WO2012019663A1 - Spulenanordnung, insbesondere wechselstrom-transformator, verwendung und anordnung zur berührungslosen energieübertragung - Google Patents

Spulenanordnung, insbesondere wechselstrom-transformator, verwendung und anordnung zur berührungslosen energieübertragung Download PDF

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WO2012019663A1
WO2012019663A1 PCT/EP2011/002440 EP2011002440W WO2012019663A1 WO 2012019663 A1 WO2012019663 A1 WO 2012019663A1 EP 2011002440 W EP2011002440 W EP 2011002440W WO 2012019663 A1 WO2012019663 A1 WO 2012019663A1
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windings
coil
ferrite
core
coil arrangement
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PCT/EP2011/002440
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Inventor
Harald Wolf
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Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg
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    • H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures
    • H01F27/325—Coil bobbins

Definitions

  • Coil arrangement in particular AC transformer, use and arrangement for contactless energy transfer
  • the invention relates to a coil arrangement, in particular AC transformer, a use and an arrangement for contactless energy transfer.
  • EP 0 706 192 A1 discloses a winding arrangement in which three windings are wound at least partially overlapping around coil core sections.
  • a transformer coil winding is known in which the main field has to overcome an air gap.
  • a transformer is known, in which the main magnetic field does not substantially penetrate through a coil core which is effective for the stray field.
  • a transformer is known in which one of the windings comprises two legs of the spool core.
  • ferrite rods are referred to, which are constructed tubular and provided for inductive RF welding and / or can be used. These also include hoizylindrförmig executed ferrite cores and ferrite cores in the form of a solid cylinder, ie round rod, and also solid cylindrical or hollow cylindrical ferrite rods having two or more radial, not continuous slots. The latter
  • Ferrite rods are also denominated as feathered rod cores.
  • the tube length of the pulp is also denominated as feathered rod cores.
  • Impederkerns is at least five times or even at least ten times larger than the outer diameter of the tubular ferrite rod.
  • the invention is therefore based on the object to develop a coil assembly, the leakage flux should be specifically increased.
  • the object is in the coil assembly, in particular AC transformer, according to claim 1 or 2, in the use according to claim 14 and
  • the coil assembly in particular AC transformer, has two windings, which are arranged around a leg, in particular around a center leg, a coil core wound, wherein outer legs of the coil core, the coil assembly at least partially surrounded, wherein the outer leg and the legs are connected at their respective first end region by means of a first yoke and at their respective second end region by means of a second yoke, the windings being arranged spaced apart from one another, in particular wherein the windings are designed around the same winding axis, in particular parallel to the leg, in particular in the direction of the winding axis, wherein the spatial region generated by the spacing of the windings, in particular toroidal spatial region, is partially filled with a ferrite part, ie ferrite body, in particular with a separate ferrite part.
  • the advantage here is that the windings are not tightly wound on each other, so the
  • Winding region of the first and the second winding are spaced from each other, wherein the directly intermediate space between the winding regions of the first and second winding partially, that is not entirely filled with ferrite.
  • the windings are aligned in parallel, have a same base area and are designed as ring windings. In this way, the leakage flux between the windings can be amplified.
  • a particularly simple and fast to produce assembly can be produced by E cores as coil cores and impeller cores as ferrite parts, ie
  • the leakage flux can be selectively increased in such a way that the associated leakage inductance can be used in order to operate a resonant voltage converter adapted to resonance.
  • the leakage inductance can be dimensioned such that it forms a resonant circuit with a capacitance whose inductance is in the order of magnitude of the main inductance.
  • a first winding and a second winding are arranged inductively coupled, wherein the windings are designed around a coil core, wherein the coil core is designed such that the main flux generated by one of the windings without air gap in the coil core is guided, wherein the windings are arranged spaced from each other, wherein a ferrite portion is arranged in the generated by the spacing space between the windings for influencing the magnetic resistance for the leakage flux, that is, for influencing the leakage inductance of the coil assembly.
  • the advantage here is that the leakage flux can be specifically increased by means of the ferrite parts, in particular impedance cores.
  • the spool core for guiding the main flow on two yokes, a middle leg and an outer leg is simple and inexpensive executable.
  • the spool core is designed in two pieces or in several pieces.
  • the advantage here is that an elongated structure, ie in the transverse direction to the winding axis or the connecting direction between the upper part and lower part, ie first and second winding, is possible.
  • the connection direction is here so the
  • the extent in the transverse direction is preferably greater than the extent in the direction of the winding axis or in the connection direction from the center of gravity of the first to the center of gravity of the second winding.
  • the ferrite extends tangentially to the winding, It is advantageous that in the transverse direction so much ferrite material is introduced, so even the highest possible gain of the leakage flux can be achieved.
  • the ferrite part and the coil core are spaced apart.
  • the advantage here is that an air gap is present for the leakage flux and thus the leakage flux, the main flow, which is guided without air gap in ferrite, only insignificantly influenced.
  • the ferrite part is made so small that in non-saturated operation of the spool core, in particular the center leg, a saturated operation of the spool core is executable.
  • the advantage here is that the leakage flux takes only a small amount of the amount of the main flow.
  • the windings are arranged on a bobbin, in particular wherein the bobbin is a one-piece plastic part.
  • the advantage here is that the bobbin is manufactured as a plastic injection molded part.
  • the windings are flat windings or
  • the spool core is constructed in several pieces
  • an upper part and a lower part in particular wherein upper part and lower part are made similar, in particular as an E-shaped part.
  • the advantage here is that a simple production by merely joining the E-cores is executable.
  • the ferrite part is then laterally, ie in the direction of those normal, which belongs to the plane formed by the E, insertable into a designated, formed by the bobbin, lying between the winding areas space area.
  • an upper part of the coil core is composed of a plurality of parallel E cores, wherein the E cores are stacked one behind the other in the direction perpendicular to the winding axis, wherein a lower part of the coil core is composed of a plurality of parallel E cores, wherein the E cores stacked one behind the other are in the for Winding axis vertical direction.
  • Ferrite reduced to less than a fifth, in particular to less than a tenth.
  • the advantage here is that although the leakage flux passes through an air gap and thus a high magnetic resistance is assigned.
  • the ferrite part is formed from one or more ferrite rods, wherein the rods are aligned perpendicular to the winding axis, in particular wherein the ferrite rods are importer cores, in particular so for
  • Standard parts are used in a new use, namely in a transformer to increase the leakage flux strength.
  • the windings are designed as a two-chamber winding, in particular so the bobbin is designed such that the windings are designed as a two-chamber winding.
  • the advantage here is that the bobbin keeps the two windings at a distance.
  • the bobbin on a receiving area for the ferrite, so that between the ferrite and the windings each material of the
  • Coil body is arranged.
  • the advantage here is that the bobbin the
  • the ferrite part and / or the ferrite rods are arranged displaceably for fine adjustment of the leakage inductance.
  • the advantage here is that a fine adjustment of the leakage inductance is possible.
  • impeder cores are used as a coil core in a coil assembly.
  • the advantage here is that of welding devices known components are also useful for increasing stray inductances in transformers.
  • a secondary winding is inductively coupled to a primary conductor, wherein the secondary winding such a first capacitance in parallel or in series
  • the associated resonant frequency of the resonant circuit thus produced substantially corresponds to a frequency of a medium-frequency alternating current impressed in the primary conductor, in particular wherein the frequency is between 10 and 500 kHz, wherein for inductive coupling, a coil assembly is used according to one of the preceding claims and a Stray inductance of the coil assembly with an output side connected to the secondary winding second capacitor also on
  • Resonance is tuned to the frequency, in particular by appropriate alignment, arranging and dimensioning of the ferrite, in particular to form an inverse gyrator, so to form a transducer from the current source to voltage source-like behavior.
  • the advantage here is that the leakage inductance can be used in a resonant circuit, which converts the current originating from the secondary winding, ie from the current source to the voltage source behavior.
  • the secondary winding is part of a resonant circuit in which the current flows.
  • the leakage inductance is dimensioned in this way and by the
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through an arrangement according to the invention.
  • FIG. 3 shows an oblique view from outside, wherein the windings
  • the coil core has a core portion 1 and 10, wherein the core portions are formed in an E-shape, that is, each having a yoke with two outer legs and a middle leg, wherein the yoke connects first respective end portions of the legs.
  • the two core portions (1, 10) are joined together with the other end portions of their legs facing each other, wherein the legs touch each other.
  • the core portions (1, 10) are made similar. But at least the leg length, in particular so the spacing of the other end portions of the legs of the yoke in each case the same, in particular also the cross section and / or length.
  • the secondary winding 3 is arranged, wherein the windings are wound on the bobbin 5 and in the winding direction, ie in
  • At least one core part 4, in particular ferrite, is arranged so that this core part 4 is operable in saturation, if in the middle leg no saturation is present. If a higher field strength is present in the middle leg, so to speak some field lines of the leakage inductance pass by the core part 4 undisturbed.
  • the air gap of the space area so the distance between the middle leg and outer leg of the E-core, by the introduction of the ferrite 4, ie Nem the core is effectively reduced, since the space is filled not only with air or bobbin material but also partially with ferrite material of the ferrite 4.
  • the effective effective air gap is thus less than one fifth or even less than one tenth of the original air gap.
  • ferrite rods 4 are not only cylindrical rods but also flattened on its longitudinal side designed rods, since thus the leakage flux is further increased.
  • the bobbin 5 is made in one piece and takes on both windings, ie
  • the field lines of the stray field in contrast to the field lines of the main field not completely in the core material, in particular ferrite run. This is especially true in unsaturated areas.
  • the invention is therefore particularly easy to manufacture and inexpensive to produce by the use of commercially available E-cores and commercially available Impeder cores.
  • impeller cores are commonly used in welding, but are very useful for the present coil assembly.
  • the present coil arrangement can also be used as a transformer with only two windings. In further education is the
  • the E-core 1 is replaced by a stack of gel-like E-cores.
  • the E-core 10 is replaced by such a stack. In this way, an elongated structure of the coil arrangement is made possible and thus a further increase in the leakage flux can be achieved. Because in the receiving area of the bobbin 5

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Abstract

Spulenanordnung, insbesondere Wechselstrom-Transformator, aufweisend zwei Wicklungen, welche um einen Schenkel, insbesondere um einen Mittelschenkel, eines Spulenkerns gewickelt angeordnet sind, wobei Außenschenkel des Spulenkerns die Spulenanordnung zumindest teilweise umgeben, wobei die Außenschenkel und der Schenkel an ihrem jeweiligen ersten Endbereich mittels eines ersten Jochs und an ihrem jeweiligen zweiten Endbereich mittels eines zweiten Jochs verbunden sind, wobei die Wicklungen voneinander beabstandet angeordnet sind, insbesondere wobei die Wicklungen um dieselbe Wicklungsachse ausgeführt sind, insbesondere die parallel zum Schenkel verläuft, insbesondere in Richtung der Wicklungsachse, wobei der durch die Beabstandung der Wicklungen erzeugte Raumbereich, insbesondere torusförmigen Raumbereich, teilweise mit einem Ferritteil, also Ferritkörper, gefüllt ist, insbesondere mit einem separaten Ferritteil.

Description

Spulenanordnung, insbesondere Wechselstrom-Transformator, Verwendung und Anordnung zur berührungslosen Energieübertragung
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Spulenanordnung, insbesondere Wechselstrom-Transformator, eine Verwendung und eine Anordnung zur berührungslosen Energieübertragung.
Aus der EP 0 706 192 A1 ist eine Wicklungsanordnung bekannt, bei der drei Wicklungen zumindest teilweise überlappend um Spulenkernabschnitte gewickelt sind.
Aus der JP 10-163046 A ist eine Transformator-Spulenwicklung bekannt, bei der das Hauptfeld einen Luftspalt überwinden muss. Aus der DE 954 901 ist ein Transformator bekannt, bei dem das magnetische Hauptfeld im Wesentlichen nicht durch einen für das Streufeld wirksamen Spulenkern dringt.
Aus der DE 20 2005 008 726^111 ist ein Transformator bekannt, bei dem eine der Wicklungen zwei Schenkel des Spulenkerns umfasst.
Als Impederkerne werden Ferritstäbe bezeichnet, die rohrförmig aufgebaut sind und fürs induktive HF-Schweißen vorgesehen und/oder einsetzbar sind. Hierzu zählen also auch hohizylinderförmig ausgeführte Ferritkeren sowie Ferritkerne in Form eines Vollzylinders, also Rundstabs, und auch Vollzylinderförmige oder hohlzylinderförmige Ferritstäbe, die zwei oder mehr radial, nicht durchgehend verlaufende Schlitze aufweisen. Die letztgenannten
Ferritstäbe sind auch als gefiederte Stabkerne bezeichenbar. Die Rohrlänge des
Impederkerns ist mindestens fünfmal oder sogar mindestens zehnmal größer als der Außendurchmesser des rohrförmigen Ferritstabs. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spulenanordnung weiterzubilden, wobei der Streufluss gezielt erhöht sein soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Spulenanordnung, insbesondere Wechselstrom- Transformator, nach den in Anspruch 1 oder 2, bei der Verwendung nach Anspruch 14 und
BESTÄTIGUNGSKOPIE bei der Anordnung zur berührungslosen Energieübertragung nach den in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Spulenanordnung, insbesondere Wechselstrom- Transformator, sind, dass sie zwei Wicklungen aufweist, welche um einen Schenkel, insbesondere um einen Mittelschenkel, eines Spulenkerns gewickelt angeordnet sind, wobei Außenschenkel des Spulenkerns die Spulenanordnung zumindest teilweise umgeben, wobei die Außenschenkel und der Schenkel an ihrem jeweiligen ersten Endbereich mittels eines ersten Jochs und an ihrem jeweiligen zweiten Endbereich mittels eines zweiten Jochs verbunden sind, wobei die Wicklungen voneinander beabstandet angeordnet sind, insbesondere wobei die Wicklungen um dieselbe Wicklungsachse ausgeführt sind, insbesondere die parallel zum Schenkel verläuft, insbesondere in Richtung der Wicklungsachse, wobei der durch die Beabstandung der Wicklungen erzeugte Raumbereich, insbesondere torusförmigen Raumbereich, teilweise mit einem Ferritteil, also Ferritkörper, gefüllt ist, insbesondere mit einem separaten Ferritteil. Von Vorteil ist dabei, dass die Wicklungen nicht eng aufeinander gewickelt sind, also der
Wicklungsbereich der ersten und der zweiten Wicklung voneinander beabstandet sind, wobei der direkt zwischengeordnete Raumbereich zwischen den Wicklungsbereichen der ersten und zweiten Wicklung teilweise, also nicht gänzlich, mit Ferrit gefüllt ist. Vorzugsweise sind die Wicklungen parallel ausgerichtet, weisen eine gleiche Grundfläche auf und sind als Ringwicklungen ausgeführt. Auf diese Weise ist der Streufluss zwischen den Wicklungen verstärkbar. Außerdem ist eine besonders einfach und schnell zu fertigende Anordnung erzeugbar, indem E-Kerne als Spulenkerne und Impeder-Kerne als Ferritteile, also
Ferritkörper, zum teilweise Befüllen der durch die Beabstandung erzeugten
Zwischenraumbereiche verwendet werden. Weiter ist vorteilig, dass der Streufluss derart gezielt erhöhbar ist, dass die zugehörige Streuinduktivität verwendbar ist, um einen auf Resonanz abgestimmten Strom-Spannungs- Wandler zu betreiben. Insbesondere ist die Streuinduktivität derart dimensionierbar, dass sie mit einer Kapazität einen Schwingkreis bildet, dessen Induktivität in der Größenordnung der Hauptinduktivität liegt.
Wichtige Merkmale der Spulenanordnung nach Anspruch 2 sind, dass eine erste Wicklung und eine zweite Wicklung induktiv gekoppelt angeordnet sind, wobei die Wicklungen um einen Spulenkern ausgeführt sind, wobei der Spulenkern derart ausgeführt ist, dass der von einer der Wicklungen erzeugte Hauptfluss ohne Luftspalt im Spulenkern geführt ist, wobei die Wicklungen voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei ein Ferritteil in dem durch die Beabstandung erzeugten Raumbereich zwischen den Wicklungen angeordnet ist zur Beeinflussung des magnetischen Widerstandes für den Streufluss, also zur Beeinflussung der Streuinduktivität der Spulenanordnung. Von Vorteil ist dabei, dass der Streufluss gezielt erhöhbar ist mittels der Ferritteile, insbesondere Impederkerne.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Spulenkern zur Führung des Hauptflusses zwei Joche, einen Mittelschenkel und einen Außenschenkel auf. Von Vorteil ist dabei, dass der Aufbau der Spulenkerne einfach und kostengünstig ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Spulenkern zweistückig oder mehrstückig ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass ein länglicher Aufbau, also ein in Querrichtung zur Wicklungsachse oder zur Verbindungsrichtung zwischen Oberteil und Unterteil, also erster und zweiter Wicklung, ermöglicht ist. Die Verbindungsrichtung ist hierbei also die
Verbindungsrichtung vom Schwerpunkt der ersten zum Schwerpunkt der zweiten Wicklung. Vorzugsweise ist hierbei die Ausdehnung in Querrichtung größer als die Ausdehnung in Richtung der Wicklungsachse oder in Verbindungsrichtung vom Schwerpunkt der ersten zum Schwerpunkt der zweiten Wicklung. Insbesondere sind somit auch Module zum
Zusammensetzen verschieden langer Spulenkerne in Querrichtung vorrätig. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich das Ferritteil tangential zur Wicklung, Von Vorteil ist dabei, dass in der Querrichtung also möglichst viel Ferritmaterial einbringbar ist, also auch eine möglichst hohe Verstärkung des Streuflusses erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Ferritteil und Spulenkern beabstandet. Von Vorteil ist dabei, dass ein Luftspalt vorhanden ist für den Streufluss und somit der Streufluss den Hauptfluss, der ohne Luftspalt geführt ist in Ferrit, nur unwesentlich beeinflusst. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ferritteil derart klein ausgeführt, dass bei Nichtgesättigtem Betreiben des Spulenkerns, insbesondere des Mittelschenkels ein gesättigtes Betreiben des Spulenkerns ausführbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Streufluss nur einen betragsmäßig geringen Anteil am Betrag des Hauptflusses annimmt. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Wicklungen auf einem Spulenkörper angeordnet, insbesondere wobei der Spulenkörper ein einstückiges Kunststoffteil ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Spulenkörper als Kunststoffspritzgussteil fertigbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Wicklungen Flachwicklungen oder
Ringwicklungen. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Spulenkern mehrstückig aufgebaut,
insbesondere aus einem Oberteil und einem Unterteil, insbesondere wobei Oberteil und Unterteil gleichartig gefertigt sind, insbesondere als E-förmiges Teil. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung durch bloßes Zusammenfügen der E-Kerne ausführbar ist. Das Ferritteil ist dann seitlich, also in Richtung derjenigen Normale, welche zur durch das E gebildeten Ebene gehört, einführbar in einen dafür vorgesehenen, durch den Spulenkörper gebildeten, zwischen den Wicklungsbereichen liegenden Raumbereich. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Oberteil des Spulenkerns aus mehreren parallel angeordneten E-Kernen zusammengesetzt, wobei die E-Kerne hintereinander gestapelt angeordnet sind in zur Wicklungsachse senkrechter Richtung, wobei ein Unterteil des Spulenkerns aus mehreren parallel angeordneten E-Kernen zusammengesetzt ist, wobei die E-Kerne hintereinander gestapelt angeordnet sind in zur Wicklungsachse senkrechter Richtung. Von Vorteil ist dabei, dass eine längliche Anordnung erreichbar ist und somit der Streufluss verstärkbar ist durch ein möglichst lang in den Zwischenraumbereich zwischen den Wicklungsbereichen einbringbares Ferritteil. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die effektive Luftspaltlänge des durch die
Beabstandung der Wicklungen erzeugten Raumbereichs mittels des Anordnens des
Ferritteils auf weniger als ein Fünftel reduziert, insbesondere auf weniger als ein Zehntel. Von Vorteil ist dabei, dass der Streufluss zwar durch einen Luftspalt hindurchgeht und somit ein hoher magnetischer Widerstand zugeordnet ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ferritteil aus einem oder mehreren Ferritstäben gebildet, wobei die Stäbe senkrecht zur Wicklungsachse ausgerichtet sind, insbesondere wobei die Ferritstäbe Impederkerne sind, insbesondere also zum
Schweißverbinden geeignet ausgeführt sind. Von Vorteil ist dabei, dass kostengünstige
Standardteile in einer neuen Verwendung verwendbar sind, nämlich in einem Transformator zur Erhöhung der Streuflussstärke.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Wicklungen als Zweikammerwicklung ausgeführt, insbesondere also der Spulenkörper derart ausgeführt ist, dass die Wicklungen als Zweikammerwicklung ausgeführt sind. Von Vorteil ist dabei, dass der Spulenkörper die beiden Wicklungen auf Abstand hält.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Spulenkörper einen Aufnahmebereich für das Ferritteil auf, so dass zwischen Ferritteil und den Wicklungen jeweils Material des
Spulenkörpers angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Spulenkörper die
Beabstandung und somit den Zwischenraum erzeugt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zum Feinabgleich der Streuinduktivität das Ferritteil und/oder die Ferritstäbe verschiebbar angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass ein Feinabgleich der Streuinduktivität ermöglicht ist.
Wichtige Merkmale bei der Verwendung sind, dass Impeder-Kernen als Spulenkern bei einer Spulenanordnung verwendet werden. Von Vorteil ist dabei, dass von Schweißvorrichtungen bekannte Komponenten auch für die Erhöhung von Streuinduktivitäten in Transformatoren verwendbar sind.
Wichtige Merkmale bei der Anordnung zur berührungslosen Energieübertragung sind, dass eine Sekundärwicklung induktiv gekoppelt ist mit einem Primärleiter, wobei der Sekundärwicklung eine derartige erste Kapazität parallel oder in Reihe
zugeschaltet ist, dass die zugehörige Resonanzfrequenz des so erzeugten Schwingkreises im Wesentlichen einer Frequenz eines in den Primärleiter eingeprägten mittelfrequenten Wechselstromes entspricht, insbesondere wobei die Frequenz zwischen 10 und 500 kHz beträgt, wobei zur induktiven Kopplung eine Spulenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche verwendet ist und eine Streuinduktivität der Spulenanordnung mit einer ausgangsseitig mit der Sekundärwicklung verbundenen zweiten Kapazität ebenfalls auf
Resonanz mit der Frequenz abgestimmt ist, insbesondere durch entsprechendes Ausrichte, Anordnen und Dimensionieren des Ferritteils, insbesondere zur Bildung einer inversen Gyratoranordnung, also zur Bildung eines Wandlers vom Stromquellen- ins Spannungsquellen-artige Verhalten.
Von Vorteil ist dabei, dass die Streuinduktivität in einem Schwingkreis verwendbar ist, der den von der Sekundärwicklung stammenden Strom wandelt, also vom Stromquellen- ins Spannungsquellenverhalten. Dabei ist die Sekundärwicklung Teil eines Schwingkreises, in welchem der Strom fließt. Die Streuinduktivität ist dabei derart bemessen und durch das
Ferritteil derart groß, dass der Schwingkreis, welcher die Streuinduktivität umfasst, ebenfalls auf die gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt ist und dieselbe Stromstärke eingangsseitig aufweist. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die
Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen
Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe. Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der Figur 1 ist ein schematischer Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung gezeigt.
In der Figur 2 ist der zugehörige Spulenkörper 5 sichtbar dargestellt.
In der Figur 3 ist eine Schrägansicht von außen dargestellt, wobei die Wicklungen
ausgeblendet sind.
Der Spulenkern weist einen Kernabschnitt 1 und 10 auf, wobei die Kernabschnitte E-förmig ausgeformt sind, also jeweils ein Joch mit zwei Außenschenkeln und einem Mittelschenkel aufweisen, wobei das Joch erste jeweilige Endbereiche der Schenkel verbindet.
Die beiden Kernabschnitte (1 , 10) sind mit den anderen Endbereichen ihrer Schenkel jeweils aufeinander zugewandt zusammengefügt, wobei die Schenkel sich berühren.
Vorzugsweise sind die Kernabschnitte (1 , 10) gleichartig ausgeführt. Zumindest ist aber die Schenkellänge, insbesondere also die Beabstandung der anderen Endbereiche der Schenkel vom Joch jeweils gleich, insbesondere auch deren Querschnitt und/oder Länge.
Um den Mittelschenkel des Kernabschnitts 1 ist die Primärwicklung und um den
Mittelschenkel des Kernabschnitt 10 ist die Sekundärwicklung 3 angeordnet, wobei die Wicklungen auf den Spulenkörper 5 gewickelt sind und in Wicklungsrichtung, also in
Richtung der Wicklungsachse, voneinander beabstandet sind.
In dem durch die Beabstandung zwischen Primärwicklung 2 und Sekundärwicklung 3 vorhandenen Raumbereich ist zumindest ein Kernteil 4, insbesondere Ferritstab, angeordnet, so dass dieses Kernteil 4 in Sättigung betreibbar ist, wenn im Mittelschenkel keine Sättigung vorhanden ist. Wenn im Mittelschenkel eine höhere Feldstärke vorhanden ist, gehen sozusagen einige Feldlinien der Streuinduktivität am Kernteil 4 ungestört vorbei.
Wichtig ist dabei, dass der Luftspalt des Raumbereichs, also die Entfernung zwischen Mittelschenkel und Außenschenkel des E-Kerns, durch das Einbringen der Ferritteile 4, also lmpeder Kerne, effektiv verringert wird, da der Raumbereich nicht nur mit Luft beziehungsweise Spulenkörper-Material sondern auch teilweise mit Ferritmaterial der Ferritteile 4 befüllt ist. Der effektiv wirksame Luftspalt beträgt somit weniger als ein Fünftel oder sogar weniger als ein Zehntel des ursprünglichen Luftspaltes.
Als Ferritstäbe 4 eignen sich nicht nur zylindrische Stäbe sondern auch an ihrer Längsseite abgeflacht ausgeführt Stäbe, da somit der Streufluss weiter vergrößert ist.
Der Spulenkörper 5 ist einstückig ausgeführt und nimmt beide Wicklungen auf, also
Primärwicklung 2 und Sekundärwicklung 3.
Wichtig ist also bei der Erfindung, dass die Feldlinien des Streufeldes im Unterschied zu den Feldlinien des Hauptfeldes nicht vollständig im Kernmaterial, insbesondere Ferritmaterial, verlaufen. Dies gilt insbesondere auch im ungesättigten Beriech.
Die Erfindung ist somit besonders einfach herstellbar und durch die Verwendung von handelsüblichen E-Kernen und handelsüblichen Impeder-Kernen kostengünstig herstellbar. Impeder-Kerne werden allerdings üblicherweise beim Schweißen verwendet, sind aber für die vorliegende Spulenanordnung sehr gut verwendbar. Die vorliegende Spulenanordnung ist auch als Transformator mit nur zwei Wicklungen einsetzbar. In Weiterbildung ist die
Spulenanordnurig aber mit mehreren Wicklungen ausführbar.
In Figur 4 ist eine explodierte Darstellung für ein weiteres erfindungsgemäßes
Ausführungsbeispiel gezeigt. Dabei ist der E-Kern 1 durch einen Stapel gelichartiger E-Kerne ersetzt. Ebenso ist der E-Kern 10 durch einen solchen Stapel ersetzt. Auf diese Weise ist ein länglicher Aufbau der Spulenanordnung ermöglicht und somit eine weitere Vergrößerung des Streuflusses erreichbar. Denn die im Aufnahmebereich des Spulenkörpers 5
aufgenommenen Ferritteile 4 sind durch die längliche Ausführung ebenfalls entsprechend lang ausführbar und bewirken somit eine entsprechende Verstärkung des Streuflusses. Bezugszeichenliste
1 Kernabschnitt
2 Primärwicklung
3 Sekundärwicklung
4 Kernteil, insbesondere Ferritstab
5 Spulenkörper
10 Kernabschnitt

Claims

Patentansprüche:
1. Spulenanordnung, insbesondere Wechselstrom-Transformator, aufweisend zwei Wicklungen, welche um einen Schenkel, insbesondere um einen
Mittelschenkel, eines Spulenkerns gewickelt angeordnet sind, wobei Außenschenkel des Spulenkerns die Spulenanordnung zumindest teilweise umgeben, wobei die Außenschenkel und der Schenkel an ihrem jeweiligen ersten Endbereich mittels eines ersten Jochs und an ihrem jeweiligen zweiten Endbereich mittels eines zweiten Jochs verbunden sind, wobei die Wicklungen voneinander beabstandet angeordnet sind, insbesondere wobei die Wicklungen um dieselbe Wicklungsachse ausgeführt sind, insbesondere die parallel zum Schenkel verläuft, insbesondere in Richtung der Wicklungsachse, wobei der durch die Beabstandung der Wicklungen erzeugte Raumbereich, insbesondere torusförmigen Raumbereich, teilweise mit einem Ferritteil, also Ferritkörper, gefüllt ist, insbesondere mit einem separaten Ferritteil.
2. Spulenanordnung, insbesondere Wechselstrom-Transformator,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine erste Wicklung und eine zweite Wicklung induktiv gekoppelt angeordnet sind, wobei die Wicklungen um einen Spulenkern ausgeführt sind,
wobei der Spulenkern derart ausgeführt ist, dass der von einer der Wicklungen erzeugte Hauptfluss ohne Luftspalt im Spulenkern geführt ist,
wobei die Wicklungen voneinander beabstandet angeordnet sind,
wobei ein Ferritteil in deni durch die Beabstandung erzeugten Raumbereich zwischen den Wicklungen angeordnet ist zur Beeinflussung des magnetischen Widerstandes für den Streufluss, also zur Beeinflussung der Streuinduktivität der Spulenanordnung.
3. Spulenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Spulenkern zur Führung des Hauptflusses zwei Joche, einen Mittelschenkel und einen Außenschenkel aufweist.
4. Spulenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Spulenkern zweistückig oder mehrstückig ausgeführt ist.
5. Spulenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ferritteil sich tangential zur Wicklung erstreckt,
und/oder dass
Ferritteil und Spulenkern beabstandet sind,
und/oder dass
das Ferritteil derart klein ausgeführt ist, dass bei Nicht-gesättigtem Betreiben des
Spulenkerns, insbesondere des Mittelschenkels ein gesättigtes Betreiben des Spulenkerns ausführbar ist,
und/oder dass
die Wicklungen auf einem Spulenkörper angeordnet sind, insbesondere wobei der Spulenkörper ein einstückiges Kunststoffteil ist.
6. Spulenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wicklungen Flachwicklungen oder Ringwicklungen sind.
7. Spulenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Spulenkern mehrstückig aufgebaut ist, insbesondere aus einem Oberteil und einem Unterteil, insbesondere wobei Oberteil und Unterteil gleichartig gefertigt sind, insbesondere als E-förmiges Teil.
8. Spulenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Oberteil des Spulenkerns aus mehreren parallel angeordneten E-Kernen
zusammengesetzt ist, wobei die E-Kerne hintereinander gestapelt angeordnet sind in zur Wicklungsachse senkrechter Richtung, wobei ein Unterteil des Spulenkerns aus mehreren parallel angeordneten E-Kernen zusammengesetzt ist, wobei die E-Kerne hintereinander gestapelt angeordnet sind in zur Wicklungsachse senkrechter Richtung.
9. Spulenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die effektive Luftspaltlänge des durch die Beabstandung der Wicklungen erzeugten
Raumbereichs mittels des Anordnens des Ferritteils auf weniger als ein Fünftel reduziert ist, insbesondere auf weniger als ein Zehntel.
10. Spulenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ferritteil aus einem oder mehreren Ferritstäben gebildet ist, wobei die Stäbe senkrecht zur Wicklungsachse ausgerichtet sind,
insbesondere wobei die Ferritstäbe Impederkerne sind, insbesondere also zum
Schweißverbinden geeignet ausgeführt sind.
1 1. Spulenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wicklungen als Zweikammerwicklung ausgeführt sind, insbesondere also der
Spulenkörper derart ausgeführt ist, dass die Wicklungen als Zweikammerwicklung ausgeführt sind.
12. Spulenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Spulenkörper einen Aufnahmebereich für das Ferritteil aufweist, so dass zwischen Ferritteil und den Wicklungen jeweils Material des Spulenkörpers angeordnet ist.
13. Spulenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Feinabgleich der Streuinduktivität das Ferritteil und/oder die Ferritstäbe verschiebbar angeordnet sind.
14. Verwendung von Impeder-Kernen als Spulenkern bei einer Spulenanordnung, insbesondere bei einer Spulenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
15. Anordnung zur berührungslosen Energieübertragung, wobei eine Sekundärwicklung induktiv gekoppelt ist mit einem Primärleiter, wobei der Sekundärwicklung eine derartige erste Kapazität parallel oder in Reihe
zugeschaltet ist, dass die zugehörige Resonanzfrequenz des so erzeugten Schwingkreises im Wesentlichen einer Frequenz eines in den Primärleiter eingeprägten mittelfrequenten Wechselstromes entspricht, insbesondere wobei die Frequenz zwischen 10 und 500 kHz beträgt, wobei zur induktiven Kopplung eine Spulenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche verwendet ist und eine Streuinduktivität der Spulenanordnung mit einer ausgangsseitig mit der Sekundärwicklung verbundenen zweiten Kapazität ebenfalls auf Resonanz mit der Frequenz abgestimmt ist, insbesondere durch entsprechendes Ausrichte, Anordnen und Dimensionieren des Ferritteils, insbesondere zur Bildung einer inversen Gyratoranordnung, also zur Bildung eines Wandlers vom Stromquellen- ins Spannungsquellen-artige Verhalten.
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