TWI624844B - 變壓器 - Google Patents

Abstract

一種變壓器，包含一第一芯體、一第二芯體、複數個電極、一內層線圈以及一外層線圈。第一芯體具有一中央孔洞。第二芯體設置於中央孔洞中。第二芯體具有二凸緣以及一中柱。內層線圈纏繞於中柱上。內層線圈之一第一出線端電性連接於電極的其中之一。內層線圈包含一第一導線以及一第一絕緣層，其中第一絕緣層包覆第一導線。外層線圈纏繞於內層線圈上。外層線圈之一第二出線端電性連接於電極的其中之一。外層線圈包含一第二導線以及一第二絕緣層，其中第二絕緣層包覆第二導線。第二絕緣層之一第二厚度大於第一絕緣層之一第一厚度。

Description

變壓器

本發明關於一種變壓器，尤指一種可有效增加耐電壓（withstand voltage）之變壓器。

變壓器係為重要的電子元件，用以增加或減少電壓。在大多數的電路中，皆安裝有變壓器。一般而言，變壓器通常由一次側線圈、二次側線圈以及芯體組成。於先前技術中，一次側線圈係纏繞於芯體之中柱上，且二次側線圈係纏繞於一次側線圈上。由於變壓器有微型化的需求，一次側線圈與二次側線圈的繞線空間便受到侷限。為了避免一次側線圈與二次側線圈之間因絕緣不良而產生跳火現象，先前技術係於一次側線圈與二次側線圈之間設置一絕緣膠帶。然而，絕緣膠帶會佔據繞線空間，進而增加整體線圈之外徑。因此，變壓器之製程會變得更加複雜，且製造成本也會增加。此外，變壓器在接受耐電壓測試時，絕緣膠帶仍然無法確保跳火現象不會發生。

本發明的目的之一在於提供一種可有效增加耐電壓之變壓器，以解決上述問題。

根據一實施例，本發明之變壓器包含一第一芯體、一第二芯體、複數個電極、一內層線圈以及一外層線圈。第一芯體具有一中央孔洞。第二芯體設置於中央孔洞中。第二芯體具有二凸緣以及一中柱，其中中柱位於二凸緣之間。一繞線空間位於二凸緣與中柱之間。電極選擇性地設置於第一芯體與第二芯體的其中之一上。內層線圈纏繞於中柱上且位於繞線空間中。內層線圈之一第一出線端電性連接於電極的其中之一。內層線圈包含一第一導線以及一第一絕緣層，其中第一絕緣層包覆第一導線。外層線圈纏繞於內層線圈上且位於繞線空間中。外層線圈之一第二出線端電性連接於電極的其中之一。外層線圈包含一第二導線以及一第二絕緣層，其中第二絕緣層包覆第二導線。第二絕緣層之一第二厚度大於第一絕緣層之一第一厚度。

綜上所述，由於外層線圈之第二絕緣層之第二厚度大於內層線圈之第一絕緣層之第一厚度，藉由增加外層線圈之第二絕緣層之第二厚度，可有效增加變壓器之耐電壓，進而避免於內層線圈與外層線圈之間產生跳火現象。此外，由於本發明藉由增加外層線圈之第二絕緣層之第二厚度來增加變壓器之耐電壓，本發明可不需於內層線圈與外層線圈之間設置絕緣膠帶，以使變壓器之體積維持不變，藉此，變壓器之製程可被簡化，且製造成本也可減少。再者，由於內層線圈與外層線圈之間無設置絕緣膠帶，繞線空間可保留給內層線圈與外層線圈，使得在設計變壓器之特性時更有彈性。於一些實施例中，當本發明之變壓器應用於具有高電壓之電子產品時，本發明可選擇性地於內層線圈與外層線圈之間設置絕緣膠帶，以進一步增加變壓器之耐電壓。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱第1圖至第4圖，第1圖為根據本發明一實施例之變壓器1的立體圖，第2圖為第1圖中的變壓器1的***圖，第3圖為第1圖中的變壓器1的俯視圖，第4圖為第3圖中的變壓器1沿X-X線的剖面圖。

如第1圖至第4圖所示，變壓器1包含一第一芯體10、一第二芯體12、複數個電極14、一內層線圈16以及一外層線圈18。第一芯體10具有一中央孔洞100。第二芯體12設置於中央孔洞100中。第二芯體12具有二凸緣120以及一中柱122，其中中柱122位於二凸緣120之間。一繞線空間124位於二凸緣120與中柱122之間。於此實施例中，第一芯體10可為一方環形芯體（square-ring shaped core，SRI core），且第二芯體可為一鼓形芯體（drum core），其中第一芯體10與第二芯體12可由鎳與鋅之混合物製成。

電極14設置於第一芯體10上。於此實施例中，每一個電極14具有一第一平台140以及一第二平台142，其中第二平台142高於第一平台140。第一平台140自第一芯體10之一表面101突出，且第二平台142自第一平台140突出，進而形成一階梯狀電極14。此外，由於第一平台140自第一芯體10之表面101突出，因此，二相鄰電極14之間存在一分隔結構144，以將二相鄰電極14分隔開來，其中分隔結構144為非導電性。於此實施例中，分隔結構144可為一凹槽結構，但不以此為限。分隔結構144、第一平台140與第二平台142之高度彼此相異。換句話說，分隔結構144、第一平台140與第二平台142的任二者之間的接合處存在一高度差，其中第二平台142高於第一平台140，且第一平台140高於分隔結構144。藉此，本發明可於第一芯體10之四角落塗佈銀或其它導電材料，以於同一製程中形成四電極14。由於電極14係設置於第一芯體10之角落，可有效增加電極14之焊接面積。

於此實施例中，第二平台142為變壓器1之一最高的結構其中第二平台142可藉由錫或錫合金焊接於一電路板（未顯示）。第二平台142高於凸緣120，且第二平台142與凸緣120之間存在一高度差H。當變壓器1焊接於電路板時，焊料的量可增加，且焊料可容置於高度差H之空間中，進而增加焊接強度與耐震強度。此外，第一平台140設置於第二平台142之一邊緣，且至少一導電層（例如，銀層）形成於第一平台140與第二平台142之表面上，其中由內層到外層的結構可為，與第一平台140及第二平台142接合的導電層，以及與導電層接合的鎳錫合金層。再者，分隔結構144低於第一平台140與第二平台142，可有效降低二相鄰電極14彼此之間的短路問題。

內層線圈16纏繞於中柱122上且位於第二芯體12之繞線空間124中，其中內層線圈16包含一第一導線160以及一第一絕緣層162，且第一絕緣層162包覆第一導線160。外層線圈18纏繞於內層線圈16上且位於第二芯體12之繞線空間124中，其中外層線圈18包含一第二導線180以及一第二絕緣層182，且第二絕緣層182包覆第二導線180。於此實施例中，內層線圈16可為一次側線圈，且外層線圈18可為二次側線圈。然而，於另一實施例中，內層線圈16可為二次側線圈，且外層線圈18可為一次側線圈。

於此實施例中，外層線圈18之第二絕緣層182之一第二厚度T2大於內層線圈16之第一絕緣層162之一第一厚度T1（亦即，T2＞T1），如第4圖所示。需說明的是，外層線圈18之第二導線180之一外徑d2可等於內層線圈16之第一導線160之一外徑d1（亦即，d2=d1），使得外層線圈18之一外徑D2大於內層線圈16之一外徑D1（亦即，D2＞D1）。

由於外層線圈18之第二絕緣層182之第二厚度T2大於內層線圈16之第一絕緣層162之第一厚度T1，藉由增加外層線圈18之第二絕緣層182之第二厚度T2，可有效增加變壓器1之耐電壓，進而避免於內層線圈16與外層線圈18之間產生跳火現象。此外，由於本發明藉由增加外層線圈18之第二絕緣層182之第二厚度T2來增加變壓器1之耐電壓，本發明可不需於內層線圈16與外層線圈18之間設置絕緣膠帶，以使變壓器1之體積維持不變，藉此，變壓器1之製程可被簡化，且製造成本也可減少。再者，由於內層線圈16與外層線圈18之間無設置絕緣膠帶，繞線空間124可保留給內層線圈16與外層線圈18，使得在設計變壓器1之特性時更有彈性。於一些實施例中，當本發明之變壓器1應用於具有高電壓之電子產品時，本發明可選擇性地於內層線圈16與外層線圈18之間設置絕緣膠帶，以進一步增加變壓器1之耐電壓。

於此實施例中，本發明可使用具有高耐電壓之漆膜來形成外層線圈18之第二絕緣層182。舉例而言，若變壓器1之耐電壓需求為至少大於2250Vdc，本發明可使用每微米耐電壓169.2Vdc之漆膜來形成外層線圈18之第二絕緣層182，則外層線圈18之第二絕緣層182之第二厚度T2應至少大於13.3μm（亦即，2250Vdc/169.2Vdc/μm）。

如第3圖所示，內層線圈16之一第一出線端164以焊接的方式電性連接於電極14的其中之一，且外層線圈18之一第二出線端184以焊接的方式電性連接於電極14的其中之一。於此實施例中，內層線圈16之二第一出線端164對應地電性連接於二電極14，且外層線圈18之二第二出線端184對應地電性連接於另二電極14。需說明的是，只有第3圖繪示第一出線端164與第二出線端184，且其它圖式被簡化而未繪示第一出線端164與第二出線端184。

於此實施例中，第一芯體10之中央孔洞100具有複數個第一凹槽結構102，且第二芯體12之每一個凸緣120具有複數個第二凹槽結構126，其中第一凹槽結構102對應第二凹槽結構126。藉此，內層線圈16之第一出線端164與外層線圈18之第二出線端184可經由第一凹槽結構102與第二凹槽結構126拉出，且自第二芯體12之中柱122之一切線方向延伸出。接著，內層線圈16之第一出線端164與外層線圈18之第二出線端184即可對應地且輕易地電性連接於電極14之第一平台140。藉此，本發明即可將變壓器1之製程自動化，且減少製造成本。

於此實施例中，電極14之第二平台142之一第三厚度T3可大於或等於外層線圈18之外徑D2與內層線圈16之外徑D1（亦即，T3＞D2，且T3＞D1），使得外層線圈18不會超出電極14。需說明的是，由於內層線圈16之外徑D1因散熱需求而小於外層線圈18之外徑D2（亦即，D1＜D2），內層線圈16亦不會超出電極14。藉此，當變壓器1經由電極14固定於電路板（未顯示）上時，內層線圈16之第一出線端164與外層線圈18之第二出線端184便不會與電路板產生干涉。此外，由於第二平台142高於第一平台140，且內層線圈16之第一出線端164與外層線圈18之第二出線端184連接於第一平台140，內層線圈16之第一出線端164與外層線圈18之第二出線端184可隱藏於第二平台142下方，使得四電極14之整體平整性易於被控制。

於製造變壓器1時，首先，將內層線圈16纏繞於中柱122上且位於第二芯體12之繞線空間124中。於實際應用中，內層線圈16可為一圓形或扁平漆包線。接著，將外層線圈18纏繞於內層線圈16上且位於第二芯體12之繞線空間124中。於實際應用中，外層線圈18可為一圓形或扁平漆包線。接著，將第二芯體12設置於第一芯體10之中央孔洞100中。此時，第一芯體10之中央孔洞100與第二芯體12之二凸緣120的至少其中之一之間存在一間隙G。接著，將一絕緣且非磁性材料（未顯示）填充於間隙G中，其中絕緣材料可為UV膠或其它光固化黏著劑。接著，以UV光或加熱方式固化絕緣材料。接著，以點焊製程、熱壓焊製程或其它製程將內層線圈16之第一出線端164與外層線圈18之第二出線端184固定於電極14上。接著，將絕緣材料完全固化，以完成變壓器1之製造。

請參閱第5圖，第5圖為根據本發明另一實施例之變壓器2的剖面圖。變壓器2與上述之變壓器1的主要不同之處在於，於變壓器2中，外層線圈18之外徑D2等於內層線圈16之外徑D1（亦即，D2=D1），如第5圖所示。由於外層線圈18之第二絕緣層182之第二厚度T2大於內層線圈16之第一絕緣層162之第一厚度T1（亦即，T2＞T1），外層線圈18之第二導線180之外徑d2係小於內層線圈16之第一導線160之外徑d1（亦即，d2＜d1）。

請參閱第6圖，第6圖為根據本發明另一實施例之變壓器3的立體圖。變壓器3與上述之變壓器1的主要不同之處在於，變壓器3之分隔結構144為一突出結構，如第6圖所示。於此實施例中，第二平台142高於分隔結構144，且分隔結構144高於第一平台140。

請參閱第7圖，第7圖為根據本發明另一實施例之變壓器4的立體圖。變壓器4與上述之變壓器1的主要不同之處在於，變壓器4之第一芯體10為八邊形，如第7圖所示。於此實施例中，電極14之第二平台142係位於電極14之第一平台140中間。

請參閱第8圖，第8圖為根據本發明另一實施例之變壓器5的立體圖。變壓器5與上述之變壓器1的主要不同之處在於，變壓器5之第一芯體10為八邊形，如第8圖所示。於此實施例中，電極14具有二第二平台142，其中電極14之二第二平台142係位於電極14之第一平台140之相對二側。

請參閱第9圖至第12圖，第9圖為根據本發明另一實施例之變壓器6的立體圖，第10圖為第9圖中的變壓器6於另一視角的立體圖，第11圖為第9圖中的變壓器6的***圖，第12圖為第11圖中的導線架60的立體圖。

變壓器6與上述之變壓器1的主要不同之處在於，變壓器6另包含一導線架60，設置於第二芯體12之二凸緣120的其中之一上，如第9圖至第12圖所示。於此實施例中，導線架60提供複數個電極62，其中上述之電極14係以電極62取代。因此，根據第1圖與第11圖所示之實施例，本發明之電極可選擇性地設置於第一芯體10與第二芯體12的其中之一上。

綜上所述，由於外層線圈之第二絕緣層之第二厚度大於內層線圈之第一絕緣層之第一厚度，藉由增加外層線圈之第二絕緣層之第二厚度，可有效增加變壓器之耐電壓，進而避免於內層線圈與外層線圈之間產生跳火現象。此外，由於本發明藉由增加外層線圈之第二絕緣層之第二厚度來增加變壓器之耐電壓，本發明可不需於內層線圈與外層線圈之間設置絕緣膠帶，以使變壓器之體積維持不變，藉此，變壓器之製程可被簡化，且製造成本也可減少。再者，由於內層線圈與外層線圈之間無設置絕緣膠帶，繞線空間可保留給內層線圈與外層線圈，使得在設計變壓器之特性時更有彈性。於一些實施例中，當本發明之變壓器應用於具有高電壓之電子產品時，本發明可選擇性地於內層線圈與外層線圈之間設置絕緣膠帶，以進一步增加變壓器之耐電壓。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1、2、3、4、5、6‧‧‧變壓器
10‧‧‧第一芯體
12‧‧‧第二芯體
14、62‧‧‧電極
16‧‧‧內層線圈
18‧‧‧外層線圈
60‧‧‧導線架
100‧‧‧中央孔洞
101‧‧‧表面
102‧‧‧第一凹槽結構
120‧‧‧凸緣
122‧‧‧中柱
124‧‧‧繞線空間
126‧‧‧第二凹槽結構
140‧‧‧第一平台
142‧‧‧第二平台
144‧‧‧分隔結構
160‧‧‧第一導線
162‧‧‧第一絕緣層
164‧‧‧第一出線端
180‧‧‧第二導線
182‧‧‧第二絕緣層
184‧‧‧第二出線端
d1、d2、D1、D2‧‧‧外徑
G‧‧‧間隙
H‧‧‧高度差
T1‧‧‧第一厚度
T2‧‧‧第二厚度
T3‧‧‧第三厚度
X-X‧‧‧剖面線

第1圖為根據本發明一實施例之變壓器的立體圖。 第2圖為第1圖中的變壓器的***圖。 第3圖為第1圖中的變壓器的俯視圖。 第4圖為第3圖中的變壓器沿X-X線的剖面圖。 第5圖為根據本發明另一實施例之變壓器的剖面圖。 第6圖為根據本發明另一實施例之變壓器的立體圖。 第7圖為根據本發明另一實施例之變壓器的立體圖。 第8圖為根據本發明另一實施例之變壓器的立體圖。 第9圖為根據本發明另一實施例之變壓器的立體圖。 第10圖為第9圖中的變壓器於另一視角的立體圖。 第11圖為第9圖中的變壓器的***圖。 第12圖為第11圖中的導線架的立體圖。

Claims (15)

1. 一種變壓器，包含： 一第一芯體，具有一中央孔洞； 一第二芯體，設置於該中央孔洞中，該第二芯體具有二凸緣以及一中柱，該中柱位於該二凸緣之間，一繞線空間位於該二凸緣與該中柱之間； 複數個電極，選擇性地設置於該第一芯體與該第二芯體的其中之一上； 一內層線圈，纏繞於該中柱上且位於該繞線空間中，該內層線圈之一第一出線端電性連接於該等電極的其中之一，該內層線圈包含一第一導線以及一第一絕緣層，該第一絕緣層包覆該第一導線；以及 一外層線圈，纏繞於該內層線圈上且位於該繞線空間中，該外層線圈之一第二出線端電性連接於該等電極的其中之一，該外層線圈包含一第二導線以及一第二絕緣層，該第二絕緣層包覆該第二導線，該第二絕緣層之一第二厚度大於該第一絕緣層之一第一厚度。
2. 如請求項1所述之變壓器，其中該第一芯體為一方環形芯體，且該第二芯體為一鼓形芯體。
3. 如請求項1所述之變壓器，其中該內層線圈之該第一出線端與該外層線圈之該第二出線端自該第二芯體之該中柱之一切線方向延伸出。
4. 如請求項1所述之變壓器，其中該等電極設置於該第一芯體上，每一該電極具有一第一平台以及一第二平台，該第二平台高於該第一平台，該第一平台自該第一芯體之一表面突出，且該第二平台自該第一平台突出。
5. 如請求項4所述之變壓器，其中該第二平台為該變壓器之一最高的結構，該第二平台高於該凸緣，且該第二平台與該凸緣之間存在一高度差。
6. 如請求項4所述之變壓器，其中該第一平台設置於該第二平台之一邊緣，且至少一導電層形成於該第一平台與該第二平台之表面上。
7. 如請求項4所述之變壓器，其中該內層線圈之該第一出線端與該外層線圈之該第二出線端對應地電性連接於該等電極之該第一平台，且該第二平台之一第三厚度大於或等於該外層線圈與該內層線圈之一外徑。
8. 如請求項4所述之變壓器，其中二相鄰電極之間存在一分隔結構，以將該二相鄰電極分隔開來。
9. 如請求項8所述之變壓器，其中該分隔結構為一凹槽結構，該第二平台高於該第一平台，且該第一平台高於該分隔結構。
10. 如請求項8所述之變壓器，其中該分隔結構為一突出結構，該第二平台高於該分隔結構，且該分隔結構高於該第一平台。
11. 如請求項8所述之變壓器，其中該分隔結構低於該第一平台與該第二平台。
12. 如請求項1所述之變壓器，其中該第一芯體之該中央孔洞具有複數個第一凹槽結構，每一該凸緣具有複數個第二凹槽結構，且該等第一凹槽結構對應該等第二凹槽結構。
13. 如請求項1所述之變壓器，其中該第一芯體與該第二芯體之該二凸緣的至少其中之一之間存在一間隙，且一絕緣且非磁性材料填充於該間隙中。
14. 如請求項1所述之變壓器，另包含一導線架，設置於該第二芯體之該二凸緣的其中之一上，該導線架提供該等電極。
15. 如請求項1所述之變壓器，其中該等電極設置於該第一芯體之角落。