DE20308836U1 - Induktormodul mit Induktorwicklungen,die auf einen gemeinsamen Induktorkern gewickelt sind - Google Patents
Induktormodul mit Induktorwicklungen,die auf einen gemeinsamen Induktorkern gewickelt sindInfo
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Description
INDUKTORMODUL MIT INDUKTORWICKLUNGEN, DIE AUF EINEN GEMEINSAMEN INDUKTORKERN GEWICKELT SIND
Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktor, insbesondere auf ein Induktormodul, das Induktorwicklungen umfaßt, die auf einen gemeinsamen Induktorkern gewickelt sind.
Induktormodule, die mehrere Induktorwicklungen umfassen, die auf einen gemeinsamen Induktorkern gewickelt sind, sind im Stand der Technik bekannt.
Es ist wünschenswert, ein Induktormodul mit Induktorwicklungen auf einem gemeinsamen Induktorkern vorzusehen, das bestimmte Charakteristika aufweist, wie zum Beispiel einen verringerten Mischstrom und erhöhte Stromsaturierungsniveaus.
Diese Aufgabe wird durch ein Induktormodul gelöst, das die Merkmale von Anspruch 1 umfaßt. Bevorzugte Ausführungsformen sind durch die abhängigen Ansprüche gekennzeichnet.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen deutlich. Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Induktormoduls gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine perspektivische Explosionsansicht der ersten bevorzugten Ausführungsform ist;
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Fig 3 eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen des Stromflusses durch die erste und zweite Induktorwicklung und des magnetischen Flusses zwischen der ersten und zweiten Induktorwicklung der ersten bevorzugten Ausführungsform ist; und
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Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der zweiten bevorzugten Ausführungsform eines Induktormoduls gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Ehe die vorliegende Erfindung genauer beschrieben wird, ist festzuhalten, daß die gleichen Elemente mit den gleichen Referenzziffern in der gesamten Beschreibung bezeichnet sind.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist die erste bevorzugte Ausführungsform eines Induktormoduls 2 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem gemeinsamen Induktorkern 3 sowie einer ersten und einer zweiten Induktorwicklung 4, 5 versehen.
Der gemeinsame Induktorkern 3 weist einen ersten und zweiten seitlichen Kernbereich 37, 38 auf. Vorzugsweise ist der gemeinsame Induktorkern 3 aus einem magnetischen Material gefertigt und umfaßt eine erste Oberfläche 31, eine zweite Oberfläche 32 gegenüber der ersten Oberfläche 31 und eine Umfangsoberfläche 33, die sich zwischen der ersten und zweiten Oberfläche 31, 32 erstreckt. Bei dieser Ausführungsform weist der gemeinsame Induktorkern 3 ein Paar von Durchgangslöchern 35, 36 auf, die sich durchgängig von der ersten Oberfläche 31 zur zweiten Oberfläche 32 erstrecken.
Weiter unter Verweis auf Fig. 2 umfaßt der gemeinsame Induktorkern 3 komplementäre Kernteile 39, 39', von denen jedes mit einem Paar von Nuten 392, 392' geformt ist. Jedes der Durchgangslöcher 35, 36 wird durch ein aufeinander gerichtetes Paar der Nuten 392, 392' in den Kernteilen 39, 39' definiert.
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Sowohl die erste als auch die zweite Induktorwicklung 4, 5 weist ein Eingangsende 421, 521, ein Ausgangsende 431, 531 und einen Induktorwicklungsabschnitt 40, 50, der zwischen dem Eingangsende 421, 521 und dem Ausgangsende 431, 531 angebracht ist, auf.
Der Induktorwicklungsabschnitt 40, 50 jeder der ersten und zweiten Induktorwicklungen 4, 5 ist im wesentlichen in einer umgekehrten U-Form und ist auf den jeweiligen Kernbereich der ersten und zweiten seitlichen Kernbereiche 37, 38 des gemeinsamen Induktorkerns 3 so gewickelt, daß zwischen dem Eingangsende 421 der ersten Induktorwicklung 4 und dem Ausgangsende 531 der zweiten Induktorwicklung 5 ein erster Abstand gebildet wird, und so daß zwischen dem Ausgangsende 431 der ersten Induktorwicklung 4 und dem Eingangsende 521 der zweiten Induktorwicklung 5 ein zweiter Abstand gebildet wird. Bei dieser Ausführungsform ist der zweite Abstand kleiner als der erste Abstand. Insbesondere weist der Induktorwicklungsabschnitt 40 der ersten Induktorwicklung 4 ein erstes Segment 43 auf, das sich vom Ausgangsende 431 der ersten Induktorwicklung 4 und in ein entsprechendes der Durchgangslöcher 35 erstreckt, ein zweites Segment 41, das sich von dem ersten Segment 43 und entlang der zweiten Oberfläche 32 des gemeinsamen Induktorkerns 3 erstreckt, und ein drittes Segment 42, das sich von dem zweiten Segment 41 und entlang der Umfangsoberfläche 33 des gemeinsamen Induktorkerns 3 erstreckt, auf. In ähnlicher Weise weist der Induktorwicklungsabschnitt 50 der zweiten Induktorwicklung 5 ein erstes Segment 52, das sich vom Eingangsende 521 der zweiten Induktorwicklung 5 und in ein jeweiliges der Durchgangslöcher 36 erstreckt, ein zweites Segment 51, das sich von dem ersten Segment 52 und entlang der zweiten Oberfläche 32 des gemeinsamen Induktorkerns 3 erstreckt, und ein drittes Segment 53, das sich von dem zweiten Segment 51 und entlang der Umfangsoberfläche 33 des gemeinsamen Induktorkerns 3 erstreckt, auf. Bei dieser Ausführungsform erstrecken sich die Eingangs- und Ausgangsenden 421, 521, 431, 531 von sowohl der ersten als auch der zweiten Induktorwicklung 4, 5 entlang der ersten Oberfläche 31 des gemeinsamen Induktorkerns 3 und liegen an der ersten Oberfläche 31 des gemeinsamen Induktorkerns 3. Es ist festzuhalten, daß das Ausgangsende 431 der ersten Induktorwicklung 4 keine elektrische Verbindung zu dem Eingangsende 521 der zweiten Induktorwicklung 5 aufweist. Vorzugsweise ist sowohl die erste als auch die zweite Induktorwicklung 4, 5 aus einer leitenden Folie, wie
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zum Beispiel einer Kupferfolie, geformt, die ein gutes Wärme dissipierendes Material bildet. Ferner sind Isolierschichten auf den Außenoberflächen der ersten und zweiten Induktorwicklung 4, 5 vorgesehen, um einen direkten Kontakt zwischen der leitenden Folie und dem Induktorkern 3 zu verhindern, wodurch eine Beeinflussung zwischen diesen verhindert wird.
Wenn das Induktormodul 2 zusammengebaut wird, werden die ersten Segmente 43, 52 der Induktorwicklungsabschnitte 40, 50 anfänglich in den Nuten 392 in einem der Kernteile 39 aufgenommen. Die Kernteile 39, 39' werden dann in Richtung aufeinander zu bewegt, so daß die Seiten 391, 391' aufeinander gerichtet sind und daß die ersten Segmente 43, 52 der Induktorwicklungsabschnitte 40, 50 gleichzeitig in den Nuten 392, 392' in den Kernteilen 39, 39' aufgenommen werden.
Wenn sie zusammengefügt sind, sind die Eingangs- und Ausgangsenden 421, 521, 431, 531 von sowohl der ersten als auch der zweiten Induktorwicklung 4, 5 so angebracht, daß sie an der ersten Oberfläche 31 des Induktorkerns 3 liegen, die ersten Segmente 43, 52 der Induktorwicklungsabschnitte 40, 50 sich jeweils durch die Durchgangslöcher 35, 36 erstrecken, die durch die Nuten 392, 392' in den Kernteilen 39, 39' definiert werden, die zweiten Segmente 41, 51 der Induktorwicklungsabschnitte 40, 50 sich entlang der zweiten Oberfläche 32 des Induktorkerns 3 erstrecken, und die dritten Segmente 42, 53 der Induktorwicklungsabschnitte 40, 50 sich entlang der Umfangsoberfläche 33 des Induktorkerns 3 erstrecken. Da die Eingangs- und Ausgangsenden 421, 521, 431, 531 des Induktormodüls 2 auf der gleichen Ebene der ersten Oberfläche 31 des Induktorkerns 3 liegen, ist das Induktormodul 2 ideal für die Surface-Mount-Technologie-Montage geeignet, um das Montieren des Induktormoduls auf einer (nicht gezeigten) Schaltkreistafel zu vereinfachen. Ferner erstreckt sich das Eingangsende 421 der ersten Induktorwicklung 4 in Richtung auf das Ausgangsende 431 der ersten Induktorwicklung 4, um den Platzbedarf des Induktormoduls 2 zu verringern. In ähnlicher Weise erstreckt sich das Ausgangsende 531 der zweiten Induktorwicklung 5 in Richtung auf das Eingangsende 521 der zweiten Induktor-
30 wicklung 5.
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Unter Verweis auf Fig. 3 fließt, wenn eine Spannung (V3) am Eingangsende 421 der ersten Induktorwicklung 4 angelegt wird, ein Strom (I3) vom Eingangsende 421 zum Ausgangsende 431 der ersten Induktorwicklung 4. Dies führt zu einer wechselseitigen Induktivität (M21) der zweiten Induktorwicklung 5 in Bezug auf die erste Induktorwicklung 4. Die gegenseitige Induktivität (M21) kann aus der Formel
V3 = L3 di3/dt + M21 di4/dt
berechnet werden, wobei L3 die Induktivität der ersten Induktorwicklung 4, di3/dt der Momentanstrom, der durch die erste Induktorwicklung 4 fließt, und di4/dt der Momentanstrom, der durch die zweite Induktorwicklung 5 fließt, ist. Wenn eine Spannung (V4) am Eingangsende 521 der zweiten Induktorwicklung 5 angelegt wird, fließt in ähnlicher Weise ein Strom (I4) vom Eingangsende 521 zum Ausgangsende 531 der zweiten Induktorwicklung 5. Dies führt zu einer gegenseitigen Induktivität (M12) der ersten Induktorwicklung 4 in Bezug auf die zweite Induktorwicklung 5. Die gegenseitige Induktivität (M12) kann aus der Formel
V4 = L4 di4/dt + M12 di3/dt
berechnet werden, wobei L4 die Induktivität der zweiten Induktorwicklung 5, di4/dt der Momentanstrom, der durch die zweite Induktorwicklung 5 fließt, und di3/dt der Momentanstrom, der durch die erste Induktorwicklung 4 fließt, ist.
Da die erste und die zweite Induktorwicklung 4, 5 in der gleichen Richtung gewickelt sind und die Ströme (I3, I4) in der gleichen Richtung fließen, addieren sich die gegenseitigen Induktivitäten (M21, M12) auf, so daß dies zu einem verringerten Mischstrom und zu erhöhten Stromsaturierungsniveaus für das Induktormodul 2 führt.
Für experimentelle Untersuchungen wurden sowohl das herkömmliche Induktormodul als auch das Induktormodul 2 dieser Ausführungsform unter Verwendung eines Gleichstromzu-Gleichstrom Stromwandlers getestet. Man fand heraus, daß das Stromsaturierungsni-
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veau bei dem herkömmlichen Induktormodul einen Wert von 52 A erreichte, während das Induktormodul 2 der vorliegenden Erfindung noch bei einem Strom von 70 A arbeitet. Das Induktormodul 2 der vorliegenden Erfindung arbeitet in der Tat unter einem höheren Stromsaturierungsniveau.
Fig. 4 zeigt die zweite bevorzugte Ausfuhrungsform eines Induktormoduls 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Ausfuhrungsform unterscheidet sich von der vorhergehenden Ausführungsform dadurch, daß das Eingangsende 421, 431 und das Ausgangsende 521, 531 von sowohl der ersten als auch der zweiten Induktorwicklung 4, 5 quer relativ zu der ersten Oberfläche 31 des gemeinsamen Induktorkerns 3 vorstehen. Die Eingangsund Ausgangsenden 421, 431, 521, 531 ermöglichen die Herstellung einer Einsatzverbindung des Induktormoduls 2 mit einer (nicht gezeigten) Elektronikeinrichtung.
Es ist festzuhalten, daß der Wert der Induktivitäten von sowohl der ersten als auch der zweiten Induktorwicklung 4, 5 justiert werden kann oder die Größe des Induktorkerns 3 verringert werden kann, indem die Induktorwicklungsabschnitte 40, 50 in mehreren Wendungen geformt werden oder indem die Anzahl der Löcher 35, 36 erhöht wird, um die Länge der Induktorwicklungsabschnitte 40, 50 zu erhöhen. Andere alternative Möglichkeiten sind auch gegeben.
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Es hat sich somit gezeigt, daß das Induktormodul 2 dieser Erfindung eine erste und eine zweite Induktorwicklung 4, 5 umfaßt, die auf einen gemeinsamen Induktorkern 3 gewickelt sind. Die Konstruktion an sich ermöglicht es, daß die wechselseitigen Induktivitäten (M12, M21) der ersten und der zweiten Induktorwicklung 4, 5 zueinander additiv sind, um den Mischstrom zu verringern und die Stromsaturierungsniveaus des Induktormoduls 2 zu erhöhen.
Claims (11)
1. Induktormodul (2), umfassend:
einen gemeinsamen Induktorkern (3) mit einem ersten und einem zweiten seitlichen Kernbereich (37, 38); und
eine erste und eine zweite Induktorwicklung (4, 5), von denen jede ein Eingangsende (421, 521), ein Ausgangsende (431, 531) und einen Induktorwicklungsabschnitt (40, 50) aufweist, der zwischen dem Eingangsende (421, 521) und dem Ausgangsende (431, 531) angebracht ist, wobei der Induktorwicklungsabschnitt (40, 50) von sowohl der ersten als auch der zweiten Induktorwicklung (4, 5) auf den jeweiligen Kernbereich (37, 38) aus dem ersten und zweiten seitlichen Kernbereich (37, 38) des gemeinsamen Induktorkerns (3) so gewickelt ist, daß das Eingangsende (421) der ersten Induktorwicklung (4) und das Ausgangsende (531) der zweiten Induktorwicklung (5) zwischen ihnen einen ersten Abstand bilden, und so, daß das Ausgangsende (431) der ersten Induktorwicklung (4) und das Eingangsende (521) der zweiten Induktorwicklung (5) einen zweiten Abstand zwischen ihnen bilden, wobei der zweite Abstand kleiner als der erste Abstand ist.
einen gemeinsamen Induktorkern (3) mit einem ersten und einem zweiten seitlichen Kernbereich (37, 38); und
eine erste und eine zweite Induktorwicklung (4, 5), von denen jede ein Eingangsende (421, 521), ein Ausgangsende (431, 531) und einen Induktorwicklungsabschnitt (40, 50) aufweist, der zwischen dem Eingangsende (421, 521) und dem Ausgangsende (431, 531) angebracht ist, wobei der Induktorwicklungsabschnitt (40, 50) von sowohl der ersten als auch der zweiten Induktorwicklung (4, 5) auf den jeweiligen Kernbereich (37, 38) aus dem ersten und zweiten seitlichen Kernbereich (37, 38) des gemeinsamen Induktorkerns (3) so gewickelt ist, daß das Eingangsende (421) der ersten Induktorwicklung (4) und das Ausgangsende (531) der zweiten Induktorwicklung (5) zwischen ihnen einen ersten Abstand bilden, und so, daß das Ausgangsende (431) der ersten Induktorwicklung (4) und das Eingangsende (521) der zweiten Induktorwicklung (5) einen zweiten Abstand zwischen ihnen bilden, wobei der zweite Abstand kleiner als der erste Abstand ist.
2. Induktormodul (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Induktorkern (3) eine erste Oberfläche (31), eine zweite Oberfläche (32) gegenüber der ersten Oberfläche (31) und eine Umfangsoberfläche (33) aufweist, die sich zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche (31, 32) erstreckt, wobei der gemeinsame Induktorkern (3) ein Paar von Durchgangslöchern (35, 36) aufweist, die sich von der ersten Oberfläche (31) durchgehend zu der zweiten Oberfläche (32) erstrecken,
wobei der Induktorwicklungsabschnitt (40) der ersten Induktorwicklung (4) ein erstes Segment (43), das sich von dem Ausgangsende (431) der ersten Induktorwicklung (4) und in ein jeweiliges der Durchgangslöcher (35) erstreckt, ein zweites Segment (41), das sich von dem ersten Segment (43) und entlang der zweiten Oberfläche (32) des gemeinsamen Induktorkerns (3) erstreckt, und ein drittes Segment (42), das sich von dem zweiten Segment (41) und entlang der Umfangsoberfläche (33) des gemeinsamen Induktorkerns (3) erstreckt, aufweist,
wobei der Induktorwicklungsabschnitt (50) der zweiten Induktorwicklung (5) ein erstes Segment (52), das sich von dem Eingangende (521) der zweiten Induktorwicklung (5) und in ein jeweiliges der Durchgangslöcher (36) erstreckt, ein zweites Segment (51), das sich von dem ersten Segment (52) und entlang der zweiten Oberfläche (32) des gemeinsamen Induktorkerns (3) erstreckt, und ein drittes Segment (53), das sich von dem zweiten Segment (51) und entlang der Umfangsoberfläche (33) des gemeinsamen Induktorkerns (3) erstreckt, aufweist.
wobei der Induktorwicklungsabschnitt (40) der ersten Induktorwicklung (4) ein erstes Segment (43), das sich von dem Ausgangsende (431) der ersten Induktorwicklung (4) und in ein jeweiliges der Durchgangslöcher (35) erstreckt, ein zweites Segment (41), das sich von dem ersten Segment (43) und entlang der zweiten Oberfläche (32) des gemeinsamen Induktorkerns (3) erstreckt, und ein drittes Segment (42), das sich von dem zweiten Segment (41) und entlang der Umfangsoberfläche (33) des gemeinsamen Induktorkerns (3) erstreckt, aufweist,
wobei der Induktorwicklungsabschnitt (50) der zweiten Induktorwicklung (5) ein erstes Segment (52), das sich von dem Eingangende (521) der zweiten Induktorwicklung (5) und in ein jeweiliges der Durchgangslöcher (36) erstreckt, ein zweites Segment (51), das sich von dem ersten Segment (52) und entlang der zweiten Oberfläche (32) des gemeinsamen Induktorkerns (3) erstreckt, und ein drittes Segment (53), das sich von dem zweiten Segment (51) und entlang der Umfangsoberfläche (33) des gemeinsamen Induktorkerns (3) erstreckt, aufweist.
3. Induktormodul (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Eingangsende (421, 521) und das Ausgangsende (431, 531) von sowohl der ersten als auch der zweiten Induktorwicklung (4, 5) sich entlang der ersten Oberfläche (31) des gemeinsamen Induktorkerns (3) erstrecken und an der ersten Oberfläche (31) des gemeinsamen Induktorkerns (3) liegen.
4. Induktormodul (2) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangs- und das Ausgangsende (421, 521, 431, 531) von sowohl der ersten als auch der zweiten Induktorwicklung (4, 5) quer relativ zu der ersten Oberfläche (31) des gemeinsamen Induktorkerns (3) vorspringen.
5. Induktormodul (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Induktorkern (3) komplementäre Kernteile (39, 39') umfasst, von denen jeder mit einem Paar von Nuten (392, 392') geformt ist, wobei jedes der Durchgangslöcher (35, 36) durch ein aufeinander gerichtetes Paar der Nuten (392, 392') in den Kernteilen (39, 39') definiert wird.
6. Induktormodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktorwicklungsabschnitt (40, 50) von sowohl der ersten als auch der zweiten Induktorwicklung (4, 5) im Wesentlichen die Gestalt eines umgekehrten U's aufweist.
7. Induktormodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste als auch die zweite Induktorwicklung (4, 5) aus einer leitfähigen Folie geformt ist.
8. Induktormodul (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Folie aus Kupfer gefertigt ist.
9. Induktormodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Induktorkern (3) aus einem magnetischen Material gefertigt ist.
10. Induktormodul (2) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste als auch die zweite Induktorwicklung (4, 5) eine Außenoberfläche aufweist, die mit einer Isolationsschicht versehen ist.
11. Induktormodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsende (431) der ersten Induktorwicklung (4) frei von einer elektrischen Verbindung mit dem Eingangsende (521) der zweiten Induktorwicklung (5) ist.
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