CN101552537A - 用于功率转换器的改良的电感器封装 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于功率转换器的改良的电感器封装，具体而言，涉及一种车辆的功率转换器，该功率转换器包括开关以及第一感应部件和第二感应部件。第一感应部件和第二感应部件具有基本上相邻的部分，并且被联接至数个开关，以使得当电流从该数个开关流过第一感应部件和第二感应部件时，由流过第一感应部件和第二感应部件的相邻部分的电流所产生的、位于相邻部分之间的通量定向在基本上相反的方向上。

Description

用于功率转换器的改良的电感器封装
技术领域
本发明大致涉及电气部件，并且更具体地，涉及功率转换器(powerconverters)中的电气部件的封装(packaging)。
背景技术
近年来，技术上的进步以及设计风格上的不断发展的喜好导致汽车的设计中的质的改变。变化之一牵涉到了汽车(尤其是代用燃料车辆，例如混合动力车辆、电动车辆以及燃料电池车辆等)内的电气系统的复杂性。典型地，这种代用燃料车辆使用一个或多个电动马达(electric motors)，且或许与其它促动器相结合，以驱动车轮。此外，这种车辆还可包括其它马达，以及其它高压部件，以运行汽车内的其它各种系统，例如空气调节器。
这种车辆，尤其是燃料电池车辆，常常使用两个独立的电压源，例如一个电池和一个燃料电池，以向驱动车轮的电动马达提供动力。功率转换器，例如直流到直流(DC/DC)转换器，典型地被用于管理和传送来自该两个电压源的功率。由于以下事实，即，代用燃料汽车典型地仅仅包括直流(DC)电源，因此，还提供了直流到交流(DC/AC)变换器(或功率变换器，power inverter)，以将DC功率转换成通常为马达所需要的交流(AC)功率。
随着在代用燃料车辆上的电气系统的功率需求持续增加，提高这种系统的电气效率的需要是始终存在的。此外，一直希望减小电气系统中的部件尺寸，以降低车辆的整体成本和重量。
相应地，希望提供带有改良的电气性能以及有所缩减的尺寸及制造成本的电感器(inductor)组件。此外，根据下文的详细描述以及所附的权利要求，结合所附的示意图和前述的技术领域和背景，本发明的其它合乎需要的特征和特点将变得显而易见。
发明内容
提供了车辆的(vehicular)功率转换器。车辆的功率转换器包括数个开关以及第一感应部件(inductive component)和第二感应部件。第一感应部件和第二感应部件具有基本上相邻的部分且联接至该数个开关，以使得当电流从该数个开关流来并流过该第一感应部件和第二感应部件时，由流过该第一感应部件和第二感应部件的相邻部分的电流所产生的、并且位于该相邻部分之间的通量(flux)定向在基本上相反的方向上。
提供了汽车的(automotive)功率转换器。该汽车的功率转换器包括数对开关，第一电感器(其包括联接至该数对开关的第一导电线圈)，第二电感器(其包括联接至该数对开关及该第一导电线圈的第二导电线圈)。第一导电线圈具有第一部分和第二部分，而第二导电线圈具有第一部分和第二部分。第一电感器和第二电感器配置成如下形式，即，使得第一导电线圈和第二导电线圈的第一部分处在第一导电线圈和第二导电线圈的第二部分之间，且当电流流过该数对开关以及第一电感器和第二电感器时，由流过第一导电线圈的第一部分的电流所产生且位于第一导电线圈的第一部分和第二导电线圈的第一部分之间的通量定向在第一方向上，而由流过第二导电线圈的第一部分的电流所产生且位于第一导电线圈的第一部分和第二导电线圈的第一部分之间的通量定向在第二方向上。第二方向基本上与第一方向相反。
提供了汽车的驱动系统。该汽车的驱动系统包括电动马达，联接至电动马达并且配置成联接至第一电压源和第二电压源的功率转换器，以及与功率转换器成可操作连通的微处理器。该功率转换器包括数个开关以及第一感应部件和第二感应部件。微处理器被配置用于促动(activate)该数个开关，从而致使电流流过该第一感应部件和第二感应部件。第一感应部件和第二感应部件配置成使得第一感应部件的第一部分位于第二感应部件和第一感应部件的第二部分之间，且当电流自该数个开关流来并流过该第一感应部件和第二感应部件时，由流过该第一感应部件的第一部分的电流所产生的、位于第二感应部件和第一感应部件的第一部分之间的通量定向在第一方向上，而由流过该第二感应部件的电流所产生的、位于第二感应部件和第一感应部件的第一部分之间的通量定向在第二方向上。该第二方向基本上与第一方向相反。
附图说明
随后将结合下列示意图对本发明进行描述，其中类似的标号表示类似的元件，且其中
图1是根据本发明的一个实施例的示例性的汽车的示意图。
图2是在图1中的汽车内的直流到直流(DC/DC)功率转换器的示意图。
图3是在图1中的汽车内的直流到交流(DC/AC)功率变换器的示意图。
图4是根据本发明的一个实施例的电感器组件的轴测图。
图5是图4中的电感器组件内的两个电感器的轴测图。
图6和图7是图5中的电感器的沿着线6-6的截面图；而
图8是根据本发明的另一个实施例的直流到直流(DC/DC)功率转换器的示意图。
具体实施方式
随后的详细描述实质上仅为示例性的，且并不意图限制本发明或本发明的应用及使用。此外，并不意图受限制于前述技术领域、背景、摘要或下列的详细描述中所出现的明示的或暗示的理论。此外，尽管此处所示出的示意图描述了元件的布置的示例，但在实际的实施例中同样可出现其它的发明的元件，装置，特征或部件。同样需知道，图1至图8仅仅只是图示，且可不按比例进行绘制。
图1至图8以示出了车辆和车辆的功率转换器。在一个实施例中，车辆的功率转换器包括数个开关，带有第一部分和第二部分且联接至该数个开关的第一感应部件，以及联接至该数个开关及该第一感应部件的第二感应部件。该第一感应部件和第二感应部件配置成如下形式，即，使得第一感应部件的第一部分位于第二感应部件和第一感应部件的第二部分之间，且当电流自该数个开关而来并流过该第一感应部件和第二感应部件时，由流过该第一感应部件的第一部分的电流所产生的、位于第二感应部件和第一感应部件的第一部分之间的通量定向在第一方向上，而由流过第二感应部件的电流所产生的、位于第二感应部件和第一感应部件的第一部分之间的通量定向在第二方向上。第二方向基本上与第一方向相反。
图1示出了车辆，或汽车10(根据本发明的一个实施例)。汽车10包括底盘12，车身14，四个车轮16和电子控制系统18。车身14布置在底盘12上，并且基本上包围汽车10的其它部件。车身14和底盘12可共同地形成框架。每一个车轮16在靠近车身14的各个角处联接至底盘12。
汽车10可以是多种不同种类的汽车中的任一种，例如，轿车，货车，卡车或运动型多用途车辆(SUV)，且可以是二轮驱动(2WD)(即，后轮驱动或前轮驱动)，四轮驱动(4WD)或全轮驱动(AWD)的。汽车10还包含以下多种不同类型的引擎中的一种或其组合，举例而言，这些引擎包括：汽油内燃机或柴油内燃机，“柔性燃料车辆”(FFV)引擎(即，使用汽油和乙醇的混合物的引擎)，气态化合物(例如，氢气和天然气)引擎，内燃机/电动马达混合动力引擎，以及电动马达。
在图1中示出的示例性的实施例中，汽车10为燃料电池车辆，并且进一步包括电动马达/发电机20，电池22，燃料电池功率模块(FCPM)24，直流到直流(DC/DC)转换器系统(或第一功率转换器)26，直流到交流(DC/AC)变换器(或第二功率转换器)28，以及散热器30。尽管并未示出，但正如本领域技术人员所了解的那样，电动马达/发电机20(或马达)可包括定子组件(其包括导电绕组)，转子组件(其包括铁磁芯)，以及冷却流体(即，冷却剂)。马达20还可包括集成在其中的变速箱，以使得马达20和变速箱以机械的方式通过一根或多根驱动轴31而联接至车轮16中的至少一部分车轮。
如图所示，电池22和FCPM 24成可操作连通并且/或者以电气的方式联接至电子控制系统18及DC/DC转换器系统26。尽管并未示出，在一个实施例中，FCPM24包括各种部件，其中包括燃料电池，其具有阳极，阴极，电解液和催化剂(catalyst)。正如通常地所理解的那样，阳极，或负电极，传导例如地由氢分子所释放的电子，以使其可在外电路(external circuit)中被使用。阴极，或正电极(即，燃料电池的正接头)，将电子自外电路传导回至催化剂处，在该处，其可与氢离子以及氧重新结合，从而形成水。电解液，或质子交换膜，仅传导带正电的离子而阻滞电子。催化剂促进了氧和氢的反应。
图2示意性地更为详细地示出了DC/DC转换器系统26。在所述的实施例中，DC/DC转换器系统26包括联接至FCPM24和电池22的双向DC/DC转换器(BDC)32。在所述的实施例中，BDC转换器32包括功率开关段，其带有两个双绝缘栅双极型晶体管(IGBT)管脚(leg)36和38，每个管脚分别地具有两个IGBT，40和42，以及44和46。两个管脚36和38在中点处通过具有电感(inductance)的开关电感器(或多个开关电感器，如下文所述)48而互连。BDC转换器32还包括连接至第一IGBT管脚36的正极轨(positive rail)的第一滤波器(filter)50以及连接至第二IGBT管脚38的正极轨的第二滤波器52。如图所示，滤波器50和滤波器52分别地包括第一电感器54，第一电容器56，第二电感器58和第二电容器60。第一IGBT管脚36通过第一滤波器50连接至FCPM24，而第二IGBT管脚38通过第二滤波器52联接至电池22。如图所示，由于负(-)端是以电气方式相连接的，所以FCPM24和电池并不是电隔离(galvanically isolated)的。
尽管未示出，DC/DC转换器系统26还可包括与BDC转换器32成可操作连通的BDC控制器。正如在本领域中通常地所理解的那样，BDC控制器可实施在电子控制系统18中(图1)。
图3示意性地更为详细地示出了DC/AC变换器28。变换器28包括联接至马达20的三相电路。更确切地，转换器28包括开关网络，该开关网络具有联接至电压源62(例如，通过DC/DC转换器系统26而联接至电池22和/或FCPM24)的第一输入，以及联接至马达20的输出。尽管示出的是单个电压源，但带有两个串联电压源的分布式直流(DC)链(distributed direct current link)也可被使用。
与各个相位相对应地，开关网络包含带有反平行二极管(即，反平行于各个开关)的三对串联开关。每对串联开关包含第一开关，或晶体管(即，“高位”开关)64，66和68以及第二开关(即，“低位”开关)70，72和74，第一开关具有联接至电压源62的正电极的第一接线端，第二开关具有联接至电压源62的负电极的第二接线端并具有联接至各自的第一开关64，第一开关66和第一开关68的第二接线端的第一接线端。
在一个实施例中，正如通常理解的那样，变换器28是“Z-源”变换器，并且包括联接在电压源62和开关对之间的阻抗源(impedancesource)76，其包括感应部件(或至少一个电感器)以及容性(capacitive)部件(或至少一个电容器)。在所述实施例中，感应部件包括具有第一感应部分(inductive portion)78和第二感应部分80的分离式(split)电感器，它们中的每个都具有第一侧和第二侧。第一感应部分78连接在第一开关64，第一开关66和第一开关68与电压源62的正电极之间。第二感应部分80连接在第二开关70，第二开关72和第二开关74与电压源62的负接线端之间。
容性部件包括第一电容器82和第二电容器84，其以“X-配置”而连接至第一感应部分和第二感应部分78和80。就是说，第一电容器82具有连接至第一感应部分78的第一侧的第一接线端，以及连接至第二感应部分80的第二侧的第二接线端。第二电容器84具有连接至第一感应部分78的第二侧的第一接线端，以及连接至第二感应部分80的第一侧的第二接线端。在所述实施例中，变换器28还包括额外的开关86，其可类似于开关64至开关74，并用于允许将较高的电压保持在DC总线的变换器侧。
尽管未示出，正如通常理解的那样，DC/AC变换器28还可包括变换器控制模块，其可被实施在电子控制系统18内(图1)。
BDC32和变换器28还可包括数个功率模块装置，其各包括半导体基板(substrate)，其中，集成电路形成于其上，在基板中分布有开关40至开关46以及开关64至开关74——正如通常理解的那样。
再来参考图1，散热器30在其外侧部分处连接至框架，且(尽管没有详细地示出)包括了多个通往其中的冷却通道，其包括诸如水和/或乙二醇(即，防冻剂)的冷却流体(即，冷却剂)，且联接至马达20和变换器28。在一个实施例中，变换器28接收冷却剂并与电动马达20共用冷却剂。散热器30可以相似的方式连接至变换器28和/或电动马达20。
电子控制系统18与马达20，电池22，FCPM24，DC/DC转换器系统26以及变换器28成可操作的连通。尽管未详细示出，但该电子控制系统18包括各种传感器和汽车控制模块，或电子控制单元(ECU)，例如BDC控制器，变换器控制模块，及车辆控制器，以及至少一个处理器和/或存储器，其包括存储在其中(或存储在其它计算机可读媒介中)的指令，用于执行如下文所述的程序和方法。
图4示出了根据本发明的一个实施例的电感器组件88。该电感器组件88可被利用作为，举例而言，BDC32内的开关电感器48，和/或DC/AC变换器28内的第一感应部分和第二感应部分78和80。
正如图4中所示的，电感器组件88包括壳体90以及第一电感器和第二电感器92和94。壳体90被成型以形成两个电感器槽，电感器92和电感器94位于其中。正如在下文中将更为详细地描述的那样，第一电感器和第二电感器92和94以“翻转的”配置进行布置，在该配置中，第二电感器94在与第一电感器92的方向相反的方向上定位在壳体90内。第一电感器和第二电感器92和94被以这样的方式保持在壳体90内，即，使得它们的毗邻的侧面(sides)紧密地相靠近。在一个实施例中，第一电感器和第二电感器92和94各与壳体90的分隔壁91(其将电感器槽相隔离开)相接触，并被该分隔壁91所隔离。
图5和图6更为详细地示出了第一电感器和第二电感器92和94。第一电感器92包括第一芯部(core)96，第一导电线圈98，第一引线(lead)和第二引线100和102。第二电感器94包括第二芯部104，第二导电线圈106，第一引线和第二引线108和110。第一芯部和第二芯部96和104形状上基本上呈矩形，并且具有在中心部分114的相对侧上穿过芯部而延伸的线圈开口112。线圈开口112以及中心部分114在芯部96和芯部104的整个长度上延伸。芯部96和104由铁磁体材料，例如硅钢叠片(laminated silicon steel)，铁素体或其它适当的材料等所制成。
第一导电线圈和第二导电线圈98和106定位在线圈开口112内，并且分别“包绕着”芯部96和芯部104的中心部分114。如所指地，具体而言参考图6，第一导电线圈98具有位于第一芯部96的中心部分114的内侧上的内侧(或第一)部分116，以及位于第一芯部96的中心部分114的外侧上的外侧(或第二)部分118。同样的，第二导电线圈106具有位于第二芯部104的中心部分114的内侧上(且基本上毗邻于第一导电线圈98的内侧部分116)的内侧(或第一)部分120，以及位于第二芯部104的中心部分114的外侧上的外侧(或第二)部分122。在所述实施例中，第一导电线圈和第二导电线圈98和106为“带状”类型。第一导电线圈和第二导电线圈由诸如铜等的导电材料制成。如图所示，第一电感器和第二电感器92和94沿着贯穿(extends through)分别属于第一导电线圈和第二导电线圈98和106的内侧部分116和120及外侧部分118和122的线124而排列。
如图5所示，在第一电感器92上，第一引线100从远端而来地在其上侧面(upper side)处延伸，而第二引线102从该第一电感器92的近端而来地沿着其侧边(side edge)而延伸。在第二电感器94上，第一引线108自近端而来地在其下侧面(lower side)处延伸，而第二引线110自远端而来地沿着其侧边而延伸。尽管并未具体地示出，但第一电感器92的第一引线和第二引线100和102以电气的方式连接至第一导电线圈98的相对端部，而第二电感器94的第一引线和第二引线108和110以电气的方式连接至第二导电线圈106的相对的端部。正如图2所示的开关电感器48的布置所表示出的那样，在一个实施例中，第一电感器和第二电感器92和94(和/或第一导电线圈以及第二导电线圈98和106)串联地连接。
正如由图4和图5显而易见的那样，在所述实施例中，第一电感器和第二电感器92和94是基本上相同的。但是，第二电感器94绕着图6中所示的线124旋转大约180°，或绕其“翻转”。如此，正如上文所提到的那样，第一电感器和第二电感器92和94处于翻转的配置中。
在运行时，再次参考图1，通过向带有电动马达20的车轮16提供动力而运行汽车10，电动马达20以交替的方式，并且/或者以电池22和FCPM24同步的方式而从电池22和FCPM24接收动力。为了向马达20提供动力，通过DC/DC转换器系统26而自电池22和FCPM24向变换器28提供直流(DC)功率，该变换器28在该功率被传送至电动马达20之前，将该DC功率转换成交流(AC)功率
电子控制系统18(或BDC控制器和/或变换器控制模块)控制DC/DC转换器系统26以及DC/AC变换器28。DC/DC转换器系统26在FCPM24和电池22之间传送功率。在一个实施例中，随着开关电感器48在运行周期的第一部分中储存能量，而在运行周期的第二部分中将能量释放，开关电感器48主要地负责功率转换过程。这样，开关电感器48保证了能量转换在所需的方向进行而无需考虑FCPM24和电池之间的伏打的关系(voltaic relationship)，并且，与所希望平均电流相等的稳态(constant)平均电流加载通过开关电感器48。
再次参考图1，图2和图3，通常，变换器控制模块产生脉宽调制(PWM)信号用于控制变换器28的开关动作。正如本领域的技术人员熟知的那样，在DC/AC变换器28内，主要通过在“开关频率”下，例如在12千赫兹(kHz)下运行(即，反复地开关)开关64至74而完成从DC功率至AC功率的转换。
在运行不同的时期(period)期间，电流流过BDC32内的开关电感器48以及DC/AC变换器28内的第一感应部分和第二感应部分78和80。如果被利用作为BDC32内的开关电感器48和/或DC/AC变换器28内的感应部分78和80，则电流如图6所示那样地流过第一电感器和第二电感器92和94。
仍然参考图6，电流在一个方向上(例如指向页面内)流过第一导电线圈和第二导电线圈98和106两者的各自的内侧部分116和120。此外，电流在一个方向上(例如指向页面外)流过第一导电线圈和第二导电线圈98和106各自的外侧部分118和122。
结果，位于线圈98和线圈106的内侧部分116和内侧部分120之间的、由流过线圈98和线圈106的各自的内侧部分116和120的电流所产生的通量(由通量箭头126表示)定向成反向的或基本上反向的。具体地，在图6的实施例中，由流过第一导电线圈98的内侧部分116的电流所产生的、位于内侧部分116和120之间的通量，定向成朝向下方(或者说在第一方向上)。由流过第二导电线圈106的内侧部分120的电流所产生的、位于内侧部分116和120之间的通量，定向成向上(或者说在第二方向上)。
由于电流在相反的方向上流过内侧部分116及120和外侧部分118及122，所以基本上所有的产生在芯部96的中心部分114和芯部104的中心部分114内的通量都定向在相同方向上。即，在第一芯部96的中心部分114内的、由流过第一导电线圈98的内侧部分116和外侧部分118的电流所产生的通量定向成向上(即，在第二方向上)。由流过第二导电线圈106的内侧部分120和外侧部分122的电流所产生的在第二芯部104的中心部分114内的通量定向成向下(即，在第一方向上)。
如图7所示，当电流在与图6所示的方向相反的方向上流过第一电感器和第二电感器92和94时，所产生的通量也倒转其方向，使得各个通量箭头126都指向相反的方向。结果，由流过各个内侧部分116和120的电流所产生且位于其间的通量继续保持定向在相反的方向上。
上述电感器组件的优点在于，由于电流在相同方向上流过两个导电线圈的内侧部分，所以由其中的每一个所产生的通量定向在相对的方向上。结果，在第一电感器和第二电感器之间的通量至少部分地被消除，由此减少了铁损和铜损。这样，可为电感器而使用更小的部件，这总体上降低了电感器组件、功率转换器以及车辆的尺寸和成本。
可在诸如飞行器和水运工具等的不同种类的车辆(在本发明中，“车辆”定义成包括各种陆上运载工具、空中运载工具及水上运载工具在内)中，或总而言之，可在不同的电气系统中利用其它的实施例，因为其可被实施在任何情形下，在这些情形中，可使用多个电感器或分离式电感器。此外，电感器组件可与以不同的电气配置而被连接的电感器一起被使用。图8示出了根据本发明的另一个实施例的DC/DC转换器系统26。正如所示的开关电感器48的配置所表示出的那样，第一电感器和第二电感器92和94在IGBT管脚36和38的中点之间并行地(或分流地)相连接。在如图8所示的转换器系统26的运行期间，电流如上文所述地且如图6和图7所示地那样流过开关电感器48。
在前文的详细描述中给出了至少一个示例性的实施例，但应当明白的是，存在着大量的变型。同样应当理解的是，这些一个或多个示例性的实施例仅仅作为举例，而不意图以任何方式对发明的配置，范围或应用性构成限制。相反地，前文的详细叙述为本领域内技术人员提供了用于实施该一个或多个示例性实施例的方便的指导。需要知道，可对元件的布置和功能方面进行各种修改而不会脱离在所附的权利要求书及其法律等效物中所给出的本发明的范围。

Claims (20)

1.一种车辆的功率转换器，其包括：
数个开关；以及
第一感应部件和第二感应部件，其具有基本上相邻的部分且联接至所述数个开关，以使得当电流从所述数个开关流过所述第一感应部件和第二感应部件时，由流过所述第一感应部件和第二感应部件的所述相邻部分的电流所产生且位于所述相邻部分之间的通量定向在基本上相反的方向上。
2.根据权利要求1所述的车辆的功率转换器，其特征在于，所述第一感应部件包含第一部分和第二部分，并且所述第一感应部件和第二感应部件配置成使得所述第一感应部件的第一部分位于所述第二感应部件和所述第一感应部件的第二部分之间。
3.根据权利要求2所述的车辆的功率转换器，其特征在于，所述第二感应部件包含第一部分和第二部分，定向在第二方向上的通量由流过所述第二感应部件的第一部分的电流所产生，并且，所述第二感应部件的第一部分位于所述第一感应部件的第二部分与所述第二感应部件的第二部分之间。
4.根据权利要求3所述的车辆的功率转换器，其特征在于，所述第一感应部件和第二感应部件进一步配置成使得由流过所述第一感应部件的第一部分的电流所产生且位于所述第一感应部件的第一部分和所述第一感应部件的第二部分之间的通量定向在所述第二方向上并且由流过所述第一感应部件的第二部分的电流所产生且位于所述第一感应部件的第一部分和所述第一感应部件的第二部分之间的通量定向在所述第二方向上。
5.根据权利要求4所述的车辆的功率转换器，其特征在于，所述第一感应部件和第二感应部件进一步配置成使得由流过所述第二感应部件的第一部分的电流所产生且位于所述第二感应部件的第一部分和所述第二感应部件的第二部分之间的通量定向在第一方向上并且由流过所述第二感应部件的第二部分的电流所产生且位于所述第二感应部件的第一部分和所述第二感应部件的第二部分之间的通量定向在所述第一方向上。
6.根据权利要求5所述的车辆的功率转换器，其特征在于，贯穿所述第一感应部件的第一部分和所述第二感应部件的第一部分的线同样贯穿所述第一感应部件的第二部分和所述第二感应部件的第二部分。
7.根据权利要求6所述的车辆的功率转换器，其特征在于，所述第一感应部件包含第一导电线圈，而所述第二感应部件包含第二导电线圈，所述第一感应部件的第一部分和第二部分以及所述第二感应部件的第一部分和第二部分分别包含所述第一导电线圈的第一部分和第二部分以及所述第二导电线圈的第一部分和第二部分。
8.根据权利要求7所述的车辆的功率转换器，其特征在于，所述第一感应部件和所述第二感应部件以电气形式串联联接。
9.根据权利要求8所述的车辆的功率转换器，其特征在于，所述车辆的功率转换器为直流到直流(DC/DC)功率转换器。
10.根据权利要求7所述的车辆的功率转换器，其特征在于，所述车辆的功率转换器为直流到交流(DC/AC)功率变换器。
11.一种汽车的功率转换器，其包括：
数对开关；
第一电感器，其包括联接至所述数对开关的第一导电线圈，所述第一导电线圈具有第一部分和第二部分；以及
第二电感器，其包括联接至所述数对开关及所述第一导电线圈的第二导电线圈，所述第二导电线圈具有第一部分和第二部分，所述第一电感器和所述第二电感器配置成使得所述第一导电线圈的第一部分和所述第二导电线圈的第一部分处在所述第一导电线圈的第二部分和所述第二导电线圈的第二部分之间且当电流流过所述数对开关以及所述第一电感器和所述第二电感器时，
由流过所述第一导电线圈的第一部分的电流所产生且位于所述第一导电线圈的第一部分和所述第二导电线圈的第一部分之间的通量定向在第一方向上，而
由流过所述第二导电线圈的第一部分的电流所产生且位于所述第一导电线圈的第一部分和所述第二导电线圈的第一部分之间的通量定向在第二方向上，所述第二方向基本上与所述第一方向相反。
12.根据权利要求11所述的汽车的功率转换器，其特征在于，所述第一电感器和所述第二电感器进一步配置成使得由流过所述第一导电线圈的第一部分和第二部分的电流所产生且位于所述第一导电线圈的第一部分和第二部分之间的通量定向在所述第二方向上而由流过所述第二导电线圈的第一部分和第二部分的电流所产生且位于所述第二导电线圈的第一部分和第二部分之间的通量定向在所述第一方向上。
13.根据权利要求12所述的汽车的功率转换器，其特征在于，贯穿所述第一导电线圈的第一部分和所述第二导电线圈的第一部分的线同样贯穿导电线圈的第二部分。
14.根据权利要求13所述的汽车的功率转换器，其特征在于，所述第一导电线圈和所述第二导电线圈串联联接。
15.根据权利要求14所述的汽车的功率转换器，其特征在于，所述第一电感器和所述第二电感器是基本上相同的。
16.一种汽车的驱动系统，其包括：
电动马达；
联接至所述电动马达且配置成联接至第一电压源及第二电压源的功率转换器，所述功率转换器包括数个开关和第一感应部件及第二感应部件；以及
与所述功率转换器成可操作连通的微处理器，所述微处理器配置用于促动所述数个开关以使电流流过所述第一感应部件和所述第二感应部件，
其中，所述第一感应部件和所述第二感应部件配置成使得所述第一感应部件的第一部分位于所述第二感应部件和所述第一感应部件的第二部分之间且当电流从所述数个开关流过所述第一感应部件和所述第二感应部件时，
由流过所述第一感应部件的第一部分的电流所产生且位于所述第二感应部件和所述第一感应部件的第一部分之间的通量定向在第一方向上，而
由流过所述第二感应部件的电流所产生且位于所述第二感应部件和所述第一感应部件的第一部分之间的通量定向在第二方向上，所述第二方向基本上与所述第一方向相反。
17.根据权利要求16所述的汽车的驱动系统，其特征在于，所述第二感应部件包含第一部分和第二部分，定向在所述第二方向上的通量由流过所述第二感应部件的第一部分的电流所产生，所述第二感应部件的第一部分位于所述第一感应部件的第二部分与所述第二感应部件的第二部分之间。
18.根据权利要求3所述的汽车的驱动系统，其特征在于，所述第一感应部件和所述第二感应部件进一步配置成使得由流过所述第一感应部件的第一部分的电流所产生且位于所述第一感应部件的第一部分和所述第一感应部件的第二部分之间的通量定向在所述第二方向上而由流过第一感应部件的第二部分的电流所产生且位于所述第一感应部件的第一部分和所述第一感应部件的第二部分之间的通量定向在所述第二方向上，并且，所述第一感应部件和所述第二感应部件进一步配置成使得由流过所述第二感应部件的第一部分的电流所产生且位于所述第二感应部件的第一部分和所述第二感应部件的第二部分之间的通量定向在第一方向上而由流过所述第二感应部件的第二部分的电流所产生且位于所述第二感应部件的第一部分和所述第二感应部件的第二部分之间的通量定向在所述第一方向上。
19.根据权利要求17所述的汽车的驱动系统，其特征在于，所述第一感应部件包含第一导电线圈而所述第二感应部件包含第二导电线圈，所述第一感应部件的第一部分及第二部分和所述第二感应部件的第一部分及第二部分分别地包括所述第一导电线圈的第一部分及第二部分和所述第二导电线圈的第一部分及第二部分。
20.根据权利要求19所述的汽车的驱动系统，其特征在于，所述第一感应部件和所述第二感应部件以电气方式串联联接，并且，所述第一感应部件和所述第二感应部件是基本上相同的。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090302986A1 (en) * 2008-06-10 2009-12-10 Bedea Tiberiu A Minimal-length windings for reduction of copper power losses in magnetic elements
CN103118890A (zh) * 2011-05-02 2013-05-22 丰田自动车株式会社 燃料电池车辆
JP5761167B2 (ja) * 2012-12-05 2015-08-12 スミダコーポレーション株式会社 コイル巻線、コイル部品およびコイル巻線の製造方法
CN103701328B (zh) * 2013-12-25 2016-04-20 清华大学 一种隔离型双向dc-dc变换器
DE102017201880A1 (de) * 2017-02-07 2018-08-09 Siemens Aktiengesellschaft Elektrisches Gerät mit hoher elektromagnetischer Verträglichkeit

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4661897A (en) * 1985-01-23 1987-04-28 Allied Corporation Phase modulated, resonant power converting high frequency link inverter/converter
US5184291A (en) * 1991-06-13 1993-02-02 Crowe Lawrence E Converter and inverter support module
US6578253B1 (en) * 1991-10-04 2003-06-17 Fmtt, Inc. Transformer and inductor modules having directly bonded terminals and heat-sink fins
US5872489A (en) * 1997-04-28 1999-02-16 Rockwell Science Center, Llc Integrated tunable inductance network and method
US6147886A (en) * 1999-05-15 2000-11-14 Technical Witts, Inc. Dual opposed interleaved coupled inductor soft switching converters
DE60004311T2 (de) * 1999-06-15 2004-01-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd Steuermittel eines erhöhungstransformators bei einem magnetron und versorgungsstromsteuermittel von einem transformator bei einem magnetron
JP2002075757A (ja) * 2000-06-14 2002-03-15 Denso Corp 変圧装置およびそれを用いた高電圧発生装置ならびに放電灯装置
US7132812B1 (en) * 2001-04-11 2006-11-07 Rockwell Automation Technologies, Inc. Integrated DC link choke and method for suppressing common-mode voltage in a motor drive
US6522035B1 (en) * 2001-07-05 2003-02-18 Anorad Corporation Forcer and associated three phase linear motor system
US6483724B1 (en) * 2002-02-15 2002-11-19 Valere Power, Inc. DC/DC ZVS full bridge converter power supply method and apparatus
US6856521B1 (en) * 2003-08-19 2005-02-15 General Motors Corporation Pulse width modulation soft-switching control
US7289329B2 (en) * 2004-06-04 2007-10-30 Siemens Vdo Automotive Corporation Integration of planar transformer and/or planar inductor with power switches in power converter
US7230355B2 (en) * 2004-12-21 2007-06-12 Baldor Electric Company Linear hybrid brushless servo motor
US7417875B2 (en) * 2005-02-08 2008-08-26 Coldwatt, Inc. Power converter employing integrated magnetics with a current multiplier rectifier and method of operating the same
US7142081B1 (en) * 2005-05-03 2006-11-28 Mte Corporation Multiple three-phase inductor with a common core
US7692524B2 (en) * 2006-07-10 2010-04-06 Rockwell Automation Technologies, Inc. Methods and apparatus for flux dispersal in link inductor
JP4279858B2 (ja) * 2006-07-26 2009-06-17 スミダコーポレーション株式会社 磁性素子

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