CN102037525B - 电感和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括主绕组的电感，所述主绕组围绕芯部的至少一个腿，其中所述主绕组被加载交流电，其中在所述芯部的至少一个腿上设置有控制绕组，所述控制绕组被加载单极电流。

Description

电感和装置

技术领域

本发明涉及一种电感和装置/布置结构。

背景技术

已知，电感与电容连接成谐振电路。

发明内容

因此本发明的目的是：改进一种具有电感的设备。

根据本发明，所述目的通过根据在权利要求1中给出的特征所述的电感和通过根据在权利要求9中给出的特征所述的装置/布置结构来实现。

本发明关于电感的重要特征是，所述电感包括主绕组，所述主绕组围绕芯部的至少一个腿，

其中所述主绕组被加载交流电，

在所述芯部的至少一个腿上设置有控制绕组，所述控制绕组被加载单极电流。

其优点是，所述电感的值能被改变和调谐成所希望的额定值。

在一种有利的设计方案中，所述控制绕组具有至少两个分绕组，所述分绕组的绕组方向以下述方式设计：

-在由所述控制绕组的第一分区域包括的区域中产生的主磁通的方向与由主绕组在加载正电流时在所述区域中产生的磁通的方向相应，

-而在由控制绕组的第二分区域包括的区域中产生的主磁通的方向与由主绕组在加载负电流时在所述第二区域中、特别是亦即在由所述控制绕组的第二分区域包括的区域中产生的磁通的方向相应。

其优点是，感生电压保持为很小，尽管如此仍能产生一使主线圈的芯部磁化的场，特别是恒场、即恒定的场。

在一种有利的设计方案中，所述控制绕组以下述方式设计，即分别交替地当在一个分区域上卷绕第一数量的线匝后在另一分区域上卷绕相应数量的线匝，特别是其中所述数量取1至10之间的值。其优点是，在第一线匝中感生出的电压保持很小，并因此仅须针对小电压进行绝缘。

在一种有利的设计方案中，在所述芯部的至少一个腿上设置有一供电绕组，所述供电绕组与用于产生单极电流的器件相连接，特别是其中所述器件由供电绕组的感生电压、特别是次级电压供电。其优点是，能以分散的方式为控制线圈供电。也就是说，不必铺设除初级导体外的供电线路，而是铺设初级导体就足够了，由所述初级导体能感应地通过供电线圈为控制线圈供电。

在一种有利的设计方案中，所述用于产生单极电流的器件包括一可控装置，例如DC/DC转换器、断路器和/或可控电阻/可调电阻。其优点是，可调节、即可控制所述控制线圈中的电流的值。

在一种有利的设计方案中，所述芯部具有气隙S，所述气隙S被由所述主绕组产生的主磁通穿过，其中由各分绕组产生的磁通基本上被引导穿过所述芯部的没有气隙的区域。其优点是，仅需小的控制电流，利用所述小的控制电流能实现由各分绕组的主磁通穿过的相应区域的饱和。气隙仅设置在芯部的基本上仅由主绕组的主磁通穿过的区域中，由此能降低用于主绕组的磁化特征曲线的互导。

在一种有利的设计方案中，用于驱控/触发的控制信号以无接触的和/或电隔离的方式进行传输。其优点是，不需要附加的成本用于电隔离。此外能简单地实现，与控制线圈连接的电子控制装置以不同的电位工作。

在一种有利的设计方案中，所述器件设置成控制电路的控制元件并且与所述控制电路相连接。其优点是，能调节控制电流的值，特别是能将控制电流的值调节到额定值。

在所述装置/布置结构方面的重要特征是，所述装置/布置结构被设置用于以无接触的方式传输能量，其中一中频电流被馈入伸长的初级导体系统中，

其中用电负载由一与所述初级导体系统感应耦合的次级线圈供电，

其中所述次级线圈与这样的电容串联或并联，使得所属的谐振频率基本上等于电流的中频，特别是10kHz至500kHz的中频，

其中设置有一可控电感。

其优点是，被设置成谐振的电路元件——例如谐振电路、回转器装置或变压器——能被调整到所希望的值。

在一种有利的设计方案中，所述电感是次级线圈。其优点是，还能在四端电路、如变压器等中控制电感。

在一种有利的设计方案中，所述电感设置在回转器装置中。其优点是，回转器装置能被调节到所希望的额定频率曲线。

在一种有利的设计方案中，所述电感这样与初级导体系统的电感相连接且这样的电容与初级导体系统作用连接，使得相应产生的谐振频率能被调谐到所述中频。其优点是，能优化效率，并能补偿由于老化、气候或温度所引起的变化。

在一种有利的设计方案中，所述电容设置在直接或通过变压器为初级导体系统供电的回转器装置中，和/或所述电容被设置成串联或并联于与初级导体系统的电感相连接的电感。其优点是，同样能借助可控电感来调谐初级导体系统。在此，可控电感与初级导体串联、即与初级导体的电感串联。用于实现谐振的电容设置在回转器装置的内部，由所述回转器装置通过变压器为初级导体系统供电。

在一种有利的设计方案中，设有一控制电路，所述控制电路的输入端设有用于检测在电压和电流之间的相对相位的器件，特别是其中所述电流是一次侧电流，而所述控制电路的输出端与作为调节元件的可控电感相连接。其优点是，能设置自动控制，该自动控制在物理参数改变时通过将可控电感调节到所希望的值来跟踪谐振频率的值。

其它优点由从属权利要求给出。

附图标记列表：

1     能控制的开关元件

2     第一E形芯

3     第二E形芯

L     主绕组的电感

L2    控制绕组的电感

L3    供电绕组的电感

E1，A1主绕组的接头

E2，A2控制绕组的接头

E3，A3供电绕组的接头

S     气隙

SW    开关部位

R     电阻值

δ    占空率、占空比

附图说明

现在借助附图详细阐述本发明：

在图1中示出本发明第一实施例的示意性电路图。

在图2中示出另一实施例，其中使用一可控电阻代替开关元件1。

在图3中示出另一实施例，其中代替图1的开关元件1，示出一DC/DC转换器。

在图4中示出一具有两个彼此面对的E形芯的电感，其中象征性地示出绕组。

具体实施方式

在图1中示出具有电感L的主绕组，其具有接头E1和A1。以感应耦合的方式——即例如卷绕到主绕组的芯部上——设置具有接头E2和A2的控制绕组L2和具有接头E3和A3的供电绕组L3。在此，为主绕组L的绕组供给交流电，由此可在感应耦合的供电绕组上提供电压，该电压被输送给整流器。可选地能利用电容器使被整流的电压平滑、然后将其输送给开关元件1，其中所述开关元件1以节拍脉冲的方式来工作、例如以脉宽调制的方式。在此，在第一时间段的每个节拍周期内，一由开关元件包含的开关、例如可控功率半导体开关闭合，并在随后的时间段内断开。以这种方式能控制流经控制绕组L2的电流。在时间平均内，直流电流经控制绕组L2，由此相应地使主绕组的芯部磁化。在此重要的是，芯部的磁化不是由电流产生的磁场的线性函数，而是在较大的电流值时甚至转变成饱和行为。

以这种方式，主绕组的有效电感L能根据被输入控制绕组中的电流来改变。由此能借助供电绕组实现与其它电子电路电隔离的供电，这种供电方式还能在不需要供电电缆的情况下在空间上远距离地使用。

用于开关元件1的控制信号能以无接触的方式、甚至是电隔离的方式来传递。例如在此在开关元件1上设置一光耦合器，所述光耦合器与一在所述图中未示出的中央控制装置作用连接。可选地，调制到初级导体上的高频电流分量也能用于传递开关元件的控制信号。所属的频率大于馈入初级导体中的电流的中频、即对电力供应重要的电流分量的中频。借助供电线圈还能检测高频电流分量，进而该高频电流分量能在开关元件中与供电电流分量解耦。

替代所述控制信号，在其它根据本发明的实施例中还能仅传递信息，其中，于是在开关元件中包括一用于产生控制信号的电子电路。

铁氧体材料或其它铁磁材料或亚铁磁材料适用于作为用于制造芯部的材料。

本发明装置/布置结构能应用在一用于无接触式地传输能量的系统中，其中设置有一伸长地铺设的初级导体，特别是频率为10kHz至500kHz的中频电流被输入该初级导体中。能沿着初级导体运动的用电负载具有次级线圈，所述次级线圈与初级导体感应耦合并且所述次级线圈与这样的电容串联或并联，使得所属的谐振频率基本上等于所述中频。在此，本发明装置的主绕组能用作次级绕组并且所述电感能借助控制绕组中的电流来改变，即能将谐振频率调节成或调谐至所述中频。借助谐振传输，在初级导体和次级线圈之间的距离产生波动时能以仅略微波动的效率为由次级绕组供电的用电负载供电。

此外，为产生用于初级导体的中频电流，使用一变流器，所述变流器的末级由单极电压、即所谓的中间电路电压来供电，所述中间电路电压由从电网供电的整流器产生。在此，末级包括半桥，所述半桥分别包括两个串联的、以脉宽调制的方式被驱控/触发的功率半导体开关。以这种方式能产生一中频电压，所述中频电压用于为回转器装置供电。借助回转器装置，由借助末级实现的电(压)源来产生中频电源，所述中频电源用于为初级导体环路供电，其中初级导体环路包括所述初级导体。

使用四端电路作为回转器装置，所述四端电路包括至少一个电感和至少一个电容，其中如此选择所述量的值，使得所属的谐振频率基本上等于所述中频。在此本发明装置又能用作电感，从而电感能被调谐或调整至最佳的值。

因此能以有利的方式补偿和/或再调整所述值的由于老化、湿度、气候、温度或者由于其它原因而引起的偏差或偏离。

在初级导体环路和回转器的输出端之间能设置有一变压器，所述变压器能用于适配电感。本发明装置还能用于变压器的电感，以便能以可调谐的方式实现所述装置。

电容总地与伸长地铺设的初级导体串联，从而所属的谐振频率被调谐成所述中频。在此，在空间上很远地伸展的设备中有利的是，将初级导体分为多个部段并为每个部段配设一个分电容。附加地，为了调谐还能配设——例如串联——一电感，其中所述电感能设计成本发明装置，进而能实现调谐成所述谐振频率。

所述部件能配备有可根据本发明调节的电感，进而能调谐成所希望的额定值。

在图2中设置一可控电阻R替代可控开关元件1，因此所述电阻确定主电感的值。与图1相应地实施该功能方式。

在图3中设置一可控DC/DC转换器替代图1的可控开关元件1。与图1相应地实施该功能方式。因此，占空率或占空比δ确定电感。

在图4中示出本发明装置的可控主电感的示例性设计方案。在此，主绕组L围绕第一E形芯2卷绕并具有接头E1和A1。用于闭合从第一E形芯射出的磁通的第二E形芯围绕其中间腿具有供电绕组L3，其中接头以E3和A3来标注。控制绕组L2设计成两个分绕组，其中第一分绕组设置在右主腿中而第二分绕组设置在左主腿中。两个分绕组的绕组方向设计成相反的。由主绕组L产生的磁通从第一E形芯2的主腿转移到第二E形芯3的主腿，然后分成两个半部，其中第一半部在第一主腿中流动而第二半部在第二主腿中流动。因此，由控制绕组L2的第一分绕组产生的磁场在第一主腿中叠加在由主绕组产生的磁通分量上，而由控制绕组L2的第二分绕组产生的磁场在第二主腿中与由主绕组产生的磁通分量抵消。以这种方式，能以相同方式对用于设置在主绕组L中的交流电的正半波的电感和用于负半波的电感实施控制。

分绕组的所述设计方案的其它优点是，由馈入主绕组中的交流电在控制绕组中感生出的电压基本上消失。优选地如此设计控制绕组的卷绕方式，使得以上述绕组方向当在第一分绕组上卷绕了第一匝后在第二分绕组上卷绕第一匝。然后再次在第一分绕组上卷绕一匝，并通过进一步轮流在各分绕组上卷绕一匝而继续下去。

为了降低制造成本和减小绕组长度，有利的是，代替以上述方式以交替的顺序仅在每个分绕组上卷绕一匝，在各分绕组上卷绕多匝。

以这种方式还能降低总地在控制绕组上出现的感生电压。

优选地，E形芯设计成旋转对称地围绕其中间腿并因此具有在图4中示出的E形截面。

在图4中重要的是，中间腿包括一间隙、即气隙。有利地，主腿设计成不带有气隙并因此需要尽可能小的控制功率。在由控制绕组产生的主要磁通量线中也不存在气隙，进而仅需小的控制电流，也即仅需一小的控制功率。也就是说，小的电流便已具有大的效果。

替代供电线圈，还可以由附加的供电电路(未示出)来供应直流电。

Claims (12)

1.一种可控电感，所述可控电感包括主绕组，所述主绕组围绕芯部的至少一个腿，

其中所述主绕组被加载交流电，

其特征在于，

在所述芯部的至少一个腿上设置有一供电绕组，所述供电绕组与用于产生单极电流的器件相连接，其中所述器件由供电绕组的感生电压、即次级电压供电，

其中，在所述芯部的至少一个腿上设置有控制绕组，所述控制绕组被加载所述单极电流，

其中，用于产生单极电流的所述器件包括一可控装置，

其中，用于驱控的控制信号以无接触和/或电隔离的方式进行传输，

其中，所述器件设置成控制电路的控制元件并与所述控制电路连接，

其中，所述芯部具有气隙S，所述气隙S在由所述主绕组产生的主磁通中被穿过，其中，所述控制绕组具有至少两个分绕组，由各分绕组产生的磁通基本上被引导穿过所述芯部的没有气隙的区域。

2.根据权利要求1所述的可控电感，其特征在于，所述可控装置是DC/DC转换器、断路器和/或可控电阻。

3.根据权利要求1或2所述的可控电感，其特征在于，所述分绕组的绕组方向以下述方式设计，

-在由所述控制绕组的第一分区域包括的区域中产生的主磁通的方向与由主绕组在加载正电流时在所述由所述控制绕组的第一分区域包括的区域中产生的磁通的方向相应，

-而在由所述控制绕组的第二分区域包括的区域中产生的主磁通的方向与由主绕组在加载负电流时在所述由所述控制绕组的第二分区域包括的区域中产生的磁通的方向相应。

4.根据权利要求1或2所述的可控电感，其特征在于，所述控制绕组以下述方式设计，即分别交替地当在一个分区域上卷绕了第一数量的线匝后在另一分区域上卷绕相应数量的线匝。

5.根据权利要求4所述的可控电感，其特征在于，所述线匝的数量取1至10之间的值。

6.一种用于无接触地传输能量的装置，其中一中频电流被馈入一伸长的初级导体系统中，

其中用电负载由一与所述初级导体系统感应耦合的次级线圈供电，

其中所述次级线圈与这样的电容串联或并联，即，使得所属的谐振频率基本上等于所述电流的中频，

其特征在于，设置有一如权利要求1至5中任一项所述的可控电感。

7.根据权利要求6所述的用于无接触地传输能量的装置，其特征在于，所述次级线圈与这样的电容串联或并联，即，使得所属的谐振频率基本上等于所述电流的在10kHz至500kHz之间的中频。

8.根据权利要求6或7所述的用于无接触地传输能量的装置，其特征在于，所述可控电感是所述次级线圈。

9.根据权利要求6或7所述的用于无接触地传输能量的装置，其特征在于，所述可控电感设置在一回转器装置中。

10.根据权利要求6或7所述的用于无接触地传输能量的装置，其特征在于，所述可控电感这样与初级导体系统的电感相连接且这样的电容与初级导体系统作用连接，使得相应产生的谐振频率能被调谐到所述中频。

11.根据权利要求10所述的用于无接触地传输能量的装置，其特征在于，

所述电容布置在一直接或通过变压器为所述初级导体系统供电的回转器装置中，

和/或所述电容串联或并联于与所述初级导体系统的电感相连接的所述可控电感。

12.根据权利要求6或7所述的用于无接触地传输能量的装置，其特征在于，设置有一控制电路，所述控制电路的输入端设有用于检测在电压和一次侧电流之间的相对相位的器件，而所述控制电路的输出端与作为调节元件的所述可控电感相连接。

Images