TWI433180B - 多室變壓器 - Google Patents

Description

多室變壓器

本發明關於(電氣)變壓器。

變壓器係使用在如鹵素燈電源供應單元之數種領域中，其中將輸入電壓(例如，大部份歐洲國家向來為220－240伏(volts)主電壓(mains voltage)，而美洲國家之典型值為100－120伏)轉換成6，12或24伏之輸出電壓，依據這種裝置之特定安全標準，必須將該輸出電壓與主電壓隔離。

具有對稱式三室(three－chamber)繞線構造之變壓器比習知之二室(two－chamber)繞線之變壓器提供許多不同優點。

該等優點包含，例如，明顯減低繞線內之鄰近損耗(proximity losses)，鐵心(core)內之磁通平衡(flux equilibrium)(其使得鐵心外接腳之磁場失效且因此減低磁芯損耗)，由於使這種變壓器能被使用而且作為軟性切換(soft－switching)電路之真正共振電感的對稱式場(symmetrical field)分佈而得到之漏感抗的較高品質因子(高達70)，以及最終減低電磁雜訊散發。

因此，當使用三組繞線，亦即三個線圈時，可藉由使用較小尺寸之鐵心來傳輸相同電力。

在EPC第54.3條款之提供下形成部分先前技術之歐洲專利申請案第05425091.5號揭露一種變壓器，其包含纏繞在絕緣線軸(bobbin)上之多數繞線，其依序包含多數線圈架，各線圈架上纏繞至少各一條繞線。各線圈架包含提供各別繞線絕緣之兩分離端壁(end wall)，且該線圈架之至少一端壁具有相對應於相鄰線圈架而延伸之突起部。所論及之突起部可包含至少部份涵蓋設在相鄰線圈架中之各別繞線的壁延伸部，及/或栓架(pin stand)。

這種先前技術之變壓器，具有三組繞線配置，因此係由一起形成線圈架之三個分開”碟片”(disc)加上一覆蓋所形成。

製造這種變壓器結構因此需要：－四個不同鑄造工具，－在(圍繞)各個別碟片上纏繞線圈線之三種分別作業，－隨後將這般形成之三個碟片組件安置在一起，以及－不管實施該等作業之次序，於最後插入變壓器保護蓋，加上插入鐵心並加以焊線。

除有關前述所論及之先前技術配置的固有優點外，本申請人已決定主要有關以下之近一步增進仍存有空間：－節省鑄造工具及組裝程序，－甚至更接近符合在一次側(中心繞線)與二次側(兩組側邊繞線)之間施予最小距離之標準，這尤其是在當重點為該組件係使用於要符合特定絕緣要求之SELV(安全特低電壓(Safety Extra Low Voltage))應用的情況。

本發明之目的在提供這種增進。依據本發明，該目的係藉由具有下列請求項中所說明特性之變壓器來達成。在此所提供之該請求項為本發明所發表的整體部份。

在此所說明配置之較佳實施例因此為一種多室(multi－chamber)變壓器，其包含：－多數繞線，其纏繞在線圈架上，－至少一個第一絕緣突緣(flange)，其使該多數繞線之第一繞線自該多數繞線之至少一組第二繞線加以隔離，－至少一個第二絕緣突緣(flange)，其與該至少一個第一絕緣突緣一起界定該至少一組第二繞線之繞線空間，其中該第一繞線具有至少一個線端，其橫跨該繞線空間而延伸至該至少一組第二繞線，以及－絕緣壁，其延伸在該第一繞線之該至少一個線端與該至少一組第二繞線之間加以提供其間之絕緣。

在此所說明配置之這種較佳實施例，例如，致使先前所考量之”三室”變壓器型構造達最佳化，其中，一次側繞線係纏繞在線圈架之中心部位而二次側繞線係由配置在一次側繞線側邊之兩組繞線組成。依據電路要求，該兩組二次側側邊繞線為串連或並聯。

在這種較佳實施例中，該變壓器基本上係由兩個基本元件組成，亦即為線圈架加上一個保護蓋，該線圈架具有分別為一次側繞線及兩組二次側繞線之三個繞線室。

在此所說明變壓器之具體實施例具有包含一般標示為100之單一線圈架的基本特性。”線圈架”之名稱主要係意圖要彰顯該元件為該變壓器之各別繞線(“線圈”)所提供的繞線室所扮演之角色。

遍及附圖當中，所示之線圈架100並無特別說明纏繞於其上之繞線。然而，在第1圖中之虛線表示該等繞線之外輪廓。

這些包含纏繞在線圈架100中心部位上之一次側繞線P，以及一對二次側繞線，其係由纏繞在一次側繞線P側邊之線圈架100上的兩組繞線S1及S2組成。

依據電路要求，該兩組二次側側邊繞線S1及S2為串連或並聯。儘管在此藉由實例說明包含三組繞線之變壓器，但所屬技術領域中具有通常知識者將立即察覺為可將在此所說明之配置延伸至亦包含，例如，任何多數繞線之兩組或四組或以上之繞線。

線圈架100基本上係由管狀體102所組成，其向來為矩形切面，係為目前用以製造變壓器線軸且厚度符合安全絕緣標準之任何型式的電性絕緣材料。電阻系數(resistivity)至少為3*10⁹ Ohm*cm之塑膠鑄造材料(諸如為聚醯胺(Polyamide)，聚碳酸酯(Polycarbonate)，或聚丁烯對苯二甲酸酯(Polybutylene－Terephtalate))為這種材料典範。繞線P，S1，及S2係由諸如為單芯電線型或編結(亦即，絞合線(Litz wire))型之銅線的導電線組成。

在最後之變壓器組件中，將纏繞在線圈架100上之繞線P，S1，及S2邊靠邊配置在一共同鐵心上。這向來係由鐵磁(例如，鐵磁體)鐵心C其中一接腳(通常為主要，中心接腳)組成。

個別之繞線在軸向受到構成線圈架整體部件之絕緣突緣(flange)104，106的限制。

明確地說，所論及之絕緣突緣包含：－兩個”外”絕緣突緣104，其界定纏繞兩組二次側繞線S1及S2處之繞線空間的末梢端，以及－兩個”內”絕緣突緣106，其一方面界定纏繞兩組二次側繞線S1及S2處之繞線空間的基部端，且另一方面界定其間纏繞一次側繞線P處之繞線空間。

兩個內絕緣突緣106因此相對於二次側繞線S1及S2隔離(亦即，產生所需之沿面距離(creepage distance)及厚度)一次側繞線。如下列之較佳詳述，兩個內絕緣突緣106設有溝槽(groove)106a而產生曲徑(labyrinth)，其與設在以下所說明之覆蓋(cap)200之配對(mating)突緣耦合。

第1圖尚表示線圈架亦包含兩端導線支撐軌(endpin supporting rails)108其中，兩個外絕緣突緣104從該支撐軌向上延伸。如在第3圖之底部圖中所較佳查覺者，該導線支撐軌108基本上係與線圈架之管狀鐵心的主壁(major wall)之一共同延伸。類似地，該兩個內突緣106只邊緣地延伸在該主壁下方，其有意面對上面安裝有變壓器之印刷電路板(PCB－沒有顯示)。

線圈架100係意圖與指定為200之覆蓋(cover cap)耦合成一體。為至少部份涵蓋繞線P，S1及S2，該保護蓋200包含絕緣材料並且與線圈架100耦合。該覆蓋200包含頂壁(top wall)202，其在所示之具體實施例中為部份(亦即，有穿孔)頂壁。覆蓋200亦包含側邊壁(見第2圖之壁204，206)並且如第3圖之示意圖所示，係配接與線圈架100耦合。

在變壓器之最終組合後，所說明之各種元件形成足夠之壁厚，沿面及清除距離(creepage and clearance distance)，以確保繞線P，S1及S2之適當絕緣。

明確地說，線圈架100之管狀鐵心102(基本上為中空轉軸形)將在繞線P，S1及S2之個別線圈與鐵磁體鐵心C之間提供絕緣。

內絕緣突緣106，與從覆蓋200之內面突起之突緣(未顯示出來)一致，並配合與溝槽106a嚙合而在其間形成曲徑配置將確保一次側繞線P及側邊繞線S1與S2之間的側邊絕緣。

外絕緣突緣104，加上側壁(例如，206)及覆蓋200之頂壁202一般將對繞線P，S1及S2之環繞空間提供絕緣。這基本上係藉由具有其總厚度達到大或等於絕緣標準所要求值來完成的。

為使變壓器之整體尺度最小化，且特別是指”高度”，接近共同電路支撐基板(PCB)之線圈/繞線P，S1及S2之低側－另言之為線圈之臺面側(bench side)－，例如，明顯位於比例如沿面所需最大值之一半還接近該電路基板，而未完全突出並穿過該電路支撐。

這歸功於覆蓋200中低突緣壁之提供，諸如為第2圖中所示之絕緣延伸部208及210。 該等絕緣壁自側水平裙壁(skirt wall)212向下延伸，該裙壁係自覆蓋200之側壁204，206往徑向延伸。

當組合線圈架100及覆蓋200時(見，例如，第3圖)，覆蓋之裙壁212鄰接線圈架100之導線支撐軌108。而且，裙壁212允許在一次側及/或二次側電線(例如，導線)與鐵磁體之間產生正沿面及清除距離。

在該等情況下，位在覆蓋200一側上之絕緣延伸部208滲入配置於一次側繞線P每側之內外絕緣突緣106，104對之間。該絕緣延伸部208因此在裙壁212下方之空間中形成兩個類似橋之障壁，其將配置二次側繞線S1及S2處之繞線空間絕緣於外界。

位在覆蓋200另一側之絕緣延伸部210滲入設在內絕緣突緣106之溝槽106a中。該延伸部210因此在裙壁212下方之空間中形成兩個突緣106之延伸部，其相對於配置二次側繞線S1及S2處之繞線空間，使一次側繞線P之繞線空間絕緣。

延伸部208及210基本上延伸於”臺面(bench)”或安裝有變壓器之PCB方向中，在繞線P，S1及S2之相鄰繞線室之間提供足夠之沿面及清除距離。

保護蓋200因此具有兩個延伸部210，其與兩個絕緣突緣106配合，在一次側繞線P與兩組二次側繞線S1，S2之間提供絕緣，其中相對於絕緣壁208將兩個延伸部210安置成相對，該絕緣壁208可從該裙壁212延伸至繞線P.S1與S2。

圖式中所說明之配置的基本優點在於可將三組繞線或線圈P，S1及S2纏繞在單片式(one－piece)線圈架100上，因此產生已組合之三個線圈。

為能允許變壓器之適當繞線，包含三組繞線P，S1及S2之線端或電線端較佳是可在線圈架100之側邊加以存取。類似地，該等端線無法相對應於兩個內突緣106加以配置：針對鉗壓(clamp)電線所設置之空間對於(亦即，環繞)線圈架100上之繞線程序而言，事實上會是突出的。

為此之故，在此所說明之配置中，指定中心一次側繞線P之P1與P2(見第3與4圖)，其中該繞線P可延伸經過設在裙壁212下方之內突緣106中的兩個溝渠(notches)106b，並使其跨過二次側繞線S1及S2而觸及設在線圈架100之導線支撐軌108中之各別固定形成物(例如，孔)109，其中，繞線之線端係固定在該線圈架。當繞線係纏繞在線圈架上時，可輕易得到該部件配置。

然而，為了一旦使覆蓋200耦合至線圈架100，選取延伸中央一次側繞線P之兩個線端P1及P2之路徑，該等路徑相對於二次側繞線S1及S2位於類似橋之延伸部208之絕緣對(外)側。

以該方式，將使透過一次側繞線P與二次側繞線S1及S2之間絕緣的距離值輕易減低至標準SELV規範之要求。

當使覆蓋200耦合至線圈架100時，由第4圖中箭頭PF所示意表示之朝向底側的路徑可輕易成為，比例如6 mm還長，因為覆蓋200之延伸部208與線圈架一起可透過上面安裝有變壓器之PC板(或任何類似支撐)加以延伸。

第5圖基本上為越過延伸部208之一的水平切面圖，其中該延伸部大致在其中間長度處插入線圈架100。第5圖(以及與第1，2和7圖)表示各個延伸部208之側邊及其間插入延伸部208之線圈架100的該等部位(基本上為突緣104及106)，係設有產生進一步曲徑配置之溝槽形成物209a，209b(亦即，表面凹槽(sculpturing))；該等曲徑配置產生兩個指定為PF2之概念側邊沿面路徑，該路徑可輕易使其比要求值6mm來得長。即使是突緣(且尤其是內突緣106)厚度比該值小。

第6圖表示在線圈架100相對側之部件配置，其中在線圈架100之導線支撐軌108中設有二次側繞線S1及S2之端線(未顯示出來)的溝渠112。在此，與線圈架100之兩個內突緣106的溝槽106a嚙合之覆蓋突緣的延伸部210，使線圈架100之兩個內突緣106繼續”朝外”。這些，以及線圈架壁之低部位，亦即，預期被插入在該支撐PC板中之突緣106的該等部位，於一次側繞線P與兩組二次側繞線S1及S2之間再次產生比6mm長之距離。

剛說明之配置確保－遍及整個變壓器結構－一次側與二次側之間所預期之絕緣(例如，符合SELV要求)。

因此，在不偏離本發明之原理之情況下，可改變本發明之詳細說明與實施例，甚至關於僅藉由實例所描述與顯示之說明，將不脫離本發明由隨附之申請專利範圍所界定之範圍。該等可能變體之實施例如下：－變壓器，其包含異於三組之多數繞線，－一次側及二次側繞線，其角色相對於此處所示之實例配置而互換，－任何突緣104或106，其形成覆蓋200之一部分而非線圈架100之一部分，以及－絕緣壁，此處其係由覆蓋200之延伸部208及/或210所形成，該覆蓋係設置成線圈架之部件。

第8圖顯示另一種實現如第2圖中所示覆蓋之透視圖。與如第2圖中所示之覆蓋比較，第8圖中之覆蓋具有修飾過之裙壁212。第8圖中之裙壁212在二次側繞線之終端區域中藉由邊條(border strip)299而加邊界。第8圖中僅可觀察到一條邊條299。第二條邊條299可位在另一二次側繞線。有利的是，該邊條299使二次側繞線之終端絕緣於印刷電路板上之相鄰組件。該邊條299可僅覆蓋二次側繞線之上部位或可向下觸及印刷電路板。

100．．．線圈架

P．．．一次側繞線

S1．．．繞線

S2．．．繞線

102．．．管狀體

C．．．鐵磁體鐵心

104．．．突緣

106．．．突緣

106a．．．溝槽

200．．．覆蓋

108．．．導線支撐軌

202．．．頂壁

206．．．側壁

208．．．絕緣延伸部

210．．．絕緣延伸部

212．．．裙壁

204．．．側壁

206．．．側壁

208．．．絕緣壁

106b．．．溝渠

109．．．固定形成物

209a．．．溝槽形成物

209b．．．溝槽形成物

112．．．溝

299．．．邊條

僅藉由實例，參照附圖，現將說明本發明，其中：－第1圖為在此所說明之多重繞線(multi－winding)變壓器型線圈架的一般透視圖，－第2圖為覆蓋之透視圖，其係配接包含在如第1圖中所示之變壓器，－第3圖為觀自該組件底部之透視圖，其係由上面有安裝第2圖之覆蓋的第1圖之線圈架組成，－第4圖為第3圖中以箭頭IV所示部位之放大圖，－第5圖為基本上沿第4圖中V－V線之切面圖，－第6圖為觀自該組件底部之另一透視圖，其係由上面有安裝第2圖之覆蓋的第1圖之線圈架組成，以及－第7圖為第1圖中以箭頭VII所示部位之放大圖，－第8圖為另外實現如第2圖中所示覆蓋之透視圖，其係配接包含在如第1圖中所示之變壓器中。

100．．．線圈架

106a．．．溝槽

106b．．．溝渠

109．．．固定形成物

208．．．絕緣延伸部

210．．．絕緣延伸部

212．．．裙壁

P1,P2．．．線端

Claims (11)

1. 一種變壓器，包含：多數繞線(P，S1，S2)，其纏繞在線圈架(100)上；至少一個第一絕緣突緣(106)，其使該多數繞線之第一繞線(P)自該多數繞線之至少一組第二繞線(S1，S2)加以隔離；至少一個第二絕緣突緣(104)，其與該至少一個第一絕緣突緣(106)一起界定該至少一組第二繞線(S1，S2)之繞線空間，其中該第一繞線(P)具有至少一個線端(P1，P2)，其橫跨該繞線空間而延伸至至少一組第二繞線(S1，S2)，以及絕緣壁(208)，其延伸在該第一繞線(P)之該至少一個線端(P1，P2)與該至少一組第二繞線(S1，S2)之間加以提供其間之絕緣，其特徵在於：該變壓器包含：一保護蓋(200)，該保護蓋包括絕緣材料並與該線圈架(100)耦合以至少部分涵蓋該多數繞線(P，S1，S2)，該絕緣壁(208)為該保護蓋(200)之延伸部；及該至少一個第一絕緣突緣(106)為該線圈架(100)之整體部件；該保護蓋(200)具有至少一個延伸部(210)與該至少一個第一絕緣突緣(106)配合，在該第一繞線(P)與相對該絕緣壁(208)之該至少一組第二繞線(S1，S2)之間提供絕緣。
2. 如申請專利範圍第1項之變壓器，其中該線圈架(100)包含其上纏繞有該多數繞線(P，S1，S2)之單一本體。
3. 如申請專利範圍第1項之變壓器，其中該至少一個第一絕緣突緣(106)與該至少一個第二絕緣突緣(104)為該線圈架(100)之整體部件。
4. 如申請專利範圍第1項之變壓器，其中該保護蓋作有穿孔上壁(202)。
5. 如申請專利範圍第1項之變壓器，其中該保護蓋(200)包含圍繞該多數繞線(P，S1，S2)之側壁(204，206)及該側壁(204，206)向外延伸之裙壁(212)，該裙壁(212)與該線圈架(100)接鄰。
6. 如申請專利範圍第5項之變壓器，其中該絕緣壁(208)自該裙壁(212)延伸離開該多數繞線(P，S1，S2)。
7. 如申請專利範圍第1項之變壓器，其中該絕緣壁(208)設有與該線圈架(100)形成曲徑之凹槽(sculpturing)(209a)。
8. 如申請專利範圍第1項之變壓器，其中該保護蓋(200)包含圍繞該多數繞線(P，S1，S2)之側壁(204，206)及該側壁(204，206)向外延伸之裙壁(212)，該裙壁(212)與該線圈架(100)接鄰且其中與該至少一個第一絕緣突緣(106)配合之該至少一個延伸部(210)自該裙壁(212)延伸離開該多數繞線(P，S1，S2)。
9. 如申請專利範圍第1項之變壓器，其中該至少一個延伸部(210)與該至少一個第一絕緣突緣(106)聯合形成曲徑。
10. 如申請專利範圍第1至9項任一項之變壓器，其中包含：該第一繞線(P)，其介於一對該第二繞線(S1，S2)之間：一對該第一絕緣突緣(106)，各使該第一繞線(P)自該對 第二繞線(S1，S2)之各別繞線加以隔離；一對該第二絕緣突緣(104)，其各與該第一絕緣突緣(106)之各別絕緣突緣一起界定該對第二繞線(S1，S2)之該第二繞線(S1，S2)之其中一組繞線的各別繞線空間，其中該第一繞線(P)具兩個線端(P1，P2)，其各橫跨各別繞線空間而延伸至該第二繞線(S1，S2)中一組繞線，以及一對該絕緣壁(208)，其各延伸在該第一繞線(P)之該兩個線端(P1，P2)中之一線端與該第二繞線(S1，S2)中之一繞線之間加以提供其間之絕緣。
11. 如申請專利範圍第10項之變壓器，其中該保護蓋具有一對該延伸部(210)，各個該延伸部與該對第一絕緣突緣(106)之各別其中一個絕緣突緣配合，在該第一繞線(P)與相對該對該絕緣壁(208)之該對第二繞線(S1，S2)之各別一組繞線之間提供絕緣。