高頻開關電源變壓器的制造方法
【專利摘要】高頻開關電源變壓器。設導電導熱有內(nèi)水冷兩者絕緣的左、右護套,繞原邊線圈的環(huán)形鐵芯置于兩護套形成的灌滿硅膠內(nèi)圓腔內(nèi)。鐵芯中孔內(nèi)放左、右兩組絕緣的多股漆包線絞合而成的高頻電磁絞合線。兩絞合線上、下端分別焊接或壓接固定在兩線圈上、下銅排上；且左上銅排、抽頭銅排分別固定在左、右護套頂面,兩下銅排分別固定在兩護套底面,形成副邊。漆包線有效排除趨膚、渦流效應的發(fā)熱,提高過電流能力和可靠性,功率加大或體積小。高導熱硅膠吸收熱量加速傳遞到內(nèi)水冷護套上,散熱大大改善。解決了國家自然科學基金項目公開的變壓器發(fā)熱、損耗大的問題,且效率易提高,匹配更優(yōu)化。用于電解、電加熱、電動汽車等低壓大電流半波、全波、單相整流的高頻開關電源變壓器。
【專利說明】
高頻開關電源變壓器
[0001](— )技術(shù)領域:高頻開關電源變壓器，一般用于生產(chǎn)多晶硅、電鍍、電解、電動汽車充電等行業(yè)的低壓大電流高頻開關電源變壓器。屬變壓器類(H01F)。
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有低壓大電流高頻整流變壓器原理及結(jié)構(gòu)見圖6-圖8。見圖6，原邊線圈I環(huán)繞在環(huán)形鐵芯2上，變壓器副邊線圈3是一匝，現(xiàn)有一般是采用通過鐵芯中柱加導電座體的結(jié)構(gòu)形成。副邊的形成:見圖6，采用串聯(lián)兩個線圈3.1N,3.2N中心抽頭為30點，形成兩并聯(lián)的串有整流二極管的兩支路。副邊兩電流分別為i31、i32;原邊電流為il;其波形見圖7。
[0003]國家自然科學資助基金項目(50475046)中公開了一種〈新型一體化開放式高頻功率變壓器〉，其結(jié)構(gòu)為:把帶中心抽頭的變壓器與現(xiàn)有散熱器合二為一，以散熱器本身替代導線及副邊。其具體結(jié)構(gòu)見圖8示意:在繞有原邊線圈I的環(huán)形鐵芯2環(huán)形內(nèi)空腔形成的左、右半圓中柱5.1N,5.2N從環(huán)形鐵芯穿過作為變壓器副邊，分別與左、右散熱器4.1N,4.2N連為兩串聯(lián)副邊線圈，通過中心抽頭4.2N形成一匝副邊線圈。其優(yōu)點在于半圓柱副邊與散熱器座4N、5N采用同一材料連為一體，形成無物理斷開的整體結(jié)構(gòu)，散熱器半圓柱是變壓器副邊，結(jié)構(gòu)簡潔，通過散熱器導出副邊熱量?，F(xiàn)存在的問題是:I)半圓柱截面與散熱器過電截面形成突變，半圓中柱5.1N、5.2N截面電流密度趨大，該處發(fā)熱。2)兩個半圓中柱間由于結(jié)構(gòu)原因，散熱差。3)同時見上述圖6、圖7，高頻開關電源中間抽頭，變壓器兩個副邊線圈電流i31、i32在正負半周間交替工作，在半周內(nèi)不工作(即不通過工作電流)的線圈導體仍會感應出鄰近渦流損耗。由于趨膚效應、渦流效應，穿過鐵芯的半圓中柱發(fā)熱嚴重，特別是上端面5.1M處無法加大接觸截面積，接觸面電流密度大大超過散熱器座4N電流密度。在通過大電流時，端部螺絲緊固面長期發(fā)熱形成微小間隙，促使發(fā)熱進一步加劇，形成惡性循環(huán)，最后產(chǎn)生微火花燒蝕端面，導致接觸不良，接觸電阻增加，變壓器損耗增加。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0004]本實用新型提供的高頻開關電源變壓器，其目的就是解決國家自然科學資助基金項目(50475046)中公開的現(xiàn)有一體化開放式高頻功率變壓器存在的如下問題:I)由于趨膚效應、渦流效應半圓中柱發(fā)熱嚴重。2)由結(jié)構(gòu)原因兩半圓中柱散熱差。3)半圓中柱和散熱器座接觸面發(fā)熱、燒蝕端面、接觸電阻增加，變壓器損耗增加。
[0005]技術(shù)方案如下:
[0006]高頻開關電源變壓器，包括:在變壓器環(huán)形鐵芯2上環(huán)繞原邊線圈I;其特征是:
[0007]I)設由導電導熱材料制成的含有內(nèi)冷水管的左護套3.1、右護套3.2，兩護套之間有絕緣層;左、右護套均為長方形，內(nèi)有等徑半圓腔，分別有含半圓形左、右底面3.11、3.21的左、右底座;含左、右頂面3.12、3.22的左、右半圓柱;兩個護套組合成一個帶內(nèi)圓腔的正方體;每個護套內(nèi)冷水管由底座內(nèi)的一個水平U形管和護套半圓柱內(nèi)的兩個L形水管組成。
2)繞原邊線圈的環(huán)形鐵芯整體置于兩護套內(nèi)圓腔內(nèi)；且內(nèi)圓腔內(nèi)灌滿高導熱硅膠6，并形成各處的絕緣層。3)副邊帶中心抽頭的左、右線圈如下形成:環(huán)形鐵芯中心孔兩半圓柱空腔內(nèi)分別豎放穿過中心孔的左、右兩組高頻電磁絞合線5.1、5.2，兩組電磁絞合線間有絕緣層，高頻電磁絞合線采用多股絕緣漆包線絞合而成。左線圈由順次電連接的左上銅排4.12、左護套3.1、左下銅排4.11、左高頻電磁絞合線5.1、抽頭銅排4.0組成。左上銅排4.12通過左通孔7.12用螺釘連接固定在左護套的左頂面3.12上，左下銅排4.11通過左下通孔7.11用螺釘連接固定于左護套的左底面3.11;左高頻電磁絞合線5.1下、上端分別焊接或壓接固定在左下銅排4.11和抽頭銅排4.0的各小通孔內(nèi)。右線圈由順次電連接的抽頭銅排4.0、右護套
3.2、右下銅排4.21、右高頻電磁絞合線5.2、右上銅排4.22組成；抽頭銅排4.0通過右通孔7.0用螺釘連接固定在右護套右頂面3.22上；右下銅排4.21通過右下通孔7.21用螺釘連接固定于右護套的右底面3.21;右高頻電磁絞合線5.2下、上端分別焊接或壓接固定在右下、上銅排4.21、4.22各小通孔內(nèi)。左上銅排4.12內(nèi)端為左線圈引出端3M，右上銅排4.22外端為右線圈引出端3N，整個抽頭銅排4.0長度內(nèi)均可作為兩線圈中點抽頭端30。
[0008]上述絞合的多股絕緣漆包線5.1、5.2的股數(shù)、規(guī)格可按變壓器交變頻率、副邊電流選擇。上述制作左、右護套的導電導熱材料可采用銅、鋁合金。上述全部銅排可采用最后進行了防氧化處理的單層或者多層銅板。
[0009]本實用新型有益效果:
[0010]I)由于電磁絞合線采用多股絕緣漆包線絞合而成，在電磁感應過程中可以有效解決現(xiàn)有變壓器副邊半園導電柱的趨膚效應、渦流效應帶來的副邊線圈的發(fā)熱、損耗。與現(xiàn)有半圓柱相比，導電截面相同時，發(fā)熱大大減小，提高了變壓器副邊的過電流能力和使用可靠性。由此也可以使變壓器的功率更大，或者在同樣功率下，變壓器體積更小。2)在護套形成的圓柱腔內(nèi)，灌滿高導熱硅膠，并形成絕緣層，對護套腔體內(nèi)的磁環(huán)、原邊線圈、副邊高頻電磁絞合線等產(chǎn)生的熱量進行吸收并傳遞到護套上。左右護套內(nèi)的L型U型水路將熱量由內(nèi)冷水帶走。使變壓器整體散熱得到良好改善，鐵芯、原邊線圈、副邊線圈熱傳導速度加快。3)電磁絞合線的兩端連接到銅排后再固定在護套上，因此副邊的電磁絞合線的規(guī)格，如線徑、絞合線數(shù)、導電材料處理可以根據(jù)變壓器不同的交變頻率進行不同的配置，更有利于提高變壓器效率。對不同頻率狀態(tài)下變壓器匹配更優(yōu)化。4)由于副邊采用左、右護套和左、右電磁絞合線，上、下銅排等結(jié)構(gòu)，可方便實現(xiàn)提供多種變壓器:即變比N(原邊匝數(shù))/1的半波、全波整流變壓器和單相橋式整流變壓器，均可應用在高頻開關電源中。
(四)
【附圖說明】
[0011]圖1高頻開關電源變壓器總體結(jié)構(gòu)正剖視示意圖。
[0012]圖2圖1中A向視圖，即總體俯視圖。主要示出了從上至下第一層銅排:左線圈上部銅排4.12、右線圈上部銅排4.22俯視形狀及連接結(jié)構(gòu)。
[0013]圖3圖1中B-B局部剖視圖。主要示出了從上至下第二層銅排:抽頭銅排4.0俯視形狀及連接結(jié)構(gòu)。
[0014]圖4圖1中C-C局部剖視圖。主要示出了從上至下第三層銅排:左線圈下部銅排4.11、右線圈下部銅排4.21俯視形狀及連接結(jié)構(gòu)。
[0015]圖5左護套3.1立體圖。
[0016]圖6低壓大電流高頻整流變壓器原理圖(有中間抽頭)。
[0017]圖7為圖6中原邊線圈電流1.1、副邊兩線圈電流1.31、1.32波形圖。
[0018]圖8現(xiàn)有公開的〈新型一體化開放式高頻功率變壓器〉結(jié)構(gòu)示意圖。
(五)
【具體實施方式】
[0019]下面對照【附圖說明】本實施例高頻開關電源變壓器的組成。
[0020]I)見圖1，圖2，設由銅、鋁合金制成的左護套3.1、右護套3.2，兩護套之間為由高導熱硅膠6形成的絕緣層。見圖1，除左護套左頂面3.12比右護套右頂面3.22高外，兩護套結(jié)構(gòu)形狀尺寸相同。這里以左護套3.1為例說明。見圖5，左護套3.1為長方形，內(nèi)有等徑半圓腔，有含半圓形左底面3.11的左底座3A;有含左頂面3.12的半圓柱3B。左底座內(nèi)設連通的一個水平U形水管3U和半圓柱內(nèi)的兩個L形水管3L，形成內(nèi)冷水管。兩L形水管端口分別裝固定于左護套側(cè)面的進、出兩個水嘴3W1。見圖2，右護套也有進、出兩個水嘴3W2，左、右護套水嘴串聯(lián)成進出水通路。
[0021]2)見圖2，左、右護套3.1、3.2組合成一個帶內(nèi)圓腔的正方體。繞原邊線圈I的環(huán)形鐵芯2整體置于兩護套內(nèi)圓腔內(nèi)。且內(nèi)圓腔內(nèi)灌滿高導熱硅膠6，并形成各處的絕緣層。
[0022]3)副邊帶中心抽頭的左、右線圈如下組成:
[0023]見圖1，環(huán)形鐵芯2中心孔兩半圓柱空腔內(nèi)分別豎放穿過中心孔的左、右兩組高頻電磁絞合線5.1、5.2，兩組電磁絞合線間填滿高導熱硅膠6絕緣層。高頻電磁絞合線采用多股絕緣漆包線絞合而成。
[0024]見圖1，左線圈由順次電連接的左上銅排4.12、左護套3.1、左下銅排4.11、左高頻電磁絞合線5.1、抽頭銅排4.0組成。見圖1、見圖2，左上銅排4.12通過左通孔7.12用螺釘連接固定在左護套的左頂面3.12上。見圖2，左上銅排4.12內(nèi)有8個通孔5.12用于連接接整流管的銅排。見圖1、圖4，左下銅排4.11通過左下通孔7.11用螺釘連接固定于左護套的左底面3.11(左底面3.11可同時見圖5)，左下銅排4.11形狀與左底面3.11完全相同，均為半圓形。左高頻電磁絞合線5.1下端5.11焊接或壓接固定在左下銅排4.11的各小通孔內(nèi)。見圖1、圖3，左高頻電磁絞合線5.1四股絕緣漆包線上端5.0焊接或壓接固定在抽頭銅排4.0的各小通孔內(nèi)。由上述電連接組成左線圈。
[0025]見圖1，右線圈由由順次電連接的抽頭銅排4.0、右護套3.2、右下銅排4.21、右高頻電磁絞合線5.2、右上銅排4.22組成。見圖1、圖3，抽頭銅排4.0通過右通孔7.0用螺釘連接固定在右護套右頂面3.22上。見圖1、圖4，右下銅排4.21通過右下通孔7.21用螺釘連接固定于右護套的右底面3.21;右下銅排4.21形狀與右底面3.21完全相同，均為半圓形。見圖1、圖4，右高頻電磁絞合線5.2下端5.21焊接或壓接固定在右下銅排4.21各小通孔內(nèi)。見圖1、圖2，右高頻電磁絞合線5.2四股絕緣漆包線上端5.22焊接或壓接固定在右上銅排4.22各小通孔內(nèi)。由上述電連接組成右線圈。
[0026]見圖1，左線圈上銅排4.12內(nèi)端為左線圈引出端3M，右上銅排4.22外端為右線圈引出?而3N，整個抽頭銅排4.0長度內(nèi)均可作為兩線圈中點抽頭2而3.0。引出％j3M、3Ν、中點抽頭端3.0可同時見圖6。
[0027]見圖1，右線圈上銅排4.22和抽頭銅排4.0間裝絕緣塊9支撐。見圖2，右線圈上銅排
4.22中大通孔9.22是用于固定絕緣塊9的螺栓孔。見圖1，圖3，抽頭銅排4.0上開一大通孔8是用于使右高頻電磁絞合線5.2穿過大通孔8上行，此上行右高頻電磁絞合線5.2與抽頭銅排4.0及大通孔8沒有電連接關系，均有硅膠絕緣層。
[0028]上述左、右高頻電磁絞合線采用多股絕緣漆包線絞合而成；絞合的絕緣漆包線股數(shù)、規(guī)格按變壓器交變頻率、副邊電流選擇。
[0029]上述所有銅排采用最后需進行防氧化處理的單層或者多層銅板組成。
【主權(quán)項】
1.高頻開關電源變壓器，包括:在變壓器環(huán)形鐵芯(2)上環(huán)繞原邊線圈(I);其特征是: .1)設由導電導熱材料制成的含有內(nèi)冷水管的左護套(3.1)、右護套(3.2)，兩護套之間有絕緣層；左、右護套均為長方形，內(nèi)有等徑半圓腔，分別有含半圓形左、右底面(3.11、3.21)的左、右底座;含左、右頂面(3.12、3.22)的左、右半圓柱;兩個護套組合成一個帶內(nèi)圓腔的正方體;每個護套內(nèi)冷水管由底座內(nèi)的一個水平U形管和護套半圓柱內(nèi)的兩個L形水管組成； .2)繞原邊線圈的環(huán)形鐵芯整體置于兩護套內(nèi)圓腔內(nèi)；且內(nèi)圓腔內(nèi)灌滿高導熱硅膠(6)，并形成各處的絕緣層； .3)副邊帶中心抽頭的左、右線圈如下形成:環(huán)形鐵芯中心孔兩半圓柱空腔內(nèi)分別豎放穿過中心孔的左、右兩組高頻電磁絞合線(5.1、5.2)，兩組電磁絞合線間有絕緣層，高頻電磁絞合線采用多股絕緣漆包線絞合而成；左線圈由順次電連接的左上銅排(4.12)、左護套、左下銅排(4.11)、左高頻電磁絞合線、抽頭銅排(4.0)組成；左上銅排通過左通孔7.12用螺釘連接固定在左護套的左頂面上，左下銅排通過左下通孔(7.11)用螺釘連接固定于左護套的左底面；左高頻電磁絞合線(5.1)下、上端分別焊接或壓接固定在左下銅排和抽頭銅排的各小通孔內(nèi)； 右線圈由順次電連接的抽頭銅排、右護套、右下銅排(4.21)、右高頻電磁絞合線、右上銅排(4.22)組成;抽頭銅排通過右通孔(7.0)用螺釘連接固定在右護套右頂面(3.22)上;右下銅排通過右下通孔(7.21)用螺釘連接固定于右護套的右底面(3.21);右高頻電磁絞合線(5.2)下、上端分別焊接或壓接固定在右下、上銅排(4.21、4.22)各小通孔內(nèi)； 左上銅排(4.12)內(nèi)端為左線圈引出端(3M)，右上銅排(4.22)外端為右線圈引出端(3N)，整個抽頭銅排(4.0)長度內(nèi)均可作為兩線圈中點抽頭端(30)。2.按權(quán)利要求1所述高頻開關電源變壓器，其特征是絞合的多股絕緣漆包線的股數(shù)、規(guī)格按變壓器交變頻率、副邊電流選擇。3.按權(quán)利要求1所述高頻開關電源變壓器，其特征是所述制作左、右護套的導電導熱材料采用銅、鋁合金。4.按權(quán)利要求1所述高頻開關電源變壓器，其特征是上述全部銅排采用最后進行了防氧化處理的單層或者多層銅板。
【文檔編號】H01F27/22GK205564480SQ201521088804
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年12月23日
【發(fā)明人】賴永明, 張 成, 胡云貴
【申請人】賴永明