TW201820349A - 變壓器 - Google Patents

Abstract

一種變壓器，包括：第一線圈部，其藉由以平面狀態捲繞導體圖案繞著設置在電路板上的插入孔被形成；第二線圈部，其包括由線圈所構成的第一環，線圈藉由捲繞導體板而形成，線圈覆蓋有電絕緣樹脂、由線圈所構成的第二環，線圈藉由捲繞導體板而形成，線圈覆蓋有電絕緣樹脂、及藉由以電絕緣樹脂覆蓋第一環和第二環之間的連接位置而形成的連接部；以及核心部，其形成磁性地連接第一線圈部和第二線圈部的閉合磁路。

Description

變壓器

[0001] 本發明關於一種變壓器。

[0002] 例如，日本專利申請案公開第2008-004823號揭露一種變壓器，其具有保持主線圈的結構，主線圈由印刷電路板上的導體圖案所形成，其係介於環狀導體板所形成的副線圈之間。

[0003] 不幸地，在具有JP2008-004823A中所描述的結構的變壓器中，為了確保主線圈與副線圈之間的電絕緣，例如，需要像是電絕緣片之類的部件。因此，在此變壓器中，存在有部件數量的增加以及部件組裝的工時（man-hour）亦增加的這種問題。 　　[0004] 本發明提供一種變壓器，其具有能夠減少部件的數量的結構，且此結構同樣能夠減少部件組裝的工時，而同時確保主線圈與副線圈之間的電絕緣。 　　[0005] 本發明的第一面向之變壓器包括：第一線圈部，其藉由以平面狀態捲繞導體圖案一圈或多圈而繞著設置在電路板上的插入孔被形成；第二線圈部，其包括由線圈所構成的第一環，線圈藉由捲繞導體板一圈或多圈而形成，線圈覆蓋有電絕緣樹脂，第一環為環狀的且被佈置在電路板的第一表面上，使得第一環的核心與第一線圈部的核心重合、由線圈所構成的第二環，線圈藉由捲繞導體板一圈或多圈而形成，線圈覆蓋有電絕緣樹脂，第二環為環狀的且被佈置在電路板的第二表面上，使得第二環的核心與第一線圈部的核心重合、及藉由以電絕緣樹脂覆蓋第一環和第二環之間的連接位置而形成的連接部；以及核心部，其插入穿過插入孔、第一線圈部、及第二線圈部，核心部從電路板的兩側保持電路板，以形成閉合磁路（closed magnetic circuit），閉合磁路磁性地連接第一線圈部和第二線圈部。 　　[0006] 根據本發明的第一面向，作為第二線圈部，其採用藉由使環狀第一環和環狀第二環相互連接而形成的形狀，環狀第一環由覆蓋有電絕緣樹脂的線圈所構成，環狀第二環由覆蓋有電絕緣樹脂的線圈所構成。因此，其能夠在被樹脂澆注（resin-molded）之後將磁性核心的核心部插入穿過延伸通過第一環及第二環的各自的孔，使得核心部可被固定。藉由此方式，不需要準備作為不同的部件之導線繞其捲繞的捲線軸。據此，能夠減少變壓器的部件的數量，且亦減少部件組裝的工時。 　　[0007] 此外，根據本發明的第一面向，第二線圈部（主線圈與副線圈中的一者）覆蓋有電絕緣樹脂。藉由此方式，能夠確保第一線圈部與第二線圈部之間的電絕緣，此電絕緣在第二線圈部被組裝到第一線圈部（主線圈與副線圈中的另一者）的狀態下為變壓器所必須的。 　　[0008] 在本發明的第一面向的變壓器中，電路板可包括狹縫，連接部被插入且適配於狹縫中，以定位第一線圈部和第二線圈部，使得第一線圈部的核心與第二線圈部的核心重合。 　　[0009] 在本發明的第一面向中，當第二線圈部被組裝到形成有第一線圈部的電路板時，電路板設置有用於定位第一線圈部和第二線圈部的狹縫，使得第一線圈部的核心與第二線圈部的核心重合。第二線圈部的第一環與第二環被相互連接的部分（連接部）被插入且適配於電路板的狹縫中，直到連接位置抵接於狹縫的端部。 　　[0010] 藉由此方式，藉由較少部件的組裝工作允許第一線圈部的核心與第二線圈部的核心快速地相互重合，並確保核心部被插入其中的孔的同軸精度（coaxial accuracy），亦即，電路板的貫穿孔及第二線圈部的貫穿孔之間的同軸精度。據此，能夠強化在第二線圈部被固定到電路板之後的核心部的組裝性。 　　[0011] 在本發明的第一面向中，導體板可為矩形銅導線。 　　[0012] 在本發明的第一面向中，間隙可存在於第一環與第二環之間，並且電路板可被設置在間隙中。 　　[0013] 如上所述，根據本發明的變壓器，能夠減少部件的數量且亦減少部件組裝的工時，而同時確保主線圈與副線圈之間的電絕緣。

[0015] [概要] 　　本發明的變壓器配置為使得線圈導線（導體板）繞其捲繞之每一個空心線圈（air core coil）以具有磁性核心的核心插入穿過之孔的方式覆蓋有電絕緣樹脂。因此，在被樹脂澆注之後，線圈部件可藉由將作為磁性核心的其核心插入穿過孔而被固定。此配置消除了準備作為獨立部件之線圈導線繞其捲繞的捲線軸的必要性。據此，能夠減少部件的數量且亦減少部件組裝的工時。 　　[0016] [每一個部件的結構] 　　首先，參照圖1及圖2，說明構成根據本發明的一個實施例之變壓器1的每一個部件。 　　[0017] 圖1為說明根據本發明的一個實施例之變壓器1的結構以及被展開的變壓器的部件的視圖。圖1中所例示之變壓器1由以下部件所構成：形成有第一線圈部11的電路板10、第二線圈部20、上核心部30以及下核心部40。圖2為說明圖1中的第二線圈部20的更詳細結構的視圖。 　　[0018] 根據本實施例的變壓器1藉由按照從圖1所顯示的這些箭頭的各個方向以各個箭頭所指示的數字順序將以下部件分別組裝到電路板10（第一線圈部11）而形成：第二線圈部20、上核心部30以及下核心部40。稍後將說明此組裝方法。 　　[0019] 以此方式被組裝的變壓器1成為具有第一線圈部11與第二線圈部20經由上核心部30和下核心部40被磁性地相互連接之結構的元件。 　　[0020] 電路板10與第一線圈部11 　　電路板10為印刷電路板，其上印刷有允許電力流動通過的導體圖案，且藉由導體圖案導線連接表面安裝部件及其它部件以構成預定的電路。此電路板10可具有多層結構或單層結構。 　　[0021] 電路板10分別設有插入孔12a、插入孔12b及插入孔12c，稍後說明的下核心部40的中央腿部40a被插入穿過插入孔12a，下核心部40的外側腿部40b被插入穿過插入孔12b，下核心部40的外側腿部40c被插入穿過插入孔12c。 　　[0022] 線圈形狀的導體圖案因此被形成為以平面狀態繞電路板10的插入孔12a捲繞一圈或多圈。若電路板10具有多層結構，被捲繞的導體圖案可被形成於每一層中。藉由此被捲繞的導體圖案所形成的第一線圈部11構成變壓器1之高電壓側上的線圈。 　　[0023] 電路板10設有狹縫13，稍後說明的第二線圈部20的連接部24c被插入到此狹縫13中。此狹縫13被形成以助於定位第一線圈部11及第二線圈部20，使得其核心藉由將連接部24c插入並適配於狹縫13中而相互重合，直到連接部24c抵接於位在狹縫13的最內側位置處之端部13w。 　　[0024] 此外，電路板10設有螺孔14n、15n，其用於將第二線圈部20的第一連接端子21t及第二連接端子22t固定及連接到電路板10，其中，連接部24c被插入且適配於狹縫13中。 　　[0025] 第二線圈部20 　　第二線圈部20構成變壓器1之低電壓側上的線圈。此第二線圈部20具有結構（樹脂澆注結構），在此結構中，藉由使兩線圈21及22在連接位置23相互連接而形成的導體覆蓋有具有電絕緣特性的樹脂（電絕緣樹脂）24，如圖2所示。 　　[0026] 線圈21及線圈22的每一者為，例如，由被捲繞一圈（邊繞線圈（edgewise coil））的導體板（例如，矩形銅導線）所形成的空心線圈。線圈21及線圈22被形成為具有相同的線圈內直徑及相同的線圈外直徑。線圈21及線圈22在連接位置23處被相互電連接，使得其兩者的核心在大致相互平行且中間具有預定距離的狀態下相互重合。預定距離被設計為允許預定間隙24g被形成在第一環24u及第二環24d之間的任何尺寸，第一環24u及第二環24d覆蓋有稍後說明的電絕緣樹脂24。 　　[0027] 延伸到電絕緣樹脂24之外的第一連接端子21t被連接到線圈21。此第一連接端子21t設有螺孔21n。延伸到電絕緣樹脂24之外的第二連接端子22t被連接到線圈22。此第二連接端子22t設有螺孔22n。 　　[0028] 線圈21覆蓋有電絕緣樹脂24，以具有繞線圈21的周圍之預定厚度，從而形成環狀的第一環24u，其具有在線圈內部的貫穿孔。線圈22覆蓋有電絕緣樹脂24，以具有繞線圈22的周圍之預定厚度，從而形成環狀的第二環24d，其具有在線圈內部的貫穿孔。此外，線圈21及線圈22被相互連接的連接位置23覆蓋有電絕緣樹脂24，以具有繞連接位置23的周圍之預定厚度，從而形成連接部24c。線圈21及線圈22以在第一環24u與第二環24d之間形成預定間隙24g的方式被模製。預定間隙24g被設計為具有允許電路板10被插入到其中（厚度相當於或大於電路板10的厚度）的尺寸。連接位置23被模製為使得連接部24c具有不大於設置於電路板10之狹縫13的寬度之厚度。 　　[0029] 一對V形的第一導肋24ur相對於間隙24g被架設在第一環24u的表面上，上核心部30被適配且固定在一對V形的第一導肋24ur之間。第一導肋24ur以對應於上核心部30的外形的方式而形成，使得第一導肋24ur之彼此面對的內表面與上核心部30的側表面接合。此外，一對V形的第二導肋24dr相對於間隙24g被架設在第二環24d的表面上，下核心部40被適配且固定在一對V形的第二導肋24dr之間。這些第二導肋24dr以對應於下核心部40的外形的方式而形成，使得第二導肋24dr之彼此面對的內表面與下核心部40的側表面接合。 　　[0030] 在圖2的範例中，已說明線圈21及線圈22中的每一者藉由捲繞導體板一圈而形成的情況。然而，線圈21及線圈22中的每一者可藉由捲繞導體板兩圈或更多圈而形成，或者，線圈21及線圈22可具有彼此不同的捲繞圈數。 　　[0031] 上核心部30及下核心部40 　　上核心部30為所謂的I形核心，其在平面圖中呈現平板狀和蝴蝶狀，且由磁性材料所製成，例如，鐵磁體材料（ferrite material）。上核心部30被形成為具有一對的側表面，其中心位置凹陷以與架設在第二線圈部20的第一環24u的表面上之一對的第一導肋24ur接合。 　　[0032] 下核心部40為所謂的E形核心，其由磁性材料所製成，例如，鐵磁體材料，且具有在平面圖中呈現平板狀和蝴蝶狀的主體40p、中央腿部40a、外側腿部40b及外側腿部40c。主體40p被形成為具有一對的側表面，其中心位置凹陷以與架設在第二線圈部20的第二環24d的表面上之一對的第二導肋24dr接合。外側腿部40b被架設在主體40p的一個縱向端部處，使得外側腿部40b可插入穿過電路板10的插入孔12b。外側腿部40c被架設在主體40p的另一個縱向端部處，使得外側腿部40c可插入穿過電路板10的插入孔12c。中央腿部40a被架設在外側腿部40b及外側腿部40c之間，使得中央腿部40a可插入穿過電路板10的插入孔12a。中央腿部40a、外側腿部40b及外側腿部40c以相同的高度從主體40p形成，使得其各別的端表面與主體40p平行。 　　[0033] 在上核心部30及下核心部40中，當下核心部40的各個腿部的端表面被接合到上核心部30的一個平坦表面時，閉合磁路（閉合的磁路徑）藉由中央腿部40a及外側腿部40b、以及中央腿部40a及外側腿部40c所形成，通過第一線圈部11之被捲繞導線及第二線圈部20之被捲繞導線的磁通量通過此閉合磁路。 　　[0034] [各個部件的組裝方法] 　　接著，參照圖1，將說明用於形成根據本實施例的變壓器1的各個部件的組裝程序。 　　[0035] 首先，第二線圈部20從由圖1中的箭頭（1）所指示的方向被組裝到電路板10。此時，連接部24c被插入到狹縫13中，而電路板10被插入到第一環24u與第二環24d之間的間隙24g中。第二線圈部20被插入直到連接部24c抵接於位在狹縫13的最內側位置處之端部13w。 　　[0036] 藉由此方式，第二線圈部20的第一環24u以使得第一環24u的核心與第一線圈部11的核心重合的方式被佈置在電路板10的一個表面（在圖式中的向上方向）上；且第二線圈部20的第二環24d以使得第二環24d的核心與第一線圈部11的核心重合的方式被佈置在電路板10的另一個表面（在圖式中的向下方向）上。這意味著第二線圈部20相對於電路板10被定位為使得形成在電路板10上之第一線圈部11的核心與第二線圈部20的核心相互重合。設置於電路板10的螺孔14n及15n與分別設置於第二線圈部20的第一連接端子21t及第二連接端子22t的螺孔21n及22n重合，且因此可施行螺合夾固。 　　[0037] 接著，下核心部40從由圖1中的箭頭（2）所指示的方向（亦即，從第二線圈部20的第二環24d所定位之方向）被組裝到第二線圈部20已被組裝之電路板10。此時，下核心部40的側表面被適配以與架設在第二線圈部20的第二環24d的表面上之一對導肋24dr接合，從而分別將下核心部40的中央腿部40a插入到電路板10的插入孔12a中，將下核心部40的外側腿部40b插入到電路板10的插入孔12b中，以及將下核心部40的外側腿部40c插入到電路板10的插入孔12c中。 　　[0038] 藉由此方式，下核心部40的中央腿部40a、外側腿部40b及外側腿部40c之各個端表面進入從第二線圈部20的第一環24u的表面突出的狀態。 　　[0039] 最後，上核心部30從由圖1中的箭頭（3）所指示的方向（亦即，從第二線圈部20的第一環24u所定位之方向）被組裝到第二線圈部20及下核心部40已被組裝之電路板10。此時，上核心部30的側表面被適配以與架設在第二線圈部20的第一環24u的表面上之一對第一導肋24ur接合。 　　[0040] 藉由此方式，在被插入穿過插入孔12a、第一線圈部11的貫穿孔、及第二線圈部20的貫穿孔且還從電路板10的兩側保持第一線圈部11及第二線圈部20的同時，下核心部40的中央腿部40a、外側腿部40b及外側腿部40c的各個端表面被接合到上核心部30的一個平坦表面。據此，能夠藉由上核心部30及下核心部40去形成將第一線圈部11與第二線圈部20相互連接的閉合磁路。 　　[0041] [變壓器的結構] 　　接著，進一步參照圖3至圖5，將說明在電路板10（第一線圈部11）、第二線圈部20、上核心部30及下核心部40被以上述方式組裝的狀態下之變壓器1的結構。 　　[0042] 圖3為顯示藉由組裝各個部件所形成之變壓器1的狀態之立體圖。圖4為當沿著箭頭方向從點A觀看時之圖3中的變壓器1的視圖。圖5為沿線V-V所取且沿著箭頭方向觀看之圖3中的變壓器1的視圖。 　　[0043] 如各個圖式所示，各個部件被組裝並安裝到電路板10上之變壓器1具有藉由加總上核心部30的厚度及下核心部40的厚度所得到的總厚度。在變壓器1中，電路板10被由第二線圈部20的第一環24u及第二線圈部20的第二環24d所保持。在變壓器1中，第二線圈部20的連接部24c被插入到電路板10的狹縫13中。 　　[0044] [實施例的運作效果] 　　如上所述，根據本發明的一個實施例之變壓器1，其使用第二線圈部20，第二線圈部20具有形狀使得具有貫穿孔且由覆蓋電絕緣樹脂24的線圈21所構成之環狀的第一環24u以及具有貫穿孔且由覆蓋電絕緣樹脂24的線圈22所構成之環狀的第二環24d在連接部24c處被連接。因此，上核心部30與下核心部40可在被樹脂澆注之後被插入並固定到第一環24u及第二環24d的貫穿孔。藉由此方式，不需要準備作為不同的部件之線圈導線繞其捲繞的捲線軸。因此，能夠減少變壓器1的部件的數量，且亦減少部件組裝的工時。 　　[0045] 此外，根據本發明的一個實施例的變壓器1，第二線圈部20覆蓋有電絕緣樹脂24。藉由此方式，能夠在將第二線圈部20組裝到形成在電路板10上的第一線圈部11的同時，確保變壓器1所需之第一線圈部11與第二線圈部20之間的電絕緣。 　　[0046] 根據本發明的一個實施例的變壓器1，作為第二線圈部20的導體之線圈21及線圈22中的每一者是藉由具有較寬的寬度之導體板（例如，矩形銅導線）而被形成。藉由此方式，能夠抑制由於根據電壓轉換率（voltage conversion rate）的增加所引起之在第二線圈部20側上的導線電阻的增加。據此，應該需要之用於熱抑制的散熱機構變得非必要；因此，能夠減少變壓器1的部件的數量。 　　[0047] 根據本發明的一個實施例的變壓器1，第一線圈部11藉由運用在電路板10上之以平面狀態繞插入孔12a捲繞一圈或多圈的導體圖案所形成。藉由此方式，可藉由使用多圈導線來設置第一線圈部11；因此，能夠配置具有依據高電壓轉換率之捲繞比的變壓器1。 　　[0048] 根據本發明的一個實施例的變壓器1，第二線圈部20的第一環24u與第二環24d之間的連接部24c被插入且適配於狹縫13中，直到連接部24c抵接於形成在電路板10中的狹縫13的端部13w，從而使第一線圈部11與第二線圈部20相互定位。藉由此方式，能夠快速地允許第一線圈部11的核心及線圈22的核心相互重合。亦即，能夠確保下核心部40的中央腿部40a被插入於其中之電路板10的插入孔12a相對於第二線圈部20的第一環24u及第二環24d的貫穿孔之同軸精度。據此，強化在第二線圈部20被組裝到電路板10之後的下核心部40之組裝性。 　　[0049] 此外，根據本發明的一個實施例的變壓器1，電路板10被插入到第二線圈部20的間隙24g中，以相互組裝第一線圈部11與第二線圈部20。亦即，這是將第一線圈部11保持於第二線圈部20的第一環24u與第二環24d之間的結構。藉由此結構，有可能減少變壓器1的尺寸（尤其是當第一線圈部11與第二線圈部20由上核心部30和下核心部40所保持時之變壓器的總厚度）。由於第一線圈部11與第二線圈部20之間的磁性連接可能為緊密的，從而減少了部件的數量，例如，用於熱抑制的散熱機構、及用於抑制電應力（electric stress）（突波（surge））的電子部件等等。 　　[0050] 在根據本發明的一個實施例之變壓器1中，能夠自由地設計要在高電壓側上使用多少第一線圈部11，或要將高電壓側上的第一線圈部11或低電壓側上的第二線圈部20設置為主線圈或副線圈。例如，如圖6A所示，具有多層結構的電路板10可被使用以構成三個第一線圈部11。例如，如圖6B所示，升壓變壓器可配置為使得變壓器1的主線圈由作為低電壓側的第二線圈部20所構成，且變壓器1的副線圈由作為高電壓側的第一線圈部11所構成。除此之外，如圖6C所示，降壓變壓器可配置為使得變壓器1的主線圈由作為高電壓側的第一線圈部11所構成，且變壓器1的副線圈由作為低電壓側的第二線圈部20所構成。 　　[0051] 例如，本發明的變壓器在太陽能電力產生系統中為有用的，且尤其在希望減少部件的數量及部件組裝的工時而同時確保主線圈與副線圈之間的電絕緣的情況下為有用的。

[0052]

1‧‧‧變壓器

10‧‧‧電路板

11‧‧‧第一線圈部

12a‧‧‧插入孔

12b‧‧‧插入孔

12c‧‧‧插入孔

13‧‧‧狹縫

13w‧‧‧端部

14n‧‧‧螺孔

15n‧‧‧螺孔

20‧‧‧第二線圈部

21‧‧‧線圈

21n‧‧‧螺孔

21t‧‧‧第一連接端子

22‧‧‧線圈

22n‧‧‧螺孔

22t‧‧‧第二連接端子

23‧‧‧連接位置

24‧‧‧電絕緣樹脂

24c‧‧‧連接部

24d‧‧‧第二環

24dr‧‧‧第二導肋

24g‧‧‧預定間隙

24u‧‧‧第一環

24ur‧‧‧第一導肋

30‧‧‧上核心部

40‧‧‧下核心部

40a‧‧‧中央腿部

40b‧‧‧外側腿部

40c‧‧‧外側腿部

40p‧‧‧主體

[0014] 本發明的例示性實施例之特徵、優點及技術和工業上的意義將在下方參照所附圖式進行說明，其中，相同的標號表示相同的元件，且其中： 　　圖1為根據本發明的一個實施例之變壓器的部件的分解圖； 　　圖2為說明圖1所顯示的第二線圈部的詳細結構的視圖； 　　圖3為顯示被安裝到電路板上的變壓器的狀態的立體圖； 　　圖4為圖3中的變壓器沿著箭頭A的方向所取之箭頭方向視圖； 　　圖5為圖3中的變壓器沿著線V-V所取之截面圖； 　　圖6A顯示使用根據本實施例的變壓器的結構之電路配置的範例； 　　圖6B顯示使用根據本實施例的變壓器的結構之電路配置的範例；以及 　　圖6C顯示使用根據本實施例的變壓器的結構之電路配置的範例。

Claims (4)

1. 一種變壓器，包括： 　　第一線圈部，其藉由以平面狀態捲繞導體圖案一圈或多圈而繞著設置在電路板上的插入孔被形成； 　　第二線圈部，其包括 　　　　第一環，其由線圈所構成，該線圈藉由捲繞導體板一圈或多圈而形成，該線圈覆蓋有電絕緣樹脂，該第一環為環狀的且被佈置在該電路板的第一表面上，使得該第一環的核心與該第一線圈部的核心重合， 　　　　第二環，其由線圈所構成，該線圈藉由捲繞導體板一圈或多圈而形成，該線圈覆蓋有該電絕緣樹脂，該第二環為環狀的且被佈置在該電路板的第二表面上，使得該第二環的核心與該第一線圈部的該核心重合，及 　　　　連接部，其藉由以該電絕緣樹脂覆蓋該第一環和該第二環之間的連接位置而形成；以及 　　核心部，其插入穿過該插入孔、該第一線圈部、及該第二線圈部，該核心部從該電路板的兩側保持該電路板，以形成閉合磁路，該閉合磁路磁性地連接該第一線圈部和該第二線圈部。
2. 如申請專利範圍第1項之變壓器，其中， 　　該電路板包括狹縫，該連接部被插入且適配於該狹縫中，以定位該第一線圈部和該第二線圈部，使得該第一線圈部的該核心與該第二線圈部的核心重合。
3. 如申請專利範圍第1或2項之變壓器，其中， 　　該導體板為矩形銅導線。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之變壓器，其中， 　　間隙在該第一環與該第二環之間，並且 　　該電路板被設置在該間隙中。