DE3877817T2

DE3877817T2 - Transformator mit starker kopplung fuer speisekreis mit zerhacker und speisekreis mit solchem transformator.

Info

Publication number: DE3877817T2
Application number: DE8888401135T
Authority: DE
Inventors: Jean Gadreau; Andre Pascal
Original assignee: Bull SAS
Current assignee: Bull SAS
Priority date: 1987-05-15
Filing date: 1988-05-10
Publication date: 1993-05-27
Anticipated expiration: 2008-05-11
Also published as: ES2038773T3; WO1988009042A1; EP0291403A1; EP0291403B1; FR2615319A1; FR2615319B1; JPH0795494B2; DE3877817D1; US4937729A; JPH01503264A

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator mit starker Kopplung, der für einen Speisekreis mit Zerhacker geeignet ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Speisekreis, in dem ein solcher Transformator eingesetzt ist.
Die Erfindung fällt in den Bereich der Herstellung und Optimierung von Transformatoren auf der Basis einer Mehrschichttechnologie.
Bei der Nehrschichttechnologie umfaßt ein Transformator einen Primärkreis und einen Sekundärkreis, die über einen Magnetkreis magnetisch miteinander gekoppelt sind, wobei diese beiden Schaltkreise durch einen Stapel von Windungen gebildet sind, der durch gedruckte Lagen realisiert ist, auf denen jeweils eine Leiterbahn ausgebildet ist. Eine solche Technologie wird durch das Patent US-A-3 833 872 vermittelt.
Ebenso ergibt sich aus der Zusammenfassung des japanischen Patents JP-A-60 245 208, veröffentlicht in Patent Abstract of Japan, Bd. 10, Nr. 108, 23. April 1986, ein Transformator mit einer Primärwicklung und einer Vielzahl von Sekundärwicklungen, bei dem die Primärwicklung sandwichartig zwischen den verschiedenen Sekundärwicklungen gehalten ist. Eine solche Vorrichtung gestattet es jedoch nicht, die parasitären Kopplungen zu verringern, obgleich ein Mehrschicht-Transformator rnit sehr starker Kopplung vorliegt.
Ziel der Erfindung ist es daher, einen Mehrschicht-Transformator mit sehr starker Kopplung zu schaffen, der insbesondere für einen Speisekreis mit Zerhacker ausgelegt ist, dessen Wicklungen von Strömen durchflossen werden, die sehr schnellen Änderungen ausgesetzt sind. Dieser Transformator soll elektrisch dahingehend optimiert sein, daß der parasitäre Strom Primärwicklung/Sekundärwicklung und die parasitären Kopplungen auf ein Minimum herabgesetzt sind.
Dieses Ziel wird erreicht durch einen Transformator mit starker Kopplung mit einem Primärkreis und einem Sekundärkreis, die durch mehrere Lagen gedruckter Schaltungen realisiert und magnetisch über einen Magnetkreis gekoppelt sind, wobei die Primärkreise sandwichartig in dem Sekundärkreis gehalten sind, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Transformator aus zwei Hälften gebildet ist, daß jede Hälfte eine Halb- Primärwicklung umfaßt, die sandwichartig zwischen zwei Teilen der Halb-Sekundärwicklung gehalten ist, daß jede gedruckte Schaltung zumindest eine nahezu geschlossene Leiterbahn umfaßt, die eine aktive Windung des einen der Primär- oder Sekundärkreise bildet, daß jede Halb-Primärwicklung von zumindest einer Windung der zugeordneten Halb-Sekundärwicklung umschlossen ist, daß die Enden der Schaltung der ersten bzw. der letzten Lage einer jeden Halb-Primärwicklung, die jeweils eine elektrostatische Abschirmung bilden, auf einer Seite angeordnet sind, die zu der der beiden Enden der Schaltung der angrenzenden Lage des Teils der zugeordneten Halb-Sekundärwicklung entgegengesetzt ist, und daß jede Halb-Sekundärwicklung zumindest eine Reaktions-Windung umfaßt, die in dem Stapel von Windungen der anderen Halb-Sekundärwicklung angeordnet ist, wobei diese Reaktions-Windung mit den anderen Windungen der Halb-Sekundärwicklung in dem Stapel, in dem sie nicht angeordnet ist, parallel geschaltet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß die elektrostatische Abschirmung, die durch die erste bzw. die letzte Lage einer jeden Halb-Primärwicklung gebildet ist, aus einer inneren Windung und einer äußeren Windung entgegengesetzter Richtung besteht, wobei die innere Windung ein freies Ende besitzt und das Ende der inneren Windung, das gegenüber dem freien Ende angeordnet ist, mit dem Eingang der äußeren Windung, der auf einem Festpotential gehalten ist, verbunden ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß in jeder Halb-Primärwicklung die beiden Abschirmwindungen zueinander parallel geschaltet sind, und daß die aktiven Windungen in einer geraden Anzahl (2P) vorgesehen sind und P Reihen von Windungspaaren in der gleichen Wicklungsrichtung bilden, und daß jedes Windungspaar eine erste Windung der ungeraden Ordnung K und eine zweite der geraden Ordnung 2PK+1 umfaßt, die in Reihe (K, 2P-K+1) geschaltet sind, wobei die P Reihen von Windungspaaren derart verbunden sind, daß der Eingang der Reihe K+1 mit dem Ausgang der Reihe K in Verbindung steht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die zweite Windung, die an die Abschirmwindung der Primärwicklung angrenzt, durch eine breite, quasi-geschlossene Leiterbahn gebildet ist, deren beide Anschlußklemmen auf der bezüglich der Seite der Anschlußklemmen der Abschirmwindungen entgegengesetzten Seite der zweiten Windung angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß die Windung der Sekundärwicklung, die an die Abschirmwindung angrenzt, durch Auftrennen einer anfänglich geschlossenen Bahn erhalten ist, wobei die Trennlinie zumindest zwei gerade, nicht miteinander ausgerichtete Abschnitte umfaßt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die innere Windung ein freies, nicht verbundenes Ende und ein zweites Ende umfaßt, das in der Nähe der Klemme mit der äußeren Windung verbunden ist, die einem Festpotential ausgesetzt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß das zweite Ende der inneren Windung über die volle Breite mit der äußeren Windung an der das Festpotential aufweisenden Klemme verbunden ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die beiden Enden der inneren Windung einander gegenüberliegend auf der zum Klemmenpaar der äußeren Windung entgegengesetzten Seite angeordnet sind, und daß das Potential der festen Klemme der Klemme der inneren Windung über eine schmale Bahn zugeführt ist, die zwischen den beiden inneren und äußeren Windungen derart geführt ist, daß die Richtungen des elektrischen Stromverlaufs in den beiden Windungen entgegengesetzt sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die innere Windung in Höhe der Klemmen der äußeren Windung in zwei gleiche Abschnitte aufgetrennt ist und daß der das freie Ende der inneren Windung tragende Abschnitt ein zweites Ende besitzt, das durch das Auftrennen der inneren Windung erhalten und elektrisch mit dem entsprechenden Ende des zweiten Abschnitts über eine schmale Bahn verbunden ist, die einen vollständigen Umlauf vollzieht und zur Hälfte innerhalb des zweiten Abschnitts und zur anderen Hälfte zwischen dem ersten Abschnitt und der Innenseite der äußeren Windung angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß zwei identische Stapel gedruckter Schaltungen vorgesehen sind, daß jeder Stapel eine Halb-Primärwicklung umfaßt, die von zwei Hälften einer Halb-Sekundärspule mit Abschirmwindungen umgeben ist, daß jede gedruckte Schaltung Klemmen umfaßt, die Verbindungen der Enden der Sekundärwindungen einer ersten Seite der gedruckten Schaltungen zugeordnet sind, und Klemmen, die Verbindungen der Primärwindungen einer zweiten Seite der gedruckten Schaltungen zugeordnet sind, und daß jede der Klemmen mit einer Bohrung versehen ist, um das Verbinden zweier Windungen auf zwei gedruckten Schaltungen senkrecht zur Ebene der Windungen zu gestatten, während das anzuschließende Ende mit der Klemme verbunden ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, den Einbau des Transformators in Zerhacker-Speiseeinrichtungen mit kleinstmöglichen Abmessungen zu gestatten. Hierzu soll der Transformator so flach wie möglich gehalten sein.
Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß zwei einander gegenüberliegende Kupferlagen der gedruckten Schaltung derart ausgelegt sind, daß zwei Kanten der beiden geätzten Kupferoberflächen niemals zusammenfallen, um die Kopplung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung durch ein Herabsetzen der Stärke des Isolators zu verbessern, wobei auch die Risiken einer Scher- und Schubbeanspruchung vermieden werden, denen dieser bei einer Pressung oder Druckbeanspruchung der gedruckten Schaltung ausgesetzt ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Transformator zu schaffen, der größere Ströme liefert, indem der gedruckten Mehrschicht-Schaltung ausgeschnittene oder ausgestanzte Metallwindungen hinzugefügt werden, die eine größere Stärke als die der gedruckten Lagen besitzen.
Schließlich ist es für Ausrüstungen, die bei geringem Volumen eine bestimmte elektrische Leistung liefern, wünschenswert, eine thermische Optimierung zu verwirklichen. Der Temperaturgradient soll zwischen dem Kern und der Außenseite des Transforinators klein sein und es ist wünschenswert, die Wärmeaustauschfläche in einem bestimmten Maß zu vergrößern.
Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß der Transformator einen Magnetkreis umfaßt, der durch zwei bezüglich der Mittelebene des Transformators symmetrische Hälften realisiert ist und einen zentralen Kern aufweist, um den die verschiedenen Lagen der Spulen des Transformators geschichtet sind, und daß die Spulen in zwei Hälften beiderseits der Mittelebene so aufgeteilt sind, daß zwischen ihnen ein Freiraum geschaffen ist, dessen Höhe in Abhängigkeit von der gewählten Kühlung bestimmt und durch Stifte festgelegt ist, die jeweils eine erste Funktion der elektrischen Verbindung zwischen zumindest zwei Spulenlagen und eine zweite Funktion eines Abstandselements übernehmen, die es gestattet, den Abstand zwischen den beiden Spulenhälften festzulegen, wobei dieses Abstandselement durch einen Bund des Stiftes realisiert ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfaßt ein Speisekreis mit Zerhacker einen Transformator der zuvor beschriebenen Art.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß das Ende einer Abschirmwindung und das Ende der angrenzenden Sekundärwindung Festpotentiale aufweisen und durch einen Kondensator entkoppelt sind, dessen Wert durch die Zerhackerfrequenz bestimmt ist.
Weitere charakteristische Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung; in dieser zeigt:
Fig. 1 ein Verbindungsschema von Sekundärwindungen eines erfindungsgemäßen Transformators,
Fig. 2 ein Schichtschema von Windungen eines erfindungsgemäßen Transformators,
Fig. 3 ein Verbindungsschema von Windungen einer Halb- Primärwickung eines erfindungsgemäßen Transformators,
Fig. 4 drei mögliche Ausgestaltungen einer besonderen, zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung eines erfindungsgemäßen Transformators angeordneten Windung,
Fig. 5 einen Schichtungsplan einer Ausführungsform einer Halb-Spule mit 14 Lagen,
Fig. 6 ein Schema, das die Optimierung des Einsatzes von Isolierstoffen zeigt,
Fig. 7 ein elektrisches Schaltbild einer möglichen Verwendungsform,
Fig. 8 einen Transformator gemäß der Erfindung,
Fig. 9 ein Ausgangskontaktstück, und
Fig. 10 einen gedruckte Schaltungen und ausgeschnittene Metallwindungen vereinigenden Schichtungsplan.
In Figur 1 ist ein Verbindungsschema für Windungen der Sekundärwicklung gezeigt. Die Sekundärwicklung ist aus zwei gleichen Hälften gebildet, die jeweils eine ungerade Anzahl von Windungen aufweisen. Um Verluste, die durch den Abstand zwischen den beiden Halb-Sekundärwicklungen hervorgerufen werden, zu reduzieren, ist jede Windung einer Halb-Sekundärwicklung mit den Klemmen einer entsprechenden Windung der anderen Halb-Sekundärwicklung verbunden.
Schematisch betrachtet umfassen die Windungen (1), (2) und (3) der Halb-Sekundärwicklung (7) Klemmen A, B, C, D, E, F. Die zweite Halb-Sekundärwicklung (8) umfaßt Windungen (4), (5) und (6), deren Anschlußklemmen mit G, H, I, J, K bzw. L bezeichnet sind. Die Klemmen sind derart verbunden, daß die Windung (1) den Windungen (4) und (5) und die Windungen (2) und (3) der Windung (6) entsprechen. Damit werden die Verbindungen ADFGIL, CEK, BHJ verwirklicht. Bei Ausführungsformen, bei denen die Sekundärwicklung eine größere Anzahl von Windungen umfaßt, wird diese Anordnung so oft wie erforderlich wiederholt.
In Figur 2 ist eine Ausführungsform eines Halb-Transformators gemäß der Erfindung gezeigt. Erfindungsgemäß ist ein Halb- Transformator durch einen Stapel von Windungen gebildet, der in eine Halb-Primärwicklung (14) und eine Halb-Sekundärwicklung aufgeteilt ist, die wiederum in 2 Abschnitte (13) und (15) unterteilt ist, die die Halb-Primärwicklung umschließen. Die Nalb-Sekundärwicklung kann in der Weise ausgeführt sein, wie dies in Fig. 1 zu sehen ist.
Ein Abschnitt (13) der Halb-Sekundärwicklung ist durch eine besondere, eine Abschirmung bildende Windung (11) von der Halb-Primärwicklung (14) getrennt. Der zweite Abschnitt (15) der Halb-Sekundärwicklung ist durch eine zweite besondere, eine elektrostatische Abschirmung bildende Windung (12) von der Halb-Primärwicklung (14) getrennt. Im rechten Teil der Figur 2 sind die Richtungen der Änderung der Potentiale der Windungen im Inneren der Halb-Primärwicklung und der in 2 Abschnitte unterteilten Halb-Sekundärwicklung gezeigt. Die Spitze des Pfeiles stellt die zunehmende Richtung eines variablen Potentials dar, während das andere Ende ein festes Potential wiedergibt.
Um die Potentialänderungen zwischen jeder Halb-Primärwicklung und Halb-Sekundärwicklung zu reduzieren, sind die Windungen derart verbunden, daß beiderseits einer besonderen, eine Abschirmung bildenden Windung (11) oder (12) die Windungen ein möglichst festes Potential aufweisen, während zum Inneren des Halb-Transformators hin die Windungen der Halb-Primärwicklung (14) variablere Potentiale besitzen.
In Figur 3 ist eine Halb-Primärwicklung dargestellt, die durch einen Stapel von sechs Windungen gebildet ist. Die äußeren Windungen (16) und (21) sind dazu bestimmt, eine elektrostatische Abschirmung zu verwirklichen. Diese beiden Windungen sind daher zueinander parallel geschaltet. Die aktiven Windungen (17), (18), (19), (20) sind derart verbunden, daß die Potentiale an den Außenseiten des Stapels möglichst fest sind. Hierzu ist der Ausgang der Windung (17) mit dem Eingang der Windung (20) verbunden, deren Ausgang mit dem Eingang der Windung (18) in Verbindung steht. Dann ist der Ausgang der Windung (18) mit dem Eingang der Windung (19) verbunden, deren ein variables Potential aufweisender Ausgang (23) eine Klemme einer Halb-Primärwicklung bildet.
Zur rein formalen Darstellung des Falles einer Primärwicklung mit 2P Windungen (- die Windungen sind aufeinanderfolgend in deren Schichtungsordnung von 1 bis 2P durchnumeriert -), wo bei die beiden Abschirmwindungen nicht enthalten sind, wird davon ausgegangen, daß sich die Verzweigung durch ein Inserieschalten von Paaren von Windungen ergibt, die in Serie geschaltet sind. Das erste Paar wird dadurch gebildet, daß die Windung 1 und die Windung 2P in Reihe geschaltet werden und so weiter, während das Paar vom Rang K dadurch gebildet wird, daß die Windung K und die Windung 2P-K +1 in Serie geschaltet werden, und das letzte Paar dadurch gebildet wird, daß die Windung P mit der Windung P+1 in Serie geschaltet wird.
Somit läßt sich die elektrische Verbindung zweier Windungen der Ordung K mit (K, 2P-K+1) bezeichnen. Sie ist in Figur 3 für 2P = 4 und K = 1 mit dem Paar 17, 20 und für K = 2 durch das Paar 18, 19 repräsentiert. In symbolischer Schreibweise läßt sich dieses Inserieschalten von P Paaren von Windungen wie folgt darstellen:
Jedes Windungspaar umfaßt einen Eingang an der Windung K und einen Ausgang an der Windung 2P-K+1. Das Inserieschalten zweier Paare erfolgt wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 vom Ausgang des Paares K zum Eingang des Paares K+1.
Eine solche Aufteilung von Potentialen gestattet es, sicherzustellen, daß die kapazitiven Ströme - erzeugt durch die Spannungen zwischen benachbarten Windungen - zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung einen minimalen Wert annehmen.
In der Figur 4 sind drei in den Figuren 4a, 4b und 4c wiedergegebene Ausführungsformen einer besonderen Windung gezeigt, die einer in Figur 4a wiedergegebenen Sekundärwindung in einer Halb-Primärwicklung am nächsten liegt. Diese Windungen, die eine elektrostatische Abschirmung bilden, sind schematisch mit (16) und (21) der Figur 3 oder (11) und (12) der Figur (2) wiedergegeben.
Diese drei Ausführungen gestatten es mit unterschiedlicher Wirkung und Komplexität, den durch den Zerhacker hervorgerufenen parasitären Strom Primärkreis-Sekundärkreis auf ein Minimum zurückzuführen, wenn der Transformator in eine Speiseeinrichtung mit Zerhacker eingebaut ist. Für eine maximale Wirkung müssen die beiden Enden (24) und (25) der angrenzenden Sekundärwindung gemäß Figur 4d zu den beiden Enden (26) und (27) der besonderen Windung diametral entgegengesetzt sein, wenn diese gemäß der einen oder anderen der in den Figuren 4a, 4b, 4c gezeigten Ausführungsformen verwirklicht sein soll.
Die aktive Windung der Sekundärwicklung, die an die Abschirmwindung angrenzt und in der Figur 4d dargestellt ist, ist durch eine breite, quasi-geschlossene Leiterbahn gebildet, die ein zentrales Fenster ausspart. Das zentrale Fenster gestattet es, die gedruckte Windungsschaltung auf einer Magnetkreissäule aufzustapeln. Die Windung ist derart aufgetrennt, daß eine Eingangsklemme 24 und eine Ausgangsklemme 25 freigelegt werden. Die Trennlinie ist vorzugsweise derart ausgeführt, daß sich zwei Knicke ergeben, so daß der elektrische Widerstand in Radialrichtung durch die Trennlinie erhöht wird. Allgemein wird die Trennlinie durch zumindest zwei geradlinige, nicht miteinander ausgerichtete Schnitte erhalten.
Das Ende (26) einer besonderen Windung und das Ende (24) der angrenzenden Sekundärwindung müssen feste Potentiale aufweisen und durch einen Kondensator entkoppelt sein, dessen Wert der Zerhackerfrequenz angemessen ist, wenn der Transformator in eine Speiseeinrichtung mit Zerhacker eingebaut ist.
Gemäß der ersten Ausführungsform nach Figur 4a ist eine solche Windung durch zwei Abschnitte gebildet, die in einander entgegengesetzten Richtungen orientiert sind. Der Eingang (26) der äußeren Windung (28) liegt auf einem Festpotential, dessen Wert so nahe wie möglich bei dem der folgenden Windung liegt. Innerhalb der durch diese Windung gebildeten Schleife wird eine zweite Windung (29) in umgekehrter Richtung verwirklicht, deren eines Ende mit dem Eingang (26) der äußeren Windung (28) verbunden ist und deren anderes Ende (30) freigelassen ist.
Die beiden Windungen sind so nahe wie möglich beieinander angeordnet. Die äußere Windung (28), die als Enden (26) und (27) aufweist, ist tatsächlich die erste Windung der Primärwicklung. Sie ist daher eine aktive Windung des Transformators.
Das über die gesamte Länge des Umfangs zwischen dieser besonderen Windung und der angrenzenden Sekundärwindung auftretende elektrische Feld ist bestrebt, den parasitären Strom Primärwicklung-Sekundärwicklung aufgrund des Zerhackers zu vermindern.
Diese erste Ausführungsform ist gut zur Verwirklichung kleiner Transformatoren geeignet, sie liefert einen mittleren Wirksamkeitsgrad.
Gemäß einer zweiten, in der Figur 4b dargestellten Ausführungsform sind die Enden (32) und (33) der inneren Windung (31) den Enden (26) und (27) der aktiven Windung (34) diametral entgegengesetzt. Das Ende (32) der inneren Windung (31) ist mit dem Ende (26) der aktiven Windung über eine Verbindung (35) verbunden. Das Ende (33) ist freigelassen. Wie bei der ersten Ausführungsform müssen die beiden Windungen einander so nahe wie möglich sein. Die Verbindung (35) muß so schmal wie möglich sein.
Diese Ausführungsform besitzt einen höheren Wirksamkeitsgrad als die erste Ausführungsform und eignet sich für Transformatoren mittlerer Leistung.
Gemäß einer dritten, in der Figur 4c dargestellten Ausführungsform ist die innere Windung (36) in zwei gleiche Teile (36a) und (36b) aufgeteilt. Die Enden (37), (38) liegen einander gegenüber und sind zu den Enden (39), (40), die selbst einander gegenüberliegen, diametral entgegengesetzt angeordnet. Das Ende (39) einer inneren Halb-Windung (36a) ist mit dem Ende (26) der aktiven Windung (43) über eine Verbindung (41) verbunden, während das andere Ende (37) dieser gleichen Halb-Windung mit dem Ende (38) der zweiten Halb-Windung (36b) über eine Verbindung (42) verbunden ist.
Das Ende (40) der zweiten Halb-Windung (36b) ist freigelassen. Die aktive Windung und die beiden inneren Halb-Windungen müssen einander so nahe wie möglich sein, und die Verbindungen (41) und (42) müssen so schmal wie möglich sein. Die Verbindung (41) ist keine direkte Verbindung, die die Wirkung des Trennschnittes der inneren Windung (36) aufheben würde. Sie ist durch eine schmale Bahn gebildet, die einen vollständigen Umlauf vollzieht und zur Hälfte innerhalb des zweiten Abschnitts (36a) und zur anderen Hälfte zwischen dem ersten Abschnitt (36b) und der Innenseite der äußeren Windung (43) angeordnet ist.
Diese Ausführungsform besitzt die größte Wirkung und ist für Transformatoren höherer Leistung geeignet.
Zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Transformators hat man einen Stapel von 2 gedruckten Schaltungen vorgesehen, die jeweils aus 14 geätzten Lagen zusammengesetzt sind, an denen Anschlußstücke abgestützt sowie ein zentrales Fenster und eine nahezu geschlossene Bahn vorgesehen sind, die dazu bestimmt ist, auf jeder geätzten Lage eine Windung zu realisieren.
In der Figur 5 ist eine Aufeinanderfolge von 14 Lagen einer gedruckten Schaltung gezeigt, die dazu bestimmt ist, eine Halb-Spule eines Transformators gemäß der Erfindung zu bilden. Die 14 Karten weisen gleiche Abmessungen auf und besitzen jeweils am unteren Rand 6 metallisierte, zu zweien zusammengestellte Bohrungen, um die Verbindungen ADFGIL, CEK, BHJ der Figur 1 zu verwirklichen, die für die Windungen der beiden Halb-Sekundärwicklungen bestimmt sind. Im oberen Teil einer jeden gedruckten Schaltung sind 8 Kontakte angeordnet, die jeweils durch ein metallisiertes Loch gebildet sind, wobei die Löcher auf den diese verwendenden Karten von 1 bis 8 numeriert sind. Damit ergeben sich die Verbindungen der Halb- Sekundärwicklungen am unteren Rand der gedruckten Schaltung und die Verbindungen der Primärwicklung an den oberen Anschlüssen dieser gedruckten Schaltung.
Die Verbindungen von gedruckten Karten mit gedruckten Karten ergibt sich durch metallisierte Löcher. Die Karten sind aufeinanderfolgend von S1 bis S14 in deren Schichtungsordnung in einem gemäß der Erfindung verwirklichten Transformator numeriert. Die erste Karte S1 und die letzte Karte S14 sind dazu bestimmt, einen mechanischen und elektrischen Abschirmschutz zu bilden. Die Halb-Sekundärwicklung, die in zwei Teile aufgeteilt ist, die einerseits durch Karten S2, S3, S4 und andererseits durch Karten S11, S12, S13 gebildet sind, umgibt die Halb-Primärwicklung.
Die Halb-Sekundärwicklung ist durch das Inserieschalten der Windung S2 mit einer Parallelschaltung der Windungen S3, S4, S11, S12 und S13 gebildet.
Die Halb-Primärwicklung ist durch den Stapel von sechs Karten S5 bis S10 gebildet. Die End-Karten S5 und S10 liegen den beiden Teilen der Halb-Sekundärwicklung gegenüber. Sie bilden eine elektrostatische Abschirmung, die durch eine schraffiert dargestellte Windung mit halber Breite auf den Karten S5 und S10 gebildet ist. Diese Windung ist in umgekehrter Richtung wie die aktive Windung mit der halben Breite der in Frage stehenden Karte aufgewickelt. Die Karten der Halb-Primärwicklung sind mit der Klemme verbunden, die durch die metallisierten Löcher oberhalb der Zahl acht auf jeder Karte gebildet ist. Diese metallisierten Löcher sind von links nach rechts von 1 bis 8 durchnumeriert und nur die für jede Karte ausgenutzten Klemmen sind in der Zeichnung numeriert. Somit ist die Halb-Primärwicklung dadurch gebildet, daß einerseits die Windungen S5, S6, S9, S7 und S8 in Serie geschaltet und andererseits die Windung S10 mit der Windung S5 parallel geschaltet wird. Schließlich sind die Anschlußklemmen der Halb-Primärwicklung durch die ein Festpotential aufweisende Klemme 7 und die ein variables Potential aufweisende Klemme 1 gebildet.
Die auf der Karte S5 dargestellten Klemmen 2 und 8 sind nicht verbunden. Werden zwei gedruckte Schaltungen vereinigt, so lassen sich einfache Verbindungen herstellen.
Nachdem die Serienverbindungen von Windungen der Halb-Primärwicklung (Stellen 1-3-4-5-6-7) insgesamt zugänglich sind, kann man das Ubersetzungsverhältnis leicht verändern.
In der Figur 6 sind zwei von vierzehn Lagen der gedruckten Schaltung dargestellt, die mit (100) und (101) bezeichnet sind. Die geätzten Kupferoberflächen (102) und (103) liegen einander gegenüber und sind gegeneinander durch einen kunststoffimprägnierten Isolierstoff (104) isoliert. Die Kupferauslegung wurde derart optimiert, daß zwei Kanten, z.B. (105) und (106), niemals zusammenfallen. Diese Anordnung gestattet es, die Stärke des kunststoffimprägnierten Flächenstoffes bzw. Prepregs herabzusetzen, wobei auch die Risiken einer Scher- und Schubbeanspruchung dieses Prepregs vermieden werden, wenn die gedruckte Schaltung einer Pressung oder Druckbeanspruchung ausgesetzt ist. Die Stärke des Transformators wird somit auf ein Minimum herabgesetzt und die Kopplung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung wird verbessert.
In der Figur 7 ist ein elektrisches Schema eines Transformators gemäß der Erfindung gezeigt. Die Halb-Primärwicklung (44) oder (45) ist der Halb-Sekundärwicklung (46) oder (47) in einer gleichen gedruckten, in der Figur 5 beschriebenen Schaltung zugeordnet. Das Beispiel zeigt, daß mit einer Vereinigung zweier gedruckter Schaltungen ein Transformator für eine Gegentakt-Schaltung realisiert werden kann.
Die gemeinsamen Stellen (49) und (50) oder die gemeinsamen Stellen (53) und (54) sind auf dem primären bzw. dem sekundären Festpotential vereinigt. Die Stellen (48) und (51) oder (52) und (55) sind auf dem primären bzw. sekundären variablen Potential vereinigt. Die Phasenübereinstimmung ist durch vier Punkte dargestellt. Die Möglichkeit eines Inserie- oder Parallelschaltens, die durch die Windungen erleichtert ist, bietet eine große Zahl von Kombinationsmöglichkeiten sowie eine modulierbare Leistung.
In der Figur 8 ist ein vollständiger Transformator gezeigt, der die anhand des Schemas der Figur 7 beschriebenen Funktionen erfüllt.
Zwei identische Lagen (56) und (57), die jeweils eine Halb- Primärwicklung und eine Halb-Sekundärwicklung umfassen, sind durch zwei Reihen von Anschlußstücken oder -stiften (58) und (59) vereinigt. Eine Lage ist mit ihrer Oberseite nach oben montiert, während diese bei der anderen Lage nach unten gerichtet ist. Auf diese Weise liegen die beiden Halb-Sekundärwicklungen einander gegenüber.
Ein Freiraum (60) zwischen den beiden Lagen gedruckter Schaltungen (56) und (57) läßt eine bessere Kühlung durch Zirkulation eines Kühlfluids zu. Die Abmessungen dieses Raumes können in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und der Art des verfügbaren Wärmeträgerfluids zur Optimierung der Kühlung variiert werden. Schließlich wird der Transformator durch einen Magnetkreis (61) vervollständigt, dessen Kern (62) in die zentralen Fenster der beiden Lagen eintaucht. Bei einem Ausfuhrungsbeispiel ist der Magnetkreis durch einen Kern (62) gebildet, der in der Mitte eines geschlossenen Teiles (63) angebracht ist. Das Ganze ist durch die Mittelebene (64) aufgetrennt, um die Montage zu ermöglichen.
In der Figur 9 ist das Muster eines Anschlußstücks bzw. -stiftes gezeigt. Dieses Teil erfüllt 3 Funktionen:
- Die Höhe des Zylinders (65) ermöglicht es, den Abstand zwischen den beiden Lagen gedruckter Schaltungen für den Durchtritt des Kühlfluids festzulegen.
- Der Zylinder (66) tritt von der oberen Lage gedruckter Schaltungen durch ein Klemmenloch hervor und ermöglicht eine Verbesserung der Kühlung, indem in dem äußeren Umgebungsfluß die an dem Kern der gedruckten Schaltung abgegebenen Wärmeeinheiten abgeführt werden.
- Der Zylinder (67), der für die Verbindung mit der homologen Klemme der unteren Lage sorgt, besitzt eine ausreichende Höhe, um den Anschluß an eine gedruckte, die Versorgung bildende Schaltung zu ermöglichen, wenn diese auf einer gedruckten Schaltung angebracht ist.
In der Figur 10 sind zwei Lagen (66) und (69) gedruckter Schaltungen dargestellt, wie sie zuvor beschrieben wurden, von denen jede eine Halb-Primärwicklung und eine Halb-Sekundärwicklung mit starker Kopplung umfaßt.
Um den in der Sekundärwicklung verfügbaren Strom zu erhöhen, fügt man ausgeschnittene oder ausgestanzte Windungen (70, 71, 72, 73) aus Metall hinzu, die eine größere Stärke besitzen als eine Lage gedruckter Schaltungen. Die starke Kopplung wird aufgrund der Sekundärwindungen bewahrt, die in den gedruckten Schaltungen (68) und (69) enthalten sind.
Isolierstücke (74) und (75) gestatten es, die ausgeschnittenen bzw. ausgestanzten Windungen, die dem Magnetkreis (76) und (77) am nächsten liegen, gegenüber diesem zu isolieren.
Die Isolierung zwischen den gedruckten Schaltungen (68) und (69) und den ausgeschnittenen bzw. gestanzten Windungen (70-73) ist durch die Schlußlage gedruckter Schaltungen sichergestellt.
Die Positionierung der ausgeschnittenen bzw. gestanzten Windungen (70-73) ist durch die Stifte (78), wie sie im Zusammenhang mit der Figur 9 beschrieben wurden, sichergestellt. Die Abmessungen der inneren Ausschnitte (oder Fenster) (79) und der äußeren Schnitte (80) der Lagen (68-74) sind derart berechnet, daß ein isolierter Durchtritt des Magnetkreises sichergestellt ist.
Die gestapelten Lagen (68) und (69) sind alle identisch und können in den beiden möglichen Richtungen gemäß der durch das elektrische Schema auferlegten Konfiguration montiert werden.

Claims

1. Transformator mit starker Kopplung mit einem Primärkreis und einem Sekundärkreis, die durch mehrere Lagen gedruckter Schaltungen realisiert und magnetisch über einen Magnetkreis gekoppelt sind, wobei die Primärkreise sandwichartig in dem Sekundärkreis gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator aus zwei Hälften gebildet ist, daß jede Hälfte eine Halb-Primärwicklung (14, 16-21, S5-S10, 44, 45) umfaßt, die sandwichartig zwischen zwei Teilen (1-2, 5-6, 13, Si-S4; 3; 4; 15; S11-S13) der Halb-Sekundärwicklung (1-3; 4-6; 13; 15; 46; 47; 52-54, 511-513) gehalten ist, daß jede gedruckte Schaltung zumindest eine nahezu geschlossene Leiterbahn umfaßt, die eine aktive Windung (17-20, 1-6) des einen der Primär- oder Sekundärkreise bildet, daß jede Halb-Primärwicklung von zumindest einer Windung der zugeordneten Halb-Sekundärwicklung umschlossen ist, daß die Enden (26, 27) der Schaltung der ersten (11, 16, Si) bzw. der letzten (12, 21, S10) Lage einer jeden Halb-Primärwicklung, die jeweils eine elektrostatische Abschirmung bilden, auf einer Seite angeordnet sind, die zu der der beiden Enden (24, 25) der Schaltung der angrenzenden Lage des Teils der zugeordneten Halb-Sekundärwicklung entgegengesetzt ist, und daß jede Halb-Sekundärwicklung zumindest eine Reaktions-Windung (1, 6, Si) umfaßt, die in dem Stapel von Windungen der anderen Halb-Sekundärwicklung angeordnet ist, wobei diese Reaktions-Windung (1, 6, Si) mit den anderen Windungen der Halb-Sekundärwicklung in dem Stapel, in dem sie nicht angeordnet ist, parallel geschaltet ist.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische Abschirmung, die durch die erste bzw. die zweite Lage einer jeden Halb-Primärwicklung gebildet ist, aus einer inneren Windung (29, 31, 36) und einer äußeren Windung (28, 34, 43) entgegengesetzter Richtung besteht, wobei die innere Windung (29, 31, 36) ein freies Ende (30, 38, 40) besitzt und das Ende der inneren Windung, die gegenüber dem freien Ende angeordnet ist, mit dem Ende (26) der äußeren Windung (28, 34, 43), die auf einem Festpotential gehalten ist, verbunden ist.

3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Halb-Primärwicklung die beiden Abschirmwindungen (11, 16, 55; 12, 21, S10) zueinander parallel geschaltet sind, und daß die aktiven Windungen (1-6, 17-20) in einer geraden Anzahl (2P) vorgesehen sind und P Reihen von Windungspaaren in der gleichen Wicklungsrichtung bilden, und daß jedes Windungspaar eine erste Windung der Ordnung K und eine zweite der Ordnung 2P-K+1 umfaßt, die in Reihe (K, 2P-K+1) geschaltet sind, wobei die P Reihen von Windungspaaren derart verbunden sind, daß der Eingang der Reihe K+1 mit dem Ausgang der Reihe K in Verbindung steht.

4. Transformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Windung, die an die Abschirmwindung der Primärwicklung angrenzt, durch eine breite, quasi-geschlossene Leiterbahn gebildet ist, deren beide Anschlußklemmen (24, 25) auf der bezüglich der Seite der Anschlußklemmen der Abschirmwindungen entgegengesetzten Seite der zweiten Windung angeordnet sind.

5. Transformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Windung der Sekundärwicklung, die an die Abschirmwindung angrenzt, durch Auftrennen einer anfänglich geschlossenen Bahn erhalten ist, wobei die Trennlinie zumindest zwei gerade, nicht miteinander ausgerichtete Abschnitte umfaßt.

6. Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Windung (29, 31, 36) ein freies, nicht verbundenes Ende (30, 33 oder 40) und ein zweites Ende (30a, 32, 39) umfaßt, das in der Nähe der Klemme (26) mit der äußeren Windung (28, 34 oder 43) verbunden ist, die einem Festpotential ausgesetzt ist.

7. Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende (30a) der inneren Windung (29) über die volle Breite mit der äußeren Windung (28) an der das Festpotential aufweisenden Klemme (26) verbunden ist.

8. Transformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden der inneren Windung (31) aneinander gegenüberliegend auf der zum Klemmenpaar (26, 27) der äußeren Windung (34, 43) entgegengesetzten Seite angeordnet sind, daß das Potential der festen Klemme (26) der Klemme (32) der inneren Windung über eine schmale Bahn (35, 41) zugeführt ist, die zwischen den beiden inneren (31, 36) und äußeren (34, 43) Windungen derart geführt ist, daß die Richtungen des elektrischen Stromverlaufs in den beiden Windungen entgegengesetzt sind.

9. Transformator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Windung (36) in Höhe der Klemmen (26, 27) der äußeren Windung (36) in zwei gleiche Abschnitte (36b, 36a) aufgetrennt ist und daß der erste Abschnitt (36b) das freie Ende (40) der inneren Windung trägt und ein zweites Ende (38) besitzt, das durch das Auftrennen der inneren Windung erhalten und elektrisch mit dem entsprechenden angrenzenden Ende (37) des zweiten Abschnitts (36a) über eine schmale Bahn (42) verbunden ist, die einen vollständigen Umlauf vollzieht und zur Hälfte innerhalb des zweiten Abschnitts (36a) und zur anderen Hälfte zwischen dem ersten Abschnitt (36b) und der Innenseite der äußeren Windung (43) angeordnet ist.

10. Transformator nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei identische Stapel gedruckter Schaltungen umfaßt, daß jeder Stapel eine Halb-Primärwicklung umfaßt, die von zwei Hälften einer Halb-Sekundärspule mit Abschirmwindungen umgeben ist, daß jede gedruckte Schaltung Klemmen (A, B, C, D) umfaßt, die Verbindungen der Enden der Sekundärwindungen einer ersten Seite der gedruckten Schaltungen zugeordnet sind, und Klemmen (1 bis 8), die Verbindungen der Primärwindungen einer zweiten Seite der gedruckten Schaltungen zugeordnet sind, und daß die Klemmen (1 bis 8, A bis D) mit einer Bohrung versehen sind, um das Verbinden zweier Windungen auf zwei gedruckten Schaltungen senkrecht zur Ebene der Windungen zu gestatten, während das anzuschließende Ende mit der Klemme (1 bis 8, A bis D) verbunden ist.

11. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander gegenüberliegende Kupferlagen (100, 101) der gedruckten Schaltung derart ausgelegt sind, daß zwei Kanten (105, 106) der beiden geätzten Kupferoberflächen (102, 103) niemals zusammenfallen, um die Kopplung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung durch ein Herabsetzen der Stärke des Isolators (104) zu verbessern, wobei auch die Risiken einer Scher- und Schubbeanspruchung vermieden werden, denen dieser bei einer Pressung oder Druckbeanspruchung der gedruckten Schaltung ausgesetzt ist.

12. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Magnetkreis (63) umfaßt, der durch zwei bezüglich der Mittelebene (64) des Transformators symmetrische Hälften realisiert ist und einen zentralen Kern (62) aufweist, um den die verschiedenen Lagen der Spulen des Transformators geschichtet sind, und daß die Spulen in zwei Hälften (56, 57) beiderseits der Mittelebene (64) so aufgeteilt sind, daß zwischen ihnen ein Freiraum (60) geschaffen ist, dessen Höhe in Abhängigkeit von der gewählten Kühlung bestimmt und durch Stifte (58, 59) festgelegt ist, die jeweils eine erste Funktion der elektrischen Verbindung zwischen zumindest zwei Spulenlagen und eine zweite Funktion eines Abstandselements übernehmen, die es gestattet, den Abstand zwischen den beiden Spulenhälften (56, 57) festzulegen, wobei dieses Abstandselement durch einen Bund (65) des Stiftes realisiert ist.

13. Speisekreis mit Zerhacker, der einen Transformator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfaßt.

14. Speisekreis mit Zerhacker nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (26) einer Abschirmwindung und das Ende (24) der angrenzenden Sekundärwindung Festpotentiale aufweisen und durch einen Kondensator entkoppelt sind, dessen Wert durch die Zerhackerfrequenz bestimmt ist.