CN103077803A

CN103077803A - 一种交错并联磁集成耦合电感器

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Publication number: CN103077803A
Application number: CN2011103516418A
Authority: CN
Inventors: 杨玉岗
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2013-05-01

Abstract

一种交错并联磁集成耦合电感器，由“E王I”型铁芯体和线圈组成，所述“E王I”型铁芯体由“王”字形、“E”字形和“I”字形铁芯构成；所述“王”字形铁芯居中，所述“E”字形和“I”字形铁芯置于所述“王”字形铁芯两侧；在所述“王”字形铁芯的两个中柱上分别缠绕所述两相线圈；在所述“王”字形铁芯的三个横轭的其中一侧与所述“E”字形铁芯的三个横轭的接触处设置三个磁路气隙，在所述“王”字形铁芯的三个横轭的另一侧与所述“I”字形铁芯的接触处设置另外三个磁路气隙。本发明的有益效果是：用于电感耦合集成，气隙数量增加一倍，气隙长度减小一半，气隙扩散磁通显著减小，实现节能节材，减小电磁干扰。

Description

一种交错并联磁集成耦合电感器

技术领域

本发明涉及一种电感器，尤其涉及一种交错并联磁集成耦合电感器，可广泛应用于各种单相运行和双向运行的交错并联开关电源中。

技术背景

近年来，为各种用电设备提供电能的开关电源正朝着低电压、大电流、体积小、重量轻、效率高、薄型化和集成化方向发展，包括近年来兴起的广泛应用于电动汽车、混合动力车、不间断电源、电能质量调节电源、航空电源、可再生能源发电及超导储能等需要能量双向流动场合的双向开关电源，这些开关电源通过采用多相交错并联的拓扑结构，可以增大输出电流和功率、减小开关器件的容量，但其中各相储能电感器的集成化设计却是一件困难而具有挑战性的工作，严重制约了交错并联开关电源减小体积、提高效率和动态响应速度等目标的实现。

目前，公知的磁集成耦合电感器是由铁氧体铁芯和线圈构成，线圈绕在铁氧体铁芯的磁柱上。现有的磁集成耦合电感器以美国Volterra公司的产品为代表，存在着铁芯的耦合结构复杂，线圈的长度较长、铜损耗较大并浪费铜材的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种实施方便、铁芯耦合结构简单、磁路气隙和线圈长度最小，从而节约铜材、减小线圈铜损耗和铁芯损耗的交错并联磁集成耦合电感器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种交错并联磁集成耦合电感器，由铁芯体和线圈组成，所述铁芯体由“王”字形、“E”字形和“丨”字形铁芯构成；所述“王”字形铁芯居中，所述“E”字形和“丨”字形铁芯分别置于所述“王”字形铁芯两侧，组成“E王丨”型铁芯体。

构成所述“王”字形铁芯的三个横轭把一个居中的直柱分隔成两个中柱，在所述的两个中柱上分别缠绕所述两相线圈，所述两相线圈的匝数相等、绕制方向相同或相反，通过改变所述两相线圈的电流方向来保证所述两个中柱的磁通方向相反。

在所述“王”字形铁芯的三个横轭的其中一侧与所述“E”字形铁芯的三个横轭的接触处设置三个磁路气隙，在所述“王”字形铁芯的三个横轭的另一侧与所述“丨”字形铁芯的接触处设置另外三个磁路气隙，通过改变所述“王”字形铁芯的三个横轭的长度，或者改变所述“E”字形铁芯的三个横轭的长度，可以调整所述磁路气隙的长度，也可以通过改变所述“王”字形铁芯与所述“E”字形铁芯及所述“丨”字形铁芯的接触处之间的距离来调整所述磁路气隙的长度，调整所述“E王丨”型交错并联磁集成耦合电感器的耦合系数，满足漏感量要求。

本发明的有益效果是：

1.本发明既可以用于传统单向运行的交错并联开关电源的电感集成，也可以用于近年来兴起的双向运行的交错并联开关电源的电感集成，还可以用于抗电磁干扰滤波器的差、共模电感的集成，从而实现开关电源的集成化、小型化、平面化和高效率。

2.由于本发明提出的交错并联磁集成耦合电感器的铁芯体主要由“王”字形、“E”字形和“丨”字形铁芯构成，使得本发明的磁路气隙的数量比传统耦合电感器增加一倍，而每个磁路气隙的长度减小一半，所以磁路的磁压分布更加均匀，磁路气隙的扩散磁通显著减小，由扩散磁通引起的电磁损耗和电磁干扰显著减小，既可以节约能源，又可以增大铁芯的电感系数，从而减小线圈匝数，节约铜材。

3.磁路气隙与线圈之间的距离显著增加，实现了磁路气隙与线圈之间距离的最大化，从而显著减小由气隙扩散磁通引起的线圈涡流损耗，既节约了电能又消除了线圈的局部发热点。

4.通过将线圈直接缠绕在两个“王”字形铁芯的中柱上，不但简化了铁芯的耦合结构，而且实现了线圈长度的最小化，使线圈的用铜量和线圈铜损耗以及铁芯损耗尽量减小，实现了节能节材的目标。

以下结合附图以实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是一种两相交错并联磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图2是图1的实施例二的两相交错并联磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图3是图1的实施例三的两相交错并联磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图4是图1的实施例四的两相交错并联磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图5是图2的实施例五的两相交错并联磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图6是图3的实施例六的两相交错并联磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图7是图1的实施例七的两相交错并联磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图8是图2的实施例八的两相交错并联磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图9是图3的实施例九的两相交错并联磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图10是图1的实施例十的三相交错并联磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图中，1-“王”字形铁芯；2-“E”字形铁芯；3-“丨”字形铁芯；4-线圈；1-1-“王”字形铁芯1的横轭；1-2-“王”字形铁芯1的中柱；2-1-“E”字形铁芯2的横轭。

具体实施方式

实施例一：

参照附图1，一种两相交错并联磁集成耦合电感器，由铁芯1、2、3和两相线圈4组成，其特征在于所述铁芯1呈“王”字形，所述铁芯2呈“E”字形，所述铁芯3呈“丨”字形；所述“王”字形铁芯1居中，所述“E”字形铁芯2和所述“丨”字形铁芯3分别置于所述“王”字形铁芯1的两侧，组合成两相交错并联磁集成耦合电感器的“E王丨”型铁芯体。

构成所述“王”字形铁芯1的三个横轭1-1把一个居中的直柱分隔成两个中柱1-2；在所述的两个中柱1-2上分别缠绕所述两相线圈4，所述两相线圈4的匝数相等、绕制方向相同或相反，通过改变所述两相线圈4的电流方向来保证所述两个中柱1-2的磁通方向相反，图中所示两个箭头方向表示一种电流方向的应用实施例。

在所述“王”字形铁芯1的三个横轭1-1的其中一侧与所述“E”字形铁芯2的三个横轭2-1的接触处之间设置三个磁路气隙，在所述“王”字形铁芯1的三个横轭1-1的其中另一侧与所述“丨”字形铁芯3的接触处之间设置另外三个磁路气隙；通过改变所述“王”字形铁芯1的三个横轭1-1的长度，或者改变所述“E”字形铁芯2的三个横轭2-1的长度，可以调整所述磁路气隙的长度，也可以通过改变所述“王”字形铁芯1与所述“E”字形铁芯2及所述“丨”字形铁芯3的接触处之间的距离来调整所述磁路气隙的长度，从而调整所述“E王丨”型交错并联磁集成耦合电感器的耦合系数，满足漏感要求。

实施例二：

参照附图2，一种两相交错并联磁集成耦合电感器的另一应用实施例，将实施例一中的所述“丨”字形铁芯3更换为所述“E”字形铁芯2，形成“E王E”型铁芯体。

实施例三：

参照附图3，一种两相交错并联磁集成耦合电感器的另一应用实施例，将实施例一中所述“E”字形铁芯2更换为所述“丨”字形铁芯3，形成“丨王丨”型铁芯体。

实施例四：

参照附图4，一种两相交错并联磁集成耦合电感器的另一应用实施例，实施例一中的所述“王”字形铁芯1由两个背靠背的“E”字形铁芯2组成，所述两个背靠背的“E”字形铁芯2用胶粘合在一起。

实施例五：

参照附图5，一种两相交错并联磁集成耦合电感器的另一应用实施例，实施例二中的所述“王”字形铁芯1由两个背靠背的“E”字形铁芯2组成，所述两个背靠背的“E”字形铁芯2用胶粘合在一起。

实施例六：

参照附图6，一种两相交错并联磁集成耦合电感器的另一应用实施例，实施例三中的所述“王”字形铁芯1由两个背靠背的“E”字形铁芯2组成，所述两个背靠背的“E”字形铁芯2用胶粘合在一起。

实施例七：

参照附图7，一种两相交错并联磁集成耦合电感器的另一应用实施例，实施例一中的所述“王”字形铁芯1由两个头顶头的“工”字形铁芯组成，所述两个头顶头的“工”字形铁芯用胶粘合在一起，所述两个头顶头的“工”字型铁芯的接触处之间可以保持一段距离作为磁路气隙。

实施例八：

参照附图8，一种两相交错并联磁集成耦合电感器的另一应用实施例，实施例二中的所述“王”字形铁芯1由两个头顶头的“工”字形铁芯组成，所述两个头顶头的“工”字形铁芯用胶粘合在一起，所述两个头顶头的“工”字型铁芯的接触处之间可以保持一段距离作为磁路气隙。

实施例九：

参照附图9，一种两相交错并联磁集成耦合电感器的另一应用实施例，实施例三中的所述“王”字形铁芯1由两个头顶头的“工”字形铁芯组成，所述两个头顶头的“工”字形铁芯用胶粘合在一起，所述两个头顶头的“工”字型铁芯的接触处之间可以保持一段距离作为磁路气隙。

实施例十：

参照附图10，一种三相交错并联磁集成耦合电感器，将实施例一中的所述“王”字形铁芯1增加一个横轭1-1和一个中柱1-2，将所述“E”字形铁芯2增加一个横轭2-1，相应加长所述“丨”字形铁芯3，在所述增加的中柱1-2上绕制一相所述线圈4。依此类推，可以形成四相、五相乃至任意多相交错并联磁集成耦合电感器。

Claims

1.一种交错并联磁集成耦合电感器，由铁芯体和线圈组成，所述铁芯体由“王”字形、“E”字形和“丨”字形铁芯构成；所述“王”字形铁芯居中，所述“E”字形和“丨”字形铁芯分别置于所述“王”字形铁芯两侧，组成所述“E王丨”型铁芯体；构成所述“王”字形铁芯的三个横轭把一个居中的直柱分隔成两个中柱，在所述的两个中柱上分别缠绕所述两相线圈，所述两相线圈的匝数相等、绕制方向相同或相反，通过改变所述两相线圈的电流方向来保证所述两个中柱的磁通方向相反；在所述“王”字形铁芯的三个横轭的其中一侧与所述“E”字形铁芯的三个横轭的接触处设置三个磁路气隙，在所述“王”字形铁芯的三个横轭的另一侧与所述“丨”字形铁芯的接触处设置另外三个磁路气隙，通过改变所述“王”字形铁芯的三个横轭的长度，或者改变所述“E”字形铁芯的三个横轭的长度，可以调整所述磁路气隙的长度，也可以通过改变所述“王”字形铁芯与所述“E”字形铁芯及所述“丨”字形铁芯的接触处之间的距离来调整所述磁路气隙的长度，从而调整所述“E王丨”型交错并联磁集成耦合电感器的耦合系数，满足漏感量要求。

2.根据权利要求1所述的一种交错并联磁集成耦合电感器，其特征在于其铁芯体结构呈“E王E”型。

3.根据权利要求1所述的一种交错并联磁集成耦合电感器，其特征在于其铁芯体结构呈“丨王丨”型。

4.根据权利要求1所述的一种交错并联磁集成耦合电感器，其特征在于所述“王”字型铁芯由两个背靠背的“E”字型铁芯构成，所述两个背靠背的“E”字形铁芯用胶粘合在一起。

5.根据权利要求2所述的一种交错并联磁集成耦合电感器，其特征在于所述“王”字型铁芯由两个背靠背的“E”字型铁芯构成，所述两个背靠背的“E”字形铁芯用胶粘合在一起。

6.根据权利要求3所述的一种交错并联磁集成耦合电感器，其特征在于所述“王”字型铁芯由两个背靠背的“E”字型铁芯构成，所述两个背靠背的“E”字形铁芯用胶粘合在一起。

7.根据权利要求1所述的一种交错并联磁集成耦合电感器，其特征在于所述“王”字型铁芯由两个头顶头的“工”字形铁芯组成，所述两个头顶头的“工”字形铁芯用胶粘合在一起，所述两个头顶头的“工”字型铁芯的接触处之间可以保持一段距离作为磁路气隙。

8.根据权利要求2所述的一种交错并联磁集成耦合电感器，其特征在于所述“王”字型铁芯由两个头顶头的“工”字形铁芯组成，所述两个头顶头的“工”字形铁芯用胶粘合在一起，所述两个头顶头的“工”字型铁芯的接触处之间可以保持一段距离作为磁路气隙。

9.根据权利要求3所述的一种交错并联磁集成耦合电感器，其特征在于所述“王”字型铁芯由两个头顶头的“工”字形铁芯组成，所述两个头顶头的“工”字形铁芯用胶粘合在一起，所述两个头顶头的“工”字型铁芯的接触处之间可以保持一段距离作为磁路气隙。

10.根据权利要求1所述的一种交错并联磁集成耦合电感器，其特征在于将所述“王”字形铁芯增加一个横轭和一个中柱，将所述“E”字形铁芯增加一个横轭，相应加长所述“丨”字形铁芯，并在所述增加的中柱上绕制一相所述线圈。