DE102012111069A1

DE102012111069A1 - Planarübertrager

Info

Publication number: DE102012111069A1
Application number: DE102012111069.7A
Authority: DE
Inventors: Jörg BLANKE
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2014-05-22
Also published as: CN104838458A; CN104838458B; WO2014076067A1; US20150332838A1; EP2920798B1; US9711271B2; EP2920798A1

Abstract

Planarübertrager, hergestellt aus einem plattenförmigen Leitersubstrat (6) mit integrierter Primärwicklung (1), Sekundärwicklung (2) und Koppelwicklung (3). Das Leitersubstrat (6) weist Paare (61, 62; 63, 64) von Aussparungen auf, durch die jeweils ein zweiteiliger, mit Jochschenkeln versehener, ferromagnetischer Kern (4; 5) gesteckt ist. Ein Schenkel jedes Kerns (4; 5) ist von der Primärwicklung (1) bzw. der Sekundärwicklung (2) umgeben, während die Koppelwicklung (3) die restlichen Schenkel der Kerne umschlingt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Planarübertragers sowie auf den so hergestellten Planarübertrager mit einer Primärwicklung, mit einer Sekundärwicklung, mit einer Koppelwicklung und mit einem Leitersubstrat, das Träger eines oder mehrerer ferromagnetischer Kerne ist.
Bei einem Übertrager dieser Art ( DE 10 2005 041 131 A1 ) sind die ferromagnetischen Kerne zur Bildung von Spulen gewickelt, wobei die Wicklungen der Spulen auf verschiedenen ferromagnetischer Kernen angebracht sind, um geforderte Isolationsabstände einzuhalten. Die ferromagnetischen Kerne sind über eine zusätzliche, in eine Leiterplatte eingelassene Windung magnetisch miteinander gekoppelt. Wegen der notwendigen Bewicklung der ferromagnetischen Kerne ist ein so gebauter Übertrager nur mit hohen Kosten zu fertigen.
Aus US 2011/0140824 A1 ist ein Übertrager bekannt, bei dem potentialmäßig zu trennende Wicklungen asymmetrisch auf verschiedenen Leiterplatten angebracht sind, die übereinander gestapelt mit einem zweiteiligen ferromagnetischen Kern zu dem Übertrager verbunden sind.
In US 2011/0095620 A1 wird ein Planarübertrager für miniaturisierte Anwendungen beschrieben, dessen Spulenwindungen auf entgegenliegenden Seiten eines isolierenden Substrats angeordnet sind. Das Gerät arbeitet aufgrund von Induktion, ohne ferromagnetische Kerne.
Aus EP 0 715 322 A1 ist ein in Planartechnik gefertigter Übertrager bekannt, bei dem Leiterbahnen in Schichtlagen in einer Leiterplatte untergebracht sind und so Transformatorwicklungen bilden. Ein ferromagnetischer Kern umgibt die Transformatorwicklungen mit ringförmigen Schenkeln außen, und mit einem zylindrischen Schenkel innen.
Aus DE 20 2009 002 383 U1 ist ein Planartransformator bekannt, der eine mehrlagige Platine enthält, die hohe Spannungsfestigkeit der Leiterplattenlagen untereinander, zwischen den primären zu den sekundären Wicklungen, gewährleistet. Der Übertrager kann mit entgegengerichteten Signalen potentialfrei angesteuert werden. Ein zu übertragendes Signal in positiver magnetischer Flussrichtung einer gemeinsamen primären Wicklung, oder einer einzelnen primären Wicklung erzeugt unmittelbar ein positives Steuersignal, in einer ersten sekundären Wicklung in gleicher Koppelrichtung. Ein Signal in negativer magnetischer Flussrichtung einer zweiten oder der gleichen Wicklung, erzeugt unmittelbar in einer zweiten sekundären Wicklung in entgegengesetzter Koppelrichtung zur ersten sekundären Wicklung ein ebenfalls positives Steuersignal oder in der ersten sekundären Wicklung ein negatives Steuersignal, und wenn kein weiteres Signal übertragen werden soll, erfolgt eine durch Schaltungselemente automatische oder digital gesteuerte Entmagnetisierung des Übertragers durch eine oder zwei als Kurzschluss angesteuerte Wicklungen unmittelbar am Ende eines zuvor übertragenen Signals.
DE 10 2009 037 340 A1 zeigt einen Übertrager, bei dem bewickelte, ringförmige Kerne über eine Kurzschlusswicklung verbunden sind. Die Kurzschlusswicklung wird bspw. durch Löten mit entsprechenden Kontakten einer Leiterplatte verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Planarübertrager anzugeben, der einfach zu fertigen ist und auf kleinsten Raum eine Potentialtrennung für mehrere Potentialgruppen ermöglicht.
Der neue Planarübertrager weist mindestens zwei mit Jochschenkeln versehene ferromagnetische Kerne und ein Leitersubstrat zur Bildung einer Primärwicklung und mindestens einer Sekundärwicklung auf, die durch mindestens eine Koppelwicklung miteinander gekoppelt sind. Das Leitersubstrat bildet einen plattenförmigen Träger für die ferromagnetischen Kerne, welche unter Bildung von zusammenbaubaren Jochkernhälften geteilt sind und dabei mindestens zwei hindurchgreifende Jochschenkel aufweisen, die durch Aussparungen im Leitersubstrat gesteckt werden können, um durch Schließen der Jochkernhälften jeweils einen Magnetkernring zu bilden.
Bei einer ersten Bauweise nimmt der eine Schenkel des Magnetkernringes die Primärwicklung auf, während der andere Schenkel von einem ersten Teilbereich der Koppelwicklung umschlungen ist, die mit einem zweiten Teilbereich auch den Schenkel eines benachbarten Ringkernes umschlingt, dessen anderer Schenkel die Sekundärwicklung aufnimmt. Es können mehrere mit Sekundärwicklungen versehene Sekundärmagnetkernringe mit einem einzelnen Primärmagnetkernring gekoppelt werden.
Bei einer zweiten Bauweise wird jeweils ein erster Schenkel der beiden Magnetkernringe von zwei Wicklungen in unterschiedlichen Schichtebenen des Leitersubstrates umschlungen, wobei die Koppelwicklung die beiden Magnetkernringe verbindet und die Primärwicklung dem einen Magnetkernring zugeordnet ist, während die Sekundärwicklung dem anderen Magnetkernring zugeordnet ist. Soweit ein jeweils zweiter Schenkel der beiden Magnetkernringe in einer der unterschiedlichen Schichtebenen des Leitersubstrates frei von den erwähnten Wicklungen ist, kann dort eine Hilfswicklung, etwa zu Kontrollzwecken, angeordnet werden. Es ist aber auch möglich, die Primärwicklung oder die Sekundärwicklung mit einem Abschnitt auf dem freien Schenkel fortzusetzen.
Indem die Magnetkernringe als zweigeteilte Jochkerne und die Wicklungen einschließlich der Koppelwicklung als integrale Teile des plattenförmigen Leitersubstrats ausgebildet werden, ist die Herstellung des Planarübertragers vereinfacht, da die Schenkel der Jochkerne nur durch Aussparungen in dem plattenförmigen Leitersubstrat gesteckt und zu jeweils einem Magnetkernring komplettiert werden brauchen. Gleichzeitig ermöglicht diese Ausbildung eine gute Raumausnutzung der Ringkernöffnung bei gleichzeitiger Potentialtrennung zwischen benachbarten Magnetkernringen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
1 einen Übertrager in Planarbauweise in schematischer Draufsicht,
2 den Übertrager von 1 gemäß Schnitt A-B,
3 einen weiteren Übertrager in Draufsicht und
4 gemäß Schnitt C-D,
5 einen Übertrager mit zwei Sekundärwicklungen in Draufsicht und
6 gemäß Schnitt E-F,
7 einen weiteren Übertrager mit zwei Sekundärwicklungen in Draufsicht,
8 einen weiteren Übertrager in schematischer Draufsicht und
9 gemäß Schnitt G-H,
10 einen weiteren Übertrager in schematischer Draufsicht,
11 einen weiteren Übertrager in schematischer Draufsicht und
12 gemäß Schnitt I-J,
13 einen weiteren Übertrager in schematischer Draufsicht und
14 gemäß Schnitt K-L.
1 und 2 stellen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Übertragers in Planarbauweise dar. Die Hauptteile des Übertragers sind eine Primärwicklung 1, eine Sekundärwicklung 2, eine Koppelwicklung 3, ein erster zweiteiliger Magnetkernring 4, ein zweiter zweiteiliger Magnetkernring 5 und ein plattenförmiges Leitersubstrat 6. Die Magnetkernringe 4, 5 umfassen jeweils zwei Jochkernhälften 41, 51 und 42, 52, die sich zu dem Ring 4 bzw. 5 schließen. Die Magnetkernringe 4, 5 weisen jeweils Durchgriffsschenkel 44, 45 bzw. 54, 55 und Verbindungsschenkel zwischen den Durchgriffsschenkeln auf. Der Schenkel 44 bzw. 54 kann der einen oder der anderen Kernhälfte 41, 42 bzw. 51, 52 angehören, oder auch geteilt sein, wie in 9 dargestellt. Das plattenförmige Leitersubstrat 6 weist zwei Paare von Aussparungen 61, 62 und 63, 64 auf, die Durchbrechungen für die Durchgriffsschenkel 44, 45 bzw. 54, 55 der Magnetkernringe 4, 5 bilden. Die Paare 61, 62 und 63, 64 der Aussparungen sind über eine Isolationsstrecke voneinander getrennt und nehmen die Durchgriffsschenkel 44, 45 bzw. 54, 55 der Magnetkernringe 4, 5 auf. Die Primärwicklung 1 umgibt die Aussparung 61 in mehreren Schichtebenen, von denen hier vier Schichtebenen 11, 12, 13, 14 angedeutet sind und die sich auf der Oberfläche des Leitersubstrats, oder oberflächennah, und in dem Leitersubstratinneren erstrecken.
Wie in 1 angedeutet, nimmt die Primärwicklung 1 in jeder Schichtebene einen spiralförmigen Verlauf ein. Die vier Spiralformen sind untereinander verbunden, um die Primärwicklung 1 zu ergeben. In ähnlicher Weise sind Spiralformen der Sekundärwicklung in vier Schichtebenen 21, 22, 23, 24 vorhanden und umgeben die Aussparung 64.
Die Koppelwicklung 3 umschlingt mit ihrem Teilbereich 34 den Durchgriffsschenkel 45 und mit ihrem Teilbereich 35 den Durchgriffsschenkel 55 und ist im Sinne einer Kurzschlusswicklung in sich geschlossen, d. h. bildet einen Leitungsring. Die Koppelwicklung kann in zwei Schichtebenen 31, 32 angeordnet sein und ist von allen Seiten von einer Isolationsschicht mit der Dicke L/2 umgeben. Dabei bedeutet „L“ die Plattendicke des Leitersubstrates 6 minus dem Abstand der Schichtebenen 31, 32 voneinander. Die Schichtebenen 12, 13 und 22, 33 sind durch eine isolierende Funktionsschicht voneinander getrennt.
Durch Vermittlung der Magnetkernringe 4, 5 und der Koppelwicklung 3 sind die Primärwicklung 1 und die Sekundärwicklung 2 bei galvanischer Trennung im Isolationsabstand L miteinander gekoppelt.
Die Magnetkernringe 4 und 5 mit ihren Kernhälften 41, 42 bzw. 51, 52 umgeben eine Ringöffnung 43, bzw. 53. Die Kernhälften können gleich oder ungleich sein, und können aus unterschiedlichen geometrischen Formen zusammengesetzt sein. Die Querschnitte können rechteckig, abgerundet, rund oder oval sein. Zwischen den Kernhälften können Luftspalte vorgesehen sein, es ist aber auch möglich, die Luftspalte weitgehend zu schließen, wenn die Kernhälften durch Aufeinanderkleben oder Klammern zusammenmontiert werden. Im Einzelnen können die Kernhälften U-, I- und E-Formen annehmen.
Wie in 1 dargestellt, nehmen die Lagen der Primärwicklung 1 in etwa die Hälfte der Fläche der Ringöffnung 43 ein, während die Lagen 31, 32 der Koppelwicklung 3 die andere Flächenhälfte der Ringöffnung 43 einnehmen. Dabei werden Abstände von L/2 sowohl zu den Jochschenkeln, als auch zu der Primärwicklung 1 eingehalten.
Die gleiche Situation findet sich hinsichtlich der Sekundärseite wieder. Auch hier nehmen die Lagen der Sekundärwicklung 2 in etwa die Hälfte der Fläche der Ringöffnung ein und die Koppelwicklung 3 weist Abstände von L/2 zum Öffnungsrand bzw. zu den Lagen der Sekundärwicklung auf. Auf diese Weise gibt es eine Potentialtrennung zwischen der Primärwicklung 1 und der Sekundärwicklung 2 mit einem Isolationstrennabstand 2·L/2 = L, der beispielsweise so groß gewählt wird, wie von der Norm EN 60079-11 gefordert.
Die Koppelwicklung 3 ist zu allen anderen Potentialen isoliert aufgebaut. Dadurch kann der Trennabstand L in zwei Teilisolationsstrecken erreicht werden. Die Aufteilung des Trennabstandes L kann abweichend von der Aufteilung L/2 + L/2 auch in anderer Weise erfolgen. Zur Erfüllung der Anforderungen aus der EN 60079-11 muss die kleinere Teilisolationsstrecke größer L/3 sein. Wie auch aus den zeichnerischen Darstellungen ersichtlich, brauchen von der Primärwicklung 1 bzw. Sekundärwicklung 2 zu dem zugehörigen Magnetkernring 4 bzw. 5 keine großen Isolationsabstände eingehalten werden. Es genügt häufig eine Funktionsisolierung, so dass die einzelnen Windungen der Wicklungen nicht durch die benachbarten Verbindungsschenkel überbrückt werden. Man kann deshalb den Wicklungen das gleiche elektrische Potential zuordnen wie den Magnetkernringen.
Der Isolationsabstand zwischen den benachbarten Magnetkernringen 4 und 5 wird ausreichend groß gewählt, damit die Magnetkernringe ihre jeweiligen unterschiedlichen Potentiale im Betrieb des Übertragers halten. Wenn die Primär- und Sekundärwicklungen zu den zugehörigen Magnetkernringen keine großen Isolierabstände einhalten, bedeutet dies, dass sehr viel von der Querschnittsfläche der Ringöffnung 43 oder 53 für die Windungen der Wicklungen 1 bzw. 2 genutzt werden kann und dieser Platzgewinn bedeutet eine größere Windungsanzahl auf gleicher Fläche und damit die Erzielung einer höheren Induktivität, verglichen mit dem Fall, dass die Wicklungen nicht an dem Rand der Ringöffnungen heranreichen dürfen. Der neue Planarübertrager eignet sich deshalb zur Miniaturisierung.
Die 3, 4 zeigen eine Variante des Übertragers nach 1, 2, wobei die Innenlage des plattenförmigen Leitersubstrats 6 nur für die Koppelwicklung 3 benutzt wird, die auch hier mit jeweils dem halben Trennabstand L/2 von allen anderen Potentialen getrennt ist. Die Primärwicklung 1 und die Sekundärwicklung 2 liegen auf der Ober- und Unterseite des Leitersubstrats 6, oder oberflächennah in Überdeckung mit den Teilbereichen 34 bzw. 35 der Koppelwicklung 3. Gegenüber der Ausführungsform nach 1, 2 kann die Ringöffnung 63, 53 kleiner ausgeführt werden, allerdings auf Kosten der Anzahl der Windungen von Primär- und Sekundärwicklung.
5 und 6 zeigen eine Variante des Übertragers mit zwei Sekundärwicklungen. Demgemäß gibt es zwei Sekundärmagnetkernringe 5a, 5b und zwei Sekundärwicklungen 2a und 2b sowie eine Koppelwicklung 3 mit zwei „Ohren“ oder Zweigen 36, 37. Die Schenkel der Magnetkernringe durchdringen das Leitersubstrat 6 an den Öffnungen 61, 62, 63a, 63b, 64a, 64b. Ansonsten entsprechen die Einzelheiten dem des Übertragers nach 1 und 2. Es können aber auch die Einzelheiten, wie zu 3 und 4 beschrieben, angewendet werden. Bei dem Aufbau des Übertragers nach 5, 6 sind die Ausgänge der Sekundärwicklungen 2a, 2b voneinander unabhängig. Die jeweilige Ausgangsspannung hängt vom Übersetzungsverhältnis der Primärwicklung zur jeweiligen Sekundärwicklung ab, d. h. die Ausgänge sind parallel geschaltet. Wird ein Ausgang nicht benutzt, kann am anderen Ausgang trotzdem ein Strom abgenommen werden.
7 zeigt eine weitere Variante des Übertragers mit zwei Sekundärwicklungen 2a, 2b. Für diese Variante werden drei Magnetkernringe 4, 5a, 5b und eine Koppelwicklung 3 verwendet, die alle drei Magnetkernringe 4, 5a, 5b miteinander verkettet. Die Schenkel der Magnetkernringe durchdringen das Leitersubstrat 6 an den Öffnungen 61, 62, 63a, 63b, 64a, 64b. Die Ausgänge der beiden Sekundärwicklungen sind funktionsmäßig nicht unabhängig voneinander, da sie im Ersatzschaltbild in Reihe liegen. Dies bedeutet, dass im Idealfall nur an beiden Ausgängen gleichzeitig jeweils ein Strom fließen kann.
8 und 9 zeigen eine Bauweise des Übertragers, bei dem jeder der Magnetkernringe 4, 5 einen von zwei Wicklungen umschlungenen Schenkel 44 bzw. 54 aufweist. Der Schenkel 44 wird von der Primärwicklung 1 und von dem Teilbereich 34 der Koppelwicklung 3 umschlungen, während der Schenkel 54 von der Sekundärwicklung 2 und von dem Teilbereich 35 der Koppelwicklung 3 umschlungen wird. Der zum Schenkel 44 parallele Schenkel 45 und der zum Schenkel 54 parallele Schenkel 55 sind somit frei und können beispielsweise eine Hilfswicklung tragen, die zu Kontrollzwecken benutzbar ist. Wie aus 9 ersichtlich, liegen die Primärwicklung 1 und die Sekundärwicklung 2 auf der Ober- und Unterseite des Leitersubstrates 6, oder oberflächennah und in teilweiser Überdeckung mit den Teilbereichen 34, 35 der Koppelwicklung 3, die in zwei Schichtlagen 31, 32 angeordnet sein kann.
10 zeigt eine Variante zur Ausführungsform nach 8, 9. Die Schenkel 44, 45 bzw. 54, 55, der beiden Magnetkernringe 4 und 5 sind jeweils mit spiralförmigen Wicklungsabschnitten 15, 16, 17, 18 bzw. 25, 26, 27, 28 belegt. Der Wicklungsabschnitt 15 bildet linksdrehende spiralförmige Windungen auf der Oberseite des Leitersubstrates 6 und durchstößt das Leitersubstrat in einem Via, um auf der Unterseite des Leitersubstrates 6 nochmals linksdrehende spiralförmige Windungen zu bilden, die in der Zeichnung weitgehend von dem Wicklungsabschnitt 15 überdeckt werden und deshalb in der Zeichnung nur in Spuren zu sehen sind. Der Wicklungsabschnitt 16 ist auf der Unterseite mit dem Wicklungsabschnitt 17 leitend verbunden, und zwar mit der äußeren Leitungswindung des Wicklungsabschnittes 17. Von dort werden rechtsdrehende spiralförmige Windungen durchlaufen, die wiederum teilweise von dem Wicklungsabschnitt 18 überdeckt werden. Mittels einer Via wird die Leitung auf die Oberseite des Leitersubstrates 6 geführt, wo sich die rechtsdrehenden spiralförmigen Windungen bis zur Leitungsklemme am äußeren Rand des Leitersubstrates 6 fortsetzen. Die Formen der Sekundärwicklung 2 sind spiegelbildlich zu der Form der Primärwicklung 1. Der Koppelwicklung 3 erstreckt sich in einer Schichtebene im Inneren des Leitersubstrates 6 korrespondierend zur Darstellung in 9.
Die 11 und 12 zeigen eine Ausführungsform des Übertragers, bei der die Koppelwicklung 3 auf der Ober- und Unterseite des Leitersubstrates 6 liegt und somit das gleiche Potential wie die Magnetkernringe 4, 5 hat. Ein Isolationsabstand zwischen den Magnetkernringen ist nicht erforderlich. Die Primärwicklung 1 sowie die Sekundärwicklung 2 verläuft in den Innenlagen des Leitersubstrates mit je einem halben Isolationsabstand zu den Magnetkernringen 4, 5 und zur Koppelwicklung 3. Die Kernhälften 41, 42 bzw. 51, 52 sind beispielsweise U-förmig gestaltet. Hier, wie in den anderen Ausführungsformen, können die Magnetkernringe auch in anderer Weise als dargestellt zusammengebaut werden, wobei die Hälften jeweils aus mehr als einem Teil bestehen können. So kann man beispielsweise vier Schenkelstäbe zu einem Magnetkernring zusammenfügen.
Die 13, 14 zeigen eine Ausführungsform des Übertragers mit E-förmigen Kernhälften 41, 42, die beim Zusammenschluss einen mittleren Steg korrespondierend zu dem Schenkel 44 bilden, der durch die Öffnung 61 im Leitersubstrat 6 hindurch reicht. Auch der andere Magnetkernringe 6 weist einen solchen mittleren Steg zur Bildung des Schenkels 54 auf. Der Schenkel 44 wird von der Primärwicklung 1 und der Schenkel 54 von der Sekundärwicklung 2 spiralförmig in zwei Schichtebenen 11, 14 umrundet, ähnlich wie dies in 9 dargestellt ist. Die Koppelwicklung 3 mit ihren Teilbereichen 34, 35 bildet eine geschlossene Schleife um die beiden mittleren Stege der Magnetkernringe. Es kann dies in zwei Schichtebenen 31, 32 innerhalb des Leitersubstrates 6 erfolgen.
Wegen der E-Form der Kernhälften 41, 42 bzw. 51, 52 werden jeweils drei Öffnungen 61, 62a, 62b bzw. 64, 63a, 63b in dem Leitersubstrat 6 benötigt. Je zwei dieser Öffnungen werden als Paare im Sinne der nachfolgenden Patentansprüche angesehen. Die Ausführungsform nach 13, 14 entspricht funktionell der Ausführungsform nach 8, 9. Es kann aber auch eine Bauweise gemäß 10 angewendet werden, wobei der dritte Schenkel 46 bzw. 56 noch für eine Hilfswicklung zur Verfügung steht. Auch könnte man für die Jochschenkel 44, 45 und 54, 55 die Bauweise nach 1, 2 bei freien Schenkeln 46, 56 zu Ersatzzwecken anwenden. Schließlich könnte man auch zwei oder drei Primärwicklungen und entsprechende Sekundärwicklungen miteinander, z. B. zwecks Ausfallersatzes, kombinieren.
Das plattenförmige Leitersubstrat 6 in allen Ausführungsformen wird vorzugsweise als Elektronik-Leiterplatte hergestellt. Die Herstellung als gespritztes Substrat ist jedoch auch möglich. Der Übertrager lässt sich sowohl als einzelnes Bauteil mit separater Leiterplatte herstellen, wobei dann dieses Bauteil auf einer Hauptleiterplatte bestückt werden muss, als auch direkt in eine Hauptleiterplatte integrieren.
Zu den beschriebenen Varianten können weitere Varianten hinzutreten. Beispielsweise ist es möglich, die Primärwicklung und/oder die Sekundärwicklung mit einer oder mehreren Mittenanzapfungen zu versehen.
Der Übertrager wird wie folgt hergestellt:
Es werden zweiteilige, Jochschenkel aufweisende ferromagnetische Kerne, wie beschrieben und dargestellt, bereitgestellt. Die ferromagnetischen Kerne enthalten zwei Hälften 41, 42, bzw. 51, 52, die zu einer geschlossenen Ringstruktur, den Magnetkernringen 4, 4a, 4b, 5, 5a, 5b, zusammengebaut werden können und nicht unbedingt aus nur zwei Teilen bestehen. Außerdem wird ein Leitersubstrat 6 mit wenigstens zwei Paaren von Aussparungen 61, 62, 63, 64 als Jochschenkel-Durchbrechungen bereitgestellt, und zwar für jeden Magnetkernring ein eigenes, von anderen Paaren getrenntes Paar von Aussparungen. Mindestens eine der beiden Aussparungen des ersten Paares, nämlich die Durchbrechung 61, ist von der Primärwicklung 1 umgeben hergestellt worden, ebenso die zweite Aussparung 64 des zweiten Paares hinsichtlich der Sekundärwicklung 2. Die andere Aussparung 62 des ersten Paares ist über die Koppelwicklung 3 mit der Aussparung 63 des benachbarten Paares von Aussparungen verknüpft.
Die Jochkernhälften 41, 42 bzw. 51, 52 werden dadurch zu den Magnetkernringen 4, 5 montiert, dass die Jochschenkel durch die zugehörigen Aussparungen des Leitersubstrates 6 durchgesteckt werden und die Joch-Kernhälften zur Bildung je eines magnetischen Kreises geschlossen werden. Dadurch wird die Primärwicklung 1 mit der Koppelwicklung 3 und über diese mit der Sekundärwicklung 2 elektromagnetisch verkettet.
Aus Vorstehendem ist ersichtlich, dass der erfindungsgemäße Übertrager einfach zu fertigen ist. Zwischen der Primärseite und der Sekundärseite kann eine Potentialtrennung erreicht werden, wie sie beispielsweise für explosionsgefährdete Bereiche nach der Norm EN 60079-11 gefordert wird. Dabei werden nur kleine Räume innerhalb der Ringstruktur der Magnetkernringe benötigt, da eine relativ große Packungsdichte der Wicklungen auf der Primärseite und der Sekundärseite möglich ist, ohne dass man auf die konventionelle Bewicklung der Jochschenkel zurückgreifen muss. Deshalb ist die wirtschaftliche Fertigung der neuen Übertrager möglich, auch bei miniaturisierter Bauweise der Übertrager.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005041131 A1 [0002]
US 2011/0140824 A1 [0003]
US 2011/0095620 A1 [0004]
EP 0715322 A1 [0005]
DE 202009002383 U1 [0006]
DE 102009037340 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm EN 60079-11 [0034]
EN 60079-11 [0035]
Norm EN 60079-11 [0049]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Planarübertragers, der mindestens zwei mit Jochschenkeln (44, 45; 54, 55) versehene, aus ferromagnetische Kernen aufgebaute Magnetkernringe (4, 5) und ein Leitersubstrat (6) zur Bildung einer Primärwicklung (1) und mindestens einer Sekundärwicklung (2) sowie mindestens einer Koppelwicklung (3) aufweist, wobei das Leitersubstrat einen plattenförmigen Träger der Magnetkernringe bildet, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen jeweils zweier Jochkernhälften (41, 42; 51, 52) für jeden ferromagnetischen Kern, die sich nach Schließen zu jeweils einem Magnetkernring (4, 5) ergänzen; b) Bereitstellen des Leitersubstrates (6) mit wenigstens zwei Paaren von Aussparungen (61, 62; 63, 64), die Durchbrechungen zur Aufnahme der Jochschenkel (44, 45; 54, 55) der ferromagnetischen Kerne bilden, wobei wenigsten eine (61) der beiden Aussparungen des ersten Paares von der Primärwicklung (1) umgeben ist und diese Aussparung (61) oder die andere Aussparung (62) des ersten Paares von einem ersten Teilbereich (34) der Koppelwicklung (3) umschlungen ist, wobei ferner wenigstens eine (64) der beiden Aussparungen des zweiten Paares von der Sekundärwicklung (2) umgeben ist und diese Aussparung (64) oder die andere Aussparung (63) des zweiten Paares von einem zweiten Teilbereich (35) der Koppelwicklung (3) umschlungen ist; c) Montieren der Jochkernhälften (41, 42; 51, 52) auf das Leitersubstrat (6), wobei die Jochschenkel (44, 45; 54, 55) durch ihre zugehörigen Aussparungen (61, 62; 63, 64) hindurchgreifen und sich wenigstens zwei Magnetringkerne (4, 5) bilden.
Planarübertrager, umfassend: – eine Primärwicklung (1), – wenigstens eine Sekundärwicklung (2), – wenigstens eine Koppelwicklung (3), – einen ersten, mit Jochschenkeln (44, 45) versehenen, aus einem ferromagnetischen Kern bestehenden Magnetkernring (4), der zwei Jochkernhälften (41, 42) enthält, – einen zweiten, mit Jochschenkeln (54, 55) versehenen, aus einem ferromagnetischen Kern bestehendem Magnetkernring (5), der zwei Jochkernhälften (51, 52) enthält, und – ein plattenförmiges Leitersubstrat (6) mit wenigstens zwei Paaren von Aussparungen (61, 62; 63, 64) die Durchbrechungen zur Aufnahme der Jochschenkel (44, 45; 54, 55) der ferromagnetischen Kerne bilden, wobei wenigstens eine (61) der beiden Aussparungen des ersten Paares von der Primärwicklung (1) umgeben ist und diese Aussparung (61) oder die andere Aussparung (62) des ersten Paares von einem ersten Teilbereich (34) der Koppelwicklung (3) umschlungen ist, wobei ferner wenigstens eine (64) der beiden Aussparungen des zweiten Paares von der Sekundärwicklung (2) umgeben ist und diese Aussparung (64) oder die andere Aussparung (63) von einem zweiten Teilbereich (35) der Koppelwicklung (3) umschlungen ist.
Planarübertrager nach Anspruch 2, wobei die Primärwicklung (1) einen spiralförmigen Verlauf in zwei oder mehreren Schichtebenen (11, 12, 13, 14) des plattenförmigen Leitersubstrates (6) einnimmt.
Planarübertrager nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei wenigstens eine Sekundärwicklung (2) einen spiralförmigen Verlauf in zwei oder mehreren Schichtebenen (21, 22, 23, 24) des plattenförmigen Leitersubstrates (6) einnimmt.
Planarübertrager nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein erforderlicher Isolationstrennabstand (L) zwischen Primärwicklung (1) und Sekundärwicklung (2) eingehalten wird und der Isolationstrennabstand (L) sich auf zwei Teilisolationsstrecken aufteilt, die zwischen Primärwicklung (1) und Koppelwicklung (3) einerseits und zwischen Koppelwicklung (3) und Sekundärwicklung (2) andererseits liegen.
Planarübertrager nach Anspruch 5, wobei die Primär- oder die Sekundärwicklung (1; 2) wenigstens ein Drittel Isolationsabstand (L/3) zu der Koppelwicklung (3) einhält.
Planarübertrager nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei im Falle von mehreren Lagen (31, 32) der Koppelwicklung (3) diese untereinander durch jeweils eine Funktionsisolierung voneinander getrennt sind, die relativ dünn gegenüber der Isolierung zur Gewinnung des Isolationstrennabstandes (L) ist.
Planarübertrager nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Primärwicklung (1) und die Sekundärwicklung (2) auch Außenlagen (11, 14; 21, 24) des Leitersubstrates (6) einnehmen, so dass der erste Magnetkernring (4) potentialmäßig zur Primärwicklung (1) und der zweite Magnetkernring (5) potentialmäßig zur Sekundärwicklung (2) zählen.
Planarübertrager nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Primärwicklung (1) und die Sekundärwicklung (2) sich auf Innenlagen (12, 13; 22, 23) des Leitersubstrates (6) beschränken und die Koppelwicklung (3) sich auf Außenlagen (31, 32) des Leitersubstrates (6) befindet, so dass benachbarte Magnetkernringe (4, 5) potentialmäßig zur Koppelwicklung (3) zählen.
Übertrager nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei im Falle von zwei oder mehreren Sekundärwicklungen (2a, 2b) die Koppelwicklung (3) mehrere Zweige (36, 37) aufweist.
Planarübertrager nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die Primärwicklung (1) und/oder die Sekundärwicklung (2) sich in mehreren Schichtebenen (11, 12, 13, 14; 21, 22, 23, 24) des plattenförmigen Leitersubstrates (6) erstreckt und dabei einen Abstand zu der Koppelwicklung (3) einnimmt.
Planarübertrager nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die Primärwicklung (1) und/oder die Sekundärwicklung (2) sich auf der Oberfläche des plattenförmigen Leitersubstrates (6), oder oberflächennah erstreckt und dabei nahe zu der zugehörigen Ringkernöffnung (43, 53) angeordnet ist, während die Koppelwicklung (3) einen zentralen Bereich der Ringkernöffnung (43, 53) einnimmt.
Planarübertrager nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei das plattenförmige Leitersubstrat (6) die Leiterplatte eines Übertragers darstellt, bei der die Koppelwicklung (3) komplett im Inneren der Leiterplatte befindet und die Primär- und Sekundärwicklungen (1, 2) in und auf der Leiterplatte angeordnet sind.
Planarübertrager nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei die Primärwicklung (1) und/oder die Sekundärwicklung (2) sich im Inneren des plattenförmigen Leitersubstrates (6) und die Koppelwicklung (3) sich auf dem Leitersubstrat, oder oberflächennah zu diesem, befinden.