CN103985526A - 变压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变压器，包括：磁芯组件；以及初级绕组和次级绕组，所述初级绕组和所述次级绕组缠绕在所述磁芯组件上，与所述磁芯组件配合使用；其中，所述初级绕组包括：轴线与所述次级绕组的轴线平行的第一绕组，以及与所述次级绕组共轴的第二绕组；和/或所述次级绕组包括：轴线与所述初级绕组的轴线平行的第三绕组，以及与所述初级绕组共轴的第四绕组。本发明的技术方案能够调节变压器的初级绕组与次级绕组在径向上的相对距离以及能够调节初级绕组与次级绕组在轴向上的绕线圈数，在确保变压器的初级绕组与次级绕组之间具有较高耦合度的前提下，降低了变压器的生产成本，优化了变压器的散热效果。

Description

变压器

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，具体而言，涉及一种变压器。

背景技术

高频加热装置如磁控管驱动中用到的升压变压器，主要由绕线轴、配置在绕线轴上的初级绕组和次级绕组，以及插入绕线轴形成磁路至少两个磁芯组成，如由两个U形磁芯或一个U形磁芯与一个I形磁芯组成。

相关技术中，变压器普遍采用的结构是初级绕组与次级绕组同轴水平相近地配置在一个绝缘体的两侧，并且通常是初级绕组与次级绕组水平相近配置于U形磁芯的同一条臂上，此绕线磁芯臂与另一条磁芯臂，以及两臂间的连接部构成变压器工作时所需的磁回路。

具体地，如图1所示，变压器100包括U形磁芯102和U形磁芯104，初级绕组106缠绕在U形磁芯104的一条侧壁上，次级绕组108缠绕在U形磁芯102的一条侧壁上，且在U形磁芯104上缠绕有初级绕组106的侧壁与在U形磁芯102上缠绕有次级绕组108的侧壁相对。同时，由于初级绕组106与次级绕组108是同轴水平相近地进行配置，因此为了实现初级绕组106与次级绕组108之间的良好耦合，就需要初级绕组106的径向匝数增多，而轴向匝数减少，即整个初级绕组106形成的径向绕线层数多，轴向绕线长度短；类似地，需要次级绕组108的径向匝数增多，而轴向匝数减少，即整个次级绕组108形成的径向绕线层数多，轴向绕线长度短，由此容易造成变压器散热不良的问题。此外由于径向绕线层数较多，因此在相同的绕线圈数时需要更多用量的线材，材料成本较大，而且初级绕组106和次级绕组108的径向层数多，也增大了变压器100的整体尺寸。

因此，如何在确保变压器中的初级绕组与次级绕组之间具有较高耦合度的前提下，降低变压器的生产成本，优化变压器的散热效果成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出了一种能够调节初级绕组与次级绕组在径向上的相对距离以及能够调节初级绕组与次级绕组在轴向上的绕线圈数的变压器，降低了变压器的生产成本，优化了变压器的散热效果。

为实现上述目的，根据本发明的实施例，提出了一种变压器，包括：磁芯组件；以及初级绕组和次级绕组，所述初级绕组和所述次级绕组缠绕在所述磁芯组件上，与所述磁芯组件配合使用；其中，所述初级绕组包括：轴线与所述次级绕组的轴线平行的第一绕组，以及与所述次级绕组共轴的第二绕组；和/或所述次级绕组包括：轴线与所述初级绕组的轴线平行的第三绕组，以及与所述初级绕组共轴的第四绕组。

由于在磁控管驱动电源中，为使功率半导体器件负载减轻，通常采用零电压开关技术(ZVS)，这种零电压开关技术需要将升压变压器的耦合系数设置在大约0.6到0.85之间，这就要求升压变压器的初级绕组和次级绕组之间有较强的耦合。而根据本发明的实施例的变压器，当初级绕组包括轴线与次级绕组的轴线平行的第一绕组，以及与次级绕组共轴的第二绕组时，若需要提高初级绕组与次级绕组之间的耦合度，即将初级绕组与次级绕组之间的耦合系数提高到0.6至0.85之间时，可以通过调节第一绕组与次级绕组在径向上的相对距离，以及调节第一绕组与次级绕组在轴向上的绕线圈数来实现，同时，第二绕组与次级绕组还可以在轴向上实现耦合；类似地，当次级绕组包括轴线与初级绕组的轴线平行的第三绕组，以及与初级绕组共轴的第四绕组时，若需要提高初级绕组与次级绕组之间的耦合度，即将初级绕组与次级绕组之间的耦合系数提高到0.6至0.85之间时，可以通过调节第三绕组与初级绕组在径向上的相对距离，以及调节第三绕组与初级绕组在轴向上的绕线圈数来实现，同时，第四绕组与初级绕组还可以在轴向上实现耦合；而当初级绕组包括上述第一绕组和第二绕组，次级绕组包括第三绕组和第四绕组时，可以通过调节第一绕组、第二绕组、第三绕组和第四绕组中任意数量的绕组之间的相对位置和/或在轴向上的绕线圈数，以调节初级绕组和次级绕组在径向上的相对距离和/或在轴向上的绕线圈数，进而能够有效地提高初级绕组和次级绕组之间的耦合度，避免采用相关技术中增加初级绕组和/或次级绕组在径向上的绕线圈数而增加线材的使用量，降低了变压器的生产成本，同时由于减少了初级绕组和/或次级绕组在径向上的绕线圈数，因此在装配变压器时也缩小了变压器的体积。此外，初级绕组和/或次级绕组在径向上的绕线圈数减少，在轴向上的绕线圈数增加，也可以增大绕组的散热面积，从而获得更好的散热效果。

另外，根据本发明的上述实施例的变压器，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述磁芯组件包括：多个磁芯，所述多个磁芯配合构成闭合磁芯组件或开路磁芯组件。

根据本发明的实施例的变压器，由于通过调节初级绕组和次级绕组在径向上的距离，以及调节初级绕组和次级绕组在轴向上的绕线长度能够实现初级绕组和次级绕组之间的较强耦合，同时初级绕组和次级绕组之间还可以在轴向上实现耦合，因此初级绕组和次级绕组之间的耦合度较强，相互间的互感较大，因此初级绕组和次级绕组之间的大部分磁通可以不经过磁芯组件就可以形成闭合回路，因此，为了减少磁芯的使用，磁芯组件可以由多个磁芯构成开路磁芯组件。当然，为了进一步增强初级绕组和次级绕组之间的耦合，磁芯组件也可以设置为闭合磁芯组件。

作为本发明的一个优选实施例，所述磁芯组件包括：两个磁芯；所述两个磁芯包括：两个U形磁芯、两个I形磁芯、两个L形磁芯、一个U形磁芯和一个I形磁芯、或一个L形磁芯和一个I形磁芯。

作为本发明的一个实施例，在所述多个磁芯配合构成开路磁芯组件时，所述多个磁芯之间的连接处的气隙距离小于或等于预定距离。

根据本发明的实施例的变压器，在多个磁芯构成开路磁芯组件时，多个磁芯之间的连接处之间可以不需预留气隙距离或者只需要预留极小的气隙距离就可以使磁芯获得良好的抗饱和能力，解决了闭合磁芯组件中的磁芯之间由于需要预留较大气隙强散磁通而引起气隙处发热量大的问题，进而在绕制初级绕组和/或次级绕组时，可以将绕线更贴近磁芯组件绕制，绕线周长更短，进一步减少了线材的用量。

根据本发明的一个实施例，所述变压器，还包括：绕线轴，所述初级绕组和所述次级绕组通过所述绕线轴缠绕在所述磁芯组件上。

根据本发明的实施例的变压器，通过设置绕线轴，初级绕组和次级绕组可以方便地缠绕在磁芯组件上。

当然，根据本发明的另一个实施例，为了进一步减少绕线周长，也可以通过在磁芯组件上设置绝缘层后，初级绕组和/或次级绕组全部或部分绕组直接缠绕在磁芯组件上。其中，在设置绝缘层时可以直接在磁芯组件上涂覆绝缘材料，还可以在磁芯组件上包裹绝缘胶纸等。

根据本发明的一个实施例，在所述初级绕组包括所述第一绕组和所述第二绕组，且所述次级绕组包括所述第三绕组和所述第四绕组时，所述第一绕组的轴线与所述第四绕组的轴线平行，所述第一绕组与所述第三绕组共轴，所述第二绕组与所述第四绕组共轴。

根据本发明的实施例的变压器，第一绕组的轴线与第四绕组的轴线平行，第一绕组与第三绕组共轴，以及第二绕组与第四绕组共轴，可以在需要将初级绕组与次级绕组之间的耦合系数提高到0.6至0.85之间时，能够通过调节第一绕组与第四绕组，和/或第二绕组与第三绕组在径向上的相对距离和在轴向上的绕线圈数来实现。

在上述的实施例中，优选地，所述第一绕组的轴向侧面正对于所述第二绕组的轴向侧面，和/或所述第三绕组的轴向侧面正对于所述第四绕组的轴向侧面；或

所述第一绕组的轴向侧面正对于所述第四绕组的轴向侧面，和/或所述第三绕组的轴向侧面正对于所述第二绕组的轴向侧面。

在上述的实施例中，优选地，所述第一绕组与所述第三绕组之间和/或所述第二绕组与所述第四绕组之间设置有绝缘件。

根据本发明的实施例的变压器，通过在第一绕组与第三绕组之间和/或第二绕组与第四绕组之间设置绝缘件，可以避免第一绕组与第三绕组和/或第二绕组与第四绕组之间接触而造成短路，导致安全事故。

根据本发明的一个实施例，所述磁芯组件中的磁芯为铁氧体磁芯。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了相关技术中变压器的纵断面图；

图2A示出了根据本发明的一个实施例的变压器的纵断面图；

图2B示出了根据本发明的另一个实施例的变压器的纵断面图；

图2C示出了根据本发明的又一个实施例的变压器的纵断面图；

图2D示出了根据本发明的再一个实施例的变压器的纵断面图；

图3A至图3E示出了根据本发明的实施例的磁芯组件的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图2A示出了根据本发明的实施例的变压器的纵断面图；图2B示出了根据本发明的另一个实施例的变压器的纵断面图；图2C示出了根据本发明的又一个实施例的变压器的纵断面图；图2D示出了根据本发明的再一个实施例的变压器的纵断面图。

如图2A所示，根据本发明的实施例变压器200，包括：磁芯组件202；以及初级绕组204和次级绕组206，所述初级绕组204和所述次级绕组206缠绕在所述磁芯组件202上，与所述磁芯组件202配合使用；其中，所述初级绕组204包括：轴线与所述次级绕组206的轴线平行的第一绕组2042，以及与所述次级绕组206共轴的第二绕组2044。

由于在磁控管驱动电源中，为使功率半导体器件负载减轻，通常采用零电压开关技术(ZVS)，这种零电压开关技术需要将变压器200的耦合系数设置在大约0.6到0.85之间，这就要求变压器200的初级绕组204和次级绕组206之间有较强的耦合。而根据本发明的实施例的变压器200，当初级绕组204包括轴线与次级绕组206的轴线平行的第一绕组2042，以及与次级绕组206共轴的第二绕组2044时，若需要提高初级绕组204与次级绕组206之间的耦合度，即将初级绕组204与次级绕组206之间的耦合系数提高到0.6至0.85之间时，可以通过调节第一绕组2042与次级绕组206在径向上的相对距离，以及调节第一绕组2042与次级绕组206在轴向上的绕线圈数来实现，同时，第二绕组2044与次级绕组206还可以在轴向上实现耦合。

作为本发明的一个变形实施例，如图2B所示，次级绕组206包括：轴线与所述初级绕组204的轴线平行的第三绕组2062，以及与所述初级绕组204共轴的第四绕组2064。

当次级绕组206包括轴线与初级绕组204的轴线平行的第三绕组2062，以及与初级绕组204共轴的第四绕组2064时，若需要提高初级绕组204与次级绕组206之间的耦合度，即将初级绕组204与次级绕组206之间的耦合系数提高到0.6至0.85之间时，可以通过调节第三绕组2062与初级绕组204在径向上的相对距离，以及调节第三绕组2062与初级绕组204在轴向上的绕线圈数来实现，同时，第四绕组2064与初级绕组204还可以在轴向上实现耦合。

作为本发明的另一个变形实施例，如图2C所示，当初级绕组204包括第一绕组2042和第二绕组2044，次级绕组206包括第三绕组2062和第四绕组2064时，可以通过调节第一绕组2042、第二绕组2044、第三绕组2062和第四绕组2064中任意数量的绕组之间的相对位置和/或在轴向上的绕线圈数，以调节初级绕组204和次级绕组206在径向上的相对距离和/或在轴向上的绕线圈数，进而能够有效地提高初级绕组204和次级绕组206之间的耦合度，避免采用相关技术中增加初级绕组204和/或次级绕组206在径向上的绕线圈数而增加线材的使用量，降低了变压器200的生产成本，同时由于减少了初级绕组204和/或次级绕组206在径向上的绕线圈数，因此在装配变压器200时也缩小了变压器的体积。此外，初级绕组204和/或次级绕组206在径向上的绕线圈数减少，在轴向上的绕线圈数增加，也可以增大绕组的散热面积，从而获得更好的散热效果。

根据本发明的一个实施例，如图2C所示，在所述初级绕组204包括所述第一绕组2042和所述第二绕组2044，且所述次级绕组206包括所述第三绕组2062和所述第四绕组2064时，所述第一绕组2042的轴线与所述第四绕组2064的轴线平行，所述第一绕组2042与所述第三绕组2062共轴，所述第二绕组2044与所述第四绕组2064共轴。

第一绕组2042的轴线与第四绕组2064的轴线平行，第一绕组2042与第三绕组2062共轴，以及第二绕组2044与第四绕组2064共轴，可以在需要将初级绕组204与次级绕组206之间的耦合系数提高到0.6至0.85之间时，能够通过调节第一绕组2042与第四绕组2064，和/或第二绕组2044与第三绕组2062在径向上的相对距离和在轴向上的绕线圈数来实现。

在上述的实施例中，优选地，所述第一绕组2042的轴向侧面正对于所述第二绕组2044的轴向侧面，和/或所述第三绕组2062的轴向侧面正对于所述第四绕组2064的轴向侧面。

作为上述实施例的一个变形实施例，如图2D所示，所述第一绕组2042的轴向侧面正对于所述第四绕组2064的轴向侧面，和/或所述第三绕组2062的轴向侧面正对于所述第二绕组2044的轴向侧面。

在上述的实施例中，优选地，所述第一绕组2042与所述第三绕组2062之间和/或所述第二绕组2044与所述第四绕组2064之间设置有绝缘件(图中未示出)。

通过在第一绕组2042与第三绕组2062之间和/或第二绕组2044与第四绕组2064之间设置绝缘件，可以避免第一绕组2042与第三绕组2062和/或第二绕组2044与第四绕组2064之间接触而造成短路，导致安全事故。

根据本发明的一个实施例，所述磁芯组件202包括：多个磁芯，所述多个磁芯配合构成闭合磁芯组件或开路磁芯组件。

由于通过调节初级绕组204和次级绕组206在径向上的距离，以及调节初级绕组204和次级绕组206在轴向上的绕线长度能够实现初级绕组204和次级绕组206之间的较强耦合，同时初级绕组204和次级绕组206之间还可以在轴向上实现耦合，因此初级绕组204和次级绕组206之间的耦合度较强，相互间的互感较大，因此初级绕组204和次级绕组206之间的大部分磁通可以不经过磁芯组件就可以形成闭合回路，因此，为了减少磁芯的使用，磁芯组件可以由多个磁芯构成开路磁芯组件。当然，为了进一步增强初级绕组204和次级绕组206之间的耦合，磁芯组件也可以设置为闭合磁芯组件。

作为本发明的一个优选实施例，所述磁芯组件202包括：两个磁芯。

在由两个磁芯配合构成磁芯组件202时，两个磁芯的组合方式具有多种实施方式，以下列举其中的五种实施方式：

实施方式一

如图3A所示，两个U形磁芯，即U形磁芯302和U形磁芯304构成闭合磁芯组件。

实施方式二

如图3B所示，两个I形磁芯，即I形磁芯306和I形磁芯308构成开路磁芯组件。

实施方式三

如图3C所示，两个L形磁芯，即L形磁芯310和L形磁芯312构成闭合磁芯组件。

实施方式四

如图3D所示，U形磁芯314和I形磁芯316构成闭合磁芯组件。

实施方式五

如图3E所示，L形磁芯318和I形磁芯320构成开路磁芯组件。

作为本发明的一个实施例，在所述多个磁芯配合构成开路磁芯组件时，所述多个磁芯之间的连接处的气隙距离小于或等于预定距离。

在多个磁芯构成开路磁芯组件时，多个磁芯之间的连接处之间可以不需预留气隙距离或者只需要预留极小的气隙距离就可以使磁芯获得良好的抗饱和能力，解决了闭合磁芯组件中的磁芯之间由于需要预留较大气隙强散磁通而引起气隙处发热量大的问题，进而在绕制初级绕组204和/或次级绕组206时，可以将绕线更贴近磁芯组件绕制，绕线周长更短，进一步减少了线材的用量。

根据本发明的一个实施例，所述变压器200，还包括：绕线轴，所述初级绕组204和所述次级绕组206通过所述绕线轴缠绕在所述磁芯组件202上。

通过设置绕线轴，初级绕组204和次级绕组206可以方便地缠绕在磁芯组件202上。

当然，根据本发明的另一个实施例，为了进一步减少绕线周长，也可以通过在磁芯组件202上设置绝缘层后，初级绕组204和/或次级绕组206全部或部分绕组直接缠绕在磁芯组件202上。其中，在设置绝缘层时可以直接在磁芯组件202上涂覆绝缘材料，还可以在磁芯组件202上包裹绝缘胶纸等。

根据本发明的一个实施例，磁芯组件202中的磁芯为铁氧体磁芯。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，本发明提出了一种能够调节初级绕组与次级绕组在径向上的相对距离以及能够调节初级绕组与次级绕组在轴向上的绕线圈数的变压器，在确保电压器的初级绕组与次级绕组之间具有较高耦合度的前提下，降低了变压器的生产成本，优化了变压器的散热效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变压器，其特征在于，包括：

磁芯组件；以及

初级绕组和次级绕组，所述初级绕组和所述次级绕组缠绕在所述磁芯组件上，与所述磁芯组件配合使用；

其中，所述初级绕组包括：轴线与所述次级绕组的轴线平行的第一绕组，以及与所述次级绕组共轴的第二绕组；和/或

所述次级绕组包括：轴线与所述初级绕组的轴线平行的第三绕组，以及与所述初级绕组共轴的第四绕组。

2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述磁芯组件包括：

多个磁芯，所述多个磁芯配合构成闭合磁芯组件或开路磁芯组件。

3.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述磁芯组件包括：两个磁芯；

所述两个磁芯包括：

两个U形磁芯、两个I形磁芯、两个L形磁芯、一个U形磁芯和一个I形磁芯、或一个L形磁芯和一个I形磁芯。

4.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，在所述多个磁芯配合构成开路磁芯组件时，所述多个磁芯之间的连接处的气隙距离小于或等于预定距离。

5.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，还包括：

绕线轴，所述初级绕组和所述次级绕组通过所述绕线轴缠绕在所述磁芯组件上。

6.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述磁芯组件上设置有绝缘层，所述初级绕组和/或所述次级绕组中的全部或部分通过所述绝缘层缠绕在所述磁芯组件上。

7.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，在所述初级绕组包括所述第一绕组和所述第二绕组，且所述次级绕组包括所述第三绕组和所述第四绕组时，所述第一绕组的轴线与所述第四绕组的轴线平行，所述第一绕组与所述第三绕组共轴，所述第二绕组与所述第四绕组共轴。

8.根据权利要求7所述的变压器，其特征在于，所述第一绕组的轴向侧面正对于所述第二绕组的轴向侧面，和/或所述第三绕组的轴向侧面正对于所述第四绕组的轴向侧面；或

所述第一绕组的轴向侧面正对于所述第四绕组的轴向侧面，和/或所述第三绕组的轴向侧面正对于所述第二绕组的轴向侧面。

9.根据权利要求7所述的变压器，其特征在于，所述第一绕组与所述第三绕组之间和/或所述第二绕组与所述第四绕组之间设置有绝缘件。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的变压器，其特征在于，所述磁芯组件中的磁芯为铁氧体磁芯。