箔繞組脈衝變壓器的製作方法

2023-04-27 02:09:46

專利名稱：箔繞組脈衝變壓器的製作方法
技術領域：
本發明涉及脈衝變壓器、 一種新穎的線圏裝置以及有效地製作具 有這種線圏裝置的脈衝變壓器的方法。
技術背景幾乎在所有的工業領域中都可以發現電力系統的存在，它們通常 包括可控制地向預定載荷傳遞能量或電力的某種形式的電路。通常用 於電力系統的特殊例子是電力調節器，所述電力調節器可被認為是控 制電能流動的裝置。當電力調節器用於產生電脈衝時，它也通常被稱 為脈沖調製器或脈衝發生器。在最普通的形式中，電力調節器將大功 率的電脈沖傳遞給特定的載荷。例如，大功率的電脈衝用於給電子加 速器系統和/或微波振蕩系統中的微波放大器電子管供電以便應用， 例如用於醫療放射和無線電探測器中。電力調節器的關鍵部件是脈沖變壓器，其主要包括變壓器鐵芯、 一個或多個初級繞組和一個或多個次級繞組。所述脈沖變壓器將脈衝 能量從初級側傳遞到次級側，通常電壓和電流發生變化。所述變壓器 鐵芯由某些磁性材料製成，所述繞組通常由銅線製成。在使用中，所 述變壓器通常被放置在脈衝變壓器箱內，在那裡一種適合的流體(例 如油)能夠有效冷卻所述部件並且提供電絕緣。用於幾微秒範圍短脈沖的變壓器鐵芯通常由矽鋼纏繞帶構成。這種帶子典型地只有0.05mm厚。這對於減少鐵芯的損耗是必要的。為 了這種線圏/繞組的實際應用，所述鐵芯通常被分成兩半。當兩個部 分重新連接時，留下的間隙必須最小，因此所迷表面必須是平的並且 能夠被蝕刻以便消除帶層之間的短路。由於上述原因，在所述兩個對 半的部分之間也必須是薄絕緣。 發明內容本發明克服了現有技術裝置中的這些和其他的缺點。 本發明的主要目的是提供改進的脈沖變壓器設計。 本發明的還有一個目的是提供製造脈沖變壓器裝置的新穎方法。 本發明提出了一種設計脈沖變壓器裝置的新方法。常規方法是將 變壓器鐵芯切割成兩半，在切割後的鐵芯上插入繞組並且將兩個對半 的鐵芯重新連接，同時使兩個對半之間的間隙最小。另一方面，本發 明提供了 一種脈衝變壓器裝置，所述脈衝變壓器裝置由未切割的脈沖 變壓器鐵芯和包括多個絕緣導電帶的箔繞組形成，所述絕緣導電帶圍 繞所述鐵芯設置並且端部是箔繞組終端，以形成一套多個獨立的初級 繞組。該新穎的設計方法包括幾個優點。由於很容易將所述箔繞組插到 鐵芯上，因此所述箔繞組不需要切割鐵芯。裝配多個初級繞組的工作大大減少了。除了不需要切割鐵芯的費用外，它還帶來了減少了 DC 復位電流、減少了電源短路的危險、避免了由於潛在高頻交流電阻問 題帶來的過大損耗的進一步的優點。優選的是，所述多個初級繞組和它們的終端可形成於附著在絕緣 箔上的單個導電箔上。有利的是，所述多帶式箔繞組僅僅需要圍繞所 述未切割的變壓器鐵芯纏繞一單圏來形成多個具有適於連接的端部端 子的獨立(也就是彼此絕緣)的初級繞組。然後所述連接可以通過例 如簡單地將標準的多插頭連接器或任何其他常規連接裝置連接到導電 箔片的端部上來完成。當圍繞鐵芯纏繞所述箔片並且將匯集的端部焊接在一起以形成具 有單個開始端和單個終止端的次級繞組時，能夠通過將多帶式箔繞組的線圖案移位一個帶子來有效地形成次級繞組。 本發明提供了至少下述優點 節約成本的設計。 減少了生產成本。 減少了直流電復位電流。 減少了電短路的風險。避免了由於潛在的高頻交流電阻問題帶來的過度損耗。 降低了電感並減少了電火花的危險。當閱讀下文具體實施例的描述時，將會了解到本發明提供的其他 優點。


本發明的新穎特徵將在所附權利要求中描述。然而，當結合本發 明的附圖閱讀時，通過參考下文中特定實施例的描述，本發明自身以及它的優點和其他特徵將會得到更好的理解。其中圖1為根據本發明一個優選實施例的脈沖變壓器的例子的示意圖。圖2說明了根據本發明 一 個示例性實施例的多帶式箔繞組。 圖3為製造根據本發明的示例性實施例的脈沖變壓器的流程圖。 圖4說明了根據本發明另一個示例性實施例的繞組。 圖5說明了根據本發明一個示例性實施例的具有多個初級箔繞組 的變壓器。圖6A-B說明了根據本發明一個優選實施例的具有新穎的箔式 初級繞組的變壓器的不同視圖。
具體實施方式
為了更好地理解本發明，從分析設計脈沖變壓器的常規方法開始 或許是有益的。考慮到所述線圏/繞組的實際應用，所述繞組通常被分割成兩個 等份。當將所述兩等份連接時，留下的間隙必須最小，因此所述表面 必須是平的並且能夠被蝕刻以便消除所述帶層之間的短路。由於這個 原因，所述兩半之間也必須是薄絕緣。然而，發明人已經認識到，引入切割方法對變壓器的性能有某些 影響。例如，假定在所述切割處保留的間隙約為0.05mm,那麼將需要 幾個H-field (如80安匝)以便穿過所述間隙驅動一個T場。使剩餘 場在零電流時接近零，留下如1T至1.5T場用於所述脈沖，這是本發明的優點。沒有間隙時所述剩餘場可為IT左右，只留下0T至0.5T 用於所述脈沖。然而，為了有效利用這些鐵芯，通常對一個額外的繞 組施加直流電以便將零初級電流的場偏移至約為1T至1.5T的負場。 由此留下一個可達3T的場擺用於所迷脈衝。所述間隙需要這些電流 的大部分，並因此具有需要更大的電流供應所述部件的負效應。沒有 切割時，所述直流復位電流通常被減少4倍。除了由於切割鐵芯帶來 的額外費用外，還存在增加短路的風險。利用幾個初級供電(primary supply)的脈衝變壓器通常產生幾 個初級繞組，例如美國專利申請號為US5，905，646，也是國際公開號為 W098 / 28845A1 ，國際申請號為PCT / SE97 / 02139的PCT申請中 公開的，以及美國專利申請號為US6，741，484，也是國際公開號為 WO03/061125Al，國際申請號為PCT/ SE02 / 02398的PCT國際申 請中公開的。在常規技術條件下，裝配所有這些繞組以及連接這些繞 組的工作是費時和費錢的。因此存在改善脈衝變壓器設計的需要。本發明的基本思想是提供一種脈沖變壓器裝置，其基於沒有切割 的脈沖變壓器鐵芯和至少 一個具有多個絕緣導電帶的箔繞組，所述絕 緣導電帶圍繞所述鐵芯設置並且端部是箔繞組終端，以形成多個獨立 的初級繞組。在圖l示意性說明的實施例中，所述脈沖變壓器IOO基本包括未 切割的鐵芯110、兩個箔繞組120-A， 120-B和兩個次級繞組130-A， 130-B。每個箔繞組120具有多個圍繞所述鐵芯設置以便以"多線"的圖案形成多個獨立的初級繞組的絕緣導電帶。每個箔繞組也可被稱為 具有多線圖案的初級箔繞組。在本發明的一個優選實施例中，所述多個初級繞組和它們的終端 形成在附著於絕緣箔上的單個導電箔上。所述導電箔由某種適合的導 電材料，例如銅製成。通常地，多帶式箔繞組120僅僅需要圍繞所述 未切割的變壓器鐵芯纏繞一單圏來形成一組具有適於連接的端部終端 的獨立的(也就是彼此絕緣)初級繞組。所述多個導電帶通常彼此絕緣並且圍繞所述鐵芯延伸。所述"線"(導電帶)最好利用普通的光化學方法，例如通過使用 標準的印刷電路板製造技術成形於導電箔上。在本發明的一個優選的示例性實施例中，利用所述箔技術，所述 初級繞組和它們的終端形成於單個導電箔(附著於絕緣箔上)上，並且通過連接例如多插頭連接器(例如15個插頭)使連接非常簡單。這 是本發明提供的另一個主要優點。儘管從製造的方面來看所述多插頭 連接器具有非常高的效率，但是實際上也可以使用任何其他的經濟可 用的連接部件，例如焊接在印刷電路板或焊接到導線中的常規接線盒。具有箔繞組的另 一個優點在於可以利用幾乎連續的電流片 (current sheet)來容易地覆蓋所述鐵芯開口的整個長度，所述電流 片能夠提供均勻的電場分配。這減少了電感並減少了電火花的危險。由於能夠不費力地將箔繞組插到鐵芯上，因此製造箔繞組不需要 切割鐵芯。裝配多個初級繞組的工作很大程度上減少了。除了切割鐵 芯的成本減少了之外，這還帶來了減少了直流復位電流和減少了電短 路的風險的其他優點。新繞組方法的次要效果在於由於潛在的高頻交 流電阻問題帶來的高損耗被避免了 。所述次級繞組可為任何的常規繞組並且最好是多圈次級繞組。這樣的箔繞組可從現有技術[l-4中獲知，但是它們用於不同的應 用目的並且具有不同於本發明的設計原理。在參考[11中，以單片箔形式的箔繞組圍繞常規鐵芯纏繞成多層， 在層間具有適合的繞組間絕緣。參考[2涉及一種用於高壓電視傳輸線路變壓器的低壓箔繞組。所 述箔繞組圍繞鐵芯設置，並且繞組層藉助於與導電箔同步纏繞的絕緣 帶彼此絕緣。所述導電箔形成不間斷的導電錶面以便中央部分的場線 平行於所述繞組延伸。參考[3涉及一種由電力變壓器箔的繞組的導電箔形成的電源導 體。所述電源導體形成為位於箔繞組一端的旗狀摺疊端片的導電疊層， 並且代表一種由較寬的箔片提供窄疊層形成的終端的簡單方法。參考[4j涉及一種用於變壓器和感應器的自引線箔繞組(self lead foil winding)。常規多層箔繞組的端部被切割成旗形部分，所述旗形 部分是摺疊的或者以其他方式形成的以便形成疊層的自引線。所述旗 形部分足夠長以便形成的疊層自引線能夠到達安裝板以便有效地將變 壓器安裝到所述板上。圖2說明了根據本發明一個示例性實施例的繞組。合適的導電材 料(例如銅)的箔被附著在絕緣材料(例如塑料)箔上，並且導電箔 帶例如通過使用常規的蝕刻技術以適合的線圖案形成。圖2中的箔繞 組120特別適合於多個初級繞組。分離的多個導電帶或金屬線最好始 終沿著箔繞組延伸。優選是，所述初級箔繞組圍繞所述變壓器鐵芯纏 繞一單圏，然後所述繞組的一端以45度角摺疊(如圖2中的虛線所示) 並且另一端被構造成旋轉大約90度，這樣當兩端最終匯集在一起時， 引入電流的導體(輸入端子)可被設置成非常靠近電流流出的導體(輸 出端子)。這可減少洩漏場。應該理解，儘管由所述箔形成的初級繞組彼此絕緣，但是為了特 殊類型的工作，在箔繞組上的兩個或多個導電片可以平行連接。圖3為根據本發明一個實施例的脈衝變壓器的製造方法的流程 圖。第一步(Sl)為提供未切割的脈衝變壓器鐵芯。下一步(S2)為 形成具有多個絕緣導電帶的脈沖變壓器箔繞組，所述絕緣導電帶的端 部是箔繞組終端，以形成一套限定的多個獨立的初級繞組。例如，所 述多帶式箔繞組最好通過在絕緣材料箔上附著導電材料箔並且在導電 箔上以線圖案形成多個導電帶來形成。隨後，用於形成多個初級繞組 的多帶式箔繞組被纏繞在未切割的變壓器鐵芯上(S3)。任選地，多個 導電帶的終端或端部被連接到多插頭連接器或類似連接部件上以便為 所述多個初級繞組提供連接。圖4說明了根據本發明另一個實施例的繞組。所述繞組的結構非 常適合作為次級繞組的起點。當圍繞所述鐵芯纏繞(通常整體形狀為 錐形)所述箔並且匯集端部被焊接在一起以便形成所述繞組時，所述 箔上的"線圖案"最好移位一個帶子，如圖中虛線所示。偏移一條帶子為所述繞組提供了自然的起動端(輸入)和終止端(輸出)。目前，超過0.05mm厚的箔在貿易市場上不容易獲得。如果在制 造所迷繞組的過程中不增加幾層箔，那麼這或許會限制所迷變壓器的 平均功率。圖5說明了具有初級箔繞組而沒有次級繞組的變壓器。請注意， 圖5中的變壓器具有兩個鐵芯柱，由於巧妙和有效的45度摺疊，所示 的其中一個鐵芯柱上的初級繞組沒有連接器以顯示輸入導體和輸出導體之間的緊密程度，而在另一個鐵芯柱上的初級繞組連接在多插頭連 接器上。圖6A-B顯示了具有新穎的箔式初級繞組的完整變壓器的不同視 圖。在該特殊應用中，所述次級繞組為常規的金屬線式繞組。這裡當 然不會阻止所述次級繞組為箔式繞組。根據本發明的優選實施例，初級繞組和次級繞組中的至少一個由 某種附著在圍繞軛鐵纏繞的絕緣材料上的適合導電材料(例如銅)的箔製成。如果脈衝變壓器具有多於一個的變壓器鐵芯，可以在每個變壓器 鐵芯上應用具有一個或多個箔繞組的本發明的方法。上述實施例僅僅是作為例子給出的，應該理解本發明不會限制於 此。包含本文描述的本發明基本方法的進一步修改和改變都會落入本 發明的保護範圍。參考文獻[1 ]"Aluminium and Copper Foil Transformers" ， Technical Information, ElectroCube， www.electrocube.com, 2006年8月。 [2] 美國專利US4，086，552 [3] 美國專利US5，805，045 [4] 美國專利US6，930，58權利要求
1、一種脈衝變壓器裝置，包括未切割的脈衝變壓器鐵芯；和箔繞組，所述箔繞組包括多個圍繞所述未切割的脈衝變壓器鐵芯設置並且端部是箔繞組終端以形成多個獨立初級繞組的絕緣導電帶。
2、 根據權利要求l所述的脈衝變壓器裝置，其特徵在於，多帶式 箔繞組圍繞所述未切割鐵芯纏繞一 圏，所述多個導電帶彼此絕緣並且 圍繞所述鐵芯延伸。
3、 根據權利要求1或2所述的脈沖變壓器裝置，其特徵在於，所 述多個導電帶以金屬線的方式形成於附著在絕緣材料箔上的導電材料 箔上。
4、 根據權利要求1或2所述的脈衝變壓器裝置，其特徵在於，所 述多個導電帶的終端被連接到多插頭連接器上以便提供箔繞組連接 器。
5、 根據權利要求4所述的脈衝變壓器裝置，其特徵在於，所述多 帶式箔繞組由適於標準多插頭連接器的柔性印刷電路板製成。
6、 根據權利要求1或2所述的脈衝變壓器裝置，其特徵在於，所 述箔繞組基本覆蓋所述變壓器鐵芯開口的整個長度以便提供電場的均 勻分配。
7、 根據權利要求l所述的脈沖變壓器裝置，其特徵在於，在操作 時，所述多導電帶的至少一個附屬部件被平行連接。
8、 根據權利要求1或2所述的脈衝變壓器裝置，其特徵在於，所 述箔繞組圍繞所述變壓器鐵芯纏繞，所述箔繞組的一端以大約45度角 被摺疊並且另一端旋轉約90度，這樣當所述箔繞組的兩個端部匯合 時，輸入端可以非常緊密地靠近輸出端。
9、 根據權利要求1所述的脈沖變壓器裝置，進一步包括一個圍繞 鐵芯的次級繞組。
10、 根據權利要求9所述的脈衝變壓器裝置，其特徵在於，所述次級繞組由附加的多帶式箔繞組形成，其中當所述箔圍繞所述鐵芯纏 繞並且匯合端被焊接在一起以便形成具有開始端和終止端的次級繞組 時，所述附加多帶式箔繞組的金屬線形式可由一個帶子替換。
11、 一種製造脈沖變壓器裝置的方法，所述方法包括步驟 提供未切割的脈沖變壓器鐵芯；形成具有多個絕緣導電帶的脈沖變壓器箔繞組，所述絕緣導電帶 的端部是箔繞組終端，以形成多個獨立的初級繞組；圍繞所述未切割變壓器鐵芯纏繞用於形成多個初級繞組的多帶式 箔繞組。
12、 根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述多帶式箔繞 組圍繞所述未切割變壓器鐵芯纏繞一 圈，所述多個導電帶彼此絕緣並 且圍繞所述鐵芯延伸。
13、 根據權利要求11或12所述的方法，其特徵在於，所述加工 具有多個絕緣導電帶的脈衝變壓器箔繞組的步驟包括步驟在絕緣材料箔上附著導電材料箔；和 在所述導電箔上以金屬線形式形成多個導電帶。
14、 根據權利要求ll或12所述的方法，其特徵在於，所述多個 導電帶的端部被連接到多插頭連接器上以便為所述多個初級繞組提供 連接。
15、 根據權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述多帶式箔繞 組由適於標準多插頭連接器的柔性印刷電路板製成。
16、 根據權利要求11或12所述的方法，其特徵在於，所述多帶 式箔繞組基本覆蓋所述變壓器鐵芯開口的全部長度以便提供電場的均 勻分配。
17、 根據權利要求11或12所述的方法，進一步包括摺疊步驟， 將所述多帶式箔繞組圍繞所述未切割變壓器鐵芯纏繞之後，所述箔繞 組的一端以大約45度摺疊並且另一端旋轉大約90度，這樣當所述箔 繞組的兩端匯聚時輸入端可以緊密靠近輸出端。
18、 根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述次級繞組進一步圍繞所述變壓器鐵芯纏繞。
19、根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述次級繞組由 附加的多帶式箔繞組形成，當所述箔圍繞鐵芯纏繞並且匯聚端被焊接 在一起以便形成具有開始端和終止端的次級繞組時，所述附加多帶式 繞組的金屬線形式可由一條帶子替換。
全文摘要
一種脈衝變壓器裝置(100)，其由未切割的脈衝變壓器鐵芯(110)和至少一個箔繞組(120-A，120-B)形成，所述箔繞組(每個)包括多個絕緣導電帶，所述絕緣導電帶圍繞所述鐵芯設置並且端部是箔繞組終端，以形成多個獨立的初級繞組。這種新的設計原理具有幾個優點。由於很容易將所述箔繞組插到鐵芯上，因此形成所述箔繞組不需要切割鐵芯。裝配多個初級繞組的工作大大減少了。除了不需要切割鐵芯的費用外，它還帶來了減少了DC復位電流、減少了電源短路的危險、避免了由於潛在的高頻交流電阻問題帶來的過大損耗的進一步的優點。
文檔編號H01F27/28GK101268532SQ200680034669
公開日2008年9月17日 申請日期2006年9月18日 優先權日2005年9月20日
發明者B·安德貝裡, M·R·林霍爾姆 申請人:斯堪的諾維亞系統公司