CN108987066A - 一种立绕式扁平变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种立绕式扁平变压器，由线圈绕组和磁芯组装而成，所述线圈绕组包括至少1个原边绕组和至少1个副边绕组，所述原边绕组和副边绕组互为镶嵌形成所述线圈绕组，所述原边绕组和副边绕组中任一单匝线圈的相邻线圈均所属同一绕组的线圈匝数小于或等于所述线圈绕组总匝数的1/3，所述原边绕组和/或副边绕组采用宽厚比W/T≥20的扁平电磁线立绕绕制，所述扁平电磁线的表面包覆有一层绝缘皮膜；本发明事实上构成了原、副边绕组的理想耦合，大大减小了高频变压器绕组的高频损耗，这样的结构的新型变压器的绕组线圈，其高频趋肤效应造成的线圈损耗也越小，非常适合于大功率高频应用。
Description
技术领域
本发明涉及电子元器件技术领域，尤其涉及一种立绕式扁平变压器。
背景技术
随着新能源汽车的迅猛发展，大容量储能电池的充电、放电为特征的大功率高频开关电源技术，正成为新能源汽车技术的重要核心技术之一。
作为新能源汽车动力来源的电池的充放电，具有大功率、大容量的特征，同时为实现大容量电池的快速充电，车载型电力变换装置，对电源转换器的高功率密度的追求，是车载型电源(如OBC电源、DC/DC、DC/AC等大功率电源)的最为核心的电源技术之一。
涉及到电池的电源变换，为了实现电气安全，防止漏电，电池的充放电设备的功率变换就必须对供电端(电源输入端)与受电端(电源负载输出端)进行有效的电气绝缘和隔离。因此，这些电源功率变换设备中，必须采用具有高频开关电源功率变压器的电源拓扑电路。
对于为实现新能源汽车的充电的地面充电装置(如直流充电桩)，其能量来源取自于工频单相或三相的交流电，因此该充电设备也同样必须采用高频开关电源功率变压器进行电网与汽车电池间的电气安全隔离，来实现其大功率的电力变换和功率传输控制其对汽车电池的充电。
一般来讲，目前乘用车的车载充电机OBC的电源功率在3.3KW、6.6KW等，而商务车、大型客车的OBC的功率就更大(比如15KW以上)，对于常见的直流充电桩电源模块，其单模块的功率一般为7.5KW、15KW、20KW等不等。车载DC/DC，DC/AC等电源，其功率也在1.5KW、3KW等功率以上。今后随着对充电速度的要求的不断提高，单机功率呈现超大功率化的趋势。
这些电源装置的低成本、高功率密度化的要求与及其技术趋势，作为连接电源原副边电路，起到电气隔离绝缘及实现主功率传输的高频功率变压器，已经成为该类电源技术进步的最关键性的技术瓶颈。
为根本性地解决上述技术瓶颈，本发明提出了一种全新的扁平变压器技术方案，用以消除影响变压器高密度化设计的高频铜损耗。
发明内容
本发明针对现有技术中的上述缺点，提供了一种扁平线立绕电感线圈及立绕电感器。
一种立绕式扁平变压器，由线圈绕组和磁芯组装而成，所述线圈绕组包括至少1个原边绕组和至少1个副边绕组，所述原边绕组和副边绕组互为镶嵌形成所述线圈绕组，所述原边绕组和副边绕组中任一单匝线圈的相邻线圈均所属同一绕组的线圈匝数小于或等于所述线圈绕组总匝数的1/3，所述原边绕组和/或副边绕组采用宽厚比W/T≥20的扁平电磁线立绕绕制，所述扁平电磁线的表面包覆有一层绝缘皮膜；这样的设计具有显著的防止高频临近效应的效果。
进一步的，所述扁平电磁线可以采用2根或2根以上的等宽的裸铜扁平导线、或漆包扁平导线、或裸铜扁平导线和漆包扁平导线并联组合后，再进行绝缘皮膜的绕包烧结或热熔包塑而形成更大导线截面积的多芯导线；采用所述多芯导线并联绕制的原边线圈或副本线圈，此时这些并联绕制的同一原边线圈、或同一副边线圈，由于工作时任何一匝和相邻的并联线圈处于等电位状态，可以等效成一个原边或副边线圈，视为仅仅增大了导线截面的同一根原边、或副边导线使用；通过这样的设计，可以更好地改善线圈高频趋肤效应的损耗。
更进一步的，所述多芯导线中的单芯导线的宽厚比W/T≥10。
进一步的，所述扁平电磁线的绝缘皮膜一般是采用聚酰亚胺薄膜类绝缘皮膜绕包烧结而成。
进一步的，所述扁平电磁线的绝缘皮膜也可以采用PEEK等高性能绝缘材料利用热熔包塑方式在所述扁平电磁线表面形成致密均匀的绝缘皮膜用作加强绝缘。
进一步的，所述线圈绕组可以由1个原边绕组和多个副边绕组或多个副边绕组串、并联组成。
进一步的，所述线圈绕组也可以由1个副边绕组和多个原边绕组或多个原边绕组串、并联组成。
进一步的，所述线圈绕组也可以由多个原边绕组和多个副边绕组进行串、并联组合而成。
进一步的，所述线圈绕组根据变压器结构设计要求，可以放置在磁芯中心柱，也可以放置在磁芯的边柱。
进一步的，可以是只有所述原边绕组或副边绕组采用宽厚比W/T≥20的扁平电磁线立绕绕制，也可以是所述原边绕组和副边绕组均采用宽厚比W/T≥20的扁平电磁线立绕绕制。
进一步的，所述线圈绕组的立绕形状为圆形、椭圆形或R角大于单芯立绕导线宽度的方形。
进一步的，所述磁芯的材料一般为适合高频应用的铁氧体材料、金属软磁粉芯材料等高频低损耗的磁芯材料，也可以是硅钢、非晶类磁芯材料。
进一步的，所述磁芯的形状不限，可以是PQ、EE等常见的形状，也可以是由块状磁芯等其他形状磁芯进行配装、粘接组合而成。
更进一步的，多个磁芯段之间设有非导磁的气隙。
本发明的立绕式扁平变压器由所述扁平电磁线、经过立绕工艺绕制成立绕线圈、再将立绕原、副边绕组按照规定的组装方式进行原、副边完全耦合或接近完成耦合的方式构成变压器绕组线圈、在绕组线圈内插入磁芯构成的变压器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明由于任何一匝原边绕组的上下相邻的绕组线圈为副边绕组，而同样副边绕组的任何一匝绕组的相邻的上下绕组均为原边绕组，所以这样的变压器线圈结构，事实上构成了原、副边绕组的理想耦合，并且变压器高频工作时，由原边绕组形成的电场，与相邻副边绕组感应出的电场构成完全的电场解耦，使得原副边内部的高频临近效益被消除，大大减小了高频变压器绕组的高频损耗；本发明采用超大宽厚比的立绕结构的思路，一般本发明采用的具有加强绝缘能力的立绕导线的宽厚比W/T在20倍以上，对于越高的宽厚比的导线，相同截面下，其厚度越小，导线的表面积越大，因此这样的导线，其流经的高频电流形成的趋肤效应约不明显。因此，这样的结构的新型变压器的绕组线圈，其高频趋肤效应造成的线圈损耗也越小，非常适合于大功率高频应用。
附图说明
图1是本发明的扁平电磁线的结构示意图；
图2是图1中G处的局部放大图；
图3是本发明的扁平电磁线绕制的螺旋状型扁平线圈绕组的结构示意图；
图4是本发明的线圈绕组的结构示意图；
图中：1、扁平电磁线；2、绝缘皮膜；A、原边绕组；B、副边绕组。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至4所示，一种立绕式扁平变压器，由线圈绕组和磁芯组装而成，所述线圈绕组1个原边绕组和1个副边绕组，所述原边绕组和副边绕组互为镶嵌形成所述线圈绕组，所述原边绕组和副边绕组中任一单匝线圈的相邻线圈均所属同一绕组的线圈匝数小于或等于所述线圈绕组总匝数的1/3，所述原边绕组和/或副边绕组采用宽厚比W/T≥20的扁平电磁线立绕绕制，图1所示宽厚比W/T＝30，所述扁平电磁线的表面包覆有一层绝缘皮膜。
进一步的，所述扁平电磁线可以采用2根或2根以上的等宽的裸铜扁平导线、或漆包扁平导线、或裸铜扁平导线和漆包扁平导线并联组合后，再进行绝缘皮膜的绕包烧结或热熔包塑而形成更大导线截面积的多芯导线；采用所述多芯导线并联绕制的原边线圈或副本线圈，此时这些并联绕制的同一原边线圈、或同一副边线圈，由于工作时任何一匝和相邻的并联线圈处于等电位状态，可以等效成一个原边或副边线圈，视为仅仅增大了导线截面的同一根原边、或副边导线使用；通过这样的设计，可以更好地改善线圈高频趋肤效应的损耗。
更进一步的，所述多芯导线中的单芯导线的宽厚比W/T≥10。
进一步的，所述扁平电磁线的绝缘皮膜一般是采用聚酰亚胺薄膜类绝缘皮膜绕包烧结而成。
进一步的，所述扁平电磁线的绝缘皮膜也可以采用PEEK等高性能绝缘材料利用热熔包塑方式在所述扁平电磁线表面形成致密均匀的绝缘皮膜用作加强绝缘。
进一步的，所述线圈绕组可以由1个原边绕组和多个副边绕组或多个副边绕组串、并联组成。
进一步的，所述线圈绕组也可以由1个副边绕组和多个原边绕组或多个原边绕组串、并联组成。
进一步的，所述线圈绕组也可以由多个原边绕组和多个副边绕组进行串、并联组合而成。
进一步的，所述线圈绕组根据变压器结构设计要求，可以放置在磁芯中心柱，也可以放置在磁芯的边柱。
进一步的，可以是只有所述原边绕组或副边绕组采用宽厚比W/T≥20的扁平电磁线立绕绕制，也可以是所述原边绕组和副边绕组均采用宽厚比W/T≥20的扁平电磁线立绕绕制。
进一步的，所述线圈绕组的立绕形状为圆形、椭圆形或R角大于单芯立绕导线宽度的方形。
进一步的，所述磁芯的材料一般为适合高频应用的铁氧体材料、金属软磁粉芯材料等高频低损耗的磁芯材料，也可以是硅钢、非晶类磁芯材料。
进一步的，所述磁芯的形状不限，可以是PQ、EE等常见的形状，也可以是由块状磁芯等其他形状磁芯进行配装、粘接组合而成。
更进一步的，多个磁芯段之间设有非导磁的气隙。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种立绕式扁平变压器，由线圈绕组和磁芯组装而成，其特征在于，所述线圈绕组包括至少1个原边绕组和至少1个副边绕组，所述原边绕组和副边绕组互为镶嵌形成所述线圈绕组，所述原边绕组和副边绕组中任一单匝线圈的相邻线圈均所属同一绕组的线圈匝数小于或等于所述线圈绕组总匝数的1/3，所述原边绕组和/或副边绕组采用宽厚比W/T≥20的扁平电磁线立绕绕制，所述扁平电磁线的表面包覆有一层绝缘皮膜。
2.根据权利要求1所述的立绕式扁平变压器，其特征在于，所述扁平电磁线是由2根或2根以上的等宽的裸铜扁平导线、或漆包扁平导线、或裸铜扁平导线和漆包扁平导线并联组合后，再进行绝缘皮膜的绕包烧结或热熔包塑而形成更大导线截面积的多芯导线。
3.根据权利要求2所述的立绕式扁平变压器，其特征在于，所述多芯导线中的单芯导线的宽厚比W/T≥10。
4.根据权利要求1所述的立绕式扁平变压器，其特征在于，所述扁平电磁线的绝缘皮膜是采用聚酰亚胺薄膜绕包烧结而成。
5.根据权利要求1所述的立绕式扁平变压器，其特征在于，所述扁平电磁线的绝缘皮膜是采用PEEK利用热熔包塑方式在所述扁平电磁线表面形成致密均匀的绝缘皮膜。
6.根据权利要求1所述的立绕式扁平变压器，其特征在于，所述线圈绕组由1个原边绕组和多个副边绕组或多个副边绕组串、并联组成。
7.根据权利要求1所述的立绕式扁平变压器，其特征在于，所述线圈绕组由1个副边绕组和多个原边绕组或多个原边绕组串、并联组成。
8.根据权利要求1所述的立绕式扁平变压器，其特征在于，所述线圈绕组由多个原边绕组和多个副边绕组进行串、并联组合而成。
9.根据权利要求1所述的立绕式扁平变压器，其特征在于，所述线圈绕组的立绕形状为圆形、椭圆形或R角大于单芯立绕导线宽度的方形。
10.根据权利要求1所述的立绕式扁平变压器，其特征在于，所述磁芯由多个块状磁芯和/或其他形状磁芯进行配装、粘接组合而成，多个磁芯段之间设有非导磁的气隙。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20211122 Address after: 528000 No. 4-3, Huanzhen East Road, Shunjiang neighborhood committee, Beijiao Town, Shunde District, Foshan City, Guangdong Province Applicant after: Guangdong Igor Intelligent Electrical Co.,Ltd. Address before: 518000 Xinggang Tongchuang Tianquan A301, 6099 Baoan Avenue, Qiaotou Community, Fuhai Street, Baoan District, Shenzhen City, Guangdong Province Applicant before: SHENZHEN YIGEER MUCI TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: EAGLERISE ELECTRIC & ELECTRONIC (CHINA) Co.,Ltd. |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20181211 |