变压器和包括该变压器的DC-DC转换器的制作方法

变压器和包括该变压器的dc
‑
dc转换器
技术领域
1.实施例涉及一种具有包括堆叠的导电板的次级线圈单元的变压器和包括该变压器的dc
‑
dc转换器。


背景技术：

2.随着近来对环境和环境法规的持续关注，已经积极地对具有电动机的车辆进行了研究。通常，这种车辆设置有被配置为驱动电动机的高压电池和被配置为向电子负载供应电力的辅助电池。辅助电池可以利用高压电池的电力充电。为了对辅助电池充电，有必要将高压电池的dc电力转换成对应于辅助电池的电压的dc电力。为此目的，可以使用dc
‑
dc转换器。
3.图1是示出普通dc
‑
dc转换器的构造的一个实例的框图。
4.参考图1，dc
‑
dc转换器10可以被置放在第一电池(batt1)20和第二电池(batt2)30之间，并且可以包括驱动电路11、变压器12和输出电路13。
5.第一电池20可以输出dc电压和dc电流，并且变压器12可以转换ac电压和ac电流。因此，驱动电路11可以将第一电池20输出的dc电流转换成随着时间改变的ac电流，并且可以向变压器12的初级线圈供应ac电流，从而ac电流被输入变压器12。为此目的，驱动电路11可以包括构成全桥的多个驱动开关，并且每个驱动开关可以在控制器40的控制下操作。
6.变压器12从驱动电路11接收ac电力，提高或者降低ac电力以对应于第一电池20和第二电池30之间的相对电压差，并且向次级线圈输出转换后的电力。另外，输出电路13可以将从变压器12输出的ac电流转换成dc电流，并且可以向第二电池30传输dc电流。
7.这里，变压器12包括磁芯，并且初级线圈和次级线圈围绕磁芯设置。将参考图2a和2b描述磁芯的形状和功能。
8.图2a是普通磁芯的前视图，图2b是构成普通磁芯的下芯的立体图。
9.参考图2a和2b，普通磁芯c可以包括上芯c1和下芯c2。这里，如图所示，上芯c1和下芯c2中的每一个可以是“e”形芯。磁芯c可以具有磁路的功能。例如，在中腿cc中向上流动的磁通φ
i
在磁芯的上部中被分成左磁通分量φ
ii
和右磁通分量φ
iii
，并且左磁通分量和右磁通分量分别在外腿cl和cr中向下流动，并且在中腿cc中相互联结。以此方式，磁通可以循环。此时，在中腿cc中流动的磁通φ
i
的大小是分别在外腿cl和cr中流动的磁通分量φ
ii
和φ
iii
的大小之和(即φ
i
＝φ
ii
+φ
iii
)，并且在每个外腿中流动的磁通的大小与磁通的路径的截面面积成比例。因此，为了使得在中腿cc中产生的磁通φ
i
顺利地流动通过该两个外腿cl和cr，优选的是，使得两个外腿cl和cr的截面面积之和等于或者大于中腿cc的截面面积。例如，如图2b中所示，假设中腿cc和两个外腿cl和cr具有矩形平面形状和相同的y轴方向长度l1，优选的是，使得左外腿cl的宽度w2和右外腿cr的宽度w3之和至少对应于中腿的宽度w1。
10.然而，在普通变压器中，初级线圈和次级线圈这两者都仅仅位于磁芯c的中腿cc处。因此，应该确保中腿cc在竖直方向(即z轴方向)上的高度达到能够接收所有初级线圈和
次级线圈以及线架的程度。另外，所有的线圈围绕具有最大周向长度(即w1>w2、w3)的中腿cc来进行缠绕，这在构成线圈的材料方面是不利的，并且延长了电流运动路径，这在热量产生和效率方面是不理想的。


技术实现要素：

11.技术问题
12.已经鉴于以上问题作出实施例，并且提供一种具有更高效率的变压器。
13.特别地，实施例提供一种具有初级线圈和次级线圈的至少一部分围绕外腿来进行缠绕的结构的变压器。
14.实施例的目的不限于以上提到的目的，并且基于以下描述，本领域技术人员将清楚地理解其它未提到的目的。
15.技术方案
16.在一个实施例中，一种变压器包括具有中腿和外腿的芯单元、包括在竖直方向上堆叠从而围绕中腿成匝形成的多个导电板的次级线圈单元和包括被缠绕成围绕外腿成匝形成的导线的初级线圈单元。
17.例如，外腿可以包括置放在芯单元的一侧处的第一外腿和置放在芯单元的另一侧处的第二外腿，并且初级线圈单元可以包括围绕第一外腿缠绕的第一导线和围绕第二外腿缠绕的第二导线。
18.例如，变压器可以进一步包括线架，该线架具有中腿通过其延伸的第一通孔、第一外腿通过其延伸的第二通孔和第二外腿通过其延伸的第三通孔。
19.例如，次级线圈单元可以包括置放在线架的上部处的上线圈单元和置放在线架的下部处的下线圈单元。
20.例如，构成上线圈单元和下线圈单元的多个导电板可以包括具有第一平面形状的多个第一类型导电板和具有第二平面形状的多个第二类型导电板，并且第一类型导电板和第二类型导电板可以在竖直方向上交替地堆叠。
21.例如，第一平面形状和第二平面形状可以左右对称。
22.例如，线架可以提供被配置为接收上线圈单元的第一接收孔、被配置为接收第一导线的第二接收孔、被配置为接收第二导线的第三接收孔和被配置为接收下线圈单元的第四接收孔。
23.例如，第二接收孔和第三接收孔可以在竖直方向上被置放在第一接收孔和第四接收孔之间。
24.例如，第二接收孔和第三接收孔可以在水平方向上被平行地相互隔开地置放。
25.在另一实施例中，dc
‑
dc转换器包括驱动电路、变压器和输出电路。这里，变压器可以包括：具有中腿和外腿的芯单元、包括在竖直方向上堆叠从而围绕中腿成匝形成的多个导电板的次级线圈单元和包括被缠绕成围绕外腿成匝形成的导线的初级线圈单元。
26.有利效果
27.根据实施例的变压器具有以下效果。
28.第一，初级线圈围绕具有比中腿更小周长的外腿进行缠绕，由此减小了构成初级线圈的导线的长度，因此减少了热量的产生，并且改进了效率。
29.第二，初级线圈在划分状态中围绕两个中间支腿进行缠绕，由此减小了在竖直方向上为了缠绕初级线圈而必要的磁芯的高度。
30.第三，在冷却装置由于磁芯高度减小而邻靠磁芯的竖直方向上的一侧的情形中，缩短了热传递路径，由此改进了冷却效率。
31.应该指出，实施例的效果不限于以上提到的效果，根据以下描述，本领域技术人员将清楚地理解其它未提到的效果。
附图说明
32.提供附图来帮助理解本公开，并且附图与其详细描述一起示意本公开的实施例。然而应该理解，本公开的技术特征不限于具体附图，并且附图中公开的特征可以被组合以构成新的实施例。
33.图1是示出普通dc
‑
dc转换器的构造的一个实例的框图。
34.图2a是普通磁芯的前视图，图2b是构成普通磁芯的下芯的立体图。
35.图3是示出根据实施例的变压器的外观的立体图。
36.图4a和4b是根据实施例的变压器的分解立体图。
37.图5是示出根据实施例的线架的形状的分解立体图。
38.图6是示出根据实施例的下芯的外观的立体图。
39.图7是示出根据实施例的两种类型的导电板的平面形状的视图。
40.图8是根据实施例的变压器的截面视图。
具体实施方式
41.现在将详细参考本发明的优选实施例，其实例在附图中示出。为了描述方便起见，这里使用了元件的后缀“模块”和“单元”，因此这些后缀能够可互换地使用而不具有任何可区分的含义或者功能。
42.在描述实施例时，将会理解，当元件被称作在另一个元件“上或者下”或者“在其前面或者后面”时，这包括两个元件直接地相互接触的情形和至少一个其它元件被置放在该两个元件之间的情形。
43.而且，在描述本公开的构件时，可以使用术语诸如“第一”、“第二”、“a”、“b”、“(a)”和“(b)”。这些术语是仅仅为了使得一个组件区别于另一个组件而使用的，并且术语不限制构件的性质、次序或者序列。当说一个构件被“连接”、“耦接”或者“关联”到另一个构件时，这可以意味着该一个构件不仅被直接地连接、耦接或者关联到另一个构件，而且还意味着该一个构件经由置入其间的其它一个构件被“连接”、“耦接”或者“关联”到另一个构件。
44.另外，术语“包括”、“包含”和“具有”意味着元件能够是固有的，除非另有声明。因此，所述术语应该被解释为不排除其它元件，而是可以进一步包括这样的其它元件。包括技术或者科学术语的所有的术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义，除非另有提及。通常使用的术语、诸如在字典中定义的术语应该被从上下文解释为与相关技术的含义一致。除非在本发明中明确定义，否则这些术语不应被解释为具有理想的或过于正式的含义。
45.在下文中，将参考附图详细描述根据实施例的变压器。
46.图3是示出根据实施例的变压器的外观的立体图，图4a和4b是根据实施例的变压器的分解立体图。
47.参考图3到4b，根据实施例的变压器100可以包括：线架110；多个导电板120，所述导电板被置放在线架110上或者插入线架110中；多个紧固部分130，所述紧固部分130被配置为电连接多个导电板120，从而与多个导电板120一起构成次级线圈单元；芯单元140，在所述芯单元的中腿和外腿延伸通过线架110的状态下，所述芯单元耦接到线架110；以及被插入线架110中的初级线圈单元160。
48.次级线圈单元120和130可以转换并且输出从初级线圈单元160接收的电力信号。在图3到4b中，总共16个导电板可以被设置在沿着厚度方向(例如z轴方向)堆叠的状态下，从而构成次级线圈单元120和130。每个导电板可以对应于一匝次级线圈单元。然而，这是示意性的，并且可以使用更多或者更少数目的导电板。
49.例如，多个导电板120可以在平行于y轴的方向上插入线架110中或者被置放在线架110上。
50.除了通过紧固部分130的电连接之外，多个导电板120可以经由绝缘材料相互电绝缘。例如，可以在多个导电板中的相邻导电板之间置放绝缘膜，从而将导电板相互电绝缘。绝缘膜可以包括诸如酮或者聚酰亚胺这样的组分。然而，本公开不限于此。导电板120可以包括上线圈单元120t和下线圈单元120b，并且线圈单元120t和120b可以在厚度方向上相互隔开。
51.另外，多个导电板120中的每个导电板可以包括导电金属，诸如铜。然而，本公开不限于此。例如，多个导电板可以包括铝。在使用铝而不使用铜的情形中，导电板的厚度可能比使用铜的情形大大约60％。然而，本公开不限于这种厚度比率。
52.另外，多个导电板120中的每个导电板可以被置放成围绕芯单元140的中腿形成一匝。
53.线架110可以具有适合于在构成初级线圈单元150的导线161和162、构成次级线圈单元的多个导电板120以及芯单元140被相互绝缘的状态中接收或者固定多个导电板120和芯单元140中的每一个的至少一部分的形状。例如，线架110可以具有通孔th1、th2和th3，所述通孔具有对应于芯单元140的中腿和外腿的形状的平面形状，从而中腿和外腿通过所述通孔延伸。
54.线架110可以包括绝缘材料，诸如树脂材料，并且可以使用各种模制方法生产。根据实施例的线架110可以具有开口，所述开口被配置为露出多个导电板120中的、厚度方向上的最上侧导电板的上表面和厚度方向上的最下侧导电板的下表面。下面将参考图5描述线架110的更具体的形状。
55.每个紧固部分130具有金属杆的形状，并且紧固部分130可以延伸通过导电板120的厚度方向上(例如z轴方向)的端部，并且可以通过焊接被固定到导电板120。当然，取决于实施例，可以用诸如螺栓、螺母和垫圈这样的其它紧固部件替代金属杆。另外，紧固部分130可以进一步设置有汇流条bb，多个金属杆延伸通过所述汇流条。当变压器100被安装在板上时，汇流条bb可以在用作通向次级侧线圈的电气路径的同时用于将变压器100固定到所述板。
56.具有磁路功能的芯单元140可以用作磁通的路径。芯单元可以包括耦接在其上侧
处的上芯141和耦接在其下侧处的下芯142。这两个芯141和142可以具有上下对称形状或者非对称形状。芯单元140可以包括磁性材料，诸如铁或者铁氧体。然而，本公开不限于此。下面将参考图6描述芯单元140的具体形状。
57.初级线圈单元160可以包括第一导线161和第二导线162。初级线圈单元160可以具有由诸如铜导线这样的刚性传导性金属缠绕多次而形成多个绕组的形状，例如利兹线(litzwire)。第一导线161和第二导线162中的每一个可以被置放成围绕芯单元140的外腿中的相应的一个来成匝形成。例如，第一导线161可以被置放成围绕一侧外腿141_2和142_2来成匝形成，第二导线162可以被置放成围绕另一侧外腿141_3和142_3来成匝形成，所述另一侧外腿141_3和142_3被置放在相对于中腿141_1和142_1与一侧外腿相反的方向上。另外，构成第一导线161的导线的端部可以通过线架110的第一开口op1向外抽出，构成第二导线162的导线的端部可以通过线架110的第二开口op2向外抽出。另外，除了通过线架110的第一开口op1和第二开口op2而露出的端部之外，初级线圈单元160的其余部分可以被容纳在线架110中所限定的接收孔中。
58.图5是示出根据实施例的线架110的形状的分解立体图。
59.参考图5，根据实施例的线架110可以包括上线架110t和下线架110b。上线架110t具有被构造为接收上线圈单元120t的第一接收孔rh1，下线架110b具有被构造为接收下线圈单元120b的第四接收孔rh4。
60.第一接收孔rh1和第四接收孔rh4在厚度方向(例如z轴方向)上具有上下对称形状，第一接收孔rh1向上打开，并且第四接收孔rh4向下打开。因此，被容纳在第一接收孔rh1中的上线圈单元120t的最上侧的导电板的至少一部分向上露出，并且被容纳在第四接收孔rh4中的下线圈单元120b的最下侧的导电板的至少一部分向下露出。因此，上线圈单元120t和下线圈单元120b中的每一个的至少一个表面具有宽的散热区域。结果，热量可以根据露出表面的位置而被传递到环境空气，或者当芯单元140被耦接时，热量可以被快速地传递到芯单元140，这利于散热。
61.另外，当上线架110t和下线架110b被相互耦接时，限定有被构造为接收第一导线161的第二接收孔rh2和被构造为接收第二导线162的第三接收孔rh3。另外，当上线架110t和下线架110b相互耦接时，限定有第一通孔th1、第二通孔th2和第三通孔th3，芯单元140的中腿141_1和142_1延伸通过第一通孔th1、芯单元140的一侧外腿141_2和142_2延伸通过第二通孔th2，芯单元140的另一侧外腿141_3和142_3延伸通过第三通孔th3。
62.上线架110t和下线架110b可以具有上下对称形状。然而，在另一实施例中，上线架110t和下线架110b可以具有非对称形状。在以下描述中，将在上线架110t和下线架110b具有上下对称形状的假设下描述下线架110b的形状。
63.下线架110b包括第一外壁ow1和第二外壁ow2，所述第一外壁ow1和第二外壁ow2被设置成在一个水平方向(例如x轴方向)上平行地相互隔开，并且向上延伸。第一外壁ow1和第二外壁ow2中的每一个可以具有“u”形平面形状，或者具有从其切除半圆的轨道形平面形状，或者可以具有从其切除一条短边的四边形平面形状。另外，第一内壁iw1被置放在第一外壁ow1内，第二内壁iw2被置放在第二外壁ow2内。第一内壁iw1的内表面可以限定第二通孔th2的侧壁，并且第二内壁iw2的内表面可以限定第三通孔th3的侧壁。
64.另外，第一外壁ow1的内表面和第一内壁iw1的外表面可以一起限定第二接收孔
rh2，并且第二外壁ow2的内表面和第二内壁iw1的外表面可以一起限定第三接收孔rh3。
65.同时，中间隔板mp可以被置放在第一外壁ow1和第二外壁ow2的两个相邻的外表面之间。中间隔板mp可以与第一外壁ow1和第二外壁ow2一起限定第一通孔th。
66.另外，限定第四接收孔rh4的第三外壁ow可以被置放在下线架110b的下表面处。第二外壁ow2可以具有“u”形平面形状，或者具有从其切除半圆的的轨道形平面形状，或者可以具有从其切除一条短边的四边形平面形状。然而，本公开不限于此。第二外壁具有适合于接收下线圈单元120b的形状便已足够。
67.同时，通孔th1、th2和th3中的每一个被示出为具有四边形平面形状，然而这是示意性的。通孔具有对应于芯单元140的中腿和外腿的平面形状的形状便已足够。
68.接着，将参考图6描述芯单元140的构造。图6是示出下芯的外观的立体图。虽然将参考图6描述芯单元140的下芯142，但是在上芯141和下芯142具有上下对称形状的假设下，将由此替代上芯141的描述。
69.参考图6，下芯142的本体、即下表面可以具有矩形平面形状，所述矩形平面形状包括在一个方向(例如x轴方向)上延伸的长边和在与该一个方向交叉的另一方向(例如y轴方向)上的短边。
70.另外，下芯142可以包括中腿142_1以及外腿142_2、142_3，所述外腿围绕中腿142_1置放在相反两侧处。例如，第一外腿142
‑
2可以从下芯142的本体的一侧沿着竖直方向延伸，并且第二外腿142
‑
3可以从本体的另一侧沿着竖直方向延伸。另外，中腿142_1可以被置放在第一外腿142
‑
2和第二外腿142
‑
3之间，并且可以沿着竖直方向从本体延伸。中腿142_1和外腿142_2、142_3中的每一个可以具有四边形平面形状，并且其角部可以具有预定曲率，如图6中所示。
71.同时，当被耦接到线架110时，上芯141的中腿(未示出)和下芯142的中腿142_1可以以预定距离(例如100nm)相互隔开，以形成间隙。
72.接着，将参考图7描述构成次级线圈单元的多个导电板的构造。
73.图7是示出根据实施例的两种类型的导电板的平面形状的视图。
74.参考图7，示出了具有不同平面形状的两个导电板121和122。除了其左侧和右侧相反之外，第一类型导电板121具有与第二类型导电板122相同的形状。因此，将基于第一类型导电板121给出描述。
75.根据实施例的导电板121可以具有开放环型的平面形状，从而构成一匝次级线圈单元，所述开放环型的平面形状具有两端121_m和121_r。在包括图7的说明书中，导电板121和122中的每一个被示为具有开放四边形形状，其中中空空穴hc周围的外角部为圆状，然而这是示意性的。所述平面形状可以是开放圆形/椭圆形环形状或者开放多边形环形状。
76.例如，第一类型导电板121可以具有“q”形平面形状。另外，因为第一类型导电板121和第二类型导电板122具有左右对称形状，因此第二类型导电板122可以具有“p”形平面形状。
77.另外，每端可以设置有通孔h，紧固部分130延伸通过所述通孔h。在图7中，示出在每端中形成具有矩形平面形状的通孔h。然而，孔的数目和位置可以改变。
78.同时，基于第一类型导电板121，第一端121_m可以被称作接地端，因为第一端被连接到接地，并且第二端121_r可以被称作第一信号端，因为第二端被连接到一条信号线。类
似地，第二类型导电板122也可以具有一个接地端122_m和一个信号端122_l。信号端122_l位于与第一信号端121_r相反的的方向上，并且可以被称作第二信号端。
79.因此，在两片导电板被应用于构成次级线圈单元120和130的一个线圈单元、例如上线圈单元120t的情形中，设置两个接地端、两个第一信号端和两个第二信号端。这里，两个接地端可以围绕通孔h对准，从而在竖直方向上至少部分地相互交迭。
80.上线圈单元120t和下线圈单元120b中的每一个可以被构造成使得第一类型导电板121和第二类型导电板122被交替地堆叠，从而在形成至少一对的状态下沿着竖直方向围绕中空空穴hc对准。
81.将参考图8描述根据以上实施例的变压器的效果。
82.图8是根据实施例的变压器的截面视图。在图8中，示出了在平行于芯单元140的主轴方向(例如x轴方向)的方向上剖切的变压器100的截面，并且为了易于理解，省略了线架110的图示。
83.参考图8，根据实施例的变压器100被构造成使得构成次级线圈单元的多个导电板120被置放成围绕中腿来成匝形成，并且构成初级线圈单元160的导线被缠绕为围绕外腿来成匝形成。初级线圈单元160在竖直方向上被置放在上线圈单元120t和下线圈单元120b之间，并且构成初级线圈单元的第一导线161和第二导线162在水平方向上被平行地相互隔开地置放。
84.由于具有以上构造，与被配置成使得初级线圈单元和次级线圈单元这两者均被置放成围绕中腿来成匝形成的普通变压器相比较，根据实施例的变压器具有以下优点。
85.在普通变压器中，整个初级线圈单元围绕中腿进行缠绕。因此，为了构成相同的匝数，必须确保根据实施例的变压器的初级线圈单元160在竖直方向上占据的高度h1的至少两倍。相比较而言，在根据实施例的变压器中，初级线圈单元160被分成在水平方向上平行地相互隔开并且围绕芯单元140的外腿缠绕的两个线圈单元。因此，与普通变压器相比，被确保缠绕初级线圈单元160的高度减小了至少h1。结果，芯单元140的总体高度h2减小了h1，由此与普通变压器相比较，芯单元具有纤细的外观。
86.另外，芯单元140的高度降低有利于冷却。例如，当变压器100被安装在dc
‑
dc转换器上时，芯单元140的下部被置放成将热量传递到dc
‑
dc转换器的外罩cp，并且自然地，车辆的制冷剂(例如冷却剂)在外罩cp的、与被置放成与芯单元140接触的外罩的表面相对的表面处循环。在此情形中，芯单元140的高度越低，热传递距离越短。因此，从变压器产生的热量可以通过外罩cp被快速地排放。
87.另外，由于具有以上结构，构成初级线圈单元160的导线的长度可以比导线围绕中腿进行缠绕的情形中更短。例如，假设图2b中的外腿的宽度w2和w3彼此相等并且宽度w2和w3中的每一个是中腿的宽度w1的一半(即w1＝2*w2)，则为了在普通变压器中构成一匝，有必要使得导线的长度对应于中腿的周长(2*l1+2*(2*w2))。相比较而言，在该实施例中，当围绕外腿进行缠绕时，有必要使得导线的长度对应于外腿的周长(2*l1+2*2w2))。因此，在该实施例中，与普通变压器相比较，可以减小每匝对应于2*w2的导线的长度。结果，由于导线的长度降低，因此可以降低变压器的制造成本，可以减小电阻，因此可以减少热量的产生，由此还可以改进效率。
88.在以下表格1中示出根据实施例的变压器和普通变压器的热量产生试验的结果。
在热量产生试验中，测量了根据实施例的变压器和普通变压器在具有相同容量(3.2kw)的dc
‑
dc转换器上的饱和温度。
89.[表格1]
[0090][0091]
参考表格1能够看到，在根据实施例的变压器中，与根据对照例的普通变压器中相比，每个线圈单元的温度低7度并且上芯温度低10度。
[0092]
以上实施例的技术内容可以以各种形式组合，除非它们相互不兼容，并且可以由此实现新的实施例。
[0093]
另外，根据以上实施例的变压器100可以被安装在仪表变压器、ac计算面板、dc
‑
dc转换器、升压器或者降压变压器上。
[0094]
对于本领域技术人员而言，将会清楚，在不偏离本公开的精神和基本特征的情况下，本公开可以以除了在这里阐述的那些之外的具体形式体现。因此，以上实施例应该在所有的方面被理解为是示意性的而非限制性的。本公开的范围应该由所附权利要求和它们的法律等同物确定，并且落入所附权利要求的含义和等同范围内的所有的改变旨在被包括在其中。