CN2262282Y - 线绕磁芯全屏蔽变压器 - Google Patents

Abstract

线绕磁芯全屏蔽变压器属于基本电气元件中变压器的技术领域。其目的提出一种转换效率高，全屏蔽、磁芯与线圈绕组工艺全兼容的线绕磁芯全屏蔽变压器。该变压器由高导磁线材绕制磁芯，高导电线材绕制线圈，及支撑磁芯和线圈的骨架组成。该变压器转换效率高，尺寸缩小，重量减轻。

Description

线绕磁芯全屏蔽变压器

本实用新型属于基本电气元件中变压器的技术领域。

通常变压器的铁芯用硅钢片迭插，硅钢带卷绕或成型铁氧体制成，而铁芯和线圈绕组采用不同工艺完成。因此高导磁、低涡流磁芯与线绕线圈工艺之间相容性，及变压器成品的电磁泄漏一直是困扰变压器制造者的二大难题。

本实用新型目的是提出一种转换效率高、全屏蔽、磁芯与线圈绕组工艺全兼容的线绕磁芯全屏蔽变压器。

本实用新型目的是这样实现的：

一种线绕磁芯全屏蔽变压器，其特征在于由用高导磁线材漆包线绕制磁芯，用高导电线材绕制线圈，用反磁金属或顺磁金属或顺磁非金属支撑磁芯及线圈的骨架组成全屏蔽结构；

所述线圈由磁芯的内外层全封闭包裹，并引出初、次级引线；

所述骨架由空芯心轴和左右嵌套的小夹板和大夹板组成；

所述高导磁线材是钼锰合金或坡膜合金漆包线；

所述高导电线材是铜或铝漆包线。

结合附图，进一步说明本实用新型的内容。

图1本实用新型单相变压器结构图

图2本实用新型三相变压器结构图

变压器有电压变换，电流变换，和阻抗变换的三大作用；变压器的三大性能指标是效率，容量及损耗(包括涡损、铜损、磁滞、漏磁)。要想减少损耗，提高变压器转换效率，就得采用高导磁、低涡流的磁(铁)芯；并且，用磁(铁)芯屏蔽线圈，以切断向外辐射的电磁场。

当变压器的容量确定以后，其磁铁芯截面积： $\mathrm{\π}({\mathrm{\γ}}_2^2-{{\mathrm{\γ}}^2}_1)$ 、 $\mathrm{\π}{\mathrm{\γ}}_2(L_1-L_2)$ 、 $\mathrm{\π}({\mathrm{\γ}}_4^2-{\mathrm{\γ}}_3^2)$ 、或 $\mathrm{\π}({\mathrm{\γ}}_2^2-{{\mathrm{\γ}}^2}_1)$ 、 $\frac{\mathrm{\π}{\mathrm{\γ}}_2(L_4-{L3}_3)}{2}$ 、 $\mathrm{\π}({\mathrm{\γ}}_4^2-{\mathrm{\γ}}_3^2)$ 的值也就确定了，于是变压器也就有了确定的尺寸。

线绕磁芯全屏蔽变压器是在室温下，在骨架上按照第一层高导磁线材、第二层高导电线材，最外层高导磁线材的磁芯全包裹线圈的包裹关系，顺序缠绕高导磁线材及导电线材，来完成的全屏蔽变压器结构的单一绕线工艺；

图1是本实用新型单相变压器结构图。左图是正视剖视图，右图是右侧视图。该变压器由大夹板1，小夹板2和心轴3组成的骨架(无剖面线)，线绕磁芯4(棱形网状剖面线)，和线圈绕组5(方格网状剖面线)组成。磁(铁)芯4的内外层包裹着线圈绕组5，并构成闭合磁路。因此，磁芯即是磁路又起绕组的屏蔽作用。骨架用耐高温涂有绝缘的铜材等反磁金属或顺磁金属或顺磁非金属等材料制成，并支撑磁芯及线圈。在心轴骨架上用高导磁合金漆包线绕制磁芯内外层，磁芯内层厚度由骨架的小夹板径向高度确定，磁芯外层厚度由骨架的大夹板径向高度确定。高导磁合金漆包线是钼锰合金或坡膜合金漆包线。线圈线材采用铜或铝等高导电漆包线，沙包线或丝包线。绕组之间，绕组与磁芯之间都要有可靠地绝缘物和电屏蔽层，并呈开路状态。另外，可以增加露出引线的外壳。

必要时初、次级线圈之间加屏蔽层(薄铜皮或铝箔)、屏蔽层不能自行短路、并要接地。骨架起机械支撑作用，轴呈空芯状。该变压器尺寸由容量等要求确定，不受工艺限制，并且采用唯一的绕线工艺一次完成。变压器内径等于骨架心轴的外径，变压器的外径等于大夹板1的外径。

在整个制造过程中，必须符合下述公式。 $\mathrm{\π}({\mathrm{\γ}}_2^2-{{\mathrm{\γ}}^2}_1)=\mathrm{\π}{\mathrm{\γ}}_2(L1-L2)$ $=\mathrm{\π}({\mathrm{\γ}}_4^2-{\mathrm{\γ}}_3^2)$

                     ＝Sc式中符号见图1             γo心轴内半径

γ₁骨架心轴外半径    γ₃线圈外半径

γ₂骨架小夹板外半径  γ₄磁芯外半径(即大夹板外径)

L₁线圈长度           L₂磁芯长度        Sc磁芯截面积

高导磁线绕闭合磁芯既作屏蔽，又可使变压器效率大大提高。

因为硅钢片铁芯的相对导磁率μγ₁＝7.5×10³

而钼锰合金的最大相对导磁率范围6×10⁵～1.2×10⁶，因而取钼锰合金的铁芯相对导磁率μγ₂＝7.5×10⁵，便实得相对导磁率μγ₂＝100μγ₁₀该公式推导如下：

推导中的名称与符号对照表如下：

导磁率μ               硅钢片相对导磁率μγ₁

绕组匝数N              钼锰合金相对导磁率μγ₂

绕组铜重Gcu            绕组所占容积Vcu

铜损Pcu                磁路平均长度L

初级绕组中空载电流I_o  功率损耗P_损

主磁通Ф              变压器容量P

铁芯截面积Sc          铁芯铁重G_Fe

铁芯所占容积V_Fe      铁损P_Fe

以上(下)相应符号右下角标1的为用现有技术制造变压器的相应的技术参量符号。相应符号右下角标2的为用线绕磁芯全屏蔽变压器技术制造变压器相应的技术参量符号： $\mathrm{\&Phi;}=\frac{\mathrm{\&mu;BS}{I}_o}{L}$ (当P确定I_o、Ф为常量)。μ→大＝＞N→小、S→小。如果N.S减小比例相同的话，那么我们可知： $\mathrm{\&mu;}{\mathrm{\&gamma;}}_2=100\mathrm{\&mu;}{\mathrm{\&gamma;}}_1=>N_2{S}_2=\frac{N_1{S}_1}{100}=>N_2=\frac{N_1}{10}$ 、 $S_2=\frac{S_1}{10}=>G_{\mathrm{cu}2}<\frac{G_{\mathrm{cu}1}}{10}$ 、 $G_{\mathrm{Fe}2}<\frac{G_{\mathrm{Fe}1}}{10}=>P_{\mathrm{cu}2}<\frac{P_{\mathrm{cu}1}}{10}$ 、 $G_{\mathrm{cu}2}<\frac{G_{\mathrm{cu}1}}{10}$ 、 $G_{\mathrm{Fe}2}<\frac{G_{\mathrm{Fe}1}}{10}=>V_{\mathrm{cu}2}<\frac{V_{\mathrm{cu}1}}{10}$ 、 $V_{\mathrm{Fe}2}<\frac{V_{\mathrm{Fe}1}}{10}$ $=>V_2<\frac{V_1}{10}=>L_1>L_2=>N_2\&le;N_1$ 、S₂≤S₁＝＞G_cu2＜Gcu₁、GFe₂＜GFe₁＝＞P_cu2＜P_cu1、P_Fe2＜P_Fe1＝＞P_损2＜P_损1

图2是本实用新型三相变压器结构图

三相变压器是单相变压器扩展应用，其结构和与图1所示结构基本相同。唯一不同的就是绕组分为三段，(见图中，小方格网状剖面线)，且均匀布置而已。

在制造过程中，也必须符合下述公式： $({\mathrm{\&gamma;}}_2^2-{{\mathrm{\&gamma;}}^2}_1)=\mathrm{\&pi;}{\mathrm{\&gamma;}}_2\frac{(L_4-3L_3)}{2}$ $=\mathrm{\&pi;}({\mathrm{\&gamma;}}_4^2-{\mathrm{\&gamma;}}_3^2)$

                     ＝Sc

本实用新型的优点：

1、由于该变压器磁(铁)芯材料采用了导磁性能更优的导磁合金，从而降低了单位铁损和用铁量G_Fe、故此种磁(铁)芯的铁损P_Fe也会相应减少。

2、由于磁(铁)芯中的线路呈开路状态、所以涡流无法在磁(铁)芯中流通。故此种磁(铁)芯的涡损极小。

3、由于该变压器的磁(铁)芯材料采用了导磁性能更好的导磁合金，从而使磁(铁)芯的磁通密度Bm增大、又因 $\mathrm{No}=\frac{{10}^4}{4.44\mathrm{fBmSc}}$ 所以Bm→大＝＞No→小、故线圈绕组的每伏匝数No就会减小。因此线圈绕组匝数N也会相应减小、于是铜损Pcu也会相应减少。

4、磁(铁)芯呈闭合磁路，并屏蔽着线圈绕组，因此基本上消除了电磁泄漏问题。另外，也有效地改善了变压器的导热性能。

5、磁(铁)芯和线圈绕组均为绕制，解决了磁芯与线圈绕组的工艺兼容性问题。

实施例1  单相变压器，

取变压器内径γ₁＝0.3cm，    骨架空心轴厚度＝0.1cm

变压器外径γ₄＝2.8cm，      线圈绕组内径γ₂＝1.3cm，

变压器长度L₁＝7.6cm，       线圈绕组外径γ₃＝2.5cm，

线圈绕组长度L₂＝6.37cm 。

大夹板厚度＝0.2cm；用钼锰合金漆包线绕制磁芯，用铜漆包线绕制线圈绕组。按照图1的结构绕制成。

小容量变压器的效率可提高30～13％。

实施例2  三相变压器

取变压器单相绕组长度L₃＝1.72cm，  三相线圈绕组总长度3L₃＝5.16cm，

变压器长度L₄＝7.6cm，             大夹板厚度＝0.2cm，

其他尺寸同实施例1

用钼锰合金漆包线绕制磁芯，用铜漆包线绕制线圈绕组。

按照图2结构绕制成，小容量变压器的效率可提高30～13％。

Claims (3)

1、一种线绕磁芯全屏蔽变压器，其特征在于由用高导磁线材漆包线绕制磁芯，用高导电线材绕制线圈，用反磁金属或顺磁金属或顺磁非金属支撑磁芯及线圈的骨架，组成全屏蔽结构；

所述线圈由磁芯的内外层全封闭包裹，并引出初次级引线；

所述骨架由空芯心轴和左右嵌套的小夹板和大夹板组成；

2、根据权利要求1所述的变压器，其特征在于所述高导磁线材是钼锰合金或坡膜合金漆包线；

3、根据权利要求1所述的变压器，其特征在于所述高导电线材是铜或铝漆包线。

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