CN1357148A - 简化的片层铁芯变压器及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种适于表面安装使用的简化的微电子变压器,包括一中心绕线管(102),变压器的初级线圈(104)和次级线圈(106)缠绕在该绕线管上。一系列“E”形片层铁芯件(108)以一种交替交叉重叠的方式装配在绕线管内,以便形成大致呈矩形的铁芯组件。一模制盖体(120)装配在线圈绕线架组件的中心区域内;盖体“卡合”在铁芯中,由此将其相对绕线管和其它变压器元件基本上固定。这种结构不需要用清漆或其它涂层来保持铁芯元件就位,且改善了变压器的电性能和热性能。还公开一种制造这种简化的变压器的方法。

Description

简化的片层铁芯变压器及制造方法

                    发明背景

发明领域

本发明总体上涉及用于印刷电路板和其它微电子设备中的微型电子装置，且尤其涉及一种含有不刷清漆的片层铁芯的改良型微电子变压器以及其制造方法。

背景技术

变压器是用于增加和降低交流电压的装置。通常通过将几个螺旋线圈缠绕在一块较大的磁芯上而制得。其中一个称之为初级线圈的线圈与电压将被改变的输入电路相连。另一称之为次级线圈的线圈与输出电路相连，在该输出电路中，电压得到改变的电流被使用。

当输入电路中的交流电流过初级线圈时，该电流就形成一个磁场，该磁场的强度和方向随着交变电流而改变。磁通的变化在次级线圈中感应产生交变电压。各线圈匝数之间的比值决定了变压比。例如，如果初级线圈中的匝数是次级线圈中匝数的两倍，那么输出电压将会是输入电压的一半。另一方面，输出电流则为输入电流的两倍。

铁芯可以采用片层状的磁性渗透材料构成。通常采用粘合剂或清漆将多层片层铁芯固定在一起，并覆盖上一种绝缘材料。采用粘合剂或清漆、绝缘材料会增加制造成本，并会降低变压器的散热性能。

                      发明概要

在本发明的一个方面，公开了一种改进且简化的微电子变压器，该变压器采用了一种片层结构的铁芯，该铁芯通过变压器盖体元件固定在一起。在一实施例中，盖体元件通常包括一顶面和四个侧壁，这四个侧壁与“E形”片层变压器铁芯元件的各个部分配合以便使其位置固定并使其对齐。变压器盖体元件由模制塑料制成，并且使得侧壁具有一定的柔韧度，以便其被安装到变压器组件时盖体元件上能够“卡合”进该组件中。盖体元件的两个侧壁的下边缘由片层铁芯元件的内部边缘承接在开口内，该开口形成于铁芯的内部，同时，剩下的两个侧壁的下边缘承接在铁芯元件的外部边缘上。这种结构将片层铁芯元件沿各个方向彼此相互固定。该盖体元件在其角落处还包括一系列孔，以便气流在盖体元件下面的组件顶部上流动。由于没有使用清漆或其它绝热涂层，变压器的热传递性能得到改善，因此，提高了元件的寿命和性能。

根据本发明的第二方面，描述了一种制造本发明的变压器的方法。在该方法的一个实施例中，通过将初级线圈和次级线圈缠绕到中心绕线管上可形成有缠绕线的绕线筒组件，该中心绕线管具有纵向穿过其中心而形成的孔。还形成一系列“E形”片层铁芯片。这些片层铁芯片从绕线管的纵轴两端开始以交替而互联的方式重叠安装，由此形成一个矩形或方形的片层铁芯元件。接着将模制的盖体元件置于有缠绕线的绕线筒组件上方并“卡合”在其中，从而使盖体元件的两个相对侧壁的下边缘承接在形成于铁芯内部的开口中。剩下的两个相对侧壁的下边缘承接在铁芯元件的外部边缘，由此使得铁芯元件固定就位。不需要清漆或其它涂层来保持铁芯元件相对于变压器组件的位置，由此降低了该装置的制造成本。

                     附图简要说明

图1是简化的变压器在组装之前的分解透视图。

图2是图1所示的变压器完全组装起来的透视图。

图3a-3c是图1所示的变压器的盖体元件的俯视图、侧视图以及正视图。

图4是简化的变压器的透视图。

图5是简化的变压器的透视图。

图6是图释本发明制造方法的流程示意图。

                  本发明详细说明

下面参考附图进行说明，在这些附图中相同的标记指的是所有相同的部件。

如图1所示，变压器100包括绕线管102，该绕线管102上带有多个电线接线端103、初级线圈104、次级线圈106、多个片层铁芯元件108以及盖体元件110。该绕线管102其横断面基本上为矩形，当然可以认为其端面可以采用其它形状。在绕线管102的中心部分形成有一个基本上呈矩形的孔112。该孔112沿绕线管102的中心轴线114纵向延伸。孔112的尺寸做成能够容纳片层铁芯元件108的中心凸柱，中心凸柱将在下面进一步介绍。绕线管102包括两个接线板111，接线板111位于绕线管的两侧并偏向孔112的一侧。每个接线板111都包括一些线圈引导槽113，这些槽位于接线板的底侧以便容纳初级线圈104和次级线圈106的绕线的末端，这些将在下面作进一步描述。

初级线圈104和次级线圈106可以为彼此绝缘的导电体，并以某种方式在绕线管102上缠绕而成以便增强线圈之间的磁耦合，正如电学领域众所周知的那样。线圈104、106的末端121穿过接线板111的引导槽113并与接线端103相连。接线端103模制在接线板113内并适于表面安装或通过孔安装到电路板或其它元件上。在绕线结束后，如果需要的话，可以采用一个电绝缘盖体(例如聚合物)将缠绕在绕线管上的线圈密封起来。

铁芯元件108是一系列呈“E”形的基本上平面的磁性渗透板。各个铁芯元件108由镍铁合金制成，当然，应该想到还可以采用其它磁性的渗透材料和其它尺寸形状。这些磁性板安装在绕线管102的两端，并以交替方式堆叠或层叠安装。每个铁芯108的中间凸起(柱)116插进图1和2所示的矩形孔中。中间凸起116和侧部凸起118a、118b的长度在组装变压器的时候是这样的，即所有的凸起116、118与相对片层铁芯元件108上的相应的一个凸起至少部分重叠。因此，通过以交替的方式交叉插入相对的一个铁芯元件108中而形成铁芯。组装后的铁芯(以及变压器100)如图2所示。

参见图1、2以及图3a-3c，盖体元件110包括大致平坦的顶面120和四个从该顶面120向下突出的侧壁122a-122d(即两侧壁122a、122c，以及两端壁122b、122d)。孔130a-130d如图所示形成于盖体元件的角部区域。这些孔130a-130d使得空气在壳体元件110下流过，由此增强变压器线圈和铁芯的冷却效果。此外，这些孔将各个侧壁和端壁122a-122d分开，使它们在将盖体110安装到变压器100上时基本上能够弯曲，这将在下面进行更详细地描述。所形成的各个侧壁足够柔软且有弹性使其在盖体安装过程中能够弯曲。各个侧壁和端壁122a-122d在其外表面上还有一条或多条凸脊124a和124c。这些凸脊分别与铁芯元件108上的内/外边缘相配合，使得盖体元件110在完全安装到变压器100上时限定就位。特别是，凸脊124a-124d水平定向并垂直于相应的侧壁和端壁122a-122d放置，从而如图2所示，在盖体元件110被完全安装好时，凸脊挂住并固定一底层铁芯元件108的下边缘132a-132c。就两个相对的侧部侧壁122a、122c而言，凸脊124a、124c位于侧壁122a、122c的外表面128a、128c上，以便锁紧并固定最下端铁芯元件108的内侧底面边缘132a、132c。就两个相对的端部侧壁122b、122d而言，它们与铁芯元件108的底面外侧边缘132b、132d配合。因此铁芯元件108朝着顶面120被向上偏压，并顶靠造绕线管的孔112的上部内表面140上，由此而使得铁芯元件彼此位置固定并相对绕线管102位置亦固定。两端部侧壁122b、122d还包括一组形成于端壁的内表面126b、126d上的挡块或垫板142，这些挡块142起铁芯元件108的定位导向器的作用，并相对于凸脊124b、124d定位在端壁122b、122d上，以便在组装时可靠地抓住铁芯元件108并限定其垂直方向的运动。或者，侧壁还可伸出铁芯元件之外，并且和端壁所采用的方式一样与外部边缘相配合。

现在参看图4，该图描述了一种简化的变压器的另一个实施例。如图4所示，变压器200采用一种大致圆形或环形变压器铁芯202、接线板211以及盖体元件210。铁芯元件208还是以一种交替进行的方式交叉叠放，和结合附图1所描述的方式一样。盖体元件210包括两个相对曲面横向侧壁220a、220c，以及两个相对的曲面端壁220b、220d。该横向侧壁220a、220c在侧壁的下部边缘附近具有位于其外表面226a、226c上的凸脊(未示出)。和在图1所示的实施例一样，这些凸脊与底部铁芯元件208上相应的边缘230a、230c配合，由此相对于变压器200的其它部分固定铁芯元件208，而不用使用清漆或粘合剂。

现在参看图5，下面将描述一种简化的变压器的另一种实施例300。在该实施例中，矩形的铁芯元件308由盖体元件310固定，该盖体元件310装配在绕线管302和线圈的周围。此外，先前实施例中的侧壁和端壁由分开的几对接线端片311a、311b、311c、311d所替代，这些接线端片将铁芯元件横向和纵向固定。接线端片311a和311c上和图1与4中的实施例一样安装有凸脊。接线端片311b和311d在端部接线端片311b和311d的内表面312a、312c上安装有挡块(未示出)。该实施例使得制造所需的材料减少，并考虑到增强绕线管和线圈的通风效果。正如先前的所描述的实施例一样，图5所示的变压器300不需要清漆或其它的粘合剂来保持作为一个整体的铁芯或装置的自然完整性。

需要认识到的是，尽管详细地描述了前述实施例，但是依然可以得出其它的实施方式和变化。例如，整个变压器100和铁芯元件108除了可以形成图1和图4中所给出的矩形或大致圆形外，还可以分别形成其它形状，包括方形、椭圆形或多边形。此外，盖体元件104(包括其凸脊124和挡块142)的形状、位置以及材料成分可以根据需要而改变。所有这样的修改和替换实施方式都将被视为位于在此公开的本

发明的范围之内。

现在参看图6，下面将同时参照图1描述一种制造该简化的变压器的方法。作为该方法600的第一步602的一部分，变压器100的绕线管102采用注塑或其它类似的方法形成。而且，接线端103模制成形在接线板111中。与此同时，分别在各个步骤603和604中也形成铁芯元件108和盖体元件104。接着，在步骤605中，将初级线圈104和次级线圈106缠绕到图1所示的绕线管102上。然后在步骤606中采用浸焊工艺将这些线圈104、106的末端121端接到模制的接线端103上，该工艺就是将每根导线的末端附近的绝缘层剥掉然后将导线连接在接线端上。需要认识到的是，也可以采用其它端接形式和方法(包括采用有刻槽的接线端，将线圈的自由端缠绕在该接线端上)。接着，在步骤608中，如图1所示，通过将中心凸柱116插进孔112中，将铁芯元件108安装在绕线管102上。和先前描述的一样，在将铁芯元件108插进孔中时以交替的方式交叉进行。当所有的元件108都安装在绕线管102上时，然后经步骤610安装盖体元件110并将其“卡合”进变压器100中，尤其是使凸脊124a-124c与下面的铁芯元件108的底部边缘接合。然后完成变压器100的组装，并经步骤612进行导电测试。

需要指出的是，尽管采用了一种特定的顺序进行描述，但是，前述方法600的步骤顺序是可以根据需要进行改变的。此外，还可以根据需要加入其它步骤(例如在变压器线圈上涂上涂层，或在组装工序的各个步骤检测/测试元件)。所有这些顺序的改变和步骤的增加都将被认为位于在此所给的本发明的范围之内。

尽管上面的详细说明已经显示、描述和指出了本发明所应用到各个实施例上的新颖的特征，但是显然，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的精神的条件下对所说明的装置或方法在形式和细节方面作出各种省略、替换以及改变。

Claims (15)

1.一种变压器，包括：

具有初级线圈和次级线圈的绕线管，该绕线管具有沿绕线管中心轴线形成的孔口，该孔口具有第一末端和第二末端；

具有两相对末端的片层铁芯元件，且该铁芯元件包括多片磁性渗透板构成，该磁性渗透板伸进绕线管的通道中；以及

盖体元件，其构造成至少能与片层铁芯的两相对末端相配合。

2.如权利要求1所述的变压器，其中，该多片磁性渗透板中的每一片都包括E型板，一片E型板的中间支腿从绕线管上的孔口的第一末端伸进该孔口，而另一片E型板的中间支腿从绕线管上的孔口的第二末端伸进该孔口。

3.如权利要求2所述的变压器，其中，该片层铁芯元件构成通常的矩形铁芯组件，且盖体元件包括第一侧壁、与该第一侧壁相对的第二侧壁、第一端壁、以及与第一端壁相对的第二端壁，且其中，该第一和第二侧壁与该矩形铁芯组件的相对边缘配合，而第一和第二端壁与该矩形铁芯组件的剩下的相对边缘配合。

4.如权利要求1所述的变压器，其中，该多片磁性渗透板包括：

第一铁芯板包括带有外部边缘的基部、从基部与外部边缘相反向外伸出的中心支腿、以及同样从基部与外部边缘相反向外伸出的第一和第二外部支腿，该中心支腿伸进绕线管的孔口中，同时第一和第二外部支腿从绕线管的第一末端沿其相对两侧延伸，以及

第二铁芯板包括带有外部边缘的基部、从基部与外部边缘相反向外伸出的中心支腿、以及同样从基部与外部边缘相反向外伸出的第一和第二外部支腿，该中心支腿从绕线管的孔口的第二末端伸进该孔口中，同时第一和第二外部支腿从绕线管的第二末端沿其相对两侧延伸。

5.如权利要求4所述的变压器，其中，该盖体还包括第一端壁、与第一端壁相对的第二端壁、第一侧壁以及与该第一侧壁相对的第二侧壁，其中，第一端壁与第一铁芯板的外边缘配合，第二端壁与第二铁芯极的外边缘配合，第一侧壁在绕线管和至少一个外部支腿之间延伸和第二侧壁在绕线管和至少另一个外部支腿之间延伸。

6.一种片层铁芯变压器，包括：

一绕线管，该绕线管具有中心轴线和一孔，该孔具有第一和第二末端并沿该中心轴线穿过绕线管；

第一铁芯板包括带有外部边缘的基部、从基部与外部边缘相反向外伸出的中心支腿、以及都同样从基部与外部边缘相反向外伸出的第一和第二末端支腿，该中心支腿从第一末端伸进绕线管的孔口中，同时第一和第二末端支腿从绕线管的第一末端沿其相对两侧延伸，以及

第二铁芯板包括带有外部边缘的基部、从基部与外部边缘相反向外伸出的中心支腿、以及都同样从基部与外部边缘相反向外伸出的第一和第二末端支腿，该中心支腿从绕线管的孔口的第二末端伸进该孔口中，同时第一和第二末端支腿从绕线管的第一末端沿其相对两侧延伸，

盖体，该盖体还包括第一端壁、与第一端壁相对的第二端壁、第一侧壁以及与该第一侧壁相对的第二侧壁，其中，第一端壁与第一铁芯板的基部边缘配合，第二端壁与第二铁芯板的基部边缘配合，第一和第二侧壁与第一和第二铁芯板的一个和多个末端支腿配合。

7.如权利要求6所述的片层铁芯变压器，其中还包括绕绕线管形成的初级线圈和次级线圈。

8.如权利要求6所述的片层铁芯变压器，其中，第一和第二侧壁位于绕线管和第一和第二铁芯板的一个或多个末端支腿之间。

9.如权利要求6所述的片层铁芯变压器，其中，第一铁芯板的中心支腿基本上覆盖住第二铁芯板的中心支腿，第一铁芯板的第一末端支腿基本上覆盖住第二铁芯板的第一末端支腿，第一铁芯板的第二末端支腿基本上覆盖住第二铁芯板的第二末端支腿。

10.如权利要求6所述的片层铁芯变压器，其中，盖体包含非导电材料。

11.一种变压器，包括：

具有初级线圈和次级线圈的绕线管，该绕线管具有沿绕线管中心轴线形成的孔口，该孔口具有第一末端和第二末端；

多片E型的磁性渗透板，每一片都有一基部和一中心支腿，每片E型板的中心支腿都伸进绕线管的通道中；以及

盖体元件，其构造成与该多片E型板中的至少两片的基部相配合。

12.如权利要求11所述的变压器，其中，每一片E型板都有第一外部支腿和第二外部支腿，每一片E型板都有内部边缘，且盖体元件包括有与至少一片E型板的第一外部支腿的内边缘配合的第一侧壁和与至少一片E型板的第二外部支腿内边缘配合的第二侧壁。

13.一种制造片层铁芯变压器的方法，包括：

将初级线圈和次级线圈缠绕到中心绕线管上，该中心绕线管具有纵向穿过其中心形成的孔；

形成多个大致呈E型的磁性渗透铁芯片；

将该E型磁性渗透铁芯片以重叠覆盖的方式布置，一片E型铁芯片的一中心支腿从绕线管的孔的第一末端伸进该孔中，另一片E型铁芯片的一中心支腿从绕线管的孔的相反末端伸进该孔中；以及

将一盖体元件安装到重叠覆盖后的E型铁芯片上，从而使盖体的两相对侧壁承接在重叠覆盖后的E型铁芯元件的外部边缘上，且盖体的两个其它的侧壁承接在铁芯元件的外部支腿和绕线管之间。

14.一种制造片层铁芯变压器的方法，包括：

将初级线圈和次级线圈缠绕到中心绕线管上，该中心绕线管具有纵向穿过其中心形成的孔；

形成多个磁性渗透铁芯片；

将铁芯片以重叠覆盖的方式布置，重叠覆盖后的铁芯片穿过中心绕线管的孔；以及

将一盖体元件安装到重叠覆盖后的E型片层铁芯片上，从而盖体的第一侧壁与重叠覆盖后的铁芯片的第一边缘配合，而盖体的第二侧壁与重叠覆盖后的铁芯片的与第一边缘方向相反的第二边缘配合。

15.一种制造片层铁芯变压器的方法，包括：

形成绕线管；

在该绕线管的两相对端形成接线端；

形成磁性渗透铁芯板，每片铁芯板上都有一中心支腿；

将初级线圈和次级线圈缠绕到绕线管上；

将线圈的末端端接到该接线端上；

将铁芯板的中心支腿插进绕线管的孔中，其中铁芯板的中心支腿交叉重叠；

将一盖体元件安装到交叉重叠的铁芯板上，由此保持铁芯板处于一种稳定结构。

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