CN209343913U - 一种磁轭闭合型多相对称集成磁件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种磁轭闭合型多相结构和参数对称的集成磁件，涉及电力电子应用技术领域。包括铁芯和多相原、副边绕组：所述铁芯包括磁轭、多个主磁柱和辅助磁柱，所述磁轭呈闭合的对称环路结构，所述多个主磁柱的一端相连，所述多个主磁柱的另一端分别与所述磁轭相连，所述多个主磁柱之间的夹角相等，所述多个辅助磁柱对称地位于所述多个主磁柱之间，在所述多个主磁柱上对称地绕制所述多相原、副边绕组。本实用新型的有益效果是：用于各种非隔离和隔离型多相并联开关电源中多相电感器和变压器的磁耦合集成，实现多相磁集成电感器和变压器的结构对称、参数相等，实现多相并联开关电源的大功率输出和各相电流的自动均衡。

Description

一种磁轭闭合型多相对称集成磁件

技术领域

本专利涉及一种多相集成磁件，尤其是用于各种多相并联功率变换电路的一种磁轭闭合型多相结构和参数对称的集成磁件(包括多相结构和参数对称的变压器、耦合电感器、变压器和电感器的集成磁件)。

技术背景

近年来，为各种用电设备提供电能的开关电源正朝着低电压、大电流、体积小、重量轻、效率高、薄型化和集成化方向发展，包括为计算机的中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)和数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)等高精度、高速度微处理器提供精密电源的电压调整模块，以及近年来兴起的广泛应用于电动汽车、混合动力车、不间断电源、电能质量调节电源、航空电源、太阳能光伏发电、可再生能源发电及超导储能等领域的开关电源和需要能量双向流动场合的双向开关电源，这些电压调整模块和开关电源通过采用三相或更多相非隔离型电路拓扑结构，比如三相或多相Buck、三相或多相Boost、三相或多相双向Buck/Boost，或采用三相隔离型电路拓扑结构，比如三相LLC、三相LCC、三相正激、三相反激、三相推挽、三相半桥和三相全桥等变换器电路拓扑结构，并结合三相或多相耦合电感器和变压器，可以成倍提高开关电源的容量，增大开关电源的输出电流和功率、减小开关器件的容量、减小输入和输出电流纹波，提高响应速度。

但由于现有三相或多相集成磁件(主要包括耦合电感器和变压器)的磁轭均为非闭合结构，其各相的结构不对称，比如EE形铁芯的“一”字形磁轭，导致其三相或多相电感参数不相等，引起电路中的各相支路电流不相等，有的支路中电流较大，有的支路中电流较小，各支路电流的不对称严重时使电流较大的支路中的器件烧毁，甚至使整个电源设备损坏。

发明内容

针对现有技术缺陷，本专利提供一种磁轭闭合型、结构和参数对称的多相集成磁件(包括多相变压器和多相耦合电感器)，以解决现有多相并联开关电源设备中由于多相分立磁件(包括变压器和电感器)的电感参数不相等或者多相集成磁件的结构不对称而导致各相电感参数不相等而引起各相电流不相等的问题，并实现多相并联开关电源的大功率、高变比、小体积、低电流波动、高响应速度和双向高效率运行。

本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种磁轭闭合型多相结构和参数对称的集成磁件，包括铁芯和多相原、 副边绕组，所述铁芯包括磁轭、多个主磁柱和多个辅助磁柱；所述磁轭呈 闭合的对称环路结构，所述多个主磁柱的材料和结构相同、大小相等，所 述多个主磁柱的其中一端相连，所述多个主磁柱的另一端分别与所述磁轭 相连，所述多个主磁柱之间的夹角相等，夹角大小等于360°除以主磁柱的 数量；所述多个辅助磁柱对称地位于所述多个主磁柱之间，所述多个辅助 磁柱的其中一端均与所述多个主磁柱的一端相连，所述多个辅助磁柱的另一端分别与所述磁轭相连；在所述多个主磁柱上对称绕制所述多相原、副边绕组，所述多相原、副边绕组分别连接到多相并联电路中；在所述多个辅助磁柱上没有绕组，所述多个辅助磁柱作为各相原、副边绕组的漏磁通的通路；所述磁轭、主磁柱和辅助磁柱可以采用铁氧体、硅钢片、铁硅、金属磁粉芯、非晶、超微晶等铁磁性材料，所述线圈可以采用外包绝缘层的圆柱形、矩形截面、梯形截面或薄片形的铜、铝、银等金属材料，可以采用单股线绕制，也可以采用多股线或里兹线(Lizi)绕制。

本专利的有益效果在于：本专利提供的一种磁轭闭合型多相结构和参数对称的集成磁件，可以用于各种非隔离型的多相并联开关电源的功率变换电路，比如三相或多相Buck电路、Boost电路、Buck/Boost电路、Cuk 电路、Sepic电路、Zata等电路中三相或多相电感器的磁耦合集成，实现三相或多相磁集成耦合电感器的结构对称、参数相等；也可以用于各种隔离型的多相并联开关电源的功率变换电路，比如三相LLC、三相LCC、三相正激、三相反激、三相推挽、三相半桥和三相全桥等变换器电路拓扑结构中三相变压器的磁耦合集成及三相电感器的磁耦合集成，实现三相磁集成变压器和三相磁集成耦合电感器的结构对称、参数相等，最终实现上述非隔离型和隔离型三相或多相并联开关电源中各相电流的自动均衡，简化铁芯的耦合结构，减小铁芯损耗，并实现三相或多相并联开关电源的大功率、高变比、小体积、低电流波动、高响应速度和双向高效率运行。

以下结合附图以实施例作具体说明。

附图说明

为了更清楚地说明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见，下面描述的附图仅仅是本专利的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种圆环形磁轭的结构和参数对称的三相变压器俯视图。

图2是图1的一种正六边环形磁轭的结构和参数对称的三相变压器俯视图。

图3是图1的一种圆环形磁轭的结构和参数对称的三相耦合电感器俯视图。

图4是图3的一种去掉三个辅助磁柱的圆环形磁轭的结构和参数对称的三相耦合电感器俯视图。

图5是图3的一种带气隙的圆环形磁轭的结构和参数对称的三相耦合电感器俯视图。

图6是图5的一种带气隙的正六边环形磁轭的结构和参数对称的三相耦合电感器俯视图。

图7是图1的一种正方环形磁轭的结构和参数对称的四相变压器俯视图。

图8是图1的一种具有两个圆环形磁轭和三个辅助磁柱的结构和参数对称的三相耦合电感器的三维结构图。

图9是图8的一种具有两个圆盘形磁轭和一个辅助磁柱的结构和参数对称的三相耦合电感器的三维结构图。

图中，1-圆环形磁轭；2-主磁柱；3-变压器原边绕组；4-变压器副边绕组；5-辅助磁柱；6-正六边环形磁轭；7-主磁柱与圆环形磁轭之间的气隙；7-1-主磁柱与正六边形环形磁轭之间的气隙；8-辅助磁柱与圆环形磁轭之间的气隙；8-1-辅助磁柱与正六边形环形磁轭之间的气隙；9-正方形磁轭；1-1-圆环形下磁轭；1-2-圆环形上磁轭；1-3- 圆盘形下磁轭；1-4-圆盘形上磁轭；N₁₁、N₂₁、N₃₁、N₄₁-变压器各相原边绕组3的匝数，N₁₁＝N₂₁＝N₃₁＝N₄₁；N₁₂、N₂₂、N₃₂、N₄₂-变压器各相副边绕组4的匝数，N₁₂＝N₂₂＝N₃₂＝N₄₂；N₁、N₂、N₃-耦合电感器的各相绕组匝数，N₁＝N₂＝N₃。

具体实施方式

本专利的核心思想是，采用闭合形磁轭结构，实现多相集成磁件的结构对称和参数相等。下面结合本专利实施例中的附图，对本专利实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利的核心思想和实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的其他实施例，都属于本专利的保护范围。

为了全面地了解本专利，在下面的详细描述中提到了许多具体细节，但本领域的技术人员应该理解，本专利可以无需这些具体细节而实现。

实施例一：

参照附图1，为了解决三相变压器的电感参数不相等的问题，提出一 种磁轭闭合型三相结构和电感参数对称的磁集成变压器，由铁芯和三相 原、副边绕组构成，其特征在于，所述铁芯由磁轭1、三个主磁柱2和三 个辅助磁柱5构成；所述磁轭1呈圆环形，所述三个主磁柱2的材料和结构相同、大小相等，所述三个主磁柱2的其中一端相连，所述三个主磁柱2的另一端分别与所述磁轭1相连，所述三个主磁柱2之间的夹角相等，均为120°；所述三个辅助磁柱5对称地位于所述三个主磁柱2之间，所述三个辅助磁柱5的其中一端均与所述三个主磁柱2的一端相连，所述三个辅助磁柱5的另一端分别与所述磁轭1相连；在所述三个主磁柱2上对称绕制所述三相原边绕组3和副边绕组4，所述三相原边绕组3和副边绕组 4分别连接到三相并联电路中；在所述三个辅助磁柱5上没有绕组，所述三个辅助磁柱5作为所述三相原边绕组3和副边绕组4的漏磁通的通路。

实施例二：

参照附图2，一种结构和参数对称的三相变压器，其特征在于，将实施例一中的圆环形磁轭1改为正六边环形磁轭6，所述三个主磁柱2的其中一端相连，所述三个主磁柱2的另一端分别连接在所述正六边环形磁轭的其中两两相隔的三个边的中心位置上，所述三个辅助磁柱的其中一端均与所述三个主磁柱的一端相连，所述三个辅助磁柱的另一端分别对称地连接在所述正六边环形磁轭的两两相隔的另外三个边的中心位置上。

实施例三：

参照附图3，去掉实施例1中的各相副边绕组4，形成三相结构和参数对称的耦合电感器。

实施例四：

参照附图4，将实施例三中的三个辅助磁柱5去掉，形成三相结构和参数对称的耦合电感器。

实施例五：

参照附图5，在实施例三中的三个主磁柱2和圆环形磁轭1之间分别形成三个形状和大小相同的气隙7，在实施例三中的三个辅助磁柱5和圆环形磁轭1之间分别形成三个形状和大小相同的气隙8。

实施例六：

参照附图6，将实施例五中的圆环形磁轭1改为正六边环形磁轭6，在三个主磁柱2和正六边环形磁轭6之间分别形成三个形状和大小相同的气隙7-1，在三个辅助磁柱5和正六边环形磁轭6之间分别形成三个形状和大小相同的气隙8-1。

实施例七：

参照附图7，将实施例1中的圆环形磁轭1改为正方环形磁轭9，主磁柱2的数量由三个增加为四个，四个主磁柱2之间的夹角均为90°，原边绕组3和副边绕组4的数量均由三相增加为四相。

实施例八：

参照附图8，将实施例四中的圆环形磁轭1由一个增加为两个，分别为圆环形下磁轭1-1和圆环形上磁轭1-2，所述圆环形上磁轭1-2置于所述圆环形下磁轭1-1的正上方，所述三个主磁柱2垂直对称地放置在所述两个磁轭1-1和1-2之间，在三个主磁柱2之间对称地放置三个辅助磁柱5。

实施例九：

参照附图9，将实施例八中的两个圆环形磁轭1-1和1-2改为圆盘形磁轭1-3和1-4，辅助磁柱5的数量由三个减少为一个，所述一个辅助磁柱5置于所述两个圆盘形磁轭1-3和1-4的中心位置。

以上所述实施例只是本专利的较佳实施例，并非用于限定本专利的保护范围。本说明书中应用了以上多个实施例对本专利的原理及实施方式进行了闸述，以上实施例只是被用于帮助理解本专利的方法及核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本专利的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有所改变，例如，可以将实施例五、八中的圆环形磁轭替换为正六边环形磁轭；再例如，可以将实施例八、九中的圆柱形主磁柱和辅助磁柱替换为方形磁柱；或者，将实施例九中的圆盘形磁轭替换为其他形状的对称结构磁轭。因此，本说明书的内容不应被理解为对本专利的限制，凡是在本专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁轭闭合型多相结构和参数对称的集成磁件，包括铁芯和多相原、副边绕组，其特征在于：所述铁芯包括磁轭、多个主磁柱和多个辅助磁柱；所述磁轭呈闭合的对称环路结构；所述多个主磁柱的材料和结构相同、大小相等，所述多个主磁柱的其中一端相连，所述多个主磁柱的另一端分别与所述磁轭相连，所述多个主磁柱之间的夹角相等，夹角大小等于360°除以主磁柱的数量；所述多个辅助磁柱对称地位于所述多个主磁柱之间，所述多个辅助磁柱的其中一端均与所述多个主磁柱的一端相连，所述多个辅助磁柱的另一端分别与所述磁轭相连；在所述多个主磁柱上对称绕制所述多相原、副边绕组，所述多相原、副边绕组分别连接到多相并联电路中；在所述多个辅助磁柱上没有绕组，所述多个辅助磁柱作为多相原、副边绕组的漏磁通的通路。

2.根据权利要求1所述的磁轭闭合型多相结构和参数对称的集成磁件，其特征在于：所述对称多相集成磁件的相数为三相，所述磁轭呈圆环形，所述主磁柱和辅助磁柱的数量均为三个，所述原、副边绕组为三相，所述三个主磁柱之间的夹角均为120°，所述三个辅助磁柱之间的夹角也均为120°，形成圆环形磁轭的三相结构和参数对称的磁集成变压器。

3.根据权利要求2所述的磁轭闭合型多相结构和参数对称的集成磁件，其特征在于：所述磁轭呈正六边环形，所述三个主磁柱的其中一端相连，所述三个主磁柱的另一端分别对称地连接在所述正六边环形磁轭的两两相隔的其中三个边的中心位置上，所述三个辅助磁柱的其中一端均与所述三个主磁柱的一端相连，所述三个辅助磁柱的另一端分别对称地连接在所述正六边环形磁轭的两两相隔的另外三个边的中心位置上。

4.根据权利要求2所述的磁轭闭合型多相结构和参数对称的集成磁件，其特征在于：去掉所述各相副边绕组，形成三相结构和参数对称的耦合电感器。

5.根据权利要求4所述的磁轭闭合型多相结构和参数对称的集成磁件，其特征在于：去掉三个辅助磁柱，形成三相结构和参数对称的耦合电感器。

6.根据权利要求4所述的磁轭闭合型多相结构和参数对称的集成磁件，其特征在于：在三个主磁柱和圆环形磁轭之间分别形成三个形状和大小相同的气隙，在三个辅助磁柱和圆环形磁轭之间分别形成三个形状和大小相同的气隙。

7.根据权利要求6所述的磁轭闭合型多相结构和参数对称的集成磁件，其特征在于：所述磁轭呈正六边环形，在三个主磁柱和正六边环形磁轭之间分别形成三个形状和大小相同的气隙，在三个辅助磁柱和正六边环形磁轭之间分别形成三个形状和大小相同的气隙。

8.根据权利要求1所述的磁轭闭合型多相结构和参数对称的集成磁件，其特征在于：所述对称集成磁件的相数为四相，所述磁轭呈正方形环，所述主磁柱数量为四个，所述原、副边绕组为四相，所述四个主磁柱之间的夹角均为90°，形成四相结构和参数对称的磁集成变压器。

9.根据权利要求5所述的磁轭闭合型多相结构和参数对称的集成磁件，其特征在于：所述磁轭由一个增加为两个，三个主磁柱和三个辅助磁柱分别垂直对称地放置在所述两个磁轭之间，三个辅助磁柱对称地放置在三个主磁柱之间。

10.根据权利要求9所述的磁轭闭合型多相结构和参数对称的集成磁件，其特征在于：将所述两个圆环形磁轭改为圆盘形磁轭，所述辅助磁柱数量由三个减少为一个，并置于所述两个圆盘形磁轭之间的中心位置。