CN207719022U - 用于电感元件的线圈和变压器 - Google Patents
用于电感元件的线圈和变压器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及用于电感元件的线圈和变压器。所述线圈包括导体,所述导体具有相对的第一端部和第二端部、基本上圆形的第一部分、以及基本上圆形的第二部分,所述基本上圆形的第一部分终止于所述第一端部以及所述基本上圆形的第二部分终止于所述第二端部,并且所述基本上圆形的第一部分叠覆在所述基本上圆形的第二部分上,使得所述线圈具有至少两匝。所述变压器包括上述线圈。
Description
技术领域
本实用新型涉及用于电感元件的线圈和包括该线圈的变压器。
背景技术
本部分提供与本实用新型相关的背景信息,该背景信息不一定为现有技术。
电感器和变压器通常包括一个或多个线圈。有时,这些线圈通过冲压或光化学蚀刻一件或多件导电材料而形成。在某些情况下,通过冲压形成的线圈可以包括矩形部分,该矩形部分包括锐利的边缘。这种线圈结构通常被称为母线线圈(bus bar coil)的设计。
实用新型内容
本部分提供本实用新型的概括性总结,且不是本实用新型的全部范围或本实用新型的所有特征的全面公开。
本实用新型的一个方面涉及一种用于电感元件的线圈,所述线圈包括导体,所述导体具有相对的第一端部和第二端部、基本上圆形的第一部分、以及基本上圆形的第二部分,所述基本上圆形的第一部分终止于所述第一端部以及所述基本上圆形的第二部分终止于所述第二端部,并且所述基本上圆形的第一部分叠覆在所述基本上圆形的第二部分上,使得所述线圈具有至少两匝。
本实用新型的另一个方面涉及一种变压器,所述变压器包括上述线圈。
从本文中提供的描述,其它方面和应用领域将变得明显。应当理解,本实用新型的各个方面可以单独地实现或与一个或多个其它方面组合实现。还应当理解,本文中的描述和具体示例意图仅用于说明性目的且不意图限制本实用新型的范围。
附图说明
本文中所描述的附图仅用于所选实施方式的说明性目的,而非所有可能的实现方式,且不意图限制本实用新型的范围。
图1是根据本实用新型的一个示例性实施方式的用于形成线圈的方法的流程图,其中该方法包括将导体弯曲成8字形的结构以及然后折叠8字形的结构。
图2是根据另一示例性实施方式的由图1的方法形成的两匝线圈的等距视图。
图3A是根据又一示例性实施方式的用于形成线圈的基本上平坦的细长的导体的俯视图。
图3B是具有弯曲端部的图3A的导体的俯视图。
图3C是具有一个基本上呈圆形的部分的图3B的导体的俯视图。
图3D是具有两个基本上呈圆形的部分的图3C的导体的俯视图。
图3E是图3D的导体被折叠以形成两匝线圈的等距视图。
图4是根据另一示例性实施方式的具有绝缘材料的两匝线圈的等距视图。
图5A是根据又一示例性实施方式的由图1的方法形成的具有两个间隙的三匝线圈的等距视图。
图5B是根据另一示例性实施方式的由图1的方法形成的具有三个间隙的四匝线圈的等距视图。
图5C是根据又一示例性实施方式的由图1的方法形成的具有一个间隙的三匝线圈的等距视图。
图5D是图5C的三匝线圈的侧视图。
图5E是根据另一示例性实施方式的由图1的方法形成的具有一个间隙的四匝线圈的等距视图。
图5F是图5E的四匝线圈的侧视图。
图6是根据另一示例性实施方式的用于将导体弯曲、折叠为期望形状等等的装置的等距视图。
图7是根据又一示例性实施方式的用于将导体弯曲、折叠为期望形状等等的装置的等距视图。
图8是根据另一示例性实施方式的用于对导体切割等等使其成为期望长度的装置的等距视图。
图9是根据又一示例性实施方式的包括图2的两个线圈的交错变压器的等距视图。
图10A是根据另一示例性实施方式的具有三角形横截面的导体的侧视图。
图10B是根据又一示例性实施方式的具有椭圆形横截面的导体的侧视图。
贯穿附图中的多个视图,相应的附图标记指示相应的部分或特征。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述示例性实施方式。
提供示例性实施方式,使得本实用新型将是透彻的且将向本领域的技术人员全面传达范围。提出多个具体细节,诸如具体部件、设备、和方法的示例,以提供对本实用新型的实施方式的透彻理解。对于本领域的技术人员来说显而易见的是,不需要采用具体细节,示例性实施方式可以以许多不同形式来体现,以及具体细节和示例性实施方式二者均不应当被理解为限制本实用新型的范围。在一些示例性实施方式中,没有详细地描述公知的过程、公知的设备结构、和公知的技术。
本文中所使用的术语仅出于描述特定的示例性实施方式的目的且不意图进行限制。如本文中所使用,单数形式“一”和“该”可以意图也包括复数形式,除非上下文另有明确指示。术语“包括”、“包含”和“具有”是包含性的且因此指所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或部件的存在,但是不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或附加。本文中所描述的方法步骤、过程和操作不应被理解为必须要求它们以所讨论或所示出的特定次序来执行,除非具体被确定为执行次序。也将理解,可以采用附加或替选步骤。
尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在本文中用于描述各种元件、部件、区域、层和/或区段,但是这些元件、部件、区域、层和/或区段不应当受这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或区段与另一个元件、部件、区域、层或区段区分。诸如“第一”、“第二”的术语和其它数字术语在本文中使用时不暗示顺序或次序,除非上下文有明确指示。因此,下文讨论的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一区段可以被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二区段,而不脱离示例性实施方式的教导。
为了便于描述,在本文中可以使用空间相对术语,诸如“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等,来描述如图中所示的一个元件或特征与其它的一个或多个元件或特征的关系。除了图中示出的取向之外,空间相对术语可以意图涵盖设备在使用或操作中的不同取向。例如,如果图中的设备被翻转,则描述为在其它元件或特征的“下方”或“下面”的元件将被取向为在该其它元件或特征的“上方”。因而,示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方两种取向。该设备可以被另外地取向(旋转90度或以其它取向旋转)且本文中所使用的空间相对描述符相应地进行理解。
在图1中示出了根据本实用新型的一个示例性实施方式的形成用于电感元件的线圈的方法,该方法总体用附图标记100来表示。如图1所示,该方法100包括将导体弯曲成8字形的结构,如框102所述。8字形的结构具有相对的端部和多个基本上圆形的部分。每个基本上圆形的部分终止于该相对的端部中的一个端部。该方法100还包括将8字形的结构折叠以使得一个基本上圆形的部分叠覆在另外一个基本上圆形的部分的上面,如框104所述。
通过利用图1的方法100(和/或本文中公开的其他方法)形成一个或多个线圈,该线圈相比于传统线圈会产生更少的废料。例如,该线圈能够不通过通常产生废料的冲压或光化学蚀刻等形成。因此,本文公开的线圈相比于传统线圈可以在生产时伴随有更少的废料,从而相比于传统的方法,降低成本、制造时间等。
另外,相比于传统方法(例如冲压)生产的线圈,利用本文公开的方法形成的线圈可以包括显著减少(和有时没有)的锐利的边缘,例如毛刺等。例如,冲压和其他类似的传统的线圈成型方法生产的线圈具有毛刺。相反,本文公开的线圈可被成型为不具有毛刺的线圈,如下文进一步所述。毛刺和其他锐利的边缘会损坏相邻线圈的绝缘,这接着会导致高电势(hipot,高压测试)故障。因此,消除线圈上的锐利的边缘能够消除高电势(hipot)故障。另外,线圈上锐利的边缘的减少(和通常消除)也可以减少对用于覆盖毛刺的诸如绝缘材料等辅助材料的需要,和对通常用于减少毛刺等的额外的加工步骤(例如研磨等)的需要。因此,相比于传统线圈,本实用新型主题的线圈的生产成本会降低。
弯曲步骤(图1中的框102)和折叠步骤(图1中的框104)可以手动完成。可替选地,弯曲步骤和折叠步骤可以是自动化的。例如,图6-图8所示的设备(例如,如自动绕线机等的机器),可以根据预编程数据、用户输入等将导体进行弯曲、折叠、切割等从而使其变成一个或多个特定形状。尤其地,图6和图7所示的设备600和700分别包括平台602、702以及从该平台602、702延伸的轴604、606、704、706。如果需要,每个设备的一个或两个轴604、606、704、706可以旋转或保持静止。
如图所示,每组轴604、606、704、706限定一个或多个用于容纳导体的开口。例如,图6的轴604、606限定用于容纳导体610的开口608。导体610被放置在轴604和轴606之间时可以根据需要弯曲。
图7的轴704、706限定用于容纳导体708的各种开口。例如,类似于图6的导体610,图7的导体708被放置在轴704和轴706之间时可以根据需要弯曲。在一些实施方式中,如图7所示,导体708最初可以放置在轴704、706附近,如由附图标记708A表示。然后,可以使导体708可以围绕轴704、706弯曲以形成如上所述的两个基本上圆形的部分。这用附图标记708B表示。
图8所示的另一设备800可用于切割导体。该设备800包括压机802和限定用于容纳压机802的开口806的平台804。导体可以放置在平台804上,位于开口806和压机802之间。在需要时,可将压机802向下推动,使其穿过导体并进入开口806以将导体切成两部分(如图8中所示的导体部分808A和导体部分808B)。
返回参考图1,在将导体弯曲成8字形的结构之前,可以将导体(和/或本文中公开的其他导体)切割成限定的长度。例如,根据客户规格、电气参数、尺寸等,可以将导体切割成特定的长度。在这样的示例中,可以不需要进一步切割导体。
在其它实施方式中,在如上所述将导体弯曲后,可以将导体切割(例如,切割成特定长度、修整等)以产生相对的端部。例如,可以将导体弯曲成8字形的结构后、折叠8字形的结构后等等,对导体进行切割。
图1的方法100可以产生各种不同的线圈,该线圈具有折叠的8字形的结构。图2所示的一个示例性的线圈200可以由图1中的方法100形成,且用于如电感器或者变压器的电感元件中。如图2所示,线圈200包括两个端部202、204和两个分别终止于端部202、204中的一者的基本上圆形的部分206、208。该圆形的部分206、208和两个端部202、204形成两匝线圈。
在图2的特定示例中,在部分206、208被折叠后,在基本上圆形的部分206、208之间产生有间隙210。该间隙210可以用来容纳电感元件的另一个线圈。例如,电感元件可以包括位于线圈200的间隙内210的一线圈。
如图2所示,两个基本上圆形的部分206、208分别包括两个端部。例如,圆形的部分206包括端部218、220,以及圆形的部分208包括端部222、224。基本上圆形的部分206、208的端部218、222分别终止于如上所述的线圈的端部202、204。基本上圆形的部分206、208的其它端部220、224在交叉部分212结合在一起。在图2的具体实施方式中,交叉部分212作为两匝线圈200之间的中点。
在图2的具体的示例性实施方式中,交叉部分212用作一个或多个插入间隙210中的线圈的止挡器。例如,如果其它的线圈(诸如一个或多个线圈)如上所述位于间隙210内,这些线圈的一部分可以接触交叉部分212。
在这些示例中,所述其它的线圈可以基本上与圆形的部分206、208对齐,以使得该线圈的很少(和有时没有)部分延伸超过圆形的部分206、208的周界。换句话说,当其它的线圈被放置在间隙210内时,该线圈相对于圆形的部分206、208可以几乎没有偏移。因此,该线圈可以不延伸超过圆形的部分206、208,且因此不妨碍与传统方法相同的芯组件(如下文所述的示例中)。这种几乎没有偏移可以归因于邻近交叉部分212的间隙210的宽度、交叉部分212的位置(例如,圆形的部分206、208的外部边缘上或者附近等)、其它的线圈的尺寸等。
如图2所示,基本上圆形的部分206、208分别限定开口214、216。在如上所述折叠8字形的结构后(例如,当一个基本上圆形的部分206叠覆在另一个基本上圆形的部分208上时),开口214、216会基本上对准。在这些示例中,铁氧体芯和/或另一种合适的芯可以插入到、形成于(等等)开口214、216和其它的线圈(如果使用的话)的开口内。
在图2的具体示例中,端部202、204在基本上平行的平面中延伸。例如,通过基本上圆形的部分206、208形成的8字形的结构可以被折叠以确保端部202、204在相对于彼此分开但平行的平面中延伸。或者,端部202、204可以在彼此不平行的平面上延伸。例如,如果需要,一个端部(例如端部202)相对于另一端部(例如端部204)可以以特定的角度延伸,使得端部202、204在不平行的平面上延伸。
另外,如图2所示,在折叠8字形的结构后,端部202、204位于线圈200的相对侧。在其它实施方式中,如果需要,可以操纵导体(例如,端部202、204等)以迫使端部202、204从线圈200的同一侧延伸。
在一些实施方式中,本文公开的线圈可以由两个或更多个附接(例如,焊接,粘合等)在一起的导体形成。在其它实施方式中,线圈可以由一个连续的导体形成。图3A-图3E示出了由一个连续的导体形成两匝线圈的一个示例性工序。如果需要,可以将导体送入图6-图8中的设备600、700、800和/或另一允许对导体进行切割、弯曲、折叠等操作使得导体变成期望的线圈形状的合适的设备。
例如,图3A至图3E的工序以图3A所示的具有相对的端部302、304的基本平坦的细长的导体300开始。导体300可以是导体线轴的一部分,在此刻预切割成限定的长度,和/或在该工序的另一时间点(例如,在将端部302、304进行如下所述的弯曲后)进行切割(例如,修整等)。另外,如图3A所示,导体300在单个平面中延伸。
如果需要,导体300的一个端部或两个端部302、304可以是弯曲的。如图3B所示,将两个端部302、304弯曲以使得这两个端部相对于导体300的中心部分306偏移。例如,将图3A的(在单个平面中延伸的)导体300的端部302、304弯曲,以使得导体300的端部沿着相反方向,成对角线地延伸远离中心部分。这确保了进一步弯曲导体300时,端部302、304不接触、擦拭、刮擦导体300等,如下所述。该弯曲步骤可以在将导体300弯曲成8字形的结构之前和/或之后发生,折叠8字形的结构等等之前和/或之后发生,如下进一步解释的。
接下来,导体300的一部分可以被弯曲成基本上圆形的部分。例如,如图3C所示,导体300的一部分被弯曲成基本上圆形的部分308。在该特定示例中,导体300的邻近端部302的部分被以环形方式弯曲以形成圆形的部分308。
同时(和/或之后的时间),导体300的另一部分可以被弯曲成另一个基本上圆形的部分。例如,如图3D所示,导体300被弯曲成基本上圆形的部分310。与圆形部分308的形成类似,导体300的邻近端部304的部分被以环形方式弯曲以形成基本上圆形的部分310。这形成了8字形的结构,如图3D所示和如上所述。
在图3D的特定示例中,导体300被弯曲以形成圆形的部分308、310以使得端部302、304在弯曲导体300的相对的两侧。这是通过沿相反的方向将导体300弯曲成圆形的部分308、310来实现的。
最佳如图3D所示,导体300的中心部分306在基本上圆形的部分308和基本上圆形的部分310之间(和/或在端部302、304之间)成对角线地延伸。例如,导体300被弯曲,使得中心部分306从8字形的结构的一侧向8字形的结构的相对的一侧成对角线地延伸。
在其它实施方式中,导体300可以被弯曲,使得中心部分306在圆形的部分308和圆形的部分310之间基本上竖直地延伸。在这种情况下,具有基本上竖直的部分和圆形的部分308、310的弯曲导体300形成8字形的结构。
在形成图3C和图3D中的基本上圆形的部分308和基本上圆形的部分310之后,如图3E所示,将导体300在中心部分306处折叠。这允许基本上圆形的部分308叠覆在基本上圆形的部分310上,如上所述。导体300可以被折叠,直到形成期望的线圈(例如,图2的线圈200等)。
在一些实施方式中,本文公开的线圈可以包括覆盖导体的至少一部分的绝缘体。例如,图4示出了与图2的线圈200基本类似的线圈400。然而,图4中的线圈400包括基本上覆盖形成线圈400的导体的绝缘材料402。在导体的端部202、204可选地被弯曲之前或之后,导体被弯曲成8字形的结构之前或之后,8字形的结构被折叠成线圈400等等之前或之后,线圈400的导体可以基本上被绝缘材料402覆盖。
虽然图4示出了线圈400基本上被绝缘材料402覆盖,但是对于本领域技术人员应该是显而易见的是,如果需要,线圈400的一些部分可以不包括绝缘体。
绝缘材料402可以包括任何合适的绝缘材料,包括例如塑性材料(例如聚氯乙烯(PVC),聚乙烯(PE),聚丙烯(PP)等)、橡胶材料(例如氯丁橡胶,硅树脂等)等。
本文公开的方法可以形成具有两匝或更多匝的线圈。例如,如上所述,导体可以被弯曲和折叠以形成两匝线圈,如图2-图4所示。在其它实施方式中,该方法可以形成具有三匝或更多匝的线圈。例如,图5A-图5F分别示出了具有三匝或四匝的线圈500、502、504、506。在形成线圈的导体被折叠之前,图5A至图5F中的每个线圈500、502、504、506的至少一部分包括8字形的结构。
图5A的线圈500基本上类似于图2的线圈200,但是线圈500具有三匝。同样,图5B的线圈502基本上类似于图2的线圈200,但是线圈502具有四匝。
图5C-图5D的线圈504基本上类似于图5A的三匝线圈500,但是三匝线圈中的两匝线圈被设置成互相靠近。在某些情况下,如果采用如上所述的合适的绝缘材料,这两匝靠近的线圈可以相接触。因此,最佳如图5D所示,线圈504包括用于容纳另一线圈等的一个间隙(如上所述),而图5A中的线圈500包括两个这样的间隙。
图5E-图5F的线圈506基本上类似于图5B的四匝线圈502,但是四匝线圈中的外匝定位成靠近(以及某些情况下,接触)内匝。因此,最佳如图5F所示,线圈506包括用于容纳另一线圈等的一个间隙,而图5B中的线圈502包括三个这样的间隙。另外,图5C-图5F中的线圈504、506具有比图5A-图5B中的线圈500、502更窄的轮廓(例如,宽度)。
本文公开的线圈可以用于各种电感元件,如一个或多个电感器(例如耦合电感器等)、变压器(例如准平面变压器等)等。该电感元件能够用于各种应用中,例如包括:AC-DC(交流-直流)电源转换器、DC-DC(直流-直流)电源转换器等。
例如,图9示出了交错变压器900,其包括图2的两个线圈200、位于线圈200内并与线圈200相邻的线圈902A-902D(统称为线圈902)以及邻近线圈200、902放置的两个平面芯部904、906。如图所示,线圈902A、902B插入到如上所述的线圈200的间隙210中。当线圈902A-902B插入(例如,完全插入)到线圈200的间隙210中时,线圈902A-902B基本上与线圈200的圆形部分对齐,使得线圈902A-902B的很少的(有时没有)部分延伸超过线圈200的周界,如上所述。
在图9的特定的示例中,线圈200是交错变压器900的次级绕组,以及线圈902A-902D可以是交错变压器900的初级绕组、辅助绕组等。线圈902可以包括自粘合三重绝缘线和/或另一合适的线。另外,当线圈插入到间隙210中时,线圈902可具有至少一定的柔性,以允许使用者、机器等操纵线圈。
在一些示例中,包括线圈200的交错变压器900可以实现高达约90.94%的效率和大于1000W/in3的功率密度,其超过了约50W/in3的典型目标功率密度。此外,与传统线圈相比,该线圈可以改善变压器900的辐射电磁干扰(EMI,Electromagnetic Interference)性能。
本文公开的导体可以由任何合适的材料形成。例如,导体可以由铜(包括铜合金)、铝(包括铝合金)等形成。
另外,在导体没有如上所述被弯曲、折叠等时,导体(以及因此由此导体形成的线圈)可以是基本上刚性的。因此,可以采用该导体而无需进行导体的聚束、扭转等,和已知的大尺寸导体(例如电线等)一样典型。
在一些实施方式中,本文公开的线圈可以具有如图2-图5F所示的基本上呈矩形的横截面。在其它实施方式中,导体可以具有另一适当的横截面,例如基本上椭圆形的横截面,基本上三角形的横截面等。例如,图10A示出了具有三角形横截面的导体1000A,图10B示出了具有椭圆形横截面的导体1000B。
如上所述,可以不采用通常产生大量废料的常规方法(例如,冲压,光化学蚀刻等)来形成线圈。有时,使用传统方法会浪费高达87%的材料。因此,与传统方法相比,本文公开的线圈可以在生产时产生较少的废料。另外,如上所述,与传统方法生产的线圈相比,本文形成的线圈可以具有减少(以及有时没有)的锐利的边缘。
进一步地,在电感元件中使用该线圈可以减少电感元件中的损耗。例如,该线圈可以减少和有时消除线圈匝之间、相邻线圈之间以及线圈和电路板之间的相互连接的需要。例如,这可能是由于形成线圈时采用连续导体,形成线圈时采用大体上平坦的细长的导体(例如,矩形截面导体等)时,等等。相互连接的减少会导致线圈热特性和采用该线圈的电感元件的效率的提高等。在一些例子中,相比已知的线圈,该线圈在热特性方面会有百分之四的提高。
已经出于说明和描述的目的提供了上述实施方式的描述。这不意图是详尽的或限制本实用新型。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式,而是在可适用的情况下是可互换的以及可以被用在所选择的实施方式中,即使没有具体示出或描述。特定实施方式的各个元件或特征也可以以许多方式变化。这些变化不应当被视为背离本实用新型,并且所有这些修改意图被包括在本实用新型的范围内。
Claims (12)
1.一种用于电感元件的线圈,其特征在于,所述线圈包括导体,所述导体具有相对的第一端部和第二端部、基本上圆形的第一部分、以及基本上圆形的第二部分,所述基本上圆形的第一部分终止于所述第一端部以及所述基本上圆形的第二部分终止于所述第二端部,并且所述基本上圆形的第一部分叠覆在所述基本上圆形的第二部分上,使得所述线圈具有至少两匝。
2.如权利要求1所述的线圈,其特征在于,不通过冲压所述导体形成所述线圈。
3.如权利要求1所述的线圈,其特征在于,所述导体是平坦的导体。
4.如权利要求1所述的线圈,其特征在于,所述导体是连续的。
5.如权利要求1所述的线圈,其特征在于,相对的所述第一端部和所述第二端部在平行的平面上延伸。
6.如权利要求1所述的线圈,其特征在于,相对的所述第一端部和所述第二端部位于所述线圈的相对的侧。
7.如权利要求1所述的线圈,其特征在于,所述线圈还包括至少部分地覆盖所述导体的绝缘材料。
8.如权利要求1所述的线圈,其特征在于,所述基本上圆形的第一部分和所述基本上圆形的第二部分限定用于容纳另一线圈的间隙。
9.如权利要求1所述的线圈,其特征在于,所述线圈还包括位于所述基本上圆形的第一部分和所述基本上圆形的第二部分之间的基本上圆形的第三部分,所述基本上圆形的第三部分叠覆在所述基本上圆形的第一部分上和所述基本上圆形的第二部分上,使得所述线圈具有三匝。
10.一种变压器,其特征在于,所述变压器包括如权利要求1至9中任一项所述的线圈。
11.如权利要求10所述的变压器,其特征在于,所述变压器是交错变压器,以及所述线圈包括所述交错变压器的至少一个线圈。
12.如权利要求11所述的变压器,其特征在于,所述线圈包括所述交错变压器的次级绕组。
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