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Die Erfindung betrifft einen Streufeldtransformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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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
DD 62 622 A1 offenbart. Hier ist der Transformator in einem Gehäuse aus magnetisch leitfähigem Material untergebracht, so dass der Streupfad zumindest am Rande unterstützt wird. Alternativ dazu kann der Streupfad, wie in
DE 39 27 235 C2 oder in
DE 79 35 638 U1 offenbart durch einen Eisenschenkel zwischen den Spulen (Dreischenkelaufbau) aufgebaut werden, wobei der Eisenschenkel einen durchaus veränderlichen Luftspalt aufweist. Im Leerlauf wird die Primärspannung nahezu wie bei einem gewöhnlichen Transformator übersetzt, da der Nebenschluss einen vergleichsweise hohen magnetischen Widerstand darstellt.
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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.
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Bei vielen Anwendungen soll von vornherein ein maximaler Strom festgelegt werden, was bei einer kostengünstigen Massenfertigung mit ihren Fertigungstoleranzen durchaus schwierig werden kann. Die
DE 17 01 602 U offenbart ein einstellbares Streujoch, mit dem der Streufeldtransformator an die Erfordernisse angepasst werden kann. Alternativ dazu offenbart
DD 10 956 B3 ein von einer Spindel getragenes Schließstück für den magnetischen Nebenschluss. Nachteil hierbei ist, dass derartige Einstellungen in kleinen Bauformen schwierig bis unmöglich werden, weil sie einer Mindestbaugröße bedürfen, um die Einstellmimik unterbringen zu können.
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DE 18 18 777 U offenbart einen Streufeldtransformator, bei dem nach dem Zusammenbau der Nebenschluss so eingestellt wird, dass das entsprechende Joch aus einem Blechpaket gebildet wird und durch das Aufbiegen einzelner Blechstücke eingestellt werden kann.
DE 19 74 111 U offenbart Streukerne, die den Nebenfluss leiten, wobei diese nachträglich von außen nachjustiert werden können, um die Spezifikation zu erreichen.
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Trotz der Justiermöglichkeiten bleibt es schwierig, Streufeldtransformatoren mit einer geringen Fehlertoleranz in einer Massenfertigung herzustellen.
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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.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Streufeldtransformator anzubieten, der geringe Parametertoleranzen aufweist und trotzdem für eine Massenherstellung geeignet ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Streufeldtransformator gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiden 1 und 2 näher erläutert.
- 1 - zeigt eine perspektivische Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Streufeldtransformator,
- 2 - zeigt eine Längsschnittansicht des in 1 gezeigten Streufeldtransformators in perspektivischer Darstellung.
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Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für einen Streufeldtransformator 1 umfasst bevorzugt ein Gehäuse 5, an welchem die Primärwicklung 2 und die Sekundärwicklung 3 angebracht sind. Die Wicklungen 2 und 3 sind lediglich durch die Pfeile angedeutet, gezeigt sind lediglich die Wickelkörper 2a und 3a, auf die die Wicklungen 2 und 3 gewickelt sind. Durch die Wickelkörper 2a, 2b bzw. das Gehäuse 5 ist der Transformatorkern 4 geführt, der im gezeigten Beispiel einen I-Kern und ein in der Zeichnung darunter angeordnetes Joch aufweist.
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Die genaue Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Streufeldtransformators 1 lässt sich in dem Längsschnitt der 2 genauer erkennen. In einer Aufnahme 5a des Gehäuses 5, welches einstückig mit den Wickelkörpern für die Wicklungen 2 und 3 ausgebildet sein kann, ist der Hauptpfad 10, der die Primärwicklung 2 mit der Sekundärwicklung 3 magnetisch verbindet, hier in Gestalt von zwei, bevorzugt in Gestalt von I-Kernen ausgebildeten, Abschnitten 4a und 4b gebildet. In der Zeichnung unterhalb der Abschnitte 4a und 4b schließt sich der dreischenklige Jochabschnitt 4h des Transformatorkerns 4 an. Zwischen der Primärwicklung 2 und der Sekundärwicklung 3 ist im Hauptpfad 10 ein Luftspalt 4c angeordnet, der die beiden Abschnitte 4a und 4b trennt. Bevorzugt ist dieser Luftspalt 4c mit einem Klebstoff oder einem anderen Dielektrikum ausgefüllt. Unterhalb der Abschnitte 4a und 4b des Transformatorkerns 4 zweigt ein Streupfad 20 in den mittleren Schenkel 4d des Jochabschnitts 4h ab. Der Schenkel 4d ist von den Abschnitten 4a und 4b über einen Luftspalt 4f beabstandet. Ein Luftspalt ist an dieser Stelle erforderlich, um keinen magnetischen Kurzschluss in den Streupfad 20 zu erzeugen. Dieser Luftspalt kann allerdings auch durch ein Teil des Gehäuses 5, nämlich in diesem Fall eine Abstandswand 5b erzeugt werden.
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Weitere optionale Luftspalte führen von den beiden Abschnitten 4a und 4b zu den äußeren Schenkeln 4i und 4j des Jochabschnitts 4h. Diese Luftspalte 4e bzw. 4g sind optional und können auch über den Abstandshalter 5b des Gehäuses 5 erzeugt werden. Je nach gewünschter Hauptinduktivität und Streuinduktivität können die genannten Spalte 4c, 4e, 4f und 4g entsprechend dimensioniert werden. Über die Dimensionierung der Luftspalte 4e und 4g lassen sich Hauptinduktivität und Streuinduktivität zusammen verändern, über den Spalt 4f die Streuinduktivität allein und über den Spalt 4c die Hauptinduktivitäten allein dimensionieren.
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Der aus den beiden Abschnitten 4a und 4b sowie dem Jochabschnitt 4h gebildete mehrteilig aufgebaute Transformatorkern 4 kann in dem Gehäuse 5 wie folgt installiert werden. Zunächst werden die beiden Abschnitte 4a und 4b entsprechend der Breite des gewünschten Luftspalt 4c nebeneinander positioniert und sodann über einen Klebstoff oder dergleichen miteinander so verbunden, dass der Luftspalt sich nicht mehr verändern kann. Sodann werden die miteinander verbunden Abschnitte 4a und 4b in die Aufnahme 5a des Gehäuses 5 eingeschoben und mit dem Gehäuse fest verbunden, insbesondere verklebt. Entsprechend wird auch der nach den gewünschten Vorgaben dimensionierte Jochabschnitt 4h mit dem Gehäuse verbunden, insbesondere verklebt.
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Der erfindungsgemäße Streufeldtransformator 1 lässt sich relativ einfach aufbauen und - wenn entsprechende Aufnahmen für die Abschnitte 4a und 4b einerseits und den Jochabschnitt 4h andererseits entsprechend eng toleriert ausgelegt sind - entsprechend toleranzarm ausbilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DD 62622 A1 [0002]
- DE 3927235 C2 [0002]
- DE 7935638 U1 [0002]
- DE 1701602 U [0004]
- DD 10956 B3 [0004]
- DE 1818777 U [0005]
- DE 1974111 U [0005]
