变压器和电感的磁集成结构转让专利
申请号 : CN200710186467.X
文献号 : CN101308724B
文献日 : 2010-04-14
发明人 : 张艳军 , 徐德鸿 , 三野和明 , 笹川清明
申请人 : 浙江大学 , 富士电机系统株式会社
摘要 :
本发明公开的变压器和电感的磁集成结构，具有“田”字型闭合磁芯，在“田”字型磁芯的其中一个中心柱上缠绕变压器绕组，在“田”字型磁芯的另一个中心柱上缠绕电感绕组，缠绕变压器绕组的中心柱上设有变压器气隙，缠绕电感绕组的中心柱上设有电感气隙，变压器绕组产生的磁通和电感绕组产生的磁通在二者公共的磁芯上方向相反。本发明的磁集成结构在空间位置上稳定，并且可以实现磁元件整体体积小型化，提高电力电子变换器功率密度。
权利要求 :
1.变压器和电感的磁集成结构，其特征在于具有“田”字型闭合磁芯，在“田”字型磁芯的其中一个中心柱上缠绕变压器绕组(12、13、14)，在“田”字型磁芯的另一个中心柱上缠绕电感绕组(15)，缠绕变压器绕组的中心柱上设有变压器气隙(16)，缠绕电感绕组的中心柱上设有电感气隙(17)，变压器绕组产生的磁通(18)和电感绕组产生的磁通(19)在二者公共的磁芯上方向相反。
2.根据权利要求1所述的变压器和电感的磁集成结构，其特征在于“田”字型闭合磁芯自下而上依次由开口向上的E型磁芯(22)、I型磁芯(24)和开口向下的E型磁芯(21)迭置构成。
3.根据权利要求1所述的变压器和电感的磁集成结构，其特征在于“田”字型闭合磁芯自下而上依次由两个开口向上的E型磁芯(22、23)和I型磁芯(24)迭置构成。
4.根据权利要求1所述的变压器和电感的磁集成结构，其特征在于“田”字型闭合磁芯自下而上依次由两个开口向上的E型磁芯(22、23)和一个开口向下的E型磁芯(21)迭置构成。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种磁集成结构，尤其是变压器和电感的磁集成结构。
背景技术
变压器和电感等磁元件广泛的应用于电力电子变换器中，并成为制约电力电子变换器功率密度进一步提高的主要因素。如果可以通过共用部分磁路的方法使变压器和电感等磁元件集成在一起，就可以减小磁元件的整体体积，提高电力电子变换器功率密度。
图1所示为现有的一种变压器和电感的磁集成结构。闭合磁路由开口向下和开口向上的两个E型磁芯21、22构成，变压器的绕组12、13、14绕在磁芯的左边柱上，变压器的气隙16也在磁芯左边柱上。电感的绕组15绕在磁芯的右边柱上，电感的气隙17也在磁芯右边柱上。这种形式的磁集成结构，空间位置上稳定性较差，且变压器绕组和电感绕组都绕在磁芯边柱上，由于常用的E型磁芯其边柱的截面积是中柱截面积的一半，因而与未集成时相比，磁芯边柱上的磁感应强度加倍，导致磁损增加。
图1所示为现有的一种变压器和电感的磁集成结构。闭合磁路由开口向下和开口向上的两个E型磁芯21、22构成，变压器的绕组12、13、14绕在磁芯的左边柱上，变压器的气隙16也在磁芯左边柱上。电感的绕组15绕在磁芯的右边柱上，电感的气隙17也在磁芯右边柱上。这种形式的磁集成结构，空间位置上稳定性较差，且变压器绕组和电感绕组都绕在磁芯边柱上，由于常用的E型磁芯其边柱的截面积是中柱截面积的一半，因而与未集成时相比，磁芯边柱上的磁感应强度加倍，导致磁损增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种在空间位置上稳定，有利于降低磁损的变压器和电感的磁集成结构。
本发明的变压器和电感的磁集成结构，其具有“田”字型闭合磁芯，在“田”字型磁芯的其中一个中心柱上缠绕变压器绕组，在“田”字型磁芯的另一个中心柱上缠绕电感绕组，缠绕变压器绕组的中心柱上设有变压器气隙，缠绕电感绕组的中心柱上设有电感气隙，变压器绕组产生的磁通和电感绕组产生的磁通在二者公共的磁芯上方向相反。
本发明的变压器和电感的磁集成结构，由于变压器和电感的气隙都位于磁芯中心柱上，而在磁芯边柱没有气隙，因此它是一种空间位置上稳定的结构。同时，由于变压器绕组和电感绕组也都绕在磁芯中心柱上，因此磁损与未集成时相等，不会带来磁损的增加。而且变压器绕组产生的磁通和电感绕组产生的磁通在二者公共的磁芯上方向相反，可以相互抵消一部分，减小公共磁芯上的磁损。本发明的磁集成结构实现了变压器和电感的集成，可以减小磁元件整体体积，提高电力电子变换器功率密度。
本发明的变压器和电感的磁集成结构，其具有“田”字型闭合磁芯，在“田”字型磁芯的其中一个中心柱上缠绕变压器绕组，在“田”字型磁芯的另一个中心柱上缠绕电感绕组，缠绕变压器绕组的中心柱上设有变压器气隙，缠绕电感绕组的中心柱上设有电感气隙，变压器绕组产生的磁通和电感绕组产生的磁通在二者公共的磁芯上方向相反。
本发明的变压器和电感的磁集成结构，由于变压器和电感的气隙都位于磁芯中心柱上，而在磁芯边柱没有气隙，因此它是一种空间位置上稳定的结构。同时，由于变压器绕组和电感绕组也都绕在磁芯中心柱上，因此磁损与未集成时相等，不会带来磁损的增加。而且变压器绕组产生的磁通和电感绕组产生的磁通在二者公共的磁芯上方向相反，可以相互抵消一部分，减小公共磁芯上的磁损。本发明的磁集成结构实现了变压器和电感的集成，可以减小磁元件整体体积，提高电力电子变换器功率密度。
附图说明
图1是现有的一种变压器和电感的磁集成结构；
图2是本发明的一种具体结构示意图；
图3是本发明的另一种具体结构示意图；
图4是本发明的第三种具体结构示意图。
图2是本发明的一种具体结构示意图；
图3是本发明的另一种具体结构示意图；
图4是本发明的第三种具体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明。
参照图2，本发明的变压器和电感的磁集成结构具有“田”字型闭合磁芯，该“田”字型磁芯自下而上依次由开口向上的E型磁芯22、I型磁芯24和开口向下的E型磁芯21迭置构成。图例中，在开口向下的E型磁芯21的中柱上缠绕变压器绕组12、13、14，该E型磁芯中柱与I型磁芯之间有变压器气隙16，在开口向上的E型磁芯22的中柱上缠绕电感绕组15，该E型磁芯中柱与I型磁芯之间有电感气隙17，变压器绕组产生的磁通18和电感绕组产生的磁通19在二者公共的磁芯(I型磁芯)上方向相反。
由于变压器和电感的气隙都在磁芯的中柱上，在磁芯的边柱上没有气隙，因此图2所示的磁集成结构是一种空间位置上稳定的结构。同时，由于变压器和电感的绕组也都绕在磁芯中柱上，因此图2所示结构中磁芯内的磁感应强度与未集成时相等，磁损也相等。而且，变压器的绕组产生的磁通和电感绕组产生的磁通在I型磁芯上方向相反，可以相互抵消一部分，减小I型磁芯内的磁损。
图3为本发明的另一种具体结构示意图。图3中，“田”字型闭合磁芯自下而上依次由两个开口向上的E型磁芯22、23和I型磁芯24迭置构成。图例中，在开口向上的E型磁芯22的中柱上缠绕电感绕组15，开口向上的E型磁芯23的中柱上缠绕变压器绕组12、13、14，在开口向上的E型磁芯22的中柱与开口向上的E型磁芯23的底边之间具有电感气隙17，开口向上的E型磁芯23的中柱与I型磁芯24之间有变压器气隙16。变压器绕组产生的磁通18和电感绕组产生的磁通19在二者公共的磁芯上方向相反。
图4为本发明的又一种具体结构示意图。图4中，“田”字型闭合磁芯自下而上依次由两个开口向上的E型磁芯22、23和一个开口向下的E型磁芯21迭置构成。图例中，在开口向上的E型磁芯22的中柱上缠绕电感绕组15，开口向上的E型磁芯23和开口向下的E型磁芯21对接构成的中柱上缠绕变压器绕组12、13、14，并在该两个E型磁芯的中柱之间设置变压器气隙16。在开口向上的E型磁芯22的中柱与开口向上的E型磁芯23的底边之间具有电感气隙17。变压器绕组产生的磁通18和电感绕组产生的磁通19在二者公共的磁芯上方向相反。
参照图2，本发明的变压器和电感的磁集成结构具有“田”字型闭合磁芯，该“田”字型磁芯自下而上依次由开口向上的E型磁芯22、I型磁芯24和开口向下的E型磁芯21迭置构成。图例中，在开口向下的E型磁芯21的中柱上缠绕变压器绕组12、13、14，该E型磁芯中柱与I型磁芯之间有变压器气隙16，在开口向上的E型磁芯22的中柱上缠绕电感绕组15，该E型磁芯中柱与I型磁芯之间有电感气隙17，变压器绕组产生的磁通18和电感绕组产生的磁通19在二者公共的磁芯(I型磁芯)上方向相反。
由于变压器和电感的气隙都在磁芯的中柱上，在磁芯的边柱上没有气隙，因此图2所示的磁集成结构是一种空间位置上稳定的结构。同时，由于变压器和电感的绕组也都绕在磁芯中柱上，因此图2所示结构中磁芯内的磁感应强度与未集成时相等，磁损也相等。而且，变压器的绕组产生的磁通和电感绕组产生的磁通在I型磁芯上方向相反，可以相互抵消一部分，减小I型磁芯内的磁损。
图3为本发明的另一种具体结构示意图。图3中，“田”字型闭合磁芯自下而上依次由两个开口向上的E型磁芯22、23和I型磁芯24迭置构成。图例中，在开口向上的E型磁芯22的中柱上缠绕电感绕组15，开口向上的E型磁芯23的中柱上缠绕变压器绕组12、13、14，在开口向上的E型磁芯22的中柱与开口向上的E型磁芯23的底边之间具有电感气隙17，开口向上的E型磁芯23的中柱与I型磁芯24之间有变压器气隙16。变压器绕组产生的磁通18和电感绕组产生的磁通19在二者公共的磁芯上方向相反。
图4为本发明的又一种具体结构示意图。图4中，“田”字型闭合磁芯自下而上依次由两个开口向上的E型磁芯22、23和一个开口向下的E型磁芯21迭置构成。图例中，在开口向上的E型磁芯22的中柱上缠绕电感绕组15，开口向上的E型磁芯23和开口向下的E型磁芯21对接构成的中柱上缠绕变压器绕组12、13、14，并在该两个E型磁芯的中柱之间设置变压器气隙16。在开口向上的E型磁芯22的中柱与开口向上的E型磁芯23的底边之间具有电感气隙17。变压器绕组产生的磁通18和电感绕组产生的磁通19在二者公共的磁芯上方向相反。