DE19725865A1 - Transformatorwicklungsstruktur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Technologie zum Bilden einer Transformatorwicklung bzw. -windung, vorteilhaft bei der Reduktion von Strom- bzw. Energieverlusten und Wärmestrahlung in dem Transformator, verwendet in einer Strom- bzw. Leistungszufuhr bzw. in einem Netzgerät und dergleichen, gebildet aus dünnen Teilen, umfassend flach gebildete Wicklungen bzw. Windungen.

Der kritischste Gesichtspunkt beim Herstellen einer äußeren Form eines dünnen Transformators ist die Frage, wie man eine dünne Wicklung bzw. Windung des Transformators bildet. Bisher wurden Transformatoren mit dünnen äußeren Formen gebildet durch Bilden von leitfähigen bzw. Leitermustern mit Induktanz an isolierenden Schichten bzw. Bögen oder Substraten, Laminieren dieser isolie­ renden Schichten oder Substrate, und nachfolgend Bilden von Transformator­ wicklungen bzw. -windungen. Die isolierenden Schichten oder Substrate, welche Leiter bzw. Leitungs- bzw. leitende Muster mit Induktanz aufweisen, gebildet an deren Fläche bzw. Oberfläche, werden Schichtspulen oder Druck- bzw. gedruck­ te Spulen (im folgenden als Schichtspulen bezeichnet) genannt.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel eines herkömmlichen Transformators zeigt mit einer dünnen äußeren Form unter Verwendung dieser Schichtspule als eine Wicklung.

Der in Fig. 1 gezeigte Transformator weist eine Primärwicklung und eine Sekun­ därwicklung auf, welche gebildet sind durch ein Schichtspulen- bzw. -Wicklungs­ bzw. -Windungslaminat 1a, gebildet durch laminierte Schichtspulen, äquivalent zu einer Windung bzw. Wicklung, und weist solch eine Struktur auf, daß das Schichtspulenlaminat 1a in einem Kern 2 eingebaut ist, wobei Anschlüsse 4a und 4d für beide in Durchgangslöchern 3a bis 3d des Schichtspullaminates 1a eingeführt sind, um verlötet zu werden.

Im vorliegenden Fall sind die Durchgangslöcher 3a bis 3d des Schichtspullamina­ tes 1a gebildet aus Durchgangslöchern von jeweiligen Schichtspulen, welche elektrisch verbunden bzw. geschaltet sind mit oder isoliert von Leitungs- bzw. Leitermustern an den Schichtspulen. Hierdurch bedingt sind Leitungsmuster an jeweiligen Schichtspulen und Leitungsmuster, gebildet an einem Schaltungssub­ strat, elektrisch verbunden bzw. geschaltet über die Anschlüsse 4a bis 4d, und die Durchgangslöcher 3a bis 3d, welche beide miteinander verlötet sind.

Der in Fig. 1 gezeigte Transformator verwendet die Anschlüsse 4a bis 4d zum elektrischen Verbinden bzw. Anschließen des Leitungsmusters an der Schicht­ spule als eine Wicklung bzw. Windung mit dem Schaltungsmuster an dem Schaltungssubstrat. Somit ist es notwendig, die Durchgangslöcher 3a bis 3d mit den Anschlüssen 4a bis 4d zu verlöten.

Im vorliegenden Fall, wenn ein starker Strom von der Sekundärwicklung des Transformators zu einer Last geliefert wird, entsteht ein Strom- bzw. Leistungs­ bzw. Energieverlust an den Lötabschnitten zwischen den Leitungsmustern der Schichtspulen und den Anschlüssen, bedingt durch den darin auftretenden Stromfluß. Üblicherweise ist das Lötmaterial eine Legierung, maßgeblich gebildet aus Zinn, wobei Zinn einen Widerstand aufweist, welcher etwa 8-mal dem elektrischen Widerstand von Kupfer entspricht, welches verwendet wird für die Leitungsmuster an den Schichtspulen und Anschlüssen. Hierdurch bedingt kann Strom- bzw. Leistungs- bzw. Energieverlust, auftretend an den Lötabschnitten, beachtlich groß werden.

Zusätzlich wird in den Leitungsmustern an den Schichtspulen erzeugte Wärme nicht lediglich entlang der Flächen bzw. Oberflächen des Schichtspulenlaminates 1a geführt bzw. geleitet, sondern wird ebenfalls geleitet zu den Anschlüssen und Schaltungsmustern des Schaltungssubstrates. Somit wird die Wärme ausge­ strahlt von jeder Fläche bzw. Oberfläche des Schichtspullaminates 1a, der Anschlüsse 4a bis 4d und eines Schaltungsmusters. Jedoch ist die thermische Leitfähigkeit des Lötmittels geringer als jene von Kupfer, wobei Wärme erzeugt wird an den Lötabschnitten, bedingt durch Strom- bzw. Leistungs- bzw. Energie­ verlust, und somit wird ein thermischer Gradient zwischen den Leitungsmustern an den Schichtspulen und Metallanschlüssen groß. Als Folge kann die Wärmeleit­ fähigkeit schlechter werden, und somit kann Wärmeabstrahlung bzw. Radiation nicht effizient erfolgen.

Somit sind die Aufgaben der vorliegenden Erfindung wie folgt.

Die erste Aufgabe besteht darin, Strom- bzw. Leistungs- bzw. Energieverluste zu reduzieren, welche veranlaßt sind durch Lötabschnitte zwischen Leitungsab­ schnitten der Wicklung und Anschlüssen, durch Verbessern der Struktur einer Transformatorwicklung.

Die zweite Aufgabe besteht darin, in effizienter Weise die in der Wicklung erzeugte Wärme bzw. Hitze zu leiten bzw. abzuleiten und abzustrahlen bzw. zu strahlen bzw. zu radiieren, durch Verbessern der Struktur der Transformator­ wicklung.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich bezüglich der Wicklungsstruktur dadurch aus, daß ein Schichtmetalleiter, welcher eine geschlossene Schlaufe bildet, wenn flach entfaltet an dem Mittelabschnitt der Längsseite, davon gefaltet ist, wobei die gefalteten Abschnitte des gefalteten Metalleiters als Anschlüsse verwendet werden, wobei zwei Spulen parallel zueinander ausgebildet sind und die Wick­ lung für einen Transformator verwendet bzw. bildet.

Im folgenden wird eine Beschreibung von einer konkreten Ausführungsform der Erfindung bezüglich der Herstellungsverfahrensschritte angegeben.

Die Flächen bzw. Oberflächen eines Schichtmetalleiters, welcher eine quadrat­ rahmenähnliche geschlossene Schlaufe bildet, wenn flach entfaltet, werden mit Ausnahme des mittleren Abschnittes der Längsseiten isoliert. Dieser Metalleiter wird an den Mittelabschnitten, welche nicht isoliert sind, gefaltet. Des weiteren werden vorbestimmte Positionen gebogen bzw. gebeugt, wobei die Positionen Teile der Längsseiten des Metalleiters bzw. metallischen Leiters sind, welche zwischen den gefalteten Abschnitten und einer Querseite vorliegen, so daß Flächen bzw. Oberflächen der zwei transversalen bzw. Querseiten gegen über­ liegend zueinander und parallel zueinander angeordnet sind. Nachfolgend werden die gefalteten, gebogenen Abschnitte als Anschlüsse verwendet, wobei zwei Einfachumdrehungs- bzw. Einfachspulen parallel zueinander ausgebildet sind.

Die Wicklung wird verwendet als Transformatorwicklung für große Stromkapazi­ tät, wobei die Wicklung zwei Spulen und Anschlußabschnitte aufweist, welche mittels dieses Verfahrens erhalten werden und einstückig hergestellt sind.

Der Transformator wird derart angeordnet, daß die Wicklung eine sandwichartige Struktur mit guter Kopplung zwischen Wicklungen aufweisen kann, durch Einführen anderer Wicklungen zwischen die zwei Einfachspulen der Wicklung.

Wie oben beschrieben, zeichnet sich die Erfindung in der Wicklungsstruktur dadurch aus, daß zwei Einfachspulen (Spulenteile) gebildet sind durch einen Schichtmetalleiter, welcher eine geschlossene Schlaufe bildet, wenn flach entfal­ tet, welcher gefaltet ist, wobei eine Wicklung gebildet ist durch Anschlußteile und Spulenteile, welche in einem Stück bzw. in einem Körper bzw. einstückig gebildet sind.

Bedingt durch diese Struktur, wird es unnötig, Leiter und Anschlüsse einer Wick­ lung zu verlöten, und somit kann die Bildung von Strom- bzw. Energie- bzw. Leistungsverlusten und -anstiegen bezüglich eines Wärmegradienten an Löt­ abschnitten vermieden werden, welche bei der herkömmlichen Struktur proble­ matisch sind. Ferner weist die erfindungsgemäße Wicklungsstruktur den weite­ ren Vorteil auf, daß eine sandwichartige Struktur zum Erhöhen der Kopplung zwischen Wicklungen einfach erreicht werden kann, da die Wicklung zwei Spulenteile in einem Körper bzw. einstückig aufweist. Ferner kann direkter Anschluß bzw. direkte Verbindung von Komponenten miteinander erfolgen durch teilweises Ausweiten bzw. Verbreitern der Leiterbreite des Metalleiters. In diesem Fall weist die Wicklungsstruktur den weiteren Vorteil auf, daß nicht lediglich die Anordnungsdichte der Komponenten in einer Vorrichtung erhöht ist, sondern daß vielmehr auch der Strom- bzw. Leistungs- bzw. Energieverlust abgesenkt ist, welcher veranlaßt ist durch die Lötabschnitte bzw. die Verlötungs­ abschnitte der anderen Komponenten.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine äußere Form eines herkömmlichen Transformators zeigt.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine äußere Form einer ersten Ausführungsform eines Transformators zeigt, bei welchem die erfindungsgemäße Wicklungsstruktur vorgesehen ist.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, welche die erste Ausführungsform eines Transformators zeigt, bei welchem die erfindungsgemäße Wicklungsstruktur vorgesehen bzw. angebracht bzw. angewendet ist.

Fig. 4 ist eine Vergleichszeichnung, welche den ausgefalteten bzw. entfal­ teten Zustand eines Metalleiters zeigt, und zwar vor dem Bilden und dem gebildeten Zustand der Wicklung, und zwar als Basis der erfindungsgemäßen Wicklungsstruktur.

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer äußeren Form einer zweiten Ausführungsform eines Transformators, bei welchem die erfindungsgemäße Wicklungsstruktur vorgesehen ist.

Fig. 6 ist eine äquivalente Schaltung der zweiten Ausführungsform eines Transformators, bei welchem die erfindungsgemäße Wicklungsstruktur vorgesehen bzw. angebracht bzw. angeordnet ist.

Fig. 7 ist eine entfaltete bzw. ausgefaltete Ansicht eines Metalleiters vor dem Bilden, als Wicklung verwendet für die zweite Ausführungs­ form eines Transformators.

Fig. 8 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Transformators, bei wel­ chem die erfindungsgemäße Wicklungsstruktur vorgesehen ist.

Fig. 9 ist eine äquivalente Schaltung zu der dritten Ausführungsform eines Transformators, bei welchem die Wicklungsstruktur gemäß der Erfindung vorgesehen ist.

Fig. 2 und 3 zeigen eine erste Ausführungsform eines Transformators, bei welchem die erfindungsgemäße Wicklungsstruktur vorgesehen bzw. verwendet bzw. angewendet bzw. angeordnet ist, wobei die Wicklungsstruktur die Genera­ tion bzw. Erzeugung bzw. Bildung von Strom- bzw. Leistungs- bzw. Energie­ verlust reduziert und es ermöglicht, in den Wicklungen erzeugte bzw. generierte Wärme effektiv abzustrahlen bzw. abzuführen.

Der in einer perspektivischen Ansicht von Fig. 2 gezeigte Transformator weist eine Struktur auf, bei welcher die Primärwicklung aus einem Schichtspullaminat 1b gebildet ist, wobei die Sekundärwicklung aus einer Wicklung 5 gebildet ist, und wobei das Schichtspullaminat 1b und die Windung 5 in einem Kern 2 eingebaut sind. Zusätzlich weist die Struktur Anschlüsse 4a und 4b auf, einge­ führt in Durchgangslöcher 3a und 3b des Schichtspullaminates 1 b, wobei beide wie herkömmlich miteinander verlötet sind.

Im vorliegenden Fall ist die Wicklung 5, wie in Fig. 4 gezeigt, gebildet.

Zuerst wird ein Schichtmetalleiter 5a bereitgestellt, dessen ebene Form eine quadratrahmenähnliche geschlossene Schlaufe in dem entfalteten bzw. ausgefal­ teten Zustand vor dem Formen bildet und wird bedeckt und isoliert, mit Aus­ nahme von mittleren Abschnitten der Längsseiten, mit Isolations- bzw. isolieren­ dem Material 6.

Der quadratrahmenähnliche Metalleiter 5a wird an vorbestimmten Positionen (a) des mittleren Abschnittes gefaltet, welcher nicht isoliert ist. Nachfolgend wird der Metalleiter 5a an den vorbestimmten Positionen (b) und (c), vorliegend an den Längsseiten, derart gebogen bzw. gebeugt, daß zwei transversale bzw. Querseiten des Metalleiters 5a gegenüberliegend zueinander und parallel an­ geordnet sind. Nach diesen Verfahrensschritten werden die gefalteten Abschnitte 5b-1 und 5b-2 als Anschlüsse der Wicklung ausgebildet, wobei die isolieren­ den Abschnitte Spulenteile 5c-1 und 5c-2 als Spulenleiter der Wicklung bilden.

Die wie oben beschriebene erhaltene Wicklung 5, wie sie in einer Querschnitts­ ansicht von Fig. 3 gezeigt ist, wird in den Kern 2 eingebaut, und zwar in dem Zustand des Einsetzens bzw. Einführens des Schichtspullaminates 1b zwischen die Spulenteile 5c-1 und 5c-2. Bei solch einem Transformator, bei welchem die erfindungsgemäße Wicklungsstruktur vorgesehen bzw. verwendet bzw. ange­ wendet bzw. angeordnet ist, ist Löten bzw. Verlöten nicht notwendig, dadurch bedingt, daß die Wicklung 5 als Sekundärwicklung einstückig die Spulenteile 5c-1 und 5c-2 aufweist, sowie die Anschlußteile 5b-1 und 5b-2. Somit kann die Bildung bzw. Erzeugung bzw. Generation von Energieverlust und Anstieg des Wärmegradienten vermieden werden, was bei herkömmlichen Strukturen proble­ matisch ist.

Des weiteren ist es bekannt, daß die sandwichartige Struktur, bei welcher eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung alternierend angeordnet sind, und bei welcher eine Wicklung angeordnet ist zwischen einer anderen Wicklung, ein effektives Mittel ist zum Erhöhen der Kopplung zwischen den Wicklungen. Die erfindungsgemäße Wicklungsstruktur weist den weiteren Vorteil auf, daß die sandwichartige Struktur einfach erreicht werden kann, dadurch bedingt, daß die Wicklung 5 zwei Spulenteile 5c-1 und 5c-2 einstückig bzw. in einem Körper aufweist.

Es kann ebenfalls notwendig sein, eine Vielzahl von Ausgangs- bzw. Ausgabeka­ nälen an der Sekundärseite bzw. -stufe eines Transformators gemäß Strom­ zufuhrspezifikationen vorzusehen. Eine zweite Ausführungsform ist in Fig. 5 gezeigt, wobei bei dieser Ausführungsform die erfindungsgemäße Wicklungs­ struktur auf solch einen Fall angewendet ist.

In Fig. 5 zeichnet sich die Ausführungsform in der Struktur einer Wicklung 7 aus, welche einen Einkörpertyp bzw. einen einstückigen Typ an Sekundärwick­ lung für zwei Transformatoren T2 und T3 bildet. Eine äquivalente Schaltung einer elektrischen Schaltung ist in Fig. 6 gezeigt, wobei die äquivalente Schal­ tung die Transformatoren T2 und T3 enthält, welche die Wicklung 7 umfassen.

Da die Anschlußteile 7b-2 der Wicklung 7 ähnlich wirken bzw. funktionieren bezüglich einer zwischengelagerten bzw. zwischengeschalteten Lasche einer Wicklung, wird es möglich, zwei Ausgangs- bzw. Ausgabekanäle zwischen den Anschlußteilen 7b-1 und 7b-2 und zwischen den Anschlußteilen 7b-2 und 7b-3 bereitzustellen.

Die in Fig. 5 gezeigte Wicklung 7 ist gebildet durch Falten des Metalleiters 7a, welcher eine duale bzw. doppelt geschlossene Schlaufe bildet, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, und zwar bei vorbestimmten Positionen (a) und durch weiteres Biegen bzw. Beugen davon an den Positionen (b) und (c). Demzufolge wird eine erste geschlossene Schlaufe 7d-1 die Sekundärwicklung des Transformators T2, und eine zweite geschlossene Schlaufe 7d-2 wird die Sekundärwicklung des Transformators T3.

Des weiteren, wenn noch weitere Ausgangskanäle erforderlich sind, kann dies erreicht werden durch Bilden von Sekundärwicklungen mit Metalleitern, welche geschlossene Schlaufen bilden, deren Anzahl der erforderlichen Anzahl an Aus­ gangskanälen entspricht, wobei eine Vielzahl von Transformatoren bereitgestellt ist.

Beim Miniaturisieren einer gesamten Stromzufuhrvorrichtung bzw. eines ge­ samten Netzteiles wird die Erhöhung der Anordnungsdichte der Komponenten ein wichtiger Gesichtspunkt. Wenn Komponenten unmittelbar miteinander verbunden werden können, ohne durch ein Schaltungsmuster an einem Schaltungssubstrat hindurchzutreten, sind die Abstände zwischen den Komponenten verkürzt, und somit kann die Anordnungsdichte erhöht werden.

Bei der erfindungsgemäßen Wicklungsstruktur wird ein Schichtmetalleiter ver­ wendet, und somit ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung, in Fig. 8 ge­ zeigt, ausgelegt auf der Basis der Idee, daß Teile eines Metalleiters verwendet werden können zur elektrischen Verbindung bzw. zum elektrischen Anschluß zwischen Komponenten anstelle des Schaltungsmuster.

In Fig. 8 ist eine Wicklung 8 gebildet unter Verwendung eines Metalleiters mit verbreiterter Leiterbreite nahe einer gefalteten Position, und somit weist ein Anschlußteil 8b-1 eine große Fläche auf. Somit verfügt der Anschlußteil 8b-1 über eine Form, welche einfach direkt verwendet werden kann zum Verbinden bzw. Anschließen der Wicklung 8 eines Transformators T4 mit einer Diode D.

Solch eine Wicklungsstruktur ist effektiv, nicht lediglich zum Erhöhen der Anord­ nungsdichte der Komponenten, sondern reduziert ebenfalls Strom- bzw. Energie­ bzw. Leistungsverlust, bedingt durch verlötete Teile der gesamten Vorrichtung.

Ferner zeigt Fig. 9 ein äquivalentes Schaltungsdiagramm einer in Fig. 8 gezeig­ ten elektrischen Schaltung, bei welcher der Transformator T4 und die Diode D unmittelbar verbunden bzw. angeschlossen sind.

In den jeweiligen oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist die Primärwicklung das Schichtspullaminat 1 b, und die Sekundärwicklungen sind die Wicklungen 5, 7 und 8 gemäß der Erfindung, welche gebildet sind durch Falten von Metalleitern. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, und die vorliegende Erfindung kann angewendet bzw. ausgeführt werden be­ züglich der Primärwicklung, einer dritten oder weiteren Wicklung.

Zusätzlich kann eine weitere Wicklung, eingeführt zwischen Wicklungen mit der erfindungsgemäßen Struktur, durch Wickeln bzw. Winden eines Leiters vor­ gesehen sein, anstelle einer Schichtspule.

Des weiteren, wenn ein Schichttyp von Isolationsmaterial 6, wie in Fig. 4 gezeigt ist, nicht verwendet wird, kann beispielhaft Beschichtung von Wachs verwendet werden zum Isolieren eines Metalleiters.

Wenn ausreichende Isolation und Sicherheit erhalten werden kann durch ein Vorrichtungsgehäuse und dergleichen, kann eine Isolation der Metalleiter gegebe­ nenfalls ausbleiben.

Claims (5)

1. Transformatorwicklungsstruktur, umfassend: zwei Spulen, parallel vorgesehen durch Falten eines Schichtmetalleiters, welcher eine geschlos­ sene Schlaufe, wenn flach entfaltet, bildet, an mittleren Abschnitten des Schichtmetalleiters; und Anschlüsse, gebildet durch Biegen gefalteter Abschnitte des Schichtmetalleiters hin zu einem Schaltungssubstrat.

2. Transformatorwicklungsstruktur, umfassend: Anschlüsse, gebildet aus gefalteten Abschnitten eines Schichtmetalleiters, gebildet durch Falten des Schichtmetalleiters, welcher eine geschlossene Schlaufe bildet, wenn flach entfaltet, an mittleren Abschnitten des Schichtmetalleiters, und durch Biegen von Längsseiten des Schichtmetalleiters, so daß zwei Quer­ seiten des Schichtmetalleiters gegenüberliegend zueinander und parallel angeordnet werden können; und zwei parallele Spulen.

3. Transformatorwicklungsstruktur, umfassend: zumindest eine Wicklung unter einer Vielzahl von Transformatorwicklungen, mit Anschlüssen, gebildet aus gefalteten Abschnitten eines Schichtmetalleiters, gebildet durch Falten des Schichtmetalleiters, welcher eine geschlossene Schlaufe bildet, wenn flach entfaltet, und zwar an Mittelabschnitten des Schicht­ metalleiters, und durch Biegen von Längsseiten des Schichtmetalleiters, so daß zwei Querseiten des Schichtmetalleiters gegenüberliegend zueinander und parallel angeordnet werden können; zwei Spulen, welche parallel verlaufen; und eine weitere Wicklung, eingeführt zwischen die zwei parallelen Spulen.

4. Transformatorwicklungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welche es ermöglicht, einen Anschluß unmittelbar elektrisch zu verbinden mit einem anderen elektrischen Teil durch Vergrößern eines Bereiches oder einer Fläche des Anschlusses einer Wicklung, gebildet durch einen gefalteten Abschnitt, durch Verbreitern der Leiterbreite nahe der gefalte­ ten Position des Schichtmetalleiters.

5. Transformatorwicklungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem der Schichtmetalleiter quadratrahmenähnliche Ebenen aufweist, wenn der Schichtmetalleiter vor dem Formen ausgefaltet ist.