NL8201908A

NL8201908A - TIRE-WRAPPED TRANSFORMER AND METHOD OF MANUFACTURE THEREOF.

Info

Publication number: NL8201908A
Application number: NL8201908A
Authority: NL
Original assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 1981-05-13
Filing date: 1982-05-10
Publication date: 1982-12-01
Also published as: DE3217823A1; GB2099226A; FR2506065A1; JPS57197811A

Description

• i λ* N.0.31071 1 Γ Bandgewikkelde transformator en werkwijze voor vervaardiging daarvan.• i λ * N.0.31071 1 Γ Tape wound transformer and method for its manufacture.

De uitvinding heeft betrekking op transformatoren. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een transformator van een eenvoudige konstruktie, waarin een groep van planaire spiraalvormige windingen wordt toegepast die in staat zijn om relatief grote stromen 5 te geleiden en die gewenste elektrische eigenschappen hebben met inbegrip van een hoge doorslagspanning en een relatief lage capaciteit tussen de windingen onderling.The invention relates to transformers. More particularly, the invention relates to a transformer of a simple construction employing a group of planar helical windings capable of conducting relatively large currents and having desired electrical properties including high breakdown voltage and relatively low capacity between windings.

In de op 14 november 1980 ingediende Amerikaanse octrooiaanvrage 206.838 wordt een transformator beschreven voorzien van twee rechthoe-10 kige substraten die elk opeenvolgende door middel van zeefdruk verkregen dikke filmlagen van diëlektrisch isolatiemateriaal dragen waarin spiraalvormige planaire windingen zijn ingebed gebruik makend van hybride bewerkingstechnieken. Deze compacte robuuste transformator is in het bijzonder geschikt voor samenstelling met geïntegreerde schake-15 lingscomponenten in toepassingen waar lage stromen heersen zoals isola-tieversterkers. Er zijn echter andere toepassingen waar stromen op een hoger niveau gehanteerd moeten worden, bijvoorbeeld gelijkspanning/ge-lijkspanning-omvormers waarin het stroomniveau op kan lopen tot in het ampere-gebied. De uitvinding heeft nu ten doel een transformator te 20 verschaffen die geschikt is voor deze hogere stroomniveau’s en toch wenselijke eigenschappen heeft zoals een hoge doorslagspanning tussen de windingen onderling en een geschikte lage capaciteit tussen de windingen onderling.United States Patent Application No. 206,838, filed November 14, 1980, discloses a transformer comprising two rectangular substrates each carrying successive screen-printed thick film layers of dielectric insulating material in which helical planar windings are embedded using hybrid machining techniques. This compact rugged transformer is particularly suited for assembly with integrated circuit components in low current applications such as isolation amplifiers. However, there are other applications where higher level currents have to be handled, for example DC / DC converters in which the current level can reach up to the ampere range. The object of the invention is now to provide a transformer which is suitable for these higher current levels and yet has desirable properties such as a high breakdown voltage between the turns and a suitable low capacity between the turns.

In een illustratieve uitvoeringsvorm van de uitvinding is de 25 transformator voorzien van windingen van geleidende draden die gedragen worden door een band gevormd uit een elektrisch isolerend plastic materiaal. De geleidende draden zijn ingebed in de wand als afzonderlijke elementen, zij aan zij geplaatst en verlopend over de lengte van de band en afgewisseld door tussenliggende vezels van diëlektrisch isole-30 rend materiaal. De band wordt opgerold tot een hechte spiraal, zodat de ingebedde geleidende draden in een spiraalvormige configuratie komen te liggen teneinde de respectievelijke planaire transformatorwikkelingen, gescheiden door corresponderende planaire spiraalvormige vezels van diëlektrisch materiaal te definiëren. De lagen van de opgerolde band 35 worden bij voorkeur aan elkaar bevestigd, bijvoorbeeld door middel van een tussen de lagen toegepaste hechtwerkwijze teneinde een zelfdragende wikkelingstruktuur te verkrijgen die op een magnetische kern wordt gemonteerd .In an illustrative embodiment of the invention, the transformer includes coils of conductive wires carried by a tape formed of an electrically insulating plastic material. The conductive wires are embedded in the wall as separate elements, placed side by side and running the length of the tape and interspersed with intermediate fibers of dielectrically insulating material. The tape is coiled into a tight coil, so that the embedded conductive wires come in a spiral configuration to define the respective planar transformer windings separated by corresponding planar spiral fibers of dielectric material. The layers of the coiled tape 35 are preferably attached to each other, for example, by an interlayer bonding method to obtain a self-supporting winding structure mounted on a magnetic core.

8201908 28201908 2

De schijfvormige lagen van spiraalvormige diëlektrische vezels tussen de geleidende spiraalvormige windingen verschaffen goede door-slagspanningseigenschappen tussen de windingen en als verder voordeel een lage capaciteit tussen de windingen. De gehele konstruktie maakt 5 een eenvoudige en robuuste transformator mogelijk die economisch kan worden vervaardigd. Andere doelstellingen, kenmerken en voordelen van de uitvinding zullen gedeeltelijk worden verklaard en gedeeltelijk duidelijk worden aan de hand van de volgende beschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding waarin wordt verwezen naar de 10 bijgaande figuren.The disc-shaped layers of spiral dielectric fibers between the conductive spiral windings provide good breakdown voltage properties between the turns and, further advantage, a low capacitance between the turns. The entire construction allows a simple and robust transformer that can be economically manufactured. Other objects, features and advantages of the invention will be explained in part and will become partly apparent from the following description of a preferred embodiment of the invention which refers to the accompanying figures.

Figuur 1 toont een isometrisch doorsnede aanzicht van een deel van een band, gekonstrueerd in overeenstemming met de uitvinding.Figure 1 shows an isometric cross-sectional view of a portion of a tire constructed in accordance with the invention.

Figuur 2 toont een isometrisch doorsnede aanzicht van de band uit figuur 1 opgewikkeld tot een dichte rol teneinde een aantal planaire 15 spiraalvormige windinglagen te verschaffen.Figure 2 shows an isometric cross-sectional view of the belt of Figure 1 wound into a dense roll to provide a number of planar spiral winding layers.

Figuur 3 toont een isometrisch opengewerkt aanzicht van een transformator waarbij de uitvinding is toegepast.Figure 3 shows an isometric cutaway view of a transformer employing the invention.

In figuur 1 is een band geïllustreerd die in zijn algemeenheid aangeduid is met 10 en gevormd is uit plastic isolerend materiaal 12.Figure 1 illustrates a tape generally designated 10 and formed of plastic insulating material 12.

20 Een aantal langgerekte geleidende van elkaar gescheiden draden 14, verlopend in lengterichting van de band, zijn ingebed in het plastic. De draden 14 worden in breedterichting van de band afgewisseld door tussenliggende vezels van een diëlektrisch isolerend materiaal 16, eveneens verlopend in lengterichting van de band.A number of elongated conductive wires 14 separated from each other in the longitudinal direction of the tape are embedded in the plastic. The wires 14 are alternated in the width direction of the tape by intermediate fibers of a dielectrically insulating material 16, also extending in the length direction of the tape.

25 De band 10 kan op conventionele wijze worden gevormd door het zij aan zij tesamen trekken van draden 14 en isolerende vezels 16 door een bad van gesmolten plastic materiaal met goede elektrisch isolerende eigenschappen. Wanneer het plastic verhardt, dan omgeeft het op beschermende wijze zowel de draden als de diëlektrische vezels. De band 30 10 die op deze wijz° wordt gevormd kan bijvoorbeeld tot 20 draden en diëlektrische vezels bevatten waardoor tot 10 afzonderlijke transforma-torwindingen kunnen worden gevormd.The tape 10 may be conventionally formed by drawing wires 14 and insulating fibers 16 side by side through a bath of molten plastic material having good electrical insulating properties. When the plastic hardens, it protectively surrounds both the wires and the dielectric fibers. For example, the tape 30 formed in this manner may contain up to 20 wires and dielectric fibers, whereby up to 10 separate transformer coils can be formed.

De volgende stap in de procedure is het opwikkelen van de band 10 tot een dichte spiraalvormige rol 22 zoals geïllustreerd is in figuur 35 2, waardoor corresponderende planaire spiraalvormige wikkelingen 24 uit de geleidende draad 14 worden gevormd gescheiden door planaire schijfvormige elementen 26 uit de spiraalvormig gewikkelde diëlektrische vezels 16. Het op deze wijze opwikkelen van de band kan gemakkelijk worden uitgevoerd op een buisvormige doorn, gebruikmakend van bekende 40 werkwijzen.The next step in the procedure is to wind up the tape 10 into a dense spiral coil 22 as illustrated in Figure 35 2, whereby corresponding planar spiral coils 24 are formed from the conductive wire 14 separated by planar disc-shaped elements 26 from the spiral wound dielectric fibers 16. Winding up the tape in this manner can be easily performed on a tubular mandrel using known methods.

8201908 38201908 3

Bij voorkeur zijn de aangrenzende lagen van de band aan elkaar gehecht tijdens het opwikkelen teneinde een zelfdragende solide struktuur te vormen zoals een bandrol. Dit aanhechten kan bijvoorbeeld worden gerealiseerd door de band te besproeien met een oplosmiddel zodat het ma-5 teriaal kleverig wordt en de aangrenzende lagen aan elkaar gelijmd worden terwijl het oplosmiddel wegdroogt. Ook kan het materiaal van de band week gemaakt worden door verwarmen, hetgeen bijvoorbeeld kan worden gerealiseerd door een elektrische stroom te sturen door de draden 14 of door warme lucht te richten op het materiaal van de band terwijl 10 deze wordt opgewikkeld.Preferably, the adjacent layers of the tape are bonded together during winding to form a self-supporting solid structure such as a tape roll. This bonding can be accomplished, for example, by spraying the tape with a solvent so that the material becomes tacky and the adjacent layers are glued together while the solvent dries out. Also, the tape material can be plasticized by heating, which can be accomplished, for example, by sending an electric current through the wires 14 or by directing warm air on the tape material while it is being wound.

Zoals in figuur 3 is geïllustreerd bestaat de laatste stap van de werkwijze uit het samenstellen van de opgewonden bandrol 22 met de transformatorkern, hier geïllustreerd in de vorm van een driebenige struktuur met de delen 28 en 30. Natuurlijk kunnen ook andere kera-15 strukturen worden gebruikt. De resulterende complete transformator is een robuuste eenheid die kan werken bij relatief hoge stroomniveau's, die goede doorslagspanningseigenschappen heeft en een geschikte lage capaciteit tusen de windingen onderling.As illustrated in Figure 3, the final step of the method consists of assembling the wound tape roll 22 with the transformer core, here illustrated in the form of a three-legged structure with parts 28 and 30. Of course, other kera-15 structures may also be used. The resulting complete transformer is a robust unit capable of operating at relatively high current levels, which has good breakdown voltage properties and a suitably low capacitance between the turns.

De geleidende draden 14 kunnen bijvoorbeeld bestaan uit gebruike-20 lijk transformatordraad met een diameter tussen bijvoorbeeld 0,076 mm en 0,254 mm. Dergelijke draden hebben in het algemeen een taaie isolerende bekleding met een dikte van ongeveer 0,0127 mm. De diameter van de tussenliggende diëlektrische vezels 16 moet ongeveer gelijk zijn aan die van de draden 14 en zo dicht mogelijk daarbij liggen tot zelfs in 25 aanraking ermee. Het bandmateriaal introduceert derhalve geen verdere tussenafstand tussen de draden en de aangrenzende Isolerende vezels. Indien grotere afmetingen voor de draden en de vezels worden toegepast dan neemt de tussenafstand tussen de draden toe ais gevolg van de toenemende diameter van de isolerende vezels, waardoor de capaciteit tus-30 sen de windingen onderling verder afneemt.The conductive wires 14 can for instance consist of conventional transformer wire with a diameter between, for example, 0.076 mm and 0.254 mm. Such wires generally have a tough insulating coating with a thickness of about 0.0127 mm. The diameter of the intermediate dielectric fibers 16 should be approximately equal to that of the wires 14 and be as close as possible to even in contact with it. The tape material therefore does not introduce any further spacing between the wires and the adjacent insulating fibers. If larger dimensions for the wires and the fibers are used, the spacing between the wires increases due to the increasing diameter of the insulating fibers, so that the capacitance between the turns decreases further.

De isolerende vezels 16 moeten een goede fysische flexibiliteit hebben voor het opwikkelen in spoelvorm, een hoge doorslagspanning en een geschikte lage diëlektrische constante om een lage capaciteit tussen de windingen onderling te verkrijgen. Diverse materialen kunnen 35 voor dit doel worden gebruikt, bijvoorbeeld bepaalde typen plastics, zoals rayon-achtige materialen, gebaseerd op cellulose acetaat.The insulating fibers 16 should have good physical flexibility for coil winding, high breakdown voltage and a suitable low dielectric constant to obtain low capacitance between turns. Various materials can be used for this purpose, for example, certain types of plastics, such as rayon-like materials, based on cellulose acetate.

Verbindingen met de buitenzijde van de opgewonden rol 22 kunnen direct worden vervaardigd bijvoorbeeld door een uitstekend gedeelte 32 van de band. De elektrische verbindingen met de binnenzijde van de rol 40 kunnen worden gerealiseerd door het binnenuiteinde 34 van de band uit 8201908 X * 4 het inwendige van de rol naar buiten te brengen op de wijze als aangegeven is in figuur 3. De band kan dwars op zichzelf worden gevouwen in het inwendige van de rol (niet zichtbaar in figuur 3) bijvoorbeeld onder een hoek van 45°, zodat het uiteinde 34 parallel zal verlopen aan 5 de as van de rol en derhalve uit het inwendige naar buiten zal komen zodat aansluitingen op de uiteinden van de windingen mogelijk worden.Connections to the outside of the wound-up roll 22 can be made directly, for example, through a protruding portion 32 of the belt. The electrical connections to the inner side of the roller 40 can be made by bringing the inner end 34 of the 8201908 X * 4 belt outward from the inside of the roller in the manner shown in Figure 3. The belt can be transverse to itself be folded into the interior of the roll (not visible in Figure 3), for example at an angle of 45 °, so that the end 34 will run parallel to the axis of the roll and will therefore come out of the interior so that connections to the ends of the windings.

Om te voorkomen dat het gevouwen gedeelte enige ongewenste elektrische verbindingen tot stand brengt tussen de windingen kan, indien gewenst, een strip van isolerend of anderszins scheidend materiaal worden ge-10 bruikt om dit gevouwen gedeelte te bedekken.To prevent the folded portion from creating any unwanted electrical connections between the windings, if desired, a strip of insulating or otherwise separating material may be used to cover this folded portion.

Uit de bovenstaande beschrijving blijkt dat de uitvinding een transformator verschaft met gewenste elektrische eigenschappen, welke transformator zeer eenvoudig en robuust is en economisch kan worden vervaardigd. Afhankelijk van de gestelde eisen en de bepaalde omstan-15 digheden zijn binnen het kader van de uitvinding diverse wijzigingen en modificaties mogelijk en de uitvinding is dan ook niet beperkt tot de in het bovenstaande terwille van de illustratie gegeven uitvindings-voorbeelden en omvat ook al die wijzigingen en modificaties die door een deskundige binnen het kader van de uitvinding kunnen worden gerea-20 liseerd.From the above description it can be seen that the invention provides a transformer with desired electrical properties, which transformer is very simple and robust and can be manufactured economically. Depending on the requirements and the circumstances determined, various modifications and modifications are possible within the scope of the invention and the invention is therefore not limited to the inventive examples given above for the purpose of the illustration and also includes all those changes and modifications which can be realized by a person skilled in the art within the scope of the invention.

82019088201908

Claims

A method of manufacturing a transformer, characterized by the following steps: forming a tape of insulating material in which conductive wires and insulating fibers 5 are alternately embedded, extending in the longitudinal direction of the tape; winding this tape into a roll, and mounting this roll on a magnetic core.

2. A method according to claim 1, characterized in that the adjacent layers of the belt are adhered together to form a self-supporting multi-layer structure.

3. A method according to claim 2, characterized in that said bonding step comprises applying a solvent to parts of said tape which are superimposed while the tape is wound to soften the intended parts before they are superposed. be wrapped.

Method according to claim 2, characterized in that the bonding step comprises heating the strip of insulating material sufficiently to melt the layers from which the roll is built up.

A method according to claim 4, characterized in that said heating step is performed using an electric current flowing through the conductive wires.

6. A band-wound transformer for handling relatively high current levels with an increased breakdown voltage level between the windings, characterized by: a multi-layer winding built up of a number of layers of a wound tape; which tape is provided with a number of alternating conductive wires and insulating fibers; 30 which tape is provided with insulating material surrounding the alternating wires and fibers; while further comprising means for maintaining said belt in the wound roll form; and the wound tape is mounted on a magnetic core.

Tape wound transformer according to claim 6, characterized in that the magnetic core has a central leg which fits into the central opening of the wound tape.

Tape wound transformer according to claim 6 or 7, characterized in that the alternating wires and fibers have the same diameter. *********** 8201908