变压器及相关装配方法

技术领域

本发明涉及(电气)变压器。

背景技术

变压器被用于多种领域，例如，用于卤素灯的电源单元，其中输 入线电压(例如，大多数欧洲国家使用的通常为220-240伏特的电源 电压，而大多数美洲国家使用的典型值为100-120伏特)被转换成6 伏特、12伏特或24伏特的输出电压。变压器还常常被用作卤素灯的电 子变换器中的输出隔离变压器，以产生12伏特的输出电压。

所谓的“环型”变压器常常被用于上述应用。在这些现有技术的 变压器中，对于高达250伏特的工作电压，绕线轴的壁必须具有大约1 毫米的厚度，以便满足如在EN 61347(通用和安全要求)中所规定的 要求SELV(安全附加低压)。

目前，针对次级绕组还使用厚铜线。这些导线展现出足够的刚性， 从而允许在装配变压器期间自动放置。初级绕组的端部相反地被焊接 到相关联的引脚。对于卤素灯的电子变压器尤其是如此。这些电子变 压器实际上是降压变压器，也就是以下变压器，其中次级绕组的电压 低于初级绕组的电压，从而导致次级绕组的电流相对于初级绕组的电 流较高。这导致初级侧的必须被焊接到引脚的导线更细，以便具有足 够的刚性度。通常选择结构相当简单的绕线轴，主要是为了允许固定 引脚和次级导线以及支撑变压器地磁性部分。在某些情况下，这不可 避免地包括需要针对次级绕组使用三重绝缘线，还额外设置绝缘带 层。为了满足诸如关于SELV的EN 61347的标准的要求，由于次级绕 组在外部，所以如果涉及初级侧的所有部件未绝缘则这些部件必须被 置于距次级绕组3毫米处，如果这些部件基本绝缘，则这些部件非常 靠近次级绕组。在其余的情况下，如果涉及初级侧的所有部件具有基 本绝缘，则这些部件必须被置于距该绕组至少3毫米的距离处，而如 果没有设置这种绝缘，则该距离为至少6毫米。

另外，从电磁兼容性(EMC)的观点来看，这些变压器是临界的 (critical)并且要求复杂的热保护，所有这些都是妨碍最终解决方 案的成本效率的因素。

需要考虑的另外关键因素涉及：

-将变压器安装在非常小的基底(诸如窄的印刷电路板或PCB) 上，

-如果被布置在同一板上的其它部件(诸如涉及变压器的初级侧 的部件)具有基本绝缘，则将变压器非常靠近这些部件地放置，或者 如果这些部件不具有基本绝缘，则将这些部件放置在小于1毫米的距 离处，以及使得被连接到次级绕组的导电铜轨道布设在该板的所谓部 件侧，也就是布设在部件被安装到其上的板的那侧，

-减小最终产品的高度，以及

-允许全自动装配变压器。

例如，现在的应用中要满足的典型要求是：变压器距基底的最大 高度小于14.5毫米，功率处理能力在标称工作条件下(欧洲电源电压) 为75瓦特，以及能够固定绕组导线的端部，以便避免制造时的变压器 的装配阶段期间可能出现的问题。

发明内容

虽然在EP-B-0 793 243中所公开的变压器已经很好地解决了这些 问题和需求，但是仍然需要摸索进一步改进的结构，依照文献EP-B-0 793 243形成权利要求1的前序部分。

因此，本发明的目的是提供一种变压器，该变压器适于完全令人 满意地满足上述要求。

根据本发明，该目的通过一种变压器来实现，该变压器具有在随 后的权利要求中所阐述的特征。本发明还涉及一种相对应的装配方 法。这些权利要求形成在此所提供的本发明公开内容的整体部分。

本发明的特别优选的实施例采用EFD型(或EFF型)磁芯来代替 铁氧体磁芯。EFD型磁芯是一种E型磁芯，但是它比E型磁芯“更平”， 而有效面积相等。那样，在标称欧洲halotronic工作条件下能够输送 75瓦特数量级的功率，其中距基底的最大高度小于14.5毫米。

本发明的特别优选的实施例提供绕这种磁芯的绕线轴的存在，该 绕线轴允许整个变压器部件与SELV(安全附加低压)绝缘要求相兼容。

涉及初级侧的部件可非常靠近变压器地来放置，而次级轨道可以 布设在该板的部件侧，因为次级绕组与磁芯加强绝缘(遵循EN 61347)，这是部件的更外部的导电部分。

优选地，本发明的变压器包括两个绕组室，这两个绕组室彼此隔 离并相互靠近地放置。还优选地，该结构是不对称结构，也就是在一 个室(通常是次级绕组室)设置绝缘，绝缘的形式是加强绝缘，这和 EP-B-0793 243的结构相反，在EP-B-0793 243的结构中采用双重绝 缘。还优选地在磁芯外部(例如，通过与绕线轴相关联的罩盖的延伸 部分)设置绝缘，而不仅仅是在内部设置绝缘。

这里所述的变压器可以自动被安装(也就是，定位在诸如PCB的 基底上)，即使次级导线是相当柔韧的绞合线。次级绕组的线端终端 优选地与引脚焊接在一起，因此产生厚引脚，这些厚引脚稳定并且能 够被固定为垂直引脚。通过在变压器外壳中优选地设置例如凹槽(盲 孔)形式的孔，便于将绕组导线焊接到引脚的操作。这些凹槽将导线 安全地保留在可能与被设置在该外壳本身中的喙构造(beak formation)合作的适当位置。

优选地，绕线轴展现出附加的粘贴引脚，用于将绕线轴固定到印 刷电路板。当具有次级绕组的焊接端的电连接引脚变得太厚时，这些 附加的引脚对于将绕线轴附加固定到印刷电路板是必需的。

附图说明

参照附图，仅通过实例现在将说明本发明，其中：

图1是这里所述类型的变压器的一般透视图，

图2是这里所述变压器的侧面透视图，其中为了清楚示出而去除 被包括在变压器中的元件之一，

图3是图2中所示的变压器的前部透视图，为了清楚再次去除了 所示的相同部件，以及

图4是这里所述的变压器的绕线轴的底部透视图。

具体实施方式

在附图中，附图标记1整体表示适于使用(例如与卤素灯连接) 的变压器。这种变压器通常意图在高于主频率的频率范围内工作并且 包括如下基本元件：

-绕线轴，该绕线轴通常由诸如聚乙烯的模制绝缘材料组成，以 及包括限定相应的初级绕组室21和次级绕组室22的初级绕组体和次 级绕组体，

-分别绕初级绕组室21和次级绕组室22中的初级绕组体和次级 绕组体所缠绕的初级绕组31和次级绕组32；以及

-以这样的方式被布置在绕线轴2的上方的铁磁芯，以便与初级 绕组31和次级绕组32合作，从而在变压器工作时产生互阻抗结构。

两个绕组室21和22因此被隔离并相互靠近地放置，也就是并排 放置。

在图1至3中，以虚线/点划线示意性示出绕组31、32以及磁芯4， 仅仅为了便于更清楚地表示和理解绕线轴2的特征。在图4中，仅示 出绕线轴2。

这里所述的变压器1特别适于利用EFD型磁芯(有时，远东地区 的某些制造商还将其称为EFF型磁芯)工作。

这里所述结构的特别优选的实施例将磁芯4设置成EFD 25型的铁 氧体磁芯。该磁芯类型略不同于标准E型磁芯，因为该磁芯在维持相 同的有效面积(Ae)的同时具有降低的剖面(profile)。采取这种磁 芯是有利的，因为这种磁芯导致变压器1的整体厚度(高度)更低， 同时维持良好的功率处理容量。

这里所述的结构采用这种磁芯类型，同时确保完全兼容如由诸如 EN 61347的标准所规定的绝缘要求，EN 61347涉及所谓的SELV(安 全附加低压)绝缘要求。

实质上，这里所述的结构通过相对于初级绕组31和铁氧体磁芯4 提供次级绕组32的加强绝缘来提供这种绝缘水平。那样，涉及初级绕 组31的所有电子部件都可被安装得非常靠近铁氧体磁芯4(在图2中 可以最好地理解这个事实)。如这里所使用的那样，“非常靠近”是 指距离低于1毫米，或者甚至是仅足以避免这些部件相互直接接触(也 就是相互“触摸”)的距离。

通过直接对比，将理解，这里所述的结构不同于EP-B-0 793 243 中所公开的结构，通常因为，这样的现有技术的结构包括初级绕组与 次级绕组之间的双重绝缘。这通过铁氧体磁芯与初级绕组之间的基本 绝缘加上铁氧体磁芯与次级绕组之间的附加绝缘来设置。

在这里所述的结构中，利用初级绕组31与次级绕组32之间以及 次级绕组32与铁氧体磁芯之间的至少1毫米的绝缘厚度，实现加强的 绝缘水平(SELV)。另外，一方面在初级绕组31与次级绕组32之间， 而另一方面在次级绕组32与铁氧体磁芯4之间设置空气“爬电 (creepage)”和给定间隙。

这样的间隙的值至少为6毫米，而当遵守美国标准UL 1310(等 级2电源单元的安全标准)时考虑6.4毫米的增加值。该标准由美国 主题(American Subject)UL 897A声称，以便覆盖用于现场安装的 LED(发光二极管)工具箱，其中采用变压器1。

特别地，设置和适配电绝缘材料52的保护罩盖，以与次级绕组室 相关联。该盖52通常由包括绕线轴的其它部件的相同的电绝缘材料组 成。该盖52因此在所有方面都被认为是变压器的绕线轴2的部分。

包围次级室的所有壁的厚度因此被选为具有不小于1毫米的最小 厚度，在次级室中缠绕次级绕组32，而该室的侧壁的优选厚度为1.5 毫米，因为存在如下面将进一步说明的曲径(labyrinths)。在这里 所示的示例性实施例中，罩盖52整体具有近似“欧米伽”或“台面” 形状(这可在图3的前视图中最好地被理解)，并且次级绕组室的侧 壁因此由盖52的侧壁520来限定。

其壁在图2中由320表示的、初级和次级绕组31、32之间的壁的 厚度通常为0.5毫米。

为了确保期望的6-6.4毫米的爬电，在次级绕组32的两端都通 过建立绕线轴结构中位于次级绕组室的端部的那些部分的贯通壁部以 及被设置在盖52中的互补壁构造，建立曲径。

特别地，通过使得初级绕组31与次级绕组32之间的壁320被配 备有槽321来建立第一组贯通壁，该槽321适于贯通地与被设置在盖 52的内(也就是最近的)侧的突出壁521。在图4的平面图中最好地 理解壁521的存在以及其与被设置在壁320中的槽321的贯通关系。

通过设置端壁322，该端壁322具有适于贯通地与另一壁522合 作的中心凹槽或槽323，该另一壁522从盖52的内表面突出，在次级 绕组32的相对的、外(也就是，远侧)端设置完全类似的曲径结构， 如在图3中最好地理解那样。

与中心壁320相关联的曲径结构具有大约6.7毫米的典型标称长 度，该长度足以在初级和次级绕组31、32之间提供超过了6.4毫米的 有效爬电距离。与壁322相关联的曲径结构通常被布置用于提供大约 6.5毫米的标称爬电距离。

通过控制与次级绕组相关联的磁芯4与连接引脚6之间的距离， 给出确保期望的绝缘水平的另一因素。这些引脚通常从绕线轴2的下 表面突出。通过采取任何出于该目的公知的标准技术可以设置这些引 脚，例如，以被插入到绕线轴的塑料模中的金属引脚的形式来设置这 些引脚。可替换地，引脚6能以绕线轴塑料模的整体部件的形式来设 置，在该绕线轴塑料模的上方缠绕和焊接次级绕组的导线端部。这种 结构在EP 04425772.3中被说明，EP 04425772.3是本申请的相同申 请人于2004年10月13提交的。

针对与初级绕组21相关联的连接引脚能采取类似的结构。在这里 所示的示例性实施例中，由7整体表示的初级引脚的数量是4，而次级 引脚6的数量为2。这可以通过以下事实来简单地规定：初级绕组22 实际上可被布置成包括不同的抽头/触点，以便使得变压器1适于以不 同输入电压工作，同时提供相同的输出电压。如果那样没有必要，则 可以方便地选择初级引脚的放置。

再次回到次级引脚6与磁芯4之间的距离，所示结构中的典型值 是至少7.2毫米，这看来似乎完全满足所构想的本申请并且确保SELV 绝缘。

在确定这里所述的变压器的水平绝缘中起到作用的另一因素由变 压器之内的次级引脚6(和次级绕组32)与铁氧体磁芯4之间的路径 给出。

这再次包括实质上由在盖52的两侧延伸的两个横向L形延伸部分 524确定的曲径构造。当盖被插入到其位置时，这些延伸部分由凹槽 324覆盖。通过该曲径的路径长度远远大于6.4毫米，该曲径被建立在 次级绕组与铁氧体磁芯之间或者可能的板的部件侧上的次级轨道与铁 氧体磁芯之间。

从图2的视图中，将进一步理解的是，罩盖52的垂直高度具有与 中心壁320相一致的最大值并且向盖52的远侧端逐渐减小，以达到与 端壁322相一致的最小值，因此避免相对于次级引脚6的任何伸出影 响。

考虑PCB的部件侧上的可能期望存在次级连接轨道，以便针对任 何可能的应用确保这里所述的变压器的完全SELV兼容，变压器1被安 装在PCB的该部件侧上。

盖52以这样的方式被设计成具有整体“欧米伽”或“台面”形状。 如在图1和2的视图中最好地理解的那样，延伸部分(“喙”)523 并不仅仅与盖长度52相一致地延伸，而是还沿变压器的纵向延伸，以 包络或包围其整个延伸部分的磁芯4，因此在其“次级”端支撑该磁芯。

那样，大大超过6.4毫米的、可能的次级轨道与铁氧体磁芯之间 的空气路径可以例如通过选择性改变横向突起523的垂直部分的高度 而容易地获得。可能容易地使得喙523变成两个壁，这两个壁围绕铁 氧体磁芯的整个外部腿，以便将该铁氧体屏蔽于涉及被放置在变压器 附近的次级侧的部件。这样，延伸部分523将具有大致C形的形状， 这些延伸部分523包围磁芯4的外部腿。

关于将绕组31、32的端部连接到相应的引脚组6、7，本说明书隐 含假设了所讨论的这种情况是降压应用。在降压应用中，初级绕组31 的导线相对细并且因此柔韧，同时适于保留给定形状。对于这种导线， 所述结构优选地例如通过将导线缠绕和焊接到引脚7来采取标准结 构。

在升压应用(也就是，其中次级绕组的电压高于初级绕组的电压、 因此导致次级绕组的电流相对于初级绕组的电流更低的那些应用) 中，当将次级绕组32用作初级绕组时，上述内容通常用于相同的变压 器，对于绕组31反之亦然。

在典型的降压应用中，次级绕组32的导线(以及这将用于升压应 用情况下的初级绕组的导线)可以是三种类型：由绝缘磁漆所覆盖的 铜线、绞合线或者由非常细的导线的编织物组成的导体。

由磁漆所覆盖的铜线本身非常刚硬，不同于单独的引脚，由此相 应端可以贯穿绕线轴2的基本部分，以及起到引脚6本身的作用，因 此允许自动装配变压器1。

相反，绞合线或者甚至(更糟的)非常细导线的编织物本质不硬， 该编织物必需要求将其缠绕在引脚上，或者在任何情况下被固定到引 脚上，以便产生适于贯穿印刷电路板中的安装孔的刚性构件(引脚)。 然而，这会导致以下情形，即高电流流过非常细的引脚，因此升高那 个区域中的部件的温度。将绞合线直接连接到被设置在板中的轨道/带 会减小次级绕组的温度5-10摄氏度。目前，这会导致由操作者手动 装配具有绞合线次级绕组的大多数变压器。

在这里所述的结构中，在次级引脚6的附近的绕线轴中设置凹槽 (也就是，盲孔)形式的两个孔8。

优选地，在绕线轴2的模制过程期间直接制造孔8。

次级绕组32的端部(由W示意性表示，并且假设由绞合线或者细 导线的编织物组成)因此通过凹槽8以被焊接到引脚6。孔/凹槽8允 许端部W安全地保持在固定位置，同时导线端部W被焊接到引脚6，从 而产生非常结实的结构。

在后一方面中，应当理解的是，软焊料一旦进入通过将绕组端部 连接到引脚的绕线机所使用的通常焊接温度，该软焊料就是高极性液 体。它固有地倾向于填充导线(如包括例如绞合线或导线编织物的那 些导线)之间的缝隙。当从焊接槽中移除导线端部时，这些导线端部 因此实际上将是紧凑的并与金属引脚6形成一体。

通过采取这种结构，可制造适于以自动方式容易装配的变压器1。 这还得益于根据利用PCB带和被定位在附近的部件减小连接点处的温 度所提及的优点。

因此，在不损害本发明的基本原理的情况下，可以相对于已经仅 举例说明和示出的内容改变细节和实施例，而不会偏离本发明的如由 所附的权利要求所限定的范围。