CN109712787B - 变压器 - Google Patents

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Abstract

一种变压器，包括：具有卷绕轴的芯部；并排卷绕在卷绕轴上的N个一次绕组；及以夹着N个一次绕组的每个的方式与N个一次绕组交替地并排卷绕在卷绕轴上的N+1个二次绕组。N+1个二次绕组中的位于卷绕轴的第1端侧的端部的第1二次绕组的第1圈数小于位于从卷绕轴的第1端侧的端部开始的第二位的第2二次绕组的第2圈数，N+1个二次绕组中的位于卷绕轴的第2端侧的端部的第3二次绕组的第3圈数小于位于从卷绕轴的第2端侧的端部开始的第二位的第4二次绕组的第4圈数。

Description

变压器
技术领域
本发明涉及一种变压器(transformer)。
背景技术
现有技术中存在一种变压器，其特征在于，具备芯部(core)、由绕装在该芯部上的绕组体构成的一次绕组(primary winding)、及由单线圈(卷绕一次)结构的金属板材构成的二次绕组(secondary winding)，其中，上述金属板材上设置了供上述芯部插入并对其进行保持的贯穿孔，并且隔着上述贯穿孔还形成有一对端子部，上述绕组体和上述金属板材相对上述芯部交替配置(例如，参照专利文献1)。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1](日本)特开2006－013094号公报
发明内容
[发明要解决的课题]
然而，先前的变压器中，所有的二次绕组的圈数(也称匝数(number of turns))互相相等，都为1圈。在多个(plural)一次绕组和多个二次绕组交替重叠排列的情况下，排列方向的中央部和端部处，一次绕组和二次绕组之间的漏感(leakage inductance)不同。
一旦存在这样的漏感的分布(不平衡)，多个一次绕组中流动的电流就会产生分布(不平衡)。其结果为，铜损变大，会发生热量的分布(不平衡)，进而存在一部分会超过变压器的温度上限的可能性。
因此，以提供一种可抑制漏感的分布(不平衡)的变压器为目的。
[用于解决课题的手段]
本发明的实施方式的变压器包括：
具有卷绕轴的芯部；
N(N为3以上的整数)个一次绕组，并排卷绕在所述卷绕轴上；及
N+1个二次绕组，以夹着所述N个一次绕组的每个的方式，与所述N个一次绕组交替地并排卷绕在所述卷绕轴上，
其中，所述N+1个二次绕组中的位于所述卷绕轴的第1端侧的端部的第1二次绕组的第1圈数小于位于从所述卷绕轴的第1端侧的端部开始的第二位的第2二次绕组的第2圈数，
所述N+1个的二次绕组中的位于所述卷绕轴的第2端侧的端部的第3二次绕组的第3圈数小于位于从所述卷绕轴的第2端侧的端部开始的第二位的第4二次绕组的第4圈数，
所述第1二次绕组与所述第2二次绕组串联，并且，所述第3二次绕组与所述第4二次绕组串联，
所述第1二次绕组和所述第2二次绕组与所述第3二次绕组和所述第4二次绕组并联，
所述第1圈数和所述第2圈数的合计圈数等于所述第3圈数和所述第4圈数的合计圈数。
[发明效果]
能够提供一种可抑制漏感的分布(不平衡)的变压器。
附图说明
[图1]表示实施方式的变压器100的图。
[图2]表示实施方式的变压器100的图。
[图3]表示实施方式的变压器100的图。
[图4]表示实施方式的变压器100的图。
[图5]表示一次绕组110和二次绕组120A、120B的连接关系的电路图。
[图6]表示3个一次绕组110中流动的电流的波形的图。
[图7]表示实施方式的变形例的变压器100M的图。
[图8]表示变压器100M中的一次绕组110和5个二次绕组120A、120B、120C的连接关系的电路图。
[符号说明]
100、100M 变压器
50 芯部
52 卷绕轴
110 一次绕组
120A、120B、120C 二次绕组
具体实施方式
下面，对可应用本发明的变压器的实施方式进行说明。
＜实施方式＞
图1至图4是表示实施方式的变压器100的图。图1为斜视图，图2为沿图1的箭头A－A方向进行观察时的剖面图(即，与Z轴垂直的平面图)，图3和图4为侧视图。需要说明的是，下面使用XYZ坐标系进行说明。
变压器100包括芯部50、一次绕组110、及二次绕组120A、120B。图3和图4中示出了设置变压器100的基板10。基板10例如为FR－4(Flame Retardant type 4)规格(标准)的配线基板，并具有多个配线层(导电层)。
芯部50例如由铁氧体(ferrite)等磁性体构成，并具有主体部51和卷绕轴(winding axis)52。芯部50可对一次绕组110和二次绕组120A、120B进行保持。
主体部51具有长方体形状的外形，并且，Z轴正方向侧和Z轴负方向侧具有切口部51A、51B。一次绕组110和二次绕组120A、120B的一部分从切口部51A、51B露出(exposed)。
卷绕轴52为在主体部51的XZ平面的中心部沿Y轴方向延伸的圆柱状的部件。卷绕轴52与主体部51进行了一体化。
上述的芯部50由在Y轴正方向侧和Y轴负方向侧被分割成两半的2个部件构成，所以，主体部51和卷绕轴52在Y轴正方向侧和Y轴负方向侧也被分割成了两半。2个部件沿接缝50A进行了卡合。
一次绕组110具有端部111、112，并具有卷绕了导线的结构。导线例如为铜制。一次绕组110卷绕在圆环状的线轴(bobbin)113上。图1至图4中作为一例示出了变压器100包括3个一次绕组110的结构。与二次绕组120A、120B相比电压较高且电流较低的电力从外部电路供给至一次绕组110。
二次绕组120A、120B分别具有端子121A、121B、122A、122B，并具有将金属板卷绕成了螺旋状的结构。金属板例如为铜制。图1至图4中作为一例示出了变压器100包括2个二次绕组120A和2个二次绕组120B的结构。即，变压器100合计共包括4个二次绕组120A、120B。
4个二次绕组120A、120B沿Y轴方向按照二次绕组120A、120B、120B、120A的顺序进行排列，并卷绕在卷绕轴52上。二次绕组120A、120B、120B、120A在与3个一次绕组110交替排列的状态下卷绕在卷绕轴52上。
即，Y轴负方向侧的一次绕组110的两侧配置了二次绕组120A、120B，Y轴方向中央的一次绕组110的两侧配置了二次绕组120B、120B，Y轴正方向侧的一次绕组110的两侧配置了二次绕组120B、120A。
二次绕组120A的圈数为1圈，二次绕组120B的圈数为2圈(这里需要说明的是，此处的1圈和2圈仅为一例，不限于此)。这样，与3个一次绕组110交替地配置了4个二次绕组120A、120B、120B、120A，其中，圈数较多的2个二次绕组120B被摆排在中央侧，圈数较少的2个二次绕组120A被配置在两端，据此可抑制漏感的分布(不平衡)。其具体理由将在后面陈述。
图5是表示一次绕组110和二次绕组120A、120B的连接关系的电路图。图5中，由虚线围成并表示的部分是变压器100。这里，图5中位于最上侧的二次绕组120A是第1二次绕组的一例，位于从最上侧开始的第二位的二次绕组120B是第2二次绕组的一例。此外，位于最下侧的二次绕组120A是第3二次绕组的一例，位于从最下侧开始的第二位的二次绕组120B是第4二次绕组的一例。
3个一次绕组110以相同的极性进行了并联。并联了的3个一次绕组110的两端与端子11A、11B连接。端子11A、11B设置在基板10(参照图3和图4)上。
就4个二次绕组120A、120B而言，二次绕组120A、120B以相同的极性一个一个地进行了串联(即，如图5所示，从最上侧开始的二次绕组120A、120B以相同的极性进行了串联，另外，从最下侧开始的二次绕组120A、120B也以相同的极性进行了串联)，并且，串联了的2组二次绕组120A、120B并联(参照图5)。通过这样进行连接，2组二次绕组120A、120B的输出电压被进行了合并。2组二次绕组120A、120B的两端与端子12A、12B连接。端子12A、12B设置在基板10(参照图3和图4)上。
此外，这样的4个二次绕组120A、120B的连接可通过将端子121A、121B、122A、122B连接至基板10的导电层而实现。
图6是表示3个一次绕组110中流动的电流的波形的图。这里，图5中上侧所示的一次绕组110的电流被设为IP1，中央的一次绕组110的电流被设为IP2，下侧所示的一次绕组110的电流被设为IP3。
图6的(A)中示出了3个一次绕组110和4个二次绕组120A、120B之间的漏感的分布(不平衡)被进行了抑制的状态下的电流IP1、IP2、IP3。
图6的(B)中示出了用于比较的变压器的3个一次绕组110的电流IP1、IP2、IP3。用于比较的变压器具有将3个一次绕组110和圈数相等的2个二次绕组交替卷绕在卷绕轴52上的结构。作为一例，二次绕组的圈数为3圈。
就用于比较的变压器而言，漏感的分布(不平衡)没有被进行抑制，3个一次绕组110中的两侧的2个的一次绕组110的漏感大于中央的1个一次绕组110的漏感。
如图6的(A)所示，变压器100中，漏感的分布(不平衡)被进行了抑制并被进行了均等化，所以，电流IP1、IP2、IP3的电流值大致相等。
然而，如图6的(B)所示，用于比较的变压器中，漏感的分布(不平衡)没有被进行抑制，所以，漏感比较大的外侧的2个一次绕组110中流动的电流IP1、IP3的电流值小于中央的1个一次绕组110中流动的电流IP2的电流值。
这样，用于比较的变压器中，一次侧的电流IP1、IP2、IP3不平衡，导致铜损的增大，进而会产生热量的分布(不平衡)和/或一部分的温度上升。
实施方式的变压器100中，为了对这样的漏感的分布(不平衡)进行抑制，与3个一次绕组110交替地配置了4个二次绕组120A、120B、120B、120A，其中，圈数较多的2个二次绕组120B被摆排在中央侧，圈数较少的2个二次绕组120A被配置在两端。采用这样的配置的理由如下。
如用于比较的变压器那样，若将3个一次绕组110和圈数相等的2个二次绕组交替卷绕在卷绕轴52上，则从变压器100的一次侧观察二次侧时，3个一次绕组110中的中央的一次绕组110的两侧存在二次绕组。为此，中央的一次绕组110和二次绕组之间的磁耦合较紧，漏感比较小。
然而，就两端的一次绕组110而言，仅在单侧存在二次绕组，所以，与中央的一次绕组110和二次绕组之间相比，与二次绕组之间的磁耦合较松，漏感比较大。
这样的漏感的分布(不平衡)会引起如图6的(B)所示的电流的不平衡，导致一次侧的铜损的增大，由此会发生热量的分布(不平衡)和/或一部分的温度上升。
所以，为了抑制漏感的分布(不平衡)，并抑制铜损的增大、热量的分布(不平衡)、及一部分的温度上升的发生，如上所述，与3个一次绕组110交替地配置了4个二次绕组120A、120B、120B、120A。
对3个一次绕组110进行排列后，中央的一次绕组110的两侧存在一次绕组110，所以，夹着中央的一次绕组110的2个二次绕组120B的圈数大于两端侧的2个二次绕组120A的圈数。
另外，就两侧的一次绕组110而言，中央侧配置了2圈的二次绕组120B，外侧配置了1圈的二次绕组120A(这里需要说明的是，此处的2圈和1圈仅为一例，不限于此)。所以，每个一次绕组和二次绕组之间的磁耦合大致相等，由此可实现漏感的均等化。
这样，通过设置比一次绕组110的数量(3个)多1个的二次绕组120A、120B、120B、120A，并使二次绕组120A、120B、120B、120A的圈数的分布(不平衡)如1圈、2圈、2圈、1圈那样中央侧较多、两个外侧较少，可对漏感的分布(不平衡)进行抑制。
此外，如果将二次绕组120A、120B的数量设为偶数，则从奇数个的一次绕组110中的中央的一次绕组110观察时，二次绕组120A、120B的配置为对称状，所以，可更有效地对漏感的分布(不平衡)进行抑制。
需要说明的是，通过使二次绕组120A、120B一个一个地进行串联，再使串联了的2组二次绕组120A、120B并联(参照图5)，可获得与用于比较的变压器的二次侧相同的输出电压。
如上所述，根据实施方式，能够提供一种可对漏感的分布(不平衡)进行抑制的变压器100。
此外，电流量较多的二次绕组120A、120B的端子121A、122A、121B、122B经由基板10的导电层进行了连接，所以，还可经由基板10的导电层进行散热。
需要说明的是，上面对4个二次绕组120A、120B的端子121A、121B、122A、122B连接于基板10的导电层的方式进行了说明，但端子121A、121B、122A、122B也可不通过基板10而通过电缆进行连接。
此外，上面对变压器100包含3个一次绕组110和4个二次绕组120A、120B的方式进行了说明，但一次绕组110和二次绕组120A、120B的数量并不限定于此，只要二次绕组120A、120B的数量比一次绕组110多一个即可。
此外，在二次绕组120A、120B的个数为偶数的情况下，如上所述，说明了该情况下可更有效地对漏感的分布(不平衡)进行抑制，但二次绕组120A、120B的个数也可为奇数。
图7是表示实施方式的变形例的变压器100M的图。变压器100M包括4个一次绕组110和5个二次绕组120A、120B、120C、120B、120A。其他的结构则与图1至5所示的变压器100相同。
变压器100M中，4个一次绕组110和5个二次绕组120A、120B、120C、120B、120A在交替排列的状态下卷绕在卷绕轴52上。配置在二次侧的中央的二次绕组120C的圈数为3圈。
图8是表示变压器100M中的一次绕组110和5个二次绕组120A、120B、120C的连接关系的电路图。图8中，由虚线围成并表示的部分是变压器100M。
就一次侧而言，为4个一次绕组110的端部111、112以相同的极性进行了连接的结构，4个一次绕组110的两端与端子11AM、11BM连接。端子11AM、11BM设置在基板10(参照图3和图4)上。
就二次侧而言，为串联了的2组二次绕组120A、120B和二次绕组120C进行了并联的结构，2组二次绕组120A、120B和二次绕组120C的两端与端子12AM、12BM连接。端子12AM、12BM设置在基板10(参照图3和图4)上。
在这样的结构的变压器100M中，与实施方式的变压器100同样地，也可抑制漏感的分布(不平衡)。
需要说明的是，上面基于图7和图8对包含4个一次绕组110和5个二次绕组120A、120B、120C的变压器100M进行了说明，但一次绕组110和二次绕组120A、120B、120C的数量并不限定于此，只要二次绕组120A、120B、120C的个数为奇数，且比偶数个的一次绕组110多一个即可。
在继续增加数量的情况下，一次侧只要增加并联的一次绕组110的数量即可，而二次侧则只要增加中央侧所设置的二次绕组120C的数量即可。即，只要在两端侧配置串联了的二次绕组120A、120B即可。
基于上述，本发明的实施例提供一种变压器，其包括：具有卷绕轴的芯部；N(N为3以上的整数)个一次绕组，并排卷绕在所述卷绕轴上；及N+1个二次绕组，以夹着所述N个一次绕组的每个的方式与所述N个一次绕组交替地并排卷绕在所述卷绕轴上。
所述N+1个二次绕组中的位于所述卷绕轴的第1端侧的端部的第1二次绕组的第1圈数小于位于从所述卷绕轴的第1端侧的端部开始的第二位的第2二次绕组的第2圈数。
所述N+1个的二次绕组中的位于所述卷绕轴的第2端侧的端部的第3二次绕组的第3圈数小于位于从所述卷绕轴的第2端侧的端部开始的第二位的第4二次绕组的第4圈数。
所述第1二次绕组与所述第2二次绕组串联，并且，所述第3二次绕组与所述第4二次绕组串联；所述第1二次绕组和所述第2二次绕组与所述第3二次绕组和所述第4二次绕组并联。
所述第1圈数和所述第2圈数的合计圈数等于所述第3圈数和所述第4圈数的合计圈数。
所述第1圈数与所述第3圈数相等，所述第2圈数与所述第4圈数相等。
另外，所述N+1个二次绕组为2M(偶数)个，并且，所述N个一次绕组为2M－1(奇数)个，这里，M与N不同，为2以上的整数。
以上对本发明的例示的实施方式的变压器进行了说明，但本发明并不限定于具体公开的实施方式，只要不脱离权利要求书记载的范围，还可进行各种各样的变形和/或变更。

Claims (3)

1.一种变压器，其包括：
芯部，具有卷绕轴；
N个一次绕组，并排卷绕在所述卷绕轴上，这里，N为3以上的整数；及
N+1个二次绕组，以夹着所述N个一次绕组的每个一次绕组的方式，与所述N个一次绕组交替地并排卷绕在所述卷绕轴上，
其中，所述N+1个二次绕组中的位于所述卷绕轴的第1端侧的端部的第1二次绕组的第1圈数小于位于从所述卷绕轴的第1端侧的端部开始的第二位的第2二次绕组的第2圈数，
所述N+1个二次绕组中的位于所述卷绕轴的第2端侧的端部的第3二次绕组的第3圈数小于位于从所述卷绕轴的第2端侧的端部开始的第二位的第4二次绕组的第4圈数，
所述第1二次绕组与所述第2二次绕组串联，并且，所述第3二次绕组与所述第4二次绕组串联，
所述第1二次绕组和所述第2二次绕组与所述第3二次绕组和所述第4二次绕组并联，
所述第1圈数和所述第2圈数的合计圈数等于所述第3圈数和所述第4圈数的合计圈数。
2.如权利要求1所述的变压器，其中，
所述第1圈数与所述第3圈数相等，所述第2圈数与所述第4圈数相等。
3.如权利要求1或2所述的变压器，其中，
所述N+1个二次绕组有2M个，并且，所述N个一次绕组有2M－1个，这里，M与N不同，为2以上的整数。
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