CN203406125U - 一种全对称可消除直流偏磁集成磁件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种全对称可消除直流偏磁集成磁件，包括呈“壬”字形状的中央铁芯和固定在中央铁芯两侧的侧部铁芯，所述中央铁芯和侧部铁芯固定构成不闭合的“田”字型绕组结构，所述“田”字型绕组结构四角分别留有空隙，其中部的十字形绕组臂上分别绕组有线圈，且相邻的线圈绕组方向相反。
Description
技术领域
本实用新型属于耦合电感器技术设备领域，尤其是涉及一种全对称可消除直流偏磁集成磁件。
背景技术
当前，电压调整模块(VRM)为了可以增大输出电流和功率、减小开关器件的电压和电流应力，通常采用多相交错并联的拓扑结构；而应用多相交错并联拓扑结构的双向开关电源也被广泛应用到电动汽车、混合动力车、UPS、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的场合。
利用PWM控制的多相交错并联拓扑结构在满载工作模态下可实现上述开关电源高效率的工作。但当开关电源处于轻载工作模态时，电路的损耗虽有减小，由于其输入功率减小更多，导致电源效率降低。因此，在轻载工作模态时，可采用通道控制，通过减少工作的通道数来减小电源损耗。储能电感器作为VRM和双向开关电源的重要部件，其集成化设计是极具挑战性的工作，尤其在遇到轻载模态需要改变通道数时，集成磁件的对称性和磁通饱和等因素的要求成为设计集成磁件的一大难题。
同时，现有的集成磁件大部分存在直流偏磁，不利于磁芯体积的减小和损耗的降低，严重影响磁件的载流能力，降低集成磁件铁芯的利用率。
实用新型内容
为了克服上述直流偏磁和改变通道数时集成磁件对称性的问题，本实用新型提出一种全对称可消除直流偏磁集成磁件
一种全对称可消除直流偏磁集成磁件，包括呈“壬”字形状的中央铁芯和固定在中央铁芯两侧的侧部铁芯，所述中央铁芯和侧部铁芯固定构成不闭合的“田”字型绕组结构，所述“田”字型绕组结构四角分别留有空隙，其中部的十字形绕组臂上分别绕组有线圈，且相邻的线圈绕组方向相反。
所述中央铁芯包括四个相互拼合在一起的U型铁芯，所述U形铁芯对称排列构成“壬”字形状的中央铁芯。
本实用新型的磁件结构，磁路气隙和线圈长度最小，降低了磁通损耗和线圈铜耗，减小磁件体积，并且有效地解决了集成磁件的对称性问题。
本发明的有益效果是：本实用新型既可应用于交错并联电压调整模块的电感集成，也可广泛应用于各种双向运行的交错并联开关电源的电感集成。有效地实现了开关电源的集成化、小型化、平面化和高效率。本实用新型实现了四相耦合电感的对称性，由于四相电感两两反向耦合，使集成磁件直流偏磁为零，防止铁芯饱和，提高了铁芯的利用率。又由于线圈绕组距离气隙较远，因此显著减小了由扩散磁通与旁路磁通引起的磁通损耗和电磁干扰。通过实现结构的全对称，本实用新型集成磁件应用在轻载模态的四相相交错并联拓扑结构时，当为了提高轻载效率，将四通道切换到二通道工作时，可直接切断一、四相的绕组电流，或者切断二、三相的绕组电流，而不会影响切相后的变换器工作。因为切相后的两相集成磁件结构依然是对称的，仍然可消除直流偏磁，避免了切相后铁芯磁通饱和。
本实用新型集成磁件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。通过改变气隙长度，可实现对集成磁件耦合度的调节。
附图说明
图1为本实用新型的一种实施方式的结构示意图；
图中，1、中央铁芯；11、U形铁芯；2、侧部铁芯；3、绕组臂；4、绕组线圈。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
结合图1，本实用新型的一种实施方式。一种全对称可消除直流偏磁集成磁件，包括呈“壬”字形状的中央铁芯1和固定在中央铁芯两侧的侧部铁芯2，所述中央铁芯和侧部铁芯固定构成不闭合的“田”字型绕组结构，所述“田”字型绕组结构四角分别留有空隙，其中部的十字形绕组臂3上分别绕组有线圈4，且相邻的线圈绕组方向相反。本实施例中，所述中央铁芯包括四个相互拼合在一起的U型铁芯11，所述U形铁芯对称排列构成“壬”字形状的中央铁芯。
本实施中，四个U形铁芯对称固定在一起构成中央铁芯，同时构成了绕组线圈缠绕的十字形绕组臂，侧部铁芯固定在两侧的绕组臂顶端构成整个磁件结构。
本实用新型在考虑磁轭磁阻与集成磁件对称性要求之后，设定所述四个“U”字形铁芯的中柱与横轭的长度皆相等，两个侧部铁芯的宽度与所述四个“U”字形铁芯的宽度皆相等。由于反向耦合可以提高变换器的动态响应性能，因此本集成磁件的四个线圈绕组需要两两反向耦合，从而达到消除直流偏磁的目的。在所述开口向左的两个“U”字形铁芯紧贴的横轭上缠绕所述四相线圈中的第一相；在所述居下的两个“U”字形铁芯紧贴的中柱上缠绕所述四相线圈中的第二相；在所述居上的两个“U”字形铁芯紧贴的中柱上缠绕所述四相线圈的第三相；在所述开口向右的两个“U”字形铁芯紧贴的横轭上缠绕所述四相线圈中的第四相；四相线圈的匝数相等，两两按反向耦合方式绕制。在所述的左右两侧四个“U”字形铁芯的外侧横轭设置四个磁路气隙，通过改变所述四个“U”字形铁芯外侧横轭的长度，可以调整所述磁路气隙的长度，从而调整所述全对称可消除直流偏磁集成磁件的耦合系数，满足漏感量要求。
本发明的有益效果是：本实用新型既可应用于交错并联电压调整模块的电感集成，也可广泛应用于各种双向运行的交错并联开关电源的电感集成。有效地实现了开关电源的集成化、小型化、平面化和高效率。本实用新型实现了四相耦合电感的对称性，由于四相电感两两反向耦合，使集成磁件直流偏磁为零，防止铁芯饱和，提高了铁芯的利用率。又由于线圈绕组距离气隙较远，因此显著减小了由扩散磁通与旁路磁通引起的磁通损耗和电磁干扰。通过实现结构的全对称，本实用新型集成磁件应用在轻载模态的四相相交错并联拓扑结构时，当为了提高轻载效率，将四通道切换到二通道工作时，可直接切断一、四相的绕组电流，或者切断二、三相的绕组电流，而不会影响切相后的变换器工作。因为切相后的两相集成磁件结构依然是对称的，仍然可消除直流偏磁，避免了切相后铁芯磁通饱和。
本实用新型集成磁件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。通过改变气隙长度，可实现对集成磁件耦合度的调节。
以上所述，为本实用新型的较佳实施案例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (2)
1.一种全对称可消除直流偏磁集成磁件，其特征在于，包括呈“壬”字形状的中央铁芯(1)和固定在中央铁芯两侧的侧部铁芯(2)，所述中央铁芯和侧部铁芯固定构成不闭合的“田”字型绕组结构，所述“田”字型绕组结构四角分别留有空隙，其中部的十字形绕组臂(3)上分别绕组有线圈(4)且相邻的线圈绕组方向相反。
2.根据权利要求1所述的全对称可消除直流偏磁集成磁件，其特征在于，所述中央铁芯包括四个相互拼合在一起的U形铁芯(11)，所述U形铁芯对称排列构成“壬”字形状的中央铁芯。
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| CN201320354522.2U CN203406125U (zh) | 2013-06-20 | 2013-06-20 | 一种全对称可消除直流偏磁集成磁件 |
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| CN (1) | CN203406125U (zh) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN110148512A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-20 | 合肥工业大学 | 三磁芯解耦磁集成变压器 |
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2013
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110148512A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-20 | 合肥工业大学 | 三磁芯解耦磁集成变压器 |
| CN110148512B (zh) * | 2019-05-23 | 2021-08-06 | 合肥工业大学 | 三磁芯解耦磁集成变压器 |
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