CN108091472A - 变压器 - Google Patents

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Abstract

一种变压器，包括：第一线圈段，其通过在平面状态下将导体图案卷绕在设置于电路板上的插入孔周围而形成；第二线圈段，其包括：第一环，其由通过将导体板卷绕形成的线圈构成，该线圈被电绝缘树脂覆盖，第二环，其由通过将导体板卷绕形成的线圈构成，该线圈被电绝缘树脂覆盖，以及耦接部，其通过使用电绝缘树脂覆盖第一环和第二环之间的耦接位置而形成；以及芯段，其形成使第一线圈段和第二线圈段磁耦合的闭合磁路。

Description

变压器
技术领域
本发明涉及变压器。
背景技术
例如，日本专利申请公开第2008-004823号公开了一种变压器，其具有在由环形导体板形成的次级线圈之间的印刷电路板上保持由导体图案形成的初级线圈的结构。
发明内容
不幸地，例如，在具有JP 2008-004823A中描述的结构的变压器中，为了确保初级线圈和次级线圈之间的电绝缘，需要诸如电绝缘片材的部件。因此，在该变压器中，存在这样的问题：部件的数目变得增加，并且部件装配的工时也变得增加。
本发明提供一种变压器，其具有在确保初级线圈和次级线圈之间的电绝缘的同时能够减少部件的数目并且也减少部件装配的工时的结构。
本发明的第一方面的变压器包括：第一线圈段，其通过在平面状态下将导体图案卷绕在设置于电路板上的插入孔周围一圈或更多圈而形成；第二线圈段，其包括：第一环，其由通过将导体板卷绕一圈或更多圈而形成的线圈构成，所述线圈被电绝缘树脂覆盖，第一环是环形的并且被布置在电路板的第一表面上，使得第一环的芯与第一线圈段的芯重合，第二环，其由通过将导体板卷绕一圈或更多圈而形成的线圈构成，所述线圈被电绝缘树脂覆盖，第二环是环形的并且被布置在电路板的第二表面上，使得第二环的芯与第一线圈段的芯重合，以及耦接部分，其通过用电绝缘树脂覆盖第一环和第二环之间的耦接位置形成；以及芯段，其通过插入孔、第一线圈段和第二线圈段被插入，芯段从电路板的两侧保持电路板，以便形成使第一线圈段和第二线圈段磁耦合的闭合磁路。
根据本发明的第一方面，采用通过如下操作形成的形状作为第二线圈段：将由被电绝缘树脂覆盖的线圈构成的环形的第一环和由被电绝缘树脂覆盖的线圈构成的环形的第二环彼此耦接。因此，可以通过延伸穿过进行树脂模制之后的第一环和第二环的相应孔插入作为磁芯的芯段，使得芯段可以被固定。由此，准备将导线卷绕在其周围的线轴作为不同的部件变得不必要。因此，可以减少变压器的部件的数目，并且也减少部件装配的工时。
此外，根据本发明的第一方面，第二线圈段(初级线圈和次级线圈中的一个)被电绝缘树脂覆盖。由此，可以在第二线圈段被装配到第一线圈段(初级线圈和次级线圈中的另一个)的状态下，确保变压器所需的第一线圈段与第二线圈段之间的电绝缘。
在本发明的第一方面的变压器中，电路板可以包括狭缝，耦接部被插入并适配到狭缝中，以便对第一线圈段和第二线圈段进行定位，使得第一线圈段的芯与第二线圈段的芯重合。
在本发明的第一方面中，当第二线圈段被装配到形成有第一线圈段的电路板时，电路板被设置有狭缝，以用于对第一线圈段和第二线圈段进行定位，使得第一线圈段的芯与第二线圈段的芯重合。第二线圈段的第一环和第二环彼此耦接的部分(耦接部)被插入并适配到电路板的狭缝中，直到耦接位置抵接到狭缝的端部为止。
由此，具有较少部件的装配工作允许第一线圈段的芯和第二线圈段的芯彼此容易地重合，并且确保芯段所插入的孔的同轴精度，即电路板的通孔与第二线圈段的通孔之间的同轴精度。因此，可以在第二线圈段被固定于电路板之后提高芯段的可装配性。
在本发明的第一方面中，导体板可以是矩形铜导线。
在本发明的第一方面中，在第一环和第二环之间可以存在间隙，并且电路板可以被设置在该间隙中。
如上所述，根据本发明的变压器，可以在确保初级线圈和次级线圈之间的电绝缘的同时，减少部件的数目，并且也减少部件装配的工时。
附图说明
下面将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点和技术和工业意义进行描述，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是根据本发明的一个实施方式的变压器的部件的分解图；
图2是说明图1中示出的第二线圈段的详细结构的图；
图3是示出安装在电路板上的变压器的状态的透视图；
图4是沿箭头A的方向得到的图3中的变压器的箭头视图(arrow view)；
图5是沿线V-V截取的图3中的变压器的截面图；
图6A示出了使用根据本实施方式的变压器的结构的电路配置的示例；
图6B示出了使用根据本实施方式的变压器的结构的电路配置的示例；以及
图6C示出了使用根据本实施方式的变压器的结构的电路配置的示例。
具体实施方式
[概述]
本发明的变压器被配置成使得周围卷绕有线圈导线(导体板)的空芯线圈中的每一个以具有作为磁芯的芯将通过其被插入的孔的方式被电绝缘树脂覆盖。因此，进行树脂模制之后的线圈部件可以通过将其作为磁芯的芯穿过孔插入而固定。这种配置消除了准备将线圈导线卷绕在其周围的线轴作为单独的部件的必要性。因此，可以减少变压器的部件的数目，并且也减少部件装配的工时。
[每个部件的结构]
首先，将参照图1和图2对根据本发明的一个实施方式的构成变压器1的部件中的每一个进行描述。
图1是说明根据本发明的一个实施方式的具有被开发的变压器的部件的变压器1的结构的图。图1中示例的变压器1由以下部件构成：形成有第一线圈段11的电路板10、第二线圈段20、上芯段30以及下芯段40。图2是说明图1中的第二线圈段20的更详细的结构的图。
根据本实施方式的变压器1通过从图1中示出的这些箭头的相应方向以在相应箭头上指示的数字顺序将以下部件：第二线圈段20、上芯段30和下芯段40分别装配到电路板10(第一线圈段11)而形成。后面将描述该装配方法。
以这种方式装配的变压器1变成具有其中第一线圈段11和第二线圈段20经由上芯段30和下芯段40彼此磁耦合的结构的元件。
电路板10和第一线圈段11
电路板10是印刷电路板，在该印刷电路板上印刷有允许电流通过的导体图案，并且通过导体图案将安装有部件以及其他的表面进行导线连接，以便配置成预定电路。电路板10可以具有多层结构或单层结构。
电路板10被分别设置有后面描述的下芯段40的中心腿部40a通过其插入的插入孔12a、下芯段40的外腿部40b通过其插入的插入孔12b以及下芯段40的外腿部40c通过其插入的插入孔12c。
线圈形状的导体图案被形成为在平面状态下在电路板10的插入孔12a的周围卷绕一圈或更多圈。如果电路板10具有多层结构，则可以在每个层中形成卷绕的导体图案。通过该卷绕的导体图案形成的第一线圈段11构成变压器1中的较高电压侧的线圈。
电路板10被设置有狭缝13，后面描述的第二线圈段20的耦接部24c被插入狭缝13中。狭缝13被形成为有利于对第一线圈段11和第二线圈段20进行定位，使得其芯通过将耦接部24c插入并适配到狭缝13中直到耦接部24c抵接到位于狭缝13的最内位置的端部13w为止而彼此重合。
此外，电路板10被设置有螺孔14n、15n，以用于将第二线圈段20的第一连接端子21t和第二连接端子22t固定和连接到电路板10，其中，耦接部24c被插入并适配到狭缝13中。
第二线圈段20
第二线圈段20构成变压器1的较低电压侧上的线圈。如图2所示，第二线圈段20具有导体(其通过在耦接位置23将两个线圈21和22彼此连接而形成)被有电绝缘特性的树脂(电绝缘树脂)24覆盖的结构(树脂模制结构)。
线圈21和线圈22中的每一个例如是由卷绕一圈(沿边线圈)的导体板(例如矩形铜导线)形成的空芯线圈。线圈21和线圈22形成为具有相同的线圈内径和相同的线圈外径。线圈21和线圈22在耦接位置23处彼此电耦合，使得它们的两个芯在基本上平行于彼此且其间相距预定距离而彼此重合。预定距离被设计成允许在后面描述的被电绝缘树脂24覆盖的第一环24u和第二环24d之间形成预定间隙24g的任何尺寸。
延伸到电绝缘树脂24的外部的第一连接端子21t被连接至线圈21。第一连接端子21t被设置有螺孔21n。延伸到电绝缘树脂24的外部的第二连接端子22t被连接至线圈22。该第二连接端子22t被设置有螺孔22n。
线圈21被电绝缘树脂24覆盖，以便在线圈21的圆周周围具有预定厚度，从而形成在线圈内部具有通孔的环形的第一环24u。线圈22被电绝缘树脂24覆盖，以便在线圈22的圆周周围具有预定厚度，从而形成在线圈内部具有通孔的环形的第二环24d。此外，线圈21和线圈22彼此耦接的耦接位置23被电绝缘树脂24覆盖，以便在耦接位置23的圆周周围具有预定厚度，从而形成耦接部24c。线圈21和线圈22以在第一环24u和第二环24d之间形成预定间隙24g的方式被模制。预定间隙24g被设计成具有允许电路板10被插入其中的尺寸(厚度等于或大于电路板10的厚度)。耦接位置23被模制成使得耦接部24c具有不大于设置到电路板10的狭缝13的宽度的厚度。
上芯段30要被适配并固定在其间的成对的V形第一引导肋24ur竖立在第一环24u的与间隙24g相对的表面上。第一引导肋24ur以与上芯段30的外部形状对应的方式形成，使得第一引导肋24ur的面向彼此的内表面与上芯段30的侧表面接合。此外，下芯段40要被适配并固定在其间的成对的V形第二引导肋24dr竖立在第二环24d的与间隙24g相对的表面上。这些第二引导肋24dr以与下芯段40的外部形状对应的方式形成，使得第二引导肋24dr的面向彼此的内表面与下芯段40的侧表面接合。
在图2的示例中，已经说明了通过将导体板卷绕一圈而形成线圈21和线圈22中的每一个的情况。然而，线圈21和线圈22中的每一个可以通过将导体板卷绕两圈或更多圈而形成，或者线圈21和线圈22可以具有彼此不同的卷绕圈数。
上芯段30和下芯段40
例如，上芯段30是所谓的I形芯，其在平面图中为平板状和蝴蝶形状，并且由磁性材料例如铁氧体材料制成。上芯段30被形成为具有一对侧表面，侧表面的中心部凹入，以便与竖立在第二线圈段20的第一环24u的表面上的成对的第一引导肋24ur接合。
下芯段40是由磁性材料例如铁氧体材料制成的所谓的E形芯，并且具有在平面图中为平板状和蝴蝶形状的主体40p、中心腿部40a、外腿部40b和外腿部40c。主体40p形成为具有中心部凹入的一对侧表面，以便与竖立在第二线圈段20的第二环24d的表面上的成对的第二引导肋24dr接合。外腿部40b竖立在主体40p的一个纵向端，使得外腿部40b可以通过电路板10的插入孔12b插入。外腿部40c竖立在主体40p的另一个纵向端，使得外腿部40c可以通过电路板10的插入孔12c插入。中心腿部40a竖立在外腿部40b和外腿部40c之间，使得中心腿部40a可以通过插入孔12a插入。中心腿部40a、外腿部40b和外腿部40c从主体40p在相同高度处形成，使得它们的相应的端表面变得平行于主体40p。
在上芯段30和下芯段40中，当下芯段40的相应腿部的端表面与上芯段30的一个平坦表面接合时，穿过第一线圈段11的卷绕导线和第二线圈段20的卷绕导线的磁通量穿过的闭合磁路(闭合磁路径)由中心腿部40a和外腿部40b以及中心腿部40a和外腿部40c形成。
[相应部件的装配方法]
接下来，将参照图1描述根据本实施方式的用于形成变压器1的相应部件的装配过程。
首先，从图1中的箭头(1)指示的方向将第二线圈段20装配至电路板10。此时，将耦接部24c插入狭缝13中，同时将电路板10插入第一环24u和第二环24d之间的间隙24g中。将第二线圈段20插入直到耦接部24c抵接至位于狭缝13的最内位置的端部13w为止。
由此，第二线圈段20的第一环24u以使第一环24u的芯与第一线圈段11的芯重合的方式被布置在电路板10的一个表面上(在附图的向上方向上)；并且第二线圈段20的第二环24d以使第二环24d的芯与第一线圈段11的芯重合的方式被布置在电路板10的另一个表面上(在附图的向下方向上)。这意味着将第二线圈段20相对于电路板10进行定位，使得在电路板10上形成的第一线圈段11的芯和第二线圈段20的芯彼此重合。设置在电路板10上的螺孔14n和15n与分别设置在第二线圈段20的第一连接端子21t和第二连接端子22t上的螺孔21n和22n重合，并且因此可以进行螺纹夹钳。
接下来，从图1中的箭头(2)指示的方向(即从第二线圈段20的第二环24d定位的方向)将下芯段40装配到装配有第二线圈段20的电路板10。此时，下芯段40的侧表面被适配，以便与竖立在第二线圈段20的第二环24d的表面上的成对的引导肋24dr接合，从而分别将下芯段40的中心腿部40a插入电路板10的插入孔12a中，将下芯段40的外腿部40b插入电路板10的插入孔12b中，并且将下芯段40的外腿部40c插入电路板10的插入孔12c中。
由此，下芯段40的中心腿部40a、外腿部40b和外腿部40c的相应端表面进入从第二线圈段20的第一环24u的表面突出的状态。
最后，从图1中的箭头(3)指示的方向(即从第二线圈段20的第一环24u定位的方向)将上芯段30装配到已经装配有第二线圈段20和下芯段40的电路板10上。此时，上芯段30的侧表面被适配成与竖立在第二线圈段20的第一环24u的表面上的成对的第一引导肋24ur接合。
由此，当通过插入孔12a、第一线圈段11的通孔和第二线圈段20的通孔被插入并且还从电路板10的两侧保持第一线圈段11和第二线圈段20时，下芯段40的中心腿部40a、外腿部40b和外腿部40c的相应端表面与上芯段30的一个平坦表面接合。因此，可以形成通过上芯段30和下芯段40使第一线圈段11和第二线圈段20彼此磁耦合的闭合磁路。
[变压器结构]
接下来，将进一步参照图3至图5对以上述方式装配电路板10(第一线圈段11)、第二线圈段20、上芯段30和下芯段40的状态下的变压器1的结构进行描述。
图3是示出通过装配相应部件形成的变压器1的状态的透视图。图4是从箭头方向的点A看到的图3中的变压器1的图。图5是沿着V-V线截取并且以箭头方向看到的图3中的变压器1的图。
如各个图中示出的，装配有相应部件并被安装到电路板10的变压器1具有通过将上芯段30的厚度与下芯段40的厚度相加的总厚度。在变压器1中，电路板10通过第二线圈段20的第一环24u和第二线圈段20的第二环24d被保持。在变压器1中，第二线圈段20的耦接部24c被插入电路板10的狭缝13中。
[实施方式的操作效果]
如上所述，根据本发明的一个实施方式的变压器1，使用第二线圈段20，该第二线圈段20具有的形状使得具有通孔并且由覆盖有电绝缘树脂24的线圈21构成的环形的第一环24u和具有通孔并且由覆盖有电绝缘树脂24的线圈22构成的环形的第二环24d在耦接部24c处耦接。因此，作为磁芯的上芯段30和下芯段40可以在进行树脂模制之后被插入并固定到第一环24u和第二环24d的通孔中。由此，准备将线圈导线卷绕在其周围的线轴作为不同的部件变得不必要。因此，可以减少变压器1的部件的数目，并且也减少部件装配的工时。
此外，根据本发明的一个实施方式的变压器1，第二线圈段20被电绝缘树脂24覆盖。由此，在第二线圈段20被装配到在电路板10上形成的第一线圈段11时，可以确保变压器1所需的第一线圈段11和第二线圈段20之间的电绝缘。
根据本发明的一个实施方式的变压器1，作为第二线圈段20的导体的线圈21和线圈22中的每一个由具有较宽宽度的导体板(例如矩形铜导线)形成。由此，可以对因电压转换率的增加而引起的第二线圈段20侧的布线电阻的增加进行抑制。因此，热抑制应当需要的散热机制变得不必要；因此可以减少变压器1的部件的数目。
根据本发明的一个实施方式的变压器1，通过利用电路板10上的在平面状态下在插入孔12a周围卷绕一圈或更多圈的导体图案来形成第一线圈段11。由此，可以通过使用多圈导线来设置第一线圈段11；因此，可以取决于高电压转换率对具有卷绕比的变压器1进行配置。
根据本发明的一个实施方式的变压器1，第二线圈段的第一环24u与第二环24d之间的耦接部24c被插入并适配到狭缝13中直到耦接部24c抵接到在电路板10中形成的狭缝13的端部13w为止，从而将第一线圈段11和第二线圈段20相对于彼此进行定位。由此，可以允许第一线圈段11的芯和线圈22的芯彼此容易地重合。即，可以相对于第二线圈段20的第一环24u和第二环24d的通孔，确保下芯段40的中心腿部40a插入的电路板10的插入孔12a的同轴精度。因此，在第二线圈段20被装配到电路板10之后，下芯段40的可装配性得到提高。
此外，根据本发明的一个实施方式的变压器1，电路板10被插入第二线圈段20的间隙24g中，以便将第一线圈段11和第二线圈段20装配到彼此。即，这是将第一线圈段11保持在第二线圈段20的第一环24u和第二环24d之间的结构。利用这种结构，可以减小变压器1的尺寸(特别是当通过上芯段30和下芯段40保持第一线圈段11和第二线圈段20时变压器的总厚度)。由于第一线圈段11和第二线圈段20之间的磁耦合可以是紧密的，从而减少了诸如用于热抑制的散热机制的部件数目和用于抑制电应力(浪涌)的电子部件以及其他部件的数目。
在根据本发明的一个实施方式的变压器1中，可以自由地设计在较高电压侧使用多少个第一线圈段11，或者将较高电压侧的第一线圈段11和较低电压侧的第二线圈段20中的哪一个设置为初级线圈或次级线圈。例如，如图6A所示，可以使用具有多层结构的电路板10，以便配置三个第一线圈段11。例如，如图6B所示，升压变压器可以被配置成使得变压器1的初级线圈由作为较低电压侧的第二线圈段20构成，而变压器1的次级线圈由作为较高电压侧的第一线圈段11构成。此外，例如，如图6C所示，降压变压器可以被配置成使得变压器1的初级线圈由作为较高电压侧的第一线圈段11构成，而变压器1的次级线圈由作为较低电压侧的第二线圈段20构成。
本发明的变压器例如可用于太阳能发电系统，并且特别适用于在确保初级线圈和次级线圈之间的电绝缘的同时期望减少部件的数目和部件装配的工时的情况。

Claims (4)

1.一种变压器，其特征在于，包括：
第一线圈段，其通过在平面状态下将导体图案卷绕在设置于电路板上的插入孔周围一圈或更多圈而形成；
第二线圈段，其包括：
第一环，其由通过将导体板卷绕一圈或更多圈而形成的线圈构成，该线圈被电绝缘树脂覆盖，所述第一环是环形的并且被布置在所述电路板的第一表面上，使得所述第一环的芯与所述第一线圈段的芯重合，
第二环，其由通过将导体板卷绕一圈或更多圈而形成的线圈构成，该线圈被所述电绝缘树脂覆盖，所述第二环是环形的并且被布置在所述电路板的第二表面上，使得所述第二环的芯与所述第一线圈段的芯重合，以及
耦接部，其通过使用所述电绝缘树脂覆盖所述第一环和所述第二环之间的耦接位置而形成；以及
芯段，其穿过所述插入孔、所述第一线圈段和所述第二线圈段被插入，所述芯段从所述电路板的两侧来保持所述电路板，以便形成使所述第一线圈段和所述第二线圈段磁耦合的闭合磁路。
2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，
所述电路板包括狭缝，所述耦接部被插入并适配到所述狭缝中，以便对所述第一线圈段和所述第二线圈段进行定位，使得所述第一线圈段的芯与所述第二线圈段的芯重合。
3.根据权利要求1或2所述的变压器，其特征在于，
所述导体板是矩形铜导线。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的变压器，其特征在于，
在所述第一环和所述第二环之间存在间隙，并且
所述电路板被设置在所述间隙中。
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