DE4344459C2

DE4344459C2 - Spulenanordnung

Info

Publication number: DE4344459C2
Application number: DE4344459A
Authority: DE
Inventors: Kevin Mcgrane
Original assignee: ANGLIA ELECTRONIC TECH Ltd
Current assignee: PROFEC TECHNOLOGIES LTD., IPSWICH, SUFFOLK, GB
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2013-12-23
Also published as: FR2701156B1; GB9326017D0; GB9226925D0; FR2701156A1; DE4344459A1; GB2273819B; HK1004024A1; GB2273819A; US5504469A

Description

Die Erfindung betrifft eine Spulenanordnung.

Die erfindungsgemäße Spulenanordnung ist insbesondere in Signalübertragern anwendbar und weniger in Leistungstrans formatoren. Signalübertrager sind für die Übertragung von Signalen bestimmt, die üblicherweise eine geringe Leistung aufweisen (weniger als 1 Watt). Signalübertrager schließen Anwendungen in der Telekommunikation ein, z. B. für Zeilen anpassung, Breitbandübertrager und Impulsübertrager. Im Rahmen dieser Patentanmeldung können die Anwendungen in der Telekommunikation als solche definiert werden, bei denen Übertrager in Schaltungen verwendet werden, die eine Kommu nikation über Distanzen von mehr als einem Meter erlauben.

Bei der Konstruktion von Übertragern ist es notwendig, die Primär- und die Sekundärwindungen elektrisch voneinander zu isolieren. In industriellen Standards sind detailliert die Forderungen an die Isolation für spezielle Anwendungen dargelegt. Insbesondere der internationale Standard EN 60 950/A1: 1993 fordert, daß die feste Isolation zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen eine bestimmte minimale Dicke aufweisen muß. Dort, wo eine Dünnfilmisolation ange wendet wird, sind eine bestimmte Mindestanzahl von Film dicken vorzusehen, und alle Kriechstromwege haben eine mini male Länge aufzuweisen. Die jeweiligen quantitativen Werte für die geforderte Isolation hängen von der Transformatori solationsklasse, der Arbeitsspannung und der Umgebung, in der der Transformator bzw. Übertrager arbeitet, ab.

Es besteht immer der Wunsch, elektronische Komponenten zu miniaturisieren. Die Notwendigkeit, dabei eine minimale Iso lationsdicke und minimale Kriechstromwege einzuhalten, begrenzen eine weitere Miniaturisierung für eine vorgegebe ne Konstruktionsart. Im Rahmen dieser Beschreibung wird von Miniaturkomponenten gesprochen, wenn sie weniger als 100 Gramm wiegen. Bei Hochfrequenzsignalübertragern sind die Isolationsforderungen oft die bestimmenden Faktoren bezüg lich der Baugröße, während Flußdichte und Wicklungswider stand relativ unwichtig sind.

Es ist möglich, den erforderlichen Kriechstromabstand, d. h. die kürzeste Distanz zwischen zwei Leitern, die entlang der Oberfläche einer dünnen Filmisolation zwischen den Leitern gemessen wird, durch Isolierung des Leiters mit einem dünnen isolierenden Band zu erreichen, das um die Leiter gewickelt ist. Eine Konstruktion dieser Art ist z. B. im europäischen Patent 0 460 506 dargestellt. In dieser Konstruktion ist jeder Leiter individuell mit einem isolierenden Band umwickelt. Dadurch wird der erforderliche Wickelraum in einer Spule spürbar verringert. Eine weitere Raumreduzierung ist jedoch wünschenswert.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Spulenanordnung zu schaffen, bei der die Isolierung von elektrischen Leitern so verändert ist, daß ein kleinerer Wicklungsraum gegenüber einer bekannten Spule mit gleichen technischen Daten erforderlich ist, so daß eine weitere Miniaturisierung möglich ist.

Erfindungsgemäß wird das gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.

Bei einer Spulenanordnung mit mindestens einer elektrischen Spule, ist diese zumindest teilweise unter Benutzung eines isolierten elektrischen Leiters gewickelt, der eine Viel zahl separater und unterschiedlicher Adern aufweist, wobei eine Lackschicht jede Ader umhüllt, um sie gegenüber benach barten Adern zu isolieren. Die Adern sind in obenbeschriebe ner Weise so miteinander kombiniert, daß sie einen mehradri gen langgestreckten Leiter bilden, der mit isolierendem Band umhüllt ist, das wendelförmig um die Adern gewickelt ist und das eine gemeinsame äußere Isolierschicht des Leiters darstellt. Die Spulenanordnung kann z. B. ein Transformator oder ein Signalübertrager, insbesondere ein Miniatur-Signalübertrager sein, der auch in der Telekommuni kation anwendbar ist.

Die vorgenannten Spulenanordnungen weisen Primär- und Sekundärwicklungen auf. Dabei wird eine erste Wicklung durch einen isolierten elektrischen Leiter gebildet, der aus mehreren separaten und unterscheidbaren leitenden Adern besteht, wobei jede Ader eine Lackbeschichtung aufweist, um sie von benachbarten Adern zu isolieren und wobei die Adern miteinander so kombiniert sind, daß sie einen mehradrigen langgestreckten Leiter bilden, der mit isolierendem Band bedeckt ist, das wendelförmig um die Adern gewickelt ist und eine gemeinsame Isolierschicht für den Leiter bildet. Die zweite Wicklung kann aus einer Leitungsader bestehen, die eine übliche Isolation aufweist. Der Leiter, der die zweite Wicklung bildet, ist mechanisch mit dem Leiter ver bunden, der die erste Wicklung bildet. Das kann z. B. dadurch erreicht werden, daß der Leiter, der die zweite Wicklung bildet, um den Leiter gewickelt ist, der die erste Wicklung bildet. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Primär- und Sekundärwicklungen gemischt gewickelt sind.

Um den Eintritt von Feuchtigkeit in den Transformator bzw. Übertrager zu verhindern, sind der Transformatorkern und die Wicklungen abgedichtet, indem sie z. B. in Harz einge bettet sind.

Mit diesen erfindungsgemäß gewickelten Spulen kann das Verhältnis des primären induktiven Widerstandes zur Streuin duktivität dadurch optimiert werden, daß mindestens eine der Transformatorwicklungen durch einen isolierten elektri schen Leiter gebildet wird, der eine Vielzahl von separaten und unterscheidungsfähigen leitenden Adern aufweist, wobei jede Ader von einer Lackschicht umhüllt ist, die sie von benachbartenten Adern isoliert, wobei die Adern so kombi niert sind, daß sie einen vieladrigen langgestreckten Leiter bilden, der mit einem isolierenden Band bedeckt ist, das wendelförmig um die Adern gewickelt ist und eine gemein same äußere Isolierschicht für den Leiter bildet. Dabei sind die Primär- und Sekundärwicklungen im selben Wicklungs raum eines Transformatorkernes aufgewickelt und die Windun gen der zwei Wicklungen sind gemischt gewickelt.

Da die gewickelte Isolation nicht als feste Isolation zu be trachten ist, muß der Kriechstromweg der Adern als Distanz zwischen den Windungen des Bandes rund um die Adern oder quer über einen Teil der Breite des Bandes betrachtet werden. Durch die Anordnung vieler Windungen des Bandes geeigneter Breite kann der Kriechstromweg sehr schnell auf jede gewünschte Länge ausgedehnt werden.

Als Band wird insbesondere ein einschichtiges Band verwen det.

Der äußere Durchmesser des Leiters sollte zweckmäßig nicht größer als 1,5 mm sein. Leiter dieser Abmessungen werden in Signalübertragern und ähnlichen elektrischen Spulenanordnun gen angewendet. Die Anzahl der Adern beträgt vorzugsweise acht oder weniger, insbesondere vier. Die Adern können dadurch voneinander unterscheidbar sein, daß sie mit Lack schichten unterschiedlicher Farbe versehen sind. Die Lack schichten sollten eine Dicke von weniger als 70 Mikrometer aufweisen.

Das isolierende Band sollte aus einem Material mit hoher dielektrischer Durchschlagsfestigkeit bestehen, z. B. aus Polyester, Polyimid oder Polyetherimid. Das isolierende Band sollte eine Dicke von weniger als 100 Mikrometer und vorzugsweise von 10 bis 25 Mikrometer aufweisen und sollte derart gewickelt sein, daß jede Windung des Bandes minde stens die vorhergehende Windung überlappt. Vorzugsweise sollten die zwei vorhergehenden Windungen überdeckt sein.

Das Band ist vorzugsweise so gewickelt, daß der Kriechstrom weg zwischen dem Leiter und der äußeren Umgebung ausrei chend ist, um die Kriterien des internationalen Standards EN 60 950 zu erfüllen. Das wird durch eine ausreichende Überlappung jeder Windung mit der vorhergehenden Windung er reicht, so daß ein spiralförmiger Weg entlang der Oberflä che des Bandes eine Länge aufweist, die gleich oder größer als der erforderliche Kriechstromweg ist. Weiterhin ist es zweckmäßig, daß die Breite des Bandes und die axiale Über lappung zwischen benachbarten Windungen des Bandes so sind, daß ein axialer Weg von einem Rand des Bandes am äußeren Umfang des umwickelten Leiters zur isolierten Ader durch die Windungen hindurch eine Länge aufweist, der gleich oder größer ist als der geforderte Kriechstromweg.

Die Erfindung soll in Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Signalübertrager des Standes der Technik in einer schematischen Darstellung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen für die erfindungsgemäße Spulenanordnung verwendeten Leiter;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, die die Adern des Leiters zeigt, die wendelförmig mit Band um wickelt sind;

Fig. 4a und 4b einen radialen bzw. axialen Schnitt durch den umwickelten Leiter der Fig. 2 und 3;

Fig. 5, 6, 7 und 8 Ausführungsformen von Übertragern bzw. Transfor matoren.

Claims

1. Spulenanordnung für eine Miniaturkomponente, die weniger als 100 Gramm wiegt, mit mindestens einer elektrischen Spule, die zumindest teilweise unter Benutzung eines isolierten elektrischen Leiters gewickelt ist, der eine Vielzahl separater und un terscheidbarer Adern aufweist, wobei eine isolieren de Lackschicht jede Ader umhüllt und wobei die Adern einander so zugeordnet sind, daß sie einen mehradrigen langgestreckten Leiter bilden, der mit isolierendem Band umhüllt ist, das wendelförmig um die Adern gewickelt ist und das eine gemeinsame äußere Isolierschicht des Leiters darstellt.

2. Spulenanordnung nach Anspruch 1, wobei die Spulenan ordnung einen Transformator oder einen Signalüber trager darstellt.

3. Spulenanordnung nach Anspruch 2, wobei die Spulenan ordnung einen Miniatur-Signalübertrager darstellt.

4. Spulenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Spulenanordnung einen Signalübertrager für die Te lekommunikation darstellt.

5. Spulenanordnung nach mindestens einem der vorherge henden Ansprüche, mit Primär- und Sekundärwicklun gen (114, 115, 116), wobei eine Wicklung (116) durch einen isolierten elektrischen Leiter gebildet ist, der eine Vielzahl von separaten und unter scheidbaren leitenden Adern (62, 64, 66, 68) auf weist, wobei jede Ader eine isolierende Lackbe schichtung (70) aufweist, und wobei die Adern miteinander so kombiniert sind, daß sie einen mehra drigen langgestreckten Leiter bilden, der mit iso lierendem Band (32) bedeckt ist, das wendelförmig um die Adern gewickelt ist und eine gemeinsame Iso lierschicht für den Leiter bildet, während die andere Wicklung (114, 115) aus einer Leitungsader besteht, die eine übliche Isolation aufweist.

6. Spulenanordnung nach Anspruch 5, bei dem der Leiter der genannten einen Wicklung (116) mechanisch mit dem Leiter der genannten anderen Wicklung (114, 115) verbunden ist.

7. Spulenanordnung nach Anspruch 6, bei der der Leiter der genannten anderen Wicklung (115) um den Leiter der genannten einen Wicklung (116) gewickelt ist.

8. Spulenanordnung nach Anspruch 6, mit gemischt ge wickelten Primär- und Sekundärwicklungen (214, 215, 216).

9. Spulenanordnung nach mindestens einem der vorherge henden Ansprüche, bei der der Übertragerkern und die Wicklungen abgedichtet sind.

10. Spulenanordnung nach Anspruch 9, bei der der Über tragerkern und die Wicklungen in Harz eingebettet sind.

11. Spulenanordnung nach mindestens einem der vorherge henden Ansprüche, bei der das die Leiter umhüllende Band (32) ein einschichtiges Band darstellt.

12. Spulenanordnung nach mindestens einem der vorherge henden Ansprüche, bei der der Durchmesser der Leiter gleich oder kleiner 1,5 mm ist.

13. Spulenanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Anzahl der Adern der Leiter gleich oder kleiner acht ist.

14. Spulenanordnung nach Anspruch 13, bei der jeder Leiter vier Adern (62, 64, 66, 68) aufweist.

15. Spulenanordnung nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, bei der jede Ader der Leiter mit einer Lackschicht unterschiedlicher Farbe umhüllt ist.

16. Spulenanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Lackschichten der Adern der Leiter eine Dicke von weniger als 70 Mikrometer aufweisen.

17. Spulenanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das isolierende Band (32) der Leiter eine Dicke von weniger als 100 Mikrometer aufweist.

18. Spulenanordnung nach Anspruch 17, bei der das isolierende Band eine Dicke von 10 bis 25 Mikrome ter aufweist.

19. Spulenanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das isolierende Band der Leiter aus Polyester, Polyimid oder Polye therimid besteht.

20. Spulenanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der bei den verwende ten Leitern jede Windung (36) des Bandes (32) mindestens die vorhergehende Windung (34) über lappt.

21. Spulenanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der bei den verwende ten Leitern jede Windung des Bandes (32) die zwei vorhergehenden Windungen (34, 36) überlappt.

22. Spulenanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der bei den verwende ten Leitern die Überlappung des Bandes so groß ist, daß ein spiralförmiger Weg entlang der Oberfläche des Bandes (32) eine Länge aufweist, die mindestens der Länge des erforderlichen Kriechstromweges entspricht.

23. Spulenanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der bei den verwende ten Leitern die Breite des Bandes (32) und die axiale Überlappung zwischen benachbarten Windungen des Bandes eine solche Größe aufweisen, daß ein axialer Weg von einem Rand des Bandes am äußeren Umfang des umwickelten Leiters zur isolierten Ader durch die Windungen hindurch eine Länge aufweist, die gleich oder größer ist als der geforderte Kriechstromweg.

24. Übertrager mit optimiertem Verhältnis des primären induktiven Widerstandes zur Streuinduktivität, bei dem mindestens eine der Übertragerwicklungen durch einen isolierten elektrischen Leiter gebildet ist, der eine Vielzahl von separaten und unterscheidungs fähigen leitenden Adern aufweist, wobei jede Ader von einer isolierenden Lackschicht umhüllt ist, wobei die Adern so kombiniert sind, daß sie einen vieladrigen langgestreckten Leiter bilden, der mit einem isolierenden Band bedeckt ist, das wendelför mig um die Adern gewickelt ist und eine gemeinsame äußere Isolierschicht für den Leiter bildet, wobei die Primär- und Sekundärwicklungen im selben Wick lungsraum eines Übertragerkernes und gemischt gewickelt sind.