专利名称：多环形线圈变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多环形线圈变压器。
背景技术：
参考图Ia和图lb，可以了解专利GB 0706197. 1所披露的高频、高压变压器101、 102。该变压器具有序号分别为1到Nre和1到Ns。的起初级和次级电路作用的多环形线圈 11、12。单匝管13连接该初级和次级环形线圈组。图Ia和图Ib分别为这些变压器的电路 图及示意图。随着电源和/或运行要求的增加，单匝管13上的电压V0s可以变得足够高，以至 于如果电压νΘΕ&适于直接连接到电源电路输出端，序号为1到Nre的原磁芯组11即可省去。在较低的电压下，只要将回路设置为单匝线圈以上，也可以省去初级闭合磁路。理 论上，对缠绕在副磁芯组上的线圈匝数实际没有限制，以使回路的这些线圈匝数本身即可 提供所要求的供电电压。专利JP 11 176678公开了由多个串联模块组成的高压变压器，每个模块都包括 变压器结构以及电压放大和整流电路。这些模块的变压器由直接连接电源的单匝原绕组驱 动。专利GB 427，948公开了具有同轴单匝原绕组和副绕组的变压器，所述原绕组和 副绕组分别缠绕于各自的磁芯上，所述磁芯封装于外壳内，所述外壳具有同轴延伸且穿过 所述原绕组和副绕组的磁芯的中心柱。这样，所述中心柱和外壳对于原绕组而言就是副绕 组，对于副绕组而言就是原绕组，即所述中心柱和外壳形成了共同的耦合绕组。专利US 5，023，768公开了具有轴向中空磁芯的立式圆柱体，使得副绕组能够设 置于所述圆柱体中，并同所述圆柱体的磁芯同轴。在一个实施例中，多匝绝缘线穿过所述磁 芯，环绕所述圆柱体的外壁和两端，形成了原绕组。或者，通过所述圆柱体的磁芯、圆柱体的 两端和外壁的金属表层形成单匝原绕组。专利US 6，377，153公开了用于绝缘开关电源装置的变压器，该电源装置拥有较 小的开关噪声，在该变压器中磁芯通过导电外壳电性连接，该导电外壳作为单匝绕组使用。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种变压器，所述变压器包括副绕组装置和原绕 组装置；所述副绕组装置包括多个在外壳装置内串联的同轴环形闭合磁路装置；所述原绕 组装置包括多匝线圈，所述线圈包括轴向通过所述环形闭合磁路装置的导电元件，所述多 个导电元件中的各个导电元件通过沿所述外壳装置的壁的各个导电带状线装置连接，从而 形成连续导电元件作为原绕组装置。优选地，所述导电元件相互间隔，使得所述导电元件的横截面大致环绕于所述外 壳装置的横截面的圆周上。优选地，所述导电元件至少为管状导线、杆状导线及带状导线三者中的一种。
优选地，所述导电元件为壁厚相当于在变压器工作频率下所传输电流的趋肤深度 的管状导线。可选地，所述导电元件为厚度相当于在变压器工作频率下所传输电流的趋肤深度 的扁平带状导线。可选地，所述导电元件包括并联导电元件组合，其中，每个导电元件的壁厚相当于 在变压器工作频率下所传输电流的趋肤深度。优选地，所述导电带状线装置形成于位于所述外壳装置外表面的印刷电路板上。优选地，所述外壳装置具有大致为直线的横截面，平行于所述外壳装置的纵轴的 所述外壳装置的壁大致为平面。优选地，所述导电带状线装置设置于所述大致呈平面的壁的第一壁，第二壁及第 三壁，所述导电带状线装置的厚度大于在变压器工作频率下电流的趋肤深度。优选地，大致呈平面的第四壁包括用于部件整流的印刷电路板。优选地，所述变压器还包括绝缘管装置，所述绝缘管装置设置有次级环形闭合磁 路装置，所述环形闭合磁路装置用于为轴向穿过所述环形闭合磁路的导电元件提供耐受电 压。优选地，所述变压器还包括冷却剂分配装置。优选地，所述冷却剂分配装置包括与所述环形闭合磁路装置的磁芯孔同轴且直径 小于该磁芯孔的管装置，所述管装置上设有通气孔，用于将冷却剂引入各个次级环形线圈。优选地，所述变压器还包括设置于所述原绕组装置和副绕组装置之间的静电屏装置。优选地，所述静电屏装置为位于所述原绕组装置和副绕组装置之间的薄壁金属套管。优选地，所述薄壁金属套管具有纵向裂缝，用于最大限度减少所述薄壁金属套管 内的涡电流。优选地，所述变压器还包括位于所述环形闭合磁路装置和所述外壳装置的内壁之 间的电绝缘片，用于提供高压绝缘并最大限度降低横跨所述绝缘体的表面的高压风险。优选地，所述各个次级环形闭合磁路装置相互连接，以使所述变压器的各个次级 环形闭合磁路装置星形连接，并提供电压输入至双脉冲整流器。根据本发明的第二方面，提供了一种三相逆变系统，包括三个独立并相互隔离的 变压器(如上所述)，其中，所述变压器的原绕组装置三角连接，由三相逆变器馈电。优选地，所述三个独立并相互隔离的变压器的次级环形闭合磁路装置相互连接， 以使所述各变压器的各个次级环形闭合磁路装置星形连接，并提供电压输入至六脉冲整流器。
以下将结合附图，通过举例对本发明进行进一步的描述。图Ia为现有技术第一变压器的电路图；图Ib为现有技术第二变压器的示意图；图2为根据本发明变压器的第一实施例的示意图3为根据本发明变压器的第二实施例的端侧壁示意图；图4a为图3所示实施例的端视
图4b为本发明第三实施例的端视图；图5为根据本发明第二方面的副绕组互连电路图；图6为根据本发明的变压器的模型图。在附图中，相同的附图标记表示同一组成部分。应当理解，为了清楚，附图不必按 照比例绘制。
具体实施例方式图2所示的本发明实施例与图Ib所示的变压器类似，但无初级环形线圈。参考图 2所示根据本发明的变压器20的基本电路图，所述副绕组22包括Nsc个串联的闭合磁路1 至Nsc，每个闭合磁路有nsc匝线圈21。所有次级磁路与低电阻回路23电磁耦合，所述低电阻回路23具有穿过所述次级 闭合磁路的两匝线圈，但却是单回路。因此，所述原绕组实际具有两匝线圈，但任何合理的 np匝线圈都可以使用。Nsc个副绕组21中的每一个均具有整流器24，使得所述变压器20的电压输出经过 整流，以提供直流输出E。ut。原绕组中穿过所述次级磁路的部分位于管体25内，用于在所述原绕组23和副绕 组21之间提供静电屏蔽。如图2所示的变压器20的初级和次级电压之间的关系可以由以下表达式表示。
EdcnNscV1 =-E~
nSc
γ = E输出nP pri —
nSC
￡ = Vpri11SC = ^输出
dC _ npNsc _ Nsc其中Vpri为原绕组23上的初级电压；Edc为一个副绕组21上的整流次级电压；np为初级线圈的匝数； Nsc为次级磁路或磁芯的数量；nsc为每个磁路或磁芯的次级线圈匝数；Ef俞出为所述变压器的输出电压。实际应用中，系统可能需要20个次级磁芯，每个磁芯的内径大约为100mm，高度为 25mm，这就要求结构为500mm长。在这样的组件上绕线六匝将会是一项枯燥而有难度的工 作。此外，控制横截面要足够大以处理高达150A的高频电流的导线，并为高达25kV的耐受 电压小心布置该导线，是项非常困难的工作。
本发明提供了一种较为实际的施工设置，可以克服与解决上述问题相关的难题。高频电流下，只有导线的表面完全用于电流流动。趋肤深度，即电流减少为表面值 的37%的深度，用于描述著名的趋肤效应。铜是最好的导电元件之一，对铜来说，趋肤深度 大致可以由以下等式获得
权利要求
1.一种变压器，其特征在于，包括副绕组装置和原绕组装置；所述副绕组装置包括多 个在外壳装置内串联的同轴环形闭合磁路装置；所述原绕组装置包括多匝线圈，所述线圈 包括轴向通过所述环形闭合磁路装置的导电元件，所述多个导电元件中的各个导电元件通 过沿所述外壳装置的壁的各个导电带状线装置连接，从而形成连续导电元件作为原绕组装置。
2.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述导电元件相互间隔，使得导电元件的 横截面大致环绕在所述外壳装置的横截面的圆周上。
3.如权利要求1或2所述的变压器，其特征在于，所述导电元件至少为管状导线、杆状 导线及带状导线三者中的一种。
4.如权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述导电元件为壁厚相当于在变压器工 作频率下所传输电流的趋肤深度的管状导线。
5.如权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述导电元件为厚度相当于在变压器工 作频率下所传输电流的趋肤深度的扁平带状导线。
6.如上述任一权利要求所述的变压器，其特征在于，所述导电元件包括并联导电元件 组合，其中，每个导电元件的壁厚相当于在变压器工作频率下所传输电流的趋肤深度。
7.如上述任一权利要求所述的变压器，其特征在于，所述导电带状线装置形成于位于 所述外壳装置外表面的印刷电路板上。
8.如上述任一权利要求所述的变压器，其特征在于，所述外壳装置具有大致为直线的 横截面，平行于所述外壳装置的纵轴的所述外壳装置的壁大致为平面。
9.如权利要求8所述的变压器，其特征在于，所述导电带状线装置设置于所述大致呈 平面的壁的第一壁，第二壁及第三壁上，所述导电带状线装置的厚度大于在变压器工作频 率下电流的趋肤深度。
10.如权利要求8或9所述的变压器，其特征在于，大致为平面状的第四壁包括用于部 件整流的印刷电路板。
11.如上述任一权利要求所述的变压器，其特征在于，所述变压器包括绝缘管装置，所 述绝缘管装置上设置有所述次级环形闭合磁路装置，所述次级环形闭合磁路装置用于为轴 向穿过所述环形闭合磁路的导电元件提供耐受电压。
12.如上述任一权利要求所述的变压器，其特征在于，所述变压器包括冷却剂分配装置。
13.如权利要求12所述的变压器，其特征在于，所述冷却剂分配装置包括与所述环形 闭合磁路的磁芯孔同轴且直径小于该磁芯孔的管装置，所述管装置上设有通气孔，用于将 冷却剂引入各个次级环形线圈。
14.如上述任一权利要求所述的变压器，其特征在于，所述变压器包括设置于原绕组装 置和副绕组装置之间的静电屏装置。
15.如权利要求14所述的变压器，其特征在于，所述静电屏装置为位于所述原绕组装 置和副绕组装置之间的薄壁金属套管。
16.如权利要求15所述的变压器，其特征在于，所述薄壁金属套管具有纵向裂缝，用于 最大限度减少所述薄壁金属套管内的涡电流。
17.如上述任一权利要求所述的变压器，其特征在于，所述变压器包括位于所述环形闭合磁路装置和所述外壳装置的内壁之间的电绝缘片，用于提供高压绝缘并最大限度降低跨 越所述电绝缘片的表面的高压风险。
18.如上述任一权利要求所述的变压器，其特征在于，所述各个次级环形闭合磁路装置 相互连接，以使所述变压器的各个次环形闭合磁路装置星形连接，并提供电压输入至双脉 冲整流器。
19.一种三相逆变系统，其特征在于，包括三个独立并相互隔离的如上述任一权利要求 所述的变压器，其中，所述变压器的所述原绕组装置三角连接，由三相逆变器馈电。
20.如权利要求19所述的三相逆变系统，其特征在于，所述三个独立并相互隔离的变 压器的次级环形闭合磁路装置相互连接，以使所述各变压器的各个次级环形闭合磁路装置 星形连接，并提供电压输入至六脉冲整流器。
全文摘要
本发明提供一种变压器(200)，包括副绕组和原绕组(23)；所述副绕组包括多个在外壳(47)内串联的同轴环形闭合磁路(42)；所述原绕组(23)包括多匝线圈，所述线圈包括轴向通过所述环形闭合磁路的导电元件(301-306)，所述多个导电元件中的各个导电元件通过沿所述外壳的壁的各个导电带状线(321-326)电性连接，从而形成连续原绕组(23)。
文档编号H01F30/06GK102113071SQ200980130370
公开日2011年6月29日 申请日期2009年7月29日 优先权日2008年7月31日
发明者R·理查德森 申请人:E2V技术(英国)有限公司