电感结构、电抗装置和变压装置的制作方法

本公开涉及交流变压设备技术领域，具体涉及一种电感结构、电抗装置和变压装置。

背景技术：

电感器是指能将电能转换为磁能储存的元件，其有线圈和铁芯组成。电感器广泛应用于交流电的发、输、变、配、用等各个环节。并且电感器的形式多种多样，例如用于电压变换级联的变压器；又例如用于无功调节的电抗器；再例如用于稳定电路的扼流器等，本质上都是电感器。

相关技术中，由电磁感应原理导致的铁芯涡流，一直是交流电感器领域的难题，涡流会造成铁芯发热，带来涡流损耗，因此如何抑制铁芯涡流是重要研究方向。

技术实现要素：

为解决电感器铁芯涡流的技术问题，本公开实施方式提供了一种电感结构、电抗装置和变压装置。

第一方面，本公开实施方式提供了一种电感结构，包括：

第一磁芯，具有相对的第一端和第二端；和

绕组，包括第一导线和第二导线，所述第一导线的一端连接于所述第一磁芯的所述第一端，所述第二导线的一端连接于所述第一磁芯的所述第二端，并且所述第一导线和/或所述第二导线绕制在所述第一磁芯的外表面；所述第一导线和所述第二导线的另一端形成所述电感结构的接线端。

在一些实施方式中，所述第一磁芯为横截面呈环形的柱体结构，且在所述第一磁芯上开设有第一开口，所述第一开口贯穿所述第一磁芯；所述第一开口在所述第一磁芯上形成的相对两个侧壁，分别形成所述第一端和所述第二端。

在一些实施方式中，所述第一磁芯包括多个磁芯叠片，多个所述磁芯叠片通过导线依次串联或者并联。

在一些实施方式中，相邻磁芯叠片之间设置有绝缘层。

在一些实施方式中，所述第一磁芯为多层卷绕结构，所述卷绕结构的内外两端分别形成所述第一端和所述第二端。

在一些实施方式中，所述的电感结构，还包括：

第三导线，绕制在所述第一磁芯外表面，且所述第三导线与所述第一导线、第二导线并联；所述第三导线直径大于所述第一导线和第二导线。

第二方面，本公开实施方式提供了一种电抗装置，包括根据第一方面任一实施方式所述的电感结构。

在一些实施方式中，所述的电抗装置包括：

第一线圈组件和第二线圈组件，所述第一线圈组件和所述第二线圈组件为所述电感结构；所述第一线圈组件和所述第二线圈组件的所述接线端串联或者并联，且所述第一线圈组件和所述第二线圈组件的绕组绕制方向相反；和

第二磁芯，设于所述第一线圈组件和所述第二线圈组件的轴向两端用于将所述第一线圈组件和所述第二线圈组件磁性连接，以形成磁通回路。

在一些实施方式中，所述的电抗装置包括：

多组所述电感结构，多组所述电感结构的所述第一磁芯沿轴向依次连接形成环形封闭结构，以形成磁通回路；且多组所述电感结构的所述绕组依次串联或者并联。

第三方面，本公开提供了一种变压装置，包括：

初级线圈总成和次级线圈总成，所述初级线圈总成和次级线圈总成中至少之一包括根据第一方面任一实施方式所述的电感结构。

在一些实施方式中，所述初级线圈总成包括多组第三线圈组件，所述第三线圈组件为所述电感结构，多组所述第三线圈组件的接线端用于连接输入电压；

所述次级线圈总成包括与所述第三线圈组件数量相同的多组第四线圈组件，所述第四线圈组件为所述电感结构，多组所述第四线圈组件的接线端用于连接输出电压；所述第三线圈组件与所述第四线圈组件沿轴向一一对应连接，且每一组对应连接的第三线圈组件和第四线圈组件的绕组绕制方向相同；

第三磁芯，设于所述第三线圈组件和所述第四线圈组件的轴端，用于将每组对应连接的第三线圈组件和第四线圈组件磁性连接，以形成磁通回路。

本公开实施方式提供的电感结构，包括第一磁芯和绕组，第一磁芯具有相对的第一端和第二端，绕组包括第一导线和第二导线，第一导线的一端连接于第一端，第二导线的一端连接于第二端，并且第一导线和/或第二导线绕制在第一磁芯的外表面。通过导线与磁芯的连接，将磁芯串接在绕组中，从而在接入输入电压后，磁芯内部产生的感应电流即等同于绕组的工作电流，将磁芯的涡流转化为服务于电感核心功能的电流，从而最大程度的抑制磁芯涡流损耗，大大降低磁芯发热。并且由于将磁芯的涡流转化为可利用的工作电流，相应降低对磁芯的材质要求，大大降低的加工难度和成本。

本公开实施方式提供的电感结构，第一磁芯为横截面呈环形的柱体结构，且在第一磁芯上开设有第一开口，即磁性整体上为带有开口的环形柱体结构，第一开口可以有效阻断磁芯内部的涡流回路，从而进一步减少铁芯涡流，降低铁芯发热。

本公开实施方式提供的电感结构，第一磁芯包括多个磁芯叠片，且叠片通过导线依次串联或者并联，并且相邻磁芯贴片之间设置有绝缘层。或者，第一磁芯采用多层卷绕结构，卷绕结构的内外两端分别形成第一端和第二端。无论是叠片结构还是卷绕结构，由于将磁芯设置为薄片结构，从而有效增大磁芯内涡流回路电阻，进一步提高对铁芯涡流的抑制效果。

本公开实施方式提供的电感结构，还包括第三导线，第三导线绕制在第一磁芯外表面，且第三导线与第一导线、第二导线并联，且第三导线直径大于第一导线和第二导线。在绕组上并联第三导线，并且第三导线比第一导线和第二导线更粗，因此使得大部分励磁电流和工作电流通过第三导线通过，而第一导线或者第二导线只通过小部分励磁电流和工作电流，从而进一步降低磁芯发热，减少损耗。

本公开实施方式提供的电抗装置，包括多组上述任一实施方式中的电感结构，多组电感结构的第一磁芯沿轴向依次连接形成环形封闭结构，以形成磁通回路，多组电感结构的绕组依次串联或者并联。从而通过第一磁芯形成磁通回路，无需再单独设置连接磁芯来磁性连接多组电感结构，大大简化了电抗装置结构，降低成本，并且大大提高导磁能力。并且由于电控装置包括上述的电感结构，因此具有上述所有有益效果，不再赘述。

本公开实施方式提供的变压装置，包括初级线圈总成和次级线圈总成，两者中至少在电压较高的一方采用上述任一实施方式中的电感结构，由于电压较高的一侧工作电流较小，因此可进一步降低铁芯发热，减少损耗。并且由于变压装置包括上述的电感结构，因此具有上述所有有益效果，不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本公开具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本公开一些实施方式中电感结构的第一磁芯的结构示意图。

图2是根据本公开一些实施方式中电感结构的剖面示意图。

图3是根据本公开另一些实施方式中电感结构的剖面示意图。

图4是根据本公开又一些实施方式中电感结构的剖面示意图。

图5是根据本公开再一些实施方式中电感结构的剖面示意图。

图6是根据本公开再一些实施方式中电感结构的剖面示意图。

图7是根据本公开再一些实施方式中电感结构的剖面示意图。

图8是根据本公开一些实施方式中电抗装置的主视剖面结构示意图。

图9是图8中a-a方向的剖面图。

图10是根据本公开一些实施方式中电抗装置的剖面示意图。

图11是根据本公开一些实施方式中变压装置的主视剖面结构示意图。

图12是根据本公开另一些实施方式中变压装置的主视剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本公开一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本公开保护的范围。此外，下面所描述的本公开不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

电感器是指能够把电能转化为磁能而存储起来的元件，用于交流电的电抗器、变压器、扼流器等本质上都是利用电感器原理。电感包括导体磁芯和绕组，常见的磁芯例如整块的纯铁芯、叠片铁芯和磁粉芯等，在对绕组通入交流电之后，由于电磁感应的作用，在磁芯内部会产生涡流，涡流会导致磁芯发热，从而带来涡流损耗。用作变压器时，涡流会导致变压器效率低、发热严重、老化快，因此涡流问题一直是交流电感器领域的难题。

为了解决上述问题，本公开实施方式提供了一种电感结构、电抗装置以及变压装置。本公开实施方式的核心发明构思在于：将磁芯串接入绕组中，将磁芯作为导体，使工作电流直接流过磁芯，从而磁芯内部产生的感应电流即等同于绕组的工作电流，将磁芯的涡流转化为服务于电感核心功能的电流，从而抑制磁芯的涡流损耗。

第一方面，本公开提供了一种电感结构。在一些实施方式中，电感结构包括第一磁芯和绕组，第一磁芯具有相对的第一端和第二端，绕组包括第一导线和第二导线，第一导线连接于第一磁芯的第一端，第二导线连接于第一磁芯的第二端。并且，串接后的第一导线和/或第二导线绕制在第一磁芯的外表面，从而形成电感结构，两导线的自由端即作为电感结构的接线端，适于与外接电压连接，当电流流过导线线圈时即可产生感应磁场。

通过上述可知，本公开实施方式提供的电感结构，将磁芯与绕组导线电性连接，从而在外加电压时，磁芯内部形成励磁电流和工作电流，即，将磁芯的涡流转化为服务于电感核心功能的电流，从而最大程度的抑制铁芯涡流损耗，降低铁芯发热。并且由于将磁芯的涡流转化为可利用的工作电流，相应降低对磁芯的材质要求，采用导磁率更高的纯铁芯即可，大大降低的加工难度和成本，提高导磁能力。

图1、图2中示出了本公开电感结构的一种具体实施方式，下面参照图1和图2进行具体说明。

在本实施方式中，电感结构包括第一磁芯100和绕组。如图1、图2所示，第一磁芯100为截面呈环形的柱体结构，例如在本实施方式中，第一磁芯100横截面为长圆形(环形跑道状)。第一磁芯100上开设有第一开口110，第一开口100在沿轴向方向上贯穿第一磁芯100，在沿径向方向上贯穿至第一磁芯100内腔，即第一磁芯100整体上形成带有缺口的环形柱体结构。

第一开口110在第一磁芯100上形成的相对两个侧壁，分别形成第一磁芯100的第一端111和第二端112。第一磁芯100的第一端111和第二端112是指磁芯作为导体的情况下的两个接线端，为使得电流能够通过整个第一磁芯100，减少第一磁芯100内部涡流，应当尽可能使得第一端111和第二端112位于磁芯结构电性相对的两端。

以本实施方式为例，第一磁芯100为截面呈长圆形的柱体结构，第一开口110形成的相对两个侧壁，即为磁芯内部涡流回路的电性相对两端，因此如图2所示，相对两侧壁即分别形成第一端111和第二端112。

当然，本领域技术人员应当理解，不同的第一磁芯100的结构，其第一端111和第二端112的位置也可以不同，例如对于整块的立方体结构的第一磁芯100，其相对的两个侧面即可分别作为第一端111和第二端112，本公开对此不再枚举。

继续参照图2，本实施方式中绕组并非直接绕制在第一磁芯100的表面，而是绕组包括第一导线210和第二导线220，第一导线210的一端连接于第一磁芯100的第一端111上，第二导线220的一端连接于第二端112上。也即，第一导线210、第一磁芯100和第二导线200依次串联连接。串接后的第一导线210和/或第二导线200绕制在第一磁芯100的外表面，从而形成电感结构。

值得说明的是，绕组的绕制中，既可以是由第一导线210或者第二导线220单独绕制，也可以是第一导线210和第二导线220同时在磁芯上绕制，本公开对此不作限制。例如在图2所示实施方式中，第一导线210仅作为接线端连接在磁芯上，而第二导线220则在第一磁芯100上均匀绕制，形成感应线圈。

本实施方式中形成的电感结构如图2所示，第一导线210和第二导线220的自由端即可形成电感结构的接线端，两个接线端用来连接外部电压。当电感结构接入外加电压时，第一磁芯100的两端由于外加电压的存在，其内部只能形成励磁电流和工作电流，无法形成涡流回路，从而减少磁芯的涡流损耗。

通过上述可知，在本实施方式中，磁芯的涡流损耗更小，因此对于第一磁芯100的材质，采用纯铁芯即可，无需采用硅钢叠片或磁粉芯。由于纯铁芯相较于叠片磁芯和磁粉芯，磁导率更高，且加工难度更低，因此采用纯铁芯一方面可以提高磁芯的导磁率，另一方面也大大降低了电感的加工难度和成本。当然，在其他实施方式中，第一磁芯100也可以采用硅钢叠片或磁粉芯，本公开对此不必限制。

值得说明的是，在本实施方式中，第一磁芯100设置为环形柱体结构，从而磁芯内部的涡流即可按照环形结构形成涡流回路，而第一开口110可以对涡流回路进行有效的阻断，进一步减少涡流的形成。而在其他实施方式中，第一磁芯100的结构并不局限于此，还可以是其他任何适于实施的结构。

例如在一些实施方式中，第一磁芯100包括多个磁芯叠片，多个磁芯叠片之间通过导线依次串联或者并联。即，通过多个磁芯叠片的串并联，形成完整的第一磁芯100。

如图3所示，在一个示例中，第一磁芯100包括两个磁芯叠片121、122，磁芯叠片121、122通过导线123串联连接，并且两个磁芯叠片之间设置有绝缘层300隔开。两个磁芯叠片串联整体形成的结构相当于第一磁芯100，第一导线210设于磁芯叠片122的一端，第二导线220则连接于磁芯叠片121的一端，并且第二导线220绕制在两个叠片形成的整体结构上，第一导线210和第二导线220的自由端作为接线端，从而形成完整的电感结构。

在另一些示例中，第一磁芯100还可以包括更多数量的磁芯叠片。例如图4所示，第一磁芯100共包括8个磁芯叠片，并且叠片之间通过导线串联连接，两个磁芯叠片之间设置有绝缘层隔开(附图未示出)，第一导线210和第二导线220的设置与上述相同即可，不再赘述。

在又一些示例中，磁芯叠片之间不仅可以串联连接，也可以采用并联方式连接。例如图5所示，磁芯叠片之间通过导线并联连接，其余结构与上述相同即可，不再赘述。

通过上述可知，在本实施方式中，通过多个磁芯叠片串联或并联形成磁芯结构，叠片结构可以增大磁芯中的涡流回路的阻抗，从而进一步抑制磁芯的涡流损耗。需要说明的是，本公开对于磁芯叠片的数量、形状以及连接结构不作限制，在上述公开的基础上，本领域技术人员还可以实现其他可替代的实施方式，对此不再枚举。

在一些实施方式中，考虑到第一磁芯100串接在绕组中，其内部产生工作电流和励磁电流也会导致磁芯少量发热。因此，为了进一步降低第一磁芯100发热，电感结构还包括有第三导线，第三导线并联在第一导线210和第二导线220上，且第三导线直径大于第一导线210和第二导线220。从而利用第三导线的并联支路，通过大部分的励磁电流和工作电流，进一步降低磁芯发热。

在一个示例中，如图6所示，第一磁芯100和绕组结构参见图3实施方式说明即可，不再赘述。本示例在图3实施方式的基础上增加第三导线230，第三导线230绕制在第一磁芯100表面，并且第三导线230的两端分别连接于第一导线210和第二导线220，形成并联连接结构。由于第三导线230直径大于第二导线220，因此当接入外部电压时，大部分的工作电流和励磁电流通过第三导线230的并联支路，只有少部分的电流通过第一导线210、第一磁芯100和第二导线220形成的并联支路。由于通过第一磁芯100的电流较小，因此进一步减少磁芯发热。

在另一个示例中，如图7所示，第一磁芯100为多层卷绕结构，其卷绕结构的内外两端分别形成第一端111和第二端112，第一磁芯100的卷绕层数可与所需绕组线圈的圈数相同。例如第一磁芯100采用薄钢片卷绕而成，其外端连接第一导线210，内端连接第二导线220，第三导线230的两端分别连接于第一导线210和第二导线220，形成并联连接结构。当电感结构接入外部电压时，大部分的工作电流和励磁电流通过第三导线230的并联支路，只有少部分的电流经过第一磁芯100的卷绕结构，因此进一步减少磁芯发热。

可以理解的是，本实施方式并不局限于上述两种示例，本领域技术人员应当理解，本公开其他形式的电感结构均适用于本实施方式方案，对此不再枚举。

通过上述可知，本公开实施方式的电感结构，通过将磁芯串接入绕组中，从而在接入输入电压后，磁芯内部产生的感应电流即等同于绕组的工作电流，将磁芯的涡流转化为服务于电感核心功能的电流，从而最大程度的抑制磁芯涡流损耗。并且无需牺牲磁芯的导磁性能，降低对磁芯的材质要求，大大降低的加工难度和成本。

第二方面，本公开提供了一种电抗装置，该电抗装置包括上述任一实施方式中的电感结构。

图8、图9中示出了本公开电抗装置的一种具体实施方式。在本实施方式中，电抗装置包括第一线圈组件和第二线圈组件，第一线圈组件和第二线圈组件均以图2实施方式中的电感结构为例。可以理解的是，第一线圈组件和第二线圈组件还可以采用本公开上述任何实施方式中的电感结构实现，对此不再赘述。

如图9所示，在本实施方式中，两个线圈组件串联连接，并且两个线圈组件的绕组的绕制方向相反，从而形成电磁一体式线圈组。电抗装置还包括两个第二磁芯400，第二磁芯400设置在线圈组的轴向两端，从而使得第一线圈组件、第二线圈组件以及第二磁芯400形成完整的磁通回路。

线圈组件的绕组绕制方向如图8所示，图中“⊙”表示垂直于纸面向外的方向，表示垂直于纸面向里的方向。通过图示可知，当绕组接通外部电压时，在电抗器内即可产生顺时针方向的磁通回路。

需要说明的是，在本实施方式中，第一线圈组件和第二线圈组件的绕组也可以并联连接，原理与上述相同，不再赘述。并且，第二磁芯400同样可采用例如纯铁芯、硅钢叠片、磁粉芯等铁芯材料，为了减少磁芯涡流，第二磁芯400优选为硅钢铁芯。

进一步地，考虑到硅钢铁芯导磁率较低，为了实现更高导磁率，本公开另一些实施方式中提供了一种电抗装置，该电抗装置包括多组上述任一实施方式中的电感结构，多组电感结构的第一磁芯100沿周向依次连接形成环形封闭结构，从而形成完整的磁通回路，多组电感结构的绕组依次串联或者并联。

具体来说，图10中示出了一种具体示例，在本示例中，电抗装置包括四组电感结构，电感结构以图3中的电感结构为例。本领域技术人员可以理解，本公开电抗装置还可以是其他数量的电感结构依次连接形成，并且电感结构也不局限于本实施方式示例，还可以是上述任一实施方式中的电感结构，本公开对此不再赘述。

继续参照图10，在本实施方式中，每一组电感结构的呈等腰梯形，相邻两组电感结构的第一磁芯100的轴向一端连接形成直角结构，即四组电感结构依次首位相接形成矩形环状。每一组电感结构的具体结构参见上述图3实施方式即可，在此不再赘述。四组电感结构的绕组方向如图所示，四组电感结构的绕组可以串联也可以并联，从而在接入外部电压之后，在四个第一磁芯100组成的环形结构中，即可产生逆时针方向的磁通回路。

在本实施方式中，通过多组第一磁芯连接形成磁通回路，无需再设置第二磁芯来形成磁通回路，大大简化了电抗装置结构，并且完全去除的硅钢叠片，降低成本且提高导磁能力。

第三方面，本公开提供了一种变压装置，变压装置包括初级线圈总成和次级线圈总成，初级线圈总成和次级线圈总成中至少之一包括上述任一实施方式中的电感结构。

变压装置的基本结构和原理与上述电抗装置类似，当对初级线圈接入外加电压时，初级线圈产生励磁电流和工作电流，从而形成感应磁场。感应磁场的磁通穿过次级线圈，在次级线圈中形成感应电动势和外接负载时的工作电流，通过调整初级线圈和次级线圈的绕组比值即可实现变压。本领域技术人员对此应当理解，本公开不再详述。

在本公开的变压装置中，可以仅将初级线圈总成中的线圈组件改进为本公开上述任一实施方式中的电感结构，也可以仅将次级线圈总成中的线圈组件改进为上述任一实施方式中的电感结构，或者还可以将初级线圈总成和次级线圈总成均改进为本公开实施方式中的电感结构，本公开对此不作限制。

在一些实施方式中，为了进一步减少磁芯涡流，降低磁芯发热，优选将本公开实施方式的电感结构串接在变压装置的高压侧。由于高压侧工作电流较低，因此可以进一步的降低磁芯发热，减少损耗。

通过上述对变压装置的原理可知，从结构上来说，变压装置相当于在电抗装置的基础上增加了一组次级线圈总成，其基本的工作原理相同，因此本公开变压装置同样可以适用于上述任一结构的电抗装置结构。

例如在一个示例中，变压装置结构如图11所示，该示例中变压装置为单相变压器。本示例中，变压装置在图8所示的电抗装置的基础上，增加了一组次级线圈总成，且次级线圈总成与初级线圈总成结构相同，均为图9所示结构。对于相同之处在此不再赘述，本领域技术人员参照前述公开可以理解本示例，因此仅针对区别之处进行说明。

如图11所示，变压装置包括上层的初级线圈总成710和下方的次级线圈总成720，初级线圈总成710连接输入电压，次级线圈总成720用于连接输出电压。在本示例中，输入输出电压均为单相电压。两组线圈总成的绕组绕制方向如图11中所示，即每一组对应的初级线圈和次级线圈的绕组绕制方向相同，从而形成完整的磁通回路。

初级线圈总成710接入输入电压，在线圈组件中形成励磁电流和工作电流，从而形成感应磁场。感应磁场的磁通穿过次级线圈，在次级线圈中形成感应电动势和外接负载时的工作电流，从而实现变压。

基于相类似的原理，图12中示出了一种三相变压装置，其基本的工作原理与图11示例类似，区别在于线圈总成包括三组电感结构，每一组电感结构分别接入不同相位的电压，从而形成三相变压装置。本领域技术人员基于相关技术中的变压原理，毫无疑问可以理解本实施方式，本公开对此不再赘述。

通过上述可知，本公开提供的变压装置，包括上述的电感结构，从而可以有效减小磁芯涡流，减小发热，提高变压装置的使用寿命。

值得说明的是，上述给出的示例仅用于对变压装置进行说明，并不限制本公开，基于上述任一形式的电感结构和电抗装置，均可以用作本公开变压装置，本领域技术人员在上述公开的基础上，可以实现相应的变形，本公开对此不再枚举。

显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本公开创造的保护范围之中。