WO2019120882A1 - Transformatorkern und transformator - Google Patents

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WO2019120882A1
WO2019120882A1 PCT/EP2018/082389 EP2018082389W WO2019120882A1 WO 2019120882 A1 WO2019120882 A1 WO 2019120882A1 EP 2018082389 W EP2018082389 W EP 2018082389W WO 2019120882 A1 WO2019120882 A1 WO 2019120882A1
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transformer
leg
longitudinal axis
core
streupfadschenkel
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PCT/EP2018/082389
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Winter
Jan Riedel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/38—Auxiliary core members; Auxiliary coils or windings
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F3/12—Magnetic shunt paths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F3/14—Constrictions; Gaps, e.g. air-gaps
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a transformer core and a
  • Power electronic DC-DC converters can use transformers if an adaptation of the input to the output voltage or a galvanic isolation is necessary. Depending on the topology chosen, a high series inductance in series with the transformer may be desirable. This longitudinal inductance can be realized, for example, as external inductance, or can also be integrated into the transformer as leakage inductance. To limit magnification of the transformer by integrating the stray inductance, additional stray flux may be conducted in a high magnetic permeability material in the transformer.
  • the air gap can be divided into a plurality of partial air gaps, so that the spatial extent of the stray magnetic field is reduced.
  • the present invention discloses a transformer core with the features of patent claim 1, as well as a transformer with the features of claim 10. Accordingly, it is provided:
  • a transformer core with a first transformer leg, a second transformer leg and a Streupfadenschenkel. The first
  • Transformer leg has a first longitudinal axis.
  • Transformer leg has a second longitudinal axis.
  • Litter path has a further longitudinal axis. Furthermore, a first plane is predetermined which extends through the first longitudinal axis and the second longitudinal axis. In this case, the Streupfadschenkel is arranged such that the
  • Longitudinal axis of the Streupfadschenkels is outside the first plane, which is spanned by the first longitudinal axis and the second longitudinal axis.
  • a transformer having a transformer core according to the invention and a first winding, which is arranged on the first transformer arm and a second winding, which is arranged on the second transformer arm.
  • the present invention is based on the finding that the longitudinal or leakage inductance of the transformer can be increased by the use of additional Streupfadschenkel in a transformer core. Such an increase in the longitudinal or leakage inductance of the transformer may be desirable depending on the circuit topology in which such a transformer is to be used. However, the additional lead
  • the present invention is therefore based on the idea to take into account this knowledge and to provide an efficient geometry for a transformer core with additional Streupfadschenkeln, which further a possible efficient installation of such a transformer core allows. Moreover, it is an object of the present invention to provide a geometry for a transformer core with additional Streupfadschenkeln, which further a possible efficient installation of such a transformer core allows. Moreover, it is an object of the present invention to provide a geometry for a
  • the present invention provides that the legs of the transformer, which receive the primary and secondary windings, as well as the additional Streupfadschenkel not to arrange in a linear structure. Rather, the additional Streupfadschenkel are arranged away from a line, which is formed by the transformer legs for the primary and secondary windings.
  • Transformator leg can be created a transformer core geometry, which on the one hand the most efficient installation of such
  • Transformers allows, and also makes the connection of the primary and secondary windings of the transformer as well as possible, without these connections are blocked or impaired by a Streupfadenschenkel.
  • the Transformer core to understand which is surrounded by a winding, for example, the primary winding or the secondary winding of the transformer.
  • the individual transformer legs in particular the legs of the primary winding and the secondary winding extend at least approximately parallel to one another.
  • the Streupfadschenkel is another part of the transformer core, which also usually runs at least approximately parallel to the transformer legs.
  • no winding is usually arranged on this scattering filament limb. Rather, the Streupfadschenkel primarily serves to increase the leakage inductance of the transformer.
  • the legs of the transformer core can each be connected to each other via suitable transformer yokes.
  • suitable transformer yokes for this purpose, in principle any suitable geometries are possible, as will be explained in more detail below.
  • a plurality of transformer legs and optionally Streupfadschenkel and at least a portion of the transformer yokes may be formed together from a material or composite material.
  • the inventive structure of the transformer core thus a better, space-optimized integration of the transformer is achieved in circuits.
  • Connection points of the primary and secondary windings are easily accessible, so that no long connection paths and associated unused areas are required. This reduces the required space and beyond the occurring electrical resistance.
  • the transformer core comprises a first transformer yoke and a second transformer yoke.
  • Streupfadschenkel are hereby arranged between the first transformer yoke and the second transformer yoke. This creates a self-contained transformer core structure.
  • the term "closed” in this case expressly includes any required air gaps for adjusting the inductances in the transformer.
  • the transformer legs mean those parts of the transformer to which the windings, in particular the primary and secondary windings, are arranged.
  • the Streupfschenschenkel corresponds to another component, in the same way as the
  • Transformer leg is arranged, but without an additional turn is disposed on the Streupfschenschenkel.
  • Streupfadschenkel are connected to each other via the first and second transformer yoke.
  • the legs can each have end faces, wherein the two yokes are respectively arranged on the end faces of the legs.
  • the connections and fixations of the transformer legs, Streupfadschenkel and yokes can by means of any suitable
  • Streupfadschenkel formed coherently.
  • Transformer leg with the other yoke are formed contiguous.
  • an air gap is arranged at least between the first and the second transformer yoke and the scattering filament leg. In this way, the leakage inductance in the magnetic path through the yoke and the streamer leg can be increased.
  • a suitable filling material can be introduced in the air gap, which fills the air gap completely or partially.
  • the scattering filament leg comprises ferromagnetic powder grains.
  • the inductance can also be increased.
  • Such configurations with ferromagnetic powder grains are also known by the term distributed air gaps.
  • a second plane can be defined by the longitudinal axes of the second transformer leg and the scattering leg.
  • the Streupfadschenkel can be arranged such that the second plane is perpendicular to the first plane, which is spanned by the longitudinal axes of the first and second transformer arm.
  • the transformer core comprises several
  • each Streupfschenschenkel each Streupfschenschenkel each having an individual longitudinal axis.
  • the plurality of litter path legs can be arranged such that all longitudinal axes of the Streupfadschenkel are located outside the first plane, which through the first longitudinal axis and the second longitudinal axis of the first transformer leg and the second transformer leg are formed. In this way, the required leakage inductance can be formed by several litter path legs.
  • the individual Streupfadschenkel can be made particularly small and efficient, so that, if necessary, the required space can further reduce.
  • a plane parallel to the first plane spanned by the first and second longitudinal axes of the first transformer leg and the second transformer leg can be spanned by the longitudinal axes of at least two scattering string legs.
  • the first transformer leg and the second transformer leg can be arranged in a line which runs parallel to a line which is formed by two Streupfadschenkel. This allows a particularly compact and efficient construction of the
  • At least two scattering filament legs may be arranged such that the longitudinal axes of the two scattering filament legs define a plane that is perpendicular to the first plane defined by the first longitudinal axis of the first transformer leg and the second longitudinal axis of the second transformer leg.
  • Configuration allows arrangement of the Streupfadschenkel on both sides of a line, which is formed by the first transformer leg and the second transformer leg.
  • FIG. 1 is a perspective view of a transformer core according to an embodiment
  • Figs. 2 to 6 schematic representations of cross sections through
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a perspective view of a transformer core 1 according to an embodiment.
  • the transformer core comprises a first transformer leg 10, a second
  • Transformer leg 20 a Streupfschenschenkel 30, and a first yoke 41 and a second yoke 42. As can be seen, are the first
  • Transformer leg 10 the second transformer arm 20 and the Streupfadschenkel 30 between the first Transformatorjoch 41 and the second Transformatorjoch 42 arranged.
  • the upper end faces of the first transformer leg 10 the second transformer arm 20 and the Streupfadschenkel 30 between the first Transformatorjoch 41 and the second Transformatorjoch 42 arranged.
  • the first transformer leg 10 in this case has a longitudinal axis 11.
  • this longitudinal axis 11 may be an axis of symmetry extending from the upper end face to the lower end face of the first transformer leg 10.
  • any other longitudinal axes in particular longitudinal axes between the upper and the lower end face of the first transformer leg 10 are possible.
  • the second transformer leg 20 has a second longitudinal axis 21 which extends between the upper and the lower end face of the second transformer leg 20.
  • the Streupfadschenkel 30 has a further longitudinal axis 31st on, which extends between the upper and the lower end face of the Streupfadschenkels 30.
  • the first transformer leg 10 and the second transformer leg 20 as well as the scattering filament legs 30 each have an at least approximately square cross-section perpendicular to the respective longitudinal axes.
  • the present invention is not limited to such square cross sections. Rather, any shapes for the cross sections of the transformer legs 10, 20 and the Streupfadschenkel 30 are possible. For example, rectangular, circular, oval or other types of cross sections are possible.
  • Transformator leg 22 lie in a virtual plane, and the longitudinal axis 31 of the Streupfadschenkels 30 lies outside this virtual plane, which by the longitudinal axes 11, 21 of the first and second
  • Transformer legs 10, 20 is clamped. In this way, by the structure of the transformer core 1 an angled structure, here
  • Transformer core structure for example, on the first
  • Transformer leg 10 a first winding 61, for example a
  • Primary winding can be arranged, and at the second transformer leg 20, a second winding 62, for example, a secondary winding. In this way, an inductive energy transfer between the winding on the first transformer leg 10 and the winding on the second
  • a gap for example an air gap 50
  • this air gap 50 between the Streupfschenschenkel 30 and the upper, second transformer yoke 42 are located.
  • any other positions for the air gap 50 in the region of the Streupfadschenkels 30 are possible.
  • any other positions for the air gap 50 in the region of the Streupfadschenkels 30 are possible.
  • Figure 2 shows a schematic representation of a cross section through a transformer with a transformer core 1 according to one embodiment.
  • the first and second transformer yokes 41, 42 of FIG. 1 are shown in dashed lines. By the first longitudinal axis 11 of the first transformer yokes 41, 42 of FIG. 1 are shown in dashed lines. By the first longitudinal axis 11 of the first transformer yokes 41, 42 of FIG. 1 are shown in dashed lines. By the first longitudinal axis 11 of the first transformer yokes 41, 42 of FIG. 1 are shown in dashed lines. By the first longitudinal axis 11 of the first transformer yokes 41, 42 of FIG. 1 are shown in dashed lines. By the first longitudinal axis 11 of the first transformer yokes 41, 42 of FIG. 1 are shown in dashed lines. By the first longitudinal axis 11 of the first transformer yokes 41, 42 of FIG. 1 are shown in dashed lines. By the first longitudinal axis 11 of the first transformer yokes 41, 42 of FIG. 1 are shown in dashed lines. By the first longitudinal axis 11 of the first transformer
  • Transformer leg 20 is defined a plane which is shown in the cross section of Figure 2 by A-A '.
  • Streupfadschenkels 30 is located away from this plane A-A '.
  • Transformer leg 20 and the longitudinal axis 31 of the Streupfadschenkels 30 another plane are spanned, which is shown in the cross section of Figure 2 by B-B '.
  • the planes according to A-A 'and the plane according to B-B' can intersect at right angles or at least approximately at right angles.
  • a first winding in particular a primary winding of a transformer
  • a further winding in particular a secondary winding of a transformer
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a cross section through a transformer core 1 according to a further embodiment.
  • the transformer core 1 in this case has two Streupfadschenkel 30.
  • Both Streupfadschenkel 30 each have a longitudinal axis 31 which lies outside the plane AA ', by the first longitudinal axis 11 of the first transformer leg 10 and the second Longitudinal axis 21 of the second transformer arm 20 is clamped.
  • Transformer leg 20 in a common plane B-B ' In a common plane B-B '.
  • the transformer core 1 may also have any other configuration in which the longitudinal axes 31 of the Streupfadschenkel 30 outside the plane A-A ', which are spanned by the first longitudinal axis 11 of the first transformer leg 10 and the second longitudinal axis 21 of the second transformer leg 20.
  • Figure 4 shows a schematic representation of another embodiment of a transformer core 1.
  • the first embodiment the transformer core 1
  • Transformer core 1 four litter path legs 30, each having a longitudinal axis 31.
  • the four Streupfaschenkel 31 are, for example along a
  • Rectangles or squares are arranged on the outer corners of the structure formed by the transformer core 1.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a further embodiment for a transformer core 1.
  • the transformer core 1 has an elongate scattering thread limb 30 which extends parallel to the first longitudinal axis 11 of the first transformer leg 10 and the second
  • a corresponding Streupfadschenkel 30 may be provided on each side of the plane A-A '.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a transformer core 1 with a littering path 30. As shown here, the
  • Transformer core 1 does not necessarily have a square, rectangular or L-shaped structure with a right angle. It is for the
  • transformer core 1 basically possible to provide at least one Streupfadenschenkel 30, the longitudinal axis 31 away from the Surface is located, which is spanned by the longitudinal axes 11, 21 of the two transformer legs 10, 20.
  • the transformer legs 10, 20 As material for the transformer legs 10, 20, the transformer yokes 41, 42 and the or the Streupfadschenkel 30 any materials are possible, which are basically suitable for the production of transformer cores.
  • the individual legs and yokes can also be realized from sheets or laminated cores.
  • Transformer yokes 41, 42 form a common component.
  • upper transformer yoke 42 all
  • Components are executed as a common component.
  • the or the litter path yoke 30 and the first transformer yoke 41 to perform as a common component and the first and second transformer legs 10, 20 and the second
  • Transformer yoke 42 also run as a common component.
  • a gap 50 in particular an air gap, may be provided between the scattering-filament leg 30 and the first transformer yoke 41 and / or the second transformer yoke 42. If appropriate, any suitable filling materials can also be embedded in this air gap.
  • the present invention relates to a transformer core having at least one additional leg.
  • This additional leg serves to form a scattering path.
  • the Transformer legs and the additional Streupfadenschenkel not arranged along a common line.

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Abstract

Transformatorkern mit mindestens einem zusätzlichen Schenkel. Dieser zusätzliche Schenkel dient zur Ausbildung eines Streupfades. Zur Optimierung des Bauraums und für einen leichteren Anschluss der Transformatorwicklungen sind die Transformatorschenkel und der zusätzliche Streupfadschenkel nicht entlang einer gemeinsamen Linie angeordnet.

Description

Beschreibung
Titel
Transformatorkern und Transformator
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transformatorkern sowie einen
Transformator mit einem solchen Transformatorkern.
Stand der Technik
Leistungselektronische Gleichspannungswandler können, falls eine Anpassung der Eingangs- an die Ausgangsspannung oder eine Sicherstellung einer galvanischen Trennung notwendig ist, Transformatoren nutzen. In Abhängigkeit von der gewählten Topologie kann dabei eine hohe Längsinduktivität in Serie mit dem Transformator wünschenswert sein. Diese Längsinduktivität kann beispielsweise als externe Induktivität realisiert werden, oder auch in den Transformator als Streuinduktivität integriert werden. Um eine Vergrößerung des Transformators durch die Integration der Streuinduktivität zu begrenzen, kann zusätzlicher Streufluss in einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität in dem Transformator geführt werden.
Die Druckschrift EP 0 355 298 A2 offenbart ein Schaltnetzteil mit einem
Transformator mit einem Luftspalt. Insbesondere kann durch Einlegen von Ferritplättchen in den Luftspalt der Luftspalt in mehrere Teil-Luftspalte aufgeteilt werden, so dass die räumliche Ausdehnung des magnetischen Streufelds verringert wird.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart einen Transformatorkern mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie einen Transformator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10. Demgemäß ist vorgesehen:
Ein Transformatorkern mit einem ersten Transformatorschenkel, einem zweiten Transformatorschenkel und einem Streupfadschenkel. Der erste
Transformatorschenkel weist eine erste Längsachse auf. Der zweite
Transformatorschenkel weist eine zweite Längsachse auf. Der
Streu pfadschenkel weist eine weitere Längsachse auf. Ferner wird eine erste Ebene vorgegeben, die durch die erste Längsachse und die zweite Längsachse verläuft. Dabei ist der Streupfadschenkel derart angeordnet, dass die
Längsachse des Streupfadschenkels sich außerhalb der ersten Ebene befindet, die von der ersten Längsachse und der zweiten Längsachse aufgespannt wird.
Weiterhin ist vorgesehen:
Ein Transformator mit einem erfindungsgemäßen Transformatorkern und einer ersten Wicklung, die an dem ersten Transformatorschenkel angeordnet ist sowie einer zweiten Wicklung, die an dem zweiten Transformatorschenkel angeordnet ist.
Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Verwendung zusätzlicher Streupfadschenkel bei einem Transformatorkern die Längs- bzw. Streuinduktivität des Transformators erhöht werden kann. Eine derartige Erhöhung der Längs- bzw. Streuinduktivität des Transformators kann je nach Schaltungstopologie, in welcher ein solcher Transformator eingesetzt werden soll, wünschenswert sein. Dabei führen jedoch die zusätzlichen
Streupfadschenkel des Transformatorkerns zu einer Vergrößerung des
Bauraums. Insbesondere erschweren die zusätzlichen Streupfadschenkel den Anschluss der Primär- und Sekundärwicklungen an einem solchen
Transformator.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Idee zugrunde, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine effiziente Geometrie für einen Transformatorkern mit zusätzlichen Streupfadschenkeln zu schaffen, welche ferner einen möglichst effizienten Einbau eines solchen Transformatorkerns ermöglicht. Darüber hinaus ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Geometrie für einen
Transformatorkern mit zusätzlichen Streupfadschenkeln zu schaffen, die einen möglichst komfortablen Anschluss der Primär- und Sekundärwicklung des Transformators ermöglicht.
Hierzu sieht die vorliegende Erfindung vor, die Schenkel des Transformators, welche die Primär- und Sekundärwicklung aufnehmen, sowie die zusätzlichen Streupfadschenkel nicht in einer linearen Struktur anzuordnen. Vielmehr werden die zusätzlichen Streupfadschenkel abseits einer Linie angeordnet, welche durch die Transformatorschenkel für die Primär- und Sekundärwicklung gebildet wird. Durch ein solches„Verschieben“ der Streupfadschenkel in Bezug auf die
Transformatorschenkel kann eine Transformatorkerngeometrie geschaffen werden, welche einerseits einen möglichst effizienten Einbau derartiger
Transformatoren ermöglicht, und darüber hinaus auch den Anschluss der Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators möglichst gut zugängig macht, ohne dass diese Anschlüsse durch einen Streupfadschenkel versperrt oder beeinträchtigt werden.
Unter dem Begriff„Transformatorschenkel“ ist derjenige Teil des
Transformatorkerns zu verstehen, welcher von einer Wicklung, beispielsweise der Primärwicklung oder der Sekundärwicklung des Transformators umgeben ist. In der Regel verlaufen die einzelnen Transformatorschenkel, insbesondere die Schenkel der Primärwicklung und der Sekundärwicklung zumindest annähernd parallel zueinander. Bei dem Streupfadschenkel handelt es sich um einen weiteren Teil des Transformatorkerns, welcher in der Regel ebenfalls zumindest annähernd parallel zu den Transformatorschenkeln verläuft. Jedoch ist an diesem Streupfadschenkel im Gegensatz zu den Transformatorschenkeln üblicherweise keine Wicklung angeordnet. Vielmehr dient der Streupfadschenkel in erster Linie dazu, die Streuinduktivität des Transformators zu erhöhen.
Die Schenkel des Transformatorkerns, das heißt die Transformatorschenkel und Streu pfadschenkel können jeweils über geeignete Transformatorjoche miteinander verbunden werden. Hierzu sind grundsätzlich beliebige geeignete Geometrien möglich, wie sie im Nachfolgenden noch näher erläutert werden. Insbesondere können auch mehrere Transformatorschenkel und gegebenenfalls Streupfadschenkel und zumindest ein Teil der Transformatorjoche gemeinsam aus einem Material oder Materialverbund geformt sein. Alternativ ist es auch möglich, die einzelnen Transformatorschenkel, Streupfadschenkel und Joche jeweils als einzelne Komponenten auszuführen und mittels geeigneter weiterer Befestigungsmöglichkeiten miteinander zu verbinden bzw. aneinander zu fixieren.
Durch die erfindungsgemäße Struktur des Transformatorkerns wird somit eine bessere, platzoptimierte Integrierbarkeit des Transformators in Schaltungen erreicht. Die Anschlusspunkte des Transformators, insbesondere, die
Anschlusspunkte der Primär- und Sekundärwicklung sind dabei gut zugänglich, so dass keine langen Anschlusspfade und damit verbundene ungenutzten Flächen erforderlich sind. Dies reduziert den erforderlichen Bauraum und darüber hinaus auch die auftretenden elektrischen Widerstände.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Transformatorkern ein erstes Transformatorjoch und ein zweites Transformatorjoch. Der erste
Transformatorschenkel, der zweite Transformatorschenkel und der
Streupfadschenkel sind hierbei zwischen dem ersten Transformatorjoch und dem zweiten Transformatorjoch angeordnet. Auf diese Weise entsteht eine in sich geschlossene Transformatorkernstruktur. Der Begriff„geschlossene“ umfasst in diesem Fall jedoch ausdrücklich auch eventuell erforderliche Luftspalte zur Einstellung der Induktivitäten in dem Transformator. Wie bereits zuvor beschrieben, sind dabei unter den Transformatorschenkeln diejenigen Teile des Transformators zu verstehen, an welchen die Windungen, insbesondere die Primär- und Sekundärwicklung angeordnet sind. Der Streupfadschenkel entspricht einer weiteren Komponente, die in gleicher Weise wie die
Transformatorschenkel angeordnet ist, jedoch ohne dass eine zusätzliche Windung an dem Streupfadschenkel angeordnet ist. Die einzelnen Schenkel des Transformatorkerns, das heißt die Transformatorschenkel und der
Streupfadschenkel sind über das erste und zweite Transformatorjoch miteinander verbunden. Insbesondere können die Schenkel hierbei jeweils Stirnflächen aufweisen, wobei die beiden Joche jeweils an den Stirnflächen der Schenkel angeordnet sind. Die Verbindungen und Fixierungen der Transformatorschenkel, Streupfadschenkel und Joche kann dabei mittels beliebiger geeigneter
Vorrichtungen, Halterungen, etc. erfolgen. Gemäß einer Ausführungsform sind das erste Transformatorjoch, der erste Transformatorschenkel, der zweite Transformatorschenkel und der
Streupfadschenkel zusammenhängend ausgebildet. Je nach Ausgestaltung ist es jedoch auch möglich, eine beliebige Kombination der erforderlichen
Komponenten des Transformatorkerns jeweils zusammenhängend auszubilden. Beispielsweise kann auch der Streupfadschenkel mit einem Joch
zusammenhängend ausgebildet sein, während der erste und der zweite
Transformatorschenkel mit dem jeweils anderen Joch zusammenhängend ausgebildet sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist mindestens zwischen dem ersten und oder dem zweiten Transformatorjoch und dem Streupfadschenkel ein Luftspalt angeordnet. Auf diese Weise kann die Streuinduktivität in dem magnetischen Pfad durch das Joch und den Streupfadschenkel erhöht werden. Gegebenenfalls kann in dem Luftspalt ein geeignetes Füllmaterial eingebracht werden, das den Luftspalt ganz oder teilweise ausfüllt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Streupfadschenkel ferromagnetische Pulverkörner. Durch die Verwendung von ferromagnetischen Pulverkörnern kann die Induktivität ebenfalls erhöht werden. Derartige Konfigurationen mit ferromagnetischen Pulverkörnern sind auch unter dem Begriff verteilte Luftspalte bekannt.
Gemäß einer Ausführungsform kann durch die Längsachsen des zweiten Transformatorschenkels und des Streupfadschenkels eine zweite Ebene definiert werden. Insbesondere kann der Streupfadschenkel derart angeordnet werden, dass die zweite Ebene hierbei senkrecht zu der ersten Ebene verläuft, welche durch die Längsachsen des ersten und zweiten Transformatorschenkels aufgespannt wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Transformatorkern mehrere
Streupfadschenkel, wobei jeder Streupfadschenkel jeweils eine individuelle Längsachse aufweist. Insbesondere können die mehreren Streu pfadschenkel derart angeordnet werden, dass alle Längsachsen der Streupfadschenkel sich außerhalb der ersten Ebene befinden, welche durch die erste Längsachse und die zweite Längsachse des ersten Transformatorschenkels und des zweiten Transformatorschenkels gebildet werden. Auf diese Weise kann die erforderliche Streuinduktivität durch mehrere Streu pfadschenkel gebildet werden. Hierdurch können die einzelnen Streupfadschenkel besonders klein und effizient ausgebildet werden, so dass sich gegebenenfalls der erforderliche Bauraum weiter verringern kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann durch die Längsachsen von mindestens zwei Streupfadschenkeln eine Ebene aufgespannt werden, die parallel zu der ersten Ebene verläuft, die von der ersten und der zweiten Längsachse des ersten Transformatorschenkels und des zweiten Transformatorschenkels aufgespannt wird. Auf diese Weise können der erste Transformatorschenkel und der zweite Transformatorschenkel in einer Linie angeordnet werden, welche parallel zu einer Linie verläuft, die durch zwei Streupfadschenkel gebildet wird. Dies ermöglicht einen besonders kompakten und effizienten Aufbau des
Transformatorkerns mit Streupfadschenkeln.
Gemäß einer Ausführungsform können mindestens zwei Streupfadschenkel derart angeordnet werden, dass die Längsachsen der zwei Streupfadschenkel eine Ebene definieren, welche senkrecht zu der ersten Ebene verläuft, die von der ersten Längsachse des ersten Transformatorschenkels und der zweiten Längsachse des zweiten Transformatorschenkels definiert wird. Diese
Konfiguration ermöglicht eine Anordnung der Streupfadschenkel zu beiden Seiten einer Linie, die durch den ersten Transformatorschenkel und den zweiten Transformatorschenkel gebildet wird.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den
Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder
Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: eine perspektivische Ansicht eines Transformatorkerns gemäß einer Ausführungsform; und
Figs. 2 bis 6: schematische Darstellungen von Querschnitten durch
Transformatorkerne gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung von Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines Transformatorkerns 1 gemäß einer Ausführungsform. Der Transformatorkern umfasst einen ersten Transformatorschenkel 10, einen zweiten
Transformatorschenkel 20, einen Streupfadschenkel 30, sowie ein erstes Joch 41 und ein zweites Joch 42. Wie zu erkennen ist, sind der erste
Transformatorschenkel 10, der zweite Transformatorschenkel 20 und der Streupfadschenkel 30 zwischen dem ersten Transformatorjoch 41 und dem zweiten Transformatorjoch 42 angeordnet. Insbesondere weisen die oberen Stirnflächen des ersten Transformatorschenkels 10, des zweiten
Transformatorschenkels 20 und des Streupfadschenkels 30 in Richtung des oberen, zweiten Transformatorjochs 42. Die unteren Stirnflächen des ersten Transformatorschenkels 10, des zweiten Transformatorschenkels 20 und des Streupfadschenkels 30 weisen in Richtung des unteren, ersten
Transformatorjochs 41.
Der erste Transformatorschenkel 10 weist hierbei eine Längsachse 11 auf. Über diese Längsachse 11 kann es sich beispielsweise um eine Symmetrieachse handeln, die von der oberen Stirnfläche bis zur unteren Stirnfläche des ersten Transformatorschenkels 10 verläuft. Grundsätzlich sind jedoch beliebige andere Längsachsen, insbesondere Längsachsen zwischen der oberen und der unteren Stirnfläche des ersten Transformatorschenkels 10 möglich. Analog weist der zweite Transformatorschenkel 20 eine zweite Längsachse 21 auf, die zwischen der oberen und der unteren Stirnfläche des zweiten Transformatorschenkels 20 verläuft. Ebenso weist der Streupfadschenkel 30 eine weitere Längsachse 31 auf, die zwischen der oberen und der unteren Stirnfläche des Streupfadschenkels 30 verläuft.
Bei der hier dargestellten Ausführungsform gemäß Figur 1 weisen der erste Transformatorschenkel 10 und der zweite Transformatorschenkel 20 sowie der Streupfadschenkel 30 jeweils einen zumindest annähernd quadratischen Querschnitt senkrecht zu den jeweiligen Längsachsen auf. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf derartige quadratische Querschnitte begrenzt. Vielmehr sind beliebige Formen für die Querschnitte der Transformatorschenkel 10, 20 sowie den Streupfadschenkel 30 möglich. Beispielsweise sind auch rechteckförmige, kreisförmige, ovale oder andersartige Querschnitte möglich.
Die Längsachse 11 des ersten Transformatorschenkels 10, die zweite
Längsachse 21 des zweiten Transformatorschenkels 20 sowie die weitere Längsachse 31 des Streupfadschenkels 30 liegen hierbei nicht in einer gemeinsamen Flucht. Mit anderen Worten, die erste Längsachse 11 des ersten Transformatorschenkels 10 und die zweite Längsachse 21 des zweiten
Transformatorschenkels 22 liegen in einer virtuellen Ebene, und die Längsachse 31 des Streupfadschenkels 30 liegt dabei außerhalb dieser virtuellen Ebene, welche durch die Längsachsen 11, 21 der ersten und zweiten
Transformatorschenkel 10, 20 aufgespannt wird. Auf diese Weise wird durch die Struktur des Transformatorkerns 1 eine abgewinkelte Struktur, hier
beispielsweise eine L-förmige Struktur gebildet.
Zur Ausbildung eines Transformators mit der hier dargestellten
Transformatorkernstruktur 1 kann beispielsweise an dem ersten
Transformatorschenkel 10 eine erste Wicklung 61, beispielsweise eine
Primärwicklung angeordnet werden, und an dem zweiten Transformatorschenkel 20 eine zweite Wicklung 62, beispielsweise eine Sekundärwicklung. Auf diese Weise ist eine induktive Energieübertragung zwischen der Wicklung an dem ersten Transformatorschenkel 10 und der Wicklung an dem zweiten
Transformatorschenkel 20 möglich. Zum Anpassen und Einstellen der
Streuinduktivität des Transformators mit der hier dargestellten Struktur des Transformatorkerns 1 kann insbesondere an dem Streupfadschenkel 30 ein Spalt, beispielsweise ein Luftspalt 50 vorgesehen sein. Beispielsweise kann sich dieser Luftspalt 50 zwischen dem Streupfadschenkel 30 und dem oberen, zweiten Transformatorjoch 42 befinden. Darüber hinaus sind grundsätzlich jedoch auch beliebige andere Positionen für den Luftspalt 50 im Bereich des Streupfadschenkels 30 möglich. Insbesondere kann durch Variation und
Anpassen der Abmessungen des Luftspalts 50 die Streuinduktivität des
Transformators angepasst und variiert werden.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Transformator mit einem Transformatorkern 1 gemäß einer Ausführungsform.
Das erste und zweite Transformatorjoch 41, 42 aus Figur 1 sind hierbei gestrichelt dargestellt. Durch die erste Längsachse 11 des ersten
Transformatorschenkels 10 und die zweite Längsachse 21 des zweiten
Transformatorschenkels 20 wird eine Ebene definiert, die in dem Querschnitt gemäß Figur 2 durch A-A‘ dargestellt ist. Die Längsachse 31 des
Streupfadschenkels 30 befindet sich dabei abseits dieser Ebene A-A‘.
Beispielsweise kann durch die zweite Längsachse 21 des zweiten
Transformatorschenkels 20 und die Längsachse 31 des Streupfadschenkels 30 eine weitere Ebene aufgespannt werden, die in dem Querschnitt gemäß Figur 2 durch B-B‘ dargestellt ist. Insbesondere können sich die Ebenen gemäß A-A‘ und die Ebene gemäß B-B‘ rechtwinkelig oder zumindest annähernd rechtwinkelig schneiden.
An dem ersten Transformatorschenkel 10 kann beispielsweise eine erste Wicklung, insbesondere eine Primärwicklung eines Transformators vorgesehen sein, und an dem zweiten Transformatorschenkel 20 kann beispielsweise eine weitere Wicklung, insbesondere eine Sekundärwicklung eines Transformators vorgesehen sein. Aufgrund der abgewinkelten Geometrie der Struktur für den Transformatorkern 1 sind dabei die Anschlüsse der Primärwicklung und der Sekundärwicklung besonders gut zugänglich.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Transformatorkern 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Diese
Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen
Ausführungsform gemäß Figur 2 darin, dass der Transformatorkern 1 in diesem Fall zwei Streupfadschenkel 30 aufweist. Beide Streupfadschenkel 30 weisen jeweils eine Längsachse 31 auf, die außerhalb der Ebene A-A‘ liegt, die durch die erste Längsachse 11 des ersten Transformatorschenkels 10 und die zweite Längsachse 21 des zweiten Transformatorschenkels 20 aufgespannt wird. In der hier dargestellten Ausführungsform liegen die beiden Längsachsen 31 der Streupfadschenkel 30 und die Längsachse 21 des zweiten
Transformatorschenkels 20 in einer gemeinsamen Ebene B-B‘. Dies ist jedoch nur als beispielhafte Ausführungsform zu verstehen. Darüber hinaus kann der Transformatorkern 1 auch eine beliebige andere Konfiguration aufweisen, bei der die Längsachsen 31 der Streupfadschenkel 30 außerhalb der Ebene A-A‘ liegen, welche durch die erste Längsachse 11 des ersten Transformatorschenkels 10 und die zweite Längsachse 21 des zweiten Transformatorschenkels 20 aufgespannt werden.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Transformatorkerns 1. In dieser Ausführungsform umfasst der
Transformatorkern 1 vier Streu pfadschenkel 30 mit jeweils einer Längsachse 31. Die vier Streupfadschenkel 31 sind dabei beispielsweise entlang eines
Rechtecks oder Quadrats an den Außenecken der durch den Transformatorkern 1 gebildeten Struktur angeordnet.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform für einen Transformatorkern 1. Hierbei weist der Transformatorkern 1 einen länglichen Streupfadschenkel 30 auf, der sich parallel zu der durch die erste Längsachse 11 des ersten Transformatorschenkels 10 und der zweiten
Längsachse 21 des zweiten Transformatorschenkels 20 aufgespannten Ebene A-A‘ über die Abmessungen zwischen dem ersten Transformatorschenkel 10 und dem zweiten Transformatorschenkel 20 erstreckt. Beispielsweise kann auf jeder Seite der Ebene A-A‘ ein entsprechender Streupfadschenkel 30 vorgesehen sein. Darüber hinaus ist es jedoch auch möglich, nur einen Streupfadschenkel 30 auf einer Seite vorzusehen, der sich über die gesamte Länge zwischen dem ersten Transformatorschenkel 30 und dem zweiten Transformatorschenkel 20 erstreckt.
Figur 6 schließlich zeigt eine weitere Ausführungsform eines Transformatorkerns 1 mit einem Streu pfadschenkel 30. Wie hier dargestellt, muss der
Transformatorkern 1 nicht zwangsläufig eine quadratische, rechtwinkelige oder L- förmige Struktur mit einem rechten Winkel aufweisen. Es ist für den
erfindungsgemäßen Transformatorkern 1 grundsätzlich möglich, mindestens einen Streupfadschenkel 30 vorzusehen, dessen Längsachse 31 sich abseits der Fläche befindet, die durch die Längsachsen 11, 21 der beiden Transformatorschenkel 10, 20 aufgespannt wird.
Als Material für die Transformatorschenkel 10, 20, die Transformatorjoche 41, 42 sowie den oder die Streupfadschenkel 30 sind beliebige Materialien möglich, die zur Herstellung von Transformatorkernen grundsätzlich geeignet sind.
Insbesondere können die einzelnen Schenkel und Joche auch aus Blechen oder Blechpaketen realisiert werden. Dabei können auch mehrere der Komponenten von Transformatorschenkel 10, 20, Streupfadschenkel 30 und
Transformatorjochen 41, 42 ein gemeinsames Bauteil bilden. Beispielsweise können mit Ausnahme des ersten, oberen Transformatorjochs 42 alle
Komponenten als gemeinsames Bauteil ausgeführt werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, beispielsweise das oder die Streu pfadjoche 30 und das erste Transformatorjoch 41 als gemeinsames Bauteil auszuführen sowie den ersten und den zweiten Transformatorschenkel 10, 20 sowie das zweite
Transformatorjoch 42 ebenfalls als gemeinsames Bauteil auszuführen.
Selbstverständlich sind darüber hinaus auch beliebige andere Kombinationen von Komponenten des zuvor beschriebenen Transformatorkerns 1 als
gemeinsames Bauelement möglich.
Wie zuvor bereits beschrieben ist kann zwischen dem Streupfadschenkel 30 und dem ersten Transformatorjoch 41 und/oder dem zweiten Transformatorjoch 42 ein Spalt 50, insbesondere ein Luftspalt vorgesehen sein. In diesen Luftspalt können gegebenenfalls auch beliebige geeignete Füllmaterialien eingebettet werden.
Ferner ist es auch möglich, den oder die Streupfadschenkel 30 als
Streu pfadschenkel mit verteiltem Luftspalt auszuführen, das heißt die
Streu pfadschenkel aus einem Material mit ferromagnetischen Pulverkörnern auszuführen.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung einen Transformatorkern mit mindestens einem zusätzlichen Schenkel. Dieser zusätzliche Schenkel dient zur Ausbildung eines Streupfades. Zur Optimierung des Bauraums und für einen leichteren Anschluss der Transformatorwicklungen sind die Transformatorschenkel und der zusätzliche Streupfadschenkel nicht entlang einer gemeinsamen Linie angeordnet.

Claims

Ansprüche
1. Transformatorkern (1), mit: einem ersten Transformatorschenkel (10), der eine erste Längsachse (11) aufweist; einem zweiten Transformatorschenkel (20), der eine zweite Längsachse (21) aufweist; und einem Streupfadschenkel (30), der eine weitere Längsachse (31) aufweist, wobei die Längsachse (31) des Streupfadschenkels (30) sich außerhalb einer ersten Ebene (A-A‘) befindet, die von der ersten Längsachse (11) und der zweiten Längsachse (21) aufgespannt wird.
2. Transformatorkern (1) nach Anspruch 1, mit: einem ersten Transformatorjoch (41); und einem zweiten Transformatorjoch (42), wobei der erste Transformatorschenkel (10), der zweite Transformatorschenkel (20) und der Streupfadschenkel (30) zwischen dem ersten Transformatorjoch (41) und dem zweiten Transformatorjoch (42) angeordnet sind.
3. Transformatorkern (1) nach Anspruch 2, wobei das erste
Transformatorjoch (41), der erste Transformatorschenkel (10), der zweite Transformatorschenkel (20) und der Streupfadschenkel (30) zusammenhängend ausgebildet sind.
4. Transformatorkern (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei zwischen dem zweiten Transformatorjoch (42) und dem Streupfadschenkel (30) ein Luftspalt (50) angeordnet ist.
5. Transformatorkern (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Streupfadschenkel (30) ferromagnetische Pulverkörner umfasst.
6. Transformatorkern (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine zweite Ebene, die von dem zweiten Transformatorschenkel (20) und dem
Streupfadschenkel (30) aufgespannt wird, senkreckrecht zu der ersten Ebene (A- A‘) steht, die von der ersten und der zweiten Längsachse (11, 21) aufgespannt wird.
7. Transformatorkern (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit mehreren Streupfadschenkeln (30), die jeweils eine Längsachse (31) aufweisen, wobei die Längsachsen (31) der Streupfadschenkel (30) sich außerhalb der ersten Ebene (A-A‘) befinden, die von der ersten Längsachse (11) und der zweiten Längsachse (21) aufgespannt wird.
8. Transformatorkern (1) nach Anspruch 7, wobei die Längsachsen (31) von mindestens zwei Streupfadschenkeln (30) eine Ebene ausspannen, die parallel zu der ersten Ebene (A-A‘) verläuft, die von der ersten und der zweiten Längsachse (11, 21) aufgespannt wird.
9. Transformatorkern (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Längsachsen (31) von mindestens zwei Streupfadschenken (30) eine Ebene (B-B‘)
aufspannen, die senkreckrecht zu der ersten Ebene (A-A‘) steht, die von der ersten und der zweiten Längsachse (11, 21) aufgespannt wird.
10. Transformator, mit: einem Transformatorkern (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9; einer ersten Wicklung (61), die an dem ersten Transformatorschenkel (10) angeordnet ist; und einer zweiten Wicklung (62), die an dem zweiten Transformatorschenkel (20) angeordnet ist.
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