EP3224841B1 - Hochspannungstransformator mit u-förmigem kern - Google Patents

Hochspannungstransformator mit u-förmigem kern Download PDF

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EP3224841B1
EP3224841B1 EP15747469.3A EP15747469A EP3224841B1 EP 3224841 B1 EP3224841 B1 EP 3224841B1 EP 15747469 A EP15747469 A EP 15747469A EP 3224841 B1 EP3224841 B1 EP 3224841B1
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EP
European Patent Office
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leg
voltage transformer
core
less
winding
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EP15747469.3A
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English (en)
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EP3224841A1 (de
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Roman Schichl
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Sumida Components and Modules GmbH
Original Assignee
Sumida Components and Modules GmbH
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Publication date
Application filed by Sumida Components and Modules GmbH filed Critical Sumida Components and Modules GmbH
Publication of EP3224841A1 publication Critical patent/EP3224841A1/de
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Publication of EP3224841B1 publication Critical patent/EP3224841B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/255—Magnetic cores made from particles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/08—High-leakage transformers or inductances
    • H01F38/10—Ballasts, e.g. for discharge lamps

Definitions

  • the present invention relates generally to inductive components and, in particular, to transformers with a small overall volume that are designed for a high output voltage.
  • the size of the electronic components provided for the power supply must also be suitably adapted.
  • increasingly powerful gas discharge lamps can be made available in the field of lighting technology, which offer a constant or even higher output with a smaller construction volume compared to the lamps used up to now.
  • the small overall volume of these illuminants also means that the electronic components required to control the illuminants have to be reduced in size.
  • inductive components and, above all, transformers have to be developed taking into account numerous parameters that influence the performance, since a suitable adaptation of an inductive component depends on numerous factors, such as the shape of the magnetic core, the type of ferrite material used, and the routing of cables in the windings , as well as the circuit topology in general.
  • a reduction in the size of the components is sought in many areas of electronics, in particular achieving a sufficiently high power density for specially selected component dimensions for inductive components is associated with a great deal of effort, since numerous physical boundary conditions predetermined by the properties of the magnetic materials must be observed, so that Different solution approaches can lead to different end results, which then may not behave in the same way in the target application.
  • a high operating voltage is required at least in certain operating phases, so that in addition to the difficulties that have to be overcome due to a desired compact design, other problems that result from the high operating voltage must also be taken into account.
  • An example of the use of small, powerful transformers that have to deliver a high output voltage is in connection with certain light sources, such as xenon lights, and the like, since here a relatively high voltage of up to 30 kV is required at least to ignite the lamp.
  • a small volume and a low weight are essential aspects for a high-voltage transformer, great importance must be attached to a high dielectric strength and reliability of the transformer under many different environmental conditions.
  • ferrite cores are available in many standard sizes and with many standard ferrite materials, but in the size range of cores with a magnetic effective volume of about 2000 mm 3 or less, the required component properties with a closed core geometry, for example a relatively compact design with good thermal behavior and offers relatively low susceptibility to failure, may not be able to be achieved in order to provide sufficient power with a desired compact structure of the transformer. That is to say, a linear core shape is often used for transformers in order to achieve compact dimensions at least in one dimension, a magnetic structure with somewhat lower efficiency compared to transformers with an almost closed magnetic circuit being accepted.
  • toroidal cores or other closed magnetic systems are often incompatible with regard to the available structural volume, especially in critical applications, for example Mobile devices, automobiles, and the like.
  • a linear configuration of the magnetic core material has therefore proven to be suitable in practice for small high-voltage transformers that can be used, for example, for discharge lamps, measuring devices and the like, due to the small dimensions that can be achieved perpendicular to the linear extension of the transformer.
  • the applicant has succeeded in developing a small transformer for high voltage based on a core geometry in the shape of a mushroom, that is, a linear rod core with end plates at each end of the rod, with a primary winding with 2 turns, which significantly reduces the overall volume with almost square Dimensions, but otherwise provides the properties previously required.
  • the mushroom structure of the core material results in a certain amount of effort in the manufacture of the small transformer, for example with regard to the manufacture of the core, the sintering of the core material, etc., so that despite the already achieved low volume and the associated favorable properties, there is still a need for further improvements.
  • a small transformer for high voltages with a primary winding with only 2 turns is generally advantageous for reducing the overall construction volume, since the number of secondary turns in the secondary winding can also be reduced due to the lower number of primary turns, but may require other measures to achieve the desired electronic To comply with properties, such as the implementation of the shortest possible connection lines.
  • the design and development of inductive components for high voltages with small dimensions is a complex task in which many parameters have to be taken into account that influence each other.
  • an inductive component also has a capacitive component and a parasitic ohmic resistance, so that the entire vibration behavior of the transformer must be taken into account and designed appropriately, especially when processing very short pulses, such as is the case when igniting light sources.
  • WO 2006/084 440 A1 shows an ignition transformer core for a high-pressure discharge lamp, the ignition transformer core being designed in at least two parts so that the transformer core has at least one gap, the core being formed by a first and at least one second core component, each made of a ferromagnetic or ferrimagnetic material and by at least a gap are separated, wherein the first core component has a cylindrical portion on which the windings of the ignition transformer are arranged, and the core components are shaped such that the core apart from the at least one gap has a closed shape.
  • the aforementioned object is achieved by a high-voltage transformer which has a first winding with three or more turns.
  • the high-voltage transformer further comprises a second winding and a U-shaped core with a first leg and a second leg with a length of 40 mm or less. The first winding and the second winding are applied to the first leg.
  • the high-voltage transformer according to the invention has at least three turns in the primary winding, so that this creates a well-defined inductance set by structural measures, which can be relatively large compared to parasitic inductances that arise from supply lines. Hence this is Vibration behavior of the inductive component in a corresponding Electronic circuit, such as an ignition arrangement for lighting means, essentially determined by the transformer according to the invention itself and not by parasitic effects.
  • the first and the second winding are applied together on one leg of a U-shaped core, the length of which is 40 mm or less, so that in the longitudinal direction of the U-shaped core, despite the number of turns of 3 or larger results in a very compact structure.
  • the U-shaped core itself can be efficiently manufactured with high precision and is particularly advantageous in the manufacture of the entire transformer, since the first and second windings only have to be pushed onto the first leg without further assembly work for joining windings together and core are required.
  • tools for pressing and sintering the core material for a U-shaped core can be provided in the form of multiple molds, so that multiple cores can be manufactured in a single operation.
  • the first winding has exactly three turns.
  • the use of exactly three turns for the primary winding of the high-voltage transformer enables the transformer to be constructed with suitable inductance in order to reduce the influence of line inductances and at the same time to achieve suitable oscillation behavior, so that output pulses of the order of magnitude of 100 ns are achieved with the desired high output voltage will.
  • this structural design allows the secondary winding with relatively compact longitudinal dimensions, i.e. with a dimension along the magnetic longitudinal direction of the first leg, so that the aforementioned dimension of 40 mm or less can be achieved.
  • the U-shaped core is provided as a one-piece core material.
  • the term "integral" is to be understood to mean that the core material is provided as a single continuous piece of material in which the individual areas, i. the first leg, the second leg and a corresponding connecting piece are connected to one another without an additional connection process, for example gluing, etc., being required.
  • the term “in one piece” in this context describes a U-shaped core which is pressed as a whole. As already explained above, it is therefore possible to produce several U-shaped cores simultaneously in a single production process. Furthermore, when assembling the high voltage transformer, no further steps are required to process the magnetic core material.
  • winding sections of the first winding which are used to electrically connect turns of the first winding, are between the first leg and the second leg arranged. That is, these winding sections, which serve as a connecting line between individual turns, are arranged in the lateral direction of the U-shaped core between the first leg and the second leg of the U-shaped core. These connecting lines are thus effectively positioned between the legs, so that a certain mechanical protective effect is achieved through the second leg and the windings for the connecting lines applied to the first leg.
  • the dimension of at least the second leg in one of the two lateral directions can be significantly larger than in the corresponding other lateral direction, ie the cross-sectional shape is rectangular with a relatively small side length in one lateral direction and with a significantly larger side length in the other lateral direction, so that when the magnetic cross section of the second leg is required, there is a relatively large overlap of the connecting lines.
  • a cross section of the first leg perpendicular to the magnetic longitudinal direction is at least twice as large as a cross section of the second leg.
  • the first leg of the U-shaped core essentially acts like a rod core, which is enclosed by the first winding and the second winding, so that the effective magnetic cross-section of the first leg essentially determines the magnetic, mechanical and thermal properties of the transformer .
  • the second leg has a significantly smaller magnetic cross-section, but nevertheless makes a decisive contribution to the overall magnetic properties, in that the additional core material in the second leg contributes to a required size of the inductance or the Al value of the core.
  • the interaction of many parameters has to be taken into account in the construction of the transformer, whereby it is particularly important to realize that the AI value of the core material can be set to a desired value by the second leg, but still saturation of the Core material may take place in particular in the second leg.
  • the core material can be saturated during certain operating phases, whereas a higher AI value can cause effective damping in other operating phases, for example during the rise of the current, as long as the core is not yet saturated.
  • the unavoidable leakage inductance can be kept very small by the second leg of the U-shaped core, while on the other hand the spatial extent of the stray field can also be efficiently modeled by the geometry and the volume of the second leg.
  • the values for the leakage inductance can be reduced by structural measures to values that are suitable for the desired application, for example for an ignition transformer, while the influence of other parasitic effects, such as the inductance and capacitance of supply lines, etc., is reduced is.
  • the magnetic cross-section of the second leg is only half or significantly less compared to the magnetic cross-sectional area of the first leg, the distance between the first leg and the second leg can be reduced without affecting the space required for the first winding and the second winding is required, is restricted.
  • the legs of the U-shaped core, which run essentially in parallel, are spaced apart from one another which allows the first and second windings to be accommodated on the first leg without restriction when the transformer is being installed.
  • the smaller cross section of the second leg is realized by a smaller dimension in the direction of the distance between the first and second leg, so that when the cross-sectional area is required, there is an optimally large distance between the two legs to accommodate the windings.
  • the first leg and the second leg have essentially the same dimensions in a lateral direction and the different cross-sections are achieved by different dimensions in the lateral direction perpendicular thereto.
  • the cross section of the first leg has a dimension of 4 mm or less in the first lateral direction and a dimension of 9 mm or less in the lateral direction perpendicular thereto.
  • the cross section of the first leg can thus have a pronounced elongated rectangular shape, which makes it possible, with a given magnetic cross section, to reduce the structural volume in a lateral direction at the expense of increasing the structural volume in the lateral direction perpendicular thereto. This results in a high degree of flexibility when adapting the lateral dimensions of the High-voltage transformer on structural conditions, for example in a housing to accommodate ignition electronics, and the like.
  • the cross section of the first leg has a dimension of 8 mm or smaller in a first lateral direction and a dimension of 5 mm or smaller in the lateral direction perpendicular thereto.
  • a less pronounced rectangular shape can be realized if this is suitable for the overall lateral dimensions of the high-voltage transformer.
  • a larger surface can be provided, so that a higher thermal load can possibly be tolerated.
  • a dimension of the high-voltage transformer in a first lateral direction is 16 mm or less, this dimension is preferably between 16 mm and 13 mm, and in the lateral direction perpendicular thereto the dimension is 16 mm or less, preferably this dimension is between 16 mm and 13 mm.
  • the lateral dimensions of the high-voltage transformer are chosen so that the dimensions are approximately the same in both lateral directions, so that the installation with regard to the lateral direction is relatively independent of the orientation of the high-voltage transformer around its longitudinal axis.
  • the high-voltage transformer can be installed in a housing or on a printed circuit board in such a way that a rotation around the longitudinal axis by 90, 180 or 270 ° has essentially no effect on the entire construction volume, provided that connections of the high-voltage transformer are provided accordingly.
  • the connecting lines of the first winding are located in the space between the windings which are applied to the first leg and the second leg, as has already been explained above.
  • a dimension of the high-voltage transformer in a first lateral direction is 20 mm or less, preferably this dimension is between 19 mm and 17 mm, and in the lateral direction perpendicular thereto Direction, the dimension is 14 mm or less, this dimension is preferably between 13 mm and 11 mm.
  • an overall rectangular shape of the cross section can be provided, so that a suitable adaptation to the available structural volume is possible in the lateral directions.
  • the connecting lines of the first winding are preferably positioned above or below the first leg or rotated by 90 ° relative to it.
  • the longitudinal dimension of the high-voltage transformer is preferably essentially not influenced by a change in the lateral dimension.
  • the dimension in the longitudinal direction is 40 mm or less, and is preferably 36 mm or less. In special embodiments, the longitudinal dimension is between 33 mm and 36 mm.
  • the geometric parameters are selected as a function of other parameters in such a way that no further additional magnetic material is required for the core.
  • the production of the core material for an entire high-voltage transformer is considerably simplified, since, for example, several U-shaped cores can be produced in a common single work step.
  • the assembly of the high-voltage transformer is significantly simplified, since with regard to the core material no further work steps, such as the attachment of shielding elements, field guiding elements and the like, are required.
  • the essential parameters of the inductive and capacitive behavior of the high-voltage transformer are determined by design measures, for example by manufacturing the U-shaped core, so that a high degree of constancy is guaranteed in the manufacture of a large number of high-voltage transformers.
  • FIG. 12 schematically shows a perspective view of a high voltage transformer 100 according to an illustrative embodiment of the present invention.
  • the high-voltage transformer 100 which in illustrative embodiments transforms an input voltage of several 10 V to several 100 V to a relatively high output voltage in the range of several 100 V to several 10,000 V, is in particular Due to the compact design, it is suitable for mobile applications and applications in the motor vehicle sector and the like when relatively high output voltages are required.
  • the high-voltage transformer 100 can advantageously be used for igniting gas discharge lamps.
  • the high-voltage transformer 100 contains a U-shaped core 110 which comprises a first limb 112, a second limb 111 and a coupling part 113 connecting these two limbs.
  • the core 110 is provided as a "one-piece" piece of material which is manufactured in one operation together with further cores and does not require any further work steps when assembling the high-voltage transformer 100, such as attaching and securing further magnetic components and the like.
  • the core 110 thus forms a non-closed core material for the transformer 100, with no further magnetic components in the form of field guide plates, etc., being provided in particularly advantageous embodiments.
  • U-shaped core also includes any other geometry in which the coupling part 113 and the two legs 112 and 111 form a shape in which the first leg and the second leg are elongated and at least extend approximately in the same direction over a certain distance.
  • the rectangular shape shown in the figures can also have curves. That is, the first limb 112 and / or the second limb 111 and / or the coupling part 113 can have a cross-sectional shape other than a rectangular shape and / or edges can be rounded accordingly.
  • the individual components of the core 110 do not necessarily have to be straight components, but these can also have a curvature, provided this is compatible with the required structural volume.
  • the coupling part 113 may have an arcuate shape. In the advantageous embodiments shown, the rectilinear and rectangular structure of the individual components of the core 110 results in a small overall volume.
  • the length of the core 110 ie the extension of the core 110 in a longitudinal direction L, defines the total length of the high-voltage transformer 100 and is 40 mm or less.
  • Cross-sectional areas 112S and 111S of the two legs 112, 111 form rectangles in the embodiments shown and are of different sizes. That is, the cross-sectional area 112S is significantly larger than the cross-sectional area 111S and, in preferred embodiments, is approximately twice as large as the cross-sectional area 111S.
  • first lateral direction denoted by B1
  • second lateral direction perpendicular thereto denoted by B2
  • the first limb 112 and the second limb 111 therefore have relatively large surfaces for a given magnetic volume, as a result of which good thermal properties can be achieved.
  • the high voltage transformer 100 further includes a first winding 140 that includes three or more turns.
  • the first winding 140 contains exactly three turns 141, 142 and 143.
  • the turns 141,..., 143 are connected in series in the same direction by means of corresponding connecting pieces 145 or connecting lines.
  • the first winding 140 is connected to corresponding connection pins, for example by means of a connection line 144, which is routed at a precisely defined distance in relation to the other components of the transformer 100.
  • the high-voltage transformer 100 further comprises a second winding 120, which optionally has a suitable number of winding sections 121,..., 124, the number of winding sections typically depending on the number of turns of the first winding 140. In the arrangement shown, four winding sections are shown.
  • the first winding 140 and the second winding 120 are applied to a coil former 130, which in turn is pushed onto the first leg 112 of the core 110.
  • the coil former 130 automated work processes can be used for applying, in particular, the second winding 120, which is applied to the coil former 130 before the first winding 140 is produced.
  • the first winding 140 can comprise one or more conductor clips, which can have suitable connection pins etc., for example, in connection with a suitable wire which can also be used, for example, to produce the connecting lines 144 and / or 145.
  • the coil former 130 has corresponding recesses, which the conductor material of the Reliably separate turns 141,..., 143 in the longitudinal direction L from the conductor material of the second winding 120, so that sufficient insulation distances are created by structural measures.
  • corresponding recesses can be provided to accommodate the connecting line 144, for example, so that it is routed at a precise distance from the second winding 120 and the core 110, so that in this way a precisely defined geometry for the line routing when the transformer 100 is constructed can be adhered to.
  • FIG. 13 shows a sectional view of the transformer 100 when it is taken along the lateral direction B2 (see FIG Figure 1A ) is looked at.
  • the three turns of the first winding 140 and the connecting lines 144, 145 are also shown.
  • the first limb 112 and the second limb 111 have different dimensions along the lateral direction B1.
  • a dimension 112A for the first leg 112 is shown which is 5 mm or smaller in size.
  • the dimension 112A is between 3.5 mm and 4.5 mm.
  • the corresponding dimension 111A of the second leg 111 is significantly smaller and is 3 mm and smaller, preferably the size of the dimension 111A is in the range from 1.5 mm to 2.5 mm.
  • a length 101 of the entire high-voltage transformer 100 which is determined by the length of the core 110, is 40 mm or less, and preferably the length 101 is in the range of 32 mm to 36 mm.
  • the transformer 100 with the dimensions just specified can provide an output voltage during an ignition process of 30,000 V or more at an input voltage of 600 V to 1000 V. Furthermore, after the ignition of a gas discharge lamp, the operating current of the lamp is conducted via the second winding of the transformer.
  • FIG. 13 is a sectional view taken from the lateral direction B1 (see FIG Figure 1A ) is looked at.
  • the second leg 111 and the first leg 112 are shown schematically, which are preferably the same in the embodiment shown Have dimension along the lateral direction B2.
  • These dimensions, labeled 112B and 111B, are 9 mm or smaller and are preferably in the range between 6.5 mm and 7.5 mm.
  • the magnetic cross section 112S is significantly larger than the magnetic cross section 111S (see FIG Figure 1A ), since the second leg 111 essentially only serves as a return path for the magnetic field of the first leg 112 and thus for setting the total inductance of the core material.
  • the core material is already saturated in certain operating phases, so that the reduction in the magnetic cross section of the second leg 111 does not result in any restriction of the functionality of the transformer 100 in this regard.
  • the desired current-limiting effect of the transformer 100 can still be achieved in certain operating phases by a relatively high inductance, in that the second leg 111 provides a desired high inductance value.
  • the connecting lines 144, 145 are arranged between the first leg 112 and the second leg 111 along the lateral direction B1, that is, in the direction of the distance between the first leg and the second leg, so that in addition to a compact Construction also gives a mechanical protective function for the connecting lines 144, 145, especially if the transformer is filled with potting material after installation in a housing. This mechanical protective function is supported by the relatively large extent 111B along the lateral direction B2.
  • the overall dimensions along the first lateral direction B1 and along the second lateral direction B2, which are shown as 102 (see FIG Figure 1B ) and 103 (see Figure 1C ) are approximately the same and are in the range of 18 mm or smaller, preferably between 14 mm and 17 mm.
  • FIG. 8 shows a perspective view of the high voltage transformer according to FIG further embodiment 200 in which a U-shaped core 210 has a first leg 212 and a second leg 211.
  • the high-voltage transformer 200 further comprises a first winding 240 with three or more turns 241, ..., 243, preferably with exactly three turns, and a second winding 220, which can have several winding sections, for example four winding sections.
  • the dimension along a longitudinal direction L of the transformer 200 is essentially determined by the length of the core 210 and is 40 mm or less.
  • connecting lines 244, 245 of the first winding 240 are not provided between the legs 212, 211 along the direction B2, as is the case in the embodiment of FIG Figure 1 the case is. Rather, in the embodiment shown, the connecting lines 244, 245 are arranged laterally offset in relation to the first and second legs 212, 211 along the direction B1. In this way, a high degree of flexibility can be achieved in the final setting of the component size in the lateral directions B1 and B2, while the inductive and capacitive properties remain essentially unaffected.
  • FIG. 13 shows a sectional view of the transformer 200, viewed from the direction B1.
  • the U-shaped core 210 has the legs 212, 211 and a coupling part 213.
  • a dimension 212A of the leg 212 along the direction B2 is 8 mm or less, and preferably this dimension is in the range between 4.5 mm and 6.5 mm.
  • the corresponding dimension 211A is 4 mm or less, and in preferred embodiments is in a range between 2.5 mm and 3.5 mm.
  • the total length 201 of the transformer 200 which in turn is determined by the length of the core 210, is 40 mm or less and is preferably in a range between 32 mm and 36 mm. For the entire dimension 203 along the lateral direction B2, it applies that this is 20 mm or less and in preferred embodiments in a range between 13 mm and 17 mm.
  • FIG. 13 shows a sectional view of the transformer 200, viewed from the direction B2.
  • the dimensions 212B and 211B in the lateral direction B1 for the first leg 212 and second leg 211 are the same and are 8 mm or less. These dimensions are preferably in a range of 4.5 mm and 6.5 mm.
  • the lateral dimension 203 of the transformer 200 in the lateral direction B1 is 17 mm or less and is preferably between 13 mm and 15 mm.
  • FIG. 13 shows a perspective view of the high-voltage transformer according to a further embodiment 300 which is similar in its geometry to that in FIGS Figures 2 illustrated embodiment, but connecting lines and connections are rotated by 90 ° about a longitudinal direction L.
  • the transformer 300 contains a U-shaped core 310 with a first leg 312 and a second leg 311.
  • the high-voltage transformer 300 comprises a first winding 340 with three or more turns 341, ..., 343, preferably with exactly three turns, and a second winding 320, which can have several winding sections, for example four winding sections.
  • the dimension along the longitudinal direction L of the transformer 300 is essentially determined by the length of the core 310 and is 40 mm or less.
  • connecting lines 344, 345 of the first winding 340 are not provided between the legs along the direction B2, as is the case in the embodiment of FIG Figure 1 the case is. Rather, in the embodiment shown, the connecting lines 344, 345 are arranged along the direction B2 above (or below) the first leg 312 and thus rotated 180 ° around the longitudinal axis L compared to the transformer 100 or 90 ° compared to the transformer 200 . This allows a high degree of flexibility in the final setting of the component size in the lateral directions B1 and B2, while the inductive properties thereof remain essentially unaffected.
  • FIG. 13 shows a sectional view of the transformer 300, which is viewed from the direction B1.
  • the U-shaped core 310 has the legs 312, 311 and a coupling part 313.
  • a dimension 312A of the leg 312 along the direction B2 is 8 mm or less, and preferably this dimension is in the range between 4.5 mm and 7.5 mm.
  • the corresponding dimension 311A is 4 mm or less, and in preferred embodiments is in a range between 2.5 mm and 3.5 mm.
  • the total length 301 of the transformer 300 which in turn is determined by the length of the core 310, is 40 mm or less and is preferably in a range between 32 mm and 36 mm. For the entire dimension 303 along the lateral direction B2, it applies that this is 18 mm or less and, in preferred embodiments, is in a range between 14 mm and 16 mm.
  • FIG. 13 shows a sectional view of the transformer 300, viewed from the direction B2.
  • the dimensions 312B and 311B in the lateral direction B1 for the first leg 312 and second leg 311 are the same and are 7 mm or less. These dimensions are preferably in a range of 4 mm and 6 mm. For the entire dimension 302 along the lateral direction B1, it applies that this is 15 mm or less and, in preferred embodiments, is in a range between 11 mm and 13 mm.
  • the dimensions in the lateral directions B1 and B2 of the core and thus also of the entire transformer can be swapped or generally changed as required in order to take into account the specified lateral installation dimension in a special application.
  • the required inductive properties are retained.
  • the high-voltage transformer 100, 200 can be constructed with a small volume, with in particular typically the length, which is 40 mm or less, being well adapted to existing systems. Based on the U-shaped In essence, the values of the leakage inductance and the total inductance can be set in such a way that a pulse with a suitable length of time is generated, especially during the ignition process, and a current limitation is achieved in the further course when the discharge lamp starts up.
  • the use of three turns in the first winding leads to an inductive behavior of the transformer in such a way that further inductances, which are caused, for example, by connecting cables of the transformer to another electrical component, have a significantly lower influence on the overall behavior, so that the desired Vibration behavior is determined by structural measures of the transformer itself.
  • the use of the U-shaped core material reduces both the manufacturing cost of the core material itself and the cost of assembling the high voltage transformer.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen induktive Bauelemente und insbesondere Transformatoren mit geringem Bauvolumen, die für eine hohe Ausgangsspannung ausgelegt sind.
  • In vielen Bereichen der Technik gibt es das Bestreben, die Abmessungen von Geräten und Bauelementen zu verringern, ohne dabei jedoch wesentliche Einbußen im Hinblick auf die Funktionsfähigkeit der entsprechenden Bauelemente oder Geräte zu verursachen. Bei der Miniaturisierung dieser Bauelemente oder Baugruppen müssen auch die elektronischen Komponenten, die für die Leistungsversorgung vorgesehen sind, in ihrer Größe in geeigneter Weise angepasst werden. Beispielsweise können im Bereich der Lichttechnik zunehmend leistungsfähige Gasentladungsleuchten bereitgestellt werden, die bei geringerem Bauvolumen im Vergleich zu bislang verwendeten Leuchten eine gleichbleibende oder sogar höhere Leistung bieten. Das geringe Bauvolumen dieser Leuchtmittel führt jedoch auch dazu, dass die zur Ansteuerung der Leuchtmittel erforderlichen elektronischen Komponenten in der Größe reduziert werden müssen. Insbesondere induktive Komponenten und vor allem Transformatoren müssen dabei jedoch unter Berücksichtigung zahlreicher, das Leistungsverhalten beeinflussender Parameter entwickelt werden, da eine geeignete Anpassung eines induktiven Bauelements von zahlreichen Faktoren, etwa der Form des magnetischen Kerns, der Art des verwendeten Ferritmaterials, den Leitungsführungen in den Wicklungen, sowie generell der Schaltungstopologie abhängt. Obwohl in vielen Bereichen der Elektronik eine Verringerung der Größe der Bauelemente angestrebt wird, ist insbesondere das Erreichen einer ausreichend hohen Leistungsdichte für speziell gewählte Bauteilabmessungen bei induktiven Bauelementen mit hohem Aufwand verbunden, da zahlreiche durch die Eigenschaften der Magnetmaterialien vorgegebene physikalische Randbedingungen einzuhalten sind, so dass unterschiedliche Lösungsansätze zu unterschiedlichen Endergebnissen führen können, die sich dann jedoch gegebenenfalls nicht in gleicher Weise in der Zielanwendung verhalten.
  • Für viele Anwendungszwecke ist beispielsweise eine hohe Betriebsspannung zumindest in gewissen Betriebsphasen erforderlich, so dass neben den Schwierigkeiten, die aufgrund einer gewünschten kompakten Bauweise zu bewältigen sind, auch weitere Probleme zu berücksichtigen sind, die sich aus der hohen Betriebsspannung ergeben. Ein Beispiel für die Verwendung kleiner leistungsfähiger Transformatoren, die eine hohe Ausgangsspannung liefern müssen, ist der Einsatz in Verbindung mit gewissen Leuchtmitteln, etwa Xenon-Leuchten, und dergleichen, da hier zumindest zum Zünden des Leuchtmittels eine relativ hohe Spannung von bis zu 30 kV erforderlich ist. Insbesondere für den mobilen Einsatz, in welchem ein geringes Volumen und ein geringes Gewicht wesentliche Aspekte für einen Hochspannungstransformator sind, muss gleichzeitig auf eine hohe Spannungsfestigkeit und Zuverlässigkeit des Transformators bei vielen unterschiedlichen Umgebungsbedingungen großer Wert gelegt werden. Auch in vielen anderen Bereichen, etwa für Messgeräte im Bereich der Umwelttechnologien, und dergleichen, sind teilweise hohe Spannungen beispielsweise für den Nachweis von Strahlung erforderlich, wobei auch hier typischerweise auf kleines Volumen und geringes Gewicht großer Wert gelegt wird, da typischerweise die Messgeräte für den mobilen Einsatz unter rauen Bedingungen vorgesehen sind.
  • Beispielsweise ist es bei der Ansteuerung spezieller Leuchtmittel aus Gründen eines kompakten Gesamtaufbaus erforderlich, die Größe und Form der entsprechenden elektronischen Platine der Gestalt und Größe des Leuchtmittels anzupassen, um damit insgesamt eine kompakte Bauform zu erreichen. Aufgrund dieser Vorgaben werden daher kleine Abmessungen für entsprechende Transformatoren gefordert, die aber dennoch die Erfordernisse im Hinblick auf die Leistungsdichte, die Betriebstemperatur, das elektromagnetische Verhalten, die Isolationsfestigkeit und dergleichen erfüllen müssen. Beispielsweise kann bei einem Leistungsbereich von einigen 10 W, wie dies etwa für moderne Gasentladungsleuchten typisch ist, eine Anpassung an die längliche Form der Gasentladungskolben gewisse laterale Abmessungen erfordern, die von der induktiven Komponente nicht überschritten werden dürfen, um damit insgesamt die gewünschte Formanpassung der elektronischen Platine zu ermöglichen. Beispielsweise sind Ferritkerne in vielen standardmäßigen Größen und mit vielen standardmäßigen Ferritmaterialien erhältlich, wobei jedoch im Größenbereich von Kernen mit einem magnetischen wirksamen Volumen von etwa 2000 mm3 oder weniger die erforderlichen Bauteileigenschaften mit einer geschlossenen Kerngeometrie, die beispielsweise eine relativ kompakte Bauweise mit gutem thermischen Verhalten und relativ geringer Störanfälligkeit bietet, gegebenenfalls nicht erreicht werden können, um eine ausreichende Leistung bei einem gewünschten kompakten Aufbau des Transformators bereit zustellen. D.h., häufig wird eine lineare Kernform für Transformatoren verwendet, um kompakte Abmessungen zumindest in einer Dimension zu erreichen, wobei ein magnetischer Aufbau mit etwas geringerer Effizienz im Vergleich zu Transformatoren mit nahezu geschlossenem magnetischen Kreis in Kauf genommen wird. Beispielsweise sind Ringkerne oder andere geschlossene magnetische Systeme häufig nicht kompatibel im Hinblick auf das zur Verfügung stehende Bauvolumen insbesondere in kritischen Anwendungen, etwa Mobilgeräten, Kraftfahrzeugen, und dergleichen. Es hat sich daher für kleine Hochspannungstransformatoren, die beispielsweise für Entladungsleuchten, Messgeräte, und dergleichen verwendet werden können, in der Praxis eine lineare Konfiguration des magnetischen Kernmaterials als geeignet erwiesen aufgrund der geringen Abmessungen, die sich senkrecht zur linearen Erstreckung des Transformators erreichen lassen. Dennoch gibt es für lineare Transformatoren bzw. Transformatoren mit einem stabförmigen zentralen Kern, die für eine hohe Ausgangsspannung ausgelegt sind, ein ausgeprägtes Bestreben, die Abmessungen und/oder Leistungseigenschaften weiter zu verbessern, da etwa im Bereich der Beleuchtungstechnik die Konkurrenzfähigkeit von Leuchtmitteln auf Basis von Entladungsleuchten im Vergleich zu neuen Niederspannungstechniken basierend auf LED-Technik ganz wesentlich auch durch die Eigenschaften des Transformators bestimmt ist.
  • In dieser Hinsicht ist es der Anmelderin gelungen, auf der Grundlage einer Kerngeometrie in Pilzform, d.h., linearer Stabkern mit jeweils Endplatten an den Stabenden, mit einer Primärwicklung mit 2 Windungen einen Kleintransformator für Hochspannung zu entwickeln, der eine deutliche Verringerung des Bauvolumens mit nahezu quadratischen Abmessungen ermöglicht, ansonsten aber die zuvor geforderten Eigenschaften bereitstellt. Allerdings hat die Pilzstruktur des Kernmaterials einen gewissen Aufwand für die Herstellung des Kleintransformators zur Folge, etwa im Hinblick auf die Herstellung des Kerns, die Sinterung des Kernmaterials, etc., sodass hier trotz des bereits erreichten geringen Bauvolumens und den damit verknüpften günstigen Eigenschaften noch Bedarf für weitere Verbesserungen besteht.
  • Ein Kleintransformator für hohe Spannungen mit einer Primärwicklung mit lediglich 2 Windungen ist zwar generell vorteilhaft zur Verringerung des gesamten Bauvolumens, da aufgrund der geringeren Anzahl an Primärwindungen auch die Anzahl an Sekundärwindungen in der Sekundärwicklung reduziert werden kann, erfordert aber gegebenenfalls andere Maßnahmen, um gewünschte elektronische Eigenschaften einzuhalten, etwa die Realisierung kürzest möglicher Anschlussleitungen. Die Gestaltung und Entwicklung induktiver Komponenten für hohe Spannungen bei geringem Bauvolumen ist eine komplexe Aufgabe, bei der viele Parameter zu berücksichtigen sind, die sich gegenseitig beeinflussen. Bekanntlich hat ein induktives Bauteil auch eine kapazitive Komponente sowie einen parasitären ohmschen Widerstand, so dass insbesondere bei der Verarbeitung sehr kurzer Impulse, wie dies beispielsweise bei der Zündung von Leuchtmitteln der Fall ist, das gesamte Schwingungsverhalten des Transformators zu berücksichtigen und geeignet auszulegen ist. Bei einem Transformator mit einer Primärwicklung mit lediglich 2 Windungen ist eine Kopplung mit den weiteren Komponenten, etwa dem Kondensator und der Funkenstrecke der Zündanordnung so zu bewerkstelligen, dass mögliche parasitäre Induktivitäten durch die Verbindungsleitungen so klein wie möglich sind, damit das Schwingungsverhalten nicht signifikant durch die parasitären Einflüsse, die gegebenenfalls nur schwer zu kontrollieren sind, bestimmt wird.
  • Ein weiterer wichtiger Faktor für die Konkurrenzfähigkeit eines Leuchtsystems mit induktiver Komponente ist der Aufwand bei der Herstellung der gesamten Einheit, wobei insbesondere die Kosten für die Herstellung der induktiven Komponente einen wesentlichen Beitrag darstellen.
  • Dokument WO 2006/084 440 A1 zeigt einen Zündtransformatorkern für eine Hochdruckentladungslampe, wobei der Zündtransformatorkern mindestens zweiteilig ausgeführt ist, so dass der Transformatorkern mindestens einen Spalt besitzt, wobei der Kern von einem ersten und mindestens einem zweiten Kernbauteil gebildet ist, die jeweils aus einem ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Material bestehen und durch mindestens einen Spalt getrennt sind, wobei das erste Kernbauteil einen zylindrischen Abschnitt aufweist, auf dem die Wicklungen des Zündtransformators angeordnet sind, und die Kernbauteile derart geformt sind, dass der Kern abgesehen von dem mindestens einen Spalt eine geschlossene Form besitzt.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hochspannungstransformator mit geringen Abmessungen bereitzustellen, der ein unkritischeres Verhalten bei der elektrischen Verbindung mit anderen Komponenten, beispielsweise einem Kondensator und einer Funkenstrecke, ermöglicht, und der mit verfügbaren Leuchtmitteln, beispielsweise Xenon-Brennern, kompatibel ist und zudem eine Reduzierung der Herstellungskosten ermöglicht.
  • Gemäß der Erfindung nach Anspruch 1 wird die zuvor genannte Aufgabe gelöst durch einen Hochspannungstransformator, der eine erste Wicklung mit drei oder mehr Windungen aufweist. Der Hochspannungstransformator umfasst ferner eine zweite Wicklung und einen U-förmigen Kern mit einem ersten Schenkel und einem zweiten Schenkel mit einer Länge von 40 mm oder weniger. Die erste Wicklung und die zweite Wicklung sind auf dem ersten Schenkel aufgebracht.
  • Der erfindungsgemäße Hochspannungstransformator hat mindestens drei Windungen in der Primärwicklung, so dass hierdurch eine gut definierte, durch konstruktive Maßnahmen eingestellte Induktivität entsteht, die im Vergleich zu parasitären Induktivitäten, die durch Zuleitungen entstehen, relativ groß sein kann. Daher ist das Schwingungsverhalten der induktiven Komponente in einer entsprechenden elektronischen Schaltung, etwa einer Zündanordnung für Leuchtmittel, im Wesentlichen durch den erfindungsgemäßen Transformator selbst und nicht durch parasitäre Effekte bestimmt. Die erste und die zweite Wicklung sind dabei gemeinsam auf einem Schenkel eines U-förmigen Kerns aufgebracht, dessen Länge 40 mm oder kleiner ist, so dass in Längsrichtung des U-förmigen Kerns sich trotz der Windungszahl von 3 oder größer ein sehr kompakter Aufbau ergibt. Ferner ist der U-förmige Kern selbst effizient mit hoher Präzision herzustellen und ist insbesondere äußerst vorteilhaft bei der Herstellung des gesamten Transformators, da die erste und die zweite Wicklung lediglich auf den ersten Schenkel aufgeschoben werden müssen, ohne dass weitere Montiertätigkeiten für das Zusammenfügen von Wicklungen und Kern erforderlich sind. Insbesondere können Werkzeuge zum Pressen und Sintern des Kernmaterials für einen U-förmigen Kern in Form von Mehrfachformen bereitgestellt werden, so dass mehrere Kerne in einem einzelnen Arbeitsgang hergestellt werden können.
  • In einer weiteren Ausführungsform besitzt die erste Wicklung genau drei Windungen. Die Verwendung von genau drei Windungen für die Primärwicklung des Hochspannungstransformators ermöglicht den Aufbau des Transformators mit geeigneter Induktivität, um damit den Einfluss von Leitungsinduktivitäten zu reduzieren und gleichzeitig ein geeignetes Schwingungsverhalten zu erreichen, so dass Ausgangsimpulse in der Größenordnung von 100 ns bei gewünschter hoher Ausgangsspannung erreicht werden. Gleichzeitig lässt dieser konstruktive Aufbau die Möglichkeit zu, die Sekundärwicklung mit relativ kompakter Längsabmessung, d.h. mit einer Abmessung entlang der magnetischen Längsrichtung des ersten Schenkels, aufzubauen, so dass das zuvor genannte Maß von 40 mm oder weniger erreichbar ist.
  • Erfindungsgemäß ist der U-förmige Kern als einstückiges Kernmaterial vorgesehen. In diesem Zusammenhang ist der Begriff "einstückig" so zu verstehen, dass das Kernmaterial als ein einzelnes zusammenhängendes Materialstück vorgesehen ist, in welchem die einzelnen Bereiche, d.h. der erste Schenkel, der zweite Schenkel und ein entsprechendes Verbindungsstück miteinander verbunden sind, ohne dass dafür ein zusätzlicher Verbindungsprozess, beispielsweise Klebung, et cetera, erforderlich ist. Insbesondere beschreibt der Begriff "einstückig" in diesem Zusammenhang einen U-förmigen, als ganzes gepressten Kern. Wie zuvor bereits erläutert ist, ergibt sich daher die Möglichkeit in einen einzelnen Herstellungsvorgang mehrere U-förmige Kerne gleichzeitig herzustellen. Ferner sind beim Zusammenbau des Hochspannungstransformators keine weiteren Schritte erforderlich, um das magnetische Kernmaterial zu bearbeiten.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind Wicklungsabschnitte der ersten Wicklung, die zur elektrischen Verbindung von Windungen der ersten Wicklung dienen, zwischen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel angeordnet. D.h., diese Wicklungsabschnitte, die als Verbindungsleitung zwischen einzelnen Windungen dienen, sind in lateraler Richtung des U-förmigen Kerns zwischen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel des U-förmigen Kerns angeordnet. Diese Verbindungsleitungen sind somit wirksam zwischen den Schenkeln positioniert, so dass eine gewisse mechanische Schutzwirkung durch den zweiten Schenkel und die auf dem ersten Schenkel aufgebrachten Wicklungen für die Verbindungsleitungen erreicht wird. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die Abmessung zumindest des zweiten Schenkels in einer der beiden lateralen Richtungen deutlich größer sein als in der entsprechenden anderen lateralen Richtung, d.h. die Querschnittsform ist rechteckig mit einer relativ kleinen Seitenlänge in der einen lateralen Richtung und mit einer deutlich größeren Seitenlänge in der anderen lateralen Richtung, so dass sich bei erforderlichem magnetischen Querschnitt des zweiten Schenkels eine relativ große Überdeckung der Verbindungsleitungen ergibt.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist ein Querschnitt des ersten Schenkels senkrecht zur magnetischen Längsrichtung mindestens doppelt so groß wie ein Querschnitt des zweiten Schenkels. In dieser Anordnung wirkt der erste Schenkel des U-förmigen Kerns im Wesentlichen wie ein Stabkern, der von der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung umschlossen ist, so dass der magnetische wirksame Querschnitt des ersten Schenkels die magnetischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften des Transformators wesentlich bestimmt. Dagegen hat der zweite Schenkel einen deutlich kleineren magnetischen Querschnitt, trägt aber dennoch zu den gesamten magnetischen Eigenschaften entscheidend bei, indem etwa das zusätzliche Kernmaterial im zweiten Schenkel zu einer erforderlichen Größe der Induktivität bzw. des AI-Wertes des Kerns beiträgt.
  • Wie zuvor erläutert ist, ist ein Zusammenspiel vieler Parameter beim Aufbau des Transformators zu berücksichtigen, wobei hier insbesondere die Erkenntnis wichtig ist, dass der AI-Wert des Kernmaterials durch den zweiten Schenkel zwar auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann, aber dennoch eine Sättigung des Kernmaterials insbesondere im zweiten Schenkel stattfinden darf. Eine Sättigung des Kernmaterials kann während gewisser Betriebsphasen ohnehin vorhanden sein, wohingegen ein höherer AI-Wert eine wirksame Dämpfung in anderen Betriebsphasen, z.B. während des Anstiegs des Stromes, bewirken kann, solange der Kern eben noch nicht gesättigt ist.
  • Des weiteren lässt sich durch den zweiten Schenkel des U-förmigen Kerns die unvermeidbare Streuinduktivität sehr klein halten, während andererseits die räumliche Ausdehnung des Streufeldes ebenfalls durch die Geometrie und das Volumen des zweiten Schenkels effizient modellierbar ist. Auf diese Weise lassen sich die Werte für die Streuinduktivität durch konstruktive Maßnahmen auf Werte reduzieren, die für die gewünschte Anwendung, beispielsweise für einen Zündtransformator, geeignet sind, während der Einfluss anderer parasitärer Effekte, etwa die Induktivität und Kapazität von Zuleitungen, usw., reduziert ist.
  • Da ferner der magnetische Querschnitt des zweiten Schenkels lediglich die Hälfte oder deutlich weniger im Vergleich zur magnetischen Querschnittsfläche des ersten Schenkels beträgt, kann der Abstand zwischen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel reduziert werden, ohne dass der Raumbereich, der für die erste Wicklung und die zweite Wicklung benötigt wird, eingeschränkt wird. D.h., die im Wesentlichen parallel verlaufenden Schenkel des U-förmigen Kerns weisen einen Abstand voneinander auf, der die Aufnahme der ersten und der zweiten Wicklung auf dem ersten Schenkel bei der Montage des Transformators uneingeschränkt zulässt. Vorteilhafterweise ist dabei der geringere Querschnitt des zweiten Schenkels durch eine kleinere Abmessung in Richtung des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel verwirklicht, so dass bei erforderlicher Querschnittsfläche ein optimal großer Abstand zwischen den beiden Schenkeln zur Aufnahme der Wicklungen bereitsteht.
  • In vorteilhaften Ausführungsformen haben der erste Schenkel und der zweite Schenkel in einer lateralen Richtung im Wesentlichen die gleiche Abmessung und der unterschiedliche Querschnitt wird durch unterschiedliche Abmessungen in der dazu senkrechten lateralen Richtung erreicht.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Querschnitt des ersten Schenkels in der ersten lateralen Richtung eine Abmessung von 4 mm oder kleiner und in der dazu senkrechten lateralen Richtung eine Abmessung von 9 mm oder kleiner auf. In dieser Ausführungsform kann somit der Querschnitt des ersten Schenkels eine ausgeprägte längliche rechteckige Form aufweisen, wodurch sich die Möglichkeit ergibt bei gegebenem magnetischen Querschnitt das Bauvolumen in einer lateralen Richtung zulasten einer Vergrößerung des Bauvolumens in der dazu senkrechten lateralen Richtung zu reduzieren. Dadurch ergibt sich ein hohes Maß an Flexibilität bei der Anpassung der lateralen Abmessungen des Hochspannungstransformators an bauliche Gegebenheiten, beispielsweise in einem Gehäuse zur Aufnahme einer Zündelektronik, und dergleichen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Querschnitt des ersten Schenkels in einer ersten lateralen Richtung eine Abmessung von 8 mm oder kleiner und in der dazu senkrechten lateralen Richtung eine Abmessung von 5 mm oder kleiner auf. In dieser Ausführungsform lässt sich eine weniger ausgeprägte rechteckige Form verwirklichen, wenn dies für die gesamten lateralen Abmessungen des Hochspannungstransformators geeignet ist. Insbesondere kann bei einer ausgeprägt länglichen rechteckigen Form des Kernmaterials, beispielsweise im Vergleich zu einer quadratischen Querschnittsform, eine größere Oberfläche bereitgestellt werden, so dass gegebenenfalls eine höhere thermische Belastung tolerierbar ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Abmessung des Hochspannungstransformators in einer ersten lateralen Richtung 16 mm oder weniger, vorzugsweise liegt diese Abmessung zwischen 16 mm und 13 mm, und in der dazu senkrechten lateralen Richtung beträgt die Abmessung 16 mm oder weniger, vorzugsweise liegt diese Abmessung zwischen 16 mm und 13 mm.
  • In dieser Ausführungsform sind die lateralen Abmessungen des Hochspannungstransformators so gewählt, dass die Abmessungen in beiden lateralen Richtungen näherungsweise gleich sind, so dass der Einbau im Hinblick auf die laterale Richtung relativ unabhängig von der Orientierung des Hochspannungstransformator um seine Längsachse ist. D.h., der Einbau des Hochspannungstransformators in ein Gehäuse oder auf eine Leiterplatte kann so erfolgen, dass eine Drehung um die Längsachse um 90,180 oder 270° im Wesentlichen ohne Einfluss auf das gesamte Bauvolumen ist, sofern Anschlüsse des Hochspannungstransformators entsprechend vorgesehen sind. In einer bevorzugten Variante liegen dabei die Verbindungsleitungen der ersten Wicklung im Raumbereich zwischen den Wicklungen, die auf dem ersten Schenkel aufgebracht sind, und dem zweiten Schenkel, wie dies bereits zuvor erläutert ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform beträgt eine Abmessung des Hochspannungstransformators in einer ersten lateralen Richtung 20 mm oder weniger, vorzugsweise liegt diese Abmessung zwischen 19 mm und 17 mm, und in der dazu senkrechten lateralen Richtung beträgt die Abmessung 14 mm oder weniger, vorzugsweise liegt diese Abmessung zwischen 13 mm und 11 mm. In dieser Ausgestaltung des Hochspannungstransformators kann eine insgesamt rechteckige Form des Querschnitts bereitgestellt werden, so dass eine geeignete Anpassung an das zur Verfügung stehende Bauvolumen in den lateralen Richtungen möglich ist. In dieser Variante sind die Verbindungsleitungen der ersten Wicklung vorzugsweise über bzw. unter dem ersten Schenkel oder um 90° dazu gedreht positioniert.
  • Vorzugsweise wird durch eine Änderung der lateralen Abmessung die Längsabmessung des Hochspannungstransformators im Wesentlichen nicht beeinflusst. Wie zuvor erwähnt ist, beträgt die Abmessung in der Längsrichtung 40 mm oder weniger und liegt vorzugsweise bei 36 mm oder weniger. In besonderen Ausführungsformen liegt die Längsabmessung zwischen 33 mm und 36 mm.
  • Erfindungsgemäß sind außer dem U-förmigen Kern keine weiteren magnetischen Komponenten in dem erfindungsgemäßen Hochspannungstransformator vorgesehen. D.h., in dieser bevorzugten Ausführungsform sind die geometrischen Parameter in Abhängigkeit von anderen Parametern so gewählt, dass kein weiteres zusätzliches magnetisches Material für den Kern erforderlich ist. Auf diese Weise wird die Herstellung des Kernmaterials für einen gesamten Hochspannungstransformator wesentlich vereinfacht, da beispielsweise mehrere U-förmige Kerne in einem gemeinsamen einzelnen Arbeitsschritt hergestellt werden können. Des weiteren wird durch die Vermeidung eines weiteren Kernmaterials der Zusammenbau des Hochspannungstransformators deutlich vereinfacht, da im Hinblick auf das Kernmaterial keine weiteren Arbeitsschritte, etwa das Anbringen von Abschirmelementen, Feldführungselementen und dergleichen, erforderlich sind. Insbesondere sind dadurch die wesentlichen Parameter des induktiven und kapazitiven Verhaltens des Hochspannungstransformators durch konstruktive Maßnahmen festgelegt, etwa durch das Fertigen des U-förmigen Kerns, so dass eine hohe Konstanz bei der Herstellung einer Vielzahl von Hochspannungstransformatoren gewährleistet ist.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich auch aus den angefügten Patentansprüchen und gehen auch deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
    • Figur 1A eine perspektivische Ansicht eines Hochspannungstransformators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
    • Figur 1B eine erste Schnittansicht des Hochspannungstransformators zeigt,
    • Figur 1C eine weitere Schnittansicht des Hochspannungstransformators zeigt,
    • Figur 2A eine perspektivische Ansicht eines Hochspannungstransformators gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
    • Figur 2B eine erste Schnittansicht des Hochspannungstransformators zeigt,
    • Figur 2C eine weitere Schnittansicht des erfindungsgemäßen Hochspannungstransformators zeigt,
    • Figur 3A eine perspektivische Ansicht eines Hochspannungstransformators gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, in der Verbindungsleitungen der ersten Wicklung um 90° gedreht sind im Vergleich zu der in den Figuren 2 dargestellten Ausführungsform,
    • Figur 3B eine erste Schnittansicht des Hochspannungstransformators zeigt und,
    • Figur 3C eine weitere Schnittansicht des erfindungsgemäßen Hochspannungstransformators zeigt.
  • Mit Bezug zu den Zeichnungen werden nunmehr weitere Ausführungsformen detaillierter beschrieben, wobei zu beachten ist, dass teilweise die in den Zeichnungen dargestellten Komponenten nicht maßstabsgetreu dargestellt sind.
  • Figur 1A zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Hochspannungstransformators 100 gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Hochspannungstransformator 100, der in anschaulichen Ausführungsformen eine Eingangsspannung von mehreren 10 V bis mehrere 100 V auf eine relativ hohe Ausgangsspannung im Bereich von mehreren 100 V bis mehrere 10.000 V transformiert, ist insbesondere aufgrund der kompakten Bauweise für mobile Anwendungen und Anwendungen in Kfz-Bereich und dergleichen geeignet, wenn relativ hohe Ausgangsspannungen erforderlich sind. Beispielsweise kann der Hochspannungstransformator 100 vorteilhaft für das Zünden von Gasentladungsleuchten verwendet werden.
  • Der Hochspannungstransformator 100 enthält einen U-förmigen Kern 110, der einen ersten Schenkel 112, einen zweiten Schenkel 111 und ein, diese beiden Schenkel verbindenden Kopplungsteil 113 umfasst. In vorteilhaften Ausführungsformen ist der Kern 110 als "einstückiges" Materialstück vorgesehen, das in einem Arbeitsgang zusammen mit weiteren Kernen hergestellt wird und beim Zusammenbau des Hochspannungstransformators 100 keine weiteren Arbeitsschritte erforderlich macht, etwa das Anbringen und Befestigen weiterer magnetischer Komponenten und dergleichen.
  • Der Kern 110 bildet somit ein nicht geschlossenes Kernmaterial für den Transformator 100, wobei in besonders vorteilhaften Ausführungsformen keine weiteren magnetischen Komponenten in Form von Feldführungsplatten, etc, vorgesehen sind.
  • Es sollte beachtet werden, dass der Begriff "U-förmiger" Kern auch jede andere Geometrie mit einschließt, in der der Kopplungsteil 113 und die beiden Schenkel 112 und 111 eine Gestalt bilden, in der der erste Schenkel und der zweite Schenkel länglich sind und zumindest über eine gewisse Strecke hinweg sich näherungsweise in die gleiche Richtung erstrecken. Die in den Figuren gezeigte rechteckige Gestalt kann auch Rundungen aufweisen. D.h., der erste Schenkel 112 und/oder der zweite Schenkel 111 und/oder der Kopplungsteil 113 können eine andere Querschnittsform als eine Rechteckform aufweisen und/oder Kanten können entsprechend gerundet sein. Ferner müssen die einzelnen Komponenten des Kerns 110 nicht notwendigerweise geradlinige Komponenten sein, sondern diese können auch eine Krümmung aufweisen, sofern dies mit dem geforderten Bauvolumen verträglich ist. Beispielsweise kann der Kopplungsteil 113 eine bogenförmige Gestalt besitzen. In den dargestellten vorteilhaften Ausführungsformen ergibt sich aufgrund der geradlinigen und rechteckförmigen Struktur der einzelnen Komponenten des Kerns 110 ein insgesamt geringes Bauvolumen.
  • In der gezeigten Ausführungsform legt die Länge des Kerns 110, d.h. die Erstreckung des Kerns 110 in einer Längsrichtung L, die Gesamtlänge des Hochspannungstransformators 100 fest und beträgt 40 mm oder weniger. Querschnittsflächen 112S und 111S der beiden Schenkel 112, 111 bilden in den gezeigten Ausführungsformen Rechtecke und sind unterschiedlich groß. D.h., die Querschnittsfläche 112S ist deutlich größer als die Querschnittsfläche 111S und ist in bevorzugten Ausführungsformen etwa doppelt so groß wie die Querschnittsfläche 111S. Abmessungen in einer ersten lateralen Richtung, die mit B1 bezeichnet ist, sind für die Querschnitte 112S, 111S deutlich kleiner im Vergleich zu Abmessungen in einer dazu senkrechten zweiten lateralen Richtung, die mit B2 bezeichnet ist, so dass sich eine ausgeprägte längliche Recheckform mit größerer Seitenlänge entlang der lateralen Richtung B2 ergibt. Daher besitzen der erste Schenkel 112 und der zweite Schenkel 111 relativ große Oberflächen für ein vorgegebenes magnetisches Volumen, wodurch sich gute thermische Eigenschaften erreichen lassen.
  • Der Hochspannungstransformator 100 umfasst ferner eine erste Wicklung 140, die drei oder mehr Windungen enthält. In besonders bevorzugten Ausführungsformen enthält die erste Wicklung 140 genau drei Windungen 141, 142 und 143. Die Windungen 141,..., 143 sind durch entsprechende Verbindungsstücke 145 oder Verbindungsleitungen gleichsinnig in Reihe geschaltet. Ferner ist die erste Wicklung 140 mit entsprechenden Anschlussstiften verbunden, etwa mittels einer Verbindungsleitung 144, die mit genau definiertem Abstand in Bezug zu den anderen Komponenten des Transformators 100 geführt ist.
  • Der Hochspannungstransformators 100 umfasst ferner eine zweite Wicklung 120, die gegebenenfalls eine geeignete Anzahl an Wicklungsabschnitten 121, ..., 124 aufweist, wobei die Anzahl der Wicklungsabschnitte typischerweise von der Anzahl der Windungen der ersten Wicklung 140 abhängig ist. In der gezeigten Anordnung sind vier Wicklungsabschnitte dargestellt. In bevorzugten Ausführungsformen sind die erste Wicklung 140 und die zweite Wicklung 120 auf einem Spulenkörper 130 aufgebracht, der seinerseits auf den ersten Schenkel 112 des Kerns 110 aufgeschoben ist. Durch die Verwendung des Spulenkörpers 130 lassen sich automatisierte Arbeitsabläufe zum Aufbringen insbesondere der zweiten Wicklung 120 anwenden, die vor Herstellung der ersten Wicklung 140 auf den Spulenkörper 130 aufgebracht wird. Die erste Wicklung 140 kann einen oder mehrere Leiterbügel, die beispielsweise geeignete Anschlussstifte usw. aufweisen können, umfassen in Verbindung mit einem geeigneten Draht, der beispielsweise auch zur Herstellung der Verbindungsleitungen 144 und/oder 145 verwendet werden kann. In den gezeigten Ausführungsformen weist der Spulenkörper 130 entsprechende Aussparungen auf, die das Leitermaterial der Windungen 141, .., 143 zuverlässig in Längsrichtung L von dem Leitermaterial der zweiten Wicklung 120 trennen, so dass bereits durch konstruktive Maßnahmen ausreichende Isolationsstrecken geschaffen sind. Ferner können entsprechende Aussparungen vorgesehen sein, um etwa die Verbindungsleitung 144 aufzunehmen, so dass diese unter einem präzisen Abstand zu der zweiten Wicklung 120 und dem Kern 110 geführt ist, so dass auf diese Weise eine genau festgelegte Geometrie bei der Leitungsführung beim Aufbau des Transformators 100 eingehalten werden kann.
  • Figur 1B zeigt eine Schnittansicht des Transformators 100, wenn dieser entlang der lateralen Richtung B2 (siehe Figur 1A) betrachtet wird. In dieser Schnittansicht sind auch die drei Windungen der ersten Wicklung 140 und die Verbindungsleitungen 144, 145 gezeigt. Wie zuvor bereits erläutert ist, weisen in dieser Ausführungsform der erste Schenkel 112 und der zweite Schenkel 111 entlang der lateralen Richtung B1 unterschiedliche Abmessungen auf. In der gezeigten Ausführungsform ist eine Abmessung 112A für den ersten Schenkel 112 gezeigt, die eine Größe von 5 mm oder kleiner besitzt. Vorzugsweise liegt die Abmessung 112A zwischen 3,5 mm und 4,5 mm.
  • Die entsprechende Abmessung 111A des zweiten Schenkels 111 ist deutlich kleiner und beträgt 3 mm und kleiner, vorzugsweise liegt die Größe der Abmessung 111A im Bereich von 1,5 mm bis 2,5 mm.
  • Eine Länge 101 des gesamten Hochspannungstransformators 100, die durch die Länge des Kerns 110 bestimmt ist, beträgt 40 mm oder weniger und vorzugsweise liegt die Länge 101 im Bereich von 32 mm bis 36 mm.
  • Der Transformator 100 mit den gerade spezifizierten Abmessungen kann eine Ausgangsspannung während eines Zündvorgangs von 30.000 V oder mehr bei einer Eingangsspannung von 600 V bis 1000 V bereitstellen. Ferner wird über die zweite Wicklung des Transformators nach erfolgter Zündung eines Gasentladungsleuchtmittels der Betriebstrom des Leuchtmittels geleitet.
  • Figur 1C zeigt eine Schnittansicht, die aus der lateralen Richtung B1 (siehe Figur 1A) betrachtet wird. In dieser Ansicht sind der zweite Schenkel 111 und der erste Schenkel 112 schematisch dargestellt, die in der dargestellten Ausführungsform vorzugsweise gleiche Abmessung entlang der lateralen Richtung B2 besitzen. Diese Abmessungen, die mit 112B und 111 B bezeichnet sind, betragen 9 mm oder kleiner und liegen vorzugsweise im Bereich zwischen 6,5 mm und 7,5 mm.
  • Wie eingangs bereits erläutert ist, wird in Anwendungen, in denen insgesamt ein kompakter Aufbau für einen Transformator erforderlich ist, häufig eine nicht geschlossene Kerngeometrie angewendet, in welcher zwar die magnetischen Eigenschaften generell ungünstiger sind im Vergleich zu einem im Wesentlichen geschlossenen Kernmaterial, jedoch insgesamt kleinere Abmessungen erreichbar sind. In der vorliegenden Erfindung ist der magnetische Querschnitt 112S deutlich größer als der magnetische Querschnitt 111S (siehe Figur 1A), da der zweite Schenkel 111 im wesentlichen nur als Rückschluss für das Magnetfeld des ersten Schenkels 112 und damit zur Einstellung der Gesamtinduktivität des Kernmaterials dient. Eine Sättigung des Kernmaterials liegt in gewissen Betriebsphasen ohnehin vor, so dass die Reduzierung des magnetischen Querschnitts des zweiten Schenkels 111 diesbezüglich keine Einschränkung der Funktionalität des Transformators 100 nach sich zieht. Andererseits kann aber dennoch die gewünschte Strom begrenzende Wirkung des Transformators 100 in gewissen Betriebsphasen durch eine relativ hohe Induktivität erreicht werden, indem durch den zweiten Schenkel 111 ein gewünschter hoher Induktivitätswert bereitgestellt wird.
  • Ferner sind in der dargestellten Ausführungsform die Verbindungsleitungen 144, 145 zwischen dem ersten Schenkel 112 und dem zweiten Schenkel 111 entlang der lateralen Richtung B1, also in Richtung des Abstands zwischen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel, angeordnet, so dass sich zusätzlich zu einem kompakten Aufbau auch eine mechanische Schutzfunktion für die Verbindungsleitungen 144, 145 gibt, insbesondere wenn der Transformator nach erfolgter Installation in einem Gehäuse mit Vergussmaterial gefüllt wird. Diese mechanische Schutzfunktion wird durch die relativ große Erstreckung 111B entlang der lateralen Richtung B2 unterstützt. In dieser Ausführungsform sind auch die Gesamtabmessungen entlang der ersten lateralen Richtung B1 und entlang der zweiten lateralen Richtung B2, die als 102 (siehe Figur 1B) und 103 (siehe Figur 1C) bezeichnet sind, in etwa gleich und liegen im Bereich von 18 mm oder kleiner, vorzugsweise zwischen 14 mm und 17 mm.
  • Figur 2A zeigt eine perspektivische Ansicht des Hochspannungstransformators gemäß einer weiteren Ausführungsform 200, in der ein U-förmiger Kern 210 einen ersten Schenkel 212 und einen zweiten Schenkel 211 aufweist. Des weiteren umfasst der Hochspannungstransformator 200 eine erste Wicklung 240 mit drei oder mehr Windungen 241, ..., 243, bevorzugt mit genau drei Windungen, und eine zweite Wicklung 220, die mehrere Wicklungsabschnitte, etwa vier Wicklungsabschnitte, aufweisen kann. Die Abmessung entlang einer Längsrichtung L des Transformators 200 ist im Wesentlichen durch die Länge des Kerns 210 bestimmt und beträgt 40 mm oder weniger. Generell gelten für den U-förmigen Kern 210 analoge Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Kern 110 des Transformators 100 beschrieben sind, wobei jedoch in dieser Ausführungsform eine etwas weniger "gestreckte" Rechteckform für Querschnittsflächen 212S und 211S für die Schenkel 212, 211 vorgesehen ist, um insgesamt einer weniger gestreckten rechteckigen Gesamtquerschnittsform des Transformators 200 Rechnung zu tragen.
  • Ferner sind in der gezeigten Ausführungsform Verbindungsleitungen 244, 245 der ersten Wicklung 240 nicht zwischen den Schenkeln 212, 211 entlang der Richtung B2 vorgesehen, wie dies in der Ausführungsform der Figur 1 der Fall ist. Vielmehr sind in der gezeigten Ausführungsform die Verbindungsleitungen 244, 245 entlang der Richtung B1 lateral versetzt zu dem ersten und dem zweiten Schenkel 212, 211 angeordnet. Auf diese Weise lässt sich ein hoher Grad an Flexibilität bei der endgültigen Einstellung der Bauteilgröße in den lateralen Richtungen B1 und B2 erreichen, während die induktiven und kapazitiven Eigenschaften davon im Wesentlichen unbeeinflusst bleiben.
  • Figur 2B zeigt eine Schnittansicht des Transformators 200, wobei dieser aus der Richtung B1 betrachtet wird. Wie gezeigt, weist der U-förmige Kern 210 die Schenkel 212, 211 sowie einen Kopplungsteil 213 auf. Im Hinblick auf die U-förmige Geometrie des Kerns 210 gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor auch in Bezug auf den Kern 110 angegeben sind. Eine Abmessung 212A des Schenkels 212 entlang der Richtung B2 beträgt 8 mm oder weniger, und vorzugsweise liegt diese Abmessung im Bereich zwischen 4,5 mm und 6,5 mm. Die entsprechende Abmessung 211A beträgt 4 mm oder weniger, und liegt in bevorzugten Ausführungsformen in einem Bereich zwischen 2,5 mm und 3,5 mm. Die gesamte Länge 201 des Transformators 200, die wiederum durch die Länge des Kerns 210 festgelegt ist, beträgt 40 mm oder weniger und liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 32 mm und 36 mm. Für die gesamte Abmessung 203 entlang der lateralen Richtung B2 gilt, dass diese bei 20 mm oder weniger liegt und in bevorzugten Ausführungsformen in einem Bereich zwischen 13 mm und 17 mm liegt.
  • Figur 2C zeigt eine Schnittansicht des Transformators 200, wobei dieser aus der Richtung B2 betrachtet wird. In der gezeigten Ausführungsform sind die Abmessungen 212B und 211B in der lateralen Richtung B1 für den ersten Schenkel 212 und zweiten Schenkel 211 gleich und betragen 8 mm oder weniger. Vorzugswiese liegen diese Abmessungen in einem Bereich von 4,5 mm und 6,5 mm. Die laterale Abmessung 203 des Transformators 200 in der lateralen Richtung B1 beträgt 17 mm oder weniger und liegt vorzugsweise zwischen 13 mm und 15 mm.
  • Figur 3A zeigt eine perspektivische Ansicht des Hochspannungstransformators gemäß einer weiteren Ausführungsform 300, die in ihrer Geometrie ähnlich zu der in den Figuren 2 dargestellten Ausführungsform ist, wobei jedoch Verbindungsleitungen und Anschlüsse um 90° um eine Längsrichtung L gedreht sind. In der gezeigten Ausführungsform enthält der Transformator 300 einen U-förmiger Kern 310 mit einem ersten Schenkel 312 und einem zweiten Schenkel 311. Des weiteren umfasst der Hochspannungstransformator 300 eine erste Wicklung 340 mit drei oder mehr Windungen 341, ..., 343, bevorzugt mit genau drei Windungen, und eine zweite Wicklung 320, die mehrere Wicklungsabschnitte, etwa vier Wicklungsabschnitte, aufweisen kann. Die Abmessung entlang der Längsrichtung L des Transformators 300 ist im Wesentlichen durch die Länge des Kerns 310 bestimmt und beträgt 40 mm oder weniger. Generell gelten für den U-förmigen Kern 310 analoge Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Kern 110 und 210 des Transformators 100 und 200 beschrieben sind, wobei jedoch in dieser Ausführungsform im Vergleich zum Transformator 100 eine etwas weniger "gestreckte" Rechteckform für Querschnittsflächen 312S und 311S für die Schenkel 312, 311 vorgesehen ist, um insgesamt einer weniger gestreckten rechteckigen Gesamtquerschnittsform des Transformators 300 Rechnung zu tragen.
  • Ferner sind in der gezeigten Ausführungsform Verbindungsleitungen 344, 345 der ersten Wicklung 340 nicht zwischen den Schenkeln entlang der Richtung B2 vorgesehen, wie dies in der Ausführungsform der Figur 1 der Fall ist. Vielmehr sind in der gezeigten Ausführungsform die Verbindungsleitungen 344, 345 entlang der Richtung B2 über (bzw. unter) dem ersten Schenkel 312 angeordnet und damit um 180° um die Längsachse L im Vergleich zum Transformator 100 oder um 90° im Vergleich zum Transformator 200 gedreht. Auf diese Weise lässt sich ein hoher Grad an Flexibilität bei der endgültigen Einstellung der Bauteilgröße in den lateralen Richtungen B1 und B2 erreichen, während die induktiven Eigenschaften davon im Wesentlichen unbeeinflusst bleiben.
  • Figur 3B zeigt eine Schnittansicht des Transformators 300, wobei dieser aus der Richtung B1 betrachtet wird. Wie gezeigt, weist der U-förmige Kern 310 die Schenkel 312, 311 sowie einen Kopplungsteil 313 auf. Im Hinblick auf die U-förmige Geometrie des Kerns 310 gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor auch in Bezug auf den Kern 110 oder den Kern 210 angegeben sind. Eine Abmessung 312A des Schenkels 312 entlang der Richtung B2 beträgt 8 mm oder weniger, und vorzugsweise liegt diese Abmessung im Bereich zwischen 4,5 mm und 7,5 mm. Die entsprechende Abmessung 311A beträgt 4 mm oder weniger, und liegt in bevorzugten Ausführungsformen in einem Bereich zwischen 2,5 mm und 3,5 mm. Die gesamte Länge 301 des Transformators 300, die wiederum durch die Länge des Kerns 310 festgelegt ist, beträgt 40 mm oder weniger und liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 32 mm und 36 mm. Für die gesamte Abmessung 303 entlang der lateralen Richtung B2 gilt, dass diese bei 18 mm oder weniger liegt und in bevorzugten Ausführungsformen in einem Bereich zwischen 14 mm und 16 mm liegt.
  • Figur 3C zeigt eine Schnittansicht des Transformators 300, wobei dieser aus der Richtung B2 betrachtet wird. In der gezeigten Ausführungsform sind die Abmessungen 312B und 311B in der lateralen Richtung B1 für den ersten Schenkel 312 und zweiten Schenkel 311 gleich und betragen 7 mm oder weniger. Vorzugswiese liegen diese Abmessungen in einem Bereich von 4 mm und 6 mm. Für die gesamte Abmessung 302 entlang der lateralen Richtung B1 gilt, dass diese bei 15 mm oder weniger liegt und in bevorzugten Ausführungsformen in einem Bereich zwischen 11 mm und 13 mm liegt.
  • Es sollte beachtet werden, dass je nach Lage der Verbindungsleitungen die Abmessungen in den lateralen Richtungen B1 und B2 des Kerns und damit auch des gesamten Transformators nach Bedarf vertauscht oder generell geändert werden können, um dem vorgegebenen lateralen Einbaumaß in einer speziellen Anwendung Rechnung zu tragen. Dabei werden jedoch die geforderten induktiven Eigenschaften beibehalten.
  • Der erfindungsgemäße Hochspannungstransformator 100, 200 lässt sich mit geringem Volumen aufbauen, wobei insbesondere typischerweise die Länge, die 40 mm oder weniger beträgt, gut an bestehende Systeme angepasst ist. Auf der Grundlage des U-förmigen Kerns können die Werte der Streuinduktivität und der Gesamtinduktivität so eingestellt werden, dass insbesondere beim Zündvorgang ein Impuls mit geeigneter zeitlicher Länge erzeugt wird und im weiteren Verlauf beim Hochlauf der Entladungsleuchte eine Strombegrenzung erreicht wird. Gleichzeitig führt die Verwendung von drei Windungen in der ersten Wicklung zu einem induktivem Verhalten des Transformators derart, dass weitere Induktivitäten, die etwa durch Anschlussleitungen des Transformators zu einer weiteren elektrische Komponente hervorgerufen werden, einen deutlich geringeren Einfluss auf das Gesamtverhalten ausüben, so dass das gewünschte Schwingungsverhalten durch konstruktive Maßnahmen des Transformators selbst festgelegt ist. Die Verwendung des U-förmigen Kernmaterials reduziert sowohl die Herstellungskosten des Kernmaterials selbst als auch die Kosten beim Zusammenbau des Hochspannungstransformators.

Claims (10)

  1. Hochspannungstransformator (100, 200) mit:
    einer ersten Wicklung (140, 240) mit drei oder mehr Windungen (141, 142, 143; 241, 242, 243),
    einer zweiten Wicklung (120, 220) und
    einem Kern (110, 210), der für den Hochspannungstransformator (100, 200) ein nicht geschlossenes Kernmaterial bildet, wobei der Kern (110, 210) als U-förmiger Kern (110, 210), der als einstückiges Kernmaterial vorgesehen ist, mit einem ersten Schenkel (112, 212) und einem zweiten Schenkel (111, 211) mit einer Länge von 40 mm oder weniger gebildet ist, wobei die erste Wicklung (140, 240) und die zweite Wicklung (120, 220) auf dem ersten Schenkel (112, 212) aufgebracht sind,
    wobei der Kern (110, 210) als Ganzes gepresst ist, und wobei außer dem U-förmigen Kern keine weiteren magnetischen Komponenten vorgesehen sind.
  2. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, wobei die erste Wicklung drei Windungen (141, 142, 143; 241, 242, 243) aufweist.
  3. Hochspannungstransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Windungsabschnitte (144, 145, 244, 245) der ersten Wicklung (140, 240), die zur elektrischen Verbindung von Windungen der ersten Wicklung (140, 240) dienen, zwischen dem ersten Schenkel (112, 212) und dem zweiten Schenkel (111, 211) angeordnet sind.
  4. Hochspannungstransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Querschnitt (112S, 212S) des ersten Schenkels senkrecht zur magnetischen Längsrichtung (L) größer ist als ein Querschnitt (111S, 211S) des zweiten Schenkels.
  5. Hochspannungstransformator nach Anspruch 4, wobei der Querschnitt (112S) des ersten Schenkels in einer ersten lateralen Richtung (B1) eine Abmessung von 5 mm oder kleiner und in der dazu senkrechten lateralen Richtung (B2) eine Abmessung von 9 mm oder kleiner aufweist.
  6. Hochspannungstransformator nach Anspruch 4, wobei der Querschnitt (212S) des ersten Schenkels in einer ersten lateralen Richtung (B2, B1) eine Abmessung (212A, 212B) von 8 mm oder kleiner und in der dazu senkrechten lateralen Richtung (B1, B2) eine Abmessung (212B, 212A) von 8 mm oder kleiner aufweist.
  7. Hochspannungstransformator nach Anspruch 4, wobei der Querschnitt (312S) des ersten Schenkels in einer ersten lateralen Richtung (B2, B1) eine Abmessung (312A, 312B) von 8 mm oder kleiner und in der dazu senkrechten lateralen Richtung (B1, B2) eine Abmessung (312B, 312A) von 7 mm oder kleiner aufweist.
  8. Hochspannungstransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 4, wobei eine Abmessung des Hochspannungstransformators in einer ersten lateralen Richtung (B1) 18 mm oder weniger, vorzugsweise zwischen 17 mm und 14 mm, und in der dazu senkrechten lateralen Richtung (B2) 18 mm oder weniger, vorzugsweise zwischen 17 mm und 14 mm, beträgt.
  9. Hochspannungstransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Abmessung (203, 202) des Hochspannungstransformators in einer ersten lateralen Richtung (B1, B2) 20 mm oder weniger, und in der dazu senkrechten lateralen Richtung (B1, B2) 16 mm oder weniger beträgt.
  10. Hochspannungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Abmessung (303, 302) des Hochspannungstransformators in einer ersten lateralen Richtung (B1, B2) 18 mm oder weniger, und in der dazu senkrechten lateralen Richtung (B1, B2) 15 mm oder weniger beträgt.
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