CN202373431U

CN202373431U - 线圈装置、复合线圈装置以及平面变压器

Info

Publication number: CN202373431U
Application number: CN2011203518527U
Authority: CN
Inventors: 伊斯雷尔·戈麦斯·贝尔特兰; 谢永涛
Original assignee: Astec International Ltd
Current assignee: Astec International Ltd
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2021-09-07

Abstract

提供一种线圈装置、复合线圈装置和平面变压器。该线圈装置包括：彼此叠合的第一和第二绕组部分，第一和第二绕组部分分别是使用双线绕法绕制初级线圈绕线与次级线圈绕线而成，且第二绕组部分的绕线与第一绕组部分的绕线以相反方向绕制；其中，第二绕组部分靠近中心的线圈绕线与第一绕组部分靠近中心的线圈绕线是不同级的线圈绕线。此设计避免了同一线圈装置内的邻近损失所引起的电流损失，提高了线圈装置和平面变压器的效率。

Description

线圈装置、复合线圈装置以及平面变压器

技术领域

本实用新型涉及一种线圈装置、复合线圈装置以及平面变压器，尤其涉及一种具有初级线圈和次级线圈的高耦合度的绕组结构的线圈装置、复合线圈装置以及平面变压器。

背景技术

近年来，用于DC-DC转换器等的、具有低高度的平面变压器的需求增加。特别是，在用于小型DC电源等的DC-DC转换器所使用的情况下，期望使用小型且高度低的平面变压器。另外，众所周知，液晶显示装置等背光灯使用普通荧光灯，而在用于驱动该荧光灯的逆变电路中也需要小型的平面变压器。

传统地，在制造装入到平面变压器中的线圈装置时，为了减小厚度、提高初级线圈和次级线圈的耦合度，一般将初级线圈绕线以平面状绕制，以形成第一绕组部分；将次级线圈绕线以平面状绕制，以形成第二绕组部分。然后，为了解决接线端问题，将第一绕组部分与第二绕组部分相叠合，以做成平面变压器型线圈装置。接着，准备多组(两组或更多)这种变压器型线圈装置，装入到磁芯中，以制造平面变压器。

图1是示意性示出传统平面变压器100的线圈装置的连接配置的电路图。图2是示意性示出图1中所示传统平面变压器100的绕组结构的截面图。在图2中，深色圆点代表初级线圈绕线，浅色圆点代表次级线圈绕线。如图1和图2所示，变压器100包括8个初级线圈(初级线圈的输入端为1S，输出端为1F)和8个次级线圈(次级线圈的输入端为2S，输出端为2F)，并且初级线圈和次级线圈相互绝缘地交替叠合。该8个初级线圈中的相邻的两个初级线圈分别串联连接，从而形成4个初级线圈串联组。而该4个初级线圈串联组相互并联连接。该变压器的8个次级线圈组件全部并联连接。这种交替布置的好处是能够减少初级和次级线圈之间的交流电阻。

实用新型内容

然而，上述传统的绕线方法，会带来交流损耗的问题。这是因为：在同一绕组的同一层中，或者在同一绕组的不同层间(同一绕组可能有两层或两层以上的绕线，如图2中所示)，流经两条相邻的绕线的电流方向相同。从而，邻近效应引起较高的交流损耗。

此外，在采用传统的绕线方法时，初级与次级线圈绕线甩出的接线端位于磁芯的同一侧。这将会引起接线端问题。具体来说，在初级与次级线圈绕线之间需要进行隔离，而初级与次级线圈绕线的接线端在磁芯同一侧容易引起漏电和电气间隙问题。

另外，如图1和图2中所示，组成初级线圈串联组的初级线圈是相邻的线圈，换句话说，每一个初级线圈串联组位于变压器组件的特定区域中。这将引起交流电阻的差别。交流电阻的差别可能是由于芯隙附近的边缘通量、导线长度的不同或导线温度的不同而引起的。该交流电阻的差别引起初级绕组之间的电流不平衡，进而引起次级绕组之间的电流不平衡。

考虑到现有技术中存在的问题，本实用新型的一个目的是提供一种使得能够交织设置初级与次级线圈绕线，从而避免发生邻近效应导致的交流损耗的线圈装置、复合线圈装置和平面变压器。

根据本实用新型的一个实施例，提供一种线圈装置，包括：彼此叠合的第一和第二绕组部分，第一和第二绕组部分分别是使用双线绕法绕制初级线圈绕线与次级线圈绕线而成，且第二绕组部分的绕线与第一绕组部分的绕线以相反方向绕制；其中，第二绕组部分靠近中心的线圈绕线与第一绕组部分靠近中心的线圈绕线是不同级的线圈绕线。

在根据该实施例的线圈装置中，初级线圈绕线与次级线圈绕线在相同绕组部分和不同绕组部分之间都相互交织的布置。从而避免了邻近效应带来的交流损耗，减小了铜损。此外，通过采用双线绕线法对线圈进行绕制，并将绕组部分相叠合来制造线圈装置，制造工艺简单，从而可以降低生产成本。

进一步地，第一绕组部分的初级线圈绕线比次级线圈绕线多穿过2m+1次磁芯，并且第二绕组部分的初级线圈绕线比次级线圈绕线多穿过2n+1次磁芯，其中m、n为自然数。

可选择地，第一绕组部分的次级线圈绕线比初级线圈绕线多穿过2x+1次磁芯，并且第二绕组部分的次级线圈绕线比初级线圈绕线多穿过2y+1次磁芯，其中x、y为自然数。

根据上面的实施例的线圈装置通过使初级线圈绕线和次级线圈绕线的接线端位于磁芯的不同侧，解决了初级与次级线圈绕线的接线端之间的诸如漏电、电气间隙等接线端问题。

根据本实用新型的另一个实施例，提供一种复合线圈装置，复合线圈装置是通过将多个线圈装置叠合而成的，多个线圈装置由初级线圈和次级线圈构成，其中，多个线圈装置中的至少一个线圈装置包括：彼此叠合的第一和第二绕组部分，第一和第二绕组部分分别是使用双线绕法绕制初级线圈绕线与次级线圈绕线而成，且第二绕组部分的绕线与第一绕组部分的绕线以相反方向绕制；其中，第二绕组部分靠近中心的线圈绕线与第一绕组部分靠近中心的线圈绕线是不同级的线圈绕线。

根据本实用新型的再一个实施例，提供一种平面变压器，平面变压器由多个顺序叠合的线圈装置以及磁芯构成，其中，多个线圈装置中的至少一个线圈装置包括：彼此叠合的第一和第二绕组部分，第一和第二绕组部分分别是使用双线绕法绕制初级线圈绕线与次级线圈绕线而成，且第二绕组部分的绕线与第一绕组部分的绕线以相反方向绕制；其中，第二绕组部分靠近中心的线圈绕线与第一绕组部分靠近中心的线圈绕线是不同级的线圈绕线。

进一步地，在对复合线圈装置或平面变压器中的各线圈进行串联连接时，每个初级串联线圈组合中的线圈被相对于整个复合线圈装置或平面变压器中的所有线圈装置均匀地布置，每个次级串联线圈组合中的线圈相对于整个复合线圈装置的中心或者平面变压器中所有线圈叠合的中心对称地布置。

该布置缓解了初级绕组之间、进而次级绕组之间的电流不平衡问题。

根据本实用新型的实施例，利用初级线圈绕线与次级线圈绕线之间的交织布置，避免了邻近效应所引起的电流损失。并且，通过等间距地选择串联连接的线圈，缓解了初级线圈以及次级线圈中的电流不平衡。从而，提高了线圈以及变压器的效率。此外，通过改进绕线的缠绕匝数，避免了接线端问题。

附图说明

参照下面结合附图对本实用新型实施例的说明，会更加容易地理解本实用新型的以上和其它目的、特点和优点。在附图中，相同的或对应的技术特征或部件将采用相同或对应的附图标记来表示。在附图中不必依照比例绘制出单元的尺寸和相对位置。

图1是示意性示出传统平面变压器型线圈装置的绕组结构和连接的电路图。

图2是示意性示出图1中所示传统平面变压器的绕组结构的截面图。

图3A是示出根据本公开实施例的线圈装置的构造方式的示意图。

图3B是示出线圈装置沿图3A中x-x方向的横截面的截面图。

图4是示出根据本公开另一个实施例的线圈装置的构造方式的示意图。

图5A是示意性示出根据图4中所示实施例的线圈装置的立体图。

图5B是示意性示出根据图4中所示实施例的线圈装置的正视图。

图6是示意性示出根据本公开实施例的复合线圈装置的绕组结构和连接的电路图。

图7是示意性示出根据本公开实施例的平面变压器的绕组结构的截面图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本实用新型的实施例。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本实用新型无关的、本领域技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

图3A是示出根据本公开实施例的线圈装置300的构造方式的示意图。如图3A所示，线圈装置300包括第一绕组部分A和第二绕组部分B。附图标记303表示线圈装置300所应用于的平面变压器的磁芯。在本实施例中，磁芯303为E型磁芯。显然地，根据设计需要，也可以采用其它各种类型的磁芯。为了清楚的目的，在图3A中在左、右侧分开地显示第一、第二绕组A、B。实际上，在线圈装置300中，第一绕组部分A和第二绕组部分B是彼此叠合的。

第一绕组部分A和第二绕组部分B分别是使用双线绕法绕制初级线圈绕线与次级线圈绕线而成。在图3A中，初级线圈绕线与次级线圈绕线分别用深、浅两种不同的颜色表示。例如，如果浅色绕线301和305代表初级线圈绕线，则深色绕线302、304代表次级线圈绕线。反之亦可。

在图3A的实施例中，第二绕组部分B的绕线305和304与第一绕组部分A的绕线301和302以相反方向绕制。

此外，比较左右侧的绕组部分A和B可见，第二绕组部分B靠近中心的线圈绕线(304)与第一绕组部分A靠近中心的线圈绕线(301)是不同级的线圈绕线。换句话说，如果第一绕组部分A靠近中心的线圈绕线(绕线301)是初级线圈绕线，则第二绕组部分B靠近中心的线圈绕线(绕线304)是次级线圈绕线。相反，如果第一绕组部分A靠近中心的线圈绕线(绕线301)是次级线圈绕线，则第二绕组部分B靠近中心的线圈绕线(绕线304)是初级线圈绕线。

这种布置的优点是：使得初级线圈绕线与次级线圈绕线交织的分布，从而避免了邻近效应带来的交流损耗，从而提高线圈效率。

从图3B中可以更清楚地看到这种交织结构。图3B是示出线圈装置300沿图3A中x-x方向的横截面的截面图。其中，当绕线301、305表示初级线圈绕线，绕线302、304表示次级线圈绕线时，图3B中的W1表示初级线圈绕线，W2表示次级线圈绕线。在绕组部分A和B相互叠合以构成线圈装置300的情况下，无论是在相同绕组部分(A或B)中，还是在不同绕组部分之间(A和B之间)，初级线圈W1和次级线圈W2都不相邻，而是呈交织形式排列。

另外，在图3A所示实施例中，绕线301和302分别5次穿过磁芯303的左侧，并且分别5次穿过磁芯303的右侧。因此，绕线301和302的匝数都为5。相似地，导线305和304的匝数也都为5。由于在采用双线绕法绕制初级与次级线圈绕线时，初级与次级线圈绕线的起始端位于磁芯的同一侧。则采用图3A中所示的绕制方法，在最后一匝，初级与次级线圈绕线将在磁芯的同一侧结束。从而，有可能发生漏电、电气间隙等接线端问题。

图4是示出根据本公开另一个实施例的线圈装置400的构造方式的示意图。其中，第一绕组部分A’的绕线401比绕线402多穿过一次磁芯，并且第二绕组部分B’的绕线405比绕线404多穿过一次磁芯。具体来说，在图4所示的实施例中，绕线401比绕线402多绕制半圈，且绕线405比绕线404多绕制半圈。可以理解，在具体实现中，多绕制的圈数不限于此，只要使得不同级线圈的接线端彼此远离即可。例如，第一绕组部分A’的绕线401可以比绕线402多穿过2m+1次磁芯，并且第二绕组部分B’的绕线405可以比绕线404多穿过2n+1次磁芯，其中，m、n为自然数。当然，当多穿过磁芯的次数大于1(例如多穿过3、5次等)时，在多绕制的同级线圈间容易发生邻近效应，引起交流损耗的增加。

具体来说，在图4所示的实施例中，绕线402分别5次穿过磁芯403的左侧和右侧(5匝)。而绕线401有5次穿过磁芯403的右侧，但6次穿过磁芯403的左侧(5.5匝)。相对应地，作为绕线402的同级线圈的绕线404分别5次穿过磁芯403的左侧和右侧(5匝)。而作为绕线401的同级线圈的绕线405有5次穿过磁芯403的右侧，但6次穿过磁芯403的左侧(5.5匝)。

这种结构的优点是：在绕制的最后一匝，初级线圈绕线与次级线圈绕线将分别在磁芯的不同侧结束。从而，避免了漏电、电气间隙等接线端问题。这在图5A和图5B中将看得更加清楚。

图5A是示意性示出根据图4中所示实施例的线圈装置400的立体图。图5B是示意性示出根据图4中所示实施例的线圈装置400的正视图。

如图5A和5B所示，线圈装置400包括彼此叠合的第一绕组部分A’和第二绕组部分B’。且在绕制的最后一匝，线圈绕线W1与线圈绕线W2(W1、W2分别是初级线圈绕线和次级线圈绕线之一)分别在磁芯的不同侧结束。

在线圈装置以及变压器领域中，经常通过将多个线圈装置相叠合来构成适合设计需要的复合线圈装置。

根据本公开的一个实施例，公开了一种复合线圈装置。该复合线圈装置是通过将多个线圈装置叠合而构成的。该多个线圈装置由初级线圈和次级线圈构成。其中，该多个线圈装置中的至少一个线圈装置具有上面描述的实施例中所提供的线圈装置的结构。具体来说，该复合线圈装置所包括的多个线圈装置中的至少一个线圈装置可以包括：彼此叠合的第一和第二绕组部分。该第一和第二绕组部分分别是使用双线绕法绕制初级线圈绕线与次级线圈绕线而成，且第二绕组部分的绕线与第一绕组部分的绕线以相反方向绕制。此外，第二绕组部分靠近中心的线圈绕线与第一绕组部分靠近中心的线圈绕线是不同级的线圈绕线。

可选择地，该至少一个线圈装置可以被配置为：其第一绕组部分的初级线圈绕线比次级线圈绕线多穿过2m+1次磁芯(多m+0.5圈)，并且第二绕组部分的初级线圈绕线比次级线圈绕线多穿过2n+1次磁芯(多n+0.5圈)，其中m、n为自然数。或者，该至少一个线圈装置可以被配置为：其第一绕组部分的次级线圈绕线比初级线圈绕线多穿过2x+1次磁芯(多x+0.5圈)，并且第二绕组部分的次级线圈绕线比初级线圈绕线多穿过2y+1次磁芯(多y+0.5圈)，其中x、y是自然数。

在使用这种复合线圈装置的应用中，可能需要从外部对复合线圈装置中的各级(初级和次级)线圈选择性地进行串联连接。如上面讨论过的，当相互串联的线圈分布不均匀时，例如，将相邻的线圈相串联时，可能引起绕组中电流的不平衡。因此，根据本公开的一个实施例，在对复合线圈装置中的各线圈进行串联连接时，可以将每个初级串联线圈组合中的线圈相对于整个复合线圈装置均匀地布置，而将每个次级串联线圈组合中的线圈相对于复合线圈装置的中心对称地布置。

图6是示意性示出根据本公开实施例的用于变压器的复合线圈装置600的绕组结构和连接的电路图。

如图6所示，复合线圈装置600具有4个初级线圈串联绕组，并且这4个初级线圈串联绕组之间并联连接。如图6所示，线圈A和B与线圈I和J串联连接。线圈C和D与线圈K和L串联连接。线圈E和F与线圈M和N串联连接。且线圈G和H与线圈O和P串联连接。而次级线圈相邻的两个互相串联，从而组成8个次级线圈串联绕组。这8个次级线圈串联绕组并行连接。

在图6的实施例中，在对复合线圈装置600中的各线圈进行串联连接时，将每个串联的初级线圈组合(初级串联线圈组合)中的线圈相对于整个复合线圈装置600均匀地布置，并且，将每个串联的次级线圈组合(次级串联线圈组合)中的线圈相对于复合线圈装置600的中心(图6中所示“间隔”处)对称地布置。从而避免了绕组间电流的分布不平衡。

虽然图6中示出了16个线圈装置所组成的复合线圈装置600的示例。但是，可以理解，复合线圈装置600只是示例性的，其包含的线圈装置的数量和连接关系都可以根据设计需求改变。只要在对各线圈进行串联时，将每个串联的线圈组合中的线圈相对于整个复合线圈装置均匀地布置，即可以得到避免初级、进而次级绕组电流不平衡的现象。

根据本公开实施例的线圈装置和复合线圈装置都可以应用于诸如DC-DC转换器、荧光灯逆变电路等中的小型、低高度变压器，尤其是平面变压器。

根据本公开的一个实施例，提供一种平面变压器。该平面变压器由多个顺序叠合的线圈装置以及磁芯构成。在该平面变压器中，多个线圈装置中的至少一个线圈装置包括彼此叠合的第一和第二绕组部分。其中第一和第二绕组部分分别是使用双线绕法绕制初级线圈绕线与次级线圈绕线而成，且第二绕组部分的绕线与第一绕组部分的绕线以相反方向绕制。并且，第二绕组部分靠近中心的线圈绕线与第一绕组部分靠近中心的线圈绕线是不同级的线圈绕线。

图7是示意性示出根据本公开实施例的平面变压器的绕组结构的截面图。图7所示是平面变压器的右半边的绕组结构。其中，浅色和深色圆点分别代表初级线圈绕线和次级线圈绕线之一。如图7可见，使用根据本公开的平面变压器，可以实现初级线圈绕线和次级线圈绕线之间的交织排列，从而避免由于邻近效应而产生的抵消电流，从而降低交流损耗，提高平面变压器的效率。

如在描述根据本公开的实施例的线圈装置和复合线圈装置时描述的，根据本公开的一个实施例，在平面变压器中，该至少一个线圈装置可以被配置为：第一绕组部分的初级线圈绕线比次级线圈绕线多穿过2m+1次磁芯，并且第二绕组部分的初级线圈绕线比次级线圈绕线多穿过2n+1次磁芯，其中m、n为自然数。

可选择地，在另一个实施例的平面变压器中，该至少一个线圈的第一绕组部分的次级线圈绕线比初级线圈绕线多穿过2x+1次磁芯，并且第二绕组部分的次级线圈绕线比初级线圈绕线多穿过2y+1次磁芯，其中x、y是自然数。

这可以使得平面变压器中的该线圈装置的绕组抽头避免出现不同级的(初级和次级)接线端相邻的情况，从而避免出现漏电、电气间隙等接线端问题。

在使用这种包括多个线圈装置的变压器时，需要从外部对线圈进行分组串联。在根据本公开实施例的平面变压器中，可以在对平面变压器中的各线圈进行串联连接时，将每个初级串联线圈组合中的线圈相对于平面变压器中的所有线圈装置均匀地布置，并将每个次级串联线圈组合中的线圈相对于平面变压器中的所有线圈装置的叠合的中心对称地布置。从而缓解绕组中出现的电流不平衡现象。

根据本公开的线圈装置、复合线圈装置和平面变压器可以广泛地用于诸如任何电平的DC-DC转换器等应用，并且适合于使用变压器的任何拓扑结构，诸如，全桥式、反激式或正激式拓扑等。

在前面的说明书中参照特定实施例描述了本实用新型。然而本领域的普通技术人员理解，在不偏离如权利要求书限定的本实用新型的范围的前提下可以进行各种修改和改变。

Claims

1.一种线圈装置，包括：

彼此叠合的第一和第二绕组部分，所述第一和第二绕组部分分别是使用双线绕法绕制初级线圈绕线与次级线圈绕线而成，且所述第二绕组部分的绕线与所述第一绕组部分的绕线以相反方向绕制；

其中，所述第二绕组部分靠近中心的线圈绕线与所述第一绕组部分靠近中心的线圈绕线是不同级的线圈绕线。

2.根据权利要求1所述的线圈装置，其中，所述第一绕组部分的初级线圈绕线比次级线圈绕线多穿过2m+1次磁芯，并且所述第二绕组部分的初级线圈绕线比次级线圈绕线多穿过2n+1次磁芯，其中m、n为自然数。

3.根据权利要求1所述的线圈装置，其中，所述第一绕组部分的次级线圈绕线比初级线圈绕线多穿过2x+1次磁芯，并且所述第二绕组部分的次级线圈绕线比初级线圈绕线多穿过2y+1次磁芯，其中x、y为自然数。

4.一种复合线圈装置，所述复合线圈装置是通过将多个线圈装置叠合而成的，所述多个线圈装置由初级线圈和次级线圈构成，其中，所述多个线圈装置中的至少一个线圈装置包括：

5.根据权利要求4的复合线圈装置，其中，在对所述复合线圈装置中的各线圈进行串联连接时，每个初级串联线圈组合中的线圈被相对于整个复合线圈装置均匀地布置；并且每个次级串联线圈组合中的线圈相对于所述复合线圈装置的中心对称地布置。

6.一种平面变压器，所述平面变压器由多个顺序叠合的线圈装置以及磁芯构成，其中，所述多个线圈装置中的至少一个线圈装置包括：

7.根据权利要求6所述的平面变压器，其中，所述第一绕组部分的初级线圈绕线比次级线圈绕线多穿过2m+1次磁芯，并且所述第二绕组部分的初级线圈绕线比次级线圈绕线多穿过2n+1次磁芯，其中m、n为自然数。

8.根据权利要求6所述的平面变压器，其中，所述第一绕组部分的次级线圈绕线比初级线圈绕线多穿过2x+1次磁芯，并且所述第二绕组部分的次级线圈绕线比初级线圈绕线多穿过2y+1次磁芯，其中x、y为自然数。

9.根据权利要求6-8中任一个所述的平面变压器，其中，在对所述平面变压器中的各线圈进行串联连接时，每个初级串联线圈组合中的线圈被相对于所述平面变压器的所有线圈装置均匀地布置；并且每个次级串联线圈组合中的线圈被相对于所述平面变压器的所有线圈叠合的中心对称地布置。