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Title:
PLANAR TRANSFORMER HAVING VERTICAL WINDINGS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/019571
Kind Code:
A1
Abstract:
A planar transformer having vertical windings. The transformer is formed by assembling a coil winding and a magnetic core. The coil winding comprises at least one primary winding (A) and at least one secondary winding (B). The primary winding and the secondary winding are mutually nested to form the coil winding. In the primary and secondary windings, the number of loops having adjacent loops that are the same type of winding is less than or equal to 1/3 of the total number of loops in the coil winding. The primary winding and/or the secondary winding are wound and fabricated vertically by using flat electromagnetic wires having a width to thickness ratio W/T ≥ 20, and an insulation coating is provided on surfaces of the flat electromagnetic wires. The present invention realizes ideal coupling between the primary and secondary windings, and significantly reduces high-frequency losses caused by windings in high-frequency transformers. The structure of the coil winding of the novel transformer enables a reduction in coil losses caused by a skin effect at a high frequencies, and is therefore appropriate for high-power high-frequency applications.

Inventors:
SHO, Kakuryo (301 Tianquan Building, 6099 Baoan Avenue Fuhai St. Baoan Distric, Shenzhen Guangdong 0, 518000, CN)
GUAN, Chunyang (301 Tianquan Building, 6099 Baoan Avenue Fuhai St. Baoan Distric, Shenzhen Guangdong 0, 518000, CN)
Application Number:
CN2018/114574
Publication Date:
January 30, 2020
Filing Date:
November 08, 2018
Export Citation:
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Assignee:
EAGLERISE MAGROOTS TECHNOLOGY SHENZHEN CO. LTD. (301 Tianquan Building, 6099 Baoan Avenue Fuhai St. Baoan Distric, Shenzhen Guangdong 0, 518000, CN)
EAGLERISE ELECTRIC & ELECTRONIC (CHINA) CO., LTD. (A3 Guicheng Science&Technology Park, Jianping Road Guicheng Nanha, Foshan Guangdong 0, 528000, CN)
International Classes:
H01F27/28
Foreign References:
CN103608878A2014-02-26
CN105580089A2016-05-11
CN206877818U2018-01-12
JPH07220928A1995-08-18
Attorney, Agent or Firm:
DHC IP ATTORNEYS (Suite 2201, Modern International CommercialBuilding, Cross of Fuhua Road and Jintian Road,Futian Distric, Shenzhen Guangdong 8, 518048, CN)
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Claims:
权利要求书

[权利要求 1] 一种立绕式扁平变压器, 由线圈绕组和磁芯组装而成, 其特征在于, 所述线圈绕组包括至少 1个原边绕组和至少 1个副边绕组, 所述原边绕 组和副边绕组互为镶嵌形成所述线圈绕组, 所述原边绕组和副边绕组 中任一单匝线圈的相邻线圈均所属同一绕组的线圈匝数小于或等于所 述线圈绕组总匝数的 1/3 , 所述原边绕组和 /或副边绕组采用宽厚比 W/ 1^20的扁平电磁线立绕绕制, 所述扁平电磁线的表面包覆有一层绝 缘皮膜。

[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的立绕式扁平变压器, 其特征在于, 所述扁平电 磁线是由 2根或 2根以上的等宽的裸铜扁平导线、 或漆包扁平导线、 或 裸铜扁平导线和漆包扁平导线并联组合后, 再进行绝缘皮膜的绕包烧 结或热熔包塑而形成更大导线截面积的多芯导线。

[权利要求 3] 根据权利要求 2所述的立绕式扁平变压器, 其特征在于, 所述多芯导 线中的单芯导线的宽厚比 W/T^IO。

[权利要求 4] 根据权利要求 1所述的立绕式扁平变压器, 其特征在于, 所述扁平电 磁线的绝缘皮膜是采用聚酰亚胺薄膜绕包烧结而成。

[权利要求 5] 根据权利要求 1所述的立绕式扁平变压器, 其特征在于, 所述扁平电 磁线的绝缘皮膜是采用 PEEK利用热熔包塑方式在所述扁平电磁线表 面形成致密均匀的绝缘皮膜。

[权利要求 6] 根据权利要求 1所述的立绕式扁平变压器, 其特征在于, 所述线圈绕 组由 1个原边绕组和多个副边绕组或多个副边绕组串、 并联组成。

[权利要求 7] 根据权利要求 1所述的立绕式扁平变压器, 其特征在于, 所述线圈绕 组由 1个副边绕组和多个原边绕组或多个原边绕组串、 并联组成。

[权利要求 8] 根据权利要求 1所述的立绕式扁平变压器, 其特征在于, 所述线圈绕 组由多个原边绕组和多个副边绕组进行串、 并联组合而成。

[权利要求 9] 根据权利要求 1所述的立绕式扁平变压器, 其特征在于, 所述线圈绕 组的立绕形状为圆形、 椭圆形或 R角大于单芯立绕导线宽度的方形。

[权利要求 10] 根据权利要求 1所述的立绕式扁平变压器, 其特征在于, 所述磁芯由 多个块状磁芯和 /或其他形状磁芯进行配装、 粘接组合而成, 多个磁 芯段之间设有非导磁的气隙。

Description:
一种立绕式扁平变压器

技术领域

[0001] 本发明涉及电子元器件技术领域, 尤其涉及一种立绕式扁平变压器。

背景技术

[0002] 随着新能源汽车的迅猛发展, 大容量储能电池的充电、 放电为特征的大功率高 频开关电源技术, 正成为新能源汽车技术的重要核心技术之一。

[0003] 作为新能源汽车动力来源的电池的充放电, 具有大功率、 大容量的特征, 同时 为实现大容量电池的快速充电, 车载型电力变换装置, 对电源转换器的高功率 密度的追求, 是车载型电源 (如 OBC电源、 DC/DC、 DC/AC等大功率电源) 的 最为核心的电源技术之一。

[0004] 涉及到电池的电源变换, 为了实现电气安全, 防止漏电, 电池的充放电设备的 功率变换就必须对供电端 (电源输入端) 与受电端 (电源负载输出端) 进行有 效的电气绝缘和隔离。 因此, 这些电源功率变换设备中, 必须采用具有高频开 关电源功率变压器的电源拓扑电路。

[0005] 对于为实现新能源汽车的充电的地面充电装置 (如直流充电粧) , 其能量来源 取自于工频单相或三相的交流电, 因此该充电设备也同样必须采用高频开关电 源功率变压器进行电网与汽车电池间的电气安 全隔离, 来实现其大功率的电力 变换和功率传输控制其对汽车电池的充电。

[0006] 一般来讲, 目前乘用车的车载充电机 OBC的电源功率在 3.3KW、 6.6KW等, 而 商务车、 大型客车的 OBC的功率就更大 (比如 15KW以上) , 对于常见的直流充 电粧电源模块, 其单模块的功率一般为 7.5KW、 15KW、 20KW等不等。 车载 DC/ DC , DC/AC等电源, 其功率也在 1.5KW、 3KW等功率以上。 今后随着对充电速 度的要求的不断提高, 单机功率呈现超大功率化的趋势。

[0007] 这些电源装置的低成本、 高功率密度化的要求与及其技术趋势, 作为连接电源 原副边电路, 起到电气隔离绝缘及实现主功率传输的高频功 率变压器, 已经成 为该类电源技术进步的最关键性的技术瓶颈。 [0008] 为根本性地解决上述技术瓶颈, 本发明提出了一种全新的扁平变压器技术方案 , 用以消除影响变压器高密度化设计的高频铜损 耗。

发明概述

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

[0009] 本发明针对现有技术中的上述缺点, 提供了一种扁平线立绕电感线圈及立绕电 感器。

[0010] 一种立绕式扁平变压器, 由线圈绕组和磁芯组装而成, 所述线圈绕组包括至少

1个原边绕组和至少 1个副边绕组, 所述原边绕组和副边绕组互为镶嵌形成所述 线圈绕组, 所述原边绕组和副边绕组中任一单匝线圈的相 邻线圈均所属同一绕 组的线圈匝数小于或等于所述线圈绕组总匝数 的 1/3 , 所述原边绕组和 /或副边绕 组采用宽厚比 WA>20的扁平电磁线立绕绕制, 所述扁平电磁线的表面包覆有一 层绝缘皮膜; 这样的设计具有显著的防止高频临近效应的效 果。

[0011] 进一步的, 所述扁平电磁线可以采用 2根或 2根以上的等宽的裸铜扁平导线、 或 漆包扁平导线、 或裸铜扁平导线和漆包扁平导线并联组合后, 再进行绝缘皮膜 的绕包烧结或热熔包塑而形成更大导线截面积 的多芯导线; 采用所述多芯导线 并联绕制的原边线圈或副本线圈, 此时这些并联绕制的同一原边线圈、 或同一 副边线圈, 由于工作时任何一匝和相邻的并联线圈处于等 电位状态, 可以等效 成一个原边或副边线圈, 视为仅仅增大了导线截面的同一根原边、 或副边导线 使用; 通过这样的设计, 可以更好地改善线圈高频趋肤效应的损耗。

[0012] 更进一步的, 所述多芯导线中的单芯导线的宽厚比 W/T^IO

[0013] 进一步的, 所述扁平电磁线的绝缘皮膜一般是采用聚酰亚 胺薄膜类绝缘皮膜绕 包烧结而成。

[0014] 进一步的, 所述扁平电磁线的绝缘皮膜也可以采用 PEEK等高性能绝缘材料利 用热熔包塑方式在所述扁平电磁线表面形成致 密均匀的绝缘皮膜用作加强绝缘

[0015] 进一步的, 所述线圈绕组可以由 1个原边绕组和多个副边绕组或多个副边绕组 串、 并联组成。

[0016] 进一步的, 所述线圈绕组也可以由 1个副边绕组和多个原边绕组或多个原边绕 组串、 并联组成。

[0017] 进一步的, 所述线圈绕组也可以由多个原边绕组和多个副 边绕组进行串、 并联 组合而成。

[0018] 进一步的, 所述线圈绕组根据变压器结构设计要求, 可以放置在磁芯中心柱, 也可以放置在磁芯的边柱。

[0019] 进一步的, 可以是只有所述原边绕组或副边绕组采用宽厚 比 W/T 20的扁平电 磁线立绕绕制, 也可以是所述原边绕组和副边绕组均采用宽厚 比 WA>20的扁平 电磁线立绕绕制。

[0020] 进一步的, 所述线圈绕组的立绕形状为圆形、 椭圆形或 R角大于单芯立绕导线 宽度的方形。

[0021] 进一步的, 所述磁芯的材料一般为适合高频应用的铁氧体 材料、 金属软磁粉芯 材料等高频低损耗的磁芯材料, 也可以是硅钢、 非晶类磁芯材料。

[0022] 进一步的, 所述磁芯的形状不限, 可以是 PQ、 EE等常见的形状, 也可以是由 块状磁芯等其他形状磁芯进行配装、 粘接组合而成。

[0023] 更进一步的, 多个磁芯段之间设有非导磁的气隙。

[0024] 本发明的立绕式扁平变压器由所述扁平电磁线 、 经过立绕工艺绕制成立绕线圈 、 再将立绕原、 副边绕组按照规定的组装方式进行原、 副边完全耦合或接近完 成耦合的方式构成变压器绕组线圈、 在绕组线圈内插入磁芯构成的变压器。 发明的有益效果

有益效果

[0025] 与现有技术相比, 本发明的有益效果是: 本发明由于任何一匝原边绕组的上下 相邻的绕组线圈为副边绕组, 而同样副边绕组的任何一匝绕组的相邻的上下 绕 组均为原边绕组, 所以这样的变压器线圈结构, 事实上构成了原、 副边绕组的 理想耦合, 并且变压器高频工作时, 由原边绕组形成的电场, 与相邻副边绕组 感应出的电场构成完全的电场解耦, 使得原副边内部的高频临近效益被消除, 大大减小了高频变压器绕组的高频损耗; 本发明采用超大宽厚比的立绕结构的 思路, 一般本发明采用的具有加强绝缘能力的立绕导 线的宽厚比 WAT在 20倍以上 , 对于越高的宽厚比的导线, 相同截面下, 其厚度越小, 导线的表面积越大, 因此这样的导线, 其流经的高频电流形成的趋肤效应约不明显。 因此, 这样的 结构的新型变压器的绕组线圈, 其高频趋肤效应造成的线圈损耗也越小, 非常 适合于大功率高频应用。

对附图的简要说明

附图说明

[0026] 图 1是本发明的扁平电磁线的结构示意图;

[0027] 图 2是图 1中 G处的局部放大图;

[0028] 图 3是本发明的扁平电磁线绕制的螺旋状型扁平 圈绕组的结构示意图;

[0029] 图 4是本发明的线圈绕组的结构示意图;

[0030] 图中: 1、 扁平电磁线; 2、 绝缘皮膜; A、 原边绕组; B、 副边绕组。

发明实施例

本发明的实施方式

[0031] 具体实施方式

[0032] 下面将结合本发明实施例中的附图, 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述, 显然, 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例, 而不是全部 的实施例。 基于本发明中的实施例, 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例, 都属于本发明保护的范围。

[0033] 如图 1至 4所示, 一种立绕式扁平变压器, 由线圈绕组和磁芯组装而成, 所述线 圈绕组 1个原边绕组和 1个副边绕组, 所述原边绕组和副边绕组互为镶嵌形成所 述线圈绕组, 所述原边绕组和副边绕组中任一单匝线圈的相 邻线圈均所属同一 绕组的线圈匝数小于或等于所述线圈绕组总匝 数的 1/3 , 所述原边绕组和 /或副边 绕组采用宽厚比 WA>20的扁平电磁线立绕绕制, 图 1所示宽厚比 W/T= 30, 所述 扁平电磁线的表面包覆有一层绝缘皮膜。

[0034] 进一步的, 所述扁平电磁线可以采用 2根或 2根以上的等宽的裸铜扁平导线、 或 漆包扁平导线、 或裸铜扁平导线和漆包扁平导线并联组合后, 再进行绝缘皮膜 的绕包烧结或热熔包塑而形成更大导线截面积 的多芯导线; 采用所述多芯导线 并联绕制的原边线圈或副本线圈, 此时这些并联绕制的同一原边线圈、 或同一 副边线圈, 由于工作时任何一匝和相邻的并联线圈处于等 电位状态, 可以等效 成一个原边或副边线圈, 视为仅仅增大了导线截面的同一根原边、 或副边导线 使用; 通过这样的设计, 可以更好地改善线圈高频趋肤效应的损耗。

[0035] 更进一步的, 所述多芯导线中的单芯导线的宽厚比 W/T^IO。

[0036] 进一步的, 所述扁平电磁线的绝缘皮膜一般是采用聚酰亚 胺薄膜类绝缘皮膜绕 包烧结而成。

[0037] 进一步的, 所述扁平电磁线的绝缘皮膜也可以采用 PEEK等高性能绝缘材料利 用热熔包塑方式在所述扁平电磁线表面形成致 密均匀的绝缘皮膜用作加强绝缘

[0038] 进一步的, 所述线圈绕组可以由 1个原边绕组和多个副边绕组或多个副边绕组 串、 并联组成。

[0039] 进一步的, 所述线圈绕组也可以由 1个副边绕组和多个原边绕组或多个原边绕 组串、 并联组成。

[0040] 进一步的, 所述线圈绕组也可以由多个原边绕组和多个副 边绕组进行串、 并联 组合而成。

[0041] 进一步的, 所述线圈绕组根据变压器结构设计要求, 可以放置在磁芯中心柱, 也可以放置在磁芯的边柱。

[0042] 进一步的, 可以是只有所述原边绕组或副边绕组采用宽厚 比 W/T 20的扁平电 磁线立绕绕制, 也可以是所述原边绕组和副边绕组均采用宽厚 比 WA>20的扁平 电磁线立绕绕制。

[0043] 进一步的, 所述线圈绕组的立绕形状为圆形、 椭圆形或 R角大于单芯立绕导线 宽度的方形。

[0044] 进一步的, 所述磁芯的材料一般为适合高频应用的铁氧体 材料、 金属软磁粉芯 材料等高频低损耗的磁芯材料, 也可以是硅钢、 非晶类磁芯材料。

[0045] 进一步的, 所述磁芯的形状不限, 可以是 PQ、 EE等常见的形状, 也可以是由 块状磁芯等其他形状磁芯进行配装、 粘接组合而成。

[0046] 更进一步的, 多个磁芯段之间设有非导磁的气隙。 [0047] 对于本领域技术人员而言, 显然本发明不限于上述示范性实施例的细节, 而且 在不背离本发明的精神或基本特征的情况下, 能够以其他的具体形式实现本发 明。 因此, 无论从哪一点来看, 均应将实施例看作是示范性的, 而且是非限制 性的, 本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明 限定, 因此旨在将落在权 利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化 囊括在本发明内。 不应将权利要 求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要 求。

[0048] 此外, 应当理解, 虽然本说明书按照实施方式加以描述, 但并非每个实施方式 仅包含一个独立的技术方案, 说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见, 本领 域技术人员应当将说明书作为一个整体, 各实施例中的技术方案也可以经适当 组合, 形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式 。