WO2022189603A1 - Übertrager mit nichtgeschlossenem magnetkern - Google Patents

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WO2022189603A1
WO2022189603A1 PCT/EP2022/056275 EP2022056275W WO2022189603A1 WO 2022189603 A1 WO2022189603 A1 WO 2022189603A1 EP 2022056275 W EP2022056275 W EP 2022056275W WO 2022189603 A1 WO2022189603 A1 WO 2022189603A1
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core
common plane
transformer
layered
circuits
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PCT/EP2022/056275
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Peter Scholz
Yves HACKL
Christian Reinhold
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Phoenix Contact Gmbh & Co.Kg
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    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
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    • H01F2027/2819—Planar transformers with printed windings, e.g. surrounded by two cores and to be mounted on printed circuit

Definitions

  • the invention relates to a transformer and in particular a transformer with a sequence of insulating layers layered transversely to a common plane and a number of at least two galvanically isolated circuits, each with at least one conductor winding and a common magnetic core comprising the layered sequence only partially encloses .
  • Transformers including transformers, for the electrically isolated transmission of power, energy and/or data, information and/or other signals are known from the prior art. These known from the prior art transformers are usually formed either by winding a closed core, such as a toroidal core, with an electrical conductor or by introducing several core parts in a bobbin or a printed circuit board containing the necessary conductor windings. The core parts are then mechanically assembled into a closed body, usually by gluing or stapling.
  • transformers often have a structure using planar technology, typically using printed circuit board technology, and conductor windings using multilayer technology.
  • EP 0715 322 A1 describes, for example, a transmitter or transformer whose conductor tracks are manufactured entirely using planar technology with a layered structure, in which the conductor windings are joined together in one piece Circuit board are housed, which is surrounded by a closed magnetic core.
  • EP 2637 183 A2 describes a planar transformer or planar transformer, which is consequently characterized by a fundamentally flat design, with the one described there being composed of two planar magnetic bodies and two galvanically isolated windings.
  • DE 102015 108 911 A1 describes, for example, a planar transformer with a sandwich-like printed circuit board with at least three layers for forming electrical conductor tracks and with a magnetic core, which is composed of two magnetic core parts connected to one another and at least partially encloses the sandwich-like structure.
  • EP 2818 031 B1 describes an intrinsically safe transformer consisting of galvanically isolated windings which are at least partially surrounded by at least one magnetic core forming a closed body.
  • DE 102012 003 365 B4 describes, for example, a planar, intrinsically safe transmitter in a layered structure with two magnetic layers, in particular formed from ferrite plates, with the first magnetic layer delimiting a first side of the layered structure and the second magnetic layer delimiting a second side of the layered structure.
  • US Pat. No. 6,888,438 B2 also describes, for example, a planar transformer with two ferrite plates between which the conductor windings are arranged, with the ferrite plates each being covered on the outside by an additional, electrically conductive shielding surface.
  • US 2020/0194162 A1 describes, for example, a planar transformer that contains four cores arranged one behind the other and a primary coil unit with a plurality of primary substrates, through which each of the four cores penetrates and on which primary coil patterns are formed, so that a magnetic flux in a first direction in the first and fourth cores and in a second direction in the second and third cores, and a secondary coil unit including a plurality of secondary substrates through which each of the four cores penetrates and on which secondary coil patterns are formed, the secondary coil patterns being on a periphery of the four cores are formed.
  • the first core and the second core and the third and the fourth core can be connected to each other in a lower part of the transformer, respectively, whereby the magnetic flux flowing in the first core and the second core and the third core and the fourth core in may be formed in opposite directions near the coil pattern, respectively.
  • DE 102018 213 157 A1 describes, for example, a transformer with a printed circuit board and a planar winding formed as part of a conductor track of the printed circuit board and, instead of a magnetic core arranged on the planar winding, with an electrically insulating and thermally conductive insulating layer, which is located between the planar winding and a heat sink for cooling the Planar winding is arranged and thermally connects the planar winding to the heat sink.
  • Sections of a magnetic core or a magnetic core half can, however, be guided from one side of the circuit board to another side of the circuit board through recesses provided in the circuit board, between which the planar winding runs spirally.
  • the object of the invention is to show a new transformer that is different from the state of the art mentioned and which, with a sandwich-like structure with at least two galvanically isolated circuits arranged therein and a magnetic core at least partially enclosing the sandwich-like structure, enables a further reduction in the overall height and the required Material and thus also the total weight allows and in the manufacture of which, in particular, the production and manufacturing monitoring steps can also be reduced.
  • the invention proposes a transformer which comprises a sequence of insulating layers layered transversely to a common plane and a number of at least two galvanically isolated circuits, each circuit comprising at least one conductor winding and each conductor winding running parallel to the common plane in each case one of the layers is arranged. Furthermore, a common magnetic core is provided, which only partially encloses the layered sequence and acts on the number of at least two circuits, the core only being one having a core portion extending parallel to the common plane and bounding the layered sequence to one side.
  • the core part which extends parallel to the common plane and delimits the layered sequence to one side, is the only core part of the core.
  • the core part which extends parallel to the common plane and delimits the layered sequence on one side, is a first core part, starting from which a number of legs are provided, with at least one such If through-openings are provided in the layered sequence and at least one leg extends transversely to the common plane at least partially through the through-openings, no core part being provided in this embodiment either on the side of the transformer opposite the core part extending parallel to the common plane. Furthermore, in this case it is provided that each conductor winding is arranged around at least one leg.
  • the core has a number of legs extending transversely to the common plane, each with a first and a second end face, only each first end face being connected to a common core part extending parallel to the common plane and each second end face is not connected to a further core part, and in this case too, through-openings are provided in the layered sequence and at least one Legs extend at least partially through the through openings and each conductor winding is arranged around at least one leg.
  • the transducer according to the solution of the invention consequently comprises only a single non-closed magnetic body, only a single core part of which extends parallel to the common plane and delimits the transducer, i.e. in particular the layered sequence, to one side and consequently the opposite side of the transformer to this side is essentially open, i.e. provided without the arrangement of a further parallel extending core part, the overall thickness of the transformer can again be significantly reduced compared to the prior art.
  • the material required to manufacture a transformer according to the invention, and therefore also the overall weight of the transformer, can also be significantly reduced.
  • the invention provides in particular for arranging at least on the side of the transformer opposite the core part which extends parallel to the common plane a shielding surface which extends parallel to the common plane and which delimits the layered sequence on this side.
  • a shielding surface which extends parallel to the common plane and which delimits the layered sequence on this side.
  • circuits are electrically coupled, according to an additional or alternative development, to an electronic circuit that is designed to adjust the transmission behavior, easily compensate further or other technical disadvantages that may occur, such as poorer magnetic coupling.
  • Circuit techniques based on the use of higher frequencies and/or compensation structures, for example, have proven to be suitable for such an electronic circuit, in particular in an application-specific manner and/or depending on the specific design.
  • the magnetic core since the magnetic core, as a result of the only single, non-closed, magnetic body, in contrast to a transformer with a closed core, takes on the function of guiding a magnetic field instead of serving to form a magnetic circuit that is as perfect as possible, the magnetic core can therefore also do less within the scope of the invention be designed to be susceptible to material and manufacturing tolerances, which also allows for more cost-effective production. For example, no processing of the magnetic core such as grinding etc. is required, as is otherwise necessary for the formation of a magnetic circuit that is as perfect as possible, so that the individual steps and the associated costs in production, including production and production monitoring, can be reduced.
  • FIG.l is a perspective view of a first preferred embodiment of a transformer according to the invention with a single, non-closed magnetic core;
  • FIG. 2 shows an exploded drawing of the exemplary embodiment from FIG. 1;
  • Figure 3 is a sectional view of the transformer of Figures 1 and 2;
  • FIG. 4 shows a sectional view of a second exemplary embodiment of a transformer according to the invention, namely with an E-core completely penetrating the layered sequence of insulating layers;
  • FIG. 5 shows a sectional view of a further exemplary embodiment of a transformer according to the invention with an E core and an additional retaining clip;
  • Embodiment of a transformer according to the invention with E-core Embodiment of a transformer according to the invention with E-core
  • FIG. 8 is a sectional view of the transformer of FIG. 7;
  • Embodiment of a transformer according to the invention specifically with a tilted U-core, in particular due to the production process;
  • Embodiment of a transformer according to the invention specifically with only one, parallel to the common plane extending, in particular plate-shaped core;
  • Embodiment of a transmitter according to the invention with only one of one parallel to the common plane extending, in particular plate-shaped, core part starting and extending transversely to the common plane;
  • FIG. 12 shows a sectional view of the transformer from FIG. 10.
  • Figure 10 shows an exploded view of an embodiment of a transformer according to the invention with a sequence of insulating layers layered transversely to a common plane, in the present case three layers 10, 11 and 12.
  • a common plane can consequently be defined or .
  • the transformer shown in FIG. 10 comprises a number of at least two galvanically isolated circuits, each circuit comprising at least one conductor winding and each conductor winding running parallel to the common plane in each case on one of the layers.
  • the circuits each further include at least two conductor turns disposed on different tiers within the stacked array.
  • the conductor winding 20 arranged on the side of the layer 10 shown as the top side in accordance with FIG. 10 is connected to the side of the layer 10 shown as the bottom side in accordance with FIG io according to FIG. 10 shown as the top side of the layer 11 arranged conductor winding 21 via an electrical connection 30 electrically conductively connected to each other.
  • electrical connections 30 can be made in particular by means of electrical vias, as are well known to those skilled in the art.
  • the entirety of the layered sequence of insulating layers and the galvanically isolated circuits can expediently take place using multilayer technology and thus together form a printed circuit board.
  • a common magnetic core which only partially encloses the layered sequence and affects the number of at least two circuits.
  • the core used according to FIG. 10 also has a single core part 110 extending parallel to the common plane, which consequently delimits the layered sequence to one side, ie delimits it to the upper side according to FIG.
  • the bottom side according to FIG. 10 is consequently essentially exposed, ie it is not covered by the magnetic core or by a core part of the core.
  • the common magnetic core thus represents only a single, non-closed, magnetic body, in particular in the form of one plate-shaped core, in contrast to a prior art transformer with a closed core.
  • a ferrite plate can also expediently be used as the core.
  • the core can be connected to one of the outer layers, e.g. the layer 10 according to FIG.
  • the core can also be connected to an outer conductor winding which is no longer covered by a further layer, e.g. on the conductor winding 20 according to FIG.
  • the stable positioning of the open core can also be achieved by making a mechanical connection using other fastening techniques, e.g.
  • At least one of the circuits can be electrically coupled to an electronic circuit 60 which is designed to adjust the transmission behavior.
  • both circuits are expedient, ie the first circuit via its conductor windings 20, 21 and the second circuit via its conductor windings 22, 23 are each electrically coupled to such an electronic circuit 60.
  • FIG. 12 shows a sectional view of the transformer from FIG.
  • the total thickness D of this transformer is consequently made up of the thickness Dl, i.e. the thickness resulting from the entirety of the layered sequence of insulating layers and conductor windings including any soldering resist 15, and the thickness D2 of the core part of the magnet core extending parallel to the common plane, i.e. in this case the entire magnetic core and the thickness D4 of the means of connection between the core and the layered succession, i.e. according to figure 10 of the adhesive together.
  • the total thickness D is thus the sum of D1, D2 and D4. If the entirety of the layered sequence of insulating layers and the galvanically isolated circuits together forms a printed circuit board, the thickness D1 consequently corresponds to the thickness of this printed circuit board.
  • FIG. 11 shows an exploded view of a further exemplary embodiment of a transformer within the scope of the invention.
  • the core used according to FIG. 11 also has a magnetic core part 110, which is in particular plate-shaped and extends parallel to the common plane, e.g. using a ferrite plate, which consequently limits the layered sequence to one side, i.e. according to FIG. 11 again limited to the upper side.
  • no core part is provided on the side of the transformer opposite the core part 110 extending parallel to the common plane.
  • the core part 110 extending parallel to the common plane according to FIG. 10 represents only a first core part of the core used according to FIG. 11, from which a number of legs are provided.
  • a number of one legs 120 are provided. As can also be seen, this one leg 120 also extends transversely to the common plane.
  • Through-openings 70 are provided, through which at least one such leg extends at least partially transversely to the common plane.
  • each of the conductor windings 20, 21, 22, 23 arranged on one of the layers 10, 11, 12 is arranged around at least one such transversely extending leg.
  • the circuit board at least partially formed by this centrally
  • each conductor winding is also arranged around this one leg 120.
  • the total thickness D can thus be calculated from the sum of Dl , Assemble D2 and D4 .
  • FIG. 11 again showing both circuits in connection with such an electronic circuit 60 in an expedient embodiment.
  • FIGs. 1 to 3 is compared to those with Figs. 10 to 12 presented again modified, in particular a first particularly preferred embodiment of a transformer according to the invention with a single, non-closed magnetic core.
  • the one shown in Figs. 1 to 3 first similar to FIG. 11, again a core of a number of legs extending transversely to the common plane, each with one has first and a second end face.
  • 3 legs 120, 130 and 140 are provided.
  • Each first end, in the figures the respective upper end, is connected to a common core part 110 extending parallel to the common plane, and every second end, in the figures the respective lower end of the legs, is not connected to a further core part.
  • the magnetic core has in particular the shape of an E-core.
  • the transformer is provided with a sequence of a total of 3 insulating layers 10, 11 and 12 layered transversely to the common plane and with a number of a total of two galvanically isolated circuits, each with at least one parallel to the common plane and arranged on one of the layers Conductor winding built.
  • a first circuit comprises only the conductor winding provided with the reference designation 20 and the second circuit comprises the conductor windings provided with the reference designations 21 and 22 there.
  • the conductor winding 21 arranged on the side of layer 12 shown as the upper side in accordance with Fig. 2 or on the side of layer 10 shown in Fig. 2 as the underside, i.e.
  • the conductor winding 21 arranged between the layers 10 and 11, is here used to form the second circuit is in turn electrically conductively connected via an electrical connection 30 to the conductor winding 22 arranged on the side of the layer 11 shown as the underside in accordance with FIG.
  • the conductor winding 20 is thus electrically isolated from the arranged between the layers 10 and 11 conductor winding 21, the respective insulating layers can be suitably dimensioned so that they meet the respective required insulation requirements.
  • a requirement for the insulating layers can also be that they must be made up of at least two layers, each of which has a certain dielectric strength.
  • a requirement for the insulating layers can also be that the dielectric strength is designed in such a way that the transmitter is an intrinsically safe transmitter.
  • each of the layers being provided with 3 through-openings 70 in the exemplary embodiment shown, which are in particular aligned with one another in such a way that, as shown, preferred all three legs 120, 130 and 140 can extend at least partially through these through openings 70.
  • each conductor winding 20, 21 and 22 is in turn arranged around at least one leg, in the example shown around leg 130.
  • the magnet core can, as can be seen, again expediently be connected to one or more mechanical connection points 50 with one of the outer layers, e.g. the layer 10 according to fig. However, any solder resist layers are not shown for reasons of clarity.
  • LP printed circuit board
  • FIG. 1 also shows the conductor winding 20 running on the side of the layer 10 shown as the upper side and enclosing the middle leg 130 of the transformer.
  • the conductor winding 20 consequently runs on the outer layer of the printed circuit board LP.
  • a shielding surface 40 is arranged which extends parallel to the common plane and delimits the layered sequence on this side.
  • this shielding surface 40 is thus located on the underside of the insulating layer 12, in particular in order to shield stray magnetic fields caused by the open core. In this way, the influence of stray fields from adjacent transformers or other electronic circuits through the shielding surface 40 can also be expediently reduced
  • this screen surface 40 is also provided with through-openings 75 in an expedient embodiment, which are essentially aligned with the through-openings 70, but as can be seen in particular from FIG 70 at least partially extending legs 120, 130 and 140 do not extend to there.
  • the shielding surface 40 is also included in an expedient embodiment Through openings 75 are formed which are substantially aligned with the through openings 70 . In this way it can be avoided that parts of the magnetic fields are shielded, which are necessary for the information and/or energy transmission between the electrically isolated windings.
  • the through-openings 75 can also be designed somewhat larger, so that the ones formed in the insulating layers 10, 11 and 12
  • Through-openings 70 are more or less surrounded by the through-openings 75 .
  • the screen surface is also interrupted for this purpose between these passage openings 75 .
  • At least one of the circuits can be electrically coupled to an electronic circuit 60, expediently all galvanically isolated circuits can each be electrically coupled to an electronic circuit 60 for setting the transmission behavior, as indicated in FIG. 2, but not shown in FIGS . 1 and 3 is indicated.
  • the total thickness D of this transformer is composed of the thickness D1, ie the thickness resulting from the entirety of the layered sequence of insulating layers and conductor windings including any solder mask 15, and the thickness D2 of the parallel to the common plane extending core part of the magnetic core and the thickness D4 of the connecting means between the core and the layered sequence between the core and the layered sequence.
  • the total thickness D is thus in turn the sum of D1, D2 and D4.
  • the legs 120, 130 and 140 with a maximum leg length D3 do not completely penetrate the printed circuit board.
  • FIG. 4 is a sectional view of the one shown in Figs. 1 to 3 shown transformer similar transformer shown with an E-core.
  • at least one of the legs 120, 130 and 140 of the transformer according to FIG. 3 penetrates the printed circuit board completely.
  • all three legs 120, 130 and 140 penetrate the printed circuit board LP completely.
  • the maximum leg length D3 is greater than the sum of the thickness D4 and the thickness D1 (D3>D1+D4).
  • the total thickness D of this transformer is therefore composed of the sum of D2 and D3.
  • FIG. 5 is a sectional view of another to that shown in Figs. 1 to 3 shown transformer similar transformer shown with an E-core.
  • the transformer according to FIG has an overhang D4a and/or an overhang D4b with respect to the underside of the printed circuit board.
  • a retaining clip is shown in the embodiment according to FIG exceeds the length D4a and protrudes on the underside of the printed circuit board LP by the length D4b.
  • the overall thickness of the transformer D results in this or a similar one
  • the result is the sum of the thickness Dl of the printed circuit board, the thickness D2 of the core part of the magnetic core of the plate-shaped base body D2 that extends parallel to the common plane, possibly the maximum thickness D4 of the connection point 50, the upper overhang D4a and/or the lower overhang D4b .
  • a retaining clip as an additional or alternative connection means according to FIG. 5, other embodiments of connection means, in particular holding devices, are also conceivable.
  • FIG. 6 shows an exploded drawing of a further exemplary embodiment of a transformer with an E core.
  • a conductor winding 21 and galvanically isolated conductor windings 20 and 22 are located here between the insulating layers 10 and 11.
  • the conductor winding 23, which runs between the insulating layers 11 and 12, is electrically connected to the conductor windings 20 and 22 via electrical connections 30 and
  • the conductor winding 24 running equally between the insulating layers 11 and 12 is electrically connected to the conductor winding 21 via an electrical connection 30 .
  • a first circuit thus includes the two conductor windings 20 and 22, which are arranged parallel to one another on the same layer.
  • this circuit consequently also comprises at least three conductor windings 20, 22 and 23 which, in the example shown, are arranged at least partially parallel to one another on the same layer and at least partially on different layers within the layered sequence.
  • three conductor windings that form a common circuit can also be arranged within the scope of the invention only parallel to one another on the same layer or only on different layers within the layered sequence.
  • the three conductor windings 20, 22 and 23 enclose the outer legs 120 and 140, with the conductor winding 23 enclosing both outer legs.
  • the two conductor windings 21 and 24 of the other circuit form the inner leg 120. It is clear to a person skilled in the art in this field that attention must be paid to the correct direction of winding.
  • the two galvanically isolated circuits also have a low capacitive coupling to one another, since their respective conductor windings are arranged next to one another and are not arranged one above the other on different layers. The coupling path from
  • Common-mode interference voltages can be reduced as a result.
  • an optional additional electrical connection of at least one of the circuits to an electronic circuit 60 was not indicated.
  • a shielding surface which extends parallel to the common plane.
  • a screen surface 40 corresponding to the one referred to in FIGS. 1 to 3, apart from the interruptions between the through openings 75, which are not quite as pronounced in this exemplary embodiment, there is another shielding surface 41 on the layer 10, according to the example in particular on its upper side and thus aligned towards the magnet core part 110.
  • This is expediently designed essentially in accordance with the shielding surface 40 .
  • the stray field can be reduced to an even greater extent than is the case with the device shown in FIGS. 1 to 3 illustrated embodiment is the result.
  • FIG. 7 shows an exploded view of a further preferred embodiment of a transformer, in this case having a number of two legs extending transversely from a first core part 110 extending parallel to the common plane 120 and 130.
  • the magnetic core can thus be designed as a U-core.
  • This example also shows three galvanically isolated circuits.
  • a first circuit consists of the conductor windings 21 on the top of the insulating layer 11 and on the underside of the insulating layer 10, ie between the layers 10 and 11 and the conductor winding 22 electrically coupled thereto by means of the electrical connection 30 between the layers 11 and 12.
  • the two conductor windings 21 and 22 are arranged around the leg 130, for example, ie in the example shown they enclose the right-hand leg 130 of the U-core.
  • a correspondingly adapted shielding surface 40 is again preferably arranged on the underside of layer 12 and expediently also one on the upper side of layer 10 in the embodiment according to FIG.
  • a transformer with a U-core in a modification to FIG. 7, can also be constructed with only two galvanically isolated circuits.
  • combinations of the first and second electric circuits, of the first and third electric circuits or of the second and third electric circuits as two galvanically isolated electric circuits are also conceivable in principle, in particular depending on the intended application.
  • transformers with cores other than those essentially configured as E and U cores for example with a shell core, or only a plate-shaped body, and/or with three or more galvanically isolated circuits can be implemented.
  • the number of layered sequences of insulating layers and/or conductor windings accommodated on such layers can also be greater than in the examples presented above.
  • these conductor windings can be arranged on different layers or in different layers and/or on the same layers or in the same layers.
  • FIG. 8 shows a sectional view of the transformer from FIG.
  • FIG. 8 also shows, by way of example, that the individual circuits and the conductor windings they comprise must maintain certain minimum distances from one another and from the through-openings, depending on the insulation requirements.
  • FIG. 9 shows a sectional view of another transformer with a U-core similar to that shown in FIG.
  • the transformer according to FIG. 9 shows a magnet core that is slightly tilted, particularly due to the manufacturing process, and is particularly glued in place.
  • the core legs completely penetrate the layered sequence of insulating layers 10, 11 and 12, in particular the printed circuit board LP.
  • the thickness of the connecting means used at the mechanical connecting points 50, in particular adhesive varies in this case and can no longer be specified by a scalar variable, for example.
  • the resulting tilting angle results in an effective thickness D4 of the connecting means.
  • an effective thickness D2 of the core part 110 of the magnetic core extending parallel to the common plane, ie in particular of the plate-shaped one Base body of the magnetic core, and an effective maximum leg length D3, which depend on both the tilt angle and the thickness D4 of the connecting means at the mechanical connecting points 50.
  • the open core according to the invention is also advantageous because the repercussions of temperature and fluctuations in the material properties, which otherwise have a major influence on the transmission behavior of transformers with closed cores, can be significantly reduced. Furthermore, in contrast to closed cores with core parts joined together for this purpose, in particular core halves, the influence of a varying joint gap, eg adhesive gap, can be eliminated. Stray fields that may occur due to the open core can advantageously be reduced by one or more shielding surfaces. As shown by the examples described, useful designs of such shielding surfaces, i.e. in particular their application-specific design, i.e.
  • at least one of the circuits can be electrically coupled to an electronic circuit that is designed to adjust the transmission behavior, for example by appropriately adjusting the input voltage of the primary winding, the clock frequency and/or the transmission ratio.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Übertrager umfassend eine quer zu einer gemeinsamen Ebene geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen (10, 11, 12, 13), und eine Anzahl von wenigstens zwei galvanisch getrennten Stromkreisen, wobei jeder Stromkreis wenigstens eine Leiterwicklung (20, 21, 22, 23, 24) umfasst und jede Leiterwicklung jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend auf jeweils einer der Lagen (10, 11, 12, 13) angeordnet ist, und ein gemeinsamer magnetischer Kern, der die geschichtete Abfolge lediglich teilweise umschließt und auf die Anzahl der wenigstens zwei Stromkreise wirkt, wobei der Kern leidglich einen sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil (110) besitzt, der die geschichtete Abfolge zu einer Seite hin begrenzt.

Description

Übertrager mit nichtgeschlossenem Magnetkern
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Übertrager und insbesondere einen Übertrager mit einer quer zu einer gemeinsamen Ebene geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen und einer Anzahl von wenigstens zwei galvanisch getrennten Stromkreisen mit jeweils wenigstens einer Leiterwicklung und wobei ein gemeinsamer magnetischer Kern umfasst ist, der die geschichtete Abfolge lediglich teilweise umschließt .
Aus den Stand der Technik sind Übertrager, einschl. Transformatoren, zur galvanisch getrennten Übertragung von Leistung, von Energie und/oder von Daten-, Informations und/oder anderen Signalen bekannt. Diese aus dem Stand der Technik bekannten Übertrager werden üblicherweise entweder durch Bewicklung eines geschlossenen Kerns, beispielsweise eines Ringkerns, mit einem elektrischen Leiter gebildet oder durch Einbringen mehrerer Kernteile in einen Wickelkörper oder eine Leiterplatte, der bzw. die die notwendigen Leiterwicklungen enthält. Die Kernteile werden anschließend, in der Regel durch Kleben oder Klammern, mechanisch zu einem geschlossenen Körper zusammengefügt. Heutzutage besitzen Übertrager oftmals einen Aufbau in Planartechnik, typischer Weise in Leiterplattentechnologie, und Leiterwicklungen in Multilayertechnik.
Die EP 0715 322 Al beschreibt z.B. ein Übertrager bzw. Transformator, dessen Leiterbahnen vollständig in Planartechnik mit Lagenaufbau gefertigt ist, bei dem die Leiterwicklungen in einer zu einem Stück zusammengefügten Leiterplatte untergebracht sind, die von einem geschlossenen Magnetkern umgeben wird.
Die EP 2637 183 A2 beschreibt z.B. einen planaren Übertrager bzw. Planarübertrager, der sich folglich durch eine grundsätzlich flache Bauweise auszeichnet, wobei sich der dort beschriebene aus zwei planaren magnetischen Körpern und zwei galvanisch getrennten Wicklungen zusammensetzt. Durch die Verwendung von zwei magnetischen Körpern, die einerseits als Kernteile aufwändig miteinander verbunden werden müssen, ergibt sich andererseits jedoch eine dennoch verhältnismäßig große Bauhöhe.
Die DE 102015 108 911 Al beschreibt z.B. einen Planar- Transformator mit einer sandwichartig aufgebauten Leiterplatte mit mindestens drei Lagen zum Ausbilden elektrischer Leiterbahnen und mit einem magnetischen Kern, der aus zwei miteinander verbundenen, magnetischen Kernteilen zusammengesetzt ist und den sandwichartigen Aufbau zumindest teilweise umschließt.
Die EP 2818 031 Bl beschreibt z.B. einen eigensicheren Übertrager, bestehend aus galvanisch getrennten Windungen, die von mindestens einem, einen geschlossenen Körper bildenden, magnetischen Kern mindestens teilweise umschlossen werden.
DE 102012 003 365 B4 beschreibt z.B. einen planaren, eigensicheren Übertrager in Schichtaufbau mit zwei magnetischen, insbesondere aus Ferritplatten gebildeten Schichten, wobei die erste magnetische Schicht eine erste Seite des Schichtaufbaus begrenzt und die zweite magnetische Schicht eine zweite Seite des Schichtaufbaus begrenzt . Auch die US 6,888,438 B2 beschreibt z.B. einen planaren Übertrager mit zwei Ferritplatten, zwischen denen die Leiterwicklungen angeordnet sind, wobei die Ferritplatten nach außen jeweils von einer zusätzlichen, elektrisch leitfähigen Schirmfläche bedeckt sind.
Die US 2020/0194162 Al beschreibt z.B. einen Planar- Transformator, der vier hintereinander angeordnete Kerne enthält und eine Primärspuleneinheit mit mehreren Primärsubstraten, durch die jeder der vier Kerne hindurchdringt und auf denen Primärspulenmuster ausgebildet sind, so dass ein magnetischer Fluss in einer ersten Richtung in dem ersten und vierten Kern und in einer zweiten Richtung in dem zweiten und dritten Kern erzeugt wird, sowie eine sekundäre Spuleneinheit mit mehreren sekundären Substraten, durch die jeder der vier Kerne hindurchdringt und auf denen sekundäre Spulenmuster ausgebildet sind, wobei die sekundären Spulenmuster auf einer Peripherie der vier Kerne ausgebildet sind. Der erste Kern und der zweite Kern sowie der dritte und der vierte Kern können jeweils in einem unteren Teil des Transformators miteinander verbunden sein, wodurch der im ersten Kern und der im zweiten Kern sowie der im dritten Kern und der im vierten Kern fließende magnetische Fluss in der Nähe des Spulenmusters jeweils in entgegengesetzten Richtungen gebildet werden können.
Die DE 102018 213 157 Al beschreibt z.B. einen Transformator mit einer Leiterplatte und einer als Teil einer Leiterbahn der Leiterplatte ausgebildeten Planarwicklung sowie anstelle eines auf der Planarwicklung angeordneten Magnetkerns mit einer elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Isolierschicht, die zwischen der Planarwicklung und einer Wärmesenke zur Kühlung der Planarwicklung angeordnet ist und die Planarwicklung mit der Wärmesenke thermisch verbindet.Abschnitte eines Magnetkerns bzw. einer Magnetkernhälfte können hingegen durch in der Leiterplatte vorgesehene Aussparungen, zwischen denen die Planarwicklung spiralförmig verläuft, von einer Seite der Leiterplatte in eine andere Seite der Leiterplatte geführt sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen gegenüber dem genannten Stand der Technik anderen, neuen Übertrager aufzuzeigen, der bei einem sandwichartigen Aufbau mit wenigstens zwei darin angeordneten, galvanisch getrennten Stromkreisen und einem den sandwichartigen Aufbau wenigstens teilweise umschließenden Magnetkern eine nochmalige Reduktion der Bauhöhe sowie des benötigten Materials und also auch des Gesamtgewichts ermöglicht und bei dessen Herstellung insbesondere ferner die Produktions- und Fertigungsüberwachungsschritte reduziert werden können.
Lösungen gemäß Erfindung sind durch die Übertrager mit den Merkmalen gemäß anhängigen Ansprüchen wiedergegeben, wobei bevorzugte Weiterbildungen Gegenstand der Unteransprüche sind.
Dementsprechend schlägt die Erfindung einen Übertrager vor, der eine quer zu einer gemeinsamen Ebene geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen umfasst sowie eine Anzahl von wenigstens zwei galvanisch getrennten Stromkreisen, wobei jeder Stromkreis wenigstens eine Leiterwicklung umfasst und jede Leiterwicklung jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend auf jeweils einer der Lagen angeordnet ist. Ferner ist ein gemeinsamer magnetischer Kern vorgesehen, der die geschichtete Abfolge lediglich teilweise umschließt und auf die Anzahl der wenigstens zwei Stromkreise wirkt, wobei der Kern leidglich einen sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil besitzt, der die geschichtete Abfolge zu einer Seite hin begrenzt.
Insbesondere ist hierzu in einer ersten Ausführung vorgesehen, dass der sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Kernteil, der die geschichtete Abfolge zu einer Seite hin begrenzt, der einzige Kernteil des Kerns ist.
In einer zweiten, alternativen Ausführung ist vorgesehen, dass der sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Kernteil, der die geschichtete Abfolge zu einer Seite hin begrenzt, ein erster Kernteil ist, von welchem ausgehend eine Anzahl von Schenkeln vorgesehen sind, wobei zumindest in einem solchen Fall in der geschichteten Abfolge Durchgangsöffnungen vorgesehen sind und sich wenigstens ein Schenkel quer zu der gemeinsamen Ebene wenigstens teilweise durch die Durchgangsöffnungen erstreckt, wobei auch bei dieser Ausführungsform auf der dem parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil gegenüberliegenden Seite des Übertragers kein Kernteil vorgesehen ist. Ferner ist in diesem Fall vorgesehen, dass jede Leiterwicklung um jeweils wenigstens einen Schenkel herum angeordnet ist.
In einer dritten Ausführung ist vorgesehen, dassder Kern eine Anzahl von sich quer zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Schenkel mit jeweils einer ersten und einer zweiten Stirnseite besitzt, wobei nur jede erste Stirnseite an einem gemeinsamen sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckender Kernteil angebunden ist und jede zweite Stirnseite ohne Anbindung an einen weiteren Kernteil ist, und wobei auch in diesem Fall in der geschichteten Abfolge Durchgangsöffnungen vorgesehen sind und sich wenigstens ein Schenkel wenigstens teilweise durch die Durchgangsöffnungen erstreckt und jede Leiterwicklung um jeweils wenigstens einen Schenkel herum angeordnet ist.
Da der Übertrager nach der Lösung der Erfindung folglich nur einen einzigen, nicht geschlossenen, magnetischen Körper beinhaltet, wobei nur ein einziger Kernteil hiervon sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckt und den Übertrager, d.h. insbesondere die geschichtete Abfolge, zu einer Seite hin begrenzt und folglich die zu dieser Seite gegenüberliegende Seite des Übertragers im Wesentlichen offen, d.h. ohne die Anordnung eines weiteren sich parallel erstreckenden Kernteils, vorgesehen ist, kann die Gesamtdicke des Übertragers im Vergleich zum Stand der Technik nochmals deutlich reduziert werden. Auch das zur Herstellung eines Übertragers nach der Erfindung benötigte Material und also auch das Gesamtgewicht des Übertragers kann wesentlich reduziert werden.
Entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung sieht die Erfindung insbesondere ferner vor, zumindest auf der dem parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil gegenüberliegenden Seite des Übertragers eine sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Schirmfläche anzuordnen, welche die geschichtete Abfolge zu dieser Seite hin begrenzt.Hierdurch können, insbesondere anwendungsspezifisch und/oder je nach spezieller Ausführung, eventuelle oder auch aufgrund des nicht geschlossenen magnetischen Körpers zu erwartende Streufelder reduziert werden.
Ist wenigstens einer der Stromkreise gemäß ergänzender oder alternativer Weiterbildung mit einer elektronischen Schaltung elektrisch gekoppelt, die zur Einstellung des Übertragungsverhaltens ausgebildet ist, lassen sich ferner auf einfache Weise auch weitere oder andere möglicherweise auftretende technische Nachteile wie beispielsweise eine schlechtere magnetische Kopplung entsprechend kompensieren. Für eine solche elektronische Schaltung haben sich, insbesondere anwendungsspezifisch und/oder je nach spezieller Ausführung, z.B. Schaltungstechniken für geeignet gezeigt, die auf der Verwendung höherer Frequenzen und/oder von Kompensationsstrukturen basieren.
Da der Magnetkern infolge des lediglich einzigen, nicht geschlossenen, magnetischen Körpers im Gegensatz zu einem Übertrager mit einem geschlossenen Kern folglich eher die Funktion einer Magnetfeldführung übernimmt anstelle für die Ausbildung eines möglichst perfekten magnetischen Kreises dient, kann der Magnetkern im Rahmen der Erfindung somit auch weniger anfällig gegenüber Material- und Fertigungstoleranzen ausgelegt sein, was überdies eine kostengünstigere Herstellung ermöglicht. So ist z.B. kein Bearbeiten des Magnetkerns wie Schleifen etc. erforderlich, wie dies ansonsten für die Ausbildung eines möglichst perfekten magnetischen Kreises notwendig ist, sodass auch diesbezüglich die einzelnen Schritte sowie die damit verbundenen Kosten bei der Herstellung, einschl. der Produktions- und Fertigungsüberwachung, reduziert werden können.
Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen ersichtlich. In den Zeichnungen zeigen.
Fig.l eine perspektivische Ansicht eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung mit einem einzelnen, nicht geschlossenen Magnetkern; Fig. 2 eine Explosionszeichnung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1;
Fig. 3 ein Schnittbild des Übertragers aus Fig. 1 und 2;
Fig.4 ein Schnittbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung, und zwar mit einem die geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen vollständig durchdringenden E-Kern;
Fig. 5 ein Schnittbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung mit E-Kern und zusätzlicher Halteklammer;
Fig. 6 eine Explosionszeichnung eines weiteren
Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung mit E-Kern;
Fig. 7 eine Explosionszeichnung eines weiteren
Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung, und zwar mit einem U-Kern;
Fig. 8 ein Schnittbild des Übertragers aus Fig. 7;
Fig. 9 ein Schnittbild eines weiteren
Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung, und zwar mit einem insbesondere herstellungsbedingt verkippten U-Kern;
Fig. 10 eine Explosionszeichnung eines weiteren
Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung, und zwar mit lediglich einem, sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden, insbesondere plattenförmigen Kern;
Fig. 11 eine Explosionszeichnung eines weiteren
Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung, und zwar mit lediglich einem sich von einem, sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden, insbesondere plattenförmigen Kernteil ausgehend und quer zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Schenkel; und
Fig. 12 ein Schnittbild des Übertragers aus Fig. 10.
Bei der nachfolgenden Beschreibung einiger im Rahmen der Erfindung liegender, insbesondere bevorzugter Ausführungsbeispiele wird auf die beigefügten Figuren Bezug genommen .
Figur 10 zeigt eine Explosionszeichnung eines Ausführungsbeispiels eines Übertragers gemäß Erfindung mit eine quer zu einer gemeinsamen Ebene geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen, im vorliegenden Fall von drei Lagen 10, 11 und 12. Eine solche gemeinsame Ebene kann folglich insbesondere durch eine solche Lage selbst definiert bzw. vorgegeben werden. Ferner umfasst der bei Fig. 10 gezeigte Übertrager eine Anzahl von wenigstens zwei galvanisch getrennten Stromkreisen, wobei jeder Stromkreis wenigstens eine Leiterwicklung umfasst und jede Leiterwicklung jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend auf jeweils einer der Lagen angeordnet ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die Stromkreis z.B. ferner jeweils wenigstens zwei Leiterwicklungen, die auf verschiedenen Lagen innerhalb der geschichteten Abfolge angeordnet sind. So umfasst ein erster Stromkreis bei Fig. 10 die dort mit den Bezugskennzeichen 20 und 21 versehenen Leiterwicklungen und ein zweiter Stromkreis die dort mit den Bezugskennzeichen 22 und 23 versehenen Leiterwicklungen. Zur Bildung eines gemeinsamen Stromkreises ist beispielsweise die auf der gemäß Fig. 10 als Oberseite dargestellten Seite der Lage 10 angeordnete Leiterwicklung 20 mit der auf der gemäß Fig. 10 als Unterseite dargestellten Seite der Lage 10 bzw. auf der io gemäß Fig. 10 als Oberseite dargestellten Seite der Lage 11 angeordneten Leiterwicklung 21 über eine elektrische Verbindung 30 elektrisch leitend miteinander verbunden. Die auf der gemäß Fig. 10 als Oberseite dargestellten Seite der Lage 12 bzw. auf der gemäß Fig. 10 als Unterseite dargestellten Seite der Lage 11 angeordnete Leiterwicklung 22, d.h. die zwischen den Lagen 11 und 12 angeordnete Leiterwicklung 22, ist zur Bildung des zweiten Stromkreises in entsprechender Weise über eine elektrische Verbindung 30 elektrisch leitend mit der auf der gemäß Fig. 10 als Unterseite dargestellten Seite der Lage 12 angeordneten Leiterwicklung 23 verbunden. Solche elektrische Verbindungen 30 können insbesondere mittels elektrischer Durchkontaktierungen, wie sie dem Fachmann auf diesem Gebiet wohlbekannt sind, hergestellt sein.
Die Gesamtheit der geschichteten Abfolge von isolierenden Lagen und der galvanisch getrennten Stromkreise kann zweckmäßig mittels Multilayertechnik erfolgen und also zusammen eine Leiterplatte ausbilden.
Zu sehen bei Fig. 10 ist ferner ein gemeinsamer magnetischer Kern, der die geschichtete Abfolge lediglich teilweise umschließt und auf die Anzahl der wenigstens zwei Stromkreise wirkt. Der gemäß Fig. 10 eingesetzte Kern besitzt hierbei ferner einen einzigen, sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil 110, der die geschichtete Abfolge folglich zu einer Seite hin begrenzt, d.h. gemäß Fig. 10 zur oberen Seite hin begrenzt. Die gemäß Fig. 10 untere Seite liegt folglich im Wesentlichen frei, d.h. ist nicht vom magnetischen Kern oder von einem Kernteil des Kerns bedeckt. Der gemeinsame magnetische Kern stellt somit lediglich einzigen, nicht geschlossenen, magnetischen Körper dar, insbesondere in Form eines plattenförmigen Kerns, im Gegensatz zu einem Übertrager nach dem Stand der Technik mit einem geschlossenen Kern.
Als Kern kann hierbei ferner zweckmäßig ein Ferritplatte eingesetzt werden.
Zur stabilen Anordnung des Kerns kann dieser zum Beispiel mit einem Kleber an einer oder mehreren mechanischen Verbindungstellen 50 mit einer der äußeren Lagen, z.B. der Lage 10 gemäß Fig. 10 verbunden sein. Ergänzend oder auch alternativ kann der Kern auch mit einer äußeren Leiterwicklung, die als nicht mehr von einer weiteren Schicht überdeckt ist, z.B. an der Leiterwicklung 20 gemäß Fig. 10, verbunden sein.
Anstelle eines Klebers kann das stabile Anordnen des offenen Kerns auch durch Herstellen einer mechanischen Verbindung unter Verwendung anderer Befestigungstechniken, z.B. unter Verwendung von Löten, Verrasten oder mit Hilfe von Haltekörpern, erfolgen, um nur einige Beispiel zu nennen.
Bei einer wie bei Fig. 10 dargestellten Ausführungsform, hat sich ferner die Verwendung von zusätzlichen Schirmflächen, wie nachfolgend noch näher beschrieben, als häufig nicht zweckmäßig gezeigt, da sowohl das bei solchen Ausführungsformen nicht nur das bewirkte Streufeld des nicht geschlossenen Kerns sondern auch das für eine Signal und/oder Energieübertragung erforderliche Magnetfeld oftmals zu stark abgeschirmt sein würde.
Ferner kann jedoch zumindest einer der Stromkreise mit einer elektronischen Schaltung 60 elektrisch gekoppelt sein, die zur Einstellung des Übertragungsverhaltens ausgebildet ist. Gemäß Darstellung nach Fig. 10 sind zweckmäßig beide Stromkreise, d.h. der erste Stromkreis über dessen Leiterwicklungen 20, 21 und der zweite Stromkreis über dessen Leiterwicklungen 22, 23 jeweils mit einer solchen elektronischen Schaltung 60 elektrisch gekoppelt. So können mittels dieser Schaltungen 60 zur Einstellung des Übertragungsverhaltens beispielsweise auch die Eingangsspannung der Primärwicklung, z.B. des ersten Stromkreises, die Taktfrequenz und/oder des
Übersetzungsverhältnisses insgesamt angepasst, insbesondere individuell angepasst werden.
In Figur 12 ist ein Schnittbild des Übertragers aus Fig. 10 dargestellt. Die Gesamtdicke D dieses Übertragers setzt sich folglich aus der Dicke Dl, d.h. der der sich aus der Gesamtheit der geschichteten Abfolge der isolierenden Lagen und Leiterwicklungen einschl. etwaigen Lötstopplackes 15 ergebenden Dicke, sowie der Dicke D2 des parallel zur gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteils des Magnetkerns, d.h. in diesem Fall des gesamten Magnetkerns und der Dicke D4 des Verbindungsmittels zwischen Kern und geschichteter Abfolge, d.h. gemäß Fig. 10 des Klebers, zusammen. Die Gesamtdicke D ist somit die Summe aus Dl, D2 und D4. Bildet die Gesamtheit der geschichteten Abfolge von isolierenden Lagen und der galvanisch getrennten Stromkreise zusammen eine Leiterplatte aus, so entspricht hierbei folglich die Dicke Dl der Dicke dieser Leiterplatte.
In Figur 11 ist eine Explosionszeichnung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Übertragers im Rahmen der Erfindung dargestellt. Auch der gemäß Fig. 11 eingesetzte Kern besitzt hierbei ein, sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckendes, insbesondere plattenförmig ausgebildetes magnetisches Kernteil 110, z.B. unter Verwendung einer Ferritplatte, das die geschichtete Abfolge folglich zu einer Seite hin begrenzt, d.h. gemäß Fig. 11 wiederum zur oberen Seite hin begrenzt. Wie zu sehen ist auf der dem parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil 110 gegenüberliegenden Seite des Übertragers wiederum kein Kernteil vorgesehen.
In Abwandlung zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 stellt der gemäß Fig. 10 sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Kernteil 110 lediglich einen ersten Kernteil des gemäß Fig. 11 eingesetzten Kerns dar, von welchem ausgehend eine Anzahl von Schenkeln vorgesehen sind. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 ist hierbei eine Anzahl von einem Schenkel 120 vorgesehen. Wie ferner zu sehen erstreckt sich dieser eine Schenkel 120 ferner quer zu der gemeinsamen Ebene.
Zumindest in einem solchen Fall wenigstens eines sich quer zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Schenkels sind in der geschichteten Abfolge der isolierenden Lagen 10, 11, 12
Durchgangsöffnungen 70 vorgesehen, durch welche sich eben wenigstens ein solcher Schenkel quer zu der gemeinsamen Ebene wenigstens teilweise hindurch erstreckt. In einem solchen Fall ist ferner jede der jeweils auf einer der Lagen 10, 11, 12 angeordneten Leiterwicklung 20, 21, 22, 23 um jeweils wenigstens einen solchen sich quer erstreckenden Schenkel herum angeordnet.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. sind Durchgangsöffnungen 70 im Wesentlichen zentral in allen isolierenden Lagen 10, 11, 12 ausgebildet, sodass der Schenkel 120 diese geschichtete Abfolge, oder, wenn die Gesamtheit der geschichteten Abfolge von isolierenden Lagen und der galvanisch getrennten Stromkreise zusammen eine Leiterplatte ausbilden, die Leiterplatte wenigstens teilweise durch diese zentral ausgebildeten
Durchgangsöffnungen 70 durchdringen kann. Folglich ist bei dieser Ausführungsform mit lediglich einem sich quer erstreckenden Schenkel 120 jede Leiterwicklung auch um diesen einen Schenkel 120 herum angeordnet.
Unter der Annahme, dass der Schenkel die geschichtete Abfolge bzw. Leiterplatte lediglich maximal soweit durchdringt, dass der Schenkel auf der gegenüberliegenden Seite nicht hervorsteht, kann sich somit entsprechend zur Ausführungsform nach Fig. 10 bzw. 12 die Gesamtdicke D gleichermaßen aus der Summe von Dl, D2 und D4 zusammensetzen .
Es sei darauf hingewiesen, dass sich auch bei einem Ausführungsbeispiel, wie bei Fig. 11 dargestellt, die zusätzliche Verwendung von ergänzenden Schirmflächen häufig als nicht zweckmäßig gezeigt hat, da auch hier das für eine Signal- und/oder Energieübertragung erforderliche Magnetfeld oftmals zu stark abgeschirmt wäre. Ferner kann wiederum zumindest einer der Stromkreise mit einer elektronischen Schaltung 60 elektrisch gekoppelt sein, wobei in Fig. 11 wiederum in zweckmäßiger Ausführung beide Stromkreise in Verbindung mit einer solchen elektronischen Schaltung 60 dargestellt sind.
Mit den Fign. 1 bis 3 ist ein gegenüber den mit Fign. 10 bis 12 gezeigten Ausführungsbeispiel nochmals abgewandeltes, insbesondere ein erstes besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Übertragers gemäß Erfindung mit einem einzelnen, nicht geschlossenen Magnetkern präsentiert.
Wie dargestellt, weist der in den Fign. 1 bis 3 dargestellte Übertrager zunächst ähnlich zur Fig. 11 wiederum ein Kern der eine Anzahl von sich quer zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Schenkeln mit jeweils einer ersten und einer zweiten Stirnseite besitzt. Bei der Ausführungsform gemäß Fign. 1 bis 3 sind jedoch 3 Schenkel 120, 130 und 140 vorgesehen. Jede erste Stirnseite, in den Figuren die jeweils obere Stirnseite, ist an einem gemeinsamen sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil 110 angebunden und jede zweite Stirnseite, in den Figuren die jeweils untere Stirnseite der Schenkel, ist ohne Anbindung an einen weiteren Kernteil. Der Magnetkern besitzt hierbei insbesondere die Form eines E-Kerns.
Insbesondere ist der Übertrager mit einer quer zu der gemeinsamen Ebene geschichteten Abfolge von insgesamt 3 isolierenden Lagen 10, 11 und 12 und mit einer Anzahl von insgesamt zwei galvanisch getrennten Stromkreisen mit jeweils wenigstens einer parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufenden, auf jeweils einer der Lagen angeordneten Leiterwicklung aufgebaut. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen ein erster Stromkreis jedoch lediglich die mit den Bezugskennzeichen 20 versehene Leiterwicklung und der zweite Stromkreis die dort mit den Bezugskennzeichen 21 und 22 versehenen Leiterwicklungen. Die auf der gemäß Fig. 2 als Oberseite dargestellten Seite der Lage 12 bzw. auf der gemäß Fig. 2 als Unterseite dargestellten Seite der Lage 10 angeordnete Leiterwicklung 21, d.h. die zwischen den Lagen 10 und 11 angeordnete Leiterwicklung 21, ist hierbei zur Bildung des zweiten Stromkreises wiederum über eine elektrische Verbindung 30 elektrisch leitend mit der auf der gemäß Fig. 2 als Unterseite dargestellten Seite der Lage 11 angeordneten Leiterwicklung 22 verbunden. Die Leiterwicklung 20 ist somit galvanisch von der zwischen den Lagen 10 und 11 angeordneten Leiterwicklung 21 getrennt, wobei die jeweils isolierenden Lagen zweckmäßig so dimensioniert werden können, dass sie den jeweiligen, geforderten Isolationsanforderungen genügen. So kann beispielsweise eine Anforderung an die isolierenden Lagen auch sein, dass diese aus min. zwei Schichten aufgebaut sein müssen, die jeweils eine gewisse Spannungsfestigkeit aufweisen.Ferner kann beispielsweise eine Anforderung an die isolierenden Lagen auch sein, dass die Spannungsfestigkeit derart ausgelegt ist, dass der Übertrager ein eigensicherer Übertrager ist.
In der geschichteten Abfolge der isolierenden Lagen 10, 11 und 12 sind folglich wieder Durchgangsöffnungen 70 vorgesehen sind, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jede der Lagen mit jeweils 3 Durchgangsöffnungen 70 versehen ist, die insbesondere derart zueinander ausgerichtet sind, dass sich, wie dargestellt, bevorzugt alle drei Schenkel 120, 130 und 140 wenigstens teilweise durch diese Durchgangsöffnungen 70 erstrecken können. Ferner ist jede Leiterwicklung 20, 21 und 22 wiederum jeweils um wenigstens einen Schenkel herum angeordnet, im dargestellten Beispiel jeweils um den Schenkel 130. Der Magnetkern kann, wie zu sehen, wiederum zweckmäßig an einer oder mehreren mechanischen Verbindungstellen 50 mit einer der äußeren Lagen, z.B. der Lage 10 gemäß Fig. 2 verbunden sein. Eventuelle Lötstopplackschichten sind aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht dargestellt.
Die Gesamtheit der geschichteten Abfolge von isolierenden Lagen und der galvanisch getrennten Stromkreise ist zweckmäßig mittels Multilayertechnik erfolgt und bildet zusammen eine Leiterplatte aus, bei Fig. 1 mit LP bezeichnet . Bei Fig. 1 ist ferner die auf der als Oberseite dargestellten Seite der Lage 10 verlaufende und den Mittelschenkel 130 des Übertragers umschließende Leiterwicklung 20 zu erkennen. Bei der dort dargestellten Ausführungsform verläuft die Leiterwicklung 20 folglich auf der Außenlage der Leiterplatte LP.
Ferner ist bei der hier dargestellten Ausführungsform bevorzugt zumindest auf der dem parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil 110 gegenüberliegenden Seite des Übertragers eine sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Schirmfläche 40 angeordnet, welche die geschichtete Abfolge zu dieser Seite hin begrenzt.
Gemäß dargestellter Ausführungsform befindet sich diese Schirmfläche 40 somit auf der Unterseite der isolierenden Lage 12, insbesondere um magnetische Streufelder, die durch den offenen Kern hervorgerufen werden, abzuschirmen. Auch kann hierdurch eine Beeinflussung durch Streufelder benachbarter Übertrager oder anderer elektronischer Schaltungen durch die Schirmfläche 40 zweckmäßig reduziert werden
Ferner ist diese Schirmfläche 40 in zweckmäßiger Ausgestaltung zwar auch mit Durchgangsöffnungen 75 versehen, welche mit den Durchgangsöffnungen 70 im Wesentlichen ausgerichtet sind, wie sich jedoch insbesondere aus Fig. 3 ergibt, ist dies aus mechanischer Sicht nicht zwingend notwendig, da die sich durch die Durchgangsöffnungen 70 zumindest teilweise erstreckenden Schenkel 120, 130 und 140 sich nicht bis dorthin erstrecken .
Die Schirmfläche 40 ist aber, wie bereits angesprochen, in zweckmäßiger Ausgestaltung eben auch mit Durchgangsöffnungen 75 ausgebildet, welche mit den Durchgangsöffnungen 70 im Wesentlichen ausgerichtet sind. Hierdurch kann vermieden werden, dass Teile der Magnetfelder abgeschirmt werden, die für die Informations und/oder Energieübertragung zwischen den galvanisch getrennten Wicklungen erforderlich sind. In bevorzugter Weise können die Durchgangsöffnungen 75 darüber hinaus auch etwas größer ausgestaltet sein, so dass die in den isolierenden Lagen 10, 11 und 12 ausgebildeten
Durchgangsöffnungen 70 quasi von den Durchgangsöffnungen 75 umschlossen werden. In besonders bevorzugter Weise ist die Schirmfläche hierzu auch noch zwischen diesen Durchgangsöffnungen 75 unterbrochen.
Auch kann wiederum zumindest einer der Stromkreise mit einer elektronischen Schaltung 60, zweckmäßig alle galvanisch getrennten Stromkreise mit jeweils einer elektronischen Schaltung 60 zur Einstellung des Übertragungsverhaltens elektrisch gekoppelt sein, wie dies bei Fig. 2 angedeutet ist, aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht in den Fign. 1 und 3 angedeutet ist.
Wie in Fig. 3 zu sehen, setzt sich die Gesamtdicke D dieses Übertragers folglich aus der Dicke Dl, d.h. der der sich aus der Gesamtheit der geschichteten Abfolge der isolierenden Lagen und Leiterwicklungen einschl. etwaigen Lötstopplackes 15 ergebenden Dicke, sowie der Dicke D2 des sich parallel zur gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteils des Magnetkerns und der Dicke D4 des Verbindungsmittels zwischen Kern und geschichteter Abfolge zwischen Kern und geschichteter Abfolge zusammen. Die Gesamtdicke D ist somit wiederum die Summe aus Dl, D2 und D4. Bildet die Gesamtheit der geschichteten Abfolge von isolierenden Lagen und der galvanisch getrennten Stromkreise einschl. etwaigen Lötstopplackes zusammen eine Leiterplatte aus, so entspricht hierbei folglich die Dicke Dl der Dicke dieser Leiterplatte LP (Fig. 1).
Wie ferner bei Fig. 3 zu sehen, durchdringen die Schenkel 120, 130 und 140 mit einer maximalen Schenkellänge D3 die Leiterplatte nicht vollständig.
In Fig.4 ist ein Schnittbild eines zu dem in den Fign. 1 bis 3 dargestellten Übertrager ähnlichen Übertragers mit einem E-Kern dargestellt. Mindestens einer der Schenkell20, 130 und 140 des Übertragers gemäß Fig. 3 durchdringt hierbei jedoch die Leiterplatte vollständig. In dem bei Fig. 4 gezeigten Beispiel durchdringen alle drei Schenkel 120, 130 und 140 die Leiterplatte LP vollständig. Die maximale Schenkellänge D3 ist in diesem Fall somit größer als die Summe der Dicke D4 und der Dicke Dl (D3>D1+D4). Somit setzt sich die Gesamtdicke D dieses Übertragers folglich aus der Summe von D2 und D3 zusammen.
In Fig. 5 ist ein Schnittbild eines weiteren zu dem in den Fign. 1 bis 3 dargestellten Übertrager ähnlichen Übertragers mit einem E-Kern dargestellt.
Ergänzend zu wenigstens einer gemäß obiger Beschreibung mechanischen Verbindungsstelle 50, optional jedoch auch nur alternativ hierzu, weist der Übertrager gemäß Fig. 5 zur stabilen Anordnung des Magnetkerns und der geschichteten Abfolge bzw. der Leiterplatte LP ein Verbindungsmittel auf, das welches in Bezug auf den Kern einen Überstand D4a und/oder in Bezug auf die Unterseite der Leiterplatte einen Überstand D4b besitzt. Als Beispiel für ein solches Verbindungsmittel ist bei der Ausführungsform nach Fig. 5 eine Halteklammer dargestellt, welche z.B. den E-Kern um die Länge D4a überragt und auf der Unterseite der Leiterplatte LP um die Länge D4b herausragt. Unter der Annahme, dass die Schenkel des Magnetkerns die Leiterplatte nicht vollständig durchdringen, oder im Falle eines auf der Unterseite der Leiterplatte LP vorliegenden Überstandes 4b sich zumindest nicht über einen solchen hinaus erstrecken, ergibt sich die Gesamtdicke des Übertragers D sich in einem solchen oder ähnlichen Fall folglich aus der Summe der Dicke Dl der Leiterplatte, der Dicke D2 des sich parallel zur gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteils des magnetischen Kerns des plattenförmigen Grundkörpers D2, gegebenenfalls der maximalen Dicke D4 der Verbindungsstelle 50, dem oberen Überstand D4a und/oder dem unteren Überstand D4b. Anstelle einer Halteklammer als ergänzendes oder alternatives Verbindungsmittel gemäß Fig. 5, sind auch andere Ausführungsformen von Verbindungsmittel, insbesondere Haltevorrichtungen denkbar. Beispielsweise eine nur auf der Oberseite verlötbare Halteklammer, bei der der untere Überstand D4b=0 ist. Ebenfalls denkbar ist beispielsweise eine Kantenmetallisierung des Kerns, die es ermöglicht den Kern direkt an die Leiterplatte zu löten, sodass sowohl der untere Überstand D4b=0 aber auch der obere Überstand D4a=0 entfällt. Darüber hinaus sind Rasthaken am Magnetkern denkbar, die sich nach dem Durchdringen der Leiterplatte auf der Unterseite der Leiterplatte verrasten, sodass zwar der obere Überstand D4a=0 entfällt, der untere Überstand D4b jedoch bestehen bleibt. Wie bereits angesprochen sind auch Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung möglich, bei denen hierbei alternativ auch auf eine mechanische Verbindungsstelle 50 verzichtet wird, sodass die Dicke D4 gleich 0 ist. In Figur 6 ist eine Explosionszeichnung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Übertragers mit E-Kern gezeigt. Eine Leiterwicklung 21 und hiervon galvanisch getrennte Leiterwicklungen 20 und 22 befinden sich hier zwischen den isolierenden Lagen 10 und 11. Mit den Leiterwicklungen 20 und 22 ist die Leiterwicklung 23, die zwischen den isolierenden Lagen 11 und 12 verläuft, über elektrische Verbindungen 30 elektrisch verbunden und mit der Leiterwicklungen 21 ist die gleichermaßen zwischen den isolierenden Lagen 11 und 12 verlaufende Leiterwicklung 24 über eine elektrische Verbindung 30 elektrisch verbunden. Ein erster Stromkreis umfasst somit die beiden Leiterwicklungen 20 und 22, die parallel zueinander auf derselben Lage angeordnet sind. Insbesondere umfasst dieser Stromkreis folglich auch zumindest drei Leiterwicklungen 20, 22 und 23, die im dargestellten Beispiel zumindest teilweise parallel zueinander auf derselben Lage und zumindest teilweise auf verschiedenen Lagen innerhalb der geschichteten Abfolge angeordnet sind. Der Fachmann erkennt, dass in Abwandlung drei Leiterwicklungen, die einen gemeinsamen Stromkreis bilden, im Rahmen der Erfindung auch nur parallel zueinander auf derselben Lage oder nur auf verschiedenen Lagen innerhalb der geschichteten Abfolge angeordnet sein können.
Im dargestellten Beispiel umschließen die drei Leiterwicklungen 20, 22 und 23 die Außenschenkel 120 und 140, wobei die Leiterwicklung 23 beide Außenschenkel umschließt. Die beiden Leiterwicklungen 21 und 24 des anderen Stromkreises den Innenschenkel 120. Es versteht sich für einen Fachmann auf diesem Gebiet, dass hierbei auf den korrekten Wicklungssinn zu achten ist. Die beiden galvanisch getrennten Stromkreise weisen darüber hinaus eine geringe kapazitive Kopplung zueinander auf, da deren jeweiligen Leiterwicklungen jeweils nebeneinander angeordnet und nicht übereinander auf unterschiedlichen Lagen angeordnet sind. Der Koppelweg von
Gleichtaktstörspannungen kann hierdurch reduziert sein. Insbesondere aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf die Andeutung einer optionalen zusätzlichen elektrischen Verbindung wenigstens eines der Stromkreise mit einer elektronischen Schaltung 60 verzichtet.
Wiederum ist auf zumindest einer der Lagen 10, 11 und 12 eine sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Schirmfläche angeordnet. Zusätzlich zu einer Schirmfläche 40 entsprechend zur in Bezug auf die Fign. 1 bis 3 beschriebenen Schirmfläche, abgesehen von der in diesem Ausführungsbeispiel exemplarisch nicht ganz so ausgeprägten Unterbrechungen zwischen den Durchgangsöffnungen 75, befindet sich eine weitere Schirmfläche 41 auf der Lage 10, gemäß Beispiel insbesondere auf deren Oberseite und also hin zum Magnetkernteil 110 ausgerichtet. Diese ist zweckmäßig im Wesentlichen entsprechend zur Schirmfläche 40 ausgebildet. Durch die Verwendung zweier oder gegebenenfalls auch weiterer Schirmflächen kann das Streufeld noch stärker reduziert werden, als dies bei dem in den Fign. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die Folge ist.
In Figur 7 ist eine Explosionszeichnung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Übertragers, in diesem Fall mit einer Anzahl von zwei sich von einem ersten, sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil 110 ausgehend sich quer zu diesem erstreckenden Schenkeln 120 und 130. Insbesondere kann der Magnetkern somit als ein U-Kern ausgebildet sein. In diesem Beispiel sind ferner drei galvanisch getrennte Stromkreise gezeigt. Wie zu sehen besteht ein erster Stromkreis aus den Leiterwicklungen 21 auf der Oberseite der isolierenden Lage 11 bzw. auf der Unterseite der isolierenden Lage 10, d.h. zwischen den Lagen 10 und 11 und der damit mittels der elektrischen Verbindung 30 elektrisch gekoppelten Leiterwicklung 22 zwischen den Lagen 11 und 12. Beide Leiterwicklungen 21 und 22 sind hierbei z.B. um den Schenkel 130 herum angeordnet, d.h. umschließen im dargestellten Beispiel den rechten Schenkel 130 des U-Kerns.
Die parallel zur Leiterwicklung 21 auf derselben Lage, und also insbesondere zwischen den Lagen 10 und 11 angeordnete Leiterwicklung 20, mit der ein zweiter Stromkreis aufgebaut ist, umschließt den anderen Schenkel 120, d.h. gemäß Darstellung den linken Schenkel des U-Kerns. Die parallel zur Leiterwicklung 22 auf derselben Lage, und also insbesondere zwischen den Lagen 11 und 12 angeordnete Leiterwicklung 23, mit der ein dritter Stromkreis aufgebaut ist, umschließt auch den anderen Schenkel 120, d.h. gemäß Darstellung den linken Schenkel des U-Kerns.
Es ist hierbei gezeigt, dass die magnetische Kopplung zwischen den Leiterwicklungen 20 und 23 höher ist als zwischen den elektrisch miteinander verbundenen Leiterwicklungen 21 und 22 einerseits und der Leiterwicklung 20 und auch 23.
Dies kann insbesondere ausgenutzt werden, um Informationen und/oder Energie effizienter zwischen den Leiterwicklungen 20 und 23 zu übertragen als zwischen den anderen Leiterwicklungen . Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist ferner lediglich in Bezug auf den ersten Stromkreis beispielhaft eine optionale, jedoch zweckmäßige elektrische Kopplung mit einer elektronischen Schaltung 60 angedeutet.
Unter Bezugnahme auf die Beschreibung zur Ausführungsform gemäß Fig. 6 sind auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 wieder bevorzugt eine entsprechend angepasste Schirmfläche 40 auf der Unterseite von der Lage 12 und zweckmäßig auch eine auf der Oberseite der Lage 10 angeordnet.
Es sei darauf hingewiesen, dass grundsätzlich ein Übertrager mit U-Kern in Abwandlung zur Fig. 7 auch mit nur zwei galvanisch getrennten Stromkreise aufbaubar ist. Insbesondere je nach beabsichtigter Anwendung sind folglich von Grundsatz her auch Kombinationen aus den ersten und zweiten Stromkreisen, aus den ersten und dritten Stromkreisen oder aus den zweiten und dritten Stromkreise als je zwei galvanisch getrennte Stromkreise denkbar.
Aus obiger Beschreibung ist für den Fachmann ersichtlich, dass im Rahmen der Erfindung ebenfalls Übertrager mit anderen als im Wesentlichen als E- und U-Kerne ausgebildeten Kernen, z.B. mit einem Schalen-Kern, oder nur einem Plattenförmigen Körper, und/oder mit drei oder mehr galvanisch getrennten Stromkreise umsetzbar sind. Auch die Anzahl der geschichteten Abfolge von isolierenden Lagen und/oder auf solchen Lagen untergebrachten Leiterwicklungen kann größer sein als in den vorhergehend dargestellten Beispielen. So können diese Leiterwicklungen auf unterschiedlichen Lagen bzw. in unterschiedlichen Schichten und/oder auf gleichen Lagen bzw. in gleichen Schichten angeordnet sein. In Figur 8 ist ein Schnittbild des Übertragers aus Fig. 7 dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Schenkel 120 und 130 des Magnetkerns die geschichtete Abfolge, also insbesondere die Leiterplatte LP, in diesem Fall wieder nicht vollständig durchdringen. Es sind aber auch analog zu den Ausführungen zur Ausführung gemäß Fig. 4 Konfigurationen denkbar, bei denen der Kern die Leiterplatte vollständig durchdringt und/oder eine ergänzend oder alternativ zu den mechanischen Verbindungsstellen 50 andere Verbindungsmittel, wie z.B. eine Halteklammer, zur Anwendung kommen. In Figur 8 ist zusätzlich beispielhaft dargestellt, dass die einzelnen Stromkreise und davon umfassten Leiterwicklungen je nach Isolationsanforderungen gewisse Mindestabstände zueinander und zu den Durchgangsöffnungen einhalten müssen.
In Figur 9 ist ein Schnittbild eines weiteren Übertragers mit U-Kern ähnlich zu dem in Figur 8 dargestellten gezeigt. In Abwandlung ist jedoch beim Übertrager gemäß Fig. 9 ein insbesondere herstellungsbedingt leicht verkippt angeordneter, insbesondere eingeklebter Magnetkern gezeigt. Ferner durchdringen die Kernschenkel die geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen 10, 11, und 12, insbesondere die Leiterplatte LP vollständig. Die Dicke des an den mechanischen Verbindungsstellen 50 eingesetzten Verbindungsmittels, insbesondere Klebers, variiert in diesem Fall und kann beispielsweise nicht mehr durch eine skalare Größe angegeben werden. Durch den hierdurch verursachten Kippwinkel ergibt sich eine zwar effektive Dicke D4 des Verbindungsmittels. Ebenso ergibt sich hierdurch auch eine effektive Dicke D2 des sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteils 110 Magnetkerns, d.h. insbesondere des plattenförmigen Grundkörpers des Magnetkerns, und eine effektive maximale Schenkellänge D3, die sowohl vom Kippwinkel und der Dicke D4 des Verbindungsmittels an den mechanischen Verbindungsstellen 50 abhängen. Die Gesamtdicke D ergibt sich somit in diesem Beispiel aus der Summe der effektiven Dicke D2 und der effektiven maximalen Schenkellänge D3 (D=D2+D3).
Unter Gesamtwürdigung vorstehender Beschreibung kann somit zusammenfassend festgehalten werden, dass mit einem Übertrager gemäß Erfindung, d.h. insbesondere durch die Verwendung eines einzigen, nicht geschlossenen, Kerns, die Gesamtdicke und Materialien deutlich reduziert werden können, welches folglich flachere, leichtere und kostengünstigere Übertrager, d.h. insbesondere Trennverstärker ermöglicht.
Die Einsparung der Gesamtdicke resultiert somit insbesondere auf Verwendung nur eines sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteils und/oder auf den Verzicht eines zweiten sich parallel zu diesem Kernteil und parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteils auf der gegenüberliegenden Seite des Übertragers.
Der erfindungsgemäß somit offene Kern ist zudem vorteilhaft, da Rückwirkungen der Temperatur und Schwankungen der Materialeigenschaften, die ansonsten einen großen Einfluss auf das Übertragungsverhalten von Übertragern mit geschlossenen Kernen haben, wesentlich reduziert werden können.Ferner kann im Gegensatz zu geschlossenen Kernen mit hierzu zusammengefügten Kernteilen, insbesondere Kernhälften, der Einfluss eines variierenden Fügespaltes, z.B. Klebespaltes, eliminiert werden. Eventuell aufgrund des nicht geschlossenen Kerns entstehende Streufelder können vorteilhaft durch eine oder mehrere Schirmflächen reduziert werden. Wie anhand der beschriebenen Beispiele aufgezeigt, ermöglichen zweckmäßige Ausgestaltungen solcher Schirmflächen, d.h. insbesondere deren anwendungsspezifische, d.h. insbesondere in Abhängigkeit der spezifischen Gestaltung des Magnetkerns und/oder der jeweiligen Anordnung galvanisch getrennten Stromkreise, Ausgestaltung mit entsprechenden Durchgangsöffnungen und Aussparungen, dennoch, dass das erforderliche magnetische Feld zur Übertragung von Leistung, von Energie und/oder von Daten-, Informations und/oder anderen Signalen nicht negativ beeinflusst wird, zumindest nicht signifikant reduziert wird.
Da die magnetische Kopplung der galvanisch getrennten Stromkreise mit nur einem, nicht geschlossenen Kern geringer ist als bei solchen mit geschlossenen Kern, kann es jedoch zweckmäßig sein, ergänzend Techniken zur Informations- und/oder Energieübertragung zu nutzen, wie sie aus der kontaktlosen induktiven Energieübertragung (IPT=inductive power transfer / MPT = Wireless power transfer) bekannt sind. So kann zur Kompensation geringerer magnetischer Kopplung insbesondere wenigstens einer der Stromkreise mit einer elektronischen Schaltung elektrisch gekoppelt sein, die zur Einstellung des Übertragungsverhaltens ausgebildet ist, z.B. durch entsprechende Anpassung der Eingangsspannung der Primärwicklung, der Taktfrequenz und/oder des Übersetzungsverhältnisses . BezugsZeichen
110 sich parallel zu einer gemeinsamen
Ebene erstreckender Kernteil des magnetischen Kerns;
120, 130, 140 sich quer zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Schenkel des magnetischen Kerns;
10 11, 12, 13 isolierende Lagen;
15 Lötstopplack
20, 21, 22, 23, 24 Leiterwicklungen;
30 elektrische Verbindung;
40, 41 Schirmflächen 50 mechanische Verbindungsstelle; 60 elektronische Schaltung;
70 75 Durchgangsöffnung
D Gesamtdicke des Übertragers;
Dl Gesamtdicke aller isolierenden Lagen und Leiterwicklungen einschl. etwaigen Lötstopplack;
D2 Dicke des parallel zur gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteils des magnetischen Kerns;
D3 maximale Schenkellänge;
D4 Dicke eines Verbindungsmittels;
D4a, D4b Überstand eines Verbindungsmittels;
LP in Multilayertechnik aufgebaute Leiterplatte.

Claims

Patentansprüche
1. Übertrager umfassend eine quer zu einer gemeinsamen Ebene geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen (10, 11, 12, 13), und eine Anzahl von wenigstens zwei galvanisch getrennten Stromkreisen, wobei jeder Stromkreis wenigstens eine Leiterwicklung (20, 21, 22, 23, 24) umfasst und jede Leiterwicklung jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend auf jeweils einer der Lagen (10, 11, 12, 13) angeordnet ist, und ein gemeinsamer magnetischer Kern, der die geschichtete Abfolge lediglich teilweise umschließt und auf die Anzahl der wenigstens zwei Stromkreise wirkt, wobei der Kern einen einzigen, sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil (110) besitzt, der die geschichtete Abfolge zu einer Seite hin begrenzt.
2. Übertrager umfassend eine quer zu einer gemeinsamen Ebene geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen (10, 11, 12, 13), und eine Anzahl von wenigstens zwei galvanisch getrennten Stromkreisen, wobei jeder Stromkreis wenigstens eine Leiterwicklung (20, 21, 22, 23, 24) umfasst, und ein gemeinsamer magnetischer Kern, der die geschichtete Abfolge lediglich teilweise umschließt und auf die Anzahl der wenigstens zwei Stromkreise wirkt, wobei der Kern einen ersten, sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil (110) besitzt und von diesem ausgehend eine Anzahl von Schenkeln (120, 130, 140), und wobei in der geschichteten Abfolge Durchgangsöffnungen (70) vorgesehen sind und sich wenigstens ein Schenkel quer zu der gemeinsamen Ebene wenigstens teilweise durch die Durchgangsöffnungen (70) erstreckt, und jede Leiterwicklung jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend auf jeweils einer der Lagen (10, 11, 12, 13) um jeweils wenigstens einen Schenkel (120, 130, 140) herum angeordnet ist, wobei auf der dem parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil gegenüberliegenden Seite des Übertragers kein Kernteil vorgesehen ist.
3. Übertrager umfassend eine quer zu einer gemeinsamen Ebene geschichtete Abfolge von isolierenden Lagen (10, 11, 12, 13) und eine Anzahl von wenigstens zwei galvanisch getrennten Stromkreisen, wobei jeder Stromkreis wenigstens eine Leiterwicklung (20, 21, 22, 23, 24) umfasst, und ein gemeinsamer magnetischer Kern, der die geschichtete Abfolge lediglich teilweise umschließt und auf die Anzahl der wenigstens zwei Stromkreise wirkt, wobei der Kern eine Anzahl von sich quer zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Schenkel (120, 130, 140) mit jeweils einer ersten und einer zweiten Stirnseite besitzt, wobei nur jede erste Stirnseite an einem gemeinsamen sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckender Kernteil (110) angebunden ist und jede zweite Stirnseite ohne Anbindung an einen weiteren Kernteil ist, und wobei in der geschichteten Abfolge Durchgangsöffnungen (70) vorgesehen sind und sich wenigstens ein Schenkel (120, 130, 140) wenigstens teilweise durch die Durchgangsöffnungen (70) erstreckt, und jede Leiterwicklung jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend auf jeweils einer der Lagen (10, 11, 12, 13) um jeweils wenigstens einen Schenkel (120, 130, 140) herum angeordnet ist.
4. Übertrager nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei auf zumindest einer der Lagen eine sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Schirmfläche (40, 41) angeordnet ist, insbesondere zumindest auf der dem parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckenden Kernteil (110) gegenüberliegenden Seite des Übertragers eine sich parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckende Schirmfläche (40), welche die geschichtete Abfolge zu dieser Seite hin begrenzt, angeordnet ist.
5. Übertrager nach dem vorstehenden Anspruch, wobei jede Schirmfläche mit zu den Durchgangsöffnungen (70) ausgerichteten Durchgangsöffnungen (75) ausgebildet ist.
6. Übertrager nach dem vorstehenden Anspruch, wobei zwischen den Durchgangsöffnungen (75) jeder Schirmfläche Aussparungen vorgesehen sind.
7. Übertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Stromkreise zwei Leiterwicklungen umfasst, die parallel zueinander auf derselben Lage oder auf verschiedenen Lagen innerhalb der geschichteten Abfolge angeordnet sind.
8. Übertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Stromkreise wenigstens drei Leiterwicklungen umfasst, die parallel zueinander auf derselben Lage und/oder auf verschiedenen Lagen innerhalb der geschichteten Abfolge angeordnet sind.
9. Übertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterwicklungen eines gemeinsamen Stromkreises untereinander über elektrische Verbindungen (30) elektrisch leiten miteinander verbunden sind.
10. Übertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Stromkreise mit einer elektronischen Schaltung (60) elektrisch gekoppelt ist, die zur Einstellung des Übertragungsverhaltens ausgebildet ist.
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