CN209015844U - 车载集成变压器 - Google Patents

Abstract

一种车载集成变压器，包括：磁芯组件、主电感线圈、副电感线圈、变压器初级线组和变压器次级绕组，磁芯组件包括用于变压器的第一磁芯和用于电感的第二磁芯，第一磁芯与第二磁芯具有共用的磁路路径，主电感线圈与副电感线圈为一体式线圈，副电感线圈与变压器初级线组交错绕制，副电感线圈与变压器初级线组绕于第一磁芯上，主电感线圈绕于第二磁芯上，变压器次级绕组与变压器初级线组电耦合、并位于变压器初级线组的外侧。本实用新型将承载大电流的次级导体部分放在最外面与空气或者散热面交换，达到热量传导效率高的目的方式设计；同时利用变压器漏感原理，让谐振电感与变压器线圈交叉绕制，使谐振电感与变压器形成一体研发制作。

Description

车载集成变压器

技术领域

本实用新型涉及变压器领域，特别涉及一种车载集成变压器。

背景技术

现阶段车载充电机内的磁性元器件多为谐振电感与变压器分开制作，且设计理念均是磁芯包裹线圈制作，如此产品既占空间效率又低，同时EMI效果低下，在变换器电路设计及产品装配时极其不便，使车载充电机整体体积大、价格高、功率低，制约着新能源汽车产业化进一步的发展。

现有技术中的车载变压器存在以下缺点：a.变压器、电感模块组成较多，功率密度较小、结构复杂成本高；b.产品温升高，电感与变压器匹配性能不稳定；c.产品分散，装机繁琐，装机空间大。

实用新型内容

本实用新型提供了一种车载集成变压器，以解决上述任一技术问题。

为解决上述问题，作为本实用新型的一个方面，提供了一种车载集成变压器，包括：磁芯组件、主电感线圈、副电感线圈、变压器初级线组和变压器次级绕组，所述磁芯组件包括用于变压器的第一磁芯和用于电感的第二磁芯，所述第一磁芯与所述第二磁芯具有共用的磁路路径，所述主电感线圈与所述副电感线圈为一体式线圈，所述副电感线圈与所述变压器初级线组交错绕制，所述副电感线圈与所述变压器初级线组绕于所述第一磁芯上，所述主电感线圈绕于所述第二磁芯上，所述变压器次级绕组与所述变压器初级线组电耦合、并位于所述变压器初级线组的外侧。

优选地，所述一体式线圈采用连绕或外部连接的方式制成。

优选地，所述变压器次级绕组为U形铜片，所述变压器初级线组位于所述U形铜片的U形开口内。

优选地，所述车载集成变压器还包括装配底板，所述磁芯组件及所述U形铜片均安装到所述装配底板上。

优选地，所述磁芯组件包括两个E形磁芯，所述E形磁芯相对设置且材质相同，所述两个E形磁芯之间完全接触、或形成有单气隙、或形成有多段气隙。

优选地，所述磁芯组件包括同种材质或不同材质的中柱磁芯与边柱磁芯相结合的结构，所述中柱磁芯设置于所述边柱磁芯的端部。

优选地，所述磁芯组件还包括设置于所述中柱磁芯与边柱磁芯之间的I形磁芯片。

优选地，所述中柱磁芯的中柱上开设有单气隙或多段气隙。

优选地，所述边柱磁芯由两个U形磁芯组合而成。

优选地，所述中柱磁芯的中柱的截面为矩形、或圆形、或椭圆形。

由于采用了上述技术方案，本实用新型可利用热阻理论基础与材料导热性的关系，改成将承载大电流的次级导体部分放在最外面与空气或者散热面交换，达到热量传导效率高的目的方式设计；同时利用变压器漏感原理，让谐振电感与变压器线圈交叉绕制，使谐振电感与变压器形成一体研发制作，取代之现有技术中的多个磁性元器件制作，形成一款集成变压器。

附图说明

图1示意性地示出了本实用新型的分解图；

图2示意性地示出了变压器绕阻的结构示意图；

图3示意性地示出了电感线圈的结构示意图；

图4示意性地示出了变压器绕阻与电感线圈的交错设置结构示意图；

图5示意性地示出了本实用新型的立体图；

图6示意性地示出了本实用新型的剖视图；

图7示意性地示出了图6的A-A剖视图；

图8示意性地示出了本实用新型的俯视图；

图9示意性地示出了图8的B-B剖视图；

图10示意性地示出了本实用新型的磁路结构示意图；

图11示意性地示出了本实用新型的线圈原理图；

图12示意性地示出了集成变压器使用时在OBC DC/DC中的电路拓扑图；

图13示意性地示出了磁芯组件的结构示意图。

图中附图标记：1、主电感线圈；2、副电感线圈；3、变压器初级线组；4、变压器次级绕组；5、第一磁芯；6、第二磁芯；7、磁路路径；8、装配底板；9、E形磁芯；10、单气隙；11、多段气隙；12、中柱磁芯；13、边柱磁芯；14、I形磁芯片；15、U形磁芯；16、中柱。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本实用新型的一个方面，提供了一种车载集成变压器，特别适用于车载充电机中。

该车载集成变压器包括：磁芯组件、主电感线圈1、副电感线圈2、变压器初级线组3和变压器次级绕组4，所述磁芯组件包括用于变压器的第一磁芯5和用于电感的第二磁芯6，所述第一磁芯5与所述第二磁芯6具有共用的磁路路径7，所述主电感线圈1与所述副电感线圈2为一体式线圈，所述副电感线圈2与所述变压器初级线组3交错绕制，使变压器漏感达到所需感量，所述副电感线圈2与所述变压器初级线组3绕于所述第一磁芯5上，所述主电感线圈1绕于所述第二磁芯6上，所述变压器次级绕组4与所述变压器初级线组3电耦合、并位于所述变压器初级线组3的外侧。优选地，所述一体式线圈采用连绕或外部连接的方式制成。磁芯组件形成多个磁回路，使电感与变压器磁回路共用。

请参考图10，电感主磁路由三组组成，即aegd、befh、cgfh。abcd变压器主磁路由abcd组成，同时aegd为变压器磁路扩散回路，由此可看出bhc磁路为电感与变压器磁路共用路径，同时abcd、aegd为电感与变压器共用磁回路。线圈绕制时,主电感线圈与副电感线圈为一体线圈，可连绕也可外部连接，主要提供感量滤波作用。

由于采用了上述技术方案，本实用新型可利用热阻理论基础与材料导热性的关系，改成将承载大电流的次级导体部分放在最外面与空气或者散热面交换，达到热量传导效率高的目的方式设计；同时利用变压器漏感原理，让谐振电感与变压器线圈交叉绕制，使谐振电感与变压器形成一体研发制作，取代之现有技术中的多个磁性元器件制作，形成一款集成变压器。

优选地，所述变压器次级绕组4为U形铜片，所述变压器初级线组3位于所述U形铜片的U形开口内，既可变换电压比，又可形成平整散热面，扩大散热。这样，本实用新型可采用铜片绕组大面积散热并形成电路与磁路的屏蔽效果，使温升大幅下降，EMI进一步得到改善，大大提升了产品的工作效率，同传统产品在体积、价格上有很大的下降，由此给新能源汽车OBC的进一步发展提供了新的设计理念开发。

优选地，所述车载集成变压器还包括装配底板8，所述磁芯组件及所述U形铜片均安装到所述装配底板8上。

优选地，所述磁芯组件包括两个E形磁芯9，所述E形磁芯9相对设置且材质相同，所述两个E形磁芯9之间完全接触(如图13中的(a))、或形成有单气隙10(如图13中的(b))、或形成有多段气隙11(如图13中的(c))。

其中，图13中的(a)所示的实施例中，采用同种材质磁芯结构，变压器与电感磁芯一体，可实现单一磁芯模生产，磁芯主磁截面在两侧边。图13中的(b)所示的实施例中，采用同种材质单气隙磁芯结构，变压器与电感磁芯一体，可实现单一磁芯模生产，同时磁芯增加气隙口来修正感量大小，磁芯主磁截面在两侧边。图13中的(c)所示的实施例中，采用同种材质或不同材质分段气隙磁芯结构变压器与电感磁芯一体，可实现单一磁芯模生产，同时对于大的磁芯气隙采用分段处理，以减少气隙处磁力切割范围及温度，磁芯主磁截面在两侧边。

请参考图13中的(d)-(g),优选地，所述磁芯组件包括同种材质或不同材质的中柱磁芯12与边柱磁芯13相结合的结构，所述中柱磁芯12设置于所述边柱磁芯13的端部。

优选地，所述磁芯组件还包括设置于所述中柱磁芯12与边柱磁芯13之间的I形磁芯片14(如图13中的(d))。

优选地，所述中柱磁芯12的中柱上开设有单气隙10或多段气隙11(如图13中的(f))。

优选地，所述边柱磁芯13由两个U形磁芯15组合而成(如图13中的(g))。

优选地，所述中柱磁芯12的中柱16的截面为矩形、或圆形、或椭圆形。

其中，图13中的(d)所示的实施例中，采用同种材质或不同材质中柱与边柱磁芯结构，变压器与电感磁芯为组合式，组合磁芯可用胶粘合，同时电感磁芯主磁截面在中间,中柱截面为可为矩形、圆形、椭圆形等。图13中的(e)所示的实施例中，采用同种材质或不同材质中柱与边柱加I片磁芯结构，变压器与电感磁芯为组合式，组合磁芯可用胶粘合，同时电感磁芯主磁截面在中间，中柱截面为可为矩形、圆形、椭圆形等。以及在磁芯对接处加入一片I片，使磁路导向更顺畅。图13中的(f)所示的实施例中，采用同种材质或不同材质中柱与边柱加气隙磁芯结构，变压器与电感磁芯为组合式，组合磁芯可用胶粘合，同时电感磁芯主磁截面在中间。中柱截面为可为矩形、圆形、椭圆形等，同时中柱可开单气隙或多段气隙。图13中的(g)所示的实施例中，采用以上d-f中的磁芯结构中，变压器磁芯均可修改为如图13中的(g)所示结构制作。

在上述图13所示的实施例中，本实用新型中的磁芯可选用两种或同种磁材磁芯组合，增大磁芯承受功率量，优化磁芯损耗；同时变压器初级绕组与电感线圈利用交错连绕技术绕制，创新不同功能绕组绕线方式，及消除产品接头隐患；以及变压器次级功能绕组采用铜片结构状，增加线圈的表面散热面积。此款集成变压器经过线圈绕制，铁芯组装，半成品装配，半成品测试，点胶、成品检验工艺制作，成品很容易满足如下几点效果：(1)本产品通过改变磁芯结构及磁路设计优化，实现多功效集一身，减少产品的整体噪声、降低整体功耗；(2)通过对绕制工艺的改良，让原理合理利用创新、实现了滤波与变压一体，增加散热面积、提高了产品功率、提升了产品的推广能力；(3)通过材料的比对选用、绕制工艺的创新，达到了节省国家铁矿与铜铝矿材料等矿产资源，增加了产品电性能质量的保证，达到节能增效的效果。(4)在新能源车载DC/DC电路中,本产品在整机中应用温升从原来的100K完全可控制在70K以内,使产品使用的寿命延长。(5)满载效率由原本90％达到97％。

本实用新型具有以下创新之处：

(1)改变磁芯结构，优化磁路引导路线，形成谐振电感与变压器共用磁路的磁集成模式，使单个磁性元器件具有斩控与换压(斩控对应的是电感功能，对整流电路采用斩波控制方式能起到滤波、提高电能质量；换压对应变压器部分，能提供变换不同电压功能)一体的功效，实现了体积与成本同比下降；

(2)以材料的导热性能为基础，利用铜比铁的导热性能高的优点(铜为401W/mK,铁为80W/mK),研发以铜包铁的方式设计，形成高效、低耗模式，达到高效节能作用；

(3)改善传统冷却液导热面与磁性元器件不贴合、传导面小的缺点，利用铜片导电性能及导热性能的优异性，使铜片做U型平面状，让其成为导电电路的同时最大化的贴合冷却液导热面，形成磁性散热面与冷却液导热面的完全贴合，极大的把热量带出去，使变压器原本只有4KW的功效达到6.6KW的效能，及大的提升了产品的功率；

(4)线圈结构设计方面采用了双绕组并绕模式。以及改变了传统的双柱变压器绕制工艺，实现了一根线两柱绕线自然跨越，解决了两柱之间绕组连接抽头断裂隐患，同时缩短了制作工时，提升产品制作效率，增加了磁耦合，减小漏感和分布电容，能够有效的抑制浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡产生的电磁干扰作用。

(5)利用变压器漏感计算原理，创新变压器绕组与电感绕组交错绕制，让电感线圈与变压器初级线圈形成磁耦合关系，使电感Lr与变压器自感Lm达到所需参数，创新了电感与变压器设计制作技术，使产品达到性能上的优化。

本实用新型具有以下优点：1)产品集多个性能于一身，达到一替多的功效，且具有功率更大，效率更高，结构简单的优点。2)产品化繁为简，加速生产量化可性行，且产品稳定性高，性能更优越。3)产品使用集成模块方式，使体积小，装机简便，使整机体积大幅下降。4)因使用的原材料，如铁、铜的用量大幅度下降，产品成本更低廉。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车载集成变压器，其特征在于，包括：磁芯组件、主电感线圈(1)、副电感线圈(2)、变压器初级线组(3)和变压器次级绕组(4)，所述磁芯组件包括用于变压器的第一磁芯(5)和用于电感的第二磁芯(6)，所述第一磁芯(5)与所述第二磁芯(6)具有共用的磁路路径(7)，所述主电感线圈(1)与所述副电感线圈(2)为一体式线圈，所述副电感线圈(2)与所述变压器初级线组(3)交错绕制，所述副电感线圈(2)与所述变压器初级线组(3)绕于所述第一磁芯(5)上，所述主电感线圈(1)绕于所述第二磁芯(6)上，所述变压器次级绕组(4)与所述变压器初级线组(3)电耦合、并位于所述变压器初级线组(3)的外侧。

2.根据权利要求1所述的车载集成变压器，其特征在于，所述一体式线圈采用连绕或外部连接的方式制成。

3.根据权利要求1所述的车载集成变压器，其特征在于，所述变压器次级绕组(4)为U形铜片，所述变压器初级线组(3)位于所述U形铜片的U形开口内。

4.根据权利要求3所述的车载集成变压器，其特征在于，所述车载集成变压器还包括装配底板(8)，所述磁芯组件及所述U形铜片均安装到所述装配底板(8)上。

5.根据权利要求1所述的车载集成变压器，其特征在于，所述磁芯组件包括两个E形磁芯(9)，所述E形磁芯(9)相对设置且材质相同，所述两个E形磁芯(9)之间完全接触、或形成有单气隙(10)、或形成有多段气隙(11)。

6.根据权利要求1所述的车载集成变压器，其特征在于，所述磁芯组件包括同种材质或不同材质的中柱磁芯(12)与边柱磁芯(13)相结合的结构，所述中柱磁芯(12)设置于所述边柱磁芯(13)的端部。

7.根据权利要求6所述的车载集成变压器，其特征在于，所述磁芯组件还包括设置于所述中柱磁芯(12)与边柱磁芯(13)之间的I形磁芯片(14)。

8.根据权利要求6所述的车载集成变压器，其特征在于，所述中柱磁芯(12)的中柱上开设有单气隙(10)或多段气隙(11)。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的车载集成变压器，其特征在于，所述边柱磁芯(13)由两个U形磁芯(15)组合而成。

10.根据权利要求6-8中任一项所述的车载集成变压器，其特征在于，所述中柱磁芯(12)的中柱的截面为矩形、或圆形、或椭圆形。