CN104779040A - 变压器装置 - Google Patents
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Abstract
一种变压器装置(10,50,60,90,120,140,160)(10,50,60,90,120,140,160)(10,50,60,90,120,140,160),包括磁芯(11,51,61,91,121,141,161)、常规线圈(12,52,62,95,125,144,162)、主磁路(15,55,65,97,127a,146,164)以及包括通过朝相反方向绕着所述磁芯缠绕导线形成的A部段(13a,53a,63a,63c,63d,63f,96a,96c,126a,145b,145,163a)和B部段(13b,53b,63b,63e,96b,126b,145a,145c,163b)的特定线圈(13,53,63,96,126,145,163)。A部段与B部段的导线的总匝数不同。特定线圈内的至少一个部段被设置为形成不与常规线圈互联的副磁路(16,17,56,57,66-68,98a-98c,127b,127c,147a-147d,165a,165b)。
Description
技术领域
本发明涉及一种变压器装置。
背景技术
如内燃发动机的点火系统一样,已知在JP-A-2012-502225(对应于US 2011/0247599A1)中公开了一种高频点火系统。在所述高频点火系统中,感应线圈与穿过变压器配置在次级线圈上的插头的寄生电容的共振被激发,藉此将非常高的电压施加于插头以产生放电。
在该系统中,通过具有匝数多于初级线圈的次级线圈(secondarywinding)的变压器产生高电压。此外,由于感应线圈与寄生电容的串联共振可增加电压。该系统适合于产生极大高压。
然而,在所述系统中,因为需要变压器和感应线圈的两个磁部件,产生的问题是装置增加了尺寸。与上述问题的方案一样,JP-A-2009-212157(对应于US 2009/0219007A1)公开了用于液晶监视器中放电管照明系统并且具有如上所述的相同共振系统的变压器装置。在所述变压器装置中,如上所述的变压器和感应线圈与单个磁芯集成在一起。由于磁芯以这种方式被变压器和感应线圈共享,磁芯的尺寸可被缩小,并且磁部件之间的死空间(dead space)可被减少,这对于缩小尺寸是有效的。
但是,在JP-A-2009-212157的变压器装置中,因为次级线圈在JP-A-2012-502225的变压器装置中也用作变压器的线圈和感应线圈的线圈,所以不能独立地设计线圈的匝数。
在产生高电压的系统中,如果共振的Q值更高,因为感应线圈的施加电压与变压器相比更大,所以感应线圈需要具有比次级回路(secondary wiring)中大得多的匝数。
因此,JP-A-2009-212157的变压器装置中的次级线圈的匝数需要与感应线圈中的一样大。因此,需要增加初级线圈的匝数。因此,与独立地配置变压器和感应线圈的情形相比,增加了变压器的初级线圈的匝数。
通常,在用于产生高电压的变压器中,由于次级线圈的导线匝数远大于初级线圈的匝数,所以初级线圈中流动的电流远大于次级线圈中流动的电流。因此,初级线圈的铜损可能变得大于次级线圈,并且初级线圈的匝数增加可能导致整个电路的效率降低。
发明内容
本发明的一个目的是提供能抑制线圈匝数的变压器装置。
根据本发明一个方面的变压器装置包括通过单个部分构造或通过多个部分一体地构造的磁芯、具有缠绕磁芯的导线的常规线圈、与常规线圈互联的主磁路以及特定线圈。
特定线圈包括通过围绕磁芯朝预定方向缠绕导线形成于主磁路上的一个或多个A部段以及通过朝与A部段内方向相反的方向围绕磁芯缠绕导线形成于主磁路上的一个或多个B部段。
在所有A部段中导线的总匝数不同于在所有B部段中导线的总匝数。特定线圈中的至少一个部段被设置为形成不与常规线圈互联的磁路的副磁路。
当变压器装置的常规线圈用作初级线圈并且特定线圈用作次级线圈时,等效电路上变压器的次级线圈的匝数小于特定线圈的匝数。同样地,当变压器装置的常规线圈用作次级线圈并且特定线圈用作初级线圈时,等效电路上变压器的初级线圈的匝数小于特定线圈的匝数。
因此,所述变压器装置的用作初级线圈或次级线圈的常规线圈和特定线圈的匝数比可被设定为所需的比率同时抑制常规线圈的匝数。
附图说明
当结合附图时本发明的其它目的和优点将更容易根据以下的详细说明更显而易见。附图中:
图1是示出根据第一实施例的变压器装置的示图;
图2是根据第一实施例的变压器装置的等效电路的电路图;
图3是使用根据第一实施例的变压器装置的交流/直流转换器的电路图;
图4是使用根据第一实施例的变压器装置的交流/直流转换器的等效电路的电路图;
图5是示出根据第二实施例的变压器装置的示图;
图6是示出根据第三实施例的变压器装置的示图;
图7是使用根据第三实施例的变压器装置的直流/直流转换器的电路图;
图8是使用根据第三实施例的变压器装置的直流/直流转换器的等效电路的电路图;
图9是示出根据第四实施例的变压器装置的示图;
图10是使用根据第四实施例的变压器装置的直流/直流转换器的电路图;
图11是使用根据第四实施例的变压器装置的直流/直流转换器的等效电路的电路图;
图12是示出根据第五实施例的变压器装置的示图;
图13是根据第五实施例的变压器装置的第一基部的透视图;
图14是使用根据第五实施例的变压器装置的升压电路(boostercircuit)的等效电路的电路图;
图15是示出根据第六实施例的变压器装置的示图;
图16是使用根据第六实施例的变压器装置的逆变器(inverter)的电路图;
图17是使用根据第七实施例的变压器装置的升压电路的电路图;
图18是使用根据第七实施例的变压器装置的升压电路的等效电路的电路图。
具体实施方式
下面,将参照附图描述本发明的实施例。本发明的实施例不局限于以下实施例,但可在本发明的技术范围内进行各种改进。
不受到以下实施例的限制:
(第一实施例)
[主要构造的描述]
根据第一实施例的变压器装置10(图1)例如用于内燃发动机的点火装置、液晶监视器中的升压电路、转换器、逆变器或过滤器中。
变压器装置10的磁芯11形成大致长方形形状,并且在磁芯11的中心形成穿过磁芯11的孔。换句话说,磁芯11被构造为在平面图中沿长方形形状的轮廓围绕具有所述长方形形状的内部空间。
下面,在磁芯11的外周部中形成短边的相应部分被称作“左短部11a”和“右短部11b”,并且在外周部中形成长边的相应部分被称作“上长部11c”和“下长部11d”。
向内突出的第一突出部11e和第二突出部11f以及第三突出部11h和第四突出部11i配置在上长部11c和下长部11d的内周侧上。第一突出部11e和第二突出部11f设置在距离左短部11a的预定距离处,并且第三突出部11h和第四突出部11i设置在相似于预定距离的距离处。
第一突出部11e和第二突出部11f设置成使得第一突出部11e和第二突出部11f的前端部在内部空间中彼此面对,并且在所述前端部之间形成间隙11g。第三突出部11h和第四突出部11i也设置成使得第三突出部11h和第四突出部11i的前端部在内部空间中彼此面对,并且在所述前端部之间形成间隙11j。
常规线圈12配置在上长部11c的夹在左短部11a与第一突出部11e之间的位置处。特定线圈13配置在上长部11c的夹在第一突出部11e与右短部11b之间的位置处。
此外,特定线圈13包括设置在第一突出部11e与第三突出部11h之间的A部段13a以及设置在第三突出部11h与右短部11b之间的B部段13b。在A部段13a与B部段13b中,导线的缠绕方向彼此不同。
特别地,例如假定随后描述的主磁路15从左短部11a朝右短部11b形成于上长部11c上。这种情况下,通过朝主磁路15的方向顺时针地缠绕导线形成A部段13,并且通过朝所述方向逆时针方向缠绕导线形成B部段13b。不用说,A部段13a和B部段13b中的导线相应缠绕方向可与上述方向相反。
A部段13a中导线的匝数大于B部段13b中导线的匝数。在该示例中,当电压施加于常规线圈12时,由常规线圈12产生磁通量。磁通量穿过的与常规线圈12和特定线圈13的所有部段互锁的磁路部分被称为“主磁路15”。
主磁路15沿磁芯11的外周部(上长部11c、右短部11b、下长部11d、左短部11a)形成。图1中主磁路15的定向被示为当电流从第一终端12a朝第二终端12b被供至常规线圈12时产生的磁通量的定向。
当电压施加于特定线圈13时,在特定线圈13的每个A部段13a和B部段13b中产生磁通量。在A部段13a中产生的磁通量的一部分磁路不与常规线圈12互联,其被称为“A副磁路16”。在B部段13b中产生的磁通量的一部分磁路不与常规线圈12互联,其被称为“B副磁路17”。
所述A副磁路16在磁芯11的上长部11c的从第一突出部11e至第三突出部11h的部段、下长部11d的从第二突出部11f至第四突出部11i的部段、第一突出部11e、第二突出部11f、第三突出部11h和第四突出部11i中产生。
下面,其中形成A副磁路16的部分也被称为“A副磁路形成部分”。B副磁路17在磁芯11的上长部11c的从第三突出部11h至右短部11b的部段、下长部11d的从第四突出部11i至右短部11b的部段、第三突出部11h、第四突出部11i和右短部11b中产生。
下面,其中形成B副磁路17的部分也被称为“副磁路形成部分B”。A副磁路16和B副磁路17在图1中的定向被示为当电流从第一终端13c朝第二终端13d被供至特定线圈13时产生的磁通量的定向。
[工作原理]
根据第一实施例的变压器装置10的工作原理将如下所述。在下面的描述中,常规线圈12用作初级线圈,并且特定线圈13用作次级线圈。假定在初级线圈(常规线圈12)和次级线圈(特定线圈13)中流动的相应电流是I1、I2,初级线圈(常规线圈12)的匝数是N1,并且次级线圈(特定线圈13)中A部段13a和B部段13b的相应匝数为NA、NB。
为了简化论述,与A副磁路16和B副磁路17上的间隙11g和11j相比,磁芯11具有足够大的导磁率(permeability),并且可忽略磁芯11内的磁场。
通过在主磁路15上应用安培定则来获得以下公式。
[公式1]
N1I1+(NA-NB)I2=∫Hdl (1)
假定H是磁场强度,l是线元素(line element),并且在主磁路15中进行积分。在变压器装置10中,因为主磁路15形成于磁芯11中,可以认为公式1中右侧的数值是很小的,并且几乎可忽略不计。相应地,下面的公式源自公式1。
[公式2]
N1I1+(NA-NB)I2=0 (2)
在变压器装置10中,因为主磁路15形成于磁芯11中,公式1的右侧可忽略不计。通常,如果主磁路的磁阻足够小,公式1的右侧可被认为很小,并且产生了相同的论点。
随后,安培定则同样应用于A副磁路16和B副磁路17。因此,获得了下面的公式。
[公式3]
NAI2=R1φA+R2(φA+φB) (3)
[公式4]
NBI2=R2(φA+φB)+R3φB (4)
在所述公式中,磁通量ΦA和ΦB分别为A副磁路16和B副磁路17的磁通量。假定当磁通量ΦA和ΦB具有正值时磁通量的定向是如图1中箭头所示的定向。
磁阻R1是A副磁路形成部分的形成A副磁路16且不与B副磁路17共享的部分的磁阻。磁阻R2是磁芯11的形成A副磁路16和B副磁路17(A副磁路形成部分与B副磁路形成部分的重叠部分)的部分的磁阻。
磁阻R3是副磁路形成部分B的形成B副磁路17且不与A副磁路16共享的部分的磁阻。通过求解磁通量ΦA和ΦB的公式3和4获得下面的公式。
[公式5]
[公式6]
随后,法拉第定律应用于A副磁路16和B副磁路17。当假定主磁路15的磁通量为0时,如果在次级线圈(特定线圈13)的A部段13a和B部段13b中感应的相应电压是VA和VB,则根据法拉第定律获得下面的公式。
假定在图1中的A部段13a和B部段13B中描述的箭头定向是当VA和VB具有正值时的电压定向。
[公式7]
[公式8]
通过将公式5和6代入公式7和8来获得下面的公式。
[公式9]
[公式10]
最后,当主磁路15的磁通量是ΦM时,根据如下公式获得次级线圈(特定线圈13的)的感应电压。
[公式11]
在公式11中,V1是施加于初级线圈(常规线圈12)的电压,并且V2是次级线圈(特定线圈13)的感应电压。根据法拉第定律使用V1=N1dφM/dt。
另一方面,通过考虑施加于变压器21的初级线圈21a的电压V1、在初级线圈21a中流动的电流I1和在次级线圈21b和感应器(inductor)22中引发的电压V2、以及在图2的电路20中流入次级线圈21b和感应器22中的电流I2的关系公式来获得公式12和13。
[公式12]
[公式13]
在所述公式中,变压器21中初级线圈21a的匝数是N1,次级线圈21b的匝数是Nα,并且感应器22的感应系数是Lβ。当公式1和11与公式12和13比较时,可以发现根据本实施例的变压器装置10的结构等同于电路20。
[公式14]
[公式15]
Nα=NA-NB (15)
通过第一实施例的变压器装置10获得的优点将基于上述结果被论述。首先,从公式15很容易看出,等效电路20的变压器21中次级线圈的匝数Nα小于变压器装置10的次级线圈(特定线圈13)的总匝数(NA+NB)的数值。
因此,如果初级线圈和次级线圈的匝数比相同,则与其中变压器和感应线圈共同集成在单个磁芯上的JP-A-2009-212157中的变压器装置相比初级线圈的匝数减少。
随后,论述配置在等效电路20的次级线圈侧上的感应器22的匝数N。在所述变压器装置中,输出电压波形是AC。在该情形下,当忽略通过初级侧线圈的施加电压所诱导的次级侧上的感应电压时,假定感应电压很小,则感应器22的磁通量Φ、匝数N和施加于感应器22的交流电压(幅值V)基于法拉第定律满足以下关系式。在公式中,ω是交流电压的角频率。
[公式16]
因此,感应器22中所需的匝数的最小值Nmin基于感应器22中允许的磁通量最大值ΦMAX以及交流电压的最大值Vmax通过以下公式表示。
[公式17]
另一方面,考虑到根据第一实施例的变压器装置10,通过应用法拉第定律能获得用于次级线圈(特定线圈13)的电压波形的以下公式。
[公式18]
假定在次级线圈(特定线圈13)的A部段13a和B部段13b中允许的相应磁通量的最大值都是ΦMAX,并且电压幅值的最大值是Vmax。这种情形下,次级线圈(特定线圈13)中所需的匝数的最小值N2_min如下表示。
[公式19]
从公式19与公式17的比较可看出,当假定在等效电路20的感应器22中与变压器装置10的次级线圈(特定线圈13)的A部段13a和B部段13b中的相应磁通量最大值Φmax彼此相等时,则等效电路20中感应器22的匝数最小值Nmin等于整个次级线圈(特定线圈13)的匝数的最小值N2_min。
因此,如果用变压器装置10代替等效电路20,则变压器装置10中次级线圈(特定线圈13)的总匝数等于构造变压器装置10的等效电路20中感应器的匝数。因此,次级线圈的匝数未增加。另一方面,如上所述,初级线圈的匝数可被有效地减少。
[其它构造的描述]
在变压器装置10中,主磁路15形成于磁芯11的外周部中,并且所述外周部成形为在平面图中沿长方形形状的轮廓围绕长方形内部空间。
其中形成A、B副磁路16、17的A、B副磁路形成部分形成有间隙,但被成形为沿平面图中的长方形轮廓围绕长方形内部空间。
根据上述构造,可防止从外周部和A、B副磁路形成部分产生漏磁通量,并且能抑制电磁干扰。此外,主磁路15被设置为围绕A、B副磁路16、17的外缘。由于该构造,能进一步抑制来自配置在A、B副磁路16、17中的间隙的漏磁通量电磁干扰变压器装置10的外部回路的风险。
在磁芯11中,设置常规线圈12的部分和设置特定线圈13的部分不彼此重叠,并且通过构造特定线圈13的所有相应部段形成副磁路。由于上述构造,特定线圈13的所有相应部段用作感应器,并且在抑制特定线圈13的匝数的同时能够获得必须的感应系数。
在磁芯11中,在形成主磁路15的外周部中不形成间隙,但在形成A、B副磁路16、17的A、B副磁路形成部分中形成间隙11g和11j。相应地,所述外周部的磁阻比在A、B副磁路形成部分低。
例如,间隙11g和11j可被具有低导磁率的材料所代替以增加A、B副磁路形成部分的磁阻,其对应于等效电路20中感应器22的磁阻的增加。因此,能有效地抑制通过允许电流流入特定线圈13而产生的磁饱和的风险。
在主磁路15内不设置间隙对应于等效电路20中变压器21的励磁感应系数的增加。因此,在常规线圈12与特定线圈13之间传递电能的功率系数增加,并且能有效地传递能量。
在磁芯11的第一突出部11e和第二突出部11f中正交于所述A副磁路16的截面11e-1和11f-1的截面区域的尺寸对应于形成A副磁路16的磁通量大小。
换句话说,上述截面区域具有能足以穿过特定线圈13的A部段13a中允许的最大磁通量Φmax的尺寸。在第三突出部11h和第四突出部11i中正交于A副磁路16和B副磁路17的截面11h-1和11i-1的截面区域的尺寸对应于形成A副磁路16的磁通量大小和形成B副磁路17的磁通量大小的总和。
换句话说,当特定线圈13的A部段13a中允许的最大磁通量Φmax和B部段13b中允许的最大磁通量Φmax同时产生时,上述截面区域具有足以通过这些磁通量的尺寸。
由于上述构造,能进一步有效地抑制A、B副磁路形成部分中的磁饱和。优选地,包括变压器装置10的电路被构造于变压器装置10中特定线圈13的第一终端13c中,由此产生与第二终端13d相比接近常规线圈12电势的电势。
特别地,例如如果利用用于内燃发动机点火装置的升压电路作为变压器装置10使施加于常规线圈12(初级线圈)的交流电压升压,则优选地特定线圈13(次级线圈)的第一终端13c接地,第二终端13d连接于火花塞,在第二终端13d中产生高电压。
由于上述构造,能够更可靠地确保常规线圈12(初级线圈)与特定线圈13(次级线圈)之间的绝缘。附带地,可根据间隙11g和11j的尺寸以及所述截面区域的尺寸调节A、B副磁路形成部分的磁阻。
不用说,可通过用具有低导磁率的材料代替间隙11g和11j或在磁芯11的一部分中设置这种材料来调节磁阻。这种情形下,优选地,A、B副磁路形成部分的磁阻被调节以使得形成A副磁路16的磁通量ΦA和形成B副磁路17的磁通量ΦB彼此相似。
因此,在副磁路形成部分中均匀地产生磁饱和,并且在抑制磁芯尺寸增加的同时能获得更优良的直流偏置特性。
[特定示例]
随后,将描述如下情形,其中将交流电压从商业电源31转换为直流电压的交流/直流转换器30利用第一实施例的变压器装置10作为共模扼流线圈32来构造(参见图3)。
交流/直流转换器30中的共模扼流线圈32具有与变压器装置10相同的构造。在变压器装置中,特定线圈32a中A部段32a-1的匝数NA与B部段32a-2的匝数NB之间的差匹配于常规线圈32b的匝数N1。因此,在变压器装置中,用作变压器时初级线圈的匝数与次级线圈的匝数相同,并且所述变压器装置可被用作共模扼流线圈32。
当所述变压器装置用作共模扼流线圈32时,可任意地确定构造共模扼流的两个线圈是如何对应于次级线圈和常规线圈的。
在共模扼流线圈32中,常规线圈32b的第一终端32b-1和特定线圈32a的第一终端32a-3连接于商业电源31,并且从商业电源31施加的交流电压去除共模的噪音。
在共模扼流线圈32中,常规线圈32b的第二终端32b-2和特定线圈32a的第二终端32a-4被连接至无桥PFC转换器33,并且已去除了共模噪音的交流电压被输入至无桥PFC转换器33。
无桥PFC转换器33将来自共模扼流线圈32的交流电压转换为直流电压。图4示出交流/直流转换器30的等效电路40。在等效电路40中,感应器42连接于共模扼流线圈41的一个线圈41a。
(第二实施例)
[主要构造的描述]
随后,将描述根据第二实施例的变压器装置50(参见图5)。变压器装置50例如也用于内燃发动机的点火装置、液晶监视器中的升压电路、转换器、逆变器或过滤器中。
变压器装置50的磁芯51形成主表面为正方形的扁平长方形形状,在主表面的中心形成有穿过磁芯51的孔。换句话说,磁芯51被构造为在平面图内沿正方形形状的轮廓围绕具有正方形形状的内部空间。
在该示例中,形成磁芯51的主表面的侧边的四个部分被称作“第一至第四外周部51a-51d”。外周部之一的第一外周部51a装备有常规线圈52。邻近于第一外周部51a的第二外周部51b和面对第一外周部51a的第三外周部51c装备有特定线圈53。
特定线圈53包括配置在第二外周部51b中的A部段53a和配置在第三外周部51c中的B部段53b。在A部段53A和B部段53B中,导线的缠绕方向彼此不同。
特别地,例如假定在磁芯51中从第一外周部51a朝第二外周部51b形成主磁路55。这种情况下,通过朝主磁路55的方向顺时针地缠绕导线形成A部段53a,并且通过朝所述方向逆时针方向缠绕导线形成B部段53b。不用说,A部段53a中和B部段53b中的相应导线缠绕方向可与上述方向相反。
A部段53a中的导线匝数大于B部段53b中的导线匝数。在该示例中,当如第一实施例一样电压施加于常规线圈52时,由常规线圈52形成与特定线圈53中所有部段互联的主磁路55。主磁路55沿磁芯51形成。主磁路55在图5中的定向被示为当电流从第一终端52a朝第二终端52b被供至常规线圈52时产生的磁通量的定向。
当如第一实施例一样电压施加于特定线圈53时,磁通量分别由A部段53a和B部段53b形成于A副磁路56和B副磁路57中,并且A副磁路56和B副磁路57不与常规线圈52互联。
在第二实施例中,A副磁路56形成于第二外周部51b和第二外周部51b外部的空间中,并且副磁路57形成于第三外周部51c和第三外周部51c外部的空间中。
A副磁路56和B副磁路57在图5中的定向被示为当电流从第一终端53c朝第二终端53d被供至特定线圈53时产生的磁通量的定向。
在根据第二实施例的变压器装置50中,在特定线圈53的A、B部段53a和53b中,线圈的缠绕方向彼此相反,并且匝数彼此不同。穿过磁芯51外部的A、B副磁路56、57由相应的部段形成。
因此,在变压器装置50中获得与第一实施例相同的等效电路,并且在所述等效电路中,变压器中次级线圈的匝数小于特定线圈53的总匝数。
因此,如果初级线圈和次级线圈的匝数比相同,则与其中变压器和感应线圈共同集成在单个磁芯内的JP-A-2009-212157中变压器装置相比初级线圈的匝数减少。
如第一实施例中一样,变压器装置50中特定线圈53的总匝数等于等效电路中感应器的匝数,由于变压器装置50的构造,次级线圈的匝数不会增加。
[其它构造的描述]
在变压器装置50的磁芯51中,其中设置常规线圈52的部分和其中设置特定线圈53的部分不彼此重叠,并且由构造特定线圈53的A、B部段53a和53b的每个形成副磁路。
由于上述构造,特定线圈53的所有相应部段起感应器的作用,并且在抑制特定线圈53的匝数的同时能够获得必须的感应系数。在第二实施例中,主磁路55形成于磁芯51内,但A、B副磁路56、57穿过磁芯51的外部。因此,其中形成主磁路55的部分比其中形成A、B副磁路56、57的部分的磁阻更低。
因此,如第一实施例一样,能增加在常规线圈52与特定线圈53之间传递电能的功率系数,并且能量可被有效地传递。优选地,变压器装置50被构造为使得在特定线圈53的第一终端53c中产生比第二终端53d更接近常规线圈52电势的电势。
特别地,例如如果借助于用于内燃发动机点火装置的升压电路作为变压器装置50升高施加于常规线圈52(初级线圈)的电压,优选地,特定线圈53(次级线圈)的第一终端53c连接于接地侧,第二终端53d连接于火花塞,并且在第二终端53d中产生高电压。
由于上述构造,可更可靠地确保常规线圈52(初级线圈)与特定线圈53(次级线圈)之间的绝缘。
(第三实施例)
[主要构造的描述]
随后,将描述根据第三实施例的变压器装置60(参见图6)。变压器装置60例如也用于内燃发动机的点火装置、液晶监视器中的升压电路、转换器、逆变器或过滤器中。
变压器装置60的磁芯61形成大致长方形形状,并且在磁芯61的中心形成穿过磁芯61的孔。换句话说,磁芯61被构造为在平面图内沿长方形形状的轮廓围绕具有长方形形状的内部空间。
下面,在磁芯61的外周部中形成短边的相应部分被称作“左短部61a”和“右短部61b”,并且在外周部中形成长边的相应部分被称作“上长部61c”和“下长部61d”。
向内突出的第一突出部61e和第二突出部61f、第三突出部61h和第四突出部61i以及第五突出部61k和第六突出部61l配置在上长部61c和下长部61d的内周侧上。
第一突出部61e和第二突出部61f设置在距左短部61a的预定距离处,并且第五突出部61k和第六突出部61l设置在与右短部61b分离地设定的一定距离处。
第三突出部61h和第四突出部61i设置在第一和第二突出部61e、61f的位置与第五和第六突出部61k、61l的位置的中间。第一突出部61e和第二突出部61f的前端部、第三突出部61h和第四突出部61i的前端部以及第五突出部61k和第六突出部61l的前端部均被设置为在内部空间中彼此面对,并且由所述前端部形成间隙61g、61j和61m。
常规线圈62配置在上长部61c的夹在左短部61a与第一突出部61e之间的位置处。特定线圈63配置在上长部61c的夹在第一突出部61e与右短部61b之间的位置以及下长部61d的夹在第二突出部61f与右短部61b之间的位置的每个位置处。
此外,特定线圈63包括设置在第一突出部61e与第三突出部61h之间的A1部段63a、设置在第三突出部61h与第五突出部61k之间的B1部段63b以及设置在第五突出部61k与右短部61b之间的A2部段63c。
特定线圈63附加地包括设置在右短部61b与第六突出部61l之间的A3部段63d、设置在第六突出部61l与第四突出部61i之间的B2部段63e以及设置在第四突出部61i与第二突出部61f之间的A4部段63f。
A1至A4部段63a、63c、63d和63f(以下也称为“A部段”)与B1、B2部段63b和63e(以下也称为“B部段”)之间的导线缠绕方向是不同的。
特别地,例如主磁路65的定向被设定为磁芯61的外周部从左短部61a朝右短部61b的定向。这种情况下,通过朝主磁路65的方向顺时针地缠绕导线形成A部段,并且通过朝所述方向逆时针方向缠绕导线形成B部段。不用说,A部段和B部段中的相应导线缠绕方向可与上述方向相反。
A部段中的导线总匝数大于B部段中的导线总匝数。在该示例中,当如第一实施例一样电压施加于常规线圈62时,由常规线圈62在与特定线圈63中所有部段互联的主磁路65上形成磁通量。主磁路65沿磁芯61的外周部(上长部61c、右短部61b、下长部61d、左短部61a)形成。主磁路65在图6中的定向被示为当电流从第一终端62a朝第二终端62b被供至常规线圈62时产生的磁通量的定向。
当如第一实施例一样电压施加于特定线圈63时,由A1-A4、B1和B2部段产生相应的磁通量。由不与常规线圈62互联的所述部段产生的磁通量的一部分磁路被称为“副磁路”。
在第三实施例中,由A部段63a和A4部段63f形成A1副磁路66,由B1部段63b和B2部段63e形成B副磁路67,并且由A2部段63c和A3部段63d形成A2副磁路68。
在磁芯61的上长部61c从第一突出部61e至第三突出部61h的部段、第三突出部61h、第四突出部61i、下长部段61d的从第二突出部61f至第四突出部61i的部段、第一突出部61e以及第二突出部61f中形成A1副磁路66。下面,其中形成A1副磁路66的部分被称为“A1副磁路形成部分”。
在磁芯61的上长部61c从第三突出部61h至第五突出部61k的部段、第五突出部61k、第六突出部61l、下长部61d的从第四突出部61i至第六突出部61l的部段、第三突出部61h以及第四突出部61i内形成B副磁路67。下面,其中形成B副磁路67的部分被称为“副磁路形成部分B”。
在磁芯61的上长部61c从第五突出部61k至右短部61b的部段、右短部61b、下长部61d的从第六突出部61l至右短部61b的部段、第五突出部61k以及第六突出部61l内形成A2副磁路68。下面,其中形成A2副磁路68的部分被称为“A2副磁路形成部分”。
A1、A2、B副磁路66-68在图6中的定向被示为当电流从第一终端63g朝第二终端63h被供至特定线圈63时产生的磁通量的定向。
在根据第三实施例的变压器装置60中,在特定线圈63的A、B部段中,线圈的缠绕方向彼此相反,并且匝数彼此不同。在磁芯61内由相应的部段形成A1、A2、B副磁路66-68。
因此,在变压器装置60中获得与第一实施例中相同的等效电路,并且在所述等效电路中,变压器中次级线圈的匝数小于特定线圈53的总匝数。
因此,如果初级线圈和次级线圈的匝数比相同,则与其中变压器和感应线圈共同集成在单个磁芯内的JP-A-2009-212157中变压器装置相比初级线圈的匝数减少。
如第一实施例中一样,变压器装置60中特定线圈63的总匝数等于等效电路中感应器的匝数,并且由于变压器装置60的构造特定线圈63的匝数不增加。
[其它构造的描述]
在变压器装置60中,主磁路65形成于磁芯61的外周部中,并且外周部成形为在平面图内沿长方形形状的轮廓围绕长方形内部空间。
其中形成A1、A2和B副磁路66-68的A1、A2和B副磁路形成部分形成有间隙,但被成形为沿平面图内的长方形轮廓围绕长方形内部空间。
根据上述构造,可防止从外周部和A1、A2和B副磁路形成部分产生漏磁通量,并且能抑制电磁干扰。此外,主磁路65被设置为围绕A1、A2、B副磁路66-68的外缘。由于该构造,可进一步抑制来自配置在A1、A2和B副磁路66-68中的间隙的漏磁通量电磁干扰变压器装置60的外部回路的风险。
在磁芯61中,设置常规线圈62的部分和设置特定线圈63的部分不彼此重叠,并且由构造特定线圈63的所有相应部段形成副磁路。由于上述构造,特定线圈63的相应部段起感应器的作用,并且在抑制特定线圈63的匝数的同时能够获得必须的感应系数。
在磁芯61中,在形成主磁路65的外周部中不形成间隙,但在形成A1、A2和B副磁路66-68的A1、A2和B副磁路形成部分中形成间隙61g、61i和61m。相应地,外周部的磁阻比A1、A2和B副磁路形成部分66-68低。
例如,间隙61g、61j和61m可被具有低导磁率的材料所代替以增加A1、A2和B副磁路66-68的磁阻。因此,如第一实施例一样,能抑制由在特定线圈63中流动的电流产生的磁饱和。
在主磁路65中不设置间隙对应于等效电路内变压器的励磁感应系数的增加。结果,在常规线圈62与特定线圈63之间传递电能的功率系数能增加,并且能有效地传递能量。
在磁芯61的第一突出部61e和第二突出部61f中正交于A1副磁路66的截面61e-1和61f-1的截面区域的尺寸对应于形成A1副磁路66的磁通量的大小。
换句话说,当特定线圈63的A1、A4部段63a、63f中允许的最大磁通量同时产生时,上述截面区域具有足以通过磁通量的尺寸。
在第三突出部61h和第四突出部61i中正交于A1副磁路66和B副磁路67的截面61h-1和61i-1的截面区域的尺寸对应于形成A1副磁路66的磁通量和形成B副磁路67的磁通量的总和。
换句话说,当特定线圈63的A1、A4部段63a、63f以及B1、B2部段63a、63e中允许的相应最大磁通量同时产生时,上述截面区域具有足以通过磁通量的尺寸。
在第五突出部61k和第六突出部61l中正交于B副磁路67和A2副磁路68的截面61k-1和61l-1的截面区域的尺寸对应于形成B副磁路67的磁通量和形成A2副磁路68的磁通量的总和。
换句话说,当特定线圈63的B1、B2部段63b、63e以及A2、A3部段63c、63d中允许的最大磁通量同时产生时,上述截面区域具有足以通过磁通量的尺寸。
由于上述构造,能有效地抑制A1、A2和B副磁路形成部分中的磁饱和。优选地,在变压器装置60中特定线圈63的第一终端63g中产生的电势比第二终端63h更接近常规线圈62的电势。
特别地,例如如果借助于用于内燃发动机点火装置的升压电路的变压器装置60升高施加于常规线圈62(初级线圈)的电压,优选地,特定线圈63(次级线圈)的第一终端63g连接于接地侧,第二终端63h连接于火花塞,并且在第二终端63h内产生高电压。
由于上述构造,能够更可靠地确保常规线圈62(初级线圈)与特定线圈63(次级线圈)之间的绝缘。可根据间隙61g、61j和61m以及截面区域的尺寸调节A1、A2和B副磁路形成部分的磁阻。
不用说,可通过用具有低导磁率的材料替代间隙61g、61j和61m或将这种材料设置在磁芯61的一部分中来调节磁阻。
在这种状况下,A1、A2和B副磁路形成部分的磁阻可被调节以使得形成A1副磁路66的磁通量、形成B副磁路67的磁通量和形成A2副磁路68的磁通量彼此相似。
因此,在副磁路形成部分中均匀地产生磁饱和,并且能获得更优良的直流偏置特性同时抑制磁芯尺寸的增加。
[特定示例]
随后,将描述其中根据第三实施例的变压器装置60应用于直流/直流转换器70的特定示例(参见图7)。
在直流/直流转换器70中,常规线圈62用作初级线圈,并且特定线圈63用作次级线圈。常规线圈62(初级线圈)连接于将来自直流电源73的直流电压转换为交流电压的转换器71,并且在常规线圈62的一个终端与转换器71之间配置电容器72。
特定线圈63(次级线圈)与整流电路74连接。在直流/直流转换器70的等效电路80中,感应器82存在于变压器81的次级线圈侧上,并且由于感应器82与初级线圈侧上的电容器72之间发生共振而产生正弦波的交流电压(参见图8)。
常规线圈62可用作次级线圈,并且特定线圈63可用作初级线圈来构造相同的直流/直流转换器。
(第四实施例)
[主要构造的描述]
随后,将描述根据第四实施例的变压器装置90(参见图9)。变压器装置90例如也用于内燃发动机的点火装置、液晶监视器中的升压电路、转换器、逆变器或过滤器中。
变压器装置90的磁芯91与均被构造为E形的第一基部92和第二基部93以及杆状的第三基部94集成在一起。第一基部92包括杆部92a、从杆部92a的两端突出的第一突出部92b和第三突出部92d、以及从杆部92a的中心突出的第二突出部92c。
第一至第三突出部92b-92c沿正交于杆部92a纵向的方向突出。第一和第三突出部92b和92d彼此长度相同,并且第二突出部92c的长度短于第一和第三突出部92b和92d。
第二基部93与第一基部92的形状相同,并且具有与第一基部92相同构造的第一至第三突出部93b-93d。第三基部94设置在当第一基部92的第一至第三突出部92b-92d的顶部与第二基部93的第一至第三突出部93b-93d的顶部接触时在第一基部92与第二基部93之间产生的间隙中。
在该情形下,在第三基部94的两端与第一基部92的第一突出部92b与第二基部93的第一突出部93b和与第一基部92的第三突出部92d与第二基部93的第三突出部93d之间形成间隙94a和94c。
在第三基部94的中部与第一基部92的第二突出部92c和与第二基部93的第二突出部93c之间分别形成间隙94d和94b。常规线圈95配置在第一基部92的杆部92a上第一突出部92b与第二突出部92c之间。
各个特定线圈96分别配置在第一基部92的杆部92a上第二突出部92c与第三突出部92d之间,第二基部93的杆部93a上第二突出部93c与第三突出部93d之间以及第一突出部93b与第二突出部93c之间。
此外,特定线圈96包括设置在第一基部92的第二突出部92c与第三突出部92d之间的A1部段96a。特定线圈96包括设置在第二基部93的第二突出部93c与第三突出部93d之间的B部段96b,以及设置在第二基部93的第一突出部93b与第二突出部93c之间的A2部段96c。
导线的缠绕方向在A1、A2部段96a、96c(以下也称为“A部段”)与B部段96b之间是不同的。特别地,例如在磁芯91中,主磁路97的定向被设定为从第一基部92的第一突出部92b朝第二突出部92c的定向。这种情况下,通过朝主磁路97的方向顺时针缠绕导线形成A部段,并且通过朝所述方向逆时针方向缠绕导线形成B部段96b。不用说,A部段和B部段96b中的相应导线缠绕方向可与上述方向相反。
A部段中导线的总匝数大于B部段96b中导线的匝数。在这种情况下,当电压如第一实施例那样施加于常规线圈95时,形成穿过主磁路97的磁通量。沿磁芯91的外周部形成主磁路97。图9中主磁路97的定向被示为当电流从第一终端95a朝向第二终端95b被供至常规线圈95时产生的磁通量的定向。
当电压施加于特定线圈96时,在A1、A2、B部段96a-96c中均产生磁通量。由不与常规线圈95互联的所述部段产生的磁通量的一部分磁路被称为“副磁路”。
在第四实施例中,由A1部段96a形成A1副磁路98a,由B部段96b形成B副磁路98b,并且由A2部段96c形成A2副磁路98c。A1副磁路98a形成于第一基部92的杆部92a的从第二突出部92c至第三突出部92d的部段、第二突出部92c、第三突出部92d、第三基部94从与第二突出部92c相接触的部分至与第三突出部92d相接触的部分的部段以及第二基部93的第三突出部93d的前端部中。下面,其中形成A1副磁路98a的部分被称为“A1副磁路形成部分”。
B副磁路98b形成于第二基部93的杆部93a从第二突出部93c至第三突出部93d的部段、第二突出部93c、第三突出部93d、第三基部94的与第二突出部93c相接触的部分至与第三突出部93d相接触的部分的部段以及第一基部92的第三突出部92d的前端部中。下面,其中形成B副磁路98b的部分被称为“副磁路形成部分B”。
A2副磁路98c形成于第二基部93的杆部93a从第二突出部93c至第一突出部93b的部段、第二突出部93c、第一突出部93b、第三基部94的与第二突出部93c相接触的部分至与第一突出部93b相接触的部分的部段以及第一基部92的第一突出部92b的前端部中。下面,其中形成A2副磁路98c的部分被称为“A2副磁路形成部分”。
A1、A2、B副磁路98a-98c在图9中的定向被示为当电流从第一终端96d朝第二终端96e被供至特定线圈96时产生的磁通量的定向。
在根据第四实施例的变压器装置90中,在特定线圈96的A、B部段中,线圈的缠绕方向彼此相反,并且匝数彼此不同。所述A1、A2、B副磁路由相应的部段形成在磁芯91内。
因此,在变压器装置90中获得与第一实施例相同的等效电路,并且在所述等效电路中,变压器中次级线圈的匝数小于特定线圈96的总匝数。
因此,如果初级线圈和次级线圈的匝数比相同,则与其中变压器和感应线圈共同集成在单个磁芯内的JP-A-2009-212157中变压器装置相比初级线圈的匝数减少。
如第一实施例中一样,变压器装置90中特定线圈96的总匝数等于等效电路中感应器的匝数,并且通过变压器装置90的构造,特定线圈96的匝数不增加。
[其它构造的描述]
在变压器装置90中,主磁路97形成于磁芯91的外周部中,并且外周部成形为在平面图内沿长方形形状的轮廓围绕长方形内部空间。
其中形成A1、A2和B副磁路98a-98c的A1、A2和B副磁路形成部分形成有间隙,但被成形为沿平面图内的长方形轮廓围绕长方形内部空间。
由于上述结构,可防止从外周部以及A1、A2和B副磁路形成部分产生漏磁通量,并且能抑制电磁干扰。此外,主磁路97被设置为围绕A1、A2和B副磁路98a-98c的外缘。由于该构造,可进一步抑制来自配置在A1、A2和B副磁路98a-98c中的间隙的漏磁通量电磁干扰变压器装置90的外部回路的风险。
在磁芯91中,设置常规线圈95的部分和设置特定线圈96的部分不彼此重叠,并且由构造特定线圈96的相应部段形成副磁路。由于上述构造,特定线圈96的所有相应部段起感应器的作用,并且在抑制特定线圈96的匝数的同时能够获得必须的感应系数。
在磁芯91中,在形成主磁路97的外周部中不形成间隙,但在形成A1、A2和B副磁路98a-98c的A1、A2和B副磁路形成部分中形成间隙94a-94d。相应地,在磁阻中外周部比A1、A2和B副磁路形成部分低。
例如,间隙94a-94d可被具有低导磁率的材料所代替以增加A1、A2和B副磁路98a-98c中的磁阻。因此,如第一实施例一样,能抑制由特定线圈96内电流产生的磁饱和。
在主磁路97内不设置间隙对应于等效电路内变压器的励磁感应系数的增加。结果,在常规线圈95与特定线圈96之间传递电能的功率系数增加,并且能有效地传递能量。
在磁芯91的第一基部92的第二突出部92c中正交于A1副磁路98a的截面92c-1的截面区域的尺寸对应于形成A1副磁路98a的磁通量大小。
换句话说,上述截面区域具有足以穿过特定线圈96的A1部段96a中允许的最大磁通量的尺寸。第三基部94中正交于A1副磁路98a和B副磁路98b的截面94e的截面区域(换句话说,正交于A2副磁路98c的截面94e)的尺寸对应于形成A1副磁路98a的磁通量大小、形成B副磁路98b的磁通量大小以及形成A2副磁路98c的磁通量大小的总和的较大磁通量。
换句话说,当特定线圈96的A1部段96a中允许的最大磁通量、B部段96b中允许的最大磁通量和A2部段96c中允许的最大磁通量同时产生时,上述截面区域具有足以通过磁通量的尺寸。
由于上述构造,能有效地抑制A1、A2和B副磁路形成部分中的磁饱和。优选地,变压器装置90被构造为使得特定线圈96的第一终端96d中产生的电势比第二终端96e更接近常规线圈95的电势。
特别地,例如如果借助于用于内燃发动机点火装置的升压电路的变压器装置90升高施加于常规线圈95(初级线圈)的电压,优选地,特定线圈96(次级线圈)的第一终端96d连接于接地侧,第二终端95e连接于火花塞,并且在第二终端96e内产生高电压。
由于上述构造,能够更可靠地确保常规线圈95(初级线圈)与特定线圈96(次级线圈)之间的绝缘。可根据间隙94a-94d的尺寸以及所述截面区域的尺寸调节A1、A2和B副磁路形成部分的磁阻。
不用说,可通过用具有低导磁率的材料代替间隙94a-94d或在一部分磁芯91中设置这种材料来调节磁阻。这种情形下,A1、A2和B副磁路形成部分的磁阻被调节为使得形成A1副磁路98a的磁通量、形成B副磁路98b的磁通量和形成A2副磁路98c的磁通量ΦB彼此相似。
因此,在副磁路形成部分中均匀地产生磁饱和,并且在抑制磁芯尺寸的增加的同时能获得更优良的直流偏置特性。
[特定示例]
随后,将描述其中根据第四实施例的变压器装置90应用于直流/直流转换器100的特定示例(参见图10)。
在直流/直流转换器100中,常规线圈95用作次级线圈,并且特定线圈96用作初级线圈。特定线圈96(初级线圈)连接于将来自直流电源104的直流电压转换为交流电压的转换器101,并且在特定线圈96的一个终端与转换器101之间配置电容器102和103。
常规线圈95(次级线圈)与整流电路105连接。常规线圈95具备中间分支(intermediate tap)95c,并且中间分支95c接地。
直流/直流转换器100的等效电路110中,感应器112配置在变压器111的初级线圈的一个终端与转换器101之间。相应地,由于在感应器112与连接于初级线圈的另一终端的电容器102和103之间发生共振,故产生了正弦波的交流电压(参见图11)。
常规线圈95可用作初级线圈,并且特定线圈96可用作次级线圈来构造相同的直流/直流转换器。
(第五实施例)
[主要构造的描述]
随后,将描述根据第五实施例的变压器装置120(参见图12)。变压器装置120例如也用于内燃发动机的点火装置、液晶监视器中的升压电路、转换器、逆变器或过滤器中。
变压器装置120的磁芯121通过第一基部122、第二基部123和线轴124a-124c集成在一起。第一基部122包括轴部122a、筒部122b和环部122c(参见图13)。
轴部122a包括柱形芯部和配置在所述柱的一端上的盘状底部。芯部沿正交于底部主表面的方向从底部的中心突出。环部122c被设置为其中轴部122a的芯部贯穿环部122c的状态。
轴部122a具有位于筒部122b内部的芯部和覆盖筒部122b的一个开口的底部。如第一基部122一样,第二基部123包括轴部123a、筒部123b和环部123c。
在第一基部122的筒部122b与环部122c之间以及第二基部123的筒部123b与环部123c之间分别形成间隙121a和121b。
第一基部122和第二基部123被设置为其中开口侧(未被轴部122a和123a的底部所覆盖的侧面)彼此接触的状态。在磁芯121中,线轴124a-124c设置在第一和第二基部122和123的轴部122a和123a的芯部上。常规线圈125和特定线圈126设置在线轴124a-124c上。
特别地,第一基部122中轴部122a的芯部中从底部至环部122c的部段装备有线轴124a,并且常规线圈125配置在线轴124a上。
线轴124b配置在轴部122a和123a的芯部的夹在相应的环部122c与123c之间的部段中,并且特定线圈126的部段126a配置在线轴124b上。
线轴124c配置在第二基部123内轴部123a的芯部中从底部至环部123c的部段内,并且特定线圈126的B部段126b配置在线轴124c上。
导线的缠绕方向在A部段126a与B部段126b之间是不同的。特别地,例如主磁路127a的定向被设定为在磁芯121中轴部122a和123a的芯部中从第二基部123朝第一基部122的定向。这种情况下,通过朝主磁路127a的方向顺时针缠绕导线以形成A部段126a,并且通过朝所述方向逆时针方向缠绕导线形成B部段126b。不用说,A部段126a和B部段126b中的相应导线缠绕方向可与上述方向相反。
A部段126a中导线的总匝数大于B部段126b中导线的匝数。在这种情况下,当电压如第一实施例那样施加于常规线圈125时,形成穿过主磁路127a的磁通量。
主磁路127a沿轴部122a、123a形成于磁芯121上以及筒部122b、123b上。图12中主磁路127a的定向被示为当电流从第一终端125a朝第二终端125b被供至常规线圈125时产生的磁通量的定向。
当如第一实施例一样电压施加于特定线圈126时,分别在A、B部段126a、126b中形成不与常规线圈125互联的副磁通量。在第五实施例中,由A部段126a形成A副磁路127b,并且由B部段126b形成B副磁路127c。
A副磁路127b形成于夹在磁芯121的环部122c、123c,轴部122a、123a的芯部以及筒部122b、123b中的环部122c、123c之间的部段中。
B副磁路127c形成于由磁芯121的环部123c、轴部123a的底部、轴部123a的芯部以及筒部123b中的环部123c以及轴部123a的底部所限定的部段中。
A、B副磁路127b、127c在图12中的定向被示为当电流从第二终端126d朝第一终端126c被供至特定线圈126时产生的磁通量的定向。
在根据第五实施例的变压器装置120中,在特定线圈126的A部段126a和B部段126b中,线圈的缠绕方向彼此相反,并且匝数彼此不同。A、B副磁路127b、127c由相应的部段形成在磁芯121内。
因此,在变压器装置120中获得与第一实施例相同的等效电路,并且在所述等效电路中,变压器中次级线圈的匝数小于特定线圈126的总匝数。
因此,如果初级线圈和次级线圈的匝数比相同,则与其中变压器和感应线圈共同集成在单个磁芯内的JP-A-2009-212157中变压器装置相比初级线圈的匝数减少。
如第一实施例中一样,变压器装置120中特定线圈126的总匝数等于等效电路中感应器的匝数,并且由于变压器装置120的构造,特定线圈126的匝数不增加。
此外,由于磁芯121的形状,能有效地防止漏磁通量。
[其它构造的描述]
在变压器装置120中,由轴部122a、123a和筒部122b、123b以及其中主磁路127a成形为围绕磁芯121的所有内部空间的部分形成主磁路127a。
A副磁路127b形成于夹在磁芯121的环部122c、123c,轴部122a、123a的芯部以及筒部122b、123b中的环部122c、123c之间的部段中。
B副磁路127c形成于由磁芯121的环部123c、轴部123a的底部、轴部123a的芯部以及筒部123b中的环部123c以及轴部123a的底部所限定的部段中。
其中形成副磁路的部分形成有间隙,但成形为围绕磁芯121的所有内部空间。因此,可防止从磁芯121产生漏磁通量,并且能抑制电磁干扰。
此外,主磁路127a被设置为围绕A、B副磁路127b、127c的外缘。由于该构造,能进一步抑制来自配置在A、B副磁路127b、127c中的间隙的漏磁通量电磁干扰变压器装置120的外部回路的风险。
在磁芯121中,其中设置常规线圈125的部分和其中设置特定线圈126的部分不彼此重叠,并且由构造特定线圈126的每个部段形成副磁路。
由于上述构造,特定线圈126的所有相应部段起感应器的作用,并且在抑制特定线圈126的匝数的同时能够获得必须的感应系数。在磁芯121中,在其中形成主磁路127a的部分中不形成间隙,但在其中形成A、B副磁路127b、127c的部分中形成间隙121a和121b。因此,其中形成主磁路127a的部分比其中形成A、B副磁路127b、127c的部分磁阻低。
例如,间隙121a和121b可被具有低导磁率的材料所代替以增加A、B副磁路127b、127c中的磁阻。因此,如第一实施例一样,能抑制由特定线圈126内电流产生的磁饱和。
在主磁路127a内不设置间隙对应于等效电路内变压器的励磁感应系数的增加。因此,在常规线圈125与特定线圈126之间传递电能的功率系数增加,并且能有效地传递能量。
磁芯121的环部122c的大小可对应于形成A副磁路127a的磁通量大小。换句话说,环部122c中的内周侧上的表面区域(与轴部122a相接触的表面)可具有能够足以穿过在特定线圈126的A1部段126a中允许的最大磁通量的尺寸。
磁芯121的环部123c的大小可对应于形成A副磁路127a的磁通量的大小和形成B副磁路127b的磁通量的大小之和。
换句话说,当特定线圈126的A部段126a中允许的最大磁通量和B部段126b中允许的最大磁通量同时产生时,环部123c中的内周侧上的表面区域(与轴部123a相接触的表面)可具有能够足以穿过所述磁通量的尺寸。
由于上述构造,能有效地抑制其中形成A、B副磁路127b、127c的部分中的磁饱和。例如可以设想,通过变压器装置120构造用于内燃发动机火花塞中的升压电路,并且常规线圈125被用作初级线圈,并且特定线圈126被用作次级线圈。
在该示例中,在变压器装置120中,特定线圈126具有邻近于常规线圈125且接地的第一终端126c以及设置在第二基部123的端侧上且连接于火花塞的第二终端126d。
因此,在升压电路中,特定线圈126处于其中具有更接近常规线圈125电势的第一终端被设置于邻近于常规线圈125的状态。由于上述构造,可更可靠地确保常规线圈125与特定线圈126之间的绝缘。
可根据间隙121a和121b的尺寸以及截面区域的尺寸调节其中形成A、B副磁路127b、127c的部分的磁阻。不用说,可通过用具有低导磁率的材料代替间隙121a和121b或将这种材料设置在一部分磁芯121内来调节磁阻。
在所述状况下,其中形成A、B副磁路127b、127c的部分的磁阻可被调节以使得形成A副磁路127b的磁通量和形成B副磁路127c的磁通量彼此相似。
因此,在所述部分中均匀地产生磁饱和,并且在抑制磁芯尺寸的增加的同时能获得更优良的直流偏置特性。
[特定示例]
随后,将对其中根据第五实施例的变压器装置120应用于内燃发动机火花塞的升压电路的特定示例进行描述。图14示出使用变压器装置120的升压电路的等效电路130。
在升压电路130中,变压器装置120具有用作初级线圈的常规线圈125以及用作次级线圈的特定线圈126。通过接地的点火器134将电压从电源135施加于变压器131的初级线圈131a(变压器装置120的常规线圈125)。
另一方面,次级线圈131b(变压器装置120的特定线圈126)的第一终端131b-1接地,并且第二终端131b-2连接于火花塞133侧。因此,通过变压器131升高的电压可进一步通过在次级线圈131b侧上感应器132与电容器136和寄生电容器之间产生的振动被升高,并且高电压被施加于火花塞133。
在升压电路130中,特定线圈126处于其中具有更接近常规线圈125电势的第一终端被设置于邻近于常规线圈125的状态。由于上述构造,可更可靠地确保常规线圈125与特定线圈126之间的绝缘。
(第六实施例)
[主要构造的描述]
随后,将描述根据第六实施例的变压器装置140(参见图15)。变压器装置140例如也用于内燃发动机的点火装置、液晶监视器中的升压电路、转换器、逆变器或过滤器中。
变压器装置140的磁芯141与第一基部142和第二基部143集成在一起。如在第五实施例中一样,第一基部142包括轴部142a、筒部142b和第一和第二环部142c、142d。然而,该实施例与第五实施例的区别在于所述两个环部142c和142d被设置为其中轴部142a的芯部贯穿两个环部142c和142d的状态。
如第一基部142一样,第二基部143包括轴部143a、筒部143b以及第一和第二环部143c、143d。第一和第二基部142和143以与第五实施例相同的方式设置。
间隙141a-141d分别形成于第一基部142中筒部142b与第一和第二环部142c、142d之间,以及第二基部143的筒部143b与第一和第二环部143c、143d之间。
在磁芯141中,常规线圈144和特定线圈145配置在第一和第二基部142和143中轴部142a和143a的芯部上。特别地,常规线圈144配置在轴部142a和143a的芯部中夹在相应第二环部142d与143d之间的部段内。
特定线圈145配置在第一基部142从轴部142a的芯部中的底部至第二环部142d的部段内,以及第二基部143从轴部143a的芯部中的底部至第二环部143d的部段内。
更详细地,特定线圈145的B1部段145a配置在第一基部142从轴部142a的芯部中的底部至第一环部142c的部段内,并且A1部段145b配置在从第一环部142c至第二环部142d的部段内。
此外,特定线圈145的B2部段145c配置在第二基部143从轴部143a的芯部中的底部至第一环部143c的部段内,以及A2部段145d配置在从第一环部143c至第二环部143d的部段内。
下面,A1、A2部段145b、145d仅被称为“A部段”并且B1、B2部段145a、145c也仅被称为“B部段”。导线的缠绕方向在A部段与B部段之间是不同的。
特别地,例如主磁路146的定向被设定为在磁芯141中轴部142a和143a的芯部中从第二基部143朝第一基部142的定向。这种情况下,通过朝主磁路146的方向顺时针缠绕导线以形成A部段,并且通过朝所述方向逆时针方向缠绕导线形成B部段。不用说,A部段和B部段中的相应导线缠绕方向可与如上所述的方向相反。
A部段内的导线总匝数大于B部段中的导线匝数。中间分支145g配置在连接A1、A2部段145b、145d的导线中,并且连接于中间分支145g的B终端145h接地。
在这种情形下,当如第一实施例一样将电压施加于常规线圈144时,形成通过主磁路146的磁通量。主磁路146沿轴部142a、143a和筒部142b、143b形成于磁芯141上。图15中主磁路146的定向被示为当电流从D终端144a朝E终端144b被供至常规线圈144时产生的磁通量的定向。
当如第一实施例一样电压施加于特定线圈145时,由特定线圈145的相应部段形成不与常规线圈144互联的副磁通量。在第六实施例中,由A1部段145b形成A1副磁路147b,由A2部段145d形成A2副磁路147d,由B1部段145a形成B1副磁路147a,并且由B2部段145c形成B2副磁路147c。
在夹在第一基部142的第一和第二环部142c和142d和轴部142a的芯部的环部142c和142d与筒部142b之间的部段内形成所述A1副磁路147b。
在夹在第二基部143的第一和第二环部143c和143d和轴部143a的芯部的环部143c和143d与筒部143b之间的部段内形成所述A2副磁路147d。
在第一基部142的第一环部142c、从轴部142a的底部至第一环部142c的部段以及从筒部142b的底部至第一环部142c的部段内形成B1副磁路147a。
在第二基部143的第一环部143c、从轴部143a的底部至第一环部143c的部段以及从筒部143b的底部至第一环部143c的部段内形成B2副磁路147c。
A1至B2副磁路147a-147d在图15中的定向被示为当电流从一个终端145e朝C终端145f被供至特定线圈145时产生的磁通量的定向。
在根据第六实施例的变压器装置140中,在特定线圈145的A、B部段中,线圈的缠绕方向彼此相反,并且匝数彼此不同。所述A1-B2副磁路147a-147d由相应的部段形成在磁芯141内。
因此,如果变压器装置140的常规线圈144用作初级线圈并且特定线圈145用作次级线圈,则获得与第一实施例相同的等效电路,在所述等效电路中,变压器的次级线圈的匝数小于特定线圈145(次级线圈)的总匝数。
因此,如果初级线圈和次级线圈的匝数比相同,则与其中变压器和感应线圈共同集成在单个磁芯内的JP-A-2009-212157中变压器装置相比初级线圈的匝数减少。
如第一实施例中一样,变压器装置140中特定线圈145(次级线圈)的总匝数等于等效电路中感应器的匝数,并且由于变压器装置140的构造特定线圈145(次级线圈)的匝数不增加。
此外,由于磁芯141的形状,能有效地防止漏磁通量。
[其它构造的描述]
在变压器装置140中,由轴部142a、143a和筒部142b、143b以及其中主磁路146成形为围绕磁芯141的所有内部空间的部分形成所述主磁路146。
在夹在第一基部142的第一和第二环部142c和142d和轴部142a的芯部的环部142c和142d与筒部142b之间的部段内形成A1副磁路147b。
在夹在第二基部143的第一和第二环部143c和143d和轴部143a的芯部的环部143c和143d与筒部143b之间的部段内形成A2副磁路147d。
在第一基部142的第一环部142c、从轴部142a的底部至第一环部142c的部段以及从筒部142b的底部至第一环部142c的部段内形成B1副磁路147a。
在第二基部143的第一环部143c、从轴部143a的底部至第一环部143c的部段以及从筒部143b的底部至第一环部143c的部段内形成B2副磁路147c。
其中形成副磁路的部分形成有间隙,但成形为围绕磁芯141的所有内部空间。因此,可防止从磁芯141产生漏磁通量,并且能抑制电磁干扰。
此外,主磁路146被设置为围绕A1-B2副磁路147a和147d的外缘。由于该构造,可进一步抑制来自配置在A1-B2副磁路147a-147d内间隙的漏磁通量电磁干扰变压器装置140的外部回路的风险。
在磁芯141中,其中设置常规线圈144的部分和其中设置特定线圈145的部分不彼此重叠,并且由构造特定线圈145的每个部段形成副磁路。
由于上述构造,特定线圈145的所有相应部段起感应器的作用,并且能够获得必须的感应系数同时抑制特定线圈145的匝数。在磁芯141中,其中形成主磁路146的部分中不形成间隙,但在其中形成A1-B2副磁路147a-147d的部分中形成间隙141a-141d。因此,其中形成主磁路146的部分比其中形成副磁路的部分磁阻低。
例如,间隙141a-141d可被具有低导磁率的材料所代替以增加其中形成副磁路的部分的磁阻。因此,如第一实施例一样,能抑制由特定线圈145内电流产生的磁饱和。
此外,通过在主磁路146中不设置间隙,能增加在常规线圈144与特定线圈145之间传递电能的功率系数,并且能有效地传递能量。
第一基部142的环部142c的大小可对应于形成A1、B1副磁路147a和147b的磁通量大小。换句话说,当特定线圈145的B1部段145a中允许的最大磁通量和A1部段145b中允许的最大磁通量同时产生时,第一环部142c中的内周侧上的表面区域(与轴部142a相接触的表面)可具有能够足以通过所述磁通量的尺寸。
第一基部142的第二环部142d的大小可对应于形成A1副磁路147b的磁通量大小。换句话说,第二环部142d内的内周侧上的表面区域(与轴部142a相接触的表面)可具有能够足以允许在特定线圈145的A1部段145b中通过最大磁通量的尺寸。
第二基部143的环部143c的大小可对应于形成A2、B2副磁路147c、147d的磁通量大小。换句话说,当特定线圈145的B2部段145c中允许的最大磁通量和A2部段145d中允许的最大磁通量同时产生时,第一环部143c中的内周侧上的表面区域(与轴部143a相抵靠的表面)可具有能够足以通过所述磁通量的尺寸。
第二基部143的第二环部143d的大小可对应于形成A2副磁路147d的磁通量大小。换句话说,第二环部143d内的内周侧上的表面区域(与轴部143a相抵靠的表面)可具有能够足以允许在特定线圈145的A2部段145d内通过最大磁通量的尺寸。
由于上述构造,能有效地抑制其中形成A1-B2副磁路147a-147d的部分中的磁饱和。在变压器装置140中,接地的次级线圈145的中间分支145g配置在常规线圈144附近。
因此,当常规线圈144的D、E终端144a、144b的电势比特定线圈145的A、C终端145e、145f的电势更接近接地电势时,可更可靠地确保常规线圈144与特定线圈145之间的绝缘。
可根据间隙141a-141d的尺寸以及截面区域的尺寸调节其中形成A1-B2副磁路147a-147d的部分的磁阻。不用说,可通过用具有低导磁率的材料代替间隙141a-141d或将这种材料设置在一部分磁芯141内来调节磁阻。
在所述状况下,可调节其中形成A1-B2副磁路147a-147d的部分的磁阻以使形成A1-B2副磁路147a-147d的磁通量彼此相似。
因此,在所述部分中均匀地产生磁饱和,并且能获得更优良的直流偏置特性同时抑制磁芯尺寸的增加。
[特定示例]
随后,将描述其中根据第六实施例的变压器装置140应用于逆变器150的特定示例(参见图16)。
在逆变器150中,变压器装置140的常规线圈144用作初级线圈,并且变压器装置140的特定线圈145用作次级线圈。通过将电源152产生的直流电压转换为交流电压的输入电路151将交流电压施加于常规线圈144(初级线圈)。
此外,常规线圈144(初级线圈)的E终端与电容器153连接,并且由特定线圈145(次级线圈)形成的感应器和电容器153产生共振以产生正弦波的交流电压。
中间分支145g配置在特定线圈145(次级线圈)中,并且连接于中间分支145g的B终端接地。相应地,从特定线圈145(次级线圈)的A终端145e和C终端145f输出相位差为180°的正弦波的交流电压。
中间分支可配置在常规线圈144中而非特定线圈145中,并且特定线圈145可用作初级线圈,并且常规线圈144可用作次级线圈以形成相同的逆变器。
(第七实施例)
[主要构造的描述]
随后,将描述根据第七实施例的变压器装置160(参见图17)。变压器装置160例如也用于内燃发动机的点火装置、液晶监视器中的升压电路、转换器、逆变器或过滤器中。
变压器装置160的磁芯161形成为杆状。常规线圈162被配置为邻近于磁芯161的一个末端。特定线圈163配置在常规线圈162与磁芯161的另一末端之间,并且特定线圈163的A部段163a设置在磁芯161的中部中同时特定线圈163的B部段163b设置在磁芯161的另一端侧上。
导线的缠绕方向在A部段与B部段之间是不同的。特别地,例如在磁芯161中,主磁路146的定向被设定为从B部段163b的设置位置朝常规线圈162的设置位置的定向。这种情况下,通过朝主磁路164的方向顺时针地缠绕导线形成A部段163a,并且通过朝所述方向逆时针方向缠绕导线形成B部段163b。不用说,A部段163a和B部段163b中的相应导线缠绕方向可与上述方向相反。
A部段163a中导线的总匝数大于B部段163b中导线的匝数。在这种情况下,当电压如第一实施例那样施加于常规线圈162时,形成穿过主磁路164的磁通量。
所述主磁路164形成在磁芯161和邻近于磁芯161的空间中。图17中主磁路164的定向被示为当电流从第一终端162a朝向第二终端162b被供至常规线圈162时产生的磁通量的定向。
当如第一实施例一样电压施加于特定线圈163时,分别在A、B截面内163a、163b中形成不与常规线圈162互联的副磁通量。A副磁路165a形成于磁芯161的设置所述A部段163a的部段内和邻近于所述部段的空间中。
B副磁路165b形成于磁芯161的设置所述B部段163b的部段内和邻近于该部段的空间中。A、B副磁路165b、165c在图17中的定向被示为当电流从第一终端163c朝第二终端163d被供至特定线圈145时产生的磁通量的定向。
在根据第七实施例的变压器装置160中,在特定线圈163的A部段163a和B部段163b中,线圈的缠绕方向彼此相反,并且匝数彼此不同。由相应的部段形成A、B副磁路165a、165b。
因此,如果变压器装置160的常规线圈162用作初级线圈并且特定线圈163用作次级线圈,则获得与第一实施例相同的等效电路,在所述等效电路中,变压器的次级线圈的匝数小于特定线圈163(次级线圈)的总匝数。
因此,如果初级线圈和次级线圈的匝数比相同,则与其中变压器和感应线圈共同集成在单个磁芯内的JP-A-2009-212157中变压器装置相比初级线圈的匝数减少。
如第一实施例中一样,变压器装置160中特定线圈163(次级线圈)的总匝数等于等效电路中感应器的匝数,并且由于变压器装置160的构造,特定线圈163(次级线圈)的匝数不会增加。
[其它构造的描述]
在变压器装置160的磁芯161中,其中设置常规线圈162的部分和其中设置特定线圈163的部分不彼此重叠,并且由构造特定线圈163的每个部段形成副磁路。
由于上述构造,特定线圈163的所有相应部段起感应器的作用,并且能获得必须的感应系数同时抑制特定线圈163的匝数。优选地,变压器装置160被构造为使得在特定线圈163的第一终端163c中产生比第二终端163d更接近常规线圈162电势的电势。
特别地,例如如果借助于变压器装置160用于内燃发动机点火装置的升压电路来升高施加于常规线圈162(初级线圈)的电压,优选地,特定线圈163(次级线圈)的第一终端163c连接于接地侧,第二终端163d连接于火花塞,并且在第二终端163d中产生高电压。
由于上述构造,可更可靠地确保常规线圈162(初级线圈)与特定线圈163(次级线圈)之间的绝缘。
[特定示例]
随后,将描述其中根据第七实施例的变压器装置160应用于升压电路170的特定示例(参见图17)。
在升压电路170中,变压器装置160的常规线圈162用作初级线圈,并且变压器装置160的特定线圈163用作次级线圈。通过将电源172产生的直流电压转换为交流电压的输入电路171将交流电压施加于常规线圈162(初级线圈)的第二终端162b。
电容器173和174连接于常规线圈162(初级线圈)的第一终端162a。在升压电路170的等效电路180中,感应器182配置在变压器181的次级线圈侧中(参见图18)。
因此,在感应器182与连接于初级线圈的电容器173和174或连接于特定线圈163(次级线圈)的第一终端163c的电容器175之间产生共振,并且被变压器181升高的电压被进一步升高且施加于放电插头176。
可不设置连接于特定线圈163(次级线圈)的第一终端163c的电容器175。
(其它实施例)
在根据第一至第七实施例的变压器装置中,由特定线圈的相应部段形成副磁路。但是,可存在其中不形成副磁路的部段,并且如果由特定线圈形成至少一个副磁路,可获得相同的优点。
特别地,例如如果使用包括A部段和B部段的两个部段的特定线圈,部段之一的全部或一部分可被设置为与常规线圈重叠,并且仅由另一部段形成副磁路。
在使用相同特定线圈的情形下,A部段和B部段可被设置为彼此重叠,并且可由所述部段形成副磁路。甚至在这种情形下,也能获得相同的优点。
Claims (10)
1.一种变压器装置(10,50,60,90,120,140,160),包括:
由单个部分构造或由多个部分一体地构造的磁芯(11,51,61,91,121,141,161);
具有绕着所述磁芯缠绕的导线的常规线圈(12,52,62,95,125,144,162);
与所述常规线圈互联的主磁路(15,55,65,97,127a,146,164);以及
特定线圈(13,53,63,96,126,145,163),所述特定线圈包括通过朝预定方向绕着所述磁芯缠绕导线形成于所述主磁路上的一个或多个A部段(13a,53a,63a,63c,63d,63f,96a,96c,126a,145b,145,163a),以及通过朝与所述A部段中所述方向相反的方向绕着所述磁芯缠绕导线形成于所述主磁路上的一个或多个B部段(13b,53b,63b,63e,96b,126b,145a,145c,163b),
其中,在所有所述A部段中所述导线的总匝数不同于在所有所述B部段中导线的总匝数,并且
其中,所述特定线圈中的至少一个部段被设置为形成不与所述常规线圈互联的磁路的副磁路(16,17,56,57,66-68,98a-98c,127b,127c,147a-147d,165a,165b)。
2.根据权利要求1所述的变压器装置(10,60,90,120,140),
其中,所述磁芯(11,61,91,121,141)包括具有围绕内部空间的形状的主闭合磁路部,以及具有所述形状或包括间隙的所述形状的副闭合磁路部,
其中,所述常规线圈(12,62,95,125,144)和所述特定线圈的相应部段(12a,13b,63a-63f,96a-96c,126a,126b,145a-145d)被设置成使得沿着所述主闭合磁路部形成所述主磁路,并且
其中,所述特定线圈的所述相应部段被设置成使得沿着所述副闭合磁路部形成所述副磁路。
3.根据权利要求2所述的变压器装置,
其中,所述主闭合磁路部被设置为围绕所述副闭合磁路部的组件的外缘。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的变压器装置(10,50,60,90,120,140,160),
其中,所述特定线圈的所有所述部段被设置成使得所述副磁路由所述部段形成。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的变压器装置(10,50,60,90,120,140),
其中,所述磁芯(11,51,61,91,121,141)被构造为使得所述主磁路的磁阻低于所述副磁路的磁阻。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的变压器装置(10,60,90,120,140),
其中,所述磁芯(11,61,91,121,141)被构造为使得所述磁芯的其中形成有一个或多个副磁路的部分的截面区域的尺寸对应于形成于所述部分中的所述副磁路中的磁通量的强度的总和。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的变压器装置(10,50,60,90,120,140,160),
其中,所述特定线圈的其中产生更接近所述常规线圈电势的电势的其中一个末端被设定为第一电势侧,并且所述特定线圈的另一末端被设定为第二电势侧,并且
其中,所述常规线圈和所述特定线圈被设置为使得所述特定线圈的所述第一电势侧比所述第二电势侧更接近所述常规线圈。
8.根据权利要求1-3任意一项所述的变压器装置(120,140),
其中,所述磁芯(121,141)包括筒形外周部,以及与所述外周部一体地构造并且设置在所述外周部内的杆状轴部,并且
其中,所述常规线圈和所述特定线圈配置在所述轴部上。
9.根据权利要求8所述的变压器装置(120),
其中,所述特定线圈的其中产生更接近所述常规线圈电势的电势的其中一个末端被设定为第一电势侧,并且所述特定线圈的另一末端被设定为第二电势侧,
其中,所述常规线圈(125)被设置为邻近于所述轴部的一个末端,并且
其中,所述特定线圈(126)被设置为使得所述第一电势侧比所述第二电势侧更接近所述常规线圈。
10.根据权利要求1-3任意一项所述的变压器装置(10,60,90,120,140),
其中,所述特定线圈中至少两个所述部段被设置为形成所述副磁路,并且
其中,所述磁芯的其中形成所述副磁路的相应部段的磁阻被调节以使得在相应的副磁路中产生的所述磁通量的强度彼此相似。
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