CN109564811A - 变压器设备及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

变压器设备(200)具有变压器芯(210)、至少一个初级绕组和至少一个次级绕组。变压器设备(200)还具有置入件(220)和电路板(230)，至少一个初级绕组布置在置入件中，至少一个次级绕组布置在电路板中。在此，置入件(220)、电路板(230)和变压器芯(210)彼此耦接或能彼此耦接。

Description

变压器设备及其制造方法
技术领域
本发明涉及变压器设备、用于制造变压器设备的方法、相应的设备以及相应的计算机程序产品。
背景技术
电气隔离的变压器可以例如以缠绕铁氧体芯的在初级侧和次级侧上的铜丝绕组制成。为此，另一种可行方案可以例如为平面变压器，其绕组可以实现在电路板内。
发明内容
在此背景下，本发明提供根据独立权利要求所述的改进的变压器设备、改进的制造变压器设备的方法、改进的设备以及改进的计算机程序产品。有利的实施方案参阅从属权利要求和下文的描述。
根据本发明的实施方式，特别是可以提供由具有初级绕组的压入元件和具有次级绕组的基于电路板的平面变压器构成的组合，并且这样就能实现混合式变压器或混合式平面变压器。在此，例如可以使常规绕线的变压器的优点与平面变压器的优点相结合。在此情形下，初级绕组与次级绕组可以布置成结构上分离和彼此耦接的单元，其中可以仅将至少一个绕组实施为电路板。
有利地，与完全以平面结构实施的变压器相比，根据本发明的实施方式特别是通过组合方式可以降低电路板结构的复杂性。另外，例如通过取消电路板内的初级绕组，尤其通过省去电路板内的掩埋式的过孔，即所谓的掩埋式穿孔(英文：Buried Vias)，这样就能简化电路板的结构。此外，特别是通过由例如塑料制成的置入件也可以实现空气间隙和爬电距离，并且无需在电路板内考虑它们。特别是，依赖于匝数比，还可以减少电路板子层数量或电路板中的子层数量，例如根据仅示例性5:1:1或16:1:1的匝数比，减少了至少2个子层或4个子层。特别地，还可以增加变压器芯中可供使用的绕组空间的铜填充度。
与常规绕线的变压器相比，例如尤其可以改善排热或热排出，可以简化制造，可以以简化的方式实现空气间隙和爬电距离，也可以不同于通过拧接或焊接部位地实现电接触，即使在高电流应用中，也可以简化结构和连接技术，并且可以减小漏电感。
与构建在单个电路板中的平面变压器相比，特别是可以减少电路板的子层数量，用以充分利用绕组空间。此外，例如高压电位可能施加到其上的初级绕组仅需满足降低的对空气间隙和爬电距离或绝缘距离的要求。
本发明提出一种变压器设备，其中，该变压器设备具有变压器芯、至少一个初级绕组和至少一个次级绕组，其中，变压器设备具有置入件和电路板，至少一个初级绕组布置在该置入件中，至少一个次级绕组布置在该电路板中，其中，置入件、电路板和变压器芯彼此耦接或能彼此耦接。
变压器设备可以实施为电气隔离的变压器设备。变压器芯可以实施为铁氧体芯或铁芯。置入件与电路板机械耦接或能机械耦接，并且可选地还与电路板电耦接或能电耦接。
根据一种实施方式，置入件可以具有至少一根绞合线和电绝缘材料。在此，至少一根绞合线可以埋入电绝缘材料中。电绝缘材料可以具有塑料材料。至少一根绞合线可以为高频绞合线。这样的实施方式提供的优点是，特别是通过基于高频绞合线的初级绕组，可以因增大线路总截面而减小初级正向损耗。通过埋入到塑料载体中也可以以简单的方式实现空气间隙和爬电距离。
作为替代方案，置入件可以具有另外的电路板，在其中可以布置有至少一个初级绕组。这样的实施方式提供的优点是，当至少一个初级绕组的电流负载减小时，置入件也可以以另外或附加的电路板的形式实现为置入件。通过这种实施方式同样可以减少两个电路板的子层数量。
另外，置入件可以具有至少一个压入元件，用以压入到电路板中来将置入件与电路板耦接。至少一个压入元件可以例如由金属材料成型出。这样的实施方式提供的优点是，置入件例如实施为具有至少一个初级绕组的塑料载体，并且电路板可以借助压装技术而简单、快速且可靠地彼此连接。
在此情形下，置入件可以具有多个压入元件。在此，多个压入元件中的两个压入元件可以成型为用于初级绕组的电接头。这样两个压入元件就能与初级绕组电连接并且通过压入电路板中而电接触。这样的实施方式提供的优点是，可以节省空间和成本，其中，通过压入元件也可以部分地实现机械连接和电连接的双重功能。
此外，电路板可以具有多个子层。在此，至少一个次级绕组可以成型为电路板的至少一个子层。电路板可以特别是实施为示例性仅四子层并且具有任选的中间子层。这样的实施方式提供的优点是，可以节省空间地实现至少一个次级绕组。
此外，电路板可以具有至少一个过孔。在此，至少一个过孔可以延伸穿过电路板的全部子层。这样的实施方式提供的优点是，特别是可以省去电路板中的掩埋式的过孔，这样就能降低用于构建电路板的成本。
另外，变压器设备可以具有至少一个散热体，用以从电路板排出热并且补充或替代地从置入件排出热。在此，电路板布置或能布置于至少一个散热体与置入件之间。这样的实施方式提供的优点是，可以改善变压器设备的热排出或排热。
在此情形下，变压器设备还可以具有导热层，用以从电路板向至少一个散热体导出热。在此情形下，导热层布置或能布置于电路板与至少一个散热体之间。导热层可以以两种方式实施为导热箔。这样的实施方式提供的优点是，可以进一步改善热导出和热传递。
本发明提供一种用于制造变压器设备的方法，其中，该方法具有：成型出置入件的步骤，在置入件中布置有变压器设备的至少一个初级绕组；构建出电路板的步骤，在电路板中布置有变压器设备的至少一个次级绕组；以及将置入件、电路板和变压器芯彼此耦接的步骤。
通过实施该方法，可以有利地产生上述变压器设备的实施方式。在此情形下，成型的步骤和构建的步骤可以并行地实施或至少部分地按任意顺序依次实施。此外，在成型的步骤中以及附加地或替代地在构建的步骤中，可以执行在变压器芯上的部分装配。
根据一种实施方式，在成型的步骤中，至少一根绞合线可以埋入电绝缘材料中。电绝缘材料可以是塑料材料。这样的实施方式提供的优点是，置入件可以实现结构简单且成本低廉。
作为替代方案，在成型的步骤中，可以构建具有至少一个次级绕组的另外的电路板。该另外的电路板可以多子层地实施。在此，至少一个次级绕组可以成型为另外的电路板的至少一个子层。这样的实施方式提供的优点是，特别是当至少一个初级绕组的电流负载减小时，可以实现具有至少一个平面实施的次级绕组的置入件。
本发明还提供一种设备，其被构造成用于执行上述方法的实施方式的步骤。
该设备可以是处理电信号(例如传感器信号)并依赖于该电信号输出控制信号的电气设备。该设备可以具有一个或多个适当的接口，这些接口可以通过硬件和/或软件来构造。在通过硬件的结构方案中，接口可以例如是集成电路的在其中实现该设备的功能的那一部分。接口也可以是自身的集成电路或至少部分地由分立的构件组成。在通过软件的结构方案中，接口可以是例如在微控制器上其他软件模块之外还存在的软件模块。
有利地还有一种具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码可以存储在诸如半导体存储器、硬盘存储器或光存储器那样的机器可读的载体上，并且用于当在计算机或设备上实施程序时执行根据上述实施方式之一所述的方法。
附图说明
下面结合附图示例性详细说明本发明。在附图中：
图1示出平面变压器的示意性剖视图；
图2示出根据本发明的实施例的变压器设备的示意性剖视图；
图3示出图2中的变压器设备的局部示意性剖视图；
图4示出图2中的变压器设备的置入件的示意性剖视图；
图5示出图2中的变压器设备的电路板的示意性剖视图；
图6示出图2中的变压器设备的电路板的示意图；
图7示出图2中的变压器设备的置入件的示意图；
图8示出根据本发明的实施例的制造方法的流程图；以及
图9示出根据本发明的实施例的设备的示意图。
在下文对本发明优选实施例的描述中，相同或相似的附图标记用于各图中示出并起相似作用的元件，其中，省略对这些元件的赘述。
具体实施方式
图1示出平面变压器100的示意性剖视图。换而言之，图1示出平面变压器100的示例性仅8子层的电路板结构。在此情形下，平面变压器100的初级绕组和次级绕组布置于单个电路板中。
参照图1中的视图，电路板的电路板结构从上到下具有下列子层：第一子层101、半成品子层110或预浸料子层110(预浸料＝预浸渍纤维，英语：preimpregnated fibre)、第二子层102、芯子层120、第三子层103、另外的半成品子层110、第四子层104、另外的芯子层120、第五子层105、另外的半成品子层110、第六子层106、另外的芯子层120、第七子层107、另外的半成品子层110和第八子层108。
在此情形下，第二子层102、第三子层103、第六子层106和第七子层107用于初级绕组，其中，第一子层101、第四子层104、第五子层105和第八子层108用于次级绕组。
电路板的电路板结构进一步仅示例性具有过孔130并且仅示例性具有两个掩埋式的过孔140或所谓的掩埋式过孔。
图2示出根据本发明的实施例的变压器设备200的示意性剖视图。变压器设备200具有例如由铁氧体成型的变压器芯210。另外，变压器设备200具有置入件220，在其中布置或成型有该变压器设备200的至少一个初级绕组。变压器设备200还具有电路板230，在其中布置或成型有该变压器设备200的至少一个次级绕组。
置入件220、电路板230和变压器芯210彼此机械耦接。在此情形下，置入件220和电路板230至少局部地布置于变压器芯210中。置入件220和电路板230表示分立但彼此耦接的组件或元件。这样，至少一个初级绕组和至少一个次级绕组就布置于分开的元件中。换而言之，借助置入件220实现至少一个初级绕组，其中，借助电路板230实现至少一个次级绕组。下面将参照后续附图更详细地论述置入件220和电路板230。
根据如图2所示的本发明的实施例，置入件220具有多个压入元件225，出于图示目的仅示出它们中的两个压入元件225。成型出压入元件225来压入电路板230中，以便将置入件220与电路板230耦接。在图2的视图中，压入元件225压入电路板230中。
另外，参照图2中所示的本发明的实施例，变压器设备200示例性具有散热体240，用以从电路板230和/或置入件220排出热。在此，电路板230布置于散热体240与置入件220之间。散热体240至少与电路板230热耦接。作为补充方案，变压器设备200在此具有导热层250，用以从电路板230向散热体240导出热。导热层250布置于电路板230与散热体240之间。在此情形下，导热层250例如实施为导热箔。这样散热体240就经由导热层250至少与电路板230热耦接。
图3示出图2中的变压器设备的局部示意性剖视图。在图3中所示的局部中，示出变压器设备的变压器芯210、置入件220和电路板230。变压器设备的初级绕组布置于置入件220中。变压器设备的次级绕组布置于电路板230中。
图4示出图2中的变压器设备的置入件220的示意性剖视图。在此还明确示出初级绕组460。初级绕组460借助至少一根埋入作为用于电绝缘的包封物的电绝缘材料424中的绞合线422或高频绞合线422来实现。电绝缘材料424例如是塑料材料。这样，置入件220就具有绞合线422或高频绞合线422和电绝缘材料424。初级绕组460借助绞合线422或高频绞合线422来构造。
根据另一个实施例，置入件220可以具有另外的电路板或者实现为在其中布置有初级绕组的另外的电路板。
图5示出图2中的变压器设备的电路板230的示意性剖视图。电路板230具有平面变压器的示例性4子层的电路板结构，其具有次级绕组但不具有初级绕组。
参照图5中的视图，电路板230的电路板结构从上到下具有下列子层：第一子层531、芯子层535、第二子层532、半成品子层536或预浸料子层536(预浸料＝预浸渍纤维)、第三子层533、另外的芯子层535和第四子层534。这样电路板230就具有多个子层531、532、533、534、535和536。变压器设备的至少一个次级绕组成型为电路板的至少一个子层531、532、533和/或534。
电路板230还示例性具有仅一个过孔537。过孔537延伸穿过电路板230的全部子层531、532、533、534、535和536。
图6示出图2中的变压器设备的电路板230的示意图。在此示出电路板230的示意性俯视图或部分简明俯视图。图6明确示出电路板230中的次级绕组670。次级绕组670成型或实现为电路板230的至少一个子层，或者成型或实现在电路板230的至少一个子层中。
图7示出图2中的变压器设备的置入件220的示意图。在此示出置入件220的示意性俯视图或部分简明俯视图。在图7中示出置入件220的多个压入元件225和725、绞合线422或高频绞合线422、电绝缘材料424和初级绕组460。
在此情形下，借助高频绞合线422实现置入件220中的初级绕组460。高频绞合线422在此多匝地缠绕。在此情形下，高频绞合线422埋入或注入电绝缘材料424中。
置入件220具有多个压入元件225和725。确切而言，置入件220仅示例性具有四个压入元件225和725。其中，仅示例性地，两个压入元件225被成型用于将置入件220紧固或将置入件220压入到变压器设备的电路板中。多个压入元件225和725中的示例性的两个另外的压入元件725被成型为用于初级绕组460的电接头并且用于将置入件220紧固或将置入件220压入到变压器设备的电路板中。这样，压入元件725既用于初级绕组460的电接触又用于置入件220的机械固定。换而言之，这样用于初级绕组460或触及线圈460的电接头与两个压入元件725连接或组合。
图8示出根据本发明的一个实施例的用于制造的方法800或制造方法800的流程图。能执行制造方法800来制造变压器设备。确切而言，能执行制造方法800来制造图2中的变压器设备或类似的变压器设备。
制造方法800具有成型出在其中布置有变压器设备的至少一个初级绕组的置入件的步骤810。此外，制造方法800还具有构建出在其中布置有变压器设备的至少一个次级绕组的电路板的步骤820。另外，制造方法800具有将置入件、电路板和变压器芯彼此耦接的步骤830。
成型的步骤810和构建的步骤820可以按任意顺序执行，并且补充或替代地至少部分并行地执行。
根据一个实施例，在成型的步骤810中，将至少一根绞合线埋入电绝缘材料中。作为替代方案，在成型的步骤810中，构建具有至少一个次级绕组的另外的电路板。
图9示出根据本发明的一个实施例的设备900的示意图。设备900实施为控制仪器。设备900被构造成用于实现或控制变压器设备的制造。确切而言，设备900被构造成用于实现或控制图2中的变压器设备的制造或类似变压器设备的制造。
设备900以能传输信号的方式与生产系统950连接。生产系统950示例性仅具有第一机器960、第二机器970和第三机器980。
设备900具有成型装置910，其被构造成用于驱控第一机器960来成型出在其中布置有变压器设备的至少一个初级绕组的置入件。此外，设备900还具有构建装置920，其被构造成用于驱控第二机器970来构建出在其中布置有变压器设备的至少一个次级绕组的电路板。另外，设备900还具有耦接装置930，其被构造成用于驱控第三机器970来将置入件、电路板和变压器芯彼此耦接。
如果实施例包括第一特征和第二特征之间的“和/或”关系，可以理解为，该实施例根据一种实施方式既具有第一特征也具有第二特征，而根据另一种实施方式仅具有第一特征或仅具有第二特征。
附图标记列表
100 平面变压器
101 第一子层
102 第二子层
103 第三子层
104 第四子层
105 第五子层
106 第六子层
107 第七子层
108 第八子层
110 半成品子层或预浸料子层
120 芯子层或芯
130 过孔
140 掩埋式的过孔
200 变压器设备
210 变压器芯
220 置入件
225 压入元件
230 电路板
240 散热体
250 导热层
422 绞合线
424 电绝缘材料
460 初级绕组
531 第一子层
532 第二子层
533 第三子层
534 第四子层
535 芯子层
536 半成品子层或预浸料子层
537 过孔
670 次级绕组
725 压入元件
800 用于制造的方法或制造方法
810 成型的步骤
820 构建的步骤
830 耦接的步骤
900 设备
910 成型装置
920 构建装置
930 耦接装置
950 生产系统
960 第一机器
970 第二机器
980 第三机器

Claims (14)

1.变压器设备(200)，其中，所述变压器设备(200)具有变压器芯(210)、至少一个初级绕组(460)和至少一个次级绕组(670)，其特征在于具有置入件(220)和电路板(230)，所述至少一个初级绕组(460)布置在所述置入件中，所述至少一个次级绕组(670)布置在所述电路板中，其中，所述置入件(220)、所述电路板(230)和所述变压器芯(210)彼此耦接或能彼此耦接。
2.根据权利要求1所述的变压器设备(200)，其特征在于，所述置入件(220)具有至少一根绞合线(422)和电绝缘材料(424)，其中，所述至少一根绞合线(422)埋入所述电绝缘材料(424)中。
3.根据权利要求1所述的变压器设备(200)，其特征在于，所述置入件(220)具有另外的电路板，所述至少一个初级绕组(460)布置在所述另外的电路板中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的变压器设备(200)，其特征在于，所述置入件(220)具有至少一个压入元件(225；725)，用以压入到所述电路板(230)中来将所述置入件(220)和所述电路板(230)耦接。
5.根据权利要求4所述的变压器设备(200)，其特征在于，所述置入件(220)具有多个压入元件(225；725)，其中，所述多个压入元件(225；725)中的两个压入元件(725)成型为用于所述初级绕组(460)的电接头。
6.根据前述权利要求中任一项所述的变压器设备(200)，其特征在于，所述电路板(230)具有多个子层(531、532、533、534、535、536)，其中，所述至少一个次级绕组(670)成型为所述电路板(230)的至少一个子层(531、532、533、534)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的变压器设备(200)，其特征在于，所述电路板(230)具有至少一个过孔(537)，其中，所述至少一个过孔(537)延伸穿过所述电路板(230)的全部子层(531、532、533、534、535、536)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的变压器设备(200)，其特征在于具有至少一个散热体(240)，用于将热从所述电路板(230)和/或所述置入件(220)送走，其中，所述电路板(230)布置或能布置在所述至少一个散热体(240)与所述置入件(220)之间。
9.根据权利要求8所述的变压器设备(200)，其特征在于具有导热层(250)，用于将热从所述电路板(230)导出到所述至少一个散热体(240)，其中，所述导热层(250)布置或能布置在所述电路板(230)与所述至少一个散热体(240)之间。
10.用于制造变压器设备(200)的方法(800)，其特征在于，所述方法(800)具有：成型出置入件(220)的步骤(810)，在所述置入件中布置有所述变压器设备(200)的至少一个初级绕组(460)；构建出电路板(230)的步骤(820)，在所述电路板中布置有所述变压器设备(200)的至少一个次级绕组(670)；以及将所述置入件(220)、所述电路板(230)和变压器芯(210)彼此耦接的步骤(830)。
11.根据权利要求10所述的方法(800)，其特征在于，在成型的步骤(810)中，将至少一根绞合线(422)埋入电绝缘材料(424)中。
12.根据权利要求10所述的方法(800)，其特征在于，在成型的步骤(810)中，构建出具有所述至少一个次级绕组(670)的另外的电路板。
13.具有被构造成用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法(800)的步骤的单元(910、920、930)的设备(900)。
14.计算机程序产品，所述计算机程序产品具有程序代码，所述程序代码用于当所述计算机程序产品在设备上运行时执行根据前述权利要求中任一项所述的方法(800)。
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