Title:
Mit Spalten versehener Transformator
Kind Code:
A1


Abstract:

Der Transformator umfasst einen Außenumfangs-Eisenkern und wenigstens drei Eisenkernspulen, die die Innenfläche des Außenumfangs-Eisenkerns berühren. Jede der wenigstens drei Eisenkernspulen umfasst einen Eisenkern und wenigstens eine aus einer primären Spule und einer sekundären Spule, die um diesen Eisenkern gewickelt ist. Zwischen zwei zueinander benachbarten der wenigstens drei Eisenkerne oder zwischen den wenigstens drei Eisenkernen und einem im Zentrum des Außenumfangs-Eisenkerns positionierten mittleren Eisenkern sind magnetisch koppelbare Spalte gebildet. embedded image




Inventors:
Shirouzu, Masatomo (Yamanashi, Oshino-mura, JP)
Tsukada, Kenichi (Yamanashi, Oshino-mura, JP)
Application Number:
DE102017130089A
Publication Date:
06/28/2018
Filing Date:
12/15/2017
Assignee:
FANUC CORPORATION (Yamanashi, Oshino-mura, JP)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
Meissner Bolte Patentanwälte Rechtsanwälte Partnerschaft mbB, 80538, München, DE
Claims:
Transformator (5), umfassend
einen Außenumfangs-Eisenkern (20); und
wenigstens drei Eisenkernspulen (31 bis 33), die die Innenfläche des Außenumfangs-Eisenkerns berühren oder mit dieser Innenfläche verbunden sind,
wobei jede der wenigstens drei Eisenkernspulen einen Eisenkern (41 bis 43) und wenigstens eine (51 bis 53) aus einer primären Spule und einer sekundären Spule, die um diesen Eisenkern gewickelt ist, umfasst,
wobei zwischen zwei zueinander benachbarten der wenigstens drei Eisenkerne oder zwischen den wenigstens drei Eisenkernen und einem im Zentrum des Außenumfangs-Eisenkerns positionierten mittleren Eisenkern magnetisch koppelbare Spalte (101 bis 104) gebildet sind.

Transformator nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der wenigstens drei Eisenkernspulen bei der ersten Form ein Vielfaches von drei beträgt.

Transformator nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der wenigstens drei Eisenkernspulen bei der ersten Form eine gerade Zahl von vier oder mehr beträgt.

Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Eisenkerne aus mehreren Eisenkernabschnitten (41a bis 43b) gebildet sind.

Transformator nach Anspruch 4, wobei zwischen den mehreren Eisenkernabschnitten magnetisch koppelbare Eisenkernabschnittsspalte (111a bis 114b) gebildet sind.

Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Außenumfangs-Eisenkernabschnitt aus mehreren Au-ßenumfangs-Eisenkernabschnitten (21 bis 24) gebildet ist.

Transformator nach Anspruch 6, wobei zwischen den mehreren Außenumfangs-Eisenkernabschnitten magnetisch koppelbare Außenumfangs-Eisenkernabschnittsspalte (61 bis 64) gebildet sind.

Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zwischen den Eisenkernen der wenigstens drei Eisenkernspulen und dem Außenumfangs-Eisenkern magnetisch koppelbare Außenumfangs-Eisenkernspalte (111c bis 114c) gebildet sind.

Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Spaltmaterial (71), das ein nichtmagnetisches Material ist, oder ein Isolierpapier oder ein Harz in die Spalte, in die Eisenkernabschnittsspalte, in die Außenumfangs-Eisenkernabschnittsspalte oder in die Au-ßenumfangs-Eisenkernspalte des Transformators eingefügt ist oder gefüllt ist.

Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Spaltmaterial (72), das ein nichtmagnetisches Material ist, oder ein Isoliermaterial oder ein Harz an die Innenseite des Außenumfangs-Eisenkerns des Transformators gefüllt ist.

Motorantriebsvorrichtung, die mit einem Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 10 versehen ist.

Maschine, die mit einer Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 11 versehen ist.

Gleichrichtungsvorrichtung, die mit einem Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 10 versehen ist.

Maschine, die mit einer Gleichrichtungsvorrichtung nach Anspruch 13 versehen ist.

Description:
Allgemeiner Stand der TechnikGebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mit Spalten versehenen Transformator.

Beschreibung des Stands der Technik

Transformatoren nach dem Stand der Technik umfassen einen mit mehreren Schenkelabschnitten versehenen U-förmigen oder E-förmigen Eisenkern und um diesen Eisenkern gewickelte Spulen. Da diese Spulen an der Außenseite des Transformators freiliegen, entsteht durch den von den Spulen gestreuten Magnetfluss in dem Metallbereich in der Nähe der Spulen ein Wirbelstrom. Dadurch besteht das Problem, dass sich der Metallbereich in der Nähe der Spulen erwärmt. Da insbesondere bei Transformatoren, die Öl enthalten, eine Unterbringung des Transformator in einem Lagerbehälter aus einem Metall erfolgt, ist es nötig, eine Erwärmung des Lagerbehälters aus einem Metall durch den von den Spulen gestreuten Magnetfluss zu unterdrücken.

Zur Lösung dieses Problems werden in der Patentauslegeschrift Hei-5-52650 Abschirmplatten in der Umgebung der Spulen angeordnet oder in der Patentschrift Nr. 5701120 Abschirmplatten auf die Innenseite des Lagerbehälters aufgebracht. Dadurch wird eine Erwärmung des Metallbereichs in der Nähe der Spulen oder des Lagerbehälters unterdrückt.

Übrigens unterscheidet sich bei einem herkömmlichen Dreiphasentransformator, der einen E-förmigen Eisenkern umfasst, die Magnetpfadlänge der Phase in der Mitte von den Magnetpfadlängen der Phasen an den beiden Enden. Daher besteht das Problem, dass es nötig ist, das Gleichgewicht der drei Phasen durch unterschiedliches Gestalten der Windungszahl der Phasen in der Mitte und der Windungszahl der Phasen an den beiden Enden zu regulieren.

In der Patentschrift Nr. 4646327 und in der Patentoffenlegungsschrift 2013-42028 sind dreiphasige elektromagnetische Vorrichtungen offenbart, die um mehrere strahlenförmig angeordnete Magnetkerne gewickelte Hauptwicklungen und um Magnetkerne, die eine Kopplung zwischen den mehreren Magnetkernen vornehmen, gewickelte Steuerwicklungen umfassen. In einem solchen Fall kann das Gleichgewicht der drei Phasen reguliert werden.

Offenbarung der Erfindung

Doch da die Steuerwicklungen bei der Patentschrift Nr. 4646327 und der Patentoffenlegungsschrift 2013-42028 ganz außen an der elektromagnetischen Vorrichtung positioniert sind, besteht das Problem, dass der Magnetfluss der Steuerwicklungen nach außen streut. Da es außerdem nötig ist, zusätzlich zu den Hauptwicklungen Steuerwicklungen bereitzustellen, wird die elektromagnetische Vorrichtung großformatig.

Außerdem sind bei einem Transformator für einen Wandler die Schenkelabschnitte in einer beliebigen Anzahl, um die die Wicklungen an der Gleichstromseite und die Wicklungen an der Wechselstromseite gewickelt sind, aus einem mit Spalten versehenen Eisenkern gebildet. An die Wicklungen an der Gleichstromseite sind Thyristoren jeweils unabhängig angeschlossen, und die Wicklungen an der Wechselstromseite sind untereinander seriell verbunden an eine Stromquelle angeschlossen. Ein derartiger mit Spalten versehener Eisenkern dient für Umwandlungsvorrichtungen vom sogenannten seriellen Multispannungstyp, und es werden gute Eigenschaften im Hinblick auf das rasche Ansprechen des Betriebs und den Leistungsfaktor und die Hochfrequenz der Stromquellenseite erhalten.

Was den Eisenkern eines gewöhnlichen Transformators betrifft, sind die Stanzplatten-Verbindungsbereiche von Siliziumstahlplatten klein ausgeführt, ist der Magnetwiderstand gering gestaltet, und sind der Eisenverlust/der Anregungsstrom und das Schwingungsgeräusch gering gestaltet. Was im Gegensatz dazu den Eisenkern eines Transformators für einen Wandler betrifft, ist es aus den folgenden beiden Gründen nötig, Spalte zu bilden und den Magnetwiderstand bis zu einem gewissen Grad groß zu gestalten.

(1) Durch eine geringfügige Abweichung des Einschalttimings oder eine Abweichung bei der Steuerung eines Thyristors und eine Abweichung der Impedanzeigenschaften eines Kreises, der den Transformator enthält, oder dergleichen entsteht ein Strom einer Gleichstromkomponente. Wenn dieser Gleichstrom in die Wicklung an der Gleichstromseite fließt, entsteht in dem Eisenkern eine Gleichstromvormagnetisierung und wird der Eisenkern gesättigt. Als Folge steigt der Anregungsstrom an, verschlechtern sich die Eigenschaften als Leistungswandlervorrichtung und nimmt der Verlust in dem Transformator für den Wandler zu und wird das Schwingungsgeräusch stark. Es ist schwierig, die Entstehung einer Gleichstromvormagnetisierung völlig zu verhindern. Folglich ist es nötig, passende Spalte zu bilden, damit der Eisenkern auch dann nicht gesättigt wird, wenn ein Gleichstrom in einem Ausmaß von etwa 1 % des Nennstroms fließt.

(2) Es ist nötig, die geteilte Spannung der untereinander seriell verbundenen Wicklungen an der Wechselstromseite einheitlich zu gestalten und den Betrieb als Leistungswandlervorrichtung gut aufrechtzuerhalten. Dazu ist es nötig, die Anregungsimpedanz, das heißt, den Magnetwiderstand, zwischen den einzelnen Phasen des Transformators für den Wandler gleich zu gestalten. Wenn bei dem Eisenkern keine Spalte ausgebildet sind, wird es aufgrund von Schwankungen der magnetischen Eigenschaften durch das Material des Eisenkerns und Uneinheitlichkeiten bei den Zwischenräumen der Stanzplatten-Verbindungsbereiche usw. schwierig, den Magnetwiderstand gleich zu gestalten. Wenn im Gegensatz dazu bei dem Eisenkern Spalte ausgebildet sind, wird die Schwankung der Anregungsimpedanz durch eine derartige Produktionssteuerung, dass die Spaltlänge gleich wird, auf ein Ausmaß innerhalb eines Bereichs von einigen Prozent gedrückt.

Außerdem liegt die bei einer herkömmlichen Leistungswandlervorrichtung erforderliche Kapazität des Transformators in einem Bereich bis zu einigen zehn MV A. Folglich liegt die Spaltdicke auch bei einer Anzahl der Spalte pro Schenkelabschnitt des Transformators von eins in einem Bereich von einigen mm, was kein Problem darstellt.

Doch da bei einer Leistungswandlervorrichtung, bei der die benötigte Kapazität des Transformators einige hundert MV A beträgt, auch die Eisenkerne des Transformators für den Wandler großformatig werden, ist es nötig, die Dicke des Spalts auf 10 mm oder mehr einzurichten. Als Folge wird die Ausbreitung des Magnetflusses an dem Spalt groß, wird die an den Endflächen des Eisenkerns senkrecht eindringende Randflusskomponente groß und nimmt die lokale Erwärmung zu. Außerdem wird die in dem Spalt gespeicherte magnetische Energie groß und nimmt das Schwingungsgeräusch zu. Daher ist die Gestaltung und Herstellung als tatsächliches Erzeugnis ziemlich schwierig und unwirtschaftlich.

Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts dieser Umstände und hat die Aufgabe, einen Transformator bereitzustellen, bei dem ein Streuen des Magnetflusses in die Umgebung unterdrückt wird, und der nicht großformatig ausgeführt wird.

Nach einer Erfindung zur Erfüllung der oben genannten Aufgabe wird ein Transformator bereitgestellt, der einen Au-βenumfangs-Eisenkern und wenigstens drei Eisenkernspulen, die die Innenfläche des Außenumfangs-Eisenkerns berühren oder mit dieser Innenfläche verbunden sind, umfasst, wobei jede der wenigstens drei Eisenkernspulen einen Eisenkern und wenigstens eine aus einer primären Spule und einer sekundären Spule, die um diesen Eisenkern gewickelt ist, umfasst, wobei zwischen zwei zueinander benachbarten der wenigstens drei Eisenkerne oder zwischen den wenigstens drei Eisenkernen und einem im Zentrum des Außenumfangs-Eisenkerns positionierten mittleren Eisenkern magnetisch koppelbare Spalte gebildet sind.

Da die Eisenkernspulen, für die eine Wicklung auf einen Eisenkern gewickelt wurde, bei der ersten Erfindung innerhalb des Außenumfangs-Eisenkerns angeordnet sind, kann der Streumagnetfluss von den Wicklungen in die Umgebung verringert werden. Ferner ist es nicht nötig, Abschirmplatten wie bei dem Stand der Technik auszubilden und kann ein kleinformatiger Transformator gebildet werden. Da außerdem bei einem Dreiphasentransformator die Magnetpfadlänge der drei Phasen strukturell gleich wird, werden die Gestaltung und die Herstellung einfach. Da ferner das Verhältnis der primären Eingangsspannung und der sekundären Ausgangsspannung fest ist, werden keine Steuerwicklungen erforderlich und kann der Transformator noch kleinformatiger gestaltet werden.

Diese Aufgabe, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wie auch andere Aufgaben, Vorteile und Merkmale werden aus der ausführlichen Erklärung typischer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt sind, noch klarer werden.

Figurenliste

  • 1 ist eine Schrägansicht eines Transformators auf Basis einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2A ist eine Schnittansicht des in 1 gezeigten Transformators.
  • 2B ist eine Schnittansicht eines Transformators bei einer zweiten Ausführungsform.
  • 3 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine Schnittansicht eines anderen Transformators auf Basis einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 9 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 11 ist eine Ansicht, die eine Maschine oder Vorrichtung zeigt, welche den Transformator der vorliegenden Erfindung enthält.
  • 12 ist eine schematische Ansicht, die einen Transformator bei dem Stand der Technik zeigt.
  • 13 ist eine schematische Ansicht, die einen wie in 2A gezeigten Transformator zeigt.
  • 14 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 15 ist eine Schnittansicht eines anderen Transformators auf Basis einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 16 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 17 ist eine Schnittansicht eines anderen Transformators auf Basis der dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 18 ist eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung.
  • 19 ist eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung.
  • 20 ist eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung.
  • 21 ist eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung.
  • 22 ist eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung.
  • 23 ist eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung.
  • 24 ist eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung.
  • 25 ist eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung.
  • 26 ist eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung.
  • 27 ist eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung.
  • 28 ist eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Erklärung

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nachstehend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erklärt. In den nachstehenden Zeichnungen sind gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Zur Erleichterung des Verständnisses ist der Maßstab dieser Zeichnungen beliebig verändert.

1 ist eine Schrägansicht eines Transformators auf Basis einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ferner ist 2A eine Schnittansicht des in 1 gezeigten Transformators. Wie in 1 gezeigt umfasst der Transformator 5 einen Außenumfangs-Eisenkern 20 mit einer sechseckigen Querschnittform und wenigstens drei Eisenkernspulen 31 bis 33, die die Innenfläche des Außenumfangs-Eisenkerns 20 berühren oder damit verbunden sind. Der Au-βenumfangs-Eisenkern 20 kann auch eine runde oder eine andere vieleckige Form aufweisen.

Jede der Eisenkernspulen 31 bis 33 umfasst einen Eisenkern 41 bis 43 und eine um den Eisenkern 41 bis 43 gewickelte Spule 51 bis 53. Jede der in 1 und 2A usw. gezeigten Spulen 51 bis 53 kann beide aus einer primären Spule und einer sekundären Spule umfassen. Diese primären Spulen und sekundären Spulen können übereinander oder abwechselnd auf einen gleichen Eisenkern gewickelt sein. Die primären Spulen und die sekundären Spulen können auch auf verschiedene Eisenkerne gewickelt sein. Der Außenumfangs-Eisenkern 20 und die Eisenkerne 41 bis 43 werden durch Schichten mehrerer Eisenplatten, Kohlenstoffstahlplatten, elektromagnetischer Stahlplatten oder amorpher Körper oder aus einem magnetischen Körper wie einem Presspulverkern oder Ferrit hergestellt.

Wie aus 2A erkennbar ist, weisen die Eisenkerne 41 bis 43 untereinander gleiche Abmessungen auf, und sind sie in der Umfangsrichtung des Außenumfangs-Eisenkerns 20 in gleichen Abständen angeordnet. In 2A berühren die jeweiligen Enden an der Außenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 43 den Außenumfangs-Eisenkern 20.

Ferner laufen die jeweiligen Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 43 in 2A usw. zu der Mitte des Außenumfangs-Eisenkerns 20 hin zusammen und beträgt ihr Spitzenendwinkel etwa 120 Grad. Die Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 43 sind voneinander über magnetisch koppelbare Spalte 101 bis 103 getrennt.

Mit anderen Worten ist bei der ersten Ausführungsform das Ende an der Innenseite in der radialen Richtung des Eisenkerns 41 über Spalte 101, 103 von den jeweiligen Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der benachbarten beiden Eisenkerne 42, 43 getrennt. Dies gilt auch für die anderen Eisenkerne 42, 43. Es ist ideal, wenn die Abmessungen der Spalte 101 bis 103 untereinander gleich sind, doch brauchen sie nicht gleich zu sein. Bei später beschriebenen Ausführungsformen kann auf die Beschriftung der Spalte 101 bis 103 usw. und auf die Beschriftung der Eisenkernspulen 31 bis 33 usw. verzichtet sein.

Somit sind die Eisenkernspulen 31 bis 33 bei der ersten Ausführungsform an der Innenseite des Außenumfangs-Eisenkerns 20 angeordnet. Mit anderen Worten sind die Eisenkernspulen 31 bis 33 von dem Außenumfangs-Eisenkern 20 umgeben. Daher kann das Streuen des Magnetflusses von den Spulen 51 bis 53 nach außerhalb des Außenumfangs-Eisenkerns 20 verringert werden. Das heißt, da durch stärkeres Verringern des Streumagnetflusses als bei dem Stand der Technik ein nicht länger streuender Magnetfluss durch das Innere der Eisenkerne verläuft, kann der Anteil der gegenseitigen Induktivität in Bezug auf die Eigeninduktivität hoch werden und daher ein effektiver Transformator mit noch geringerem Verlust verwirklicht werden.

Der in 1 usw. gezeigte Transformator 5 kann als Dreiphasentransformator verwendet werden. Da in diesem Fall die Magnetpfadlänge der drei Phasen strukturell gleich wird, sind die Gestaltung und die Herstellung einfach. Da ferner das Verhältnis der primären Eingangsspannung und der sekundären Ausgangsspannung fest ist, sind die Steuerspulen des Stands der Technik nicht erforderlich. Daher kann eine großformatige Ausführung des Transformators 5 vermieden werden.

Ferner ist 2B eine Schnittansicht eines Transformators bei einer zweiten Ausführungsform. In 2B ist jeder der Eisenkerne 41 bis 43 aus einem spitzenendseitigen Eisenkernabschnitt 41a bis 43a und einem basisendseitigen Eisenkernabschnitt 41b bis 43b gebildet.

In diesem Fall werden die Spulen 51 bis 53 in einem Zustand, in dem nur die basisendseitigen Eisenkernabschnitte 41b bis 43b an dem Außenumfangs-Eisenkern 20 angebracht sind, auf die basisendseitigen Eisenkernabschnitte 41b bis 43b gewickelt. Anschließend können die spitzenendseitigen Eisenkernabschnitte 41a bis 43a wie dargestellt eingesetzt werden.

Man wird verstehen, dass dadurch die Anbringung der Spulen 51 bis 53 einfach wird und die Leichtigkeit des Zusammenbaus gesteigert wird. Zu diesem Zweck ist es günstig, wenn die Spulen 51 bis 53 nicht in dem Bereich zwischen den spitzenendseitigen Eisenkernabschnitten 41a bis 43a und den basisendseitigen Eisenkernabschnitten 41b bis 43b angeordnet werden. Jeder der Eisenkerne 41 bis 43 kann auch aus drei oder mehr Eisenkernabschnitten gebildet sein.

Es ist günstig, wenn die Kontaktflächen zwischen den spitzenendseitigen Eisenkernabschnitten 41a bis 43a und den basisendseitigen Eisenkernabschnitten 41b bis 43b und die Kontaktflächen zwischen den basisendseitigen Eisenkernabschnitten 41b bis 43b und dem Außenumfangs-Eisenkern 20 hochglanzbearbeitet werden oder zu einem Passaufbau ausgeführt werden. Dadurch kann verhindert werden, dass zwischen den spitzenendseitigen Eisenkernabschnitten 41a bis 43a und den basisendseitigen Eisenkernabschnitten 41b bis 43b und zwischen den basisendseitigen Eisenkernabschnitten 41b bis 43b und dem Außenumfangs-Eisenkern 20 Spalte gebildet werden.

3 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der in 3 gezeigte Transformator 5 umfasst einen Außenumfangs-Eisenkern 20 und wie oben beschriebene Eisenkernspulen 31 bis 36, die wechselseitig magnetisch mit dem Außenumfangs-Eisenkern 20 gekoppelt sind. Jede der Eisenkernspulen 31 bis 36 umfasst in der radialen Richtung verlaufende Eisenkerne 41 bis 46 und um diese Eisenkerne gewickelte Spulen 51 bis 56.

Der Spitzenendwinkel des Endes an der Innenseite in der radialen Richtung jedes Eisenkerns 41 bis 46 des in 3 gezeigten Transformators 5 beträgt etwa 60 Grad. Die Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 46 sind voneinander über magnetische koppelbare Spalte 101 bis 106 getrennt. Somit kann der Transformator 5 Eisenkernspulen in der Anzahl eines Vielfachen von drei umfassen und kann der Transformator in diesem Fall als Dreiphasentransformator verwendet werden.

4 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 4 gezeigt umfasst der Transformator 5 einen Außenumfangs-Eisenkern 20 und vier Eisenkernspulen 31 bis 34, die wechselseitig magnetisch mit dem Außenumfangs-Eisenkern 20 gekoppelt sind. In 4 sind die Eisenkerne 31 bis 34 an der Innenseite des achteckig geformten Außenumfangs-Eisenkerns 20 angeordnet. Der Außenumfangs-Eisenkern 20 kann auch eine runde oder eine andere vieleckige Form aufweisen. Diese Eisenkernspulen 31 bis 34 sind in der Umfangsrichtung des Transformators 5 in gleichen Abständen angeordnet. Es genügt, wenn die Eisenkernspulen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, es ist nicht nötig, dass sie gleich beabstandet sind.

Wie aus der Zeichnung erkennbar ist, umfassen die jeweiligen Eisenkernspulen 31 bis 34 in der radialen Richtung verlaufende Eisenkerne 41 bis 44 und um diese Eisenkerne gewickelte Spulen 51 bis 54. Die jeweiligen Enden an der Au-βenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 44 berühren den Außenumfangs-Eisenkern 20 oder sind einstückig mit dem Außenumfangs-Eisenkern 20 ausgeführt.

Ferner sind die jeweiligen Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 44 in der Nähe des Zentrums des Außenumfangs-Eisenkerns 20 positioniert. In 4 usw. laufen die jeweiligen Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 44 zu der Mitte des Außenumfangs-Eisenkerns 20 hin zusammen, und ihre Spitzenendwinkel betragen ungefähr 90 Grad. Die Fläche der Spalte wird zwar umso größer, je kleiner als 90 Grad die jeweiligen Spitzenendwinkel sind, doch wird der Magnetfluss leicht mit einem umso geringeren Strom gesättigt. Die Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 44 sind über magnetisch koppelbare Spalte 101 bis 104 voneinander getrennt.

Mit anderen Worten ist bei der vierten Ausführungsform das Ende an der Innenseite in der radialen Richtung des Eisenkerns 41 über die Spalte 101, 104 von den jeweiligen Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der benachbarten beiden Eisenkerne 42, 44 getrennt. Dies gilt auch für die anderen Eisenkerne 42 bis 44. Es ist ideal, wenn die Abmessungen der Spalte 101 bis 104 untereinander gleich sind, doch brauchen sie nicht gleich zu sein. Bei später beschriebenen Ausführungsformen kann auf die Beschriftung der Spalte 101 bis 104 und auf die Beschriftung der Eisenkernspulen 31 bis 34 usw. verzichtet sein.

Folglich wird wie in 4 gezeigt in der Mitte des Transformators 5 ein aus den Spalten 101 bis 104 bestehender einzelner ungefähr X-förmiger Spalt gebildet. Auch diese Spalte 101 bis 104 sind in der Umfangsrichtung in gleichen Abständen angeordnet.

Da somit bei der vierten Ausführungsform kein im Zentrum des Transformators 5 positionierter mittlerer Eisenkern nötig ist, kann der Transformator 5 leichtgewichtig und einfach gebildet werden. Da ferner die vier Eisenkernspulen 31 bis 34 von dem Außenumfangs-Eisenkern 20 umgeben sind, streut das von den Spulen 51 bis 54 erzeugte Magnetfeld nicht nach außerhalb des Außenumfangs-Eisenkerns 20. Da die Spalte 101 bis 104 bei geringen Kosten in einer beliebigen Dicke bereitgestellt werden können, besteht verglichen mit Transformatoren nach dem Stand der Technik Nützlichkeit im Hinblick auf die Gestaltung.

Der Transformator 5 kann eine gerade Zahl von vier oder mehr Eisenkernspulen umfassen. Man wird verstehen, dass der Transformator 5 in diesem Fall als Einphasentransformator verwendet werden kann. Ferner ist es durch serielles oder paralleles Verbinden der Spulen untereinander möglich, die Ein- und die Ausgangsspannung oder den Nennstrom zu regulieren.

5 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dem in 5 gezeigten Transformator 5 umfassen die in der radialen Richtung der Eisenkernspulen 31 bis 34 verlaufenden Eisenkerne 41 bis 44 jeweils an der Innenseite in der radialen Richtung positionierte erste Eisenkernabschnitte 41a bis 44a und an der Außenseite in der radialen Richtung positionierte dritte Eisenkernabschnitte 41c bis 44c und zwischen den ersten Eisenkernabschnitten 41a bis 44a und den dritten Eisenkernabschnitten 41c bis 44c positionierte zweite Eisenkernabschnitte 41b bis 44b.

Zwischen diesen ersten Eisenkernabschnitten 41a bis 44a und zweiten Eisenkernabschnitten 41b bis 44b sind magnetisch koppelbare erste Eisenkernabschnittsspalte lila bis 114a gebildet. Ebenso sind zwischen den zweiten Eisenkernabschnitten 41b bis 44b und den dritten Eisenkernabschnitten 41c bis 44c magnetisch koppelbare Eisenkernabschnittsspalte 111b bis 114b gebildet. Außerdem umfasst der Transformator 5 gemeinsame Spulen 51 bis 54, die um die zweiten Eisenkernabschnitte 41b bis 44b und die dritten Eisenkernabschnitte 41c bis 44c gewickelt sind. Die Spulen 51 bis 54 können auch um die ersten Eisenkernabschnitte 41a bis 44a gewickelt sein.

Da in einem solchen Fall der Spalt, der im Hinblick auf einen Eisenkern, zum Beispiel den Eisenkern 101, ursprünglich nur der Spalt 101 war, in den Spalt 101, den ersten Eisenkernspalt lila und den zweiten Eisenkernspalt 111b geteilt ist, wird die Breite pro Spalt gering. Bei der Breite des Spalts in diesem Fall handelt es sich um den Spalt 101 nach der Teilung des Spalts, den Abstand zwischen dem ersten Eisenkernabschnitt 41a und dem zweiten Eisenkernabschnitt 41b und den Abstand zwischen dem zweiten Eisenkernabschnitt 41b und dem dritten Eisenkernabschnitt 41c.

6 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Eisenkernspulen 31 bis 34 des in 6 gezeigten Transformators 5 umfassen in der radialen Richtung verlaufende Eisenkerne 41 bis 44 und um diese Eisenkerne gewickelte Spulen 51 bis 54. Die jeweiligen Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 44 sind wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen über Spalte 101 bis 104 voneinander getrennt.

Bei der sechsten Ausführungsform sind zwischen den Enden an der Außenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 44 und dem Außenumfangs-Eisenkern 20 magnetisch koppelbare Außenumfangs-Eisenkernspalte 111c bis 114c gebildet. Beim Betrieb des Transformators 5 entsteht an den Eisenkernspulen 31 bis 34 Wärme. Da bei der sechsten Ausführungsform die Außenumfangs-Eisenkernspalte 111c bis 114c gebildet sind, besteht die Wirkung, dass die von den Eisenkernspulen 31 bis 34 entstehende Wärme nur schwer zu dem Außenumfangs-Eisenkern 20 übertragen wird.

7 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Eisenkernspulen 31 bis 34 des in 7 gezeigten Transformators 5 entsprechen im Allgemeinen den unter Bezugnahme auf 1 erklärten. Bei der siebenten Ausführungsform ist der Außenumfangs-Eisenkern 20 aus mehreren, zum Beispiel vier, Außenumfangs-Eisenkernabschnitten 21 bis 24 gebildet. In 7 berührt der Außenumfangs-Eisenkernabschnitt 21 den Eisenkern 41 oder ist er einstückig damit gebildet. Ebenso berühren die Außenumfangs-Eisenkernabschnitte 22 bis 24 die jeweiligen Eisenkerne 42 bis 44 oder sind sie einstückig damit gebildet. Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform kann ein solcher Außenumfangs-Eisenkern 20 auch dann leicht hergestellt werden, wenn der Außenumfangs-Eisenkern 20 großformatig ist.

8 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der achten Ausführungsform ist zwischen dem Au-βenumfangs-Eisenkernabschnitt 21 und dem Außenumfangs-Eisenkernabschnitt 22 ein magnetisch koppelbarer Außenumfangs-Eisenkernabschnittsspalt 61 gebildet. Ebenso ist zwischen dem Außenumfangs-Eisenkernabschnitt 22 und dem Außenumfangs-Eisenkernabschnitt 23, zwischen dem Außenumfangs-Eisenkernabschnitt 23 und dem Außenumfangs-Eisenkernabschnitt 24 und zwischen dem Außenumfangs-Eisenkernabschnitt 24 und dem Außenumfangs-Eisenkernabschnittsspalt 21 jeweils ein magnetisch koppelbarer Außenumfangs-Eisenkernabschnittsspalt 62 bis 64 gebildet.

Mit anderen Worten sind die Außenumfangs-Eisenkernabschnitte 21 bis 24 untereinander jeweils über magnetisch koppelbare Außenumfangs-Eisenkernabschnittsspalte 61 bis 64 angeordnet. In einem solchen Fall können die Außenumfangs-Eisenkernabschnittsspalte 61 bis 64 durch Regulieren der Länge der Außenumfangs-Eisenkernabschnitte 21 bis 24 reguliert werden. Man wird verstehen, dass als Folge das Ungleichgewicht der Induktivität des Transformators 5 reguliert werden kann.

Der in 8 gezeigte Transformator 5 unterscheidet sich nur in dem Punkt, dass er die Außenumfangs-Eisenkernabschnittsspalte 61 bis 64 aufweist, von dem in 7 gezeigten Transformator 5. Mit anderen Worten sind bei dieser Ausführungsform zwischen den Außenumfangs-Eisenkernabschnitten 21 bis 24 keine Außenumfangs-Eisenkernabschnittsspalte 61 bis 64 gebildet. Bei den in 7 und 8 gezeigten Ausführungsformen kann ein solcher Außenumfangs-Eisenkern 20 auch dann leicht hergestellt werden, wenn der Außenumfangs-Eisenkern 20 großformatig ist.

9 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Da der in 9 gezeigte Transformator 5 dem unter Bezugnahme auf 4 erklärten Transformator 5 im Allgemeinen gleich ist, wird auf eine erneute Erklärung verzichtet. Wie in 9 gezeigt ist ein aus einem Harz bestehendes Spaltmaterial 71 in die Spalte 101 bis 104 des Transformators 5 gefüllt.

In diesem Fall kann das Spaltmaterial 71 einfach durch Füllen des Harzes in die Spalte 101 bis 104 und Härten gebildet werden. Daher kann das Spaltmaterial 71 leicht gebildet werden. Es ist auch möglich, vorab ein Spaltmaterial 71 mit einer wie in 9 gezeigten ungefähren X-Form oder L-Form oder Plattenform zu bilden und anstelle eines Harzes dieses Spaltmaterial 71 in die Spalte 101 bis 104 einzusetzen. Da das Spaltmaterial 71 in einem solchen Fall Schwingungen der mit den Spalten 101 bis 104 in Kontakt stehenden Eisenkerne unterdrückt, kann das von den Eisenkernen entstehende Störgeräusch verringert werden. Es wird klar sein, dass auch bei den in 5 gezeigten Eisenkernabschnittsspalten und den in 8 gezeigten Außenumfangs-Eisenkernspalten durch Füllen mit einem Harz ebenso leicht ein Spaltmaterial gebildet werden kann und die gleiche Wirkung erhalten werden kann.

Ferner ist 10 eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Da der in 10 gezeigte Transformator 5 dem unter Bezugnahme auf 4 erklärten Transformator im Allgemeinen gleich ist, wird auf eine erneute Erklärung verzichtet. Wie in 10 gezeigt ist das Innere des Au-βenumfangs-Eisenkerns 20 des Transformators 5 mit einem Isoliermaterial 72 aus einem Harz gefüllt.

Auch in diesem Fall kann das Isoliermaterial 72 einfach durch Füllen des Harzes in das Innere das Außenumfangs-Eisenkerns 20 und Härten leicht gebildet werden. In einem solchen Fall kann das Isoliermaterial 72 das entstehende Störgeräusch verringern, indem es Schwingungen der Eisenkernspulen 31 bis 34 und des Außenumfangs-Eisenkerns 20 unterdrückt. Außerdem kann bei der in 10 gezeigten Ausführungsform das Temperaturgleichgewicht zwischen den Eisenkernspulen 31 bis 34 und dem Außenumfangs-Eisenkern 20 gefördert werden.

11 ist eine Ansicht, die eine Maschine oder eine Vorrichtung zeigt, die den Transformator der vorliegenden Erfindung enthält. In 11 wird der Transformator 5 bei einer Motorantriebsvorrichtung verwendet. Die Maschine oder die Vorrichtung kann dann eine derartige Motorantriebsvorrichtung enthalten.

Wie aus 11 erkennbar ist, kann der Transformator 5 auch in einer Gleichrichtungsvorrichtung zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom bei einer photovoltaischen Stromerzeugung oder dergleichen enthalten sein. Eine solche Gleichrichtungsvorrichtung kann auch bei einer Ladevorrichtung, zum Beispiel einer Ladevorrichtung für Fahrzeuge bereitgestellt sein. Man wird verstehen, dass eine Motorantriebsvorrichtung, eine Gleichrichtungsvorrichtung, eine Maschine, eine Ladevorrichtung oder dergleichen, die einen Transformator 5 enthält, in einem solchen Fall leicht bereitgestellt werden kann.

Ferner ist 12 eine schematische Ansicht, die einen Transformator nach dem Stand der Technik zeigt. Bei dem in 12 gezeigten Transformator 100 sind Spulen 171 bis 173 zwischen zwei ungefähr E-förmigen Eisenkernen 150, 160 angeordnet. Daher sind die Spulen 171 bis 173 zueinander parallel angeordnet.

Wenn in 12 wie durch die breiten Pfeile gezeigt in zwei benachbarten Spulen Magnetflüsse fließen, wirken die Magnetflüsse an den Außenseiten der Spulen wie durch die schmalen Pfeile gezeigt so, dass sie einander auslöschen. Da dadurch der Magnetwiderstand zunimmt, wird der Gleichstromwiderstandswert der Spulen des in 12 gezeigten Transformators 100 groß und besteht die Tendenz einer Zunahme des Verlusts.

13 ist eine schematische Ansicht, die einen wie in 2A gezeigten Transformator zeigt. In diesem Fall verlaufen zwei benachbarte Spulen, zum Beispiel die Spulen 52, 53, nicht zueinander parallel, sondern bilden sie einen Winkel von ungefähr 120 °. Daher löschen die Magnetflüsse an den Außenseiten der Spulen einander wie durch die schmalen Pfeile gezeigt auch dann nicht aus, wenn wie durch die breiten Pfeile gezeigt in zwei benachbarten Spulen Magnetflüsse fließen. Folglich nimmt bei dem Transformator 5 der vorliegenden Erfindung der Magnetwiderstand nicht zu. Da daher der Gleichstromwiderstandswert der Spulen des Transformators 5 bei der vorliegenden Erfindung nicht zunimmt, besteht die Tendenz, dass auch die Zunahme des Verlusts gering ist. Es wird klar sein, dass dann, wenn die in zwei benachbarten Magnetspulen fließenden Magnetflüsse geschlossene Magnetpfade bilden, der gegenseitige Gleichstromwiderstandswert nicht zunimmt und der Gesamtverlust nicht unnötig zunimmt, je größer der Winkel ist, den zwei benachbarte Spulen bilden.

Wenn zwischen zwei benachbarten Spulen ein Eisenkern angeordnet wird, kommt es zu der Wirkung, dass der Fluss der an der Außenseite der Spulen entstehenden Magnetflüsse geregelt wird und daher die Zunahme des Gleichstromwiderstandswerts der Spulen weiter unterdrückt werden kann. Daher ist es günstig, in dem in 13 gezeigten Bereich A oder dergleichen einen zusätzlichen Eisenkern anzuordnen. 14 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 14 ist an der Stelle, die dem Bereich A in 13 entspricht, ein zusätzlicher Eisenkern 45 mit dem Querschnitt eines gleichschenkeligen Dreiecks angeordnet. Wie dargestellt sind die Seiten, die den Scheitelwinkel des Querschnitts des zusätzlichen Eisenkerns 45 enthalten, größer als die Dicke der Spulen 51, 53.

In 14 stehen die Spulen 51, 53 mit der Innenfläche des Außenumfangs-Eisenkerns 20 in Berührung. Daher sind die Spulen 51, 53 von den Eisenkernen 41, 43, dem Außenumfangs-Eisenkern 20 und dem zusätzlichen Eisenkern 45 umgeben. Mit anderen Worten grenzen drei Seiten des Querschnitts der Spulen 51, 53 an die Eisenkerne 41, 43, den Außenumfangs-Eisenkern 20 und den zusätzlichen Eisenkern 45 an. Man wird verstehen, dass in einem solchen Fall die oben beschriebene Wirkung hoch ist.

Außerdem springen in 14 Vorsprungsbereiche 20a, 20b von der Innenfläche des Außenumfangs-Eisenkerns 20 in der radialen Richtung nach innen vor. Diese Vorsprungsbereiche 20a, 20b springen jeweils zwischen den Spulen 51, 52 und den Spulen 52, 53 vor. Der Querschnitt der Vorsprungsbereiche 20a, 20b weist ungefähr die Form eines gleichschenkeligen Trapezes auf, und die Vorsprungsbereiche 20a, 20b stehen teilweise mit den Außenflächen der Spulen 51, 53 in Berührung.

Wie aus 14 erkennbar ist, steht der Vorsprungsbereich 20a mit den Außenflächen der Spulen 51, 52 in Berührung. Gleiches gilt für den Vorsprungsbereich 20b. Folglich stehen in diesem Fall zwei Seiten des Querschnitts der Spulen 51, 53 vollständig mit den Eisenkernen 41, 43 und dem Au-ßenumfangs-Eisenkern 20 in Berührung und steht eine Seite des Querschnitts der Spulen 51, 53 teilweise mit den Vorsprungsbereichen 20a, 20b in Berührung. Man wird verstehen, dass auch in diesem Fall im Allgemeinen die gleichen Wirkungen wie oben erhalten werden. Zwischen den Spulen und dem zusätzlichen Eisenkern 45 oder den Vorsprungsbereichen 20a, 20b kann auch ein winziger Spalt vorhanden sein.

Bei dem in 14 gezeigten Transformator 5 können auch in allen Bereichen zwischen den Spulen 51 bis 53 zusätzliche Eisenkerne 45 angeordnet sein. Oder bei dem in 14 gezeigten Transformator 5 können in allen Bereichen zwischen den Spulen 51 bis 53 Vorsprungsbereiche wie die oben beschriebenen gebildet sein.

Ferner ist 15 eine Schnittansicht eines anderen Transformators auf Basis einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 15 sind in dem Bereich der Spalte 101 bis 104 von 7 zusätzliche Eisenkerne 41d bis 44d angeordnet. Der Querschnitt der zusätzlichen Eisenkerne 41d bis 44d ist fächerförmig. Der Querschnitt der zusätzlichen Eisenkerne 41d bis 44d kann auch die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks aufweisen.

Das Ende an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 44 ist aus zwei Spitzenendflächen gebildet. Wie in 15 gezeigt verlaufen die jeweiligen beiden ebenen Flächen der zusätzlichen Eisenkerne 41d bis 44d und die Spitzenendflächen der benachbarten Eisenkerne zueinander parallel. Zwischen den ebenen Flächen der zusätzlichen Eisenkerne 41d bis 44d und den Spitzenendflächen der Eisenkerne 41 bis 44 sind magnetische koppelbare Spalte 101a bis 104a, 101b bis 104b gebildet. Es wird klar sein, dass in 15 der Winkel, den die beiden Spitzenendflächen der Eisenkerne 41 bis 44 bilden, kleiner als 60 Grad ist.

Die Anzahl der Spalte in 15b beträgt acht, was das Doppelte der Anzahl der Spalte in dem in 7 gezeigten Fall ist. Da folglich die Dicke der Spalte pro Stelle, das heißt, der Abstand zwischen den ebenen Flächen der zusätzlichen Eisenkerne 41d bis 44d und den Spitzenendflächen der Eisenkerne 41 bis 44, halbiert werden kann, wird der Streumagnetfluss verringert.

Übrigens sind 16 und 17 Schnittansichten von Transformatoren auf Basis einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesen Zeichnungen ist ein ungefähr quadratischer Transformator 5 gezeigt. Wie dargestellt weisen die einander gegenüberliegenden Eisenkerne 42, 44 die gleiche Form wie oben beschrieben auf.

Im Gegensatz dazu ist an den Spitzenenden der einander gegenüberliegenden anderen Eisenkerne 41, 43 ein verbreiterter Abschnitt 41e, 43e ausgebildet, der breiter als der Hauptabschnitt des Eisenkerns 41, 43 ist. Die Form dieser verbreiterten Abschnitte 41e, 43e entspricht einem Teil einer Rhombusform. Doch die verbreiterten Abschnitte 41e, 43e können auch eine andere Form aufweisen.

Wie in den Zeichnungen dargestellt sind zwischen den verbreiterten Abschnitten 41e, 43e der Eisenkerne 41, 43 und den Eisenkernen 42, 44 magnetisch koppelbare Spalte 101 bis 104 gebildet. Die Gesamtlänge der in 16 gezeigten Spalte 101 bis 104 ist länger als die Gesamtlänge der Spalte eines anderen Transformators mit der gleichen Form, der keine verbreiterten Abschnitte aufweist. Wenn die Gesamtlange der Spalte lang gestaltet ist, wird es demzufolge möglich, die Induktivität zu erhöhen.

Bei dem in 17 gezeigten Transformator 5 sind die einander gegenüberliegenden Eisenkerne 41, 43 über ihre Gesamtheit hinweg breiter als die einander gegenüberliegenden anderen Eisenkerne 42, 44. Daher sind in 17 die Spitzenendflächen der einander gegenüberliegenden Eisenkerne 41, 43 eben und ist zwischen den Eisenkernen 41, 43 ein zusätzlicher Spalt 105 gebildet.

Daher ist die Gesamtlänge der Spalte 101 bis 104 und des zusätzlichen Spalts 105 bei dem in 17 gezeigten Transformator 5 länger als die Gesamtlänge der Spalte eines Transformators 5, bei dem die Breite der Eisenkerne 41, 43 der Breite der Eisenkerne 42, 44 gleich ist. Ebenso wird es in diesem Fall möglich, die Induktivität zu erhöhen.

Übrigens ist 18 eine Schnittansicht eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung. Wie in 18 gezeigt umfasst der Transformator 5 einen Außenumfangs-Eisenkern 20 und vier Eisenkernspulen 31 bis 34, die magnetisch wechselseitig mit dem Außenumfangs-Eisenkern gekoppelt sind. Ferner ist in der Mitte des Transformators 5 ein quadratischer mittlerer Eisenkern 80 angeordnet. Es ist nicht nötig, dass der mittlere Eisenkern 80 quadratisch ist, doch ist er vorzugsweise achssymmetrisch oder rotationssymmetrisch. Es genügt, wenn die Eisenkernspulen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, es ist nicht unbedingt nötig, dass sie gleich beabstandet sind.

Wie aus der Zeichnung erkennbar ist, umfassen die jeweiligen Eisenkernspulen 31 bis 34 in der radialen Richtung verlaufende Eisenkerne 41 bis 44 und um diese Eisenkerne gewickelte Spulen 51 bis 54. Das Ende an der Außenseite in der radialen Richtung jedes Eisenkerns 41 bis 44 berührt den Außenumfangs-Eisenkern 20 oder ist einstückig mit dem Außenumfangs-Eisenkern 20 gebildet.

Ferner sind die jeweiligen Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 44 in der Nähe der Mitte des Außenumfangs-Eisenkerns 20 positioniert. In 18 sind die jeweiligen Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 44 eben. Außerdem sind die Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 44 über magnetisch koppelbare Spalte 101 bis 104 zu dem mittleren Eisenkern 80 benachbart. Die Abmessungen der Spalte 101 bis 104 sind untereinander gleich gestaltet.

Da in diesem Fall die vier Eisenkernspulen 31 bis 34 von dem Außenumfangs-Eisenkern 20 umgeben sind, streut das durch die Spulen 51 bis 54 entstandene Magnetfeld nicht nach außerhalb des Außenumfangs-Eisenkerns 20. Außerdem weisen die später beschriebenen Transformatoren, die den mittleren Eisenkern umfassen, im Allgemeinen die gleichen Wirkungen wie die vorher beschriebenen Transformatoren ohne mittleren Eisenkern 80 auf.

Ferner weisen der in 18 gezeigte Transformator und die Transformatoren der später beschriebenen anderen Ausführungsformen die Wirkung auf, dass die Induktivität durch Verändern der Abmessungen des mittleren Eisenkerns 80 reguliert werden kann. Das heißt, da die Spalte bei geringen Kosten in einer beliebigen Dicke ausgebildet werden können, bestehen im Vergleich zu einem Transformator mit herkömmlichem Aufbau auch Vorteile im Hinblick auf die Gestaltung.

Ferner ist 19 eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung. Auch bei der folgenden Ausführungsform wird im Allgemeinen die gleiche Wirkung wie bei dem in 18 gezeigten Transformator 5 erhalten. Die Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 44 des in 22 gezeigten Transformators 5 laufen zu der Mitte des Außenumfangs-Eisenkerns 20 hin zusammen, und der Winkel ihres Spitzenendes beträgt ungefähr 90 Grad.

In der Mitte des Transformators 5 ist ein mittlerer Eisenkern 80 angeordnet. Wie in der Zeichnung dargestellt weist der mittlere Eisenkern 80 eine mit vier Ausdehnungsabschnitten 81 bis 84 versehene ungefähre X-Form auf. Außerdem ist jeder der Eisenkerne 41 bis 44 in der Nähe seines Endes an der Innenseite in der radialen Richtung mit einem im Uhrzeigersinn verlaufenden ungefähr fächerförmigen Vorsprung 41p bis 44p versehen. Diese Vorsprünge 41p bis 44p erstrecken sich in dem Bereich zwischen den Endflächen der in 1 zueinander benachbarten Spulen. Auch die Form der Spitzenendflächen der anderen Eisenkerne 41 bis 44, denen diese Vorsprünge 41p bis 44p gegenüberliegen, ist diesen Vorsprüngen 41p bis 44p entsprechend ausgeführt. Die Vorsprünge 41p bis 44p können auch in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn verlaufen.

Die jeweiligen beiden Seitenflächen der Ausdehnungsabschnitte 81 bis 84 sind zu den Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 44 benachbart. Zwischen den beiden Seitenflächen der Ausdehnungsabschnitte 81 bis 84 des mittleren Eisenkerns 80 und den Eisenkernen 41 bis 44 sind magnetisch koppelbare Spalte gebildet. Folglich wird die Gesamtlänge der Spalte lang und kann als Folge die Induktivität erhöht werden.

20 ist eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung. Die Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 44 laufen zu der Mitte des Außenumfangs-Eisenkerns 20 hin zusammen, und der Winkel ihres Spitzenendes beträgt ungefähr 90 Grad. Doch wie in der Zeichnung gezeigt sind die Eisenkerne 41, 43 breiter als die anderen Eisenkerne 42, 44.

Ferner umfasst der in 20 gezeigte Transformator 5 einen mit vier Ausdehnungsabschnitten 81 bis 84 versehenen ungefähr X-förmigen mittleren Eisenkern 80. Der mittlere Eisenkern 80 ist so geformt, dass die Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 44 zwischen zwei benachbarten der Ausdehnungsabschnitte 81 bis 84 aufgenommen werden. Zwischen den beiden Seitenflächen der Ausdehnungsabschnitte 81 bis 84 des mittleren Eisenkerns 80 und den Eisenkernen 41 bis 44 sind magnetisch koppelbare Spalte gebildet. Man wird verstehen, dass daher die gleiche Wirkung wie oben erhalten wird.

Ferner ist 21 eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung. Der in 21 gezeigte Transformator 5 umfasst einen Außenumfangs-Eisenkern 20, einen ungefähr sechseckig geformten mittleren Eisenkern 80 und wie oben beschriebene Eisenkernspulen 31 bis 36. Jede der Eisenkernspulen 31 bis 36 umfasst einen in der radialen Richtung verlaufenden Eisenkern 41 bis 46 und eine um diesen Eisenkern gewickelte Spule 51 bis 56.

Das Ende an der Innenseite in der radialen Richtung jedes Eisenkerns 41 bis 46 des in 21 gezeigten Transformators 5 ist eben. Außerdem sind die Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 46 über magnetisch koppelbare Spalte 101 bis 106 zu dem mittleren Eisenkern 80 benachbart. Auf diese Weise kann der Transformator 5 auch Eisenkernspulen 31 bis 36 in einer Anzahl einer geraden Zahl von wenigstens sechs umfassen.

22 ist eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung. Die in der radialen Richtung der Eisenkernspulen 31 bis 34 verlaufenden Eisenkerne 41 bis 44 des in 22 gezeigten Transformators 5 umfassen jeweils einen an der Innenseite in der radialen Richtung positionierten ersten Eisenkernabschnitt 41a bis 44a und einen an der Außenseite in der radialen Richtung positionierten dritten Eisenkernabschnitt 41c bis 44c.

Zwischen dem mittleren Eisenkern 80 und den ersten Eisenkern-Abschnitten 41a bis 44a sind magnetisch koppelbare Eisenkernabschnittsspalte lila bis 114a gebildet. Außerdem sind zwischen den ersten Eisenkernabschnitten 41a bis 44a und den dritten Eisenkernabschnitten 41c bis 44c magnetisch koppelbare Eisenkernabschnittsspalte 111b bis 114b gebildet.

Da in einem solchen Fall im Hinblick auf einen Eisenkern, zum Beispiel den Eisenkern 41, ein erster Eisenkernabschnittsspalt 111a und ein zweiter Eisenkernabschnittsspalt 111b gebildet sind, wird die Dicke pro Spalt klein. Da die Dicke des Spalts klein wird, wird auch der Streumagnetfluss von dem Spalt gering. Da die Eisenkerne 41 bis 44 aus mehreren Eisenkernabschnitten gebildet sind, kann der Transformator 5 leicht zusammengesetzt werden. Selbstverständlich kann jeder Eisenkern 41 bis 44 auch aus drei oder mehr in einer Reihe angeordneten Eisenkernabschnitten gebildet werden.

23 ist eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung. In 23 ist zwischen zwei zueinander benachbarten Eisenkernen 41 bis 44 ein zusätzlicher Eisenkern 41d bis 44d angeordnet. Der Querschnitt der zusätzlichen Eisenkerne 41d bis 44d ist ein Teil einer Fächerform. Der Querschnitt der zusätzlichen Eisenkerne 41d bis 44d kann auch die Form eines Teils eines gleichschenkeligen Dreiecks aufweisen.

Die Endabschnitte an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 44 umfassen zwei Spitzenendflächen und eine ebene Fläche zwischen den beiden Spitzenendflächen. Wie in 23 gezeigt verläuft jede der beiden ebenen Flächen der zusätzlichen Eisenkerne 41d bis 44d zu der Spitzenendfläche des benachbarten Eisenkerns parallel. Zwischen den ebenen Flächen der zusätzlichen Eisenkerne 41d bis 44d und den Spitzenendflächen der Eisenkerne 41 bis 44 sind magnetisch koppelbare Spalte 101a bis 104a, 101b bis 104b gebildet. Außerdem sind zwischen den ebenen Flächen der Eisenkerne 41 bis 44 und dem mittleren Eisenkern 80 magnetisch koppelbare Spalte 101 bis 104 gebildet. Ferner sind auch zwischen den Spitzenenden der zusätzlichen Eisenkerne 41d bis 44d und dem mittleren Eisenkern 80 magnetisch koppelbare Spalte (nicht beschriftet) gebildet.

Da in 23 die Spaltgesamtlänge zunimmt, kann die Induktivität groß gestaltet werden. Da ferner in diesem Fall die Dicke des Spalts pro Stelle verkleinert werden kann, wird der Streumagnetfluss weiter verringert.

Ferner ist 24 eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung. Bei dem in 24 gezeigten Transformator 5 sind zwischen den Enden an der Außenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 44 und dem Außenumfangs-Eisenkern 20 ferner magnetisch koppelbare Außenumfangs-Eisenkernspalte 111c bis 114c gebildet. Beim Betrieb des Transformators 5 entsteht an den Eisenkernspulen 31 bis 34 Wärme. Da bei der vorliegenden Ausführungsform die Außenumfangs-Eisenkernspalte 111c bis 114c gebildet sind, besteht die Wirkung, dass die von den Eisenkernspulen 31 bis 34 entstehende Wärme den Außenumfangs-Eisenkern 20 nur schwer erreicht.

25 ist eine Schnittansicht eines Transformators auf Basis der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dem in 25 gezeigten Transformator 5 ist der Außenumfangs-Eisenkern 20 aus mehreren, zum Beispiel vier, Außenumfangs-Eisenkernabschnitten 21 bis 24 gebildet. In 25 berührt der Außenumfangs-Eisenkernabschnitt 21 den Eisenkern 41 oder ist er damit einstückig ausgeführt. Ebenso berühren die Außenumfangs-Eisenkernabschnitte 22 bis 24 jeweils die Eisenkerne 42 bis 44 oder sind sie damit einstückig ausgeführt. Bei der in 25 gezeigten Ausführungsform kann ein solcher Außenumfangs-Eisenkern 20 auch dann leicht hergestellt werden, wenn der Außenumfangs-Eisenkern 20 großformatig ist.

26 ist eine Schnittansicht eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung. Bei dem in 26 gezeigten Transformator 5 sind die Außenumfangs-Eisenkernabschnitte 21 bis 24 jeweils über Außenumfangs-Eisenkernabschnittsspalte 61 bis 64 angeordnet. In einem solchen Fall können die Außenumfangs-Eisenkernabschnittsspalte 61 bis 64 durch Regulieren der Länge der Außenumfangs-Eisenkernabschnitte 21 bis 24 reguliert werden. Man wird verstehen, dass als Ergebnis das Ungleichgewicht der Induktivität des Transformators 5 reguliert werden kann.

Der in 26 gezeigte Transformator 5 unterscheidet sich von dem in 25 gezeigten Transformator 5 nur darin, dass er die Außenumfangs-Eisenkernabschnittsspalte 61 bis 64 aufweist. Bei den in 25 und 26 gezeigten Ausführungsformen kann ein solcher Außenumfangs-Eisenkern 20 auch dann leicht hergestellt werden, wenn der Außenumfangs-Eisenkern 20 großformatig ist.

27 ist eine Schnittansicht noch eines andere Transformators der vorliegenden Erfindung. Bei dem in 27 gezeigten Transformator 5 ist die Schnittfläche der Spulen 51, 54 der Eisenkernspulen 31, 34 größer als die Schnittfläche der Spulen 52, 53 der Eisenkernspulen 32, 33. Außerdem sind die Eisenkerne 41, 44 der Eisenkernspulen 31, 34 schmäler als die Eisenkerne 42, 43 der Eisenkernspulen 32, 33. Die Abmessungen der Spalte 101 bis 104 sind untereinander gleich.

Mit anderen Worten umfasst der Transformator 5 wie in 27 gestrichelt gezeigt eine erste Gruppe aus zwei Eisenkernspulen 31, 34 und eine zweite Gruppe aus den anderen beiden Eisenkernspulen 32, 33. Die erste Gruppe und die zweite Gruppe enthalten jeweils zwei zueinander benachbarte Eisenkernspulen der vier Eisenkernspulen 31 bis 34. Bei dem in 27 gezeigten Transformator 5 sind die Abmessungen der Eisenkerne sowie die Schnittfläche und die Windungszahl der Spulen so ausgeführt, dass sie sich zwischen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe voneinander unterscheiden. Die Abmessungen der Spalte bei der ersten Gruppe des Transformators 5 können auch so ausgeführt werden, dass sie sich von den Abmessungen der Spalte bei der zweiten Gruppe unterscheiden.

Folglich werden faktisch zwei Transformatoren mit unterschiedlichen Eigenschaften in einen Transformator 5 aufgenommen. Folglich kann der Einrichtungsraum für zwei Transformatoren mit unterschiedlichen Eigenschaften verringert werden. Man wird verstehen, dass der Wert der Induktivität durch serielles oder paralleles Verbinden der beiden Transformatoren untereinander reguliert werden kann.

Ferner ist 28 eine Schnittansicht noch eines anderen Transformators der vorliegenden Erfindung. Die Eisenkerne 41, 42 des in 28 gezeigten Transformators sind breiter als die anderen Eisenkerne 45, 46, und die Eisenkerne 45, 46 sind breiter als die anderen Eisenkerne 43, 44. Außerdem ist die Schnittfläche der um die Eisenkerne 41, 42 gewickelten Spulen 51, 52 kleiner als die Schnittfläche der um die Eisenkerne 45, 46 gewickelten Spulen 55, 56, und ist die Schnittfläche der Spulen 55, 56 kleiner als die Schnittfläche der um die anderen Eisenkerne 43, 44 gewickelten Spulen 53, 54.

Folglich umfasst der Transformator 5 wie in 28 gestrichelt gezeigt eine aus den beiden Eisenkernspulen 31, 32 gebildete erste Gruppe, eine aus anderen zwei Eisenkernspulen 33, 34 gebildete zweite Gruppe und eine aus noch anderen Eisenkernspulen 35, 36 gebildete dritte Gruppe. Die erste Gruppe bis dritte Gruppe umfasst jeweils zwei zueinander benachbarte Eisenkernspulen der sechs Eisenkernspulen 31 bis 36.

Bei dem in 28 gezeigten Transformator 5 sind die Abmessungen der Eisenkerne und die Schnittfläche und die Windungszahl der Spulen so gestaltet, dass sie sich zwischen der ersten Gruppe bis dritten Gruppe unterscheiden. Die Abmessung des Spalts in der ersten Gruppe des Transformators 5 kann auch so ausgeführt werden, dass sie sich von den Abmessungen der Spalte in den anderen Gruppen unterscheidet. Man wird verstehen, dass aufgrund eines derartigen Aufbaus die gleiche Wirkung wie bei der in 27 gezeigten Ausführung erhalten wird. Es ist auch möglich, in einen einzigen Transformator 5 vier oder mehr Transformatoren, das heißt, vier oder mehr der oben genannten Gruppen, deren Eigenschaften sich unterscheiden oder gleich sind, aufzunehmen. Es wird klar sein, dass auch in diesem Fall die gleiche Wirkung erhalten wird.

Offenbarung von Formen

Nach einer ersten Form wird ein Transformator bereitgestellt, der einen Außenumfangs-Eisenkern und wenigstens drei Eisenkernspulen, die die Innenfläche des Außenumfangs-Eisenkerns berühren oder mit dieser Innenfläche verbunden sind, umfasst, wobei jede der wenigstens drei Eisenkernspulen einen Eisenkern und wenigstens eine aus einer primären Spule und einer sekundären Spule, die um diesen Eisenkern gewickelt ist, umfasst, wobei zwischen zwei zueinander benachbarten der wenigstens drei Eisenkerne oder zwischen den wenigstens drei Eisenkernen und einem im Zentrum des Au-ßenumfangs-Eisenkerns positionierten mittleren Eisenkern magnetisch koppelbare Spalte gebildet sind.

Nach einer zweiten Form beträgt die Anzahl der wenigstens drei Eisenkernspulen bei der ersten Form ein Vielfaches von drei.

Nach einer dritten Form beträgt die Anzahl der wenigstens drei Eisenkernspulen bei der ersten Form eine gerade Zahl von vier oder mehr.

Nach einer vierten Form sind die Eisenkerne bei einer aus der ersten bis dritten Form aus mehreren Eisenkernabschnitten gebildet.

Nach einer fünften Form sind bei der vierten Form zwischen den mehreren Eisenkernabschnitten magnetisch koppelbare Eisenkernabschnittsspalte gebildet.

Nach einer sechsten Form ist der Außenumfangs-Eisenkernabschnitt bei einer aus der ersten bis fünften Form aus mehreren Außenumfangs-Eisenkernabschnitten gebildet.

Nach einer siebenten Form sind bei der sechsten Form zwischen den mehreren Außenumfangs-Eisenkernabschnitten magnetisch koppelbare Außenumfangs-Eisenkernabschnittsspalte gebildet.

Nach einer achten Form sind bei einer aus der ersten bis siebenten Form zwischen den Eisenkernen der wenigstens drei Eisenkernspulen und dem Außenumfangs-Eisenkern magnetisch koppelbare Außenumfangs-Eisenkernspalte gebildet.

Nach einer neunten Form ist bei einer aus der ersten bis achten Form ein Spaltmaterial, das ein nichtmagnetisches Material ist, oder ein Isolierpapier oder ein Harz in die Spalte, in die Eisenkernabschnittsspalte, in die Außenumfangs-Eisenkernabschnittsspalte oder in die Außenumfangs-Eisenkernspalte des Transformators eingefügt oder gefüllt.

Nach einer zehnten Form bei einer aus der ersten bis neunten Form ein Spaltmaterial, das ein nichtmagnetisches Material ist, oder ein Isoliermaterial oder ein Harz an die Innenseite des Außenumfangs-Eisenkerns des Transformators gefüllt.

Nach einer elften Form wird eine Motorantriebsvorrichtung bereitgestellt, die mit einem Transformator nach einer aus der ersten bis zehnten Form versehen ist.

Nach einer zwölften Form wird ein Maschine bereitgestellt, die mit der Motorantriebsvorrichtung nach der elften Form versehen ist.

Nach einer dreizehnten Form wird eine Gleichrichtungsvorrichtung bereitgestellt, die mit einem Transformator nach einer aus der ersten bis zehnten Form versehen ist.

Nach einer vierzehnten Form wird eine Maschine bereitgestellt, die mit einer Gleichrichtungsvorrichtung nach der dreizehnten Form versehen ist.

Resultate der Formen

Da die Eisenkernspulen, für die eine Wicklung auf einen Eisenkern gewickelt wurde, bei der ersten Form innerhalb des Außenumfangs-Eisenkerns angeordnet sind, kann der Streumagnetfluss von den Wicklungen in die Umgebung verringert werden. Ferner ist es nicht nötig, Abschirmplatten wie bei dem Stand der Technik auszubilden, und kann ein kleinformatiger Transformator gebildet werden. Da außerdem bei einem Dreiphasentransformator die Magnetpfadlänge der drei Phasen strukturell gleich wird, werden die Gestaltung und die Herstellung einfach. Da ferner das Verhältnis der primären Eingangsspannung und der sekundären Ausgangsspannung fest ist, werden keine Steuerwicklungen erforderlich und kann der Transformator noch kleinformatiger gestaltet werden.

Bei der zweiten Form kann der Transformator als Dreiphasentransformator verwendet werden.

Bei der dritten Form kann der Transformator als Einphasentransformator verwendet werden.

Bei der vierten Form wird die Anbringung der Spulen einfach und die Leichtigkeit des Zusammenbaus gesteigert.

Da bei der fünften Form sowohl Spalte zwischen den Eisenkernen als auch Eisenkernabschnittsspalte zwischen den mehreren Eisenkernabschnitten gebildet sind, kann die Abmessung der Spalte pro Stelle verringert werden. Da dadurch der von den Spalten streuende Magnetfluss verringert werden kann, können Wirbelstromverluste in den Spulen durch den Streumagnetfluss verringert werden.

Bei der sechsten Form wird die Anbringung der Spulen einfach und die Leichtigkeit des Zusammenbaus gesteigert. Dies ist insbesondere bei der Herstellung eines großformatigen Transformators nützlich.

Bei der siebenten Form kann das Ungleichgewicht der Induktivität leicht durch Regulieren der Außenumfangs-Eisenkernabschnittsspalte reguliert werden.

Da bei der achten Form zwischen dem Außenumfangs-Eisenkern und den Eisenkernspulen Außenumfangs-Eisenkernspalte gebildet sind, wird die von den Eisenkernspulen entstehende Wärme nur schwer zu dem Außenumfangs-Eisenkern übertragen.

Bei der neunten Form können Schwingungen der mit den Spalten in Kontakt stehenden Eisenkerne unterdrückt werden und kann das von den Eisenkernen entstehende Störgeräusch unterdrückt werden.

Bei der zehnten Form kann das Temperaturgleichgewicht zwischen den Eisenkernspulen und dem Außenumfangs-Eisenkern gefördert werden und das von den Eisenkernspulen und dem Außenumfangs-Eisenkern entstehende Störgeräusch verringert werden.

Bei der elften bis vierzehnten Form kann leicht eine Motorantriebsvorrichtung, eine Maschine oder eine Gleichrichtungsvorrichtung, die mit dem Transformator versehen ist, bereitgestellt werden.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Verwendung typischer Ausführungsformen erklärt, doch wird ein Fachmann verstehen, dass die oben beschriebenen Änderungen und verschiedene andere Änderungen, Weglassungen und Hinzufügungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung beinhaltet auch beliebige Kombinationen von einigen der oben beschriebenen Ausführungsformen.