CN104766704A - 平面线圈模块及使用该平面线圈模块的平面变压器 - Google Patents

Abstract

本发明的平面线圈模块包括第一平面线圈、第二平面线圈以及串连两者的连结部。所述第一平面线圈与第二平面线圈各包括电性串连的外圈与内圈，且所述连结部电性连接所述第一、第二平面线圈的所述内圈。该第一平面线圈与该第二平面线圈位于相邻两平面，并保持一距离。本发明同时公开了使用该平面线圈模块的平面变压器。

Description

平面线圈模块及使用该平面线圈模块的平面变压器

技术领域

本发明涉及一种平面线圈模块，特别是涉及一种应用于平面变压器的平面线圈模块。本发明提供一种多层、多圈数的平面线圈模块。本发明同时公开了使用该平面线圈模块的平面变压器。

背景技术

变压器是电子产品供电的重要组件。现有变压器体积庞大，无法满足产品小型化的要求。平面变压器(Planar transformer，或称平板变压器)是在多层印刷电路板（Printed circuit board,PCB）上布设铜箔等导电箔片作为绕组，堆栈而成的变压器，可以大大缩小变压器的厚度。平面变压器广泛应用于通信、计算机、工业控制、航空工程、医疗设备等产品中。不过，因平面变压器需要使用相当多层的电路板，体积仍大；且因效率不高，输出阻抗也大，容易产生噪音。如何达成平面变压器薄型化、高效率化，成为本行业亟待克服的技术难题。

中国台湾发明专利I387981号公开了一种平面变压器，仅包括单一印刷电路板。不过，该单一印刷电路板包括多个初级电路层、多个次级电路层及用于安装磁芯的通孔。该专利将多个绕线层制作在多层基板上，整体形成单一印刷电路板，以减少厚度，但结构与使用多层印刷电路板形成的平面变压器结构相同。

中国台湾发明专利I357086号提供一种变压器，适于配置于线路基板内。变压器包括第一平面线圈及第二平面线圈，其中第一平面线圈具有多个第一绕圈，而第二平面线圈具有多个第二绕圈；至少两个相邻的第一绕圈构成第一绕圈束；至少两个相邻的第二绕圈构成第二绕圈束。两者相互跨越，由此减少平面线圈的层数。

中国发明专利CN 103081044A公开了一种平面变压器，具有多层的单层、单圈绕线板，并以不同的绕线板组合，依据不同的需要，构成不同型态的平面变压器。

欧洲专利EP 2 602 801A1公开了一种平面变压器，具有多个单层、单圈绕线金属板作为次级绕线，与初级绕线组合。

德国专利DE 10 2012 003 365A1公开了一种平面变压器，使用涡形金属条作为绕线。该涡形金属条为单层、多圈设计。绕线内圈的终点折弯穿越绝缘板至另一平面。

欧洲专利EP 2 637 183A2公开了一种平面变压器，使用单层单圈绕线板作为线圈。绕线板延伸出焊盘(pad)形状，以作为层与层之间，以及与外界的连接电极。

美国专利公开案2013-278371A1公开了一种平面变压器，使用多个单层的平面金属绕线，并将多个金属绕线以端子串联及定位，达成多层绕线的目的。

专利合作条约专利WO 0070926A1公开了一种平面变压器，使用连续材料制作多层、单圈绕线板。各层之间以焊盘形状的舌片串接。

由平面变压器的技术现状可知，业界对于平面变压器的小型化，可谓不遗余力的开发。但仍难以摆脱现有技术以印刷电路板制作平面变压器的惯常设计。所提出的设计，均以单层绕线板作为组合的单元，也无法提出一种真正达成多圈绕线目的的设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新颖的平面线圈架构，以实质上增加平面线圈模块的圈数与层数。

本发明的目的也在于提供一种多层、多圈的平面线圈模块。

本发明另一目的在于提供一种容易与其它平面线圈模块串接或组合应用的平面线圈模块。

本发明的目的更在于提供一种使用多层、多圈的平面线圈模块的平面变压器。

本发明的目的更在于提供一种制作简便且适合应用在表面黏着安装的平面变压器。

本发明的平面线圈模块，包括第一平面线圈、第二平面线圈以及一连结部，以电性串连该第一平面线圈与该第二平面线圈。其中，该第一平面线圈与该第二平面线圈各包括电性串连的外圈与内圈，彼此保持一距离，且该连结部电性连接该两平面线圈的内圈。该第一平面线圈与该第二平面线圈位于相邻两平面，并保持一距离。该第一平面线圈与该第二平面线圈的外圈离开其内圈的一端形成焊盘(pad)。

在本发明的优选实施例中，该连结部可以是与第一平面线圈、第二平面线圈不同的导电材料。

在本发明的优选实施例中，该平面线圈模块还包括绝缘片，其介于该第一平面线圈与该第二平面线圈之间。该绝缘片形成切口，以供该连结部嵌入。

在本发明的某些实施例中，该第一平面线圈、该第二平面线圈与该连结部形成连续材料。在其它实施例中，该第一平面线圈与该第二平面线圈为分别制作，并以该连结部连接。在这种实施例中，该连结部可以是焊材或黏性导电材料。

在本发明的某些实施例中，该第一平面线圈与该第二平面线圈形成涡形。在此实施例中，该第一平面线圈与该第二平面线圈的内周与外周均分别形成实质上的一周。在本发明其它实施例中，该第一平面线圈与该第二平面线圈形成矩形轮廓，例如是位于同平面的多重矩型，或位于同平面的多重正方形。在此实施例中，该第一平面线圈与该第二平面线圈的内周与外周均分别形成实质上的一周。

本发明提供一种使用本发明的平面线圈模块的平面变压器，该平面变压器包括该平面线圈模块(第一平面线圈模块)、与该平面线圈模块堆栈的另一平面线圈模块(第二平面线圈模块)，以及铁心。该铁心向垂直该两平面线圈模块平面的方向延伸，并穿过该两平面线圈模块的中央部分。该第二平面线圈模块包括至少一个平面线圈。该平面变压器还可包括金属壳体，该金属壳体包覆该铁心及该两个平面线圈模块的线圈部分。

本发明上述及其它的目的及优点，通过以下详细说明并参照附图，会更加清楚。

附图说明

图1是使用本发明的平面线圈模块的平面变压器结构示意图。

图2是本发明的平面线圈模块的一种实施例的立体图。

图3是图2所示的实施例的连结部的放大图。

附图标记说明

具体实施方式

下面，根据附图说明本发明的平面线圈模块的多个实施例。但须说明，对于本发明实施例的说明，仅用于例示本发明平面线圈模块的基本架构与可能的应用，并非用来限制本发明的范围。

图1是示出使用本发明的平面线圈模块的平面变压器的结构示意图。如图1所示，在此实施例中，该平面变压器1包括一组平面线圈模块10，两组单层、单圈线圈板21、22、铁心30以及由上壳体41及下壳体42组成的壳体40。该平面线圈模块10置于该两个线圈板21、22之间，并用绝缘片23、24隔绝。该平面线圈模块10与该两线圈板21、22以及绝缘片23、24在中央部分形成孔洞。铁心30以垂直该平面线圈模块10与该两个线圈板21、22的线圈平面的方向，穿过该平面线圈模块10与该两个线圈板21、22以及绝缘片23、24。平面线圈模块10另有两个焊盘11、12伸出模块之外。该两个线圈板21、22串接，并分别有两个焊盘25、26伸出模块之外，与该平面线圈模块10的焊盘11、12位于相反侧面。当然，两级绕线的焊盘是否置于相反两侧，并非任何技术上的限制。上述的组合即形成一组变压器1。

上壳体41及下壳体42分别覆盖该铁心30以及该平面线圈模块10与该两线圈板21、22的线圈部分。除可保护该变压器1，该上壳体41及下壳体42还可提供电磁波屏障的功能。该平面线圈模块10的焊盘11、12与该两线圈板21、22的焊盘25、26使该变压器1可以表面黏着方式组装在电路基板上。

在本发明的实施例中，该平面线圈模块10与该两个线圈板21、22均以导电性好的材料制作。适用的材料包括各种金属，例如铜、银等。该线圈板21、22可以使用任何形式的平面线圈板，例如前述现有技术所记载的平面线圈，但也可使用本发明的平面线圈模块。该平面线圈模块10与该两线圈板21、22的数量与组合方式，并不限于图1所示的架构。本行业技术人员可以根据需要，自行组合应用。两者之间的位置关系也不限于完全重叠。例如前述德国专利DE 102012 003 365A1的穿越方式，以及偏移排列方式，均属可行。

该铁心的材料与形状、尺寸，可依据应用上的需求，从已知技术中选用。该壳体40的材料、形状与尺寸，也可依据应用上的需求，从已知技术中选用。此外，该壳体40也不限于上、下壳体组合的方式。以单一材料制成壳体或以多于两个组件组合，也属可行。如有必要，可以省略其中一面的壳体或增加其中一面壳体的层数。诸如此类都属于已知技术的范畴，不再赘述。

图2是本发明的平面线圈模块的一个实施例的立体图。如图2所示，该平面线圈模块10包括第一平面线圈13、第二平面线圈14以及连结部15。在本实施例中，该第一平面线圈13、该第二平面线圈14与该连结部15是以一连续材料制成。该第一平面线圈13、该第二平面线圈14与该连结部15以导电性好的材质制作。适用的材料包括各种金属，例如铜、银等。从成本、加工、导电性与组装容易等角度考虑，铜箔应为优选的选择，但并非任何技术上的限制。形成该单一材料的第一平面线圈13、第二平面线圈14与连结部15可以采用任何金属加工技术制作。适用的技术包括涂布、低温变形、高温变形、裁切、冲压、蚀刻等已知技术或其结合。

该第一平面线圈13、该第二平面线圈14与该连结部15也可不以一连续材料制成。例如，该第一平面线圈13与该第二平面线圈14可分别制作完成后，再以该连结部连接。在此实施例中，该连结部15可为焊材或黏性导电材料。在以此种方式制作时，必须注意使该连结部15电性串连该第一平面线圈13与该第二平面线圈14。

图2也示出，该第一平面线圈13与该第二平面线圈14各包括电性串连的外圈131、141与内圈132、142，它们彼此保持一距离。图中虽然示出该第一平面线圈13与该第二平面线圈14各包括两圈绕线，但本发明并不限于两圈绕线的结构。多于两圈绕线也可适用于本发明。该圈数取决于所需的电压转换比例、绕线的宽度、各圈的距离以及铁心30的直径，故不属于任何技术上的限制。此外，各圈绕线的材料宽度、厚度，甚至形状，均可视需要而决定。基本上，表面形成平面的绕线较为节省材料且容易加工。

在图2的实施例中，该连结部15电性连接该两个平面线圈13、14的内圈132、142，并使该两个平面线圈13、14的绕线全部沿相同时钟方向延伸。图3是该连结部15的放大图。图中示出该连结部15连结该第一平面线圈13与该第二平面线圈14，并形成一段差，使该第一平面线圈13与该第二平面线圈14位于相邻两平面，并保持一距离。当然，本发明的连结部15并不限于图3的形状。例如，形成坡形，以使该第一平面线圈13与该第二平面线圈14位于相邻两平面，并保持一距离，也属可行。如果连结部15为焊材或黏性导电材料，则所形成的形状将是一焊接面或一黏接面。只要能使第一平面线圈13与第二平面线圈14电性串连，位于相邻两平面，并保持一距离即可。

在该第一平面线圈13与该第二平面线圈14的外圈131、141上，离开其内圈132、142的一端，该绕线延伸而形成焊盘11、12。该焊盘11、12可折弯，形成适于表面黏着加工的焊盘。此外，该焊盘11、12也可向横向延伸，形成较大面积的焊盘，以提供固定或散热的功能。此外，各焊盘11、12的位置可加以调整，以使其位于标准表面黏着组件的接脚位置。

图2示出的第一平面线圈13与第二平面线圈14都形成涡形，亦即略呈圆形的轮廓。这种设计可以提供较好的转换效率。但本发明并不限于涡形的绕线。例如现有技术常用的方形、矩形绕线，乃至于其它几何形状的绕线，都可适用于本发明。图中示出该第一平面线圈与该第二平面线圈的内周与外周均分别形成实质上的一周。这种设计可确保该第一平面线圈13与第二平面线圈14的绕线角度达到最大，但这并非任何技术上的限制。如果该绕线并非涡形，仍可使该第一平面线圈与第二平面线圈的内周与外周均分别形成实质上的一周，由此使绕线角度达到最大。

在图2的实施例中，该平面线圈模块10还包括绝缘片18，其介于该第一平面线圈13与该第二平面线圈14之间，以电性隔绝该两个平面线圈。该绝缘片的材料可使用任何市售的绝缘材料，只要适于加工并能提供良好绝缘效果即可。绝缘片18的厚度不宜太厚，但也不宜太薄，从而避免减弱其绝缘效果以及固定功能。该绝缘片18形成切口181，以供该连结部15嵌入，以形成稳固的平面线圈模块10。该切口181的深度视应用上的需要而定，但最好不要延伸到该绝缘片18中央的孔洞182。

如有必要，可在该绝缘片18的上、下两面施以黏着剂，以提高第一平面线圈13与第二平面线圈14的定位效果。此外，在该第一平面线圈13与第二平面线圈14的绕线表面，也可施加绝缘涂层(图中未显示)，以提高绝缘效果。

在组装时，该平面线圈模块10的绕线最好与邻近的线圈板21、22(图1)绕线重叠。但使用穿越方式或偏移排列方式，也属可行。

如上述，本发明提供了一种崭新的平面线圈模块架构。该平面线圈模块具有多层、多圈的绕线，足以提供更大选择性的转换比例。该平面线圈模块的绕线可以形成单一材料，易于制作及组装。本发明的平面线圈模块不需使用印刷电路板制作，可以大幅缩小平面变压器的厚度。且因单一模块即形成多层、多圈的绕线，可以降低阻抗，提高转换效率。

Claims (20)

1.一种平面线圈模块，包括：

第一平面线圈，

第二平面线圈，以及

连结部，该连结部电性串连所述第一平面线圈与所述第二平面线圈；

其中，所述第一平面线圈与所述第二平面线圈各包括电性串连的外圈与内圈，该外圈与该内圈彼此保持一距离；

所述连结部电性连接所述第一平面线圈和所述第二平面线圈的所述内圈；

所述第一平面线圈与所述第二平面线圈位于相邻两平面，并保持一距离；且

所述第一平面线圈与所述第二平面线圈的所述外圈离开其所述内圈的一端形成焊盘。

2.如权利要求1所述的平面线圈模块，其中，所述连结部是与所述第一平面线圈和所述第二平面线圈不同的导电材料。

3.如权利要求1所述的平面线圈模块，还包括绝缘片，该绝缘片介于所述第一平面线圈与所述第二平面线圈之间。

4.如权利要求3所述的平面线圈模块，其中，所述绝缘片形成切口，以供所述连结部嵌入。

5.如权利要求1所述的平面线圈模块，其中，所述第一平面线圈、所述第二平面线圈与所述连结部形成连续材料。

6.如权利要求1所述的平面线圈模块，其中，所述连结部为焊材或黏性导电材料。

7.如权利要求1所述的平面线圈模块，其中，所述第一平面线圈与所述第二平面线圈形成涡形。

8.如权利要求1所述的平面线圈模块，其中，所述第一平面线圈与所述第二平面线圈形成位于同平面的多重矩型，或位于同平面的多重正方形。

9.如权利要求7或8所述的平面线圈模块，其中，所述第一平面线圈与所述第二平面线圈的内周与外周均分别形成实质上的一周。

10.一种平面变压器，包括第一平面线圈模块、与该第一平面线圈模块堆栈的第二平面线圈模块，以及铁心；其中：

所述铁心向垂直于所述第一平面线圈模块平面和所述第二平面线圈模块平面的方向延伸，并穿过所述第一平面线圈模块和所述第二平面线圈模块平面的中央部分；

所述第一平面线圈模块包括第一平面线圈，第二平面线圈，以及连结部，该连结部电性串连所述第一平面线圈与所述第二平面线圈；其中：

所述第一平面线圈与所述第二平面线圈各包括电性串连的外圈与内圈，该外圈与该内圈彼此保持一距离；

所述连结部电性连接所述第一平面线圈和所述第二平面线圈的所述内圈；

所述第一平面线圈与所述第二平面线圈位于相邻两平面，并保持一距离；且

所述第一平面线圈与所述第二平面线圈的所述外圈离开其所述内圈的一端形成焊盘；且

所述第二平面线圈模块包括至少一个平面线圈。

11.如权利要求10所述的平面变压器，还包括金属壳体，该金属壳体包覆所述铁心以及所述第一平面线圈模块和所述第二平面线圈模块的线圈部分。

12.如权利要求10或11所述的平面变压器，其中，所述第一平面线圈模块的所述连结部是与所述第一平面线圈、所述第二平面线圈不同的导电材料。

13.如权利要求10或11所述的平面变压器，其中，所述第一平面线圈模块还包括绝缘片，该绝缘片介于所述第一平面线圈与所述第二平面线圈之间。

14.如权利要求13所述的平面变压器，其中，所述绝缘片形成一切口，以供所述连结部嵌入。

15.如权利要求10或11所述的平面变压器，其中，所述第一平面线圈模块的所述第一平面线圈、所述第二平面线圈与所述连结部形成一连续材料。

16.如权利要求10或11所述的平面变压器，其中，所述第一平面线圈模块的所述连结部为焊材或黏性导电材料。

17.如权利要求10或11所述的平面变压器，其中，所述第一平面线圈模块的所述第一平面线圈与所述第二平面线圈形成涡形。

18.如权利要求17所述的平面变压器，其中，所述第一平面线圈与所述第二平面线圈的内周与外周均分别形成实质上的一周。

19.如权利要求10或11所述的平面变压器，其中，所述第一平面线圈模块的所述第一平面线圈与所述第二平面线圈形成位于同平面的多重矩型，或位于同平面的多重正方形。

20.如权利要求19所述的平面变压器，其中，所述第一平面线圈与所述第二平面线圈的内周与外周均分别形成实质上的一周。