in a voltage range of about 40 kV to about 150 kV.
  • deviating voltage values may also be provided here, which may be either less than 40 kV or even greater than 150 kV.
  • the aforementioned voltage range is used inter alia in medical X-ray devices.
  • low voltage means in particular a voltage according to Directive 2014/35 / EU of the European Parliament and of the Council of 26 February 2014 on the harmonization of the laws of the Member States relating to the provision of electrical equipment for use within certain voltage limits the market (Low Voltage Directive).
  • Resonant energy converters also called resonance converters, use at least one resonant circuit which is operated essentially in the region of its resonant frequency in order to be able to provide the desired energy conversion and thus a desired high voltage.
  • the resonant circuit usually has for this purpose an electrical capacitor, which is interconnected with a coil arrangement to form a resonant circuit is. Depending on the type of interconnection may be a series resonant circuit or a parallel resonant circuit.
  • the electrotechnical basics with regard to resonant circuits are known to the person skilled in the art, so that further relevant interpretations are essentially dispensed with.
  • the resonant converter is usually operated at a resonant frequency of the resonant circuit, which is in such energy converters usually well above 1kHz.
  • the range of application with respect to the resonant frequency is, for example, in a range from about 20 kHz to about 200 kHz or even more.
  • the resonant circuit is designed appropriately for this operating frequency, that is to say the capacitor and the coil arrangement provide corresponding values with regard to the electrical capacitance or the electrical inductance.
  • the coil arrangement which comprises at least one single electronic coil or throttle
  • the coil arrangement comprises a cooling unit, with which a suitable dissipation of the heat generated by the power loss can be dissipated.
  • the cooling unit provides at least one cooling channel for a cooling fluid, which as a rule is air.
  • the cooling fluid flows through suitable areas of the coil assembly to thereby absorb heat and out of the coil assembly dissipate.
  • the cooling fluid can then be correspondingly cooled and reused via a suitable heat exchanger. If air is used as cooling fluid, a heat exchanger does not need to be provided.
  • the cooling of the coil arrangement is to be interpreted such that a high temperature for the coil arrangement, in particular for the electrical conductor, which is greater than a rated temperature, can be largely avoided. Namely, if the operating temperature of the coil assembly is greater than the rated temperature, it must be expected that damage to the coil assembly, even if it occurs only selectively, the coil assembly at least partially damaged or even completely destroyed.
  • chokes which consist of ferrite cores in standard designs and matching standard winding carriers and a high-frequency strand as an electrical conductor.
  • a tight winding for example, in layers, is usually provided, which proves to be unfavorable especially with respect to a heat transfer from the inside to the outside.
  • these constructions often have external air gaps in the ferromagnetic material, which can in particular also lead to larger stray fields around the coil arrangement and thus also with respect to the resonant converter, so that in part also undesired heating of electrically conductive substances arranged in the vicinity the result can be.
  • the invention has for its object to provide an improved coil assembly.
  • the invention proposes a coil arrangement, a winding module, a method for producing the coil arrangement and a method for producing the winding module.
  • the at least one electrical conductor form at least two winding elements which are arranged coaxially and axially spaced from one another, wherein the electrical conductor forms at least one turn of the at least one winding in each of the at least two winding elements.
  • At least two winding elements be formed from the at least one electrical conductor so that the electrical conductor in each of the at least two winding elements forms at least one turn of the at least one winding, and the at least two winding elements coaxially and axially spaced from each other.
  • At least two winding elements be formed from at least one electrical conductor for forming the winding module, so that the electrical conductor in each of the at least two winding elements forms at least one turn of at least one winding of the coil arrangement
  • the at least one electrical conductor comprises a plurality of individual conductors which are electrically insulated from one another and which are arranged in the manner of a high-frequency strand, and the at least two winding elements are arranged coaxially and axially spaced from one another.
  • a winding element may comprise a disk-like part-winding, which extends substantially radially, so that an outer radius of the winding element is preferably greater than an axial extent of the winding element.
  • the winding element may have a suitable geometric shape, which allows to arrange the winding elements in the simplest possible way to each other.
  • the geometric shape may, for example, be angular, round, for example circular, elliptical and / or the like. This can be provided in particular for an outer contour of the winding element.
  • the winding element can of course also have a passage opening, which is preferably formed centrally and which may be formed accordingly.
  • the contour of the passage opening need not be identical to the outer contour. It may also be chosen differently. Due to the structure of the coil arrangement by winding elements, the structure of the coil arrangement depending on If desired, they can be varied in a simple manner in order to be able to realize the most diverse requirements with regard to the electrical properties. This gives great flexibility in terms of usability. The customary in the prior art new design of a coil assembly for a different application can thus be largely avoided.
  • the coil assembly does not need to have a single winding.
  • it can also have two or more windings, which are preferably all constructed according to the invention.
  • the advantage according to the invention can be used for the entire coil arrangement, even if it has more than one single winding.
  • the electrical conductor of the winding has a plurality of individual conductors which are insulated from one another electrically.
  • the individual conductors can be formed from a good electrically conductive material such as copper, aluminum, alloys thereof and / or the like.
  • they preferably have an insulating layer at their outer circumference, that is, transversely to their longitudinal extension. This can be realized by a lacquer layer, a plastic, an oxide layer and / or the like.
  • the individual conductors are arranged in the manner of a high-frequency strand to each other.
  • specific arrangement modalities are provided with respect to the individual conductors, so that they also provide, as far as possible, a substantially equal inductance in addition to a substantially equal length and a substantially identical conductor cross-section.
  • This can be achieved by suitable arrangement methods for the individual conductors within the electrical conductor.
  • the individual conductors are suitably twisted together.
  • a diameter of a respective single conductor for example, a diameter may be provided in a range of about 0.2 mm or less, for example about 0.1 mm, preferably about 0.05 mm.
  • the winding comprises two electrical connections, wherein respective conductor ends of the individual conductors are connected to a respective one of the electrical connections, so that the respective individual conductors are connected in parallel.
  • the connection preferably realized immediately, can be realized by bonding, soldering, crimping and / or the like.
  • the individual conductors are preferably connected to the electrical connections in such a way that the current loading of the individual conductors continues to be as uniform as possible.
  • the electrical connections of the winding can be formed by suitable conductor lugs, for example in the manner of a strip conductor or the like, which allow the winding to be electrically connected to an electronic circuit of the resonance converter.
  • solder terminals, crimp terminals, terminal connections, screw terminals and / or the like may also be provided.
  • the winding elements on the one hand coaxial and on the other hand also axially spaced from each other a space between adjacent arranged winding elements are formed, which allows for improved cooling, for example by this space by means of the cooling unit, a corresponding cooling fluid, for example air, is supplied.
  • a corresponding cooling fluid for example air
  • Each winding element comprises at least one turn of the at least one winding.
  • the winding elements comprise the same number of turns.
  • standardized winding elements can be formed, which make it possible to adapt the winding in a highly flexible manner.
  • At least two windings are arranged at least partially radially one above the other in at least one of the two winding elements.
  • winding elements can be realized with a comparatively small axial extent.
  • the windings are arranged in the manner of an Archimedean coil.
  • each of the winding elements is designed in the manner of an Archimedean coil.
  • An Archimedean coil is characterized in that the partial winding, which is formed by the winding element, extends substantially radially from the inside to the outside. It is possible that only a single layer, for example by the electrical conductor wound in a plane, is provided by this partial winding. Depending on requirements, however, two or more layers may be arranged axially adjacent to each other.
  • the winding elements comprise two radially spaced winding element terminals, wherein respective conductor ends of the electrical conductor of the winding elements are connected to a respective one of the winding element terminals.
  • each of the winding elements can be provided as a component that can be handled separately, so that the coil arrangement or the winding can be realized in a simple manner by suitably assembling the winding elements.
  • an interconnection of the winding elements with each other in suitable to be able to set flexibly, for example a parallel connection, a series connection, combinations thereof and / or the like.
  • the flexibility with regard to the production of the winding or of the coil arrangement can thereby be further improved.
  • the winding element terminals which are electrically connected to one another in the case of adjacently arranged winding elements be arranged opposite one another in their radial position relative to one another.
  • a particularly simple connection of the winding elements can be achieved with each other, if these are individually manageable components. It then only needs to be made a respective electrical connection between the to be connected and opposite winding element terminals.
  • the winding element connections are already designed in such a way that they can be connected directly to one another. This makes it possible to further improve the production of the coil arrangement or the winding.
  • At least one of the at least two winding elements has a winding element carrier.
  • the winding element carrier is preferably formed of an electrically insulating material such as plastic, ceramic or the like and in particular makes it possible to handle the respective winding element better.
  • the winding element carrier can also serve to enable an improved arrangement of the electrical conductor of the winding element. Overall, the production of the coil arrangement or the winding can be further improved.
  • the winding element carrier preferably grips the electrical conductor of the winding element at least partially radially.
  • the partial winding of the winding element extends radially far outward, thereby a improved stability of the winding element can be achieved. This is advantageous not only for the production of the coil arrangement or the winding but also for the intended operation.
  • the winding element carrier provides a radially inner support for an innermost turn of the electrical conductor of the winding element.
  • the coil arrangement has a cooling unit.
  • the cooling unit is preferably designed to guide a cooling fluid into a space formed by the spaced-apart winding elements.
  • the cooling fluid may be a suitable gas or a suitable liquid with which heat can be removed from the winding.
  • the cooling fluid is air.
  • the cooling unit may have a corresponding conveying means for the cooling fluid, for example a pump, a blower and / or the like.
  • the cooling unit may also include one or more cooling channels in order to be able to guide the cooling fluid in a suitable manner to predetermined positions of the coil arrangement or the winding. This allows a particularly favorable cooling of the coil assembly or the winding can be achieved.
  • the cooling unit may be formed integrally with the coil arrangement.
  • the coil arrangement has a modular construction of at least two winding modules, which are arranged coaxially and adjacent to one another, wherein a respective one of the winding modules comprises at least two winding elements.
  • the winding module can be used as an individually manageable and preferably tested structural unit in order to be able to realize coil arrangements with great flexibility in a very simple manner. It is therefore possible with the invention to be able to produce almost any coil arrangements without great design effort.
  • the winding modules have corresponding mechanical connecting elements, which allow the winding modules to arrange in the manner of a stack and preferably to connect to each other. Overall, even an automated highly flexible production of the coil arrangement or the winding can be achieved thereby.
  • the winding modules can be arranged immediately adjacent, preferably directly adjacent to each other.
  • the cooling unit is designed to act on each of the winding modules with the cooling fluid, in particular by the cooling fluid is applied to the space between the winding elements of a respective one of the winding modules.
  • the winding module has at least two module connections projecting radially outwards. With the module connections, the module winding provided by the winding elements can be connected.
  • the winding modules can be connected by means of the module connections at will in series or in parallel. Of course, combinations thereof may be provided.
  • the module terminals may be formed by electrical terminal lugs, such as electrical conductors in the manner of a strip conductor or the like and having corresponding connection means at their ends to realize, for example, a screw, a clamp connection, a solder joint, combinations thereof or the like.
  • the winding modules can be standardized, so that a simple production of the winding can be realized.
  • the winding module preferably has a central opening for arranging a spool core.
  • the opening is a passage opening, which is formed in particular for the winding modules of a specific coil arrangement or specific winding substantially equal in terms of geometry.
  • the bobbin may serve to suitably wind the winding modules coaxially with one another to arrange.
  • it can also have ferromagnetic properties in order to be able to achieve a suitable guidance of the magnetic field in a predefined manner and thereby be able to achieve a predefinable inductance.
  • the coil core can preferably be formed at least partially from a ferrite, preferably in such a way that eddy current formation can be largely suppressed.
  • the ferrite preferably has the smallest possible electrical conductivity.
  • the coil core may at least partially also be formed by suitable ferromagnetic sheets, which are arranged electrically insulated from one another. Combinations of the aforementioned possibilities can also be provided.
  • the coil core preferably comprises a non-magnetic gap, in particular an air gap. Due to the non-magnetic gap, in particular if it is an air gap, it is possible to guide the magnetic flux of the coil arrangement in a predeterminable manner and thereby to be able to achieve specific properties of the coil arrangement. This can serve to be able to adjust the electrical inductance of the coil arrangement in a suitable manner. In addition, by providing the non-magnetic gap in the coil core, it is possible to achieve a reduction in the leakage flux generated thereby with respect to its effect outside the coil arrangement. As a result, not only can the electronic components surrounding the action on the coil arrangement be reduced, but it is also possible to achieve an improved functionality with respect to the electromagnetic compatibility.
  • the non-magnetic gap is formed by at least two individual gaps, which are arranged axially spaced from each other. This makes it possible to design the non-magnetic gap to be particularly small and to distribute the effect of the non-magnetic gap axially over a longitudinal extension of the coil core. Overall, this can improve functionality be achieved. Particularly advantageous may be provided that a separate non-magnetic gap is provided for each winding module. At the same time, this also makes it possible to automatically provide a corresponding air gap in a flexible configuration of the coil arrangement by means of winding modules. As the number of converter modules increases, the air gap can thus also increase. It need not be provided for separate constructions.
  • the non-magnetic gap is at least partially formed by the winding element carrier.
  • the winding element carrier which can also be the carrier for the winding module at the same time, can at the same time be designed such that it comprises a module-specific spool core section which comprises at least one module-specific air gap and a module-specific ferromagnetic core.
  • the invention makes it possible to realize a two-layer, in particular at least partially spiral, winding structure.
  • the electrical conductor can wind in a first position from the outside inwards to form a first winding element, to then be guided in one turn inside in a second adjacent winding element, and then wind in the second winding element from the inside to the outside , In this way, it is easily possible to form a clearance between the two winding elements, which allows the cooling fluid, in particular air to lead to the winding can.
  • an internal magnetic air gap can be generated. Outside then no explicit magnetic air gap needs to be realized.
  • the winding element carrier which can also be designed as a module carrier at the same time, can consist of two nested elements.
  • an internal coil carrier can be provided with cast-on spiral projections in the center and, on the other hand, an external frame can be provided by means of which requirements with regard to electrical safety, in particular with regard to creepage distances and clearances, can be realized.
  • the individual turns can be fixed by gluing or impregnating with an epoxy resin in a corresponding position.
  • a mechanical attachment of the overall structure can be realized via the central opening by means of the coil core, for example in the form of ferrite cores and a bobbin.
  • scalability of the coil arrangement is possible such that a plurality of winding modules and, if appropriate, coil cores can be combined with one another in a suitable manner.
  • This allows in a first variant to realize a parallel connection of the winding modules, wherein the winding modules are magnetically coupled.
  • the winding modules can also be operated as independent coils or chokes by means of suitable partial energy converters of the resonant converter.
  • a connection of the coil arrangement or the throttle to the resonant converter can be done for example by means of copper bars.
  • the electrical conductor or the Hochfrequenzlitze can be soldered directly to the copper bars for this purpose.
  • a parallel connection of winding modules via the corresponding soldering the Winding module connections to be realized with the copper rail.
  • the copper rail can be provided with a press-in nut or with a threaded bolt, which can be connected for example directly to a circuit board of the resonant converter.
  • the copper bars can thereby be shaped and already mounted in the production so that they can be easily electrically coupled at an assembly with the resonant converter at the desired location.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a coil assembly 10 for a resonant converter, not shown.
  • the coil arrangement 10 has a winding 12, which has an electrical conductor 14.
  • the electrical conductor 14 comprises a plurality of individual conductors, which are electrically insulated from one another and are not further illustrated, which are arranged in the manner of a high-frequency strand to one another.
  • the coil assembly 10 further includes two formed as a bolt electrical connections 16, 18, by means of which the coil assembly 10 can be electrically connected to a printed circuit board, not shown, of the resonant converter by the bolts inserted into corresponding through holes of the circuit board and fastened there.
  • the electrical function of the coil assembly 10 in the resonant converter is known to the person skilled in the art, which is why in this respect apart from more detailed explanations.
  • Respective conductor ends of the individual conductors of the electrical conductor 14 are connected to a respective one of the electrical connections 16, 18, so that the respective individual conductors are connected in parallel.
  • the coil assembly 10 further includes a cooling unit 20 for cooling the winding 12, which in FIG. 1 is shown only schematically.
  • the cooling unit 20 may also be formed and arranged separately from the coil arrangement 10.
  • the cooling unit 20 comprises a fan, by means of which air is conveyed as cooling fluid to the winding 12 in order to cool it in a predeterminable manner.
  • FIG. 1 It can also be seen that two U-shaped ferrite elements 46 are arranged adjacent to each other, so that they form a cavity for receiving the winding 12.
  • the ferrite elements 46 form in this way a magnetic inference.
  • the ferrite elements 46 have a central passage opening 36 (FIG. FIG. 2 ), which serves to record a spool core which will be described below.
  • the coil assembly 10 has a modular construction of two winding modules 28, 30, which are arranged coaxially and immediately adjacent to each other.
  • a respective one of the winding modules 28, 30 comprises at least two winding elements 22, 24 (FIG. FIG. 2 ).
  • the winding elements 22, 24 of a respective one of the winding modules 28, 30 are formed by the electrical conductor 14.
  • the winding elements 22, 24 of a respective one of the winding modules 28, 30 are arranged coaxially and axially spaced from one another.
  • the electrical conductor 14 forms in each of the two winding elements 22, 24 of a respective one of the winding modules 28, 30 a winding having a predetermined, unspecified number of turns of the winding 12.
  • the turns of a respective one of the two winding elements 22, 24 are arranged radially one above the other, in the manner of an Archimedean coil.
  • the two winding elements 22, 24 are electrically connected to each other in a radially inner region via winding element terminals not shown.
  • the winding elements 22, 24 have the same winding sense, so that when they are connected in series as in this embodiment, they are traversed by the same current and the respective magnetic fluxes add up.
  • a number of turns for the two winding elements 22, 24 is the same.
  • the winding elements 22, 24 of a respective one of the winding modules 28, 30 are arranged on a common winding element carrier 42, which at the same time also represents a carrier for the winding module 28 or 30.
  • the winding element carrier 42 holds the winding elements 22, 24 radially.
  • the winding element carrier 42 also provides a substantially cylindrical bearing surface for the winding elements 22, 24 or the central windings of the winding elements 22, 24 in the radially central region.
  • an outer diameter of the respective one of the winding elements is round, in particular approximately circular, another contour may also be provided here, for example angled or the like.
  • a space 26 is formed, which is flowed through by the cooling fluid.
  • the cooling fluid is present air. Overall, a radial temperature gradient in the winding elements can thereby be reduced.
  • the cooling unit 20 is designed accordingly so that the cooling air can be guided into the space formed by the spaced-apart winding elements 22, 24.
  • Each of the winding modules 28, 30 has two radially outwardly projecting module connections 32, 34.
  • the module terminals 32, 34 serve to contact corresponding copper bars 48, 50, on which the respective terminals 16, 18 are arranged.
  • the winding modules 28, 30 can be electrically coupled to the terminals 16, 18.
  • the module connections 32, 34 are soldered to the copper bars 48, 50.
  • a respective end of the electrical conductor 14 is connected.
  • the winding element carrier 42 are presently designed as a coil carrier made of a plastic material and have a circular cylindrical outer circumference. They are essentially formed by two circular disks connected by a central cylinder.
  • the winding modules 28, 30 comprise a respective module housing 44, which is substantially rectangular in shape and has a substantially rectangular receiving space for the respective winding element carrier 42 with the winding elements 22, 24 holds.
  • the winding modules 28, 30 can be handled as individually manageable components at will to form the coil assembly 10.
  • the construction of the coil assembly 10 allows to provide almost any number of winding modules 28, 30 to in this way, the coil assembly 10 can be adjusted as needed with great flexibility.
  • FIG. 2 shows in a schematic perspective sectional view of the coil assembly 10 according to FIG. 1
  • Out FIG. 2 is also apparent that in the central passage opening 36 more cylindrical ferrite disks 52 are arranged. Between immediately adjacent ferrite disks 52 spacers 40 formed from a plastic are arranged, which form non-magnetic gaps. Thereby, in a central region of the coil assembly 10, there is provided a distributed non-magnetic gap gap arrangement providing functionality comparable to that of an air gap.
  • This embodiment has the advantage that stray magnetic field effects can be reduced.
  • FIG. 2 it can be seen that a further central passage opening 38 is provided by the ferrite elements 52 and the plastic disks 40 and the ferrite elements 46.
  • This central passage opening 38 can be used for mounting purposes to produce the coil assembly 10.
  • a compact high-performance coil arrangement 10 can be achieved in a simple manner.
  • the construction of the coil arrangement 10 according to the invention makes it possible to create the coil arrangement 10 almost arbitrarily by winding modules 28, 30.
  • the coil arrangement 10 according to the invention makes it possible to connect the individual winding modules 28, 30 with each other almost as desired, in order to be able to realize in this way a wide variety of electrical functionalities of the coil assembly 10.
  • the winding modules 28, 30, as shown in the figures for example, be connected in parallel.
  • a series connection or series connection can also be provided.
  • other combinations of the interconnection of the winding modules 28, 30 may be provided, in particular a mixed interconnection.
  • the coil assembly 10 is particularly suitable for automated production in that the winding modules 28, 30 can be suitably selected and combined with each other.
  • the single winding module can also be manufactured in a single operation, namely by first electrically winding the electrical conductor 14 from a predetermined outside diameter to form the first winding element 22. In the radially inner region, the electrical conductor is then guided axially into the region of the second winding element 24 and wound up from the inside to form the second winding element 24. In this way, a winding module 28, 30 can be produced by simple means.
  • both winding elements 22, 24 are wound simultaneously from radially inward to radially outward, for example by providing two winding devices which wind the electrical conductor 14 in opposite directions.
  • reliable production of the winding elements 22, 24 and thus also of the winding module 28, 30 can be achieved at a high processing speed.
  • the embodiment is solely illustrative of the invention and is not intended to limit this.
  • the invention is basically also applicable when the electrical conductor is not formed by a high-frequency strand but instead by an electrical conductor made of a solid material.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spulenanordnung (10) für einen Resonanzwandler, mit:- wenigstens einer Wicklung (12), die einen elektrischen Leiter (14) aufweist, der eine Mehrzahl von voneinander elektrisch isolierten Einzelleitern umfasst, die nach Art einer Hochfrequenzlitze zueinander angeordnet sind,- zwei elektrischen Anschlüssen (16, 18), wobei jeweilige Leiterenden der Einzelleiter an einem jeweiligen der elektrischen Anschlüsse (16, 18) angeschlossen sind, sodass die jeweiligen Einzelleiter parallelgeschaltet sind, und- eine Kühleinheit (20) zum Kühlen der wenigstens einen Wicklung (12), wobeider wenigstens eine elektrische Leiter (14) wenigstens zwei Wicklungselemente (22, 24) ausbildet, die koaxial und axial beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei der elektrische Leiter (14) in jedem der wenigstens zwei Wicklungselemente (22, 24) wenigstens eine Windung der wenigstens einen Wicklung (12) ausbildet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spulenanordnung für einen Resonanzwandler, mit wenigstens einer Wicklung, die einen elektrischen Leiter aufweist, der eine Mehrzahl von voneinander elektrisch isolierten Einzelleitern umfasst, die nach Art einer Hochfrequenzlitze zueinander angeordnet sind, und zwei elektrischen Anschlüssen, wobei jeweilige Leiterenden der Einzelleiter an einem jeweiligen der elektrischen Anschlüsse angeschlossen sind, sodass die jeweiligen Einzelleiter parallelgeschaltet sind. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Wicklungsmodul. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Spulenanordnung für einen Resonanzwandler, bei dem wenigstens eine Wicklung aus einem elektrischen Leiter gebildet wird, der eine Mehrzahl von elektrisch isolierten Einzelleitern umfasst, die nach Art einer Hochfrequenzlitze zueinander angeordnet sind, und jeweilige Leiterenden der Einzelleiter an einem jeweiligen von zwei elektrischen Anschlüssen der wenigstens einen Wicklung angeschlossen werden, um die jeweiligen Einzelleiter parallelzuschalten. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines Wicklungsmoduls für eine Spulenanordnung.
  • Spulenanordnungen für Resonanzwandler, insbesondere für Resonanzwandler mit einem mit großer elektrischer Leistung beaufschlagten Resonanzkreis, sind im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es diesbezüglich einesano gesonderten druckschriftlichen Nachweises nicht weiter bedarf. Gattungsgemäße Resonanzwandler werden als getaktete Energiewandler für eine Vielzahl von Energiewandlungsfunktionen in der Elektrotechnik genutzt. Derartige Energiewandler werden zum Beispiel bei Hochspannungsgeneratoren eingesetzt, die unter anderem in Röntgengeräten Anwendung finden. Resonanzwandler finden jedoch auch Anwendung bei vielen weiteren technischen Energiewandlungsfunktionalitäten, beispielsweise bei Induktionsheizungen und/oder dergleichen.
  • Insbesondere bei Röntgengeräten wird ein Hochspannungsgenerator benötigt, der für den bestimmungsgemäßen Betrieb einer Röntgenröhre des Röntgengerätes eine geeignete Hochspannung zu erzeugen vermag. Eine solche Hochspannung kann zum Beispiel in einem Spannungsbereich von etwa 40kV bis etwa 150kV liegen. Je nach Konstruktion des Röntgengeräts können hier auch abweichende Spannungswerte vorgesehen sein, die entweder kleiner als 40kV oder sogar auch größer als 150kV sein können. Der vorgenannte Spannungsbereich findet unter anderem Anwendung bei medizinischen Röntgengeräten.
  • In der Regel werden für die überwiegende Anzahl der Anwendungen die erforderlichen Hochspannungen mittels der Energiewandler, und zwar vorzugsweise resonanter Energiewandler, auch Resonanzwandler genannt, aus einer Niederspannung, wie zum Beispiel der Niederspannung des öffentlichen Netzes, erzeugt. Für normale Anwendungen im Industrie- und/oder Haushaltsbereich wird hierfür in der Regel eine Wechselspannung von 230V bei etwa 50Hz mittels eines öffentlichen Energieversorgungsnetzes bereitgestellt. Der Begriff "Niederspannung" meint in der vorliegenden Offenbarung insbesondere eine elektrische Spannung gemäß der Richtlinie 2014/35/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 26. Februar 2014 zur Harmonisierung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über die Bereitstellung elektrischer Betriebsmittel zur Verwendung innerhalb bestimmter Spannungsgrenzen auf dem Markt (Niederspannungsrichtlinie) .
  • Resonante Energiewandler, auch Resonanzwandler genannt, nutzen wenigstens einen Schwingkreis, der im Wesentlichen im Bereich seiner Resonanzfrequenz betrieben wird, um die gewünschte Energiewandlung und damit eine gewünschte Hochspannung bereitstellen zu können. Der Schwingkreis weist in der Regel zu diesem Zweck einen elektrischen Kondensator auf, der mit einer Spulenanordnung zu einem Schwingkreis zusammengeschaltet ist. Je nach Art der Zusammenschaltung kann es sich dabei um einen Serienschwingkreis oder auch einen Parallelschwingkreis handeln. Die elektrotechnischen Grundlagen bezüglich Schwingkreise sind dem Fachmann bekannt, sodass von weiteren diesbezüglichen Auslegungen im Wesentlichen abgesehen wird.
  • Um eine möglichst günstige Energiewandlung erreichen zu können, wird der Resonanzwandler üblicherweise bei einer Resonanzfrequenz des Schwingkreises betrieben, die bei derartigen Energiewandlern in der Regel deutlich über 1kHz liegt. Insbesondere für den Einsatz bei Röntgengeräten sowie auch bei Induktionsheizungen liegt der Einsatzbereich in Bezug auf die Resonanzfrequenz beispielsweise in einem Bereich von etwa 20kHz bis etwa 200kHz oder sogar mehr. Der Schwingkreis ist für diese Betriebsfrequenz entsprechend geeignet ausgelegt, das heißt, der Kondensator und die Spulenanordnung stellen entsprechende Werte hinsichtlich der elektrischen Kapazität beziehungsweise der elektrischen Induktivität bereit.
  • Insbesondere in Bezug auf die Spulenanordnung, die mindestens eine einzige elektronische Spule beziehungsweise Drossel umfasst, ergeben sich dabei besondere Anforderungen, die für die Konstruktion der Spulenanordnung zu beachten sind. Aufgrund der vergleichsweise hohen Betriebsfrequenz ist bei der Spulenanordnung zu beachten, dass aufgrund von Leitfähigkeitsverlusten, elektrischen Verlusten aufgrund des Skin-Effekts, des Proximity-Effekts und gegebenenfalls von Verlusten eines ferromagnetischen Werkstoffs eine bedeutende Menge an Verlustleistung entsteht, für die entsprechende Maßnahmen zu treffen sind. Aus diesem Grund ist in der Regel vorgesehen, dass die Spulenanordnung eine Kühleinheit umfasst, mit der eine geeignete Abführung der durch die Verlustleistung erzeugten Wärme abgeführt werden kann. In der Regel ist dafür vorgesehen, dass die Kühleinheit zumindest einen Kühlkanal für ein Kühlfluid bereitstellt, welches in der Regel Luft ist. Das Kühlfluid durchströmt geeignete Bereiche der Spulenanordnung, um dadurch Wärme aufzunehmen und aus der Spulenanordnung abzuführen. Über einen geeigneten Wärmetauscher kann dann das Kühlfluid entsprechend zurückgekühlt und wiederverwendet werden. Wird Luft als Kühlfluid genutzt, braucht ein Wärmetauscher nicht vorgesehen zu sein.
  • Die Kühlung der Spulenanordnung ist derart auszulegen, dass eine große Temperatur für die Spulenanordnung, insbesondere für deren elektrischen Leiter, die größer als eine Bemessungstemperatur ist, weitgehend vermieden werden kann. Wird nämlich die Betriebstemperatur der Spulenanordnung größer als die Bemessungstemperatur, muss damit gerechnet werden, dass eine Beschädigung der Spulenanordnung, auch wenn sie nur punktuell auftritt, die Spulenanordnung zumindest teilweise beschädigt oder sogar vollständig zerstört.
  • Im Stand der Technik ist es ferner bisher üblich, Drosseln zu konstruieren, die aus Ferritkernen in Standardbauformen und dazu passenden Standardwicklungsträgern sowie einer Hochfrequenzlitze als elektrischen Leiter bestehen. Dabei ist in der Regel eine enge Wicklung, beispielsweise in Schichten, vorgesehen, die sich insbesondere in Bezug auf einen Wärmetransport von innen nach außen als ungünstig erweist. Darüber hinaus ist zu beachten, dass diese Konstruktionen häufig außenliegende Luftspalte im ferromagnetischen Material aufweisen, die insbesondere auch zu größeren Streufeldern um die Spulenanordnung herum und damit auch bezüglich des Resonanzwandlers führen können, sodass teilweise auch eine unerwünschte Erwärmung von in der Nähe angeordneten elektrisch leitfähigen Stoffen die Folge sein kann. Darüber hinaus ergeben sich auch ungünstige Eigenschaften bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit.
  • Weiterhin erweist es sich als nachteilig, dass eine elektromechanische Anbindung der Spulenanordnung über eine Verlängerung der Hochfrequenzlitze erfolgt, die beispielsweise mit gecrimpten beziehungsweise verlöteten Kabelschuhen erfolgt. In diesem Bereich ist die Flexibilität sehr gering, sodass die Montage schwierig ist. Darüber hinaus eignet sich diese Konstruktion kaum dazu, eine Flexibilität hinsichtlich unterschiedlicher Leistungen und Resonanzfrequenzen zu ermöglichen. Vielmehr ist es erforderlich, für jede Betriebssituation eine neue Spulenanordnung zu konstruieren. Dies ist sehr aufwändig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Spulenanordnung bereitzustellen.
  • Als Lösung werden mit der Erfindung eine Spulenanordnung, ein Wicklungsmodul, ein Verfahren zum Herstellen der Spulenanordnung sowie ein Verfahren zum Herstellen des Wicklungsmoduls vorgeschlagen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.
  • Bezüglich einer gattungsgemäßen Spulenanordnung wird insbesondere vorgeschlagen, dass der wenigstens eine elektrische Leiter wenigstens zwei Wicklungselemente ausbildet, die koaxial und axial beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei der elektrische Leiter in jedem der wenigstens zwei Wicklungselemente wenigstens eine Windung der wenigstens einen Wicklung ausbildet.
  • Darüber hinaus wird ein Wicklungsmodul für die Spulenanordnung vorgeschlagen.
  • Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen der Spulenanordnung wird insbesondere vorgeschlagen, dass aus dem wenigstens einen elektrischen Leiter wenigstens zwei Wicklungselemente ausbildet werden, sodass der elektrische Leiter in jedem der wenigstens zwei Wicklungselemente wenigstens eine Windung der wenigstens einen Wicklung ausbildet, und die wenigstens zwei Wicklungselemente koaxial und axial beabstandet zueinander angeordnet werden.
  • Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Wicklungsmoduls wird insbesondere vorgeschlagen, dass zum Ausbilden des Wicklungsmoduls aus wenigstens einem elektrischen Leiter wenigstens zwei Wicklungselemente ausbildet werden, sodass der elektrische Leiter in jedem der wenigstens zwei Wicklungselemente wenigstens eine Windung von wenigstens einer Wicklung der Spulenanordnung ausbildet, wobei der wenigstens eine elektrische Leiter eine Mehrzahl von voneinander elektrisch isolierten Einzelleitern umfasst, die nach Art einer Hochfrequenzlitze zueinander angeordnet sind, und die wenigstens zwei Wicklungselemente koaxial und axial beabstandet zueinander angeordnet werden.
  • Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass eine verbesserte Spulenanordnung dadurch bereitgestellt werden kann, dass die Wicklung durch Wicklungselemente verbessert wird, wobei aufgrund der beabstandeten Anordnung des Wicklungselemente eine erheblich besserte Kühlungswirkung durch die Kühleinheit erreicht werden kann. Dadurch kann nicht nur ein einfacherer Aufbau der Spulenanordnung gegenüber dem Stand der Technik, sondern auch eine erhöhte Belastbarkeit erreicht werden. Vorzugsweise kann ein Wicklungselement eine scheibenartige Teilwicklung umfassen, die sich im Wesentlichen radial erstreckt, sodass ein äußerer Radius des Wicklungselements vorzugsweise größer als eine axiale Erstreckung des Wicklungselements ist. Das Wicklungselement kann eine geeignete geometrische Form aufweisen, die es erlaubt, die Wicklungselemente auf möglichst einfache Weise zueinander anzuordnen. Die geometrische Form kann zum Beispiel eckig, rund, beispielsweise kreisrund, elliptisch und/oder dergleichen sein. Dies kann insbesondere für eine Außenkontur des Wicklungselements vorgesehen sein. Darüber hinaus kann das Wicklungselement natürlich auch eine Durchgangsöffnung aufweisen, die vorzugsweise zentral ausgebildet ist und die entsprechend ausgebildet sein kann. Die Kontur der Durchgangsöffnung braucht nicht identisch mit der äußeren Kontur zu sein. Sie kann auch abweichend hiervon gewählt sein. Durch den Aufbau der Spulenanordnung durch Wicklungselemente kann die Struktur der Spulenanordnung je nach Belieben auf einfache Weise variiert werden, um unterschiedlichste Anforderungen hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften realisieren zu können. Dadurch ist eine große Flexibilität hinsichtlich der Einsetzbarkeit gegeben. Die im Stand der Technik übliche Neukonstruktion einer Spulenanordnung für eine abweichende Anwendung kann somit weitgehend vermieden werden.
  • Die Spulenanordnung braucht natürlich nicht nur eine einzige Wicklung aufzuweisen. Sie kann natürlich auch zwei oder mehrere Wicklungen aufweisen, die vorzugsweise alle gemäß der Erfindung ausgebildet sind. Dadurch kann der erfindungsgemäße Vorteil für die gesamte Spulenanordnung genutzt werden, auch wenn sie mehr als eine einzige Wicklung aufweist.
  • Der elektrische Leiter der Wicklung weist eine Mehrzahl von voneinander elektrisch isolierten Einzelleitern auf. Die Einzelleiter können aus einem gut elektrisch leitfähigen Werkstoff wie Kupfer, Aluminium, Legierungen hiervon und/oder dergleichen gebildet sein. Damit die Einzelleiter elektrisch isoliert zueinander sind, weisen sie an ihrem äußeren Umfang, das heißt, quer zu ihrer Längserstreckung, vorzugsweise eine Isolierschicht auf. Dies kann durch eine Lackschicht, einen Kunststoff, eine Oxidschicht und/oder dergleichen realisiert sein.
  • Damit die Einzelleiter möglichst gleichmäßig mit elektrischem Strom beaufschlagt werden und somit eine für den gesamten elektrischen Leiter günstige Funktonalität erreicht werden kann, sind die Einzelleiter nach Art einer Hochfrequenzlitze zueinander angeordnet. Zu diesem Zweck sind spezifische Anordnungsmodalitäten bezüglich der Einzelleiter vorgesehen, sodass sie neben einer im Wesentlichen gleichen Länge und einem im Wesentlichen gleichen Leiterquerschnitt auch nach Möglichkeit eine im Wesentlichen gleiche Induktivität bereitstellen. Dies kann durch geeignete Anordnungsverfahren für die Einzelleiter innerhalb des elektrischen Leiters erreicht werden. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass die Einzelleiter in geeigneter Weise miteinander verdrillt angeordnet sind. Für einen Leiterdurchmesser eines jeweiligen Einzelleiters kann zum Beispiel ein Durchmesser in einem Bereich von etwa 0,2mm oder weniger, beispielsweise etwa 0,1mm, vorzugsweise etwa 0,05mm vorgesehen sein.
  • Die Wicklung umfasst zwei elektrische Anschlüsse, wobei jeweilige Leiterenden der Einzelleiter an einem jeweiligen der elektrischen Anschlüsse angeschlossen sind, sodass die jeweiligen Einzelleiter parallelgeschaltet sind. Das Anschließen, vorzugsweise unmittelbar realisiert, kann durch Bonden, Löten, Crimpen und/oder dergleichen realisiert sein. Dabei sind die Einzelleiter vorzugsweise derart an die elektrischen Anschlüsse angeschlossen, dass die Strombeaufschlagung der Einzelleiter weiterhin möglichst gleichmäßig erfolgt. Die elektrischen Anschlüsse der Wicklung können durch geeignete Leiterfahnen, beispielsweise nach Art eines Bandleiters oder dergleichen gebildet sein, die es erlauben, die Wicklung mit einer elektronischen Schaltung des Resonanzwandlers elektrisch zu verbinden. Es können jedoch auch Lötanschlüsse, Crimpanschlüsse, Klemmanschlüsse, Schraubanschlüsse und/oder dergleichen vorgesehen sein.
  • Dadurch, dass die Wicklungselemente einerseits koaxial und andrerseits zugleich auch axial beabstandet zueinander angeordnet sind, kann ein Raum zwischen benachbart angeordneten Wicklungselementen gebildet werden, der eine verbesserte Kühlung ermöglicht, beispielsweise indem diesem Raum mittels der Kühleinheit ein entsprechendes Kühlfluid, beispielsweise Luft, zugeführt wird. Dadurch ist es möglich, die Kühlungsfunktion in Bezug auf die Wicklung gegenüber dem Stand der Technik erheblich zu verbessern. Der im Stand der Technik in der Regel auftretende Wärmestau gerade im Zentrum der Wicklung kann dadurch erheblich reduziert werden. Dadurch ist es möglich, bei gleicher Leistungsfähigkeit eine deutlich kompaktere Wicklung realisieren zu können. Ergänzend oder alternativ kann die Wicklung auch für eine höhere Belastbarkeit genutzt werden.
  • Jedes Wicklungselement umfasst wenigstens eine Windung der wenigstens einen Wicklung. Vorzugsweise umfassen die Wicklungselemente jedoch die gleiche Anzahl an Windungen. Dadurch können standardisierte Wicklungselemente gebildet werden, die es erlauben, die Wicklung in hochflexibler Weise anpassen zu können.
  • Es wird ferner vorgeschlagen, dass zumindest in einem der zwei Wicklungselemente wenigstens zwei Windungen zumindest teilweise radial übereinander angeordnet sind. Dadurch können Wicklungselemente mit vergleichsweise geringer axialer Erstreckung realisiert werden. Zugleich ist es möglich, bei geringen axialen Abmessungen eine Mehrzahl von Windungen für ein jeweiliges der Wicklungselemente vorzusehen.
  • Vorzugsweise sind die Windungen nach Art einer archimedischen Spule angeordnet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein jedes der Wicklungselemente nach Art einer archimedischen Spule ausgebildet ist. Eine archimedische Spule zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Teilwicklung, die durch das Wicklungselement gebildet ist, im Wesentlichen radial von innen nach außen erstreckt. Es ist möglich, dass lediglich eine einzige Schicht, beispielsweise durch den in einer Ebene aufgewickelten elektrischen Leiter, durch diese Teilwicklung bereitgestellt wird. Je nach Bedarf können jedoch auch zwei oder mehrere Schichten axial benachbart zueinander angeordnet sein.
  • Vorzugsweise weisen die Wicklungselemente zwei radial beabstandete Wicklungselementanschlüsse auf, wobei jeweilige Leiterenden des elektrischen Leiters der Wicklungselemente an einen jeweiligen der Wicklungselementanschlüsse angeschlossen sind. Dadurch kann jedes der Wicklungselemente als separat handhabbares Bauteil bereitgestellt werden, sodass die Spulenanordnung beziehungsweise die Wicklung durch geeignetes Zusammenstellen der Wicklungselemente auf einfache Weise realisiert werden kann. Zugleich ist es möglich, auf diese Weise auch eine Verschaltung der Wicklungselemente untereinander in geeigneter Weise flexibel einstellen zu können, beispielsweise eine Parallelschaltung, eine Reihenschaltung, Kombinationen hiervon und/oder dergleichen. Die Flexibilität hinsichtlich der Herstellung der Wicklung beziehungsweise der Spulenanordnung kann dadurch weiter verbessert werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die bei benachbart angeordneten Wicklungselementen miteinander elektrisch verbundenen Wicklungselementanschlüsse in ihrer radialen Position gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine besonders einfache Verbindung der Wicklungselemente miteinander erreicht werden, wenn diese einzeln handhabbare Bauteile sind. Es braucht dann lediglich eine jeweilige elektrische Verbindung zwischen den zu verbindenden und gegenüberliegenden Wicklungselementanschlüssen hergestellt zu werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wicklungselementanschlüsse bereits so ausgebildet sind, dass sie unmittelbar miteinander verbunden werden können. Dies erlaubt es, die Herstellung der Spulenanordnung beziehungsweise der Wicklung weiter zu verbessern.
  • Um die Handhabbarkeit einzelner Wicklungselemente weiter zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass zumindest eines der wenigstens zwei Wicklungselemente einen Wicklungselementträger aufweist. Der Wicklungselementträger ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff wie Kunststoff, Keramik oder dergleichen gebildet und ermöglicht es insbesondere, das jeweilige Wicklungselement besser handhaben zu können. Darüber hinaus kann der Wicklungselementträger auch dazu dienen, eine verbesserte Anordnung des elektrischen Leiters des Wicklungselements zu ermöglichen. Insgesamt kann die Herstellung der Spulenanordnung beziehungsweise der Wicklung weiter verbessert werden.
  • Der Wicklungselementträger fasst den elektrischen Leiter des Wicklungselements vorzugsweise zumindest teilweise radial ein. Insbesondere wenn sich die Teilwicklung des Wicklungselements radial weit nach außen erstreckt, kann hierdurch eine verbesserte Stabilität des Wicklungselements erreicht werden. Dies ist nicht nur für die Herstellung der Spulenanordnung beziehungsweise der Wicklung sondern auch für den bestimmungsgemäßen Betrieb vorteilhaft. Darüber hinaus kann natürlich auch vorgesehen sein, dass der Wicklungselementträger eine radial innere Auflage für eine innerste Windung des elektrischen Leiters des Wicklungselements bereitstellt.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Spulenanordnung eine Kühleinheit aufweist. Die Kühleinheit ist vorzugweise ausgebildet, ein Kühlfluid in einen durch die beabstandeten Wicklungselemente gebildeten Raum zu führen. Das Kühlfluid kann ein geeignetes Gas oder auch eine geeignete Flüssigkeit sein, mit der Wärme aus der Wicklung abgeführt werden kann. Vorzugsweise ist das Kühlfluid Luft. Die Kühleinheit kann ein entsprechendes Fördermittel für das Kühlfluid aufweisen, beispielsweise eine Pumpe, ein Gebläse und/oder dergleichen. Darüber hinaus kann die Kühleinheit auch einen oder mehrere Kühlkanäle umfassen, um das Kühlfluid in geeigneter Weise an vorgegebene Positionen der Spulenanordnung beziehungsweise der Wicklung führen zu können. Dadurch kann eine besonders günstige Kühlung der Spulenanordnung beziehungsweise der Wicklung erreicht werden. Die Kühleinheit kann integriert mit der Spulenanordnung ausgebildet sein.
  • Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Spulenanordnung einen modularen Aufbau aus wenigstens zwei Wicklungsmodulen aufweist, die koaxial und benachbart zueinander angeordnet sind, wobei ein jeweiliges der Wicklungsmodule wenigstens zwei Wicklungselemente umfasst. Dadurch kann ein besonders günstiger modularer Aufbau erreicht werden, der es erlaubt, die Spulenanordnung nach Art eines Baukastenprinzips herstellen zu können. Das Wicklungsmodul kann als einzeln handhabbare und vorzugsweise geprüfte Baueinheit genutzt werden, um Spulenanordnungen mit großer Flexibilität auf sehr einfache Weise realisieren zu können. Es ist daher mit der Erfindung möglich, ohne großen konstruktiven Aufwand nahezu beliebige Spulenanordnungen herstellen zu können.
  • Dabei kann vorgesehen sein, dass die Wicklungsmodule entsprechende mechanische Verbindungselemente aufweisen, die es erlauben, die Wicklungsmodule nach Art eines Stapels anordnen und vorzugsweise auch miteinander verbinden zu können. Insgesamt kann dadurch sogar eine automatisierte hochflexible Herstellung der Spulenanordnung beziehungsweise der Wicklung erreicht werden. Die Wicklungsmodule können unmittelbar benachbart, vorzugsweise direkt angrenzend aneinander angeordnet werden. Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Kühleinheit ausgebildet ist, jedes der Wicklungsmodule mit dem Kühlfluid zu beaufschlagen, insbesondere indem der Raum zwischen den Wicklungselementen eines jeweiligen der Wicklungsmodule mit dem Kühlfluid beaufschlagt wird.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass das Wicklungsmodul wenigstens zwei radial nach außen ragende Modulanschlüsse aufweist. Mit den Modulanschlüssen kann die durch die Wicklungselemente bereitgestellte Modulwicklung angeschlossen werden. Die Wicklungsmodule können mittels der Modulanschlüsse nach Belieben in Reihe oder auch parallelgeschaltet werden. Es können natürlich auch Kombinationen hiervon vorgesehen sein. Die Modulanschlüsse können durch elektrische Anschlussfahnen, beispielsweise elektrische Leiter nach Art eines Bandleiters oder dergleichen ausgebildet sein und entsprechende Verbindungsmittel an ihren Enden aufweisen, um beispielsweise eine Schraubverbindung, eine Klemmverbindung, eine Lötverbindung, Kombinationen hiervon oder dergleichen realisieren zu können. Die Wicklungsmodule können standardisiert ausgebildet sein, sodass eine einfache Herstellung der Wicklung realisiert werden kann.
  • Das Wicklungsmodul weist vorzugsweise eine zentrale Öffnung zum Anordnen eines Spulenkerns auf. Vorzugsweise ist die Öffnung eine Durchgangsöffnung, die insbesondere für die Wicklungsmodule einer spezifischen Spulenanordnung beziehungsweise spezifischen Wicklung im Wesentlichen gleich hinsichtlich der Geometrie ausgebildet ist. Der Spulenkern kann dazu dienen, die Wicklungsmodule in geeigneter Weise koaxial zueinander anzuordnen. Er kann darüber hinaus auch ferromagnetische Eigenschaften aufweisen, um eine geeignete Führung des Magnetfelds in vorgegebener Weise erreichen zu können und dadurch eine vorgebbare Induktivität erreichen zu können. Der Spulenkern kann vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Ferrit gebildet sein, und zwar vorzugsweise derart, dass eine Wirbelstromausbildung weitgehend unterdrückt werden kann. Zu diesem Zweck weist der Ferrit vorzugsweise eine möglichst kleine elektrische Leitfähigkeit auf. Darüber hinaus kann der Spulenkern zumindest teilweise auch durch geeignete ferromagnetische Bleche gebildet sein, die elektrisch isoliert zueinander angeordnet sind. Auch Kombinationen der vorgenannten Möglichkeiten können vorgesehen sein.
  • Der Spulenkern umfasst vorzugsweise einen unmagnetischen Spalt, insbesondere einen Luftspalt. Durch den unmagnetischen Spalt, insbesondere wenn er ein Luftspalt ist, ist es möglich, den magnetischen Fluss der Spulenanordnung in vorgebbarer Weise führen und dadurch spezifische Eigenschaften der Spulenanordnung erreichen zu können. Dies kann dazu dienen, die elektrische Induktivität der Spulenanordnung in geeigneter Weise einstellen zu können. Darüber hinaus kann durch vorsehen des unmagnetischen Spalts im Spulenkern erreicht werden, dass hierdurch erzeugter Streufluss in Bezug auf seine Wirkung außerhalb der Spulenanordnung reduziert werden kann. Dadurch kann nicht nur die Einwirkung auf die Spulenanordnung umgebende elektronische Bauteile reduziert werden, sondern es kann darüber hinaus auch eine verbesserte Funktionalität in Bezug auf die elektromagnetische Verträglichkeit erreicht werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, das der unmagnetische Spalt durch wenigstens zwei Einzelspalte gebildet ist, die axial beabstandet zueinander angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, die unmagnetischen Spalte besonders klein auszugestalten und die Wirkung der unmagnetischen Spalte axial über eine Längserstreckung des Spulenkerns zu verteilen. Insgesamt kann hierdurch eine verbesserte Funktionalität erreicht werden. Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass für jedes Wicklungsmodul ein eigener unmagnetischer Spalt vorgesehen ist. Dies erlaubt es zugleich auch, bei einer flexiblen Zusammenstellung der Spulenanordnung durch Wicklungsmodule automatisiert angepasst einen entsprechenden Luftspalt bereitzustellen. Mit zunehmender Anzahl der Wandlermodule kann somit auch der Luftspalt größer werden. Es brauchen dafür keine separaten Konstruktionen vorgesehen zu werden.
  • Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn der unmagnetische Spalt zumindest teilweise durch den Wicklungselementträger ausgebildet ist. Der Wicklungselementträger, der zugleich auch der Träger für das Wicklungsmodul sein kann, kann zugleich derart ausgebildet sein, dass er einen modulspezifischen Spulenkernabschnitt umfasst, der zumindest einen modulspezifischen Luftspalt und einen modulspezifischen ferromagnetischen Kern umfasst. Dadurch kann durch Stapeln der Wicklungsmodule automatisiert ohne besondere zusätzliche Maßnahmen ein geeigneter Luftspalt und eine geeignete Führung des magnetischen Flusses erreicht werden. Insgesamt kann hierdurch die Herstellung der Spulenanordnung beziehungsweise der Wicklung weiter verbessert werden.
  • Insgesamt erlaubt es die Erfindung, einen zweilagigen, insbesondere zumindest teilweise spiralförmigen Wicklungsaufbau zu realisieren. Dabei kann sich der elektrische Leiter in einer ersten Lage von außen nach innen winden, um ein erstes Wicklungselement zu bilden, um dann innen in einer Windung in ein zweites benachbartes Wicklungselement geführt zu werden, und sich dann in dem zweiten Wicklungselement von innen nach außen winden. Auf diese Weise ist es auf einfache Weise möglich, zwischen den beiden Wicklungselementen einen Freiraum auszubilden, der es erlaubt, das Kühlfluid, insbesondere Luft an die Wicklung führen zu können.
  • Darüber hinaus kann ein Spulenkern aus zum Beispiel außen liegenden U-förmigen Ferritkernen mit einer Öffnung im Zentrum eines Bodens der Ferritkerne und als Spulenkern innenliegenden geschichteten, gelochten Ferritscheiben und Abstandscheiben gebildet sein. Dadurch kann ein innen liegender magnetischer Luftspalt erzeugt werden. Außen braucht dann kein expliziter magnetischer Luftspalt mehr realisiert zu sein.
  • Der Wicklungselementträger, der zugleich auch als Modulträger ausgebildet sein kann, kann aus zwei ineinander verschachtelten Elementen bestehen. Einerseits kann ein innen liegender Spulenträger mit angegossenen Spiralansätzen im Zentrum vorgesehen sein und andererseits kann ein außenliegender Rahmen vorgesehen sein, mittels dem Anforderungen hinsichtlich der elektrischen Sicherheit, insbesondere in Bezug auf Kriech- und Luftstrecken, realisiert werden können.
  • Die einzelnen Windungen können durch Verkleben beziehungsweise Tränken mit einem Epoxidharz in einer entsprechenden Position fixiert werden. Eine mechanische Befestigung des Gesamtaufbaus kann über die zentrale Öffnung mittels des Spulenkerns, beispielsweise in Form der Ferritkerne und einem Spulenkörper realisiert sein.
  • Durch die Erfindung ist eine Skalierbarkeit der Spulenanordnung derart möglich, dass mehrere Wicklungsmodule und gegebenenfalls Spulenkerne in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden können. Dies erlaubt es in einer ersten Variante, eine Parallelschaltung der Wicklungsmodule zu realisieren, wobei die Wicklungsmodule magnetisch gekoppelt sind. In einer zweiten Variante können die Wicklungsmodule auch als unabhängige Spulen beziehungsweise Drosseln mittels geeigneter Teilenergiewandler der Resonanzwandler betrieben werden.
  • Ein Anschluss der Spulenanordnung beziehungsweise der Drossel an den Resonanzwandler kann zum Beispiel mittels Kupferschienen erfolgen. Der elektrische Leiter beziehungsweise die Hochfrequenzlitze kann hierzu direkt auf die Kupferschienen aufgelötet sein. Darüber hinaus kann eine Parallelschaltung von Wicklungsmodulen über das entsprechende Verlöten der Wicklungsmodulanschlüsse mit der Kupferschiene realisiert sein. Die Kupferschiene kann mit einer Einpressmutter oder auch mit einem Gewindebolzen versehen sein, der zum Beispiel direkt mit einer Leiterplatte des Resonanzwandlers verbunden werden kann. Die Kupferschienen können dabei so geformt sein und bei der Herstellung bereits so angebracht sein, dass sie bei einer Montage leicht an der gewünschten Stelle mit dem Resonanzwandler elektrisch gekoppelt werden können.
  • Die für die erfindungsgemäße Spulenanordnung angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten gleichermaßen für das Wicklungsmodul der Erfindung sowie für die Verfahren zum Herstellen der Spulenanordnung und des Wicklungsmoduls und umgekehrt. Insbesondere können somit für Vorrichtungsmerkmale auch Verfahrensmerkmale und umgekehrt formuliert sein.
  • Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich durch die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.
  • Es zeigen:
    • FIG 1
    in einer schematischen perspektivischen Seitenansicht eine Spulenanordnung gemäß der Erfindung; und
    FIG 2
    in einer schematisch aufgeschnittenen perspektivischen Darstellung die Spulenanordnung gemäß FIG 1.
  • FIG 1 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine Spulenanordnung 10 für einen nicht weiter dargestellten Resonanzwandler. Die Spulenanordnung 10 weist eine Wicklung 12 auf, die einen elektrischen Leiter 14 aufweist. Aus den Figuren ist nicht ersichtlich, dass der elektrische Leiter 14 eine Mehrzahl von voneinander elektrisch isolierten, nicht weiter dargestellten Einzelleitern umfasst, die nach Art einer Hochfrequenzlitze zueinander angeordnet sind.
  • Die Spulenanordnung 10 umfasst ferner zwei als Bolzen ausgebildete elektrische Anschlüsse 16, 18, mittels denen die Spulenanordnung 10 mit einer nicht dargestellten Leiterplatte des Resonanzwandlers elektrisch verbunden werden kann, indem die Bolzen in entsprechende Durchgangsöffnungen der Leiterplatte eingesteckt und dort befestigt werden. Die elektrische Funktion der Spulenanordnung 10 im Resonanzwandler ist dem Fachmann bekannt, weshalb diesbezüglich von detaillierteren Ausführungen hierzu abgesehen wird.
  • Jeweilige Leiterenden der Einzelleiter des elektrischen Leiters 14 sind an einem jeweiligen der elektrischen Anschlüsse 16, 18 angeschlossen, sodass die jeweiligen Einzelleiter parallelgeschaltet sind.
  • Die Spulenanordnung 10 umfasst ferner eine Kühleinheit 20 zum Kühlen der Wicklung 12, die in FIG 1 lediglich schematisch dargestellt ist. In alternativen Ausgestaltungen kann die Kühleinheit 20 auch separat von der Spulenanordnung 10 ausgebildet und angeordnet sein. Die Kühleinheit 20 umfasst einen Ventilator, mittels dem Luft als Kühlfluid zur Wicklung 12 gefördert wird, um diese in vorgebbarer Weise kühlen zu können.
  • Aus FIG 1 ist ferner ersichtlich, das zwei U-förmige Ferritelemente 46 aneinander angrenzend angeordnet sind, sodass sie einen Hohlraum zur Aufnahme der Wicklung 12 bilden. Die Ferritelemente 46 bilden auf diese Weise einen magnetischen Rückschluss. Die Ferritelemente 46 weisen eine zentrale Durchgangsöffnung 36 (FIG 2) auf, die dazu dient, einen im nachfolgenden noch beschriebenen Spulenkern aufzunehmen.
  • Aus FIG 1 ist ersichtlich, dass die Spulenanordnung 10 einen modularen Aufbau aus zwei Wicklungsmodulen 28, 30 aufweist, die koaxial und unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Ein jeweiliges der Wicklungsmodule 28, 30 umfasst wenigstens zwei Wicklungselemente 22, 24 (FIG 2).
  • Die Wicklungselemente 22, 24 eines jeweiligen der Wicklungsmodule 28, 30 sind durch den elektrischen Leiter 14 ausgebildet. Die Wicklungselemente 22, 24 eines jeweiligen der Wicklungsmodule 28, 30 sind koaxial und axial beabstandet zueinander angeordnet. Der elektrische Leiter 14 bildet in jedem der zwei Wicklungselemente 22, 24 eines jeweiligen der Wicklungsmodule 28, 30 eine Wicklung mit einer vorgegebenen, nicht weiter spezifizierten Anzahl von Windungen der Wicklung 12 aus. In der vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Windungen eines jeweiligen der beiden Wicklungselemente 22, 24 radial übereinander angeordnet sind, und zwar nach Art einer archimedischen Spule.
  • Die beiden Wicklungselemente 22, 24 sind in einem radial inneren Bereich über nicht weiter dargestellte Wicklungselementanschlüsse miteinander elektrisch verbunden. Die Wicklungselemente 22, 24 weisen vorliegend den gleichen Wicklungssinn auf, sodass sie, wenn sie wie in dieser Ausgestaltung vorgesehen, in Reihe geschaltet sind, vom gleichen Strom durchflossen werden und sich die jeweiligen magnetischen Flüsse addieren. Darüber hinaus ist vorliegend vorgesehen, dass eine Anzahl von Windungen für die beiden Wicklungselemente 22, 24 gleich ist.
  • Die Wicklungselemente 22, 24 eines jeweiligen der Wicklungsmodule 28, 30 sind vorliegend auf einem gemeinsamen Wicklungselementträger 42 angeordnet, der zugleich auch ein Träger für das Wicklungsmodul 28 beziehungsweise 30 darstellt. Der Wicklungselementträger 42 fasst die Wicklungselemente 22, 24 radial ein. Darüber hinaus stellt der Wicklungselementträger 42 auch im radial zentralen Bereich eine im Wesentlichen zylindrische Auflagefläche für die Wicklungselemente 22, 24 beziehungsweise die zentralen Windungen der Wicklungselemente 22, 24 bereit. Vorliegend ist ein Außendurchmesser des jeweiligen der Wicklungselemente zwar rund, insbesondere etwa kreisrund, jedoch kann hier auch eine andere Kontur vorgesehen sein, zum Beispiel eckig oder dergleichen.
  • Zwischen den Wicklungselementen 22, 24 ist ein Raum 26 ausgebildet, der vom Kühlfluid durchströmt wird. Dadurch ist es im bestimmungsgemäßen Betrieb möglich, den elektrischen Leiter 14 der Wicklungselemente 22, 24 auch im radial zentralen Bereich mit Kühlfluid zu beaufschlagen und dadurch eine verbesserte Kühlung zu erreichen. Das Kühlfluid ist vorliegend Luft. Insgesamt kann dadurch ein radialer Temperaturgradient in den Wicklungselementen reduziert werden. Die Kühleinheit 20 ist entsprechend ausgebildet, damit die Kühlluft in den durch die beabstandeten Wicklungselemente 22, 24 gebildeten Raum geführt werden kann.
  • Jedes der Wicklungsmodule 28, 30 weist zwei radial nach außen ragende Modulanschlüsse 32, 34 auf. Die Modulanschlüsse 32, 34 dienen dazu, entsprechende Kupferschienen 48, 50 zu kontaktieren, an denen die jeweiligen Anschlüsse 16, 18 angeordnet sind. Dadurch können die Wicklungsmodule 28, 30 mit den Anschlüssen 16, 18 elektrisch gekoppelt werden. Vorliegend ist vorgesehen, dass die Modulanschlüsse 32, 34 auf die Kupferschienen 48, 50 aufgelötet sind. An den Modulanschlüssen 32, 34 ist dann ein jeweiliges Ende des elektrischen Leiters 14 angeschlossen.
  • Die Wicklungselementträger 42 sind vorliegend als Spulenträger aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet und haben einen kreiszylindrischen äußeren Umfang. Sie sind im Wesentlichen durch zwei mittels eines zentralen Zylinders verbundene kreisförmige Scheiben gebildet.
  • Die Wicklungsmodule 28, 30 umfassen ein jeweiliges Modulgehäuse 44, was im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist und einen im Wesentlichen rechteckförmigen Aufnahmeraum für den jeweiligen Wicklungselementträger 42 mit den Wicklungselementen 22, 24 bereithält. Dadurch können die Wicklungsmodule 28, 30 als einzeln handhabbare Bauelemente nach Belieben gehandhabt werden um die Spulenanordnung 10 auszubilden. Die Konstruktion der Spulenanordnung 10 erlaubt es, eine nahezu beliebige Anzahl von Wicklungsmodulen 28, 30 vorzusehen, um auf diese Weise die Spulenanordnung 10 bedarfsgerecht mit großer Flexibilität anpassen zu können.
  • Fig. 2 zeigt in einer schematisch perspektivischen Schnittdarstellung die Spulenanordnung 10 gemäß FIG 1. Aus FIG 2 ist ferner ersichtlich, dass in der zentralen Durchgangsöffnung 36 weitere zylinderförmige Ferritscheiben 52 angeordnet sind. Zwischen unmittelbar benachbarten Ferritscheiben 52 sind aus einem Kunststoff gebildete Abstandsscheiben 40 angeordnet, die unmagnetische Spalte ausbilden. Dadurch wird in einem zentralen Bereich der Spulenanordnung 10 eine Spaltanordnung für einen verteilten, unmagnetischen Spalt bereitgestellt, der eine Funktionalität vergleichbar zu der eines Luftspalts bereitstellt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass magnetische Streufeldwirkungen reduziert werden können.
  • Darüber hinaus ist aus FIG 2 ersichtlich, dass eine weitere zentrale Durchgangsöffnung 38 durch die Ferritelemente 52 sowie die Kunststoffscheiben 40 und die Ferritelemente 46 bereitgestellt wird. Diese zentrale Durchgangsöffnung 38 kann für Montagezwecke genutzt werden, um die Spulenanordnung 10 herzustellen. So ist es zum Beispiel möglich, die Spulenanordnung 10 auf einem zentralen Dorn in gewünschter Weise zusammenzufügen und die Spulenanordnung 10 anschließend von diesem Dorn zu entfernen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, durch die Durchgangsöffnung 38 ein Verbindungselement hindurchzuführen, was nicht nur die einzelnen Elemente der Spulenanordnung 10 in radialer Richtung zentriert, sondern zugleich auch eine Verbindung sämtlicher Elemente der Spulenanordnung 10 in axialer Richtung bereitstellt. Dadurch kann auf einfache Weise eine kompakte hochleistungsfähige Spulenanordnung 10 erreicht werden.
  • Die erfindungsgemäße Konstruktion der Spulenanordnung 10 erlaubt es, die Spulenanordnung 10 nahezu beliebig durch Wicklungsmodule 28, 30 zu erstellen. Darüber hinaus erlaubt es die Spulenanordnung 10 gemäß der Erfindung, die einzelnen Wicklungsmodule 28, 30 nahezu beliebig miteinander zu verschalten, um auf diese Weise unterschiedlichste elektrische Funktionalitäten der Spulenanordnung 10 realisieren zu können. So können die Wicklungsmodule 28, 30, wie es in den Figuren dargestellt ist, beispielsweise parallelgeschaltet sein. Alternativ oder ergänzend kann jedoch auch eine Serienschaltung beziehungsweise Reihenschaltung vorgesehen sein. Natürlich können bei einer geeigneten Anzahl von Wicklungsmodulen 28, 30 auch andere Kombinationen der Verschaltung der Wicklungsmodule 28, 30 vorgesehen sein, insbesondere auch eine gemischte Verschaltung. Dadurch ist es möglich, die Spulenanordnung 10 für unterschiedlichste Anwendungen auf einfache Weise anzupassen. Darüber hinaus eignet sich die Spulenanordnung 10 natürlich insbesondere auch für eine automatisierte Herstellung indem die Wicklungsmodule 28, 30 in geeigneter Weise ausgewählt und miteinander kombiniert werden können.
  • Das einzelne Wicklungsmodul kann ebenfalls in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt werden, indem nämlich der elektrische Leiter 14 zunächst von einem vorgegebenen Außendurchmesser nach innen gewickelt wird, um das erste Wicklungselement 22 auszubilden. Im radial inneren Bereich wird dann der elektrische Leiter axial in den Bereich des zweiten Wicklungselements 24 geführt und von innen nach außen aufgewickelt, um das zweite Wicklungselement 24 auszubilden. Auf diese Weise kann mit einfachen Mitteln ein Wicklungsmodul 28, 30 hergestellt werden.
  • Alternativ kann natürlich auch vorgesehen sein, dass beide Wicklungselemente 22, 24 gleichzeitig von radial innen nach radial außen gewickelt werden, beispielsweise indem zwei Wicklungsvorrichtungen vorgesehen werden, die den elektrischen Leiter 14 entgegengesetzt wickeln. Hierdurch kann bei hoher Verarbeitungsgeschwindigkeit eine zuverlässige Herstellung der Wicklungselemente 22, 24 und damit auch des Wicklungsmoduls 28, 30 erreicht werden.
  • Das Ausführungsbeispiel dient ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken. Natürlich ist die Erfindung dem Grunde nach auch dann einsetzbar, wenn der elektrische Leiter nicht durch eine Hochfrequenzlitze sondern stattdessen durch einen elektrischen Leiter aus einem Vollmaterial gebildet ist.

Claims (17)

  1. Spulenanordnung (10) für einen Resonanzwandler, mit:
    - wenigstens einer Wicklung (12), die einen elektrischen Leiter (14) aufweist, der eine Mehrzahl von voneinander elektrisch isolierten Einzelleitern umfasst, die nach Art einer Hochfrequenzlitze zueinander angeordnet sind, und
    - zwei elektrischen Anschlüssen (16, 18), wobei jeweilige Leiterenden der Einzelleiter an einem jeweiligen der elektrischen Anschlüsse (16, 18) angeschlossen sind, sodass die jeweiligen Einzelleiter parallelgeschaltet sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der wenigstens eine elektrische Leiter (14) wenigstens zwei Wicklungselemente (22, 24) ausbildet, die koaxial und axial beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei der elektrische Leiter (14) in jedem der wenigstens zwei Wicklungselemente (22, 24) wenigstens eine Windung der wenigstens einen Wicklung (12) ausbildet.
  2. Spulenanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest in einem der zwei Wicklungselemente (22, 24) wenigstens zwei Windungen zumindest teilweise radial übereinander angeordnet sind.
  3. Spulenanordnung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Windungen nach Art einer archimedischen Spule angeordnet sind.
  4. Spulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Wicklungselemente (22, 24) zwei radial beabstandete Wicklungselementanschlüsse aufweisen, wobei jeweilige Leiterenden des elektrischen Leiters der Wicklungselemente (22, 24) an einen jeweiligen der Wicklungselementanschlüsse angeschlossen sind.
  5. Spulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die bei benachbart angeordneten Wicklungselementen (22, 24) miteinander elektrisch verbundenen Wicklungselementanschlüsse in ihrer radialen Position gegenüberliegend zueinander angeordnet sind.
  6. Spulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest eines der wenigstens zwei Wicklungselemente (22, 24) einen Wicklungselementträger (42) aufweist.
  7. Spulenanordnung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Wicklungselementträger (42) den elektrischen Leiter des Wicklungselements (22, 24) zumindest teilweise radial einfasst.
  8. Spulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kühleinheit (20) ausgebildet ist, ein Kühlfluid in einen durch die beabstandeten Wicklungselemente (22, 24) gebildeten Raum (26) zu führen.
  9. Spulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch
    einen modularen Aufbau aus wenigstens zwei Wicklungsmodulen (28, 30), die koaxial und benachbart zueinander angeordnet sind, wobei ein jeweiliges der Wicklungsmodule (28, 30) wenigstens zwei Wicklungselemente (22, 24) umfasst.
  10. Spulenanordnung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Wicklungsmodul (28, 30) wenigstens zwei radial nach außen ragende Modulanschlüsse (32, 34) aufweist.
  11. Spulenanordnung nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Wicklungsmodul (28, 30) eine zentrale Öffnung (36) zum Anordnen eines Spulenkerns (38) aufweist.
  12. Spulenanordnung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Spulenkern (38) in axialer Richtung einen unmagnetischen Spalt, insbesondere einen Luftspalt, aufweist.
  13. Spulenanordnung nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der unmagnetische Spalt durch wenigstens zwei Einzelspalte (40) gebildet ist, die axial beabstandet zueinander angeordnet sind.
  14. Spulenanordnung nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der unmagnetische Spalt zumindest teilweise durch den Wicklungselementträger (42) ausgebildet ist.
  15. Wicklungsmodul (28, 30) der Spulenanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  16. Verfahren zum Herstellen einer Spulenanordnung (10) für einen Resonanzwandler, bei dem:
    - wenigstens eine Wicklung (12) aus einem elektrischen Leiter (14) gebildet wird, der eine Mehrzahl von voneinander elektrisch isolierten Einzelleitern umfasst, die nach Art einer Hochfrequenzlitze zueinander angeordnet sind, und
    - jeweilige Leiterenden der Einzelleiter an einem jeweiligen von zwei elektrischen Anschlüssen (16, 18) der wenigstens einen Wicklung (12) angeschlossen werden, um die jeweiligen Einzelleiter parallelzuschalten,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - aus dem wenigstens einen elektrischen Leiter (14) wenigstens zwei Wicklungselemente (24, 26) ausbildet werden, sodass der elektrische Leiter (14) in jedem der wenigstens zwei Wicklungselemente (24, 26) wenigstens eine Windung der wenigstens einen Wicklung (12) ausbildet, und
    - die wenigstens zwei Wicklungselemente (24, 26) koaxial und axial beabstandet zueinander angeordnet werden.
  17. Verfahren zum Herstellen eines Wicklungsmoduls (28, 30) für eine modular aufgebaute Spulenanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zum Ausbilden des Wicklungsmoduls (28, 30)
    - aus wenigstens einem elektrischen Leiter (14) wenigstens zwei Wicklungselemente (24, 26) ausbildet werden, sodass der elektrische Leiter (14) in jedem der wenigstens zwei Wicklungselemente (24, 26) wenigstens eine Windung von wenigstens einer Wicklung (12) der Spulenanordnung (10) ausbildet, wobei der wenigstens eine elektrische Leiter (14) eine Mehrzahl von voneinander elektrisch isolierten Einzelleitern umfasst, die nach Art einer Hochfrequenzlitze zueinander angeordnet sind,
    und
    - die wenigstens zwei Wicklungselemente (24, 26) koaxial und axial beabstandet zueinander angeordnet werden.
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