专利名称：变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变压器，通过增加绕线框架内的线圈占有率，就能够实现紧凑结构，而不会增加生产成本，以及，更具体地，涉及一种利用预浸带(prepreg tape)进行绝缘的变压器。
背景技术：
在电源如开关稳压器里使用的变压器中，现有技术的绝缘结构通常分为以下三种，可以根据应用或者要求的性能适当地进行选择。
第一种绝缘结构是带绝缘结构。在此结构中，分别周向缠绕在线圈架上的两个线圈借助于同样周向缠绕在线圈架上的绝缘带而相互绝缘。
第二种绝缘结构是基于分开的线圈架。在这种结构中，在线圈架的线轴内还设置凸缘，通过在由凸缘分开的线轴部分分开缠绕线圈，从而使线圈相互绝缘。第三种绝缘结构是基于树脂成型。在此结构中，通过用树脂填充构成不同极性两个线圈之间的间隙，从而使两个线圈相互绝缘。
然而，在第一种绝缘结构中，尽管用绝缘带使不同极性的相邻线圈相互绝缘，但还必须在线圈端面设置隔离带等，以保证安全标准所要求的爬电距离或空间距离，因而导致了不能设置线圈的部分。结果，使线轴内线圈的占有率变低，从而导致较大的变压器尺寸。
同样地，基于分开线圈架的第二种绝缘结构，与第一种绝缘结构的情况相同，也需要不能设置线圈的部分，使线轴内线圈的占有率变低，从而导致较大的变压器尺寸。
另一方面，基于树脂成型的第三种绝缘结构，虽然没有第一或第二种绝缘结构中变压器尺寸较大的缺点，但在变压器生产过程中需要专用设备，并且还需要较长的时间进行树脂固化，从而引起生产成本的增加。
另一方面，在JP-A NO.9-330826中所披露的结构中使用了上述的预浸带，但这种结构在保证安全标准所要求的初级线圈与次级线圈、或者高压线圈与低压线圈之间的爬电距离或空间距离方面存在缺陷。
发明内容
考虑到上述情况，本发明的目的是提供一种变压器，可通过提高线轴内线圈的占有率，不引起生产成本的增加，就能够实现较小尺寸。
根据本发明的第一方面，一种变压器，包括线圈架，具有线轴以及位于线轴两端的一对凸缘；两个或更多线圈，以重叠方式缠绕在线轴上；以及绝缘层，通过使绝缘带固化而形成，该绝缘带由在支撑材料上涂覆环氧树脂而构成；其中，将绝缘带分别设置在成对凸缘相互正对的表面上，以及，还分别设置在两个或更多线圈中至少一个线圈的内周和外周上，并对这种绝缘带进行固化，以构成覆盖至少一个线圈的绝缘层。
所描述的线圈具有在线圈架线轴上以重叠方式缠绕两个或更多线圈的结构。在此结构中，绝缘带通过在支撑材料上涂覆环氧树脂形成，将该绝缘带分别布置在设置于线轴两端的成对凸缘相互正对的表面上，并且还分别设置在两个或更多线圈至少一个线圈的内周和外周上。
因此，作为绝缘带的预浸带例如环氧浸渍带，不仅设置在构成线圈架凸缘相互正对表面的内壁上，与两个线圈端部相接触，而且还设置在两个线圈中至少一个的内周和外周上，从而用绝缘带覆盖线圈的整个周界。
这样，根据本发明，在两个线圈的端部和构成线圈周界的内周和外周上都存在绝缘带，并且对这种绝缘带进行加热使之熔融，然后使绝缘带的绝缘环氧树脂固化，从而形成环氧树脂，并因此构成绝缘层。结果，这样形成的环氧树脂就形成连接的绝缘层，并使其填充在线圈周围，籍此，线圈层采用完全由绝缘层封闭的结构，并使线圈相互绝缘。
因此，本发明的变压器，采用不同极性的两个线圈之间不包括漏电表面或空间的结构，从而安全标准中为绝缘距离所限定的爬电距离和空间距离也就不复存在，而且，不同极性之间的绝缘仅仅取决于所用绝缘层的绝缘强度。
结果，与基于树脂成型的现有结构不同，本发明的变压器通过固化绝缘带形成薄绝缘层，就能够保证两个线圈之间绝缘，不会增加生产成本。因此，与必须用隔离带保证爬电距离的情况相比，可以减少线圈架线轴中不能形成线圈的区域，从而可以提高线圈架线轴中线圈的占有率，以实现更小的变压器尺寸。
根据本发明第二方面的变压器具有这样一种配置，即绝缘带是通过在聚酯带表面上涂覆环氧树脂形成的预浸带。
因此，加热绝缘带时，就使涂覆在构成基体的聚酯带表面上的环氧树脂熔融，因而易于固化，并形成环氧树脂的相互连接，以与相邻的绝缘带连接，从而更可靠地显出上述效果。
此外，变压器可以具有一种配置，即绝缘带由具有三层结构的预浸带构成，该预浸带通过将环氧树脂涂覆在聚酯带的表面上、并在环氧树脂上涂覆胶粘材料而形成。
因此，由于用包括胶粘材料并且环氧树脂夹在胶粘材料与聚酯带之间的三层预浸带构成绝缘带，在环氧树脂浸渍到胶粘材料层里的状态下，加热时就会使环氧树脂熔融，并固化，籍此，不但用环氧树脂而且还用胶粘材料来形成绝缘层，并且还使导线缠绕操作更加容易。
此外，变压器可以具有一种配置，即绝缘带由具有三层结构的预浸带构成，该预浸带通过将环氧树脂涂覆在聚酯带的表面上、并将胶粘材料涂覆在所述聚酯带的另一表面上而形成。
因此，由于用包括胶粘材料的三层预浸带构成绝缘带，借助于胶粘材料，易于将绝缘带粘附到线圈架的凸缘上。同样地，加热时，就可以使设置在聚酯带表面上的环氧树脂熔融，然后使其固化，并可以使其容易与另一绝缘带的环氧树脂相连接。
优选的，变压器可以具有这样一种配置，由多层聚酯薄膜带构成聚酯带，例如，三层的结构。因此，可以缠绕一圈由三层结构的聚酯薄膜带所构成的聚酯带作为线圈的外层，从而满足安全标准所要求的绝缘强度。
本发明通过提高线轴内线圈的占有率，就可以实现以更小尺寸制造的变压器，不会增加生产成本。
图1是表示本发明具体实施方式
变压器在移去铁氧体磁芯状态下的剖视图；图2是本发明具体实施方式
变压器的侧视图；图3是表示构成本发明具体实施方式
变压器的线圈架和内壁绝缘预浸带的分解透视图；图4是表示在热固化之前的状态下，图1所示变压器主要部分放大的剖视图；图5是表示在热固化之后的状态下，图1所示变压器主要部分放大的剖视图；图6A和图6B是表示比较变压器线圈架中空间的剖视图，其中图6A表示应用本发明变压器的要部横截面，以及图6B表示现有技术变压器的要部横截面。
具体实施例方式
下面，在图1至图5中示出本发明变压器的实施方式，并参照这些附图进行说明。如图1至图3所示，本实施方式变压器10的线圈架12设有形成为圆筒形的线轴14，以及在线轴14两端形成的一对凸缘16。凸缘16之一设有多个端子18，将端子18的基端嵌置于凸缘16中。
如图1所示，在线轴14的外周上，设有绝缘层32，它是通过热固化构成第一绝缘带的隔层绝缘预浸带形成的。将初级线圈26缠绕在绝缘层32的外周侧上，并将次级线圈28缠绕在初级线圈26的外周上。而且将这些初级线圈和次级线圈两端的引线26A、28A分别装配在端子18上。
在初级线圈26与次级线圈28之间、以及次级线圈28外周上，分别设置绝缘层32，它们各自通过热固化隔层绝缘预浸带22形成。于是，在本实施方式中，在三个不同直径的同心绝缘层32之间，又按照同心的方式设置具有不同缠绕直径的初级线圈26和次级线圈28。
另一方面，如图1至图3所示，在成对凸缘16相互正对的表面16A上，设置绝缘层34，它们各自通过热固化构成第二绝缘带的内壁绝缘预浸带24而形成。因此，在本实施方式中，绝缘层32存在于初级线圈26与次级线圈28之间、以及这种初级线圈26和次级线圈28的内周与外周，此外，绝缘层34存在于初级线圈26和次级线圈28的两个端部，而且这种绝缘层32和34具有相互连接的结构。
如图2所示，在如上所述缠绕初级线圈26和次级线圈28、并形成绝缘层32、34的线圈架12上，设置铁氧体磁芯30，以构成本实施方式的变压器10。
隔层绝缘预浸带22具有三层结构，通过在构成基体的聚酯带22A表面上涂覆环氧树脂22B、并进一步在环氧树脂上涂覆胶粘材料22C形成。聚酯带22A具有例如12-50μm的厚度，而环氧树脂22B则具有例如10-20μm的厚度。
内壁绝缘预浸带24具有使用相同材料但材料叠层顺序不同的三层结构，通过在聚酯带24A表面上涂覆环氧树脂24B、并在另一表面上涂覆胶粘材料24C形成，从而将聚酯带24A夹在环氧树脂24B与胶粘材料24C中间。聚酯带24A具有例如12-50μm的厚度，而环氧树脂24B具有例如0.4mm或更厚的厚度。
此外，可将具有多层结构的聚酯薄膜带用作预浸带的聚酯带，其中多层结构具有至少两层。在这种情况下，多层聚酯薄膜带具有例如12-50μm的厚度。
在安全标准要求三层以上聚酯带以增强绝缘耐压的情况下，如果预浸带缠绕3匝，则绝缘层的厚度增加。这对于变压器的小型化或性能改善来说是不希望的。当聚酯带由具有三层结构的聚酯薄膜带制成时，聚酯带的三层由一匝预浸带获得。因而，耐压得到增强，而不会引起绝缘层厚度的增加。此外，还可将包括两层结构聚酯薄膜带的预浸带与包括单层聚酯带的预浸带进行叠置，以获得三层聚酯带。此外，具有四层结构的聚酯薄膜带也可用作预浸带。
下面，对本实施方式变压器10的制造步骤进行说明。
首先，开始导线缠绕之前，借助于胶粘材料24C，将具有绝缘作用的内壁绝缘预浸带24粘附在线圈架12成对凸缘16的相对表面16A上，如图1至图3所示。然后，借助于胶粘材料22C，将具有相同绝缘作用的隔层绝缘预浸带22粘附在线圈架12的线轴14上并缠绕一层。
如图3所示，将成对的内壁绝缘预浸带24形成为与线圈架12的凸缘16形状相匹配的环状，但在其上设有用于穿过线轴14的切口35，以及用于穿过初级线圈26和次级线圈28引线26A、28A的切口36。
然后，将初级线圈26缠绕在线轴14上的隔层绝缘预浸带22之上，接着，在将引线26A与端子18接合之后，在胶粘材料22C的粘性作用下，按需要的层数(本实施方式中为两层)缠绕隔层绝缘预浸带22。其后，如同初级线圈26那样，将次级线圈28缠绕在线轴14上，接着，在将引线28A与端子18接合之后，将隔层预浸带22缠绕在其上，以获得图4所示的状态。
在此状态下，在120℃下对线圈架12加热例如大约60至120分钟，从而使预浸带22、24的环氧树脂22B、24B熔融，然后使其固化。经过此过程，使绝缘层32和34相互连接，并且由包含固化环氧树脂的绝缘层32、34将初级线圈26和次级线圈28分别包围。
其后，在初级线圈26和次级线圈28分别被绝缘层32、34包围的状态下，将铁氧体磁芯30放置在线圈架12上，从而完成如图2所示的变压器。
下面，对本实施方式变压器10的功能进行说明。
本实施方式的变压器10具有这样的结构，在线圈架12线轴14上以重叠方式缠绕两个线圈，即初级线圈26和次级线圈28。该结构中还包括预浸带22、24，它们是通过在聚酯带上涂覆环氧树脂形成的绝缘带，分别放置在设置于线轴14两端的成对凸缘16的相对表面16A上，并且还放置在初级线圈26与次级线圈28之间、以及初级线圈26和次级线圈28的内外周上。
因此，由于不仅在与初级线圈26和次级线圈28的端部相接触的凸缘16的相对表面16A上，而且还在初级线圈26与次级线圈28之间、以及初级线圈26和次级线圈28的内外周上，都存在预浸带22、24，使初级线圈26和次级线圈28的全部周界都分别被预浸带22、24所覆盖。
在本实施方式中，将预浸带22、24分别设置在初级线圈26和次级线圈28的端部、以及初级线圈26与次级线圈28之间及其内外周，并对这种预浸带22、24进行热固化，从而使预浸带22、24的环氧树脂22B、24B一度熔融然后固化以构成环氧树脂，由此形成绝缘层32、34。
结果，就使这种环氧树脂填充在初级线圈26和次级线圈28的周围，同时使绝缘层34与绝缘层32连接起来，如图5所示，从而由绝缘层32、34将线圈26、28分别完全封闭，并使它们相互绝缘。
因此，本实施方式的变压器采用了一种结构，不同极性两个线圈26、28之间不包括漏电表面或空间，从而安全标准中限定绝缘距离的爬电距离或空间距离也就不复存在，并且不同极性之间的绝缘完全取决于所使用绝缘层32、34的绝缘强度。因此，当由带形成绝缘层32、34时，仅仅限定绝缘层32、34的厚度，以及绝缘强度和缠绕匝数。
结果，与基于树脂成型的现有结构不同，本实施方式借助于经固化预浸带22、24而形成的薄绝缘层32、34，不会增加变压器10的生产成本，就能够保证初级线圈26与次级线圈28之间绝缘。
因此，与现有技术中采用的借助于隔离带保证爬电距离的情况相比，线圈架12的线轴14内不能形成线圈的区域得以减小，从而可以增加线圈架12的线轴14中线圈的占有率，并实现较小的变压器10的尺寸。
此外，在本实施方式中，在填充到初级线圈26与次级线圈28之间后，加热时，涂覆在预浸带22、24上并且浸渍在其中的绝缘环氧树脂22B、24B被固化，从而改善了由线圈铜损耗所产生热的传导，而这种作用也有助于变压器10尺寸的减小。同样，由于可以将线圈缠绕在线圈架12的线轴14的整个宽度上，可以改善初级线圈26与次级线圈28之间的耦合，因此，在将本实施方式的变压器10用作电源时，可以获得提高的效率。
另一方面，在本实施方式中，隔层绝缘预浸带22具有的三层结构，通过在构成基体的聚酯带22A表面上涂覆环氧树脂22B、并进一步在环氧树脂22B上涂覆胶粘材料22C形成。
因此，在本实施方式中，因为涂覆在聚酯带22A表面上的环氧树脂22B的存在，加热隔层绝缘预浸带22时，就使这种环氧树脂22B一度熔融，然后易于使其固化，并使环氧树脂22B与环氧树脂24B相连接，而环氧树脂24B定位为与环氧树脂22B相邻，从而使相邻的预浸带22、24易于相互连接，如图5所示。
同样地，由于在将环氧树脂22B夹在胶粘材料22C与聚酯带22A之间的三层结构中，在环氧树脂浸渍到胶粘材料22C层中的状态下，加热时就使环氧树脂22B熔融，并且使其固化，从而，绝缘层不仅由环氧树脂22B形成，而且还由胶粘材料22C一起形成。
另一方面，在本实施方式中，内壁绝缘预浸带24具有三层结构，通过在构成基体的聚酯带24A的表面上涂覆环氧树脂24B、并在另一表面上涂覆胶粘材料24C形成。
因此，在本实施方式中，采用这种三层结构的内壁绝缘预浸带24作为绝缘带，通过将内壁绝缘预浸带24借助于胶粘材料24C粘附在线圈架12的凸缘16上，就比较容易使内壁绝缘预浸带24施加到线圈架12凸缘16上。同样地，加热时，就使在聚酯带24A表面上设置的环氧树脂24B一度熔融，然后固化，从而使其容易与隔层绝缘预浸带22的环氧树脂22B相连接。
下面，对应用本发明的变压器线圈架中的空间与现有技术变压器线圈架中的空间进行比较说明。图6A是表示应用本发明的变压器主要部分的剖视图，而图6B是表示符合欧洲安全标准变压器主要部分的剖视图。
如图6B所示，在符合前述安全标准的现有技术中，具有线圈50缠绕空间的线圈架44位于铁氧体磁芯42的窗形开口42A内。铁氧体磁芯42窗形开口42A的长度L为19.3mm、宽度D为5.9mm，于是其面积为5.9×19.3＝113.9mm2。
此外，接近于线圈架44端子侧(图中左手侧)的区域，在其中因为隔离带46的存在而不能缠绕线圈，其长度LL为6.4mm，而与线圈架44端子侧相对(图中右手侧)的区域，在其中因为隔离带48的存在而不能缠绕线圈，其长度LR为3.2mm。
于是，可以将线圈50设置在余下的区域中，其长度L1为7.1mm，以及宽度D1为4.3mm。因此，在此实例中，可以设置线圈50的区域所具有的面积为4.3×7.1＝30.5mm2，并且只有铁氧体磁芯42窗形开口面积大约27％的占有率。
另一方面，图6A表示应用本发明的变压器，在其中可以设置线圈50的区域的长度L1可为10.0mm，而宽度D1为3.05mm，以保证30.5mm2的相同面积。
因此，就可形成带有长度L为12.0mm而宽度D为4.15mm的窗形开口42A的铁氧体磁芯42，即具有4.15×12＝49.8mm2的窗形开口面积，从而可以将设置线圈50区域的占有率提高到61％。因此，在应用本发明的变压器中，铁氧体磁芯42的窗形开口面积，可以减少到现有技术变压器中铁氧体磁芯42窗形开口面积的44％。
在上述实施方式中，构成预浸带的绝缘带具有在作为基体的聚酯带表面上涂覆环氧树脂的结构，但也可以采用这种结构，其中以环氧树脂浸渍织造布料或无纺布料基体，或进一步在其上涂覆胶粘材料，并且，还可以使用无纺布料或玻璃材料等作为基体。
在上述实施方式中，将次级线圈缠绕在初级线圈外周，但也可采用一种倒置的结构，即将初级线圈缠绕在次级线圈外周，并且本发明还可以应用于具有高压线圈和低压线圈的变压器。此外，上述实施方式中采用了两个线圈，但本发明同样可以应用于具有三个或更多线圈的变压器。
另一方面，上述实施方式采用了两个绝缘带，即隔层绝缘预浸带22和内壁绝缘预浸带24，它们在环氧树脂和胶粘材料的排列上相互不同，但也可通过在使用隔层绝缘预浸带22的位置上同样使用内壁绝缘预浸带24，而只使用一种绝缘带。此外，尽管利用直立式变压器的实施方式对本发明进行了说明，但本发明显然也可以应用于水平式变压器。
权利要求
1.一种变压器，包括线圈架，具有线轴以及位于所述线轴两端的一对凸缘；两个或更多线圈，以重叠方式缠绕在所述线轴上；以及绝缘层，通过使绝缘带固化而形成，该绝缘带由在支撑材料上涂覆环氧树脂而构成；其中，将所述绝缘带分别设置在所述成对凸缘相互正对的表面上，以及，还分别设置在所述两个或更多线圈中至少一个线圈的内周和外周上，并对这种绝缘带进行固化，以构成覆盖所述至少一个线圈的绝缘层。
2.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述绝缘带由预浸带构成，在该预浸带中，将环氧树脂涂覆在聚酯带的表面上。
3.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述绝缘带由具有三层结构的预浸带构成，在该预浸带中，将环氧树脂涂覆在聚酯带的表面上，并在所述环氧树脂上涂覆胶粘材料。
4.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述绝缘带由具有三层结构的预浸带构成，在该预浸带中，将环氧树脂涂覆在聚酯带的表面上，并将胶粘材料涂覆在所述聚酯带的另一表面上。
5.根据权利要求2所述的变压器，其中，所述聚酯带是具有至少两层的多层聚酯薄膜带。
6.根据权利要求5所述的变压器，其中，所述多层聚酯薄膜带具有三层的结构。
7.根据权利要求1所述的变压器，其中，分别设置于所述成对凸缘相对表面上的所述绝缘带，由具有三层结构的预浸带构成，在该预浸带中，将环氧树脂涂覆在聚酯带的表面上，并且将胶粘材料涂覆在所述聚酯带的另一表面上，以及分别设置于所述两个或更多线圈中至少一个线圈的所述内周和所述外周上的所述绝缘带，由具有三层结构的预浸带构成，在该预浸带中，将环氧树脂涂覆在聚酯带的表面上，并且将胶粘材料涂覆在所述环氧树脂上。
8.根据权利要求1所述的变压器，其中，通过在120℃下加热大约60至120分钟，使所述绝缘带固化。
全文摘要
本发明公开了一种变压器，其中在线圈架(12)的线轴(14)两端形成一对凸缘(16)，并且在线轴(14)的外周形成经热固化隔层绝缘预浸带(22)形成的绝缘层(32)。将初级线圈(26)缠绕在绝缘层(32)的外周，并将次级线圈(28)缠绕在初级线圈(26)的外周。在初级线圈(26)与次级线圈(28)之间、以及次级线圈(28)的外周上，分别设置绝缘层(32)。在成对凸缘(16)相互正对的表面(16A)上，设置经热固化内壁绝缘预浸带(24)形成的绝缘层(34)，并且这种绝缘层(32和34)具有相互连接的结构。
文档编号H01F27/32GK1783369SQ20051012614
公开日2006年6月7日 申请日期2005年11月30日 优先权日2004年11月30日
发明者北原觉, 金子滋 申请人:Tdk株式会社