CN105374497B - 多相共模扼流圈 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多相共模扼流圈。具体而言，共模扼流圈包括卷绕在磁芯上的至少两组多相线圈，以用于平衡相之间的差异模电感。各组中的多相线圈串联连接且同心地卷绕在该磁芯的相应部分上。各组多相线圈与各其他组多相线圈不重叠。

Description

多相共模扼流圈
技术领域
本公开的主旨大体涉及共模扼流圈，并且更具体而言，涉及适合用于在高功率应用中使用的三相共模扼流圈结构。
背景技术
三相共模扼流圈可用作中压(MV)大功率额定值驱动器中的共模滤波器。这种共模扼流圈可为用于不具有变压器的MV驱动器的关键构件。
在传输功率水平继续增大时，对于共模扼流圈而言，铁氧体环通常不再是适合的芯。这些增大的传输功率水平可影响芯和线卷(winding)材料的使用，且可能必须使用更适用于高功率磁性装置的芯和线卷材料。
此外，当用在某些高传输功率水平下时，可需要特殊的线卷布置以用于多相扼流圈(诸如三相共模扼流圈)。另外，这种线卷布置的缺乏否则可能引起极端过热，或导致不同相之间的不合乎需要地强的不平衡差异模电感。
鉴于前述，需要多相共模扼流圈(诸如三相共模扼流圈)，其适合与高功率传输应用一起使用且其基本上控制且平衡共模扼流圈的不同相之间的差异模电感，以降低或消除系统不对称。
发明内容
根据一个实施例，共模扼流圈包括：
磁芯；和
至少两组多相线圈(coil)，各组中的多相线圈串联连接且同心地卷绕在磁芯上。
根据另一实施例，共模扼流圈包括：
磁芯；和
至少两组多相线圈，各组中的多相线圈串联连接且同心地布置在闭合框架磁芯上，以用于平衡相之间的差异模电感。
根据又一实施例，共模扼流圈包括：
磁芯；和
至少两组串联连接的多相线圈，各组串联连接的多相线圈包括同心地卷绕在磁芯上的多个线圈，其中，当多相线圈包括至少三相线圈时，各组多相线圈包括内部线圈、外部线圈和配置在内部和外部线圈之间的至少一个线圈，且此外其中，内部线圈包括与外部线圈不同数量的线卷线匝。
技术方案1：一种共模扼流圈，其包括：
磁芯；和
至少两组多相线圈，各组中的多相线圈串联连接且同心地卷绕在所述磁芯上。
技术方案2：根据技术方案1所述的共模扼流圈，其特征在于，所述至少两组多相线圈包括至少两组三相线圈。
技术方案3：根据技术方案1所述的共模扼流圈，其特征在于，各组多相线圈同心地卷绕在所述磁芯的相应部分上，其中，各组多相线圈与各其他组多相线圈不重叠。
技术方案4：根据技术方案1所述的共模扼流圈，其特征在于，各组多相线圈同心地布置在所述磁芯上，以用于平衡相之间的差异模电感。
技术方案5：根据技术方案1所述的共模扼流圈，其特征在于，所述至少两组多相线圈包括第一组多相线圈，且还包括第二组多相线圈，所述第一组多相线圈包括相A外部线圈、相B中间线圈和相C内部线圈，所述第二组多相线圈包括相A内部线圈、相B中间线圈和相C外部线圈。
技术方案6：根据技术方案1所述的共模扼流圈，其特征在于，当所述多相线圈包括三相线圈时，各组多相线圈包括内部线圈、外部线圈和配置在内部和外部线圈之间的中间线圈，且此外其中，内部线圈包括与和外部线圈相关的线卷线匝数量不同数量的线卷线匝。
技术方案7：根据技术方案6所述的共模扼流圈，其特征在于，与至少一组三相线圈相关的线卷线匝的数量之间的关系可表示为2*Tm = Tin + Tout，其中，Tin为内部线卷线匝的数量，Tm为中间线卷线匝的数量，且Tout为外部线卷线匝的数量。
技术方案8：根据技术方案1所述的共模扼流圈，其特征在于，所述磁芯包括多个支腿，且此外其中，与第一组多相线圈和定向相电流相关的至少一个相线圈一起在所述磁芯的共用支腿上配置在与第二组多相线圈和第二定向相电流相关的对应相线圈附近，其中，第一定向电流沿与第二定向电流相反的方向行进。
技术方案9：根据技术方案1所述的共模扼流圈，其特征在于，所述磁芯包括多个支腿，且此外其中，多组多相线圈一起配置在所述磁芯的各支腿上。
技术方案10：一种共模扼流圈，其包括：
磁芯；和
至少两组多相线圈，各组中的多相线圈串联连接且同心地布置在闭合框架磁芯上，以用于平衡相之间的差异模电感。
技术方案11：根据技术方案10所述的共模扼流圈，其特征在于，各组多相线圈同心地卷绕在所述磁芯的相应部分上，其中，各组多相线圈与各其他组多相线圈不重叠。
技术方案12：根据技术方案10所述的共模扼流圈，其特征在于，当所述多相线圈包括三相线圈时，各组多相线圈包括内部线圈、外部线圈和配置在内部和外部线圈之间的中间线圈，且此外其中，内部线圈包括与和外部线圈相关的线卷线匝的数量不同数量的线卷线匝。
技术方案13：根据技术方案12所述的共模扼流圈，其特征在于，与至少一组三相线圈相关的线卷线匝的数量之间的关系可表示为2*Tm = Tin + Tout，其中，Tin为内部线卷线匝的数量，Tm为中间线卷线匝的数量，且Tout为外部线卷线匝的数量。
技术方案14：根据技术方案10所述的共模扼流圈，其特征在于，所述磁芯包括多个支腿，且此外其中，与第一组多相线圈和第一定向相电流相关的至少一个相线圈一起在所述磁芯的共用支腿上配置在与第二组多相线圈和第二定向相电流相关的对应相线圈附近，其中，第一定向电流沿与第二定向电流相反的方向行进。
技术方案15：根据技术方案10所述的共模扼流圈，其特征在于，所述磁芯包括多个支腿，且此外其中，多组多相线圈一起配置在所述磁芯的各支腿上。
技术方案16：一种共模扼流圈，其包括：
磁芯；和
至少两组串联连接的多相线圈，各组串联连接的多相线圈包括同心地卷绕在所述磁芯上的多个线圈，其中，当所述多相线圈包括至少三相线圈时，各组多相线圈包括内部线圈、外部线圈和配置在内部和外部线圈之间的至少一个线圈，且此外其中，内部线圈包括与外部线圈不同数量的线卷线匝。
技术方案17：根据技术方案16所述的共模扼流圈，其特征在于，各组多相线圈同心地卷绕在所述磁芯的相应部分上，且此外其中，各组多相线圈与各其他组多相线圈不重叠。
技术方案18：根据技术方案16所述的共模扼流圈，其特征在于，各组多相线圈同心地布置在所述磁芯上，以用于平衡相之间的差异模电感。
技术方案19：根据技术方案16所述的共模扼流圈，其特征在于，当所述多相线圈为三相线圈时，与至少一组三相线圈相关的线卷线匝的数量之间的关系表示为2*Tm = Tin +Tout，其中，Tin为内部线卷线匝的数量，Tm为中间线卷线匝的数量，且Tout为外部线卷线匝的数量。
技术方案20：根据技术方案16所述的共模扼流圈，其特征在于，所述磁芯包括多个支腿，且此外其中，与第一组多相线圈和定向相电流相关的至少一个相线圈一起在所述磁芯的共用支腿上配置在与第二组多相线圈和第二定向相电流相关的对应相线圈附近，其中，第一定向电流沿与第二定向电流相反的方向行进。
技术方案21：根据技术方案16所述的共模扼流圈，其特征在于，所述磁芯包括多个支腿，且此外其中，多组多相线圈一起配置在所述磁芯的各支腿上。
附图说明
当参照附图阅读下列详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中：
图1是示出磁性E芯上的，且其在本领域中公知的三相共模扼流圈线卷布置的平面视图，；
图2是示出在本领域中公知的另一三相共模扼流圈线卷布置的平面视图；
图3是示出根据一个实施例的三相共模扼流圈线卷布置的平面视图；且
图4是图3中示出的三相共模扼流圈线卷布置的透视图。
如在论述中所提到的，尽管以上示出的附图阐释特定实施例，但也构想本发明的其他实施例。在所有情况下，本公开作为表示而非限制提出本发明的例示的实施例。本领域技术人员可想到落在本发明原理的范围和精神内的许多其他更改和实施例。
部件列表
10 三相共模(CM)扼流圈
12 磁性E芯
14 三相线卷组
20 三相CM扼流圈
22 三相线卷组
24 三相线卷组
30 三相CM扼流圈
32 三相线卷组
34 三相线卷组
36 相A线卷/线圈
38 相B线卷/线圈
40 相C线卷/线圈
42 磁芯第一部分
44 磁芯
46 磁芯第二部分。
具体实施方式
图1是示出磁性E芯12上的，且在本领域中公知的三相共模(CM)扼流圈10线卷布置的平面视图。三相CM扼流圈10具有单个三相线卷组14，该单个三相线卷组14同心地布置在磁性E芯12上。当用作中压(MV)大功率额定值驱动器中的共相滤波器时，三相CM扼流圈10线卷布置由于不同相之间的过大不平衡差异模电感而提出难题。
图2是示出在本领域中公知的另一三相共模扼流圈20线卷布置的平面视图。三相CM扼流圈20具有一对三相线卷组22、24。线卷组22与线卷组24对称。尽管与三相CM扼流圈20相关的线卷布置导致不同相之间的不平衡差异模电感的降低，但该降低对于用作某些MV大功率额定值驱动器应用中的共模滤波器而言可能是不充分的。不同相之间的所得的不平衡差异模电感可不利地导致过热和效率的降低。
图3是示出根据一个实施例的三相共模扼流圈30线卷布置的平面视图。本文中描述的试验结果示出，与三相CM扼流圈30相关的线卷布置的不同相之间的所得的不平衡差异模电感显著小于与三相CM扼流圈20相关的不同相之间的所得的不平衡差异模电感。
三相CM扼流圈30包括两个三相线卷组32、34。各三相线卷组包括相A线卷/线圈36，相B线卷/线圈38和相C线卷/线圈40。三相线卷组32的内部线卷/线圈包括相C线卷/线圈40。三相线卷组32的中间线卷/线圈包括相B线卷/线圈38。三相线卷组32的外部线卷包括相A线卷/线圈36。三相线卷组34的内部线卷包括相A线卷/线圈36。三相线卷组34的中间线卷包括相B线卷/线圈38。三相线卷组34的外部线卷包括相C线卷/线圈40。根据一个实施例，各组32、34中的相线卷A、B、C串联连接。
三相线卷组32同心地卷绕在磁芯44的第一部分42上，而线卷组34同心地卷绕在磁芯44的第二部分46上，该第二部分46与磁芯44的第一部分42不同。
根据一个实施例，通过使用第一数量的内部线卷线匝(Tin)和第二数量的外部线卷线匝(Tout)来导致与三相CM扼流圈30相关的线卷/线圈布置的不同相之间的所得的不平衡差异模电感的进一步降低，其中第一数量的内部线卷线匝与第二数量的外部线卷线匝不同。根据另一实施例，发现适合用于进一步平衡相之间的差异模电感的线卷线匝之间的关系可表示为2*Tm = Tin + Tout，其中Tm为中间线卷线匝的数量。
图4是在图3中示出的三相共模扼流圈30线卷布置的透视图。根据一个方面，三相线卷组32的外部相A线卷/线圈36包括与三相线卷组34的内部相A线卷/线圈36相同数量的线匝，三相线卷组32的中间相B线卷/线圈36包括与三相线卷组34的中间相B线卷/线圈38相同数量的线匝，并且三相线卷/线圈组32的内部相C线卷40包括与三相线卷/线圈组34的外部相C线卷/线圈40相同数量的线匝。因此，当与线卷/线圈组34中的相线卷/线圈相比时，线卷/线圈组32中的相线卷/线圈相对于彼此不同地布置。
尽管可见本文中所述的实施例使用闭合磁芯框架结构44，但应理解的是，根据在本文中所述的原理，可一样简单地使用其他芯框架结构。尽管磁芯44例如包括具有开口中心的正方形或矩形形状的芯框架，但可一样容易地使用一对C形磁芯元件，以简单地通过将该对中的一个C形芯元件的开口端部与另一C形芯元件的开口端部连结来实现正方形或矩形形状的闭合芯框架。一些实施例中的这种布置可导致连接框架部分之间的一个或更多个小的空气间隙，同时仍提供基本上闭合的芯结构。可理解的是，C形芯框架和E形芯框架各自具有开口芯框架结构，而正方形或矩形形状芯框架各自具有闭合结构。取决于应用，一些实施例可使用在本文中所述的原理来采用和打开芯结构，诸如(不进行限制)E形芯或C形芯。
在概要说明中，根据一个实施例的共模扼流圈30包括磁芯44和至少两组串联连接的三相线卷/线圈32、34，各组32、34同心地卷绕在磁芯44上，且布置在磁芯44上，以用于平衡三个相A、B C之间的差异模电感。串联连接的三相线卷/线圈的各组32、34可包括内部线圈、外部线圈和配置在内部和外部线圈之间的中间线圈。内部线圈可包括与外部线圈不同数量的线卷线匝。
还可理解的是，尽管已参考三相线卷/线圈在本文中描述了某些实施例，但其他实施例可使用在本文中所述的原理而包括与三相线卷/线圈不同的多相线卷/线圈，例如，两相、四相等。
此外，一些实施例可包括夹层结构线卷。例如，两相A线卷可配置在磁芯44的一个支腿上，其中，相A线卷中的一个容纳从上侧到下侧的电流，而另一相A线卷容纳从下侧到上侧的电流。
根据使用夹层结构的另一线卷的实施例，多个线卷组可配置在磁芯44的一个支腿上。例如，一个支腿可包括(A、B、C)(C、B、A)线卷样式，而第二支腿可包括(C、B、A)(A、B、C)线卷样式。
尽管已关于各种具体实施例描述了本发明，但本领域技术人员将认识到，本发明可在具有在本公开的精神和范畴内的修改的情况下实施。

Claims (7)

1.一种共模扼流圈(30)，其包括：
磁芯(44)；
第一组多相线圈；
第二组多相线圈；
其中所述第一组多相线圈和所述第二组多相线圈中的每一个包括同心地卷绕在所述磁芯(44)上的内部线圈和外部线圈；并且
所述第一组多相线圈的内部线圈与所述第二组多相线圈的外部线圈串联，并且所述第一组多相线圈的外部线圈与所述第二组多相线圈的内部线圈串联，以平衡相之间的差异模电感。
2.根据权利要求1所述的共模扼流圈(30)，其特征在于，所述第一组多相线圈和所述第二组多相线圈中的每一个包括配置在内部线圈和外部线圈之间的中间线圈；以及，
所述第一组多相线圈的中间线圈与所述第二组多相线圈的中间线圈串联。
3.根据权利要求1所述的共模扼流圈(30)，其特征在于，各组多相线圈与各其他组多相线圈不重叠。
4.根据权利要求1所述的共模扼流圈(30)，其特征在于，所述第一组多相线圈的内部线圈包括与和所述第一组多相线圈的外部线圈相关的线圈线匝数量不同的线圈线匝。
5.根据权利要求4所述的共模扼流圈(30)，其特征在于，与至少一组三相线圈相关的线圈线匝的数量之间的关系可表示为2*Tm＝Tin+Tout，其中，Tin为所述内部线圈的线匝的数量，Tm为中间线圈的线匝的数量，且Tout为所述外部线圈的线匝的数量。
6.根据权利要求1所述的共模扼流圈(30)，其特征在于，所述磁芯(44)包括多个支腿，且此外其中，多组多相线圈一起配置在所述磁芯(44)的各支腿上。
7.一种共模扼流圈(30)，其包括：
磁芯(44)；
第一组多相线圈；
第二组多相线圈；
其中所述第一组多相线圈和所述第二组多相线圈中的每一个包括同心地布置在闭合框架磁芯(44)上的内部线圈和外部线圈；
所述第一组多相线圈的内部线圈与所述第二组多相线圈的外部线圈串联，并且所述第一组多相线圈的外部线圈与所述第二组多相线圈的内部线圈串联，以用于平衡相之间的差异模电感。
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