TWI394181B - 變壓器 - Google Patents

Description

變壓器

本案係關於一種變壓器結構，尤指一種可以解決積熱問題、節省空間以及增加應用之變壓器結構。

變壓器係為各式電器設備中經常使用之電子組件，用以調整不同之電壓，使其達到受電裝置能夠適用的範圍。請參閱第一圖，其係為傳統變壓器之結構示意圖。如第一圖所示，傳統變壓器1包括一繞線座11(bobbin)、一線圈組12、一接腳座14以及一鐵芯組15。線圈組12包括一初級繞線及一次級繞線，分別由一導電線材繞設於繞線座11之一繞線區111，且初級繞線與次級繞線係彼此電磁耦合。接腳座14係連接於繞線座11上，且包括複數個接腳141，以用於與一系統電路板17電性連接。鐵芯組15係由一第一鐵芯部件151與一第二鐵芯部件152所組成，第一鐵芯部件151與第二鐵芯部件152係分別相對套設於繞線座11之兩端並彼此接合而形成一電磁迴路。

一般而言，線圈組係以同心式或交疊式等方式製作成，同心式之線圈組12係直接繞設於繞線座11上，而交疊式繞組結構則係將初級繞線與次級繞線分別捲繞形成一線餅20，如第二圖所示，再沿繞線座11之軸向交錯排列並套設於繞線座11上。傳統之線餅20係由一導電線材平面式地由內向外採螺旋式繞組而形成一單層螺旋線餅，且導電線材之兩端，起始端20a與結尾端20b，係懸置於線餅20結構外，藉以與接腳電性連接或連接至一電源等。然而，在變壓器1趨向於大容量及高電流之需求下，一般係以增加線圈數之手段來達成，但由於複數個線餅20間需逐一進行連接作業，因此不利於節省組裝時間與成本。

此外，由於現今電子裝置多朝向體積小、微型化以及薄型化的目標發展，變壓器的體積必須隨之縮小，同時變壓器之結構必須簡化以利組裝，並且增加變壓器之應用以節省空間並解決積熱之問題。然而，傳統的變壓器因繞線座、線圈組等結構的限制而無法進一步小型化、節省空間、增加應用、解決積熱問題以及節省組裝時間與成本，因此如何發展一種變壓器結構以解決傳統技術所面臨的問題，實為目前重要的課題。

本案之主要目的在於提供一種變壓器結構，以節省空間、增加應用、解決積熱問題以及節省組裝時間與成本。

為達前述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種變壓器，至少包括：一第一導電體，具有一穿孔；一第二導電體，係與該第一導電體電磁耦合，且該第二導電體係由單一導電線材繞製成複數個螺旋線圈單元，每一個該螺旋線圈單元具有一穿孔；一電路板，具有一穿孔；以及一鐵芯組，係穿設於該第二導電體之該穿孔、該電路板之該穿孔以及該第一導電體之該複數個螺旋線圈單元之該穿孔，並包覆該第一導電體與該第二導電體之至少一部分。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述，應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第三圖，其係為依據本發明較佳實施例之變壓器結構示意圖。如第三圖所示，本案之變壓器3包括一第一導電體31、一第二導電體32、一鐵芯組33以及一電路板34，其中第一導電體31可作為變壓器3之次級繞組，而第二導電體32可做為變壓器3之初級繞組，但不以此為限。鐵芯組33係部分地穿設於第一導電體31、第二導電體32以及電路板34且包覆第一導電體31、第二導電體32以及電路板34之至少一部分，使第一導電體31可與第二導電體32電磁耦合。

第一導電體31係包括至少一導電片310，該導電片310具有繞組部311以及一穿孔312。該導電片310可由例如單片之銅片裁切與折疊製成，且導電片310之繞組部311可為單圈或多圈摺疊結構(未圖示)。於一些實施例中，導電片310更具有兩接腳313,314以及一延伸部315，該延伸部315係一體成形地連接於繞組部311，且該兩接腳313,314分別連接於延伸部315以及繞組部311，以用於與系統電路板之連接部(未圖示)直接或間接電連接。另外，延伸部315具有相對較大的表面，可提供散熱功能以及輔助電子元件，例如電晶體，固定以及散熱。

第二導電體32係由單芯不斷線之單一導電線材繞製成複數個螺旋線圈單元320，例如包括第一螺旋線圈單元320a與第二螺旋線圈單元320b，其中每一個螺旋線圈單元320具有穿孔321，且相鄰之螺旋線圈單元320間以連接段322直接連接。於此實施例中，單芯不斷線之單一導電線材可為但不限於漆包線、三層絕緣線或具有自黏性之線材。於此實施例中，第二導電體32之每一個螺旋線圈單元320係為多層螺旋線圈結構。當然，於其他實施例中，第二導電體32之複數個螺旋線圈單元320亦可為單層或者是單層與多層之螺旋線圈結構組合所構成。

於本實施例中，第二導電體32之第一螺旋線圈單元320a與第二螺旋線圈單元320b係分別為多層螺旋線圈結構，因此第一螺旋線圈單元320a之起始段由周緣開始從外圈向內圈捲繞，於內圈跨至另一層時，再由下一層之內圈向外圈捲繞並於該層之周緣出線。於保留連接段322後，再以相同方法捲繞製成第二螺旋線圈單元320b，藉此便可以單芯不斷線之單一導電線材繞製成第二導電體32。當然，每一個螺旋線圈單元320之多層螺旋線圈結構可於捲繞完成後以黏著劑黏結，以避免線圈散開。

第一導電體31係與第二導電體32電磁耦合。於一些實施例中，第一導電體31之導電片310設置於第二導電體32之複數個螺旋線圈單元320之間，例如設置於第一螺旋線圈單元320a與第二螺旋線圈單元320b之間，並使第一螺旋線圈單元320a與第二螺旋線圈單元320b以連接段322跨接。此外，電路板34亦設置於第二導電體32之複數個螺旋線圈單元320之間，例如第一螺旋線圈單元320a與第二螺旋線圈單元320b之間，且鄰近於第一導電體31。於此實施例中，電路板34係設置於第一導電體31之導電片311與第二導電體32之第二螺旋線圈單元320b之間。電路板34具有一穿孔341以及一延伸部342。於一些實施例中，電路板34更可埋設初級繞線及/或次級繞線343。鐵芯組33係由一導磁材料製成且包括一第一鐵芯部件331及一第二鐵芯部件332。鐵芯組33可為但不限於EE型或EI型鐵芯組，因此第一鐵芯部件331及第二鐵芯部件332至少其中一個係具有一中柱333。鐵芯組33之中柱333係穿設第一導電體31之穿孔312、第二導電體32之穿孔321以及電路板34之穿孔341而組立形成本實施例之變壓器3。

請參閱第四圖(a)與(b)，其係為第三圖所示結構應用於一電子裝置內之不同角度示意圖。如第四圖(a)與(b)所示，變壓器3之第一導電體31、第二導電體32、鐵芯組33以及電路板34於組裝後，電路板34之延伸部342將外露於鐵芯組33且第一導電體31之延伸部315亦外露於鐵芯組33。電路板34之延伸部342與第一導電體31之延伸部315大體上平行設置。第一導電體31之延伸部315上可鎖固電子元件37(例如電晶體)及/或增設外加的接腳36，俾藉由延伸部315輔助電子元件37固定與散熱且可以增加空間利用。延伸部315之複數個接腳36可連接於系統電路板之連接部(未圖示)上。此外，電路板34之延伸部342可具有電源及/或信號轉換或傳輸線路(未圖示)，且電路板34之延伸部342上可設置散熱器38，該散熱器38可以輔助變壓器3以及電路板34散熱。於一些實施例中，電路板34亦可設置接腳39，以用於與系統電路板之連接部(未圖示)連接，俾作為電路板34與系統電路板間的傳輸介面。

請參閱第五圖，其係為依據本發明另一較佳實施例之變壓器之組合結構示意圖。如第五圖所示，於此實施例中，本案之變壓器3同樣包括一第一導電體31、一第二導電體32、一鐵芯組33以及一電路板34，其中第一導電體31、第二導電體32、鐵芯組33以及電路板34之結構與功能與前述實施例相似，於此不再贅述。惟，變壓器3之第一導電體31係由複數個導電片310所構成，每一導電片310之結構與功能與前述實施例相似，於此不再贅述。於此實施例中，電路板34係設置於第一導電體31之複數個導電片310之間，且電路板34亦設置於第二導電體32之複數個螺旋線圈單元320a,320b之間。鐵芯組33之第一鐵芯部件331與第二鐵芯部件332組合後，可使中柱穿過第二導電體31、第二導電體32以及電路板34之穿孔。另外，第一導電體31之導電片310之延伸部315上亦可設置散熱器40以利散熱。此外，第一導電體31之導電片310之延伸部315上亦可設置電子元件37，例如電晶體，俾輔助電子元件37固定與散熱。於此實施例中，變壓器3更可增設一繞線座35，該繞線座35之兩外側可設置第二導電體32之複數個螺旋線圈單元320a,320b。此外，繞線座35具有一插槽351，可供部分之電路板34以及第一導電體31之複數個導電片310容置。鐵芯組33可包覆繞組座35之至少一部分，且鐵芯組33之中柱可穿設繞組座35，藉此同樣地可以組立形成本案之變壓器3。

綜上所述，本案提供一種變壓器結構，其係利用單芯不斷線之導電線材繞製成具有複數個螺旋線圈單元之第二導電體，使變壓器組裝時間與成本降低且可以提升變壓器效率。另一方面，本案變壓器更以第一導電體、第二導電體以及電路板間的特殊配置與組合，俾達到節省空間、增加應用以及解決積熱問題等功效。

本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1．．．變壓器

11．．．繞線座

12．．．線圈組

14．．．接腳座

15．．．鐵芯組

111．．．繞線區

141．．．接腳

17．．．系統電路板

151．．．第一鐵芯部件

152．．．第二鐵芯部件

20．．．線餅

20a．．．起始端

20b．．．結尾端

3．．．變壓器

31．．．第一導電體

32．．．第二導電體

33．．．鐵芯組

34．．．電路板

35．．．繞線座

310．．．導電片

311．．．繞組部

312．．．穿孔

313、314．．．接腳

315．．．延伸部

320．．．螺旋線圈單元

320a．．．第一螺旋線圈單元

320b．．．第二螺旋線圈單元

321．．．穿孔

322．．．連接段

331．．．第一鐵芯部件

332．．．第二鐵芯部件

333．．．中柱

341．．．穿孔

342．．．延伸部

343．．．初級繞線及/或次級繞線

351．．．插槽

36、39．．．接腳

37．．．電子元件

38、40．．．散熱器

第一圖：其係為傳統變壓器之結構示意圖。

第二圖：其係為傳統之單層螺旋線餅的示意圖。

第三圖：其係為依據本發明較佳實施例之變壓器結構示意圖。

第四圖(a)與(b)：其係為第三圖所示結構應用於一電子裝置內之不同角度示意圖。

第五圖：其係為依據本發明另一較佳實施例之變壓器之組合結構示意圖。

3．．．變壓器

31．．．第一導電體

32．．．第二導電體

33．．．鐵芯組

34．．．電路板

310．．．導電片

311．．．繞組部

312．．．穿孔

313、314．．．接腳

315．．．延伸部

320．．．螺旋線圈單元

320a．．．第一螺旋線圈單元

320b．．．第二螺旋線圈單元

321．．．穿孔

322．．．連接段

331．．．第一鐵芯部件

332．．．第二鐵芯部件

333．．．中柱

341．．．穿孔

342．．．延伸部

Claims (19)

1. 一種變壓器，至少包括：一第一導電體，具有一穿孔；一第二導電體，係與該第一導電體電磁耦合，且該第二導電體係由單一導電線材繞製成複數個螺旋線圈單元，每一該螺旋線圈單元具有一穿孔；一電路板，具有一穿孔及一延伸部；以及一鐵芯組，係穿設於該第一導電體之該穿孔、該電路板之該穿孔以及該第二導電體之該複數個螺旋線圈單元之該穿孔，並包覆該第一導電體與該第二導電體之至少一部分；其中該電路板之該延伸部係外露於該鐵芯組，且該電路板之該延伸部設置有一散熱器，用以輔助該變壓器以及該電路板之散熱。
2. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器，其中該第一導電體包括至少一導電片。
3. 如申請專利範圍第2項所述之變壓器，其中該導電片設置於該第二導電體之該複數個螺旋線圈單元之間。
4. 如申請專利範圍第2項所述之變壓器，其中該導電片係由銅片構成。
5. 如申請專利範圍第2項所述之變壓器，其中該導電片具有一繞組部以及該穿孔。
6. 如申請專利範圍第5項所述之變壓器，其中該導電片更具有兩接腳以及一延伸部，該延伸部係一體成形地連接於該繞組部且外露於該鐵芯組，該兩接腳分別連接於該繞組 部以及該延伸部。
7. 如申請專利範圍第6項所述之變壓器，其中該延伸部上設置至少一電子元件，以用於輔助該電子元件固定以及散熱。
8. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器，其中該第一導電體包括複數個導電片。
9. 如申請專利範圍第8項所述之變壓器，其中該複數個導電片設置於該第二導電體之該複數個螺旋線圈單元之間。
10. 如申請專利範圍第8項所述之變壓器，其中該電路板設置於該第一導電體之該複數個導電片之間，且該電路板設置於該第二導電體之該複數個螺旋線圈單元之間。
11. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器，其中該第二導電體之該複數個螺旋線圈單元係包括至少一個具多層螺旋線圈結構之螺旋線圈單元。
12. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器，其中該鐵芯組係包括第一鐵芯部件及第二鐵芯部件。
13. 如申請專利範圍第12項所述之變壓器，其中該鐵芯組具有一中柱，該中柱係穿設該第一導電體之該穿孔、該第二導電體之該複數個螺旋線圈單元之該穿孔以及該電路板之該穿孔。
14. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器，其中該第一導電體為該變壓器之次級繞組，且該第二導電體為該變壓器之初級繞組。
15. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器，其中該第二導電 體係由單芯不斷線之單一導電線材繞製成該複數個螺旋線圈單元。
16. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器，其中該複數個螺旋線圈單元包括一第一螺旋線圈單元與一第二螺旋線圈單元，其中每一個該螺旋線圈單元具有一穿孔，且該第一螺旋線圈單元與該第二螺旋線圈單元間以一連接段直接連接。
17. 如申請專利範圍第16項所述之變壓器，其中該電路板設置於該第二導電體之該第一螺旋線圈單元與該第二螺旋線圈單元之間且鄰近於該第一導電體。
18. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器，更包括一繞線座，該繞線座之兩外側設置該第二導電體之該複數個螺旋線圈單元，且該鐵芯組部分地穿設該繞線座並包覆該繞組座之至少一部分。
19. 如申請專利範圍第18項所述之變壓器，其中該繞線座具有一插槽，用以容置部分之該電路板以及該第一導電體。