TW201428780A

TW201428780A - 用於環形磁芯電磁元件之屏蔽與利用此屏蔽之環形磁芯電磁元件

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Publication number: TW201428780A
Application number: TW102137846A
Authority: TW
Inventors: Joe A Ortiz
Original assignee: Raytheon Co
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2014-07-16
Also published as: US9941047B2; US20160155564A1; US20140176292A1; TWI584310B; US9257224B2

Abstract

一種用於環形變壓器之屏蔽包括一片可撓的非磁性傳導材料，該環形變壓器包括一個環形組件，其包含一個環形磁芯與第一繞組。該片可撓的非磁性傳導材料包含：一個主幹部分，其沿著該片可撓的非磁性傳導材料之一個最長尺寸而延伸且被配置以包覆沿著環形組件的一個外部尺寸；及，複數個指部，其從主幹部分朝外延伸且被配置以朝向環形磁芯的中心之方向沿著環形組件的部分側邊而包覆環繞部分的第一繞組且摺疊到環形組件的內部尺寸。

Description

用於環形磁芯電磁元件之屏蔽與利用此屏蔽之環形磁芯電磁元件

本發明關於一種用於諸如變壓器或電感器的環形磁芯電磁元件之屏蔽。

諸如通訊系統、資訊系統、娛樂系統、雷達系統、紅外線感測器系統、雷射追蹤系統、或不論是商用、地面、行動、空中、船用、或太空船系統的導能系統之電子系統需要直流(DC)電源來操作電子器件。高頻(≧50kHz)交換式電力轉換器是用來對於電子器件提供直流電源之精選的電力轉換設備，其比線性電源供應器為更有效率、更小且更輕。

不幸的是，交換模式電力轉換並非沒有缺陷。在一些應用中，電子系統需要一次側到二次側的隔離或可能有其他需求，其可能需要變壓器之使用。透過交換式電力轉換器的電力變壓器而從一次側以電容式耦合到二次側的共模電流可能是在使用交換式電力轉換器之電子系統中的一個主要雜訊源。從繞線式磁性組件以電容式耦合到機殼的共模電流可能是在使用交換式電力轉換器之電子系統中的另一個主要雜訊源。

若未受控制，共模電流可能歸因於訊號與訊號返回之間的阻抗不匹配而顯示為差別雜訊。此雜訊可能會由於例如數位邏輯的錯誤訊號或錯誤觸發之產生而在電子系統中造成大混亂。已經知道此種雜訊會阻礙在電子系統之間的成功通訊，使得該等電子系統為不可操作。

本揭露內容揭示針對於防止共模電流的產生及/或傳輸之系統與方法。在本文所揭示之系統與方法的一個實例應用是藉由從環形電源變壓器的一次側到二次側之電容耦合來防止共模電流的產生及/或傳輸。然而，本發明不受限於電源變壓器。本發明可運用在包括變壓器與電感器的任何環形磁芯電磁元件。

法拉第(Faraday)屏蔽可被使用在變壓器的一次側與二次側之間以防止從一次側到二次側或反之亦然而透過變壓器的電流耦合。然而，法拉第屏蔽為典型已經受限於線軸繞製式的變壓器，歸因於欠缺有效的手段來將法拉第屏蔽納入在一種環形繞線式磁性組件中。將法拉第屏蔽實施在環形變壓器之中的一種先前方法包括以如同繞組的相同方式來將經絕緣的銅條捲繞環繞環形磁芯。然而，此種方法導致其為相當長及電感性且因此大半為無效的屏蔽。另一種方法包括其包覆在繞線式環形組件上的完整銅片之使用。然而，此種方法需要銅片之顯著的摺疊及皺摺以通過該繞線式環形組件的內部直徑，而造成該繞線式環形組件之建立高度的顯著增加以及可用內部直徑的顯著減少。

本揭露內容揭示法拉第屏蔽，其構成以實質一層來包覆環繞繞線式環形磁芯組件，因此以該繞線式環形組件之建立高度的最小增加及可用內部直徑的最小減少來提供一種有效的低電感屏蔽。當被利用在環形變壓器時，本文揭示的屏蔽之中的一或多者將顯著使得透過該變壓器所耦合的共模雜訊減弱。本揭露內容進而揭示其納入所揭示的屏蔽之諸如變壓器的電磁裝置。

本揭露內容的一個態樣包括一種用於環形變壓器之屏蔽，該屏蔽是由通常為薄銅片之一片可撓的非磁性傳導材料所構成。該片可撓的非磁性傳導材料包括：一個主幹部分，其沿著該片可撓的非磁性傳導材料之一個尺寸而延伸且被配置以包覆沿著例如包含一個環形磁芯與一個一次側繞組之一個繞線式環形組件的外部尺寸；以及，複數個指部，其從該主幹部分而朝外延伸且被配置以朝向該繞線式環形組件的中心之方向而包覆沿著該環形組件的側邊且包覆到該繞線式環形組件的內部周邊。

在一個實施例中，該種屏蔽包括一條接線，其被電氣連接到該片可撓的非磁性傳導材料。

在另一個實施例中，該種屏蔽包括一個絕緣層，其被黏合到該片可撓的非磁性傳導材料。

在另一個實施例中，該種屏蔽包括一個絕緣層，其被黏合到該片可撓的非磁性傳導材料之各側。

在又一個實施例中，該複數個指部之中的至少一些者具有鄰近該主幹部分的一個部分以及遠離該主幹部分的一個部分，且鄰近該主幹部分的部分是比遠離該主幹部分的部分為寬。

在一個實施例中，該複數個指部之中的至少一些者具有鄰近該主幹部分的一個錐形部分以及遠離該主幹部分的一個非錐形部分。

在另一個實施例中，該錐形部分具有實質等於該環形組件的外部直徑的周長除以在該複數個指部之中的一半的指部數目之第一尺寸、與實質等於該環形組件的內部直徑的周長除以在該複數個指部之中的一半的指部數目之第二尺寸。

在又一個實施例中，遠離該主幹部分的非錐形部分具有實質等於該環形組件的內部直徑的周長除以在該複數個指部之中的一半的指部數目之一個尺寸。

在一個實施例中，該複數個指部之中的至少一些者具有鄰近該主幹部分的一個部分、以及遠離該主幹部分的一個部分，且鄰近該主幹部分的部分或該主幹部分具有圓形應力消除(stress relief)的切除部分(cutout)、或從鄰近該主幹部分的部分跨接到該主幹部分之圓形應力消除的切除部分。

在一個實施例中，該複數個指部之中的至少一些者具有鄰近該主幹部分的一個部分、以及遠離該主幹部分的一個部分，且鄰近該主幹部分的部分或該主幹部分具有用於引線通過之一些圓形切除部分，或鄰近該主幹部分的部分與該主幹部分均具有用於引線通過之一些圓形切除部分、或用於從鄰近該主幹部分的部分跨接到該主幹部分的引線通過之圓形切除部分，不論是有或沒有圓形的應力消除的切除部分。

本揭露內容的另一個態樣包括一種環形變壓器，其包含具有一個外部尺寸、一個內部尺寸、與二個側邊的一個環形組件。該環形組件包含一個環形磁芯、以及第一繞組，其被包覆環繞一部分的環形磁芯。在一個實施例中，該環形組件包含一個絕緣層，其被包覆在第一繞組之上。該環形變壓器更包含第一屏蔽，其被包覆在至少一部分的第一繞組之上。第一屏蔽包含一個可撓的非磁性傳導片，其包括：一個主幹部分，其沿著該環形組件的外部周邊而延伸；以及，複數個指部，其從該主幹部分以朝向該環形磁芯的中心之方向沿著該環形組件的二個側邊的部分者而延伸且摺疊到該環形組件的內部周邊。

出自一側在該環形組件之內部直徑中的指部可能重疊出自另一側的指部，或該等指部可能接合末端，但理想而言，出自一側的指部不會電氣短路到出自另一側的指部且透過該環形組件之內部直徑產生一個經短路的匝。

在一個實施例中，該種環形變壓器包括第二繞組，其被包覆環繞包括一部分的該主幹部分與一部分的該複數個指部之一部分的第一屏蔽。

在另一個實施例中，該種環形變壓器包括：一個絕緣層，其被包覆在至少一部分的第一屏蔽之上；以及，第二繞組，其被包覆環繞該絕緣層以及包括一部分的該主幹部分與一部分的該複數個指部之第一屏蔽。

在另一個實施例中，該種環形變壓器包括：一個絕緣層，其被包覆在至少一部分的第一屏蔽之上，其中該絕緣層與第一屏蔽被黏合在一起；以及，第二繞組，其被包覆環繞該絕緣層以及包括一部分的該主幹部分與一部分的該複數個指部之第一屏蔽。

在另一個實施例中，該種環形變壓器包括：絕緣層，其被包覆在至少一部分的第一屏蔽之上，其中該等絕緣層與第一屏蔽被黏合在一起，俾使該屏蔽包括其被黏合到該片可撓的非磁性傳導材料之各側的一個絕緣層；以及，第二繞組，其被包覆環繞該絕緣層以及包括一部分的該主幹部分與一部分的該複數個指部之第一屏蔽。

在又一個實施例中，該種環形變壓器包括：一個絕緣層，其被包覆在至少一部分的第一屏蔽之上；第二屏蔽，其被包覆在至少一部分的該絕緣層與第一屏蔽之上；以及，第二繞組，其被包覆環繞包括一部分的該主幹部分與一部分的該複數個指部之第二屏蔽。第二屏蔽包含第二可撓的非磁性傳導片，其包括：第二主幹部分，其沿著該環形組件的外部周邊而延伸；以及，第二複數個指部，其從第二主幹部分以朝向該環形磁芯的中心之方向沿著該環形組件的二個側邊的部分者而延伸且摺疊到該環形組件的內部周邊。

在又一個實施例中，該種環形變壓器包括：一個絕緣層，其被包覆在第一屏蔽之上；第二屏蔽，其被包覆在該絕緣層與第一屏蔽之上；一個絕緣層，其被包覆在第二屏蔽之上；以及，第二繞組，其被包覆環繞包括一部分的該主幹部分與一部分的該複數個指部之第二屏蔽。第二屏蔽包含第二可撓的非磁性傳導片，其包括：第二主幹部分，其沿著該環形組件的外部周邊而延伸；以及，第二複數個指部，其從第二主幹部分以朝向該環形磁芯的中心之方向沿著該環形組件的二個側邊的部分者而延伸且摺疊到該環形組件的內部周邊。

在又一個實施例中，該種環形變壓器包括：一個絕緣層，其被包覆在第一屏蔽之上，其中該絕緣層與第一屏蔽被黏合在一起，俾使該屏蔽包括其被黏合到該片可撓的非磁性傳導材料之一側的一個絕緣層；第二屏蔽，其被包覆在該絕緣層與第一屏蔽之上；一個絕緣層，其被包覆在第二屏蔽之上，其中該絕緣層與第二屏蔽被黏合在一起，俾使該屏蔽包括其被黏合到該片可撓的非磁性傳導材料之一側的一個絕緣層；以及，第二繞組，其被包覆環繞包括一部分的該主幹部分與一部分的該複數個指部之第二屏蔽。第二屏蔽包含第二可撓的非磁性傳導片，其包括：第二主幹部分，其沿著該環形組件的外部周邊而延伸；以及，第二複數個指部，其從第二主幹部分以朝向該環形磁芯的中心之方向沿著該環形組件的二個側邊的部分者而延伸且摺疊到該環形組件的內部周邊。

在又一個實施例中，該種環形變壓器包括：絕緣層，其被包覆在至少一部分的第一屏蔽之上，其中該等絕緣層與第一屏蔽被黏合在一起，俾使該屏蔽包括其被黏合到該片可撓的非磁性傳導材料之各側的一個絕緣層；第二屏蔽，其被包覆在至少一部分的該絕緣層與第一屏蔽之上；一個絕緣層，其被包覆在第二屏蔽之上，其中二個絕緣層與第二屏蔽被黏合在一起，俾使該屏蔽包括其被黏合到該片可撓的非磁性傳導材料之各側的一個絕緣層；以及，第二繞組，其被包覆環繞包括一部分的該主幹部分與一部分的該複數個指部之經絕緣的第二屏蔽。第二屏蔽包含第二可撓的非磁性傳導片，其包括：第二主幹部分，其沿著該環形組件的外部尺寸而延伸；以及，第二複數個指部，其從第二主幹部分以朝向該環形磁芯的中心之方向沿著該環形組件的二個側邊的部分者而延伸且摺疊到該環形組件的內部周邊。

在一個實施例中，該種環形變壓器包括：一個絕緣層，其被包覆在至少一部分的第一屏蔽之上；第二屏蔽，其被包覆在至少一部分的該絕緣層與第一屏蔽之上；以及，第二繞組，其被包覆環繞包括一部分的第二主幹部分與一部分的第二複數個指部之一部分的第二屏蔽。第二屏蔽包含第二可撓的非磁性傳導片，其包括：第二主幹部分，其沿著該環形組件的外部尺寸而延伸；以及，第二複數個指部，其從第二主幹部分以朝向該環形磁芯的中心之方向沿著該環形組件的二個側邊的部分者而延伸且摺疊到該環形組件的內部周邊。

在另一個實施例中，該種環形變壓器包括：一條接線，其被電氣連接到第一屏蔽。

在又一個實施例中，該種環形變壓器包括：第一接線，其被電氣連接到第一屏蔽；以及，第二接線，其被電氣連接到第二屏蔽。

在一個實施例中，該等屏蔽的複數個指部之中的至少一些者具有鄰近該主幹部分的一個部分與遠離該主幹部分的一個部分。鄰近該主幹部分的部分是比遠離該主幹部分的部分為寬。

在又一個實施例中，該等屏蔽的錐形部分具有實質等於該環形組件的外部直徑的周長除以在該複數個指部之中的一半的指部數目之第一尺寸、以及實質等於該環形組件的內部直徑的周長除以在該複數個指部之中的一半的指部數目之第二尺寸。

在一個實施例中，該等屏蔽的非錐形部分具有實質等於該環形組件的內部直徑的周長除以在該複數個指部之中的一半的指部數目之一個尺寸。

在另一個實施例中，該等屏蔽的複數個指部之中的至少一些者具有鄰近該主幹部分的一個部分與遠離該主幹部分的一個部分，且鄰近該主幹部分的部分或該主幹部分具有圓形的應力消除的切除部分、或從鄰近該主幹部分的部分跨接到該主幹部分之圓形的應力消除的切除部分。

在一個實施例中，該等屏蔽的複數個指部之中的至少一些者具有鄰近該主幹部分的一個部分、以及遠離該主幹部分的一個部分，且鄰近該主幹部分的部分或該主幹部分具有用於引線通過之一些圓形切除部分，或鄰近該主幹部分的部分與該主幹部分均具有用於引線通過之一些圓形切除部分、或用於從鄰近該主幹部分的部分跨接到該主幹部分的引線通過之圓形切除部分，不論是有或沒有圓形的應力消除的切除部分。

從繞線式磁性組件以電容式耦合到機殼的共模電流可能是在其使用交換式電力轉換器之電子系統中的另一個主要雜訊來源。本揭露內容的另一個態樣包括一種用於繞線式磁性組件之法拉第屏蔽，其由通常為薄的銅片之一片可撓的非磁性傳導材料所組成，該片被置放在一個繞線式磁性組件與機殼或散熱座(或其他安裝平面)之間以防止從該繞線式磁性組件的最外邊的繞組耦合到機殼(或其他安裝平面)的電流或反之亦然。該種屏蔽的實施例可包括一條接線或其他低電感的引線以將共模電流返回到電流源。

本發明的前述與其他特點在下文被完整描述且在申請專利範圍中特別指出，以下說明與隨附圖式詳細列舉本發明的某些說明實施例，然而，此等實施例表示本發明的原理可被運用在其中的種種方式之中的僅為少數者。

1‧‧‧環形磁芯變壓器

10‧‧‧環形磁芯

20‧‧‧第一繞組

22、24‧‧‧引線

25‧‧‧絕緣層

50‧‧‧第二繞組

52、54‧‧‧引線

60‧‧‧電路

65‧‧‧電壓源

70‧‧‧電晶體

75‧‧‧二極體

80‧‧‧輸出電容器

85‧‧‧負載

90‧‧‧電容器

100‧‧‧環形磁芯變壓器

125、135、145‧‧‧絕緣層

130‧‧‧第一屏蔽

132、142‧‧‧引線

140‧‧‧第二屏蔽

190、195‧‧‧電容器

200、260‧‧‧電路

290‧‧‧電容器

295‧‧‧散熱座

300‧‧‧繞線式磁性元件

330‧‧‧屏蔽

500‧‧‧可撓的非磁性傳導材料片

510‧‧‧主幹部分

520、520a、520b‧‧‧指部

522‧‧‧錐形部分

523‧‧‧鄰近主幹部分510的部分

524‧‧‧遠離主幹部分510的部分

525‧‧‧非錐形部分

700‧‧‧繞線式環形組件

圖1A與1B分別說明一種示範的環形磁芯變壓器之側視圖與橫截面圖。

圖2說明一種納入圖1A與1B之變壓器的電路之示意圖。

圖3A與3B分別說明一種納入法拉第屏蔽之示範的環形磁芯變壓器之側視圖與橫截面圖。

圖4說明一種電路之示意圖，該種電路對應於圖2之電路，但變壓器是由圖3A與3B之變壓器所取代。

圖5說明一種示範的法拉第屏蔽。

圖6說明包括絕緣層之圖5之示範的屏蔽。

圖7A與7B分別說明一種示範的繞線式環形組件之前視圖與側視圖。

圖8顯示在組裝期間的圖3A與3B之變壓器以說明圖5之屏蔽如何被安裝到圖7之組件上。

圖9說明一種包括16個指部之屏蔽的一個實施例。

圖10說明一種包括24個指部之屏蔽的一個實施例。

圖11說明一種屏蔽的一個實施例，其中，指部具有鄰近主幹部分的一個部分、以及遠離主幹部分的一個部分，且從鄰近主幹部分的部分到主幹部分之跨接部分是應力消除的切除部分。

圖12說明一種屏蔽的一個實施例，其中，一些指部具有用於引線之路由的凹口，主幹部分具有用於引線之通過的一些圓形切除部分，且從錐形部分到主幹部分之跨接部分是用於引線之通過的一些圓形切除部分、以及圓形的應力消除的切除部分。

圖13說明一種屏蔽的一個實施例，其中，指部包括僅有一個錐形部分。

圖14說明一種屏蔽的又一個實施例。

圖15與16說明用於圖3A與3B之變壓器的可能繞組方案之示意圖。

圖17說明一種納入一個繞線式磁性元件的電路之示意圖，繞線式磁性元件被安裝到散熱座，散熱座被連接到機殼接地。

圖18圖示說明繞線式磁性元件以及將繞線式磁性元件耦合到散熱座的電容，散熱座被連接到機殼接地。

圖19圖示說明一種環形繞線式磁性元件以及在繞線式磁性元件與繞線式磁性元件被安裝到其的散熱座之間的一種屏蔽，用以防止從繞線式磁性元件到接地的共模耦合。

圖1A與1B分別說明一種示範的環形磁芯變壓器1之側視圖與橫截面圖。變壓器1包括一個環形磁芯10與其被包覆環繞該環形磁芯10的第一繞組20。第一繞組20具有引線22與24。變壓器1更包括在第一繞組20與第二繞組50之間的一個絕緣層25。第二繞組50包覆環繞該絕緣層25，且具有引線52與54。在其他實施例中，變壓器1包括超過二個繞組。

關於例如第一繞組20與第二繞組50之在此所使用的術語“繞組”不僅包括單導線的繞組(即：其包括僅有一條導線的繞組)，而且還包括多導線的繞組(即：其包括超過一條導線的繞組而不論彼等導線是否被連接到彼此)、以及交錯式的繞組(例如：第一個半部的一次側繞組被繞製，二次側繞組被繞製在第一個半部的一次側繞組之上，且接著第二個半部的一次側繞組被繞製在二次側繞組之上)。關於例如第一繞組20與第二繞組50之在此所使用的術語“第一繞組”與“第二繞組”無須分別對應於一個一次側繞組與一個二次側繞組。舉例來說，第一與第二繞組可對應於二個二次側繞組。

雖然諸如磁芯10的磁芯以及其包括磁芯的組件是在本文被描述為圓形或環形、或具有周邊或直徑，在本文所揭示的磁芯以及其包括磁芯的組件可包括非圓形(例如：橢圓形、方形、等等)的磁芯與組件。

圖1A與1B說明電容如何被建立在第一繞組20與第二繞組50之間。第一繞組20與第二繞組50形成一個同軸的繞組間電容，其大小是由有效繞組長度、有效繞組寬度、第一繞組20與第二繞組50之間的絕緣的厚度、以及絕緣25的介電常數所決定。

圖2說明一種納入變壓器1的電路60之示意圖。電路60包括一個電壓源65，其被耦合到變壓器1的第一繞組20。電路60包括一個電晶體70，其被連接在變壓器1的第一繞組20與電壓源65之間。一個二極體75被連接到變壓器1的第二繞組50，二極體75接著連接到一個輸出電容器80，其將電力提供到一個負載85。在操作期間，電晶體70切換以致使一個交流(AC)電壓出現跨於第一繞組20，其接著致使一個交流電壓出現跨於第二繞組50。二極體75將出現在第二繞組50的交流電壓整流以致使一個直流(DC)電壓出現跨於電容器80，其將電力傳遞到負載85。

圖2進一步說明關於圖1A與1B之上文論述的繞組間電容。繞組間電容被圖示說明為電容器90。透過電容器90，共模電流icc是通過變壓器1而從一次側被耦合到二次側且透過機殼接地gnd而被返回到在一次側的共模雜訊源。

圖3A與3B說明一種示範的環形磁芯變壓器100之側視圖與橫截面圖。變壓器100包括一個環形磁芯10與其被包覆環繞該環形磁芯10的第一繞組20。第一繞組20包覆環繞該環形磁芯10且具有引線22與 24。變壓器100還包括其覆蓋第一繞組20的第一屏蔽130。第一屏蔽130是以僅有最小重疊的實質一層來包覆環繞第一繞組20。此一層的包覆提供第一屏蔽130之極低的電感，而且還提供第一繞組20的完整覆蓋。第一屏蔽130具有一條引線132，其用以將第一屏蔽130連接到接地，如在下文所更詳細論述。

圖3B說明在第一繞組20與第一屏蔽130之間的一個絕緣層125。絕緣層125以及在本文所揭示的任何其他絕緣層均可為如圖3B所示之一個離散的絕緣層，或絕緣層125可能是變壓器100之實際應用所需要的複數個絕緣層，或絕緣層125可能不是一個離散層或複數層而是一個分散式的電氣絕緣層。舉例來說，磁線為經常塗覆有一層的絕緣。

在圖示實施例中，變壓器100更包括其覆蓋第一屏蔽130的第二絕緣層135、以及其包覆在環繞第一繞組20的絕緣層135之上的第二屏蔽140。第二屏蔽140是以僅有最小重疊的實質一層來包覆環繞。類似於上述的第一屏蔽130，此一層的包覆提供第二屏蔽140之極低的電感，而且還提供環繞該種環形形狀的完整覆蓋。第二屏蔽140具有一條引線142，其用以將第二屏蔽140連接到接地，如在下文所更詳細論述。圖3B之變壓器100更包括第二繞組50，其與第二屏蔽140為由第三絕緣層145所隔離。第二繞組50具有引線52與54。在一個實施例中，變壓器100包括單一個屏蔽，例如：第一屏蔽130，且因此不包括附加的屏蔽或對應的絕緣層。在其他實施例中，例如：當變壓器100包括超過二個繞組，變壓器100可能包括超過二個屏蔽與對應數目的絕緣層，諸如將用於例如交錯式的一次側與二次側繞組，其中，二個屏蔽將被用在各個一次側群組的繞組與各個二次側群組的繞組之間。

因此，圖3A與3B說明在第一繞組20與第一屏蔽130之間、以及在第二屏蔽140與第二繞組50之間的電容如何被建立到變壓器100。第一繞組20與第一屏蔽130形成一個同軸電容，其大小是由有效繞組/屏蔽長度、有效繞組/屏蔽寬度、第一繞組20與第一屏蔽130之間的絕緣125的厚度、以及絕緣125的介電常數所決定。同理，第二繞組50與第二屏蔽140形成一個同軸電容，其大小是由有效繞組/屏蔽長度、有效繞組/屏蔽寬度、第二繞組50與第二屏蔽140之間的絕緣145的厚度、以及絕緣145的介電常數所決定。在一個實施例中，變壓器100包括僅有一個屏蔽。在其他實施例中，變壓器100包括超過二個屏蔽。圖3A與3B還說明在第一屏蔽130與第二屏蔽140之間的電容如何被建立到變壓器100。然而，如所將理解，實質上並無共模電流是透過該電容而流通在此等屏蔽之間。

圖4說明一種電路200之示意圖，電路200對應於上文論述之電路60，但變壓器1是由變壓器100所取代。電路200的概括操作是參考電路60在上文所述且因此在此不重述。變壓器100包括屏蔽130與140，其各自具有分別將屏蔽130與140連接到接地gnd的一條引線132與142。在其他實施例中，變壓器100包括超過二個屏蔽。

圖4進一步說明關於圖3A與3B之上文所論述的繞組/屏蔽電容。關聯於第一屏蔽130的電容被標示為電容器190，且關聯於第二屏蔽140的電容被標示為電容器195。流通到第一繞組20的共模電流icc1被有效耦合到接地gnd且透過電容器190、屏蔽130、與引線132而返回到共模雜訊源，防止共模電流icc1被傳送到第二繞組50且進入電路200的二次側。同理，流通到第二繞組50的共模電流icc2被有效耦合到接地gnd且透過電容器195、屏蔽140、與引線142而返回到共模雜訊源，防止共模電流icc2被傳送到第一繞組20且進入電路200的一次側。圖4進一步說明關於圖3A與3B之上文所論述的屏蔽對屏蔽的電容。儘管在該等屏蔽之間有電容，考慮到該二個屏蔽之中的各者是以充分的EMI濾波器設計且解耦合到機殼、以及短的非電感的屏蔽引線而被正常連繫到機殼接地，在該等屏蔽之間有極小(若非為零)的AC電壓，且因此實質為零的共模電流是透過屏蔽對屏蔽的電容而流通在此等屏蔽之間。

在圖示實施例中，第一繞組20被說明為一次側繞組且第二繞組50為二次側繞組。在其他實施例中，第一繞組20是變壓器的二次側繞組且第二繞組50為一次側繞組。在其他實施例中，變壓器100可包括超過二個繞組與二個屏蔽，諸如：將用於例如交錯式的一次側與二側側繞組。

圖5說明一種示範的屏蔽130。屏蔽130包括一片500之可撓的非磁性傳導材料。該片500為其所製造之可撓的非磁性傳導材料可能是包括例如銅、銀、鋁、鉛、鎂、鉑與鎢的此類材料之中的一者或組合。該片500包括一個主幹部分510，其沿著該片500的長度或可能最長的尺寸而延伸。如在下文所更詳細論述，主幹部分510被設計來包覆環繞其包括磁芯10與第一繞組20之一種環形組件的外部周邊。該片500還包括從主幹部分510朝外延伸之複數個指部520，其範例為指部520a與指部520b。如在下文所更詳細論述，指部520被設計以朝向環形磁芯10的中心之方向來包覆沿著其包括磁芯10與第一繞組20之一種環形組件的側邊且摺疊到環形組件的內部周邊。

在圖示實施例中，指部520具有鄰近主幹部分510的一個錐形部分522以及遠離主幹部分510的一個非錐形部分525。錐形部分522具有鄰近主幹部分510的一個部分523以及遠離主幹部分510的一個部分524。鄰近主幹部分510的該部分523是比遠離主幹部分510的該部分524為寬。

屏蔽130更包括引線132，其被電氣連接到該片500。在其他實施例中，接線13藉由除了焊接以外的方法而被電氣連接到該片500。在圖示實施例中，接線132被顯示為朝向該片500的中央區域或中部而連接到該片500。在其他實施例中，接線132是在該片500的其他區域而連接到該片500。

圖6說明示範的屏蔽130，其包括被黏合到該片500的絕緣層125。在一個實施例中，絕緣層125藉由除了黏著劑以外的方法而被黏合到該片500。在一個實施例中，該片500與絕緣層125之組合可由諸如聚醯亞胺(Kapton)或等效者的一種金屬化絕緣材料所製造。在此方式中，不必要的可撓非磁性導體材料(例如：銅)可類似於用來製造印刷電路板(PCB,printed circuit board)的蝕刻製程而被蝕刻掉。對於在二側均具有絕緣的屏蔽而言，可撓非磁性導體材料可接著由一種絕緣片(例如：Kapton)所覆蓋，且該絕緣可被切割為期望的尺寸，如在圖6所示。

圖7A與7B分別說明一種示範的繞線式環形組件700之前視圖與側視圖。組件700對應於就在第一屏蔽130之安裝前的變壓器100。因此，參考圖3A與3B之圖示實施例，組件700對應於其包括環形磁芯10與第一繞組20之組件。組件200還可包括第一絕緣層125，視第一絕緣層 125是否為部分的第一屏蔽而定，如在圖6所揭示。環形組件700具有一個內部直徑ID、一個外部直徑OD、側邊S1與S2、以及一個厚度THK。

圖8顯示在屏蔽130之安裝期間的組件700。屏蔽130是以主幹部分510周邊地包覆環繞組件700的外部周邊而安裝。環形組件700的側邊S1與S2是由指部520的錐形部分522所實質包覆。環形組件700的內在周邊是由指部520的非錐形部分525所包覆，非錐形部分525可能重疊或接合末端，但是不會從一個側邊電氣短接到另一個側邊而建立一個短接的匝。因此，指部520是朝向環形磁芯10的中心之方向而包覆沿著環形組件700的側邊S1與S2的部分者且摺疊到環形組件700的內部周邊。

如可在圖8所看出，屏蔽130完全或幾乎完全覆蓋環形組件700，然而在組件700的側邊S1與S2以及內部直徑ID具有屏蔽130的最小重疊，此乃歸因於屏蔽130的特定形狀。除了別的優點以外，最小重疊還使得歸因於屏蔽130的體型高度為最小，此考慮到用於繞組的較大窗口。

圖9說明包括16個指部520之屏蔽130的一個實施例。圖9之屏蔽130被設計來配合圖7之環形組件700且因此是以對應於環形組件700的尺寸來說明。在圖示實施例中，主幹部分510具有等於環形組件700的外部圓周的周長(π OD)之一個長度以及等於環形組件700的厚度THK之一個寬度。錐形部分522具有一個長度為實質等於環形組件700的外部直徑與內部直徑之間的一半差異，即：(OD-ID)/2。

在一個實施例中，鄰近主幹部分510之錐形部分522的部分523具有一個尺寸為實質等於環形組件700的外部直徑的周長除以指部520的一半數目，即：2 π OD/f，其中f是指部數目。遠離主幹部分510之錐形部分522的部分524具有一個尺寸為實質等於環形組件700的內部直徑的周長除以指部520的一半數目，即：2 π ID/f。在一個實施例中，非錐形部分525具有一個尺寸為實質等於環形組件700的內部直徑的周長除以指部520的一半數目，即：2 π ID/f。

在圖示實施例中，鄰近主幹部分510的部分523具有一個尺寸為實質等於環形組件700的外部直徑的周長的八分之一，即：π OD/8。非錐形部分525具有一個尺寸為等於環形組件700的內部直徑的周長的八分之一，即：π ID/8。

屏蔽130之重疊的寬度可藉由將圖9所示為π OD/8的尺寸改變成例如π OD/7且將所示為π ID/8的尺寸改變成例如π ID/7而改變。屏蔽130之重疊的長度可藉由將非錐形部分525的長度改變為所期望而改變。

圖10說明包括24個指部520之屏蔽130的一個實施例。在圖10的圖示實施例中，鄰近主幹部分510的部分523具有一個尺寸為實質等於環形組件700的外部直徑的周長的十二分之一，即：π OD/12。非錐形部分525具有一個尺寸為等於環形組件700的內部直徑的周長的十二分之一，即：π ID/12。

屏蔽130之重疊的寬度可藉由將圖10所示為π OD/12的尺寸改變成例如π OD/11且將所示為π ID/12的尺寸改變成例如π ID/11而改變。屏蔽130之重疊的長度可藉由將非錐形部分525的長度改變為所期望而改變。

圖11說明屏蔽130的一個實施例，其中，指部520具有鄰近主幹部分510的一個部分522、與遠離主幹部分的一個部分525，且從鄰近主幹部分的部分522到主幹部分510之跨接部分是圓形的應力消除的切除部分。

圖12說明一種屏蔽的一個實施例，其中，一些指部具有用於引線之路由的圓形凹口，主幹部分具有用於引線之通過的一些圓形切除部分，且從錐形部分到主幹部分之跨接部分是用於引線之通過的一些圓形切除部分、還有圓形的應力消除的切除部分。雖然該等切除部分被顯示為圓形，該等切除部分可具有其他形狀。

圖12說明屏蔽130的一個實施例，其中，一些指部520具有用於引線之路由的圓形凹口550，主幹部分具有用於引線之通過的一些圓形切除部分550，且從錐形部分到主幹部分之跨接部分是用於引線之通過的一些圓形切除部分550、還有圓形的應力消除的切除部分。

圖13說明屏蔽130的一個實施例，其中，指部520不包括非錐形部分525而僅有錐形部分522。因此，在圖示實施例中，該等指部520具有錐形部分522，其包括鄰近主幹部分510的一個部分523以及遠離主幹部分510的一個部分524。鄰近主幹部分的該部分523是比遠離主幹部分的該部分524為寬。

圖14說明屏蔽130的又一個實施例。在圖示實施例中，該種屏蔽包括主幹部分510與指部520。該等指部520在長度方面為實質平直(非錐形)。圖示的方案將造成屏蔽130的指部520之實質重疊與體型且因此磁芯10的繞組窗相較於上文揭示的實施例為較大的消耗量。

圖15與16說明用於變壓器100的可能繞組方案之示意圖。如上所論述，變壓器100包括：第一繞組20，其具有引線22與24；第一屏蔽130，其具有引線132且包覆環繞第一繞組20；第二屏蔽140，其具有引線142且包覆環繞第一屏蔽130與第一繞組20；及，第二繞組50，其具有引線52與54且包覆環繞第二屏蔽140、第一屏蔽130與第一繞組20。

圖15顯示變壓器100被構成的一個實施例，其中，第一屏蔽130被定位使得該屏蔽的末端為接近引線22與24退出第一繞組20之處的位置，且屏蔽引線132被定位為靠近第一繞組20的中部。同理，第二屏蔽140被定位使得該屏蔽的末端為接近引線52與54退出第二繞組50之處的位置，且屏蔽引線142被定位為靠近第二繞組50的中部。此實施例並非為理想者。在一種交換式電源供應器變壓器中，繞組的一端或繞組的二端是具有最高dv/dt的位置，且因此是具有耦合到屏蔽的最高電容電流之繞組的區域。由於將屏蔽引線132定位為遠離繞組20的末端，具有耦合到屏蔽130的最大共模電流之繞組20的區域被置放為遠離屏蔽引線132。共模電流必須引導通過在屏蔽末端與屏蔽中部之間的屏蔽的電感，此降低屏蔽130的有效性。以相似的方式，第二屏蔽140的有效性亦被降低。

圖16顯示變壓器100被構成的一個實施例，其中，第一屏蔽130被定位使得屏蔽130的中部與屏蔽引線132為接近引線22與24退出第一繞組20之處的位置，即：接近繞組20的末端。同理，第二屏蔽140被定位使得屏蔽140的中部與屏蔽引線142為接近引線52與54退出第二繞組50之處的位置，即：靠近繞組50的末端。此實施例是關於圖15之實施例的改良。由於將屏蔽引線132定位為接近繞組20的末端，具有耦合到屏蔽130的最大共模電流之繞組20的區域被置放為緊鄰著屏蔽引線132。共模電流必須引導通過該屏蔽的極短的長度(具有極小的電感)到屏蔽引線 132，此使得屏蔽130的有效性為最大化。以相似的方式，第二屏蔽140的有效性亦被最大化。

從繞線式磁性組件以電容式被耦合到機殼的共模電流可能是在其使用交換式電力轉換器之電子系統中的另一個主要雜訊源。本揭露內容的另一個態樣包括一種用於繞線式磁性組件之法拉第屏蔽，其由通常為薄的銅片之一片可撓的非磁性傳導材料所組成，該片被置放在一個繞線式磁性組件與機殼或散熱座(或其他安裝平面)之間以防止從該繞線式磁性組件的最外邊的繞組耦合到機殼(或其他安裝平面)的電流或反之亦然。該種屏蔽的實施例可包括一條接線或其他低電感的引線以將共模電流返回到電流源。包括具有環形磁芯者之其他電力磁性元件被安裝在散熱座上以提供傳導冷卻。此等散熱座經常被電氣連繫到接地機殼。在環形繞線式磁性元件的最外邊的繞組上之任何顯著電壓波形可電容式耦合到散熱座且從那裡到機殼接地而產生到機殼的共模電流。共模電流將找到其本身透過機殼接地到共模雜訊源的返回路徑。圖17說明其納入一個繞線式磁性元件3的一種電路260之示意圖，繞線式磁性元件3被安裝到散熱座295，散熱座295被連接到機殼接地gnd。在該種電路260之中，繞線式磁性元件3是其將電力提供給一個負載85而且亦由一個二極體75與一個輸出電容器80所組成的電力轉換器輸出段之部分者。圖17進而說明其圖示為電容器290的電容，電容器290代表在繞線式磁性元件3與散熱座295之間的電容。圖18圖示說明繞線式磁性元件3以及電容290，其將繞線式磁性元件3耦合到散熱座295，散熱座295被連接到機殼接地gnd。因此，透過電容290與散熱座295，共模電流icc被耦合到機殼接地gnd。

圖19圖示說明一種環形繞線式磁性元件300(變壓器或電感器)以及在該繞線式磁性元件300與散熱座295之間來防止共模耦合的一種屏蔽330。該種屏蔽可為類似於本文所揭示的屏蔽(諸如：屏蔽130)之一種緊密配合式屏蔽，或可為與繞線式磁性組件和安裝平面都絕緣之一種簡單的薄扁平片的傳導材料，其典型為薄的銅片。該種屏蔽被連接到一個局部的電路接地lgnd。共模電流icc是從繞線式磁性元件300流通到屏蔽330且流出到局部接地lgnd，在其處，電流icc被返回到雜訊源。電流icc並未流通過電容295且因此繞線式磁性元件300並未被共模耦合到散熱座295。因此，屏蔽330防止該種環形繞線式磁性元件300到機殼接地gnd之共模耦合。

在一個實施例(未顯示)中，例如在封閉式磁性元件被用於其中之軍事或太空電子器件應用中，一種屏蔽可被置放在封閉式封裝的內部。

具有二個繞組、以及單一個屏蔽與二個屏蔽的實施例之變壓器是為了說明而被論述且顯示在此揭露內容中。然而，已揭示標的可應用到超過二個繞組之變壓器或諸如電感器的單一個繞組裝置。已揭示標的還可應用到其利用一次側或二次側上的數個繞組、交錯式的一次側與二次側繞組之應用以及其利用超過二個一次側或二次側屏蔽之應用。

雖然本發明已經關於某些圖示實施例而被顯示且描述，熟習此技藝人士將在閱讀且瞭解此說明書與隨附圖式時而思及等效的變更與修改。特別關於上述完整事物(構件、組件、裝置、組合、等等)所實行的種種功能，除非另外指出，用來描述此類的完整事物之術語(包括提及“機構”)是意圖對應於實行指定功能(即：其為功能等效)的任何完整事物，即使並非結構等效於實行在本發明圖示實施例中的功能之已揭示結構。

22、24‧‧‧引線

52、54‧‧‧引線

100‧‧‧環形磁芯變壓器

132、142‧‧‧引線

Claims

一種環形變壓器，其包含：一環形組件，其具有一外部尺寸、一內部尺寸、與二個側邊，該環形組件包含：一環形磁芯，與一第一繞組，其被包覆環繞一部分的該環形磁芯；及一第一屏蔽，其被包覆在至少一部分的該第一繞組之上，該第一屏蔽包含一可撓的非磁性傳導片，其包括：一主幹部分，其沿著該環形組件的外部尺寸而延伸，與複數個指部，其從該主幹部分以朝向該環形磁芯的中心之方向沿著該環形組件的二個側邊的部分者而延伸且摺疊到該環形組件的內部尺寸。
如申請專利範圍第1項之環形變壓器，其包含：一第二繞組，其被包覆在包括一部分的該主幹部分與一部分的該複數個指部之一部分的該第一屏蔽之上。
如申請專利範圍第1至2項中任一項之環形變壓器，其包含：一絕緣層，其被包覆在至少一部分的該第一屏蔽之上，其中該絕緣層與該第一屏蔽被黏合在一起。
如申請專利範圍第1至3項中任一項之環形變壓器，其包含：一絕緣層，其被包覆在至少一部分的該第一屏蔽之上；及一第二屏蔽，其被包覆在至少一部分的該絕緣層之上，該第二屏蔽包含一第二可撓的非磁性傳導片，其包括：一第二主幹部分，其沿著該環形組件的外部尺寸而延伸環繞一部分的該絕緣層，與第二複數個指部，其從該第二主幹部分以朝向該環形磁芯的中心之方向沿著該環形組件的二個側邊的部分者而延伸且摺疊到該環形組件的內部尺寸。
如申請專利範圍第1至4項中任一項之環形變壓器，其包含：一絕緣層，其被包覆在至少一部分的該第一屏蔽之上；一第二屏蔽，其被包覆在至少一部分的該絕緣層之上，該第二屏蔽包含一第二可撓的非磁性傳導片，其包括：一第二主幹部分，其沿著該環形組件的外部尺寸而延伸環繞一部分的該絕緣層，與第二複數個指部，其從該第二主幹部分以朝向該環形磁芯的中心之方向沿著該環形組件的二個側邊的部分者而延伸且到該環形組件的內部尺寸；及一第二繞組，其被包覆環繞包括一部分的該第二主幹部分與一部分的該第二複數個指部之一部分的該第二屏蔽。
如申請專利範圍第1至5項中任一項之環形變壓器，其包含：一第一絕緣層，其被包覆在至少一部分的該第一屏蔽之上；一第二屏蔽，其被包覆在至少一部分的該第一絕緣層之上，該第二屏蔽包含一第二可撓的非磁性傳導片，其包括：一第二主幹部分，其沿著該環形組件的外部尺寸而延伸環繞一部分的該絕緣層，與第二複數個指部，其從該第二主幹部分以朝向該環形磁芯的中心之方向沿著該環形磁芯的二個側邊的部分者而延伸且摺疊到該環形組件的內部尺寸；一第二絕緣層，其被包覆在至少一部分的該第二屏蔽之上；及一第二繞組，其被包覆環繞包括一部分的該第二主幹部分與一部分的該第二複數個指部之一部分的該第二絕緣層與該第二屏蔽。
如申請專利範圍第1至6項中任一項之環形變壓器，其包含：一第一接線，其被電氣連接到該第一屏蔽；及一第二接線，其被電氣連接到該第二屏蔽。
如申請專利範圍第1至7項中任一項之環形變壓器，其包含：一接線，其被電氣連接到該第一屏蔽。
如申請專利範圍第1至8項中任一項之環形變壓器，其中該第一屏蔽的複數個指部之中的至少一些者具有鄰近該主幹部分的一部分與遠離該主幹部分的一部分，且其中鄰近該主幹部分的該部分是比遠離該主幹部分的該部分為寬。
如申請專利範圍第1至9項中任一項之環形變壓器，其中該第一屏蔽的複數個指部之中的至少一些者具有鄰近該主幹部分的一錐形部分與遠離該主幹部分的一非錐形部分，且該錐形部分具有實質等於該環形組件的外部尺寸的周長除以在該複數個指部之中的一半的指部數目之一第一尺寸、與實質等於該環形組件的內部尺寸的周長(π×內部尺寸)除以在該複數個指部之中的一半的指部數目之一第二尺寸。
如申請專利範圍第10項之環形變壓器，其中該非錐形部分具有實質等於該環形組件的內部尺寸的周長除以在該複數個指部之中的一半的指部數目之一尺寸。
如申請專利範圍第1至11項中任一項之環形變壓器，其中：該第一屏蔽的複數個指部之中的至少一些者具有鄰近該主幹部分的一部分與遠離該主幹部分的一部分，且該主幹部分或鄰近該主幹部分的該部分具有圓形的應力消除的切除部分、或從鄰近該主幹部分的該部分跨接到該主幹部分之圓形的應力消除的切除部分。
一種用於環形變壓器之屏蔽，該環形變壓器包括一環形組件，其包含一環形磁芯與一第一繞組，該種屏蔽包含：一可撓的非磁性傳導材料，該片包含：一主幹部分，其沿著該片可撓的非磁性傳導材料之一最長尺寸而延伸且被配置以包覆沿著該環形組件的一外部尺寸，以及複數個指部，其從該主幹部分而徑向地延伸且被配置以朝向該環形磁芯的中心之方向沿著該環形組件的部分側邊而包覆環繞部分的該第一繞組且摺疊到該環形組件的內部尺寸。
如申請專利範圍第13項之屏蔽，其包含：一接線，其被電氣連接到該片可撓的非磁性傳導材料。
如申請專利範圍第13至14項中任一項之屏蔽，其包含：一絕緣層，其被黏合到該片可撓的非磁性傳導材料。
如申請專利範圍第13至15項中任一項之屏蔽，其中該複數個指部之中的至少一些者具有鄰近該主幹部分的一部分與遠離該主幹部分的一部分，且其中鄰近該主幹部分的該部分是比遠離該主幹部分的該部分為寬。
如申請專利範圍第13至16項中任一項之屏蔽，其中該複數個指部之中的至少一些者具有鄰近該主幹部分的一錐形部分與遠離該主幹部分的一非錐形部分。
如申請專利範圍第17項之屏蔽，其中：該錐形部分具有實質等於該環形組件的外部尺寸的周長除以在該複數個指部之中的一半的指部數目之一第一尺寸、與實質等於該環形組件的內部尺寸的周長除以在該複數個指部之中的一半的指部數目之一第二尺寸。
如申請專利範圍第18項之屏蔽，其中遠離該主幹部分的該非錐形部分具有實質等於該環形組件的內部尺寸的周長除以在該複數個指部之中的一半的指部數目之一尺寸。
如申請專利範圍第13至19項中任一項之屏蔽，其中：該複數個指部之中的至少一些者具有鄰近該主幹部分的一部分與遠離該主幹部分的一部分，且該主幹部分或鄰近該主幹部分的該部分具有圓形的應力消除的切除部分、或從鄰近該主幹部分的該部分跨接到該主幹部分之圓形的應力消除的切除部分。