CN1215500C - 漏磁型电力变换变压器 - Google Patents

Abstract

常规编织导线在高频区域上直流电阻和绕组阻抗都较高，因此不可能制造具有足够转换效率的电力变换变压器。在本发明中，编织导线由三束或以上导线束编织而成，每束是又包含多组绞合线，将其用作漏磁型电力变换变压器的绕组材料。编织导线的编织节距的设置使得一匝绕组长度与编织节距之间的比在0.5和2.5之间。

Description

漏磁型电力变换变压器

发明领域

本发明涉及一种漏磁型电力变换变压器，其可用于冷阴极射线管照明装置的共振变换器，和如开关电源和无触点充电器的共振变换器。更具体地讲，本发明涉及具有较大输出的电力变换变压器的构造，该种变压器使用编织导线作为绕组。

背景技术

象正在被小型化的许多类型的电气装置一样，迫切需要通过将这些装置的电源设备小型化、增大其频率和电力变换效率、降低其噪声水平等手段来改进这些电源设备。通常采用共振电路系统来实现该目的。这种共振电路系统使用一种零闩锁切换或零电流切换方法，其特征在于效率高且噪声水平低。这种共振电路系统主要利用电力变换变压器的漏感，并且在初级绕组和次级绕组的磁路之间提供较宽间隙。(下面，将具有该磁路结构的电力变换变压器称作“漏磁型电力变换变压器”。)

在运用电磁感应进行功率传输的无触点充电器的电力变换变压器中，初级绕组装在充电器侧，次级绕组装在无线装置侧。由于初级绕组和次级绕组出于功能原因而相互分开，在其磁路之间具有一个较宽的间隙，因此，这种变压器是一种漏磁型电力变换变压器。因此，共振电路系统也可用于无触点充电器。

共振变换器通过将电力变换变压器的漏感元件与电容器相结合而构成，电力可通过高频振荡而由初级绕组传送到次级绕组。

图5表示用于无触点充电器的电力变换变压器的一个例子。标号10所指表示传输侧，标号20所指表示接收侧(无线装置侧)。传输侧10的两个绕线架12包括绕线轴12a，其横截面为圆筒形，如图6所示。初级绕组13分别绕在每个绕线轴12a的周围。初级绕组13的引线与端子11连接，并固定在绕线架12上。两个初级绕组13通过端子11和印刷电路板上未示出的导电图形串联连接。标号15表示铁心，其中包括两个臂15a的U型磁化体。两个绕线架12通过将双臂15a插入绕线轴12a的孔中而固定到铁心15上。

接收侧20具有类似的结构。初级绕组23绕制在两个绕线架22的绕线轴22a上，绕线架22上固定有端子21。两个初级绕组23通过端子21和未示出的印刷电路板的导电图形而串联连接。标号25表示铁心，其中包括具有两个臂25a的U型磁化体组成的。两个绕线架22通过将所指双臂25a插入绕线轴22a的孔中而固定到铁心25上。

Litz(Litzendraht多股绞线)线通过将独立绝缘的单线绞结并组成束来制成(下称“绞合线”)，用作上述电力变换变压器中绕组的导线材料。通过使用Litz导线，可以降低集肤效应，电流密度会偏向绞合线的表面，这是绞合线本身的高频电流所产生磁场作用于电流本身所产生的结果，由于集肤效应也可以降低涡流损耗，即所谓的邻近效应，这是由其他绞合线的露磁通造成的。然而，当用于要求比较的大的输出的电力变换变压器中时，由于Litz线包含大量的绞合线，因此无法充分地加以绞合。当将该类型的Litz线用作漏磁型电力变换变压器的绕组导线时，一些绞合线会绕在铁心表面附近，另一些绞合线会绕在间隙附近，从而导致不同绞合线之间电感值的不同。绞合线之间的电磁耦合结果，当有高频电流通过它们时，电流会集中在具有较小电感值的绞合线中，由此增加绕组的损耗，并且难以提高变压器的效率。

因此，可以考虑使用编织线，因为在编织线中，几乎没有象绞合线那样的位置偏移，即使在其大量使用时也是如此。图7表示编织线30构造的一个例子，其中多束导线31被编织在一起，每束导线是由以水平行布置的多根绞合线31a组成的。编织线30所包含的不同的绞合线31是通过彼此平衡地改变其在上、下、左、右各个方向上的位置而编织在一起的。因此，成束导线31和绞合线31a的位置偏移要比Litz线的偏移大大减小。因此，绞合线31a的电感值变化较小。由此可以降低因电流集中在具有较小电感的绞合线中而增加的绕组损耗。

然而，常用的编织线30是以小节距螺旋编织的，例如在同轴电缆的外屏蔽线部分。由于绞合线31a的长度大大超过编织线30的实际长度，因此其直流电阻会比Litz线的大。还有，由于具有窄的编织节距的编织线的宽度会增加，在将多束导线绕在绕线轴上时，导线相互覆盖的部分就会增加。此时，磁链会从外层到里层逐渐增加，从而产生较强的集肤效应，并且在高频下增加绕组阻抗。由于在高频下直流电阻和绕组阻抗会增加，因此，使用通常的编织线30一直以来均未能获得具有足够转换效率的电力变换变压器。

发明概述

本发明的漏磁型电力变换变压器包括具有一臂的第一铁心；具有一臂的第二铁心；绕在第一铁心的臂上的初级绕组，和绕在第二铁心的臂上的次级绕组。初级绕组和次级绕组电磁耦合在一起。在第一铁心的臂和第二铁心的臂之间有至少一个间隙。初级绕组和次级绕组中的至少一个是包含有编织线，这种编织线由三束或以上的成束导线编织的，每束导线是包含许多绞合线。编织线的编织节距(P)大小为，绞合线的平均一匝绕组长度(W)与编织节距(P)之间的比(W/P)为0.5～2.5。

附图的简要说明

图1是本发明编织线的一个实施例的放大平面图；

图2是编织线构造的简化示意图；

图3表示绕组阻抗的频率特性的曲线图；

图4是曲线图，表示比率(W/P)和绕组阻抗之间的关系；

图5是电力变换变压器一实例的正截面图；

图6是沿图5的线6-6所截的截面图；

图7是常规编织线的放大平面图；

图8是电力变换变压器第二种实施例的正截面图；和

图9是电力变换变压器第三种实施例的正截面图。

优选实施例的描述

图1表示编织线50的一个实施例，这种编织线用作本发明漏磁型电力变换变压器中的绕组导线材料。编织线50包含多组导线束51，每个导线束包含五根绞合线51a，这些绞合线是以水平并列布置的；多组导线束51编织成圆筒形，然后压扁，形成扁平的编织线。编织线50不同于图6所示的常规编织线，因为它的编织节距(导线束51位置变化一周的距离)比常规编织线的长得多。

图2表示编织线50的简化构造，其中包含三个导线束51。在图2中，单根粗实线和细虚线各自代表导线束51。由于三个导线束51是编织在一起的，因而它们的位置也一起有规则地改变。如果把编织导线50绕在绕线轴12a(图6所示)或类似的装置上时，一匝线圈的长度表示为一匝绕组长度W，则我们可以选择其编织节距P，使得一匝绕组长度W与节距P之间的比(W/P)的值为0.5～2.5。顺言之，当将编织导线50绕制成多层绕组时，将单匝绕组的平均长度用作一匝绕组长度W。

本发明的漏磁型电力变换变压器的特征在于，在它的初级绕组和次级绕组中，至少有一个使用这种类型的编织导线50作为绕组材料。本发明同样可用于如图8所示那样的具有简化构造的无触点充电器的电力变换变压器。在图8中，对应于图5的部分采用相同的标号表示，标号10表示传输侧，标号20表示接收侧。初级绕组13绕制在发射侧10绕线架12的绕线轴12a上，而次级绕组23绕制在接收侧20绕线架22的绕线轴22a上。标号15和25表示具有臂15a和25a的铁心。

本发明还可应用于逆变器或变换器的电力变换变压器，如图9所示。该种变压器包括一个绕线架60和两个E型铁心75和85。两个绕组槽由三个齿61而分开，并且在绕线架60的圆筒形绕线轴62上提供。初级绕组73绕制在所述槽之一中，而次级绕组83则绕制在另一槽中。铁心75和85各自中间的臂75a和85a从相对的方向插入到绕线轴62的孔中，并且相互面对而在其间具有间隙90。铁心75和85的外臂75b和85b则面对面地相互接触。

具有图9所示构造的变压器使用具有不同编织节距的四种类型的编织导线和一个完全非编织导线束制成，各种不同类型的导线束都以相同的匝数(十八匝)绕制在初级绕组侧上。图3表示在不同频率下检测得到的初级侧的高频绕组阻抗的测量值。每个绕组的平均一匝绕组长度W大约为52mm；不同类型的导线束中所含绞合线的直径均为0.08，所含绞合线都是96组。铁心75和铁心85之间的间隙90为0.7mm。

在图3中，一点划线D表示当使用具有编织节距为17mm的常规编织导线30时所获得的特性。如图3所示，绕组阻抗会随着频率的升高而明显地增大。此时一匝绕组长度W和编织节距P之间的比(W/P)大约为3。虚线E表示当使用完全非编织导线束时的特性，绕组阻抗在大约300KHz以下情况下甚至要比一点划线D还要大。此时比(W/P)可认为几乎为零。

实线A、虚线B和两点划线C表示本发明的实施例，并且示出了使用具有节距分别为24mm、50mm、和100mm的编织导线时的各特性。在上述每种情况下的一匝绕组长度W和编织节距P之间的比(W/P)分别大约为2、1、和0.5。在这几种情况下，在高频区域中的绕组电阻的增加远小于一点划线D和虚线E。

图4表示在100KHz的正常工作频率下检测具有不同编织节距的编织导线时所获得的测量值，以及检测到的比(W/P)与绕组阻抗之间的关系。如图4清楚地所示，当一匝绕组长度W和编织节距P之间的比(W/P)小于0.5或大于2.5时，绕组阻抗会明显地增大。因此，选择编织导线的编织节距P时，应当，使得匝绕组长度W和编织节距P之间的比(W/P)在0.5和2.5之间。最好是，编织节距P应使得比(W/P)在1和2之间。

为了保证比(W/P)在0.5和2.5之间，可将一匝绕组长度W作为参照，编织节距P的大小应0.4到2.0倍于一匝绕组长度W。当编织导线的编织节距P小于或大于这个范围时，在高频区域中的绕组阻抗会增大。编织节距P越小，所采用的绞合线就越长，编织数就会增加，并且因此还会增加成本。当编织节距P太大时，绞线之间的位置关系会变差，并且很容易松绕，从而增加绕线操作的难度。

在本发明中，将编织绕组用作绕组材料，并且选择最适宜的编织节距作为变压器绕组部分的一匝绕组长度。按照本发明，不同绞合线之间的电感值几乎没有变化，并且绞线长度可减小到最小，由此降低直流电阻。还有，在高频区域中的绕组阻抗的增大可以减小，从而绕组损耗可降低，这样即可获得具有极其优异转换效率的电力变换变压器。当将本发明用于高频的大输出的漏磁型电力变换变压器时，其优点尤其明显。

Claims (4)

1、一种漏磁型电力变换变压器，其包括：

具有一臂的第一铁心；

具有一臂的第二铁心；

绕制在第一铁心的臂上的初级绕组；和

绕制在第二铁心的臂上的次级绕组；

所述初级绕组和所述次级绕组电磁耦合在一起；

在上述第一铁心的臂与第二铁心的臂之间有至少一个间隙；

所述初级绕组和所述次级绕组中的至少一个是包含编织导线组成的，这种编织导线由三束或以上导线束编织的，每束导线由多组绞合线组成；

编织导线的编织节距(P)的大小使得上述绞合线的平均一匝绕组长度(W)与编织节距(P)之间的比(W/P)在0.5到2.5之间。

2、权利要求1所述的漏磁型电力变换变压器，其中编织导线编织节距(P)应当使得绞合线的平均一匝绕组长度(W)与编织节距(P)之间的比(W/P)为1和2之间的数值。

3、权利要求1所述的漏磁型电力变换变压器，还包括具有圆筒形绕组的第一绕线架，上述第一铁心的臂插入其中，和具有圆筒形绕组的第二绕线架，上述第二铁心的臂插入其中；初级绕组绕制在上述第一绕线架的绕线轴上，次级绕组绕制在上述第二绕线架的绕线轴上。

4、权利要求1所述的漏磁型电力变换变压器，还包括具有圆筒形绕线轴的绕线架，其上有两个绕线槽，初级绕组绕在其中一个槽内，次级绕组绕在另一槽内；上述第一铁心的臂和第二铁心的臂从相对方向插入到绕线轴中，并且相互面对而在其间具有所述间隙。

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