CN1257518C - 一种可实现分数匝的通用变压器铁心及其绕组结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可实现分数匝的变压器铁芯及其绕组结构。传统的变压器都属于整数匝的结构，无法实现分数匝。在应用上带来诸多不便。本发明提供一种可实现分数匝的变压器铁芯，包括一个中柱和两个边柱的铁芯，至少在所述一个边柱上开设至少一个凹槽或至少一个通孔。本发明还提供一种利用上述变压器铁芯的变压器绕组结构，其变压器铁芯包括一个中柱和两个边柱的铁芯，至少在所述一个边柱上开设至少一个凹槽或至少一个通孔，绕组绕制所述中柱和所述边柱上，绕制在所述边柱上的绕组穿过所述凹槽或通孔。本发明提供的变压器结构可以实现分数匝的绕组结构。

Description

一种可实现分数匝的通用变压器铁心及其绕组结构

技术领域

本发明涉及变压器铁心，尤其涉及一种可实现分数匝的通用变压器铁心，还涉及利用这种变压器铁心制作的绕组结构。这种变压器铁心及其绕组结构可以广泛地应用于各种线性稳压电源、功率开关电源，能实现变压器电压的微调，能大大地简化功率电路的设计，并能提高电源装置的效率。

背景技术

图1所示的是一种传统的变压器铁心和绕组结构。这种结构的变压器实现的绕组匝数只能为整数匝。图1中，标号10为E形铁心，标号11和12分别为原边绕组和副边绕组。在某些应用场合，会要求变压器的匝数为分数匝。这样传统整数匝结构就无法实现分数匝绕组。例如，如果变压器的原边匝数设计为10匝，而变压器的变比要求为0.33，这时就要求副边匝数为3.3匝。而如果采用传统的整数匝绕组结构，只能将副边绕组取整数为3匝或4匝，这样就不得不将变压器的变比改变为0.3或0.4，使得改变后的变压器副边输出电压误差达到了9.1％或21.2％。另外，在功率开关电路中，若需要对变压器的输出电压作微调，由于无法在传统的变压器结构应用分数匝，所以只能通过外加调压电路的办法，这样既增加了电路的复杂程度，又增加了功率损耗。

为了克服上述变压器结构的缺点，传统上也有一种弥补方法。即在线圈的绕制方式上作了一些变化。如图2所示，副边绕组22在绕了整数匝之后，在铁心20的边柱上再绕一圈，这在边柱上的一圈相当于副边绕组22增加了0.5匝。因此，这种铁心及其绕组结构能实现精度为0.5匝的绕组匝数。

但这种实现分数匝的方案有较大的局限性，它们只能使变压器的匝数为0.5的倍数。所以，若要使变压器的匝数为其它的分数匝，这种方案就无能为力了。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种可实现分数匝的变压器铁心，利用这种铁心可以实现绕组的分数匝。

本发明的另一目的在于提供一种可实现分数匝的变压器绕组结构，这种绕组结构实现了绕组的分数匝。

根据上述目的，本发明提供的可实现分数匝的变压器铁心，包括一个中柱和两个边柱的铁心，至少在所述一个边柱上开设至少一个凹槽或至少一个通孔。

根据上述另一目的，本发明提供的利用上述变压器铁心的变压器绕组结构，其变压器铁心包括一个中柱和两个边柱的铁心，至少在所述一个边柱上开设至少一个凹槽或至少一个通孔，绕组绕制所述中柱和所述边柱上，绕制在所述边柱上的绕组穿过所述凹槽或通孔。

根据上述目的，本发明提供的可实现分数匝的变压器铁心，包括一个具有罐身和中柱的铁心，在所述罐身上至少开设一个凹槽或通孔。

根据上述目的，本发明提供的利用上所述变压器铁心的变压器绕组结构，其变压器铁心包括一个具有罐身和中柱的铁心，在所述罐身上至少开设一个凹槽或通孔，绕组绕制所述中柱上，并所述罐身上的凹槽或通孔穿出。

如上所述，由于本发明在铁心的边柱上开设了凹槽或通孔，这样，绕组可以在边柱上绕一圈，从而实现绕组的分数匝。凹槽或通孔的开设位置可以根据需要画调整，从而实现各种分数匝。

附图说明

下面结构附图详细描述本发明的实施例，并且，本发明的其它特征、优点和效果将通过下面的详细描述变得更为明显。附图中，

图1是传统整数匝变压器的结构示意图；

图2是传统的另一种可实现半匝绕组的变压器结构示意图；

图3是本发明的可实现分数匝的变压器铁心的结构示意图，其中图3A为EI型铁心的示意图，图3B是E型铁心的俯视图；

图4的示意图用于说明图3所示的变压器铁心结构实现分数匝的原理；

图5A-J分别示出了在图3所示的变压器铁心上，匝数为1.0至1.9的不同的绕法；

图6示出了本发明的变压器铁心的另一种形式；

图7示出了本发明的变压器铁心的再一种形式；

图8A-J分别示出了在图7所示的变压器铁心上，匝数为1.0至1.9的不同的绕法；

图9示出了本发明的变压器铁心的又一种形式；

图10是在EE型铁心的开设凹槽的示意图；

图11是在EC型铁心的开设凹槽的示意图；

图12是在RM型铁心的开设凹槽的示意图；

图13是在Q型铁心的开设凹槽的示意图；

图14是在POT型铁心上实施本发明构思的示意图；

图15是POT型铁心上实施本发明构思的另一个实施例的示意图；

图16是POT型铁心上实施本发明构思的再一个实施例的示意图。

具体实施方式

本发明是在传统的整数匝变压器的基础上进行了改进，其改进点主要是在包括边柱和中柱的铁心上，在其边柱上开设凹槽或通孔，这种结构实现分数匝的原理将在下面结构具体实施例进行描述。

如图3A和3B所示，图1所示的是较为典型的变压器结构(EI型)，它包括一个E型铁心32和一个I型铁心31。E型铁心32由一个中柱34和两个边柱33A和33B构成。本发明的技术方案是在E型铁心32的边柱33A和33B上各开设一个凹槽35A和35B。凹槽35A将边柱33A在截面积上分成两个部分，即图3B中的A1和A2；凹槽35B将边柱33B也在截面积上分成两个部分，即图3B中的A3和A4。调节凹槽35A和35B的位置，可以实现不同的分数匝，在本实施例中，凹槽35A将边柱33A在截面积上分割成1∶4，即A1∶A2＝1∶4；凹槽35B将边柱33B在截面积上分割成3∶2，即A3∶A4＝3∶2。

下面论述这种结构的变压器铁心实现分数匝的原理。

如图4A和4B，N_p、N_s分别为变压器原、副边的匝数，N_f是副边绕组绕过EI铁心边柱33B的截面A4的圈数；u_p、u_s、i_p和i_s分别为变压器原、副边的电压和电流；Φ₀、Φ₂分别是通过铁心中心柱34和左边柱33A的磁通；Φ₁₁是通过铁心右边柱33B的截面A4的磁通。

当变压器原边通以电流i_p，则在磁路中产生磁通Φ₀、Φ₂和Φ₁₁，其方向如图4B所示。由磁路定律得：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Φ}}_0=\frac{N_p{i}_p}{R_0+R_1\left|\right|R_2}\\ {\mathrm{\Φ}}_2=\frac{N_p{i}_p}{R_0+R_1\left|\right|R_2}\·\frac{R_1}{R_1+R_2}\\ {\mathrm{\Φ}}_{}=\frac{N_p{i}_p}{R_0+R_1\left|\right|R_2}\·r\\ r=\frac{R_2{R}_{12}}{R_{12}{R}_2+R_{11}{R}_{12}+R_2{R}_{11}}\end{array}\right.$

式中，R₀、R₁和R₂是变压器铁心的中心柱34及两个边柱33A和33B的磁阻；R₁₁、R₁₂分别是变压器铁心的右边柱33B上截面A4和A3所对应的铁心的磁阻；于是有R₁＝R₁₁‖R₁₂，即磁阻R₁等于磁阻R₁₁和R₁₂的并联。

又由电磁感应定律得

$\left\{\begin{array}{c}{u}_p=N_p\frac{d{\mathrm{\Φ}}_0}{\mathrm{dt}}\\ u_s=N_s\frac{d{\mathrm{\Φ}}_0}{\mathrm{dt}}\±N_f\frac{d{\mathrm{\Φ}}_{11}}{\mathrm{dt}}=(N_s\±N_f\·r)\frac{d{\mathrm{\Φ}}_0}{\mathrm{dt}}\end{array}\right.$

(式中的±号取决于绕组N_s和N_f的绕向，相同取正号，相反取负号)

所以变压器的变比为 $\frac{u_s}{u_p}=\frac{N_s\±N_f\·r}{N_p}=\frac{N_{\mathrm{se}}}{N_p},$ 于是变压器副边的等效匝数N_se为分数，这就实现了分数匝。因为磁阻 $R=\frac{l}{\mathrm{\μA}},$ 若假设磁阻R₁和R₂的磁路长度l相等，那么 $N_{\mathrm{se}}=N_s\±N_f\frac{A4}{A4+A3+A2+A1}=N_s\±N_f\frac{A4}{\mathrm{Ae}}.$ 其中，Ae是EI铁心的有效截面积，也就是铁心中心柱的截面积。

如果取A1＝(1/10)Ae，A2＝(4/10)Ae，A4＝(2/10)Ae，A3＝(3/10)Ae，即A1∶A2∶A3∶A4＝1∶4∶3∶2，则通过不同的绕制方法，就可以得到精度为1/10的分数匝来。其具体的绕制方法如图5所示。

图5中从图5A开始至图5J分别示出了匝数为1.0至1.9的绕制方法。

在本实施例中，是通过在边柱上开凹槽的方式将边柱分割成不同的截面积比，在另外的实施例中，也可以利用通孔的形式代替。其具体结构如图6所示，即在开设凹槽的位置处，开设通孔6A和6B，将绕组线圈穿过通孔6A或6B，也可实现绕组的分数匝，其原理与上述相同。

有关凹槽35A和35B的大小和深度以及通孔的形状和大小可根据绕组线圈在线径来确定。

上面的实施例在每个边柱上各开设了一个凹槽或开孔。下面的实施例是仅在一个边柱上开设一个凹槽。

如图7A和图7B所示，在E型铁心72的右边柱73B上开设一个凹槽75，而在左边柱73A上不开设凹槽。即在边柱上仅开设一个凹槽。该凹槽75将右边柱73B在截面积上分割成两个部分B1和B2，该两部分的面积比可以根据不同的匝数比需要确定。在本实施例中，将该两部分B1和B2的面积比确定为1∶4。这种结构的变压器同样可以实现不同的分数匝，其具体的绕制方式如图8所示，图8中从图8A开始至图8J分别示出了匝数为1.0至1.9的绕制方法。

下面描述的实施例是在每个边柱上分别开设两个凹槽的例子。

如图9A和9B所示，在E型铁心92的左边柱93A上，开设两个凹槽95A和95B，将左边柱93A在截面积上分割成三个部分C1、C2和C3；在右边柱93B上，也开设两个凹槽95C和95D，将右边柱93B在截面积上分割成三个部分C4、C5和C6。分割成的各个截面积之比可以根据不同的匝数比需要来确定。在本实施例中，其分割成的具体比例如下：C1∶C2∶C3＝1∶4∶1；C4∶C5∶C6＝1∶3∶2。这种结构的变压器能实现精度为1/12的分数匝。当然，量小分割可以根据需要来定，理论上可以达到无穷小。关于本实施例如何实现以1/12为倍数的分数匝，其与上面描述方法类似，因此，在此不再重复。

在图7和图9所示的实施例中，都是通过在边柱上开凹槽的方式将边柱分割成不同的截面积。应当理解，根据本发明的上述原理，同样可以用开孔来替代这些凹槽。

在上面的所述实施例中，以是EI型铁心为例来作说明，应当理解，本发明的上述构思同样可以适用于其它类型的铁心，例如图10所示的EE型铁心；图11所示的EC型铁心；图12所示的RM型铁心；图13所示的Q型铁心。这些铁心都包含有边柱，在边柱上开设凹槽或通孔的方式与在EI型铁心的实施例相类似，因此，在此不再针对每种类型的铁心进行具体的描述。

下面请参见图14A，图14A示出了在POT型铁心实施本发明的构思的示意图。虽然，POT型铁心的形式与EI型铁心有所不同(从形式上来看，它只有一个边柱，也称为罐身143，罐身143围绕中柱142)，但同样可以实施本发明的构思。如图14所示，在传统的POT型铁心的罐身143上，等间距地开设四个凹槽145，将罐身143的截面积均分成四等分。这种结构的铁心能实现1/4匝倍数的分数匝，其线圈绕制方法可以参见图图14B。

图15A和15B示出了在POT型铁心的罐身153上形设三个凹槽155的实施例。三个凹槽155将罐身153在截面积上分割成三个部分D1、D2和D3，这三部分的比例为D1∶D2∶D3＝1∶2∶2。这种比例的铁心可以实现1/5匝倍数的分数匝，其线圈绕制方式可以参见图15B。

显示，对于图14和图15所示的两个实施例，也可以用通孔来代替其中的凹槽，而同样能实现本发明的目的。图16示出了通孔结构的POT型铁心。在图16的实施例中，在罐身163上设置有8个通孔165，该8个通孔将罐身163在截面积上等分成8个部分，可以实现1/8匝倍数的分数匝。

上面以具体地详细描述本发明的各个较佳实施例，但是应当理解，上述这些并不是对本发明的范围的限制。对于本技术领域的一般人员来说，可以在不脱离本发明的精神的情况下，作出种种变化。因此，本发明的范围应由所附权利要求书来决定。

Claims (16)

1、一种变压器绕组，其变压器铁心包括一个中柱和两个边柱，至少在所述一个边柱上开设至少一个凹槽或至少一个通孔，绕组绕制在所述中柱和所述边柱上，绕制在所述边柱上的绕组穿过所述凹槽或通孔。

2、如权利要求1所述的变压器绕组，其特征在于，所述边柱上的凹槽或通孔将所述边柱的截面积分割成1∶4。

3、如权利要求1所述的变压器绕组，其特征在于，在所述二个边柱上都开设至少一个凹槽或至少一个通孔。

4、如权利要求3所述的变压器绕组，其特征在于，所述二个边柱上各开设一个凹槽或一个通孔。

5、如权利要求4所述的变压器绕组，其特征在于，所述一个边柱上的凹槽或通孔将所述边柱的截面积分割成1∶4；所述另一个边柱上的凹槽或通孔将所述另一个边柱的截面积分割成2∶3。

6、如权利要求3所述变压器绕组，其特征在于，在所述二个边柱上各开设两个凹槽或两个通孔。

7、如权利要求6所述的变压器绕组，其特征在于，所述一个边柱上的两个凹槽或通孔将所述边柱的截面积分割成1∶4∶1；所述另一个边柱上的两个凹槽或通孔将所述另一个边柱的截面积分割成1∶3∶2。

8、如权利要求1至6之一所述的变压器绕组，其特征在于，所述带两个边柱和一个中柱的铁心为EI型铁心。

9、如权利要求1至6之一所述的变压器绕组，其特征在于，所述带两个边柱和一个中柱的铁心为Q型铁心。

10、如权利要求1至6之一所述的变压器绕组，其特征在于，所述带两个边柱和一个中柱的铁心为EC型铁心。

11、如权利要求1至6之一所述的变压器绕组，其特征在于，所述带两个边柱和一个中柱的铁心为EE型铁心。

12、如权利要求1至6之一所述的变压器绕组，其特征在于，所述带两个边柱和一个中柱的铁心为RM型铁心。

13、一种变压器绕组，其变压器铁心包括一个罐身和中柱，在所述罐身上至少开设一个凹槽或通孔，绕组绕制所述中柱上，并从所述罐身上的凹槽或通孔穿出。

14、如权利要求13所述的变压器绕组，其特征在于，在所述罐身上开设四个凹槽或通孔，所述凹槽或通孔将所述罐身的截面积分割成1∶1∶1∶1。

15、如权利要求13所述的变压器绕组，其特征在于，在所述罐身上开设三个凹槽或通孔，所述凹槽或通孔将所述罐身的截面积分割成1∶2∶2。

16、如权利要求13所述的变压器绕组，其特征在于，在所述罐身上开设八个凹槽或通孔，所述凹槽或通孔将所述罐身的截面积平均分割。

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