ES2266372T3 - Un componente electronico inductivo en construccion plana, en particular un transformador plano o una bobina plana. - Google Patents
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Abstract
Componente electrónico inductivo en construcción plana, en particular un transformador plano o una bobina plana, con un paquete de arrollamiento que presenta una o varias espiras planas, estando formadas las espiras en cada caso por unos elementos de arrollamiento (1) superpuestos, planos y conductores, separados entre sí por láminas aislantes y que se disponen alrededor de un núcleo del aislamiento (15), caracterizado porque los bordes de los elementos de arrollamiento (1) están rebordeados al menos parcial o totalmente por una lámina adhesiva aislante (8) o los elementos de arrollamiento (1) están rodeados esencialmente en su totalidad por una lámina adhesiva aislante (8), y porque las láminas aislantes (9) junto con los rebordeados/enrollamientos de los elementos del núcleo (1) con cinta adhesiva (8) están dimensionados ajustados de tal manera entre sí que se cumplen los espesores de aislamiento, distancias de salto de chispa y líneas de fuga (d, s), especificadas por las autoridades competentes en materia de seguridad, donde las dimensiones de las láminas aislantes (9) se corresponden con las dimensiones de los elementos de arrollamiento (1) en las zonas parciales (10) y en las restantes zonas parciales (11) rebasan las dimensiones de los elementos de arrollamiento.
Description
Un componente electrónico inductivo en
construcción plana, en particular un transformador plano o una
bobina plana.
La invención se refiere a un componente
electrónico inductivo en construcción plana, en particular un
transformador plano o una bobina plana, con un paquete de
arrollamiento que presenta una o varias espiras planas, estando
formadas las espiras en cada caso por unos elementos de
arrollamiento superpuestos, planos y conductores, separados entre
sí por láminas aislantes y que se disponen alrededor de un núcleo
del arrollamiento.
Los elementos de arrollamiento de los
transformadores y bobinas planas están dispuestos aislados
superpuestos, donde los elementos de espira correspondientes a las
distintas espiras están unidos entre sí eléctricamente conductores
conectados en serie. Para ello los elementos de espira comprenden en
cada caso dos conexiones eléctricas. En cuanto a los
transformadores, que por regla general presentan un arrollamiento
primario y por lo menos un arrollamiento secundario, las conexiones
de los arrollamientos primario y secundario se realizan en cada
caso opuestas entre sí.
Un transformador de esta clase se describe en la
patente EP 0 608 127 A1. El aislamiento entre los elementos de las
espiras se realiza mediante unas láminas aislantes de plástico
aplicadas por ambas caras sobre los elementos de arrollamiento. Las
láminas aislantes se unen entre sí de tal manera que las partes
eléctricamente conductoras de los elementos de arrollamiento quedan
totalmente rodeadas de material aislante.
Los transformadores y bobinas de esta forma de
construcción se emplean, por ejemplo, en fuentes de alimentación de
conmutación y trabajan con unas frecuencias de conmutación de
algunas decenas hasta algunas centenas de kilohercios. Debido a las
elevadas frecuencias de conmutación se puede mantener reducido el
número de elementos de arrollamiento y el tamaño de construcción
del transformador o bobina.
Debido a la reducida altura de construcción de
un transformador plano o bobina plana, resulta especialmente
importante, si se aplican tensiones elevadas, cumplir los criterios
de seguridad especificados por las autoridades competentes
respectivas en materia de seguridad tales como, por ejemplo, la
V.D.E. (Alemania), U.L. (EE.UU.), C.S.A. (Canadá), relativos a los
tramos mínimos de salto de chispa y líneas de fuga, así como los
espesores de aislamiento entre los distintos elementos de
arrollamiento y el núcleo.
Los tramos de salto de chispa y líneas de fuga
así como los espesores de aislamiento dependen de la tensión de
dimensionado. Por ejemplo, para una tensión de dimensionado de 300 V
es preciso que para obtener una separación segura entre los
elementos de arrollamiento y los elementos de arrollamiento y el
núcleo se mantengan unas distancias de salto de chispa de 5, 5 mm y
unas líneas de fugas de 6 mm. El espesor del aislamiento entre los
distintos elementos de arrollamiento deberá ser, según la
aplicación, para un aislamiento macizo de 1,0 mm y para un
aislamiento multicapa (3 capas) en total de 0,3 mm.
Los transformadores conocidos comprenden por lo
tanto elementos de arrollamiento a base de una lámina aislante
sobre la cual están aplicadas unas pistas eléctricamente
conductoras. Por lo menos uno de los arrollamientos va dentro de
una carcasa cerrada para mantener las líneas de fuga especificadas.
Las pistas conductoras se disponen además a distancia suficiente
del borde de las láminas aislantes. Esta clase de aislamiento se
describe, por ejemplo, en la patente
EP-B-0 542 445. El inconveniente de
esto es que, debido a la carcasa y a la distancia entre las pistas
conductoras y el borde de la lámina, la anchura de la ventana de
arrollamiento disponible para las pistas conductoras propiamente
dichas, no se puede aprovechar en su totalidad.
Otra posibilidad para mantener las distancias de
salto de chispa y líneas de fuga prevé el empleo de unos cuerpos de
bobina especiales con cámaras de aislamiento en las cuales se alojan
los elementos de arrollamiento. Esto se muestra en las
publicaciones EP-B-0 476 114 o en la
EP-A-0 933 789. En el caso de esta
solución es necesario fabricar unos cuerpos de bobina especiales,
lo que entraña unos costes superiores. Por otra parte, no existe la
posibilidad de una fuerte imbricación de los elementos de
arrollamiento, lo que va en perjuicio del tamaño de la
construcción.
El objetivo de la invención consiste en dotar un
componente electrónico inductivo de construcción plana, en
particular un transformador plano o una bobina plana de la clase
citada inicialmente, de un sistema de aislamiento que cumpla los
requisitos de seguridad especificados y que permita una forma de
construcción compacta del transformador o de la bobina, con una
elevada densidad de potencia.
Este objetivo se resuelve mediante las
características indicadas en la reivindicación 1.
De acuerdo con la invención está previsto que
los bordes de los elementos de arrollamiento estén rebordeados al
menos parcial o totalmente de una lámina adhesiva aislante, o que
los elementos de arrollamiento estén rodeados esencialmente en su
totalidad de una lámina adhesiva aislante. Además, las láminas
aislantes, junto con los rebordes/envueltas, están dimensionadas
ajustadas de tal manera entre sí que se cumplen las distancias de
salto de chispa y líneas de fuga especificadas por las autoridades
competentes en materia de seguridad. Para ello las dimensiones de
las láminas aislantes se corresponden en zonas parciales con las
dimensiones de los elementos de arrollamiento y en las restantes
zonas parciales rebasan las dimensiones de los elementos de
arrollamiento, es decir, que en estas zonas parciales sobresalen de
los bordes exteriores de los elementos de arrollamiento.
Para esto el concepto de "lámina" no se
debe considerar de forma limitadora. Las láminas de aislamiento
pueden estar fabricadas de cualquier material de aislamiento
adecuado, empleándose preferentemente materiales plásticos tales
como, por ejemplo, poliéster, PEN, poliamida, nómex. La elección del
material de aislamiento depende de los requisitos del componente
(resistencia a las temperaturas, homologación UL, precio, etc.).
La ventaja de la invención radica en el hecho de
que se cumplen los criterios de aislamiento especificados sin que
se requieran unos cuerpos de bobina especiales, que aseguren el
aislamiento. Por otra parte, se puede aprovechar íntegramente la
anchura de la ventana de arrollamiento existente.
Además, se puede trabajar con un aislamiento
relativamente delgado, de manera que se logra una gran profundidad
de imbricación y una inductividad dispersa mínima y además se
reducen al mínimo los efectos de desplazamiento de corriente, en
particular el efecto skin y de proximidad.
Por medio de estos bordes sobresalientes de la
lámina aislante se aseguran las distancias de salto de chispa y
líneas de fuga necesarias, en las correspondientes zonas parciales
de los elementos de arrollamiento.
Los bordes exteriores de las zonas parciales de
los elementos de arrollamiento en los que no sobresale la lámina
aislante se rebordean de acuerdo con la invención con una lámina
adhesiva aislante. Las correspondientes zonas parciales de los
elementos del alargamiento también pueden rodearse en su totalidad
de lámina adhesiva. Para rebordear los elementos de arrollamiento
pueden emplearse, por ejemplo, las siguientes cintas adhesivas:
cinta adhesiva de poliéster, cinta adhesiva PEN (Kladex 2000), cinta
adhesiva de poliimida (Kapton). Se trata de cintas adhesivas de
aislamiento corrientes empleadas en la fabricación de
transformadores y bobinas.
Las láminas aislantes pueden tener una
estructura monocapa o consistir en varias capas de láminas
individuales. El empleo de varias capas ofrece la ventaja de que se
reduce el espesor de aislamiento total necesario.
Los elementos de arrollamiento están realizados
como bucles conductores abiertos, esencialmente rectangulares u
ovalados, que tienen respectivamente dos brazos largos y dos brazos
cortos. Especialmente en la zona de los brazos cortos, las láminas
aislantes sobresalen de las dimensiones exteriores de los elementos
de arrollamiento, ocupándose allí de que se cumplan las distancias
de salto de chispa y líneas de fuga.
Dado que entre los cantos de los elementos de
arrollamiento y el núcleo solamente hay un aislamiento relativamente
delgado, se puede prever en una realización preferida de la
invención que el paquete del arrollamiento esté rodeado en la zona
de los brazos largos de los elementos de arrollamiento con varias
capas de una lámina aislante.
Los elementos de arrollamiento consisten
preferentemente en chapas conductoras, en particular en chapas de
cobre. Sin embargo, los elementos de arrollamiento también pueden
consistir en un material aislante plano que tenga aplicada encima
una capa conductora.
A continuación se describe un ejemplo de
realización de la invención sirviéndose de las figuras del dibujo.
Para ello se puede tratar tanto de un transformador como de una
bobina, toda vez que su estructura no se diferencia esencialmente
entre sí. De los dibujos y de su descripción se deducen otras
características, ventajas y realizaciones de la invención.
Las figuras muestran:
Figura 1: una vista en planta de un elemento de
arrollamiento del cuerpo del arrollamiento;
Figura 2: un elemento de arrollamiento según la
figura 1 con los cantos rebordeados (pegados);
Figura 3: una vista en planta de una lámina
aislante;
Figura 4: un elemento de arrollamiento colocado
sobre una lámina aislante con los bordes rebordeados y un núcleo de
ferrita colocado en su interior;
Figura 5: una sección a través de un brazo
largo de un paquete de arrollamiento terminado;
Figura 6: una vista en planta de un dispositivo
de ayuda para el montaje del paquete de arrollamiento, con la
lámina aislante intercalada;
Figura 7: la disposición de un transformador
plano conforme a la invención, en una vista en planta.
La figura 1 muestra una vista de un elemento de
arrollamiento típico, que consiste preferentemente en una chapa de
cobre. El elemento de arrollamiento 1 está realizado esencialmente
como bucle conductor rectangular u ovalado y consta en cada caso de
dos brazos largos 2, 3, sensiblemente paralelos entre sí y dos
brazos cortos 4, 5, paralelos entre sí. Para establecer el contacto
con otros elementos de arrollamiento, cada elemento de
arrollamiento 1 presenta unas conexiones 6, 7. Al apilar varios
elementos de arrollamiento, estas conexiones 6, 7, quedan
exactamente superpuestas y permite efectuar de forma sencilla el
contacto de los elementos de arrollamiento 1 entre sí. Las
conexiones del otro arrollamiento se realizan en el lado
opuesto.
En la figura 2 está representado que son
especialmente los bordes exteriores e interiores de los brazos
largos 2, 3, del elemento de arrollamiento 1 los que están rodeados
o rebordeados por una lámina aislante 8. El borde inferior del
brazo corto 5 también está rebordeado por la lámina aislante 8. Este
rebordeado en una magnitud s asegura la línea de fuga especificada
entre dos elementos de arrollamiento superpuestos 1, donde la línea
de fuga corresponde a dos veces la magnitud s. La línea de fuga con
respecto al núcleo del arrollamiento corresponde a la magnitud
s.
De acuerdo con la invención, entre dos elementos
de arrollamiento 1 superpuestos se coloca una lámina aislante 9 tal
como está representado en la figura 3. La lámina aislante se
corresponde, en cuanto a su forma, aproximadamente con los
elementos de arrollamiento 1. Las zonas 10 de la lámina aislante 9
son aproximadamente de la misma anchura que los brazos largos 2, 3,
de los elementos de arrollamiento 1, pero las zonas 11 sin embargo,
están realizadas más anchas o más largas y en particular en la zona
de los brazos cortos 4, 5, sobresalen de los bordes exteriores de
los elementos de arrollamiento 1.
La figura 4 muestra un elemento de arrollamiento
1 rebordeado de cinta adhesiva 8, colocado sobre una lámina
aislante 9. Se observa claramente que la lámina aislante 9
sobresale, por ejemplo, en los bordes 12, 13 y 14 del elemento de
arrollamiento 1, más allá de estos bordes en una dimensión s. Esta
distancia sobresaliente representa a su vez la línea de fuga
especificada de 2 x s entre dos elementos de arrollamiento 1
superpuestos. El núcleo del arrollamiento 15, que consta de dos
medios núcleos de sección aproximada en forma de E, se introduce en
el paquete de arrollamiento compuesto por varios elementos de
arrollamiento 1, de tal manera que dos brazos del núcleo quedan a
izquierda y derecha de los brazos largos 2, 3, del paquete de
arrollamiento y el brazo central del núcleo 15 queda situado en el
espacio interior del paquete de arrollamiento. Gracias a que la
lámina de aislamiento 9 sobresale por los bordes 12 y 14 del
elemento de arrollamiento 1 se asegura la correspondiente distancia
de aislamiento de 1 x s respecto al núcleo 15 y de 2 x s entre los
elementos de arrollamiento 1.
La figura 5 muestra una sección a través de un
brazo largo 5 del paquete de arrollamiento terminado. Se reconocen
los elementos de arrollamiento 1 superpuestos entre los cuales está
dispuesta en cada caso una lámina aislante 9. Los elementos de
arrollamiento 1 están rebordeados por sus bordes exteriores con una
lámina adhesiva 8. Las láminas aislantes 9 tienen un determinado
espesor d para asegurar la distancia de aislamiento especificada
entre los respectivos elementos de arrollamiento 1. En los bordes
exteriores de los elementos de arrollamiento 1 actúa como aislante
únicamente la lámina adhesiva 8 rebordeada. Por este motivo, los
brazos exteriores del paquete de arrollamiento van rodeados
adicionalmente de varias capas de una lámina aislante 16.
En la figura 6 está representado por último un
útil de montaje 17 para efectuar el montaje del paquete de
arrollamiento. El útil de montaje consiste en una placa base plana y
varios mandriles de montaje 18 a 20 que sobresalen verticalmente
hacia arriba desde la placa base. Los mandriles de montaje 18
interiores están dispuestos de tal manera que encajan en el espacio
interior de los elementos de arrollamiento 1 con las láminas
aislantes 9. De este modo, las capas superpuestas del elemento de
arrollamiento 1 y las láminas aislantes quedan alineadas entre sí.
Los mandriles de montaje 19 están dispuestos de tal manera que
encajan en los orificios para soldadura de las conexiones 6, 7 de
los elementos de arrollamiento 1, asegurando de esta manera otra
alineación exacta de las capas de los elementos de arrollamiento.
Los mandriles de montaje 20 sirven para alinear los elementos de
arrollamiento 1 con otras realizaciones distintas de conexiones y
orificios de soldadura.
La figura 7 muestra, por último, una vista en
planta de un transformador objeto de la invención, donde para mayor
claridad no está representada la mitad superior del núcleo de
arrollamiento 15. El paquete de arrollamiento 21 que rodea al
núcleo de arrollamiento 15 comprende unas conexiones 22, 23,
realizadas en lados opuestos para los respectivos arrollamientos
primario y secundario.
- 1
- Elemento de arrollamiento
- 2
- Brazo largo
- 3
- Brazo largo
- 4
- Brazo corto
- 5
- Brazo corto
- 6
- Conexión
- 7
- Conexión
- 8
- Rebordeado
- 9
- Lámina aislante
- 10
- Zona
- 11
- Zona
- 12
- Borde
- 13
- Borde
- 14
- Borde
- 15
- Núcleo de arrollamiento
- 16
- Lámina aislante
- 17
- Útil de montaje
- 18
- Mandril
- 19
- Mandril
- 20
- Mandril
- 21
- Paquete de arrollamiento
- 22
- Conexiones
- 23
- Conexiones
Claims (8)
1. Componente electrónico inductivo en
construcción plana, en particular un transformador plano o una
bobina plana, con un paquete de arrollamiento que presenta una o
varias espiras planas, estando formadas las espiras en cada caso
por unos elementos de arrollamiento (1) superpuestos, planos y
conductores, separados entre sí por láminas aislantes y que se
disponen alrededor de un núcleo del aislamiento (15),
caracterizado porque los bordes de los elementos de
arrollamiento (1) están rebordeados al menos parcial o totalmente
por una lámina adhesiva aislante (8) o los elementos de
arrollamiento (1) están rodeados esencialmente en su totalidad por
una lámina adhesiva aislante (8), y porque las láminas aislantes
(9) junto con los rebordeados/enrollamientos de los elementos del
núcleo (1) con cinta adhesiva (8) están dimensionados ajustados de
tal manera entre sí que se cumplen los espesores de aislamiento,
distancias de salto de chispa y líneas de fuga (d, s), especificadas
por las autoridades competentes en materia de seguridad, donde las
dimensiones de las láminas aislantes (9) se corresponden con las
dimensiones de los elementos de arrollamiento (1) en las zonas
parciales (10) y en las restantes zonas parciales (11) rebasan las
dimensiones de los elementos de arrollamiento.
2. Componente electrónico inductivo según la
reivindicación 1, caracterizado porque los bordes de los
elementos de arrollamiento (1) correspondientes a la primera de las
zonas parciales citadas (10) están rebordeados con una cinta
adhesiva aislante (8).
3. Componente electrónico inductivo según una
de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque cada
lámina aislante (9) consta de varias capas de láminas
individuales.
4. Componente electrónico inductivo según una
de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los
elementos de arrollamiento (1) están realizados como bucles
conductores esencialmente rectangulares u ovalados, abiertos, en
cada caso con dos brazos largos (2, 3) y dos brazos cortos (4,
5).
5. Componente electrónico inductivo según una
de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las
láminas aislantes (9) sobresalen de las dimensiones exteriores de
los elementos de arrollamiento (1), principalmente en la zona de
los brazos cortos (4, 5).
6. Componente electrónico inductivo según una
de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el
paquete de aislamiento está rodeado de varias capas de una lámina
aislante en la zona de los brazos largos (2, 3) de los elementos de
arrollamiento (1).
7. Componente electrónico inductivo según una
de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los
elementos de arrollamiento (1) son de chapa conductora.
8. Componente electrónico inductivo según una
de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los
elementos del arrollamiento (1) consisten en una capa conductora
aplicada sobre un material aislante.
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