TWI584311B - 平面變壓器之平面線圈及平面變壓器 - Google Patents

Description

平面變壓器之平面線圈及平面變壓器

本發明是關於一種平面變壓器之平面線圈及使用該線圈之平面變壓器，特別是關於一種可以連續材料製作的多層、多圈數的平面線圈結構。本發明並揭示使用該平面線圈的平面變壓器。

變壓器是電子產品供電的重要元件。習知變壓器體積龐大，無法滿足產品小型化的要求。平面變壓器(Planar transformer，或稱平板變壓器)是在多層印刷電路板(Printed circuit board,PCB)布設銅箔等導電箔片作為繞組，堆疊而成的變壓器，可以大大縮小變壓器的厚度。平面變壓器廣泛應用於通信、電腦、工業控制、航空工程、醫療設備等產品中。不過，因平面變壓器需要使用相當多層的電路板，體積仍大。且因效率不高，輸出阻抗也大，容易產生噪音。如何達成平面變壓器薄型化、高效率化，成為此行業亟待克服的技術難題。

台灣發明專利I357086號提供一種變壓器，適於配置於一線路基板內。變壓器包括一第一平面線圈及一第二平面線圈，其中第一平面線圈具有多數個第一繞圈，而第二平面線圈具有多數個第二繞圈。至少兩個相鄰的第一繞圈構成第一繞圈束。至少兩個相鄰的第二繞圈構成第二繞圈束。兩者相互跨越，藉此減少平面線圈的層數。

中國發明專利CN 103081044A揭示一種平面變壓器，具有多層的單層、單圈繞線板，並以不同的繞線板組合，依據不同的需要，構成不同型態的平面變壓器。

歐洲專利EP 2 602 801A1揭示一種平面變壓器，具有多數單層、單圈繞線金屬板，作為次級繞線，以與初級繞線組合。

歐洲專利EP 2 637 183A2揭示一種平面變壓器，使用單層單圈繞線板作為線圈。繞線板並延伸出接墊(pad)形狀，以作為層與層之間，以及與外界的連接電極。

美國專利公開案2013-278371A1揭示一種平面變壓器，使用多數單層的平面金屬繞線，並將多數金屬繞線以端子串聯及定位，達成多層繞線的目的。

專利合作條約專利案WO 0070926A1也揭示一種平面變壓器，使用連續材料製作多層、單圈繞線板。各層之間以接墊形狀的舌片串接。

美國專利8,237,535B2揭示一種以多層線圈板或線圈層疊置組合而成的平面變壓器。各線圈層包括單圈的線圈。

美國專利8,395,470B2揭示一種以多層線圈板或線圈層疊置組合而成的平面變壓器。各線圈層包括單圈的線圈，互相以配置在不同相對位置的接墊串連。

美國專利公開案2014/0145813揭示一種平面高壓變壓器，利用多層的線圈板疊置組合形成。各線圈板均包括多圈的線圈。線圈的繞線起於線圈板外周，終於內周。

由平面變壓器的技術現狀可知，業界對於平面變壓器的小型化，可謂不遺餘力的開發，以擺脫習知以印刷電路板製作平面變壓器的窠臼。所提出的設計，多以單層繞線板，線圈板或線圈層作為組合的單元。但並無法提出一種可以根據使用上需要，透過增減線圈板或線圈層層數與繞線圈數，改變變壓器電壓轉換比例的平面變壓器結構。習知技術也沒有提出一種可以連續材料製作平面線圈的技術。

本發明的目的在提供一種多層、多圈的平面線圈架構。

本發明另一目的在提供一種容易因應使用上的不同需求，改變平面線圈的層數與圈數的平面線圈。

本發明的目的更在提供一種可使用連續材料製作的平面線圈。

本發明的目的更在提供一種具有上述優點的平面變壓器。

根據本發明的平面變壓器之線圈，為一種平面線圈，並包括由連續材料形成的：第一渦形線圈層、第二渦形線圈層以及串連兩者的N個渦形線圈層，該第一、第二與N個渦形線圈層疊置。其中，N為0或雙數。該渦形具有雙數圈或單數圈之繞線。任二渦形線圈層之連結部連接該二線圈層所在之平面。該第一或第二渦形線圈層另可包括一延伸之接墊。該平面線圈另可包括位在任二渦形線圈層間之絕緣墊片。

在本發明的實例中，該渦形包括以矩形、多邊形或圓形所形成的渦形。另在本發明的較佳實例中，各層線圈層所含有的繞線圈數相同。

在本發明的較佳實例中，該絕緣墊片形成一切口，以供該連 結部崁入。

在本發明的較佳實例中，相鄰兩線圈層中，至少一線圈層提供在一底板上。該底板為電氣絕緣之薄片材料。在其他較佳實例中，各線圈層之繞線包括包覆該繞線材料之包覆材料。該包覆材料為電氣絕緣之材料。

在本發明的某些實例中，各圈繞線形成實質上一周。

一種使用本發明平面線圈的平面變壓器可包括該平面線圈，至少一第二線圈，以及一鐵心。該平面線圈與該第二線圈疊置，該鐵心向垂直該二線圈所在平面之方向延伸，並穿過該二線圈之中央部分。該平面變壓器另可包括一金屬殼體，包覆該鐵心及該二線圈之線圈部分。

在本發明的一些實例中，該第二線圈為本發明之平面線圈。在此種實例中，兩組平面線圈之各層互相穿插疊置。

上述及其他本發明的目的及優點，可由以下詳細說明並參照圖式，而更形清楚。

1‧‧‧變壓器

10‧‧‧第一渦形線圈層

11‧‧‧接墊

14‧‧‧連接部

20‧‧‧第二渦形線圈層

21‧‧‧接墊

22‧‧‧外圈繞線

23‧‧‧內圈繞線

24‧‧‧連接部

30‧‧‧第二層線圈

32‧‧‧外圈繞線

33‧‧‧內圈繞線

34‧‧‧連接部

40‧‧‧第三層線圈

42‧‧‧外圈繞線

43‧‧‧內圈繞線

100‧‧‧平面線圈

200‧‧‧第二線圈

300‧‧‧鐵心

410‧‧‧上殼體

420‧‧‧下殼體

第1圖表示本發明平面線圈一實施例之結構示意圖。

第2A-2F圖表示第1圖平面線圈之製作流程示意圖。

第3圖表示本發明平面變壓器一種實施例的結構示意圖。

以下依據圖式說明本發明平面變壓器之平面線圈及平面變壓器的數種實施例。但須說明，本發明對於實施例的說明，僅在例示本發 明的基本架構與可能的應用，並非用來限制本發明的範圍。

本發明提出一種平面變壓器之平面線圈的新穎結構。根據本發明，供平面變壓器使用的平面線圈，可以利用一連續材料製作。在本發明所提出的平面線圈架構下，該連續材料平面線圈所含的繞線層數與圈數，可以根據應用上的需求，任意決定。唯一的限制僅在於，該連續材料平面線圈所含的繞線層數為雙數。因此，本發明提供了一種實質上可為不限圈數，不限層數的平面線圈結構。

根據本發明的平面變壓器之平面線圈，為一種以連續材料製作的平面線圈。由於可以利用連續材料製作，故可使用簡單的工作機器，在設定例如層數、圈數、層距與圈距等參數之後，連續大量製作。

第1圖即顯示本發明平面變壓器之平面線圈一實施例之結構示意圖。圖中顯示根據本發明實施例製作完成的平面線圈100。該平面線圈100包括由連續材料形成的：位在圖中上方第一層的第一渦形線圈層10、位在圖中最下方即第四層的第二渦形線圈層20以及位在兩者間並串連兩者的第二層與第三層渦形線圈層30、40。圖中也顯示，該第一層線圈10、第二層線圈30、第三層線圈40與第四層線圈20依序串接，疊置。該第一渦形線圈層10與第二渦形線圈層20之外側端分別延伸形成接墊11、21。

圖中所示的平面線圈100雖然含有4層線圈層，但本行業人士均可理解，只要介於第一渦形線圈層10與第二渦形線圈層20之間的線圈層層數為雙數，即可滿足該平面線圈100由線圈外側，例如該接墊11處，延伸進入線圈結構內，並由線圈外側，例如該接墊21處延伸出該線圈結構之需求。據此，介於第一渦形線圈層10與第二渦形線圈層20之間的線圈層層數 可為0、2、4等雙數。當然，視該線圈繞線材料厚度與所需電壓轉換比例，以及應用時之功率而定，該平面線圈100之線圈層總層數不宜太多，以免影響變壓器之功效。

同樣的，根據本發明之設計，各線圈層之渦形繞線圈數並無限制。如以下說明所示，每層的繞線都包括多數圈，而由外周延伸至內周或由內周延伸至外周。各圈實質上形成一周。相鄰兩層線圈層的繞線，若一層是由外周延伸至內周，則另一層的繞線即是由內周延伸至外周。反之亦然。在此設計下，各層之渦形繞線圈數並無限制。但視該線圈繞線材料設計上之寬度、所需平面線圈之電壓轉換比例，鐵心之直徑、以及應用時變壓器之尺寸而定，各線圈層所含之繞線圈數也不宜太多。在本發明的較佳實例中，各層線圈層所含繞線圈數為相同。取其製作上之便利，並非任何技術上的限制。

該平面線圈100是以一連續材料製作，使各層線圈層內的繞線實質上位在同一平面。兩線圈層之間以連接部14連接。任二渦形線圈層之連結部連接該二線圈層所在之平面。在本發明的某些應用實例中，該平面線圈100另可包括位在任二渦形線圈層間之絕緣墊片(未圖示)。如有必要，該絕緣墊片可形成一切口，以供該連結部14崁入。該絕緣墊片的材料可使用任何市售的絕緣材料，只要適於加工並能提供良好絕緣效果即可。其厚度不宜太厚，但也不宜太薄，以致損及其絕緣效果以及固定功能。

本發明的平面線圈100可以任何導電材料製作。適用的材料包括各種金屬或合金，例如鋁、銅、銀、黃銅等。該平面線圈100之材料另可包括包覆繞線的絕緣層。適用的材料包括任何市售的絕緣材料，只要適 於加工並能提供良好絕緣效果即可。其厚度並無限制，但以延展性佳的材料為宜，以避免受加工影響。

各層線圈層的繞線形成渦形。包括以矩形、多邊形或圓形所形成的渦形。但從加工容易的角度而言，該渦形以圓形形成的渦形，較為適用。各繞線的厚度、寬度，以及渦形的最大、最小直徑，並無限制。在本發明的一些實例中，各圈繞線形成實質上一周，使繞線角度達到最大。不過，考慮到該連接部14連接相鄰兩平面的特性，如需使各圈繞線都形成實質上一周，將會使所有的連接部都位在相同投影平面位置上。因此，在應用時可考慮平均配置該連接部之位置。當然，在這種實例中，並非各圈繞線都形成實質上一周。

在本發明的較佳實例中，相鄰兩線圈層中，至少一線圈層提供在一底板上。該底板為電氣絕緣之薄片材料。

以下說明該平面線圈100之製作方法。第2A-2F圖表示第1圖所示的平面線圈100的製作流程示意圖。如第2A圖所示，在製作該平面線圈100時，首先使用一連續材料，形成該第二渦形線圈層20。該第二渦形線圈層20具有一接墊21，外圈繞線22與內圈繞線23。各繞線22、23為實質上扁平的材料層。該接墊21由繞線22、23延伸出來，並可向垂直方向延伸，達到該接墊21所在平面。接著，如第2B圖所示，在該第二渦形線圈層20之內圈繞線23形成該第二渦形線圈層20(結構上的第四層)與第三層渦形線圈層40之連接部24，並接著由該連接部24形成該第三層渦形線圈層40的內圈繞線43，並延伸形成其外圈繞線42。第2C圖顯示完成後的第三層渦形線圈層40。接著，如第2D圖所示，由該第三層渦形線圈層40的外圈繞線42繼續延 伸形成第三層渦形線圈層40與第二層渦形線圈30之間的連接部34，並接著形成該第二層渦形線圈層30的外圈繞線32，以及其後的內圈繞線33。第2E圖顯示完成後的第二層渦形線圈層30。其後，如第2F圖所示，由該第二層渦形線圈層30的內圈繞線33繼續延伸形成第一層渦形線圈層，即第一渦形線圈層10與第二層渦形線圈30之間的連接部14，並接著形成該第一渦形線圈層10。第1圖即顯示完成後的第一渦形線圈層10。如此，即完成本發明平面線圈100的製作。

形成該單一材料平面線圈100的適用方法，包括任何金屬加工技術。適用的技術包括低溫變形、高溫變形、裁切、沖壓等已知技術或其結合。在本發明的較佳實例中，該平面線圈100是以低溫變形方式形成。利用一模具，形成引導溝槽，將該平面線圈100材料擠壓進入該溝槽，形成連續的各層線圈層後，再以沖壓方式形成接墊。即可完成本發明平面線圈100的製作。

第1圖顯示該平面線圈100之接墊11、21位在相鄰位置，並位在相同高度。這種設計便利於表面黏著加工。但非任何技術限制。

第3圖表示本發明平面變壓器一種實施例的結構示意圖。如圖所示，一種使用本發明平面線圈的平面變壓器1可包括該平面線圈100，至少一第二線圈200，以及一鐵心300。該平面線圈100與該第二線圈200疊置。該鐵心300向垂直該二線圈100、200所在平面之方向延伸，並穿過該二線圈100、200之中央部分。該平面變壓器1另可包括一金屬殼體，包括一上殼體410及一下殼體420，包覆該鐵心300及該二線圈100、200之線圈部分。該殼體除可保護該變壓器1，另提供電磁波屏障的功能。該第二線圈200可 以任何導電性佳的材料製作。其結構與形狀並無限制。在本發明的較佳實例中，該第二線圈200具有與本發明平面線圈100相同或近似的結構，但所具有的總層數/繞線圈數不同，以達成變壓器所需的功能。在應用中，如該平面線圈100為初級線圈，則該第二線圈200為次級線圈。反之亦然。該平面線圈100或第二線圈200的數量與所含層數、圈數並無限制。

該鐵心300的材料與形狀、尺寸，可依據應用上的需求，從已知技術中選用。該上、下殼體410、420的材料、形狀與尺寸，也可依據應用上的需求，從已知技術中選用。此外，該殼體也不限於以上下殼體組合的方式。以單一材料製成殼體或以多於兩個元件組合，也屬可行。如有必要，可以省略其中一面的殼體或增加其中一面殼體的層數。凡此皆屬已知技術的範疇，不須在此贅述。

第3圖所示的結構中，該平面線圈100與第二線圈200互相堆疊。但該實例並非任何技術上的限制。在本發明的一些實例中，該第二線圈200為本發明之平面線圈，並將兩組平面線圈100、200之各層，或部分層互相穿插疊置。

10‧‧‧第一渦形線圈層

11‧‧‧接墊

20‧‧‧第二渦形線圈層

21‧‧‧接墊

30‧‧‧第二層線圈

40‧‧‧第三層線圈

100‧‧‧平面線圈

Claims (16)

1. 一種平面變壓器之平面線圈，包括由連續材料以低溫變形方式形成的：第一渦形線圈層、第二渦形線圈層以及串連兩者的N個渦形線圈層，該第一、第二與N個渦形線圈層疊置，使該渦形的外周面在該側面形成實質的曲面，並使該渦形的內周面在該側面形成實質的曲面；其中，N為非0之雙數；任二渦形線圈層之連結部連接該二線圈層所在之平面，且各連結部對該第二渦形線圈所在平面之投影位置分布在該第一渦形線圈層對該第二渦形線圈所在平面之投影範圍內；其中，各線圈層均包括相同數量的多數圈繞線，並至少包括一外周圈及一內周圈。
2. 如申請專利範圍第1項之平面線圈，其中，該第一或第二渦形線圈層另包括一延伸之接墊。
3. 如申請專利範圍第1或2項之平面線圈，另包括位在任二渦形線圈層間之絕緣墊片。
4. 如申請專利範圍第3項之平面線圈，其中，該絕緣墊片形成一切口，以供該連結部崁入。
5. 如申請專利範圍第1或2項之平面線圈，其中，各線圈層之繞線 包括包覆該繞線材料之電氣絕緣材料。
6. 如申請專利範圍第1或2項之平面線圈，其中，相鄰兩線圈層中，至少一線圈層提供在一底板上，該底板為電氣絕緣之薄片材料。
7. 一種平面變壓器，包括申請專利範圍第1或2項之平面線圈，至少一第二線圈，以及一鐵心；其中，該平面線圈與該第二線圈疊置，該鐵心向垂直該二線圈所在平面之方向延伸，並穿過該二線圈之中央部分。
8. 如申請專利範圍第7項之平面變壓器，另包括一金屬殼體，包覆該鐵心及該二線圈之線圈部分。
9. 如申請專利範圍第7項之平面變壓器，其中，該平面線圈各線圈層之繞線包括包覆該繞線材料之電氣絕緣材料。
10. 如申請專利範圍第7項之平面變壓器，其中，該平面線圈之相鄰兩線圈層中，至少一線圈層提供在一底板上，該底板為電氣絕緣之薄片材料。
11. 如申請專利範圍第7項之平面變壓器，其中，該第二線圈為一種如申請專利範圍第1項之平面線圈。
12. 一種平面變壓器，包括申請專利範圍第1或2項之平面線圈，至 少一第二線圈，以及一鐵心；其中，該平面線圈與該第二線圈各層之一部份互相穿插疊置，該鐵心向垂直該二線圈所在平面之方向延伸，並穿過該二線圈之中央部分。
13. 如申請專利範圍第12項之平面變壓器，另包括一金屬殼體，包覆該鐵心及該二線圈之線圈部分。
14. 如申請專利範圍第12項之平面變壓器，其中，該平面線圈各線圈層之繞線包括包覆該繞線材料之電氣絕緣材料。
15. 如申請專利範圍第12項之平面變壓器，其中，該平面線圈之相鄰兩線圈層中，至少一線圈層提供在一底板上，該底板為電氣絕緣之薄片材料。
16. 如申請專利範圍第12項之平面變壓器，其中，該第二線圈為一種如申請專利範圍第1項之平面線圈。