CN201081806Y - 一种平面变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及变压器，特别涉及一种平面变压器，包括第一磁芯和第二磁芯，还包括中间设置有通孔的第一骨架、第二骨架、第一绕组和第二绕组；所述第一绕组和第二绕组交替叠放为绕组堆；所述第一骨架放置在所述绕组堆中靠顶部的第一绕组与第一磁芯之间；所述第二骨架放置在所述绕组堆中靠底部的第一绕组与第二磁芯之间；所述第一磁芯和第二磁芯通过上述通孔形成一条磁路，将第一绕组和第二绕组耦合起来；所述第一绕组采用缠绕在环形绝缘板上的三层绝缘线，所述第二绕组采用片状铜皮线圈。本实用新型平面变压器的原副方绕组的设计可降低导体的发热程度；骨架设计简单；通过管脚将变压器架高，可充分利用变压器下方的空间；保证有良好的电气绝缘。

Description

一种平面变压器

技术领域

本实用新型涉及变压器，特别涉及一种平面变压器。

背景技术

在电子产品小型化需求不断升高的背景下，变压器体积的减小对于电源变换器的功率密度的提高具有重要的意义。其中，平面变压器是一个重要的发展方向。在小功率的应用场合，例如二次电源，可以将平板型磁芯嵌在主功率板上，PCB的铜箔作为绕组，从而构成平面变压器。然而在功率稍大的场合，例如2000W～5000W的AC/DC变换器的应用中，上述安装方式就不太适用了；原因在于：1.传送功率增大要求选用更大体积和重量的磁芯；2.原副方电流增大要求绕组使用截面积更大的铜导体，例如导线或厚铜皮。而且，在AC/DC变换器中，由于AC侧主要指电网侧，因此安规距离的约束非常强，且易受到发热、电流密度、安装方式、成本等各种因素的限制，所以在AC/DC变换器中应用平面变压器难度比较大。

在一项美国专利申请中(申请号US5010314)，公开了一种应用于一次电源AC/DC变换器的平面变压器，包括第一和第二绝缘骨架、第一和第二导电绕组、第一和第二磁心、以及导电绕组与磁心之间的绝缘方式。其骨架的设计很好地处理了原副方的电气隔离，解决了安规问题。其缺陷是：①原副方线圈是用铜皮构成的，因此适用于功率更大的场合，但是这样设计的原方线圈带来的问题就是安规约束比较难处理；②骨架虽然巧妙但是结构复杂，因而成本也会相应较高；③在设计时，这种变压器的下方必须放置支撑机构，或者磁芯直接固定在主功率板上，导致变压器下方的主板的空间不能利用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种大功率平面变压器，其骨架结构简单，安规约束易处理。

本实用新型的技术方案是：一种平面变压器，包括第一磁芯和第二磁芯，还包括中间设置有通孔的第一骨架、第二骨架、第一绕组和第二绕组。其中，第一绕组和第二绕组叠放为绕组堆；所述第一骨架放置在所述绕组堆中靠顶部的第一绕组与第一磁芯之间；所述第二骨架放置在所述绕组堆中靠底部的第一绕组与第二磁芯之间；所述第一磁芯和第二磁芯通过上述通孔形成一条磁路，将第一绕组和第二绕组耦合起来；所述第一绕组采用缠绕在环形绝缘板上的三层绝缘线，所述第二绕组采用片状铜皮线圈。

作为优选，所述第一绕组和第二绕组交替叠放。

作为优选，所述第一绕组为原边绕组，第二绕组为副边绕组。

作为优选，所述第一绕组为副边绕组，第二绕组为原边绕组。

作为优选，所述第一磁芯和第二磁芯采用E型磁芯。

作为优选，所述第一骨架中部设置有与所述第一磁芯中心的突起柱相匹配的第一孔，所述第一孔的周边设置有向下延伸的立边；所述第一骨架的上表面，与所述第一孔的长度方向相垂直的两边设置有凸台。

作为优选，所述第二骨架中部设置有与所述第一孔大小相同的第二孔，所述第二孔的周边设置有向上延伸的立边；所述第二骨架的下表面，与所述第二孔的长度方向垂直的两边设置有凸台；所述第一绕组和第二绕组套在所述第一孔和第二孔周边的立边形成的柱体上。

作为优选，所述平面变压器还包括绝缘环，设置在所述绕组堆的通孔内侧壁与所述第一和第二磁芯的中心突起柱之间。

作为优选，所述平面变压器还包括至少四根变压器管脚；所述第二骨架的两侧设置有与所述管脚相对应的插孔；所述管脚上设置有卡扣结构，所述卡扣结构的上部穿过所述插孔，与所述第一绕组或第二绕组电连接，所述卡扣结构距离所述管脚的安装平面的高度大于所述卡扣结构与所述第二磁芯的底部的高度差。

本实用新型还提供了一种平面变压器，包括第一磁芯和第二磁芯，还包括中间设置有通孔的第二骨架、第一绕组和第二绕组。其中，所述第一绕组和第二绕组叠放为绕组堆，所述绕组堆的最顶部放置第一绕组；所述第二骨架放置在所述绕组堆中靠底部的第一绕组与第二磁芯之间；所述第一磁芯和第二磁芯通过上述通孔形成一条磁路，将第一绕组和第二绕组耦合起来；所述第一绕组采用缠绕在环形绝缘板上的三层绝缘线，所述第二绕组采用片状铜皮线圈。

本实用新型的有益效果在于：①采用三层绝缘线构成原方绕组或副方绕组，由于三层绝缘线本身的特性，它的表皮可以承受较大的绝缘强度，这一特点使得变压器原副方绕组的安规问题得以大大简化，毋需再考虑原副方绕组的电气绝缘问题；从而使得骨架的设计得以简化，复杂程度大大下降；②对应的，采用扁状的铜皮构成副方绕组或原方绕组，从而在保证导流截面积的基础上减小电流的集肤效应，降低导体的发热程度；③通过管脚将变压器架高，变压器下方还可放置或安装其它器件，可充分利用变压器下方的空间，充分发挥了平面变压器节省空间的优势；④通过安置绝缘环，增加磁芯到线圈的电气间隙和爬电距离，保证有良好的电气绝缘；⑤原边绕组和副边绕组交替叠放，可以达到最好的磁耦合效果。本实用新型平面变压器适用于功率为500W到5000W的AC/DC变换器。

附图说明

图1是本实用新型较佳实施例中平面变压器的立体图；

图2是图1所示平面变压器的分解示意图；

图3是图1平面变压器的主视图；

图4是图1所示平面变压器的俯视图；

图5是图1所示平面变压器的左视图；

图6是本实用新型较佳实施例中第一骨架的立体图；

图7是本实用新型较佳实施例中第二骨架的立体图；

图8到图12是图6所示第一骨架的五面视图，其中，图8是第一骨架的主视图，图9是仰视图，图10是A-A剖面图，图11是B-B剖面图，图12是后视图；

图13到图17是图7所示第二骨架的五面视图，其中，图13是第二骨架的主视图，图14是A-A剖视图，图15是左视图，图16是B-B剖视图，图17是后视图；

图18是本实用新型较佳实施例中第一骨架、第二骨架和绝缘环组装的局部剖视图。

具体实施方式

下面根据附图和具体实施例对本实用新型作进一步阐述。

如图1到图18所示，本实用新型较佳实施例中，平面变压器包括第一磁芯11、第二磁芯12、第一骨架21、第二骨架22、第一绕组3、第二绕组4、绝缘环6和变压器管脚7。

本实用新型较佳实施例中，磁芯采用EI58磁芯，与现有技术中采用的EE64磁芯相比，体积与重量都小些，磁芯窗口面积也较小。不过这也导致骨架的安装难度更大，因为处于磁芯窗口下的骨架的厚度与绕组的厚度之和最大不能大于窗口高度。

第一骨架21和第二骨架22采用绝缘材料制成，其作用有两个：一是绝缘，二是紧固，将绕组和磁芯的位置固定紧。第一骨架21的中部设置有与第一磁芯11中心的突起柱相匹配的第一孔，第一孔的周边设置有向下延伸的立边，第一骨架21的上表面，与第一孔的长度方向相垂直的两边设置有凸台。当第一磁芯11扣合到第一骨架21上后，第一骨架21上的凸台和第一孔可保证第一磁芯11能稳定地固定。第二骨架22的结构与第一骨架21的结构类似，其中部设置有与第一孔大小相同的第二孔，且第二孔的周边设置有向上延伸的立边。第二骨架22的下表面，与第二孔的长度方向垂直的两边设置有凸台。凸台上设置有与变压器管脚7的插头相对应的插孔。第二骨架22较第一骨架21长，凸台的面积相对也较大，可保证有足够的刚性和强度，在变压器管脚7将磁芯、绕组、第一和第二骨架22支撑起来后可保证磁芯和绕组能稳定地固定。

第一绕组3采用缠绕在环形绝缘板上的三层绝缘线绕制而成，绕制时线圈排列成平板状，线圈板的厚度为单层线的厚度。第二绕组4采用片状铜皮线圈(即线圈表层刷有绝缘材料或覆盖有绝缘)，该线圈形成有一开口的环状(如图2所示)，进线端/出线端上开有与变压器管脚7的插头相对应的插孔。本实用新型较佳实施例中，第二绕组4采用两片相互连接的铜皮线圈构成，且在第二绕组4的一端形成三个接线端(如图2所示)。第一绕组3和第二绕组4交替叠放为绕组堆，增加两个绕组的耦合以减小漏感。在图2中，4a，4b，4c，4d是第二绕组4，其中4a与4c完全相同，4b与4d完全相同；在电气上，4a与4c并联，4b与4d并联；3a，3b，3c是第一绕组3，在电气上，三个第一绕组3并联连接。本实用新型较佳实施例中，第一绕组3是原边绕组，第二绕组4是副边绕组。

本实用新型较佳实施例中还包括用不同于骨架材质的塑胶件做成的绝缘环6。在安规要求中，铁氧体磁芯被视为导体，在实际应用中，有可能要求磁芯到副边绕组的电气绝缘，包括足够的电气间隙和爬电距离。在本实用新型中，通过绝缘环6就可以实现增大磁芯到铜皮线圈的爬电距离的目的。图18中虚线所示即安装了绝缘环6后磁芯到第二绕组4的爬电示意图，可见，绝缘环6的存在使爬电距离增大了许多。在本实用新型其它实施例中，绝缘环6还可以采用其它绝缘材料制成。

本实用新型较佳实施例中，变压器管脚7采用“中”字形，且上端的窄部较长，以保证穿过第二骨架22的插孔后可再穿过第二绕组4的插孔，然后将第二绕组4的插孔与变压器管脚7焊接起来，再将变压器管脚7下端的窄部插入安装面板的插孔中并焊接起来，可保证整个平面变压器的稳定性和牢固性。图2中第二骨架22另一边安装的两根变压器管脚7上端的窄部只要可穿过第二骨架22的插孔即可，然后将第一绕组3的出线端或引线接到或焊接到对应管脚上。变压器第二磁芯12底面到安装平面的高度可由下方放置的器件的高度决定。当然，变压器管脚可采用多种形状，例如，当变压器管脚采用“中”字形时，其下端的窄部可相对主体弯折90度，然后将弯折的部分焊接在安装平面上。再例如，直接用第二绕组的铜皮冲压成型再弯折后作为管脚，只要该管脚可将绕组堆、磁芯和骨架支撑起来，离开安装平面一定高度即可，保证变压器下方还可放置其它器件。

在将图2所示的零件组装为图1所示的平面变压器时，需先将E形磁芯中的第二磁芯12平放，再将第二骨架22扣到第二磁芯12的窗口上。然后以下面的顺序组成绕组堆：第一绕组3、作为第二绕组4的两片铜皮线圈、第一绕组3、两片铜皮线圈、第一绕组3。将绝缘环6套在第二骨架22中心的立边外围。再将第一骨架21的中心立边插入绝缘环6内，与第二骨架22的立边相接。然后将第一磁芯11扣到第一骨架21上。最后，将变压器管脚7插入第二骨架22上的插孔，以及第二绕组4上的插孔，并将管脚与第二绕组4上的插孔焊接在一起。此时，第一磁芯11和第二磁芯12的中心突起物相接，第一骨架21和第二骨架22中心的突起相接。

本实用新型的其它实施例中，可采用其它型号的磁芯，例如PQ、RM、EC型磁芯等。

本实用新型的其它实施例中，第一骨架21的第一孔的周边和第二骨架22的第二孔的周边可不设置立边，磁芯与绕组之间的绝缘可由绝缘环6来完成。本实用新型的其它实施例中，可不采用绝缘环6，因为第一绕组3使用的是三层绝缘线，所以很容易就满足了原副方加强绝缘的安规要求，铜皮线圈之间只需要功能绝缘即可满足要求，例如，铜皮线圈外只要包一层绝缘胶带即可。

本实用新型的其它实施例中，第一骨架21和第二骨架22可设置在绕组堆之中，但是第二绕组4和磁芯不能挨在一起。

本实用新型的其它实施例中，变压器管脚7可不与第一绕组3和第二绕组4的接线端相连，仅用于支撑起整个平面变压器。对应的，图2所示较高的三个变压器管脚7可与较低的两个管脚完全相同。

本实用新型的其它实施例中，第一绕组3可以是副边绕组，第二绕组4是原边绕组，该设计可应用于一些升压应用的场合。第二绕组4可由一个或两个以上的铜皮线圈构成。组装后的平面变压器的第二绕组4可具有两个或三个以上的接线端(进/出线端)。

本实用新型的其它实施例中，第一绕组3和第二绕组4的叠放次序可不同于较佳实施例，例如多个第一绕组3并排叠放，置于第一磁芯11一侧，而多个第二绕组4并排叠放，置于第二磁心12和第一绕组3之间。

本实用新型的其它实施例中，如果将磁芯设计为副方(即磁芯在电气上属于副方)，则可不需要第一骨架21和绝缘环6，此时绕组堆的最顶部必须是第一绕组3。

图2是本实用新型较佳实施例中平面变压器的分解示意图，本技术领域的人员易知，图中省略了一些非必要的器件，如第一绕组3的引出线套管。因此，不能以图2所示的结构限制本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种平面变压器，包括第一磁芯和第二磁芯，还包括中间设置有通孔的第一骨架、第二骨架、第一绕组和第二绕组；其特征在于：

第一绕组和第二绕组叠放为绕组堆；

所述第一骨架放置在所述绕组堆中靠顶部的第一绕组与第一磁芯之间；

所述第二骨架放置在所述绕组堆中靠底部的第一绕组与第二磁芯之间；

所述第一磁芯和第二磁芯通过上述通孔形成一条磁路，将第一绕组和第二绕组耦合起来；

所述第一绕组采用缠绕在环形绝缘板上的三层绝缘线，所述第二绕组采用片状铜皮线圈。

2.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于：所述第一绕组和第二绕组交替叠放。

3.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于：所述第一绕组为原边绕组，第二绕组为副边绕组。

4.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于：所述第一绕组为副边绕组，第二绕组为原边绕组。

5.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于：所述第一磁芯和第二磁芯采用E型磁芯。

6.根据权利要求1至4项任一项所述的平面变压器，其特征在于：所述第一骨架中部设置有与所述第一磁芯中心的突起柱相匹配的第一孔，所述第一孔的周边设置有向下延伸的立边；所述第一骨架的上表面，与所述第一孔的长度方向相垂直的两边设置有凸台。

7.根据权利要求6所述的平面变压器，其特征在于：所述第二骨架中部设置有与所述第一孔大小相同的第二孔，所述第二孔的周边设置有向上延伸的立边；所述第二骨架的下表面，与所述第二孔的长度方向垂直的两边设置有凸台；所述第一绕组和第二绕组套在所述第一孔和第二孔周边的立边形成的柱体上。

8.根据权利要求1至4项任一项所述的平面变压器，其特征在于：还包括绝缘环，设置在所述绕组堆的通孔内侧壁与所述第一和第二磁芯的中心突起柱之间。

9.根据权利要求7项任一项所述的平面变压器，其特征在于：

还包括至少四根变压器管脚；

所述第二骨架的两侧设置有与所述管脚相对应的插孔；

所述管脚上设置有卡扣结构，所述卡扣结构的上部穿过所述插孔，与所述第一绕组或第二绕组电连接，所述卡扣结构距离所述管脚的安装平面的高度大于所述卡扣结构与所述第二磁芯的底部的高度差。

10.一种平面变压器，包括第一磁芯和第二磁芯，还包括中间设置有通孔的第二骨架、第一绕组和第二绕组；其特征在于：

所述第一绕组和第二绕组叠放为绕组堆，所述绕组堆的最顶部放置第一绕组；

所述第二骨架放置在所述绕组堆中靠底部的第一绕组与第二磁芯之间；

所述第一磁芯和第二磁芯通过上述通孔形成一条磁路，将第一绕组和第二绕组耦合起来；

所述第一绕组采用缠绕在环形绝缘板上的三层绝缘线，所述第二绕组采用片状铜皮线圈。

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