CN104170227A - 电抗器及使用该电抗器的电源装置 - Google Patents

电抗器及使用该电抗器的电源装置 Download PDF

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Abstract

电抗器(1)包括环状的铁芯(2)以及分别卷绕于铁芯(2)的4个线圈(C1～C4)。4个线圈(C1～C4)的第1电极分别与4台斩波器(11～14)的输出端子相连接，其第2电极一并与负载(15)相连接。因而，能利用1个电抗器(1)，将4台斩波器(11～14)与负载(15)并联连接。

Description

电抗器及使用该电抗器的电源装置
技术领域
本发明涉及电抗器及使用该电抗器的电源装置，尤其涉及将多个电源与负载并联连接的电抗器、和使用该电抗器的电源装置。
背景技术
负载容量大于斩波器的输出的情况下，若将多台斩波器与负载并联连接，则能使负载运行。在该情况下，需要以多台斩波器均等地分担负载电流。此外，需要在各斩波器与负载之间连接电抗器，对斩波器间的开关定时、输出阻抗之差的影响进行抑制(例如，参照日本专利特开平9－215322号公报(专利文献1)、日本专利特开2006－271102号公报(专利文献2))。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平9-215322号公报
专利文献2：日本专利特开2006－271102号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，以往对各斩波器的每一个设定电抗器，因此，存在的问题有：需要与斩波器相同数量的电抗器，装置增大、成本增加(参照图5、图12)。
因此，本发明的主要目的在于提供小型且廉价的电抗器以及使用该电抗器的电源装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的电抗器将N台(其中N为2以上的整数)电源与负载并联连接，包括：环状铁芯；以及分别卷绕于铁芯的N个线圈。N个线圈的第1电极分别与N台电源的输出端子相连接，其第2电极一并与负载相连接。
优选为，还包括分别与N个线圈的第1电极相连接的N个第1端子，以及与N个线圈的第2电极相连接的第2端子。N个第1端子分别与N台电源的输出端子相连接，第2端子与负载相连接。
此外，本发明所涉及的另一电抗器将N台(其中N为2以上的整数)电源与负载并联连接，包括：环状铁芯；以及分别卷绕于铁芯的N个第1线圈和N个第2线圈。N个第1线圈的第1电极分别与N台电源的第1输出端子相连接，其第2电极一并与负载的一端子相连接。N个第2线圈的第1电极分别与N台电源的第2输出端子相连接，其第2电极一并与负载的另一端子相连接。与同一电源相连接的第1和第2线圈构成标准振荡方式线圈。
优选为，还包括：分别与N个第1线圈的第1电极相连接的N个第1端子；分别与N个第2线圈的第1电极相连接的N个第2端子；分别与N个第1线圈的第2电极相连接的第3端子；与N个第2线圈的第2电极相连接的第4端子。N个第1端子分别与N台电源的第1输出端子相连接，N个第2端子分别与N台电源的第2输出端子相连接。第3端子与负载的一端子相连接，第4端子与负载的另一端子相连接。
此外，优选为，铁芯包含第1和第2脚部以及与第1和第2脚部磁耦合的轭部。N个第1线圈分别卷绕于第1脚部，N个第2线圈分别卷绕于第2脚部。构成标准振荡方式线圈的第1和第2线圈相互邻接配置。
此外，本发明所涉及的电源装置包括上述电抗器和N台电源。
优选为，各N台电源是将第1直流电压转换成第2直流电压的斩波器。
此外，优选为，各N台电源是将直流电压转换成交流电压的逆变器。
此外，优选为，各N台电源是将交流电压转换成直流电压的整流器。
发明效果
本发明所涉及的电抗器和电源装置中，在环状铁芯上分别卷绕N个线圈，N个线圈的第1电极分别与N台电源的输出端子相连接，它们的第2电极一并与负载相连接。因而，对多个电源设置1个电抗器就足够，能力图实现装置的小型化以及低成本化。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的电抗器的主要部分的图。
图2是表示图1所示电抗器的结构的电路图。
图3是表示使用图2所示电抗器的电源装置的结构的电路框图。
图4是表示图3所示斩波器的结构的电路图。
图5是表示作为实施方式1的比较例的电源装置的结构的电路框图。
图6是表示图5所示电抗器的结构的图。
图7是表示图6所示电抗器的电路图。
图8是表示本发明的实施方式2的电抗器的主要部分的图。
图9是表示图8所示电抗器的结构的电路图。
图10是表示使用图9所示电抗器的电源装置的结构的电路框图。
图11是表示图10所示斩波器的结构的电路图。
图12是表示作为实施方式2的比较例的电源装置的结构的电路框图。
图13是表示图12所示电抗器的结构的图。
图14是表示图13所示电抗器的电路图。
具体实施方式
[实施方式1]
如图1所示，本申请的实施方式1的电抗器1包括四边形且呈环状的铁芯2和多个(图1中为4个)线圈C1～C4。铁芯2包含2条脚部3、4以及2个轭部5、6。2条脚部3、4隔开规定距离相互平行设置，且竖立设置于轭部5之上。脚部3、4的下端与轭部5相接合，轭部6与脚部3、4的上端相接合。脚部3、4通过轭部5、6进行磁耦合。利用脚部3、4以及轭部5、6来形成四边形的环状磁路。
线圈C1～C4排列在环状铁芯2的周向(图1中为向左卷绕的方向)上，分别卷绕于铁芯2。线圈C1～C4是相同的线圈，是将相同导线、按相同卷绕方向(例如向右卷绕)卷绕了相同圈数的线圈。换言之，线圈C1卷绕在脚部3上侧部分，线圈C2卷绕在脚部3的下侧部分。此外，线圈C3卷绕在脚部4下侧部分，线圈C4卷绕在脚部4的上侧部分。
从脚部3的上方观察时，线圈C1、C2分别按规定的卷绕方向(例如向右卷绕)卷绕，从脚部4的下方观察时，线圈C3、C4分别按规定的卷绕方向(此时为向右卷绕)卷绕。在线圈C1～C4的起始端分别设有第1电极A1～A4，在线圈C1～C4的末端分别设有第2电极B1～B4。该电抗器1中，线圈C1～C4之间的电磁耦合程度较低，漏电感增大。
图2是表示电抗器1的结构的电路图。图2中，电抗器1除了铁芯2和线圈C1～C4之外，还包括4个输入端子T1～T4以及1个输出端子TO。线圈C1～C4的第1电极A1～A4分别与输入端子T1～T4相连接，第2电极B1～B4一并与输出端子TO相连接。线圈C1～C4的起始端(第1电极A1～A4)彼此具有相同极性，因此，在图2中，对线圈C1～C4的起始端分别附加了黑色圆点标记。
图3是表示具有电抗器1的电源装置的结构的电路框图。图3中，电源装置包括直流电源10、4台斩波器11～14以及电抗器1。斩波器11～14的电源端子11a～14a一并与直流电源10的正极相连接。斩波器11～14的基准电压端子11b～14b一并与直流电源10的负极相连接。斩波器11～14的输出端子11c～14c分别与电抗器1的输入端子T1～T4相连接。电抗器1的输出端子TO与负载15的一端子相连接。负载15的另一端子与直流电源10的负极相连接。直流电源10的负极接受基准电压(例如接地电压)。
斩波器11～14分别从直流电源10接受直流电压V1，将该直流电压V1转换成规定的直流电压V2并提供给负载15。对斩波器11～14进行控制，使得斩波器11～14均等地分担流过负载15的电流。
图4是表示斩波器11的结构的电路图。图4中，斩波器11包含晶体管Q、二极管D以及线圈Ca。晶体管Q的集电极与输入端子11a相连接，其发射极经由线圈Ca与输出端子11c相连接。二极管D的阳极与基准电压端子11b相连接，其阴极与晶体管Q的发射极相连接。
若晶体管Q导通，则电流从直流电源10的正极经由晶体管Q、线圈Ca、C1以及负载15流到直流电源10的负极，在线圈Ca、C1中存储电磁能。若晶体管Q截止，则由于线圈Ca、C1中存储的电磁能，使得电流流入由线圈Ca、C1、负载15及二极管D构成的路径。
晶体管Q以规定周期进行导通和截止。若将1个周期中的晶体管Q的导通时间延长，则施加于负载15的电压V2上升，相反，若将1个周期中的晶体管Q的导通时间缩短，则施加于负载15的电压V2降低。因而，通过调整晶体管Q的导通时间，能将直流电源10的输出电压V1转换成希望的直流电压V2并提供给负载15。
其它斩波器12～14的结构均与斩波器11相同。通过对斩波器11～14的晶体管Q的导通时间分别进行微调，能使斩波器11～14均等地分担负载电流。
在该实施方式1中，将多个线圈C1～C4分别卷绕于铁芯2，将线圈C1～C4的第1电极A1～A4分别与多个斩波器11～14的输出端子11c～14c相连接，线圈C1～C4的第2电极B1～B4一并与负载15相连接。因而，能利用1个电抗器1将多个斩波器11～14与负载15并联连接，能力图实现装置的小型化和低成本化。
另外，在该实施方式1中，斩波器11～14均包含线圈Ca，但可去除线圈Ca。在该情况下，线圈C1～C4分别兼用为斩波器11～14的线圈Ca。
此外，在该实施方式1中，设置了直流电源10和斩波器11～14，但不限于此，也可用将直流电压转换成交流电压的逆变器来代替各斩波器11～14。此外，也可用交流电源代替直流电源10，并用将交流电压转换成直流电压的整流器来代替各斩波器11～14。
此外，可使用与3相分别对应的3个电抗器1，利用每一相的电抗器1将各相与多台逆变器并联连接。
此外，在该实施方式1中，将4个线圈C1～C4卷绕于1个铁芯2，但可将2个、3个或5个以上的线圈卷绕于1个铁芯，将2台、3台或5台以上的斩波器11与负载15并联连接。即，可将N个(例如N为2以上的整数)线圈卷绕于1个铁芯，将N台斩波器11与负载15并联连接。
图5是表示实施方式1的比较例的电源装置的结构的电路框图，是与图3进行对比的图。参照图5，该电源装置与图3的电源装置的不同之处在于，本图中用4个电抗器21～24来代替电抗器1。电抗器21～24的第1端子21a～24a分别与斩波器11～14的输出端子11c～14c相连接。电抗器21～24的第2端子21b～24b一并与负载15的一端子相连接。
图6是表示电抗器21的结构的图，图7是表示电抗器21的电路图。在图6和图7中，电抗器21包括四边形环状铁芯25、2个线圈C5、C6、第1端子21a以及第2端子21b。铁芯25包含2条脚部26、27以及2个轭部28、29。脚部26、27通过轭部28、29进行磁耦合。利用脚部26、27以及轭部28、29来形成四边形环状磁路。
线圈C5、C6分别独立地卷绕于脚部26、27。线圈C5的第1电极与第1端子21a相连接，线圈C5的第2电极与线圈C6的第1电极相连接，线圈C6的第2电极与第2端子21b相连接。即，线圈C5、C6串联连接在第1和第2端子21a、21b之间，从而构成1个线圈。电抗器22～24的结构均与电抗器21相同。
因而，在比较例中，对4个斩波器11～14设置4个电抗器21～24，因此，存在装置增大、成本增加的问题。与此相反，在实施方式1中，对4个斩波器11～14设置1个电抗器1，因此，能力图实现装置的小型化以及低成本化。
[实施方式2]
如图8所示，本申请的实施方式2的电抗器31包括四边形的呈环状的铁芯32和多个(图8中为8个)线圈C11～C14、C21～C24。铁芯32包含2条脚部33、34以及2个轭部35、36。2条脚部33、34隔开规定距离相互平行设置，且竖立设置于轭部35之上。脚部33、34的下端与轭部35相接合，轭部36与脚部33、34的上端相接合。脚部33、34通过轭部35、36进行磁耦合。利用脚部33、34以及轭部35、36来形成四边形环状磁路。
线圈C11～C14在从脚部33的上下方向上依次排列。线圈C11～C14分别卷绕于脚部33。线圈C11～C14是相同的线圈，是将相同导线、按相同卷绕方向(例如向右卷绕)卷绕了相同圈数的线圈。从脚部33的上方观察时，线圈C11～C14分别按规定卷绕方向(例如向右卷绕)进行卷绕。在线圈C11～C14的起始端分别设有第1电极A11～A14，在线圈C11～C14的终端分别设有第2电极A21～A24。
同样地，线圈C21～C24在从脚部34的上下方向上依次排列。线圈C21～C24分别卷绕于脚部34。线圈C21～C24是相同的线圈，是将相同导线、按相同卷绕方向(例如向右卷绕)卷绕了相同圈数的线圈。从脚部34的上方观察时，线圈C21～C24分别按规定卷绕方向(例如向右卷绕)进行卷绕。在线圈C21～C24的起始端分别设有第1电极B11～B14，在线圈C21～C24的终端分别设有第2电极B21～B24。
线圈C11和C21、C12和C22、C13和C23、C14和C24分别相互邻接设置。该电抗器31中，线圈C11～C14、C21～C24之间的电磁耦合程度较低，漏电感增大。
图9是表示电抗器31的结构的电路图。图9中，电抗器31除了铁芯32和线圈C11～C14、C21～C24之外，还包括8个输入端子T11～T14、T21～T24以及2个输出端子TO1、TO2。线圈C11～C14的第1电极A11～A14分别与输入端子T11～T14相连接，第2电极A21～A24一并与输出端子TO1相连接。线圈C21～C24的第1电极B11～B14分别与输入端子T21～T24相连接，第2电极B21～B24一并与输出端子TO2相连接。
线圈C11～C14的起始端(第1电极A11～A14)与线圈C21～C24的终端(第2电极B21～B24)具有彼此相同的极性，因此，在图2中，对线圈C11～C14的起始端和线圈C21～C24的终端分别附加有黑色原点。线圈C11和C21、C12和C22、C13和C23、C14和C24分别构成标准振荡方式(normal mode)线圈。
图10是表示具有电抗器31的电源装置的结构的电路框图。图10中，电源装置包括直流电源40、4台斩波器41～44以及电抗器31。斩波器41～44的电源端子41a～44a一并与直流电源40的正极相连接。斩波器41～44的基准电压端子41b～44b一并与直流电源40的负极相连接。
斩波器41～44的第1输出端子41c～44c分别与电抗器31的输入端子T11～T14相连接。斩波器41～44的第2输出端子41d～44d分别与电抗器31的输入端子T21～T24相连接。电抗器31的输出端子TO1与负载45的一端子相连接。电抗器31的输出端子TO2与负载45的一端子相连接。直流电源40的负极接受基准电压(例如接地电压)。
斩波器41～44分别从直流电源40接受直流电压V1，将该直流电压V1转换成规定的直流电压V2并提供给负载45。对斩波器41～44进行控制，使得斩波器44～44均等地分担流过负载45的电流。
图11是表示斩波器41的结构的电路图。图11中，斩波器41包含晶体管Q、二极管D以及线圈Ca、Cb。晶体管Q的集电极与输入端子41a相连接，其发射极经由线圈Ca与第1输出端子41c相连接。二极管D的阳极与基准电压端子41b相连接，其阴极与晶体管Q的发射极相连接。线圈Cb连接在基准电压端子41b与第2输出端子41d之间。
若晶体管Q导通，则电流从直流电源10的正极经由晶体管Q、线圈Ca、C11、负载45以及线圈C21、Cb流到直流电源40的负极，在线圈Ca、Cb、C11、C21中存储电磁能。若晶体管Q截止，则由于线圈Ca、Cb、C11、C21中存储的电磁能，使得电流流入由线圈Ca、C11、负载45、线圈C21、Cb及二极管D构成的路径。
晶体管Q以规定周期导通和截止。若将1个周期中的晶体管Q的导通时间延长，则施加于负载45的电压V2上升，相反，若将1个周期中的晶体管Q的导通时间缩短，则施加于负载45的电压V2降低。因而，通过调整晶体管Q的导通时间，能将直流电源40的输出电压V1转换成希望的直流电压V2并提供给负载45。
其它斩波器42～44的结构均与斩波器41相同。通过对斩波器41～44的晶体管Q的导通时间分别进行微调，能使斩波器41～44均等地分担负载电流。
在该实施方式2中，在铁芯32分别卷绕多个线圈C11～C14、C21～C24，利用多个线圈C11～C14、C21～C24来构成多个标准振荡方式线圈。因而，能利用1个电抗器31将多个斩波器41～44与负载45并联连接，能力图实现装置的小型化和低成本化。
另外，在该实施方式2中，斩波器41～44均包含线圈Ca、Cb，但可去除线圈Ca、Cb。在该情况下，线圈C11～C14分别兼用为斩波器41～44的线圈Ca，线圈C21～C24分别兼用为斩波器41～44的线圈Cb。
此外，在该实施方式2中，设置了直流电源40和斩波器41～44，但不限于此，可以用将直流电压转换成交流电压的逆变器来代替各斩波器41～44。此外，也可以用交流电源来代替直流电源40，并用将交流电压转换成直流电压的整流器来代替各斩波器41～44。
此外，也可以使用与3相分别对应的3个电抗器31，利用每一相的电抗器31将各相与多台逆变器并联连接。
此外，在该实施方式2中，将4对线圈C11～C14、C21～C24卷绕于1个铁芯32，但也可将2对、3对或5对以上线圈卷绕于1个铁芯，将2台、3台或5台以上的斩波器与负载45并联连接。即，可将N对(例如N为2以上的整数)线圈卷绕于1个铁芯，将N台斩波器与负载45并联连接。
图12是表示实施方式2的比较例的电源装置的结构的电路框图，是与图10进行对比的图。参照图12，该电源装置与图12的电源装置的不同点在于，用4个标准振荡方式线圈51～54来代替电抗器31。
电抗器51～54的第1端子51a～54a分别与斩波器41～44的第1输出端子41c～44c相连接。电抗器51～54的第2端子51b～54b分别与斩波器41～44的第2输出端子41d～44d相连接。电抗器41～44的第3端子41c～44c一并与负载45的一端子相连接。电抗器41～44的第4端子41d～44d一并与负载45的另一端子相连接。
图13是表示电抗器51的主要部分的图，图14是表示电抗器51的电路图。在图13和图14中，电抗器51包括四边形的呈环状的铁芯55、2个线圈C15、C25、以及第1～第4端子51a～51d。铁芯55包含2条脚部56、57以及2个轭部58、59。脚部56、57通过轭部58、59进行磁耦合。利用脚部56、57以及轭部58、59来形成四边形环状磁路。
线圈C15、C25分别独立地卷绕于脚部56、57。线圈C15的第1电极A1与第1端子21a相连接，线圈C15的第2电极A2与第3端子51c相连接。线圈C25的第1电极B1与第2端子51b相连接，线圈C25的第2电极B2与第4端子51d相连接。线圈C15、C25构成标准振荡方式线圈。电抗器52～54的结构均与电抗器51相同。
因而，在比较例中，对4个斩波器41～44设置4个电抗器51～54，因此，存在装置增大、成本增加的问题。与此相反，在实施方式2中，对4个斩波器41～44设置1个电抗器31，因此，能力图实现装置的小型化以及低成本化。
本次公开的实施方式的所有内容应当认为是用于例示而非用于限制。本发明的范围并不是由上述说明表示，而是由权利要求的范围表示，与权利要求的范围同等意义及范围内的所有变更均包含在内。
标号说明
1,21～24,31,51～54 电抗器、
2,25,32,55 铁芯、
3,4,26,27,33,34,56,57 脚部、
5,6,28,29,35,36,58,59 轭部、
10,40 直流电源、
11～14,41～44 斩波器、
15,45 负载、
A,B 电极、
C 线圈、
D 二极管、
Q 晶体管、
T 端子。

Claims (13)

1.一种电抗器，
该电抗器(1)将N台(其中N为2以上的整数)电源(11～14)与负载(15)并联连接，其特征在于，包括：
环状的铁芯(2)；以及
分别卷绕于所述铁芯(2)的N个线圈(C1～C4)，
所述N个线圈(C1～C4)的第1电极分别与所述N台电源(11～14)的输出端子相连接，其第2电极一并与所述负载(15)相连接。
2.如权利要求1所述的电抗器，其特征在于，还包括：
分别与所述N个线圈(C1～C4)的第1电极相连接的N个第1端子(T1～T4)；以及
与所述N个线圈(C1～C4)的第2电极相连接的第2端子(TO)，
所述N个第1端子(T1～T4)分别与所述N台电源(11～14)的输出端子相连接，
所述第2端子(TO)与所述负载(15)相连接。
3.一种电源装置，其特征在于，包括：
如权利要求1所述的电抗器(1)；以及
所述N台电源(11～14)。
4.如权利要求3所述的电源装置，其特征在于，
各所述N台电源(11～14)为将第1直流电压转换成第2直流电压的斩波器。
5.如权利要求3所述的电源装置，其特征在于，
各所述N台电源为将直流电压转换成交流电压的逆变器。
6.如权利要求3所述的电源装置，其特征在于，
各所述N台电源为将交流电压转换成直流电压的整流器。
7.一种电抗器，
该电抗器(31)将N台(其中N为2以上的整数)电源(41～44)与负载(45)并联连接，其特征在于，包括：
环状的铁芯(32)；以及
分别卷绕于所述铁芯(32)的N个第1线圈(C11～C14)以及N个第2线圈(C21～C24)，
所述N个第1线圈(C11～C14)的第1电极分别与所述N台电源(41～44)的第1输出端子相连接，其第2电极一并与所述负载(45)的一端子相连接，
所述N个第2线圈(C21～C24)的第1电极分别与所述N台电源(41～44)的第2输出端子相连接，其第2电极一并与所述负载(45)的另一端子相连接，
连接于同一电源的第1和第2线圈(C11和C21，C12和C22，C13和C23，或C14和C24)构成标准振荡方式线圈。
8.如权利要求7所述的电抗器，其特征在于，还包括：
分别与所述N个第1线圈(C11～C14)的第1电极相连接的N个第1端子(T11～T14)；
分别与所述N个第2线圈(C21～C24)的第1电极相连接的N个第2端子(T21～T24)；
与所述N个第1线圈(C11～C14)的第2电极相连接的第3端子(TO1)；以及
与所述N个第2线圈(C21～C24)的第2电极相连接的第4端子(TO2)，
所述N个第1端子(T11～T14)分别与所述N台电源(41～44)的第1输出端子相连接，
所述N个第2端子(T21～T24)分别与所述N台电源(41～44)的第2输出端子相连接，
所述第3端子(TO1)与所述负载(45)的一端子相连接，
所述第4端子(TO2)与所述负载(45)的另一端子相连接。
9.如权利要求7所述的电抗器，其特征在于，
所述铁芯(32)包含第1和第2脚部(33、34)、以及将第1和第2脚部磁耦合的轭部(35、36)，
所述N个第1线圈(C11～C14)分别卷绕于所述第1脚部(33)，
所述N个第2线圈(C21～C24)分别卷绕于所述第2脚部(34)，
构成所述标准振荡方式线圈的所述第1和第2线圈(C11和C21、C12和C22、C13和C23、或C14和C24)相互邻接配置。
10.一种电源装置，其特征在于，包括：
如权利要求7所述的电抗器(31)；以及
所述N台电源(41～44)。
11.如权利要求10所述的电源装置，其特征在于，
各所述N台电源(41～44)为将第1直流电压转换成第2直流电压的斩波器。
12.如权利要求10所述的电源装置，其特征在于，
各所述N台电源为将直流电压转换成交流电压的逆变器。
13.如权利要求10所述的电源装置，其特征在于，
各所述N台电源为将交流电压转换成直流电压的整流器。
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