CN103578706A - 一种通过电感绕组实现分流测量的功率电感装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种功率电感装置。该装置包括磁芯和多股线路。多股线路具有第一终端和第二终端，多股线路中各股线路相互平行并绕所述磁芯形成绕组，所述第一终端中各股线路在同一位置离开所述磁芯，所述第二终端中各股线路在同一位置离开所述磁芯。其中所述第一终端中至少一股线路构成第一接口端，所述第一终端中不构成所述第一接口端的其余各股线路构成第二接口端，以及所述第二终端各股线路共同构成第三接口端。透过测量通过第一接口端的电流，可以使用量程较小的电流传感器，比例推算通过第三接口端的电流。

Description

一种通过电感绕组实现分流测量的功率电感装置和方法
技术领域
本发明涉及一种功率电感装置，尤其是涉及一种能够通过电感绕组实现分流测量的功率电感装置及其测量方法。
背景技术
功率电感的进出线方式一般采取铜箔单进单出或利兹线单进单出的方式。若采用单进单出的方式，在大功率UPS或者大功率逆变器的应用中，电感电流会很大，必须使用量程很大的电流传感器，对成本经济不利。若采用多根独立绝缘的扁平导体或采用利兹线，也会因为集肤效应和邻近效应难以克服，无法准确的比例分流，难达分流测量的目的，而且材料成本及绕制成本都很高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种在大电流场合中仍能使用较小量程的电流传感器测量电流的装置和方法。为解决此技术问题，本发明提供一种功率电感装置，该装置包括磁芯和多股线路。多股线路具有第一终端和第二终端，所述多股线路中各股线路相互平行并绕所述磁芯形成绕组，所述第一终端中各股线路在同一位置离开所述磁芯，所述第二终端中各股线路在同一位置离开所述磁芯。其中所述第一终端中至少一股线路构成第一接口端，所述第一终端中不构成所述第一接口端的其余各股线路构成第二接口端，以及所述第二终端各股线路共同构成第三接口端。透过测量通过第一接口端的电流，可以使用量程较小的电流传感器，依各股线路比例推算通过第三接口端的电流。
作为本发明的进一步改进，功率电感装置中的第一接口端的线路股数小于或等于所述第二接口端的线路股数。因为通过第一接口端的电流小于通过第三接口端的电流，可以使用较小量程的电流传感器测量通过第一接口端的电流，从而依各股线路比例推知通过第三接口端的电流。
作为本发明的更进一步改进，功率电感装置中的磁芯为闭合磁芯，包括第一子磁芯和第二子磁芯。所述绕组由第一子绕组和第二子绕组构成，所述第一子绕组和所述第二子绕组分别由所述多股线路环绕所述第一子磁芯和所述第二子磁芯构成。第一子绕组和第二子绕组的各股线路以导电方式相连接。
作为本发明的进一步改进，功率电感装置还包括上基座和下基座，其中所述磁芯、所述多股线路和所述绕组被布置在由所述上基座和所述下基座定义的空间中。
作为本发明的进一步改进，功率电感装置中所述上基座和所述下基座由绝缘材料构成。
作为本发明的进一步改进，功率电感装置还包括第一绝缘体，设置于所述第一子磁芯和所述多股线路之间，使所述第一子磁芯和所述多股线圈绝缘。另包括第二绝缘体，设置于所述第二子磁芯和所述多股线路之间，使所述第二子磁芯和所述多股线圈绝缘。
作为本发明的进一步改进，功率电感装置中所述多股线路由扁平线构成。
作为本发明的进一步改进，功率电感装置中所述扁平线的扁平面垂直于所述磁芯的纵轴。
本发明还提供一种用于测量所述功率电感装置中通过第三接口端的电流的方法，包括测量通过所述第一接口端的电流和根据所述第一接口端的线路股数与所述多股线路总线路股数的比例，推算通过所述第三接口端的电流。
附图说明
图1是本发明的一种实施方式的电路图；
图2是本发明的一种实施方式的透视图；
图3是本发明的一种应用拓朴图。
具体实施方式
本设计方案对电感的绕线采取分束比例处理，实现电感电流的等比例关系的分流，采用小量程的电流传感器291对小电流的电感分束，也就是对绕组11中多股分束中的一股分束进行采样，从而准确地推算出总的电感电流。
在一个实施例中，功率电感装置10由磁芯18和多股线路12构成。所述多股线路12具有第一终端13和第二终端14，所述多股线路12中各股线路相互平行并绕所述磁芯18形成绕组11，所述第一终端13中各股线路在同一位置离开所述磁芯18，所述第二终端14中各股线路在同一位置离开所述磁芯18。其中所述第一终端13中至少一股线路构成第一接口端15，所述第一终端13中不构成所述第一接口端15的其余各股线路构成第二接口端16，以及所述第二终端14各股线路共同构成第三接口端17。以图1所示的功率电感装置10为例，其绕组11由四股线路(L1，L2，L3，L4)环绕磁芯18构成，所述四股线路(L1，L2，L3，L4)具有第一终端13和第二终端14。第一终端13中的一股线路(L4)构成第一接口端15，其余三股线路(L1，L2，L3)构成第二接口端16，而四股线路(L1，L2，L3，L4)的第二终端14共同构成第三接口端17。在这个实施例中，第一接口端15和第三接口端17电流比为1∶4，第二接口端16和第三接口端17电流比为3∶4，第一接口端15和第二接口端16电流比为1∶3。本领域技术人员可以明白，本发明的方案并不限于上述第一、第二、第三接口端的股数比例关系。除了上述的分束比例外，其他分束比例(未以图示出)举例如下：
A.绕组11由五股线路绕成：第一接口端15一股，第二接口端16四股，第三接口端17五股。在这个实施例中，第一接口端15和第三接口端17电流比为1∶5，第二接口端16和第三接口端17电流比为4∶5，第一接口端15和第二接口端16电流比为1∶4。
B.绕组11由五股线路构成：第一接口端15二股，第二接口端16三股，第三接口端17五股。在这个实施例中，第一接口端15和第三接口端17电流比为2∶5，第二接口端16和第三接口端17电流比为3∶5，第一接口端15和第二接口端16电流比为2∶3。
C.绕组11由三股线路构成：第一接口端15一股，第二接口端16二股，第三接口端17三股。在这个实施例中，第一接口端15和第三接口端17电流比为1∶3，第二接口端16和第三接口端17电流比为2∶3，第一接口端15和第二接口端16电流比为1∶2。
D.绕组11由二股线路构成：第一接口端15一股，第二接口端16一股，第三接口端17二股。在这个实施例中，第一接口端15和第三接口端17电流比为1∶2，第二接口端16和第三接口端17电流比为1∶2，第一接口端15和第二接口端16电流比为1∶1。
在一个实施例中，功率电感装置10中的第一接口端15的线路股数小于或等于所述第二接口端16的线路股数。第一接口端15的线路股数等于所述第二接口端16的线路股数的情形可以前述D例示，第一接口端15的线路股数小于所述第二接口端16的线路股数的情形可以前述图1或A、B、C例示。在这个实施例下，可以采取较小量程的电流传感器来测量通过第一接口端15的电流，并据此推算通过第三接口端17的电流。以图1的功率电感装置10为例，由于通过第一接口端15的电流为通过第三接口端17的电流的四分之一，我们可以使用一个相对较小量程的电流传感器测量通过第一接口端15的电流，把测得数值乘四，就可以得到通过第三接口端17的电流。
在一个实施例中，电流传感器291被布置于适于测量通过所述第一接口端201的电流。如前所述，由于相对于第二接口端202和第三接口端203而言，通过第一接口端201的电流最小，因此可以把较小量程的电流传感器291布置在适于测量第一接口端201的电流的位置，从而依线路股数比例推知通过第三接口端203的电流。电流传感器291为本领技术人员熟知的装置，例如霍尔电流传感器。
在另一个实施例中，如图2所示，功率电感装置中的磁芯为闭合磁芯，包括一个第一子磁芯21、第二子磁芯22以及上下两个方块磁芯(未以图示出)。其绕组由第一子绕组23和第二子绕组24构成，第一子绕组23由多股线路环绕第一子磁芯21构成，第二子绕组24由多股线路环绕第二子磁芯22构成。并且，第一子绕组23和第二子绕组24的各股线路以导电方式相连接。导电连接方式可为本领域技术人员熟知的技术中的任何一种，例如锁螺丝或者焊接。优选的导电连接方式是用多股线路25连续缠绕第一子磁芯21和第二子磁芯22，如此第一子绕组23和第二子绕组24之间不经过外部的机械连接，以提高绕组的绕线效率和避免增加绕线直流阻抗。优选地，第一子绕组23和第二子绕组24的各股线路的连接，以及前述第一接口端201、第二接口端202和第三接口端203的引出方向，都以适于使第一子绕组23和第二子绕组24的耦合磁场为正耦合的方式设置。
在另一个实施例中，功率电感装置20还包括上基座26和下基座27，其中磁芯21，22、多股线路25和绕组23，24被布置在由上基座26和下基座27定义的空间中。以图2中的功率电感装置为例，上基座26和下基座27以刚性板材构成，互相平行的上基座26和下基座27之间有多根等长并与两个基座26，27分别定义的平面均垂直的刚性支架29，这些支架29支撑并且固定上基座26和下基座27。刚性支架29的长度视磁芯21，22的长度而定，被合适的长度的支架29所固定的上基座26和下基座27定义出适于容纳磁芯21，22、多股线路25和绕组23，24的空间。在一个实施例中，上基座26和下基座27由绝缘材料构成。
在另一个实施例中，功率电感装置20还包括第一绝缘体和第二绝缘体(图未示出)。第一绝缘体设置于第一子磁芯21和多股线路25之间，使第一子磁芯21和环绕其上的多股线路25绝缘；第二绝缘体设置于第二子磁芯22和多股线路25之间，使第二子磁芯22和环绕其上的多股线路25绝缘。
在一个实施例中，功率电感装置20中的多股线路25由扁平线路构成，以增大电流密度。即每股线的截面都大体是扁平的。在另一个实施例中，扁平线的扁平面垂直于第一磁芯21和第二磁芯22的纵轴，也就是所谓的立绕。立绕可以节省绕线空间和减少绕组23，24材料用量，从而降低绕组23，24损耗和成本。
为了实现多股线路之间的等比例分流，在优选实施例中，可以采用下列措施中的至少一个：扁平线的厚度依据功率电感的工作开关频率和电流密度选择，以避免集肤效应的影响；扁平线各股线路进行并绕，可减轻临近效应的影响；各股扁平线之间需要控制足够的绝缘等级，各股线路之间不互相重叠；绕组内部各股扁平线紧密并联，间距小于5mm，同时并行走线形成一个线包，以保证各自对应的磁场强度相同；控制绕组的各股扁平线的直流阻抗的误差在5％之内；各股线路在磁芯上环绕时，开始及结束位置需要保持一致；各根绕线的交流阻抗通过控制绕线的横截面积来保障均衡；以及，为提高磁芯绕线率到50％以上，各根绕线采用平行铜条，有效降低各个绕组之间的热辐射影响。
本发明的技术方案在大功率UPS或者大功率逆变器的应用中有突出的应用优势，其中一个应用例如图3所示。在图3中，功率电感装置30的第一接口端31和第二接口端32和负载相连接，第三接口端33和逆变器连接；另外，电流传感器34被布置在适于测量通过第一接口端31的电流的位置。透过本发明准确的分流技术，可以经由较小量程的电流传感器34所测得的通过第一接口端31的电流，依股数比例推知通过第三接口端33-也就是负载端-的较大的电流。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可在不脱离发明本旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种功率电感装置，包括：
磁芯；和
多股线路，具有第一终端和第二终端，所述多股线路中各股线路相互平行并绕所述磁芯形成绕组，所述第一终端中各股线路在同一位置离开所述磁芯，所述第二终端中各股线路在同一位置离开所述磁芯，
其中所述第一终端中至少一股线路构成第一接口端，所述第一终端中不构成所述第一接口端的其余各股线路构成第二接口端，以及所述第二终端各股线路共同构成第三接口端。
2.权利要求1所述功率电感装置，其中所述第一接口端的线路股数小于或等于所述第二接口端的线路股数。
3.权利要求2所述功率电感装置，还包括：
电流传感器，被布置于适于测量通过所述第一接口端的电流。
4.权利要求1所述功率电感装置，其中：
所述磁芯为闭合磁芯，包括第一子磁芯和第二子磁芯；
所述绕组由第一子绕组和第二子绕组构成，所述第一子绕组和所述第二子绕组分别由所述多股线路环绕所述第一子磁芯和所述第二子磁芯构成；和
第一子绕组和第二子绕组的各股线路以导电方式相连接。
5.权利要求4所述功率电感装置，还包括上基座和下基座，其中所述磁芯、所述多股线路和所述绕组被布置在由所述上基座和所述下基座定义的空间中。
6.权利要求5所述功率电感装置，其中所述上基座和所述下基座由绝缘材料构成。
7.权利要求4所述功率电感装置，还包括：
第一绝缘体，设置于所述第一子磁芯和所述多股线路之间，使所述第一子磁芯和所述多股线路绝缘；和
第二绝缘体，设置于所述第二子磁芯和所述多股线路之间，使所述第二子磁芯和所述多股线路绝缘。
8.权利要求1-7之一所述功率电感装置，其中所述多股线路由扁平线构成。
9.权利要求8所述功率电感装置，其中所述扁平线的扁平面垂直于所述磁芯的纵轴。
10.一种用于测量权利要求1-9之一所述功率电感装置中通过第三接口端的电流的方法，包括：
测量通过所述第一接口端的电流；和
根据所述第一接口端的线路股数与所述多股线路总线路股数的比例，推算通过所述第三接口端的电流。
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