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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022104547
(43)【公開日】2022-07-08
(54)【発明の名称】奇数巻数比の平面変圧器の製造方法
(51)【国際特許分類】
   H01F 41/00 20060101AFI20220701BHJP
   H01F 30/10 20060101ALI20220701BHJP
   H01F 27/28 20060101ALI20220701BHJP
【FI】
H01F41/00 C
H01F30/10 Z
H01F30/10 C
H01F27/28 K
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021186082
(22)【出願日】2021-11-16
(31)【優先権主張番号】202011577673.5
(32)【優先日】2020-12-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(71)【出願人】
【識別番号】505245449
【氏名又は名称】天津大学
【氏名又は名称原語表記】Tian Jin University
【住所又は居所原語表記】92, Weijin Road, Nankai District Tianjin 300072 CHINA
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】王 議鋒
(72)【発明者】
【氏名】陳 博
(72)【発明者】
【氏名】▲馬▼ 小勇
(72)【発明者】
【氏名】▲陳▼ 梦穎
(72)【発明者】
【氏名】王 忠傑
(72)【発明者】
【氏名】陳 晨
【テーマコード(参考)】
5E043
【Fターム(参考)】
5E043BA03
(57)【要約】      (修正有)
【課題】奇数巻数比の平面変圧器の製造方法を提供する。
【解決手段】方法は、製造しようとする変圧器の必要な巻線パラメータと巻数比を決定し、巻数比が奇数の場合は、第1中間層と第2中間層の巻線層数が両方とも1であり、最上層と最下層の巻線層数が両方とも2であることを決定し、巻線パラメータに従って、エッジ層の巻線幅と中間層の巻線幅を決定し、各層の巻線層数、エッジ層の巻線幅と中間層の巻線幅に応じて巻き取り、そして、最上層の内層巻線を最下層の内層巻線と並列に接続し、次に外巻線と直列に接続して一次巻線を形成し、第1中間層の巻線と第2中間層の巻線を並列に接続して二次巻線を形成することにより、製造された変圧器を得る。一次巻線は、内層巻線を並列に接続し、次に外層巻線と直列に接続する方式を採用しており、一次巻線内層巻線の幅は外層巻線の幅と異なり、それによって変圧器の動作効率を改善する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
製造しようとする変圧器の必要な巻線パラメータと巻数比を決定することであって、前記巻線パラメータは、磁気コアの半径、コイルレイアウトウィンドウの長さ、巻線の抵抗率、巻線の厚さを含み、前記製造しようとする変圧器は、最下層、第1中間層、第2中間層、最上層という4層のPCB基板を下から上に順番に配置することと、
前記巻数比が奇数の場合、前記第1中間層と前記第2中間層の巻線層数が両方とも1であり、前記最上層と前記最下層の巻線層数が両方とも2であることを決定することと、
前記巻線パラメータに従って、エッジ層の内層巻線幅、エッジ層の外層巻線幅、および中間層の巻線幅を決定することであって、前記エッジ層は前記最上層と前記最下層を含み、前記中間層は前記第1中間層と前記第2中間層を含むことと、
各層の巻線層数、前記エッジ層の内層巻線幅、前記エッジ層の外層巻線幅、前記中間層の巻線幅に応じて巻取り、そして、前記最上層の内層巻線を前記最下層の内層巻線と並列に接続し、次に外巻線と直列に接続して一次巻線を形成し、前記第1中間層の巻線と前記第2中間層の巻線を並列に接続して二次巻線を形成することにより、製造された変圧器を得ることであって、前記外巻線は、前記最上層の外層巻線と前記最下層の外層巻線を直列に接続することにより形成することと、を含むことを特徴とする奇数巻数比の平面変圧器の製造方法。
【請求項2】
前記製造しようとする変圧器の必要な巻線パラメータと巻数比を決定することは、具体的には、
製造しようとする変圧器に必要な動作周波数と電圧変換レベルに応じて、巻線パラメータと巻数比を決定することを含むことを特徴とする請求項1に記載の奇数巻数比の平面変圧器の製造方法。
【請求項3】
前記巻線パラメータに従って、エッジ層の内層巻線幅、エッジ層の外層巻線幅、および中間層の巻線幅を決定することは、具体的には、
前記巻線パラメータに従って、前記最上層の内層巻線幅を決定することと、
前記磁気コアの半径、前記コイルレイアウトウィンドウの長さ、および前記最上層の内層巻線幅に従って、前記最上層の外層巻線幅を決定することと、
前記最上層の内層巻線幅に応じて前記最下層の内層巻線幅を決定し、前記最上層の外層巻線幅に応じて前記最下層の外層巻線幅を決定することと、
前記磁気コアの半径と前記コイルレイアウトウィンドウの長さに従って、前記第1中間層の巻線幅と前記第2中間層の巻線幅を決定することと、を含むことを特徴とする請求項1に記載の奇数巻数比の平面変圧器の製造方法。
【請求項4】
前記巻線パラメータに従って、前記最上層の内層巻線幅を決定することは、具体的には、
等価インピーダンス計算式を作成することであって、前記等価インピーダンス計算式は、
【数5】
であり、
ここで、
(外14)
は一次巻線の等価インピーダンスを表し、
(外15)
は巻線の抵抗率を表し、
(外16)
はコイルレイアウトウィンドウの長さを表し、
(外17)
は磁気コアの半径を表し、
(外18)
は最上層の内層巻線幅を表し、
(外19)
は巻線の厚さを表すことと、
前記等価インピーダンス計算式の導関数を取り、導関数式を取得することと、
前記巻線パラメータを前記導関数式に代入し、一次巻線の等価インピーダンスの導関数をゼロにして、前記最上層の内層巻線幅を取得することと、を含むことを特徴とする請求項3に記載の奇数巻数比の平面変圧器の製造方法。
【請求項5】
前記磁気コアの半径、前記コイルレイアウトウィンドウの長さ、および前記最上層の内層巻線幅に従って、前記最上層の外層巻線幅を決定することは、具体的には、
(外20)
であり、
ここで、
(外21)
は最上層の外層巻線幅を表し、
(外22)
はコイルレイアウトウィンドウの長さを表し、
(外23)
は磁気コアの半径を表し、
(外24)
は最上層の内層巻線幅を表すことを特徴とする請求項3に記載の奇数巻数比の平面変圧器の製造方法。
【請求項6】
前記最上層の内層巻線幅に応じて前記最下層の内層巻線幅を決定し、前記最上層の外層巻線幅に応じて前記最下層の外層巻線幅を決定することは、具体的には、
前記最下層の内層巻線幅が前記最上層の内層巻線幅に等しく、前記最下層の外層巻線幅が前記最上層の外層巻線幅に等しいことを含むことを特徴とする請求項3に記載の奇数巻数比の平面変圧器の製造方法。
【請求項7】
前記磁気コアの半径と前記コイルレイアウトウィンドウの長さに従って、前記第1中間層の巻線幅と前記第2中間層の巻線幅を決定することは、具体的には、
(外25)
であり、
ここで、
(外26)
は第1中間層の巻線幅を表し、
(外27)
は第2中間層の巻線幅を表し、
(外28)
はコイルレイアウトウィンドウの長さを表し、
(外29)
は磁気コアの半径を表すことを特徴とする請求項3に記載の奇数巻数比の平面変圧器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、平面変圧器設計の技術分野、特に奇数巻数比の平面変圧器の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、技術進歩とパワーエレクトロニクス技術の継続的な進展により、絶縁変圧器は新エネルギー技術と分散型発電技術の分野で広く使用され、磁気統合技術の継続的な進歩と進展により、平面変圧器の関連アプリケーションと技術研究がますます広く注目されている。平面変圧器の巻線には、PCB巻線が主に使用されるが、問題は、巻数比が奇数の場合、単層配線または多層非対称配線がよく使用されることであり、この従来の配線方法では、磁気コアが、より大きなウィンドウ領域を持つ必要があるか、PCBの層数を増やす必要があり、これにより、変圧器の体積と設計コストが実質的に増加する。同時に、多層構造は、2+1などの非対称構造として現れることが多く、変圧器の磁界分布に影響を与え、変圧器の変換効率を低下させる。
【0003】
奇数巻数比の平面変圧器を製造する時、従来の巻線方法には、非対称磁場と低い作業効率の問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、奇数巻数比の平面変圧器の製造方法を提供することを目的とする。一次巻線の内層巻線は、並列に接続され、次に、外層巻線と直列に接続されかつ不等幅巻線方式により、発生する磁界が均一であり、変圧器の動作効率が向上する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の解決手段を提供する。
【0006】
奇数巻数比の平面変圧器の製造方法は、
製造しようとする変圧器の必要な巻線パラメータと巻数比を決定することであって、前記巻線パラメータは、磁気コアの半径、コイルレイアウトウィンドウの長さ、巻線の抵抗率、巻線の厚さを含み、前記製造しようとする変圧器は、最下層、第1中間層、第2中間層、最上層という4層のPCB基板を下から上に順番に配置することと、
前記巻線パラメータに従って、エッジ層の内層巻線幅、エッジ層の外層巻線幅、および中間層の巻線幅を決定することであって、前記エッジ層は前記最上層と前記最下層を含み、前記中間層は前記第1中間層と前記第2中間層を含むことと、
各層の巻線層数、前記エッジ層の内層巻線幅、前記エッジ層の外層巻線幅、前記中間層の巻線幅に応じて巻取り、そして、前記最上層の内層巻線を前記最下層の内層巻線と並列に接続し、次に外巻線と直列に接続して一次巻線を形成し、前記第1中間層の巻線と前記第2中間層の巻線を並列に接続して二次巻線を形成することにより、製造された変圧器を得ることであって、前記外巻線は、前記最上層の外層巻線と前記最下層の外層巻線を直列に接続することにより形成されることと、を含む。
【発明の効果】
【0007】
本発明によって提供される具体的な実施例によれば、本発明は、以下の技術的効果を開示する。
【0008】
本発明は、奇数巻数比平面変圧器の製造方法を開示し、この方法では、巻数比が奇数の場合、第1中間層と第2中間層の巻線層数が両方とも1であり、最上層と最下層の巻線層数が両方とも2であることをと決定し、再度、巻線パラメータによって決定されたエッジ層の内層巻線幅、エッジ層の外層巻線幅、中間層の巻線幅、および各層の巻線層数によって巻き取りを実行し、巻取り中、最上層の内層巻線を最下層の内層巻線と並列に接続し、次に外巻線と直列に接続して一次巻線を形成し、第1中間層の巻線と第2中間層の巻線を並列に接続して二次巻線を形成することにより、製造された変圧器を得ることである。本発明の一次巻線は、内層巻線を並列に接続し、次に外層巻線と直列に接続する巻線方式を採用しており、一次巻線の内層巻線の幅は外層巻線の幅と異なり、それによって変圧器の動作効率を改善する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
本発明の実施例または従来技術の技術的解決手段をより明確に説明するために、以下では、実施例で使用する必要のある図面を簡単に説明する。明らかに、以下の説明の図面は、本発明のいくつかの実施例にすぎない。当業者にとって、他の図面は、創造的な労力なしに、これらの図面に基づいて得ることができる。
図1図1は、本発明の実施例によって提供される奇数巻数比を有する平面変圧器の製造方法のフローチャートである。
図2図2は、本発明の実施例によって提供される一次巻線および二次巻線の構造図である。
図3図3は、本発明の実施例によって提供される最上層の上面図である。
図4図4は、本発明の実施例によって提供される最下層の上面図である。
図5図5は、本発明の実施例によって提供される第1中間層の上面図である。
図6図6は、本発明の実施例によって提供される第1中間層の上面図である。
図7図7は、本発明の実施例によって提供される一次巻線および二次巻線の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下は、本発明の実施例における添付の図面を参照して、本発明の実施例における技術的解決手段を明確かつ完全に説明し、明らかに、記載された実施例は、すべての実施例ではなく、本発明の実施例の一部にすぎない。本発明の実施例に基づいて、創造的な作業なしに当業者によって得られる他のすべての実施例は、本発明の保護範囲に含まれるものとする。
【0011】
本発明は、奇数巻数比の平面変圧器の製造方法を提供することを目的とする。一次巻線の内層巻線を、並列に接続し、次に、外層巻線と直列に接続する巻線方法により、かつ一次巻線の内層巻線幅と外層巻線幅とは異なり、それにより、変圧器の動作効率を向上させ、平面変圧器設計の技術分野に適用できる。
【0012】
本発明の上記目的、特徴及び利点をより顕著で分かりやすくするために、以下に図面及び発明を実施するための形態を参照しながら本発明をさらに詳しく説明する。
【0013】
図1は、本発明の実施例によって提供される奇数巻数比を有する平面変圧器の製造方法のフローチャートである。図1に示すように、本実施例における製造方法は、
製造しようとする変圧器の必要な巻線パラメータと巻数比を決定するステップ101であって、巻線パラメータは、磁気コアの半径、コイルレイアウトウィンドウの長さ、巻線の抵抗率、巻線の厚さを含み、製造しようとする変圧器は、最下層、第1中間層、第2中間層、最上層という4層のPCB基板を下から上に順番に配置し、
次に、巻数比によって巻取り方法を決定することであって、巻数比が偶数の場合、従来の製造方法を使用すればよい。巻数比が奇数の場合は、ステップ102、ステップ103、ステップ104を実行することと、
巻数比が奇数の場合、第1中間層と第2中間層の巻線層数が両方とも1であり、最上層と最下層の巻線層数が両方とも2であることを決定するステップ102と、
巻線パラメータに従って、エッジ層の内層巻線幅、エッジ層の外層巻線幅、および中間層の巻線幅を決定するステップ103であって、エッジ層は最上層と最下層を含み、前記中間層は前記第1中間層と前記第2中間層を含むことと、
各層の巻線層数、エッジ層の内層巻線幅、エッジ層の外層巻線幅、中間層の巻線幅に応じて巻取り、そして、最上層の内層巻線を最下層の内層巻線と並列に接続し、次に外巻線と直列に接続して一次巻線を形成し、第1中間層の巻線と第2中間層の巻線を並列に接続して二次巻線を形成することにより、製造された変圧器を得るステップ104であって、外巻線は、最上層の外層巻線と最下層の外層巻線を直列に接続することにより形成することと、を含む。
【0014】
ここで、製造した変圧器の最下層、第1中間層、第2中間層、最上層、一次巻線、二次巻線の構造を図2~7に示す。最上層の内層巻線1を、第1貫通孔2及び第2貫通孔3を介して最下層の内層巻線4と並列に接続し、次に外巻線と直列に接続して一次巻線を形成し、第1中間層の巻線5を、第3貫通孔6および第4貫通孔7を介して第2中間層の巻線8と並列に接続して、二次巻線を形成し、外巻線は、最上層の外層巻線9と最下層の外層巻線10を直列に接続することにより形成される。製造された変圧器には貫通孔を開くこともできる。第1貫通孔2を最上層に配置し、第2貫通孔3を最下層に配置し、第3貫通孔6を第1中間層に配置し、第4貫通孔7を、第2中間層に配置し、ここで、ipriとisecは、それぞれ変圧器の一次巻線と二次巻線の電流を表す。
【0015】
選択可能な実施形態として、製造しようとする変圧器の必要な巻線パラメータと巻数比を決定することは、具体的には、
製造しようとする変圧器に必要な動作周波数と電圧変換レベルに応じて、巻線パラメータと巻数比を決定することを含む。
【0016】
選択可能な実施形態として、巻線パラメータに従って、エッジ層の内層巻線幅、エッジ層の外層巻線幅、および中間層の巻線幅を決定することは、具体的には、
巻線パラメータに従って、最上層の内層巻線幅を決定することと、
磁気コアの半径、コイルレイアウトウィンドウの長さ、および最上層の内層巻線幅に従って、最上層の外層巻線幅を決定することと、
最上層の内層巻線幅に応じて最下層の内層巻線幅を決定し、最上層の外層巻線幅に応じて最下層の外層巻線幅を決定することと、
磁気コアの半径とコイルレイアウトウィンドウの長さに従って、第1中間層の巻線幅と第2中間層の巻線幅を決定することと、を含む。
【0017】
選択可能なの実施形態として、巻線パラメータに従って、最上層の内層巻線幅を決定することは、具体的には、
等価インピーダンス計算式を作成することであって、等価インピーダンス計算式は、
【数1】

であり、
ここで、
(外1)

は一次巻線の等価インピーダンスを表し、
(外2)
は巻線の抵抗率を表し、
(外3)
はコイルレイアウトウィンドウの長さを表し、
(外4)
は磁気コアの半径を表し、
(外5)
は最上層の内層巻線幅を表し、
(外6)
は巻線の厚さを表し、図3に示すように、
(外7)
であることと、
等価インピーダンス計算式の導関数を取り、導関数式を取得することと、
巻線パラメータを導関数式に代入し、一次巻線の等価インピーダンスの導関数をゼロにして、最上層の内層巻線幅を取得することであって、
ここで、等価インピーダンス計算式の導出プロセスは次のとおりである:
磁気コアの半径、巻線抵抗率、および巻線厚さに応じて、並列巻線のインピーダンス計算式を作成することであって、並列巻線のインピーダンス計算式は
【数2】
であり、
ここで、
(外8)
は前記並列巻線のインピーダンスを示すことと、
巻線パラメータに従って外巻線のインピーダンス計算式を作成することであって、外巻線のインピーダンス計算式は
【数3】
であり、
ここで、
(外9)
は前記外巻線のインピーダンスを示すことと、
並列巻線のインピーダンス計算式と外巻線のインピーダンス計算式に従って等価インピーダンス計算式
【数4】
を作成することと、を含む。
【0018】
選択可能な実施形態として、磁気コアの半径、コイルレイアウトウィンドウの長さ、および最上層の内層巻線幅に従って、最上層の外層巻線幅を決定することは、具体的には、
(外10)
である。
【0019】
ここで、
(外11)
は最上層の外層巻線幅を表す。
【0020】
選択可能な実施形態として、最上層の内層巻線幅に応じて最下層の内層巻線幅を決定し、最上層の外層巻線幅に応じて最下層の外層巻線幅を決定することは、具体的には、
最下層の内層巻線幅は最上層の内層巻線幅に等しく、最下層の外層巻線幅は最上層の外層巻線幅に等しいことを含む。
【0021】
選択可能な実施形態として、磁気コアの半径とコイルレイアウトウィンドウの長さに従って、第1中間層の巻線幅と第2中間層の巻線幅を決定することは、具体的には、
(外12)
である。
【0022】
ここで、
(外13)
は第1中間層の巻線幅を表す。
【0023】
本明細書における各実施例は段階的に説明されており、各実施例では、重点として説明するのは他の実施例との相違点であり、各実施例間の同じまたは類似の部分を互いに参照することができる。
【0024】
本明細書では、特定の例を使用して、本発明の原理と実施形態を説明する。上記の実施例の説明は、本発明の方法とコアアイデアを理解するのを助けるためにのみ使用され、同時に、当業者の場合、本発明のアイデアによれば、発明を実施するための形態および適用範囲に変更がある。要約すると、本明細書の内容は、本発明の限定として解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【0025】
1 最上層の内層巻線
2 第1貫通孔
3 第2貫通孔
4 最下層の内層巻線
5 第1中間層の巻線
6 第3貫通孔
7 第4貫通孔
8 第2中間層の巻線
9 最上層の外層巻線
10 最下層の外層巻線。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7