DE69210398T2 - Multi-layer insulated wire for high frequency transformer winding - Google Patents
Multi-layer insulated wire for high frequency transformer windingInfo
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Description
Die vorliegende Vorrichtung betrifft einen isolierten Draht für eine Wicklung, die sich für einen Hochfrequenztransformator, einen Hochfrequenzreaktor oder eine Hochfrequenzspule eignet, die in derartigen Vorrichtungen, z. B. bei Schaltnetzteilen, verwendet werden.The present device relates to an insulated wire for a winding suitable for a high-frequency transformer, a high-frequency reactor or a high-frequency coil used in such devices, e.g. in switching power supplies.
Im allgemeinen wurde ein Magnetdraht, der durch Bilden einer Isolierschicht aus einem Material wie Polyurethanharz oder Polyesterharz auf einem Eindrahtleiter hergestellt wurde, als isolierter Draht für eine Wicklung eines Schaltnetzteils verwendet.Generally, a magnet wire made by forming an insulating layer of a material such as polyurethane resin or polyester resin on a single-wire conductor has been used as an insulated wire for a winding of a switching power supply.
Ein Sicherheitstransformator für eine Vorrichtung wie ein Schaltnetzteil muß den folgenden Kriterien der IEC (International Electrotechnical Commission) oder UL (Standards of Underwriter's Laboratories, Inc.) sowie verschiedenen anderen Arten von Sicherheitsnormen entsprechen:A safety transformer for a device such as a switching power supply must meet the following criteria of the IEC (International Electrotechnical Commission) or UL (Standards of Underwriter's Laboratories, Inc.) as well as various other types of safety standards:
(1) Ein Isolierwiderstand muß zwischen Schichten eines elektrischen Drahts oder zwischen der primären und sekundären Wicklung mit Hilfe eines bestimmten Isolierfilms vorgesehen sein.(1) An insulating resistor shall be provided between layers of an electric wire or between the primary and secondary windings by means of a specific insulating film.
(2) Um den Kriechweg zwischen einer Wicklung und einem Kern zu sichern, muß eine Raumisolierung mit einer Isolierbarriere zwischen der Wicklung und dem Kern vorgesehen sein.(2) To ensure the creepage distance between a winding and a core, a space insulation with an insulating barrier between the winding and the core shall be provided.
(3) Es ist erforderlich, Maßnahmen für die Isolierung zu treffen, indem ein Material wie z. B. ein Isolierrohr verwendet wird, wenn ein Anschlußdraht mit einem Stiftanschluß verbunden wird.(3) It is necessary to take measures for insulation by using a material such as an insulating tube when connecting a lead wire to a pin terminal.
Aufgrund der durch die obigen Sicherheitsnormen erforderlichen Einschränkungen ist der Benutzer bei Verwendung eines Magnetdrahts manchmal mit vielen Problemen konfrontiert, z. B. mit der Schwierigkeit der Minimierung eines Transformators, der Notwendigkeit bei Komponenten bzw. Verfahren, verschiedene Arten der Verarbeitung für die Isolierung durchzuführen, oder Schwierigkeiten bei der Herstellung eines kompakten, leistungsfähigen Transformators. Zur Lösung dieser Probleme wurde vorgeschlagen, einen dreilagigen isolierten Draht für eine Wicklung für einen Transformator zu verwenden (siehe die japanischen Gebrauchsmusteranmeldungen Nr. 49802/1990 und 49801/1990, sowie die Patentanmeldung Nr. 150174/1990; mittlerweile ist es möglich, die Sicherheitsnormen wie z. B. IEC oder UL zu erfüllen.Due to the restrictions required by the above safety standards, the user is sometimes faced with many problems when using a magnet wire, such as the difficulty of minimizing a transformer, the need for various types of processing in components or processes for insulation, or difficulties in manufacturing a compact, high-performance transformer. To solve these problems, it has been proposed to use a three-layer insulated wire for a winding for a transformer (see Japanese Utility Model Application Nos. 49802/1990 and 49801/1990, and Patent Application No. 150174/1990), and it is now possible to meet safety standards such as IEC or UL.
GB-A-2230208 offenbart einen weiteren Leiter zur Verwendung in einer Transformatorwicklung.GB-A-2230208 discloses another conductor for use in a transformer winding.
In einem Schaltnetzteil wird nun eine hohe Schaltfrequenz im Bereich von mehreren Dutzend KHz bis zu mehreren Hundert KHz verwendet, damit die Schalteffizienz verbessert werden kann.A switching power supply now uses a high switching frequency in the range of several dozen kHz to several hundred kHz so that the switching efficiency can be improved.
In einem solchen Hochfrequenzbandbereich steigen jedoch die Wirbelstromverluste in einem Leiter einer Transformatorwicklung und ein Verlust aufgrund des Skineffekts stark an, wodurch Wärmeabstrahlung aus einem Transformator bewirkt wird und die Eigenschaften nicht nur eines isolierten elektrischen Wicklungsdrahts, sondern auch des Transformators selbst beeinträchtigt werden können.However, in such a high frequency band range, eddy current loss in a conductor of a transformer winding and a loss due to skin effect greatly increase, which causes heat radiation from a transformer and may deteriorate the characteristics of not only an insulated electric winding wire but also the transformer itself.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die obigen Probleme zu lösen und einen isolierten elektrischen Draht für eine in einem Transformator zu verwendende Wicklung bereitzustellen, der die verschiedenen oben beschriebenen Sicherheitsnormen erfüllt und zu einer Reduktion der Wärmeabstrahlung aus einem Transformator beitragen kann, selbst wenn sich die Schaltfrequenz in einem Hochfrequenzbandbereich befindet.The object of the present invention is to solve the above problems and to provide an insulated electric wire for a winding to be used in a transformer which satisfies the various safety standards described above and can contribute to a reduction in heat radiation from a transformer even when the switching frequency is in a high frequency band range.
Zur Erzielung des obigen Ziels bietet die vorliegende Erfindung einen mehrlagigen isolierten elektrischen Draht für eine in einem Hochfrequenztransformator zu verwendende Wicklung, umfassend:To achieve the above object, the present invention provides a multilayer insulated electric wire for a winding to be used in a high frequency transformer, comprising:
zumindest drei Isolierschichten, von denen jede eine Schicht aus einem hitzebeständigen Kunststoffilm umfaßt, wobei beliebige zwei der drei Isolierschichten eine Minute lang eine Isolationsfestigkeit von 3,75 kV bieten, dadurch gekennzeichnet, daß:at least three insulating layers, each of which comprises a layer of a heat-resistant plastic film, any two of the three insulating layers providing an insulation strength of 3.75 kV for one minute, characterized in that:
der Draht zur Verwendung in einem Schaltnetzteiltransformator geeignet ist;the wire is suitable for use in a switching power supply transformer;
der Draht eine Vielzahl an Leitern umfaßt, die fast parallel zueinander angeordnet sind, um einen gebündelten Leiter mit einem runden Querschnitt zu bilden;the wire comprises a plurality of conductors arranged almost parallel to each other to form a bundled conductor having a round cross-section;
jede der Isolierschichten eine schraubenförmig gewickelte Schicht aus Kunststoffilm umfaßt, die um den gebündelten Leiter gewunden ist; undeach of the insulating layers comprises a helically wound layer of plastic film wound around the bundled conductor; and
jede der Isolierschichten unabhängig voneinander und von den anderen Schichten trennbar ist.each of the insulating layers is independent of each other and separable from the other layers.
Bei einem ersten mehrlagigen isolierten Draht für eine in einem Hochfrequenztransformator zu verwendende Wicklung wird ein Leiter mit kleinem Durchmesser, z. B. ein Kupferdraht, ein Kupferlegierungsdraht oder ein zinn- bzw. lötplattierter Kupferdraht im allgemeinen als Leiter für den Elementendraht verwendet. Der Durchmesser des Leiters wird von Fall zu Fall gemäß der Spezifikation des Transformators ausgewählt, doch im allgemeinen verwendet man einen Leiter mit einer Querschnittsfläche von etwa 0,032 mm² (AWG 32) bis 0,52 mm² (AWG 20), wobei die Hochfrequenzeigenschaften eines gebündelten Leiters berücksichtigt werden. Der Grund, weshalb eine Vielzahl dieser Leiter mit geringem Durchmesser fast parallel zueinander zu einem gebündelten Leiter mit einem runden Querschnitt oder einer extrem langen Verdrillungssteigung gebündelt ist, die zumindest 20 mal größer ist als der Außendurchmesser eines gebündelten Leiters, besteht darin, daß ein Wirbelstromverlust in einem gebündelten Leiter oder ein Verlust aufgrund des Skineffekts bei hoher Frequenz verringert wird, indem der Kontaktwiderstand mittels Reduzierung des Kontakts zwischen Elementdrähten, die einander in einem gebündelten Leiter berühren, erhöht wird.In a first multilayer insulated wire for a winding to be used in a high frequency transformer, a small diameter conductor such as a copper wire, a copper alloy wire or a tin- or solder-plated copper wire is generally used as the conductor for the element wire. The diameter of the conductor is selected on a case-by-case basis according to the specification of the transformer, but a conductor having a cross-sectional area of about 0.032 mm² (AWG 32) to 0.52 mm² (AWG 20) is generally used, taking into account the high frequency characteristics of a bundled conductor. The reason why a plurality of these small diameter conductors are bundled almost parallel to each other into a bundled conductor having a round cross section or an extremely long twist pitch which is at least 20 times larger than the outer diameter of a bundled conductor is that an eddy current loss in a bundled conductor or a loss due to the Skin effect is reduced at high frequency by increasing the contact resistance by reducing the contact between element wires touching each other in a bundled conductor.
Als Isolierschicht für einen mehrlagigen isolierten Draht verwendet man eine gewickelte Schicht, die durch Wickeln eines hitzebeständigen Kunststoffilms, z. B. eines Polyimidfilms, eines aromatischen Polyamidfilms, eines Polyetheretherketonfilms, eines Polyphenylensulfidfilms (PPS) oder eines Polyesterfilms in überlappender Beziehung entsteht. Eine auf Wärme ansprechende Klebeschicht kann auf dem obigen hitzebeständigen Kunststoffilm angeordnet sein; nach dem Wickeln des Films um einen Leiter kann Wärme zugeführt werden, um die auf Wärme ansprechende Klebeschicht mit dem hitzebeständigen Film zu verbinden. Falls erforderlich, können Filme unterschiedlicher Farbe für jede Schicht verwendet werden, oder jede Schicht kann unterschiedlich eingefärbt werden, indem ein Verfahren wie z. B. die Zugabe eines spezifischen Farbstoffs zu jeder auf Wärme ansprechenden Klebeschicht (bei einem Film mit einer auf Wärme ansprechenden Klebeschicht) angewendet wird, um jede Schicht anders einzufärben, so daß jede Isolierschicht klar identifiziert ist.As an insulating layer for a multilayer insulated wire, a wound layer formed by winding a heat-resistant plastic film such as a polyimide film, an aromatic polyamide film, a polyetheretherketone film, a polyphenylene sulfide film (PPS) or a polyester film in an overlapping relationship is used. A heat-sensitive adhesive layer may be disposed on the above heat-resistant plastic film; after the film is wound around a conductor, heat may be applied to bond the heat-sensitive adhesive layer to the heat-resistant film. If necessary, films of different colors may be used for each layer, or each layer may be colored differently by using a method such as adding a specific dye to each heat-sensitive adhesive layer (in the case of a film having a heat-sensitive adhesive layer) to color each layer differently so that each insulating layer is clearly identified.
Die Bedingung, daß jede der drei Isolierschichten unabhängig ist und von den anderen Schichten getrennt werden kann, bedeutet, daß jede Schicht von anderen Schichten getrennt werden und als eine unabhängige Schicht bestehen kann. Als Mittel zur Trennung einer Isolierschicht eignen sich folgende Vorgangsweisen: Verwendung eines Abstreifers, Entfernen einer Isolierschicht, indem man sie mit einem Schlitzfehler versieht, Entfernen einer Isolierschicht durch Brennen und Schneiden der Isolierschicht mit einem erhitzten Messer oder Zurückwickeln eines gewickelten Films. Hingegen wird ein Überzug für einen Magnetdraht durch mehrmaliges Aufbringen von Isolierlacken um einen Leiter und Brennen der Lacke gebildet, wobei keine Schicht von den anderen getrennt werden kann, so daß ein Magnetdraht manchmal nicht als mehrlagiger isolierter Draht erkannt wird.The condition that each of the three insulating layers is independent and can be separated from the other layers means that each layer can be separated from other layers and exist as an independent layer. The following methods are suitable as means for separating an insulating layer: using a stripper, removing an insulating layer by making a slit defect in it, removing an insulating layer by burning and cutting the insulating layer with a heated knife, or rewinding a wound film. On the other hand, a coating for a magnet wire is formed by applying insulating varnishes around a conductor several times and burning the varnishes, and no layer can be separated from the others, so that a magnet wire is sometimes not recognized as a multi-layer insulated wire.
Ein erfindungsgemäßer gebündelter Leiter wird durch Bündeln einer Vielzahl an Leitern mit kleinem Durchmesser fast parallel zueinander zu einem Leiter mit rundem Querschnitt bzw. durch Vorsehen einer extrem langen Verdrillungssteigung, die zumindest 20 mal größer als der Außendurchmesser des gebündelten Leiters ist, hergestellt, so daß Elementdrähte, die einander im gebündelten Leiter berühren, eine Punktkontaktkontinuität im Querschnitt davon bilden. Aus diesem Grund ist der elektrische Widerstand der Wirbelstromkreise hoch, und die Erzeugung von Wirbelstrom wird unterdrückt, so daß die Zunahme des Hochfrequenzwiderstands, die den Wirbelstromverlust begleitet, verhindert werden kann. Da die Leiteroberfläche eines gebündelten Leiters viel größer als jene eines Einzeldrahtleiters ist, können Verluststeigerungen aufgrund des Skineffekts größtenteils vermieden werden. Durch Vorsehen einer Verdrillungssteigung im gebündelten Leiter, die zumindest 20 Mal größer als der Außendurchmesser eines gebündelten Leiters ist, kann die Länge des verwendeten Leiters um die Differenz der Verdrillungslängen des gebündelten Leiters im Vergleich zu einer herkömmlichen Litze verkürzt werden, so daß auch Gleichstrom in der Wicklung proportional reduziert werden kann.A bundled conductor according to the present invention is manufactured by bundling a plurality of small-diameter conductors almost parallel to each other into a conductor of round cross-section or by providing an extremely long twist pitch which is at least 20 times larger than the outer diameter of the bundled conductor so that element wires contacting each other in the bundled conductor form a point contact continuity in the cross-section thereof. For this reason, the electrical resistance of the eddy current circuits is high and the generation of eddy current is suppressed, so that the increase in high frequency resistance accompanying the eddy current loss can be prevented. Since the conductor surface of a bundled conductor is much larger than that of a single wire conductor, loss increases due to the skin effect can be largely avoided. By providing a twist pitch in the bundled conductor that is at least 20 times larger than the outer diameter of a bundled conductor, the length of the conductor used can be shortened by the difference in the twist lengths of the bundled conductor compared to a conventional stranded wire, so that direct current in the winding can also be reduced proportionally.
Im mehrlagigen isolierten Draht sind zumindest drei unabhängige Isolierschichten, die jeweils aus einem um einen Kern gewickelten wärmebeständigen Kunststoffilm bestehen, angeordnet, und es ist eine gemäß den Sicherheitsnormen erforderliche Isolationsfestigkeit (3,75 kV im Falle von IEC 950) vorgesehen, die durch beliebige zwei der drei Schichten aufrechterhalten wird, so daß er als isolierter Draht für eine Wicklung mit geeigneten, den Sicherheitsnormen entsprechenden Isoliereigenschaften annehmbar und frei von vielen der obigen Einschränkungen ist, die für die herkömmlichen Transformatortypen gelten.The multilayer insulated wire has at least three independent insulating layers, each consisting of a heat-resistant plastic film wound around a core, and an insulation strength required by safety standards (3.75 kV in the case of IEC 950) is provided to be maintained by any two of the three layers, so that it is acceptable as an insulated wire for winding having suitable insulating properties meeting safety standards and free from many of the above limitations applicable to the conventional types of transformers.
Zur Erreichung des oben beschriebenen Ziels bietet die vorliegende Erfindung einen mehrlagigen isolierten elektrischen Draht (nachstehend als mehrlagiger isolierter Draht bezeichnet), worin zumindest drei Isolierschichten angeordnet sind, die jeweils einen hitzebeständigen Kunststoffilm umfassen, der um einen gebündelten Leiter gewickelt ist, der durch Bündeln einer Vielzahl an Magnetdrähten entsteht, worin die erforderliche Spannungsfestigkeit vorgesehen ist und durch beliebige zwei der drei obigen Schichten aufrechterhalten wird und worin jede der drei Schichten jeweils unabhängig ist und von anderen Schichten getrennt werden kann.To achieve the above-described object, the present invention provides a multilayer insulated electric wire (hereinafter referred to as multilayer insulated wire) in which at least three insulating layers are arranged, each comprising a heat-resistant plastic film wound around a bundled conductor, which is formed by bundling a plurality of magnet wires, wherein the required voltage resistance is provided and maintained by any two of the above three layers, and wherein each of the three layers is independent and can be separated from other layers.
Als Leiter eines zweiten mehrlagigen isolierten Drahts für eine in einem Hochfrequenztransformator zu verwendende Wicklung eignet sich ein Draht, der durch Bilden einer Isolierschicht aus einem Material wie Polyurethanharz oder Polyesterharz auf einem Einzeldrahtleiter wie z. B. einem Kupferdraht, einem Kupferlegierungsdraht oder einem zinn- bzw. lötplattierten Kupferdraht hergestellt wird. Der Aufbau des Leiters richtet sich nach der Spezifikation des Transformators, doch im allgemeinen wird ein Leiter mit einer Vielzahl an Magnetdrähten und einer Querschnittsfläche von 0,032 mm² (AWG 32) bis 0,52 mm² (AWG 20) verwendet. Der erfindungsgemäße gebündelte Leiter kann durch fast paralleles Bündeln einer Vielzahl der obigen Magnetdrähte zu einem Leiter mit einem runden Querschnitt bzw. durch Verdrillen einer Vielzahl der obigen Magnetdrähte durch Bündelverdrillen, koaxiales Verdrillen oder Litzenverdrillen zu einem Leiter mit einem runden Querschnitt gebildet werden.As a conductor of a second multilayer insulated wire for a winding to be used in a high frequency transformer, a wire prepared by forming an insulating layer of a material such as polyurethane resin or polyester resin on a single wire conductor such as a copper wire, a copper alloy wire, or a tin-plated or solder-plated copper wire is suitable. The structure of the conductor depends on the specification of the transformer, but generally a conductor having a plurality of magnet wires and a cross-sectional area of 0.032 mm² (AWG 32) to 0.52 mm² (AWG 20) is used. The bundled conductor of the present invention can be formed by bundling a plurality of the above magnet wires almost in parallel into a conductor having a round cross section or by twisting a plurality of the above magnet wires by bundle twisting, coaxial twisting or strand twisting into a conductor having a round cross section.
Als Isolierschicht für einen mehrlagigen isolierten Draht eignet sich eine Schicht, die durch Wickeln eines hitzebeständigen Kunststoffilms wie z. B. eines Polyimidfilms, eines aromatischen Polyamidfilms, eines Polyetheretherketonfilms, eines Polyphenylensulfidfilms (PPS) oder eines Polyesterfilms in überlappter Beziehung entsteht. Eine auf Wärme ansprechende Klebeschicht kann auf dem obigen hitzebeständigen Kunststoffilm angeordnet werden; nach dem Wickeln des Films um einen Leiter kann Wärme zugeführt werden, um die auf Wärme ansprechende Klebeschicht mit dem hitzebeständigen Film zu kombinieren. Falls erforderlich, können Filme mit unterschiedlichen Farben für jede Schicht verwendet werden, oder jede Schicht kann durch Zugeben eines spezifischen Farbstoffs zur auf Wärme ansprechenden Klebeschicht (bei einem Film mit einer auf Wärme ansprechenden Klebeschicht) eingefärbt werden, um jede Schicht unterschiedlich einzufärben und jede Isolierschicht klar zu identifizieren.As an insulating layer for a multilayer insulated wire, a layer formed by winding a heat-resistant plastic film such as a polyimide film, an aromatic polyamide film, a polyetheretherketone film, a polyphenylene sulfide (PPS) film or a polyester film in an overlapped relationship is suitable. A heat-sensitive adhesive layer may be arranged on the above heat-resistant plastic film; after the film is wound around a conductor, heat may be applied to combine the heat-sensitive adhesive layer with the heat-resistant film. If necessary, films of different colors may be used for each layer, or each layer may be made more colorful by adding a specific dye to the heat-sensitive adhesive layer (in the case of a film with a heat-sensitive adhesive layer) to color each layer differently and clearly identify each insulating layer.
Die Bedingung, daß jede Schicht von drei Isolierschichten unabhängig ist und von anderen Schichten getrennt werden kann, bedeutet, daß jede Schicht von anderen Schichten getrennt werden und als eine unabhängige Schicht bestehen kann. Als Mittel zum Trennen einer Isolierschicht eignen sich folgende Verfahren: Verwendung eines Abstreifers, Entfernen einer Isolierschicht, indem man sie mit einem Schlitzfehler versieht, Entfernen einer Isolierschicht durch Brennen und Schneiden der Isolierschicht mit einem erhitzten Messer oder Zurückwickeln eines gewickelten Films.The condition that each layer of three insulating layers is independent and can be separated from other layers means that each layer can be separated from other layers and exist as an independent layer. The following methods are suitable as means for separating an insulating layer: using a stripper, removing an insulating layer by providing it with a slit defect, removing an insulating layer by burning and cutting the insulating layer with a heated knife, or rewinding a wound film.
Ein Überzug wird durch mehrmaliges Aufbringen von Isolierlacken um einen Leiter und Brennen der Lacke gebildet, doch es entsteht eine einzelne Isolierschicht, so daß die Schichten nicht voneinander getrennt werden können und der isolierte Draht nicht als mehrlagiger isolierter Draht erkannt wird. Gemäß der Erfindung wird ein Magnetdraht verwendet, doch er wird nicht in einem Zustand eines einzelnen Drahts als mehrlagiger Draht, sondern als isolierter Elementendraht verwendet, der einen gebündelten Leiter bildet.A coating is formed by applying insulating varnishes around a conductor several times and baking the varnishes, but a single insulating layer is formed, so that the layers cannot be separated from each other and the insulated wire is not recognized as a multilayer insulated wire. According to the invention, a magnet wire is used, but it is not used in a state of a single wire as a multilayer wire but as an insulated element wire forming a bundled conductor.
Der erfindungsgemäße gebündelte Leiter wird durch fast paralleles Bündeln einer Vielzahl an Magnetdrähten zu einem Leiter mit rundem Querschnitt bzw. durch Verdrillen einer Vielzahl an Magnetdrähten zu einem Leiter mit rundem Querschnitt gebildet; die Erzeugung von Wirbelstrom kann stark eingeschränkt werden, da jeder Elementleiter des Magnetdrahts isoliert ist, so daß die Zunahme des Hochfrequenzwiderstands, die mit einem Wirbelstromverlust Hand in Hand geht, verhindert werden kann. Weiters ist in einem gebündelten Leiter die Gesamtoberfläche des Leiters größer als jene eines Einzeldrahtleiters, und die Verluststeigerungen aufgrund des Skineffekts können somit größtenteils vermieden werden. Wenn viele der obigen Magnetdrähte zu einem Leiter mit rundem Querschnitt gebündelt sind oder viele der obigen Magnetdrähte zu einem Leiter mit rundem Querschnitt verdrillt sind, kann die Länge der verdrillten Leiter gekürzt und auch der Gleichstrom in einer Spule proportional zur verkürzten Länge der verdrillten Leiter reduziert werden.The bundled conductor of the present invention is formed by bundling a plurality of magnet wires almost parallel into a conductor having a round cross section or by twisting a plurality of magnet wires into a conductor having a round cross section; the generation of eddy current can be greatly restricted because each element conductor of the magnet wire is insulated, so that the increase in high frequency resistance which goes hand in hand with eddy current loss can be prevented. Furthermore, in a bundled conductor, the total surface area of the conductor is larger than that of a single wire conductor, and the increase in loss due to the skin effect can thus be largely avoided. When many of the above magnet wires are bundled into a conductor having a round cross section or many of the above magnet wires are twisted into a conductor having a round cross section, the length of the twisted conductors can be shortened and the direct current in a coil can also be reduced in proportion to the shortened length of the twisted conductors.
Im mehrlagigen isolierten Draht sind zumindest drei unabhängige Isolierschichten angeordnet, die jeweils aus einem wärmebeständigen Kunststoffilm bestehen und um einen Leiter gewickelt sind; die gemäß den Sicherheitsnormen vorgeschriebene Isolationsfestigkeit (3,75 kV im Falle von IEC 950) ist gegeben und wird durch beliebige zwei der drei Schichten aufrechterhalten, so daß der mehrlagige isolierte Draht als Isolierdraht für eine Wicklung mit geeigneter, den Sicherheitsnormen entsprechender Isolationsfestigkeit annehmbar und frei von vielen der Einschränkungen ist, die für herkömmliche Transformatortypen gelten.The multi-layer insulated wire has at least three independent insulating layers, each consisting of a heat-resistant plastic film wound around a conductor; the insulation strength required by the safety standards (3.75 kV in the case of IEC 950) is given and maintained by any two of the three layers, so that the multi-layer insulated wire is acceptable as an insulating wire for a winding having an appropriate insulation strength in accordance with the safety standards and is free from many of the limitations applicable to conventional types of transformers.
Fig. 1 ist eine Abbildung, die einen Querschnitt eines ersten erfindungsgemäßen mehrlagigen isolierten Drahts für eine in einem Transformator zu verwendende Wicklung darstellt.Fig. 1 is a diagram showing a cross section of a first multilayer insulated wire for a winding to be used in a transformer according to the present invention.
Fig. 2 ist eine Abbildung eines Querschnitts eines zweiten erfindungsgemäßen mehrlagigen isolierten Drahts für eine in einem Transformator zu verwendende Wicklung.Fig. 2 is a cross-sectional view of a second multilayer insulated wire for a winding to be used in a transformer according to the present invention.
Es folgt eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigelegten Abbildungen.The following is a description of preferred embodiments of the invention with reference to the attached figures.
Fig. 1 ist eine Abbildung eines Querschnitts einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mehrlagigen Drahts. Ein Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,12 mm wurde als Elementdrahtleiter 1 verwendet, wobei 19 Litzen dieses Drahts fast parallel zu einem gebündelten Leiter 2 mit rundem Querschnitt und einem Außendurchmesser von 0,60 mm gebündelt wurden. Danach wurde ein mehrlagiger isolierter Draht 4 durch Wickeln eines roten PPS-Films (3,5 mm breit · 0,03 mm dick) mit ½ Lagen um diesen gebündelten Leiter 2 hergestellt, um eine erste isolierte Schicht 3a zu bilden; danach wurde ein weißer PPS-Film (3,5 mm breit · 0,03 mm dick) mit ½ Lagen als zweite Isolierschicht 3b um die erste Isolierschicht 3a gewickelt und ein blauer PPS-Film (3,5 mm breit · 0,03 mm dick) mit ½ Lagen als dritte Isolierschicht 3c um die zweite Isolierschicht 3b gewickelt. Jede Schicht einer Isolierschicht 3 dieses mehrlagigen isolierten Drahts 4 könnte durch jeweiliges Zurückwickeln der Filme von den anderen getrennt werden.Fig. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment of a multilayer wire according to the present invention. A copper wire having a diameter of 0.12 mm was used as the element wire conductor 1, and 19 strands of this wire were almost were bundled in parallel to form a bundled conductor 2 having a round cross section and an outer diameter of 0.60 mm. Thereafter, a multilayer insulated wire 4 was prepared by winding a red PPS film (3.5 mm wide x 0.03 mm thick) of ½ layers around this bundled conductor 2 to form a first insulated layer 3a; thereafter, a white PPS film (3.5 mm wide x 0.03 mm thick) of ½ layers as a second insulating layer 3b was wound around the first insulating layer 3a, and a blue PPS film (3.5 mm wide x 0.03 mm thick) of ½ layers as a third insulating layer 3c was wound around the second insulating layer 3b. Each layer of an insulating layer 3 of this multilayer insulated wire 4 could be separated from the others by rewinding the films respectively.
Ein zinnplattierter Draht mit einem Durchmesser von 0,12 mm wurde als Elementdrahtleiter 1 verwendet, und 19 Litzen dieses zinnplattierten Drahts wurden zu einem gebündelten Leiter 2 mit rundem Querschnitt und einer Verdrillungssteigung von 24 mm mit einem Außendurchmesser von 0,60 mm gebündelt. Danach wurde nach der gleichen Vorgangsweise wie in Ausführungsform 1 ein mehrlagiger Draht 4 durch Anordnen der Isolierschicht 3 hergestellt, die aus Schichten 3a, 3b und 3c bestand, von denen jede einen PPS-Film enthielt.A tin-plated wire having a diameter of 0.12 mm was used as the element wire conductor 1, and 19 strands of this tin-plated wire were bundled into a bundled conductor 2 having a round cross section and a twist pitch of 24 mm with an outer diameter of 0.60 mm. Thereafter, according to the same procedure as in Embodiment 1, a multilayer wire 4 was prepared by arranging the insulating layer 3 consisting of layers 3a, 3b and 3c each containing a PPS film.
Die Ergebnisse der Spannungsfestigkeit der mehrlagigen Drähte der Ausführungsformen 1-1 und 1-2 erfolgten unter Verwendung von Proben mit den obigen Isolierschichten und sind in Tabelle 1 veranschaulicht. Zwischen Ausführungsform 1-1 und Ausführungsform 1-2 wurden keine Unterschiede festgestellt. Tabelle 1 Probe Außendurchmesser Bruchversuch Probe mit bis zur ersten Isolierschicht Probe mit bis zur zweiten Isolierschicht Probe mit bis zur dritten Isolierschicht (1) kennzeichnet ein Ergebnis einer Durchbruchsspannung, die gemessen wird, indem jeder Draht um einen Dorn mit einem Durchmesser von 10 mm (mit 15 Windungen) gewickelt wurde.The results of the withstand voltage of the multilayer wires of Embodiments 1-1 and 1-2 were obtained using samples having the above insulating layers and are shown in Table 1. No differences were found between Embodiment 1-1 and Embodiment 1-2. Table 1 Sample Outer Diameter Breakage Test Sample with up to the first insulating layer Sample with up to the second insulating layer Sample with up to the third insulating layer (1) indicates a result of a breakdown voltage measured by winding each wire around a mandrel with a diameter of 10 mm (with 15 turns).
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, konnte der isolierte Draht mit dem oben beschriebenen Aufbau die gemäß IEC erforderlichen Spannungsfestigkeitseigenschaften (3,75 kV, 1 Minute lang) erfüllen.As shown in Table 1, the insulated wire with the above-described construction was able to meet the dielectric strength characteristics (3.75 kV, 1 minute) required by IEC.
Ein Schalttransformator, worin ein dreilagiger isolierter Draht gemäß der Ausführungsform 1-1 der vorliegenden Erfindung als Sekundärwicklung verwendet wurde, und ein Schalttransformator, worin ein mit 0,038 mm Polyurethan beschichteter Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,60 mm als Sekundärwicklung verwendet wurde, wurden unter Verwendung exakt der gleichen Teile und Komponenten für die übrigen Abschnitte hergestellt. Zum Testen eines Schalttransformators mit einer Schwingungsfrequenz von 50 kHz mittels eines Schaltnetzteils mit einer Leistung von 136 W wurden diese Schalttransformatoren unter den Bedingungen einer Ausgangsspannung von 161 V und eines Ausgangsstroms von 0,5 A betrieben und die Oberflächentemperatur der Wicklung in jedem Transformator mittels eines Thermistor- Thermometers gemessen. Die Ergebnisse sind aus Tabelle 2 ersichtlich.A switching transformer in which a three-layer insulated wire according to Embodiment 1-1 of the present invention was used as a secondary winding and a switching transformer in which a 0.60 mm diameter copper wire coated with 0.038 mm polyurethane was used as a secondary winding were manufactured using exactly the same parts and components for the remaining sections. To test a switching transformer having an oscillation frequency of 50 kHz by means of a switching power supply with an output of 136 W, these switching transformers were operated under the conditions of an output voltage of 161 V and an output current of 0.5 A, and the surface temperature of the winding in each transformer was measured by means of a thermistor thermometer. The results are shown in Table 2.
Wie deutlich aus Tabelle 2 hervorgeht, war im Schalttransformator, in dem sich die erfindungsgemäße mehrlagige Isolierung befand, die Temperatur um 6,3ºC niedriger als im Transformator mit einem herkömmlichen Kupfereinzeldraht. Tabelle 2 Sekundärwicklungsmaterial Oberfläche der Transformatorwicklung Raumtemperatur Temperaturdifferenz Draht in Ausführungsform Polyurethan-KupferdrahtAs can be clearly seen from Table 2, in the switching transformer incorporating the multilayer insulation according to the invention, the temperature was 6.3 °C lower than in the transformer with a conventional single copper wire. Table 2 Secondary winding material Surface of the transformer winding Room temperature Temperature difference Wire in design Polyurethane copper wire
Im mehrlagigen isolierten Draht wird ein gebündelter Leiter verwendet, der hergestellt wird, indem viele Leiter mit kleinem Durchmesser fast parallel zu einem Leiter mit rundem Querschnitt gebündelt werden oder indem eine Verdrillungssteigung gebildet wird, die zumindest 20 Mal größer ist als der Außendurchmesser des gebündelten Leiters, so daß die Wärmeabstrahlung aufgrund eines Wirbelstromverlusts oder des Skineffekts im Leiter größtenteils vermieden werden kann; aufgrund dieses Effekts ist es möglich, die Wärmeabstrahlung von einem Schalttransformator selbst dann zu unterdrücken, wenn die Schaltfrequenz hoch ist, was zur Verbesserung der Effizienz eines Schaltnetzteils beiträgt.In the multilayer insulated wire, a bundled conductor is used which is made by bundling many small-diameter conductors almost parallel to form a round-section conductor or by forming a twisting pitch at least 20 times larger than the outer diameter of the bundled conductor, so that heat radiation due to eddy current loss or the skin effect in the conductor can be largely avoided; due to this effect, it is possible to suppress heat radiation from a switching transformer even when the switching frequency is high, which contributes to improving the efficiency of a switching power supply.
Fig. 2 ist eine Abbildung eines Querschnitts eines mehrlagigen isolierten Drahts gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Ein Polyurethan-Kupferdraht der Klasse 2 mit einem Durchmesser von 0,10 mm und einem Enddurchmesser von 0,120 mm wurde als Magnetdraht 51 verwendet und 19 Litzen dieses Polyurethan-Kupferdrahts parallel zu einem gebündelten isolierten Leiter 52 mit einem Durchmesser von 0,60 mm gebündelt. Danach wurde ein mehrlagiger isolierter Draht 64 folgendermaßen hergestellt: durch Anordnen einer Schicht, die durch Wickeln eines roten PPS-Films mit einer Breite von 3,5 mm und einer Dicke von 0,003 mm in ½ Lagen als erste Isolierschicht um diesen gebündelten isolierten Leiter 52 gebildet wurde, Anordnen einer Schicht, die durch Wickeln eines weißen PPS-Films mit einer Breite von 3,5 mm und einer Dicke von 0,03 mm in ½ Lagen als zweite Isolierschicht 3b um diese erste Isolierschicht 3a gebildet wurde, und Anordnen einer Schicht, die durch Wickeln eines blauen PPS-Films mit einer Breite von 3,5 mm und einer Dicke von 0,3 mm in ½ Lagen als dritte Isolierschicht 3c um die zweite Isolierschicht 3b gebildet wurde. Bezugszeichen 3 in Fig. 2 stellt eine Isolierschicht dar. Jede Schicht in diesem mehrlagigen isolierten Draht 64 könnte durch Zurückwickeln jedes Films von den anderen getrennt werden.Fig. 2 is a cross-sectional view of a multilayer insulated wire according to a second embodiment of the invention. A Class 2 polyurethane copper wire having a diameter of 0.10 mm and a final diameter of 0.120 mm was used as the magnet wire 51, and 19 strands of this polyurethane copper wire bundled in parallel with a bundled insulated conductor 52 having a diameter of 0.60 mm. Thereafter, a multilayer insulated wire 64 was manufactured as follows: by arranging a layer formed by winding a red PPS film having a width of 3.5 mm and a thickness of 0.003 mm in ½ layers as a first insulating layer around this bundled insulated conductor 52, arranging a layer formed by winding a white PPS film having a width of 3.5 mm and a thickness of 0.03 mm in ½ layers as a second insulating layer 3b around this first insulating layer 3a, and arranging a layer formed by winding a blue PPS film having a width of 3.5 mm and a thickness of 0.3 mm in ½ layers as a third insulating layer 3c around the second insulating layer 3b. Reference numeral 3 in Fig. 2 represents an insulating layer. Each layer in this multilayer insulated wire 64 could be separated from the others by rewinding each film.
Ein Polyurethan-Kupferdraht der Klasse 2 mit einem Durchmesser von 0,10 mm und einem endgültigen Außendurchmesser von 0,120 mm wurde als Magnetdraht 51 verwendet. Ein gebündelter isolierter Leiter 52 mit einem gebündelten Durchmesser von 0,60 mm wurde durch Bündeln von 19 Litzen dieses Polyester-Kupferdrahts zu einem Leiter mit rundem Querschnitt und einer Verdrillungssteigung von 24 mm hergestellt. Danach wurde ein mehrlagiger isolierter Draht 64 folgendermaßen hergestellt: durch Anordnen einer Schicht, die durch Wickeln eines roten Polyesterfilms mit einer Breite von 3,5 mm und einer Dicke von 0,003 mm in ½ Lagen als erste Isolierschicht um diesen gebündelten isolierten Leiter 52 gebildet wurde, Anordnen einer Schicht, die durch Wickeln eines weißen Polyesterfilms mit einer Breite von 3,5 mm und einer Dicke von 0,03 mm in ½ Lagen als zweite Isolierschicht 3b um diese erste Isolierschicht 3a gebildet wurde, und Anordnen einer Schicht, die durch Wickeln eines blauen Polyesterfilms mit einer Breite von 3,5 mm und einer Dicke von 0,3 mm in ½ Lagen als dritte Isolierschicht 3c um die zweite Isolierschicht 3b gebildet wurde.A Class 2 polyurethane copper wire with a diameter of 0.10 mm and a final outer diameter of 0.120 mm was used as the magnet wire 51. A bundled insulated conductor 52 with a bundled diameter of 0.60 mm was prepared by bundling 19 strands of this polyester copper wire into a round cross-section conductor with a twist pitch of 24 mm. Thereafter, a multilayer insulated wire 64 was manufactured as follows: by arranging a layer formed by winding a red polyester film having a width of 3.5 mm and a thickness of 0.003 mm in ½ layers as a first insulating layer around this bundled insulated conductor 52, arranging a layer formed by winding a white polyester film having a width of 3.5 mm and a thickness of 0.03 mm in ½ layers as a second insulating layer 3b around this first insulating layer 3a, and arranging a layer formed by winding a blue polyester film having a width of 3.5 mm and a thickness of 0.3 mm in ½ layers as a third insulating layer 3c around the second insulating layer 3b.
Bezugszeichen 3 in Fig. 2 stellt eine Isolierschicht dar. Jede Schicht in diesem mehrlagigen isolierten Draht 64 könnte durch einen Abstreifer getrennt werden.Reference numeral 3 in Fig. 2 represents an insulating layer. Each layer in this multilayer insulated wire 64 could be separated by a stripper.
Die Ergebnisse der Spannungsfestigkeitstests für die mehrlagigen isolierten Drähte in Ausführungsform 2-1 und 2-2, die durchgeführt wurden, um die Beziehung zwischen dem Außendurchmesser des Drahts und den Spannungsfestigkeitseigenschaften unter Verwendung von Proben mit den oben beschriebenen Schichten zu identifizieren, sind in Tabelle 3 dargestellt; wobei man zwischen Ausführungsform 2-1 und 2-2 keine Unterschiede feststellen konnte. Tabelle 3 Probe Außendurchmesser Bruchversuch Probe mit bis zur ersten Isolierschicht Probe mit bis zur zweiten Isolierschicht Probe mit bis zur dritten Isolierschicht (1) kennzeichnet ein Ergebnis der Durchbruchsspannung, die durch Wickeln jedes Drahts (mit 15 Windungen) um einen Dorn mit einem Durchmesser von 10 mm gemessen wird. Wie deutlich aus Tabelle 3 ersichtlich, konnte der isolierte Draht mit dem oben beschriebenen Aufbau die gemäß IEC 950 vorgeschriebenen Spannungsfestigkeitseigenschaften (3,75 kV, 1 Minute lang) erfüllen.The results of the withstand voltage tests for the multilayer insulated wires in Embodiments 2-1 and 2-2, which were conducted to identify the relationship between the outer diameter of the wire and the withstand voltage characteristics using samples having the layers described above, are shown in Table 3, and no differences were found between Embodiments 2-1 and 2-2. Table 3 Sample Outer Diameter Break Test Sample with up to the first insulation layer Sample with up to the second insulation layer Sample with up to the third insulation layer (1) indicates a result of breakdown voltage measured by winding each wire (15 turns) around a mandrel with a diameter of 10 mm. As can be clearly seen from Table 3, the insulated wire with the structure described above could meet the dielectric strength characteristics (3.75 kV, for 1 minute) required by IEC 950.
Ein Schalttransformator, bei dem ein dreilagiger isolierter Draht gemäß der Ausführungsform 2-1 der vorliegenden Erfindung als Sekundärwicklung verwendet wurde, und ein Schalttransformator, bei dem ein mit 0,038 mm Polyurethan beschichteter Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,60 mm als Sekundärwicklung verwendet wurde, wurden unter Verwendung der gleichen Teile und Komponenten für die anderen Abschnitte hergestellt. Zum Testen eines Schalttransformators mit einer Schwingungsfrequenz von 50 kHz mittels eines Schaltnetzteils mit einer Leistung von 136 W wurden diese Schalttransformatoren unter den Bedingungen einer Ausgangsspannung von 161 V und eines Ausgangsstroms von 0,5 A betrieben und die Oberflächentemperatur der Wicklung in jedem Transformator mittels eines Thermistor- Thermometers gemessen. Die Ergebnisse sind aus Tabelle 4 ersichtlich.A switching transformer using a three-layer insulated wire according to Embodiment 2-1 of the present invention as a secondary winding and a switching transformer using a 0.60 mm diameter copper wire coated with 0.038 mm polyurethane as the secondary winding were fabricated using the same parts and components for the other sections. To test a switching transformer with an oscillation frequency of 50 kHz by means of a switching power supply with an output of 136 W, these switching transformers were operated under the conditions of an output voltage of 161 V and an output current of 0.5 A, and the surface temperature of the winding in each transformer was measured by means of a thermistor thermometer. The results are shown in Table 4.
Wie deutlich aus Tabelle 4 hervorgeht, war im Schalttransformator, in dem sich die erfindungsgemäße mehrlagige Isolierung befand, die Temperatur um 7,5ºC niedriger als im Transformator mit einem herkömmlichen Kupfereinzeldraht. Tabelle 4 Sekundärwicklungsmaterial Oberfläche der Transformatorwicklung Raumtemperatur Temperaturdifferenz Draht in Ausführungsform Polyurethan-KupferdrahtAs can be clearly seen from Table 4, in the switching transformer incorporating the multilayer insulation according to the invention, the temperature was 7.5 °C lower than in the transformer with a conventional single copper wire. Table 4 Secondary winding material Surface of the transformer winding Room temperature Temperature difference Wire in design Polyurethane copper wire
Im erfindungsgemäßen mehrlagigen isolierten Draht kann ein gebündelter Leiter mit rundem Querschnitt, der durch Bündeln bzw. Verdrillen einer Vielzahl an Magnetdrähten hergestellt wird, verwendet werden, so daß die Wärmeabstrahlung aufgrund eines Wirbelstromverlusts und eines äußeren Skineffekts im Leiter größtenteils unterdrückt werden kann; aufgrund dieses Effekts ist es auch möglich, die Wärmeabstrahlung in einem Hochfrequenzschalttransformator zu unterdrücken, was zur Verbesserung der Schalteffizienz beitragen kann.In the multilayer insulated wire of the present invention, a bundled conductor of round cross section, which is made by bundling or twisting a plurality of magnet wires, can be used, so that the heat radiation due to an eddy current loss and an external skin effect in the conductor can be largely suppressed; due to this effect, it is also possible to To suppress heat radiation in a high-frequency switching transformer, which can help improve switching efficiency.
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