以太网络变压器的制作方法

本发明涉及网络变压器技术领域，特别涉及一种万兆以太网络变压器。

背景技术

以太网是目前使用最广泛的局域网技术。由于其具有结构简单、成本低廉、可扩展性强、与ip网络能够很好地结合等诸多优点，以太网技术的应用正从企业内部网络向公用电信网的领域迈进。

在以太网技术已有的应用基础上，随着云计算的重要性日益突出，以及对统一的数据存储连接和企业数据中心服务器虚拟化提高利用率的重要性日益增加，使得万兆级别的以太网(以下简称“万兆以太网”)正在迅速普及。

在构建万兆以太网时，适用的网络变压器是其中必不可少的重要部件。现有的万兆以太网络变压器一般采用在双孔磁芯上绕制线圈的结构，也就是将绕线多次来回反复地穿过磁芯的两个通孔，从而缠绕在磁芯上形成万兆以太网络变压器的线圈。这种结构的主要缺点是：磁芯构造和绕线结构都比较复杂，导致整体成本较高，实际生产时良率较低；进一步说，复杂的线圈结构也导致变压器的性能不够稳定，难以精确地控制工作参数，不利于大规模批量生产。

技术实现要素：

本发明提供了一种以太网络变压器，尤其适用于万兆以太网络，并且可以解决现有的万兆以太网络变压器存在的上述问题。

根据本发明的实施方式，提供了一种以太网络变压器，包括至少一个变压器单元，所述变压器单元包括主磁芯、次磁芯、第一绕线、第二绕线、第三绕线、第四绕线、第五绕线和第六绕线；所述主磁芯与所述次磁芯均为单孔磁环；所述第一至第六绕线均具有第一线头、第二线头以及连接在所述第一线头与第二线头之间的主体段，所述第一绕线、第二绕线和第三绕线的主体段相互绞合形成第一绞合线，所述第四绕线、第五绕线和第六绕线的主体段相互绞合形成第二绞合线；所述主磁芯具有第一绕线区和第二绕线区，所述第一绞合线缠绕在所述第一绕线区上形成第一线圈，所述第二绞合线缠绕在所述第二绕线区上形成第二线圈；所述第一绕线的第一线头和所述第二绕线的第一线头引出后绞合在一起形成所述以太网络变压器的第一输入端，所述第一绕线的第二线头、所述第二绕线的第二线头、所述第四绕线的第一线头和所述第五绕线的第一线头引出后绞合在一起形成所述第一线圈的抽头，所述第四绕线的第二线头和所述第五绕线的第二线头引出后绞合在一起形成所述以太网络变压器的第二输入端；所述第三绕线的第一线头和所述第六绕线的第二线头引出后形成所述第二线圈的抽头或者与所述第二线圈的抽头连接，所述第三绕线的第二线头和所述第六绕线的第一线头引出后缠绕在所述次磁芯上形成第三线圈或者第三线圈的一部分；在所述第三线圈的末端，所述第三绕线的第二线头和所述第六绕线的第一线头相互分开，所述第六绕线的第一线头用作所述以太网络变压器的第一输出端，所述第三绕线的第二线头用作所述以太网络变压器的第二输出端。

优选地，所述第三绕线的第一线头和所述第六绕线的第二线头引出后绞合在一起形成所述第二线圈的抽头，所述第三绕线的第二线头和所述第六绕线的第一线头引出后绞合在一起形成第三绞合线，所述第三绞合线缠绕在所述次磁芯上形成第三线圈；在所述第三线圈的末端，所述第三绕线的第二线头和所述第六绕线的第一线头相互分开，所述第六绕线的第一线头用作所述以太网络变压器的第一输出端，所述第三绕线的第二线头用作所述以太网络变压器的第二输出端。

优选地，所述第一绕线和所述第二绕线的颜色均为第一颜色，所述第三绕线的颜色为第二颜色，所述第四绕线和第五绕线的颜色均为第三颜色，所述第六绕线的颜色为第四颜色，所述第一至第四颜色互不相同。

优选地，所述以太网络变压器还包括第七绕线，所述第七绕线具有第一线头、第二线头以及连接在所述第一线头与第二线头之间的主体段；所述第三绕线的第一线头和所述第六绕线的第二线头引出后与所述第七绕线的第一线头绞合在一起并形成电性连接，所述第三绕线的第二线头和所述第六绕线的第一线头引出后与所述第七绕线的主体段绞合在一起形成第三绞合线，所述第三绞合线缠绕在所述次磁芯上形成第三线圈；在所述第三线圈的末端，所述第三绕线的第二线头、所述第六绕线的第一线头和所述第七绕线的第二线头相互分开，所述第六绕线的第一线头用作所述以太网络变压器的第一输出端，所述第三绕线的第二线头用作所述以太网络变压器的第二输出端，所述第七绕线的第二线头用作所述第二线圈的抽头。

优选地，所述第一绕线、所述第二绕线和所述第七绕线的颜色均为第一颜色，所述第三绕线的颜色为第二颜色，所述第四绕线和第五绕线的颜色均为第三颜色，所述第六绕线的颜色为第四颜色，所述第一至第四颜色互不相同。

优选地，所述第一绞合线包括位于中段的第一缠绕部和分别位于所述第一缠绕部两端的两个第一绞合部，所述第二绞合线包括位于中段的第二缠绕部和分别位于所述第二缠绕部两端的两个第二绞合部；所述第一缠绕部缠绕在所述第一绕线区上形成第一线圈，所述第二缠绕部缠绕在所述第二绕线区上形成第二线圈；所述两个第一绞合部和所述两个第二绞合部相互绞合在一起而形成具有一定的长度和绞合圈数的总绞合段；所述第一至第六绕线的第一线头和第二线头都从所述总绞合段的末端引出，然后所述第一绕线的第一线头和所述第二绕线的第一线头引出后绞合在一起形成所述以太网络变压器的第一输入端，所述第一绕线的第二线头、所述第二绕线的第二线头、所述第四绕线的第一线头和所述第五绕线的第一线头引出后绞合在一起形成所述第一线圈的抽头，所述第四绕线的第二线头和所述第五绕线的第二线头引出后绞合在一起形成所述以太网络变压器的第二输入端，所述第三绕线的第一线头和所述第六绕线的第二线头引出后形成所述第二线圈的抽头或者与所述第二线圈的抽头连接，所述第三绕线的第二线头和所述第六绕线的第一线头引出后缠绕在所述次磁芯上形成第三线圈或者第三线圈的一部分。

优选地，所述总绞合段的长度为2-4毫米，所述总绞合段的绞合圈数为3-6圈。

优选地，所述主磁芯的所述第一绕线区和所述第二绕线区由同时经过所述主磁芯的一个径向和所述主磁芯的中轴线的平面划分出来。

优选地，所述第三线圈在所述次磁芯上的覆盖面积不超过所述次磁芯表面积的一半。

优选地，所述变压器单元为多个，所述以太网络变压器还包括电路板，所述多个变压器单元都安装在所述电路板上，每个所述变压器单元的所述第一至第六绕线的所述第一线头及第二线头都与所述电路板建立电性连接。

与传统的以太网络变压器相比，本发明提供的以太网络变压器的优点在于：采用单孔磁环代替现有技术中通常使用的双孔磁芯作为变压器的磁芯，并且在线圈的绕线方式上也作出了相应的改进，使得变压器的磁芯结构和绕组结构都更加简单，制造更加便利，有效地降低了成本、提高了生产中的产品良率；另外，本发明提供的以太网络变压器的绕线方式还有助于使变压器的性能更加稳定，更精确地控制工作参数，适合于大规模批量生产。

附图说明

图1示出了根据本发明的第一个较佳实施方式提供的以太网络变压器的结构示意图。

图2示出了图1所示的以太网络变压器的一个变压器单元的结构示意图。

图3a示出了图2所示的变压器单元中第一绕线、第二绕线和第三绕线绞合形成第一绞合线的示意图。

图3b示出了图2所示的变压器单元中第四绕线、第五绕线和第六绕线绞合形成第二绞合线的示意图。

图4示出了图2所示的变压器单元中的主磁芯上第一绕线区和第二绕线区的示意图。

图5示出了图1所示的以太网络变压器的电路原理图。

图6示出了根据本发明的第二个较佳实施方式提供的以太网络变压器的一个变压器单元的未完成组装的一部分的结构示意图。

图7示出了根据本发明的第二个较佳实施方式提供的以太网络变压器的一个变压器单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图结合实施例，对本发明进一步详细说明。

图1示出了根据本发明的第一个较佳实施方式提供的以太网络变压器100的结构示意图。所述以太网络变压器100包括电路板110和四个变压器单元10。所述四个变压器单元10都安装在电路板110上，与电路板110建立电性连接。所述四个变压器单元10的结构和功能都是相同的，因此下面仅对其中一个变压器单元10的特征进行具体描述。

请一并参阅图2，每一个变压器单元10包括主磁芯101、次磁芯102、第一绕线11、第二绕线12、第三绕线13、第四绕线14、第五绕线15和第六绕线16。本实施例中，所述主磁芯101与所述次磁芯102均为单孔磁环，具体而言，主磁芯101与次磁芯102都可以采用常用的变压器导磁材料制成，形状大致为圆环形，中部仅设有一个通孔。相比于现有的以太网络变压器中常用的双孔磁环，本实施例的主磁芯101与次磁芯102结构更加简单，制造更加便利，有利于降低成本及提高生产良率。

在该变压器单元10中，第一至第六绕线11-16全部缠绕在主磁芯101上，同时第三绕线13和第六绕线16还另外引出并缠绕在次磁芯102上，共同构成该变压器单元10的线圈绕组结构。以下详细说明该变压器单元10的线圈绕组结构的具体构造。

请一并参阅图3a及图3b，所述第一至第六绕线11-16中的每一条都具有第一线头、第二线头以及连接在所述第一线头与第二线头之间的主体段。所述第一绕线11、第二绕线12和第三绕线13的主体段相互绞合形成第一绞合线a，所述第四绕线14、第五绕线15和第六绕线16的主体段相互绞合形成第二绞合线b。

请一并参阅图4，所述主磁芯101上设有第一绕线区103和第二绕线区105。在本实施方式中，所述第一绕线区103和所述第二绕线区105是由一个虚拟的平面在主磁芯101上划分出来的，该平面同时经过所述主磁芯101的一个径向和所述主磁芯101的中轴线。这样，如图4所示，沿着主磁芯的中轴线看，则所述第一绕线区103和所述第二绕线区105是以主磁芯101的一条直径d为界。所述第一绞合线a缠绕在所述第一绕线区103上形成第一线圈w1，所述第一线圈w1不超出第一绕线区103的范围；所述第二绞合线缠绕在所述第二绕线区105上形成第二线圈w2，所述第二线圈w2不超出第二绕线区105的范围。在本实施例中，所述第一绞合线a的缠绕方向与所述第二绞合线b的缠绕方向相反，例如第一绞合线a可以按照顺时针方向缠绕，而第二绞合线b可以按照逆时针方向缠绕。

显然，在本实施方式中，所述第一线圈w1和第二线圈w2在主磁芯101上的绕线区域是没有重叠部分的。第一绞合线a和第二绞合线b分别缠绕于主磁芯101的不同部分，有利于增加两组绕线之间的距离，降低了线间电容，增加了杂散电容，可以进一步改善变压器的电气特性，特别是回波损耗、插入损耗、共模到共模的衰减等方面的性能。

在其他实施方式中，所述第一线圈w1和第二线圈w2在主磁芯101上的绕线区域也可以部分或全部重叠，或者在不交叉、不重叠的前提下均匀交替设置。在所述第一线圈w1和第二线圈w2在主磁芯101上的绕线区域均匀交替设置且不交叉、不重叠的实施方式中，第一线圈w1和第二线圈w2在主磁芯101上的绕制顺序可以是先绕制好其中一个线圈，然后在第一个线圈的间隙中绕制另一个线圈；也可以是将第一绞合线a和第二绞合线b同时并绕到主磁芯101上，同时形成第一线圈w1和第二线圈w2。无论采取上述的先后绕制还是同时并绕的方法，优选地都应该确保第一绞合线a与第二绞合线b彼此始终存在间隔，交替均匀地缠绕在主磁芯101上，即形成双螺旋结构缠绕于主磁芯101上。形成上述的绞合线结构有利于增强网络变压器的功能效果，同时理线清晰，缠绕方便；上述双螺旋结构可以保证电感效果，使磁场分布均匀。

请再次参阅图2，优选地，在本实施方式中，每个所述第一绞合线a被划分为位于中段的第一缠绕部(图中未标号)和位于所述第一缠绕部两端的第一绞合部(图中未标号)，所述第二绞合线b被划分为位于中段的第二缠绕部(图中未标号)和位于所述第二缠绕部两端的第二绞合部(图中未标号)。需要注意的是，所述第一、第二缠绕部及第一、第二绞合部本质上是同样的绞合线的不同区段，仅在具体功能上有所区别，因此第一缠绕部与第一绞合部之间、以及第二缠绕部与第二绞合部之间并不存在界线或者分隔结构。由所述第一缠绕部缠绕在所述第一绕线区103上形成第一线圈w1，所述第二缠绕部缠绕在所述第二绕线区105上形成第二线圈w2。在绕好所述第一线圈w1和所述第二线圈w2之后，所述两个第一绞合部和所述两个第二绞合部都被从第一磁芯101上引出，然后全部都相互绞合在一起而形成具有一定的长度和绞合圈数的总绞合段z。所述总绞合段z绞合一定圈数，延伸一定长度之后，所述第一至第六绕线11-16的第一线头和第二线头都从所述总绞合段z的末端引出。通过这样的绕线方式，可以将所述第一至第六绕线11-16尽量紧密地绞合在一起，防止绕线散乱地缠绕，使绕线结构更加清晰简明，同时也有助于消除电磁干扰，提高变压器的性能。

优选地，在该实施方式中，所述总绞合段z的长度为2-4毫米，所述总绞合段z的绞合圈数为3-6圈。优选地，在该进一步的实施方式中，所述主磁芯102具有两个相对的、大致为环形的端面，所述总绞合段z的始端被布置在所述主磁芯101的一个端面的边缘上，与主磁芯101的该端面的边缘上的一点相接触。如上所述的总绞合段z的长度和绞合圈数的设置、以及总绞合段z的始端的位置都有助于进一步消除电磁干扰，提高变压器的性能。

在所述第一至第六绕线11-16的第一线头和第二线头都从所述总绞合段z的末端引出之后，所述第一绕线11的第一线头和所述第二绕线12的第一线头引出后绞合在一起形成所述以太网络变压器100的第一输入端td1，所述第一绕线11的第二线头、所述第二绕线12的第二线头、所述第四绕线14的第一线头和所述第五绕线15的第一线头引出后绞合在一起形成所述第一线圈w1的抽头ct1，所述第四绕线14的第二线头和所述第五绕线15的第二线头引出后绞合在一起形成所述以太网络变压器100的第二输入端td2；所述第三绕线13的第一线头和所述第六绕线的第二线头引出后绞合在一起形成所述第二线圈w2的抽头ct2。所述第三绕线13的第二线头和所述第六绕线16的第一线头引出后绞合在一起形成第三绞合线c，所述第三绞合线c缠绕在所述次磁芯102上形成第三线圈w3。在本实施方式中，所述第三线圈w3在次磁芯102上的覆盖面积优选不超过次磁芯102的表面积的一半。在所述第三线圈w3的末端，所述第三绕线13的第二线头和所述第六绕线16的第一线头相互分开，所述第六绕线16的第一线头用作所述以太网络变压器100的第一输出端tx1，所述第三绕线13的第二线头用作所述以太网络变压器的第二输出端tx2。优选地，如图2所示，在所述第三线圈w3的末端，也可以先不分开所述第三绕线13的第二线头和所述第六绕线16的第一线头(即不拆开第三绞合线c)，而是使所述第三绞合线c延伸一定距离，形成一个第二总绞合段z2，在该第二总绞合段z2的末端再把所述第三绕线13的第二线头和所述第六绕线16的第一线头相互分开，分别用作上述第一输出端tx1和第二输出端tx2。

请再次参阅图1，并同时参阅图5，在形成如上所示的第一输入端td1、第二输入端td2、第一输出端tx1、第二输出端tx2、以及抽头ct1、ct2之后，就制成了所述变压器单元10。然后即可将所述变压器单元10安装到电路板110上。安装时，将主磁芯101和次磁芯102固定在电路板110表面上，第一输入端td1、第二输入端td2、第一输出端tx1、第二输出端tx2、以及抽头ct1、ct2分别与电路板110上预设的多个连接端口111建立电性连接。这些连接端口111可以是现有的电性连接结构，例如焊盘、过孔、插接端子等等；主磁芯101和次磁芯102的固定方式以及第一输入端td1、第二输入端td2、第一输出端tx1、第二输出端tx2、抽头ct1、ct2的连接方式都可以采用本领域的常用技术，此处无需赘述。本实施例中，依照上面介绍的方式，可以分别制成四个相同的变压器单元10并将它们都安装在同一个电路板110上。

该以太网络变压器100还可以包括外壳(图未示)，该外壳可以是电子器件常用的保护外壳，具有防尘、防水、绝缘等保护作用。在安装好各个变压器单元10之后，可以使用该外壳将电路板110和变压器单元10都封装在其中以提供保护。

在电路板110上完成上述的安装操作之后，所述四个变压器单元10中的每一个都可以独立进行工作。工作时，绕制在主磁芯101上的第一线圈w1和第二线圈w2可以形成变压器结构，把来自于外接的以太网芯片的差分信号通过电磁场的转换耦合到不同电平的连接网线的另外一端；绕制在次磁芯102上的第三线圈w2可以用作共模抑制线圈，当差模信号通过共模抑制线圈时在次磁芯102中会产生相反的磁场而相互抵消，当共模信号通过共模抑制线圈时则会在次磁芯102中产生相同方向的磁场而加强，这样就使得有用的差模信号可以几乎无损耗地通过，而对共模干扰信号则呈现高阻抗，使其大量衰减，从而达到抑制信号干扰的作用。

可以理解，在本发明的其他实施方式中，变压器单元10的数量可以不限于四个，例如采用一个、两个、三个或者多于四个变压器单元10都是可以的。该等变压器单元10在电路板110上的安装方式和电性连接方式都可以采用现有技术，此处无需赘述。

本实施方式中的第一至第六绕线11-16优选采用漆包线。为了在绞合、绕线及引出线头时能够清楚地区分这些绕线，可以将这些绕线分别设置成不同的颜色。例如在本实施例中，优选所述第一绕线11和所述第二绕线12的颜色均为第一颜色，所述第三绕线13的颜色为第二颜色，所述第四绕线14和第五绕线15的颜色均为第三颜色，所述第六绕线16的颜色为第四颜色，所述第一至第四颜色互不相同。优选地，所述第一颜色为金色，第二颜色为绿色，第三颜色为蓝色，第四颜色为红色。可以理解，所述第一至第四颜色也可以采用其他颜色，只要能够方便地彼此区分即可。可以理解，也可以将所述第一至第六绕线11-16分别设置成六种互不相同的颜色。

根据本发明的第二个较佳实施方式，也提供了一种以太网络变压器，其大部分技术特征与上述的以太网络变压器100相同，与上述的以太网络变压器100的主要区别在于每个变压器单元中的绕线结构。请参阅图6及图7，在根据本发明的第二个较佳实施方式提供的所述以太网络变压器中，可以采用变压器单元10a代替上述的以太网络变压器100的部分或全部变压器单元10。所述变压器单元10a的大部分技术特征与上述变压器单元10相同，与变压器单元10的主要区别在于：每个变压器单元10a还包括第七绕线17。所述第七绕线17的颜色优选为上述第一颜色。所述第七绕线17也具有第一线头、第二线头以及连接在所述第一线头与第二线头之间的主体段；所述第三绕线13的第一线头和所述第六绕线16的第二线头从所述总绞合段z末端引出后，与所述第七绕线17的第一线头绞合在一起并形成电性连接，使第三绕线13、第六绕线16与第七绕线17相互短接。为了保证第三绕线13、第六绕线16与第七绕线17能够紧密地连接在一起并维持良好的短接，在将第三绕线13的第一线头、第六绕线16的第二线头及第七绕线17的第一线头绞合之后，优选地可以对绞合在一起的这三根线头进行浸锡包封，浸锡后再用胶水封装。

之后，将所述第三绕线13的第二线头和所述第六绕线16的第一线头引出，并与所述第七绕线17的主体段绞合在一起形成第三绞合线c2，将所述第三绞合线c2缠绕在所述次磁芯102上形成第三线圈w3a；在所述第三线圈w3a的末端，优选地在使所述第三绞合线c2再延伸一段预定距离，形成第二总绞合端z2a之后，将所述第三绕线13的第二线头、所述第六绕线16的第一线头和所述第七绕线17的第二线头相互分开，所述第六绕线16的第一线头用作所述以太网络变压器的第一输出端tx1，所述第三绕线13的第二线头用作所述以太网络变压器的第二输出端tx2，所述第七绕线17的第二线头用作所述第二线圈w2的抽头ct2。这样就制成了所述的变压器单元10a。所述变压器单元10a可以按照与上述变压器单元10相似的方式和工作原理安装到上述电路板110上进行工作，此处无需重复赘述。

不同于传统的网络连接器，集成有具有磁性连接模块的网络连接器具有占用空间少、抗干扰能力强以及集成度高等优势，因而其已经成为行业内的主流产品。网络连接器的磁性连接模块可以至少包括由隔离变压器以及共模电感(或称为共模扼流圈)组成的磁性线圈(例如上述的主磁环及次磁环与绕线构成的线圈)。特别地，例如在本申请的上述的第二个较佳实施方式中，由于其中(例如在次磁芯102上绕制的三线线圈w3a)构成了三通道共模电感结构，可以有效地兼容电流驱动型与电压驱动型物理层芯片，因此可以被广泛地应用在多种磁性模组的磁性线圈设计中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。