CN111128528A - 低涡流损耗的变压器线圈 - Google Patents

低涡流损耗的变压器线圈 Download PDF

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Abstract

本发明提供了低涡流损耗的变压器线圈，属于变压器领域。一种低涡流损耗的变压器线圈包括线圈主体段、线圈第一端段和线圈第二端段。线圈主体段由主导线绕制而成。线圈第一端段位于线圈主体段的一端，由第一导线绕制而成，第一导线与主导线导电连接。线圈第二端段，线圈第二端段位于线圈主体段远离线圈第一端段的一端，线圈第二端段由第二导线绕制而成，第二导线与主导线导电连接。第一导线截面的轴向宽度和径向厚度之比和第二导线截面的轴向宽度和径向厚度之比均小于主导线截面的轴向宽度和径向厚度之比。本发明低涡流损耗的变压器线圈通过减小第一导线和第二导线截面的轴向宽度和径向厚度之比，减少了整体的涡流损耗。

Description

低涡流损耗的变压器线圈
技术领域
本发明属于变压器技术领域，更具体地说，是涉及低涡流损耗的变压器线圈。
背景技术
线圈是变压器的核心部件，能够通过磁的耦合作用传递电能，同时变换出所需的电压，实现变压器的基本功能。
变压器工作时，流过电流的线圈中感应出磁场，漏磁通穿过线圈并在线圈中感应出涡流，在线圈中产生涡流损耗。线圈涡流损耗在变压器的负载损耗中占有一定比例。在变压器铁芯、绝缘等其他构件基本固定的前提下，降低变压器线圈的涡流损耗和减少变压器线圈的导线用量是非常有意义的。现在一般认为应该选用截面轴向宽度和径向厚度之比尽可能大的导线来绕制线圈，以降低涡流损耗，但是单纯的增加导线截面的轴向宽度和径向厚度之比所能降低的涡流损耗有限，亟需进一步的降低涡流损耗的方式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低涡流损耗的变压器线圈，以解决现有技术中存在的选用轴向宽度和径向厚度之比尽可能大的导线来绕制线圈，只能有限的降低涡流损耗，难以进一步的降低涡流损耗的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，提供一种低涡流损耗的变压器线圈，包括：
线圈主体段，由主导线绕制而成；
线圈第一端段，与所述线圈主体段同轴设置并位于所述线圈主体段的一端，由第一导线绕制而成，所述第一导线与所述主导线导电连接；以及
线圈第二端段，与所述线圈主体段同轴设置并位于所述线圈主体段远离线圈第一端段的一端，所述线圈第二端段由第二导线绕制而成，所述第二导线与所述主导线导电连接；
所述第一导线截面的轴向宽度和径向厚度之比小于所述主导线截面的轴向宽度和径向厚度之比，所述第二导线截面的轴向宽度和径向厚度之比小于所述主导线截面的轴向宽度和径向厚度之比。
作为本申请另一实施例，所述线圈主体段为连续式线圈或螺旋式线圈。
作为本申请另一实施例，所述线圈第一端段为连续式线圈或螺旋式线圈。
作为本申请另一实施例，所述线圈第二端段为连续式线圈或螺旋式线圈。
作为本申请另一实施例，所述主导线截面的轴向宽度和径向厚度的比值范围为4～6；所述第一导线截面的轴向宽度和径向厚度的比值范围为1.9～3。
作为本申请另一实施例，所述主导线截面的轴向宽度和所述第一导线截面的轴向宽度的比值范围为1～2，所述主导线截面的径向厚度和所述第一导线截面的径向厚度的比值范围为0.5～1。
作为本申请另一实施例，所述线圈第一端段包括沿轴向排列的多个子分段，所述第一导线包括分别绕成各个所述子分段的多个子线段；在由所述线圈主体段向所述线圈第一端段的方向上，多个所述子线段的截面的轴向宽度和径向厚度之比逐渐减小。
作为本申请另一实施例，所述线圈主体段与所述线圈第一端段的轴向长度比值范围为1.5～1。
作为本申请另一实施例，所述线圈主体段包括同轴设置的主体子段和调压子段，所述主导线包括第一子导线和第二子导线，所述主体子段由所述第一子导线绕制而成，所述调压子段由所述第二子导线绕制而成；所述第一子导线截面的轴向宽度和径向厚度之比大于所述第二子导线截面的轴向宽度和径向厚度之比。
作为本申请另一实施例，所述线圈主体段包括两个主体子段，所述调压子段位于两个所述主体子段之间。
本发明实施例提供的低涡流损耗的变压器线圈的有益效果在于：与现有技术相比，本发明实施例的低涡流损耗的变压器线圈在使用时，例如套在铁芯柱外时，线圈主体段靠近漏磁场的中间位置，线圈第一端段和线圈第二端段靠近漏磁场的两端位置。一方面，在漏磁场的中间位置，漏磁场轴向分量较大而径向分量较小，线圈的涡流损耗主要由漏磁场的轴向分量产生，通过将主导线截面的轴向宽度和径向厚度之比设置的较大，减小主导线截面的径向厚度，使漏磁场较大的轴向分量在主导线中产生的涡流损耗较少，进而使漏磁场的中间位置的磁场在主导线中产生的涡流损耗较少。另一方面，从漏磁场的中间逐渐向一端移动，漏磁场径向分量逐渐增大、轴向分量逐渐减小，通过将第一导线截面的轴向宽度和径向厚度之比和第二导线截面的轴向宽度和径向厚度之比设置的较小，减小第一导线和第二导线截面的轴向宽度，进而使漏磁场端部逐渐增大的径向分量在第一导线和第二导线中产生的涡流损耗较少。而由于漏磁场端部的轴向分量逐渐减小，使得第一导线和第二导线截面的径向厚度增加并不会使涡流损耗显著的增加，从而避免了现有技术中单纯的增加导线截面的轴向宽度和径向厚度之比，导致漏磁场的端部在导线中产生的涡流损耗增多的情况。本发明实施例的低涡流损耗的变压器线圈通过上述方式能够减少整体的涡流损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的低涡流损耗的变压器线圈的立体剖切图；
图2为本发明另一实施例提供的低涡流损耗的变压器线圈的立体剖切图；
图3为图1中低涡流损耗的变压器线圈的一种使用状态的立体剖切图；
图4为本发明再一实施例提供的低涡流损耗的变压器线圈的立体剖切图；。
其中，图中各附图标记：
1-线圈主体段；11-主导线；111-第一子导线；112-第二子导线；12-主体子段；13-调压子段；2-线圈第一端段；21-第一导线；3-线圈第二端段；31-第二导线；4-子分段；41-子线段。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1至图4，现对本发明实施例提供的低涡流损耗的变压器线圈进行说明。一种低涡流损耗的变压器线圈，包括线圈主体段1、线圈第一端段2和线圈第二端段3。
线圈主体段1由主导线绕制而成11。线圈第一端段2与所述线圈主体段同轴设置并位于线圈主体段1的一端，由第一导线绕制而成21，第一导线21与主导线11导电连接。线圈第二端段3，线圈第二端段3与线圈主体段1同轴设置并位于线圈主体段1远离线圈第一端段2的一端，线圈第二端段3由第二导线31绕制而成，第二导线31与主导线11导电连接。第一导线21截面的轴向宽度和径向厚度之比小于主导线11截面的轴向宽度和径向厚度之比，第二导线31截面的轴向宽度和径向厚度之比小于主导线11截面的轴向宽度和径向厚度之比。
与现有技术相比，本发明实施例的低涡流损耗的变压器线圈在使用时，例如套在铁芯柱外时，线圈主体段1靠近漏磁场的中间位置，线圈第一端段2和线圈第二端段2靠近漏磁场的两端位置。一方面，在漏磁场的中间位置，漏磁场轴向分量较大而径向分量较小，线圈的涡流损耗主要由漏磁场的轴向分量产生，通过将主导线11截面的轴向宽度和径向厚度之比设置的较大，减小主导线11截面的径向厚度，使漏磁场较大的轴向分量在主导线11中产生的涡流损耗较少，进而使漏磁场的中间位置的磁场在主导线11中产生的涡流损耗较少。另一方面，从漏磁场的中间逐渐向一端移动，漏磁场径向分量逐渐增大、轴向分量逐渐减小，通过将第一导线21截面的轴向宽度和径向厚度之比和第二导线31截面的轴向宽度和径向厚度之比设置的较小，减小第一导线21和第二导线31截面的轴向宽度，进而使漏磁场端部逐渐增大的径向分量在第一导线21和第二导线31中产生的涡流损耗较少。而由于漏磁场端部的轴向分量逐渐减小，使得第一导线21和第二导线31的径向厚度增加并不会使涡流损耗显著的增加，从而避免了现有技术中单纯的增加导线截面的轴向宽度和径向厚度之比，导致漏磁场的端部在导线中产生的涡流损耗增多的情况。本发明实施例的低涡流损耗的变压器线圈通过上述方式能够减少整体的涡流损耗。
本实施例中，低涡流损耗的变压器线圈呈圆柱形，轴向宽度是指导线截面在低涡流损耗的变压器线圈轴向上的宽度，径向厚度是指导线截面在低涡流损耗的变压器线圈径向上的厚度。低涡流损耗的变压器线圈轴向上的中间部分为线圈主体段1，低涡流损耗的变压器线圈的一端部为线圈第一端段2，另一端部为线圈第二端段3。线圈主体段1、线圈第一端段2和线圈第二端段3可以采用不同缠绕方式制成，也可以采用相同的缠绕方式制成。在变压器中，本实施例的低涡流损耗的变压器线圈可以作为初级线圈也可以作为次级线圈。
本实施例中，主导线11的截面可以是矩形，主导线11的截面积满足变压器的导电要求，主导线11截面的轴向宽度大于径向厚度，便于主导线11缠绕成线圈主体段1。第一导线21的截面也可以是矩形，第一导线21的截面积满足变压器的导电要求，第一导线21截面的轴向宽度大于径向厚度，便于第一导线21缠绕成线圈第一端段2。主导线11的端部和第一导线21的端部通过焊接实现导电连接。第二导线31的截面也可以是矩形，第二导线31的截面积满足变压器的导电要求，第二导线31截面的轴向宽度大于径向厚度，便于第二导线31缠绕成线圈第一端段2。主导线11的端部和第二导线31的端部通过焊接实现导电连接。更具体地，第一导线21、主导线11和第二导线31依次串接。
请参阅图1和图3，作为本发明提供的低涡流损耗的变压器线圈的一种具体实施方式，线圈主体段1为连续式线圈或螺旋式线圈。
本实施例中，线圈主体段1可以是由主导线11缠绕成的连续式线圈或螺旋式线圈，具体地，线圈主体段1可以是多路连续式线圈、轴向并绕的多连续式线圈或一般连续式线圈，线圈主体段1也可以是轴向并绕的多螺旋式线圈和一般螺旋式线圈。
请参阅图1和图3，作为本发明提供的低涡流损耗的变压器线圈的一种具体实施方式，线圈第一端段2为连续式线圈或螺旋式线圈。
本实施例中，线圈第一端段2可以是由第一导线21缠绕成的连续式线圈或螺旋式线圈，具体地，线圈第一端段2可以是多路连续式线圈、轴向并绕的多连续式线圈或一般连续式线圈，线圈第一端段2也可以是轴向并绕的多螺旋式线圈和一般螺旋式线圈。
请参阅图1和图3，作为本发明提供的低涡流损耗的变压器线圈的一种具体实施方式，线圈第二端段3为连续式线圈或螺旋式线圈。
本实施例中，线圈第二端段3可以是由第二导线31缠绕成的连续式线圈或螺旋式线圈，具体地，线圈第二端段3可以是多路连续式线圈、轴向并绕的多连续式线圈或一般连续式线圈，线圈第二端段3也可以是轴向并绕的多螺旋式线圈和一般螺旋式线圈。
请参阅图1和图3，作为本发明提供的低涡流损耗的变压器线圈的一种具体实施方式，主导线11截面的轴向宽度和径向厚度的比值范围为4～6；第一导线21截面的轴向宽度和径向厚度的比值范围为1.9～3。采用此种结构，主导线11和第一导线21能够更好的适用于采用卷铁芯和叠片铁芯的变压器，也适用于采用E形或C形铁芯的变压器。
请参阅图1和图3，作为本发明提供的低涡流损耗的变压器线圈的一种具体实施方式，主导线11截面的轴向宽度和第一导线21截面的轴向宽度的比值范围为1～2，主导线11截面的径向厚度和第一导线21截面的径向厚度的比值范围为0.5～1。采用此种结构，主导线11和第一导线21能够更好的适用于采用卷铁芯和叠片铁芯的变压器，也适用于采用E形或C形铁芯的变压器。
请参阅图1和图3，作为本发明提供的低涡流损耗的变压器线圈的一种具体实施方式，线圈第一端段2包括沿轴向排列的多个子分段4，第一导线21包括分别绕成各个子分段4的多个子线段41；在由线圈主体段1向线圈第一端段2的方向上，多个子线段41的截面的轴向宽度和径向厚度之比逐渐减小。
与现有技术相比，本发明实施例的低涡流损耗的变压器线圈在使用时，例如套在铁芯柱外时，靠近线圈主体段1的子分段4靠近漏磁场的中间位置，靠近线圈第一端段2的子分段4靠近漏磁场的端部位置。通过在由线圈主体段1向线圈第一端段2的方向上，多个子线段的截面的轴向宽度和径向厚度之比逐渐减小，一方面，漏磁场的中间位置磁场轴向分量较大而径向分量较小，靠近线圈主体段1的子分段4的子线段截面的径向厚度较小，进而使漏磁场的中间位置的磁场在靠近线圈主体段1的子分段4中产生的涡流损耗较少，另一方面，从漏磁场的中间逐渐向一端移动，漏磁场的径向分量逐渐增大、轴向分量逐渐减小，靠近线圈第一端段2的子分段4的子线段截面的轴向宽度较小，进而使漏磁场端部逐渐增大的径向分量在靠近线圈第一端段2的子分段4中产生的涡流损耗较少，而由于漏磁场端部的轴向分量逐渐减小，使得靠近线圈第一端段2的子分段4的子线段的径向厚度增加并不会使涡流损耗显著的增加，从而避免了现有技术中单纯的增加导线截面的轴向宽度和径向厚度之比，导致漏磁场的端部在导线中产生的涡流损耗增多的情况。本发明实施例的低涡流损耗的变压器线圈通过上述方式能够减少整体的涡流损耗。
本实施例中，各个子分段4可以是包括一圈子线段也可以是包括两圈以上的子线段。
本实施例中，线圈第二端段3包括沿轴向排列的多个子分段，第二导线31包括分别绕成各个子分段的多个子线段；在由线圈主体段1向线圈第二端段3的方向上，多个子线段的截面的轴向宽度和径向厚度之比逐渐减小。
具体地，绕制低涡流损耗的变压器线圈的导线，在由中间向两端的方向上，导线各部分的轴向宽度和径向厚度之比逐渐减小，然后利用该导线螺旋的绕制成低涡流损耗的变压器线圈，使得在由线圈主体段1向线圈第一端段2和线圈第二端段3的两个方向上，多个子线段的截面的轴向宽度和径向厚度之比逐渐减小。
作为本发明提供的低涡流损耗的变压器线圈的一种具体实施方式，线圈第一端段2具有近侧和远侧，近侧的第一导线21的截面的轴向宽度和径向厚度之比大于远侧的第一导线21的截面的轴向宽度和径向厚度之比。对于E形铁芯的三个铁芯柱，在位于两侧的两个铁芯柱上套设本实施例中的低涡流损耗的变压器线圈，低涡流损耗的变压器线圈的近侧靠近中间的铁芯柱，远侧远离中间的铁芯柱。E形铁芯上位于两侧的两个铁芯柱，靠近中间铁芯柱一侧的漏磁场较为平直，远离中间铁芯柱一侧的漏磁场较为弯曲。第一导线21位于近侧的部分，其截面的轴向宽度和径向厚度之比较大，使得铁芯柱该侧平直的漏磁场在第一导线21位于近侧的部分产生的涡流损耗较小；第一导线21位于远侧的部分，其截面的轴向宽度和径向厚度较小，使得铁芯柱该侧弯曲的漏磁场在第一导线21位于远侧的部分产生的涡流损耗较小。
本实施例中，可以采用半圈截面的轴向宽度和径向厚度之比较小的导线和半圈截面的轴向宽度和径向厚度之比较大的导线头尾焊接在一起形成一整圈，从而制作成线圈第一端段2。也可以是，第一导线21采用异形导线，第一导线21上交替的分布有截面的轴向宽度和径向厚度之比较大的导线段和截面的轴向宽度和径向厚度之比较小的导线段，第一导线21绕制成线圈第一端段2后，截面的轴向宽度和径向厚度之比较大的导线段位于线圈第一端段2的近侧，截面的轴向宽度和径向厚度之比较小的导线段位于线圈第一端段2的远侧。
请参阅图1和图3，作为本发明提供的低涡流损耗的变压器线圈的一种具体实施方式，线圈主体段与线圈第一端段的轴向长度比值范围为1.5～1。
本实施例中，线圈第一端段2和线圈第二端段3的轴向长度相同。对于铁芯柱来说，漏磁场的两端对称，线圈第一端段2和线圈第二端段3的轴向长度相同，使得低涡流损耗的变压器线圈更加适用于铁芯柱或者类似的磁场。套在铁芯柱外的低涡流损耗的变压器线圈上，低涡流损耗的变压器线圈中间的线圈主体段所穿过的漏磁场，其轴向分量较大为主要部分、径向分量较小近乎可以忽略，将低涡流损耗的变压器线圈的此部分作为线圈主体段1，能够使线圈主体段1的涡流损耗较小。
请参阅图4，作为本发明提供的低涡流损耗的变压器线圈的一种具体实施方式，线圈主体段1包括同轴设置的主体子段12和调压子段13，主导线11包括第一子导线111和第二子导线112，主体子段12由第一子导线111绕制而成，调压子段13由第二子导线112绕制而成；第一子导线111截面的轴向宽度和径向厚度之比大于第二子导线112截面的轴向宽度和径向厚度之比。
参阅图4，在线圈主体段1中，主体子段处的漏磁场沿线圈主体段1的轴向较为平直，而调压子段处的漏磁场径向分量较大，采用此种设置可以减少调压子段的涡流损耗。图4中所展示的漏磁场磁力线仅供参考，实际中漏磁场的分布更为复杂。
请参阅图4，作为本发明提供的低涡流损耗的变压器线圈的一种具体实施方式，线圈主体段1包括两个主体子段12，调压子段13位于两个主体子段12之间。
请参阅图3，在使用时，可以将两个以上的低涡流损耗的变压器线圈同轴的套设在一起。
两个以上的低涡流损耗的变压器线圈同轴的套设在一起，使用时在一个低涡流损耗的变压器线圈中通电形成磁场，通过采用上述的低涡流损耗的变压器线圈结构，使得漏磁场在两个低涡流损耗的变压器线圈中产生的涡流损耗较少。
本实施例中，两个以上的低涡流损耗的变压器线圈同轴的内外套设，内部低涡流损耗的变压器线圈的线圈第一端段2和外部低涡流损耗的变压器线圈的线圈第一端段2同轴设置，内部低涡流损耗的变压器线圈的线圈主体段1和外部低涡流损耗的变压器线圈的线圈主体段1同轴设置。具体地，内部低涡流损耗的变压器线圈所采用的主导线11和外部低涡流损耗的变压器线圈所采用的主导线11可以是相同或不同的，内部低涡流损耗的变压器线圈所采用的第一导线21和外部低涡流损耗的变压器线圈所采用的第一导线21可以是相同或不同的。更具体地，套设在一起的两个低涡流损耗的变压器线圈，内部低涡流损耗的变压器线圈在轴向上的中心和外部低涡流损耗的变压器线圈在轴向上的中心在轴向上的距离不超过10mm。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低涡流损耗的变压器线圈，其特征在于，包括：
线圈主体段，由主导线绕制而成；
线圈第一端段，与所述线圈主体段同轴设置并位于所述线圈主体段的一端，由第一导线绕制而成，所述第一导线与所述主导线导电连接；以及
线圈第二端段，与所述线圈主体段同轴设置并位于所述线圈主体段远离线圈第一端段的一端，所述线圈第二端段由第二导线绕制而成，所述第二导线与所述主导线导电连接；
所述第一导线截面的轴向宽度和径向厚度之比小于所述主导线截面的轴向宽度和径向厚度之比，所述第二导线截面的轴向宽度和径向厚度之比小于所述主导线截面的轴向宽度和径向厚度之比。
2.如权利要求1所述的低涡流损耗的变压器线圈，其特征在于，所述线圈主体段为连续式线圈或螺旋式线圈。
3.如权利要求1所述的低涡流损耗的变压器线圈，其特征在于，所述线圈第一端段为连续式线圈或螺旋式线圈。
4.如权利要求1所述的低涡流损耗的变压器线圈，其特征在于，所述线圈第二端段为连续式线圈或螺旋式线圈。
5.如权利要求1至4任一项所述的低涡流损耗的变压器线圈，其特征在于，所述主导线截面的轴向宽度和径向厚度的比值范围为4～6；所述第一导线截面的轴向宽度和径向厚度的比值范围为1.9～3。
6.如权利要求1至4任一项所述的低涡流损耗的变压器线圈，其特征在于，所述主导线截面的轴向宽度和所述第一导线截面的轴向宽度的比值范围为1～2，所述主导线截面的径向厚度和所述第一导线截面的径向厚度的比值范围为0.5～1。
7.如权利要求1至4任一项所述的低涡流损耗的变压器线圈，其特征在于，所述线圈第一端段包括沿轴向排列的多个子分段，所述第一导线包括分别绕成各个所述子分段的多个子线段；在由所述线圈主体段向所述线圈第一端段的方向上，多个所述子线段的截面的轴向宽度和径向厚度之比逐渐减小。
8.如权利要求1至4任一项所述的低涡流损耗的变压器线圈，其特征在于，所述线圈主体段与所述线圈第一端段的轴向长度比值范围为1.5～1。
9.如权利要求1至4任一项所述的低涡流损耗的变压器线圈，其特征在于，所述线圈主体段包括同轴设置的主体子段和调压子段，所述主导线包括第一子导线和第二子导线，所述主体子段由所述第一子导线绕制而成，所述调压子段由所述第二子导线绕制而成；所述第一子导线截面的轴向宽度和径向厚度之比大于所述第二子导线截面的轴向宽度和径向厚度之比。
10.如权利要求9所述的低涡流损耗的变压器线圈，其特征在于，所述线圈主体段包括两个主体子段，所述调压子段位于两个所述主体子段之间。
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