WO2016082944A1 - Hochspannungstransformator mit u-förmigem kern - Google Patents

Hochspannungstransformator mit u-förmigem kern Download PDF

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WO2016082944A1
WO2016082944A1 PCT/EP2015/067960 EP2015067960W WO2016082944A1 WO 2016082944 A1 WO2016082944 A1 WO 2016082944A1 EP 2015067960 W EP2015067960 W EP 2015067960W WO 2016082944 A1 WO2016082944 A1 WO 2016082944A1
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leg
voltage transformer
winding
transformer
dimension
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PCT/EP2015/067960
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English (en)
French (fr)
Inventor
Roman Schichl
Original Assignee
SUMIDA Components & Modules GmbH
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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
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/255—Magnetic cores made from particles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/08—High-leakage transformers or inductances
    • H01F38/10—Ballasts, e.g. for discharge lamps

Definitions

  • ferrite cores are available in many standard sizes and with many standard ferrite materials, however, in the size range of cores having a magnetic effective volume of about 2000 mm 3 or less, the required component properties with a closed core geometry, such as a relatively compact design with good thermal performance and relatively low susceptibility, optionally can not be achieved, to provide sufficient power at a desired compact design of the transformer. That is, often a linear core form is used for transformers to achieve compact dimensions in at least one dimension, with a somewhat lower efficiency magnetic design compared to nearly closed magnetic circuit transformers.
  • toroidal cores or other closed magnetic systems are often not compatible in terms of the available volume of construction, especially in critical applications, such as Mobile devices, automobiles, and the like.
  • the dimension of at least the second leg may be significantly larger in one of the two lateral directions than in the corresponding other lateral direction, ie the cross-sectional shape is rectangular with a relatively small side length in the one lateral direction and with a significantly larger side length in FIG the other lateral direction, so that there is a relatively large coverage of the connecting lines at required magnetic cross section of the second leg.
  • the AI value of the core material can be set by the second leg to a desired value, but still a saturation of the Core material may take place especially in the second leg. Saturation of the core material may be present anyway during certain phases of operation whereas a higher AI value may provide effective damping in other phases of operation, eg during the increase of the current, as long as the core is not yet saturated.
  • the unavoidable leakage inductance can be kept very small by the second leg of the U-shaped core, while on the other hand, the spatial extent of the stray field can also be efficiently modeled by the geometry and the volume of the second leg.
  • the first leg and the second leg have substantially the same dimension in a lateral direction and the different cross-section is achieved by different dimensions in the lateral direction perpendicular thereto.
  • a dimension of the high-voltage transformer in a first lateral direction is 16 mm or less, preferably this dimension is between 16 mm and 13 mm, and in the lateral direction perpendicular thereto the dimension is 16 mm or less, preferably this dimension lies between 16 mm and 13 mm.
  • the essential parameters of the inductive and capacitive behavior of the high-voltage transformer are thereby determined by design measures, for example by manufacturing the U-shaped core, so that a high level of consistency in the production of a plurality of high-voltage transformers is ensured.
  • Figure 1A shows a perspective view of a high voltage transformer according to the present invention
  • FIG. 1B shows a first sectional view of the high-voltage transformer
  • FIG. 2B shows a first sectional view of the high-voltage transformer
  • FIG. 3A shows a perspective view of a high-voltage transformer according to a further embodiment of the present invention, in which connecting lines of the first winding are rotated by 90 ° in comparison with the embodiment shown in FIGS. 2,
  • FIG. 3C shows a further sectional view of the high-voltage transformer according to the invention.
  • FIG. 1A schematically illustrates a perspective view of a high voltage transformer 100 in accordance with an illustrative embodiment of the present invention.
  • the high-voltage transformer 100 which in illustrative embodiments transforms an input voltage of several 10 V to several 100 V to a relatively high output voltage in the range of several 100 V to several 10,000 V, is in particular especially due to the compact design for mobile applications and applications in the automotive sector and the like suitable when relatively high output voltages are required.
  • the high-voltage transformer 100 can be advantageously used for igniting gas discharge lamps.
  • the core 1 10 thus forms a non-closed core material for the transformer 100, wherein in particularly advantageous embodiments, no further magnetic components in the form of field guide plates, etc, are provided.
  • U-shaped core also includes any other geometry in which the coupling member 113 and the two legs 12 and 11 have a shape in which the first leg and the second leg are elongate
  • the rectangular shape shown in the figures may also have curves, that is, the first leg 112 and / or the second leg 11 1 and / or the coupling part 1 13 may be at least approximately over a certain distance
  • the individual components of the core 110 need not necessarily be rectilinear components, but they may also have a curvature, as long as this is compatible with the required structural volume the coupling part 113 has an arcuate shape
  • Embodiments results due to the rectilinear and rectangular structure of the individual components of the core 1 10 a total of low construction volume.
  • the length of the core 110 ie, the extent of the core 110 in a longitudinal direction L, defines the overall length of the high voltage transformer 100, and is 40 mm or less.
  • Cross-sectional areas 1 12S and 11 1 S of the two legs 1 12, 1 1 1 form in the embodiments shown, rectangles and are of different sizes. That is, the cross-sectional area 112S is significantly larger than the cross-sectional area 11 1S and, in preferred embodiments, is about twice as large as the cross-sectional area 11 1S.
  • the first coil 140 may include one or more conductive tabs, which may include, for example, suitable pins, etc., in conjunction with a suitable wire, which may be used, for example, to make the connecting leads 144 and / or 145.
  • the bobbin 130 corresponding recesses, which the conductor material of Windings 141, .., 143 reliably separate in the longitudinal direction L of the conductor material of the second winding 120, so that sufficient insulation distances are already created by constructive measures.
  • corresponding recesses may be provided to receive, for example, the connection line 144, so that it is guided at a precise distance from the second winding 120 and the core 110, so that in this way a precisely defined geometry in the wiring in the construction of the transformer 100th can be complied with.
  • the corresponding dimension 1 11 A of the second leg 1 1 1 is significantly smaller and is 3 mm and smaller, preferably the size of the dimension 11 1 A is in the range of 1, 5 mm to 2.5 mm.
  • a length 101 of the entire high-voltage transformer 100 which is determined by the length of the core 1 10, is 40 mm or less, and preferably the length 101 is in the range of 32 mm to 36 mm.
  • the magnetic cross section 1 12S is significantly larger than the magnetic cross section 11 1S (see Figure 1A), as the second leg 1 11 essentially only as a conclusion for the magnetic field of the first leg 1 12 and thus to adjust the total inductance of the Core material is used.
  • a saturation of the core material is present in certain operating phases anyway, so that the reduction of the magnetic cross section of the second leg 11 1 in this respect no limitation of the functionality of the transformer 100 entails.
  • the desired current-limiting effect of the transformer 100 can still be achieved in certain operating phases by a relatively high inductance by a desired high inductance value is provided by the second leg 11 1.
  • This mechanical protection function is supported by the relatively large extension 11 1 B along the lateral direction B2.
  • the overall dimensions along the first lateral direction B1 and along the second lateral direction B2, which are designated 102 (see FIG. 1B) and 103 (see FIG. 1C), are also approximately the same and lie in the region of 18 mm or smaller, preferably between 14 mm and 17 mm.
  • FIG. 2A shows a perspective view of the high-voltage transformer according to FIG. ner further embodiment 200, in which a U-shaped core 210 has a first leg 212 and a second leg 211. Furthermore, the high-voltage transformer 200 comprises a first winding 240 with three or more turns 241, 243, preferably with exactly three turns, and a second winding 220, which may have a plurality of winding sections, approximately four winding sections.
  • the dimension along a longitudinal direction L of the transformer 200 is determined substantially by the length of the core 210 and is 40 mm or less.
  • connecting lines 244, 245 of the first winding 240 are not provided between the legs 212, 211 along the direction B2, as is the case in the embodiment of FIG. Rather, in the embodiment shown, the connecting lines 244, 245 along the direction B1 laterally offset from the first and the second leg 212, 21 1 are arranged. In this way, a high degree of flexibility can be achieved in the final adjustment of the component size in the lateral directions B1 and B2, while the inductive and capacitive properties thereof remain substantially unaffected.
  • FIG. 2B shows a sectional view of the transformer 200, which is viewed from the direction B1.
  • the U-shaped core 210 has the legs 212, 211 and a coupling part 213.
  • a dimension 212A of the leg 212 along the direction B2 is 8 mm or less, and preferably, this dimension is in the range between 4.5 mm and 6.5 mm.
  • the corresponding dimension 21 1A is 4 mm or less, and in preferred embodiments is in a range between 2.5 mm and 3.5 mm.
  • FIG. 2C shows a sectional view of the transformer 200, looking from the direction B2.
  • the dimensions 212B and 211B in the lateral direction B1 are the same for the first leg 212 and second leg 211 and are 8 mm or less. Vorzugsswiese these dimensions are in a range of 4.5 mm and 6.5 mm.
  • the lateral dimension 203 of the transformer 200 in the lateral direction B1 is 17 mm or less and is preferably between 13 mm and 15 mm.
  • the U-shaped core 310 has analogous criteria as previously described with respect to the core 110 and 210 of the transformer 100 and 200, however, in this embodiment, as compared to the transformer 100, a somewhat less "stretched" rectangular shape for cross-sectional areas 312S and 31 1S is provided for the legs 312, 311 to account for a total of a less elongated rectangular overall cross-sectional shape of the transformer 300.
  • FIG. 3B shows a sectional view of the transformer 300, which is viewed from the direction B1.
  • the U-shaped core 310 has the legs 312, 311 and a coupling part 313.
  • a dimension 312A of the leg 312 along the direction B2 is 8 mm or less, and preferably, this dimension is in the range between 4.5 mm and 7.5 mm.
  • the corresponding dimension 31 1A is 4 mm or less, and in preferred embodiments is in a range between 2.5 mm and 3.5 mm.
  • the total length 301 of the transformer 300 which in turn is defined by the length of the core 310, is 40 mm or less and is preferably in a range between 32 mm and 36 mm. For the entire dimension 303 along the lateral direction B2, this is 18 mm or less and in preferred embodiments is in a range between 14 mm and 16 mm.
  • FIG. 3C shows a sectional view of the transformer 300, viewed from the direction B2.
  • the dimensions 312B and 311B in the lateral direction B1 are the same for the first leg 312 and the second leg 311 and are 7 mm or less. Vorzugsswiese these dimensions are in a range of 4 mm and 6 mm. For the entire dimension 302 along the lateral direction B1, this is 15 mm or less, and in preferred embodiments is in a range between 11 mm and 13 mm.
  • the dimensions in the lateral directions B1 and B2 of the core and thus also of the entire transformer may be reversed or changed as needed to accommodate the given lateral mounting dimension in a particular application.
  • the required inductive properties are retained.
  • the high-voltage transformer 100, 200 can be constructed with a low volume, and in particular typically the length, which is 40 mm or less, is well adapted to existing systems.
  • the values of the leakage inductance and the total inductance can be adjusted so that in particular during the ignition process, a pulse of suitable length is generated and in the further course during startup of the discharge lamp, a current limit is reached.
  • the use of three turns in the first winding leads to an inductive behavior of the transformer such that further inductances, which are caused for example by connection lines of the transformer to a further electrical component, have a significantly lower impact on the overall behavior, so that the desired Vibration behavior is determined by constructive measures of the transformer itself.
  • the use of the U-shaped core material reduces both the cost of manufacturing the core material itself and the cost of assembling the high voltage transformer.

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Abstract

Der erfindungsgemäße Transformator umfasst eine erste Wicklung mit drei oder mehr Windungen, vorzugsweise genau drei Windungen, und eine zweite Wicklung sowie einen U-förmigen Kern. Die Länge des Transformators beträgt 40 mm oder weniger, so dass ein geringes Bauvolumen, etwa für Zündeinheiten von Leuchtmitteln, erreicht wird, wobei auch die Herstellungskosten aufgrund der Verwendung eines U-förmigen Kerns reduziert sind.

Description

Hochspannungstransformator mit U-förmigem Kern
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen induktive Bauelemente und insbesondere Transformatoren mit geringem Bauvolumen, die für eine hohe Ausgangsspannung ausgelegt sind.
In vielen Bereichen der Technik gibt es das Bestreben, die Abmessungen von Geräten und Bauelementen zu verringern, ohne dabei jedoch wesentliche Einbußen im Hinblick auf die Funktionsfähigkeit der entsprechenden Bauelemente oder Geräte zu verursachen. Bei der Miniaturisierung dieser Bauelemente oder Baugruppen müssen auch die elektronischen Komponenten, die für die Leistungsversorgung vorgesehen sind, in ihrer Größe in geeigneter Weise angepasst werden. Beispielsweise können im Bereich der Lichttechnik zunehmend leistungsfähige Gasentladungsleuchten bereitgestellt werden, die bei geringerem Bauvolumen im Vergleich zu bislang verwendeten Leuchten eine gleichbleibende oder sogar höhere Leistung bieten. Das geringe Bauvolumen dieser Leuchtmittel führt jedoch auch dazu, dass die zur Ansteuerung der Leuchtmittel erforderlichen elektronischen Komponenten in der Größe reduziert werden müssen. Insbesondere induktive Komponenten und vor allem Transformatoren müssen dabei jedoch unter Berücksichtigung zahlreicher, das Leistungsverhalten beeinflussender Parameter entwickelt werden, da eine geeignete Anpassung eines induktiven Bauelements von zahlreichen Faktoren, etwa der Form des magnetischen Kerns, der Art des verwendeten Ferritmaterials, den Leitungsführungen in den Wicklungen, sowie generell der Schaltungstopologie abhängt. Obwohl in vielen Bereichen der Elektronik eine Verringerung der Größe der Bauelemente angestrebt wird, ist insbesondere das Erreichen einer ausreichend hohen Leistungsdichte für speziell gewählte Bauteilabmessungen bei induktiven Bauelementen mit hohem Aufwand verbunden, da zahlreiche durch die Eigenschaften der Magnetmaterialien vorgegebene physikalische Randbedingungen einzuhalten sind, so dass unterschiedliche Lösungsansätze zu unterschiedlichen Endergebnissen führen können, die sich dann jedoch gegebenenfalls nicht in gleicher weise in der Zielanwendung verhalten.
Für viele Anwendungszwecke ist beispielsweise eine hohe Betriebsspannung zumindest in gewissen Betriebsphasen erforderlich, so dass neben den Schwierigkeiten, die aufgrund einer gewünschten kompakten Bauweise zu bewältigen sind, auch weitere Probleme zu berücksichtigen sind, die sich aus der hohen Betriebsspannung ergeben. Ein Beispiel für die Verwendung kleiner leistungsfähiger Transformatoren, die eine hohe Ausgangsspannung liefern müssen, ist der Einsatz in Verbindung mit gewissen Leuchtmitteln, etwa Xe- non-Leuchten, und dergleichen, da hier zumindest zum Zünden des Leuchtmittels eine relativ hohe Spannung von bis zu 30 kV erforderlich ist. Insbesondere für den mobilen Einsatz, in welchem ein geringes Volumen und ein geringes Gewicht wesentliche Aspekte für einen Hochspannungstransformator sind, muss gleichzeitig auf eine hohe Spannungsfestigkeit und Zuverlässigkeit des Transformators bei vielen unterschiedlichen Umgebungsbedingungen großer Wert gelegt werden. Auch in vielen anderen Bereichen, etwa für Messgeräte im Bereich der Umwelttechnologien, und dergleichen, sind teilweise hohe Spannungen beispielsweise für den Nachweis von Strahlung erforderlich, wobei auch hier typischerweise auf kleines Volumen und geringes Gewicht großer Wert gelegt wird, da typischerweise die Messgeräte für den mobilen Einsatz unter rauen Bedingungen vorgesehen sind.
Beispielsweise ist es bei der Ansteuerung spezieller Leuchtmittel aus Gründen eines kompakten Gesamtaufbaus erforderlich, die Größe und Form der entsprechenden elektronischen Platine der Gestalt und Größe des Leuchtmittels anzupassen, um damit insgesamt eine kompakte Bauform zu erreichen. Aufgrund dieser Vorgaben werden daher kleine Abmessungen für entsprechende Transformatoren gefordert, die aber dennoch die Erfordernisse im Hinblick auf die Leistungsdichte, die Betriebstemperatur, das elektromagnetische Verhalten, die Isolationsfestigkeit und dergleichen erfüllen müssen. Beispielsweise kann bei einem Leistungsbereich von einigen 10 W, wie dies etwa für moderne Gasentladungsleuchten typisch ist, eine Anpassung an die längliche Form der Gasentladungskolben gewisse laterale Abmessungen erfordern, die von der induktiven Komponente nicht überschritten werden dürfen, um damit insgesamt die gewünschte Formanpassung der elektronischen Platine zu ermöglichen. Beispielsweise sind Ferritkerne in vielen standardmäßigen Größen und mit vielen standardmäßigen Ferritmaterialien erhältlich, wobei jedoch im Größenbereich von Kernen mit einem magnetischen wirksamen Volumen von etwa 2000 mm3 oder weniger die erforderlichen Bauteileigenschaften mit einer geschlossenen Kerngeometrie, die beispielsweise eine relativ kompakte Bauweise mit gutem thermischen Verhalten und relativ geringer Störanfälligkeit bietet, gegebenenfalls nicht erreicht werden können, um eine ausreichende Leistung bei einem gewünschten kompakten Aufbau des Transformators bereit zustellen. D.h., häufig wird eine lineare Kernform für Transformatoren verwendet, um kompakte Abmessungen zumindest in einer Dimension zu erreichen, wobei ein magnetischer Aufbau mit etwas geringerer Effizienz im Vergleich zu Transformatoren mit nahezu geschlossenem magnetischen Kreis in Kauf genommen wird. Beispielsweise sind Ringkerne oder andere geschlossene magnetische Systeme häufig nicht kompatibel im Hinblick auf das zur Verfügung stehende Bauvolumen insbesondere in kritischen Anwendungen, etwa Mobilgeräten, Kraftfahrzeugen, und dergleichen. Es hat sich daher für kleine Hochspannungstransformatoren, die beispielsweise für Entladungsleuchten, Messgeräte, und dergleichen verwendet werden können, in der Praxis eine lineare Konfiguration des magnetischen Kernmaterials als geeignet erwiesen aufgrund der geringen Abmessungen, die sich senkrecht zur linearen Erstreckung des Transformators erreichen lassen. Dennoch gibt es für lineare Transformatoren bzw. Transformatoren mit einem stabförmigen zentralen Kern, die für eine hohe Ausgangsspannung ausgelegt sind, ein ausgeprägtes Bestreben, die Abmessungen und/oder Leistungseigenschaften weiter zu verbessern, da etwa im Bereich der Beleuchtungstechnik die Konkurrenzfähigkeit von Leuchtmitteln auf Basis von Entladungsleuchten im Vergleich zu neuen Niederspannungstechniken basierend auf LED-Technik ganz wesentlich auch durch die Eigenschaften des Transformators bestimmt ist.
In dieser Hinsicht ist es der Anmelderin gelungen, auf der Grundlage einer Kerngeometrie in Pilzform, d.h., linearer Stabkern mit jeweils Endplatten an den Stabenden, mit einer Primärwicklung mit 2 Windungen einen Kleintransformator für Hochspannung zu entwickeln, der eine deutliche Verringerung des Bauvolumens mit nahezu quadratischen Abmessungen ermöglicht, ansonsten aber die zuvor geforderten Eigenschaften bereitstellt. Allerdings hat die Pilzstruktur des Kernmaterials einen gewissen Aufwand für die Herstellung des Kleintransformators zur Folge, etwa im Hinblick auf die Herstellung des Kerns, die Sinterung des Kernmaterials, etc., sodass hier trotz des bereits erreichten geringen Bauvolumens und den damit verknüpften günstigen Eigenschaften noch Bedarf für weitere Verbesserungen besteht.
Ein Kleintransformator für hohe Spannungen mit einer Primärwicklung mit lediglich 2 Windungen ist zwar generell vorteilhaft zur Verringerung des gesamten Bauvolumens, da aufgrund der geringeren Anzahl an Primärwindungen auch die Anzahl an Sekundärwindungen in der Sekundärwicklung reduziert werden kann, erfordert aber gegebenenfalls andere Maßnahmen, um gewünschte elektronische Eigenschaften einzuhalten, etwa die Realisierung kürzest möglicher Anschlussleitungen. Die Gestaltung und Entwicklung induktiver Komponenten für hohe Spannungen bei geringem Bauvolumen ist eine komplexe Aufgabe, bei der viele Parameter zu berücksichtigen sind, die sich gegenseitig beeinflussen. Bekanntlich hat ein induktives Bauteil auch eine kapazitive Komponente sowie einen parasitären ohmschen Widerstand, so dass insbesondere bei der Verarbeitung sehr kurzer Impulse, wie dies beispielsweise bei der Zündung von Leuchtmitteln der Fall ist, das gesamte Schwingungsverhalten des Transformators zu berücksichtigen und geeignet auszulegen ist. Bei einem Transformator mit einer Primärwicklung mit lediglich 2 Windungen ist eine Kopplung mit den weiteren Komponenten, etwa dem Kondensator und der Funkenstrecke der Zündanordnung so zu bewerkstelligen, dass mögliche parasitäre Induktivitäten durch die Verbindungsleitungen so klein wie möglich sind, damit das Schwingungsverhalten nicht signifikant durch die parasitären Einflüsse, die gegebenenfalls nur schwer zu kontrollieren sind, bestimmt wird.
Ein weiterer wichtiger Faktor für die Konkurrenzfähigkeit eines Leuchtsystems mit induktiver Komponente ist der Aufwand bei der Herstellung der gesamten Einheit, wobei insbesondere die Kosten für die Herstellung der induktiven Komponente einen wesentlichen Beitrag darstellen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hochspannungstransformator mit geringen Abmessungen bereitzustellen, der ein unkritischeres Verhalten bei der elektrischen Verbindung mit anderen Komponenten, beispielsweise einem Kondensator und einer Funkenstrecke, ermöglicht, und der mit verfügbaren Leuchtmitteln, beispielsweise Xenon- Brennern, kompatibel ist und zudem eine Reduzierung der Herstellungskosten ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die zuvor genannte Aufgabe gelöst durch einen Hochspannungstransformator, der eine erste Wicklung mit drei oder mehr Windungen aufweist. Der Hochspannungstransformator umfasst ferner eine zweite Wicklung und einen U-förmigen Kern mit einem ersten Schenkel und einem zweiten Schenkel mit einer Länge von 40 mm oder weniger. Die erste Wicklung und die zweite Wicklung sind auf dem ersten Schenkel aufgebracht.
Der erfindungsgemäße Hochspannungstransformator hat mindestens drei Windungen in der Primärwicklung, so dass hierdurch eine gut definierte, durch konstruktive Maßnahmen eingestellte Induktivität entsteht, die im Vergleich zu parasitären Induktivitäten, die durch Zuleitungen entstehen, relativ groß sein kann. Daher ist das Schwingungsverhalten der induktiven Komponente in einer entsprechenden elektronischen Schaltung, etwa einer Zündanordnung für Leuchtmittel, im Wesentlichen durch den erfindungsgemäßen Transformator selbst und nicht durch parasitäre Effekte bestimmt. Die erste und die zweite Wicklung sind dabei gemeinsam auf einem Schenkel eines U-förmigen Kerns aufgebracht, dessen Länge 40 mm oder kleiner ist, so dass in Längsrichtung des U-förmigen Kerns sich trotz der Win- dungszahl von 3 oder größer ein sehr kompakter Aufbau ergibt. Ferner ist der U-förmige Kern selbst effizient mit hoher Präzision herzustellen und ist insbesondere äußerst vorteilhaft bei der Herstellung des gesamten Transformators, da die erste und die zweite Wicklung lediglich auf den ersten Schenkel aufgeschoben werden müssen, ohne dass weitere Montiertätigkeiten für das Zusammenfügen von Wicklungen und Kern erforderlich sind. Insbesondere können Werkzeuge zum Pressen und Sintern des Kernmaterials für einen U- förmigen Kern in Form von Mehrfachformen bereitgestellt werden, so dass mehrere Kerne in einem einzelnen Arbeitsgang hergestellt werden können.
In einer weiteren Ausführungsform besitzt die erste Wicklung genau drei Windungen. Die Verwendung von genau drei Windungen für die Primärwicklung des Hochspannungstransformators ermöglicht den Aufbau des Transformators mit geeigneter Induktivität, um damit den Einfluss von Leitungsinduktivitäten zu reduzieren und gleichzeitig ein geeignetes Schwingungsverhalten zu erreichen, so dass Ausgangsimpulse in der Größenordnung von 100 ns bei gewünschter hoher Ausgangsspannung erreicht werden. Gleichzeitig lässt dieser konstruktive Aufbau die Möglichkeit zu, die Sekundärwicklung mit relativ kompakter Längsabmessung, d.h. mit einer Abmessung entlang der magnetischen Längsrichtung des ersten Schenkels, aufzubauen, so dass das zuvor genannte Maß von 40 mm oder weniger erreichbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der U-förmige Kern als einstückiges Kernmaterial vorgesehen. In diesem Zusammenhang ist der Begriff „einstückig" so zu verstehen, dass das Kernmaterial als ein einzelnes zusammenhängendes Materialstück vorgesehen ist, in welchem die einzelnen Bereiche, d.h. der erste Schenkel, der zweite Schenkel und ein entsprechendes Verbindungsstück miteinander verbunden sind, ohne dass dafür ein zusätzlicher Verbindungsprozess, beispielsweise Klebung, et cetera, erforderlich ist. Insbesondere beschreibt der Begriff „einstückig" in diesem Zusammenhang einen U- förmigen, als ganzes gepressten Kern. Wie zuvor bereits erläutert ist, ergibt sich daher die Möglichkeit in einen einzelnen Herstellungsvorgang mehrere U-förmige Kerne gleichzeitig herzustellen. Ferner sind beim Zusammenbau des Hochspannungstransformators keine weiteren Schritte erforderlich, um das magnetische Kernmaterial zu bearbeiten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind Wicklungsabschnitte der ersten Wicklung, die zur elektrischen Verbindung von Windungen der ersten Wicklung dienen, zwi- sehen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel angeordnet. D.h., diese Wicklungsabschnitte, die als Verbindungsleitung zwischen einzelnen Windungen dienen, sind in lateraler Richtung des U-förmigen Kerns zwischen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel des U-förmigen Kerns angeordnet. Diese Verbindungsleitungen sind somit wirksam zwischen den Schenkeln positioniert, so dass eine gewisse mechanische Schutzwirkung durch den zweiten Schenkel und die auf dem ersten Schenkel aufgebrachten Wicklungen für die Verbindungsleitungen erreicht wird. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die Abmessung zumindest des zweiten Schenkels in einer der beiden lateralen Richtungen deutlich größer sein als in der entsprechenden anderen lateralen Richtung, d.h. die Querschnittsform ist rechteckig mit einer relativ kleinen Seitenlänge in der einen lateralen Richtung und mit einer deutlich größeren Seitenlänge in der anderen lateralen Richtung, so dass sich bei erforderlichem magnetischen Querschnitt des zweiten Schenkels eine relativ große Überdeckung der Verbindungsleitungen ergibt.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Querschnitt des ersten Schenkels senkrecht zur magnetischen Längsrichtung mindestens doppelt so groß wie ein Querschnitt des zweiten Schenkels. In dieser Anordnung wirkt der erste Schenkel des U-förmigen Kerns im Wesentlichen wie ein Stabkern, der von der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung umschlossen ist, so dass der magnetische wirksame Querschnitt des ersten Schenkels die magnetischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften des Transformators wesentlich bestimmt. Dagegen hat der zweite Schenkel einen deutlich kleineren magnetischen Querschnitt, trägt aber dennoch zu den gesamten magnetischen Eigenschaften entscheidend bei, indem etwa das zusätzliche Kernmaterial im zweiten Schenkel zu einer erforderlichen Größe der Induktivität bzw. des AI-Wertes des Kerns beiträgt.
Wie zuvor erläutert ist, ist ein Zusammenspiel vieler Parameter beim Aufbau des Transformators zu berücksichtigen, wobei hier insbesondere die Erkenntnis wichtig ist, dass der AI- Wert des Kernmaterials durch den zweiten Schenkel zwar auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann, aber dennoch eine Sättigung des Kernmaterials insbesondere im zweiten Schenkel stattfinden darf. Eine Sättigung des Kernmaterials kann während gewisser Betriebsphasen ohnehin vorhanden sein, wohingegen ein höherer AI-Wert eine wirksame Dämpfung in anderen Betriebsphasen, z.B. während des Anstiegs des Stromes, bewirken kann, solange der Kern eben noch nicht gesättigt ist. Des weiteren lässt sich durch den zweiten Schenkel des U-förmigen Kerns die unvermeidbare Streuinduktivität sehr klein halten, während andererseits die räumliche Ausdehnung des Streufeldes ebenfalls durch die Geometrie und das Volumen des zweiten Schenkels effizient modellierbar ist. Auf diese Weise lassen sich die Werte für die Streuinduktivität durch konstruktive Maßnahmen auf werte reduzieren, die für die gewünschte Anwendung, beispielsweise für einen Zündtransformator, geeignet sind, während der Einfluss anderer parasitärer Effekte, etwa die Induktivität und Kapazität von Zuleitungen, usw., reduziert ist.
Da ferner der magnetische Querschnitt des zweiten Schenkels lediglich die Hälfte oder deutlich weniger im Vergleich zur magnetischen Querschnittsfläche des ersten Schenkels beträgt, kann der Abstand zwischen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel reduziert werden, ohne dass der Raumbereich, der für die erste Wicklung und die zweite Wicklung benötigt wird, eingeschränkt wird. D.h., die im Wesentlichen parallel verlaufenden Schenkel des U-förmigen Kerns weisen einen Abstand voneinander auf, der die Aufnahme der ersten und der zweiten Wicklung auf dem ersten Schenkel bei der Montage des Transformators uneingeschränkt zulässt. Vorteilhafterweise ist dabei der geringere Querschnitt des zweiten Schenkels durch eine kleinere Abmessung in Richtung des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel verwirklicht, so dass bei erforderlicher Querschnittsfläche ein optimal großer Abstand zwischen den beiden Schenkeln zur Aufnahme der Wicklungen bereitsteht.
In vorteilhaften Ausführungsformen haben der erste Schenkel und der zweite Schenkel in einer lateralen Richtung im Wesentlichen die gleiche Abmessung und der unterschiedliche Querschnitt wird durch unterschiedliche Abmessungen in der dazu senkrechten lateralen Richtung erreicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Querschnitt des ersten Schenkels in der ersten lateralen Richtung eine Abmessung von 4 mm oder kleiner und in der dazu senkrechten lateralen Richtung eine Abmessung von 9 mm oder kleiner auf. In dieser Ausführungsform kann somit der Querschnitt des ersten Schenkels eine ausgeprägte längliche rechteckige Form aufweisen, wodurch sich die Möglichkeit ergibt bei gegebenem magnetischen Querschnitt das Bauvolumen in einer lateralen Richtung zulasten einer Vergrößerung des Bauvolumens in der dazu senkrechten lateralen Richtung zu reduzieren. Dadurch ergibt sich ein hohes Maß an Flexibilität bei der Anpassung der lateralen Abmessungen des Hochspannungstransformators an bauliche Gegebenheiten, beispielsweise in einem Gehäuse zur Aufnahme einer Zündelektronik, und dergleichen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Querschnitt des ersten Schenkels in einer ersten lateralen Richtung eine Abmessung von 8 mm oder kleiner und in der dazu senkrechten lateralen Richtung eine Abmessung von 5 mm oder kleiner auf. In dieser Ausführungsform lässt sich eine weniger ausgeprägte rechteckige Form verwirklichen, wenn dies für die gesamten lateralen Abmessungen des Hochspannungstransformators geeignet ist. Insbesondere kann bei einer ausgeprägt länglichen rechteckigen Form des Kernmaterials, beispielsweise im Vergleich zu einer quadratischen Querschnittsform, eine größere Oberfläche bereitgestellt werden, so dass gegebenenfalls eine höhere thermische Belastung tolerierbar ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Abmessung des Hochspannungstransformators in einer ersten lateralen Richtung 16 mm oder weniger, vorzugsweise liegt diese Abmessung zwischen 16 mm und 13 mm, und in der dazu senkrechten lateralen Richtung beträgt die Abmessung 16 mm oder weniger, vorzugsweise liegt diese Abmessung zwischen 16 mm und 13 mm.
In dieser Ausführungsform sind die lateralen Abmessungen des Hochspannungstransformators so gewählt, dass die Abmessungen in beiden lateralen Richtungen näherungsweise gleich sind, so dass der Einbau im Hinblick auf die laterale Richtung relativ unabhängig von der Orientierung des Hochspannungstransformator um seine Längsachse ist. D.h., der Einbau des Hochspannungstransformators in ein Gehäuse oder auf eine Leiterplatte kann so erfolgen, dass eine Drehung um die Längsachse um 90,180 oder 270° im Wesentlichen ohne Einfluss auf das gesamte Bauvolumen ist, sofern Anschlüsse des Hochspannungstransformators entsprechend vorgesehen sind. In einer bevorzugten Variante liegen dabei die Verbindungsleitungen der ersten Wicklung im Raumbereich zwischen den Wicklungen, die auf dem ersten Schenkel aufgebracht sind, und dem zweiten Schenkel, wie dies bereits zuvor erläutert ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform beträgt eine Abmessung des Hochspannungstransformators in einer ersten lateralen Richtung 20 mm oder weniger, vorzugsweise liegt diese Abmessung zwischen 19 mm und 17 mm, und in der dazu senkrechten lateralen Richtung beträgt die Abmessung 14 mm oder weniger, vorzugsweise liegt diese Abmessung zwischen 13 mm und 11 mm. In dieser Ausgestaltung des Hochspannungstransformators kann eine insgesamt rechteckige Form des Querschnitts bereitgestellt werden, so dass eine geeignete Anpassung an das zur Verfügung stehende Bauvolumen in den lateralen Richtungen möglich ist. In dieser Variante sind die Verbindungsleitungen der ersten Wicklung vorzugsweise über bzw. unter dem ersten Schenkel oder um 90° dazu gedreht positioniert.
Vorzugsweise wird durch eine Änderung der lateralen Abmessung die Längsabmessung des Hochspannungstransformators im Wesentlichen nicht beeinflusst. Wie zuvor erwähnt ist, beträgt die Abmessung in der Längsrichtung 40 mm oder weniger und liegt vorzugsweise bei 36 mm oder weniger. In besonderen Ausführungsformen liegt die Längsabmessung zwischen 33 mm und 36 mm.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind außer dem U-förmigen Kern keine weiteren magnetischen Komponenten in dem erfindungsgemäßen Hochspannungstransformator vorgesehen. D.h., in dieser bevorzugten Ausführungsform sind die geometrischen Parameter in Abhängigkeit von anderen Parametern so gewählt, dass kein weiteres zusätzliches magnetisches Material für den Kern erforderlich ist. Auf diese Weise wird die Herstellung des Kernmaterials für einen gesamten Hochspannungstransformator wesentlich vereinfacht, da beispielsweise mehrere U-förmige Kerne in einem gemeinsamen einzelnen Arbeitsschritt hergestellt werden können. Des weiteren wird durch die Vermeidung eines weiteren Kernmaterials der Zusammenbau des Hochspannungstransformators deutlich vereinfacht, da im Hinblick auf das Kernmaterial keine weiteren Arbeitsschritte, etwa das Anbringen von Abschirmelementen, Feldführungselementen und dergleichen, erforderlich sind. Insbesondere sind dadurch die wesentlichen Parameter des induktiven und kapazitiven Verhaltens des Hochspannungstransformators durch konstruktive Maßnahmen festgelegt, etwa durch das Fertigen des U-förmigen Kerns, so dass eine hohe Konstanz bei der Herstellung einer Vielzahl von Hochspannungstransformatoren gewährleistet ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich auch aus den angefügten Patentansprüchen und gehen auch deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen: Figur 1A eine perspektivische Ansicht eines Hochspannungstransformators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Figur 1 B eine erste Schnittansicht des Hochspannungstransformators zeigt,
Figur 1C eine weitere Schnittansicht des Hochspannungstransformators zeigt,
Figur 2A eine perspektivische Ansicht eines Hochspannungstransformators gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Figur 2B eine erste Schnittansicht des Hochspannungstransformators zeigt,
Figur 2C eine weitere Schnittansicht des erfindungsgemäßen Hochspannungstransformators zeigt,
Figur 3A eine perspektivische Ansicht eines Hochspannungstransformators gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, in der Verbindungsleitungen der ersten Wicklung um 90° gedreht sind im Vergleich zu der in den Figuren 2 dargestellten Ausführungsform,
Figur 3B eine erste Schnittansicht des Hochspannungstransformators zeigt und,
Figur 3C eine weitere Schnittansicht des erfindungsgemäßen Hochspannungstransformators zeigt.
Mit Bezug zu den Zeichnungen werden nunmehr weitere Ausführungsformen detaillierter beschrieben, wobei zu beachten ist, dass teilweise die in den Zeichnungen dargestellten Komponenten nicht maßstabsgetreu dargestellt sind.
Figur 1A zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Hochspannungstransformators 100 gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Hochspannungstransformator 100, der in anschaulichen Ausführungsformen eine Eingangsspannung von mehreren 10 V bis mehrere 100 V auf eine relativ hohe Ausgangsspannung im Bereich von mehreren 100 V bis mehrere 10.000 V transformiert, ist insbe- sondere aufgrund der kompakten Bauweise für mobile Anwendungen und Anwendungen in Kfz-Bereich und dergleichen geeignet, wenn relativ hohe Ausgangsspannungen erforderlich sind. Beispielsweise kann der Hochspannungstransformator 100 vorteilhaft für das Zünden von Gasentladungsleuchten verwendet werden.
Der Hochspannungstransformator 100 enthält einen U-förmigen Kern 1 10, der einen ersten Schenkel 1 12, einen zweiten Schenkel 1 11 und ein, diese beiden Schenkel verbindenden Kopplungsteil 1 13 umfasst. In vorteilhaften Ausführungsformen ist der Kern 1 10 als„einstückiges" Materialstück vorgesehen, das in einem Arbeitsgang zusammen mit weiteren Kernen hergestellt wird und beim Zusammenbau des Hochspannungstransformators 100 keine weiteren Arbeitsschritte erforderlich macht, etwa das Anbringen und Befestigen weiterer magnetischer Komponenten und dergleichen.
Der Kern 1 10 bildet somit ein nicht geschlossenes Kernmaterial für den Transformator 100, wobei in besonders vorteilhaften Ausführungsformen keine weiteren magnetischen Komponenten in Form von Feldführungsplatten, etc, vorgesehen sind.
Es sollte beachtet werden, dass der Begriff„U-förmiger" Kern auch jede andere Geometrie mit einschließt, in der der Kopplungsteil 113 und die beiden Schenkel 1 12 und 1 1 1 eine Gestalt bilden, in der der erste Schenkel und der zweite Schenkel länglich sind und zumindest über eine gewisse Strecke hinweg sich näherungsweise in die gleiche Richtung erstrecken. Die in den Figuren gezeigte rechteckige Gestalt kann auch Rundungen aufweisen. D.h., der erste Schenkel 112 und/oder der zweite Schenkel 11 1 und/oder der Kopplungsteil 1 13 können eine andere Querschnittsform als eine Rechteckform aufweisen und/oder Kanten können entsprechend gerundet sein. Ferner müssen die einzelnen Komponenten des Kerns 1 10 nicht notwendigerweise geradlinige Komponenten sein, sondern diese können auch eine Krümmung aufweisen, sofern dies mit dem geforderten Bauvolumen verträglich ist. Beispielsweise kann der Kopplungsteil 113 eine bogenförmige Gestalt besitzen. In den dargestellten vorteilhaften Ausführungsformen ergibt sich aufgrund der geradlinigen und rechteckförmigen Struktur der einzelnen Komponenten des Kerns 1 10 ein insgesamt geringes Bauvolumen.
In der gezeigten Ausführungsform legt die Länge des Kerns 1 10, d.h. die Erstreckung des Kerns 110 in einer Längsrichtung L, die Gesamtlänge des Hochspannungstransformators 100 fest und beträgt 40 mm oder weniger. Querschnittsflächen 1 12S und 1 11 S der beiden Schenkel 1 12, 1 1 1 bilden in den gezeigten Ausführungsformen Rechtecke und sind unterschiedlich groß. D.h., die Querschnittsfläche 112S ist deutlich größer als die Querschnittsfläche 11 1S und ist in bevorzugten Ausführungsformen etwa doppelt so groß wie die Querschnittsfläche 11 1S. Abmessungen in einer ersten lateralen Richtung, die mit B1 bezeichnet ist, sind für die Querschnitte 112S, 1 11 S deutlich kleiner im Vergleich zu Abmessungen in einer dazu senkrechten zweiten lateralen Richtung, die mit B2 bezeichnet ist, so dass sich eine ausgeprägte längliche Recheckform mit größerer Seitenlänge entlang der lateralen Richtung B2 ergibt. Daher besitzen der erste Schenkel 1 12 und der zweite Schenkel 1 1 1 relativ große Oberflächen für ein vorgegebenes magnetisches Volumen, wodurch sich gute thermische Eigenschaften erreichen lassen.
Der Hochspannungstransformator 100 umfasst ferner eine erste Wicklung 140, die drei oder mehr Windungen enthält. In besonders bevorzugten Ausführungsformen enthält die erste Wicklung 140 genau drei Windungen 141 , 142 und 143. Die Windungen 141 , ..., 143 sind durch entsprechende Verbindungsstücke 145 oder Verbindungsleitungen gleichsinnig in Reihe geschaltet. Ferner ist die erste Wicklung 140 mit entsprechenden Anschlussstiften verbunden, etwa mittels einer Verbindungsleitung 144, die mit genau definiertem Abstand in Bezug zu den anderen Komponenten des Transformators 100 geführt ist.
Der Hochspannungstransformators 100 umfasst ferner eine zweite Wicklung 120, die gegebenenfalls eine geeignete Anzahl an Wicklungsabschnitten 121 , 124 aufweist, wobei die Anzahl der Wicklungsabschnitte typischerweise von der Anzahl der Windungen der ersten Wicklung 140 abhängig ist. In der gezeigten Anordnung sind vier Wicklungsabschnitte dargestellt. In bevorzugten Ausführungsformen sind die erste Wicklung 140 und die zweite Wicklung 120 auf einem Spulenkörper 130 aufgebracht, der seinerseits auf den ersten Schenkel 1 12 des Kerns 1 10 aufgeschoben ist. Durch die Verwendung des Spulenkörpers 130 lassen sich automatisierte Arbeitsabläufe zum Aufbringen insbesondere der zweiten Wicklung 120 anwenden, die vor Herstellung der ersten Wicklung 140 auf den Spulenkörper 130 aufgebracht wird. Die erste Wicklung 140 kann einen oder mehrere Leiterbügel, die beispielsweise geeignete Anschlussstifte usw. aufweisen können, umfassen in Verbindung mit einem geeigneten Draht, der beispielsweise auch zur Herstellung der Verbindungsleitungen 144 und/oder 145 verwendet werden kann. In den gezeigten Ausführungsformen weist der Spulenkörper 130 entsprechende Aussparungen auf, die das Leitermaterial der Windungen 141 , .., 143 zuverlässig in Längsrichtung L von dem Leitermaterial der zweiten Wicklung 120 trennen, so dass bereits durch konstruktive Maßnahmen ausreichende Isolationsstrecken geschaffen sind. Ferner können entsprechende Aussparungen vorgesehen sein, um etwa die Verbindungsleitung 144 aufzunehmen, so dass diese unter einem präzisen Abstand zu der zweiten Wicklung 120 und dem Kern 110 geführt ist, so dass auf diese Weise eine genau festgelegte Geometrie bei der Leitungsführung beim Aufbau des Transformators 100 eingehalten werden kann.
Figur 1 B zeigt eine Schnittansicht des Transformators 100, wenn dieser entlang der lateralen Richtung B2 (siehe Figur 1A) betrachtet wird. In dieser Schnittansicht sind auch die drei Windungen der ersten Wicklung 140 und die Verbindungsleitungen 144, 145 gezeigt. Wie zuvor bereits erläutert ist, weisen in dieser Ausführungsform der erste Schenkel 112 und der zweite Schenkel 1 1 1 entlang der lateralen Richtung B1 unterschiedliche Abmessungen auf. In der gezeigten Ausführungsform ist eine Abmessung 1 12A für den ersten Schenkel 1 12 gezeigt, die eine Größe von 5 mm oder kleiner besitzt. Vorzugsweise liegt die Abmessung 1 12A zwischen 3,5 mm und 4,5 mm.
Die entsprechende Abmessung 1 11 A des zweiten Schenkels 1 1 1 ist deutlich kleiner und beträgt 3 mm und kleiner, vorzugsweise liegt die Größe der Abmessung 11 1 A im Bereich von 1 ,5 mm bis 2,5 mm.
Eine Länge 101 des gesamten Hochspannungstransformators 100, die durch die Länge des Kerns 1 10 bestimmt ist, beträgt 40 mm oder weniger und vorzugsweise liegt die Länge 101 im Bereich von 32 mm bis 36 mm.
Der Transformator 100 mit den gerade spezifizierten Abmessungen kann eine Ausgangsspannung während eines Zündvorgangs von 30.000 V oder mehr bei einer Eingangsspannung von 600 V bis 1000 V bereitstellen. Ferner wird über die zweite Wicklung des Transformators nach erfolgter Zündung eines Gasentladungsleuchtmittels der Betriebstrom des Leuchtmittels geleitet.
Figur 1 C zeigt eine Schnittansicht, die aus der lateralen Richtung B1 (siehe Figur 1A) betrachtet wird. In dieser Ansicht sind der zweite Schenkel 1 1 1 und der erste Schenkel 1 12 schematisch dargestellt, die in der dargestellten Ausführungsform vorzugsweise gleiche Abmessung entlang der lateralen Richtung B2 besitzen. Diese Abmessungen, die mit 112B und 1 11 B bezeichnet sind, betragen 9 mm oder kleiner und liegen vorzugsweise im Bereich zwischen 6,5 mm und 7,5 mm.
Wie eingangs bereits erläutert ist, wird in Anwendungen, in denen insgesamt ein kompakter Aufbau für einen Transformator erforderlich ist, häufig eine nicht geschlossene Kerngeometrie angewendet, in welcher zwar die magnetischen Eigenschaften generell ungünstiger sind im Vergleich zu einem im Wesentlichen geschlossenen Kernmaterial, jedoch insgesamt kleinere Abmessungen erreichbar sind. In der vorliegenden Erfindung ist der magnetische Querschnitt 1 12S deutlich größer als der magnetische Querschnitt 11 1S (siehe Figur 1A), da der zweite Schenkel 1 11 im wesentlichen nur als Rückschluss für das Magnetfeld des ersten Schenkels 1 12 und damit zur Einstellung der Gesamtinduktivität des Kernmaterials dient. Eine Sättigung des Kernmaterials liegt in gewissen Betriebsphasen ohnehin vor, so dass die Reduzierung des magnetischen Querschnitts des zweiten Schenkels 11 1 diesbezüglich keine Einschränkung der Funktionalität des Transformators 100 nach sich zieht. Andererseits kann aber dennoch die gewünschte Strom begrenzende Wirkung des Transformators 100 in gewissen Betriebsphasen durch eine relativ hohe Induktivität erreicht werden, indem durch den zweiten Schenkel 1 11 ein gewünschter hoher Induktivitätswert bereitgestellt wird.
Ferner sind in der dargestellten Ausführungsform die Verbindungsleitungen 144, 145 zwischen dem ersten Schenkel 1 12 und dem zweiten Schenkel 1 1 1 entlang der lateralen Richtung B1 , also in Richtung des Abstands zwischen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel, angeordnet, so dass sich zusätzlich zu einem kompakten Aufbau auch eine mechanische Schutzfunktion für die Verbindungsleitungen 144, 145 gibt, insbesondere wenn der Transformator nach erfolgter Installation in einem Gehäuse mit Vergussmaterial gefüllt wird. Diese mechanische Schutzfunktion wird durch die relativ große Erstreckung 11 1 B entlang der lateralen Richtung B2 unterstützt. In dieser Ausführungsform sind auch die Gesamtabmessungen entlang der ersten lateralen Richtung B1 und entlang der zweiten lateralen Richtung B2, die als 102 (siehe Figur 1 B) und 103 (siehe Figur 1 C) bezeichnet sind, in etwa gleich und liegen im Bereich von 18 mm oder kleiner, vorzugsweise zwischen 14 mm und 17 mm.
Figur 2A zeigt eine perspektivische Ansicht des Hochspannungstransformators gemäß ei- ner weiteren Ausführungsform 200, in der ein U-förmiger Kern 210 einen ersten Schenkel 212 und einen zweiten Schenkel 211 aufweist. Des weiteren umfasst der Hochspannungstransformator 200 eine erste Wicklung 240 mit drei oder mehr Windungen 241 , 243, bevorzugt mit genau drei Windungen, und eine zweite Wicklung 220, die mehrere Wicklungsabschnitte, etwa vier Wicklungsabschnitte, aufweisen kann. Die Abmessung entlang einer Längsrichtung L des Transformators 200 ist im Wesentlichen durch die Länge des Kerns 210 bestimmt und beträgt 40 mm oder weniger. Generell gelten für den U-förmigen Kern 210 analoge Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Kern 110 des Transformators 100 beschrieben sind, wobei jedoch in dieser Ausführungsform eine etwas weniger„gestreckte" Rechteckform für Querschnittsflächen 212S und 21 1S für die Schenkel 212, 21 1 vorgesehen ist, um insgesamt einer weniger gestreckten rechteckigen Gesamtquerschnittsform des Transformators 200 Rechnung zu tragen.
Ferner sind in der gezeigten Ausführungsform Verbindungsleitungen 244, 245 der ersten Wicklung 240 nicht zwischen den Schenkeln 212, 211 entlang der Richtung B2 vorgesehen, wie dies in der Ausführungsform der Figur 1 der Fall ist. Vielmehr sind in der gezeigten Ausführungsform die Verbindungsleitungen 244, 245 entlang der Richtung B1 lateral versetzt zu dem ersten und dem zweiten Schenkel 212, 21 1 angeordnet. Auf diese Weise lässt sich ein hoher Grad an Flexibilität bei der endgültigen Einstellung der Bauteilgröße in den lateralen Richtungen B1 und B2 erreichen, während die induktiven und kapazitiven Eigenschaften davon im Wesentlichen unbeeinflusst bleiben.
Figur 2B zeigt eine Schnittansicht des Transformators 200, wobei dieser aus der Richtung B1 betrachtet wird. Wie gezeigt, weist der U-förmige Kern 210 die Schenkel 212, 211 sowie einen Kopplungsteil 213 auf. Im Hinblick auf die U-förmige Geometrie des Kerns 210 gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor auch in Bezug auf den Kern 1 10 angegeben sind. Eine Abmessung 212A des Schenkels 212 entlang der Richtung B2 beträgt 8 mm oder weniger, und vorzugsweise liegt diese Abmessung im Bereich zwischen 4,5 mm und 6,5 mm. Die entsprechende Abmessung 21 1A beträgt 4 mm oder weniger, und liegt in bevorzugten Ausführungsformen in einem Bereich zwischen 2,5 mm und 3,5 mm. Die gesamte Länge 201 des Transformators 200, die wiederum durch die Länge des Kerns 210 festgelegt ist, beträgt 40 mm oder weniger und liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 32 mm und 36 mm. Für die gesamte Abmessung 203 entlang der lateralen Richtung B2 gilt, dass diese bei 20 mm oder weniger liegt und in bevorzugten Ausführungsformen in einem Bereich zwi- sehen 13 mm und 17 mm liegt.
Figur 2C zeigt eine Schnittansicht des Transformators 200, wobei dieser aus der Richtung B2 betrachtet wird. In der gezeigten Ausführungsform sind die Abmessungen 212B und 211 B in der lateralen Richtung B1 für den ersten Schenkel 212 und zweiten Schenkel 211 gleich und betragen 8 mm oder weniger. Vorzugswiese liegen diese Abmessungen in einem Bereich von 4,5 mm und 6,5 mm. Die laterale Abmessung 203 des Transformators 200 in der lateralen Richtung B1 beträgt 17 mm oder weniger und liegt vorzugsweise zwischen 13 mm und 15 mm.
Figur 3A zeigt eine perspektivische Ansicht des Hochspannungstransformators gemäß einer weiteren Ausführungsform 300, die in ihrer Geometrie ähnlich zu der in den Figuren 2 dargestellten Ausführungsform ist, wobei jedoch Verbindungsleitungen und Anschlüsse um 90° um eine Längsrichtung L gedreht sind. In der gezeigten Ausführungsform enthält der Transformator 300 einen U-förmiger Kern 310 mit einem ersten Schenkel 312 und einem zweiten Schenkel 311. Des weiteren umfasst der Hochspannungstransformator 300 eine erste Wicklung 340 mit drei oder mehr Windungen 341 , 343, bevorzugt mit genau drei Windungen, und eine zweite Wicklung 320, die mehrere Wicklungsabschnitte, etwa vier Wicklungsabschnitte, aufweisen kann. Die Abmessung entlang der Längsrichtung L des Transformators 300 ist im Wesentlichen durch die Länge des Kerns 310 bestimmt und beträgt 40 mm oder weniger. Generell gelten für den U-förmigen Kern 310 analoge Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Kern 110 und 210 des Transformators 100 und 200 beschrieben sind, wobei jedoch in dieser Ausführungsform im Vergleich zum Transformator 100 eine etwas weniger„gestreckte" Rechteckform für Querschnittsflächen 312S und 31 1 S für die Schenkel 312, 311 vorgesehen ist, um insgesamt einer weniger gestreckten rechteckigen Gesamtquerschnittsform des Transformators 300 Rechnung zu tragen.
Ferner sind in der gezeigten Ausführungsform Verbindungsleitungen 344, 345 der ersten Wicklung 340 nicht zwischen den Schenkeln entlang der Richtung B2 vorgesehen, wie dies in der Ausführungsform der Figur 1 der Fall ist. Vielmehr sind in der gezeigten Ausführungsform die Verbindungsleitungen 344, 345 entlang der Richtung B2 über (bzw. unter) dem ersten Schenkel 312 angeordnet und damit um 180° um die Längsachse L im Vergleich zum Transformator 100 oder um 90° im Vergleich zum Transformator 200 gedreht. Auf diese Weise lässt sich ein hoher Grad an Flexibilität bei der endgültigen Einstellung der Bau- teilgröße in den lateralen Richtungen B1 und B2 erreichen, während die induktiven Eigenschaften davon im Wesentlichen unbeeinflusst bleiben.
Figur 3B zeigt eine Schnittansicht des Transformators 300, wobei dieser aus der Richtung B1 betrachtet wird. Wie gezeigt, weist der U-förmige Kern 310 die Schenkel 312, 311 sowie einen Kopplungsteil 313 auf. Im Hinblick auf die U-förmige Geometrie des Kerns 310 gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor auch in Bezug auf den Kern 1 10 oder den Kern 210 angegeben sind. Eine Abmessung 312A des Schenkels 312 entlang der Richtung B2 beträgt 8 mm oder weniger, und vorzugsweise liegt diese Abmessung im Bereich zwischen 4,5 mm und 7,5 mm. Die entsprechende Abmessung 31 1A beträgt 4 mm oder weniger, und liegt in bevorzugten Ausführungsformen in einem Bereich zwischen 2,5 mm und 3,5 mm. Die gesamte Länge 301 des Transformators 300, die wiederum durch die Länge des Kerns 310 festgelegt ist, beträgt 40 mm oder weniger und liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 32 mm und 36 mm. Für die gesamte Abmessung 303 entlang der lateralen Richtung B2 gilt, dass diese bei 18 mm oder weniger liegt und in bevorzugten Ausführungsformen in einem Bereich zwischen 14 mm und 16 mm liegt.
Figur 3C zeigt eine Schnittansicht des Transformators 300, wobei dieser aus der Richtung B2 betrachtet wird. In der gezeigten Ausführungsform sind die Abmessungen 312B und 311 B in der lateralen Richtung B1 für den ersten Schenkel 312 und zweiten Schenkel 311 gleich und betragen 7 mm oder weniger. Vorzugswiese liegen diese Abmessungen in einem Bereich von 4 mm und 6 mm. Für die gesamte Abmessung 302 entlang der lateralen Richtung B1 gilt, dass diese bei 15 mm oder weniger liegt und in bevorzugten Ausführungsformen in einem Bereich zwischen 11 mm und 13 mm liegt.
Es sollte beachtet werden, dass je nach Lage der Verbindungsleitungen die Abmessungen in den lateralen Richtungen B1 und B2 des Kerns und damit auch des gesamten Transformators nach Bedarf vertauscht oder generell geändert werden können, um dem vorgegebenen lateralen Einbaumaß in einer speziellen Anwendung Rechnung zu tragen. Dabei werden jedoch die geforderten induktiven Eigenschaften beibehalten.
Der erfindungsgemäße Hochspannungstransformator 100, 200 lässt sich mit geringem Volumen aufbauen, wobei insbesondere typischerweise die Länge, die 40 mm oder weniger beträgt, gut an bestehende Systeme angepasst ist. Auf der Grundlage des U-förmigen Kerns können die Werte der Streuinduktivität und der Gesamtinduktivität so eingestellt werden, dass insbesondere beim Zündvorgang ein Impuls mit geeigneter zeitlicher Länge erzeugt wird und im weiteren Verlauf beim Hochlauf der Entladungsleuchte eine Strombegrenzung erreicht wird. Gleichzeitig führt die Verwendung von drei Windungen in der ersten Wicklung zu einem induktivem Verhalten des Transformators derart, dass weitere Induktivitäten, die etwa durch Anschlussleitungen des Transformators zu einer weiteren elektrische Komponente hervorgerufen werden, einen deutlich geringeren Einfluss auf das Gesamtverhalten ausüben, so dass das gewünschte Schwingungsverhalten durch konstruktive Maßnahmen des Transformators selbst festgelegt ist. Die Verwendung des U-förmigen Kernmaterials reduziert sowohl die Herstellungskosten des Kernmaterials selbst als auch die Kosten beim Zusammenbau des Hochspannungstransformators.

Claims

Patentansprüche
1. Hochspannungstransformator (100, 200) mit: einer ersten Wicklung (140, 240) mit drei oder mehr Windungen (141 , 142, 143; 241 , 242, 243), einer zweiten Wicklung (120, 220) und einem U-förmigen Kern (1 10, 210) mit einem ersten Schenkel (1 12, 212) und einem zweiten Schenkel (11 1 , 21 1 ) mit einer Länge von 40 mm oder weniger, wobei die erste Wicklung (140, 240) und die zweite Wicklung (120, 220) auf dem ersten Schenkel (1 12, 212) aufgebracht sind.
2. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1 , wobei die erste Wicklung drei Windungen (141 , 142, 143; 241 , 242, 243) aufweist.
3. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1 oder 2, wobei der U-förmige Kern als einstückiges Kernmaterial vorgesehen ist.
4. Hochspannungstransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Windungsabschnitte (144, 145, 244, 245) der ersten Wicklung (140, 240), die zur elektrischen Verbindung von Windungen der ersten Wicklung (140, 240) dienen, zwischen dem ersten Schenkel (112, 212) und dem zweiten Schenkel (11 1 , 21 1 ) angeordnet sind.
5. Hochspannungstransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Querschnitt (112S, 212S) des ersten Schenkels senkrecht zur magnetischen Längsrichtung (L) größer ist als ein Querschnitt (11 1 S, 21 1S) des zweiten Schenkels.
6. Hochspannungstransformator nach Anspruch 5, wobei der Querschnitt (112S) des ersten Schenkels in einer ersten lateralen Richtung (B1 ) eine Abmessung von 5 mm oder kleiner und in der dazu senkrechten lateralen Richtung (B2) eine Abmessung von 9 mm oder kleiner aufweist.
7. Hochspannungstransformator nach Anspruch 5, wobei der Querschnitt (212S) des ersten Schenkels in einer ersten lateralen Richtung (B2, B1 ) eine Abmessung (212A, 212B) von 8 mm oder kleiner und in der dazu senkrechten lateralen Richtung (B1 , B2) eine Abmessung (212B, 212A) von 8 mm oder kleiner aufweist.
8. Hochspannungstransformator nach Anspruch 5, wobei der Querschnitt (312S) des ersten Schenkels in einer ersten lateralen Richtung (B2, B1 ) eine Abmessung (312A, 312B) von 8 mm oder kleiner und in der dazu senkrechten lateralen Richtung (B1 , B2) eine Abmessung (312B, 312A) von 7 mm oder kleiner aufweist.
9. Hochspannungstransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 4, wobei eine Abmessung des Hochspannungstransformators in einer ersten lateralen Richtung (B1 ) 18 mm oder weniger, vorzugsweise zwischen 17 mm und 14 mm, und in der dazu senkrechten lateralen Richtung (B2) 18 mm oder weniger, vorzugsweise zwischen 17 mm und 14 mm, beträgt.
10. Hochspannungstransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Abmessung (203, 202) des Hochspannungstransformators in einer ersten lateralen Richtung (B1 , B2) 20 mm oder weniger, und in der dazu senkrechten lateralen Richtung (B1 , B2) 16 mm oder weniger beträgt.
1 1. Hochspannungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Abmessung (303, 302) des Hochspannungstransformators in einer ersten lateralen Richtung (B1 , B2) 18 mm oder weniger, und in der dazu senkrechten lateralen Richtung (B1 , B2) 15 mm oder weniger beträgt.
12. Hochspannungstransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei außer dem U-förmigen Kern keine weiteren magnetischen Komponenten vorgesehen sind.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108597791A (zh) * 2018-02-23 2018-09-28 上海圣缑电磁设备有限公司 电抗器及其制造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006084440A1 (de) * 2005-02-11 2006-08-17 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Lampensockel für eine hochdruckentladungslampe und hochdruckentladungslampe
US20080231404A1 (en) * 2007-03-21 2008-09-25 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Integrated type transformer
DE102007025421A1 (de) * 2007-05-31 2008-12-04 Vogt Electronic Components Gmbh Zündtransformator und Zündmodul

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1367988A (en) * 1921-02-08 replogle
DE506660C (de) * 1928-11-03 1930-09-06 App Bauanstalt Ing Hans Klinkh Vorrichtung zum Abdaempfen von Spannungsschwankungen eines Wechselstromnetzes, insbesondere fuer Messzwecke
US2867785A (en) * 1953-03-06 1959-01-06 Ranza A Crumbliss Ignition coil
DE9417708U1 (de) * 1994-11-04 1996-02-29 Tridonic Bauelemente Filterdrossel
DE102004055154B4 (de) * 2003-12-23 2007-10-18 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Betrieb eines Systems zur berührungslosen Energieübertragung, System zur berührungslosen Energieübertragung und Übertragerkopf
DE102007049235A1 (de) * 2007-10-10 2009-04-16 Siemens Ag Anordnung zur induktiven Übertragung von elektrischer Energie
DE202011051721U1 (de) * 2011-10-21 2011-11-07 SUMIDA Components & Modules GmbH Hochspannungstransformator und bewickelter Spulenkörper für Zündmodule mit Anschlussstiften als Bestandteil der Primärwicklung
DE102013200265A1 (de) * 2013-01-10 2014-07-10 SUMIDA Components & Modules GmbH Kleintransformator für hohe Ausgangsspannungen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006084440A1 (de) * 2005-02-11 2006-08-17 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Lampensockel für eine hochdruckentladungslampe und hochdruckentladungslampe
US20080231404A1 (en) * 2007-03-21 2008-09-25 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Integrated type transformer
DE102007025421A1 (de) * 2007-05-31 2008-12-04 Vogt Electronic Components Gmbh Zündtransformator und Zündmodul

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