PL193990B1

PL193990B1 - Coreless coaxial modular transformer

Info

Publication number: PL193990B1
Application number: PL341951A
Authority: PL
Inventors: Bogusław Grzesik; Mariusz Stępień
Original assignee: Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date: 2000-08-08
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2007-04-30
Also published as: PL341951A1

Abstract

Transformator współosiowy modularny bezrdzeniowy z ekranem magnetycznym, zawierający jeden lub więcej modułów, znamienny tym, że każdy moduł transformatora (1, 2) zawiera dwa jednozwojowe uzwojenia (3, 6) oraz (4, 7), usytuowane współosiowo względem siebie i uformowane w kształcie toroidu, pomiędzy którymi znajdują się ekrany magnetyczne (5).Coaxial modular transformer coreless with magnetic screen, containing one or more modules, characterized in that each transformer module (1, 2) includes two single-turn windings (3, 6) and (4, 7), located coaxially to each other and formed in a toroidal shape between the magnetic screens (5) are located.

Description

Przedmiotem wynalazku jest transformator współosiowy modularny bezrdzeniowy, przeznaczony do zastosowań w przekształtnikach energoelektronicznych wysokiej częstotliwości oraz układach elektroniki przemysłowej.The subject of the invention is a coaxial modular coreless transformer, intended for applications in high-frequency power electronic converters and industrial electronics systems.

Dotychczas znane i stosowane w tym zakresie są transformatory współosiowe o przekładni zwojowej różnej od 1 zwój na 1 zwój, w których uzwojenie pierwotne i wtórne umieszczone są współosiowo względem siebie tworząc w całości kształt topologicznie równoważny z kształtem toroidu. Transformatory takie wykazują szereg niekorzystnych właściwości, to jest niską wartość współczynnika sprzężenia między uzwojeniami, duże indukcyjności rozproszenia, względnie niską sprawność, względnie niską objętościową i masową gęstość mocy. Właściwości te wynikają między innymi z niepełnego wykorzystania objętości uzwojeń, ze względu na intensywnie występujące zjawisko zbliżenia oraz względnie długie części uzwojeń pozostające bez sprzężenia magnetycznego.Hitherto known and used in this field are coaxial transformers with a turn ratio different from 1 turn to 1 turn, in which the primary and secondary windings are coaxial to each other, creating a shape that is topologically equivalent to the shape of the toroid. Such transformers exhibit a number of disadvantageous properties, i.e. a low value of the coupling coefficient between the windings, high leakage inductances, relatively low efficiency, relatively low power volume and mass density. These properties result, inter alia, from the incomplete utilization of the winding volume due to the intensively occurring approach phenomenon and the relatively long winding parts remaining without magnetic coupling.

Znane są również transformatory bezrdzeniowe z uzwojeniami w postaci obwodów drukowanych bądź w postaci skrętki. Dotychczas transformatory te nie miały struktury modularnej o modułach o przekładni równej 1 zwój na 1 zwój.Coreless transformers with windings in the form of printed circuits or twisted pair are also known. Until now, these transformers have not had a modular structure with a ratio of 1 turn per 1 turn.

Transformator według wynalazku, zawierający jeden lub więcej modułów, charakteryzuje się tym, że każdy moduł transformatora zawiera dwa jednozwojowe uzwojenia, usytuowane współosiowo względem siebie i uformowane w kształcie toroidu, a pomiędzy modułami znajdują się ekrany magnetyczne.The transformer according to the invention, comprising one or more modules, is characterized in that each transformer module comprises two single-turn windings arranged coaxially to each other and formed in a toroidal shape, and magnetic screens are provided between the modules.

Takie wykonanie transformatora daje bardzo wysokie sprzężenie magnetyczne uzwojeń, minimalizując tym samym rozproszenie strumienia magnetycznego. Transformator bezrdzeniowy o wysokim sprzężeniu magnetycznym charakteryzuje się korzystnymi właściwościami energetycznymi takimi jak bardzo wysoka sprawność oraz bardzo wysoka masowa i objętościowa gęstość mocy przy bardzo dużej częstotliwości przekształcania.Such a transformer design gives a very high magnetic coupling of the windings, thus minimizing the dispersion of the magnetic flux. A coreless transformer with high magnetic coupling is characterized by favorable energy properties such as very high efficiency and very high mass and volume power density at a very high conversion frequency.

Transformator współosiowy modularny bezrdzeniowy według wynalazku jest objaśniony w przykładzie wykonania pokazanym na rysunku, przedstawiającym widok perspektywiczny transformatora.A coaxial modular coreless transformer according to the invention is explained in the embodiment shown in the drawing showing a perspective view of the transformer.

Transformator zawiera dwa moduły 1 i 2, z których każdy zawiera uzwojenie pierwotne 4, 7, uzwojenie wtórne 3, 6, ułożone koncentrycznie względem uzwojenia pierwotnego, przy czym moduły rozdzielone są ekranem magnetycznym 5. Uzwojenie pierwotne każdego z modułów jest odizolowane od uzwojenia wtórnego, a uzwojenie wtórne od ekranu, przy czym uzwojenia pierwotne są połączone szeregowo za pomocą zwory 12, natomiast uzwojenia wtórne połączone są równolegle za pomocą zwór 13 i 14. Uzwojenie pierwotne całego transformatora współosiowego modularnego jest przyłączone do zacisków przyłączeniowych uzwojenia pierwotnego 9,10, a uzwojenie wtórne do zacisków przyłączeniowych uzwojenia wtórnego 8, 11.The transformer comprises two modules 1 and 2, each of which includes a primary winding 4, 7, a secondary winding 3, 6, arranged concentrically to the primary winding, the modules separated by a magnetic shield 5. The primary winding of each module is isolated from the secondary winding, and the secondary winding from the shield, the primary windings are connected in series by a jumper 12, while the secondary windings are connected in parallel by jumpers 13 and 14. The primary winding of the entire modular coaxial transformer is connected to the primary winding terminals 9, 10, and the winding secondary to the secondary winding terminals 8, 11.

Porównanie przedstawionych właściwości transformatora współosiowego modularnego bezrdzeniowego będącego przedmiotem wynalazku z właściwościami dotychczas znanych i stosowanych w analogicznym zakresie zastosowań transformatorów, wykazuje, że zastąpienie transformatorów dotychczas stosowanych transformatorem zaproponowanym jako przedmiot wynalazku, pozwoli na podwyższenie sprawności przekształcania oraz masowej i objętościowej gęstości mocy. Daje to w rezultacie ograniczenie strat mocy oraz znaczną miniaturyzację samego transformatora i urządzeń, w których skład on wchodzi.The comparison of the presented properties of the coreless modular coaxial transformer, which is the subject of the invention, with the properties of the so far known and used in an analogous range of transformers, shows that replacing the transformers used so far with the transformer proposed as the subject of the invention will allow to increase the conversion efficiency and the mass and volume power density. This results in a reduction of power losses and a significant miniaturization of the transformer itself and the devices it is composed of.

Claims

Coaxial modular coreless transformer with a magnetic shield, comprising one or more modules, characterized in that each transformer module (1, 2) comprises two single-turn windings (3, 6) and (4, 7), coaxial to each other and formed in a shape toroid with magnetic screens between them (5).