CN102315006B

CN102315006B - 一种永磁增益变压装置

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Publication number: CN102315006B
Application number: CN201110118775.5A
Authority: CN
Inventors: 戴珊珊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2031-05-10
Also published as: CN102315006A

Abstract

本发明涉及一种永磁增益变压装置，其构成包括有软磁体、初级线圈、次级线圈和永磁体组件，所述永磁体组件N磁极和S磁极分别连接于初级线圈所围绕叠片铁芯段的两端，在初级线圈没有输入电流情况下，永磁体组件与初级线圈所围绕铁芯段构成永磁体磁短路回路。本发明给出了脉冲永磁增益变压装置结构利交流永磁增益变压装置结构。本发明是在传统变压器结构中巧妙地引入了永磁体，使永磁体所固有的磁能势在输入电能的作用下得以利用，从而提高了变压装置的效率，节能降耗。

Description

一种永磁增益变压装置

技术领域

本发明涉及基本电力变压器和电子变压器件，尤其为一种节能型变压装置。

背景技术

变压器是被广泛应用的电力设备或电子器件，传统变压器起到了电压转换、隔离保护和阻抗匹配的作用，但是，由于线圈和软磁体都存在损耗，所以变压器应用过程中不可避免的存在各种损耗，使功率的传递效率降低。

发明内容

本发明的目的是，在传统变压器结构中增加永磁体组件，使永磁体固有的磁能势与所输入电能共同作用，提升变压器的转换效率，节省能源。

为实现上述目的，本发明的技术方案是，该永磁增益变压装置构成包括有软磁体、初级线圈和次级线圈，其特征在于：构成中还包括有永磁体组件，所述永磁体组件N磁极和S磁极分别连接于初级线圈所围绕软磁体段的两端，在初级线圈没有输入电流情况下，永磁体组件与初级线圈所围绕铁芯段构成永磁体磁短路回路。上述永磁体组件由两个永磁体和一个条状软磁体构成,条状软磁体的一端连接一个永磁体的N磁极,条状软磁体的另一端连接另一个永磁体的S磁极；另外，上述永磁体组件还可由两个块状软磁体和一个永磁体构成，永磁体的N磁极连接一个块状软磁体，永磁体的S磁极连接另一个块状软磁体。

在上述永磁增益变压装置技术方案中，所述软磁体为“口”字形，初级线圈绕于软磁体上方水平段外围，次级线圈绕于软磁体下方水平段外围，一个永磁体的S极连接于初级线圈右侧软磁体上部，另一个永磁体的N极连接于初级线圈左侧软磁体上部，一个条状软磁体连接右侧永磁体的N极和左侧永磁体的S极。参见附图1。

在上述永磁增益变压装置技术方案中，所述软磁体为“口”字形，初级线圈绕于软磁体上方水平段外围，次级线圈绕于软磁体下方水平段外围，一个块状软磁体连接于初级线圈右侧软磁体上部，另一个块状软磁体连接于初级线圈左侧软磁体上部，左侧块状软磁体连接一个永磁体的N极，右侧块状软磁体连接同一个永磁体的S极。

在上述永磁增益变压装置技术方案中，所述软磁体为躺倒“日”字形，初级线圈L1绕于软磁体左侧竖直段外围，初级线圈L2绕于软磁体右侧竖直段外围，次级线圈L_S则绕于软磁体中部竖直段外围，一个永磁体的N极连接于软磁体左侧竖直段的上部，即初级线圈L1的上方，另一个永磁体的S极连接软磁体左侧竖直段的下部，即初级线圈L1的下方，上部永磁体的S极与下部永磁体的N极由一个条状软磁体连接，且一个永磁体的S极连接于软磁体右侧竖直段的上部，即初级线圈L2的上方，另一个永磁体的N极连接软磁体右侧竖直段的下部，即初级线圈L2的下方，上部永磁体的N极与下部永磁体的S极由一个条状软磁体连接。

在上述软磁体形状为躺倒“日”字形的永磁增益变压装置技术方案中，所述躺倒“日”字形软磁体左侧的铁芯上水平段和下水平段分别绕有阻磁线圈L6和L4，上下阻磁线圈L6和L4相互串联或并联并与软磁体右侧的初级线圈L2串联或并联；所述躺倒“日”字形软磁体右侧的铁芯上水平段和下水平段分别绕有阻磁线圈L5和L3，上下阻磁线圈L5和L3相互串联或并联并与软磁体左侧的初级线圈L1串联或并联。

在上述永磁增益变压装置技术方案中，所述软磁体为两个以上躺倒“日”字形软磁体构成，且诸软磁体中间次级线圈围绕铁芯段合并为一体，唯一的次级线圈绕制于该合并体外围，而偶数个初级线圈分别绕制于软磁体初级线圈铁芯段，每个初级线圈所围绕叠片软磁体段的上部和下部分别连接两个永磁体的N磁极或S磁极，上、下永磁体的另一磁极端由一个条状软磁体连接。

在上述永磁增益变压装置技术方案中，所述软磁体为两个以上躺倒“日”字形软磁体构成，且诸软磁体中间次级线圈围绕铁芯段合并为一体，唯一的次级线圈绕制于该合并体外围，而偶数个初级线圈分别绕制于软磁体初级线圈铁芯段，每个初级线圈铁芯段上部和下部各连接于永磁体磁极，上、下永磁体另一磁极由一个条状软磁体连接，且诸软磁体上水平段和下水平段分别绕有阻磁线圈，上方阻磁线圈与下阻磁线圈相互串联或并联且与同处在一个躺倒“日”字形软磁体的另一侧初级线圈串联或并联。

本发明的优点在于：在传统变压器结构中巧妙地引入了永磁体，使永磁体所固有的磁能势在输入电能的作用下得以利用，从而提高了变压装置的效率，节能降耗。

附图说明

图1是本发明实施例一脉冲变压装置初级线圈输入电流为零的示意图。

图2是本发明实施例一脉冲变压装置初级线圈输入电流为正向1的示意图。

图3是本发明实施例二交流变压装置初级线圈中电流为零状态下，软磁体中磁回路示意图。

图4是本发明实施例二交流变压装置初级线圈中电流为正方向电流状态下，软磁体中磁回路示意图。

图5是本发明实施例二交流变压装置初级线圈中电流为负方向电流状态下，软磁体中磁回路示意图。

图6是本发明实施例三带阻磁线圈交流变压装置初级线圈中电流为零状态下，软磁体中磁回路示意图。的结构示意图。

图7是本发明实施例三带阻磁线圈交流变压装置初级线圈中电流为正方向电流状态下，软磁体中磁回路示意图。

图8是本发明实施例三带阻磁线圈交流变压装置初级线圈中电流为负方向电流状态下，软磁体中磁回路示意图。

图9是本发明实施例四结构俯视示意图。

以上附图中，11是软磁体，12是永磁体，13是“口”字形软磁体，14是初级线圈，15是次级线圈，16是永磁体，21是躺倒“日”字形软磁体，22是永磁体，23是软磁体，24是初级线圈，25是次级线圈，31是躺倒“日”字形软磁体，32是永磁体，33是软磁体，34是初级线圈，35是阻磁线圈，36是次级线圈，41是软磁体，42是永磁体，43是初级线圈所围绕软磁体竖直段，44是初级线圈，45是次级线圈所围绕软磁体竖直段，46是软磁体的水平段，47是次级线圈。

具体实施方式

实施例一：

本实施例为一种脉冲变压器，其结构如附图1、2所示，其中，软磁体采用叠片铁芯。

“口”字形叠片铁芯13的上方水平段绕有初级线圈L1，“口”字形叠片铁芯的下方水平段绕有次级线圈L_S，永磁体12的S极连接于初级线圈L1右侧叠片铁芯上部，另一个永磁体16的N极连接于初级线圈左侧叠片铁芯上部，软磁体11连接右侧永磁体12的N极和左侧永磁体16的S极。

当没有在初级线圈L1上施加单向脉冲电压时，永磁体16经软磁体11和永磁体12及叠片铁芯上方水平段构成了闭合的磁短路回路，在磁路设计匹配时，永磁体磁通几乎全部处在该磁短路回路中。当向初级线圈14上施加单向脉冲电压时，输入电流所产生的磁场方向在永磁体闭合回路中与永磁体的磁场方向相反，在初级线圈两端铁芯上的磁极性和永磁体侧的极性相同，磁力线产生排斥。初级线圈电流一方面能产生感生磁通Φ1,另一方面能迫使永磁体磁通Φ2在闭合回路中的方向改道于次级线圈所围绕的叠片铁芯段，沿着口字形铁芯外围经过口字形叠片铁芯下方的水平段，再绕回到永磁体12形成新的回路，同时初级线圈电流产生的磁通Φ1也经“口”字形叠片铁芯左侧段、下水平段和右侧段回到初级线圈右侧形成回路。这样磁通Φ1和Φ2共同经过次级线圈所围绕的叠片铁芯，对次级线圈15产生切割，从而在次线级线圈中感生出次级电动势。

当本实施例变压装置工作在较高频率段，软磁体可采用铁氧体材料。

实施例二：

本实施例为一种永磁增益交流变压装置，其结构如附图3、4、5所示，其中，软磁体采用叠片铁芯。

本实施例中叠片铁芯21的形状如同躺倒“日”字，变压装置的次级线圈25绕制于叠片铁芯的中部竖直铁芯段，初级线圈L1和L2分别绕制于叠片铁芯左侧竖直铁芯段和右侧竖直铁芯段，叠片铁芯左侧竖直段上部与一个永磁体N极连接，叠片铁芯左侧竖直段下部与另一个永磁体S极连接，左侧上部永磁体的S极与下部永磁体的N极被同一个软磁体连接；叠片铁芯右侧竖直段上部与一个永磁体S极相连接，叠片铁芯右侧竖直段下部与另一个永磁体N极连接，右侧上部永磁体的N极与下部永磁体的S极被同一个软磁体23连接。参见附图3。

本实施例中，初级线圈L1和初级线圈L2呈串联或并联，A端点和B端点为初级线圈的输入端点，在同一方向电流时所产生的磁场方向如附图4或附图5所示，次级线圈LS的两个输出端接至整流滤波电路。

当初级线圈输入的电流为零，如附图3所示，左侧上下两个永磁体经软磁体和叠片铁芯左侧竖直段形成闭合的磁短路回路，磁通为Φ3，而右侧上下两个永磁体经软磁体和叠片铁芯右侧竖直段形成闭合的磁短路回路，磁通为Φ4，次级线圈所围绕的叠片铁芯段的磁通几乎为零，次级线圈LS没有感生电流产生，变压装置输出为零。

当初级线圈输入的电流不为零，方向为正方向时，如附图4所示，电流从A端点流入，从B端点流出，在磁路设计匹配状态下，初级线圈L1产生磁通Φ1，方向与永磁体磁场方向相反，磁通Φ1会迫使永磁体磁通Φ3改变原路径，磁通Φ1和磁通Φ3一同经过被次级线圈所围绕的叠片铁芯中间段，而形成一个左侧闭合磁回路，与此同时，初级线圈L2产生磁通Φ2，Φ2磁通既可以消除Φ3与Φ4之间的磁路影响，同时经次级线圈L_S所围绕的铁芯段形成闭合磁回路，这样，在次级线圈所围绕叠片铁芯中间段，对次级线圈产生切割作用的是磁通Φ1、Φ2和Φ3之和，在次级线圈L_S中感生电势也就是磁通Φ1、Φ2和Φ3之和的共同贡献，由于存在永磁体磁通Φ3，所以次级线圈L_S中感生电势就有一定的增益。

当初级线圈输入的电流改为反方向时，如附图5所示，电流从B端点流入，从A端点流出，初级线圈L2产生磁通Φ2，磁通Φ2会迫使永磁体磁通Φ4改变原路径，磁通Φ2和磁通Φ4一同经过次级线圈所围绕叠片铁芯中间段，而形成一个右侧闭合磁回路，与此同时，初级线圈L1产生磁通Φ1也经次级线圈L_S所围绕的铁芯段形成闭合磁回路，这样，在次级线圈所围绕叠片铁芯中间段，其磁通是Φ1、Φ2和Φ4的磁通之和，在次级线圈L_S中感生电势也就是该磁通之和的共同贡献，由于存在永磁体磁通Φ4，所以次级线圈L_S中感生电势就有一定的增益。

当向A端点和B端点输入交变电流，即可在次级线圈L_S处获得有增益的交变电压，即通过初级线圈电流的激励，将永磁体的静态磁场激活为动态变化磁场并切割了次级线圈L_S，从而增加了切割的磁场强度，将提高了次级线圈产生的感应电动势，获得了增益。

实施例三：

本实施例结构如附图6、7、8所示。其中，软磁体采用叠片铁芯。

本实施例结构特点是在实施例二结构基础之上，又在躺倒“日”字形叠片铁芯的四个水平横段上设置阻磁线圈，即在叠片铁芯右侧下方水平横段外围设置阻磁线圈L3，在叠片铁芯右侧上方水平横段外围设置阻磁线圈L5，在叠片铁芯左侧下方水平横段外围设置阻磁线圈L4，叠片铁芯左侧上方水平横段外围设置阻磁线圈L6。L1、L3、L5串联或并联后接入A端点和B端点，L2、L4、L6串联或并联后接入C端点和D端点。参见附图6。

当A、B端点和C、D端点输入的电流为零时，如附图6所示，叠片铁芯左侧上下两个永磁体经软磁体和叠片铁芯左侧竖直段形成闭合的磁短路回路，而右侧上下两个永磁体经软磁体和叠片铁芯右侧竖直段形成闭合的磁短路回路，次级线圈L_S没有感生电流产生，变压装置输出为零。

当A、B端点输入正向电流，L1、L3、L5线圈产生的磁场方向如图7所示，而C、D端点输入电流仍为零时，如附图7所示，初级线圈L1形成的磁通会迫使永磁体磁力线改变路径，这样，初级线圈L1产生的磁通、左侧上下两块永磁体产生的磁通以及阻磁线圈L3和L5产生的磁通一起以相同方向经过次级线圈所围绕叠片铁芯中间段，切割次级线圈L_S则会有感生电势产生。阻磁线圈L3和L5一方面对次级线圈所围绕叠片铁芯中总磁通量有贡献，另一方面也削弱了右侧永磁体的磁通对左侧永磁体磁路的负面影响，即使右侧永磁体的磁力线限制在右侧小的闭合回路中。

当C、D端点输入正向电流，而A、B端点输入电流为零时，如附图8所示，初级线圈L2形成的磁通会迫使右侧永磁体磁通改变路径，这样，初级线圈L2产生的磁通、右侧上下两块永磁体产生的磁通以及阻磁线圈L4和L6产生的磁通一起以相同方向经过次级线圈所围绕叠片铁芯中间段，切割次级线圈L_S则会有感生电势产生。阻磁线圈L4和L6一方面对次级线圈所围绕叠片铁芯中总磁通量有贡献，另一方面也削弱了左侧永磁体磁通对右侧永磁体磁路的负面影响，即使左侧永磁体的磁力线限制在左侧小的闭合回路中。

实施例四：

附图9给出了本实施例结构俯视图。其中，软磁体采用叠片铁芯。

本实施例共有四个初级线圈44和一个共同的次级线圈47，四个初级线圈布置在“十”字形的四个端处，而一个共同次级线圈47布置在交叉点处。

本实施例水平方向两个初级线圈、永磁体及软磁体的结构关系如附图3所示，而本实施例垂直方向两个初级线圈、永磁体及软磁体的结构关系也类似附图3所示结构，只是旋转了九十度。

本实施例水平方向两个初级线圈并联或串联，垂直方向两个初级线圈并联或串联。并将水平和垂直的两组线圈并联要确保通入同方向电流时在次线圈中产生同相的感应电动势，这样对两路输入交变电流则在次级线圈中可获得两组变压装置的选加输出效果（实际上是两组并联共用中间的一组线圈和铁芯）。以提高变压装置的效率，达到了节能降耗的目的。

本实施例中，初级线圈个数成双增加且对称布置，既可以提升变压器的功效，还可以减少初级线圈匝数，进一步紧凑变压装置结构，缩小变压装置体积。

实施例五：

本实施例与实施例四结构类似，所不同之处在于，在每个躺倒“日”字形叠片铁芯上水平段和下水平段再分别绕有阻磁线圈，上方阻磁线圈与下方阻磁线圈相互串联或并联且与同处在一个躺倒“日”字形叠片铁芯的另一侧初级线圈串联或并联。

Claims

1.一种永磁增益变压装置，其构成包括有软磁体、初级线圈和次级线圈，其特征在于：

所述软磁体为“口”字形，初级线圈绕于该软磁体上方水平段外围，次级线圈绕于该软磁体下方水平段外围，第一个永磁体的S极连接于初级线圈右侧软磁体上部，第二个永磁体的N极连接于初级线圈左侧软磁体上部，一个条状软磁体连接第一个永磁体的N极和第二个永磁体的S极；

或者，所述软磁体为“口”字形，初级线圈绕于该软磁体上方水平段外围，次级线圈绕于该软磁体下方水平段外围，第一个块状软磁体连接于初级线圈右侧软磁体上部，第二个块状软磁体连接于初级线圈左侧软磁体上部，第一个块状软磁体连接一个永磁体的N极，第二个块状软磁体连接同一个永磁体的S极；

或者，所述软磁体为躺倒“日”字形，初级线圈L1绕于该软磁体左侧竖直段外围，初级线圈L2绕于该软磁体右侧竖直段外围，次级线圈则绕于该软磁体中部竖直段外围，第一个永磁体的N极连接于该软磁体左侧竖直段的上部，即初级线圈L1的上方，第二个永磁体的S极连接该软磁体左侧竖直段的下部，即初级线圈L1的下方，第一个永磁体的S极与第二个永磁体的N极由同一个条状软磁体连接，且第三个永磁体的S极连接于软磁体右侧竖直段的上部，即初级线圈L2的上方，第四个永磁体的N极连接软磁体右侧竖直段的下部，即初级线圈L2的下方，第三个永磁体的N极与第四个永磁体的S极由同一个条状软磁体连接。

2.根据权利要求1所述的永磁增益变压装置，其特征在于：所述躺倒“日”字形软磁体左侧的铁芯上水平段和下水平段分别绕有阻磁线圈L6和L4，上下阻磁线圈L6和L4相互串联或并联且与该软磁体右侧的初级线圈L2串联或并联；所述躺倒“日”字形软磁体右侧的铁芯上水平段和下水平段分别绕有阻磁线圈L5和L3，上下阻磁线圈L5和L3相互串联或并联且与该软磁体左侧的初级线圈L1串联或并联。

3.根据权利要求1所述的永磁增益变压装置，其特征在于：所述软磁体为两个以上躺倒“日”字形软磁体构成，且诸软磁体中间次级线圈围绕铁芯段合并为一体，唯一的次级线圈绕制于该合并体外围，而偶数个初级线圈分别绕制于该软磁体初级线圈软磁体段，每个初级线圈所围绕该软磁体段的上部和下部分别连接两个永磁体的N磁极或S磁极，上、下永磁体的另一磁极端由同一个条状软磁体连接。

4.根据权利要求3所述的永磁增益变压装置，其特征在于：所述软磁体为两个以上躺倒“日”字形软磁体构成，且诸软磁体中间次级线圈围绕铁芯段合并为一体，唯一的次级线圈绕制于该合并体外围，而偶数个初级线圈分别绕制于该软磁体初级线圈铁芯段，每个初级线圈铁芯段上部和下部各连接于永磁体磁极，上、下永磁体另一磁极由一个条状软磁体连接，且诸软磁体上水平段和下水平段分别绕有阻磁线圈，上方阻磁线圈与下方阻磁线圈相互串联或并联且与同处在一个躺倒“日”字形软磁体的另一侧初级线圈串联或并联。