CN110429918A - 一种变压器、电容和电感接合形成串联谐振的结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器与电感、电容接合形成串联谐振电路的结构，该结构包括有变压器组件、电容组件和电感组件，变压器组件、电容组件和电感组件依次首尾导通形成串联谐振电路；该结构还包括有金属连接壳，电容组件和变压器组件均置于金属连接壳中，电容右极板与金属连接壳的侧壁紧密贴合并导通，电感组件置于金属连接壳的外部，且电感组件通过金属连接壳与电容导通。本发明通过调整变压器、电感组件和电容组件的位置关系，并巧妙地将电容与金属连接壳贴合导通，使得电流均匀通过电容，避免其因电流集中而发热甚至击穿，提升了电路的稳定性和使用寿命，取得了良好的使用效果。

Description

一种变压器、电容和电感接合形成串联谐振的结构

技术领域

本发明属于高频交变电路技术领域，特别涉及一种变压器、电容与电感的接合结构。

背景技术

感应加热技术是一种先进的加热技术，它具有传统加热方法所不具备的优点如：加热效率高、速度快、可控性好及易于实现机械化及自动化，目前，感应加热技术已广泛应用于在熔炼、铸造、热锻、焊接、和材料表面热处理等领域，成为冶金、国防、制造等行业中不可缺少的技术。

在专利申请号为“201080056152.3”的专利申请文件中公开了一种感应加热装置以及具有该感应加热装置的感应加热烹调器，其中，感应加热装置具有：逆变器电路，其通过多个开关元件的接通断开动作输出交流信号；控制部，其对多个开关元件进行驱动控制；以及多个谐振电路，它们分别包含对被加热物进行感应加热的加热线圈和谐振电容器，将比多个谐振电路分别具有的谐振频率中最高的谐振频率高的频率区域、或者比最低的谐振频率低的频率区域作为工作区域，对开关元件进行驱动控制，将多个谐振电路中的各个加热线圈组合而构成至少1个感应加热源。该专利申请提供的加热装置是对感应加热的实际应用，且该种加热装置主要应用于工频、日用市政电压环境下。

近年来，感应加热技术逐渐向高频化方向发展，高频感应加热技术应用在具体工业环境中，其电路通常由整流、逆变、谐振三大部分组成，常见的谐振部分电路包括有串联谐振电路和并联谐振电路两种。

在专利申请号为“201610983315.1”的专利申请文件中公开了一种基于电流补偿的串联型感应加热电源谐振频率可调方法，该发明包括如下步骤：(1)可控电流源输出补偿电流；(2)当谐振频率高于或低于给定谐振频率，则可控电流源输出和采样电流同相位或反相位补偿电流；(3)在电容C两端注入补偿电流，调节感应加热系统的谐振频率的大小；(4)使得RLC谐振电路工作在谐振频率下；(5)输出新的谐振频率值，再次重复步骤(1)至步骤(5)的过程，直至终止。从该专利中我们可以清楚得知，串联谐振电路应用在具体工业场合中，应包括有变压器、感应电容与感应电感，且变压器、感应电容和感应电感串联形成谐振回路。

串联谐振电路应用在高频交变电路中的感应电容与感应电感常因电路的集肤效应、临近效应和电容的介质损耗而发生故障。集肤效应，又称趋肤效应，是指当交变电流通过导体时，电流集中在临近导体外部表面上的薄层，电流并不流经导体中心，只在导体表面流动的现象。临近效应是指，在彼此接近的两个导体内通过交变电流后，两个导体产生的电流磁场间相互影响，导致导体上原有的电流重新分配。而电容的介质损耗则是指，绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。

上述效应在高频交变环境下的串联谐振电路中，其直观体现为：电流沿最短路径流动，因非理想状态下的电容存在介质损耗，所以电容容易产生大量热量，严重时，电容将会被击穿或烧毁。

高频交变环境下的串联电路在具体实施时，一般采用单根导线依次首尾连接变压器、电容和电感形成串联谐振结构，现有技术中，技术人员们通常采用以下两种方式来构造该串联谐振结构。

请参阅图1，在该种构造方式中，串联谐振结构包括有变压器原边Ta1、磁芯Tca、副边Ta2、电容器Ca和感应圈La，变压器的原边与副边均绕制在磁芯上，副边的一端通过导线连接在电容器Ca其中一个极板的外侧表面上，电容器Ca另一个极板的外侧表面上对应设置导线连接点，导线通过该连接点将电容器Ca与感应圈La的一端连接，感应圈La的另一端通过导线连接副边Ta的另一端。

请参阅图2，在该种构造方式中，串联电路同样包括有变压器原边Tb2、磁芯Tcb、副边Tb2、电容器Cb和感应圈Lb，变压器的原边与副边均绕制在磁芯上，副边的一端连接在电容器Cb其中一个极板的端部，电容器Cb另一极的对应端部再设置导线连接点，导线通过该连接点将电容器Cb与感应圈Lb的一端连接，感应圈Lb的另一端通过导线连接副边Tb的的另一端。

使用该种方式构造的串联谐振电路应用在高频环境下时，由于电流的临近效应，强电流容易沿两极板上设置的导线连接点的连线流动，电容器长期处于高频、大电流情况下时，电容器的电介质层容易沿电流流动路径被强电流击穿导致电容器损毁，电路的稳定性无法得到保证。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种变压器与电感、电容接合形成串联谐振电路的结构，该结构应用在高频、高压或大电流的交变电环境下、可有效减少电容因集肤效应、邻近效应和介质损耗而发热甚至烧毁的现象的结构。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种变压器与电感、电容接合形成串联谐振电路的结构，该结构包括有变压器组件、电容组件和电感组件，变压器组件、电容组件和电感组件依次首尾导通形成串联谐振电路；

电容组件中包括有电容，电容包括有左极板、电介质与右极板，电介质置于左极板与右极板之间，且右极板、电介质与左极板依次层叠固定连接；

该结构还包括有金属连接壳，金属连接壳中设置有容置空腔，电容组件和变压器组件均置于该容置空腔中，变压器组件与金属连接壳绝缘；变压器组件其中一端与左极板导通，右极板与金属连接壳的侧壁紧密贴合并导通，电感组件置于金属连接壳的外部，且电感组件的一端与金属连接壳导通，电感组件的另一端与变压器组件的另一端导通。

在由变压器、电容和电感接合形成的串联谐振电路中，变压器起到将外部交变电源变换为指定幅值交变电的作用，变换好的交变电通过变压器的一端连接电容，再通过电容与电感导通，最后由电感与变压器的另一端导通形成串联谐振电路。

与传统的应用于高频、高压、大电流环境下的交变电路中的串联谐振电路电路相比，本发明提供的结构中，通过增设金属连接壳，将电容的右极板与金属连接壳的侧壁紧密贴合起来，经变压器组件变换后的高频交流电在电容的上下两极板之间通过电场的形式传送时，电流将均匀地通过，从而有效减少了因集肤效应和邻近效应电容集中发热进而击穿的现象发生。

变压器组件包括有变压器，变压器包括有原边、副边和磁芯，原边和副边均绕制在磁芯上，原边导通外部电源，副边的其中一端导通左极板，副边的另一端导通电感组件。变压器原边与副边通过磁芯耦合，而副边两端分别连接电容组件和电感组件的结构，也为其整个变压器得以以悬空的状态固定于金属连接壳中，从而方便实现变压器与金属连接壳之间的绝缘。

变压器组件还包括有磁芯水冷圈和磁芯水冷管，磁芯水冷圈紧贴磁芯设置，磁芯水冷圈内部设置水冷空腔，该水冷空腔通过磁芯水冷管与外部冷却水管路连通。变压器处于高频环境下容易发热，在紧贴磁芯的位置设置磁芯水冷圈，并通过磁芯水冷管将磁芯水冷圈与外部冷却水导通起来，可有效实现变压器的水冷循环，保证变压器正常工作。

金属连接壳上对应副边与电感组件的导通位置设置导通孔，副边从该导通孔中伸出并与电感组件导通。

变压器组件还包括有绝缘圈，绝缘圈套设在副边上，且绝缘圈紧密嵌在导通孔中，将副边与金属连接壳绝缘隔离。变压器在保持与电容组件和电感组件之间的良好导通的同时，应保证与金属连接壳之间严格绝缘，因此在本发明提供的机构中，变压器组件还设置了绝缘圈，将绝缘圈套设在副边上，并将绝缘圈紧密嵌合在导通孔中，方便副边从导通孔中伸出与电感组件导通的同时，保持变压器与金属连接壳严格绝缘。

电容组件还包括有电容水冷片和电容水冷管，电容水冷管与电容水冷片连接，电容水冷片严密贴合电容的左极板，电容水冷片内部设置水冷腔，外部冷却水通过电容水冷管与该水冷腔管路连通。尽管设置了金属连接壳，并将电容的右极板紧贴金属连接壳以保证电流均匀通过电容，但高频环境下，电容的发热在所难免，为保证电容正常工作，并有效延长电容的使用寿命，在本发明提供的结构中还增设了电容水冷片和电容水冷管，通过外接冷却水以进一步保证电容得以工作在正常温度环境下。

电感组件包括有第一电极、第二电极和电感线圈，第一电极与金属连接壳导通，所述第二电极与副边导通，电感线圈的两端分别与第一电极和第二电极可拆卸式连接，电感线圈的两端分别与第一电极和第二电极连接时，电感线圈分别与第一电极和第二电极导通。串联谐振电路应用在感应加热装置中，电感线圈通常作为终端的加热装置使用，将电感组件设置为电感线圈与第一电极和第二电极可拆卸式连接的方式，一方面方便电路的整体加工出厂，另一方面也方便用户装配或维修，提升产品的整体性能。

本发明的优势在于：相比于现有技术，本发明提供的结构增设了金属连接壳，通过调整变压器、电感组件和电容组件的位置关系，并巧妙地将电容与金属连接壳贴合导通，使得电流均匀通过电容，避免其因电流集中而发热甚至击穿，提升了电路的稳定性和使用寿命，取得了良好的使用效果。

附图说明

图1是现有技术中实现串联谐振电路的第一种电路元件构造方式上的结构原理图。

图2是现有技术中实现串联谐振电路的第二种电路元件构造方式上的结构原理图。

图3是本发明所实现的变压器与电感、电容接合形成串联谐振的结构的结构示意图。

图4是本发明所实现的变压器与电感、电容接合形成串联谐振的结构与外部封装壳A组合的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

参见图3-4所示，本发明提供一种变压器与电感、电容接合形成串联谐振电路的结构，该结构包括有变压器组件T、电容组件C和电感组件L，变压器组件T、电容组件C和电感组件L依次首尾导通形成串联谐振电路；

电容组件C中包括有电容1，电容1包括有左极板11、电介质12与右极板13，电介质12置于左极板11与右极板13之间，且右极板13、电介质12与左极板11依次层叠固定连接；

该结构还包括有金属连接壳B，金属连接壳B中设置有容置空腔，电容组件C和变压器组件T均置于该容置空腔中，变压器组件T与金属连接壳B绝缘；变压器组件T其中一端与左极板11导通，右极板13与金属连接壳B的侧壁紧密贴合并导通，电感组件L置于金属连接壳B的外部，且电感组件L的一端与金属连接壳B导通，电感组件L的另一端与变压器组件T的另一端导通。

在由变压器、电容和电感接合形成的串联谐振电路中，变压器起到将外部交变电源变换为指定幅值交变电的作用，变换好的交变电通过变压器的一端连接电容，再通过电容与电感导通，最后由电感与变压器的另一端导通形成串联谐振电路。

与传统的应用于高频、高压、大电流环境下的交变电路中的串联谐振电路电路相比，本发明提供的结构中，通过增设金属连接壳B，将电容1的右极板13与金属连接壳B的侧壁紧密贴合起来，经变压器组件T变换后的高频交流电在电容1的上下两极板之间通过电场的形式传送时，电流将均匀地通过，从而有效减少了因集肤效应和邻近效应电容1集中发热进而击穿的现象发生。

变压器组件T包括有变压器2，变压器包括有原边21、副边22和磁芯23，原边21和副边22均绕制在磁芯23上，原边21导通外部电源，副边23的其中一端导通左极板11，副边22的另一端导通电感组件L。变压器原边21与副边22通过磁芯23耦合，而副边22两端分别连接电容组件C和电感组件L的结构，也为其整个变压器2得以以悬空的状态固定于金属连接壳B中，从而方便实现变压器2与金属连接壳B之间的绝缘。

金属连接壳B上对应副边22与电感组件L的导通位置设置导通孔(图未示)，副边22从该导通孔中伸出并与电感组件L导通。

变压器组件T还包括有绝缘圈(图未示)，绝缘圈套设在副边22上，且绝缘圈紧密嵌在导通孔中，将副边22与金属连接壳B绝缘隔离。变压器2在保持与电容组件C和电感组件L之间的良好导通的同时，应保证与金属连接壳B之间严格绝缘，因此在本发明提供的机构中，变压器组件T还设置了绝缘圈，将绝缘圈套设在副边22上，并将绝缘圈紧密嵌合在导通孔中，方便副边22从导通孔中伸出与电感组件L导通的同时，保持变压器1与金属连接壳B严格绝缘。

变压器组件T还包括有磁芯水冷圈24和磁芯水冷管(图未示)，磁芯水冷圈24紧贴磁芯设置，磁芯水冷圈24内部设置水冷空腔，该水冷空腔通过磁芯水冷管与外部冷却水管路连通。变压器处于高频环境下容易发热，在紧贴磁芯的位置设置磁芯水冷圈24，并通过磁芯水冷管将磁芯水冷圈24与外部冷却水导通起来，可有效实现变压器的水冷循环，保证变压器正常工作。

电容组件C还包括有电容水冷片3和电容水冷管4，电容水冷管4与电容水冷片3连接，电容水冷片3严密贴合电容1的左极板11，电容水冷片3内部设置水冷腔，外部冷却水通过电容水冷管4与该水冷腔管路连通。尽管设置了金属连接壳B，并将电容1的右极板13紧贴金属连接壳B以保证电流均匀通过电容1，但高频环境下，电容1的发热在所难免，为保证电容1正常工作，并有效延长电容1的使用寿命，在本发明提供的结构中还增设了电容水冷片3和电容水冷管3，通过外接冷却水以进一步保证电容1得以工作在正常温度环境下。

电感组件L包括有第一电极5、第二电极6和电感线圈7，第一电极5与金属连接壳B导通，所述第二电极6与副边22导通，电感线圈7的两端分别与第一电极5和第二电极6可拆卸式连接，电感线圈7的两端分别与第一电极5和第二电极6连接时，电感线圈7分别与第一电极5和第二电极6导通。串联谐振电路应用在感应加热装置中，电感线圈7通常作为终端的加热装置使用，将电感组件L设置为电感线圈7与第一电极5和第二电极6可拆卸式连接的方式，一方面方便电路的整体加工出厂，另一方面也方便用户装配或维修，提升产品的整体性能。

本发明的优势在于：相比于现有技术，本发明提供的结构增设了金属连接壳，通过调整变压器、电感组件和电容组件的位置关系，并巧妙地将电容与金属连接壳贴合导通，使得电流均匀通过电容，避免其因电流集中而发热甚至击穿，提升了电路的稳定性和使用寿命，取得了良好的使用效果。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种变压器与电感、电容接合形成串联谐振电路的结构，该结构包括有变压器组件、电容组件和电感组件，所述变压器组件、电容组件和电感组件依次首尾导通形成串联谐振电路；

所述电容组件中包括有功率电容器，所述功率电容器包括有左极板、电介质与右极板，所述电介质置于左极板与右极板之间，且所述右极板、电介质与左极板依次层叠固定连接；

其特征在于，该结构还包括有金属连接壳，所述金属连接壳中设置有容置空腔，所述电容组件和变压器组件均置于该容置空腔中，所述变压器组件与金属连接壳绝缘；所述变压器组件其中一端与左极板导通，所述右极板与金属连接壳的侧壁紧密贴合并导通，所述电感组件置于金属连接壳的外部，且所述电感组件的一端与金属连接壳导通，所述电感组件的另一端与变压器组件的另一端导通。

2.如权利要求1所述的变压器与电感、电容接合形成串联谐振电路的结构，其特征在于，所述变压器组件包括有变压器，所述变压器包括有原边、副边和磁芯，所述原边和副边均绕制在磁芯上，所述原边导通外部电源，所述副边的其中一端导通左极板，所述副边的另一端导通电感组件。

3.如权利要求2所述的变压器与电感、电容接合形成串联谐振电路的结构，其特征在于，所述变压器组件还包括有磁芯水冷圈和磁芯水冷管，所述磁芯水冷圈紧贴磁芯设置，所述磁芯水冷圈内部设置水冷空腔，该水冷空腔通过磁芯水冷管与外部冷却水管路连通。

4.如权利要求3所述的变压器与电感、电容接合形成串联谐振电路的结构，其特征在于，所述金属连接壳上对应副边与电感组件的导通位置设置导通孔，所述副边从该导通孔中伸出并与电感组件导通。

5.如权利要求4所述的变压器与电感、电容接合形成串联谐振电路的结构，其特征在于，所述变压器组件还包括有绝缘圈，所述绝缘圈套设在副边上，且绝缘圈紧密嵌在导通孔中，将副边与金属连接壳绝缘隔离。

6.如权利要求1所述的变压器与电感、电容接合形成串联谐振电路的结构，其特征在于，所述电容组件还包括有电容水冷片和电容水冷管，所述电容水冷管与电容水冷片连接，所述电容水冷片严密贴合电容的左极板和右极板，所述电容水冷片内部设置水冷腔，外部冷却水通过电容水冷管与该水冷腔管路连通。

7.如权利要求1所述的变压器与电感、电容接合形成串联谐振电路的结构，其特征在于，所述电感组件包括有第一电极、第二电极和电感线圈，所述第一电极与金属连接壳导通，所述第二电极与副边导通，所述电感线圈的两端分别与第一电极和第二电极可拆卸式连接，所述电感线圈的两端分别与第一电极和第二电极连接时，所述电感线圈分别与第一电极和第二电极导通。