TWI831319B - 變壓器 - Google Patents

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TWI831319B
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王柏勝
鍾熙國
陳志明
曾祥益
劉喜鎮
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台達電子工業股份有限公司
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Abstract

本案揭露一種變壓器，包含磁芯組、繞線架、兩個第一繞組、第二繞組及至少一電路板，磁芯組包含第一鐵芯和第二鐵芯，繞線架包含繞線架本體、繞線架穿孔及繞線部，繞線架穿孔貫穿繞線架本體之相對兩面，繞線部形成於該繞線架本體之外環面，兩個第一繞組繞設於繞線部，其中之一第一繞組位於另一第一繞組及繞線架本體之外環面之間，第二繞組繞設於繞線部且位於兩個第一繞組之間，至少一電路板具有電路板穿孔，其中電路板穿孔及繞線架穿孔相連接，磁芯組係部分穿設於電路板穿孔及繞線架穿孔。

Description

變壓器
本案關於一種變壓器，尤指一種利用電路板構成繞組的變壓器。
在工業電力的領域中，馬達的用電佔據所有的工業用電中的65%以上，而使用變頻器的馬達可節省40%以上的電力消耗，並降低二氧化碳的排放。此外，馬達利用變頻器進行調速，以大幅降低電力損耗，並降低啟動電流對電網的衝擊，更可減少馬達及其他機械設備的磨損，以降低維護費用，由此可知，變頻器的效能提升可使馬達的整體效能上升。
變頻器內的變壓器中通常因不同功能而具有多繞組設計，傳統變壓器的多繞組中的每一種繞組皆以不規則的排列方式繞置於磁芯，使得變壓器的實際應用電壓容易漂移，且製程較為複雜而無法實現自動化，進而使得傳統變壓器具有人工設置成本上升、工業自動化的效能下降、產品特性及尺寸不穩定等缺失。
因此，如何發展一種克服上述缺點的變壓器，實為目前迫切之需求。
本案之目的在於提供一種變壓器，其中兩個第一繞組中的其中之一第一繞組位於兩個第一繞組中的另一第一繞組及繞線架本體的外環面之間，且第二繞組位於兩個第一繞組之間，即代表兩個第一繞組中的其中之一第一繞組、第二繞組及兩個第一繞組中的另一第一繞組以層疊的方向依序設置，因此本案的變壓器的兩個第一繞組及第二繞組經由上述的排列方式可使得變壓器的漏感大幅度下降，且變壓器中的兩個第一繞組及第二繞組的排列方式具有順序性且不易交錯纏繞，使得本案的變壓器具有製程簡易而容易實現自動化、產品品質及尺寸穩定、產品共用性較佳且體積較小的優勢。
為達上述目的，本案之一實施例為一種變壓器，包含磁芯組、繞線架、兩個第一繞組、第二繞組及至少一電路板。磁芯組包含第一鐵芯和第二鐵芯。繞線架包含繞線架本體、繞線架穿孔及繞線部，繞線架穿孔貫穿繞線架本體之相對兩面，繞線部形成於該繞線架本體之外環面。兩個第一繞組繞設於繞線部，其中之一第一繞組位於另一第一繞組及繞線架本體之外環面之間。第二繞組繞設於繞線部，且位於兩個第一繞組之間。至少一電路板具有電路板穿孔，其中電路板穿孔及繞線架穿孔相連接，磁芯組係部分穿設於電路板穿孔及繞線架穿孔。
1:變壓器
2:磁芯組
21:第一鐵芯
211:第一磁蓋
212:第一磁柱
213:第二磁柱
214:第一中柱
22:第二鐵芯
221:第二磁蓋
222:第三磁柱
223:第四磁柱
224:第二中柱
3:繞線架
31:繞線架本體
311:第一壁面
312:第二壁面
313:外環面
314:第一插設部
315:第二插設部
316:第一內凹部
317:第一插孔
318:第二內凹部
32:繞線架穿孔
33:繞線部
41:第一繞組
42:第二繞組
5:第一電路板
51:第一電路板本體
511:第一子本體
512:第二子本體
52:第一電路板穿孔
6:第二電路板
61:第二電路板本體
611:第三子本體
612:第四子本體
62:第二電路板穿孔
W1、W2、W3、W4:寬度
第1圖為本案第一實施例的變壓器的組合結構示意圖。
第2圖為第1圖所示的變壓器的爆炸結構示意圖。
第3圖為第1圖所示的變壓器沿A-A’方向的剖面結構示意圖。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用於限制本案。
請參閱第1圖、第2圖及第3圖，其中第1圖為本案第一實施例的變壓器的組合結構示意圖，第2圖為第1圖所示的變壓器的爆炸結構示意圖，第3圖為第1圖所示的變壓器沿A-A’方向的部分剖面結構示意圖。如第1圖至第3圖所示，變壓器1包含磁芯組2、繞線架3、兩個第一繞組41、第二繞組42、第一電路板5及第二電路板6。
磁芯組2包含第一鐵芯21及第二鐵芯22。於本實施例中，如第2圖所示，第一鐵芯21包含第一磁蓋211、第一磁柱212、第二磁柱213及第一中柱214。第一磁柱212及第二磁柱213分別連接於第一磁蓋211的相對兩端而位於變壓器1的相對兩側。第一中柱214連接於第一磁蓋211，且位於第一磁柱212及第二磁柱213之間。第二鐵芯22包含第二磁蓋221、第三磁柱222、第四磁柱223及第二中柱224。第二磁蓋221及第一磁蓋211分別位於變壓器1的相對兩側。第三磁柱222及第四磁柱223分別連接於第二磁蓋221的相對兩端而位於變壓器1的相對兩側，其中第三磁柱222與第一磁柱212於空間上相對應設置，且位於第二磁蓋221及第一磁蓋211之間，第四磁柱223與第二磁柱213於空間上相對應設置，且位於第二磁蓋221及第一磁蓋211之間。第二中柱224連接於第二磁蓋221，且位於第三磁柱222及第四磁柱223之間，其中第二中柱224與第一中柱214於空間上相對應設置，且位於第二磁蓋221及第一磁蓋211之間。
繞線架3包含繞線架本體31、繞線架穿孔32及至少一繞線部33。為了簡化圖示，第3圖中並未示出磁芯組2的結構特徵，如第2圖及第3圖所示，繞線架本體31具有第一壁面311、第二壁面312及外環面313。繞線架本體31的第一壁面311及第二壁面312設置於繞線架本體的相對兩端，第一壁面311位於第一鐵芯21的第一磁蓋211及第二壁面312之間，第二壁面312位於第二鐵芯22的第二磁蓋221及第一壁面311之間，繞線架本體31的外環面313位於第一壁面311及第二壁面312之間，其中如第2圖及第3圖所示，繞線架本體31的第一壁面311凸出於對應的外環面313，且繞線架本體31的第二壁面312凸出於對應的外環面313。本實施例的繞線架3的繞線部33的數量為一個，其中繞線部33由凸出於外環面313的第一壁面311、凸出於外環面313的第二壁面312以及外環面313所共同定義，使得繞線部33形成於繞線架本體31的外環面313上，其中繞線架本體31為中空結構而該中空結構形成繞線架穿孔32，且繞線架穿孔32貫穿於繞線架本體31的第一壁面311及第二壁面312。
兩個第一繞組41係共同構成變壓器1的第一初級線圈，繞設於繞線部33，其中兩個第一繞組41中的其中之一第一繞組41繞設於繞線部33且位於兩個第一繞組41中的另一第一繞組41及繞線架本體31的外環面313之間。第二繞組42係構成變壓器1的第一次級線圈，繞設於兩個第一繞組41中的其中之一第一繞組41而環繞繞線部33，其中第二繞組42位於兩個第一繞組41之間，即代表兩個第一繞組41中的其中之一第一繞組41、第二繞組42及兩個第一繞組41中的另一第一繞組41以層疊的方向依序設置。
第一電路板5內的布線構成變壓器1的第二初級線圈，如第1圖所示，第一電路板5位於第一鐵芯21的第一磁蓋211及繞線架本體31的第一壁面311 之間，且第一電路板5更位於第一鐵芯21的第一磁蓋211及第二電路板6之間。第一電路板5具有第一電路板本體51及第一電路板穿孔52。第一電路板穿孔52貫穿第一電路板本體51，且第一電路板穿孔52與繞線架穿孔32於空間上相對應。第二電路板6內的布線構成變壓器1的第二次級線圈，如第1圖和第2圖所示，第二電路板6位於第二鐵芯22的第二磁蓋221及繞線架本體31的第二壁面312之間，且第二電路板6更位於第二鐵芯22的第二磁蓋221及第一電路板5之間。第二電路板6具有第二電路板本體61及第二電路板穿孔62，第二電路板穿孔62貫穿第二電路板本體61，且第二電路板穿孔62與繞線架穿孔32於空間上相對應。第一電路板穿孔52、第二電路板穿孔62及繞線架穿孔32相連通，且磁芯組2的第一鐵芯21的第一中柱214穿設於第一電路板穿孔52及繞線架穿孔32，磁芯組2的第二鐵芯22的第二中柱224穿設於第二電路板穿孔62及繞線架穿孔32，且第一鐵芯21的第一中柱214及第二鐵芯22的第二中柱224於繞線架穿孔32內相互連接，使得兩個第一繞組41及第二繞組42亦環繞於第一鐵芯21的第一中柱214及第二鐵芯22的第二中柱224，而第一鐵芯21的第一磁柱212及第二鐵芯22的第三磁柱222相互連接，第一鐵芯21的第二磁柱213及第二鐵芯22的第四磁柱223相互連接，則變壓器1組裝完成，如第1圖所示。
由上可知，本案的變壓器1的兩個第一繞組41中的其中之一第一繞組41位於兩個第一繞組41中的另一第一繞組41及繞線架本體31的外環面313之間，且第二繞組42位於兩個第一繞組41之間，即代表兩個第一繞組41中的其中之一第一繞組41、第二繞組42及兩個第一繞組41中的另一第一繞組41以層疊的方向依序設置，因此相較傳統變壓器的每一種繞組皆以不規則地繞置於磁芯，本案的變壓器1的兩個第一繞組41及第二繞組42經由上述的排列方式可使得變壓器1的 漏感大幅度下降，且變壓器1中的兩個第一繞組41及第二繞組42的排列方式具有順序性且不易交錯纏繞，使得本案的變壓器1具有製程簡易而容易實現自動化、產品品質及尺寸穩定、產品共用性較佳且體積較小的優勢。
請重新參閱第1圖及第2圖，繞線架本體31更具有第一插設部314及第二插設部315。第一插設部314及第二插設部315分別設置於繞線架本體31的相對兩側，第一插設部314連接於繞線架本體31的第一壁面311的一端，且第一插設部314與繞線架穿孔32錯位設置而不覆蓋於繞線架穿孔32，其中當變壓器1組裝完成時，即磁芯組2的第一鐵芯21的第一中柱214穿設於第一電路板穿孔52及繞線架穿孔32，磁芯組2的第二鐵芯22的第二中柱224穿設於第二電路板穿孔62及繞線架穿孔32，且第一鐵芯21的第一中柱214及第二鐵芯22的第二中柱224於繞線架穿孔32內相互連接時，如第1圖所示，第一插設部314相鄰於第一鐵芯21的第一磁蓋211，且第一插設部314的端緣與第一磁蓋211位於同一平面且該平面與繞線架本體31的第一壁面311平行。於本實施例中，第一插設部314更具有第一內凹部316，第一內凹部316由第一插設部314的頂面內凹所構成，且第一內凹部316係開設有第一插孔317。第二插設部315連接於繞線架本體31的第二壁面312的一端，且第二插設部315與繞線架穿孔32錯位設置而不覆蓋於繞線架穿孔32，第二插孔其中當變壓器1組裝完成時，即磁芯組2的第一鐵芯21的第一中柱214穿設於第一電路板穿孔52及繞線架穿孔32，磁芯組2的第二鐵芯22的第二中柱224穿設於第二電路板穿孔62及繞線架穿孔32，且第一鐵芯21的第一中柱214及第二鐵芯22的第二中柱224於繞線架穿孔32內相互連接時，如第1圖所示，第二插設部315相鄰於第二鐵芯22的第二磁蓋221，且第二插設部315的端緣與第二磁蓋221位於同一平面且該平面與繞線架本體31的第二壁面312平行。於本實施例中，第二插設部315更具 有第二內凹部318，第二內凹部318由第二插設部315的頂面內凹所構成，且第二內凹部318係開設有第二插孔，第2圖中雖未標示出第二插孔的位置，但可清楚知道，第二插孔的設置位置相對應於第一插孔317的設置位置。
請繼續參閱第2圖，於本實施例中，第一電路板本體51包含一體成形的第一子本體511及第二子本體512，第一子本體511的寬度W1小於第二子本體512的寬度W2，第一電路板穿孔52位於第一子本體511上，其中第一電路板本體51經由第一插設部314的底面而插設第一插孔317，而使至少部分的第一子本體511位於第一內凹部316，至少部分的第二子本體512位於第一插設部314的底面，其中第一電路板本體51的第一子本體511位於繞線架本體31的第一壁面311及第一鐵芯21的第一磁蓋211之間，而第一電路板穿孔52及繞線架穿孔32相連通，使得第一鐵芯21的第一中柱214依序穿設第一電路板穿孔52及繞線架穿孔32。第二電路板本體61包含一體成形的第三子本體611及第四子本體612，第三子本體611的寬度W3小於第四子本體612的寬度W4，第二電路板穿孔62位於第三子本體611上，其中第二電路板本體61經由第二插設部315的底面而插設第二插孔，而使至少部分的第三子本體611位於第二內凹部，至少部分的第四子本體612位於第二插設部315的底面，其中第二電路板本體61的第三子本體611位於繞線架本體31的第二壁面312及第二鐵芯22的第二磁蓋221之間，而第二電路板穿孔62及繞線架穿孔32相連通，使得第二鐵芯22的第二中柱224依序穿設第二電路板穿孔62及繞線架穿孔32。於一些實施例中，第二子本體512的寬度W2小於或等於第一子本體511的寬度W1，而使第一電路板本體51可經由第一插設部314的頂面而插設第一插孔317。且第四子本體612的寬度W4小於或等於第三子本體611的寬度W3，而使第二電路板本體61可經由第二插設部315的頂面而插設第二插孔。
當然，於一些實施例中，變壓器可不包含第一插設部314及第二插設部315，而僅需經由第一鐵芯21的第一中柱214依序穿設第一電路板穿孔52及繞線架穿孔32的方式，將第一電路板5設置於第一鐵芯21的第一磁蓋211及繞線架本體31之間，相似地，亦可僅須經由第二鐵芯22的第二中柱224依序穿設第二電路板穿孔62及繞線架穿孔32的方式，將第二電路板6設置於第二鐵芯22的第二磁蓋221及繞線架本體31之間。
綜上所述，本案的變壓器的兩個第一繞組中的其中之一第一繞組位於兩個第一繞組中的另一第一繞組及繞線架本體的外環面之間，且第二繞組位於兩個第一繞組之間，即代表兩個第一繞組中的其中之一第一繞組、第二繞組及兩個第一繞組中的另一第一繞組以層疊的方向依序設置，因此相較傳統變壓器的每一種繞組皆以不規則地繞置於磁芯，本案的變壓器的兩個第一繞組及第二繞組經由上述的排列方式可使得變壓器的漏感大幅度下降，且變壓器中的兩個第一繞組及第二繞組的排列方式具有順序性且不易交錯纏繞，使得本案的變壓器具有製程簡易而容易實現自動化、產品品質及尺寸穩定、產品共用性較佳且體積較小的優勢。
1:變壓器
2:磁芯組
21:第一鐵芯
211:第一磁蓋
212:第一磁柱
213:第二磁柱
214:第一中柱
22:第二鐵芯
221:第二磁蓋
222:第三磁柱
223:第四磁柱
224:第二中柱
3:繞線架
31:繞線架本體
311:第一壁面
312:第二壁面
314:第一插設部
315:第二插設部
316:第一內凹部
317:第一插孔
318:第二內凹部
32:繞線架穿孔
41:第一繞組
5:第一電路板
51:第一電路板本體
511:第一子本體
512:第二子本體
52:第一電路板穿孔
6:第二電路板
61:第二電路板本體
611:第三子本體
612:第四子本體
62:第二電路板穿孔
W1、W2、W3、W4:寬度

Claims (6)

  1. 一種變壓器，包含：一磁芯組，包含一第一鐵芯和一第二鐵芯；一繞線架，包含一繞線架本體、一繞線架穿孔及一繞線部，該繞線架穿孔貫穿該繞線架本體之相對兩面，該繞線部形成於該繞線架本體之一外環面；兩個第一繞組，共同構成該變壓器的一第一初級線圈，且繞設於該繞線部，其中之一該第一繞組位於另一該第一繞組及該繞線架本體之該外環面之間；一第二繞組，構成該變壓器的一第一次級線圈，且繞設於該繞線部，且位於該兩個第一繞組之間；以及至少一電路板，構成該變壓器的一第二初級線圈及一第二次級線圈，且具有一電路板穿孔，其中該電路板穿孔及該繞線架穿孔相連接，該磁芯組係部分穿設於該電路板穿孔及該繞線架穿孔。
  2. 如請求項1所述的變壓器，其中該變壓器的該至少一電路板包含一第一電路板及一第二電路板，該第一電路板位於該第一鐵芯及該繞線架本體之間，且具有一第一電路板穿孔，該第二電路板位於該第二鐵芯及該繞線架本體之間，且具有一第二電路板穿孔，其中該第一電路板穿孔、該第二電路板穿孔及該繞線架穿孔相連通，該磁芯組係部分穿設於該第一電路板穿孔、該第二電路板穿孔及該繞線架穿孔。
  3. 如請求項2所述的變壓器，其中該第一鐵芯包含一第一磁蓋、一第一磁柱、一第二磁柱及一第一中柱，該第一磁柱及該第二磁柱連接於該第一磁蓋的相對兩端，該第一中柱連接於該第一磁蓋且位於該第一磁柱及該第二磁柱之間，其中該第二鐵芯包含一第二磁蓋、一第三磁柱、一第四磁柱及一第 二中柱，該第二磁蓋及該第一磁蓋相對設置，該第三磁柱及該第四磁柱連接於該第二磁蓋的相對兩端，且該第三磁柱與該第一磁柱相連接，該第四磁柱與該第二磁柱相連接，該第二中柱連接於該第二磁蓋且位於該第三磁柱及該第四磁柱之間，且該第二中柱與該第一中柱相連接，其中該第一中柱及該第二中柱穿設於該第一電路板穿孔、該第二電路板穿孔及該繞線架穿孔。
  4. 如請求項2所述的變壓器，其中該繞線架本體具有一第一壁面、一第二壁面、一第一插設部及一第二插設部，該第一壁面及該第二壁面設置於該繞線架本體的相對兩端，且該繞線架本體之該外環面位於該第一壁面及該第二壁面之間，該繞線架穿孔貫穿該繞線架本體的該第一壁面及該第二壁面，該第一插設部連接於該繞線架本體的該第一壁面的一端，該第一插設部與該繞線架穿孔錯位設置而不覆蓋於該繞線架穿孔，該第一插設部具有一第一內凹部，該第一內凹部開設一第一插孔，該第二插設部連接於該繞線架本體的該第二壁面的一端，該第二插設部與該繞線架穿孔錯位設置而不覆蓋於該繞線架穿孔，該第二插設部具有一第二內凹部，該第二內凹部開設一第二插孔。
  5. 如請求項4所述的變壓器，其中該第一電路板具有一第一電路板本體，該第一電路板穿孔貫穿該第一電路板本體，至少部分的該第一電路板本體插設該第一插孔，其中該第一電路板位於該繞線架本體及該第一鐵芯的一第一磁蓋之間，該第二電路板具有一第二電路板本體，該第二電路板穿孔貫穿該第二電路板本體，至少部分的該第二電路板本體插設該第二插孔，其中該第二電路板位於該繞線架本體及該第二鐵芯的一第二磁蓋之間。
  6. 如請求項2所述的變壓器，其中該第一電路板構成該變壓器的該第二初級線圈，該第二電路板構成該變壓器的該第二次級線圈。
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