TW201616529A - 平面線圈及其製法，以及使用該平面線圈之平面變壓器 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種平面線圈，包括由連續材料形成的：內側線圈堆疊、外側線圈堆疊以及串連兩者的連接部。該內側線圈堆疊與該外側線圈堆疊各包括多數串接的平面線圈層。該連接部在相同高度連接該內側線圈堆疊與該外側線圈堆疊之繞線。該內側或外側線圈堆疊另可包括一延伸之接墊。該平面線圈另可包括位在該二線圈堆疊間之線圈堆疊。本發明並揭示製作該平面線圈的方法與使用該線圈的平面變壓器。

Description

平面線圈及其製法，以及使用該平面線圈之平面變壓器

本發明是關於一種平面線圈及其製法，以及使用該平面線圈之平面變壓器，特別是關於一種可以連續材料製作的多層平面線圈模組。

本發明提供該平面線圈的製法，並揭示使用該平面線圈的平面變壓器。

變壓器是電子產品供電的重要元件。習知變壓器體積龐大，無法滿足產品小型化的要求。平面變壓器(Planar transformer，或稱平板變壓器)是在多層印刷電路板(Printed circuit board,PCB)布設銅箔等導電箔片作為繞組，堆疊而成的變壓器，可以大大縮小變壓器的厚度。平面變壓器廣泛應用於通信、電腦、工業控制、航空工程、醫療設備等產品中。不過，因平面變壓器需要使用相當多層的電路板，體積仍大。且因效率不高，輸出阻抗也大，容易產生噪音。如何達成平面變壓器薄型化、高效率化，成為此行業亟待克服的技術難題。

台灣發明專利I357086號提供一種變壓器，適於配置於一線路基板內。變壓器包括一第一平面線圈及一第二平面線圈，其中第一平面線圈具有多數個第一繞圈，而第二平面線圈具有多數個第二繞圈。至少兩個相鄰的第一繞圈構成第一繞圈束。至少兩個相鄰的第二繞圈構成第二繞 圈束。兩者相互跨越，藉此減少平面線圈的層數。

中國發明專利CN 103081044A揭示一種平面變壓器，具有多層的單層、單圈繞線板，並以不同的繞線板組合，依據不同的需要，構成不同型態的平面變壓器。

歐洲專利EP 2 602 801 A1揭示一種平面變壓器，具有多數單層、單圈繞線金屬板，作為次級繞線，以與初級繞線組合。

歐洲專利EP 2 637 183A2揭示一種平面變壓器，使用單層單圈繞線板作為線圈。繞線板並延伸出接墊(pad)形狀，以作為層與層之間，以及與外界的連接電極。

美國專利公開案2013-278371A1揭示一種平面變壓器，使用多數單層的平面金屬繞線，並將多數金屬繞線以端子串聯及定位，達成多層繞線的目的。

專利合作條約專利案WO 0070926A1也揭示一種平面變壓器，使用連續材料製作多層、單圈繞線板。各層之間以接墊形狀的舌片串接。

美國專利8,237,535B2揭示一種以多層線圈板或線圈層疊置組合而成的平面變壓器。各線圈層包括單圈的線圈。

美國專利8,395,470B2揭示一種以多層線圈板或線圈層疊置組合而成的平面變壓器。各線圈層包括單圈的線圈，互相以配置在不同相對位置的接墊串連。

美國專利公開案2014/0145813揭示一種平面高壓變壓器，利用多層的線圈板疊置組合形成。各線圈板均包括多圈的線圈。線圈的繞線 起於線圈板外周，終於內周。

由平面變壓器的技術現狀可知，業界對於平面變壓器的小型化，可謂不遺餘力的開發，以擺脫習知以印刷電路板製作平面變壓器的窠臼。所提出的設計，多以單層繞線板，線圈板或線圈層作為組合的單元。但並無法提出一種可以根據使用上需要，透過增減線圈板或線圈層層數與繞線圈數，改變變壓器電壓轉換比例的平面變壓器結構。習知技術也沒有提出一種可以連續材料製作平面線圈的技術。

本發明的目的在提供一種使用連續材料製作的多層平面線圈架構。

本發明另一目的在提供一種容易因應使用上的不同需求，改變平面線圈的層數與圈數的平面線圈。

本發明的目的也在提供一種使用連續材料製作多層平面線圈的方法。

本發明的目的更在提供一種具有上述優點的平面變壓器。

根據本發明的平面線圈，包括由連續材料形成的：內側線圈堆疊、外側線圈堆疊以及串連兩者的連接部。該內側線圈堆疊與該外側線圈堆疊各包括多數串接的平面線圈層。各線圈層內的繞線實質上位在同一平面。該連接部在相同高度連接該內側線圈堆疊與該外側線圈堆疊之繞線。該內側或外側線圈堆疊另可包括一延伸之接墊。該平面線圈另可包括位在任二線圈層間之絕緣墊片。

該平面線圈尚可包括串接於該內側線圈堆疊與該外側線圈 堆疊間的一個或多個線圈堆疊。

在本發明的實例中，各線圈堆疊中之線圈層各包括以矩形、多邊形或圓形所形成的繞線。另在本發明的較佳實例中，兩線圈堆疊所含有的繞線圈數相同。

在本發明的較佳實例中，該絕緣墊片形成一切口，以供該線圈層內之繞線崁入。

在本發明的較佳實例中，各線圈堆疊之繞線包括包覆該繞線材料之電氣絕緣材料。

本發明的平面線圈製作方法則包括：以一連續材料向第一方向形成一內側線圈堆疊；該線圈堆疊包括多數串接，並向該第一方向堆疊的平面線圈層；延伸該內側線圈堆疊之繞線至該內側線圈堆疊外側；在該外側向反於該第一方向的第二方向形成一外側堆疊；及該線圈堆疊包括多數串接，並向該第二方向堆疊的平面線圈層。在本發明的某些實例中，該方法另包括在該內側線圈堆疊的繞線自由端形成一接墊的步驟。該方法也可包括在該外側線圈堆疊的繞線自由端形成一接墊的步驟。

該方法尚可包括形成串接於該內側線圈堆疊與該外側線圈堆疊間的一個或多個線圈堆疊的步驟。

該方法另可包括在任二線圈層間提供絕緣墊片之步驟。該絕緣墊片可形成一切口，以供該線圈層內之繞線崁入。

在本發明的實例中，各線圈堆疊中之線圈層各包括以矩形、多邊形或圓形所形成的繞線。該兩線圈堆疊所含有的繞線圈數可為相同。各線圈堆疊之繞線可包括包覆該繞線材料之電氣絕緣材料。

一種使用本發明平面線圈的平面變壓器可包括該平面線圈，至少一第二線圈，以及一鐵心。該平面線圈與該第二線圈疊置，該鐵心向垂直該二線圈所在平面之方向延伸，並穿過該二線圈之中央部分。該平面變壓器另可包括一金屬殼體，包覆該鐵心及該二線圈之線圈部分。在本發明的一些實例中，該第二線圈為本發明之平面線圈。

上述及其他本發明的目的及優點，可由以下詳細說明並參照圖式，而更形清楚。

10‧‧‧內側線圈堆疊

11、21‧‧‧接墊

12、22‧‧‧繞線

13、13‧‧‧繞線

20‧‧‧外側線圈堆疊

23、23‧‧‧繞線

30‧‧‧連接部

100‧‧‧平面線圈

200‧‧‧第二線圈

300‧‧‧鐵心

410‧‧‧上殼體

420‧‧‧下殼體

第1圖表示本發明平面線圈一實施例之結構示意圖。

第2A-2C圖表示第1圖平面線圈實施例之製作方法流程示意圖。

第3圖表示本發明平面變壓器一種實施例的結構示意圖。

以下依據圖式說明本發明平面線圈及其製法，以及使用該平面線圈之平面變壓器的數種實施例。但須說明，本發明對於實施例的說明，僅在例示本發明的基本架構與可能的應用，並非用來限制本發明的範圍。

本發明提出一種平面線圈的新穎結構。根據本發明，供平面變壓器使用的平面線圈，可以利用一連續材料製作。在本發明所提出的平面線圈架構下，該連續材料平面線圈所含的繞線層數，乃至於各層的圈數，可以根據應用上的需求，任意決定。本發明提供了一種實質上可為不限圈數，不限層數的平面線圈結構。

根據本發明的平面變壓器之線圈，為一種以連續材料製作的 平面線圈。由於可以利用連續材料製作，故可使用簡單的工作機器，在設定例如層數、圈數、層距與圈距等參數之後，連續大量製作。

第1圖即顯示本發明平面線圈一實施例之結構示意圖。圖中顯示根據本發明實施例製作完成的平面線圈100。該平面線圈100包括由連續材料形成的：內側線圈堆疊10、外側線圈堆疊20以及串連兩者的連接部30。該內側線圈堆疊10與該外側線圈堆疊20各包括多數串接的平面線圈層。各線圈層內的繞線實質上位在同一平面。該連接部30在相同高度連接該內側線圈堆疊10與該外側線圈堆疊20之繞線12、22。該內側線圈堆疊10與該外側線圈堆疊20各包括一延伸之接墊11、21。圖中顯示兩接墊11、21位在相同平面。這是因為該內側線圈堆疊10與該外側線圈堆疊20具有相同數量的線圈層。兩接墊11、21均可延伸至一平面，以利於表面黏著加工。

圖中所示的平面線圈100雖然含有內外兩側線圈堆疊，但本行業人士均可理解，在該內側線圈堆疊10與該外側線圈堆疊20之間，尚可包括多數的線圈堆疊。亦即，本發明的平面線圈100並不限於雙層結構。不過，介於該內側線圈堆疊10與該外側線圈堆疊20之間的線圈堆疊，數量較好為雙數。如此可使該接墊11、21由相同平面延伸出該平面線圈100之結構。當然，使該接墊11、21由上下不同平面延伸出該平面線圈100之結構，也無不可。但視該線圈繞線材料設計上之寬度、所需平面線圈之電壓轉換比例，鐵心之直徑、以及應用時變壓器之尺寸而定，所含的線圈堆疊數量不宜太多。

該平面線圈100之內側線圈堆疊10與外側線圈堆疊20所包含的線圈層層數，並無任何限制。視該線圈繞線材料厚度與所需電壓轉換比 例，以及應用時之功率而定，該平面線圈100之線圈層總層數不宜太多，以免影響變壓器之功效。在本發明的較佳實例中，各層線堆疊所含線圈層層數為相同。取其製作上之便利，並非任何技術上的限制。

該平面線圈100是以一連續材料製作，使各線圈堆疊中的各層線圈層內的繞線實質上位在同一平面。亦即，形成平面線圈層。連結部30在相同或實質相同的平面上連接該二線圈堆疊。應用上是以由該內側線圈堆疊10向該外側線圈堆疊20延伸出該連接部30之方式達成。

在本發明的某些應用實例中，該平面線圈100另可包括位在任二線圈層間之絕緣墊片(未圖示)。如有必要，該絕緣墊片可形成一切口，以供該處之線圈層之繞線崁入。該絕緣墊片的材料可使用任何市售的絕緣材料，只要適於加工並能提供良好絕緣效果即可。其厚度不宜太厚，但也不宜太薄，以致損及其絕緣效果以及固定功能。

本發明的平面線圈100可以任何導電材料製作。適用的材料包括各種金屬或合金，例如鋁、銅、銀、黃銅等。該平面線圈100之材料另可包括包覆繞線的絕緣層。適用的材料包括任何市售的絕緣材料，只要適於加工並能提供良好絕緣效果即可。其厚度並無限制，但以延展性佳的材料為宜，以避免受加工影響。

各層線圈層的繞線形成矩形、多邊形或圓形。但從加工容易的角度而言，該繞線以圓形較為適用。各繞線的厚度、寬度，以及圓形、矩形、多邊形的最大、最小直徑，並無限制。

在本發明的較佳實例中，相鄰兩線圈層中，至少一線圈層提供在一底板上。該底板為電氣絕緣之薄片材料。

以下說明該平面線圈100之製作方法。第2A-2C圖表示第1圖所示的平面線圈100的製作流程示意圖。如第2A圖所示，在製作該平面線圈100時，首先使用一連續材料，向第一方向(圖中向上的方向)形成該內側線圈堆疊10。該內側線圈堆疊10具有多數串接的平面線圈層13、13，向該第一方向堆疊。各線圈層內的繞線實質上位在同一平面，形成實質上扁平的材料層。該接墊11由繞線13、13延伸出來，並可向垂直方向延伸，達到該接墊11所在平面。接著，如第2B圖所示，在該內側線圈堆疊10之頂端向外側形成連接部30。該連接部30延伸至定義該外側線圈堆疊20所在之範圍。接著，如第2C圖所示，由該連接部30向第二方向(圖中向下的方向)延伸形成該外側線圈堆疊20的繞線23、23，以形成線圈層向該第二方向堆疊的外側線圈堆疊20。該第二方向與該第一方向相反。最後，在完成該外側線圈堆疊20必要的層數後，延伸出該外側線圈堆疊20的接墊21，即得到如第1圖所示的平面線圈100。在本發明的其他實例中，該接墊11、21並不在形成該內側線圈堆疊10與該外側線圈堆疊20時形成，而是在完成該平面線圈100結構體後，另外形成。

在形成如第1圖所示的平面線圈100之後，如有另外形成其他線圈堆疊的必要，則可以相同方式，向該第一方向再形成位在該外側線圈堆疊20之外側的第三線圈堆疊。餘此類推。

形成該單一材料平面線圈100的適用方法，包括任何金屬加工技術。適用的技術包括低溫變形、高溫變形、裁切、沖壓等已知技術或其結合。在本發明的較佳實例中，該平面線圈100是以低溫變形方式形成。利用一模具，形成引導溝槽，將該平面線圈100材料擠壓進入該溝槽，形成 連續的各層線圈層後，再以沖壓方式形成接墊。即可完成本發明平面線圈100的製作。

第1圖顯示該平面線圈100之接墊11、21位在相鄰位置，並位在相同高度。這種設計便利於表面黏著加工。但非任何技術限制。

第3圖表示本發明平面變壓器一種實施例的結構示意圖。如圖所示，一種使用本發明平面線圈的平面變壓器1可包括該平面線圈100，至少一第二線圈200，以及一鐵心300。該平面線圈100與該第二線圈200疊置。該鐵心300向垂直該二線圈100、200所在平面之方向延伸，並穿過該二線圈100、200之中央部分。該平面變壓器1另可包括一金屬殼體，包括一上殼體410及一下殼體420，包覆該鐵心300及該二線圈100、200之線圈部分。該殼體除可保護該變壓器1，另提供電磁波屏障的功能。該第二線圈200可以任何導電性佳的材料製作。其結構與形狀並無限制。在本發明的較佳實例中，該第二線圈200具有與本發明平面線圈100相同或近似的結構，但所具有的總層數/繞線圈數不同，以達成變壓器所需的功能。在應用中，如該平面線圈100為初級線圈，則該第二線圈200為次級線圈。反之亦然。該平面線圈100或第二線圈200的數量與所含層數、圈數並無限制。

該鐵心300的材料與形狀、尺寸，可依據應用上的需求，從已知技術中選用。該上、下殼體410、420的材料、形狀與尺寸，也可依據應用上的需求，從已知技術中選用。此外，該殼體也不限於以上下殼體組合的方式。以單一材料製成殼體或以多於兩個元件組合，也屬可行。如有必要，可以省略其中一面的殼體或增加其中一面殼體的層數。凡此皆屬已知技術的範疇，不須在此贅述。

第3圖所示的結構中，該平面線圈100與第二線圈200互相堆疊。但該實例並非任何技術上的限制。在本發明的一些實例中，該第二線圈200為本發明之平面線圈，並將兩組平面線圈100、200之各層，或部分層互相穿插疊置。

10‧‧‧內側線圈堆疊

11、21‧‧‧接墊

12、22‧‧‧繞線

20‧‧‧外側線圈堆疊

30‧‧‧連接部

100‧‧‧平面線圈

Claims (24)

1. 一種平面線圈，包括由連續材料形成的：內側線圈堆疊、外側線圈堆疊以及串連兩者的連接部；該內側線圈堆疊與該外側線圈堆疊各包括多數串接的平面線圈層；該連接部在相同高度連接該內側線圈堆疊與該外側線圈堆疊之繞線。
2. 如申請專利範圍第1項之平面線圈，其中，該內側或外側線圈堆疊另包括一延伸之接墊。
3. 如申請專利範圍第1或2項之平面線圈，另包括位在任二線圈層間之絕緣墊片。
4. 如申請專利範圍第3項之平面線圈，其中，該絕緣墊片形成一切口，以供該線圈層內之繞線崁入。
5. 如申請專利範圍第1或2項之平面線圈，另包括串接於該內側線圈堆疊與該外側線圈堆疊間的一個或多個線圈堆疊。
6. 如申請專利範圍第1或2項之平面線圈，其中，各線圈堆疊中之線圈層各包括以矩形、多邊形或圓形所形成的繞線。
7. 如申請專利範圍第1或2項之平面線圈，其中，該內側線圈堆疊與該外側線圈堆疊所含有的繞線圈數相同。
8. 如申請專利範圍第1或2項之平面線圈，其中，各線圈堆疊之繞線包括包覆該繞線材料之電氣絕緣材料。
9. 一種平面線圈的製作方法，包括如下步驟： 以一連續材料向第一方向形成一內側線圈堆疊；該內側線圈堆疊包括多數串接，並向該第一方向堆疊的平面線圈層；延伸該內側線圈堆疊之繞線至該內側線圈堆疊外側；在該外側向反於該第一方向的第二方向形成一外側堆疊；及該線圈堆疊包括多數串接，並向該第二方向堆疊的平面線圈層。
10. 如申請專利範圍第9項的方法，另包括在該內側線圈堆疊的繞線自由端形成一接墊的步驟。
11. 如申請專利範圍第9項的方法，另包括在該外側線圈堆疊的繞線自由端形成一接墊的步驟。
12. 如申請專利範圍第9、10或11項的方法，另包括形成串接於該內側線圈堆疊與該外側線圈堆疊間的一個或多個線圈堆疊的步驟。
13. 如申請專利範圍第9、10或11項的方法，另包括在任二線圈層間提供絕緣墊片之步驟。
14. 如申請專利範圍第13項的方法，其中，該絕緣墊片形成一切口，以供該線圈層內之繞線崁入。
15. 如申請專利範圍第9、10或11項的方法，其中，各線圈堆疊中之線圈層各包括以矩形、多邊形或圓形所形成的繞線。
16. 如申請專利範圍第9、10或11項的方法，其中，該內側線圈堆疊與該外側線圈堆疊所含有的繞線圈數相同。
17. 如申請專利範圍第9、10或11項的方法，其中，各線圈堆疊之繞線包括包覆該繞線材料之電氣絕緣材料。
18. 一種平面變壓器，包括申請專利範圍第1或2項之平面線圈，至少一第二線圈，以及一鐵心；其中，該平面線圈與該第二線圈疊置，該鐵心向垂直該二線圈所在平面之方向延伸，並穿過該二線圈之中央部分。
19. 如申請專利範圍第18項之平面變壓器，另包括一金屬殼體，包覆該鐵心及該二線圈之線圈部分。
20. 如申請專利範圍第18項之平面變壓器，其中，該平面線圈另包括串接於該內側線圈堆疊與該外側線圈堆疊間的一個或多個線圈堆疊。
21. 如申請專利範圍第18項之平面變壓器，其中，該平面線圈各線圈堆疊中之線圈層各包括以矩形、多邊形或圓形所形成的繞線。
22. 如申請專利範圍第18項之平面變壓器，其中，該平面線圈之內側線圈堆疊與外側線圈堆疊所含有的繞線圈數相同。
23. 如申請專利範圍第18項之平面變壓器，其中，該平面線圈各線圈堆疊之繞線包括包覆該繞線材料之電氣絕緣材料。
24. 如申請專利範圍第18項之平面變壓器，其中，該第二線圈為一種如申請專利範圍第1項之平面線圈。