局部反向耦合环形电感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种局部反向耦合环形电感，包括环状铁芯，其特征在于：所述环状铁芯包括设于中部的中部铁芯（２），分别设于该中部铁芯（２）上下层的顶部铁芯（１）和底部铁芯（３）；所述三层铁芯上分别卷绕有顶部线圈（Ｌ１）和底部线圈（Ｌ２）。本实用新型专利技术公开的局部反向耦合环形电感器，铁芯部分有三层，利用中部铁芯上的顶部线圈和底部线圈进行反向局部耦合，以减小纹波电流，消除漏感，消除耦合部分的低频谐波，减少电感噪音、电磁和射频干扰，使所需滤波电感值以三分之二的比例减少，以减小纹波电流，消除漏感，消除耦合部分的低频谐波，减少电感噪音、射频干扰，减少体积，减少材料用量，降低使用材料的等级和运行能耗。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电磁元件，尤其涉及一种局部反向耦合环形电感器。
技术介绍
开关电源变换器被用来变换或稳定电压、电流及频率等，目前大部分变换器使用独立的非耦合电感，也有部分变换器将独立电感串联/并联使用。耦合电感的运用受限于传统的铁芯形状如C型铁芯、E型铁芯、气隙铁芯以及线圈的绕法，普遍存在滤波电感值较大、漏感较多、噪音大、电磁干扰和射频干扰污染较重、耗材多成本高、运行能耗高的问题。
技术实现思路
本技术的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提出一种局部耦合环形电感器，该环形电感器具有滤波电感值需求小、漏感少、噪音小、零电磁干扰、射频干扰污染小、耗材少、体积小、成本低、运行能耗小等优点。为解决上述技术问题，本技术提出的技术方案是一种局部反向耦合环形电感，包括环状铁芯，环状铁芯包括设于中部的中部铁芯，设于该中部铁芯上层的顶部铁芯和设于该中部铁芯下层的底部铁芯；三层铁芯上分别巻绕有顶部线圈和底部线圈。 在一个实施例中，顶部线圈包括均匀环绕在顶部铁芯上的顶部线圈短绕组，和与其串联的均匀环绕在顶部铁芯和中部铁芯上顶部线圈长绕组；底部线圈包括均匀环绕在底部铁芯上的底部线圈短绕组，和与其串联的均匀环绕在底部铁芯和中部铁芯上的底部线圈长绕组。 在另一个实施例中，顶部线圈包括均匀环绕在顶部铁芯和中部铁芯上的顶部线圈长绕组；底部线圈包括均匀环绕在底部铁芯和中部铁芯上的底部线圈长绕组。 在另外一个实施例中，顶部线圈包括均匀环绕在顶部铁芯上的顶部线圈短绕组，和与其串联的均匀环绕在顶部铁芯和中部铁芯上的顶部线圈长绕组；底部线圈包括均匀环绕在底部铁芯上的底部线圈短绕组，和与其串联的均匀环绕在中部铁芯上的底部线圈互感绕组。 在较佳实施例中，顶部线圈在中部铁芯上产生的磁感应方向与底部线圈在中部铁芯上产生的磁感应方向相反，两线圈反向耦合。顶部铁芯和底部铁芯由同种低磁导率材料组成，中部铁芯由高磁导率材料组成。 本技术公开的局部反向耦合环形电感器，铁芯部分有三层，利用中部铁芯上的顶部线圈和底部线圈进行反向局部耦合，以减小纹波电流，消除漏感，消除耦合部分的低频谐波，减少电感噪音、电磁和射频干扰，使所需滤波电感值减少为原来的三分之二，体积和重量縮小一半，降低制造成本和运行能耗。以下结合附图和实施例对本技术作出详细的说明，其中附图说明图1为本技术第一实施例的立体示意图；图2为本技术第一实施例的绕线示意图；图3为本技术第二实施例的绕线示意图；图4为本技术第三实施例的绕线示意图；图5为一种现有DC转换AC换流器的电路图；图6为本技术第一实施例的第一种应用图；图7为本技术第一实施例的第二种应用图；图8为本技术第三实施例的一种应用图；图9为纹波电流与互感系数关系图；图10为纹波电流和耦合因素的关系图；图11为纹波电流、互感系数M和耦合因素K的关系图；图12为耦合与非耦合情况下电感磁通量、纹波电流对照图；图13为反向的局部耦合与非耦合情况下中部铁芯磁通量、电感电流对照图。具体实施方式图1为本技术第一实施例的立体示意图，从图中可以看出本技术包括环状铁芯，环状铁芯包括设于中部的中部铁芯2，设于该中部铁芯2上层的顶部铁芯1和设于该中部铁芯2下层的底部铁芯3 ;三层铁芯上分别巻绕有顶部线圈Ll和底部线圈L2。 图2为本技术第一实施例的结构示意图，从图中可以看出第一实施例顶部线圈Ll包括均匀环绕在顶部铁芯1上的顶部线圈短绕组L11，和与其串联的均匀环绕在顶部铁芯1和中部铁芯2上顶部线圈长绕组L12 ;底部线圈L2包括均匀环绕在底部铁芯3上的底部线圈短绕组L21，和与其串联的均匀环绕在底部铁芯3和中部铁芯2上的底部线圈长绕组L22。图6、示出了第一实施例的第一种应用例，在绕制Ll 、L2线圈时，通过调整绕组的绕向使顶部线圈Ll在中部铁芯2上绕组的方向与底部线圈L2在中部铁芯2上绕组的方向相反，分别由两线圈的线头输入电流时，两线圈反向耦合。运用于DC转换AC换流器中，起到减小所需滤波电感值，增加功效的作用。图7示出了第一实施例的第二种应用例，在绕制线圈时，Ll 、 L2在中部铁芯2上绕组的方向相同，然后在置于DC转换AC换流器中，通过对调线圈露在外部的线头线尾，调整电流流经的方向，使顶部线圈在中部铁芯上产生的磁感应方向与底部线圈在中部铁芯上产生的磁感应方向相反，两线圈同样反向耦合。 图3为本技术第二实施例的结构示意图，第二实施例的铁芯部分与第一实施例的相同。顶部线圈Ll包括均匀环绕在顶部铁芯1和中部铁芯2上的顶部线圈长绕组L12 ;底部线圈L2包括均匀环绕在底部铁芯3和中部铁芯2上的底部线圈长绕组L22。容易理解本实施例中，顶部线圈Ll在中部铁芯2上绕组的方向与底部线圈L2在中部铁芯2上绕组的方向相反，两线圈反向耦合。 图4为本技术第三实施例的结构示意图，从图中可以看出本技术第三实施例的铁芯部分与第一实施例相同。顶部线圈Ll包括均匀环绕在顶部铁芯1上的顶部线圈短绕组Lll，和与其串联的均匀环绕在顶部铁芯1和中部铁芯2上的顶部线圈长绕组L12 ;底部线圈L2包括均匀环绕在底部铁芯3上的底部线圈短绕组L21，和与其串联的均匀环绕在中部铁芯2上的底部线圈互感绕组L23。如此设置是为了简化工艺，在第一实施例中顶部线圈长绕组L12要环绕在顶部铁芯1和中部铁芯2上，底部线圈长绕组L22都要环绕 在底部铁芯3和中部铁芯2上，这要交错缠绕方式给生产加工带来极大不便。故此第三实 施例在第一实施例的基础上做了变形改进，去掉底部线圈长绕组L22，用环绕在中部铁芯2 上的底部线圈互感绕组L23代替，底部线圈短绕组L21与底部线圈互感绕组L23组成底部 线圈L2，这样没有第一实施例交错缠绕的难题，加工大为简便。图8示出了第三实施例的 一种应用例，在绕制L1、L2线圈时，通过调整绕组的绕向使顶部线圈长绕组L12在中部铁芯 2上绕组的方向与底部线圈互感绕组L23的方向相反，分别由两线圈的线头输入电流时，两 线圈反向耦合。容易理解，L12和L23的绕组方向也可绕成相反，通过对调线圈露在外部的 线头线尾，调整电流流经的方向，亦可使两线圈同样反向耦合。同理，第二实施例，也有这样 两种应用例。 在绕制线圈时，通过组合各绕组的绕向，使顶部线圈Ll在中部铁芯2上绕组的方 向与底部线圈L2在中部铁芯2上绕组的方向相反，两线圈反向耦合。 在所有实施例中，顶部铁芯1和底部铁芯3可使用低磁导率材料，中部铁芯2可使 用高磁导率材料。 本技术可运用于交流转直流变换器、直流转交流变换器、多电平IGBT变流 器、正弦波电流的增压整流及PFC输入。现以两相DC转换AC的换流器为例说明本实用新 型的原理，参看图5，图中有正负两极电源，四个开关T1、T2、T3和T4，线圈L1，线圈L2，输出 端output，输出电容。Ll、 L2为独立电感，在非耦合的情况下，每个电感上的P丽电压波形 是简单的矩形脉冲，这些脉冲电平等于所连的DC电源电平，它的频率等于控制部分的开关 的频率。因此，通过每一个电感的电流，由基本的低频谐波和高频纹波电流组成，形状为三 角形，如图12中的a、b线所示。磁通量和感应值B存在于两个电感的每一个铁芯中，其波 形跟随电流II和12的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种局部反向耦合环形电感，包括环状铁芯，其特征在于：所述环状铁芯包括设于中部的中部铁芯（２），设于该中部铁芯（２）上层的顶部铁芯（１）和设于该中部铁芯下层的底部铁芯（３）；所述三层铁芯上分别卷绕有顶部线圈（Ｌ１）和底部线圈（Ｌ２）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马雷克，
申请(专利权)人：特富特科技深圳有限公司，
类型：实用新型
国别省市：94[中国|深圳]