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EP2751814B1 - Transformator und zugehöriges herstellungsverfahren - Google Patents

Transformator und zugehöriges herstellungsverfahren Download PDF

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EP2751814B1
EP2751814B1 EP12751490.9A EP12751490A EP2751814B1 EP 2751814 B1 EP2751814 B1 EP 2751814B1 EP 12751490 A EP12751490 A EP 12751490A EP 2751814 B1 EP2751814 B1 EP 2751814B1
Authority
EP
European Patent Office
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secondary winding
transformer
winding
conductor
core
Prior art date
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Active
Application number
EP12751490.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2751814A1 (de
Inventor
Dirk Schekulin
Silvia GROSS-KÄUFLER
Chriss HÄRTSCH
Thomas Bisig
Alex Itten
Piere CAVIN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schmidhauser AG
Original Assignee
Schmidhauser AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schmidhauser AG filed Critical Schmidhauser AG
Publication of EP2751814A1 publication Critical patent/EP2751814A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2751814B1 publication Critical patent/EP2751814B1/de
Active legal-status Critical Current
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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
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/085—Cooling by ambient air
    • 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
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2876—Cooling
    • 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
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2823—Wires
    • 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
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/346—Preventing or reducing leakage fields
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor

Definitions

  • the invention relates to a transformer and an associated manufacturing method.
  • High-frequency transformers for high output currents are predominantly planar designs with stamped sheets for the secondary winding.
  • the primary winding is usually also laminated or realized with stranded wire.
  • Another problem is the implementation of the required isolation distances without an excessive increase of the leakage inductances.
  • the WO 2010/090534 A2 shows a high-frequency power transformer, in which a primary winding passes through a secondary winding.
  • the US 5,175,525 A shows a power transformer with a single-layer secondary winding, which is formed from a massive secondary winding conductor.
  • the EP 0 293 617 A1 shows a high-frequency power transformer in which primary and secondary windings are axially stackable.
  • the US 2010/0207714 A1 shows a transformer with a thermally conductive layer, which serves for the heat dissipation of a magnetic element.
  • the GB 1 420 290 A discloses a transformer according to the preamble of claim 1.
  • it shows an electrical component and a method of making such a device having a core of magnetic material with windings for transformers or multiple winding layers for inductors, with several stacked and mutually electrically isolated ones on the core on all sides Metal layers are applied, which are at least partially separated in the area of the core surface area in helical conductor tracks.
  • the invention has for its object to provide a transformer and an associated manufacturing method available that allow efficient cooling of the transformer with the least possible effort.
  • the invention solves this object by a transformer according to claim 1 and a manufacturing method according to claim 9.
  • Preferred embodiments are the subject of the dependent claims, the wording of which is hereby made part of the description.
  • the transformer is suitable or provided for clocked power supplies and comprises: a magnetic or magnetizable core, in particular a ferrite core, which defines a winding axis or a winding axis, at least one primary winding, which is formed by a primary winding conductor, in particular in shape multi-insulated high-frequency strand at least partially enclosing the winding axis of the core, and at least one secondary winding formed by a secondary winding conductor.
  • the secondary winding conductor encloses the primary winding conductor, wherein the secondary winding conductor and the primary winding conductor form different winding layers over the winding axis, wherein the secondary winding is formed in one layer and a cross section of the secondary winding conductor in a cross-sectional plane perpendicular to the winding axis is rectangular, in particular square. Due to the cross section and the consequent outer contour, the secondary winding can be coupled very easily and with low thermal resistance, for example to a cooling surface.
  • the cross section of the particular massive winding or the solid conductor is deliberately oversized, so that an efficient heat flow within the winding is possible.
  • the at least one secondary winding is formed from a solid block of material, which is structured to form the secondary winding conductor, in particular by drilling, sawing and / or milling is structured.
  • the at least one secondary winding is formed from a die-cast molding.
  • the transformer has a rated power, wherein the (minimum) cross section of the secondary winding conductor is dimensioned such that a current carrying capacity of the secondary winding conductor is greater than required for the rated power, ie the cross section of the conductor is oversized relative to the rated power
  • the secondary winding conductor made of copper or titanium, particularly preferably made of aluminum.
  • a planar cooling element is provided, which is thermally coupled to the secondary winding, in particular to the side of the secondary winding facing away from the winding axis of the core.
  • a heat-conducting electrical insulator is provided, which is arranged between the cooling element and the secondary winding.
  • the electrical insulator is preferably an electrically insulating heat-conducting foil.
  • the secondary winding or the secondary winding conductor forms a thermal bridge to the planar cooling element. Core losses and losses of the primary winding (s) go first on the secondary winding (s), to then be able to be discharged, for example, on the flat cooling element in the form of a water-cooled cooling plate can.
  • the secondary winding forms a heat sink.
  • a distance between the primary winding and the core and a distance between the secondary winding and the primary winding may be selected such that leakage losses are minimized.
  • the primary winding is as close as possible above the core and the secondary winding is as close as possible to the primary winding, so that there are minimal loss components caused by stray fields and a good thermal coupling of the system.
  • the secondary winding is formed of a solid block of material which is patterned to form the conductor, in particular by material-removing machining in the form of drilling, sawing and / or milling.
  • Fig. 1 shows a transformer 1 for clocked power supplies with a magnetizable ferrite core 2 with a leg defining a winding axis 3, a first primary winding 4a (see Fig. 2 ), which is formed by a first primary winding conductor of multi-insulated Hochfrequenzlitze, which encloses the winding axis 3 of the core 2 directly, a second primary winding 4 b, which is formed by a second primary winding conductor of multi-insulated Hochfrequenzlitze, which encloses the winding axis 3 of the core 2 immediately wherein the first primary winding 4a and the second primary winding 4b are disposed axially adjacent to the leg, a first aluminum solid secondary winding 5a formed by a first secondary winding conductor 6a and a second aluminum solid secondary winding 5b passing through a second secondary winding conductor 6b is formed
  • bores 9a and 9b are provided as terminals for the first and second secondary winding 5a and 5b, respectively.
  • Isolation elements 10 serve for electrically insulating between the primary and secondary circuits.
  • the secondary winding conductors 6a and 6b enclose their associated primary winding conductor so as to be axially adjacent to the leg.
  • the secondary winding conductors 6a and 6b are each formed in one layer and each have a rectangular cross-section in the winding direction, which is variable in the winding direction.
  • the transformer has a specific rated power, wherein the cross section of the secondary winding conductors 6a and 6b is dimensioned such that their current carrying capacity is greater than required for the nominal power.
  • a flat cooling element 7 is further provided, which is thermally coupled to the side facing away from the winding axis 3 of the core 2 side or surface of the secondary windings 5a and 5b, wherein between the cooling element 7 and the secondary windings 5a and 5b, a heat-conducting electrical Insulator in the form of an electrically insulating heat conducting foil 8 is provided.
  • Corresponding cooling elements may be provided on the upper side and / or the lower side of the secondary windings 5a and 5b.
  • the secondary windings 5a and 5b are each formed from a solid aluminum block of material which is suitably structured by drilling, sawing, spark erosion and / or milling.
  • the cross-section of the secondary winding conductors 6a and 6b or their minimal cross-section over the entire winding is dimensioned such that at a given operating frequency effective by current displacement replacement surface (skin depth) is significantly smaller than the geometric cross-section of the massive secondary winding conductors 6a and 6b.
  • skin depth current displacement replacement surface
  • Fig. 2 shows for clarity an exploded view of the in Fig. 1 shown transformer.
  • Fig. 3 shows an electrical equivalent circuit of the in Fig. 1 and 2 shown transformer 1 with the primary windings 4a and 4b and the secondary windings 5a and 5b.
  • the embodiments shown have massive secondary-side windings 5a and 5b, which are directly above the primary windings 4a or 4b are made of multi-insulated high-frequency stranded wire.
  • the primary windings 4a and 4b are arranged at a minimum distance above the ferrite core 2.
  • the (minimum) cross section of the massive secondary windings 5a and 5b is deliberately oversized, so as to achieve an efficient heat flow within the secondary windings 5a and 5b.
  • the insulation of the windings 5a and 5b against the cooling surface 7 takes place with a thin heat-conducting foil 8 or ceramic material.
  • the embodiments shown allow a simple cooling of the transformer 1 via the thermally well connectable massive secondary windings 5a and 5b.
  • the transformer core 2 can also be easily thermally coupled, so that optimal cooling of the entire component is possible. Furthermore, due to the large cross section of the secondary windings 5a and 5b aluminum can be used, which saves weight and costs.
  • the transformer 1 for clocked power supplies has at least one massive (secondary) winding whose cross-section is chosen such that a transport of heat generated during operation loss is possible to a flat heat sink without additional coolant is required.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Transformator und ein zugehöriges Herstellungsverfahren.
  • Hochfrequenztransformatoren für hohe Ausgangsströme sind überwiegend planare Konstruktionen mit gestanzten Blechen für die Sekundärwicklung. Die Primärwicklung wird meistens ebenfalls geblecht oder auch mit Litze realisiert.
  • Die korrekte elektrische Verbindung der Bleche untereinander ist mit hohem Aufwand verbunden.
  • Ein weiteres Problem ist die Kühlung des Bauteils, da die Verlustwärme der Wicklungen überwiegend durch einen umschließenden Ferritkern abgeleitet werden muss. Ferrit-Material ist jedoch ein schlechter Wärmeleiter und eine vollflächige beidseitige thermische Anbindung an einen Kühlkörper ist schwer zu realisieren.
  • Problematisch ist zudem die Implementierung der erforderlichen Isolationsabstände ohne eine übermäßige Vergrößerung der Streuinduktivitäten.
  • Die WO 2010/090534 A2 zeigt einen Hochfrequenz-Leistungsübertrager, bei dem eine Primärwicklung durch eine Sekundärwicklung hindurch verläuft.
  • Die US 5,175,525 A zeigt einen Leistungstransformator mit einer einlagigen Sekundärwicklung, die aus einem massiven Sekundärwicklungsleiter gebildet ist.
  • Die EP 0 293 617 A1 zeigt einen Hochfrequenz-Leistungsübertrager, bei dem Primär- und Sekundärwicklungen axial stapelbar sind.
  • Die US 2010/0207714 A1 zeigt einen Transformator mit einer thermisch leitfähigen Schicht, die zur Wärmeableitung von einem magnetischen Element dient.
  • Die GB 1 420 290 A offenbart einen Transformator gemäss Oberbegriff von Anspruch 1. Insbesondere zeigt sie ein elektrisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements mit einem Kern aus magnetischem Material mit Wicklungen für Übertrager oder mehreren Wickellagen für Induktivitäten, wobei auf den Kern allseitig mehrere gestapelte und gegeneinander elektrisch isolierte Metallschichten aufgebracht sind, die im Bereich der Kernmantelfläche mindestens teilweise in wendelförmige Leiterbahnen aufgetrennt sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transformator und ein zugehöriges Herstellungsverfahren zur Verfügung zu stellen, die eine effiziente Kühlung des Transformators mit möglichst geringem Aufwand ermöglichen.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Transformator nach Anspruch 1 und ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 9. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, deren Wortlaut hiermit zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird.
  • Der Transformator ist für getaktete Stromversorgungen geeignet oder vorgesehen und weist auf: einen magnetischen bzw. magnetisierbaren Kern, insbesondere einen Ferrit-Kern, der eine Wicklungsachse definiert bzw. eine Wicklungsachse aufweist, mindestens eine Primärwicklung, die durch einen Primärwicklungsleiter gebildet ist, insbesondere in Form von mehrfach isolierter Hochfrequenzlitze, der die Wicklungsachse des Kerns zumindest teilweise umschließt, und mindestens eine Sekundärwicklung, die durch einen Sekundärwicklungsleiter gebildet ist. Der Sekundärwicklungsleiter umschließt den Primärwicklungsleiter, wobei der Sekundärwicklungsleiter und der Primärwicklungsleiter unterschiedliche Wicklungslagen über der Wicklungsachse bilden, wobei die Sekundärwicklung einlagig gebildet und ein Querschnitt des Sekundärwicklungsleiters in einer Querschnittebene senkrecht zur Wicklungsachse rechteckförmig, insbesondere quadratisch, ist. Aufgrund des Querschnitts und der dadurch bedingten Außenkontur kann die Sekundärwicklung sehr einfach und mit geringem thermischem Widerstand beispielsweise an eine kühlende Fläche angekoppelt werden. Der Querschnitt der insbesondere massiven Wicklung bzw. des massiven Leiters wird dabei bewusst überdimensioniert, so dass ein effizienter Wärmefluss innerhalb der Wicklung möglich ist.
  • Die mindestens eine Sekundärwicklung ist aus einem massiven Materialblock gebildet, welcher zur Bildung des Sekundärwicklungsleiters strukturiert ist, insbesondere durch Bohren, Sägen und/oder Fräsen strukturiert ist. Alternativ ist die mindestens eine Sekundärwicklung aus einem Druckgussformteil gebildet.
  • In einer Weiterbildung weist der Transformator eine Nenn-Leistung auf, wobei der (minimale) Querschnitt des Sekundärwicklungsleiters derart dimensioniert ist, dass eine Strombelastbarkeit des Sekundärwicklungsleiters größer ist als für die Nenn-Leistung erforderlich, d.h. der Querschnitt des Leiters ist bezogen auf die Nenn-Leistung überdimensioniert
  • In einer Weiterbildung besteht der Sekundärwicklungsleiter aus Kupfer oder Titan, besonders bevorzugt aus Aluminium.
  • In einer Weiterbildung ist ein flächiges Kühlelement vorgesehen, welches thermisch mit der Sekundärwicklung, insbesondere mit der von der Wicklungsachse des Kerns abgewandten Seite der Sekundärwicklung, gekoppelt ist. Bevorzugt ist ein wärmeleitender elektrischer Isolator vorgesehen, der zwischen dem Kühlelement und der Sekundärwicklung angeordnet ist. Bevorzugt ist der elektrische Isolator eine elektrisch isolierende Wärmeleitfolie.
  • Erfindungsgemäß bildet die Sekundärwicklung bzw. der Sekundärwicklungsleiter eine thermische Brücke zu dem flächigen Kühlelement. Kernverluste und Verluste der Primärwicklung(en) gehen zunächst auf die Sekundärwicklung(en) über, um dann beispielsweise über das flächige Kühlelement in Form einer wassergekühlten Kühlplatte abgeführt werden zu können.
  • In einer Weiterbildung bildet die Sekundärwicklung einen Kühlkörper.
  • Ein Abstand zwischen der Primärwicklung und dem Kern und ein Abstand zwischen der Sekundärwicklung und der Primärwicklung können derart gewählt sein, dass Streuverluste minimiert sind. Mit anderen Worten liegt die Primärwicklung möglichst dicht über dem Kern und die Sekundärwicklung liegt möglichst dicht über der Primärwicklung, so dass sich minimale Verlustanteile durch Streufelder sowie eine gute thermische Kopplung des Systems ergeben.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung des oben genannten Transformators wird die Sekundärwicklung aus einem massiven Materialblock gebildet, welcher zur Bildung des Leiters strukturiert wird, insbesondere durch materialabtragendes Bearbeiten in Form von Bohren, Sägen und/oder Fräsen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen. Hierbei zeigt schematisch:
    • Fig. 1
    eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Transformators,
    Fig. 2
    eine Explosionsdarstellung des in Fig. 1 gezeigten Transformators und
    Fig. 3
    ein elektrisches Ersatzschaltbild des in Fig. 1 und 2 gezeigten Transformators.
  • Fig. 1 zeigt einen Transformator 1 für getaktete Stromversorgungen mit einem magnetisierbaren Ferrit-Kern 2 mit einem Schenkel, der eine Wicklungsachse 3 definiert, einer ersten Primärwicklung 4a (siehe Fig. 2), die durch einen ersten Primärwicklungsleiter aus mehrfach isolierter Hochfrequenzlitze gebildet ist, die die Wicklungsachse 3 des Kerns 2 unmittelbar umschließt, einer zweiten Primärwicklung 4b, die durch einen zweiten Primärwicklungsleiter aus mehrfach isolierter Hochfrequenzlitze gebildet ist, die die Wicklungsachse 3 des Kerns 2 unmittelbar umschließt, wobei die erste Primärwicklung 4a und die zweite Primärwicklung 4b axial benachbart auf dem Schenkel angeordnet sind, einer ersten massiven Sekundärwicklung 5a aus Aluminium, die durch einen ersten Sekundärwicklungsleiter 6a gebildet ist, und einer zweiten massiven Sekundärwicklung 5b aus Aluminium, die durch einen zweiten Sekundärwicklungsleiter 6b gebildet ist
  • Weiter sind Bohrungen 9a und 9b als Anschlüsse für die erste bzw. zweite Sekundärwicklung 5a bzw. 5b vorgesehen.
  • Isolationselemente 10 dienen zum elektrischen Isolieren zwischen Primär- und Sekundärkreis.
  • Die Sekundärwicklungsleiter 6a und 6b umschließen ihren zugehörigen Primärwicklungsleiter, so dass sie axial benachbart auf dem Schenkel angeordnet sind. Die Sekundärwicklungsleiter 6a und 6b sind jeweils einlagig gebildet und weisen jeweils in Wicklungsrichtung einen rechteckförmigen Querschnitt auf, der in Wicklungsrichtung veränderlich ist.
  • Der Transformator weist eine spezifische Nenn-Leistung auf, wobei der Querschnitt der Sekundärwicklungsleiter 6a und 6b derart dimensioniert ist, dass deren Strombelastbarkeit größer ist als für die Nenn-Leistung erforderlich.
  • Zur effizienten Kühlung ist weiter ein flächiges Kühlelement 7 vorgesehen, welches thermisch mit der von der Wicklungsachse 3 des Kerns 2 abgewandten Seite bzw. Oberfläche der Sekundärwicklungen 5a und 5b zu koppeln ist, wobei zwischen dem Kühlelement 7 und den Sekundärwicklungen 5a und 5b ein wärmeleitender elektrischer Isolator in Form einer elektrisch isolierenden Wärmeleitfolie 8 vorgesehen ist. Entsprechende Kühlelemente können auf der Oberseite und/oder der Unterseite der Sekundärwicklungen 5a und 5b vorgesehen sein.
  • Die Sekundärwicklungen 5a und 5b sind jeweils aus einem massiven Aluminium-Materialblock gebildet, welcher geeignet durch Bohren, Sägen, Funkenerodieren und/oder Fräsen strukturiert ist.
  • Der Querschnitt der Sekundärwicklungsleiter 6a und 6b bzw. deren minimaler Querschnitt über die gesamte Wicklung ist derart dimensioniert, dass bei gegebener Arbeitsfrequenz die durch Stromverdrängung wirksame Ersatzfläche (Skin-Tiefe) deutlich kleiner ist als der geometrische Querschnitt der massiven Sekundärwicklungsleiter 6a und 6b. Dadurch fließt der dominierende Wechselstrom-Verlustanteil im Außenbereich der Wicklung in Richtung des Kernbereichs der Wicklung und schließlich längs der Wicklung zur thermischen Senke in Form des Kühlelements 7.
  • Fig. 2 zeigt zur Verdeutlichung eine Explosionsdarstellung des in Fig. 1 gezeigten Transformators.
  • Fig. 3 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild des in Fig. 1 und 2 gezeigten Transformators 1 mit den Primärwicklungen 4a und 4b und den Sekundärwicklungen 5a und 5b.
  • Die gezeigten Ausführungsformen weisen massive sekundärseitige Wicklungen 5a und 5b auf, die direkt über den Primärwicklungen 4a bzw. 4b aus mehrfach isolierter Hochfrequenzlitze liegen. Die Primärwicklungen 4a und 4b sind mit minimalem Abstand über dem Ferritkern 2 angeordnet.
  • Durch gerade Oberflächen der massiven Sekundärwicklungen 5a und 5b ist eine einfache und effiziente Ankopplung an die Kühlfläche 7 möglich. Der (minimale) Querschnitt der massiven Sekundärwicklungen 5a und 5b wird dabei bewusst überdimensioniert, um so einen effizienten Wärmefluss innerhalb der Sekundärwicklungen 5a und 5b zu erreichen. Die Isolation der Wicklungen 5a und 5b gegen die Kühlfläche 7 erfolgt mit einer dünnen Wärmeleitfolie 8 oder keramischen Material.
  • Aufgrund der minimalen Abstände zwischen den Wicklungen 4a, 4b, 5a und 5b und dem Transformatorkern 2 wird einerseits eine optimale Kühlung gewährleistet und andererseits werden die Streuflüsse minimiert bzw. die Kopplung zwischen Primäre und Sekundärseite maximiert.
  • Die gezeigten Ausführungsformen ermöglichen eine einfache Kühlung des Transformators 1 über die thermisch gut ankoppelbaren massiven Sekundärwicklungen 5a und 5b.
  • Der Transformatorkern 2 kann ebenfalls sehr einfach thermisch angekoppelt werden, so dass eine optimale Kühlung des Gesamtbauteils möglich ist. Weiterhin kann durch den großen Querschnitt der Sekundärwicklungen 5a und 5b Aluminium eingesetzt werden, das Gewicht und Kosten spart.
  • Der Transformator 1 für getaktete Stromversorgungen weist mindestens eine massive (Sekundär-)Wicklung auf, deren Querschnitt derart gewählt ist, dass ein Transport der im Betrieb entstehenden Verlustwärme hin zu einer flächigen Wärmesenke möglich ist, ohne dass zusätzliche Kühlmittel erforderlich sind.
  • Es versteht sich, dass auch lediglich eine einzelne oder mehr als zwei Primär- und Sekundärwicklung(en) vorgesehen sein kann/können.

Claims (10)

  1. Transformator (1) für getaktete Stromversorgungen mit
    - einem magnetisierbaren Kern (2) mit einer Wicklungsachse (3),
    - mindestens einer Primärwicklung (4a, 4b), die durch einen Primärwicklungsleiter gebildet ist, der die Wicklungsachse (3) des Kerns (2) zumindest teilweise umschließt, und
    - mindestens einer Sekundärwicklung (5a, 5b), die durch einen Sekundärwicklungsleiter (6a, 6b) gebildet ist,
    - wobei der Sekundärwicklungsleiter (6a, 6b) den Primärwicklungsleiter umschließt, wobei der Sekundärwicklungsleiter (6a, 6b) und der Primärwicklungsleiter unterschiedliche Wicklungslagen über der Wicklungsachse (3) bilden,
    - wobei die Sekundärwicklung (5a, 5b) einlagig gebildet ist und
    - wobei ein Querschnitt des Sekundärwicklungsleiters (6a, 6b) in einer Querschnittebene senkrecht zur Wicklungsachse (3) rechteckförmig ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Sekundärwicklung (5a, 5b) als strukturierter massiver Materialblock ausgebildet ist.
  2. Transformator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Sekundärwicklung (5a, 5b) aus einem Druckgussformteil gebildet ist.
  3. Transformator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Transformator (1) eine Nenn-Leistung aufweist, wobei der Querschnitt des Sekundärwicklungsleiters (6a, 6b) derart dimensioniert ist, dass eine Strombelastbarkeit des Sekundärwicklungsleiters (6a, 6b) größer ist als für die Nenn-Leistung erforderlich.
  4. Transformator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Sekundärwicklungsleiter (6a, 6b) aus Aluminium, Kupfer oder Titan besteht.
  5. Transformator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend
    - ein flächiges Kühlelement (7), welches thermisch mit der Sekundärwicklung (5a, 5b), insbesondere mit der von der Wicklungsachse (3) des Kerns (2) abgewandten Seite der Sekundärwicklung (5a, 5b), gekoppelt ist.
  6. Transformator (1) nach Anspruch 5, aufweisend
    - einen wärmeleitenden, elektrischen Isolator (8), der zwischen dem Kühlelement (7) und der Sekundärwicklung (5a, 5b) angeordnet ist.
  7. Transformator (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der elektrische Isolator (8) eine elektrisch isolierende Wärmeleitfolie ist.
  8. Transformator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Sekundärwicklung (5a, 5b) einen Kühlkörper bildet.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Transformators (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Sekundärwicklung (5a, 5b) aus einem massiven Materialblock gebildet wird, welcher zur Bildung des Leiters (6a, 6b) strukturiert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Strukturieren ein materialabtragendes Bearbeiten des Materialblocks umfasst, insbesondere in Form von Bohren, Sägen, Fräsen und/oder Funkenerodieren.
EP12751490.9A 2011-09-02 2012-08-20 Transformator und zugehöriges herstellungsverfahren Active EP2751814B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011082046A DE102011082046A1 (de) 2011-09-02 2011-09-02 Transformator und zugehöriges Herstellungsverfahren
PCT/EP2012/066207 WO2013030031A1 (de) 2011-09-02 2012-08-20 Transformator und zugehöriges herstellungsverfahren

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP2751814A1 EP2751814A1 (de) 2014-07-09
EP2751814B1 true EP2751814B1 (de) 2018-04-18

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP12751490.9A Active EP2751814B1 (de) 2011-09-02 2012-08-20 Transformator und zugehöriges herstellungsverfahren

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10734151B2 (de)
EP (1) EP2751814B1 (de)
CN (2) CN109346296A (de)
DE (1) DE102011082046A1 (de)
WO (1) WO2013030031A1 (de)

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