專利名稱：用于高頻大電流的變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于能夠用于高頻大電流的變壓器，例如它可以用作轉(zhuǎn)換器。
發(fā)明的技術(shù)背景已有技術(shù)中用于高頻大電流的變壓器的一個(gè)實(shí)例如

圖1A和1B所示。在圖1A中，一次線圈和二次線圈的帶條形導(dǎo)線纏繞在繞線筒41上。一次線圈有一個(gè)繞線起點(diǎn)42和繞線終點(diǎn)43。二次線圈有一個(gè)繞線起點(diǎn)44和繞線終點(diǎn)45。這些部件形成線圈組件47。E形的半個(gè)芯塊48和49從繞線筒41的中心孔兩側(cè)插入到該孔去，插入的程度為半個(gè)芯塊48和49的前端相互接觸上。這樣形成圖1B所示的變壓器。
如圖1B所示，變壓器的厚度H為由半個(gè)芯塊48和49所組成的芯塊厚度T與在繞線筒41兩側(cè)的線圈厚度V之和。用于大電流的變壓器線圈具有增加的截面積，結(jié)果使得線圈厚度U和V增大，這將導(dǎo)致變壓器的總厚度H增加。有時(shí)候，還設(shè)置一個(gè)與線圈緊密接觸熱敏元件例如測溫裝置。這就會(huì)在線圈層之間形成一個(gè)縫隙，導(dǎo)致進(jìn)一步增加線圈的厚度U和V。
另一個(gè)實(shí)施例如圖2所示，如圖2所示的實(shí)施例是美國專利No.5010314中所公開的變壓器，它在1991年4月23日授予A.Estrv，題為“隔離電源用的形狀矮小的板片式變壓器”。該變壓器使用板片式導(dǎo)體來纏繞線圈以減小線圈的厚度。該變壓器包括具有一個(gè)中心窗孔的印刷電路板51.形成回路的線圈導(dǎo)體53和54放置在電路板51的主表面的兩側(cè)。在通孔55上用焊接的方法使導(dǎo)體53和54串聯(lián)在一起。
該印刷電路板51有一個(gè)凸頭56，在其上設(shè)置有繞線起點(diǎn)57和繞線終點(diǎn)58。印刷電路板51的主表面的兩側(cè)放上絕緣板61和62，該絕緣板上設(shè)有相應(yīng)的窗孔59和60，并具有與除了凸頭56之外的印刷電路板51相同的形狀和尺寸。再以同樣的方式，制成疊層63。
準(zhǔn)備多個(gè)同樣的疊片并將其疊放在第一個(gè)疊片上以形成線圈組件64。將一塊板51上的繞線起點(diǎn)57與線圈組件64中相鄰的板51的繞線終點(diǎn)58焊接在一起，因此制成具有希望的導(dǎo)體圈數(shù)的一次和二次線圈。
將設(shè)有法蘭65和66的短矩形管狀繞線筒67和68從組件64的兩側(cè)插入線圈組件64的窗孔中。然后將E形高頻芯塊69和70插入到窗孔中制成變壓器。
印刷電路板51上的窗孔尺寸52、59和60以及絕緣板61和62各自的尺寸等于矩形管狀繞線筒67和68的外形尺寸。繞線筒67和68的前端面相互接觸時(shí)，法蘭65和66之間的距離等于線圈組件64的高度。芯塊69和70的中心凸出端的尺寸和形狀與繞線筒67和68的窗孔尺寸一致。
圖2中所示的變壓器的承載電流的能力取決于制在印刷電路板51上的導(dǎo)體的截面積。通常，印刷電路板技術(shù)能夠采用的導(dǎo)體最大厚度為0.1mm。制造成本與導(dǎo)體的厚度成比例。如果導(dǎo)體厚度在0.1mm左右，在制造導(dǎo)體時(shí)電路板會(huì)翹曲或變形，因此電路板本身的厚度不能小于1.0mm。將厚度為0.1mm的導(dǎo)體制成在厚度為1.0mm的印刷電路板主表面的兩側(cè)上，導(dǎo)體的截面積與線圈的截面積之比小于等于20％。
即使在導(dǎo)體的制造過程中形成的單個(gè)電路板的翹曲和變形很小，由于各個(gè)電路板的翹曲，一疊幾個(gè)這樣的電路板形成的線圈組件64也許會(huì)膨脹，因此組件64不能夠適當(dāng)?shù)胤胖迷诶@線筒67和68的法蘭65和66之間。還有，如果在相鄰的電路板之間有空隙，當(dāng)將電流接通到變壓器時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形和噪音。還有，當(dāng)供應(yīng)大電流時(shí)，形成的翹曲將減少導(dǎo)體之間焊接接頭的可靠性。因此，圖2中所示的變壓器在實(shí)際使用中會(huì)受到限制。它只能用于一次側(cè)輸入大約為200V和2A的電流。
因此，本發(fā)明的目的是提出一個(gè)可以應(yīng)付大電流的高頻薄變壓器。
對本發(fā)明的概述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，變壓器包括幾個(gè)板片式線圈元件，每個(gè)板片式線圈元件都是由金屬薄板制成。在板片式線圈元件的中心區(qū)設(shè)有一個(gè)窗孔，一條裂縫從中心窗口延伸出來。第一端頭和第二端頭設(shè)置在薄板上裂縫兩側(cè)的某個(gè)位置上。
高壓線圈是通過堆疊幾個(gè)在相鄰的線圈元件之間放置了絕緣板的線圈元件來制造的。也可以使用在其一側(cè)或者兩側(cè)表面上附著有絕緣板的線圈元件。一個(gè)線圈元件的第一端頭與相鄰線圈元件的第二端頭相連接使得堆疊中的線圈元件串聯(lián)起來。
低壓線圈由一個(gè)或者多個(gè)線圈元件制造。要使用的線圈元件的數(shù)量根據(jù)需要的圈數(shù)和需要的載流能力來決定。在特殊情況下，對于一圈低壓線圈，如果它能提供足夠的載流能力，就用一個(gè)板片式線圈元件。另一方面，如果一個(gè)線圈元件提供的載流能力不夠，可以將多個(gè)串聯(lián)連接的線圈元件象只有一圈的線圈元件的組件來使用。另外，如果需要幾圈，可以象高壓線圈一樣在相鄰的線圈元件或者線圈組件之間放置一塊絕緣板來疊放幾個(gè)線圈元件或者線圈組件。象高壓線圈一樣，也可以使用在其一側(cè)或者兩側(cè)表面上附著有絕緣板的線圈元件或者線圈組件，而無需在相鄰的線圈元件或者線圈組件之間放置一塊絕緣板。
高壓線圈和低壓線圈被疊合成在其中心有窗孔的管狀線圈組件。該線圈組件與有一部分伸到線圈組件中心窗孔中去的芯塊組合在一起。
板片式線圈元件通過螺栓、鉚釘、焊接或者銅焊等方法連接在一起。當(dāng)使用鉚接時(shí)，在端部的結(jié)合或多或少不太可靠，因而會(huì)增加電阻，但是通過在鉚接的部分上再進(jìn)行焊接可以減小在鉚接處出現(xiàn)的電阻。
芯塊應(yīng)形成“8”字形的框架，該框架包括隔開在中心凸出端兩側(cè)的兩個(gè)外側(cè)凸出端，在中心凸出端和外側(cè)凸出端之間形成窗孔。線圈組件放置在中心凸出端的周圍，使得線圈元件伸入到芯塊的窗孔中去。每個(gè)絕緣板的寬度大致等于兩個(gè)外側(cè)凸出端之間的距離，在每個(gè)絕緣板上的窗孔的形狀和尺寸與中心凸出端剖面的形狀和尺寸幾乎相同。板片式線圈元件的寬度應(yīng)小于絕緣板9的寬度。板片式線圈元件窗孔的長度和寬度應(yīng)分別大于絕緣板的窗孔長度和寬度。這樣可以防止板片式線圈與芯塊接觸上。
除了以上述方式確定板片式線圈元件和絕緣板尺寸之外，板片式線圈和絕緣板的周圍還可以包圍上一個(gè)絕緣框架。該框架在其朝里的表面上設(shè)有一個(gè)凸起，該凸起與在板片式線圈和絕緣板堆疊的外表面相應(yīng)位置上形成的凹槽相配對。該設(shè)計(jì)使得板片式線圈元件相對于絕緣板定位，同時(shí)能夠防止板片式線圈元件與芯塊的外側(cè)凸出端的內(nèi)表面相接觸。
在一個(gè)或者多個(gè)板片式線圈元件上制上一個(gè)向外伸出來的凸頭，其上設(shè)有熱敏元件以測量板片式線圈的溫度。采用這種設(shè)計(jì)，由于熱敏元件的這種安裝方式所以可以不增加線圈的厚度。
對附圖的簡要描述圖1A和1B分別為已有技術(shù)中用于高頻大電流的變壓器的一個(gè)實(shí)例的展開透視圖和側(cè)視圖；圖2為已有技術(shù)中用于高頻大電流的變壓器的另一個(gè)實(shí)例的展開透視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于高頻大電流的變壓器的展開透視圖；圖4為圖3中所示變壓器的一些主要部件放大后的透視圖；圖5A、5B和5C為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例所做的變壓器的絕緣板、板片式線圈和絕緣框架的平面視圖，圖5D為完成后的變壓器的平面視圖。
詳細(xì)描述實(shí)施例本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用于高頻大電流的變壓器如圖3所示。該變壓器包括板片式線圈元件1、2、3、4、5和6，絕緣板7、8、9、10、11、12、13、14、15、16和17，以及高頻芯塊18和19。
每個(gè)板片式線圈元件1-6例如都是由厚度為0.5mm并且有著同樣的形狀和尺寸的矩形銅板制成。每個(gè)板片式線圈元件1-6上分別設(shè)有同樣尺寸的矩形窗孔1a、2a、3a、4a、5a和6a，設(shè)置一條裂縫1b、2b、3b、4b、5b和6b將各個(gè)板片式線圈元件的一條邊例如一條短邊分成兩段。
凸頭1c、2c、3c、4c、5c和6c和凸頭1d、2d、3d、4d、5d和6d從各個(gè)縫隙1-6兩側(cè)的各板片式線圈元件的表面端部延伸出來。凸頭1c-6c形成各個(gè)板片式線圈元件1-6的第一端頭即繞線起點(diǎn)，凸頭1d-6d形成各個(gè)板片式線圈元件的第二端頭即繞線終點(diǎn)。
將板片式線圈元件1-6平形疊放在一起。使板片式線圈元件2的繞線起點(diǎn)2c放置在板片式線圈元件堆疊中板片式線圈元件1的繞線終點(diǎn)1d的上方。同樣，使板片式線圈元件3的繞線起點(diǎn)3c放置在該堆疊中的板片式線圈元件2的繞線終點(diǎn)2d的上方。至于板片式線圈元件4、5、6，在疊放板片式線圈元件時(shí)，使其凸頭處的繞線起點(diǎn)4c、5c、6c豎直對齊及繞線終點(diǎn)4d、5d、6d豎直對齊。
絕緣板7-17的厚度例如為0.2mm，并且是絕熱的，它們有著相同的形狀。在各個(gè)絕緣板7-17的中心部分制成同樣形狀的窗孔7a-17a.
板片式線圈元件1-6和絕緣板7-17按照下列順序疊放絕緣板7、8、9，板片式線圈元件1，絕緣板10，板片式線圈元件2，絕緣板11，板片式線圈元件3，絕緣板12、13、14，板片式線圈元件4、5、6，以及絕緣板15、16、17，使絕緣板15放置在板片式線圈元件6上，因而形成矩形管塊狀的線圈。
高頻芯塊18、19例如可以由鐵制造。鐵芯元件18包括隔開在中心凸出端18a兩側(cè)的外側(cè)凸出端18d和18e，在中心凸出端18a和外側(cè)凸出端18d之間以及在中心凸出端18a和外側(cè)凸出端18e之間分別形成溝槽18b和18c。同樣，高頻芯塊19包括隔開在中心凸出端19a的兩側(cè)的外側(cè)凸出端19d和19e，在中心凸出端19a和外側(cè)凸出端19d之間以及在中心凸出端19a和外側(cè)凸出端19e之間分別形成溝槽19b和19c。換句話說，每個(gè)高頻芯塊18和19都是E形的。芯塊18和19和線圈組件組合在一起，使中心凸出端18a和19a從線圈組件的兩側(cè)插入到窗孔1a-17a中去。中心凸出端18a和19a的前端末稍在窗孔1a-17a中互相接觸在一起，因此形成“8”字形的正方形的芯塊。
圖4以一種放大的方式說明了圖3中所示的板片式線圈元件1和2，絕緣板9、10、11，以及芯塊18和19。
板片式線圈元件1的長度A和寬度B稍小于絕緣板9的長度C和寬度D。板片式線圈元件1的窗孔1a長度E和寬度F稍大于絕緣板9的的窗孔9a的長度G和寬度H。因而，當(dāng)板片式線圈元件1放置到絕緣板9上就位時(shí)，絕緣板9的外周邊向外超出板片式線圈元件1的周邊，而絕緣板9的窗孔9a周圍的內(nèi)周邊向內(nèi)超出板片式線圈元件1的窗孔1a。
芯塊18的中心凸出端18a的長度J和寬度K分別等于絕緣板9的窗孔9a的長度G和寬度H。芯塊18的外側(cè)凸出端18d和18e之間的長度L等于絕緣板9的寬度D。芯塊19的尺寸與芯塊18相同。
因此，按此順序放置絕緣板7、8和9，在絕緣板9上放置板片式線圈元件1，按順序在板片式線圈元件1上放置絕緣板10、板片式線圈元件2、絕緣板11和板片式線圈元件3，按順序在板片式線圈元件3上放置絕緣板12、13和14，按順序在絕緣板14上放置板片式線圈元件4、5和6，以及按順序在板片式線圈元件6上放置絕緣板15、16和17，如圖3所示，形成上述矩形管線圈塊。然后，將芯塊18和19的中心凸出端18a和19a從線圈組件的兩側(cè)插入到由窗孔1a-17a形成的線圈組件的孔中去。此時(shí)，只有絕緣板7-17與芯塊18和19相接觸，而板片式線圈元件1-6與芯塊18和19的表面隔開。
另外，在疊放前可以通過粘接劑將絕緣板9、10、11、14和15分別粘接到板片式線圈元件1、2、3、4和6上。另外一個(gè)可以選擇的方法是在疊放之前將絕緣板附著到板片式線圈元件1、2和3的兩個(gè)主表面上。這種布置可以防止板片式線圈元件相對絕緣板偏離適當(dāng)?shù)奈恢?，因而防止了與芯塊接觸。
溝槽18b、18c、19b和19c的深度M被確定成矩形管狀線圈塊高度的一半。如果線圈塊的高度太大或者太小，通過調(diào)節(jié)絕緣板7-17的數(shù)量以獲得適當(dāng)?shù)母叨取?br> 我們已經(jīng)說過芯塊18和19的凸出端具有相同的長度，但是一個(gè)芯塊的凸出端的長度可以與另一個(gè)芯塊的凸出端的長度不同。
在組裝線圈組件和芯塊時(shí)，板片式線圈元件1的繞線終點(diǎn)1d與板片式線圈元件2的繞線起點(diǎn)2c相連接，板片式線圈元件2的繞線終點(diǎn)2d與板片式線圈元件3的繞線起點(diǎn)3c相連接，端子元器件連接到板片式線圈元件1的繞線起點(diǎn)1c與板片式線圈元件3的繞線終點(diǎn)3c上，這就完成了高壓一次側(cè)線圈。
將板片式線圈元件4、5和6的繞線起點(diǎn)4c、5c和6c連接在一起，而且將繞線終點(diǎn)4d、5d和6d也連接在一起，因此完成了低壓二次側(cè)線圈。
通過螺栓、鉚釘、焊接或者銅焊等方法，必須將板片式線圈元件可靠地連接在一起，因?yàn)榇箅娏鲿?huì)產(chǎn)生熱量。用鉚釘將板片式線圈元件連接在一起時(shí)，為了減少電阻，鉚接之后還要焊接。
在上述實(shí)施例中，當(dāng)寬度B為20mm及厚度為0.5mm的板片式線圈元件被用作板片式線圈元件1-6時(shí)，每個(gè)板片式線圈元件的截面積為10mm2，因此一次線圈能夠通過的電流為50A。至于二次線圈，它由三個(gè)板片式線圈元件并聯(lián)而成，它能夠通過的電流為150A。由于線圈組件的厚度可以小于10mm，可以做成包括芯塊在內(nèi)總高度不大于25mm的薄變壓器。
圖3中所示的板片式線圈元件5上設(shè)有凸頭5e，其上設(shè)有熱敏元件20。在圖4中，然而為了方便說明，在板片式線圈元件1上表示了凸頭1e，熱敏元件20表示成安裝在凸頭1e上。通過安裝在線圈導(dǎo)體上的熱敏元件20，能夠馬上知道線圈正確的溫度。另外，由于該凸出端做成伸在線圈組件的外面，它既可以測量線圈的溫度也可以不增加線圈的厚度。
圖5A-5D說明了本發(fā)明的另一個(gè)變壓器的實(shí)施例。
圖5A-5B中所示的板片式線圈元件1的寬度B和絕緣板9的寬度D相等。板片式線圈元件1上的窗孔1a的長度E和寬度F大于絕緣板9的窗孔9a的長度G和寬度H。在板片式線圈元件1的長邊上的某一個(gè)預(yù)定位置設(shè)有割槽31和32，在絕緣板9的長邊上的某一個(gè)預(yù)定位置也設(shè)有割槽33和34。
如圖5C所示，絕緣框架35是一個(gè)翻倒的U形梁。其高度(即與圖紙平面相垂直的方向上的尺寸)為溝槽18b、18c、19b和19c深度M的兩倍。在臂部35a和35b之間的距離N等于板片式線圈元件1的寬度B和絕緣板9的寬度D。在臂部35a和35b的外表面之間的距離0等于芯塊18的外側(cè)凸出端18d和18e的內(nèi)表面之間的距離L。凸起36和37分別做在臂部35a和35b的內(nèi)表面上。
當(dāng)板片式線圈元件和絕緣板以圖3所示的方式疊放時(shí)，割槽31和32分別與割槽33和34對齊。當(dāng)絕緣框架35安裝在堆疊周圍時(shí)，凸起36和37分別裝入對齊的割槽31和32和對齊的割槽33和34中去。
如圖5D所示，使板片式線圈元件和安裝在絕緣框架35上的絕緣板形成的堆疊與芯塊18和芯塊19(未示出)組合在一起。由于板片式線圈元件和絕緣板之間的位置關(guān)系由割槽31、32、33和34以及凸起36和37來確定，即使在板片式線圈元件和絕緣板之間的窗孔尺寸的差別很小，也可以防止板片式線圈元件與芯塊接觸。
權(quán)利要求
1.一個(gè)用于大電流的高頻變壓器包括一個(gè)高壓側(cè)的線圈，它包括幾個(gè)疊合起來的由金屬制造的板片式線圈元件和幾塊絕緣板，在每個(gè)線圈元件的中心部分都設(shè)有窗孔，一條裂縫穿過該板片式線圈元件從該窗孔延伸出來，每個(gè)板片式線圈元件都有設(shè)置在該板片式線圈元件上裂縫兩側(cè)的第一端頭和第二端頭，在每一塊絕緣板的中心部分都設(shè)有窗孔，該絕緣板被設(shè)置在疊合起來的板片式線圈元件中相鄰的元件之間，每個(gè)板片式線圈元件的第二端頭與相鄰板片式線圈元件的第一端頭相連接使得疊合起來的板片式線圈元件串聯(lián)起來；一個(gè)低壓側(cè)線圈，它包括由金屬制造的至少一個(gè)板片式線圈元件，在該板片式線圈元件的中心部分設(shè)有窗孔，一條裂縫穿過該板片式線圈元件從該窗孔延伸出來，該低壓側(cè)線圈放置在高壓側(cè)線圈之上；以及一個(gè)穿過該高壓側(cè)和低壓側(cè)線圈中窗孔的芯塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于大電流的高頻變壓器，其中每個(gè)板片式線圈元件的第二端頭與相鄰的一塊板片式線圈元件的第一端頭的連接是通過螺栓、鉚釘、焊接或者銅焊的方法實(shí)現(xiàn)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的用于大電流的高頻變壓器，其中每個(gè)板片式線圈元件的第二端頭與相鄰的一塊板片式線圈元件的第一端頭的連接是通過鉚接然后在鉚接的部分上再進(jìn)行焊接的方法實(shí)現(xiàn)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的用于大電流的高頻變壓器，其中該芯塊設(shè)有中心凸出端和在中心凸出端兩側(cè)的外側(cè)凸出端，一個(gè)窗孔位于在中心凸出端和每個(gè)外側(cè)凸出端之間，在此形成“8”字形，該線圈放置在中心凸出端的周圍，并占住該芯塊中的窗孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的用于大電流的高頻變壓器，其中絕緣板的寬度大致等于該芯塊兩個(gè)外側(cè)凸出端之間的距離，在絕緣板上的窗孔的尺寸與該芯塊的中心凸出端截面的尺寸幾乎相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的用于大電流的高頻變壓器，其中板片式線圈元件的寬度小于絕緣板的寬度；板片式線圈元件窗孔的寬度和長度分別大于絕緣板窗孔的寬度和長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的用于大電流的高頻變壓器，其中還包括設(shè)置在板片式線圈周圍的一個(gè)絕緣框架，該框架在其內(nèi)表面上有一個(gè)凸起，該凸起與在該板片式線圈元件的相應(yīng)位置上形成的凹槽相配對，該框架的寬度大致等于芯塊的外側(cè)凸出端之間的距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的用于大電流的高頻變壓器，其中至少一塊板片式線圈元件上設(shè)有外伸的凸頭，其該凸頭上設(shè)有熱敏元件。
全文摘要
一個(gè)用于大電流的高頻變壓器包括一疊多塊金屬板片式線圈元件,在每個(gè)板片式線圈元件的中心部分都設(shè)有窗孔。一條裂縫從每個(gè)板片式線圈元件的窗孔延伸出來。在該裂縫兩側(cè)的某位置上都設(shè)置有第一端頭和第二端頭。在其中心部分設(shè)有窗孔的絕緣板被設(shè)置在相鄰的板片式線圈元件之間。一些板片式線圈元件串聯(lián)起來形成高壓側(cè)的線圈,其余的板片式線圈元件并聯(lián)起來形成低壓側(cè)的線圈。將一個(gè)8字形的高頻芯塊與該線圈組合在一起。
文檔編號H01F30/00GK1357897SQ01143119
公開日2002年7月10日 申請日期2001年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月8日
發(fā)明者藤吉敏一, 加藤岡正男, 池田哲朗, 森本健次, 石井秀雄 申請人:株式會(huì)社三社電機(jī)制作所