Transformador con inductor integrado.

1. Transformador con inductor integrado, comprende:

- un primer cuerpo magnético (1) y un segundo cuerpo magnético (2),

independientes entre sí, en donde dichos primer y segundo cuerpos magnéticos (1, 2) comprenden cada uno de ellos una placa (1a, 2a) de la que deriva un núcleo (1b, 2b) de sección cilíndrica o poligonal; y

- unos devanados primario y secundario (5) dispuestos rodeando un núcleo tubular (7b) de un carrete (7) en material aislante eléctrico,

disponiéndose dichos núcleos (1b, 2b) a través del hueco tubular del carrete (7) y quedando los extremos de dichos núcleos (1b, 2b) mutuamente enfrentados a una distancia predeterminada,

caracterizado porque:

- los devanados primario y secundario (5) están formados cada uno de ellos por una espira que comprende una pluralidad de filamentos, entrelazados de forma individual, con tres capas de aislamiento; y

- una de las bases (7a) del carrete (7) tiene unas extensiones provistas, junto a unas aristas extremas, de una serie de aberturas aptas para recibir insertadas unas patillas planas (3) o clavijas (4), con sus porciones extremas dobladas contra dichas extensiones, proporcionado unos terminales planos de montaje y conexionado coplanarios.

2. Transformador según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha serie de aberturas comprenden diferentes dimensiones, estando adaptadas un primer grupo de aberturas de mayor tamaño para albergar a dichas patillas planas (3) para alimentación de los devanados primario y secundario (5).

3. Transformador según la reivindicación 2, caracterizado porque un segundo grupo de aberturas de menor tamaño están adaptadas para albergar a dichas clavijas (4) para conexionado de los devanados primario y secundario (5) a un sensor térmico.

4. Transformador según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque las patillas planas (3) y las clavijas (4) son de una aleación de fósforo-bronce estañado.

5. Transformador según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque las placas (1a, 2a) de los cuerpos magnéticos (1, 2) forman una configuración en forma de "E", derivando de cada extremo de los cuerpos magnéticos (1, 2) una pata (1c, 2c).

6. Transformador según la reivindicación 5, caracterizado porque las patas (1c, 2c) están dimensionadas para que al disponerse los cuerpos magnéticos (1, 2) con sus núcleos (1b, 2b) enfrentados, los extremos de dichos núcleos (1b, 2b) queden separados por dicha distancia predeterminada.

7. Transformador según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque los cuerpos magnéticos (1, 2) son de un material de ferrita de Manganeso y Zinc.

8. Transformador según la reivindicación 1, caracterizado porque los filamentos de los devanados primario y secundado (5) tienen un espesor de aproximadamente 0.05 a 0.2 mm.

9. Transformador según la reivindicación 1, caracterizado porque las tres capas de aislamiento comprenden una cinta adhesiva de poliamida que rodea a los filamentos entrelazados.

10. Transformador según la reivindicación 1, caracterizado porque el carrete (7) es de un material plástico seleccionado entre PET, LCP, resina fenólica o de un material con retardo de llama.

11. Transformador según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque la altura del conjunto o distancia entre las caras exteriores de las dos placas (1a, 2a) es inferior o igual a 40 mm.

TRANSFORMADOR CON INDUCTOR INTEGRADO Campo de la técnica

El presente modelo de utilidad concierne en general al campo de los transformadores de potencia. En particular, el modelo de utilidad concierne a un transformador de un tamaño muy compacto, previsto para carga rápida de baterías que integra un inductor resonante. El transformador incluye unas cubiertas magnéticas y unos devanados que están enrollados a un núcleo tubular de un carrete y está previsto para un montaje superficial (SMD).

Estado de la técnica

Para realizar la carga de baterías de alto voltaje (250-450V) utilizada por ejemplo en vehículos híbridos o eléctricos, par alimentar al motor y al conjunto de dispositivos eléctricos y electrónicos del vehículo, pueden utilizarse diferentes sistemas que pueden estar conectados a la red (50/60Hz) o a una fuente de alimentación de energía (AC o DC).

Para carga de dichas baterías, existen principalmente dos diferentes topologías de electrónica de potencia, la ZVS y la LLC resonante de puente completo. Ambas topologías permiten el desarrollo de un convertidor de alta eficiencia (> 90%).

Se prefieren los circuitos LLC resonantes porque reducen además los problemas derivados de la interferencia electromagnética (EMI) mediante una suave conmutación, por lo que su uso es mayor que los sistemas ZVS. El rango de frecuencia de conmutación en los circuitos LLC resonantes es comúnmente de 70-350kHz. Además, en este tipo de circuitos, mediante la utilización de una potencia de 3.5kW se permite una carga completa de las baterías durante la noche (aproximadamente ocho horas). Se pueden también utilizar potencias más elevadas (7kW, 22kW, 43kW) para permitir una carga de las baterías más rápida.

Una topología LLC generalmente requiere de dos inductores (o chokes), uno en serie, LR, y uno en paralelo, LP, que están asociados a un condensador CR para formar un tanque resonante (Fig. 1). En muchos casos, y para reducir el uso de dispositivos magnéticos asociados a sólo dos componentes, es preferible que el citado inductor Lp esté integrado dentro del propio transformador.

Un transformador en donde se integra el citado inductor Lp se conoce por ejemplo por la patente ES-B1-2393695. A diferencia del transformador propuesto en este modelo de

utilidad, en la citada patente española los devanados utilizados son unos devanados planares que ocupan un menor volumen manteniendo la estructura del transformador, y no unos devanados que se encuentran enrollados a un núcleo tubular de un carrete y no están formados por un material de elevadas características mecánicas y térmicas.

Por el modelo de utilidad CN 201829300 U se conoce un transformador similar al anterior pero con otra estructura constructiva, con unas patillas para montaje sobre un circuito.

Por otra parte, no se conoce en el estado de la técnica actual un transformador que integre un inductor con unos devanados enrollados a un carrete y fabricados mediante una configuración y un material de elevadas características mecánicas y térmicas, en donde una de las bases del carrete incluye además unas extensiones con unas aberturas para inserción de unos terminales, de suficiente sección transversal para permitir la transmisión de elevadas corrientes eléctricas y a la vez proporcionar una fuerza de sujeción mecánica, adoptando tales terminales una configuración que posibilita un montaje superficial automático del transformador y conexionado del mismo.

Breve descripción de la invención

Para solucionar las limitaciones del estado de la técnica actual, el modelo de utilidad propuesto proporciona un tipo de transformador que es especialmente apto para la carga de baterías en donde el nivel de tensión de la corriente rectificada se adapta al voltaje de la batería y en donde se proporciona un aislamiento de tensiones peligrosas para evitar daños a un usuario final.

Asimismo, el modelo de utilidad propuesto presenta unos terminales especiales (patillas/clavijas) configurados para una tecnología de montaje superficial (SMD) para permitir que el transformador propuesto pueda soldarse automáticamente directamente sobre un substrato metálico (IMS, Isolated Metal Substrate) y de este modo posibilitar la integración de mayores densidades de energía y mejores actuaciones mecánicas y térmicas.

El transformador con inductor integrado propuesto, al igual que los transformadores conocidos en el estado de la técnica, comprende dos cuerpos magnéticos, Independientes entre sí, incluyendo cada uno de ellos una placa de la que deriva un núcleo de sección cilindrica o poligonal; y unos devanados primario y secundario dispuestos rodeando a un núcleo tubular de un carrete en material aislante eléctrico, en donde los núcleos de sección

cilindrica o poligonal se disponen a través del hueco tubular del carrete de manera que sus extremos quedan mutuamente enfrentados a una distancia predeterminada.

De manera característica los devanados primario y secundario están formados cada uno de ellos por una espira que incluye una pluralidad de filamentos, entrelazados de forma individual, con tres capas de aislamiento, y una de las bases del carrete tiene unas extensiones provistas, junto a unas aristas extremas, de una serie de aberturas aptas para recibir insertadas unas patillas planas o clavijas, con sus porciones extremas dobladas contra dichas extensiones, proporcionado unos terminales planos de montaje y conexionado coplanarios.

Las aberturas de la base del carrete preferiblemente son de dos dimensiones diferentes. Principalmente las aberturas de mayor tamaño se utilizan para albergan a las patillas planas para alimentación de los devanados primario y secundario, mientras que las aberturas de menor tamaño albergan a las clavijas para conexionado de los devanados primario y secundario a un sensor térmico (por ejemplo un sensor NTC). En un ejemplo de realización, las patillas planas y las clavijas son de una aleación de fósforo-bronce estañado.

Asimismo, las placas que forman los cuerpos magnéticos tienen una configuración en forma de E, derivando de cada extremo de la placa una pata. Las patas están dimensionadas para que al disponerse los cuerpos magnéticos con sus núcleos enfrentados, los extremos de dichos núcleos queden separados por dicha distancia predeterminada al quedar enfrentadas a testa las patas de las dos placas.

Según el modelo de utilidad propuesto, las tres capas de aislamiento comprenden una cinta adhesiva de poliamida que rodea a los filamentos entrelazados. De manera preferida, los filamentos de los devanados primario y secundario tienen un espesor de aproximadamente 0.05 a 0.2 milímetros (mm).

Preferiblemente, los citados cuerpos magnéticos son de un material de ferrita de Manganeso y Zinc y el carrete es de un material plástico seleccionado entre PET, LCP, resina fenólica o de un material con retardo de llama.

Con la utilización de un cuerpo magnético de ferrita, con bajas pérdidas y alta estabilidad

térmica, así como con la utilización de finos filamentos conductores entrelazados, dispuestos

en paralelo para los devanados primario y secundario el transformador propuesto en este

modelo de utilidad posibilita reducir las pérdidas frente al rango de voltaje de entrada, y

permite un consumo actual según el nivel de carga de la batería.

Además, el uso de dichos filamentos conductores entrelazados aislados permite cumplir con la distancia de aislamiento y fuga según lo requerido por las normas de seguridad (EN 60950, EN 61558-1-2-17, etc.).

Del mismo modo, la utilización de un sensor térmico, integrado dentro de los devanados primario y secundario permite controlar el calentamiento del transformador. La detección de dicho calentamiento se analiza mediante una electrónica que es capaz de reducir la energía durante la carga de la batería si el transformador se calienta demasiado, y de este modo se evita cualquier sobrecalentamiento.

El transformador propuesto permite operar con una densidad de potencia de 20-25W/cm3 y una densidad de corriente de hasta 6-7,5A/mm2 con unas adecuadas condiciones de refrigeración

Breve descripción de las figuras

Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de un ejemplo de realización con referencia a las figuras adjuntas, que deben tomarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que:

la Fig. 1 es un ejemplo de una topología de convertidor LLC resonante;

la Fig. 2 es una vista perspectiva del transformador propuesto según un ejemplo de realización preferido;

la Fig. 3 es una vista perspectiva de un despiece...

1. Transformador con inductor integrado, comprende:

- un primer cuerpo magnético (1) y un segundo cuerpo magnético (2), independientes entre sí, en donde dichos primer y segundo cuerpos magnéticos (1, 2) comprenden cada uno de ellos una placa (1a, 2a) de la que deriva un núcleo (1b, 2b) de sección cilíndrica o poligonal; y

- unos devanados primario y secundario (5) dispuestos rodeando un núcleo tubular (7b) de un carrete (7) en material aislante eléctrico,

disponiéndose dichos núcleos (1b, 2b) a través del hueco tubular del carrete (7) y quedando los extremos de dichos núcleos (1b, 2b) mutuamente enfrentados a una distancia predeterminada,

caracterizado porque:

- los devanados primario y secundario (5) están formados cada uno de ellos por una espira que comprende una pluralidad de filamentos, entrelazados de forma individual, con tres capas de aislamiento; y

- una de las bases (7a) del carrete (7) tiene unas extensiones provistas, junto a unas aristas extremas, de una serie de aberturas aptas para recibir insertadas unas patillas planas (3) o clavijas (4), con sus porciones extremas dobladas contra dichas extensiones, proporcionado unos terminales planos de montaje y conexionado coplanarios.

2. Transformador según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha serie de aberturas comprenden diferentes dimensiones, estando adaptadas un primer grupo de aberturas de mayor tamaño para albergar a dichas patillas planas (3) para alimentación de los devanados primario y secundario (5).

3. Transformador según la reivindicación 2, caracterizado porque un segundo grupo de aberturas de menor tamaño están adaptadas para albergar a dichas clavijas (4) para conexionado de los devanados primario y secundario (5) a un sensor térmico.

4. Transformador según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque las patillas planas (3) y las clavijas (4) son de una aleación de fósforo-bronce estañado.

5. Transformador según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque las placas (1a, 2a) de los cuerpos magnéticos (1, 2) forman una configuración en forma de "E", derivando de cada extremo de los cuerpos magnéticos (1, 2) una pata (1c, 2c).

6. Transformador según la reivindicación 5, caracterizado porque las patas (1c, 2c) están dimensionadas para que al disponerse los cuerpos magnéticos (1, 2) con sus núcleos (1b, 2b) enfrentados, los extremos de dichos núcleos (1b, 2b) queden separados por dicha distancia predeterminada.

7. Transformador según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque los cuerpos magnéticos (1, 2) son de un material de ferrita de Manganeso y Zinc.

8. Transformador según la reivindicación 1, caracterizado porque los filamentos de los devanados primario y secundado (5) tienen un espesor de aproximadamente 0.05 a 0.2 mm.

9. Transformador según la reivindicación 1, caracterizado porque las tres capas de aislamiento comprenden una cinta adhesiva de poliamida que rodea a los filamentos entrelazados.

10. Transformador según la reivindicación 1, caracterizado porque el carrete (7) es de un material plástico seleccionado entre PET, LCP, resina fenólica o de un material con retardo de llama.

11. Transformador según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque la altura del conjunto o distancia entre las caras exteriores de las dos placas (1a, 2a) es inferior o igual a 40 mm.