CN104157416B - 低杂散损耗变压器及其组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及低杂散损耗变压器及其组装方法。一种变压器包括磁芯、第一绕组组件和第二绕组组件。磁芯包括多个柱，包括第一绕线柱。第一绕组组件包括围绕第一绕线柱螺线地卷绕第一匝数的第一传导导管。第一绕组组件具有第一磁性长度。第二绕组组件包括围绕多个柱中的一个卷绕第二匝数的第二传导导管。第二绕组组件电感地耦合于第一绕组组件，且具有大致等于所述第一磁性长度的第二磁性长度。

Description

低杂散损耗变压器及其组装方法
技术领域
本申请大体上涉及变压器，并且更具体而言，涉及一种变压器组件，其设计成使杂散损耗最小化。
背景技术
变压器为在配电、传输和控制系统中使用的常见电气构件，以将输入电压转变成期望的输出电压。常规变压器的效率由如下能量损耗限制，该能量损耗与变压器绕组中的焦耳加热、芯损耗(诸如芯中的滞后和涡流损耗)和杂散损耗(stray loss)相关联。杂散损耗由变压器芯的磁通量泄漏引起，且引起变压器组件内的传导材料中的涡流。这些涡流最终通过电阻性热生成来消散，这通常可有助于变压器的过热和失效。此外，在将电压供应至非线性负载(诸如电子设备)的变压器中，杂散损耗(和所得的涡流)通常显著地放大。常规变压器不设计成使此类杂散损耗最小化。
发明内容
在一个方面中，提供了一种变压器。变压器包括磁芯、第一绕组组件和第二绕组组件。磁芯包括多个柱(leg)，包括第一绕线柱。第一绕组组件包括围绕第一绕线柱螺线地卷绕第一匝数的第一传导导管。第一绕组组件具有第一磁性长度。第二绕组组件包括围绕多个柱中的一个卷绕第二匝数的第二传导导管。第二绕组组件电感地耦合于第一绕组组件，且具有大致等于所述第一磁性长度的第二磁性长度。
在另一个方面中，提供了一种变压器。变压器包括磁芯、第一绕组组件和第二绕组组件。磁芯包括绕线柱。第一绕组组件包括多个第一层，且电感地耦合于磁芯。第二绕组组件电感地耦合于第一绕组组件。第二绕组组件包括多个第二层。第一和第二绕组组件以交错构造围绕绕线柱同心地卷绕，使得各个第二层设置在至少两个相邻的第一层之间。
在又一个方面中，描述了一种组装变压器的方法。该方法包括提供包括多个柱的磁芯，多个柱包括第一绕线柱；提供包括第一传导导管的第一绕组组件；提供包括第二传导导管的第二绕组组件；通过使第一传导导管围绕第一绕线柱螺线地卷绕第一匝数来将第一绕组组件电感地耦合于磁芯，使得第一绕组组件具有第一磁性长度；和通过使第二传导导管围绕多个柱中的一个柱卷绕第二匝数来将第二绕组组件电感地耦合于第一绕组组件，使得第二绕组组件具有大致等于第一磁性长度的第二磁性长度。
在又一个方面中，描述了一种组装变压器的方法。该方法包括提供包括绕线柱的磁芯，提供包括多个第一层的第一绕组组件、提供包括多个第二层的第二绕组组件，并且以交错构造围绕磁芯的绕线柱同心地卷绕第一和第二绕组组件，使得各个第二层设置在至少两个相邻的第一层之间。
一种变压器，包括：磁芯，其包括多个柱，多个柱包括第一绕线柱；第一绕组组件，其包括围绕第一绕线柱螺线地卷绕第一匝数的第一传导导管，第一绕组组件具有第一磁性长度；和第二绕组组件，其电感地耦合于第一绕组组件，第二绕组组件包括围绕多个柱中的一个卷绕第二匝数的第二传导导管，第二绕组组件具有大致等于第一磁性长度的第二磁性长度。
优选地，第二绕组组件围绕第一绕线柱和第一绕组组件卷绕。
优选地，第二传导导管围绕多个柱中的一个螺线地卷绕。
优选地，第一绕组组件具有第一轴向长度，第二绕组组件具有第二轴向长度，该第二轴向长度大致等于
其中LA为第一绕组组件的轴向长度，NA为第一匝数，且NB为第二匝数。
优选地，第二传导导管为盘型绕组组件。
优选地，第二绕组组件具有第一轴向长度，第一绕组组件具有第二轴向长度，该第二轴向长度大致等于
其中LB为第二绕组组件的轴向长度，且NA为第一匝数。
一种变压器，包括：磁芯，其包括绕线柱；第一绕组组件，其包括多个第一层，第一绕组组件电感地耦合于磁芯；和第二绕组组件，其电感地耦合于第一绕组组件，第二绕组组件包括多个第二层，其中第一和第二绕组组件以交错构造围绕绕线柱同心地卷绕，其中，各个第二层设置在至少两个相邻的第一层之间。
优选地，第一层中的各个包括围绕绕线柱螺线地卷绕的至少一个第一传导导管，且第二层中的各个包括围绕绕线柱螺线地卷绕的至少一个第二传导导管。
优选地，第一和第二层中的各个由至少一个绝缘层分开。
优选地，第一和第二绕组组件与绕线柱的纵轴线同轴地对准。
优选地，多个第二层以成对的相邻第二层来进行卷绕，其中，没有第一层设置在形成一对的相邻第二层之间，且其中，至少两个第一层设置在相邻的成对第二层之间。
一种组装变压器的方法，方法包括：提供包括多个柱的磁芯，多个柱包括第一绕线柱；提供包括第一传导导管的第一绕组组件；提供包括第二传导导管的第二绕组组件；通过使第一传导导管围绕第一绕线柱卷绕第一匝数来将第一绕组组件电感地耦合于磁芯，使得第一绕组组件具有第一磁性长度；并且通过使第二传导导管围绕多个柱中的一个柱卷绕第二匝数来将第二绕组组件电感地耦合于第一绕组组件，使得第二绕组组件具有大致等于第一磁性长度的第二磁性长度。
优选地，将第二绕组组件电感地耦合于第一绕组组件包括围绕多个柱中的一个柱螺线地卷绕第二传导导管。
优选地，第一传导导管围绕第一绕线柱螺线地卷绕，使得第一绕组组件具有第一轴向长度，且第二传导导管围绕多个柱中的一个柱螺线地卷绕，使得第二绕组组件具有第二轴向长度，该第二轴向长度大致等于
其中LA为第一绕组组件的轴向长度，NA为第一匝数，且NB为第二匝数。
优选地，将第二绕组组件电感地耦合于第一绕组组件包括围绕多个柱中的一个柱卷绕第二传导导管，使得形成沿柱的轴向长度串联地设置的多个盘。
优选地，第二绕组组件围绕多个柱中的一个柱螺线地卷绕，使得第二绕组组件具有第一轴向长度，且第一绕组组件围绕第一绕线柱螺线地卷绕，使得第一绕组组件具有第二轴向长度，该第二轴向长度大致等于
其中LB为第二绕组组件的轴向长度，且NA为第一匝数。
一种组装变压器的方法，方法包括：提供包括绕线柱的磁芯；提供包括多个第一层的第一绕组组件；提供包括多个第二层的第二绕组组件；和以交错构造围绕磁芯的绕线柱同心地卷绕第一和第二绕组组件，使得各个第二层设置在至少两个相邻的第一层之间。
优选地，第一层中的各个包括至少一个第一传导导管，第二层中的各个包括至少一个第二传导导管，且围绕磁芯的绕线柱同心地卷绕第一和第二绕组组件包括以交替样式围绕磁芯的绕线柱螺线地卷绕第一和第二传导导管，使得各个第二层设置在至少两个相邻的第一层之间。
优选地，第一和第二绕组组件卷绕成使得第一和第二层中的各个由绝缘层分开。
优选地，围绕磁芯的绕线柱同心地卷绕第一和第二绕组组件包括以成对的相邻第二层来卷绕第二层，使得没有第一层设置在形成一对的相邻第二层之间，且至少两个第一层设置在相邻的成对第二层之间。
附图说明
图1为变压器的侧视图，该变压器包括绕组组件，绕组组件具有大致相等的磁性长度。
图2为常规变压器的局部侧视图。
图3为备选变压器的侧视图，该备选变压器包括绕组组件，绕组组件具有大致相等的磁性长度。
图4为变压器的透视图，该变压器包括交错的同心地卷绕的绕组组件。
图5为图4所示的变压器的示意性截面图。
图6为常规变压器的示意性截面图。
图7为图5所示的变压器的截面面积内的累积安匝的图示。
图8为图6所示的常规变压器的截面面积内的累积安匝的图示。
图9为组装变压器的方法的流程图。
图10为组装变压器的方法的流程图。
尽管可在一些图中示出，且在其他图中未示出各种实施例的特定特征，但这仅是为了方便。可组合任何其它图的任何特征来参照和/或请求保护任何图的任何特征。
部件列表
100 变压器
102 磁芯
104 第一绕组组件
106 第二绕组组件
108 第一绕线柱
110 第二绕线柱
112 磁芯的上部分
114 磁芯的下部分
116 传导导管
118 传导导管
120 第一绕组组件的第一末端
122 第一绕组组件的第二末端
124 第二绕组组件的第一末端
126 第二绕组组件的第二末端
128 被部分地卷绕的区段
200 常规变压器
202 第一绕组
204 第二绕组
300 变压器
302 第二绕组组件
304 第二传导导管
306 层
308 第二绕组组件的第一末端
310 第二绕组组件的第二末端
400 变压器
402 磁芯
404 第一绕组组件
406 第二绕组组件
408 第一柱
410 第二柱
412 第三柱
414 磁芯的上部分
416 磁芯的下部分
418 第二柱的纵轴线
420 第一层
422 第二层
502 第一传导导管
504 第二传导导管
506 绝缘层
600 常规变压器
602 第一绕组组件
604 第二绕组组件。
具体实施方式
本文描述了低杂散损耗变压器的示范实施例。在一个实施例中，变压器包括磁芯、第一绕组组件和第二绕组组件。磁芯包括多个柱，包括第一绕线柱。第一绕组组件具有第一磁性长度，且包括第一传导导管，第一传导导管围绕第一绕线柱螺线地卷绕第一匝数。第二绕组组件电感地耦合于第一绕组组件，且包括第二传导导管，第二传导导管围绕多个柱中的一个卷绕第二匝数。第二绕组组件具有大致等于第一磁性长度的第二磁性长度。在另一个实施例中，变压器包括磁芯、第一绕组组件和第二绕组组件。磁芯包括绕线柱。第一绕组组件包括多个第一层，且电感地耦合于磁芯。第二绕组组件电感地耦合于第一绕组组件，且包括多个第二层。第一和第二绕组组件以交错构造围绕绕线柱同心地卷绕。各个第二层设置在至少两个相邻的第一层之间。
图1为变压器100的侧视图，变压器100包括磁芯102、第一绕组组件104和第二绕组组件106。图1示出的变压器100为芯型变压器，但还可在不脱离本公开内容的范围的情况下使用其它变压器，诸如壳型变压器。
磁芯102包括由磁芯102的上部分112和下部分114联接在一起的大体上平行的第一和第二绕线柱108和110。第一和第二绕线柱108和110、和上部分112和下部分114一起形成闭环，以用于由第一和/或第二绕组组件104和106生成的磁通量。在图1所示的实施例中，磁芯102由铁素体构成，但具有使变压器100能够起到如本文所述的作用的适合的磁导率的任何其它材料都可用于磁芯102。在图1所示的实施例中，磁芯102具有正方形截面。在备选实施例中，磁芯102可具有圆形截面、多边形截面或使变压器100能够起到如本文所述的作用的任何其它适合形状的截面。
第一和第二绕组组件104和106利用磁芯102电感地耦合于彼此。更具体而言，第一绕组组件104包括一个或更多个传导导管116，传导导管116并联连接且围绕第一柱108螺线地卷绕，从而形成围绕第一柱108的匝数N104。同样，第二绕组组件106包括一个或更多个传导导管118，传导导管118并联连接且围绕第二柱110螺线地卷绕，从而形成围绕第二柱110的匝数N106。N104与N106之比是变压器100的匝比，且可调整来获得输入电压与输出电压之间的期望的升压(step up)或降压(step down)。
在图1所示的实施例中，第一绕组组件104包括并联连接且围绕第一柱108螺线地卷绕的两个传导导管116。因此，第一绕组组件104的各匝包括两个传导导管116。在备选实施例中，第一绕组组件104可包括更多或更少的传导导管116，诸如一个、三个、四个或五个传导导管，或使变压器100能够起到如本文所述的作用的任何其它适合数目的传导导管。在图1所示的实施例中，第二绕组组件106包括并联连接且绕第二柱110螺线地卷绕的四个传导导管118。因此，第二绕组组件106的各匝包括四个传导导管118。在备选实施例中，第二绕组组件106可包括更多或更少的传导导管118，诸如一个、两个、三个或五个传导导管，或使变压器100能够起到如本文所述的作用的任何其它适合数目的传导导管。
在图1所示的实施例中，传导导管116和118为绝缘铜线，但使变压器100能够起到如本文所述的作用的其它适合的导电导管可用于传导导管116和118。
在操作中，第一绕组组件104的第一和第二末端120和122连接于电压源(未示出)的正端子和负端子，且第二绕组组件106的第一和第二末端124和126连接于负载(未示出)的输入和输出端子。流过第一绕组组件104的电流感生第二绕组组件106中的电流，其以期望的电压输送至负载。备选地，第二绕组组件106可连接于电压源，且第一绕组组件104可连接于负载。
各绕组组件104和106具有轴向长度L104和L106。如图1所示，各绕组组件104和106的轴向长度L104和L106为相应的绕组组件的螺线卷绕部分的相对端部之间的轴向距离(即，沿磁芯102的相应柱的距离)。各绕组组件104和106还具有磁性长度M104和M106。绕组组件的磁性长度是指绕组组件卷绕的芯柱的平均轴向长度，该芯柱由绕组组件覆盖或卷绕。由于第一和第二绕组组件104和106的螺线卷绕，故存在仅由绕组组件部分地卷绕的磁芯102的各柱108和110的顶部和底部附近的区段128。因此，螺线地卷绕的绕组组件104和106的磁性长度M104和M106小于对应的轴向长度L104和L106。
绕组组件104和106的磁性长度M104和M106可基于绕组组件104和106的轴向长度L104和L106来确定。具体而言，第一绕组组件104的磁性长度M104等于
等式1
其中L104为第一绕组组件104的轴向长度，且N104为第一绕组组件104的匝数。同样，第二绕组组件106的磁性长度M106等于
等式2
其中L106为第二绕组组件106的轴向长度，且N106为第二绕组组件106中的匝数。
变压器100的被部分地卷绕的区段128占据了限制变压器100效率的杂散损耗中的至少一些。在一个绕组组件的磁性长度不同于第二绕组组件的磁性长度的情况下，与被部分地卷绕的区段128相关的杂散损耗放大。
图2为常规变压器200的局部侧视图。常规变压器200构造成使得第一和第二绕组202和204具有相同的轴向大小L202和L204。由于第一和第二绕组202和204具有不同的物理性质(例如，匝数、传导导管的大小、每匝的传导导管数目等)，故各绕组202和204的磁性长度M202和M204不同。因此，常规变压器200的构造放大了与被部分地卷绕的区段128相关联的杂散损耗。
回头参看图1，变压器100组装成使得第一和第二绕组组件104和106具有大致相等的磁性长度M104和M106。具体而言，第二绕组组件106的轴向长度L106基于第一绕组组件104的磁性长度M104，磁性长度M104又基于第一绕组组件104的轴向长度L104。使用给定的绕组组件的轴向长度与给定的绕组组件的磁性长度之间的以上关系，可根据以下等式选择第二绕组组件106的轴向长度L106：
等式3
其中L104为第一绕组组件104的轴向长度，N106为第二绕组组件106中的匝数，且N104为第一绕组组件104中的匝数。备选地，第一绕组组件104的轴向长度L104可基于第二绕组组件106的轴向长度L106。作为结果，第一和第二绕组组件104和106的磁性长度M104和M106大致等于彼此。因此，变压器100的结构通过减小杂散损耗来将效率改善得超过常规变压器。
尽管变压器100示为包括两个绕组组件和两个绕线柱，但变压器100不限于图1所示的具体实施例。例如，在备选实施例中，变压器100可包括具有大致相等的磁性长度的多于两个绕组组件。绕组组件可卷绕相同的绕线柱或不同的绕线柱。在又一备选实施例中，变压器100可包括仅一个绕线柱，或者变压器100可包括多于两个的绕线柱。
图3为备选变压器300的侧视图，备选变压器300设计成使杂散损耗最小化。除变压器300包括盘型绕组组件之外，变压器300大致类似于变压器100(图1所示)。因此，图3所示的构件标有图1中使用的相同参考标号。
变压器300的第二绕组组件302为盘型绕组组件。更具体而言，第二绕组组件302包括围绕第二柱110卷绕的传导导管304，以形成沿第二柱110的轴向长度串联地设置的多个盘306。各盘306由在相对于第二柱110的纵轴线的径向方向上延伸的传导导管304的一个或更多个同心层形成。各层对应于围绕第二柱110的第二绕组组件302的一匝。第二绕组组件302围绕第二柱110卷绕总共N302匝。盘306串联连接，且从内侧到外侧和从外侧到内侧交替地卷绕，使得盘306由单个传导导管形成。
在图3所示的实施例中，传导导管304为绝缘铜带，但使变压器300能够起到如本文所述的作用的任何其它适合的导电导管可用于传导导管。
类似于变压器300，在操作中，第一绕组组件104的第一和第二末端120和122连接于电压源(未示出)的正端子和负端子，且第二绕组组件302的第一和第二末端308和310连接于负载(未示出)的输入和输出端子。流过第一绕组组件104的电流感生第二绕组组件302中的电流，其以期望的电压输送至负载。备选地，第二绕组组件302可连接于电压源，且第一绕组组件104可连接于负载。
类似于变压器100的第一和第二绕组组件104和106，第二绕组组件302具有轴向长度L302和磁性长度M302。由于第二绕组组件302为盘型绕组组件，故在磁芯102的第二柱110上不存在被部分地卷绕的区段128。作为结果，轴向长度L302和磁性长度M302大致相等。
类似于变压器100，变压器300组装成使得第一和第二绕组组件104和302具有大致相等的磁性长度M104和M302。具体而言，第二绕组组件302的轴向长度L302基于第一绕组组件104的磁性长度M104，磁性长度M104又基于第一绕组组件104的轴向长度L104。使用给定的绕组组件的轴向长度与给定的绕组组件的磁性长度之间的以上关系，第二绕组组件302的轴向长度L302可根据以下等式选择
等式4
其中L104为第一绕组组件104的轴向长度，且N104为第一绕组组件104中的匝数。备选地，第一绕组组件104的轴向长度L104可基于第二绕组组件302的轴向长度L302。在此种实施例中，第一绕组组件104的轴向长度L104可根据以下等式选择：
等式5
其中L302为第二绕组组件302的轴向长度，且N104为第一绕组组件104中的匝数。作为结果，变压器300可组装成使得第一和第二绕组组件104和304的磁性长度M104和M302大致等于彼此。因此，变压器300的结构通过减小杂散损耗来将效率改善得超过常规变压器。
尽管变压器300示为包括两个绕组组件和两个绕线柱，但变压器300不限于图3所示的具体实施例。例如，在备选实施例中，变压器300可包括具有大致相等的磁性长度的多于两个绕组组件。绕组组件可卷绕相同的绕线柱或不同的绕线柱。在又一备选实施例中，变压器300可包括仅一个绕线柱，或者变压器300可包括多于两个绕线柱。
现在参看图4，在400处大体指出了设计成使杂散损耗最小化的备选变压器。变压器包括磁芯402、第一绕组组件404和第二绕组组件406。为了图示，除去了第一和第二绕组组件404和406的一部分。磁芯402包括由相对的上部分414和下部分416各自联接在一起的第一柱408、第二柱410和第三柱412。在图4所示的实施例中，磁芯402的第二柱410用作绕线柱。在备选实施例中，磁芯402的任何柱可用作绕线柱。在又一备选实施例中，磁芯402的多于一个柱可用作绕线柱。
在图4所示的实施例中，磁芯402由铁素体构成，但具有使变压器400能够起到如本文所述的作用的适合的磁导率的任何其它材料都可用于磁芯402。在图4所示的实施例中，磁芯402具有正方形截面。在备选实施例中，磁芯402可具有圆形截面、多边形截面或使变压器400能够起到如本文所述的作用的任何其它适合形状的截面。
第一绕组组件404和第二绕组组件406围绕磁芯402的第二柱410同心地卷绕。第一和第二绕组组件404和406还与磁芯402的第二柱410的纵轴线418同轴地对准。因此，第一和第二绕组组件404和406利用磁芯402电感地彼此耦合。
第一绕组组件404包括各自由传导材料的单个连续件形成的多个第一层420。在图4和5所示的实施例中，称为第一传导导管502(图5所示)的传导导管用作传导材料。第一传导导管502围绕磁芯402的第二柱410卷绕，使得第一绕组组件404的各个第一层420具有称为第一定向的相同定向。因此，第一绕组组件404以第一定向围绕第二柱410卷绕。
在图4和5所示的实施例中，第一传导导管502围绕磁芯402的第二柱410螺线地卷绕。在备选实施例中，第一传导导管502可以以使变压器400能够起到如本文所述的作用的任何适合的分层或交错构造来卷绕。例如，如上文参照图3更详细地描述和示出的那样，第一传导导管502卷绕为盘型绕组。
第二绕组组件406包括各自由传导材料的单个连续件形成的多个第二层422。在图4和5所示的实施例中，称为第二传导导管504(图5所示)的传导导管用作传导材料。第二传导导管504围绕磁芯402的第二柱410卷绕，使得第二绕组组件406的各个第二层422具有称为第二定向的相同定向。在图4和5所示的实施例中，第二传导导管504围绕磁芯402的第二柱410螺线地卷绕。在备选实施例中，第二传导导管504可以以使变压器400能够起到如本文所述的作用的任何适合的分层或交错构造来卷绕。例如，如上文参照图3更详细地描述和示出的那样，第二传导导管504卷绕为盘型绕组。
第二传导导管504卷绕成使得第二绕组组件406的各个第二层422的定向与第一绕组组件404的各个第一层420的定向相反。因此，第二绕组组件406以第二定向围绕磁芯402的第二柱410卷绕，第二定向与第一绕组组件404的第一定向大致相反。在图4所示的实施例中，第一绕组组件404为初级绕组组件，且第二绕组组件406为次级绕组组件。在备选实施例中，第二绕组组件406可用作初级绕组，且第一绕组组件404可用作次级绕组组件。
在图4和5所示的实施例中，传导导管502和504为绝缘铜线，但使变压器400能够起到本文所述的作用的任何其它适合的导电导管都可用作传导导管502和504。
如图4所示，第一和第二绕组组件404和406以交错或交替构造围绕磁芯402的第二柱410同心地卷绕。换言之，当第一和第二绕组组件404和406从磁芯402沿径向向外延伸时，一个或更多个第一层420以重复样式介于一个或更多个第二层422之间。在图4所示的实施例中，第一绕组组件404的两个层420介于第二绕组组件406的每两个相邻层422之间。在备选实施例中，第一和第二绕组组件404和406可以以备选的交错或交替样式来卷绕。例如，第一和第二绕组组件404和406可卷绕成使得各个第二层422设置在至少两个相邻的第一层420之间。
尽管变压器400示为包括两个绕组组件和一个绕线柱，但变压器400不限于图400所示的具体实施例。例如，在备选实施例中，变压器400可包括多于一个绕线柱，诸如两个、三个、四个或甚至五个绕线柱。在另一个备选实施例中，变压器400可包括以交错构造卷绕的多于两个绕组组件。绕组组件可围绕相同的绕线柱或不同的绕线柱来卷绕。
图5和6分别为图4所示的变压器400和常规变压器600的示意性截面图。如图5所示，各个层420和422通过至少一个绝缘层506而彼此分开。各个绝缘层506可为变压器400内的单独的构件，或者绝缘层506可为第一或第二层420和422的一体式构件。例如，各个绝缘层506可由包绕各个传导导管502和504的电绝缘体形成。在图5所示的实施例中，绝缘层506由层420和422之间的空气间隙形成。
流过各个第一和第二层420和422的各个传导导管502和504的电流方向由“X”示出，指出了流入页面中的电流，或“·”指出流出页面的电流。如图4所示，流过各个第一层420的电流沿与流过各个第二层422的电流大致相反方向流动。
现在参看图6，常规变压器600的绕组组件602和604不以交替或交错构造布置。相反，一个绕组组件602完全地设置在另一个绕组组件604内。
图7和8分别为图4和5所示的变压器400和图6所示的常规变压器600的沿垂直于绕线柱的方向延伸的给定截面面积内的累积安匝的图示。变压器的绕组内的累积安匝数与绕组内的漏磁通直接地相关，该漏磁通占据了给定变压器内的杂散损耗的较大部分。更具体而言，变压器的绕组内的漏磁通为图7和8所示的曲线下方的面积的函数。因此，图7和8所示的曲线下方的较大面积指出较高的漏磁通。
如图8所示，当考虑第一绕组组件602的各个连续层时，常规变压器600中的累积安匝数增加。由于流过第一绕组组件602的各层的电流沿相同方向流动，故第一绕组组件602的各层加到累积安匝数中。常规变压器600中的累积安匝数在第一绕组组件602的最外层达到最大值。在该点处，第二绕组组件604的层中的相反地流动的电流开始抵消第一绕组组件602的安匝，从而减少累积安匝。
现在参看图7，第一和第二绕组组件404和406的备选构造与常规变压器600相比减小了累积安匝的峰值数。更具体而言，在第一和第二绕组组件404和406的第一和第二层420和422的交替样式的各个重复的情况下，第一绕组组件404的安匝由于沿大致相反方向流动的电流而由第二绕组组件406的安匝抵消。作为结果，累积安匝曲线下的面积减小，这指出相比于常规变压器600，变压器400的绕组内的漏磁通减小。因此，变压器400的结构和构造通过减小杂散损耗而将效率改善得超过常规变压器。
图9为组装变压器的示范方法900的流程图，变压器诸如图1所示的变压器100。提供902磁芯，诸如磁芯102。磁芯包括多个柱，包括第一绕线柱。提供904第一绕组组件，诸如第一绕组组件904。第一绕组组件包括第一传导导管。提供906第二绕组组件，诸如第二绕组组件106。第二绕组组件包括第二传导导管。第一绕组组件通过围绕绕线柱螺线地卷绕第一传导导管第一匝数来电感地耦合908于磁芯，使得第一绕组组件具有第一磁性长度。第二绕组组件通过围绕多个柱中的一个柱卷绕第二传导导管第二匝数来电感地耦合910于第一绕组组件，使得第二绕组组件具有大致等于第一磁性长度的第二磁性长度。
图10为组装变压器(诸如图4所示的变压器400)的示范方法1000的流程图。提供1002磁芯，诸如磁芯402。磁芯包括绕线柱。提供1004第一绕组组件，诸如第一绕组组件404。第一绕组组件包括多个第一层。提供1006第二绕组组件，诸如第二绕组组件406。第二绕组组件包括多个第二层。第一和第二绕组组件以交错构造围绕磁芯的绕线柱同心地卷绕1008，使得各个第二层设置在至少两个相邻的第一层之间。
本文描述了低杂散损耗变压器的示范实施例。在一个实施例中，变压器包括磁芯、第一绕组组件和第二绕组组件。磁芯包括多个柱，包括第一绕线柱。第一绕组组件具有第一磁性长度，且包括围绕第一绕线柱螺线地卷绕第一匝数的第一传导导管。第二绕组组件电感地耦合于第一绕组组件，且包括围绕多个柱中的一个卷绕第二匝数的第二传导导管。第二绕组组件具有大致等于第一磁性长度的第二磁性长度。在另一个实施例中，变压器包括磁芯、第一绕组组件和第二绕组组件。磁芯包括绕线柱。第一绕组组件包括多个第一层，且电感地耦合于磁芯。第二绕组组件电感地耦合于第一绕组组件，且包括多个第二层。第一和第二绕组组件以交错构造围绕绕线柱同心地卷绕。各个第二层设置在至少两个相邻的第一层之间。
与至少一些变压器相比，在本文所述的系统和方法中，变压器使用具有大致相等的磁性长度的绕组组件。具有大致相等的磁性长度的绕组组件减少了与磁芯的被部分地卷绕的区段相关联的杂散损耗。作为结果，使用具有大致相等的磁性长度的绕组的变压器具有较低的杂散损耗，且与常规变压器相比，具有改善的效率。此外，在本文所述的系统和方法中，变压器使用以交替或交错构造布置的同心绕组组件。在以交替或交错构造布置的同心绕组组件中，一个绕组组件的安匝抵消另一个绕组组件的安匝，从而减小了累积安匝的峰值数，且对应地，抵消与变压器绕组内的漏磁通相关联的杂散损耗。作为结果，使用以交替或交错构造布置的同心绕组组件的变压器具有较低的杂散损耗，且与常规变压器相比具有改善的效率。
此外，使用具有大致相等的磁性长度的绕组组件和/或以交错构造布置的同心地卷绕的绕组组件便于构造更轻、更紧凑的变压器。由于这些设计相比于常规变压器减少了杂散损耗，故在操作期间生成更少的热。作为结果，变压器可由于在操作期间需要消散更少的热而具有更轻、更紧凑的构造。这对于将电压供应至非线性负载(诸如电子设备)的变压器是特别显著的优点，因为此类变压器通常显著过大，以防止过热。
尽管在一些图中示出，而在另一些图中未示出本发明的各种实施例的特定特征，但这仅为了方便。根据本发明的原理，图的任何特征可组合任何其它图的任何特征来进行参照并且/或者要求权利。
本书面说明使用实例来公开本发明，包括最佳实施方式，且还使本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统，且执行任何合并的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员构想出的其它实例。如果这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种变压器，包括：
磁芯，其包括多个柱，所述多个柱包括第一绕线柱；
第一绕组组件，其包括围绕所述第一绕线柱螺线地卷绕第一匝数的第一传导导管，所述第一绕组组件具有第一磁性长度；和
第二绕组组件，其电感地耦合于所述第一绕组组件，所述第二绕组组件包括围绕所述多个柱中的一个卷绕第二匝数的第二传导导管，其中，所述第一绕组组件和所述第二绕组组件的至少一个覆盖所述磁芯的各绕线柱的轴向长度和卷绕所述各绕线柱，使所述第一绕组组件和所述第二绕组组件的至少一个部分地卷绕所述轴向长度的轴向区段，所述第二绕组组件具有大致等于所述第一磁性长度的第二磁性长度。
2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第二绕组组件围绕所述第一绕线柱和所述第一绕组组件卷绕。
3.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第二传导导管围绕第二绕线柱螺线地卷绕，所述第二绕线柱不同于所述第一绕线柱。
4.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第二传导导管为盘型绕组组件。
5.一种组装变压器的方法，所述方法包括：
提供包括多个柱的磁芯，所述多个柱包括第一绕线柱；
提供包括第一传导导管的第一绕组组件；
提供包括第二传导导管的第二绕组组件；
通过使所述第一传导导管围绕所述第一绕线柱卷绕第一匝数来将所述第一绕组组件电感地耦合于所述磁芯，使得所述第一绕组组件具有第一磁性长度；并且
通过使所述第二传导导管围绕所述多个柱中的一个柱卷绕第二匝数来将所述第二绕组组件电感地耦合于所述第一绕组组件，使得所述第二绕组组件具有大致等于所述第一磁性长度的第二磁性长度，其中，所述第一绕组组件和所述第二绕组组件的至少一个覆盖所述磁芯的各绕线柱的轴向长度和卷绕所述各绕线柱，使所述第一绕组组件和所述第二绕组组件的至少一个部分地卷绕所述轴向长度的轴向区段。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述第二绕组组件电感地耦合于所述第一绕组组件包括围绕第二绕线柱螺线地卷绕所述第二传导导管，所述第二绕线柱不同于所述第一绕线柱。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述第二绕组组件电感地耦合于所述第一绕组组件包括围绕所述多个柱中的一个柱卷绕所述第二传导导管，使得形成沿所述柱的轴向长度串联地设置的多个盘。
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