具有低的繞組間電容的線圈形式的製作方法

2023-05-31 01:35:36

本發明涉及一種線圈形式。特別地，本發明涉及一種呈現低的繞組間電容的線圈形式。這種線圈形式可以用在包括導體在內的各種應用中，這種線圈形式尤其旨在用於變壓器中。

背景技術：

在線圈形式中，繞組間電容是由於下述事實產生的：線圈形式中的線圈上的電壓下降導致線圈中的相鄰的各導體繞組之間存在電壓。這些導體繞組之間的電絕緣結構充當形成某種形式的電容器的介電部，這種電容器的電極是相鄰的導體繞組並被加載以相鄰的導體繞組之間的電壓。由此，繞組間電容的關聯性隨著相鄰的導體繞組之間的電壓的增加而增加。

存在多種用於線圈形式的、用於減小相鄰的各繞組之間的電壓的已知的繞組布置，所述繞組布置例如參見us4,454,492a和us7,271,691b2。

此外，已知的是，提供一線軸，線圈形式中的導體繞組在具有分隔壁的情況下纏繞在該線軸上。在這種線軸上形成的線圈形式包括多個彼此通過分隔壁分隔的導體繞組。在具有n組導體繞組的情況下，每組導體繞組中的相鄰的繞組之間的最大電壓與沒有間隔壁的線軸相比限制為1/n。包括具有分隔壁的線軸的變壓器例如在us3,843,903a1中披露，其中，所述分隔壁用於兩種線圈形式，這兩種線圈形式提供初級繞組和次級繞組。

b.somanathannair:「電子裝置和應用(electronicdevicesandapplications)」，philearningpvt.ltd.,2006，公開了一種所謂的間隔布置的繞組層以用作減小繞組間電容的手段，其中，線軸上的每層導體繞組在施加下一層導體繞組前被間隔件覆蓋。

除了繞組間電容之外，線圈的繞組電阻在線圈形式的大多數應用中、尤其在高頻裝置的情況下高度關聯。通常而言，繞組電阻應當儘可能地低。在高頻裝置的情況下特別存在的一個問題是：繞組端由於接觸電阻的增加而造成的功率損失的增加並由此損害線圈形式的性能。通常而言，導體段之間的每個端和焊接接點會顯著增加繞組電阻。

與線圈形式相關的另一方面是對稱性。只有線圈形式具有完美對稱的繞組布置才能提供均勻且平衡的磁場分布以縮窄漏電感分布(leakageinductancespread)並減小電磁幹擾(emi)。

在用於線圈形式的已知的對稱的繞組布置中，一個線圈的導體繞組是由兩個導體段在位於線軸的中央處的分隔壁的相反的兩側上纏繞的。這兩個導體段所形成的導體繞組從線軸的遠離的端部處開始，並且它們在線軸的中央處連接。由此，除了將線圈連接至連接引線的焊接接點之外，還在線圈內具有附加的焊接接點。

用於視頻設備的、提供初級繞組與次級繞組之間的電隔離並包括獨立權利要求1的前序部分的特徵的高電壓變壓器從us4,967,121a知曉。初級繞組纏繞在第一線軸上，而次級繞組纏繞在另外的第二線軸上，第二線軸以提供物理隔離阻擋的線軸結構環繞第一線軸。高電壓或第三繞組纏繞在配合於初級和次級線軸結構上的高電壓線軸上。

us2009/0066290a1公開了一種電池充電器，所述電池充電器具有高頻變壓器，所述高頻變壓器包括獨立權利要求1的前序部分的特徵。高頻變壓器具有線軸，線軸提供具有中心軸線的第一線圈繞組表面。第一線圈繞著第一線圈繞組表面纏繞。第二線圈磁耦合至第一線圈並纏繞至第一線圈。還可以具有第三線圈。絕緣罩位於第一線圈上，並且第二和第三線圈繞著絕緣罩纏繞，同時第二線圈在第三線圈的頂部上纏繞。

us5,559,486a、wo2008/025683a1、us4,510,478a、us4,234,856a、ep0666579a1、us2002/0175798a1和us2009/0261934a1公開了用於具有初級和次級繞組的變壓器的另外的線圈形式，初級繞組和次級繞組中的每一個由根據獨立權利要求1的前序部分的特徵的線軸機械支撐。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種具有尤為低的繞組間電容的線圈形式，這種線圈形式適合於在隔開的導體段之間沒有附加的焊接接點的對稱的繞組布置。

根據本發明，本發明的目的是通過一種包括獨立權利要求1的特徵的線圈形式來實現的。從屬權利要求2至9涉及根據本發明的線圈形式的優選實施例。權利要求10涉及一種變壓器，所述變壓器包括本發明的線圈形式以用作它的初級繞組或次級繞組中的任何一個。權利要求11至13涉及根據本發明的變壓器的優選實施例。

根據本發明，線圈形式包括線軸和線圈，所述線軸由電絕緣材料製成並包括管段式壁，並且線圈由線軸機械地支撐並包括位於壁的外側上的第一組導體繞組，其特徵在於，線圈還包括位於壁的內側上的第二組繞組。

管段式壁可以為各種橫截面，所述各種橫截面包括具有或沒有倒圓的邊緣的圓形、橢圓形、扁圓形和矩形的橫截面。線圈形式的線軸支撐線圈形式的線圈。這種線圈包括位於壁的外側上的第一組導體繞組和位於壁的內側上的第二組導體繞組，以使得第一組導體繞組和第二組導體繞組通過由電絕緣材料製成的壁分隔開。因此，根據本發明的線圈形式的線圈甚至在沒有從線軸的壁的外側延伸的任何分隔壁的情況下分隔開。而是，由絕大多數線軸自身包含的壁來提供這種分隔。

在根據本發明的線圈形式中，線軸的將第一組導體繞組相對於第二組導體繞組隔開的壁並非僅僅是絕緣層，而實際上，該壁在壁的外側上支撐第一組導體繞組並在壁的內側上支撐第二組導體繞組。為了通過壁來支撐第二組導體繞組，導體可以以一定方式固定至壁的內側。然而，在利用實心導線作為導體的情況下，纏繞的線之間的彈性以及它的在纏繞後的回彈效應往往足以將第二組繞組力配合至壁的內側。

在線圈形式的一個實施例中，第一組導體繞組和第二組導體繞組由單一的連續的導體段形成。所述單一的連續的導體段在線軸的兩端中的一端處經過壁。在這種情況下，口可以提供在線軸的兩端中的一端處，連續的導體段在所述口處經過壁以實現並簡化這種經過。替代地，所述單一的連續的導體段也可以在與線軸的兩端中的一端具有一定距離的區段處穿過壁。在這種情況下，用於供連續的導體段穿過的槽口或孔可以設置在壁上。槽口從線軸的兩端中的一端處開始，沿著線軸的長度延伸至線軸的中間段，並可以遠離線軸的兩端中的那一端地延伸一限定的距離。由此，第一組導體繞組與第二組導體繞組之間沒有焊接接點來增加線圈的繞組電阻。例如，第二組導體繞組可以先纏繞在附屬線軸上。然後，線軸可以放置在第二組導體繞組上以包圍所述附屬線軸。隨後，第一組導體繞組可以纏繞在線軸的壁的外側上。在將線軸放置在第二組導體繞組上之後的任何時間，纏繞力可以被釋放，從而導體的彈性將第二組導體繞組力配合至線軸的壁的內側。隨後，所述附屬線軸可以被容易地移走。

為了提供對稱的繞組布置，可以除了第一組導體繞組之外還在線軸的壁的外側上提供第三組導體繞組，第一組、第二組和第三組導體繞組由單一的連續的導體段形成。優選地，單一的連續的導體段在線軸的一端或兩端處經過壁。在單一的連續的導體段在線軸的兩端處經過壁的情況下，建立了對稱的繞組布置而無需在線圈內設置任何焊接接點。

第一組導體繞組和第三組導體繞組可以被線軸的從壁的外側徑向延伸的凸緣隔開。該凸緣將適當地布置在線軸的長度的中間。該凸緣並不是分隔壁，因為它沒有將線圈分成部分線圈，而是使線圈的第一繞組和最後的繞組彼此電絕緣。

用於電連接線圈的兩端的連接引線可以連接至位於線軸的所述凸緣的相反側上的第一組繞組和第三組繞組的末端。這些連接引線即使在相同方向上遠離線軸地延伸，也可以在繞著線軸的周向上具有間隔地布置。

連接引線可以延伸穿過絕緣殼體的單獨的通道，所述絕緣殼體機械連接至線軸並提供下述連接引線之間的充分電絕緣：施加至線圈或在線圈中感應出的全電壓存在於這些連接引線之間。一般而言，用於連接引線的、提供充分絕緣的任何絕緣殼體可以被使用。

在根據本發明的線圈形式中，線軸在它的一端處可包括從壁的外側徑向延伸的端部凸緣。該端部凸緣可包括口，導體在線軸的該端處經過壁時延伸穿過所述口。端部凸緣不僅將相鄰的第一組導體繞組或第三組導體繞組保持或固定在壁的外側上，端部凸緣還通過導體經過凸緣而將第二組導體繞組固定。這種端部凸緣可以提供在壁的兩端處，從而通過導體在第二組導體繞組的兩端處經過端部凸緣來固定第二組導體繞組。除了端部凸緣之外，口或槽口可以提供在線軸的兩端處以實現和/或簡化連續的導體段對壁的穿過。無需說明的是，上文所述的對於單一口或單一槽口的任何特徵也適用於線軸的兩端處的口或槽口。

在根據本發明的線圈形式中，每組導體繞組中的導體繞組可以布置成多層。然而，如果每組導體繞組僅包括位於壁的內側或外側中的相應的一側上的一層導體繞組，那麼可以建立最小的繞組間電容。在第二組導體繞組布置在壁的內側上的情況下，只有一層繞組有助於藉助形成繞組的纏繞的導線的彈性和回彈效應來將第二組繞組固定在壁的內側上。在根據本發明的線圈形式中，每組導體繞組僅包括位於壁的相應的內側或外側上的一層導體繞組，每個導體繞組直接由線軸支撐而沒有由在前的導體繞組層支撐，在多層線圈設計的情況下，導體繞組可能由在前的導體繞組層支撐。因此，在本發明的線圈形式中，每組導體繞組內的每個導體組的位置以最優的方式限定並不會受到在前的導體繞組的位置的影響。這帶來線圈形式的製造中優化的過程能力。這還帶來對於包括特定的線圈形式設計的各線圈形式的磁特性的優化的再現能力。

根據本發明的變壓器包括根據本發明的線圈形式以用作它的初級繞組或次級繞組中的任一個。

變壓器的初級繞組或次級繞組中的另一個可包括由導體繞組形成的另外的線圈，該導體繞組纏繞在由電絕緣材料製成的另外的線軸的第一管段式壁的外側上。所述另外的線軸還可包括被第一管段式壁包圍的第二管段式壁。所述另外的線軸的這種第二管段式壁可適於將根據本發明的線圈形式支撐在所述另外的線圈內。由此，所述另外的線軸不僅支撐所述另外的線圈，而且還限定變壓器的初級繞組與次級繞組的相對布置。通常而言，線軸和所述另外的線軸由合成樹脂製成並且通過注射成型工藝製造。由此，線軸和所述另外的線軸的幾何設計可以極為精確地製造，即在極小的公差內製造。這繼而對於變壓器的初級繞組和次級繞組的相對布置是有利的。在這種布置中，變壓器的次級繞組可以是內繞組，即可以由根據本發明的線圈形式來提供。

在根據本發明的變壓器中，根據本發明的線圈形式與所述另外的線軸的第一管段式壁之間的間隙可以填充以灌封材料。這種灌封材料還可以將變壓器的初級繞組和次級繞組封圍在變壓器殼體內，即將這兩個繞組固定在變壓器殼體內。選擇性地，灌封材料可以僅填充根據本發明的線圈形式與所述另外的線軸的第一管段式壁之間的間隙。在這種情況下，如果無論出於任何原因不需要這種封圍結構的話，那麼它只封圍次級(內)繞組但沒有封圍初級(外)繞組。

變壓器可以特別地用作高頻變壓器。更特別地，變壓器可以用在諧振運行的dc/dc轉換器中。

本發明的有利擴展從權利要求、說明書以及附圖得到。在說明書的前面提到的特徵以及多個特徵的組合的優點僅用作示例並可以替代地或累加地使用而無需根據本發明的實施例必須獲得這些優點。不改變由所附的權利要求所限定的保護範圍，下述內容適用於原始申請和專利的公開內容：從附圖獲得的、尤其從多個構件相對於彼此的圖示的設計和尺寸另外的特徵、以及從它們的相對布置和它們的操作連接獲得的內容。本發明的不同實施例的特徵的組合或不同權利要求獨立於所引用的權利要求的特徵的組合也是可能的，並且有動機將這些特徵組合。這還涉及在不同附圖中示出的特徵，或者在描述這些不同的附圖時所涉及的特徵。這些特徵也可以與不同權利要求的特徵組合。此外，還可能的是，本發明的另外的實施例可以不具有在權利要求中提及的特徵。

權利要求和說明書中提及的特徵的數量可以被理解成覆蓋所提及的恰好數目或大於所提及的數目而無需明確使用副詞「至少」。例如，如果提及一組導體繞組，那麼可以理解成存在恰好一組導體繞組或存在兩組導體繞組或兩組以上導體繞組。附加的特徵可以添加至這些特徵，或者這些特徵可以是相應產品的全部特徵。

權利要求中的附圖標記不限制權利要求所保護的範圍。它們唯一的功能是使得權利要求更易於理解。

附圖說明

在下文中，本發明參考附圖示出的優選示例性實施例被進一步解釋和說明。

圖1是剖切根據本發明的線圈形式的線軸的壁以及位於壁的內側和外側上的多組繞組所得到的剖視圖。

圖2是根據圖1的線圈形式的完整立體圖；以及

圖3是包括根據圖1和2的線圈形式的變壓器的立體圖。

具體實施方式

在根據圖1和2的線圈形式中，由實心導線3形成的單一的連續的導體段2在由電絕緣材料5製成的線軸4內並繞著線軸4纏繞。線軸4包括管段式壁6、中央凸緣7和兩個端部凸緣8和9，中央凸緣7由所述材料5製成並從壁6的外側徑向延伸，所述兩個端部凸緣8和9也由所述材料5製成並從壁6的外側徑向延伸。從起始部10開始，連續的導體段2首先在壁6的外側上形成第一組導體繞組11。然後，連續的導體段2經過端部凸緣8上的口12。然後，連續的導體段2在壁6的內側處形成第二組導體繞組13。接下來，在連續的導體段2最終直至結束部15地形成第三組導體繞組14之前，所述連續的導體段2經過端部凸緣9上的口。除了連續的導體段2的起始部10和結束部15處的連接端16和17之外，整個繞組布局關於延伸穿過中央凸緣7的對稱面18鏡像對稱。三組導體繞組11、13和14全部只包括一層繞組。第一組、第二組和第三組導體繞組11、13和14彼此通過絕緣材料5隔開。由此，在整個線圈形式1中具有n匝導體繞組的情況下，直接相鄰的或緊鄰的兩匝導體繞組之間的最大電壓減小至的連接端16和17之間的電壓的1/n。此外，包括全部三組導體繞組11、13和14的線圈的電阻沒有受到各組導體繞組11、13和14之間的任何焊接接點的影響。

圖1和圖2中示出的本發明的實施例在每組導體繞組11、13、14中僅包括一層導體繞組。在一替代實施例中，全部的導體繞組11、13、14中的至少一組、例如第一組導體繞組和第三組導體繞組包括一層以上導體繞組。為了仍然具有相對於對稱面18的最佳對稱，第一組和第三組導體繞組11、14中的層的數量和導體繞組必須相等。另一在圖中沒有示出的替代實施例只包括兩組導體繞組，其中，第一組繞組11位於線軸4的壁6的外側並且第二組繞組13位於線軸4的壁6的內側。在這種情況下，還可能的是，第一組導體繞組和第二組導體繞組11、13中的至少一組包括一層以上導體繞組。在該情況下，第一組導體繞組和第二組導體繞組不一定包括相同數量的層和/或導體繞組。在這種具體的情況下，還可能的是，第一組導體繞組和第二組導體繞組11、13包括不同數量的層和/或導體繞組，其中，由此形成的線圈形式1仍然可以提供充分均勻且平衡的磁場分布，這種磁場分布在線圈形式1用在變壓器中時縮窄漏電感分布並減少電磁影響幹擾(emi)。

在圖3示出的變壓器19中，根據圖1和2的線圈形式1提供了布置在線圈21內的次級繞組20，所述線圈21形成變壓器19的初級繞組22。線圈21包括由連續的導體段23形成的繞組，連續的導體段23也由實心導線24形成。線圈21包括多個層，所述多個層繞著另外的線軸26的在端部凸緣27和28之間延伸的第一管段式壁25纏繞。所述另外的線軸26還包括第二管段式壁29，根據圖1和2的線圈形式1布置在第二管段式壁29上，以使線圈形式1相對於初級繞組22以限定的相對位置對齊。連接端16和17被連接引線(在此不能被觀察到)連接，所述連接引線延伸穿過絕緣殼體30的分開的通道31和32，所述絕緣殼體30機械連接至線圈形式1的線軸4。

所述另外的線軸26的第二管段式壁29限定出通孔33，所述第二管段式壁29像線軸4的管段式壁6那樣可以具有各種橫截面，所述各種橫截面比如是具有或不具有倒圓的邊緣的圓形、橢圓形、扁圓形、矩形的橫截面。變壓器19可包括磁芯(圖3中未示出)，所述磁芯延伸穿過通孔33並可包括任何已知的芯幾何形狀，例如u-i或e-e芯幾何形狀。有利地，磁芯的橫截面對應於通孔33的橫截面，以在變壓器19的組裝狀態下提供磁芯與另外的線軸26之間充分的形狀配合。

圖3示出的變壓器19可以布置在變壓器殼體中，所述變壓器殼體在圖3中出於清楚起見而未示出。變壓器殼體可以由金屬製成並可以在後續電接地以用作減少由變壓器19產生的電磁輻射的電磁屏蔽結構。附加地或替代地，金屬板被提供以用作遮蓋纏繞在另外的線軸26的第一管段式壁25上的外導體繞組的電磁屏蔽結構。所述另外的線軸26的第二管段式壁29(或線圈形式1)與第一管段式壁25之間的間隙可以被填充以灌封材料。為了阻止灌封材料從該間隙的後側向外流出，所述另外的線軸26在所述另外的線軸26的一側處、例如在端部凸緣28那側處包括位於第二管段式壁29與第一管段式壁25之間的連續的壁段。這提供了下述可能性：將該間隙用作用於灌封材料的容器，並僅將灌封材料提供給次級(內)繞組20但沒有提供給初級(外)繞組22。這在下述情況下節約了材料和費用：即初級(外)繞組22例如由於它的低電壓而不需要覆蓋灌封材料。由於變壓器中的少量的灌封材料及灌封材料在變壓器中的位置，施加至變壓器的磁芯的熱應力也被消除，或至少顯著減小。然而，選擇性地還可能的是，變壓器殼體內組裝後的變壓器19整體、或至少大部分嵌設在灌封材料中，以固定初級繞組22和次級繞組20的布置並固定變壓器19在變壓器殼體中的布置內並且加強初級繞組22與次級繞組20之間以及繞組與變壓器殼體之間的電絕緣。附加地，所述另外的線軸26一側處的、位於第二管段式壁29與第一管段式壁25之間的閉合的連續的壁段確保了磁芯與次級繞組20之間該側處具有優化的隔離。由於這種隔離，磁芯可以與所述連續的壁直接接觸並由此可以在與次級繞組電隔離的情況下離次級繞組相對更近。這對於變壓器的整體構造尺寸而言是一個優點。

附圖標記列表

1線圈形式

2連續的導體段

3實心導線

4線軸

5絕緣材料

6壁

7中央凸緣

8端部凸緣

9端部凸緣

10起始部

11第一組

12口

13第二組

14第三組

15結束部

16連接端

17連接端

18對稱面

19變壓器

20次級繞組

21線圈

22初級繞組

23連續的導體段

24實心導線

25第一壁

26另外的線軸

27端部凸緣

28端部凸緣

29第二壁

30絕緣殼體

31通道

32通道

33通孔