CN201689768U

CN201689768U - 高频电力变压器

Info

Publication number: CN201689768U
Application number: CN2010201070314U
Authority: CN
Inventors: M·J·哈里森
Original assignee: Eaton Industries Co
Current assignee: Eaton Industries Co; Eaton Industrial Corp
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2020-01-28
Also published as: GB2480176A; CN101859635A; WO2010090534A2; WO2010090534A3; US20120086536A1; GB201113396D0

Abstract

一种高频电力变压器，其包含第一绕组、第二绕组和芯，其中：芯被布置为围绕第二绕组的至少一部分，第二绕组包含通过第二绕组的至少两个绕组孔，且第一绕组被布置为经过所述至少两个绕组孔。

Description

高频电力变压器

技术领域

本实用新型涉及高频电力变压器和构成高频电力变压器的方法。特别地，本实用新型涉及这样的高频电力变压器以及形成所述变压器的方法：其中，第一绕组被布置为经过第二绕组的至少两个绕组孔(windingaperture)。

背景技术

当构成高频电力变压器时，需要考虑多种可能的问题，以便使变压器尽可能有效和高效地运行。

第一个问题是“集肤效应”所引起的，其是AC(交流)现象。当AC流经导线或电缆等导体时，内部涡流在导体中产生。这些涡流使得电流密度在导体表面处比在导体中心处大。这是由于导体的有效电阻向着导体中心随着电流频率增大。

参照图1A，示出了沿着导体101的圆周的截面。假设AC信号经过导体101。由于AC信号，电流密度103被指示为在导体101边缘附近最强。参照图1B，同样的导体101被示为沿着其长度的截面，以便指示沿着导体表面的同样的电流密度103。

第二个问题由于电流集聚或“邻近效应”而导致。这发生在沿着导体的边缘处，其中，磁场强度(磁通)集中。这在变压器中特别重大，其中，第一隔离导体具有经过其的AC信号，从而产生磁场。第一导体的磁场在邻近的导体中感应出涡流，其改变电流通过邻近导体的分布。也就是说，电流集聚将沿着邻近第一导体的第二导体的表面发生。这有效地增大了邻近导体的AC电阻，并因此增大了发热和损耗。

参照图2，隔离导体201被示为紧邻邻近的导体203。交流205被示为经过隔离导体201。此电流205产生磁场207，其又产生将在邻近导体203中产生的涡流。涡流使得电流集聚209问题与在邻近导体203的表面附近流动的电流相关联。也就是说，集聚问题是由于绕组邻近区域的电流集中引起的。

一种已知的移除这些效应的方法是使用Litz导线，其由彼此个体绝缘并扭在一起的多个较小直径的导线构成。这在某种程度上有助于减小集肤效应以及邻近效应。然而，Litz导线昂贵。

本实用新型的目的在于克服或至少缓和某些或全部上面提到的问题，或至少向公众提供有用的选择。

实用新型内容

根据一实施形态，本实用新型提供了一种高频电力变压器，其包含第一绕组、第二绕组和芯，其中：芯被布置为围绕第二绕组的至少一部分，第二绕组包含通过第二绕组的至少两个绕组孔，第一绕组被布置为经过所述至少两个绕组孔。

根据另一实施形态，本实用新型提供了一种构成包含第一绕组、第二绕组和芯的高频电力变压器的方法，该方法包含以下步骤：将芯布置为围绕第二绕组的至少一部分，将第一绕组布置为经过第二绕组的至少两个绕组孔。

根据本实用新型的特定实施例，降低了与电流集聚以及集肤效应相关联的问题。

附图说明

现在将参照附图仅仅以举例的方式介绍本实用新型的实施例，在附图中：

图1A示出了导体截面部分上的集肤效应；

图1B示出了导体上的集肤效应；

图2示出了邻近导体上的电流集聚效应；

图3示出了根据本实用新型一实施例的高频电力变压器的绕组；

图4示出了根据本实用新型一实施例的高频电力变压器的前视图；

图5A示出了根据本实用新型另一实施例的高频电力变压器的绕组的透视图；

图5B示出了根据本实用新型另一实施例的高频电力变压器的透视图；

图6示出了根据本实用新型另一实施例的高频电力变压器的绕组的截面图；

图7A示出了根据本实用新型另一实施例的高频电力变压器的绕组；

图7B示出了在进一步的制造步骤之后的图7A的绕组。

具体实施方式

现在介绍高频电力变压器的第一实施例。高频变压器可如同例如在开关式电源或转换器中使用的那样使用。

图3示出了根据此实施例的高频电力变压器的绕组。

在此实施例中，绕组301由挤压铜块形成。然而，将会明了，绕组也可由用于构成变压器绕组的一种或多于一种的其他合适的导电材料形成，例如铝。

绕组301可由固体铜块形成，其中，使用例如铣削等任何已知的合适技术，将部分铜从块中移除。在此实施例中，绕组被形成为实质上为C或U形部分，其包含大致互相平行的两个侧腿部分(side leg portion)303以及连接侧腿部分303的顶部305。在此实施例中，绕组301为一个单片铜片。也就是说，绕组的侧部和顶部被形成为一个一体化元件。

透过各个侧部303形成多个孔或洞307，使其从各个侧部的最接近顶部305的末端延伸到侧部的相反的远端。也就是说，洞(绕组孔)的矩阵(matrix)从侧部303的顶到底透过。使用例如钻孔等任何合适的已知制造技术来形成洞。

另外，在侧部的底(即不邻近顶部的远端)上形成多个插脚309，插脚309的形状被设计为使得绕组能被附着或焊接到电路板，例如印刷电路板(PCB)。这些接触插脚也可使用任何合适的制造技术形成，例如铣削。

图4示出了使用参照图3介绍的绕组301的高频电力变压器的前视图。在此实施例中，绕组301为变压器的副方绕组。原方绕组(401A和401B)由固体铜线构成。各个铜线具有在导线外周缘周围形成的电气绝缘材料。在此实施例中，绝缘材料被设置为三层，以便保证原方与副方绕组之间存在增强的绝缘层。将会明了，作为替代方式，绝缘层的数量可以改变。绝缘材料可以为任何合适的电绝缘材料，例如。

原方绕组401经过由副方绕组301的洞307形成的通道403。铁氧体芯405设置在侧部的外表面上，并在C形绕组块301内形成的孔中。也就是说，芯包含：第一芯孔，副方绕组的第一侧部的至少一部分被放置为穿过第一芯孔；第二芯孔，副方绕组的第二侧部的至少一部分被放置为穿过第二芯孔。

末端插脚309用于经由PCB上的对应的洞将变压器的副方绕组附着到PCB板407。

因此，在原方绕组环路(loop)的四个侧面中的两个上，原方绕组被封闭或封装在副方绕组内。

通过以这样的方式形成变压器，大大降低了现有技术中已知的变压器的与集肤效应相关联的问题和电流集聚问题。这是因为原方绕组被副方绕组封装或封闭。通过将原方绕组封装或封闭在副方绕组内，原方绕组通量之和不会导致在在副方绕组内产生电流集聚的涡流。相反，各个个体原方绕组在原方绕组经过的通道周围形成的局部区域周围在副方绕组部分中感应总磁通量的一部分。因此，沿绕组周围流动的电流在整个周围分布，使得电流集聚问题得到缓和。

进一步的实施例

图5A示出了根据本实用新型进一步的实施例的高频电力变压器绕组501的绕组的透视图。

在此实施例中，在原方绕组环路的三个侧面上，变压器的原方绕组被封闭或封装在副方绕组内。

副方绕组501由三个不同的铜片构成。第一铜片构成绕组的顶部503。铜顶部在截面上实质上是矩形的，顶部503的相反的侧边包含斜切边。第二以及第三铜部分包含侧部505，其与底部507一体化地形成，以便构成实质上为L形的部分。各个侧部505的顶边由斜切边形成，其在组装时与顶部503的邻近的斜切边对应。

在顶部503和侧部505的各个之内形成多个通道(509A，509B，509C，509D)，其纵向透过各个部分。这些通道可使用任何合适的制造技术形成，例如钻孔。这些通道用于允许原方绕组513经过副方绕组，使其被封装或封闭在之中。在制造过程中，原方绕组可首先经过侧部之一的一个通道，接着，经过顶部以及其余侧部的通道。顶部503于是可在两个侧部505的顶上被放置在合适的位置，以便对准通道并形成完整的副方绕组501。也就是说，在使原方绕组经过副方绕组通道之后，顶部被附着到侧部。

图5B示出了根据本实用新型进一步的实施例的高频电力变压器的透视图。

在此实施例中，变压器的形式类似于在第一实施例中所介绍的，除副方绕组外。此实施例中的副方绕组不是由一个单片铜片形成，而是由三个分立的片形成。副方绕组的两个分立的侧部515由矩形截面的铜片形成。这些侧部具有使用与上面介绍的相同的技术在其中形成的洞517。洞用于产生原方绕组(521&523)经过的通道，如上面所介绍的那样。具有矩形截面的分立的固体铜块被放置在中间铁氧体芯519顶上并在各个侧部515之间。

由于在芯519的主支(limb)之间邻近效应在量值上最大，在侧部515中获得最大的优点，绕组可简单地绕卷在邻近效应小得多的末端521上。这在牺牲很小的优点的同时简化了结构。

图6示出了根据本实用新型进一步的实施例的高频电力变压器的副方绕组的截面图。

根据此实施例，副方绕组由多个层叠部分形成。第一层叠部分601优选为通过挤压由铜构成。第一叠层部分在一开始在截面上是矩形的，接着，沿着其长度的一侧形成多个半圆形的孔通道603。也就是说，各个孔被形成为产生具有半圆截面的孔。第二层叠部分605以类似的方式产生，以便形成对应的孔通道607。因此，当第一与第二层叠部分601&605被放置为彼此紧邻时，形成原方绕组可经过的整圆孔。用于原方绕组的进一步的通道通过在第二层叠部分的相反侧上提供多个其他的半圆孔608形成，其将与紧贴层叠放置的另外的层叠部分对应。

此实施例允许在孔通道603上原方绕组绕卷在层叠层601的周围。随后，下一个层叠层605被放在适当的位置以使原方绕组进一步被绕卷在第二层叠层605的孔通道608周围。随后，可使用闭合通道的进一步的层叠层601，或者，如果需要进一步的绕组，可使用增加更多孔(通道)的进一步的层叠层605。

一旦层叠部分形成，它们使用任何已知的合适层叠固定技术固定在一起，例如。

因此，可在副方绕组中形成多个通道，而不需要钻通副方绕组部分的长度。层叠可用在图3-5B所示的实例中。

图7A示出了根据本实用新型另一实施例的高频电力变压器的绕组。

图7A所示的副方绕组701由一个单片铜片形成。原方绕组经过的通道703使用任何合适的技术在通道内形成，例如钻孔。绕组701于是通过弯曲铜片而形成为实质上的U形，如图7B所示。原方绕组于是被馈经副方绕组的通道，以便形成完整的变压器。

或者，一系列弯曲的层叠层可用于形成完整的绕组，并且，以与上面介绍的类似的方式，使原方绕组在层叠层被放在一起时被放置在副方绕组周围。也就是说，层叠层被创建为如图6所示以及参照图6所介绍的那样，并接下来被弯曲，从而形成副方绕组。

这提供了附加的优点，因为将边从副方绕组移除，使得流经绕组的电流不受到边缘区域内的电流集聚问题影响。

将会明了，本实用新型在这里介绍的实施例仅仅是举例的形式，在不脱离本实用新型的范围的情况下，可作出多种修改和改变。

另外，将会明了，对原方绕组和副方绕组的引用可互换。

另外，将会明了，可能存在在绕组内形成的两个或多于两个的孔或通道。

另外，将会明了，顶部的轮廓——无论是否为绕组的一体化部分——可以是线形轮廓、曲线形轮廓或不规则形状轮廓。

Claims

1.一种高频电力变压器，其包含第一绕组、第二绕组和芯，其中：

芯被布置为围绕第二绕组的至少一部分，

第二绕组包含通过第二绕组的至少两个绕组孔，且

第一绕组被布置为经过所述至少两个绕组孔。

2.根据权利要求1的变压器，其中，芯包含第一与第二芯孔，第二绕组的至少一部分被布置在所述芯孔中。

3.根据权利要求1的变压器，其中，第二绕组为副方绕组，第一绕组为原方绕组。

4.根据权利要求1的变压器，其中，第二绕组包含绕组孔的矩阵。

5.根据权利要求1的变压器，其中，第二绕组包含被形成为一个一体化元件的第一侧部、第二侧部和顶部。

6.根据权利要求1的变压器，其中，第二绕组包含作为接合在一起以形成第二绕组的分立元件的第一侧部、第二侧部和顶部。

7.根据权利要求5或6的变压器，其中，第一侧部被连接到顶部的第一边，第二侧部被连接到顶部的第二边，第一边与第二边相反。

8.根据权利要求5或6的变压器，其中，第一与第二侧部被布置为从顶部以实质上垂直于顶部的方向延伸。

9.根据权利要求5或6的变压器，其中，芯包含第一与第二芯孔，且第一侧部至少部分布置在第一芯孔内，第二侧部至少部分布置在第二芯孔内。

10.根据权利要求5或6的变压器，其中，绕组孔的一个或多于一个纵向地透过第一侧部形成，一个或多于一个的绕组孔纵向地透过第二侧部形成。

11.根据权利要求10的变压器，其中，一个或多于一个的绕组孔纵向地透过顶部形成，使得第一和第二侧部中的个体绕组孔与顶部中的个体绕组孔对准。

12.根据权利要求5或6的变压器，其中，顶部具有曲线形的轮廓。

13.根据权利要求5或6的变压器，其中，顶部具有线形的轮廓。

14.根据权利要求5或6的变压器，其中，顶部具有不规则形状的轮廓。

15.根据权利要求1的变压器，其中，第二绕组包含用于将第二绕组连接到电路板的接触插脚。

16.根据权利要求1的变压器，其中，第一绕组包含具有多个绝缘层的固体铜线。

17.根据权利要求1的变压器，其中，第二绕组由多个层叠部分构成。

18.根据权利要求17的变压器，其中，层叠部分包含用于使第一绕组定位于其中的多个孔。