ES2969608T3 - Bobinas enrolladas planas anidadas que forman devanados para transformadores e inductores - Google Patents

Abstract

Se proporciona un dispositivo electromagnético, que incluye un primer conjunto de devanados anidados y un segundo conjunto de devanados anidados colocados adyacentes al primer conjunto de devanados. También se proporciona un método para fabricar un dispositivo electromagnético que incluye un primer conjunto de devanados anidados y un segundo conjunto de devanados anidados colocados adyacentes al primer conjunto de devanados. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Bobinas enrolladas planas anidadas que forman devanados para transformadores e inductores

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente de EE. UU. No. 15/148,736, presentada el 6 de mayo de 2016.

Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo de los componentes electrónicos y, más específicamente, a bobinas enrolladas planas anidadas que forman devanados para dispositivos magnéticos tales como transformadores e inductores.

Antecedentes de la invención

Generalmente, un transformador es un dispositivo eléctrico que transfiere energía eléctrica entre dos o más circuitos a través de la inducción electromagnética. La inducción electromagnética produce una fuerza electromotriz (EMF) a través de un cable que está expuesto a campos magnéticos variables en el tiempo. Es decir, una corriente variable en el devanado primario del transformador crea un flujo magnético variable en el núcleo del transformador y un campo magnético variable que incide en el devanado secundario del transformador. Este campo magnético variable en el devanado secundario induce una EMF o voltaje variable en el devanado secundario debido a la inducción electromagnética. Los transformadores se basan en la Ley de Faraday y en las propiedades del núcleo de alta permeabilidad magnética, para cambiar eficientemente los voltajes de CA de un nivel de voltaje a otro, como dentro de las redes eléctricas, por ejemplo.

Los dispositivos planos actualmente disponibles, como los transformadores, utilizan placas de circuito impreso para los devanados. El factor de llenado de estos productos basados en placas de circuito impreso es de aproximadamente el 35 %. Estos productos conocidos permiten una variación mínima en el grosor de devanado dentro del mismo paquete, y no permiten la flexibilidad de diseño sin un costo extenso.

Por lo tanto, existe la necesidad de producir transformadores que tengan un mayor factor de relleno del cable, que permitan utilizar un grosor y un número de alambres variables dentro del mismo paquete, que tengan devanados que se construyan hacia afuera para un efecto de proximidad, todo mientras se producen transformadores de mayor potencia con altura reducida.

Además, sigue existiendo la necesidad de dispositivos que permitan disposiciones variadas de bobinas, como en el número, tipos y posicionamiento de bobinas, en paquetes de tamaño reducido.

TW 201616529A describe una bobina plana, que comprende un material continuo de una pila de capas de bobina interna, una pila de capas de bobina externa y una porción de conexión que conecta las pilas de capas de bobina sustancialmente a la misma altura. Cada pila de capas de bobinas incluye una pluralidad de capas de bobinas planas conectadas en serie. Las pilas de capas de bobinas pueden incluir además una almohadilla extendida. La bobina plana puede incluir además pilas de capas de bobina que conectan las dos pilas de capas de bobina en serie. También se describe el método para la preparación de la bobina plana y el transformador plano utilizando la bobina plana.

JP407245217A se refiere a un elemento de inductancia y bobinas de elemento con mayor capacidad de corriente sin requerir un núcleo magnético de una forma especial. Una etapa de terminal de ajuste de núcleo magnético comprende un terminal de montaje en superficie y un terminal de tratamiento de terminal para la unión del sustrato, y también una ranura de acoplamiento para colocar un núcleo magnético, en donde un par de núcleos de tipo E se colocan y fijan dentro de la etapa de terminal de ajuste de núcleo magnético, y las bobinas se proporcionan alrededor de una parte similar a una columna del par de núcleos de tipo E, las bobinas se enrollan anularmente con un alambre rectangular, en donde el terminal de tratamiento de terminal se inserta para la conexión en los orificios formados en el extremo de los conectores de las bobinas.

JP2012104724A se refiere a un componente inductor que utiliza un alambre cable plano con recubrimiento de aislamiento en la superficie, y que comprende una primera sección de devanado que tiene una primera sección de núcleo de aire y una segunda sección de devanado que tiene una segunda sección de núcleo de aire, que se enrollan con el lado ancho del cable perpendicular al eje de devanado.

US20040100347A1 describe una bobina de choque de modo común, que comprende una estructura compuesta por un núcleo y devanados en el sentido del borde, en donde la estructura permite que las características del núcleo se utilicen completamente sin una influencia de la capacidad parásita del devanado.

CN104103399A describe un dispositivo de inductancia, que comprende un conjunto de cabezal, al menos un núcleo y dos o más devanados de bobina planos, con una pluralidad de terminales y acoplamientos eléctricos.

El docum ento de patente US20140210584A1 describe un transformador compuesto de alta corriente de bajo perfil donde algunas realizaciones del transformador incluyen un primer devanado cable que tiene un primer cable de arranque, un primer cable de acabado, una primera pluralidad de vueltas de devanado y un primer núcleo hueco; un segundo devanado cable que tiene un segundo cable de arranque, un segundo cable de acabado, una segunda pluralidad de vueltas y un segundo núcleo hueco; y un compuesto magnético blando comprimido que rodea el primer y segundo devanados. El compuesto magnético blando con espacio distribuido proporciona una curva de saturación casi lineal.

Breve descripción de la invención

Se describen dispositivos transformadores o inductores que incluyen bobinas enrolladas planas anidadas y métodos para fabricar esos dispositivos.

Se proporciona un dispositivo electromagnético de acuerdo con la reivindicación 1. También se proporciona un método para fabricar un dispositivo electromagnético de acuerdo con la reivindicación 12.

La presente invención permite el uso de alambre magnético enrollado plano o de borde para crear devanados para magnéticos de bajo perfil. La construcción y disposición de los devanados permite que los devanados de las bobinas interna y externa se enrollen en diferentes mandriles, y permite que una o múltiples bobinas se coloquen en una disposición anidada y apilada. Esto permite la creación de devanados de mayor giro. Los dispositivos de acuerdo con la presente invención se pueden apilar con filas de devanados.

En un aspecto de la invención, se proporciona un primer devanado que comprende alambre plano, donde el primer devanado tiene una abertura que define un primer diámetro. Se proporciona un segundo devanado que comprende alambre plano, el segundo devanado tiene una abertura que define un segundo diámetro. El segundo devanado está dimensionado para anidarse dentro de la abertura del primer devanado. El primer devanado y el segundo devanado forman un primer conjunto de devanados que tiene una superficie plana más baja y una superficie plana más alta. Se proporciona un tercer devanado que comprende alambre plano, el tercer devanado tiene una abertura que define un tercer diámetro. Se proporciona un cuarto devanado que comprende alambre plano, el cuarto devanado tiene una abertura que define un cuarto diámetro. El cuarto devanado está dimensionado para ser anidado dentro de la abertura del tercer devanado. El tercer devanado y el cuarto devanado forman un segundo conjunto de devanados que tiene una superficie plana más baja y una superficie plana más alta. En una realización, el primer conjunto de devanado está posicionado por encima y adyacente al segundo conjunto de devanado, y la superficie más inferior del primer conjunto de devanado está adyacente y orientada hacia la superficie más superior del segundo conjunto de devanado.

Un método para fabricar un transformador con bobinas enrolladas planas anidadas incluye enrollar una pluralidad de devanados para su uso en el transformador en un mandril con los diámetros interno y externo deseados, ensamblar un par anidado de la pluralidad de devanados colocando un devanado interno de la pluralidad de devanados dentro de un devanado externo de la pluralidad de devanados donde el diámetro externo del devanado interno complementa el diámetro interno del devanado externo, ensamblador el par anidado de devanados en un marco de soporte y acoplando un extremo terminal de bobina superior y un extremo terminal de bobina inferior de cada uno de los dos devanados dentro del par anidado de devanados individualmente cada uno a uno de una pluralidad de puntos de conexión para proporcionar un conjunto de conexiones eléctricas deseadas. El método incluye además ensamblar un núcleo inferior y un núcleo superior alrededor del par anidado ensamblado de la pluralidad de devanados.

El método puede incluir además formar un segundo conjunto de devanados anidados ensamblando un segundo par anidado de la pluralidad de devanados colocando un segundo devanado interno de la pluralidad de devanados dentro de un segundo devanado externo de la pluralidad de devanados donde el diámetro externo del segundo devanado interno complementa el diámetro interno del segundo devanado externo, ensamblando el segundo par anidado de devanados en el marco de soporte y acoplando un extremo terminal de bobina superior y un extremo terminal de bobina inferior de cada uno de los dos devanados dentro del segundo par anidado de devanados individualmente cada uno a uno de una pluralidad de puntos de conexión para proporcionar un conjunto de conexiones eléctricas deseadas.

El diámetro exterior del segundo devanado interior puede ser diferente del diámetro exterior del devanado interior. El diámetro interior del devanado interior y el diámetro interior del segundo devanado interior pueden ser sustancialmente iguales. El diámetro exterior del devanado exterior y el diámetro exterior del segundo devanado exterior pueden ser sustancialmente iguales.

El devanado interior y el segundo devanado interior pueden enrollarse en el mismo mandril. El devanado exterior y el segundo devanado exterior se pueden enrollar en el mismo mandril. La pluralidad de devanados se puede enrollar en mandriles de diferentes tamaños.

En un aspecto de la invención, se utilizan devanados de bobina planos o planares para crear devanados internos y externos para dispositivos magnéticos. Estos dispositivos utilizan alambre magnético que se ha enrollado en el borde y/o se ha enrollado en espiral en varias formas para permitir la creación de devanados de múltiples vueltas.

Se proporciona un dispositivo magnético que comprende bobinas enrolladas planas anidadas que forman devanados internos y externos. Se proporciona un marco de soporte que incluye una columna central y una pluralidad de pasadores. Una pluralidad de devanados anidados rodea la columna central. Los extremos terminales de la pluralidad de devanados anidados pueden estar conectados a las clavijas.

Los devanados de la invención pueden formarse o no a partir de los alambres que tienen el mismo o diferente espesor de alambre, ancho de alambre o número de vueltas. Los diversos devanados pueden estar formados por los mismos o diferentes tipos de alambre, que tienen características similares o diferentes.

Las bobinas enrolladas planas anidadas de la presente invención se pueden utilizar en un dispositivo tal como un transformador o inductor.

Breve descripción de las figuras

Se puede tener una comprensión más detallada a partir de la siguiente descripción, dada a modo de ejemplo junto con los dibujos adjuntos, en los que:

La Fig. 1 muestra una realización de un transformador de acuerdo con la presente invención, con el núcleo superior retirado para ver el interior, y colocado en un marco que tiene pasadores.

La Fig. 2 muestra una vista despiezada del transformador de la Fig. 1, incluyendo un núcleo superior.

La Fig. 3 muestra una vista despiezada del transformador de la Fig. 2.

La Fig. 4 muestra un diagrama de flujo de una realización de un método para fabricar un transformador de acuerdo con la presente invención.

La Fig. 5 muestra una vista superior de un transformador de acuerdo con la presente invención, que muestra los devanados que tienen extremos terminales retorcidos 90 grados y enrollados alrededor de los pasadores de un marco de soporte.

La Fig. 6 ilustra una vista lateral de un transformador con tres conjuntos de devanados anidados.

La Fig. 7 ilustra una vista superior en perspectiva del transformador de la Fig. 6.

La Fig. 8 ilustra una representación de dos conjuntos de bobinas anidadas alineadas con la columna central a medida que se realizan las conexiones eléctricas con los pines.

Las Figs. 9-13 ilustran representaciones de dos bobinas en distintos puntos durante el proceso de configuración de anidamiento.

La Fig. 14 ilustra una bobina para su uso en una disposición de devanado anidada de la presente invención formada con múltiples alambres.

La Fig. 15 ilustra las conexiones de los terminales de devanado a los pines.

La Fig. 16 ilustra una vista en sección transversal de un conjunto de devanados de bobinas anidadas apiladas en otro conjunto de devanados de bobinas anidadas usando un aislante para separar cada conjunto de devanados.

Las Figuras 17A y 17B ilustran un transformador que incorpora una disposición de bobina de alambre tipo tortita en un devanado.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La descripción proporcionada en este documento es para permitir a los expertos en la técnica hacer y usar las realizaciones descritas expuestas. Diversas modificaciones, equivalentes, variaciones, combinaciones y alternativas, sin embargo, seguirán siendo fácilmente evidentes para los expertos en la técnica.

Cierta terminología se utiliza en la siguiente descripción solo por conveniencia y no es limitante. Las palabras "derecha", "izquierda", "arriba" e "abajo" designan direcciones en los dibujos a los que se hace referencia. Las palabras "un" y "uno/una", tal como se usan en las reivindicaciones y en las partes correspondientes de la memoria descriptiva, se definen como que incluyen uno o más de los elementos a los que se hace referencia, a menos que se indique específicamente lo contrario. Esta terminología incluye las palabras mencionadas específicamente, sus derivados y palabras de importancia similar. La frase "al menos uno" seguida de una lista de dos o más elementos, tales como "A, B o C", significa cualquier individuo de A, B o C, así como cualquier combinación de los mismos.

Las Figs. 1-3 ilustran una representación de ejemplo de un transformador 100 que utiliza las bobinas enrolladas planas anidadas de acuerdo con una realización de la presente invención. Tal como se usa en este documento, los términos bobinas y devanados se usan indistintamente. Un transformador 100 incluye un núcleo inferior 10, que puede incluir una primera porción de núcleo inferior 10a, una segunda porción de núcleo inferior 10b y una porción de proyección de núcleo inferior 15 (no se muestra en la Fig. 1, en la Fig. 3) que se extiende hacia arriba desde una superficie del núcleo inferior 10, y un núcleo superior 80 (Fig. 2). El transformador 100 puede incluir además un marco de soporte 90 que tiene una columna central 20 y una pluralidad de pasadores de conexión 30 (Figuras 2 y 3). Cabe señalar que el marco de soporte y/o cualquiera de sus características pueden ser opcionales, y no se puede proporcionar ningún marco en determinadas realizaciones y/o para determinadas aplicaciones. En una realización de la invención como se muestra en las Figuras 1 3, las bobinas enrolladas planas anidadas se proporcionan como un primer devanado interior 40, un primer devanado exterior 50, un segundo devanado interior 60 y un segundo devanado exterior 70.

Por consiguiente, un primer conjunto de devanados, superior o superior comprende el primer devanado interior 40 y el primer devanado exterior 50. Un segundo conjunto inferior de devanados comprende el segundo devanado interior 60 y el segundo devanado exterior 70. Por lo tanto, la presente invención puede proporcionarse para múltiples filas o pilas de conjuntos de devanado.

La primera porción de núcleo inferior 10a y la segunda porción de núcleo inferior 10b junto con la porción de núcleo superior 80 pueden revestir las porciones interiores del transformador 100 en un material de ferrita o polvo para contener y/o controlar y/o proteger las fuerzas electromotrices dentro del transformador 100. El núcleo inferior 10 puede formarse como una sola pieza unitaria, o puede formarse a partir de múltiples piezas unidas entre sí. Por lo tanto, la primera porción de núcleo inferior 10a y la segunda porción de núcleo inferior 10b pueden formarse a partir de la misma pieza de material o pueden ser piezas separadas. En el caso de un núcleo inferior unitario 10, el núcleo inferior 10 puede estar hecho de una sola pieza fundida de material de ferrita.

El núcleo inferior 10 incluye una porción de proyección de núcleo inferior 15, que tiene un diámetro, y preferiblemente formada como una proyección cilíndrica que se extiende hacia arriba desde una parte central del núcleo inferior 10. Un canal curvado o porción de radio curvado 11 se forma en los lados de la porción de proyección de núcleo inferior 15, entre la porción de proyección de núcleo inferior 15 y la primera porción de núcleo inferior 10a y la segunda porción de núcleo inferior 10b. Los canales curvos 11 pueden tener un perfil generalmente semicircular o plano. La porción de proyección del núcleo inferior 15 puede estar hecha de los mismos materiales que el núcleo inferior 10. La proyección del núcleo inferior 15 puede formarse como un elemento distinto del transformador 100 que está unido al núcleo inferior 10, o puede formarse como una parte unitaria del núcleo inferior 10.

En una realización de la invención, se proporciona un marco de soporte 90 que incluye una pluralidad de clavijas de conexión 30 y una columna central 20 que se extiende a través de una abertura en el marco de soporte 90. La columna central 20 se coloca en un punto medio del marco de soporte 90, con extremos abiertos por encima y por debajo del marco de soporte 90. La columna central 20 tiene preferiblemente una forma generalmente columnar o tubular, y puede estar formada como un carrete o husillo. La columna central 20 puede ser total o parcialmente hueca. La columna central 20 puede estar hecha de un material aislante tal como un plástico moldeado por inyección, por ejemplo. La columna central 20 puede formarse como una pared tubular que tiene una medida de diámetro interno a través de una circunferencia interna 21, y un diámetro externo medido a través de una circunferencia externa 22. La columna central 20 puede ser una parte de o puede estar conectada con o unida de otra manera al marco de soporte 90.

Como se muestra en las Figs. 1-3, el marco de soporte 90 y la columna central 20 están configurados para asentarse y/o ajustarse en el núcleo inferior 10. La columna central 20 está formada con una abertura con un diámetro mayor que el diámetro de la porción de proyección del núcleo inferior 15 y, por lo tanto, la columna central 20 está configurada para rodear coaxialmente la porción de proyección del núcleo inferior 15. El marco de soporte 90 incluye porciones curvadas centrales que encajan dentro de los canales curvados 11 formados entre la porción de proyección de núcleo inferior 15 y la primera porción de núcleo inferior 10a y la segunda porción de núcleo inferior 10b. Por lo tanto, los canales curvos 11 están configurados para tener una forma complementaria a las porciones curvas centrales del marco de soporte 90, y para recibir las porciones curvas centrales del marco de soporte 90. Al igual que con el núcleo, los canales curvos 11 pueden tener un perfil generalmente semicircular o plano.

Los pasadores 30 se extienden a través de las paredes exteriores opuestas del marco de soporte 90, donde las paredes exteriores superiores son generalmente rectangulares. En las Figuras, se muestran seis pasadores 30 a cada lado del marco de soporte 90.

En una realización de la invención, múltiples conjuntos de devanados apilados de devanados anidados se ensamblan en filas o pilas, y se pueden ensamblar alrededor de la columna central 20 en filas. Como se muestra en las Figuras, se pueden usar preferiblemente alambres magnéticos planos, planos o enrollados en el borde para formar los devanados de acuerdo con la invención. Se muestran los alambres que tienen una sección transversal generalmente rectangular. Se aprecia, sin embargo, que se pueden usar las configuraciones de alambres de secciones transversales variadas, tales como cuadradas, rectangulares, oblongas o redondas, según sea necesario para una aplicación particular.

Cada una de las bobinas es generalmente un alambre plano enrollado helicoidalmente. En una realización de la invención como se muestra en las Figuras 1-3, un primer conjunto, grupo o fila de devanados superior o superior incluye un primer devanado interior 40 y un primer devanado externo 50. El primer devanado interior 40 se coloca como una bobina aplanada, y puede colocarse rodeando la columna central 20 si se proporciona una en la disposición. El primer devanado exterior 50 tiene una abertura central que recibe y rodea coaxialmente el primer devanado interior 40, de modo que el primer devanado interior 40 se anida dentro de la abertura central del primer devanado exterior 50.

Un segundo conjunto, grupo o fila inferior o inferior de devanados anidados incluye un segundo devanado interior 60 y un segundo devanado exterior 70. El segundo devanado interior 60 se coloca como una bobina aplanada, y puede colocarse adyacente y rodeando una columna central 20 si se proporciona una en la disposición. El segundo devanado exterior 70 tiene una abertura central que recibe y rodea coaxialmente el segundo devanado interior 60, de modo que el segundo devanado interior 60 se anida dentro de la abertura central del segundo devanado exterior 70.

Cada uno de los devanados puede estar conectado en los extremos terminales de dicho devanado a uno de la pluralidad de pasadores de conexión 30, como se describirá con mayor detalle.

Debe apreciarse que variar la corriente en cualquiera del primer devanado interior 40, el primer devanado exterior 50, el segundo devanado interior 60 y/o el segundo devanado exterior 70 puede variar el campo magnético que incide en el otro de los devanados, es decir, el primer devanado interior 40, el primer devanado exterior 50, el segundo devanado interior 60 y el segundo devanado exterior 70 del transformador 100, induciendo una FEM o voltaje variable en el otro de los devanados, es decir, el primer devanado interior 40 también denominado primera bobina interior, el primer devanado exterior 50 también denominado primera bobina exterior, el segundo devanado interior 60 también denominado segunda bobina interior y el segundo devanado exterior 70 también denominado primera bobina exterior del transformador 100 debido a la inducción electromagnética.

Como se muestra, el primer devanado interior 40 está anidado dentro del primer devanado exterior 50 y el segundo devanado interior 60 está anidado dentro del segundo devanado exterior 70. Por lo tanto, los devanados forman conjuntos de devanados como filas o grupos en una pila de devanados. Los conjuntos de devanados se apilan o colocan en filas, formando una columna de devanado que comprende una pluralidad de conjuntos de devanados anidados. Los conjuntos de devanados anidados pueden colocarse alrededor de la columna central 20. Cuando se apilan una contra la otra, las superficies planas enfrentadas del primer y segundo conjuntos de devanados entran en contacto con los respectivos devanados colocados de forma adyacente. Es decir, las superficies más superiores de los alambres de un conjunto de devanado inferior se enfrentarán y estarán adyacentes a, y pueden estar en contacto directo con, las superficies más inferiores de los alambres del siguiente conjunto de devanado superior.

El primer devanado interno 40 y la segunda bobina interna 60 pueden alinearse preferentemente coaxialmente o a lo largo del eje vertical en una configuración co-columnar, y el primer devanado externo 50 y el segundo devanado externo 70 pueden alinearse preferentemente. En función de los diversos tamaños de los devanados y el propósito de las aplicaciones para las que se utiliza un dispositivo particular, se pueden utilizar otras orientaciones.

En una realización preferida, el anidamiento proporciona un ajuste apretado, cerrado o ajustado entre los respectivos devanados internos y externos. Es decir, el espacio entre los devanados interior y exterior es pequeño, y generalmente puede estar preferiblemente entre 0,0005 pulgadas y 0,100 pulgadas. Si bien se ilustra la combinación de un devanado interno anidado dentro de un devanado externo, se puede anidar y apilar cualquier número de devanados.

Por ejemplo, suponiendo un devanado más interno, cualquier devanado externo adicional dado rodeará directamente el devanado interno más cercano, y cada devanado externo adicional tendrá una abertura central dimensionada con un diámetro para acomodar y rodear uno o más devanados alrededor de los cuales reside el devanado externo dado. Como ejemplo adicional, si tres devanados están anidados en un conjunto de devanados, se proporcionará un devanado más interno, un devanado intermedio rodeará el devanado más interno y un devanado más externo rodeará el devanado más interno y el devanado intermedio. Si se proporciona una columna central 20, todos los devanados tendrán aberturas dimensionadas también alrededor de la columna central 20. Por lo tanto, se pueden disponer múltiples variaciones de devanados concéntricos o coaxiales de acuerdo con la presente invención. Además, se pueden utilizar múltiples pilas, niveles o filas de devanados.

Los devanados de la invención pueden formarse o variarse de manera similar para cumplir con los requisitos de diseño y/o las características de operación. La construcción de los devanados permite que los devanados internos y los devanados externos se enrollen en diferentes mandriles, y permite que uno o varios devanados se aniden dentro o fuera uno del otro. Los devanados planos anidados permiten un perfil bajo. También se pueden utilizar otros tipos de alambres para devanados que tengan características que permitan un perfil bajo.

Los devanados de la invención pueden comprender alambre magnético que se ha enrollado en el borde y/o se ha enrollado en espiral en varias formas para permitir la creación de devanados de múltiples vueltas. El anidamiento de los devanados puede permitir devanados de mayor giro como se discutirá a continuación y para devanados multifilares cuando la dimensión interior de la bobina es más ajustada que la capacidad de los materiales del devanado para estirarse y comprimirse sin comprometer la integridad del material o del recubrimiento. Se pueden lograr mayores recuentos de vueltas de los devanados utilizando esta configuración anidada y los recuentos de vueltas más altos dan como resultado transformadores de mayor potencia que operan tan bajos como el rango de 50 kHz para los transformadores de modo de conmutación fuera de línea estándar. Se puede enrollar un alambre magnético más grueso como cable continuo sin necesidad de puntos de conexión externos adicionales, lo que reduce la mano de obra, la resistencia del devanado y el espacio físico necesario para hacer el devanado. La proximidad más estrecha de las vueltas en los devanados permite un mejor factor de acoplamiento dentro del transformador 100. Para reducir aún más las fugas y producir un diseño de inductancia de fuga mínima, el devanado puede estar formado por alambre multifilar (una bobina con más de un alambre (filar) utilizado para formar la bobina, tal como múltiples alambres girados alrededor de un mandril), como se muestra en la Fig. 14. Esta configuración de alambre multifilar puede mejorar la cancelación de flujo de campo de alta fuga debido a la cancelación de giros adyacentes. Las bobinas enrolladas planas permiten un empaquetamiento de bobinas más ajustado, una mayor densidad de cobre por unidad de área y, por lo tanto, una mayor capacidad de corriente y menores pérdidas resistivas.

Los devanados de la presente invención pueden adoptar diversas formas y pueden formarse con tipos de alambres similares o diferentes. Por lo tanto, los devanados pueden formarse a partir de alambre de un determinado tipo que tiene características similares (por ejemplo, materiales, forma, ancho, altura, perfil o forma de sección transversal, características de rendimiento). Por ejemplo, un devanado interno y un devanado externo de un conjunto de devanados pueden formarse a partir de un tipo similar de alambre. Alternativamente, los devanados pueden formarse a partir de alambre de un cierto tipo que tiene diferentes características. Por ejemplo, un devanado interno y un devanado externo de un conjunto de devanados pueden formarse a partir de diferentes tipos de alambre. Se podrían formar diferentes conjuntos de devanado a partir de tipos de alambres similares o diferentes. Como se puede apreciar, se podrían emplear varias combinaciones de tipos de alambre dentro del alcance de la invención.

Los devanados de varios recuentos de vueltas pueden intercalarse dentro de una sola estructura apilada para reducir los campos EMF dentro de los devanados del transformador 100 para reducir las pérdidas por efecto de proximidad de alta frecuencia. El cobre delgado con proporciones de aspecto más anchas se puede crear a través de la estructura de bobina interna y externa de la presente invención, ya que el pandeo y la deformación del alambre plano con una sección transversal rectangular se pueden reducir o eliminar manteniendo la ID de la herida (diámetro interno) a la proporción de ancho del alambre en 2,5 o mayor.

Además, el uso de alambre magnético proporciona un aislamiento funcional en cada devanado sin la necesidad de agregar materiales aislantes adicionales para cumplir con los voltajes dieléctricos soportados de <1000Vrms.

Como se muestra, una pluralidad de pasadores de conexión 30 puede ubicarse en lados opuestos del marco de soporte 90 adyacentes a los bordes externos de los devanados que tienen extremos terminales (terminales) que pueden acoplarse eléctricamente a al menos dos de la pluralidad de pasadores de conexión 30. La pluralidad de pasadores de conexión 30 puede acoplarse eléctricamente de forma individual a una fuente o carga, por ejemplo, para conectar eléctricamente los devanados. Los pasadores 30 pueden configurarse para permitir que las placas de cliente utilicen taladros estándar para realizar conexiones de soldadura. Si bien se puede incluir cualquier cantidad de pasadores de conexión en la pluralidad de pasadores de conexión 30, se representan dos filas de seis pasadores cada una en las Figuras 1-3 y 5. Este total de doce pasadores puede permitir el acoplamiento eléctrico a seis devanados sin ninguna interconexión. La pluralidad de pasadores de conexión 30 puede formarse a partir de cualquier material cable eléctrico y puede comprender pasadores de cobre o de acero chapado en cobre, por ejemplo, y puede formarse en una forma redonda, rectangular o cuadrada con una longitud según sea necesario para que coincida con la geometría de uso, y el diámetro determinado por el uso y la conveniencia de unir las bobinas a las mismas.

En una realización preferida, uno o más de los terminales de los devanados se giran (es decir, se retuercen) a aproximadamente 90 grados para conectarse a uno o más pasadores.

La orientación del alambre de cualquier devanado anidado ensamblado o pila de bobinas de la invención no es crítica y debe considerarse como una variable. Con las bobinas anidadas, los devanados pueden ensamblarse en un núcleo magnético que puede o no tener un marco de cablees y/u otro material aislante, y puede o no combinarse con devanados hechos de manera similar, con devanados de lámina de cobre o con devanados de alambre magnético de estilo tradicional, o cualquier combinación de las disposiciones de devanado anteriores.

Como se muestra en las Figs. 2 y 3, se proporciona un núcleo superior 80 para revestir las porciones interiores del transformador 100 junto con el núcleo inferior 10. El núcleo superior 80 es esencialmente una imagen especular del núcleo inferior 10, e incluye una columna superior 89 que tiene un diámetro menor que el diámetro de la columna central 20, de modo que la columna superior 89 puede encajar dentro de la abertura en la parte superior de la columna central 20. Además, se proporcionan canales curvados 11 en lados opuestos de la columna superior 89, para acomodar y recibir las partes curvadas del marco de soporte 90. Cuando se ensambla, el núcleo superior 80 y el núcleo inferior 10 formarán así un cuerpo de núcleo para encerrar o "intercalar" las partes de los devanados y las partes del marco de soporte 90, con las paredes exteriores opuestas de los marcos de soporte y los pasadores 30 residen fuera del interior del cuerpo de núcleo.

El primer devanado interior 40 tiene un diámetro interior D medido a través de la circunferencia interior 41 de los devanados, y un diámetro exterior D' medido a través de la circunferencia exterior 42. Esos diámetros dependerán, en parte, del ancho W del alambre que forma el devanado. Cuando se proporciona una columna central 20, el diámetro interno se dimensiona para ser mayor que el diámetro externo de la columna central 20. Cuanto más cerca esté el tamaño del diámetro interior del tamaño del diámetro exterior, más cerca estará el ajuste del primer devanado interior 40 alrededor de la columna central 20.

El primer devanado interior 40 tiene un espesor o altura vertical 45, medido de arriba a abajo o verticalmente en las Figuras. El espesor 45 es una función del espesor del alambre a partir del cual se forma el primer devanado interior 40 y el número de vueltas o devanados del primer devanado interior 40. Estos pueden variarse y seleccionarse en función del propósito y la funcionalidad de un dispositivo que utiliza los devanados. Una bobina inferior o extremo terminal 46 (terminal) del alambre que forma el primer devanado interior 40 proporciona un primer punto de conexión eléctrica al primer devanado interior 40, tal como una conexión a uno de los pasadores 30. En el extremo opuesto del alambre que forma el primer devanado interior 40, una bobina superior o extremo terminal 47 (terminal) proporciona un segundo punto de conexión eléctrica al primer devanado interior 40, tal como una conexión a uno de los pasadores 30.

El primer devanado exterior 50 tiene una abertura para recibir el devanado interior 40. El primer devanado exterior 50 tiene un diámetro interior D medido a través de la circunferencia interior 51 y un diámetro exterior D' medido a través de la circunferencia exterior 52. El diámetro interior está dimensionado para ser mayor que el diámetro exterior del primer devanado interior 40. El primer devanado exterior 50 tiene un espesor o altura vertical 55. El espesor 55 es una función del espesor del alambre a partir del cual se forma el primer devanado interior 40 y el número de vueltas o devanados del primer devanado exterior 50. Cuanto más cerca esté el tamaño del diámetro interior D del tamaño del diámetro exterior D', más cerca estará el ajuste del primer devanado exterior 50 alrededor del primer devanado interior 40.

Una bobina inferior o extremo terminal 56 (terminal) del alambre que forma el primer devanado exterior 50 proporciona un primer punto de conexión eléctrica al primer devanado exterior 50, tal como una conexión a uno de los pasadores 30. En el extremo opuesto del alambre que forma el primer devanado exterior 50, una bobina superior o extremo terminal 57 (terminal) proporciona un segundo punto de conexión eléctrica al primer devanado exterior 50, tal como una conexión a uno de los pasadores 30.

En una realización, el espesor 45 del primer devanado interno 40 es generalmente igual al espesor 55 del primer devanado externo 50. Sin embargo, se aprecia que los espesores pueden ser diferentes o variados.

El segundo devanado interior 60 y el segundo devanado exterior 70 están dispuestos de manera similar al primer devanado interior 40 y al primer devanado exterior 50. Por lo tanto, el segundo devanado interior 60 tiene un diámetro interior D medido a través de la circunferencia interior 61 y un diámetro exterior D' medido a través de la circunferencia exterior 62, con el diámetro interior dimensionado para ser mayor que el tamaño del diámetro exterior 22 de la columna central 20. El segundo devanado interior 60 tiene un espesor o altura vertical 65. El segundo devanado interior 60 tiene un extremo terminal de bobina inferior 66 y un extremo terminal de bobina superior 67 para proporcionar conexiones eléctricas, como a uno de los pasadores 30.

El segundo devanado exterior 70 tiene una abertura para recibir el segundo devanado interior 60. El segundo devanado exterior 70 tiene un diámetro interior D medido a través de la circunferencia interior 71 y un diámetro exterior D' medido a través de la circunferencia exterior 72. El diámetro interior D es menor que el diámetro exterior D'. El segundo devanado exterior 70 tiene un espesor 75. Un extremo terminal de bobina inferior 76 y un extremo terminal de bobina superior 77 proporcionan conexiones eléctricas, tales como a una de los pasadores 30.

Los diámetros internos de los devanados pueden ser sustancialmente iguales o pueden tener diferentes medidas. Los diámetros exteriores de los devanados pueden ser sustancialmente iguales o pueden tener diferentes medidas.

La porción de núcleo superior 80 puede incluir caras delantera y trasera opuestas 84. La porción de núcleo superior 80 puede incluir caras laterales derecha e izquierda opuestas 88. La porción de núcleo superior 80 puede incluir porciones recortadas 83 formadas como aberturas en las caras delantera y trasera 84 diseñadas para permitir el acceso entre el interior del cuerpo de núcleo y la pluralidad de pasadores de conexión 30 una vez que se ensambla el cuerpo de núcleo del transformador 100. La porción recortada 83 puede incluir una altura X y un ancho de Y La porción recortada 83 se muestra centrada en la cara frontal 84, aunque cualquier colocación a lo largo de la cara frontal 84 que permita el acceso a la pluralidad de pasadores de conexión 30 puede ser suficiente.

La porción inferior del núcleo 10 puede incluir porciones recortadas 13 (13a en la cara frontal y 14 y 13b en la cara posterior) diseñadas para permitir el acceso entre el interior del cuerpo del núcleo y la pluralidad de pasadores de conexión 30 una vez que se ensambla el transformador 100. Las porciones recortadas 13 incluyen una altura X y una anchura de Y.

El marco de soporte 90 puede comprender un material y puede comprender múltiples capas. Una capa superior 91 está ubicada más cerca de los devanados. Una capa intermedia 92 está ubicada sustancialmente intercalada entre la primera capa o capa superior 91 y una segunda capa, inferior o de fondo 93. Una parte de la capa intermedia 92 puede extenderse más allá de la primera y segunda capas 91, 93. Como se muestra, la capa intermedia 92 puede incluir una serie de pasadores de alineación 94. Los pasadores de alineación 94 pueden ubicarse alrededor de la porción de la capa intermedia 92 que se extiende más allá de la primera y segunda capas 91, 93.

Uno de los aspectos novedosos de la presente invención se refiere a la provisión de múltiples filas de conjuntos de devanados para lograr diversos atributos electromagnéticos de un dispositivo de acuerdo con la presente invención. Los conjuntos de devanado apilados proporcionan ventajas sobre otras técnicas conocidas. La configuración crea devanados de giro más altos (es decir, una conexión en serie) para que los devanados sean capaces de soportar voltajes más altos. La configuración proporciona además la disposición de dichos devanados en un paquete de perfil más bajo. Además, los devanados pueden colocarse fácil y fácilmente en los núcleos del dispositivo, de modo que se crean múltiples interfaces primarias y secundarias a partir de devanados que tienen giros significativamente diferentes, y mientras se mantiene baja la inductancia de fuga. La configuración de devanado también permite disponer un mayor número de devanados en una sola unidad o paquete. En disposiciones anteriores, la disposición, el número y el tamaño de los devanados se limitaban a devanados de la misma altura relativa para caber dentro de un paquete o dispositivo. Además, el anidamiento de las bobinas permite que el aislamiento se coloque entre los devanados de modo que se puedan lograr voltajes de aislamiento más altos en comparación con los devanados concéntricos, como se muestra y analiza en la Fig. 16 a continuación.

La Fig. 4 ilustra un método 400 para fabricar un transformador anidado de acuerdo con un aspecto de la invención. El método 400 incluye enrollar cada uno de los devanados para su uso en el transformador en el mandril apropiado para mantener los diámetros interior y exterior deseados de cada devanado en el paso 410. Se pueden crear múltiples devanados en mandriles/ejes de diferentes diámetros. La configuración de la bobina de cada devanado puede ser cuadrada, rectangular, oblonga o redonda según sea necesario para una aplicación particular. Un devanado exterior se puede enrollar en un mandril separado que es un mínimo de 0,0005" más grande que el diámetro exterior máximo del devanado interior próximo. La diferencia de tamaño del devanado exterior se basa en la altura de construcción del devanado interior. Los devanados exterior e interior pueden o no tener el mismo grosor de alambre, ancho de alambre o número de vueltas. Cada uno de estos aspectos del devanado se puede variar para lograr parámetros espaciales y eléctricos.

En el paso 420, los devanados se pueden ensamblar en una disposición anidada colocando un devanado interno dentro de un devanado externo donde el diámetro externo del devanado interno complementa el diámetro interno del devanado externo. Los devanados anidados pueden ensamblarse en un núcleo magnético que puede tener o no un marco de cablees y/u otro material aislante y pueden combinarse con devanados hechos de manera similar, devanados de lámina de cobre, devanados de alambre magnético de estilo tradicional y/o cualquier combinación de los estilos de devanado mencionados anteriormente. El paso 420 se puede repetir para devanados anidados adicionales.

Cada conjunto ensamblado de devanados anidados se puede ensamblar en un marco de soporte en el paso 430. En el paso 440, los extremos de los devanados se conectan a los pasadores del marco de soporte. En el paso 450, las porciones de núcleo inferior y núcleo superior se pueden ensamblar para revestir la porción interior del transformador.

La Fig. 5 muestra una realización de la invención, con múltiples pilas de conjuntos de devanados y terminales de cada devanado unidos a los pasadores 30. Cada terminal se gira aproximadamente 90 grados desde el plano de los conjuntos de devanados para enrollarse alrededor de un accesorio externo, como los pasadores indicados 30, que también están orientados a aproximadamente 90 grados desde el plano de las superficies planas de los conjuntos de devanados. Por lo tanto, si los conjuntos de devanados están dispuestos horizontalmente, los extremos terminales se pueden girar y/o retorcer de modo que estén sustancialmente verticales. Se aprecia que los extremos terminales se pueden girar o retorcer para su unión en cualquier ángulo en comparación con la orientación de los devanados, tal como desde un intervalo de aproximadamente 0 grados hasta aproximadamente 90 grados. Si es necesario para una aplicación en particular, los terminales podrían girar más de 90 grados. Una porción de transición doblada o retorcida de los extremos terminales se encuentra entre una porción plana de un devanado y el extremo terminal. Por lo tanto, existe una gran flexibilidad en la forma en que los extremos de los terminales se pueden colocar, orientar y unir a las conexiones externas.

Los terminales pueden enrollarse en sentido horario o antihorario, como se muestra frente a la disposición desde arriba como en la Fig. 5. Como se muestra en la Fig. 5:

El terminal del extremo inferior 56 del primer devanado exterior 50 se enrolla alrededor del pasador 30a. El terminal del extremo superior 57 del primer devanado exterior 50 se enrolla alrededor del pasador 30c.

El terminal del extremo inferior 46 del primer devanado interior 40 se enrolla alrededor del pasador 30b. El terminal del extremo superior 47 del primer devanado interior 40 se enrolla alrededor del pasador 30d.

El terminal del extremo inferior 66 del segundo devanado interior 60 se enrolla alrededor del pasador 30g. El terminal del extremo superior 67 del segundo devanado interior 60 se enrolla alrededor del pasador 30f.

El terminal del extremo inferior 76 del segundo devanado exterior 70 se enrolla alrededor del pasador 30h. El terminal del extremo superior 77 del segundo devanado exterior 70 se enrolla alrededor del pasador 30e.

Se pueden utilizar otras disposiciones de devanado dependiendo del número de devanados y pasadores.

Las Figs. 6 y 7 ilustran un transformador 200 con tres conjuntos de devanados, donde cada conjunto de devanados comprende devanados anidados internos y externos. El transformador 200 incluye un conjunto de devanados anidados que incluyen el primer devanado interior 40 y el primer devanado exterior 50, un segundo conjunto de devanados anidados que incluye el segundo devanado interior y el segundo devanado exterior 70, y un tercer conjunto de devanados anidados que incluye el tercer devanado interior y el tercer devanado exterior 670, cada conjunto anidado de devanados asentado en la porción de asiento 20 y acoplado eléctricamente a la pluralidad de pasadores de conexión 30 como se describe a continuación. En la configuración mostrada, no se colocan capas aislantes entre cada uno de los conjuntos de devanados adyacentes, aunque se pueden incluir capas aislantes, como se describe en este documento. Los extremos de los terminales están soldados para proporcionar una fijación segura de los terminales a los pasadores.

El primer devanado interior 40 incluye el extremo terminal de la bobina inferior 46 y el extremo terminal de la bobina superior 47. El extremo terminal de la bobina inferior 46 se gira aproximadamente 90 grados desde la horizontal y se acopla eléctricamente a uno de la pluralidad de pasadores de conexión 30i. El extremo terminal de la bobina superior 47 se gira aproximadamente 90 grados desde la horizontal y se acopla eléctricamente a uno de la pluralidad de pasadores de conexión 30h.

El primer devanado exterior 50 incluye el extremo terminal de la bobina inferior 56 y el extremo terminal de la bobina superior 57. El extremo terminal de la bobina inferior 56 se gira aproximadamente 90 grados desde la horizontal y se acopla eléctricamente a uno de la pluralidad de pasadores de conexión 30j. El extremo terminal de la bobina superior 57 se gira aproximadamente 90 grados desde la horizontal y se acopla eléctricamente a uno de la pluralidad de pasadores de conexión 30g.

El segundo devanado interior incluye el extremo terminal de la bobina inferior 66 (Fig. 7) y el extremo terminal de la bobina superior 67. El extremo terminal de la bobina inferior 66 se gira aproximadamente 90 grados desde la horizontal y se acopla eléctricamente a uno de la pluralidad de pasadores de conexión 30b (Fig. 7). El extremo terminal de la bobina superior 67 se gira aproximadamente 90 grados desde la horizontal y se acopla eléctricamente a uno de la pluralidad de pasadores de conexión 30i. Esta conexión acopla eléctricamente el segundo devanado interior al primer devanado interior 40.

El segundo devanado exterior 70 incluye el extremo terminal de la bobina inferior 77 y el extremo terminal de la bobina superior 76 (Fig. 7). El extremo terminal de la bobina inferior 77 se gira aproximadamente 90 grados desde la horizontal y se acopla eléctricamente a uno de la pluralidad de pasadores de conexión 30j. Esta conexión acopla eléctricamente el primer devanado exterior 50 al segundo devanado exterior 70. El extremo terminal de la bobina superior 76 se gira aproximadamente 90 grados desde la horizontal y se acopla eléctricamente a uno de la pluralidad de pasadores de conexión 30a (Fig. 7).

El tercer devanado interior incluye el extremo terminal de la bobina inferior 677 y el extremo terminal de la bobina superior 676 (Fig. 7). El extremo terminal de la bobina inferior 677 se gira aproximadamente 90 grados desde la horizontal y se acopla eléctricamente a uno de la pluralidad de pasadores de conexión 30f. El extremo terminal de la bobina superior 676 se gira aproximadamente 90 grados desde la horizontal y se acopla eléctricamente a uno de la pluralidad de pasadores de conexión 30d (Fig. 7).

El tercer devanado exterior 670 incluye el extremo terminal de la bobina inferior 667 y el extremo terminal de la bobina superior 666 (Fig. 7). El extremo terminal de la bobina inferior 667 se gira aproximadamente 90 grados desde la horizontal y se acopla eléctricamente a uno de la pluralidad de pasadores de conexión 30e. El extremo terminal de la bobina superior 666 se gira aproximadamente 90 grados desde la horizontal y se acopla eléctricamente a uno de la pluralidad de pasadores de conexión 30c (Fig. 7).

La porción de soporte 90 puede estar hecha de un material aislante tal como un plástico moldeado por inyección, por ejemplo, y puede proporcionar aislamiento eléctrico a las bobinas, tal como para proporcionar aislamiento eléctrico entre y desde los devanados 40, 50, 70, 670 y múltiples pasadores de conexión 30. La porción de asiento 90 puede incluir cualquier número de capas de material. En las figuras, y en particular en la Fig. 6, la porción de asiento 90 se muestra como tres capas. Una primera capa 91 está ubicada más cerca de los devanados 40, 50, 70, 670. Una segunda capa 93 y una capa intermedia 92 están ubicadas sustancialmente intercaladas entre la primera y segunda capas 91, 93. Una parte de la capa intermedia 92 puede extenderse más allá de la primera y segunda capas 91, 93.

Como se muestra, la capa intermedia 92 puede incluir una serie de pasadores de alineación 94. Los pasadores de alineación 94 pueden ubicarse alrededor de la porción de la capa intermedia 92 que se extiende más allá de la primera y segunda capas 91, 93. Por ejemplo, los pasadores de alineación 94 pueden incluirse en una tríada a lo largo de la parte de la capa intermedia 92 que incluye y está alineada con múltiples pasadores de conexión 30. Se puede incluir un pasador de alineación 94 en la porción de la capa intermedia 92 al final del recorrido de la pluralidad de pasadores de conexión 30.

La Fig. 8 ilustra una representación de dos conjuntos de devanados apilados de bobinas anidadas que incluyen un primer conjunto de devanados con bobinas 40, 50 y un segundo conjunto de devanados debajo del primer conjunto de devanados, y alineados coaxialmente alrededor de la columna central 20 a medida que se realizan las conexiones eléctricas con los pasadores 30. El primer extremo de cada bobina 40, 50 y el segundo conjunto están conectados a una de la pluralidad de pasadores 30. El extremo terminal 46 de la bobina 40 está conectado al pasador 30b. El extremo terminal 56 de la bobina 50 está conectado al pasador 30a. El extremo terminal 66 de la bobina 60 está conectado al pasador 30c. El extremo terminal 76 de la bobina 70 está conectado al pasador 30d.

En la Fig. 8, el segundo extremo terminal de cada bobina 40, 50 y el segundo conjunto aún no están conectados a una de la pluralidad de pasadores 30. El extremo terminal 47 de la bobina 40 se está preparando para girarse a aproximadamente 90 grados y conectarse al pasador 30h. El extremo terminal 57 de la bobina 50 se está preparando para girarse a aproximadamente 90 grados y conectarse al pasador 30g. El extremo terminal 67 de la bobina 60 se está preparando para girarse a aproximadamente 90 grados y conectarse al pasador 30f. El extremo terminal 77 de la bobina 70 se está preparando para girarse a aproximadamente 90 grados y conectarse al pasador 30e.

En la Fig. 8, los extremos terminales 47, 57 salen de la configuración anidada y aún no se han girado 90 grados para prepararse para la conexión al pasador respectivo 30. Los extremos terminales 67, 77 se han girado 90 grados desde la configuración anidada para prepararse para la conexión al pasador respectivo 30.

La curva de 90 grados en los extremos terminales del alambre proporciona una conexión fácil, eficiente y rápida de los extremos terminales a los puntos de conexión externos, como los pasadores 30, sin necesidad de proporcionar una curva o giro precisos. Por ejemplo, en configuraciones anteriores, habría sido necesario colocar con precisión los extremos terminales para la conexión directa a, por ejemplo, una ranura en la aplicación de la placa terminal como en configuraciones anteriores. Además, la conexión descrita permite que múltiples devanados se conecten al mismo pasador 30, como se muestra en las Figs. 6 y 7. Esto ayuda a facilitar múltiples intercalaciones de devanados para reducir la EMF dentro de la estructura de la bobina. La presente conexión proporciona un método rápido para crear devanados con rosca central.

Cabe señalar que los extremos terminales de los alambres de acuerdo con la presente invención pueden configurarse para extenderse en múltiples direcciones diferentes. No hay ningún requisito de que dos extremos terminales se extiendan en la misma dirección. Por lo tanto, en la Fig. 8, los extremos terminales 47, 57, 67 y 77 apuntan en diferentes direcciones que los extremos terminales 46, 56, 66, 76. No se muestran dos extremos terminales en la Fig. 8 señalan en la misma dirección.

Además, en una realización, las porciones de las bobinas internas y externas anidadas pueden extenderse desde una superficie superior o inferior de un conjunto de devanado sin cruzarse. Esto se puede ver, por ejemplo, en las Figs. 5 y 7, que muestran las porciones superiores y la superficie superior de un conjunto de devanado. Alternativamente, porciones de las bobinas internas y externas anidadas pueden cruzarse, tal como se muestra en la Fig. 8.

Las Figs. 9-13 ilustran representaciones de dos bobinas en distintos puntos durante el proceso de configuración de anidamiento. Si bien estas ilustraciones representan el anidamiento de una bobina dentro de otra, este proceso se puede realizar de forma iterativa en la Fig. 9, se muestran dos bobinas distintas 940, 950. La bobina 940 puede convertirse en la bobina interna y la bobina 950 puede convertirse en la bobina externa en la configuración anidada. La bobina 940 incluye un diámetro interno medido a través de la circunferencia 941 y un diámetro externo medido a través de la circunferencia 942. La bobina 940 incluye un primer extremo 946 y un segundo extremo 947. La bobina 950 incluye un diámetro interno medido a través de la circunferencia 951 y un diámetro externo medido a través de la circunferencia 952. La bobina 950 incluye un primer extremo 956 y un segundo extremo 957. El diámetro interior 951 y el diámetro exterior 942 pueden diseñarse para coincidir estrechamente entre sí para garantizar el ajuste adecuado de las bobinas una vez anidadas. La coincidencia estrecha puede definirse por una holgura marginal para permitir el ensamblaje y cuanto más cerca esté la coincidencia, mejor será el rendimiento. En ciertas aplicaciones, la separación puede ser mayor para agregar un acoplamiento mecánico, como para aplicaciones de conmutación de voltaje, por ejemplo.

La Fig. 10 representa un primer punto en el proceso de anidación. El segundo extremo 947 de la bobina 940 se pasa a través de la abertura central de la bobina 950 hasta que sobresale al otro lado de la abertura en el centro de la bobina 950. Como se ilustra, no es necesario que haya una relación particular entre el extremo 947 y el extremo 957 ni el extremo 946 y el extremo 956, ya que el extremo 947 se alimenta a través del centro de la bobina 950. La orientación específica se puede ajustar después de que se logre la alimentación inicial.

La Fig. 11 representa un segundo punto en el proceso de anidación. Una vez que el segundo extremo 947 pasa a través de la abertura central de la bobina 950, la bobina 940 puede inclinarse en un ángulo con respecto al plano de la bobina 950, tal como 45 grados, por ejemplo. Esto permite que el diámetro exterior 942 comience a entrar en el diámetro interior 951 y comience a anidar. Específicamente, una porción del diámetro exterior 942 puede colocarse contra el diámetro interior 951 para proporcionar la separación adecuada cuando se retira la inclinación en pasos posteriores en el proceso de anidamiento. Si la bobina tiene espesor, el borde inferior de la bobina interna 940 puede colocarse en línea con el borde inferior de la bobina externa 950 a lo largo del diámetro externo 942 para comenzar a entrar en el diámetro interno 951.

La Fig. 12 representa un punto en el proceso de anidamiento a medida que la bobina 940 se gira para anidarse dentro de la bobina 950. Una vez que el diámetro exterior 942 entra en el diámetro interior 951, las bobinas se alinean para permitir que las bobinas 940, 950 se vuelvan colineales (planas) y coaxiales en un conjunto de devanado. La eliminación del ángulo entre las bobinas, tal como la inclinación de 45 grados impartida entre las bobinas en representaciones anteriores, puede incluir mantener el diámetro exterior 942 que se colocó adyacente al diámetro interior 951 en su lugar mientras el resto de la bobina 940 se gira dentro de la bobina 950.

La Fig. 13 representa las dos bobinas 940, 950 anidadas una dentro de la otra. Específicamente, las bobinas anidadas tienen un diámetro exterior general definido por el diámetro exterior 952 y un diámetro interior general definido por el diámetro interior 941. El diámetro interior 951 y el diámetro exterior 942 son adyacentes entre sí a medida que las bobinas 940, 950 se anidan entre sí. La proximidad del diámetro interno 951 y el diámetro externo 942 se discute en este documento, y puede mantenerse en un mínimo, es decir, solo lo suficientemente grande como para permitir que ocurra el anidamiento. Esencialmente, la bobina más grande o exterior 950 se alimenta sobre uno de los cablees de la bobina interior 940 y luego se coloca en voladizo sobre la bobina interior 940 hasta que la bobina exterior 950 sea concéntrica y esté alineada con la bobina interior 940.

Las bobinas 940, 950 se pueden girar entre sí para alinear o desalinear los extremos 947, 957 por un lado y los extremos 946, 956 por el otro. Los extremos terminales 946, 947, 956, 957 pueden configurarse para facilitar el emparejamiento de los pasadores 30 (que se muestran en otras figuras) según lo diseñado. Es decir, la bobina 940 se puede girar con respecto a la bobina 950 para proporcionar la alineación de los extremos 946, 947, 956, 957 con los pasadores 30 para la conexión.

La Fig. 14 ilustra una bobina 1400 formada con múltiples alambres en una disposición multifilar. Como se ilustra en la Fig. 14 se forma una sola bobina 1400 utilizando múltiples alambres. A medida que el primer alambre 1440 se enrolla helicoidalmente y se intercala con un segundo alambre 1450 para proporcionar un devanado multifilar como un devanado bifilar, ya que hay dos alambres. La bobina 1400 se puede usar en cualquier realización de la presente invención, y se puede usar como un devanado interno, externo o intermedio. Además, se puede utilizar cualquier combinación de devanados simples y multifilares.

La Fig. 15 ilustra las conexiones de los extremos de los terminales de devanado a los pasadores con soldadura. La Fig. 15 representa tres extremos de devanado 1547, 1567, 1577 configurados para la conexión a los pasadores 30. El extremo terminal 1577 está conectado al pasador 1530e. El extremo terminal 1567 está conectado al pasador 1530d. El extremo terminal 1547 está conectado al pasador 1530c.

El extremo terminal 1567 incluye una rotación de 90 grados 1510 para proporcionar la conexión al pasador 1530d como se describe en este documento.

La Fig. 16 ilustra una vista en sección transversal de un conjunto de bobinas de devanado anidadas 1640, 1650 apiladas en otro conjunto de bobinas de devanado anidadas 1660, 1670 usando un aislante 1605 para separar los conjuntos anidados 1640, 1650 y 1660, 1670. En la Fig. 16, la bobina 1660 puede estar anidada dentro de la bobina 1670 y ubicada coaxialmente alrededor de la columna central 1620. Un aislante 1605 puede formarse como una lámina y colocarse en la parte superior del conjunto de bobinas anidadas 1660, 1670 distal a la porción inferior del núcleo 1610. Un segundo conjunto de bobinas anidadas 1640, 1650 puede alinearse conjuntamente en la columna central 1620 opuesta al aislante 1605 de modo que el aislante 1605 esté intercalado entre ellas. El aislante 1605 puede formarse a partir de un material aislante tal como un plástico moldeado por inyección, por ejemplo. El aislante 1605 puede proporcionar aislamiento eléctrico entre el conjunto anidado 1640, 1650 y el conjunto anidado 1660, 1670. El aislante 1605 también puede proporcionar aislamiento térmico entre el conjunto anidado 1640, 1650 y el conjunto anidado 1660, 1670. Se aprecia que los conjuntos de devanados apilados pueden usar diferentes cantidades de alambre y pueden tener diferentes espesores o alturas.

El diseño de múltiples bobinas de la invención proporciona la capacidad de tener múltiples intercalaciones dentro de la estructura de devanado (por ejemplo, primaria/secundaria/primaria/secundaria, etc.). Además, estos diseños permiten que el devanado de polarización dentro de un transformador se coloque más lejos del devanado primario para que haya un mejor control de la tensión de salida final dentro de una estructura de fuente de alimentación. La técnica de devanado descrita permite la creación de devanados con rosca central, cuando sea necesario, o permite la creación de devanados de mayor giro y paquetes de menor perfil. Las múltiples bobinas apiladas permiten crear más de un devanado secundario dentro del paquete cuando sea necesario.

La estructura también puede permitir la creación de múltiples devanados secundarios en paralelo, de modo que se pueda usar un alambre más delgado para ayudar a crear menores pérdidas por efecto de proximidad dentro de la construcción. Finalmente, la presente estructura crea devanados paralelos (bobinas internas y externas en el mismo devanado) con cobre más estrecho, lo que permite utilizar un radio de curvatura más estrecho en el alambre enrollado en el borde. Una ventaja es que, por lo general, el alambre enrollado en el borde no debe enrollarse más apretado que 2,5 x ID (diámetro interno) para evitar daños en el recubrimiento de esmalte en el alambre enrollado o una deformación significativa (adelgazamiento del borde exterior y compactación en el borde interior de la bobina). Los presentes devanados pueden enrollarse para llenar mejor el área horizontal dentro de la estructura central. Además, el uso del cobre más estrecho puede permitir la conexión al paso de pasador más estrecho, como se describe, ya que se necesita menos espacio dentro del producto para producir la torsión de 90 grados en el alambre y la conexión al pasador.

También se pueden crear devanados de alta rotación utilizando una disposición de bobina de alambre enrollado tipo "tortita" (alambre magnético delgado enrollado de modo que la construcción de la capa vertical se minimice y la construcción de la capa horizontal se maximice) para que coincida con el ancho de cualquier otra combinación de alambre magnético de cobre rectangular enrollado en el borde. Este alambre puede tener una sección transversal redonda, por ejemplo, u otras geometrías diferentes en sección transversal. Esta combinación de técnicas de devanado permite la creación de devanados de alta tensión y baja corriente que no se pueden crear fácilmente con devanados de estilo plano tradicionales.

A modo de ejemplo, se ilustra un dispositivo en las Figs. 17A y 17B que incorporan una disposición de bobina de alambre de tortita 3010 en un devanado. Como se muestra en el ejemplo representado, un devanado puede incorporar la disposición de bobina de alambre de tortita 3010 y el otro devanado puede no hacerlo. Las dos bobinas pueden formarse a partir de alambres que tienen diferentes perfiles de sección transversal, o alternativamente secciones transversales iguales o sustancialmente similares.

Los transformadores descritos en este documento se pueden utilizar como transformadores de modo de conmutación de bajo perfil que funcionan en el rango de 10-1200 W y pueden ser un reemplazo directo para el transformador de estilo plano tradicional. Este transformador se puede utilizar en todas las aplicaciones del mercado.

Los devanados anidados descritos se pueden utilizar con los devanados adicionales, ya sea en forma de otras bobinas enrolladas en el borde o, como se señaló anteriormente, dan como resultado un transformador de estilo plano de bajo perfil que se puede enrollar completamente con un alambre magnético y no requiere placas de circuito para lograr la altura reducida.

El presente transformador permite un mayor factor de relleno del cable dentro de la ventana del transformador: la eliminación del material aislante y la no necesidad de separación entre trazas permiten que se llene más la ventana del núcleo magnético con el cable. Esto aumenta el factor de relleno de cobre utilizando este diseño de estilo a aproximadamente el 60 % de utilización de ventanas, mientras que un enfoque tradicional de tablero plano estará más cerca del 35 % de utilización de ventanas.

Los cobres de espesor variable se pueden colocar dentro del mismo paquete con poco o ningún diferencial de costo más allá del precio del metal base del material de devanado.

Las capas de los devanados de los bordes pueden acumularse hacia afuera en términos de efecto de proximidad. Lo que significa que se pueden enrollar múltiples vueltas de alambre y el efecto resultante en la resistencia de alta frecuencia es el de un devanado de una sola capa. Cuando se agrega un devanado externo, ese devanado se comporta como la segunda capa en términos de efecto de proximidad y resistencia de CA efectiva dentro del transformador 100.

La naturaleza de devanado de alambres del transformador descrito en este documento permite cambiar y optimizar las vueltas y capas del transformador con un costo mínimo, eliminando la necesidad de crear nuevos devanados de placa de circuito (placas planas) que se utilizan en los transformadores de perfil plano tradicionales. El transformador descrito en este documento proporciona la cancelación de los campos de inductancia de fuga utilizando esta técnica de devanado, ya que la pila de bobinas permite una cobertura completa de las vueltas por encima y/o por debajo del devanado en cuestión.

Las descripciones anteriores de realizaciones específicas de la presente tecnología se han presentado con fines ilustrativos y descriptivos. No pretenden ser exhaustivos ni limitar la invención a las formas precisas descritas, y obviamente son posibles muchas modificaciones y variaciones a la luz de la enseñanza anterior. Las realizaciones se eligieron y describieron para explicar mejor los principios de la presente tecnología y su aplicación práctica, para permitir así que otros expertos en la técnica utilicen mejor la presente tecnología y diversas realizaciones con diversas modificaciones que sean adecuadas para el uso particular contemplado. Se pretende que el alcance de la invención esté definido por las reivindicaciones adjuntas a la presente.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo electromagnético (100) que comprende:

un primer devanado (50) que comprende alambre plano, el primer devanado teniendo una abertura que define un primer diámetro;

un segundo devanado (40) que comprende alambre plano, el segundo devanado tiene una abertura que define un segundo diámetro, el segundo devanado (40) dimensionado para anidarse dentro de la abertura del primer devanado (50), el primer devanado (50) y el segundo devanado (40) forman un primer conjunto de devanados que tiene una primera superficie plana y una segunda superficie plana opuesta a la primera superficie plana;

un tercer devanado (70, 3010) que comprende alambre, el tercer devanado teniendo una abertura que define un tercer diámetro;

un cuarto devanado (60, 3010) que comprende alambre, el cuarto devanado (60, 3010) tiene una abertura que define un cuarto diámetro, el cuarto devanado (60, 3010) dimensionado para anidarse dentro de la abertura del tercer devanado (70, 3010), el tercer devanado (70, 3010) y el cuarto devanado (60, 3010) forman un segundo conjunto de devanados que tiene una primera superficie y una segunda superficie opuesta a la primera superficie;

en donde el primer conjunto de devanado se coloca adyacente al segundo conjunto de devanado, y en donde la primera superficie plana del primer conjunto de devanado es adyacente y está orientada hacia la primera superficie o la segunda superficie del segundo conjunto de devanado;

un aislante (1605) colocado entre la primera superficie plana del primer conjunto de devanados y la primera superficie o la segunda superficie del segundo conjunto de devanados, el aislante configurado para proporcionar aislamiento eléctrico o aislamiento térmico entre el primer conjunto de devanados y el segundo conjunto de devanados;

en donde el primer conjunto de devanado y el segundo conjunto de devanado están alineados a lo largo de un eje vertical en una configuración co-columnar,

en donde el primer conjunto de devanado está dispuesto con al menos una parte de sus superficies planas sustancialmente perpendiculares al eje vertical, y

en donde el primer devanado tiene un primer extremo terminal y un segundo extremo terminal opuesto (56, 57), en donde al menos uno de los extremos terminales está retorcido y orientado aproximadamente 90 grados desde un plano de una de las superficies planas del primer conjunto de devanados y configurado para enrollarse alrededor de un pasador de conexión (30a-h), que también está orientado aproximadamente 90 grados desde un plano de una de las superficies planas del primer conjunto de devanados.

2. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el primer conjunto de devanado tiene un espesor diferente al del segundo conjunto de devanado.

3. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el segundo devanado (40) comprende una primera porción de extremo que pasa sobre una superficie superior del primer devanado (50), y una segunda porción de extremo que pasa por debajo de una superficie inferior del primer devanado (50).

4. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde al menos uno de los devanados (40, 50, 60, 70, 3010) comprende un alambre multifilar.

5. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde los diámetros de las aberturas del primer devanado (50) y el tercer devanado (70, 3010) son esencialmente iguales.

6. El dispositivo de la reivindicación 5, en donde los diámetros de las aberturas del segundo devanado (40) y el cuarto devanado (60, 3010) son esencialmente iguales.

7. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el primer conjunto de devanado y el segundo conjunto de devanado están alineados coaxialmente.

8. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde al menos dos de los devanados (40, 50, 60, 70, 3010) están formados por tipos similares de alambre.

9. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde al menos un devanado (40, 50, 60, 70, 3010) se forma a partir de un tipo de alambre diferente de al menos otro de los devanados.

10. El dispositivo de la reivindicación 1, que comprende, además:

un quinto devanado que comprende alambre, el quinto devanado tiene una abertura que define un quinto diámetro; un sexto devanado que comprende alambre, el sexto devanado tiene una abertura que define un sexto diámetro, el sexto devanado está dimensionado para anidarse dentro de la abertura del quinto devanado, el quinto devanado y el sexto devanado forman un tercer conjunto de devanados que tiene una primera superficie plana y una segunda superficie plana opuesta a la primera superficie plana;

en donde el tercer conjunto de devanado se coloca adyacente al primer conjunto de devanado o al segundo conjunto de devanado, y en donde la primera superficie del tercer conjunto de devanado es adyacente y está orientada hacia la primera superficie plana o la segunda superficie plana del primer conjunto de devanado, o la primera superficie o la segunda superficie del segundo conjunto de devanado.

11. El dispositivo de la reivindicación 1, que comprende además un devanado exterior, el devanado exterior tiene una abertura que define un diámetro, la abertura del devanado exterior configurada para rodear y recibir uno del primer devanado o el tercer devanado en una disposición anidada.

12. Un método (400) para fabricar un transformador con bobinas enrolladas anidadas, el método comprende: formar (410) un primer devanado que comprende alambre plano, el primer devanado tiene una abertura que define un primer diámetro;

formar (410) un segundo devanado que comprende alambre plano dimensionado para anidarse dentro de la abertura del primer devanado, el segundo devanado tiene una abertura que define un segundo diámetro;

colocar (420) el segundo devanado dentro de la abertura del primer devanado para formar un primer conjunto de devanados que tiene un espesor y una primera superficie plana y una segunda superficie plana opuesta a la primera superficie plana;

formar (410) un tercer devanado que comprende alambre, el tercer devanado tiene una abertura que define un tercer diámetro;

formar (410) un cuarto devanado que comprende alambre dimensionado para anidarse dentro de la abertura del tercer devanado, el cuarto devanado tiene una abertura que define un cuarto diámetro;

colocar (420) el cuarto devanado dentro de la abertura del tercer devanado para formar un segundo conjunto de devanados que tiene un espesor y una primera superficie y una segunda superficie opuesta a la primera superficie; colocar (430) el primer conjunto de devanados por encima y adyacente al segundo conjunto de devanados, y colocar la primera superficie plana del primer devanado adyacente y orientada hacia la primera superficie o segunda superficie del segundo conjunto de devanados.

colocar un aislante entre la primera superficie plana del primer conjunto de devanados y la primera superficie o la segunda superficie del segundo conjunto de devanados, el aislante configurado para proporcionar aislamiento eléctrico o aislamiento térmico entre el primer conjunto de devanados y el segundo conjunto de devanados;

en donde el primer conjunto de devanados y el segundo conjunto de devanados están alineados a lo largo de un eje vertical en una configuración co-columnar, y

en donde el primer conjunto de devanados está dispuesto con al menos una parte de sus superficies planas sustancialmente perpendiculares al eje vertical; y

en donde cada devanado del primer conjunto de devanados tiene un primer extremo terminal y un segundo extremo terminal opuesto, en donde al menos uno de los extremos terminales está retorcido y orientado aproximadamente 90 grados desde un plano de una de las superficies planas del primer conjunto de devanados y configurado para enrollarse alrededor de un pasador de conexión, que también está orientado aproximadamente 90 grados desde un plano de una de las superficies planas del primer conjunto de devanados.

13. El método de la reivindicación 12, en donde el posicionamiento del segundo devanado dentro de la abertura del primer devanado comprende el paso de inclinar uno del primer o segundo devanado en un ángulo con respecto al otro del primer o segundo devanado.

14. El método de la reivindicación 13, en donde el posicionamiento del cuarto devanado dentro de la abertura del tercer devanado comprende el paso de inclinar uno del tercer o cuarto devanado en un ángulo con respecto al otro del tercer o cuarto devanado.

15. El método de la reivindicación 12, en donde los devanados se enrollan en mandriles de diferentes tamaños.