專利名稱：漏磁型電力變換變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種漏磁型電力變換變壓器，其可用于冷陰極射線管照明裝置的共振變換器，和如開(kāi)關(guān)電源和無(wú)觸點(diǎn)充電器的共振變換器。更具體地講，本發(fā)明涉及具有較大輸出的電力變換變壓器的構(gòu)造，該種變壓器使用編織導(dǎo)線作為繞組。
背景技術(shù)：
象正在被小型化的許多類型的電氣裝置一樣，迫切需要通過(guò)將這些裝置的電源設(shè)備小型化、增大其頻率和電力變換效率、降低其噪聲水平等手段來(lái)改進(jìn)這些電源設(shè)備。通常采用共振電路系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的。這種共振電路系統(tǒng)使用一種零閂鎖切換或零電流切換方法，其特征在于效率高且噪聲水平低。這種共振電路系統(tǒng)主要利用電力變換變壓器的漏感，并且在初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的磁路之間提供較寬間隙。(下面，將具有該磁路結(jié)構(gòu)的電力變換變壓器稱作“漏磁型電力變換變壓器”。)在運(yùn)用電磁感應(yīng)進(jìn)行功率傳輸?shù)臒o(wú)觸點(diǎn)充電器的電力變換變壓器中，初級(jí)繞組裝在充電器側(cè)，次級(jí)繞組裝在無(wú)線裝置側(cè)。由于初級(jí)繞組和次級(jí)繞組出于功能原因而相互分開(kāi)，在其磁路之間具有一個(gè)較寬的間隙，因此，這種變壓器是一種漏磁型電力變換變壓器。因此，共振電路系統(tǒng)也可用于無(wú)觸點(diǎn)充電器。
共振變換器通過(guò)將電力變換變壓器的漏感元件與電容器相結(jié)合而構(gòu)成，電力可通過(guò)高頻振蕩而由初級(jí)繞組傳送到次級(jí)繞組。
圖5表示用于無(wú)觸點(diǎn)充電器的電力變換變壓器的一個(gè)例子。標(biāo)號(hào)10所指表示傳輸側(cè)，標(biāo)號(hào)20所指表示接收側(cè)(無(wú)線裝置側(cè))。傳輸側(cè)10的兩個(gè)繞線架12包括繞線軸12a，其橫截面為圓筒形，如圖6所示。初級(jí)繞組13分別繞在每個(gè)繞線軸12a的周圍。初級(jí)繞組13的引線與端子11連接，并固定在繞線架12上。兩個(gè)初級(jí)繞組13通過(guò)端子11和印刷電路板上未示出的導(dǎo)電圖形串聯(lián)連接。標(biāo)號(hào)15表示鐵心，其中包括兩個(gè)臂15a的U型磁化體。兩個(gè)繞線架12通過(guò)將雙臂15a插入繞線軸12a的孔中而固定到鐵心15上。
接收側(cè)20具有類似的結(jié)構(gòu)。初級(jí)繞組23繞制在兩個(gè)繞線架22的繞線軸22a上，繞線架22上固定有端子21。兩個(gè)初級(jí)繞組23通過(guò)端子21和未示出的印刷電路板的導(dǎo)電圖形而串聯(lián)連接。標(biāo)號(hào)25表示鐵心，其中包括具有兩個(gè)臂25a的U型磁化體組成的。兩個(gè)繞線架22通過(guò)將所指雙臂25a插入繞線軸22a的孔中而固定到鐵心25上。
Litz(Litzendraht多股絞線)線通過(guò)將獨(dú)立絕緣的單線絞結(jié)并組成束來(lái)制成(下稱“絞合線”)，用作上述電力變換變壓器中繞組的導(dǎo)線材料。通過(guò)使用Litz導(dǎo)線，可以降低集膚效應(yīng)，電流密度會(huì)偏向絞合線的表面，這是絞合線本身的高頻電流所產(chǎn)生磁場(chǎng)作用于電流本身所產(chǎn)生的結(jié)果，由于集膚效應(yīng)也可以降低渦流損耗，即所謂的鄰近效應(yīng)，這是由其他絞合線的露磁通造成的。然而，當(dāng)用于要求比較的大的輸出的電力變換變壓器中時(shí)，由于Litz線包含大量的絞合線，因此無(wú)法充分地加以絞合。當(dāng)將該類型的Litz線用作漏磁型電力變換變壓器的繞組導(dǎo)線時(shí)，一些絞合線會(huì)繞在鐵心表面附近，另一些絞合線會(huì)繞在間隙附近，從而導(dǎo)致不同絞合線之間電感值的不同。絞合線之間的電磁耦合結(jié)果，當(dāng)有高頻電流通過(guò)它們時(shí)，電流會(huì)集中在具有較小電感值的絞合線中，由此增加繞組的損耗，并且難以提高變壓器的效率。
因此，可以考慮使用編織線，因?yàn)樵诰幙椌€中，幾乎沒(méi)有象絞合線那樣的位置偏移，即使在其大量使用時(shí)也是如此。圖7表示編織線30構(gòu)造的一個(gè)例子，其中多束導(dǎo)線31被編織在一起，每束導(dǎo)線是由以水平行布置的多根絞合線31a組成的。編織線30所包含的不同的絞合線31是通過(guò)彼此平衡地改變其在上、下、左、右各個(gè)方向上的位置而編織在一起的。因此，成束導(dǎo)線31和絞合線31a的位置偏移要比Litz線的偏移大大減小。因此，絞合線31a的電感值變化較小。由此可以降低因電流集中在具有較小電感的絞合線中而增加的繞組損耗。
然而，常用的編織線30是以小節(jié)距螺旋編織的，例如在同軸電纜的外屏蔽線部分。由于絞合線31a的長(zhǎng)度大大超過(guò)編織線30的實(shí)際長(zhǎng)度，因此其直流電阻會(huì)比Litz線的大。還有，由于具有窄的編織節(jié)距的編織線的寬度會(huì)增加，在將多束導(dǎo)線繞在繞線軸上時(shí)，導(dǎo)線相互覆蓋的部分就會(huì)增加。此時(shí)，磁鏈會(huì)從外層到里層逐漸增加，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的集膚效應(yīng)，并且在高頻下增加繞組阻抗。由于在高頻下直流電阻和繞組阻抗會(huì)增加，因此，使用通常的編織線30一直以來(lái)均未能獲得具有足夠轉(zhuǎn)換效率的電力變換變壓器。
發(fā)明概述本發(fā)明的漏磁型電力變換變壓器包括具有一臂的第一鐵心；具有一臂的第二鐵心；繞在第一鐵心的臂上的初級(jí)繞組，和繞在第二鐵心的臂上的次級(jí)繞組。初級(jí)繞組和次級(jí)繞組電磁耦合在一起。在第一鐵心的臂和第二鐵心的臂之間有至少一個(gè)間隙。初級(jí)繞組和次級(jí)繞組中的至少一個(gè)是包含有編織線，這種編織線由三束或以上的成束導(dǎo)線編織的，每束導(dǎo)線是包含許多絞合線。編織線的編織節(jié)距(P)大小為，絞合線的平均一匝繞組長(zhǎng)度(W)與編織節(jié)距(P)之間的比(W/P)為0.5～2.5。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是本發(fā)明編織線的一個(gè)實(shí)施例的放大平面圖；圖2是編織線構(gòu)造的簡(jiǎn)化示意圖；圖3表示繞組阻抗的頻率特性的曲線圖；圖4是曲線圖，表示比率(W/P)和繞組阻抗之間的關(guān)系；圖5是電力變換變壓器一實(shí)例的正截面圖；圖6是沿圖5的線6-6所截的截面圖；圖7是常規(guī)編織線的放大平面圖；圖8是電力變換變壓器第二種實(shí)施例的正截面圖；和圖9是電力變換變壓器第三種實(shí)施例的正截面圖。
優(yōu)選實(shí)施例的描述圖1表示編織線50的一個(gè)實(shí)施例，這種編織線用作本發(fā)明漏磁型電力變換變壓器中的繞組導(dǎo)線材料。編織線50包含多組導(dǎo)線束51，每個(gè)導(dǎo)線束包含五根絞合線51a，這些絞合線是以水平并列布置的；多組導(dǎo)線束51編織成圓筒形，然后壓扁，形成扁平的編織線。編織線50不同于圖6所示的常規(guī)編織線，因?yàn)樗木幙椆?jié)距(導(dǎo)線束51位置變化一周的距離)比常規(guī)編織線的長(zhǎng)得多。
圖2表示編織線50的簡(jiǎn)化構(gòu)造，其中包含三個(gè)導(dǎo)線束51。在圖2中，單根粗實(shí)線和細(xì)虛線各自代表導(dǎo)線束51。由于三個(gè)導(dǎo)線束51是編織在一起的，因而它們的位置也一起有規(guī)則地改變。如果把編織導(dǎo)線50繞在繞線軸12a(圖6所示)或類似的裝置上時(shí)，一匝線圈的長(zhǎng)度表示為一匝繞組長(zhǎng)度W，則我們可以選擇其編織節(jié)距P，使得一匝繞組長(zhǎng)度W與節(jié)距P之間的比(W/P)的值為0.5～2.5。順言之，當(dāng)將編織導(dǎo)線50繞制成多層繞組時(shí)，將單匝繞組的平均長(zhǎng)度用作一匝繞組長(zhǎng)度W。
本發(fā)明的漏磁型電力變換變壓器的特征在于，在它的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組中，至少有一個(gè)使用這種類型的編織導(dǎo)線50作為繞組材料。本發(fā)明同樣可用于如圖8所示那樣的具有簡(jiǎn)化構(gòu)造的無(wú)觸點(diǎn)充電器的電力變換變壓器。在圖8中，對(duì)應(yīng)于圖5的部分采用相同的標(biāo)號(hào)表示，標(biāo)號(hào)10表示傳輸側(cè)，標(biāo)號(hào)20表示接收側(cè)。初級(jí)繞組13繞制在發(fā)射側(cè)10繞線架12的繞線軸12a上，而次級(jí)繞組23繞制在接收側(cè)20繞線架22的繞線軸22a上。標(biāo)號(hào)15和25表示具有臂15a和25a的鐵心。
本發(fā)明還可應(yīng)用于逆變器或變換器的電力變換變壓器，如圖9所示。該種變壓器包括一個(gè)繞線架60和兩個(gè)E型鐵心75和85。兩個(gè)繞組槽由三個(gè)齒61而分開(kāi)，并且在繞線架60的圓筒形繞線軸62上提供。初級(jí)繞組73繞制在所述槽之一中，而次級(jí)繞組83則繞制在另一槽中。鐵心75和85各自中間的臂75a和85a從相對(duì)的方向插入到繞線軸62的孔中，并且相互面對(duì)而在其間具有間隙90。鐵心75和85的外臂75b和85b則面對(duì)面地相互接觸。
具有圖9所示構(gòu)造的變壓器使用具有不同編織節(jié)距的四種類型的編織導(dǎo)線和一個(gè)完全非編織導(dǎo)線束制成，各種不同類型的導(dǎo)線束都以相同的匝數(shù)(十八匝)繞制在初級(jí)繞組側(cè)上。圖3表示在不同頻率下檢測(cè)得到的初級(jí)側(cè)的高頻繞組阻抗的測(cè)量值。每個(gè)繞組的平均一匝繞組長(zhǎng)度W大約為52mm；不同類型的導(dǎo)線束中所含絞合線的直徑均為0.08，所含絞合線都是96組。鐵心75和鐵心85之間的間隙90為0.7mm。
在圖3中，一點(diǎn)劃線D表示當(dāng)使用具有編織節(jié)距為17mm的常規(guī)編織導(dǎo)線30時(shí)所獲得的特性。如圖3所示，繞組阻抗會(huì)隨著頻率的升高而明顯地增大。此時(shí)一匝繞組長(zhǎng)度W和編織節(jié)距P之間的比(W/P)大約為3。虛線E表示當(dāng)使用完全非編織導(dǎo)線束時(shí)的特性，繞組阻抗在大約300KHz以下情況下甚至要比一點(diǎn)劃線D還要大。此時(shí)比(W/P)可認(rèn)為幾乎為零。
實(shí)線A、虛線B和兩點(diǎn)劃線C表示本發(fā)明的實(shí)施例，并且示出了使用具有節(jié)距分別為24mm、50mm、和100mm的編織導(dǎo)線時(shí)的各特性。在上述每種情況下的一匝繞組長(zhǎng)度W和編織節(jié)距P之間的比(W/P)分別大約為2、1、和0.5。在這幾種情況下，在高頻區(qū)域中的繞組電阻的增加遠(yuǎn)小于一點(diǎn)劃線D和虛線E。
圖4表示在100KHz的正常工作頻率下檢測(cè)具有不同編織節(jié)距的編織導(dǎo)線時(shí)所獲得的測(cè)量值，以及檢測(cè)到的比(W/P)與繞組阻抗之間的關(guān)系。如圖4清楚地所示，當(dāng)一匝繞組長(zhǎng)度W和編織節(jié)距P之間的比(W/P)小于0.5或大于2.5時(shí)，繞組阻抗會(huì)明顯地增大。因此，選擇編織導(dǎo)線的編織節(jié)距P時(shí)，應(yīng)當(dāng)，使得匝繞組長(zhǎng)度W和編織節(jié)距P之間的比(W/P)在0.5和2.5之間。最好是，編織節(jié)距P應(yīng)使得比(W/P)在1和2之間。
為了保證比(W/P)在0.5和2.5之間，可將一匝繞組長(zhǎng)度W作為參照，編織節(jié)距P的大小應(yīng)0.4到2.0倍于一匝繞組長(zhǎng)度W。當(dāng)編織導(dǎo)線的編織節(jié)距P小于或大于這個(gè)范圍時(shí)，在高頻區(qū)域中的繞組阻抗會(huì)增大。編織節(jié)距P越小，所采用的絞合線就越長(zhǎng)，編織數(shù)就會(huì)增加，并且因此還會(huì)增加成本。當(dāng)編織節(jié)距P太大時(shí)，絞線之間的位置關(guān)系會(huì)變差，并且很容易松繞，從而增加繞線操作的難度。
在本發(fā)明中，將編織繞組用作繞組材料，并且選擇最適宜的編織節(jié)距作為變壓器繞組部分的一匝繞組長(zhǎng)度。按照本發(fā)明，不同絞合線之間的電感值幾乎沒(méi)有變化，并且絞線長(zhǎng)度可減小到最小，由此降低直流電阻。還有，在高頻區(qū)域中的繞組阻抗的增大可以減小，從而繞組損耗可降低，這樣即可獲得具有極其優(yōu)異轉(zhuǎn)換效率的電力變換變壓器。當(dāng)將本發(fā)明用于高頻的大輸出的漏磁型電力變換變壓器時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)尤其明顯。
權(quán)利要求
1.一種漏磁型電力變換變壓器，其包括具有一臂的第一鐵心；具有一臂的第二鐵心；繞制在第一鐵心的臂上的初級(jí)繞組；和繞制在第二鐵心的臂上的次級(jí)繞組；所述初級(jí)繞組和所述次級(jí)繞組電磁耦合在一起；在上述第一鐵心的臂與第二鐵心的臂之間有至少一個(gè)間隙；所述初級(jí)繞組和所述次級(jí)繞組中的至少一個(gè)是包含編織導(dǎo)線組成的，這種編織導(dǎo)線由三束或以上導(dǎo)線束編織的，每束導(dǎo)線由多組絞合線組成；編織導(dǎo)線的編織節(jié)距(P)的大小應(yīng)當(dāng)使得上述絞合線的平均一匝繞組長(zhǎng)度(W)與編織節(jié)距(P)之間的比(W/P)在0.5到2.5之間。
2.權(quán)利要求1所述的漏磁型電力變換變壓器，其中編織導(dǎo)線編織節(jié)距(P)應(yīng)當(dāng)使得絞合線的平均一匝繞組長(zhǎng)度(W)與編織節(jié)距(P)之間的比(W/P)為1和2之間的數(shù)值。
3.權(quán)利要求1所述的漏磁型電力變換變壓器，還包括具有圓筒形繞組的第一繞線架，上述第一鐵心的臂插入其中，和具有圓筒形繞組的第二繞線架，上述第二鐵心的臂插入其中；初級(jí)繞組繞制在上述第一繞線架的繞線軸上，次級(jí)繞組繞制在上述第二繞線架的繞線軸上。
4.權(quán)利要求1所述的漏磁型電力變換變壓器，還包括具有圓筒形繞線軸的繞線架，其上有兩個(gè)繞線槽，初級(jí)繞組繞在其中一個(gè)槽內(nèi)，次級(jí)繞組繞在另一槽內(nèi)；上述第一鐵心的臂和第二鐵心的臂從相對(duì)方向插入到繞線軸中，并且相互面對(duì)而在其間具有所述間隙。
全文摘要
常規(guī)編織導(dǎo)線在高頻區(qū)域上直流電阻和繞組阻抗都較高,因此不可能制造具有足夠轉(zhuǎn)換效率的電力變換變壓器。在本發(fā)明中,編織導(dǎo)線由三束或以上導(dǎo)線束編織而成,每束是又包含多組絞合線,將其用作漏磁型電力變換變壓器的繞組材料。編織導(dǎo)線的編織節(jié)距的設(shè)置使得一匝繞組長(zhǎng)度與編織節(jié)距之間的比在0.5和2.5之間。
文檔編號(hào)H01F38/08GK1366314SQ02103199
公開(kāi)日2002年8月28日 申請(qǐng)日期2002年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月12日
發(fā)明者中山一博, 阿部重夫 申請(qǐng)人:東光株式會(huì)社