(19)
(11) EP 0 276 419 B1

(12) EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT

(45) Hinweis auf die Patenterteilung:
10.06.1992  Patentblatt  1992/24

(21) Anmeldenummer: 87118025.3

(22) Anmeldetag:  05.12.1987
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)5H01F 31/00, H01F 27/30

(54)

Ringkerntransformator mit mindestens zwei Wicklungen

Toroidal-core transformer with at least two windings

Transformateur à noyau annulaire comprenant au moins deux enroulements


(84) Benannte Vertragsstaaten:
CH DE FR GB IT LI SE

(30) Priorität: 22.01.1987 DE 3701686

(43) Veröffentlichungstag der Anmeldung:
03.08.1988  Patentblatt  1988/31

(73) Patentinhaber: Vacuumschmelze GmbH
63450 Hanau (DE)

(72) Erfinder:
  • Gertz, Helmut
    D-2000 Hamburg 60 (DE)
  • Hundt, Harald
    D-6450 Hanau 1 (DE)


(56) Entgegenhaltungen: : 
EP-A- 0 070 783
DE-A- 2 450 481
US-A- 2 907 968
BE-A- 483 215
GB-A- 2 026 251
   
  • PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 10, Nr. 255 (E-433)[2311], 2. September 1986; & JP-A-61 84 011
   
Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen).


Beschreibung


[0001] Die Erfindung betrifft einen Ringkerntransformator mit mindestens zwei Wicklungen, die den Querschnitt des Ringkerns mit Abstand voneinander konzentrisch umgeben und sich am Ringkern bzw. über an zwei gegenüberliegenden Seiten des Querschnittes des Ringkerns zwischen den Wicklungen befindlichen Isolierringen abstützen.

[0002] Ein derartiger Ringkerntransformator ist beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 082 954 beschrieben. Hier ist ein Ringkerntransformator dargestellt, bei dem auf den ringförmigen Kern mit Abstand voneinander mehrere Spulen aufgebracht sind. Am oberen und unteren Ende des Ringkerns stützen sich die nicht unmittelbar um den Ringkern gewickelten Wicklungen über isolierende Abstandhalter (Isolierringe) gegeneinander und gegen den Ringkern ab.

[0003] Diese bekannte Anordnung beschreibt einen Leistungstransformator mit einer Ölfüllung als Isoliermaterial, bei dem die äußeren Wicklungen (Sekundärwicklungen) aus einzelnen, biegefesten und damit sich selbst tragenden Leiterstäben, die mit dazu quer verlaufenden Querstreben verbunden sind, zusammengesetzt sind. Der Abstand zwischen den an der Innen- und Außenseite des Ringkerns befindlichen Leiterstäben ist damit durch die Länge der senkrecht dazu verlaufenden Querstreben bestimmt.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen besonders einfachen und flexibel einsetzbaren Aufbau für einen Ringkerntransformator anzugeben, der hohe Spannungen bei kleinstmöglichen Abmessungen zwischen den einzelnen Wicklungen zuläßt.

[0005] Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Ringkerntransformator erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0006] Besonders geeignet ist der neue Ringkerntransformator, wenn eine Isolierung aus einer Vergußmasse, z. B. Kunstharz, vorgesehen werden soll und gewisse Mindestabstände zwischen den einzelnen Wicklungen eingehalten werden müssen. Hier war es bisher erforderlich, die äußeren Wicklungen um trogartige Behälter herumzuwickeln, in derem Inneren sich der Ringbandkern - gegebenenfalls bereits mit einer Wicklung versehen - befand. Hier diente der Trog als Stütze und als Wickelkörper für die äußere Wicklung. Beim Vergießen eines derartigen Transformators mit einer Isolierstoffmasse oder beim Betrieb dieses Transformators in einer Ölfüllung ist es aber unvermeidlich, daß zwischen verschiedenen Isoliermitteln mindestens an einigen Stellen die elektrischen Feldlinien parallel oder nahezu parallel zu einer Oberfläche eines Isolierkörpers verlaufen.

[0007] Dieses wird durch die neue Anordnung weitgehend vermieden. Dies gilt insbesondere, wenn man die Isolierringe dachförmig ausbildet oder wenn man an ihnen Vorsprünge vorsieht, die in der Nähe des inneren oder äußeren Randes der Isolierringe so angebracht sind, daß sie in den Zwischenraum zwischen zwei Wicklungen hineinragen.

[0008] Ein weiterer Vorteil, der sich durch die Anwendung von Isolierringen als Wickelkörper für eine äußere Wicklung eines Ringkerntransformators ergibt, liegt darin, daß mit dem gleichen Material und den gleichen Isolierringen Transformatoren mit unterschiedlichen Kernhöhen hergestellt werden können. Hierdurch ist eine besonders flexible Anpassung an unterschiedliche Kernabmessungen gegeben.

[0009] Außerdem wird durch die Verwendung der Isolierringe als Wickelkörper erreicht, daß eine sehr geringe Oberfläche im Vergleich zu anderen, sonst notwendigen Wickelkörpern vorhanden ist. Dadurch werden beispielsweise bei Ringkerntransformatoren mit Vergußmasse die bei Temperaturwechsel auftretenden Probleme mit der Haftung unterschiedlicher Isoliermaterialien aneinander entscheidend verringert.

[0010] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.

[0011] Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Ringkerntransformator, der aus einem Gehäuse 1 besteht, der mit Vergußmasse 2 gefüllt ist und einen eingegossenen Ringkerntransformator enthält. Der Ringkerntransformator besitzt eine äußere Wicklung 3, die um zwei dachförmig ausgebildete Isolierringe 4 und 5 herumgewickelt ist und sich an diesen Isolierringen abstützt. Die Isolierringe 4 und 5 liegen ihrerseits an einer mittleren Wicklung 6 an, die um Isolierringe 7 und 8 herumgewickelt ist. Die Isolierringe 7 und 8 sind ebenfalls dachförmig ausgebildet und mit der gleichen Dachschräge versehen wie die Isolierringe 4 und 5. Sie besitzen jedoch in dem dargestellten Querschnitt eine geringere Breite als die Isolierringe 4 und 5 für die äußere Wicklung 3, so daß die in Figur 1 senkrecht verlaufenden Teile der Windungen der äußeren Wicklung 3 und der mittleren Wicklung 6 einen definierten Abstand voneinander besitzen.

[0012] Die inneren Isolierringe 7 und 8 liegen an gegenüberliegenden Seiten eines Ringkerns 9 an, der im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 von einer weiteren Wicklung 10 umgeben ist, die direkt auf den Ringkern bzw. auf eine den Ringkern umgebende Isolierschicht gewickelt ist.

[0013] Figur 2 zeigt einen Isolierring mit bestimmten Merkmalen, wie sie einzeln oder zusammen für die Isolierringe 4, 5, 7 und 8 in Figur 1 verwendet werden können. Der Isolierring nach Figur 2 ist wiederum im Querschnitt dachförmig ausgebildet, obgleich im Prinzip auch ein ebener Isolierring anwendbar wäre.

[0014] Sie besitzt an den höchsten Stellen des Daches Bohrungen 11, die den Durchtritt von Vergußmasse bzw. das Entweichen von Luft beim Vergießen gewährleisten, sowie am inneren und äußeren Umfang Nuten 12, in die die Leiter beim Wickeln eingelegt und fixiert werden können. Vorzugsweise sind die Bohrungen 11 so angeordnet, daß sie sich zwischen zwei Leitern befinden. Um den Kriechweg längs der Oberfläche einer Isolierung zu vergrößern, ist es weiterhin möglich, an bestimmten Stellen des Umfangs - z.B. zum Trennen verschiedener, auf den gleichen Isolierring gewickelter Wicklungen - Vertiefungen 13 oder Erhöhungen 14 vorzusehen.

[0015] Figur 3 zeigt den Ringkern 9, mit der inneren Wicklung 10, einem isolierring 7 und der mittleren Wicklung 6 vergrößert im Ausschnitt. Hier ist erkennbar, daß bei gleichbleibenden Dicken der im Querschnitt dachförmig geformte Isolierring 7 keine Oberfläche des Isolierrings 7 parallel zu den zwischen den Wicklungen 6 und 10 sich ausbildenden Feldlinien verläuft.

[0016] Bezeichnet man den Neigungswinkel des Daches für den Isolierring 7 mit w, den waagerechten Abstand der Wicklung mit a und die durch Pfeile gekennzeichneten Oberflächenabschnitte des Isolierrings 7 mit a1 und a2, so gilt für die Summe der Entfernung längs der Oberfläche:






[0017] Die Klammer ist immer größer als 1, sofern w von 0 und 90° verschieden ist. Die dachförmige Ausbildung des Querschnitts der Isolierringe besitzt also nicht nur den Vorteil, daß sich die Wicklungen auf dem Kern selbst zentrieren, sondern bewirkt einerseits eine Verlängerung der zwischen zwei Wicklungen vorhandenen Abstände längs der Oberfläche des Isolierrings und verhindert andererseits, daß Isolieroberflächen parallel zu den elektrischen, sich zwischen Leitern verschiedener Wicklungen ausbildenden Feldlinien verlaufen.

[0018] Diese Wirkung läßt sich noch vergrößern, wenn man, wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt, die Isolierringe 7 mit Vorsprüngen 15 bzw. 16 versieht, die in den Raum zwischen den Wicklungen hineinragen.

[0019] Obgleich in den Figuren nur rechteckförmige Kerne dargestellt sind, lassen sich - ohne Änderung des Prinzips -entsprechende, die Wicklung tragende Isolierringe auch für Stufenkerne oder runde Kernquerschnitte einsetzen.

[0020] Obgleich der Ringkerntransformator für aushärtbare Vergußmassen als Isolation besonders geeignet ist, kann er ohne Änderung des Aufbaus auch mit Ölisolierung oder anderen flüssigen oder gasförmigen Isolationsmitteln betrieben werden. Wegen des offenen Aufbaus des erfindungsgemäßen Ringkerntransformators kann das Isoliermittel unmittelbar die Wicklungen und den Kern umspülen, so daß eine sehr gute Wärmeabfuhr gewährleistet ist.


Ansprüche

1. Ringkerntransformator mit mindestens zwei Wicklungen (6,10), die den Querschnitt des Ringkerns (9) mit Abstand voneinander konzentrisch umgeben und sich am Ringkern (9) bzw. über an zwei gegenüberliegenden Seiten des Querschnittes des Ringkerns zwischen den Wicklungen (6,10) befindlichen Isolierringen (7,8) abstützen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Isolierringe (4, 5, 7, 8) dach- bzw. kegelförmig oder kreissegmentformig ausgebildet ist, so daß sie sich auf dem Ringkerm (9) oder auf der jeweils inneren Wicklung (6,10) selbst zentrieren, und daß die äußeren Wicklungen (3,6) aus flexiblen, sich nicht selbsttragenden elektrischen Leitern bestehen und sich an den Isolierringen (4,5,7,8) abstützen, so daß der Abstand (a) der Wicklungen an den nicht mit Isolierringen versehenen Seiten des Querschnittes des Ringkerns (9) durch die gewählte Breite der jeweiligen Isolierringe (4,5,7,8) gegeben ist.
 
2. Ringkerntransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierringe Bohrungen (11) zum Durchtritt von Luft aufweisen.
 
3. Ringkerntransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierringe am inneren und/oder äußeren Rand der Breite der Isolierringe Vorsprünge (15, 16) besitzen, die in den Zwischenraum zwischen zwei Wicklungen (6, 10) hineinragen.
 
4. Ringkerntransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierringe auf der dem Ringkern (9) abgewandten Seite der Oberfläche radial gerichtete Erhöhungen (14) oder Vertiefungen (13) zur Verlängerung der Kriechstrecke benachbarter Windungen der auf die Isolierringe gewickelten Wicklung aufweisen.
 
5. Ringkerntransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierringe am inneren und äußeren Rand Nuten (12) zur Halterung der Windungen der auf die Isolierringe gewickelten Wicklung aufweisen.
 
6. Ringkerntransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkerntransformator in eine aushärtbare, isolierende Vergußmasse eingegossen ist.
 


Claims

1. A toriodal core transformer comprising at least two windings (6, 10) which concentrically surround the cross-section of the toroidal core (9) at a distance from one another and are supported by the toriodal core (9) and by insulating rings (7, 8) which are arranged on two opposite sides of the cross-section of the toroidal core between the windings (6, 10), characterised in that the cross-section of the insulating rings (4, 5, 7, 8) is designed to be roof-shaped or conical or circular-segment-shaped, so that they are centred on the toroidal core (9) or on the respective inner winding (6, 10) itself, and that the outer windings (3, 6) consist of flexible, non-self-supporting electrical conductors and bear against the insulating rings (4, 5, 7, 8) so that the distance (a) between the windings on the sides of the cross-section of the toroidal core (9) not provided with insulating rings is governed by the selected width of the respective insulating rings (4, 5, 7, 8).
 
2. A toroidal core transformer as claimed in Claim 1, characterised in that the insulating rings contain bores (11) for the passage of air.
 
3. A toroidal core transformer as claimed in Claim 1, characterised in that at the inner and/or outer edge of the width of the insulating rings they are provided with projections (15, 16) which project into the interspace between two windings (6, 10).
 
4. A toroidal core transformer as claimed in claim 1, characterised in that on the side of the surface facing away from the toroidal core (9), the insulating rings comprise radially directed elevations (14) or recesses (13) to extend the creepage paths of adjacent turns of the winding wound onto the insulating rings.
 
5. A toroidal core transformer as claimed in Claim 1, characterised in that at the inner and outer edges the insulating rings contain grooves (12) for the retention of the turns of the winding wound onto the insulating rings.
 
6. A toroidal core transformer as claimed in Claim 1, characterized in that the toroidal core transformer is cast in an hardenable, insulating casting compound.
 


Revendications

1. Transformateur à noyau annulaire avec au moins deux enroulements (6, 10), qui entourent concentriquement la section du noyau annulaire (9) avec entre eux un intervalle concentrique et qui s'appuient sur le noyau annulaire (9) ou bien par l'intermédiaire d'anneaux isolants (7, 8) se trouvant entre les enroulements (6, 10), sur les côtés en vis-à-vis de la section du noyau annulaire ;
transformateur caractérisé par le fait que :
la section transversale des anneaux isolants (4, 5, 7, 8) est construite en forme de toit, de cône ou d'arc de cercle, de sorte que les enroulements se centrent d'eux-mêmes sur le noyau annulaire (9) ou selon le cas, sur les enroulements (6, 10) intérieurs, et que les enroulements (3, 6) extérieurs se composent de conducteurs électriques souples, non autoporteurs et qui s'appuient sur les anneaux isolants (4, 5, 7, 8), de sorte que l'intervalle (a) des enroulements, par rapport aux côtés non isolés de la section du noyau annulaire (9), est donné par la longueur choisie des anneaux isolants (4, 5, 7, 8).
 
2. Transformateur à noyau annulaire, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les anneaux isolants présentent des perçages (11) pour le passage de l'air.
 
3. Transformateur à noyau annulaire, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les anneaux isolants possèdent des saillies (15, 16) sur le bord intérieur et/ou extérieur de la largeur de l'anneau isolant, qui pénètrent dans l'intervalle entre les deux enroulements (6, 10).
 
4. Transformateur à noyau annulaire, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les anneaux isolants présentent sur la face opposée au noyau, les élévations (14) dirigées radialement, ou bien des cavités (13), en vue d'allonger les chemins de fuite à proximité des spires du bobinage disposé sur l'anneau isolant.
 
5. Transformateur à noyau circulaire, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les anneaux isolants présentent sur les bords intérieurs et extérieurs des rainures de maintien des spires du bobinage disposé sur l'anneau isolant.
 
6. Transformateur à noyau circulaire, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transformateur à noyau annulaire est enrobé dans une masse coulée isolante et rigide.
 




Zeichnung