CN117337530A - 无芯平面线圈和电力变压器 - Google Patents
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Abstract
本公开的实施例涉及一种无芯平面线圈(200)和一种电力变压器(400)。无芯平面线圈(200)包括被布置在平面中并且被配置为产生用于递送信号或电力的交变磁场的线圈本体(201);以及在该平面中围绕线圈本体(201)布置并且被配置为产生第一磁场的第一金属环(202),第一磁场具有与由线圈本体(201)产生的交变磁场相反的方向。
Description
技术领域
本公开的实施例总体上涉及电力变压器领域,并且更具体地涉及无芯平面线圈和电力变压器。
背景技术
无芯平面线圈通常用于具有低功率隔离电源的小型设备中以递送信号或电力。低功率隔离电源包括小型隔离电源、DCS设备电源等。然而,由无芯平面线圈生成的磁场的分布范围通常非常大,特别是在无芯平面线圈的边缘处。结果,无芯平面线圈外部的磁场将干扰附近的其他电子***,导致无芯平面线圈效率较低并且串扰较高。因此,需要减小由无芯平面线圈生成的磁场的分布范围,以减少无芯平面线圈的串扰并且提高无芯平面线圈的效率。
发明内容
鉴于上述问题,本公开的各种示例实施例提供了一种无芯平面线圈和一种包括该无芯平面线圈的电力变压器,以减少电力变压器的串扰并且提高电力变压器的效率。
在本公开的第一方面,本公开的示例实施例提供了一种无芯平面线圈。该无芯平面线圈包括布置在平面中并且被配置为产生用于递送信号或电力的交变磁场的线圈本体;以及在该平面中围绕线圈本体布置并且被配置为产生第一磁场的第一金属环,第一磁场具有与由线圈本体产生的交变磁场相反的方向。通过这些实施例,无芯平面线圈外部的磁通量将大大减少,并且无芯平面线圈内部的磁通量将会维持,从而减少无芯平面线圈的串扰并且提高无芯平面线圈的效率。
在一些实施例中,无芯平面线圈布置在PCB上。通过这些实施例,可以以低成本制造无芯平面线圈。
在一些实施例中,无芯平面线圈还包括在平面中布置在线圈本体内部并且被配置为产生第二磁场的第二金属环,第二磁场具有与由线圈本体产生的交变磁场相反的方向。通过这些实施例,由线圈本体生成的磁场更集中在第一金属环与第二金属环之间。
在一些实施例中,第一金属环和第二金属环由铜制成。通过这些实施例,可以通过第一金属环和第二金属环以低成本可靠地减小无芯平面线圈外部的磁通量。
在一些实施例中,第一金属环和第二金属环由PCB上的铜箔制成。通过这些实施例,具有金属环的无芯平面线圈的成本与没有金属环的相比基本上没有增加。
在本公开的第二方面,本公开的示例实施例提供了一种无芯电力变压器。该无芯电力变压器包括被配置为传输从电源接收的电力的初级绕组;以及被配置为从初级绕组接收电力并且将所接收的电力提供给负载的次级绕组,其中初级绕组和次级绕组中的至少一者包括根据本公开的第一方面的无芯平面线圈。由于无芯电力变压器包括根据本公开的第一方面的无芯平面线圈,因此无芯电力变压器可以提供相同的优点。
在一些实施例中,初级绕组和次级绕组布置在不同PCB上。
应当理解,“发明内容”部分不旨在标识本公开的实施例的关键或基本特征,也不旨在用于限制本公开的范围。通过以下描述,本公开的其他特征将变得容易理解。
附图说明
通过参考附图的以下详细描述,本文中公开的示例实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更加容易理解。在附图中,本文中公开的若干示例实施例将以示例和非限制性的方式示出,在附图中:
图1是示出常规无芯平面线圈的工作场景的示意图;
图2是示出根据本公开的实施例的无芯平面线圈的示意图;
图3是示出根据本公开的实施例的无芯平面线圈的工作场景的示意图;以及
图4是示出根据本公开的实施例的电力变压器的示意图。
在整个附图中,相同或相似的附图标记用于指示相同或相似的元素。
具体实施方式
现在将参考附图中所示的若干示例实施例来描述本公开的原理。尽管附图中示出了本公开的示例实施例,但是应当理解,描述这些实施例仅仅是为了便于本领域技术人员更好地理解并且由此实现本公开,而不是以任何方式限制本公开的范围。
术语“包括(comprises)”或“包括(includes)”及其变体应当理解为开放术语,意思是“包括但不限于”。除非上下文另有明确指示,否则术语“或”应当理解为“和/或”。术语“基于”应当理解为“至少部分基于”。术语“可操作”是指通过由用户或外部机构诱导的操作而可以实现的功能、动作、运动或状态。术语“一个实施例”和“实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应当理解为由“至少一个其他实施例”组成。术语“第一”、“第二”等可以指代不同或相同的对象。下面,可以包括其他明确和隐含的定义。除非上下文另有明确指示,否则术语的定义在整个说明书中是一致的。
根据本公开的实施例,金属环围绕线圈本体布置,以限制无芯平面线圈外部的磁场。上述思想可以以各种方式实现,如将在以下段落中详细描述的。
首先,将参考图1详细描述常规无芯平面线圈的工作原理和问题。图1是示出常规无芯平面线圈的工作场景的示意图。如图1所示,形成在模块A上的第一无芯平面线圈101生成磁场,并且形成在模块B上的第二无芯平面线圈102接收磁场。能量或信号可以通过磁场被递送。
如图1所示,通常由形成在模块A上的第一无芯平面线圈101生成有两种磁力线。一种磁力线104在模块A的边界内部行进。另一种磁力线103在模块A的边界外部行进。因为第一无芯平面线圈101没有磁芯,所以磁力线将不受任何磁芯的限制。结果,磁力线103和104在其中行进的分布范围非常大,尤其是磁力线103。在这种情况下,第一无芯平面线圈101与附近的其他电子***之间可能生成串扰。
因此,需要减小由无芯平面线圈生成的磁场的分布范围,以减少串扰。
以下,将参考图2-3详细描述根据本公开的实施例的能量限制电路的原理。图2是示出根据本公开的实施例的无芯平面线圈的示意图,并且图3是示出根据本公开的实施例的无芯平面线圈的工作场景的示意图。
如图2所示,无芯平面线圈200通常包括线圈本体201和第一金属环202。线圈本体201被布置在平面中,并且用于从信号源或电源接收信号或电力,并且生成交变磁场以递送信号或电力。第一金属环202在该平面中围绕线圈本体201布置,并且用于产生第一磁场,第一磁场具有与由线圈本体201生成的交变磁场相反的方向。
如图3所示,线圈本体201在操作期间生成交变磁场。交变磁场包括在第一金属环202外部行进的磁力线103和在第一金属环202内部行进的磁力线104。根据电磁感应定律,第一金属环202将被磁力线103感应,并且将产生磁场。磁场包括具有与第一金属环202外部的磁力线103相反的方向的磁力线301,以抑制交变磁场的变化。同时,由第一金属环202产生的磁场301将不会对第一金属环内部的磁力线104做出反应。结果,第一金属环202周围的交变磁场被抑制,并且第一金属环202内部的交变磁场被维持。
通过减小第一金属环202外部的磁场分布,由线圈本体201生成的磁场集中在第一金属环201内部,并且磁场的幅度减小。结果,交变磁场对附近电子***的影响减小,并且交变磁场对平行于无芯平面线圈200的电子***的影响也减小,从而***的可靠性提高。
在一些实施例中,如图2所示,无芯平面线圈200还包括在平面中布置在线圈本体201内部的第二金属环203。第二金属环203用于产生第二磁场,第二磁场具有与由线圈本体201产生的交变磁场相反的方向。通过这样的布置,由线圈本体201生成的磁场更加集中在第一金属环202与第二金属环203之间。
在一些实施例中,无芯平面线圈200被布置在PCB上。在其他实施例中,无芯平面线圈200可以被布置在其他组件上。本公开的范围不旨在在这方面受到限制。
在一些实施例中,如图2所示,第一金属环202和第二金属环203可以是矩形形状。在其他实施例中,第一金属环202和第二金属环203可以是其他形状,诸如圆形或多边形。本公开的范围不旨在在这方面受到限制。
在一些实施例中,第一金属环202和第二金属环203由铜制成。以这种方式,能够通过第一金属环202和第二金属环203以低成本可靠地减小无芯平面线圈外部的磁通量。在其他实施例中,第一金属环202和第二金属环203可以由其他金属制成,例如铝。本公开的范围不旨在在这方面受到限制。
在一些实施例中,第一金属环202和第二金属环203由PCB上的铜箔制成。与没有金属环的无芯平面线圈相比,具有这些金属环的无芯平面线圈的成本基本上没有增加。
下文中,将参考图4详细描述电力变压器的原理。图4是示出根据本公开的实施例的电力变压器的示意图。如图4所示,电力变压器400通常包括被配置为从电源接收电力的初级绕组;以及被配置为从初级绕组接收电力并且将所接收的电力提供给负载的次级绕组,其中初级绕组和次级绕组中的至少一者包括根据本公开的实施例的无芯平面线圈200。
在一些实施例中,如图4所示,电力变压器400包括四个PCB 401、402、403、404。每个PCB包括根据本公开的实施例的无芯平面线圈200。电力变压器400的初级绕组由PCB 402和403上的无芯平面线圈200组成,并且电力变压器400的次级绕组由PCB 401和404上的无芯平面线圈200组成。通过这样的布置,可以使初级绕组和次级绕组的耦合系数最大化。
在一些实施例中,电力变压器400可以包括多于四个PCB。本公开的范围不旨在在这方面受到限制。
在一些实施例中,初级绕组和次级绕组可以以其他布置来布置。例如,初级绕组可以由PCB 401和402上的无芯平面线圈200组成,并且次级绕组可以由PCB 403和404上的无芯平面线圈200组成。本公开的范围不旨在在这方面受到限制。
尽管本文中已经描述和说明了若干发明实施例,但本领域普通技术人员将容易想到用于执行本文中描述的功能和/或获取本文中描述的结果和/或一个或多个优点的各种其他手段和/或结构,并且这样的变化和/或修改中的每个被认为在本文中描述的发明实施例的范围内。更一般地,本领域技术人员将容易理解,本文中描述的所有参数、尺寸、材料和配置都是示例性的,并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用本发明教导的特定应用。本领域技术人员将认识到或能够使用不多于常规实验来确定本文中描述的特定发明实施例的很多等价物。因此,应当理解,前述实施例仅通过示例的方式呈现,并且在所附权利要求及其等价物的范围内,除了具体描述和要求保护的实施例之外,可以实践其他发明实施例。本公开的发明实施例涉及本文中描述的每个个体特征、***、物品、材料、套件和/或方法。此外,如果两个或更多个这样的特征、***、物品、材料、套件和/或方法不是相互矛盾的,则两个或更多个这样的特征、***、物品、材料、套件和/或方法的任何组合都被包括在本公开的发明范围内。
Claims (7)
1.一种无芯平面线圈(200),包括:
线圈本体(201),被布置在平面中并且被配置为产生用于递送信号或电力的交变磁场;以及
第一金属环(202),在所述平面中围绕所述线圈本体(201)布置并且被配置为产生第一磁场,所述第一磁场具有与由所述线圈本体(201)产生的所述交变磁场相反的方向。
2.根据权利要求1所述的无芯平面线圈(200),其中所述无芯平面线圈(200)被布置在PCB上。
3.根据权利要求1所述的无芯平面线圈(200),还包括:
第二金属环(203),在所述平面中被布置在所述线圈本体(201)内部并且被配置为产生第二磁场,所述第二磁场具有与由所述线圈本体(201)产生的所述交变磁场相反的方向。
4.根据权利要求3所述的无芯平面线圈(200),其中所述第一金属环(202)和所述第二金属环(203)由铜制成。
5.根据权利要求3所述的无芯平面线圈(200),其中所述第一金属环(202)和所述第二金属环(203)由PCB上的铜箔制成。
6.一种无芯电力变压器(400),包括:
初级绕组,被配置为传输从电源接收的电力;以及
次级绕组,被配置为从所述初级绕组接收所述电力并且将所接收的电力提供给负载,
其中所述初级绕组和所述次级绕组中的至少一者包括根据权利要求1至5中任一项所述的无芯平面线圈(200)。
7.根据权利要求6所述的无芯电力变压器(400),其中所述初级绕组和所述次级绕组布置在不同PCB上。
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