专利名称：磁漏电感极低的单叠片变压器的制作方法
技术领域：
本发明总的说来涉及磁路元件，更具体地说，涉及柔质绝缘叠片和导电薄膜制成的变压器。
许多供电应用设备(例如同步变流机和雷达电源)都希望能有一个预定磁漏电感极低的变压器。小截面的磁性器件可以构制成“Z字形折叠式”的磁性元件，即用Z字形折叠式(象手风琴风箱)柔韧衬底上的导电迹线图形制成磁性器件，再插入通常带有磁柱的磁芯中。1992年6月30日颁发给A.J.Yerman和W.A.Roshen、转让给当今受让人的美国专利5,126,715介绍了Z字形折叠式磁性器件的一个例子，这里也把该专利包括进来，以供参考。美国专利5,126,715的变压器，其连续的螺旋形初级绕组构制成Z字形折叠式，形成多极多层绕组，单独的次级绕组层与初级绕组交错配置。美国专利4,943,793、4,959,630、5,017,902、5,084,958、5,134,770、5,126,715和5,291,173也介绍了其它Z字形折叠式的器件，所有这些专利都转让给当今的受让人，这里也把这些专利包括进来，以供参考。
虽然Z字形折叠式磁性元件大大缩小了器件的截面，但这类器件起码需要两个分立的绝缘衬底，由导电薄膜绕组构成初级和次级绕组以一定的形状在衬底上形成。遗憾的是，这类Z字形折叠式结构中的初级和次绕组之间的间距难以精确确定和控制，从而使磁漏电感值比所要求的和/或容限值还要大。
另一种采用上面形式有导电薄膜绕组图形的绝缘衬底的磁性器件是桶形绕制式的。这类绕组绕制在心轴上，然后插入带圆柱形芯柱的杯状磁芯中。桶形绕制式器件采用两个分立的带导电薄膜绕组的绝缘衬底，也存在上述同样的问题，即和Z字形折叠式器件一样，磁漏电感较大，而且难以控制。另一种桶形绕制式变压器采用单个绝缘衬底，初级和次级线圈形成一定的图形，彼此毗邻配置。1993年4月27日颁发给Yerman也转让给当今受让人的美国专利5,026,621即介绍了这种变压器，这里也把该专利包括进来，以供参考。
虽然，上述各种导电绕组交错配置的情况相当好，但总希望能构制出柔韧的导电薄膜绕组以提高其交错程度并使磁漏电感值又小又可加以控制。
本发明的变压器具有极低的预定磁漏电感，其细长的绝缘叠片有两个表面，其中一个表面上配置有初级绕组，基本上沿叠片的长度方向处伸，初级绕组的形状与叠片的结构一致。叠片的另一表面上配置着起码一个次级绕组。叠片的两个表面分成若干相应的部分，各部分的长度与线匝的长相当。次级绕组由起码两个形成一定形状的导电薄膜组成，在叠片上空间地彼此分开。各次级绕组薄膜基本上占据了一个部分的长度。
叠片连同绝缘层卷绕在一个圆柱体(例如绕线管或圆柱形壳状铁心)上，初级和次级绕组摹制得使它们形成交错的绕组层，各线绕组之间设有绝缘层。卷绕的叠片、绝缘层和绕组都装在一个圆柱形磁壶铁中心。这样制成的变压器，其初级和次级绕组紧密交错，因而磁漏电感非常小。此外，毗邻的初级和次级线匝之间的间距由绝缘层的厚度固定下来，因而大可预计磁漏电感的大小。
结合附图阅读下面本发明的详细说明可以清楚了解本发明的特点和优点。附图中
图1A示出了本发明摹制有次级绕组的绝缘衬底的一个表面；图1B示出了本发明图1A绝缘衬底的另一个表面，表面上摹制有初级绕组；图2A和2B是图1A和图1B桶形绕制式结构的绕组的顶视图；图3是适宜容纳本发明桶形绕制式变压器绕组的壶状铁心的透视图；图4A示出本发明摹制有次级绕组的绝缘衬底的一个表面；图4B示出了本发明图4A绝缘衬底的另一个表面，表面上摹制有初级绕组；图5示出了本发明各交错绕组磁场的曲线，绕组如图1A和图1B或图4A和图4B所示的变压器，其各交错绕组磁场的曲线就是这样的。
图1A和图1B示出了由一绝缘衬底12构成的叠片10的正反两个绝缘表面，图1A所示的表面上设有次级导电薄膜绕组14，图1B所示的表面上设有初级导电薄膜16。可以看到，图中的次级导电薄膜绕组14由五个分立的摹制导电薄膜18组成(这仅仅是举例而已)，各导电薄膜的两端分别为20(B、D、F、H和J)和22(C、E、G、I和K)。还可以看到，初级导电薄膜绕组16由单一连续的矩形导电薄膜组成(这也仅仅是举例而已)，短形薄膜的两端分别为24A和26L。附在端号20、22、24和26后面的字母A-L有助理解图1A和1B的各绕组在绕成桶形之后的结构，如图2中所示，这稍后即将说明。
在组装具有如图1A和图1B的例子所示的绕组的桶形绕制式变压器的过程中，次级绕组14的所有五个导电薄膜18都并联起来(即将所有膜端20连接在一起。所有膜端22连接在一起)形成单一的次级线匝。初级绕组16的单一连续导电薄膜形成10个线匝，如图1B所示。叠片10连同分立的绝缘层(图2中的元件29)卷绕在一个圆柱体上，从而形成高度交错的绕组结构，由绝缘层29将各绕组层彼此绝缘起来。具体地说，(仅仅是举例而已)将图1A和图1B所示的叠片10连同绝缘层29卷起来，就得出图2所示的匝数比为10∶1的绕组结构。然后将图2得出的桶形绕制式绕组构件插入如图3具有中心柱32的壶状磁芯30的那一种磁芯中。壶状磁芯30开有孔口或窗口33，供绕组端接用。
为将叠片10卷绕成桶形，可以将叠片直接卷绕在壶状磁芯30的芯柱32上，不然也可以将其绕在一个绕线管上再插在芯柱上并插入磁芯中。由于叠片的长度取决于绕组的结构半径，因而各部分的长度与绕组结构的半径成比例增加。因此，每增加一个线匝，线圈的半径就增加线匝厚度那么大的幅度(即叠片10加绝缘层29)。这样，各线匝n的长度Ln随n而增加，大致可用下式表示Ln＝2π[r0+(n-1)t]其中r0表示绕组绕制成桶形所在的芯柱或绕线管的半径，t表示叠片的厚度。
从图1A和1B可以看到，初级和次级绕组各自的终端在叠片上彼此偏离半个线匝的距离，以便使初级和次级引线在绕制成桶形后从变压器同一端的两侧向外伸出，如图2中所示。金属(例如铜)条36和38用来并联连接各次级导电薄膜14和供外部接线用。金属条40和42则供连接初级绕组终端24A和26L用。
本发明的卷绕(即卷成桶形)绕组形成同度交错的结构。在图1中10∶1匝数比的具体结构中，每一个次级绕组层两侧有两个初级绕组层，各绕组层两者之间的间距为绝缘层的厚度所固定，而且由于绝缘层和任何粘结剂的厚度加在一起一般相当小，因而进一步减小了磁漏电感。
图4A和4B示出了本发明变压器绕组结构的另一个实施例，其中次级绕组20安置在次级导电薄膜作为次级终端32的另一侧。这样，次级绕组连接件36和38在桶形绕制之后处在变压器的两端(即顶部和底部)，这对某些应用场合有利。同样，初级绕组连接件24和26也在桶形绕制之后位于变压器的两端。
适用的导电薄膜包括铜薄膜，适用的绝缘衬底包括诸如杜邦公司以Kapton商标出售的聚酰亚胺薄膜。其它适用的导电薄膜的例子还有银、金、镍、铂或钯。其它适用的绝缘衬底还有以下几种聚酯、聚对苯二甲酸乙二酯(例如杜邦公司以My/ar的商标出售的产品)、聚醚酰亚胺(例如通用电气公司以ULTEM商标名出售的产品)、聚2，6-萘二甲酸乙二酯、聚砜或硅树脂。
适宜制造本发明磁路元件的方法是按周知的方式用光致抗蚀剂作为掩模进行蚀刻的方法，例如用那种借助丝网印刷将抗蚀剂印刷成一定图形的蚀刻法。
按本发明的原理制成的变压器具有这样的好处，即磁漏电感非常小且可加以控制。此外，这种变压器具有下面的性能由于绕组表面平行，因而高频性良好；交错程度高，因而减小了绕组表面的磁场；而且绕组极薄，因而减小了高频趋肤效应和邻近效应的有害影响。
虽然至此已就本发明的一些最佳实施例示范说明，但显然这些实施例仅仅是举例而已。在不脱离本发明的前提下，本技术领域的行家们是可以对上述实施例进行种种修改和替换的。因此，本发明仅受本说明书所附权利要求书的精神实质和范围的限制。
权利要求
1.一种变压器，其特征在于，它包括一个细长的绝缘叠片，具有两个表面，初级绕组配置在所述叠片上且基本上沿所述叠片的长度方向延伸，所述初级绕组的形状与所述叠片一致，所述叠片的另一表面配置有次级绕组，所述叠片的所述两表面上有若有相应的部分，各部分的长度相当于绕线匝的长度，所述次级绕组的各导电薄膜基本上占据一个部分的长度；一个绝缘层，毗邻所述叠片配置；所述叠片、所述绕组和所述绝缘层构成交错绕组层的桶形绕制式结构，绝缘层夹在所述各绕组层之间，所述变压器的初级绕组匝数的比值和磁漏电感都是预定的；所述叠片、所述绕组和所述绝缘层都安置在一个磁芯中。
2.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，还包括初级和次级终端，从所述变压器的同一端部向外伸出。
3.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，还包括初级和次级终端，从所述变压器的两端向外伸出。
4.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述次级绕组的绕线匝彼此并联连接。
5.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述磁芯的圆柱形壶状铁心的顶部和底部之间有一个中心芯柱延伸。
6.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述初级和次级绕组是将初级导电薄膜和次级导电薄膜分别蚀刻在所述叠片相应的正反面上制成一定的形状的。
7.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，初级和次级绕组线匝在所述叠片上彼此偏离大约半个线匝的距离，所述变压器的初级和次级终端在所述变压器的同一端彼此成大约180度向外延伸。
8.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，还包括一对初级绕线端子和一对次级绕线端子，各对端子的其中一个端子从所述变压器的一端向外延伸。
全文摘要
一种预定的磁漏电感极低的变压器，其细长的绝缘叠片有两个表面，一个表面上设有形状与叠片的结构一致的初级绕组，基本上沿着叠片的长度方向处伸，另一个表面上设有起码一个次级绕组。叠片连同绝缘层一起卷绕在一个圆柱体上，初级和次级绕组摹制得使两绕组构成交错的绕组层，绝缘层配置在各绕组层之间。卷好的叠片、绝缘层和绕组都装入一个圆柱形的壶状磁芯中。如此制成的变压器，初级和次级绕组紧密交错，因而磁漏电感非常之小，且可以高度地预测。
文档编号H01F17/00GK1141494SQ96106829
公开日1997年1月29日 申请日期1996年5月30日 优先权日1995年5月30日
发明者R·L·施泰格瓦尔德, A·J·耶曼, W·A·罗森 申请人:通用电气公司