CN105895302A

CN105895302A - 一种多相磁集成耦合电感器

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Publication number: CN105895302A
Application number: CN201410453138.7A
Authority: CN
Inventors: 杨玉岗; 卢进
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2034-09-01
Also published as: CN105895302B

Abstract

一种多相磁集成耦合电感器，由“U”字形铁芯、“T”字形铁芯和线圈组成；将所述“T”字形铁芯的磁柱置于所述“U”字形铁芯的磁柱之间；在所述“T”字形铁芯的磁轭与所述“U”字形铁芯的各个磁柱之间形成一组气隙，在所述“U”字形铁芯的磁轭与所述“T”字形铁芯的各个磁柱之间形成另一组气隙；在所述“U”字形铁芯的各个磁柱上绕制所述各相线圈。本发明的有益效果是：用于交错并联开关电源中各相电感器的耦合集成，可以提高各相电感参数的对称度，简化铁芯的耦合结构，减小线圈长度，节约铜材，减小线圈的铜损耗，降低电源的输出电流和电压纹波，减小电源的输出滤波电容，提高电源的效率和动态响应速度。

Description

一种多相磁集成耦合电感器

技术领域

本发明涉及一种电感器，尤其是用于多相交错并联开关电源的一种多相磁集成耦合电感器。

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，包括为计算机的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)和数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)等高精度、高速度微处理器提供精密电源的电压调整模块，以及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由铁芯和线圈构成，线圈绕在铁芯的磁柱上。现有的多相磁集成耦合电感器存在着各相电感参数的对称度较低、铁芯的磁耦合结构复杂、线圈的长度较长、线圈的铜损耗较大等技术不足。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种各相电感参数的对称度较高、铁芯的耦合结构简单、线圈长度最小、节约铜材、线圈铜损耗和铁芯损耗尽量减小、而且实施方便的多相磁集成耦合电感器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多相磁集成耦合电感器，由“U”字形铁芯、“T”字形铁芯和线圈组成；将所述“T”字形铁芯的磁柱置于所述“U”字形铁芯的磁柱之间；在所述“T”字形铁芯的磁轭与所述“U”字形铁芯的各个磁柱之间分别保持一段距离而形成一组气隙，在所述“U”字形铁芯的磁轭与所述“T”字形铁芯的各个磁柱之间分别保持一段距离而形成另一组气隙；在所述“U”字形铁芯的各个磁柱上分别绕制所述各相线圈；所述“U”字形铁芯磁柱和“T”字形铁芯磁柱的横截面可以是圆形、半圆形、椭圆形、三角形、矩形、正方形、五边形、六边形、七边形、八边形、矩形和圆形的组合形、矩形和半圆形的组合形、矩形和椭圆形的组合形；所述“U”字形铁芯和“T”字形铁芯可以采用铁氧体、硅钢片、铁硅、金属磁粉芯、非晶、超微晶或其他任何铁磁性材料，所述线圈可以采用外包绝缘层的铜、铝、银或其他任何金属材料。

本发明的有益效果是：可以用于任意多相交错并联开关电源中各相电感器的耦合集成，可以提高各相电感参数的对称度，简化铁芯的耦合结构，减小线圈长度，节约铜材，减小线圈的铜损耗，降低电源的输出电流和电压纹波，减小电源的输出滤波电容，提高电源的效率和动态响应速度。

以下结合附图以实施例作具体说明。

附图说明

图1是一种两相磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图2是图1的实施例二的一种两相磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图3是图1的实施例三的一种两相磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图4是图1的实施例四的一种三相磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图5是图2的实施例五的一种三相磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图6是图3的实施例六的一种三相磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图7是图4的实施例七的一种三相磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图8是图5的实施例八的一种三相磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图9是图6的实施例九的一种三相磁集成耦合电感器的结构俯视图。

图中，1-“U”字形铁芯；1-1-“U”字形铁芯的磁柱；1-2-“U”字形铁芯的磁轭；2-“T”字形铁芯；2-1-“T”字形铁芯的磁柱；2-2-“T”字形铁芯的磁轭；3-线圈；4-“U”字形铁芯的磁柱1-1与“T”字形铁芯的磁轭2-2之间的气隙；5-“T”字形铁芯的磁柱2-1与“U”字形铁芯的磁轭1-2之间的气隙；6-“E”字形铁芯；6-1-“E”字形铁芯的外侧磁柱，6-2-“E”字形铁芯的中间磁柱；7-两个“E”字形铁芯的外侧磁柱6-1之间的气隙；8-两个“E”字形铁芯的中间磁柱6-2之间的气隙；9-“I”字形铁芯。

具体实施方式

实施例一：

参照附图1，一种两相磁集成耦合电感器，由“U”字形铁芯1、“T”字形铁芯2和线圈组成3；将所述“T”字形铁芯2的磁柱2-1置于所述“U”字形铁芯1的两个磁柱1-1之间；在所述“T”字形铁芯2的磁轭2-2与所述“U”字形铁芯1的两个磁柱1-1之间分别保持一段距离而形成两个气隙4，在所述“U”字形铁芯1的磁轭1-2与所述“T”字形铁芯2的磁柱2-1之间保持一段距离而形成气隙5；在所述“U”字形铁芯1的两个磁柱1-1上分别绕制所述两相线圈3；所述“U”字形铁芯磁柱1-1和“T”字形铁芯磁柱2-1的横截面可以是圆形、半圆形、椭圆形、三角形、矩形、正方形、五边形、六边形、七边形、八边形、矩形和圆形的组合形、矩形和半圆形的组合形、矩形和椭圆形的组合形；所述“U”字形铁芯1和“T”字形铁芯2可以采用铁氧体、硅钢片、铁硅、金属磁粉芯、非晶、超微晶或其他任何铁磁性材料，所述线圈3可以采用外包绝缘层的铜、铝、银或其他任何金属材料；在所述两相线圈3上所示的两个箭头方向表示一种电流方向的应用实施例。

实施例二：

参照附图2，一种两相磁集成耦合电感器，在实施例一中的“U”字形铁芯1的两个磁柱1-1之间增加一个中间磁柱，形成一个“E”字形铁芯6；在实施例一中的“T”字形铁芯2的磁轭2-2两端增加两个外侧磁柱，形成另一个“E”字形铁芯6；在所述两个“E”字形铁芯6的外侧磁柱6-1之间保持一段距离而形成气隙7，在所述两个“E”字形铁芯6的中间磁柱6-2之间保持一段距离而形成气隙8，在所述两个“E”字形铁芯6的所述外侧磁柱6-1上绕制所述两相线圈3。

实施例三：

参照附图3，一种两相磁集成耦合电感器，将实施例2中的其中一个“E”字形铁芯6的三个磁柱6-1和6-2去掉，形成“I”字形铁芯9。

实施例四：

参照附图4，一种三相磁集成耦合电感器，在实施例一中的“U”字形铁芯1上增加一个磁柱而形成“E”字形铁芯，并在所增加的磁柱上绕制第三相线圈3；在实施例一中的“T”字形铁芯2上增加一个磁柱而形成“∏”字形铁芯，所述“∏”字形铁芯的两个磁柱置于所述“E”字形铁芯的三个磁柱之间。依此类推，可以形成四相、五相、六相乃至一千相以内的任意多相磁集成耦合电感器。

实施例五：

参照附图5，一种三相磁集成耦合电感器，在实施例二中的两个“E”字形铁芯上各增加一个中间磁柱6-2和一个外侧磁柱6-1，在所增加的外侧磁柱6-1上绕制第三相线圈3。依此类推，可以形成四相、五相、六相乃至一千相以内的任意多相磁集成耦合电感器。

实施例六：

参照附图6，一种三相磁集成耦合电感器，在实施例三中的“E”字形铁芯上增加一个中间磁柱6-2和一个外侧磁柱6-1，在所增加的外侧磁柱6-1上绕制第三相线圈3。依此类推，可以形成四相、五相、六相乃至一千相以内的任意多相磁集成耦合电感器。

实施例七：

参照附图7，一种三相磁集成耦合电感器，将实施例四中的“E”字形铁芯的磁轭和“∏”字形铁芯的磁轭两端加长。依此类推，可以形成四相、五相、六相乃至一千相以内的任意多相磁集成耦合电感器。

实施例八：

参照附图8，一种三相磁集成耦合电感器，将实施例五中的两个“E”字形铁芯的磁轭两端都加长。依此类推，可以形成四相、五相、六相乃至一千相以内的任意多相磁集成耦合电感器。

实施例九：

参照附图9，一种三相磁集成耦合电感器，将实施例五中的“E”字形铁芯的磁轭两端和“I”字形铁芯的两端都加长。依此类推，可以形成四相、五相、六相乃至一千相以内的任意多相磁集成耦合电感器。

Claims

1.一种多相磁集成耦合电感器，由“U”字形铁芯、“T”字形铁芯和线圈组成；将所述“T”字形铁芯的磁柱置于所述“U”字形铁芯的磁柱之间；在所述“T”字形铁芯的磁轭与所述“U”字形铁芯的各个磁柱之间分别保持一段距离而形成一组气隙，在所述“U”字形铁芯的磁轭与所述“T”字形铁芯的各个磁柱之间分别保持一段距离而形成另一组气隙；在所述“U”字形铁芯的各个磁柱上分别绕制所述各相线圈；所述“U”字形铁芯磁柱和“T”字形铁芯磁柱的横截面可以是圆形、半圆形、椭圆形、三角形、矩形、正方形、五边形、六边形、七边形、八边形、矩形和圆形的组合形、矩形和半圆形的组合形、矩形和椭圆形的组合形；所述“U”字形铁芯和“T”字形铁芯可以采用铁氧体、硅钢片、铁硅、金属磁粉芯、非晶、超微晶或其他任何铁磁性材料，所述线圈可以采用外包绝缘层的铜、铝、银或其他任何金属材料；所说的“多相”指的是一千相以内的正整数相，如两相、三相、四相、五相、六相、七相、八相、九相、十相、一百相、一千相，等等。

2.根据权利要求1所述的一种多相磁集成耦合电感器，其特征在于：磁集成耦合电感器的相数为两相，即形成一种两相磁集成耦合电感器；将所述“T”字形铁芯的磁柱置于所述“U”字形铁芯的两个磁柱之间；在所述“T”字形铁芯的磁轭与所述“U”字形铁芯的两个磁柱之间分别保持一段距离而形成两个气隙，在所述“U”字形铁芯的磁轭与所述“T”字形铁芯的磁柱之间保持一段距离而形成一个气隙；在所述“U”字形铁芯的两个磁柱上分别绕制所述两相线圈。

3.根据权利要求2所述的一种两相磁集成耦合电感器，其特征在于：在所述“U”字形铁芯的两个磁柱之间增加一个中间磁柱，形成一个“E”字形铁芯；在所述“T”字形铁芯的磁轭两端增加两个外侧磁柱，形成另一个“E”字形铁芯；在所述两个“E”字形铁芯的外侧磁柱之间保持一段距离而形成两个气隙，在所述两个“E”字形铁芯的中间磁柱之间保持一段距离而形成一个气隙，在所述两个“E”字形铁芯的所述外侧磁柱上绕制所述两相线圈。

4.根据权利要求3所述的一种两相磁集成耦合电感器，其特征在于：将其中一个“E”字形铁芯的三个磁柱去掉，形成“I”字形铁芯。

5.根据权利要求2所述的一种多相磁集成耦合电感器，其特征在于：磁集成耦合电感器的相数为三相，即形成一种三相磁集成耦合电感器；在所述“U”字形铁芯上增加一个磁柱而形成“E”字形铁芯，并在所增加的磁柱上绕制第三相线圈；在所述“T”字形铁芯上增加一个磁柱而形成“∏”字形铁芯，所述“∏”字形铁芯的两个磁柱置于所述“E”字形铁芯的三个磁柱之间；依此类推，可以形成三相以上的多相磁集成耦合电感器。

6.根据权利要求3所述的一种多相磁集成耦合电感器，其特征在于：磁集成耦合电感器的相数为三相，即形成一种三相磁集成耦合电感器；在所述两个“E”字形铁芯上各增加一个中间磁柱和一个外侧磁柱，在所增加的外侧磁柱上绕制第三相线圈；依此类推，可以形成三相以上的多相磁集成耦合电感器。

7.根据权利要求4所述的一种多相磁集成耦合电感器，其特征在于：磁集成耦合电感器的相数为三相，即形成一种三相磁集成耦合电感器；在所述“E”字形铁芯上增加一个中间磁柱和一个外侧磁柱，在所增加的外侧磁柱上绕制第三相线圈；依此类推，可以形成三相以上的多相磁集成耦合电感器。

8.根据权利要求5所述的一种三相磁集成耦合电感器，其特征在于：将所述“E”字形铁芯的磁轭和“∏”字形铁芯的磁轭两端加长；依此类推，可以形成三相以上的多相磁集成耦合电感器。

9.根据权利要求6所述的一种三相磁集成耦合电感器，其特征在于：将所述两个“E”字形铁芯的磁轭两端都加长；依此类推，可以形成三相以上的多相磁集成耦合电感器。

10.根据权利要求7所述的一种三相磁集成耦合电感器，其特征在于：将所述“E”字形铁芯的磁轭两端和“I”字形铁芯的两端都加长；依此类推，可以形成三相以上的多相磁集成耦合电感器。