變壓器和相關(guān)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于切換模式供電的變壓器(1),帶有:可磁化的芯子(2),其帶有繞組軸線(3);至少一個初級繞組(4a,4b),其由初級繞組導體形成,該初級繞組導體至少部分地包圍芯子的繞組軸線;以及至少一個次級繞組(5a,5b),其由次級繞組導體(6a,6b)形成,在該變壓器中,次級繞組導體包圍初級繞組導體,次級繞組以單層的方式形成,并且次級繞組導體的截面是矩形的,尤其是正方形的。
【專利說明】變壓器和相關(guān)的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種變壓器和相關(guān)的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用于很高的輸出電流的高頻變壓器主要是帶有用于次級繞組的沖制板材的平坦結(jié)構(gòu)。初級繞組大多同樣用薄板疊成或者利用絞線實現(xiàn)。
[0003]板材彼此的正確的電連接與高的花費相關(guān)聯(lián)。
[0004]另一問題是構(gòu)件的冷卻,因為繞組的損失熱量必須主要通過包圍的鐵氧體芯子導出。然而,鐵氧體材料是很差的熱導體并且可難以實現(xiàn)與冷卻體的在兩側(cè)的全面的熱連接。
[0005]此外,在漏電感沒有過度變大的情況下執(zhí)行所需的絕緣間距是有問題的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種變壓器和相關(guān)的制造方法,其以盡可能小的花費實現(xiàn)變壓器的高效的冷卻。
[0007]本發(fā)明通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器和根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造方法實現(xiàn)該目的。優(yōu)選的實施方式是從屬權(quán)利要求的對象,為此,其原文變成說明的內(nèi)容。
[0008]優(yōu)選地,變壓器適合或者設(shè)置成用于切換模式供電(getakteteStromversorgung)并且具有:磁芯或可磁化的芯子,尤其鐵氧體芯子,其限定繞組軸線或具有繞組軸線;至少一個初級繞組,其由尤其呈進行多重絕緣處理的高頻絞線的形式的初級繞組導體形成,該初級繞組導體至少部分地包圍芯子的繞組軸線或芯子的心部(Schenkel),繞組軸線伸延通過該心部;以及至少一個次級繞組,其由次級繞組導體形成。次級繞組導體包圍初級繞組導體,也就是說,次級繞組導體和初級繞組導體在繞組軸線上形成不同的繞組位置,次級繞組以單層的方式形成,并且次級繞組導體的截面是矩形的,尤其是正方形的。由于截面和由此決定的外輪廓,次級繞組可非常簡單地且在帶有很小的熱阻的情況下例如耦合聯(lián)結(jié)到冷卻面處。在此,有意使尤其實心繞組或?qū)嵭膶w的截面尺寸過大,從而可在繞組中實現(xiàn)高效的熱流。
[0009]在一種改進方案中,次級繞組導體是實心的,即,導體的整個截面填充有導體材料,更確切地說,導體在其外尺寸中完全填充有導體材料。導體尤其并未通過相互交織的絞線、多個組合的單個導體建造為空心導體或類似物。
[0010]在一種改進方案中,至少一個次級繞組由實心材料塊形成,為了形成次級繞組導體,使該實心材料塊具有某種結(jié)構(gòu),尤其通過鉆孔、鋸開和/或銑削使之具有某種結(jié)構(gòu)。備選地,至少一個次級繞組由壓鑄成形件形成。
[0011]在一種改進方案中,變壓器具有公稱功率,其中,次級繞組導體的(最小)截面的尺寸如此確定,即,需要次級繞組導體的電流負載能力大于用于公稱功率的電流負載能力,也就是說,針對額定功率,使導體的截面尺寸過大。
[0012]在一種改進方案中,次級繞組導體包含銅或鈦,特別優(yōu)選地包含鋁。
[0013]在一種改進方案中,設(shè)置有面狀的冷卻元件,其在熱方面與次級繞組耦合聯(lián)結(jié),尤其與次級繞組的背對芯子的繞組軸線的側(cè)部耦合聯(lián)結(jié)。優(yōu)選地,設(shè)置有導熱的電絕緣體,其布置在冷卻元件和次級繞組之間。優(yōu)選地,電絕緣體是電絕緣的導熱薄片。
[0014]根據(jù)本發(fā)明,次級繞組或次級繞組導體形成至面狀的冷卻元件的熱橋。芯子損失和(一個或多個)初級繞組的損失首先轉(zhuǎn)到(一個或多個)次級繞組上,以便隨后例如可通過呈水冷卻的冷卻板的形式的面狀的冷卻元件導出。
[0015]在一種改進方案中,次級繞組形成冷卻體。
[0016]在一種改進方案中,如此選擇在初級繞組和芯子之間的間距和在次級繞組和初級繞組之間的間距,即,使得泄漏損失最小化。換句話說,初級繞組盡可能貼近地處在芯子上,而次級繞組盡可能貼近地處在初級繞組上,從而得到由于泄漏場的最小的損失份額以及系統(tǒng)的良好的熱耦合。
[0017]在用于制造上述變壓器的方法中,次級繞組由實心材料塊形成,為了形成導體,使該實心材料塊具有某種結(jié)構(gòu),尤其通過呈鉆孔、鋸開和/或銑削的形式的移除材料的加工使之具有某種結(jié)構(gòu)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]下面參考示出本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式的【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明。其中:
圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的變壓器的圖示,
圖2示意性地顯示了在圖1中顯示的變壓器的分解圖,以及圖3示意性地顯示了在圖1和圖2中顯示的變壓器的電的等效電路圖。
【具體實施方式】
[0019]圖1顯示了用于切換模式供電的變壓器1,帶有:可磁化的鐵氧體芯子2,其帶有心部,該心部限定繞組軸線3 ;第一初級繞組4a(參見圖2),其由包含進行多重絕緣處理的高頻絞線的第一初級繞組導體形成,該高頻絞線直接包圍芯子2的繞組軸線3 ;第二初級繞組4b,其由包含進行多重絕緣處理的高頻絞線的第二初級繞組導體形成,該高頻絞線直接包圍芯子2的繞組軸線3,其中,第一初級繞組4a和第二初級繞組4b沿軸向相鄰地布置在心部上;包含鋁的實心的第一次級繞組5a,其由第一次級繞組導體6a形成;以及包含鋁的實心的第二次級繞組5b,其由第二次級繞組導體6b形成。
[0020]此外,作為用于第一次級繞組5a或第二次級繞組5b的聯(lián)接部設(shè)置有孔9a和%。[0021 ] 絕緣元件10用于在初級電路和次級電路之間的電絕緣。
[0022]次級繞組導體6a和6b包圍與其相關(guān)的初級繞組導體,從而其沿軸向相鄰地布置在心部上。次級繞組導體6a和6b相應(yīng)單層地形成,并且相應(yīng)在纏繞方向上具有在纏繞方向上變化的矩形截面。
[0023]變壓器具有特定的公稱功率,其中,次級繞組導體6a和6b的截面的尺寸如此確定,即,需要其電流負載能力大于用于公稱功率的電流負載能力。
[0024]此外,為了高效的冷卻而設(shè)置有面狀的冷卻元件7,其可在熱方面與次級繞組5a和5b的背對芯子2的繞組軸線3的側(cè)部或表面耦合聯(lián)結(jié),其中,在冷卻元件7和次級繞組5a和5b之間設(shè)置有呈電絕緣的導熱薄片8的形式的導熱的電絕緣體。相應(yīng)的冷卻元件可設(shè)置在次級繞組5a和5b的上側(cè)和/或下側(cè)上。
[0025]次級繞組5a和5b相應(yīng)由實心的鋁材料塊形成,其合適地通過鉆孔、鋸開、放電加工和/或銑削具有某種結(jié)構(gòu)。
[0026]次級繞組導體6a和6b的截面或其在整個繞組上的最小截面的尺寸如此確定,即,在給定工作頻率的情況下,由于集膚效應(yīng)的有效的替代面(集膚深度)明顯小于實心的次級繞組導體6a和6b的幾何截面。由此,主要的交流損失份額在繞組的外部區(qū)域中朝繞組的芯部區(qū)域的方向上流動,并且最終沿著繞組流至呈冷卻元件7的形式的熱沉部。
[0027]為了說明,圖2顯示了在圖1中顯示的變壓器的分解圖。
[0028]圖3顯示了在圖1和2中顯示的變壓器I的電的等效電路圖,其帶有初級繞組4a和4b與次級繞組5a和5b。
[0029]所顯示的實施方式具有實心的次級側(cè)的繞組5a和5b,其直接位于包含進行多重絕緣處理的高頻絞線的初級繞組4a或4b上方。初級繞組4a或4b以最小間距布置在鐵氧體芯子2上方。
[0030]通過實心的次級繞組5a和5b的直的表面可實現(xiàn)簡單且有效地與冷卻面7耦合聯(lián)結(jié)。在此,有意使實心的次級繞組5a和5b的(最小)截面尺寸過大,以便因此在次級繞組5a和5b中實現(xiàn)高效的熱流。利用薄的導熱薄片8或陶瓷材料實現(xiàn)繞組5a和5b相對于冷卻面7的絕緣。
[0031]由于在繞組4a、4b、5a和5b與變壓器芯子2之間的最小間距,一方面保證了最優(yōu)的冷卻,且另一方面使漏磁通最小化或使在初級側(cè)和次級側(cè)之間的耦合聯(lián)結(jié)最大化。
[0032]所顯示的實施方式通過在熱方面可很好地耦合聯(lián)結(jié)的實心的次級繞組5a和5b實現(xiàn)了變壓器I的簡單的冷卻。
[0033]變壓器芯子2同樣可非常簡單地進行熱耦合聯(lián)結(jié),從而可實現(xiàn)整個構(gòu)件的最優(yōu)的冷卻。此外,由于次級繞組5a和5b的大的截面,可使用節(jié)省重量和成本的鋁。
[0034]用于切換模式供電的變壓器I具有至少一個實心的(次級)繞組,其截面如此選擇,即,可實現(xiàn)在運行中產(chǎn)生的損失熱量朝向面狀熱沉部的輸送,而不需要附加的冷卻介質(zhì)。
[0035]要理解的是,還可設(shè)置僅僅唯一的或者多于兩個的初級繞組和次級繞組。
【權(quán)利要求】
1.一種用于切換模式供電的變壓器(1),帶有: -可磁化的芯子(2),其帶有繞組軸線(3); -至少一個初級繞組(4a,4b),其由初級繞組導體形成,該初級繞組導體至少部分地包圍所述芯子的繞組軸線;以及 -至少一個次級繞組(5a,5b),其由次級繞組導體(6a,6b)形成, 其特征在于, —所述次級繞組導體包圍所述初級繞組導體, -所述次級繞組以單層的方式形成,以及 -所述次級繞組導體的截面是矩形的,尤其是正方形的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器,其特征在于,所述次級繞組導體構(gòu)造成實心的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器,其特征在于,所述至少一個次級繞組由實心材料塊形成,為了形成所述次級繞組導體,使該實心材料塊具有某種結(jié)構(gòu),尤其通過移除材料的加工使之具有某種結(jié)構(gòu),尤其通過鉆孔、鋸開、銑削和/或放電加工使之具有某種結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器,其特征在于,所述至少一個次級導體由壓鑄成形件形成。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的變壓器,其特征在于,所述變壓器具有公稱功率,其中,所述次級繞組導體的截面的尺寸如此確定,即,需要所述次級繞組導體的電流負載能力大于用于公稱功率的電流負載能力。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的變壓器,其特征在于,所述次級繞組導體包含招、銅或鈦。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的變壓器,其特征在于面狀的冷卻元件(7),其在熱方面與所述次級繞組耦合聯(lián)結(jié),尤其與所述次級繞組的背對所述芯子的繞組軸線的側(cè)部耦合聯(lián)結(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變壓器,其特征在于導熱的電絕緣體(8),其布置在所述冷卻元件和所述次級繞組之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變壓器,其特征在于,所述電絕緣體是電絕緣的導熱薄片。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的變壓器,其特征在于,所述次級繞組形成冷卻體。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的變壓器,其特征在于,如此選擇在所述初級繞組和所述芯子之間的間距和在所述次級繞組和所述初級繞組之間的間距,即,使得泄漏損失最小化。
12.一種用于制造根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的變壓器的方法,其特征在于,所述次級繞組由實心材料塊形成,為了形成導體,使該實心材料塊具有某種結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法,其特征在于,結(jié)構(gòu)化包括材料快的移除材料的加工,尤其呈鉆孔、鋸開、銑削和/或放電加工的形式的加工。
【文檔編號】H01F27/28GK104054145SQ201280053809
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月2日
【發(fā)明者】D.舍庫林, S.格羅斯-科伊夫勒, C.黑奇, T.比西希, A.伊滕, P.卡文 申請人:施密徳豪澤股份公司