NL1036092C

NL1036092C - METHOD AND DEVICE FOR A MODULAR BUILT-IN TRANSFORMER

Info

Publication number: NL1036092C
Application number: NL1036092A
Authority: NL
Inventors: Mateo Jozef Jacques Mayer; Gerrit Oudakker
Original assignee: Tetradon B V; Cooeperatieve Vereniging Easymeasure U A
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-04-22

Description

Werkwijze en inrichting voor een modulair opgebouwde transformatorMethod and device for a modularly constructed transformer

Onderhavige vinding betreft een werkwijze of inrichting voor een modulair opgebouwde transformator gekenmerkt door tenminste een primaire, bij voorkeur spiraalgewonden, spoel aangebracht op een oppervlak, zoals een printplaat, en tenminste een secundaire 5 spiraalgewonden spoel die eveneens is aangebracht op een oppervlak al dan niet voorzien van ferriet ter koppeling van de spoelen. De spoelen of spoelcombinaties, die samen de transformator vormen, bestaan bij voorkeur uit losse stapelbare oppervlakken waarop contactpunten zijn aangebracht zodat na stapeling van de oppervlakken een transformator ontstaat. Op deze wijze kunnen in een en dezelfde produktielijn snel, nauwkeurig, 10 automatisch en reproduceerbaar transformators met verschillende eigenschappen worden geproduceerd. De eigenschappen van de transformator kunnen worden ingesteld aan de hand van de aard van de bouwstenen en de wijze waarop de bouwstenen worden gestapeld.The present invention relates to a method or device for a modularly constructed transformer characterized by at least one primary, preferably spiral wound, coil disposed on a surface, such as a printed circuit board, and at least one secondary spiral wound coil which is also mounted on a surface, whether provided or not. of ferrite for coupling the coils. The coils or coil combinations, which together form the transformer, preferably consist of loose stackable surfaces on which contact points are arranged so that a transformer is created after the surfaces are stacked. In this way transformers with different properties can be produced in one and the same production line quickly, accurately, automatically and reproducibly. The properties of the transformer can be set according to the nature of the building blocks and the way in which the building blocks are stacked.

15 Inleiding15 Introduction

In de electrotechniek in het algemeen en in (geschakelde) voedingen, de audiotechniek en radiotechniek in het bijzonder worden transformators veelvuldig toegepast. Volgens de huidige stand der techniek worden transformators geproduceerd door wikkeling van spoelen die vervolgens om een kern worden geplaatst. De eigenschappen van een transformator 20 worden onder meer bepaald door de dikte van het toegepaste koperdraad, het aantal windingen van de spoelen, de eigenschappen en geometrie van de toegepaste kern en de frequentie van de toegepaste wisselspanning. Ten opzichte van andere elektronische componenten is de produktie van transformatoren bewerkelijk. Het wikkelen van spoelen dient precies en zorgvuldig te gebeuren om de gewenste eigenschappen van een 25 transformator te waarborgen en kortsluiting te voorkomen.Transformers are frequently used in electrical engineering in general and in (switched) power supplies, audio technology and radio technology in particular. According to the current state of the art, transformers are produced by winding coils which are then placed around a core. The properties of a transformer 20 are determined inter alia by the thickness of the copper wire used, the number of turns of the coils, the properties and geometry of the core used and the frequency of the alternating voltage used. Compared to other electronic components, the production of transformers is laborious. The winding of coils must be done precisely and carefully to ensure the desired properties of a transformer and to prevent short circuits.

Onderhavige vinding betreft een werkwijze en inrichting voor een nieuw type modulair opgebouwde transformator die automatisch en goed reproduceerbaar kan worden geproduceerd en waarvan de eigenschappen kunnen worden ingesteld.The present invention relates to a method and device for a new type of modularly constructed transformer that can be produced automatically and well reproducibly and whose properties can be adjusted.

30 Technische beschrijving van onderhavige vindingTechnical description of the present invention

De technologie volgens de onderhavige vinding maakt bijvoorkeur gebruik van spiraalgewonden spoelen maar is daartoe niet beperkt. Figuur 1 geeft een schematische voorstelling van een spiraalgewonden spoel die geschikt is voor toepassing in onderhavige vinding. De spoel is bij voorkeur aangebracht op een dunne isolator zoals een printplaat en 35 kan qua geometrie uit rechte lijnen bestaan zoals in figuur 1 weergegeven of eenThe technology according to the present invention preferably uses spiral wound coils but is not limited thereto. Figure 1 gives a schematic representation of a spiral wound coil suitable for use in the present invention. The coil is preferably mounted on a thin insulator such as a printed circuit board and may consist of straight lines as shown in figure 1 in terms of geometry or a

Archimedes spiraal een andere geometrische figuur. In de huidige aanvrage wordt met de aanduiding spiraalgewonden spoel een platte spoel bedoeld met een Archimedes spiraal 1036092 2 en een geometrie zoals weergegeven in figuur 1 als niet beperkende voorbeelden.Archimedes spiral another geometric figure. In the present application, the term spiral wound coil means a flat coil with an Archimedes coil 1036092 2 and a geometry as shown in Figure 1 as non-limiting examples.

De spoel in figuur 1 heeft aansluitpunten 1 en 2 die ook als contactpunten kunnen dienen. Via deze aansluitpunten wordt de spoel verbonden met een elektrisch circuit of met andere spoelen. Aan de hand van figuur 1 wordt nu de technologie volgens onderhavige vinding 5 uitgelegd. Dit wordt gedaan aan de hand van een uit PCB's (Printed Circuit Board) opgebouwde modulaire transformator als niet beperkend voorbeeld.The coil in Figure 1 has connection points 1 and 2 which can also serve as contact points. The coil is connected via these connection points to an electrical circuit or to other coils. The technology according to the present invention 5 will now be explained with reference to Figure 1. This is done on the basis of a modular transformer constructed from PCBs (Printed Circuit Board) as a non-limiting example.

Dankzij moderne produktietechnieken is het mogelijk om bijvoorbeeld FR4 glasvezel epoxyprintplaten te produceren met meerdere lagen elektriciteit geleidende (koper)banen. Het is de vakman bekend dat printplaten met 10 lagen geleidende (koper)banen inmiddels 10 tot de industriële standaard behoren en dat dergelijke printplaten sofwarematig kunnen worden ontworpen met een lay-out file als resultaat. Gespecialiseerde produktiebedrijven kunnen aan de hand van een dergelijk lay-out file PCB's tegen lage kosten in massa produceren. Aangezien het mogelijk is om koperbanen op verschillende lagen elektrisch met elkaar te verbinden, kan met moderne PCB technieken een serieschakeling en / of een 15 parallelschakeling van spoelen worden gerealiseerd door spiraal gewonden spoelen die op meerdere lagen van een printplaat zijn aangebracht met elkaar te verbinden. In analogie met het voorbeeld in figuur 1 kunnen een of meerdere contactpunten op de bovenzijde en / of onderzijde van de PCB worden aangebracht zodat bij stapeling van dergelijke PCB's een of meerdere spoelen die zich op de betreffende PCB's bevinden in serie en / of parallel 20 worden geschakeld. Op deze wijze is het mogelijk om met een beperkt aantal bouwstenen (verschillende PCB's) door stapeling een scala aan transformators met verschillende eigenschappen te bouwen. Door op een PCB, dat optioneel meerdere functionele lagen bevat, meerdere contactpunten op de onderzijde en / of bovenzijde aan te brengen, kan de functionaliteit van de PCB's nog verder worden vergroot. Op deze wijze is het namelijk 25 mogelijk om, door rotatie van de PCB's die worden gestapeld ten opzichte van elkaar, verschillende spoelen die op de PCB's aanwezig zijn in serie en / of parallel te schakelen of juist helemaal niet te gebruiken.Thanks to modern production techniques, it is possible, for example, to produce FR4 fiberglass epoxy printed circuit boards with multiple layers of conductive (copper) webs. It is known to those skilled in the art that printed circuit boards with 10 layers of conductive (copper) webs now belong to the industrial standard and that such printed circuit boards can be designed in software with a layout file as a result. With the help of such a layout file, specialized production companies can mass-produce PCBs at low costs. Since it is possible to electrically connect copper conductors on different layers, with modern PCB techniques a series connection and / or a parallel connection of coils can be realized by connecting spiral-wound coils arranged on several layers of a printed circuit board. In analogy with the example in figure 1, one or more contact points can be provided on the top and / or bottom of the PCB so that when stacking such PCBs one or more coils located on the PCBs in question become serial and / or parallel. switched. In this way it is possible to build a range of transformers with different properties with a limited number of building blocks (different PCBs) by stacking. By providing multiple contact points on the bottom and / or top on a PCB, which optionally contains several functional layers, the functionality of the PCBs can be further increased. In this way it is namely possible, by rotation of the PCBs that are stacked with respect to each other, to connect different coils present on the PCBs in series and / or in parallel or not to use them at all.

Nu de basis van onderhavige vinding is uiteengezet wordt, zonder hiermee enige beperking in de draagwijdte van onderhavige vinding aan te brengen, een aantal uitvoeringsvormen 30 besproken.Now that the basis of the present invention has been explained, without introducing any limitation in the scope of the present invention, a number of embodiments are discussed.

In een eerste uitvoeringsvorm wordt een aantal PCB's geproduceerd die elk tenminste een spiraalgewonden spoel bevatten en contactpunten om deze spiraalgewonden spoel elektrisch te verbinden met een elektrische schakeling dan wel met een of meerdere spoelen op een ander PCB. Door PCB's te stapelen wordt tenminste een primaire 35 spoel(combinatie) gemaakt en tenminste een secundaire spoel(combinatie). De primaire en de secundaire spoelen zijn galvanisch gescheiden. Bij voorkeur in het hart van de contactpunten wordt een gat geboord waardoorheen een metalen geleider zoals een draad 3 kan worden gestoken. Door de draad dunner te kiezen dan de diameter van het gat kunnen de contactpunten van de verschillende gestapelde PCB's aan elkaar gesoldeerd worden. Hiertoe kan men bijvoorbeeld soldeertin tussen de draad en gaten in de PCB's laten vloeien. Opgemerkt wordt dat deze fixatie weliswaar extra stevigheid verschaft en enige 5 bescherming biedt tegen corrosie in extreme omstandigheden maar niet noodzakelijk is voor een goede werking van de transformator.In a first embodiment, a number of PCBs are produced, each containing at least one spiral wound coil and contact points to electrically connect this spiral wound coil to an electrical circuit or to one or more coils on a different PCB. By stacking PCBs, at least one primary coil (combination) is made and at least one secondary coil (combination). The primary and secondary coils are galvanically isolated. A hole is preferably drilled in the center of the contact points through which a metal conductor such as a wire 3 can be inserted. By choosing the wire thinner than the diameter of the hole, the contact points of the different stacked PCBs can be soldered together. For this purpose, solder tin can for example flow between the wire and holes in the PCBs. It is noted that, although this fixation provides extra strength and offers some protection against corrosion in extreme conditions, it is not necessary for the transformer to function properly.

In een tweede uitvoeringsvorm wordt in de printplaten tenminste een gat geboord. Vervolgens wordt een mechanische constructie met tenminste een as gemaakt en wordt deze constructie gebruikt om de printplaten te stapelen en ten opzichte van elkaar te 10 fixeren. Hiertoe worden de printplaten om de as(sen) aangebracht door de as(sen) door de printplaten te steken en de printplaten te stapelen. Bij voorkeur zijn de assen en de gaten op de PCB's zodanig aangebracht dat de PCB’s onder verschillende rotatiehoeken ten opzichte van elkaar gestapeld kunnen worden zodat met een beperkt aantal PCB's een groot aantal verschillende transformators kan worden geproduceerd.In a second embodiment, at least one hole is drilled in the printed circuit boards. Subsequently a mechanical construction with at least one axis is made and this construction is used to stack the printed circuit boards and to fix them relative to each other. To this end, the printed circuit boards are mounted around the axis (s) by inserting the axis (s) through the printed circuit boards and stacking the printed circuit boards. Preferably the shafts and holes are arranged on the PCBs in such a way that the PCBs can be stacked at different angles of rotation relative to each other so that a large number of different transformers can be produced with a limited number of PCBs.

15 In een derde uitvoeringsvorm wordt een ferrietcoating aangebracht op de PCB's en / of wordt tenminste een gat in de PCB’s aangebracht waarin tenminste een ferrietstaaf wordt geplaatst en / of wordt ferriet in de PCB’s verwerkt en / of worden de spoelen gekoppeld middels transformatorlamellen die zich tenminste ten dele in gaten in de PCB’s bevinden en / of worden ringvormige ferrietkernen gebruikt om de verschillende spiraalgewonden 20 spoelen te koppelen.In a third embodiment, a ferrite coating is applied to the PCBs and / or at least one hole is provided in the PCBs in which at least one ferrite rod is placed and / or ferrite is processed in the PCBs and / or the coils are coupled by transformer lamellae that are at least partially in holes in the PCBs and / or annular ferrite cores are used to couple the different coil wound coils.

In een vierde uitvoeringsvorm worden de primaire en secundaire spoelen gekoppeld door gebruik te maken van afgestemde kringen. Dit kan worden gerealiseerd door in de primaire en secundaire spoelen tenminste een condensator op te nemen waardoor seriekringen en / of parallelkringen ontstaan.In a fourth embodiment, the primary and secondary coils are coupled using tuned circuits. This can be achieved by including at least one capacitor in the primary and secondary coils, as a result of which series circuits and / or parallel circuits are created.

25 In een vijfde uitvoeringsvorm worden de windingen van de spoelen en / of tussen de spoelen bewust zo dicht bijelkaar geplaatst dat de hierdoor geïntroduceerde capaciteit voldoende is om afgestemde kringen te laten ontstaan zodat het plaatsen van condensators als separate elektronische componenten overbodig is.In a fifth embodiment, the windings of the coils and / or between the coils are deliberately placed so close to each other that the capacity introduced thereby is sufficient to create coordinated circuits so that the placing of capacitors as separate electronic components is unnecessary.

Voorbeeld 1 30 Een Voltcraft Universal System MS9160 functiegenerator / frequentie teller wordt aangesloten op een Raveland XCA 700 audio versterker. De uitgang van deze audioversterker wordt aangesloten op een Amplimo LT0604 Quality audio transformer. De verhouding van het aantal windingen van de primaire spoel en de secundaire spoel is voor deze audiotransformator ongeveer gelijk aan tien: Nprimair / Nsecundair = 10. De 35 secundaire wikkeling van de audiotransformator wordt op de uitgang van de versterker aangesloten. De primaire wikkeling van de audiotransformator, die tijdens de experimenten een effectieve wisselspanning Veff voerde van circa 100 Volt, wordt aangesloten op een 4 serieschakeling van twee spiraalgewonden spoelen die elk de vorm van een Archimedes spiraal hebben. Elk van deze spoelen bevindt zich op een printplaat van 200 mm X 200 mm, heeft een diameter van 180 mm en bestaat uit 100 windingen. De inductiviteit L [H] van elke individuele spoel is 780 μΗ. De spoelen worden gestapeld. Op een derde 5 spiraalgewonden spoel die zich op een printplaat bevindt van 116 mm X 116 mm, een diameter heeft van 106 mm, uit 41 windingen bestaat, de vorm heeft van de spoel uit figuur 1 en een primaire zelfinductie L [H] heeft van 100 μΗ, wordt aangesloten op een lampje van het type "OSRAM 6-7 Volt / 2 Watt". Vervolgens wordt deze derde kleinere spoel tussen de 2 grote spoelen die in serie zijn geschakeld geplaatst. Op deze wijze wordt een 10 transformator verkregen met een primaire winding die uit de serieschakeling van de 2 grote spoelen bestaat en een secundaire winding die uit de kleine spoel bestaat. Verder leidt plaatsing van de secundaire spoel tussen de 2 in serie geschakelde primaire spoelen tot een sterke koppeling tussen de primaire en de secundaire spoelen. Vervolgens wordt de functiegenerator aangezet en ingesteld op een frequentie van 67.5 kHz. Hierna wordt de 15 audioversterker ingeschakeld. Het lampje gaat fel branden waarmee bewezen is dat een transformator volgens het principe van onderhavige vinding werkt. Bij verhoging van de frequentie van de wisselspanning gaat de lamp minder fel branden. Bij verlaging van de frequentie van de wisselspanning gaat de lamp eveneens minder fel branden en worden de primaire spoelen warm. Het frequentiegebied waarin het lampje goed brandt is relatief 20 breed en bedraagt circa 20 kHz tot 100 kHz. Het is voor de vakman duidelijk dat de in dit voorbeeld beschreven transformator verre van optimaal functioneert en dat verbetering mogelijk is door aanpassing van het ontwerp. Het voorbeeld toont echter duidelijk de werking van het principe van onderhavige vinding aan.Example 1 A Voltcraft Universal System MS9160 function generator / frequency counter is connected to a Raveland XCA 700 audio amplifier. The output of this audio amplifier is connected to an Amplimo LT0604 Quality audio transformer. The ratio of the number of turns of the primary coil and the secondary coil for this audio transformer is approximately equal to ten: Nprimair / Nsecundair = 10. The secondary winding of the audio transformer is connected to the output of the amplifier. The primary winding of the audio transformer, which applied an effective alternating voltage Veff of approximately 100 Volts during the experiments, is connected to a 4 series connection of two spiral wound coils, each of which is in the form of an Archimedes coil. Each of these coils is located on a printed circuit board of 200 mm X 200 mm, has a diameter of 180 mm and consists of 100 turns. The inductance L [H] of each individual coil is 780 μΗ. The coils are stacked. On a third coil wound coil located on a circuit board of 116 mm X 116 mm, has a diameter of 106 mm, consists of 41 turns, has the shape of the coil of figure 1 and has a primary inductance L [H] of 100 μΗ, is connected to a light of the "OSRAM 6-7 Volt / 2 Watt" type. This third smaller coil is then placed between the 2 large coils connected in series. In this way a transformer is obtained with a primary winding consisting of the series connection of the 2 large coils and a secondary winding consisting of the small coil. Furthermore, placement of the secondary coil between the 2 primary coils connected in series leads to a strong coupling between the primary and secondary coils. The function generator is then switched on and set to a frequency of 67.5 kHz. The audio amplifier is then switched on. The light comes on brightly, proving that a transformer works according to the principle of the present invention. When the frequency of the alternating voltage is increased, the lamp will burn less brightly. When the frequency of the alternating voltage is reduced, the lamp also lights up less brightly and the primary coils become warm. The frequency range in which the light is well lit is relatively 20 wide and amounts to approximately 20 kHz to 100 kHz. It is clear to those skilled in the art that the transformer described in this example is far from functioning optimally and that improvement is possible by adapting the design. However, the example clearly demonstrates the operation of the principle of the present invention.

Voorbeeld 2 25 Bij deze proef wordt dezelfde opstelling als in voorbeeld 1 gebruikt. Het lampje wordt losgekoppeld van de secundaire spoel, er wordt een condensator met een capaciteit van 100 nF /100 V in serie met het lampje geschakeld en deze serieschakeling van lampje en condensator wordt aansloten op de secundaire spoel. De frequentiegenerator en de audioversterker worden weer aangezet en ingesteld op een frequentie van 67.5 kHz. Het 30 lampje brandt nu duidelijk feller ten opzichte van de situatie in voorbeeld 1 dat geen condensator in het serie met het lampje was geschakeld. Bij verhoging van de frequentie van de wisselspanning van 67.5 kHz naar 71.3 kHz gaat het lampje nog feller branden. Bij wisselspanningen met een frequentie hoger dan 71.3 kHz brandt het lampje weer zwakker. Hiermee is aangetoond dat de werking van een transformator volgens onderhavige vinding 35 kan worden verbeterd door in het secundaire circuit van de transformator een condensator op te nemen zodat een kring ontstaat. Het is voor de vakman duidelijk dat toepassing van 2 afstemde kringen, dus een kring in het primaire circuit en een kring in het secundaire circuit 5 tot een verdere efficiencyverbetering leidt.Example 2 In this test the same arrangement as in Example 1 is used. The lamp is disconnected from the secondary coil, a capacitor with a capacity of 100 nF / 100 V is connected in series with the lamp and this series connection of lamp and capacitor is connected to the secondary coil. The frequency generator and the audio amplifier are switched on again and set to a frequency of 67.5 kHz. The lamp now clearly lights up brighter compared to the situation in example 1 that no capacitor in the series with the lamp was connected. When the frequency of the alternating voltage is increased from 67.5 kHz to 71.3 kHz, the light will illuminate even brighter. With alternating voltages with a frequency higher than 71.3 kHz, the light is dimmer again. This shows that the operation of a transformer according to the present invention can be improved by including a capacitor in the secondary circuit of the transformer, so that a circuit is formed. It is clear to the person skilled in the art that the use of 2 tuned circuits, i.e. a circuit in the primary circuit and a circuit in the secondary circuit 5, leads to a further efficiency improvement.

Voorbeeld 3Example 3

Bij deze proef wordt dezelfde opstelling als in voorbeeld 1 gebruikt. De frequentie van de functiegenerator wordt ingesteld op 67.5 kHz en de audioversterker wordt ingeschakeld.The same arrangement as in Example 1 is used in this test. The frequency of the function generator is set to 67.5 kHz and the audio amplifier is switched on.

5 Het lampje dat op de secundaire spoel is aangesloten gaat nu branden. Vervolgens wordt een cilindervormige ferrietstaaf genomen van een type dat in de hoogfrequente radiotechnologie wordt toegepast ter vervaardiging van baluns. De lengte van de ferrietstaaf bedraagt 20 cm en de diameter bedraagt 1 cm. Deze ferrietstaaf wordt op bovenste printplaat van de primaire spoel geplaatst (de as van de ferrietstaaf is dan 10 horizontaal en de ferrietstaaf rust dus met zijn gehele lengte op de printplaat). De lamp gaat nu feller branden. Vervolgens wordt de ferrietstaaf opgetild en langzaam van de bovenste primaire spoel verwijderd. Naarmate de afstand van de ferrietstaaf tot de spoel groter wordt, gaat het lampje minder fel branden. Indien de afstand van de ferrietstaaf tot de tweede secundaire spoel meer dan circa 5 cm bedraagt, is geen invloed van aanwezigheid van de 15 ferrietstaaf op de intensiteit waarmee het lampje brandt zichtbaar. Indien de proef wordt herhaald waarbij 5 ferrietstaven tegelijkertijd op de printplaat worden geplaatst en er vandaan worden bewogen zijn de waargenomen effecten groter. Hiermee is duidelijk aangetoond dat de werking van een transformator volgens onderhavige vinding kan worden verbeterd door gebruik van ferriet. Dit ferriet kan in de printplaten worden verwerkt dan wel 20 in de vorm van staven of andere mechanische constructies worden aangebracht in en / of om de spoelen die onderdeel uitmaken van de transformator.5 The light connected to the secondary coil now lights up. A cylindrical ferrite rod is then taken of a type used in high-frequency radio technology for the manufacture of baluns. The length of the ferrite rod is 20 cm and the diameter is 1 cm. This ferrite rod is placed on the upper circuit board of the primary coil (the axis of the ferrite rod is then horizontal and the ferrite rod therefore rests with its entire length on the circuit board). The lamp will now burn brighter. The ferrite rod is then lifted and slowly removed from the upper primary coil. The longer the distance from the ferrite rod to the coil, the less bright the light comes on. If the distance from the ferrite rod to the second secondary coil is more than approximately 5 cm, no influence of the presence of the ferrite rod on the intensity with which the lamp lights up is visible. If the test is repeated in which 5 ferrite bars are placed simultaneously on the printed circuit board and moved away from it, the observed effects are greater. This clearly demonstrates that the operation of a transformer according to the present invention can be improved by the use of ferrite. This ferrite can be incorporated in the printed circuit boards or in the form of bars or other mechanical constructions arranged in and / or around the coils that form part of the transformer.

Voorbeeld 4Example 4

25 Het lampje dat op de secundaire spoel is aangesloten gaat nu branden. Vervolgens wordt een tweede secundaire spoel genomen. Deze tweede secundaire spoel bestaat uit een stapeling van drie printplaten waarvan de spoelen in serie zijn geschakeld. Elke individuele printplaat heeft afmetingen van 116 mm X116 mm, en bevat een spoel met een diameter van 106 mm, met 41 windingen, de vorm uit figuur 1 en een primaire zelfmductie L [H] van 30 100 pH. Op de stapeling van deze drie spoelen in serie wordt een LED lamp aangesloten van het type "Gamma, GU10,15 LED, 230V11 Watt". Vervolgens wordt de stapeling van deze 3 spoelen op de de bovenste primaire spoel van de opstelling gelegd. De LED lamp gaat nu fel branden terwijl ook het Osram lampje brandt, dat nog steeds op de eerste secundaire spoel, die zich tussen beide primaire spoelen bevindt, is aangesloten. Hiermee 35 is eenduidig aangetoond dat door stapeling van spoelen volgens onderhavige vinding op eenvoudige wijze ingewikkelde transformators kunnen worden geproduceerd.25 The light connected to the secondary coil now lights up. A second secondary coil is then taken. This second secondary coil consists of a stack of three printed circuit boards, the coils of which are connected in series. Each individual circuit board has dimensions of 116 mm X116 mm, and contains a coil with a diameter of 106 mm, with 41 turns, the shape of figure 1 and a primary self-induction L [H] of 100 pH. An LED lamp of the "Gamma, GU10.15 LED, 230V11 Watt" type is connected to the stacking of these three coils. Next, the stacking of these 3 coils is placed on the upper primary coil of the arrangement. The LED lamp now lights brightly while the Osram lamp also lights up, which is still connected to the first secondary coil, which is located between the two primary coils. With this it is unequivocally demonstrated that by stacking coils according to the present invention, complicated transformers can be produced in a simple manner.

66

Voorbeeld 5Example 5

Het lampje dat op de secundaire spoel is aangesloten gaat nu branden. Vervolgens wordt 5 een stuk draad, in dit geval een stuk soldeertin, omgebogen tot een winding met een diameter van circa 14 cm. Deze enkele winding wordt bovenop de tweede printplaat van de primaire spoel gelegd. Het lampje dat op de eerste secundaire spoel is aangesloten gaat nu minder fel branden. De tweede secundaire spoel die wordt gevormd door het stuk draad dat uit een enkele winding bestaat wordt warm. Hiermee is wederom aangetoond dat het 10 transformator systeem volgens onderhavige vinding werkt en verder dat het concept volgens onderhavige vinding kan worden toegepast in verwarmingssystemen.The light connected to the secondary coil now lights up. Subsequently, a piece of wire, in this case a piece of solder, is bent into a coil with a diameter of approximately 14 cm. This single turn is placed on top of the second circuit board of the primary coil. The light that is connected to the first secondary coil will now burn less brightly. The second secondary coil formed by the single-coil wire becomes hot. This again demonstrates that the transformer system works according to the present invention and further that the concept according to the present invention can be applied in heating systems.

Voorbeeld 6Example 6

In dit voorbeeld worden de functiegenerator en de audioversterker uit voorbeeld 1 gebruikt. De eindtrap van de audioversterker wordt aangesloten op een spiraalgewonden spoel met 15 een diameter van 59 cm, 79 windingen van dik geïsoleerd koperdraad met een dikte van circa 2 mm die in serie is geschakeld met een condensator die een capaciteit heeft van 1 microfarad en bestand is tegen een spanning van 500 V bij wisselspanning. De functiegenerator wordt ingesteld op een frequentie van 5.1 kHz en de audioversterker wordt ingeschakeld. Na circa 10 minuten is de spiraalgewonden spoel niet warm geworden.In this example, the function generator and the audio amplifier from example 1 are used. The output stage of the audio amplifier is connected to a coil wound coil with a diameter of 59 cm, 79 turns of thick insulated copper wire with a thickness of approximately 2 mm that is connected in series with a capacitor that has a capacity of 1 microfarad and is resistant against a voltage of 500 V with alternating voltage. The function generator is set to a frequency of 5.1 kHz and the audio amplifier is switched on. The coil wound coil has not become warm after about 10 minutes.

20 Vervolgens wordt een vierkante spoel die uit 1 winding bestaat en die is gemaakt van 12 mm diameter koperen waterleiding bovenop de spiraalgewonden spoel geplaatst. Na circa 5 minuten is de koperen vierkante spoel opgewarmd van een temperatuur van circa 18 graden Celsius naar een temperatuur van circa 85 graden Celsius. Dit voorbeeld toont aan dat een verwarmingssysteem bestaande uit een functiegenerator, een audioversterker en 25 spiraalgewonden spoelen zeer efficient is. Opgemerkt wordt verder dat het systeem uitstekend werkt indien de functiegenerator blokspanningen opwekt. Dit betekent dat een verwarmingssysteem volgens onderhavige vinding kan bestaan uit een 555 timer, een audioversterker en een spiraalgewonden spoel. Het is voor de vakman duidelijk dat een dergelijk systeem tegen lage kosten en zeer eenvoudig in massa kan worden 30 geproduceerd. Verder wordt opgemerkt dat dit systeem als compact en plat verwarmingssysteem van water kan dienen en dus ook geschikt is voor inbouw in muren of panelen.Subsequently, a square coil consisting of 1 coil and made of 12 mm diameter copper water pipe is placed on top of the spiral wound coil. After approximately 5 minutes the copper square coil is heated from a temperature of approximately 18 degrees Celsius to a temperature of approximately 85 degrees Celsius. This example shows that a heating system consisting of a function generator, an audio amplifier and coil wound coils is very efficient. It is further noted that the system works excellent if the function generator generates block voltages. This means that a heating system according to the present invention can consist of a 555 timer, an audio amplifier and a coil wound coil. It is clear to the skilled person that such a system can be mass-produced at a low cost and very easily. It is further noted that this system can serve as a compact and flat water heating system and is therefore also suitable for installation in walls or panels.

Nu de werking van uitvoeringsvormen een t/m vijf uitvoerig is aangetoond aan de hand van de voorbeelden, wordt een aantal aanvullende uitvoeringsvormen en commerciële 35 toepassingen besproken.Now that the operation of embodiments one through five has been extensively demonstrated with reference to the examples, a number of additional embodiments and commercial applications are discussed.

In een zesde uitvoeringsvorm wordt de werking van transformators volgens onderhavige vinding verbeterd door een ferriet coating op de spiraalgewonden spoel aan te brengen.In a sixth embodiment, the operation of transformers according to the present invention is improved by applying a ferrite coating to the spiral wound coil.

77

Deze ferrietcoating bestaat uit ferromagnetische deeltjes die in een verf of lijm gedispergeerd zijn en die op het oppervlak van de spoelen worden aangebracht.This ferrite coating consists of ferromagnetic particles that are dispersed in a paint or glue and that are applied to the surface of the coils.

In een zevende uitvoeringsvorm worden transformators met stapelbare componenten volgens onderhavige uitvinding gecombineerd met klassieke cilindrische spoelen waarbij 5 deze klassieke cilindrische spoelen ook stapelbaar zijn en waarbij de cilinder van deze spoelen optioneel gevuld is met een kern zodat een stapelbaar spoelsysteem ontstaat. Dergelijke klassieke cilindrische spoelbouwstenen zijn bij voorkeur in een hars gegoten zodat eenvoudige stapelbare driedimensionale strukturen worden verkregen, zoals blokken. Deze structuren bevatten net als de printplaten met spiraalgewonden spoelen volgens 10 onderhavige vinding contactpunten. Door stapeling van deze blokken, al dan niet gecombineerd met printplaten die contactpunten en spiraalgewonden spoelen bevatten, kunnen transformators met zeer uiteenlopende eigenschappen worden geproduceerd. Belangrijk voordeel is dat gebruik kan worden gemaakt van een standaard voorraad aan basisbouwstenen en dat een transformator op specificatie van de klant inelkaar wordt 15 gezet. Feitelijk worden op deze wijze het produktieproces van de bouwstenen en van de transformators losgekoppeld. Opgemerkt wordt dat ook uitsluitend bouwstenen van klassieke, al dan niet cilindrische, spoelen met kern kunnen worden gebruikt ter verkrijging van een transformator. Dergelijke transformators maken nadrukkelijk ook deel uit van onderhavige vinding.In a seventh embodiment, transformers with stackable components according to the present invention are combined with classical cylindrical coils, wherein these classical cylindrical coils are also stackable and wherein the cylinder of these coils is optionally filled with a core so that a stackable coil system is created. Such classical cylindrical coil building blocks are preferably cast in a resin so that simple stackable three-dimensional structures, such as blocks, are obtained. Like the printed circuit boards with spiral wound coils according to the present invention, these structures contain contact points. By stacking these blocks, whether or not combined with printed circuit boards containing contact points and coil wound coils, transformers with very different properties can be produced. An important advantage is that use can be made of a standard stock of basic building blocks and that a transformer is put together according to the customer's specifications. In fact, the production process of the building blocks and of the transformers are disconnected in this way. It is noted that only building blocks of classical, whether or not cylindrical, coils with a core can be used to obtain a transformer. Such transformers are expressly also part of the present invention.

20 In een achtste uitvoeringsvorm wordt een van de systemen volgens onderhavige vinding toegepast als verwarmingssysteem. Een dergelijk verwarmingssysteem kan op chipnivo, dus in de lengteschaal van micrometers tot millimeters worden toegepast, bijvoorbeeld in sensoren. Echter ook op grote schaal en bij grote vermogens van enkele Watts tot enkele honderden kilowatts kan het principe van onderhavige vinding worden toegepast. Als niet 25 limiterend voorbeeld wordt de verwarming van kogellagersystemen ten behoeve van montage, demontage en onderhoud genoemd. Hierbij dient een kogellager als enkele winding. Indien dit kogellager op een transformator volgens onderhavige vinding en / of een spiraalgewonden spoel wordt geplaatst, zal door inductie een grote stroom door het kogellager gaan lopen met als gevolg dat het kogellager opwarmt. Het is voor de vakman 30 duidelijk dat toepassing van spiraalgewonden spoelen voor opwarmsystemen grote constructietechnlsche voordelen heeft en ook bereikbaarheid van het op te warmen object groter maakt. Als niet limiterende voorbeelden worden in dit kader genoemd: het verwarmen van een terrarium door in dit terrarium een tegel of plat object met een spiraalgewonden spoel te leggen. Op deze wijze is het mogelijk om de bodem van een terrarium te 35 verwarmen zonder dat hiertoe elektriciteitsdraden in het terrarium aangebracht hoeven te worden. Een ander voorbeeld is vloerverwarming waarbij tegels zijn voorzien van secundaire spiraalgewonden spoelen. Toepassing van spiraalgewonden spoelen ter 8 verwarming van objecten waarbij deze objecten zelf spiraal gewonden spoelen bevatten of door hun geometrie zelf een spiraalgewonden spoel of een spoel met een winding zijn maakt nadrukkelijk deel uit van onderhavige vinding. Toepassing van stapelbare bouwstenen van spiraalgewonden spoelen In verwarmingssystemen zijn een bijzondere 5 uitvoeringsvorm van onderhavige vinding en nadrukkelijk een niet beperkend voorbeeld.In an eighth embodiment, one of the systems according to the present invention is used as a heating system. Such a heating system can be applied at chip level, i.e. in the length scale from micrometers to millimeters, for example in sensors. However, the principle of the present invention can also be applied on a large scale and at large capacities from a few Watts to a few hundred kilowatts. The heating of ball bearing systems for assembly, disassembly and maintenance is mentioned as a non-limiting example. A ball bearing serves as a single turn. If this ball bearing is placed on a transformer according to the present invention and / or a spiral wound coil, a large current will start to flow through the ball bearing due to induction, with the result that the ball bearing heats up. It is clear to the person skilled in the art that the use of spiral wound coils for heating systems has great structural advantages and also increases the accessibility of the object to be heated. In this context, the following are cited as non-limiting examples: heating a terrarium by placing a tile or flat object with a coil wound coil in this terrarium. In this way it is possible to heat the bottom of a terrarium without the need for installing electric wires in the terrarium. Another example is underfloor heating in which tiles are provided with secondary spiral wound coils. Use of spiral wound coils for heating objects in which these objects themselves contain spiral wound coils or because of their geometry themselves are a spiral wound coil or a coil with a coil is explicitly part of the present invention. Application of stackable building blocks of spiral wound coils In heating systems, a special embodiment of the present invention and expressly a non-limiting example.

In een negende uitvoeringsvorm wordt een energie-overdragend systeem volgens onderhavige vinding, waaronder een verwarmingssysteem, een verlichting of een ander elektrische energie consumerend apparaat gevoed met een commercieel verkrijgbare audioversterker. De ingang van de audioversterker is aangesloten op een functiegenerator.In a ninth embodiment, an energy transferring system according to the present invention, including a heating system, a lighting or other electrical energy consuming device, is powered with a commercially available audio amplifier. The input of the audio amplifier is connected to a function generator.

10 Een goedkoop en zeer effectief voorbeeld van een dergelijke functiegenerator is een schakeling gebaseerd op een 555 timer IC.A cheap and very effective example of such a function generator is a circuit based on a 555 timer IC.

In een tiende uitvoeringsvorm wordt op een oppervlak een spiraalgewonden spoel aangebracht. Vervolgens wordt een wisselspanning op de spiraalgewonden spoel gezet en wordt een metalen object, bijvoorbeeld een plaat, op de spiraalgewonden spoel geplaatst. 15 In de metalen plaat gaan wervelstromen lopen en bij de juiste frequentie van de wisselspanning raakt het object in trilling. Zo blijkt het mogelijk om een metalen plaat met afmetingen van 150 mm X 150 mm, die op een printplaat van 200 mm X 200 mm wordt geplaatst voorzien van een spiraalgewonden spoel met een diameter van 180 mm, 100 windingen en een inductiviteit van 780 μΗ in ultrasone trilling te brengen indien op de spoel 20 een blokspanning met een frequentie van 50 kHz wordt gezet. Het toepassen van spiraalgewonden spoelen om oppervlakken in ultrasone trilling te brengen en op deze wijze een transducer te verkrijgen maakt nadrukkelijk deel uit van onderhavige vinding. Een bijzondere toepassing van dergelijke ultrasone systemen is het desinfecteren van oppervlakken, met name oppervlakken waarop de spiraalgewonden spoel zich bevindt. Als 25 niet beperkend voorbeeld wordt een systeem van platte zonnecellen genoemd dat op het water drijft. Op de achterkant van deze zonnecellen zijn spoelen gedrukt en van tijd tot tijd worden de zonnecellen in ultrasone trilling gebracht om het oppervlak te reinigen. Hierdoor wordt voorkomen dat het oppervlak verontreinigd raakt door scaling of biofouling. Het is voor de vakman duidelijk dat dergelijke constructies ook in membraaninstallaties kunnen 30 worden aangebracht, hetzij op het membraan, hetzij in de membraanbehuizing. Op deze wijze kan dan biofouling van membranen worden voorkomen hetgeen de levensduur van membranen in waterzuiveringsprocessen verlengd en het energieverbruik per liter geproduceerd water verlaagd. Ook het toepassen van systemen met spiraalgewonden spoelen ter verkrijging van luidsprekers in audiotoepassingen maakt nadrukkelijk deel uit 35 van onderhavige vinding.In a tenth embodiment, a spiral wound coil is applied to a surface. An alternating voltage is then applied to the spiral wound coil and a metal object, for example a plate, is placed on the spiral wound coil. Eddy currents start to flow in the metal plate and the object vibrates at the correct frequency of the alternating voltage. For example, it appears to be possible to insert a metal plate with dimensions of 150 mm X 150 mm, which is placed on a printed circuit board of 200 mm X 200 mm, with a coil wound coil with a diameter of 180 mm, 100 turns and an inductance of 780 μΗ. to bring ultrasonic vibration if a block voltage with a frequency of 50 kHz is applied to the coil 20. The use of spiral wound coils to bring surfaces into ultrasonic vibration and thus obtain a transducer is emphatically part of the present invention. A special application of such ultrasonic systems is the disinfection of surfaces, in particular surfaces on which the spiral wound coil is located. A system of flat solar cells floating on the water is mentioned as a non-limiting example. Coils are printed on the back of these solar cells and from time to time the solar cells are brought into ultrasonic vibration to clean the surface. This prevents the surface from being contaminated by scaling or biofouling. It is clear to the skilled person that such constructions can also be applied in membrane installations, either on the membrane or in the membrane housing. Biofouling of membranes can then be prevented in this way, which extends the service life of membranes in water purification processes and reduces the energy consumption per liter of water produced. The use of spiral wound coil systems to obtain loudspeakers in audio applications is also an explicit part of the present invention.

In een elfde uitvoeringsvorm worden spiraalgewonden spoelen voor het overdragen van hoge vermogens geconstrueerd door uitgaande van vlakke metalen platen, deze platen 9 door middel van een laser zodanig te snijden dat een spiraalgewonden spoel overblijft. Dergelijke spiraalgesneden spoelen zijn uitermate geschikt voor vermogensoverdracht naar te verwarmen objecten. Desgewenst kunnen dergelijke spiraalgesneden spoelen in hars worden gegoten waardoor elektrisch geïsoleerde goed hanteerbare platen worden 5 verkregen. Deze techniek voor de produktie van spoelen ter overdraging van grote vermogens maakt nadrukkelijk deel uit van onderhavige vinding.In an eleventh embodiment, coil-wound coils for transferring high power are constructed by laser-cutting these plates 9 so that a coil-wound coil remains. Such coil-cut coils are extremely suitable for power transfer to objects to be heated. If desired, such spiral-cut coils can be cast in resin, whereby electrically insulated, well-manageable plates are obtained. This technique for the production of coils for transferring large power forms an explicit part of the present invention.

In een twaalfde uitvoeringsvorm worden oppervlakken met spiraalgewonden spoelen op een zodanige wijze ten opzichte van elkaar in een vloeistof geplaatst dat na aansluiting van deze spoelen op een wisselspanningsbron het water in trilling wordt gebracht en dat door 10 de positie van de oppervlakken met spoelen ten opzichte van elkaar het water wordt verplaatst. Het netto resultaat is een vloeistofpomp. Het is voor de vakman duidelijk dat door middel van computergestuurde elektrische belasting van elk van de spoelen in het water waarbij gebruik wordt gemaakt van interferentie, fasenverschillen en amplitudeverschillen de werking van een dergelijke nieuwe vloeistofpomp kan worden 15 geoptimaliseerd, geregeld en worden bijgesteld in geval van veranderende vloeistofeigenschappen. De toepassing van spiraalgewonden spoelen ter verkrijging van een vloeistofpomp maakt nadrukkelijk deel uit van onderhavige vinding.In a twelfth embodiment, surfaces with coil wound coils are placed in a liquid relative to each other in such a way that after connecting these coils to an alternating voltage source the water is made to vibrate and that the position of the surfaces with coils relative to the water is moved together. The net result is a liquid pump. It is clear to the person skilled in the art that by means of computer-controlled electrical load of each of the coils in the water using interference, phase differences and amplitude differences, the operation of such a new liquid pump can be optimized, controlled and adjusted in the case of changing fluid properties. The use of spiral wound coils to obtain a liquid pump is emphatically part of the present invention.

In een dertiende uitvoeringsvorm worden spiraalgewonden spoelen op een oppervlak aangebracht om dit oppervlak tegen corrosie te beschermen. Als niet beperkende 20 voorbeelden worden sluisdeuren, damwanden en schepen genoemd. Zonder hiermee enige beperking in de draagwijdte van onderhavige vinding aan te brengen hebben de uitvinders van onderhavige vinding de volgende verklaring voor de corrosieremmende eigenschappen van een op een wisselspanning aangesloten spiraalgewonden spoel die zich op een metaaloppervlak bevindt: de wisselspanning introduceert wervelstromen in het metaal.In a thirteenth embodiment, coil wound coils are applied to a surface to protect this surface against corrosion. Locking doors, sheet piling and ships are mentioned as non-limiting examples. Without thereby limiting the scope of the present invention, the inventors of the present invention have the following explanation for the corrosion-inhibiting properties of a coil-wound coil connected to an alternating voltage and located on a metal surface: the alternating voltage introduces eddy currents into the metal.

25 Hierdoor worden adsorptie en desorptiemechanismen van ionen verstoord en gaan metaalionen minder snel in oplossing omdat in de negatieve alternantie van de wisselspanning het metaalion weer wordt omgezet in metaal. Een tweede gevolg van de wervelstroom is dat micro-organismen zich minder goed kunnen hechten aan het oppervlak met als gevolg dat geen biofouling en dus ook geen biocorrosie optreedt.As a result, adsorption and desorption mechanisms of ions are disrupted and metal ions go into solution less quickly because in the negative alternance of the alternating voltage the metal ion is converted back to metal. A second consequence of the eddy current is that microorganisms are less able to adhere to the surface with the result that no biofouling and therefore no biocorrosion occurs.

30 Tot slot wordt opgemerkt dat de transformators volgens onderhavige vinding die uit stapelbare spiraalgewonden spoelen bestaan uitermate geschikt zijn als hoogspanningstransformator. Dit komt door de grote reproduceerbaarheid waarmee de transformators volgens onderhavige vinding kunnen worden geproduceerd en door de zeer goede eigenschappen van de printplaten die als dielektricum dienen en een extreem hoge 35 doorslagspanning hebben.Finally, it is noted that the transformers according to the present invention which consist of stackable coil wound coils are extremely suitable as a high-voltage transformer. This is due to the high reproducibility with which the transformers according to the present invention can be produced and to the very good properties of the printed circuit boards which serve as dielectric and have an extremely high breakdown voltage.

10360921036092

Claims

Method or device as described in the text and / or in figure 1. 5