專利名稱：用于提供磁耦合器的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于提供磁耦合器的方法和裝置。
技術(shù)背景磁耦合器(多相間變壓器)例如用于連接負(fù)載到多相電源。 使用多相電源是已知的，所述多相電源可以產(chǎn)生彼此相對角偏移的N個周期的供電電流或電壓，其中N是大于或等于4的整數(shù)。在 使用的供電電流或電壓之間的角偏移在0和2Ti孤度之間被均勻地分 配。27l弧度的角偏移對應(yīng)于電流或電壓的周期。已知的磁耦合器包括幾對繞組，每對繞組由第一和第二相鄰的繞 組構(gòu)成，它們借助于磁性材料制成的芯子或磁心相互地進(jìn)行磁連接。 在以下的文章中描述了已知的磁耦合器的不同的結(jié)構(gòu)"Modeling and Analysis of Multi-Interphase Transformers for Connection Power Converters in Parallel", IN GYU PARK and SEON IK KIM ， Dept.of Control and Instrumentation Eng.， Wonkwang University, Iksan， chonbuk， 570-749 Korea, IEEE 1997。用于提供這些耦合器的已知的方法是對每對繞組的第一繞組提 供相對于同對的第二繞組的供電電流或電壓角偏移一個角度a的供電 電: 充或電壓。在已知的方法中，對于每對繞組，角a等于27i/N。 這樣提供的磁耦合器能夠正確地工作，但是其是笨重的。因而需 要減少這些磁耦合器的尺寸。發(fā)明內(nèi)容因而，本發(fā)明的目的在于提供一種用于提供磁耦合器的方法，該方法對于相同的性能等級能夠減少磁耦合器的尺寸。因而本發(fā)明的目 的在于提供一種用于提供磁耦合器的方法，其中對于至少一對繞組，角a的絕對值大于或等于4ti/N。已經(jīng)觀察到，對于相同的性能等級，對于至少一對繞組選擇角a 絕對值大于或等于4tc/N能夠減少通過連接這對繞組的磁心的最大磁 通。實際上，通過對于至少一對繞組的角a的絕對值強加這種類型的值，使得接近于這對繞組的供電電流或電壓的角偏移等于7l的情況，這相當(dāng)于最佳地減少在連接這兩個繞組的磁心中可以觀測到的最大 磁通。因為通過磁心的截面的最大磁通被減小，便可以減小該磁心的尺 寸，這樣，便可以減小耦合器的尺寸。此外，因為N個供電電流或電壓的角偏移的角度分布，在由這 種耦合器供電的負(fù)栽中的電流或電壓的諧波被減少。這種供電方法的實施例可以包括以下的一個或多個特征-對于每對繞組，角a的絕對值大于或等于4ti/N;-對于每對繞組，角a的絕對值在兀-27i/N弧度和71+2ti/N弧度之間；-當(dāng)N是奇數(shù)時，角a的絕對值等于(N-l)/2.(27i/N); -當(dāng)N是4的倍數(shù)時，角a的絕對值等于[(N/2)-l.(27i/N);以及 -當(dāng)N是偶數(shù)時，對于N/2-l對繞組，角a等于(N/2)-ll.(2rc/N)， 對于兩對繞組，等于7t,對于其它對繞組，等于-(N/2)-1.(2tt/N)。 這些供電方法的實施例還具有以下優(yōu)點-對于每對繞組，選擇其絕對值大于或等于4ti/N的角a，使得 能夠減小磁耦合器的尺寸；-對于每對繞組，選擇絕對值在7l-27l/N弧度和tc+2tc/N弧度之間的角a，使得能夠獲得磁耦合器的尺寸的最佳的減??；以及-對于每對繞組，使用前面提供的公式以按照N的值計算角a， 使得能夠獲得接近于7l的角偏移，因此獲得磁耦合器的尺寸的最佳減 小。本發(fā)明的目的還在于，提供一種用于向電偶極子供電的裝置，該裝置包括-N相電源，這些相之間的角偏移被規(guī)則地分布在0和2;c弧度 之間，N是大于或等于4的整數(shù)；-用于使該電源的每相同時和所述電偶極子相連的磁耦合器，所 迷磁耦合器包括多對繞組，每對繞組由笫一和第二相鄰繞組構(gòu)成，它 們借助于磁性材料制成的芯子彼此磁連接，每對繞組的第 一繞組由所 述電源的一相供電，該相相對于對同 一對繞組的第二繞組供電的電源 的相角偏移一個角度a;以及對于至少一對繞組，角a的絕對值大于或等于4冗/N。這種裝置的實施例可以包括一個或多個下述特征-對于每個第 一對繞組，磁耦合器包括和所述第 一對繞組相關(guān)聯(lián) 的笫二對繞組，每個第二對繞組由第三和第四相鄰繞組構(gòu)成，所述第 三和第四相鄰繞組借助于由磁性材料制成的同一個芯子被相互磁性相連，并和相關(guān)聯(lián)的第一對的第一和第二繞組磁性相連，第二對繞組 和相關(guān)聯(lián)的第一對繞組電絕緣，只有第一和第二繞組和電源的相相 連，只有第三和第四繞組和電偶極子相連；—每對繞組的第一繞組直接和電源的多個相中的一個相相連，而 同一對繞組的第二繞組借助于另一對繞組的第一繞組和電源的不同 的相相連；-每對繞組的第一和第二繞組直接和電源的各相應(yīng)相相連； —每對繞組在磁性上獨立于其它對繞組； -磁對的每個第一或第二繞組都屬于第一和第二對繞組； -每個繞組被繞在由磁性材料制成的具有第一和第二端的分支上，每個分支的第一端借助于由磁性材料制成的第一腿磁性相連，每個分支的第二端借助于磁性材料制成的第二腿磁性相連，所述第一和第二腿的每一個描繪一個連接所有分支的環(huán)；-電源的每個相強加一個供電電流或電壓，這些供電電流或電壓的波形都相同，但是具有大約等于2ti/N的倍數(shù)的角偏移。施例還具有以下的優(yōu)點-和每個第一對繞組關(guān)聯(lián)的第二對繞組的使用使得能夠獲得負(fù)栽相對于電源的電絕緣；一每對繞組和其他對繞組在機(jī)械上隔離這個事實使得能夠使用 具有兩個繞組的變壓器來提供磁耦合器，這有助于用標(biāo)準(zhǔn)磁心生產(chǎn)所 述磁耦合器；-每個繞組屬于笫一和第二對磁繞組這個事實平衡在磁耦合器 中的電流或電壓，這使得能夠減小磁耦合器的尺寸。


通過結(jié)合附圖閱讀僅以舉例方式提供的下面的說明，可以更好地 理解本發(fā)明，其中圖l是用于借助于磁耦合器對負(fù)栽供電的第一裝置的電路圖；圖2表示圖1的裝置的電源的相的分布；圖3是在圖1的裝置中用于對磁耦合器供電的方法的流程圖；圖4和圖5分別是用于借助于磁耦合器向負(fù)載供電的裝置的第二 和第三實施例的電路圖；圖6是用于表示可以在圖1、圖4以及圖5的裝置中使用的整體 式的磁耦合器的結(jié)構(gòu)的透視圖；以及圖7表示可以在圖1、圖4和圖5的裝置中使用的另一種整體式 磁耦合器的結(jié)構(gòu)。
具體實施方式
圖l表示用于對電偶極子4供電的裝置2。在這種情況下，偶極 子4借助于配備有輸入端8的濾波器6和裝置2相連。 偶極子4例如是電阻器。濾波器6例如是只包括和偶極子4的各端并聯(lián)連接的濾波電容 12的濾波器。在這種情況下，裝置2使得能夠避免使用濾波電感器。 裝置2包括多相電壓源16和用于把電壓源16連接到偶極子4的磁耦合器18。電源16是N相電源，其中N是大于或等于4的整數(shù)。因而電源 16提供N個電壓Vi，其中值i是在O和N-l之間的相數(shù)。按照慣例， 在電壓V0和Vi之間的角偏移等于2Td/N。因而在電壓V0到V^之 間的各角偏移被在0和2?；《戎g規(guī)則地分布，如圖2所示。在圖2中，每個矢量對應(yīng)于電壓Vi,該矢量的模對應(yīng)于電壓的 基波分量的模，該矢量相對于X軸的角度對應(yīng)于其相對于電壓V0的 基波分量的相位移。如圖所示，當(dāng)電壓V0到Vw的基波分量的相位 移規(guī)則地分布時，在圖2中的圖上兩個相繼的電壓矢量之間的相位移 的角度等于2兀/N。在這種情況下，電壓V0到V^的幅值都相同，因為所有電壓 V0到Vj^都具有相同的周期波形，它們彼此相互偏移等于2ti/N弧度 的角偏移。在圖1中，電源16被表示為供給電壓V0到的N個單相電 壓源S。到S^的形式。借助于圖示，由每個電源Si產(chǎn)生的電壓的角 偏移可以是規(guī)則的，以便對應(yīng)于電壓V0到V^中的任何一個。電壓 V0到Vw不由電源S。到SpM按照順序被產(chǎn)生，這將由后面看出。 為了簡化圖l,只示出了 3個電壓源S0， S!和Sn 電源16例如是多相供電網(wǎng)、多相電壓逆變器或斬波器、由二極 管和晶閘管構(gòu)成的可控電壓整流器、或者是"回掃"電源的初級 (primary stage)。這些周期電壓Vi不必是正弦的，例如可以是矩 形的或者是三角形的，并且可以包括連續(xù)分量。在這個實施例中，耦合器18包括N個單相變壓器Tr。到Tr^。 每個變壓器包括一次繞組eu和相鄰的二次繞組e2i,它們借助于磁心 ni相互磁耦合，其中i是和前面使用的相同的值。每個變壓器構(gòu)成一對繞組，它們借助于磁心相互磁連接。 在這種情況下，N個變壓器Tri相互之間是磁無關(guān)的。 為了簡化該圖，圖1中只示出了 3個變壓器Tro， Ti 和Tr 。 每個一次繞組eu借助于一端直接連接到電源Sj。每個變壓器Trj的二次繞組借助于變壓器TrM的一次繞組ei，M 連接到電源S"。如果值i等于0，則二次繞組e2。借助于變壓器Tr^ 的繞組 e!， n-i連接到電源Sn-i。不和一個電源&相連的每個二次繞組的端部被直接連接到中點 24，中點24本身被直接連接到濾波器6的輸入端8。現(xiàn)在結(jié)合圖3的方法說明關(guān)于圖2的i殳備的操作方式。首先，在步驟30期間，用這種方式調(diào)節(jié)每個電源S。到S^的角 偏移，使得每個變壓器的一次繞組e"的供電電壓相對于同一變壓器的 二次繞組e2i的供電電壓偏移一個角度a，其絕對值大于47i/N。在這種 情況下，用這種方式調(diào)節(jié)電源So到S^的角偏移，使得對于每個變壓 器的繞組，角CX的絕對值在7l-27l/N弧度和tt+2ti/N弧度之間。更具體地說，用這種方式調(diào)節(jié)電源Si的角偏移，使得在繞組e" 和繞組e2i的供電電壓之間的角偏移的絕對值等于(N-1)/2.(2tc/N)，如果N是奇數(shù)；以及(N/2)-1.(2tc/N)，如果N是4的倍數(shù)。當(dāng)N是偶數(shù)時，對于前面N/2-l個變壓器，角a等于 [(N/2)-11.(2tt/N)，對于第N/2和第N個變壓器，等于兀，對于其它變 壓器，等于-(N/2)-11.(2tt/N)。當(dāng)N是4的倍數(shù)時，可以應(yīng)用用于計算角a的兩個公式，因為此 時N也是偶數(shù).接著，在步驟34期間，利用如下供電電壓對每個變壓器的繞組 供電所述供電電壓彼此之間具有等于在步驟30期間確定的角a的角 偏移。這個類型的角a的選擇盡可能地減少通過磁心iiq到的橫截面 的最大磁通，因而可以減小所述橫截面，這使得減小耦合器18的總 尺寸。通過磁心的橫截面的最大磁通被減少是因為，增加一次繞組和 二次繞組之間的相位移意味著遠(yuǎn)離飽和，在飽和時，在給定的時刻， 由這兩個繞組產(chǎn)生的最大磁場在磁心內(nèi)部被組合。圖4表示用于對偶極子4供電的裝置40的第二實施例。在圖4中，已經(jīng)參照圖l說明過的元件具有相同的標(biāo)號。裝置40包括電源16和磁耦合器42。耦合器42和耦合器18的 區(qū)別僅在于，每個變壓器的一次繞組和二次繞組都直接和各自的電壓 源Si相連。供電方法和參照圖3所述的相同。這種供電方法也使得能 夠減少通過每個磁心n。到njsM的橫截面的最大磁通。圖5表示用于對偶極子4供電的裝置50的第三實施例。在該圖 中，已經(jīng)參照圖l說明過的元件具有相同的標(biāo)號，這里只說明和裝置 2相比時的差別。在圖5中，濾波器6不必包括電感線團(tuán)。裝置50包括借助于磁耦合器54連接到偶極子4的電源16。在耦合器54中中點24被連接到參考電勢1V^ ，而不再連接到濾 波器的輸入端8。在這個實施例中，除去一對繞組eu和e2i之外，每個變壓器Tn 包括一對繞組e3i和e4i。繞組e3i和e4i借助于磁心 和繞組以及e2i磁耦合。繞組對&和C4j和繞組di、 C2i 電絕緣。繞組e3i的一端借助于二極管dj連接到公共點58。 二極管di的陰 極面向公共點58。公共點58被直接連接到濾波器6的輸入端8。繞組e3i的另一端被直接連接到下一個變壓器Trw的繞組e4，i+1 的一端。不和繞組e3i相連的繞組e4, w的一端被連接到與電勢Mi電絕緣的參考電勢M2。不和公共點58相連的繞組e3，^的一端被直接連接到繞組e卯的-一 。用于對耦合器54供電的方法和參照圖3所述的相同，因此能夠 減小這種耦合器的尺寸。圖6表示可用于代替磁耦合器18、 42和54的整體的磁耦合器 60。和耦合器18、 42以及54不同，這種耦合器60不由多個每個具 有獨立于其它的磁心ni的磁心的單相變壓器構(gòu)成。在這種情況下，耦合器60包括具有多個水平分支B。到Bj^的整體磁心62。在圖6中，N等于5。分支Bo到Bj^的左手端借助于垂 直的環(huán)形腿64彼此磁連接。分支Bo到Bn.,的右手端借助于在右方的 另 一個直立的垂直的環(huán)形腿66彼此磁連接。在這種情況下，每個腿64和66形成一個自身閉合的環(huán)或環(huán)路， 并且連接所有的分支Bi。圍繞每個水平分支Bi的導(dǎo)體形成繞組ei。每個繞組ei的一端被 直接連接到公共點68，公共點68例如借助于濾波器6被直接連接到 偶極子4。每個繞組ei的另一端被連接到電源16的各相應(yīng)電源Si。在這種情況下，由兩個相繼的水平分支Bi， Bw支撐著的相鄰 繞組ei， ew形成一對借助于心62彼此磁連接的相鄰繞組。不過，和 前一個實施例不同，在這種情況下， 一個繞組可以屬于兩個不同對的 相鄰繞組。這種情況在圖6中借助于繞組e2被示出，其與繞組d形成 第一對繞組并與繞組e3形成第二對繞組。用于對耦合器60供電的方法和參照圖3所述的相同。使用圖3 的供電方法使得能夠減小通過腿64和66的橫截面的最大磁通，以這 樣的一種方式，可以減小耦合器60的尺寸。圖7表示可用于代替磁耦合器18， 42和54的支架狀的整體式磁 耦合器70。在圖7中，已經(jīng)參照圖6說明的元件具有相同的標(biāo)號。 耦合器70和耦合器60的區(qū)別主要在于，垂直腿64和66分別由 垂直的立柱74、 76代替。這樣，立柱74和76磁連接分支B。到Bim 的端部。不過，在這個實施例中，立柱74和76不構(gòu)成其自身閉合并 連接所有的分支Bi的環(huán)路或圓環(huán)。圖7所示的其它特征和圖6所示的相同，將不再進(jìn)行說明。 用于對耦合器70供電的方法和參照圖3所示的相同。 上述的供電裝置和供電方法的許多其它的實施例都是可能的。例 如，可以由可調(diào)的單相電流源代替電源16的單相電壓源。在這種情 況下，除去角度a表示在一對繞組的供電電流之間的角偏移并且濾波器6沒有電感線圍之外，供電方法和圖3的相同。在圖5的實施例中，繞組eu和e2，w可以在電源和第一參考電勢 ]V^之間并聯(lián)連接，而不如參照圖5所述的串聯(lián)連接。類似地，繞組 e3i和繞組e4，i+1也可以在公共點58和第二參考電勢M2之間并聯(lián)連接， 而不串聯(lián)連接。優(yōu)選地，電源16由N個單相電源構(gòu)成，其角偏移是不可調(diào)的。 在這些條件下，圖3中的方法的步驟30借助于把繞組eu和e2i連接到 合適的單相電源來實現(xiàn)，以便獲得角偏移a。
權(quán)利要求
1.一種通過使用彼此相對角偏移的N個周期性供電電流或電壓對磁耦合器進(jìn)行供電的方法，所述使用的N個供電電流或電壓之間的角偏移規(guī)則地分布在0和2π弧度之間，N是大于或等于4的整數(shù)，所述磁耦合器包括多對繞組，每對繞組由借助于磁性材料制成的芯子相互磁連接的第一和第二相鄰繞組構(gòu)成，所述方法還包括對每對繞組的第一繞組提供(34)相對于同一對繞組的第二繞組的供電電流或電壓角偏移α的供電電流或電壓，其特征在于，對于至少一對繞組，角α的絕對值大于或等于4π/N。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對于每對繞組，角a 的絕對值大于或等于4ti/N。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，對于每對繞組，角a 的絕對值在7i-2;t/N和tt+2ti/N之間。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，-當(dāng)N是奇數(shù)時，角a的絕對值等于l(N-l)/2.(27i/N); -當(dāng)N是4的倍數(shù)時，角a的絕對值等于[(N/2)-l.(2;r/N);以及 -當(dāng)N是偶數(shù)時，對于N/2-l對繞組，角a等于(N/2)-ll.(27t/N), 對于兩對繞組，等于tc，對于其它對繞組，等于-1(N/2)-1.(2tt/N)。
5. —種用于對電偶極子供電的裝置，包括 -具有N相的電源(16)，這些相之間的角偏移規(guī)則地分布在O和2Ti弧度之間，N是大于或等于4的整數(shù)；—用于使該電源的每相同時連接到所述電偶極子的磁耦合器 (18; 42; 54; 60 )，所述磁耦合器包括多對繞組(e2i， ^， ei+1)， 每對繞組由笫一和第二相鄰繞組構(gòu)成，它們借助于磁性材料制成的芯 子相互磁連接，每對繞組的第一繞組由所述電源的一相供電，該相相 對于對同一對的第二繞組供電的電源的相偏移一個角度a;其特征在 于，對于至少一對繞組，角a的絕對值大于或等于4tt/N。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，-對于每個第一對繞組，磁耦合器(54)包括和所述第一對繞組 相關(guān)聯(lián)的第二對繞組，每個第二對繞組由笫三和第四相鄰繞組(e3i， e4i) 構(gòu)成，所述第三和第四相鄰繞組借助于由磁性材料制成的同一個芯子 相互磁性相連并和相關(guān)聯(lián)的第一對繞組的第一和第二繞組磁性相連， 笫二對繞組和相關(guān)聯(lián)的第一對繞組電絕緣，只有笫一和第二繞組(eu， e2i)和電源的相連接，只有第三和第四繞組(e3i， e4i)和所述電偶極子 連接。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征在于，每對繞組的第一 繞組(ej直接和電源的多個相中的一個相相連，而同 一對繞組的第二 繞組借助于另 一對繞組的第 一繞組和電源的另 一相相連。
8. 如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征在于，每對繞組的第一 和第二繞組直接和電源的相應(yīng)相相連。
9. 如權(quán)利要求5到8中任一項所述的裝置，其特征在于，每對繞 組在磁性上獨立于其它對繞組。
10. 如權(quán)利要求5到8中任一項所述的裝置，其特征在于，每個 第一或第二繞組都屬于第一和第二對繞組。
11. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，每個繞組被繞在由 磁性材料制成的具有第一和第二端的分支上，每個分支的第一端借助 于由磁性材料制成的第 一腿磁性相連，每個分支的第二端借助于由磁 性材料制成的第二腿磁性相連，所述第一和第二腿的每一個形成一個 連接所有分支的環(huán).
12. 如權(quán)利要求5到11中任一項所述的裝置，其特征在于，電源 的每個相施加一個供電電流或電壓，這些供電電流或電壓的波形都相 同，但是具有大約等于2ti/N的倍數(shù)的角偏移。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對磁耦合器供電的方法，所述磁耦合器包括多對繞組，每對繞組由借助于磁性材料制成的磁心彼此磁耦合的第一和第二相鄰的成對繞組構(gòu)成。所述方法還包括對每對的第一繞組提供(34)相對于同對的第二繞組的供電電壓或電流相位偏移一個角度的供電電壓或電流。對于至少一對繞組，所述角度的絕對值大于或等于4π/N。
文檔編號H02M7/48GK101243604SQ200680029948
公開日2008年8月13日 申請日期2006年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
發(fā)明者埃里克·拉博萊, 弗蘭柯伊斯·福萊斯特, 弗萊德里克·理查德尤, 泰瑞·安東尼·梅納德 申請人:國家科研中心;蒙彼利埃第二大學(xué);圖盧茲聚合技術(shù)國家研究所