耦合電感及多電平功率變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種耦合電感，包括磁芯上軛、磁芯下軛、多個(gè)中柱及多個(gè)繞組，所述磁芯上軛包括多個(gè)第一磁芯塊，所述多個(gè)第一磁芯塊共同拼接形成所述磁芯上軛，所述磁芯下軛包括多個(gè)第二磁芯塊，所述多個(gè)第二磁芯塊共同拼接形成所述磁芯下軛，所述多個(gè)中柱分別連接至所述多個(gè)第一磁芯塊與所述多個(gè)第二磁芯塊之間，所述多個(gè)繞組分別纏繞在所述多個(gè)中柱上。本發(fā)明還提供一種多電平功率變換器。所述耦合電感通過多個(gè)第一磁芯塊拼接形成磁芯上軛，及通過多個(gè)第二磁芯塊拼接形成磁芯下軛，具有加工方便、節(jié)約材料及體積小的優(yōu)勢(shì)。
【專利說明】耦合電感及多電平功率變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及逆變器和變頻器領(lǐng)域的耦合電感結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種用于交錯(cuò)并聯(lián)多平功率變換器的耦合電感。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來由于多電平變換技術(shù)可以降低輸出電壓或電流中的高頻諧波含量，進(jìn)而輸出濾波電感的成本，其越來越多的應(yīng)用于逆變器和變頻器領(lǐng)域。通過多個(gè)低電平輸出的功率變換拓?fù)浣Y(jié)合耦合電感，可以產(chǎn)生多電平輸出的技術(shù)越來越受到大家關(guān)注。當(dāng)需要N(NM)個(gè)交錯(cuò)并聯(lián)的多電平輸出時(shí)，耦合電感需要N個(gè)繞組并聯(lián)，現(xiàn)有技術(shù)中的耦合電感結(jié)構(gòu)為:將N個(gè)繞組組合成圓形結(jié)構(gòu)或?qū)個(gè)繞組排列成長方形結(jié)構(gòu)。但現(xiàn)有技術(shù)的耦合電感存在以下缺點(diǎn):圓形的耦合電感結(jié)構(gòu)在做磁芯材料使用上受到較大限制，因?yàn)楹芏啻判驹谇懈顬閳A形時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的廢料，且本身的切割難度也比較大；長方形的耦合電感結(jié)構(gòu)的磁芯需要占用較大的空間，不能有效利用產(chǎn)品的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種應(yīng)用于多支路交錯(cuò)并聯(lián)多電平功率變換器的耦合電感結(jié)構(gòu)，體積小，成本低。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施方式提供如下技術(shù)方案:
[0005]本發(fā)明提供了一種耦合電感，包括磁芯上軛、磁芯下軛、多個(gè)中柱及多個(gè)繞組，所述磁芯上軛包括多個(gè)第一磁芯塊，所述多個(gè)第一磁芯塊共同拼接形成所述磁芯上軛，所述磁芯下軛包括多個(gè)第二磁芯塊，所述多個(gè)第二磁芯塊共同拼接形成所述磁芯下軛，所述多個(gè)中柱分別連接至所述多個(gè)第一磁芯塊與所述多個(gè)第二磁芯塊之間，所述多個(gè)繞組分別纏繞在所述多個(gè)中柱上。
[0006]其中，所述磁芯上軛與所述磁芯下軛均呈多邊環(huán)形，且所述磁芯上軛與所述磁芯下軛的邊數(shù)大于4。
[0007]其中，每個(gè)所述第一磁芯塊包括外邊緣、內(nèi)邊緣和連接于外邊緣與內(nèi)邊緣之間且相對(duì)的一對(duì)側(cè)邊，通過所述側(cè)邊的相互貼合實(shí)現(xiàn)所述多個(gè)第一磁芯塊之間的首尾結(jié)合，所述多個(gè)磁芯塊的內(nèi)邊緣共同形成了所述多邊環(huán)形的內(nèi)緣，所述多個(gè)磁芯塊的外邊緣共同形成了所述多邊環(huán)形的外緣。
[0008]其中，每個(gè)所述第一磁芯塊的截面均呈梯形。
[0009]其中，每個(gè)所述繞組在相對(duì)應(yīng)的所述第一磁芯塊上的垂直投影均位于所述第一磁芯塊的面積范圍內(nèi)。
[0010]其中，所述磁芯上軛平行于所述磁芯下軛。
[0011]其中，所述多個(gè)中柱均垂直于所述磁芯上軛。
[0012]其中，所述多個(gè)中柱呈圓柱形狀或長方體形狀。
[0013]其中，所述多個(gè)中柱與所述磁芯上軛的材質(zhì)不同。[0014]其中，所述中柱的材質(zhì)為非晶或者納米晶，所述磁芯上軛的材質(zhì)為鐵氧體。
[0015]其中，所述多個(gè)第一磁芯塊之間通過粘膠結(jié)合固定，所述中柱與所述磁芯上軛之間通過粘膠結(jié)合固定，及所述中柱與所述磁芯下軛之間通過粘膠結(jié)合固定。
[0016]本發(fā)明還提供一種多電平功率變換器，包括兩個(gè)并聯(lián)的電平橋臂和上述任意一種實(shí)施方式所述的耦合電感。
[0017]本發(fā)明提供的耦合電感及多電平功率變換器，所述耦合電感通過多個(gè)第一磁芯塊拼接形成磁芯上軛，及通過多個(gè)第二磁芯塊拼接形成磁芯下軛，具有加工方便、節(jié)約材料及體積小的優(yōu)勢(shì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以如這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1是本發(fā)明一種實(shí)施方式提供的耦合電感正視圖；
[0020]圖2是圖1所示的耦合電感的俯視圖；
[0021]圖3是本發(fā)明另一種實(shí)施方式中的耦合電感的正視圖；
[0022]圖4是圖3所示的耦合電感的俯視圖。
[0023]圖5是本發(fā)明一種實(shí)施方式提供的多電平功率變換器的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施方式中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0025]請(qǐng)參閱圖1及圖2，本發(fā)明提供了一種耦合電感，包括磁芯上軛10、磁芯下軛20、多個(gè)中柱30及多個(gè)繞組40，所述磁芯上軛10包括多個(gè)第一磁芯塊12，所述多個(gè)第一磁芯塊12共同拼接形成所述磁芯上軛10，所述磁芯下軛20包括多個(gè)第二磁芯塊22，所述多個(gè)第二磁芯塊22共同拼接形成所述磁芯下軛20，所述多個(gè)中柱30分別連接至所述多個(gè)第一磁芯塊12與所述多個(gè)第二磁芯塊22之間，所述多個(gè)繞組40分別纏繞在所述多個(gè)中柱30上。
[0026]本發(fā)明提供的耦合電感，所述耦合電感通過多個(gè)第一磁芯塊12拼接形成磁芯上軛10，及通過多個(gè)第二磁芯塊22拼接形成磁芯下軛20，第一磁芯塊12與第二磁芯塊22具有簡單的形狀，例如:如圖2所示，截面為梯形的磁條，在加工的過程中，第一磁芯塊12與第二磁芯塊22方便切割，相較一體式的磁芯上下軛，本發(fā)明能夠節(jié)約材料。本發(fā)明通過多個(gè)形狀一致的第一磁芯塊12拼接形成復(fù)雜形狀的磁芯上軛10 (本實(shí)施例中，磁芯上軛10的截面形狀為正五邊環(huán)形)，具有加工方便、節(jié)約材料及體積小的優(yōu)勢(shì)。
[0027]本發(fā)明還提供一種多電平功率變換器，本發(fā)明提供的耦合電感應(yīng)用于多支路交錯(cuò)并聯(lián)多電平功率變換器，多路并聯(lián)的電平橋臂輸出依次接到所述繞組40上，所述繞組40在所述中柱30上的繞制向相同，即所述耦合電感連接至所述兩個(gè)并聯(lián)的電平橋臂的輸出端。請(qǐng)參閱圖5，多電平功率變換器包括耦合電感100和兩個(gè)并聯(lián)工作的兩電平橋臂200，300。電平橋臂200，300的兩個(gè)開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通，同時(shí)兩個(gè)橋臂在開關(guān)周期內(nèi)交錯(cuò)180度工作，通過兩個(gè)兩電平橋臂200，300交錯(cuò)并聯(lián)工作結(jié)合耦合電感，實(shí)現(xiàn)了三電平的輸出。[0028]所述磁芯上軛10與所述磁芯下軛20均呈多邊環(huán)形，舉例說明:多個(gè)條形的第一磁芯塊12首尾相連，通過粘膠的方式相互固定，每個(gè)第一磁芯塊12包括外邊緣、內(nèi)邊緣和連接于外邊緣與內(nèi)邊緣之間且相對(duì)的一對(duì)側(cè)邊，多個(gè)第一磁芯塊12通過側(cè)邊相互貼合實(shí)現(xiàn)首尾相連結(jié)合，多個(gè)第一磁芯塊12的內(nèi)邊緣共同形成了多邊環(huán)形的內(nèi)緣，多個(gè)第一磁芯塊12的外邊緣共同形成了多邊環(huán)形的外緣。所述磁芯上軛10與所述磁芯下軛20的邊數(shù)大于4，本實(shí)施方式中，所述磁芯上軛10與所述磁芯下軛20均為正五邊環(huán)形。磁芯上軛10的多個(gè)第一磁芯塊12為多個(gè)形狀相同的條狀結(jié)構(gòu)，本實(shí)施方式中，每個(gè)第一磁芯塊12的截面呈梯形，五個(gè)第一磁芯塊12拼接形成正五邊環(huán)形的磁芯上軛10，五個(gè)截面呈梯形的第一磁芯塊12首尾相連，通過粘膠的方式相互固定。磁芯下軛20與磁芯上軛10的結(jié)構(gòu)相同，第二磁芯塊22與第一磁芯塊12 對(duì)應(yīng)，相對(duì)應(yīng)的第一磁芯塊12與第二磁芯塊22之間連接一個(gè)中柱30。中柱30連接于第一磁芯塊12與和二磁芯塊的中心區(qū)域之間。
[0029]請(qǐng)參閱圖3及圖4，每個(gè)所述繞組40在相對(duì)應(yīng)的所述第一磁芯塊12上的垂直投影均位于所述第一磁芯塊12的面積范圍內(nèi)。也就是說，磁芯上軛10與磁芯下軛20均做了加寬處理，使得繞組40位于磁芯上軛10與磁芯下軛20的覆蓋面積范圍內(nèi)。由于本發(fā)明耦合電感利用空氣漏感作為輸出濾波電感，加大磁芯上軛10與磁芯下軛20的寬度可以減小繞組40由于處于漏感磁場(chǎng)而產(chǎn)生的渦流損耗，同時(shí)能夠減小由于磁場(chǎng)與繞組40正交引起的高頻交流損耗，減小空氣磁路長度，增大漏感量。利用耦合電感的磁性部分的本身漏感進(jìn)行濾波，降低后級(jí)濾波電路成本。
[0030]具體而言，所述磁芯上軛10平行于所述磁芯下軛20。
[0031]所述多個(gè)中柱30均垂直于所述磁芯上軛10。
[0032]所述多個(gè)中柱30呈圓柱形狀或長方體形狀。
[0033]所述多個(gè)中柱30與所述磁芯上軛10選用不同特性的磁性材料，磁芯上軛10與磁芯下軛20的材質(zhì)可以相同，中柱30的材質(zhì)與磁芯上軛10及磁芯下軛20的材質(zhì)不同。磁芯上軛10及磁芯下軛20和中柱30工作在不同的磁通密度下，中柱30磁通包括除了差模環(huán)流引起的高頻磁通外，還會(huì)包括由于漏感引起的共模磁通，因此中柱30磁通較磁芯上軛10及磁芯下軛20的磁通大。藉此，中柱30使用抗飽和能力比較強(qiáng)的磁性材料，例如:非晶或者納米晶。磁芯上軛10及磁芯下軛20選取工作磁密稍低的磁性材料，例如:鐵氧體。本發(fā)明根據(jù)磁件不同部分工作磁通不同，使用不同特性磁芯部分進(jìn)行組合，進(jìn)而降低耦合電感的成本，且提高耦合電感的性能。
[0034]本發(fā)明多個(gè)第一磁芯塊12之間拼接處通過粘膠的方式結(jié)合固定，中柱30與磁芯上軛10及磁芯下軛20之間的連接方式也是通過粘膠的方式結(jié)合固定。
[0035]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種耦合電感，包括磁芯上軛、磁芯下軛、多個(gè)中柱及多個(gè)繞組，其特征在于，所述磁芯上軛包括多個(gè)第一磁芯塊，所述多個(gè)第一磁芯塊共同拼接形成所述磁芯上軛，所述磁芯下軛包括多個(gè)第二磁芯塊，所述多個(gè)第二磁芯塊共同拼接形成所述磁芯下軛，所述多個(gè)中柱分別連接至所述多個(gè)第一磁芯塊與所述多個(gè)第二磁芯塊之間，所述多個(gè)繞組分別纏繞在所述多個(gè)中柱上。
2.如權(quán)利要I所述的耦合電感，其特征在于，所述磁芯上軛與所述磁芯下軛均呈多邊環(huán)形，且所述磁芯上軛與所述磁芯下軛的邊數(shù)大于4。
3.如權(quán)利要2所述的耦合電感，其特征在于，每個(gè)所述第一磁芯塊包括外邊緣、內(nèi)邊緣和連接于外邊緣與內(nèi)邊緣之間且相對(duì)的一對(duì)側(cè)邊，通過所述側(cè)邊的相互貼合實(shí)現(xiàn)所述多個(gè)第一磁芯塊之間的首尾結(jié)合，所述多個(gè)磁芯塊的內(nèi)邊緣共同形成了所述多邊環(huán)形的內(nèi)緣，所述多個(gè)磁芯塊的外邊緣共同形成了所述多邊環(huán)形的外緣。
4.如權(quán)利要3所述的耦合電感，其特征在于，每個(gè)所述第一磁芯塊的截面均呈梯形。
5.如權(quán)利要求1所述的耦合電感，其特征在于，每個(gè)所述繞組在相對(duì)應(yīng)的所述第一磁芯塊上的垂直投影均位于所述第一磁芯塊的面積范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的耦合電感，其特征在于，所述磁芯上軛平行于所述磁芯下軛。
7.如權(quán)利要求6所述的耦合電感，其特征在于，所述多個(gè)中柱均垂直于所述磁芯上軛。
8.如權(quán)利要求1所述的耦合電感，其特征在于，所述多個(gè)中柱呈圓柱形狀或長方體形狀。
9.如權(quán)利要求1所述的耦合電感，其特征在于，所述多個(gè)中柱與所述磁芯上軛的材質(zhì)不同。
10.如權(quán)利要求9所述的耦合電感，其特征在于，所述中柱的材質(zhì)為非晶或者納米晶，所述磁芯上軛的材質(zhì)為鐵氧體。
11.如權(quán)利要求9所述的耦合電感，其特征在于，所述多個(gè)第一磁芯塊之間通過粘膠結(jié)合固定，所述中柱與所述磁芯上軛之間通過粘膠結(jié)合固定，所述中柱與所述磁芯下軛之間通過粘膠結(jié)合固定。
12.一種多電平功率變換器，包括兩個(gè)并聯(lián)的電平橋臂，其特征在于，所述多電平功率變換器還包括如權(quán)利要求1至權(quán)利要求9任意一項(xiàng)所述的耦合電感，所述耦合電感連接至所述兩個(gè)并聯(lián)的電平橋臂的輸出端。
【文檔編號(hào)】H01F27/26GK103762064SQ201310737458
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】劉云峰, 胡炎申, 石磊 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司