DE102019135462A1 - Stray field transformer - Google Patents
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Abstract
Ein Streufeldtransformator weist eine Primärwicklung und einer Sekundärwicklung sowie einen Transformatorkern zur Herstellung eines magnetischen Hauptpfades zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung auf. Zwischen den Wicklungen ist ein einen Streupfad ausbildender magnetischer Nebenschluss vorgesehen. Im Hauptpfad ist zwischen dem durch die Primärwicklung geführten Abschnitt des Transformatorkerns und dem durch die Sekundärwicklung geführten Abschnitt des Transformatorkerns ein erster Luftspalt angeordnet.A leakage field transformer has a primary winding and a secondary winding as well as a transformer core for producing a main magnetic path between the primary winding and the secondary winding. A magnetic shunt forming a scatter path is provided between the windings. A first air gap is arranged in the main path between the section of the transformer core that is passed through the primary winding and the section of the transformer core that is passed through the secondary winding.
Description
Die Erfindung betrifft einen Streufeldtransformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a leakage field transformer with a primary winding and a secondary winding according to the preamble of
Wird ein gewöhnlicher Transformator, bei dem eine möglichst gute magnetische Kopplung zwischen den Spulen angestrebt wird, kurzgeschlossen, fließen hohe Primär- und Sekundärströme, wodurch eine hohe Gegeninduktivität und damit verbunden hohe Verluste erzeugt werden. Bei einem Streufeldtransformator wird die magnetische Kopplung der Spulen verringert, indem sie räumlich weiter getrennt werden, so dass ein Streufluss im Raum zwischen den Spulen entstehen kann. Dabei kann der Streufluss durch Luft gehen, wie es
Steigt der Sekundärstrom an, erhöht sich der magnetische Widerstand in dem die Sekundärspule durchquerenden Teil des Jochs und erhöht damit den Streufluss, was den Induktionsfluss verringert. Somit wird selbst bei einem Kurzschluss der Sekundärspule der dort fließende Strom begrenzt (Kurzschlussstrom). Wird der Streufluss verringert, indem beispielsweise der Luftspalt in dem Nebenschluss erhöht wird, erhöht sich auch der Kurzschlussstrom; wird der Luftspalt verringert, verringert sich auch der Kurzschlussstrom der Sekundärspule.If the secondary current increases, the magnetic resistance in the part of the yoke that traverses the secondary coil increases and thus increases the leakage flux, which reduces the induction flux. This means that the current flowing there is limited even in the event of a short circuit in the secondary coil (short circuit current). If the leakage flux is reduced, for example by increasing the air gap in the shunt, the short-circuit current also increases; if the air gap is reduced, the short-circuit current of the secondary coil is also reduced.
Bei vielen Anwendungen soll von vornherein ein maximaler Strom festgelegt werden, was bei einer kostengünstigen Massenfertigung mit ihren Fertigungstoleranzen durchaus schwierig werden kann. Die
Trotz der Justiermöglichkeiten bleibt es schwierig, Streufeldtransformatoren mit einer geringen Fehlertoleranz in einer Massenfertigung herzustellen.Despite the adjustment options, it remains difficult to mass-produce stray field transformers with a low fault tolerance.
Eine weitere zentrale Bedeutung haben Transformatoren mit Streupfad in Schaltungen mit resonant schaltenden Halbleitern. In solchen Schaltungen wird ein LC-Schwingkreis benötigt, um entweder strom- oder spannungsentlastet schalten zu können. In der Regel wird in solchen Schaltungen ein separater, äußerer Resonanzkreis aufgebaut, um die Resonanzfrequenz in engen Toleranzen festzulegen. Vorteilhaft ist hier die Verwendung von Transformatoren mit definierter Kopplung zwischen Haupt- und Streuinduktivität, um ein zusätzliches Bauteil, die Drosselspule im Resonanzkreis, zu ersetzen. Je nach Anwendung ist es notwendig, Haupt- und Streuinduktivität in jeweils einem eigenen engen Toleranzfenster herzustellen.Transformers with a leakage path in circuits with resonant switching semiconductors are also of central importance. In such circuits, an LC resonant circuit is required in order to be able to switch either current or voltage relieved. As a rule, a separate, external resonance circuit is set up in such circuits in order to set the resonance frequency within narrow tolerances. The use of transformers with a defined coupling between main and leakage inductance is advantageous here in order to replace an additional component, the choke coil in the resonance circuit. Depending on the application, it is necessary to produce the main inductance and leakage inductance in their own narrow tolerance window.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Streufeldtransformator anzubieten, der geringe Parametertoleranzen aufweist und trotzdem für eine Massenherstellung geeignet ist.The object of the invention is to offer a stray field transformer which has low parameter tolerances and is nevertheless suitable for mass production.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Streufeldtransformator gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by a stray field transformer according to the features of
Der erfindungsgemäße Streufeldtransformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung weist einen Transformatorkern zur Herstellung eines magnetischen Hauptpfades zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung auf. Hauptpfad bedeutet in diesem Zusammenhang den Abschnitt des Transformatorkerns, in welchem der magnetische Fluss von der Primärwicklung zur Sekundärwicklung geleitet wird. Zusätzlich ist zwischen den Wicklungen ein einen Streupfad ausbildender magnetischer Nebenschluss vorgesehen. Dieser dient dazu, dass die in die Sekundärwicklung induzierten Ströme nicht über eine bestimmte Stärke hinausgehen können. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass im Hauptpfad zwischen dem durch die Primärwicklung geführten Abschnitt des Transformatorkerns und dem durch die Sekundärwicklung geführten Abschnitt des Transformatorkerns ein erster Luftspalt angeordnet ist. Dieser Luftspalt lässt sich bei der Herstellung des Streufeldtransformators auf ein beliebiges Maß einstellen, zum Beispiel indem die beiden Abschnitte auf ein gewünschtes Spaltmaß voneinander beabstandet und dann in diesem Abstand miteinander verklebt werden. Auch wenn hier von Luftspalt die Rede ist, so kann dieser natürlich mit einem beliebigen Material ausgefüllt sein, dessen relative Permeabilität wesentlich kleiner ist als die des Kernmateriales. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Luftspalt, also dieser Luftspalt oder einer der weiter unten beschriebenen Luftspalte, mit einem Füllmaterial, insbesondere Klebstoff, ausgefüllt ist. Die beiden Abschnitte des Transformatorkerns sind bevorzugt in Gestalt von I-Kernen ausgebildet. Natürlich sind auch andere Kernformen denkbar.The leakage field transformer according to the invention with a primary winding and a secondary winding has a transformer core for producing a main magnetic path between the primary winding and the secondary winding. In this context, main path means the section of the transformer core in which the magnetic flux is conducted from the primary winding to the secondary winding. In addition, a magnetic shunt that forms a leakage path is provided between the windings. This serves to ensure that the currents induced in the secondary winding cannot exceed a certain strength. According to the invention it is now provided that a first air gap is arranged in the main path between the section of the transformer core that is passed through the primary winding and the section of the transformer core that is passed through the secondary winding. This air gap can be set to any desired dimension during the manufacture of the leakage field transformer, for example by spacing the two sections apart to a desired gap dimension and then within this Distance to be glued together. Even if we are talking about an air gap, this can of course be filled with any material whose relative permeability is significantly smaller than that of the core material. In particular, it can be provided that at least one air gap, that is to say this air gap or one of the air gaps described below, is filled with a filler material, in particular adhesive. The two sections of the transformer core are preferably designed in the form of I-cores. Of course, other core shapes are also conceivable.
Dieser zusätzliche Luftspalt im Hauptpfad (also außerhalb des Streupfades) liefert eine ganze Reihe von Vorteilen. Zum einen lässt sich dadurch ein Transformator schaffen, der eine definierte Streuinduktivität und eine definierte Hauptinduktivität aufweist. Insbesondere können die beiden Induktivitäten weitestgehend unabhängig voneinander eingestellt werden. Eine separate Toleranzabgleichung des Streufeldtransformators lässt sich dadurch vermeiden, weil die Bauteilgeometrie bereits durch die Einstellung des ersten Luftspalts mit relativ enger Toleranz erfolgen kann.This additional air gap in the main path (i.e. outside the spreading path) provides a number of advantages. On the one hand, this enables a transformer to be created which has a defined leakage inductance and a defined main inductance. In particular, the two inductances can be set largely independently of one another. A separate tolerance adjustment of the stray field transformer can be avoided because the component geometry can already be made with a relatively narrow tolerance by setting the first air gap.
Bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass der magnetische Nebenschluss vom Hauptpfad durch einen zweiten Luftspalt getrennt ist. Damit kann die Streuinduktivität nach entsprechenden Vorgaben (weitgehend) unabhängig von der Hauptinduktivität eingestellt werden, indem das Spaltmaß des zweiten Luftspalts entsprechend variiert wird.It is also preferably provided that the magnetic shunt is separated from the main path by a second air gap. In this way, the leakage inductance can be set (largely) independently of the main inductance according to corresponding specifications by varying the size of the second air gap accordingly.
Nach einer weiter bevorzugten Ausführungsform können die beiden Abschnitte so angeordnet sein, dass die Längsachsen der beiden Wicklungen zusammenfallen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn beide Abschnitte als I-Kerne ausgebildet sind.According to a further preferred embodiment, the two sections can be arranged such that the longitudinal axes of the two windings coincide. This is particularly the case when both sections are designed as I-cores.
Der Transformatorkern weist bevorzugt einen Jochabschnitt auf, von welchem aus zwei äußere Schenkel und ein zwischen den äußeren Schenkeln angeordneter innerer Schenkel abstehen. Bei dieser dreischenkligen Ausgestaltung sind die beiden äu-ßeren Schenkel mit jeweils einem der Abschnitte magnetisch gekoppelt. Der magnetische Nebenschluss führt dabei über den inneren Schenkel. Mit dieser Konfiguration lassen sich insbesondere zwischen den, bevorzugt als I-Kerne ausgebildeten, Abschnitten des Transformatorkerns und dem Jochabschnitt weitere Luftspalte einbringen, um definierte Hauptinduktivitäten und Streuinduktivitäten einzustellen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zwischen wenigstens einem äußeren Schenkel und dem jeweils zugehörigen Abschnitt ein dritter Luftspalt angeordnet ist. Durch diesen dritten Luftspalt lassen sich sowohl Hauptinduktivitäten als auch Streuinduktivitäten gleichzeitig anpassen. In diesem Fall kann dann über den ersten Luftspalt die Hauptinduktivität und über den eventuell vorhandenen zweiten Luftspalt die Streuinteraktivität jeweils mehr oder weniger getrennt voneinander eingestellt werden.The transformer core preferably has a yoke section from which two outer legs and an inner leg arranged between the outer legs protrude. In this three-leg configuration, the two outer legs are each magnetically coupled to one of the sections. The magnetic shunt leads over the inner leg. With this configuration, in particular between the sections of the transformer core, preferably designed as I-cores, and the yoke section, further air gaps can be introduced in order to set defined main inductances and leakage inductances. For example, it can be provided that a third air gap is arranged between at least one outer leg and the respectively associated section. This third air gap allows both main inductances and leakage inductances to be adjusted at the same time. In this case, the main inductance can then be set via the first air gap and the scatter interactivity can be set more or less separately from one another via the possibly present second air gap.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Streutransformator ein Gehäuse, insbesondere aus Kunststoff. In dieses Gehäuse ist der Transformatorkern wenigstens teilweise eingebracht oder aufgenommen, insbesondere eingeklebt. Das Gehäuse, das dielektrisches Material umfasst, kann zudem dafür verwendet werden, den Abstand zwischen den einzelnen Kernbestandteilen einzustellen und in einer definierten Lage zu halten. So kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Gehäuse einen Abstandshalter aufweist, welcher zwischen den bevorzugt als I-Kerne ausgebildeten Abschnitten und dem Jochabschnitt des Transformatorkerns angeordnet ist. Auf diese Weise können Teile des Jochabschnitts und der anderen Abschnitte des Transformatorkerns voneinander auf Abstand gehalten werden.According to a preferred embodiment, the scatter transformer according to the invention comprises a housing, in particular made of plastic. The transformer core is at least partially introduced or received, in particular glued in, into this housing. The housing, which comprises dielectric material, can also be used to adjust the distance between the individual core components and to keep it in a defined position. Thus, it can preferably be provided that the housing has a spacer which is arranged between the sections, which are preferably designed as I-cores, and the yoke section of the transformer core. In this way, parts of the yoke section and the other sections of the transformer core can be kept at a distance from one another.
Die bevorzugt als I-Kerne ausgebildeten Abschnitte sind bevorzugt in einen Aufnahmeraum des Gehäuses eingeschoben. Auf diese Weise kann der Aufnahmeraum so ausgebildet sein, dass er eine zielgerichtete Positionierung und eine möglichst toleranzfreie Positionierung der genannten Abschnitte im Gehäuse ermöglicht, sodass die entsprechend vorgegebenen oder gewünschten Spaltmaße durch unsachgemäßes Anordnen der Abschnitte des Transformators eingehalten werden können.The sections, which are preferably designed as I-cores, are preferably pushed into a receiving space of the housing. In this way, the receiving space can be designed in such a way that it enables targeted positioning and positioning of the sections mentioned in the housing with as little tolerance as possible, so that the corresponding predetermined or desired gap dimensions can be maintained by improperly arranging the sections of the transformer.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiden
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1 - zeigt eine perspektivische Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Streufeldtransformator, -
2 - zeigt eine Längsschnittansicht des in1 gezeigten Streufeldtransformators in perspektivischer Darstellung.
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1 - shows a perspective view of a stray field transformer according to the invention, -
2 - shows a longitudinal sectional view of the in1 Stray field transformer shown in a perspective view.
Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für einen Streufeldtransformator
Die genaue Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Streufeldtransformators
Weitere optionale Luftspalte führen von den beiden Abschnitten
Der aus den beiden Abschnitten
Der erfindungsgemäße Streufeldtransformator
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DD 62622 A1 [0002]DD 62622 A1 [0002]
- DE 3927235 C2 [0002]DE 3927235 C2 [0002]
- DE 7935638 U1 [0002]DE 7935638 U1 [0002]
- DE 1701602 U [0004]DE 1701602 U [0004]
- DD 10956 B3 [0004]DD 10956 B3 [0004]
- DE 1818777 U [0005]DE 1818777 U [0005]
- DE 1974111 U [0005]DE 1974111 U [0005]
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Spulenkörper, In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 12. April 2013, 11:22, URL:https://de.wikipedia.org/wiki/Spulenkörper abgerufen am 07. August 2020 * |
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