一種變壓器和電感器的集成結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)公開了變壓器和電感器的集成結(jié)構(gòu)，包括：日字形磁芯，由環(huán)形導(dǎo)磁體和中心柱導(dǎo)磁體所組成。中心柱兩端均與環(huán)形導(dǎo)磁體相連接。環(huán)形導(dǎo)磁體有兩根側(cè)柱以中心柱呈對(duì)稱分布，分別稱為第一側(cè)柱和第二側(cè)柱。變壓器初級(jí)線圈纏繞在磁芯的中心柱上。變壓器次級(jí)線圈也纏繞在磁芯的中心柱上。電感器線圈，纏繞在磁芯的第一側(cè)柱和第二側(cè)柱上，分別稱為電感器線圈的第一部分和第二部分；這兩部分的纏繞匝數(shù)相同，纏繞方向相反。本申請(qǐng)?jiān)谝粋€(gè)集成結(jié)構(gòu)中使得變壓器和電感器共用磁芯而不相互干擾，實(shí)現(xiàn)了兩者的解耦。該集成結(jié)構(gòu)既可以作為變壓器，也可以作為電感器使用，也可同時(shí)作為變壓器和電感，從而減小體積，降低成本，還能降低重量，減少材料的消耗。
【專利說明】一種變壓器和電感器的集成結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及一種新型的電子元件，既能作為變壓器使用，又能作為電感器使用，還能同時(shí)作為變壓器和電感器使用。
【背景技術(shù)】
[0002]變壓器(transformer)是一種用來升高或降低交流電壓的電子元件。請(qǐng)參閱圖1,這是一個(gè)簡(jiǎn)單的雙繞組變壓器。在一個(gè)閉合磁芯(也稱鐵心)10上纏繞有初級(jí)線圈(也稱原邊繞組)11和次級(jí)線圈(也稱副邊繞組)12。當(dāng)初級(jí)線圈11通過交流電流時(shí)，磁芯10中產(chǎn)生磁通量15，該磁通量15使得次級(jí)線圈12產(chǎn)生感應(yīng)電流。
[0003]電感器(inductor)是一種當(dāng)通過閉合回路的電流發(fā)生改變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來抵抗電流改變的電子元件。請(qǐng)參閱圖2，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的電感器，在一個(gè)閉合磁芯20上纏繞有一組線圈21。當(dāng)線圈21通過交流電流時(shí)，磁芯20中產(chǎn)生磁通量25。
[0004]變壓器和電感器分別利用了互感(mutual inductance)和自感(self-1nductance)原理。它們作為基本電子元件的應(yīng)用極為廣泛，有些電路會(huì)同時(shí)用到變壓器和電感器，可是兩者都具有一定體積，因而需要占據(jù)一定空間，也需要各自的購置成本。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的電子元件，采用共用磁路的方法將變壓器和電感器集成在一起。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)變壓器和電感器的集成結(jié)構(gòu)包括:
[0007]—“日”字形磁芯，由一個(gè)環(huán)形導(dǎo)磁體和一根中心柱所組成；所述中心柱也是導(dǎo)磁體，且兩端均與所述環(huán)形導(dǎo)磁體相連接；所述環(huán)形導(dǎo)磁體有兩根側(cè)柱以中心柱呈對(duì)稱分布，這兩根側(cè)柱分別稱為第一側(cè)柱和第二側(cè)柱；
[0008]—變壓器初級(jí)線圈，纏繞在磁芯的中心柱上；
[0009]—變壓器次級(jí)線圈，也纏繞在磁芯的中心柱上；
[0010]—電感器線圈，纏繞在磁芯的第一側(cè)柱和第二側(cè)柱上，分別稱為電感器線圈的第一部分和第二部分；這兩部分的纏繞匝數(shù)相同，纏繞方向相反。
[0011]進(jìn)一步地，電感器線圈的一端連接次級(jí)線圈的中心抽頭，另一端對(duì)外引出。
[0012]進(jìn)一步地，電感器線圈的兩端均對(duì)外引出。
[0013]進(jìn)一步地，所述磁芯、環(huán)形導(dǎo)磁體、中心柱或者是一整塊結(jié)構(gòu)，或者是多塊結(jié)構(gòu)拼接而成。
[0014]進(jìn)一步地，在磁芯上設(shè)置一個(gè)或多個(gè)氣隙，以避免磁芯產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象或控制電感量。
[0015]進(jìn)一步地，所述環(huán)形導(dǎo)磁體為閉合形狀，或者是在閉合形狀的導(dǎo)磁體上設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)氣隙而形成的非閉合形狀。[0016]本申請(qǐng)?jiān)谝粋€(gè)集成結(jié)構(gòu)中使得變壓器和電感器共用磁芯而不相互干擾，實(shí)現(xiàn)了兩者的解耦。該集成結(jié)構(gòu)既可以作為變壓器，也可以作為電感器使用，也可以同時(shí)工作，從而減小體積，降低成本，還能降低重量，減少材料的消耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是一種現(xiàn)有的變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是一種現(xiàn)有的電感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3a和圖3b是本申請(qǐng)所采用的磁芯的兩種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是本申請(qǐng)變壓器和電感器的集成結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例的示意圖；
[0021]圖5是本申請(qǐng)變壓器和電感器的集成結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例的示意圖。
[0022]圖中附圖標(biāo)記說明:
[0023]10為磁芯；11為初級(jí)線圈；12為次級(jí)線圈；15為磁通量；20為磁芯；21為線圈；25為磁通量；30為磁芯；31為中心柱；35為第一側(cè)柱；36為第二側(cè)柱；39為氣隙；41為變壓器初級(jí)線圈；42為變壓器次級(jí)線圈；43為電感器線圈；45為變壓器線圈產(chǎn)生的磁通量；46為電感器線圈產(chǎn)生的磁通量。
【具體實(shí)施方式】 [0024]請(qǐng)參閱圖3a，這是本申請(qǐng)所采用的磁芯30的一種結(jié)構(gòu)，由一個(gè)矩形導(dǎo)磁體和一根中心柱31所組成。所述矩形導(dǎo)磁體由四根直線形側(cè)柱依次連接而成。所述中心柱31也是導(dǎo)磁體，其兩端均與所述矩形導(dǎo)磁體相連接。該矩形導(dǎo)磁體有兩根直線形側(cè)柱35、36相對(duì)于中心柱31成對(duì)稱分布，這兩根直線形側(cè)柱分別稱為第一側(cè)柱35和第二側(cè)柱36。
[0025]請(qǐng)參閱圖3b，這是本申請(qǐng)所采用的磁芯30的另一種結(jié)構(gòu)，由一個(gè)圓形導(dǎo)磁體和一根中心柱31所組成。所述圓形導(dǎo)磁體由一根圓形側(cè)柱圍成。所述中心柱31也是導(dǎo)磁體，其兩端均與所述圓形導(dǎo)磁體相連接，并將該圓形導(dǎo)磁體的一根圓形側(cè)柱分割為兩根半圓形側(cè)柱。該圓形導(dǎo)磁體的兩根半圓形側(cè)柱35、36相對(duì)于中心柱31成對(duì)稱分布,這兩根半圓形側(cè)柱分別稱為第一側(cè)柱35和第二側(cè)柱36。
[0026]實(shí)際上，只要符合以下條件的“日”字型磁芯均可用于本申請(qǐng):該磁芯由一個(gè)環(huán)形導(dǎo)磁體和一根中心柱所組成。所述中心柱也是導(dǎo)磁體，且兩端均與所述環(huán)形導(dǎo)磁體相連接。環(huán)形導(dǎo)磁體相當(dāng)于“日”字型磁芯的“ 口 “字型邊框，中心柱相當(dāng)于“日”字型磁芯的中間一橫。所述環(huán)形導(dǎo)磁體有兩根側(cè)柱以中心柱呈對(duì)稱分布，這兩根側(cè)柱分別稱為第一側(cè)柱和第二側(cè)柱。
[0027]所述環(huán)形導(dǎo)磁體可以是閉合形狀，也可以是在閉合形狀的導(dǎo)磁體上設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)氣隙而形成的非閉合形狀，只要在該環(huán)形導(dǎo)磁體上能形成閉合磁路即可。
[0028]所述磁芯、環(huán)形導(dǎo)磁體、中心柱均可以是一整塊結(jié)構(gòu)，也可以是多塊結(jié)構(gòu)拼接而成。當(dāng)由多塊結(jié)構(gòu)拼接而成時(shí)，不同結(jié)構(gòu)的材料可以相同或不同。例如圖3a所示的“日”字型磁芯可以由兩塊E字型磁芯拼接而成，也可以由一塊E字型磁芯和一塊I字型磁芯拼接--? 。
[0029]請(qǐng)參閱圖4，這是本申請(qǐng)變壓器和電感器的集成結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例。在磁芯30的中心柱31上纏繞有初級(jí)線圈41和次級(jí)線圈42，磁芯30與初級(jí)線圈41與次級(jí)線圈42之間兩兩絕緣。初級(jí)線圈41的兩端為A點(diǎn)、B點(diǎn)。次級(jí)線圈42的兩端為C點(diǎn)、D點(diǎn)。次級(jí)線圈42還具有中心抽頭，該中心抽頭到C點(diǎn)、D點(diǎn)的繞組匝數(shù)相等。在磁芯30的第一側(cè)柱35和第二側(cè)柱36上纏繞有電感器線圈43，電感器線圈43的一端E點(diǎn)連接次級(jí)線圈42的中心抽頭，另一端為F點(diǎn)對(duì)外引出。磁芯30與電感器線圈43與初級(jí)線圈41之間兩兩絕緣。電感器線圈43在第一側(cè)柱35、第二側(cè)柱36上所纏繞部分分別稱為電感器線圈43的第一部分、第二部分。電感器線圈43的這兩部分纏繞匝數(shù)相同，纏繞方向相反。
[0030]請(qǐng)參閱圖4，電感器線圈43的第一部分、第二部分纏繞方向相反是指:假設(shè)E點(diǎn)為電感器線圈43的起點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為終點(diǎn)，那么從圖4自左向右觀察，電感器線圈43在第一側(cè)柱35上是順時(shí)針纏繞，在第二側(cè)柱36上是逆時(shí)針纏繞。任意改變電感器線圈43的起點(diǎn)、終點(diǎn)，或者改變?yōu)樽杂蚁蜃蟮挠^察方向，均可發(fā)現(xiàn)電感器線圈43的兩部分的纏繞方向相反。
[0031]可選地,在圖3b中，磁芯30的第一側(cè)柱35、第二側(cè)柱36上各有一個(gè)氣隙39,這是為了避免在交流大信號(hào)或直流偏置下的磁飽和現(xiàn)象，更好地控制電感量。實(shí)際上，氣隙的數(shù)量、位置都可以改變，也可以不設(shè)置氣隙。
[0032]該第一實(shí)施例單獨(dú)作為變壓器使用時(shí)，電感器線圈43的引出端F點(diǎn)懸空。初級(jí)線圈41的引出端A點(diǎn)、B點(diǎn)之間施加交流電壓，在初級(jí)線圈41中就通過了交流電流。該交流電流在磁芯30的中心柱31和第一側(cè)柱35上形成閉合的磁通量45。該交流電流還在磁芯30的中心柱31和第二側(cè)柱36上也形成閉合的磁通量45。此時(shí)的磁芯30上僅有變壓器線圈產(chǎn)生的磁通量45。該磁通量45穿過次級(jí)線圈42，就在次級(jí)線圈42上互感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，從而在次級(jí)線圈42的引出端C點(diǎn)、D點(diǎn)之間生成感應(yīng)電壓。該磁通量45也穿過了電感器線圈43，纏繞在第一側(cè)柱35上的電感器線圈43的第一部分也會(huì)互感應(yīng)出第一電動(dòng)勢(shì)，纏繞在第二側(cè)柱36上的電感器線圈43的第二部分也會(huì)互感應(yīng)出第二電動(dòng)勢(shì)。由于電感器線圈43的第一部分與第二部分匝數(shù)相同、纏繞方向相反，因而第一電動(dòng)勢(shì)與第二電動(dòng)勢(shì)的大小相等，方向相反，最終串聯(lián)相互抵消。因此可以認(rèn)為變壓器的初級(jí)線圈所產(chǎn)生的磁通量在電感器線圈上不會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。
[0033]該第一實(shí)施例單獨(dú)作為電感器使用時(shí)，初級(jí)線圈41的引出端A點(diǎn)、B點(diǎn)懸空，次級(jí)線圈42的引出端C點(diǎn)、D點(diǎn)也懸空。在電感器線圈43中通入交流電流。該交流電流在磁芯30的第一側(cè)柱35和第二側(cè)柱36上形成了閉合的磁通量46。此時(shí)的磁芯30上僅有電感器線圈產(chǎn)生的磁通量46。該磁通量46在電感器線圈43上自感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，從而使電感器線圈43成為一個(gè)電感器。纏繞在第一側(cè)柱35上的電感器線圈43的第一部分會(huì)在磁芯30的中心柱31上形成第一磁通量，纏繞在第二側(cè)柱36上的電感器線圈43的第二部分也會(huì)在磁芯30的中心柱31上形成第二磁通量。由于電感器線圈43的第一部分與第二部分匝數(shù)相同，纏繞方向相反，因而第一磁通量與第二磁通量的大小相等，方向相反，最終相互抵消，使得磁芯30的中心柱31上沒有磁通量。那么纏繞在中心柱31上的初級(jí)線圈41、次級(jí)線圈42也就不會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。
[0034]該第一實(shí)施例同時(shí)作為變壓器和電感器使用時(shí)，初級(jí)線圈41的引出端A點(diǎn)、B點(diǎn)之間施加交流電壓，在次級(jí)線圈42的引出端C點(diǎn)、D點(diǎn)之間生成感應(yīng)電壓。在電感器線圈43的引出端E點(diǎn)、F點(diǎn)之間施加交流電壓。此時(shí)的磁芯30上同時(shí)具有變壓器線圈產(chǎn)生的磁通量45、電感器線圈產(chǎn)生的磁通量46。與以上單獨(dú)作為變壓器、單獨(dú)作為電感器使用時(shí)相同，變壓器的初級(jí)線圈41所產(chǎn)生的磁通量45在電感器線圈43上不會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，電感器的線圈43所生成的磁通量46在變壓器初級(jí)線圈41和次級(jí)線圈42上也不會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。即實(shí)現(xiàn)了該集成結(jié)構(gòu)中變壓器和電感器之間的解耦，兩者同時(shí)工作互不影響。
[0035]請(qǐng)參閱圖5，這是本申請(qǐng)變壓器和電感器的集成結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例。其與第一實(shí)施例的區(qū)別僅在于:電感器線圈43的兩端E點(diǎn)、F點(diǎn)均對(duì)外引出，電感器線圈43不再連接次級(jí)線圈42。
[0036]與第一實(shí)施例相同，該第二實(shí)施例單獨(dú)作為變壓器、單獨(dú)作為電感器、同時(shí)作為變壓器和電感器使用時(shí)，變壓器的初級(jí)線圈所產(chǎn)生的磁通量與電感器的線圈所生成的磁通量互不影響，即實(shí)現(xiàn)了該集成結(jié)構(gòu)中變壓器和電感器之間的解耦。
[0037]以上僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本申請(qǐng)。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種變壓器和電感器的集成結(jié)構(gòu)，其特征是，包括: —“日”字形磁芯，由一個(gè)環(huán)形導(dǎo)磁體和一根中心柱所組成；所述中心柱也是導(dǎo)磁體，且兩端均與所述環(huán)形導(dǎo)磁體相連接；所述環(huán)形導(dǎo)磁體有兩根側(cè)柱以中心柱呈對(duì)稱分布，這兩根側(cè)柱分別稱為第一側(cè)柱和第二側(cè)柱； —變壓器初級(jí)線圈，纏繞在磁芯的中心柱上； ——變壓器次級(jí)線圈，也纏繞在磁芯的中心柱上； —電感器線圈，纏繞在磁芯的第一側(cè)柱和第二側(cè)柱上，分別稱為電感器線圈的第一部分和第二部分；這兩部分的纏繞匝數(shù)相同，纏繞方向相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器和電感器的集成結(jié)構(gòu)，其特征是，電感器線圈的一端連接次級(jí)線圈的中心抽頭，另一端對(duì)外引出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器和電感器的集成結(jié)構(gòu)，其特征是，電感器線圈的兩端均對(duì)外引出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器和電感器的集成結(jié)構(gòu)，其特征是，所述磁芯、環(huán)形導(dǎo)磁體、中心柱或者是一整塊結(jié)構(gòu)，或者是多塊結(jié)構(gòu)拼接而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器和電感器的集成結(jié)構(gòu)，其特征是，在磁芯上設(shè)置一個(gè)或多個(gè)氣隙，以避免磁芯產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象或控制電感量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器和電感器的集成結(jié)構(gòu)，其特征是，所述環(huán)形導(dǎo)磁體為閉合形狀，或者是在閉合形狀的導(dǎo)磁體上設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)氣隙而形成的非閉合形狀。
【文檔編號(hào)】H01F30/06GK203760297SQ201320883285
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】王鵬, 付登萌 申請(qǐng)人:聯(lián)合汽車電子有限公司