CN218447486U - 共磁轭集成磁芯、共磁轭集成电感及逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种共磁轭集成磁芯、共磁轭集成电感及逆变器，该共磁轭集成磁芯包括：N组磁柱，N组磁柱沿第一方向依次排布；N+1个磁轭，N+1个所述磁轭平行设置于第二方向；其中，每相邻的两个所述磁轭与一组所述磁柱形成一“口”字形闭合框架。本实用新型可以解决现有逆变器中功率电感体积大的问题。

Description

共磁轭集成磁芯、共磁轭集成电感及逆变器

技术领域

本实用新型涉及电感技术领域，特别涉及一种共磁轭集成磁芯、共磁轭集成电感及逆变器。

背景技术

光伏逆变器是一种应用于新能源发电系统的电源转换设备，可将直流电转换成交流电，功率电感是逆变电路中的重要器件，承担着能量的传递、储存以及滤波等功能。现有逆变器中功率电感多采用单相独立式电感，当单相独立式电感应用于三相逆变器其他多相功率设备时，通常需要用到三个单相独立式电感作为三相逆变器的三个滤波电感，然而这导致了现有逆变器中功率电感的体积大，重量大等问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种共磁轭集成磁芯，旨在解决现有逆变器中功率电感体积大的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的共磁轭集成磁芯，包括：

N组磁柱，N组磁柱沿第一方向依次排布；

N+1个磁轭，N+1个所述磁轭平行设置于第二方向；其中，

每相邻的两个所述磁轭与一组所述磁柱形成一“口”字形闭合框架。

可选地，所述磁轭的磁导率大于所述磁柱的磁导率。

可选地，每组磁柱包括两个磁柱，每一所述磁柱上开设有多个气隙。

可选地，每组磁柱包括两个磁柱；

在每一所述闭合框架中，两个磁柱中的一个所述磁柱夹设于两个所述磁轭的第一端之间，两个磁柱中的另一个所述磁柱夹设于两个所述磁轭的第二端之间。

可选地，每组磁柱包括两个磁柱；

在每一所述闭合框架中，两个磁轭中的一个所述磁轭夹设于两个所述磁柱的第一端之间，两个磁轭中的另一个所述磁轭夹设于两个所述磁柱的第二端之间。

可选地，每组磁柱包括两个磁柱；

在每一所述闭合框架中，两个所述磁轭的第一端设置于两个磁柱中的一个所述磁柱的同一侧，且两个磁柱中的另一个所述磁柱夹设于两个所述磁轭的第二端之间。

可选地，每组磁柱包括两个磁柱；

在每一所述闭合框架中，每一所述磁柱的两端均开设有嵌设槽，每一所述磁轭夹设于两个所述磁柱之间，且每一所述磁轭的两端嵌入所述嵌设槽设置。

本实用新型还提出一种共磁轭集成电感，包括至少N个绕组及上述的共磁轭集成磁芯；其中，

每一组所述共磁轭集成磁芯中的磁柱上绕设有至少一个绕组。

可选地，所述共磁轭集成电感还包括：

壳体，所述壳体具有一容置腔，所述共磁轭集成磁芯设置于所述容置腔内；

所述容置腔内还填充有灌封胶，以使所述共磁轭集成磁芯固定于所述容置腔内。

本实用新型还提出一种逆变器，包括逆变电路及上述的共磁轭集成电感；其中，

所述逆变电路的输出端与所述共磁轭集成电感的绕组电连接。

本实用新型技术方案通过设置磁柱及磁轭形成多个磁路，并且使每相邻的两个磁路共用一个磁轭，使得共磁轭集成电感在满足逆变器系统稳定性、纹波电流、三相电路总谐波电流畸变率等性能要求的同时，减少了磁芯的使用量，缩小了体积，减轻了重量，有利于逆变器系统的空间布局，解决了现有逆变器中功率电感体积大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型共磁轭集成磁芯一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型共磁轭集成磁芯另一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型共磁轭集成磁芯又一实施例的结构示意图；

图4为本实用新型共磁轭集成磁芯再一实施例的结构示意图；

图5为本实用新型共磁轭集成磁芯另一实施例的结构示意图；

图6为本实用新型逆变器一实施例的功能模块示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10～16	磁柱	30～33	绕组
20～24	磁轭

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种共磁轭集成磁芯。

目前，现有逆变器中功率电感多采用单相独立式电感，当单相独立式电感应用于三相逆变器其他多相功率设备时，通常需要用到三个单相独立式电感作为三相逆变器的三个滤波电感，然而这导致了现有逆变器中功率电感的体积大，重量大等问题。

为解决上述问题，参照图1至图6，在一实施例中，所述共磁轭20集成磁芯包括：

N组磁柱10，N组磁柱10沿第一方向依次排布；

N+1个磁轭20，N+1个所述磁轭20平行设置于第二方向；其中，

每相邻的两个所述磁轭20与一组所述磁柱10形成一“口”字形闭合框架。

可以理解的是，当N＝1时，两个磁轭20跟一组磁柱10形成一“口”字形闭合框架，也即形成一单相独立式电感，现有逆变器中功率电感多采用单相独立式电感，当逆变器为三相逆变器时，通常需要用到三个单相独立式电感作为三相逆变器的三个滤波电感，然而这导致了现有逆变器中功率电感的体积大，重量大等问题。

因此，在本实施例中，N大于或等于二，第二方向设置为与第一方向垂直，每组磁柱10中包括两个磁柱10，每组磁柱10中的两个磁柱10呈“二”字形相互平行设置，N组磁柱10沿第一方向依次排布，也即N组磁柱10依次首尾相连排布，例如，当N等于3时，三组磁柱10沿第一方向依次排布后呈“二二二”字形。N+1个磁轭20平行设置于第二方向，也即每一磁轭20呈“丨”字形设置，使得每相邻的两个磁轭20与一组磁柱10形成一“口”字形闭合框架，也即形成一“口”字形的磁路，此时，N即为磁路的数量，且相邻的两个磁路共用一个磁轭20。其中，磁柱10和磁轭20的形状和体积可以根据实际的使用需求进行设置，磁柱10横截面形状可以为圆形、跑道形、矩形、多边形、圆角矩形或圆角多边形等，磁轭20的横截面形状可以与磁柱10的横截面形状相同，也可以不同，例如，磁柱10的横截面形状为圆形，磁轭20的横截面形状为矩形。

参照图2，图2为共磁轭集成电感一实施的结构示意图，图中N＝3，也即四个磁轭20与三组磁柱10形成一个三相共磁轭集成电感，其中，每组磁柱10包括两个磁柱10，每两个磁轭20和两个磁柱10组成一个“口”字形的磁路，四个磁轭20与三组磁柱10共组成三个“口”字形的磁路，且相邻的两个磁路共用一个磁轭20。

本实施例以N＝3为例进行说明，具体地，图2中的三相共磁轭集成电感包括：磁柱11、12、13、14、15和16共六个磁柱，以及磁轭21、22、23和24供四个磁轭。六个磁柱11、12、13、14、15和16分别设置在四个磁轭21、22、23和24之间。绕组包括三个绕组31、32和33。三个绕组31、32和33分别绕制在六个磁柱11和14、12和15、13和16上。31绕组和磁芯组成的电感磁路与32绕组和磁芯组成的电感磁路共磁轭22，而32绕组和磁芯组成的电感磁路与33绕组和磁芯组成的磁路共磁轭23。

如此设置，使得每相邻的两个磁路共用一个磁轭20，能够减少磁轭20的使用数量，从而使得电感的整体更加紧凑，减小了电感的整体体积，减轻了电感的整体质量，从而有利于逆变器系统的空间布局。此外，由于减少磁轭20的使用量，从而减少了电感的磁滞现象，进而降低了电感的整体磁芯损耗，提高了系统的效率。

本实用新型通过设置磁柱10及磁轭20形成多个磁路，并且使每相邻的两个磁路共用一个磁轭20，使得共磁轭集成电感在满足逆变器系统稳定性、纹波电流、三相电路总谐波电流畸变率等性能要求的同时，减少了磁芯的使用量，缩小了体积，减轻了重量，有利于逆变器系统的空间布局，使得共磁轭集成电感及逆变器能够适用于更多的应用场景，降低了共磁轭集成电感及逆变器的生产成本，提高了共磁轭集成电感及逆变器的实用性和适用性。

参照图1至图6，在一实施例中，所述磁轭20的磁导率大于所述磁柱10的磁导率。

在本实施例中，为了使电感能够正常进行解耦合，磁轭20的材料的磁导率要大于磁柱10的材料的磁导率，换而言之，磁柱10采用低磁导率材料，磁轭20采用高磁导率材料。例如，磁柱10的材料可以采用铁硅合金材料、铁硅铝合金材料、非晶粉末合金材料等有内部气隙的磁性材料制成，磁轭20的材料可以采用铁氧体合金材料、硅钢带材合金材料、非晶带材合金材料等无内部气隙的磁性材料制成，从而使得磁轭20的磁导率大于磁柱10的磁导率，进而使得电感能够正常进行解耦合。

参照图1至图6，在一实施例中，每组磁柱10包括两个磁柱10，每一所述磁柱10上开设有多个气隙。

可以理解的是，磁柱10上开设的气隙越大或开设的气隙越多，其磁柱10的磁导率也就越低，电感也就会越小，因此，在本实施例中，可以将每个磁柱10分为N部分，在这N部分之间设置N-1个间隔在毫米量级的气隙，则磁柱10就能够等效为由更低磁导率的磁性材料制成的磁柱10。因此，磁柱10上开设的气隙数量可以根据实际的使用需求来进行设置，磁柱10还可以由堆叠以形成层状结构的冲压硅钢片制成，以形成多个气隙满足不同的应用需求，提高了共磁轭集成电感及逆变器的实用性和适用性。

参照图2，在一实施例中，每组磁柱10包括两个磁柱10；

在每一所述闭合框架中，两个磁柱20中的一个所述磁柱10夹设于两个所述磁轭20的第一端之间，两个磁柱10中的另一个所述磁柱10夹设于两个所述磁轭20的第二端之间。

在本实施例中，磁柱10及磁轭20可以是由磁性材料制成的柱状体，柱状体的横截面形状可以为圆形、跑道形、矩形、多边形、圆角矩形或圆角多边形等，其中，磁柱10还可以由堆叠以形成层状结构的冲压硅钢片制成，以形成多个气隙满足不同的应用需求。参照图2，图2为共磁轭集成电感一实施的结构示意图，图中N＝3，也即四个磁轭20与三组磁柱10形成一个三相共磁轭集成电感，其中，在每一闭合框架中，每组磁柱10包括两个磁柱10，两个磁柱10均夹设在两个磁轭20之间，且分设于磁轭20的两端，使得每两个磁轭20和两个磁柱10组成一个“口”字形的磁路，四个磁轭20与三组磁柱10共组成三个“口”字形的磁路，且相邻的两个磁路共用一个磁轭20。如此设置，使得每相邻的两个磁路共用一个磁轭20，能够减少磁轭20的使用数量，从而使得电感的整体更加紧凑，减小了电感的整体体积，减轻了电感的整体质量，从而有利于逆变器系统的空间布局。此外，由于减少磁轭20的使用量，从而减少了电感的磁滞现象，进而降低了电感的整体磁芯损耗，提高了系统的效率。

可选地，每组磁柱10包括两个磁柱10；

在每一所述闭合框架中，两个磁轭20中的一个所述磁轭20夹设于两个所述磁柱10的第一端之间，两个磁轭20中的另一个所述磁轭20夹设于两个所述磁柱10的第二端之间。

参照图3，图3为共磁轭集成电感一实施的结构示意图，图中N＝3，也即四个磁轭20与三组磁柱10形成一个三相共磁轭集成电感，其中，在每一闭合框架中，每组磁柱10包括两个磁柱10，两个磁轭20均夹设在两个磁柱10之间，且分设于磁柱10的两端，使得每两个磁轭20和两个磁柱10组成一个“口”字形的磁路。可以理解的是，高磁导率的材料成本会大于低磁导率的材料成本，因此，将磁轭20夹设两个磁柱10均之间，能够减少磁轭20的用量，从而降低了共磁轭集成电感及逆变器的生产成本。

可选地，每组磁柱10包括两个磁柱10；

在每一所述闭合框架中，两个所述磁轭20的第一端设置于两个磁柱10中的一个所述磁柱10的同一侧，且两个磁柱10中的另一个所述磁柱10夹设于两个所述磁轭20的第二端之间。

参照图4，图4为共磁轭集成电感一实施的结构示意图，图中N＝3，也即四个磁轭20与三组磁柱10形成一个三相共磁轭集成电感，其中，在每一闭合框架中，每组磁柱10包括一长一短两个磁柱10，两个磁轭20设置于长磁柱10的同一侧并与长磁柱10呈“凵”字形设置，短磁柱10则夹设于两个磁轭20的第二端之间，以组成一个“口”字形的磁路。同理，如此设置磁轭20能够减少磁轭20的用量，从而降低了共磁轭集成电感及逆变器的生产成本。

可选地，每组磁柱10包括两个磁柱10；

在每一所述闭合框架中，每一所述磁柱10的两端均开设有嵌设槽，每一所述磁轭20夹设于两个所述磁柱10之间，且每一所述磁轭20的两端嵌入所述嵌设槽设置。

参照图5，图5为共磁轭集成电感一实施的结构示意图，图中N＝3，每一磁柱10的两端均开设有嵌设槽，其中，磁柱10位于内侧端的嵌设槽能够与另一个磁柱10内侧的嵌设槽组合形成一个用于固定磁轭20的安装槽，以使磁轭20被夹设固定于两个磁柱10之间，磁柱10位于外侧的嵌设槽则单独形成一个固定磁轭20的安装槽。如此设置，使得磁轭20能够被固定于两个磁柱10之间，从而使得磁路更加稳定，有利于提高共磁轭集成电感的稳定性，同理，将磁轭20固定于两个磁柱10之间，能够减少磁轭20的用量，从而降低了共磁轭集成电感及逆变器的生产成本。

本实用新型还提出一种共磁轭集成电感，包括至少N个绕组30及如上述的共磁轭20集成磁芯；其中，

每一组所述共磁轭20集成磁芯中的磁柱10上绕设有至少一个绕组30。

在本实施例中，共磁轭20集成磁芯上还绕设有至少N个绕组30，每一组共磁轭20集成磁芯中的磁柱10上绕设有至少一个绕组30，绕组30用于与逆变器中的逆变电路连接，以使共磁轭集成电感作为逆变器中的滤波电感进行使用。其中，绕组30的导线结构可以采用圆导线、扁平导线、梯台线或利兹线等，绕组30的导线材料可以采用铜线、铝线等，绕组30的进出线连接方式可以采用软连接、硬连接或软硬混合连接。例如，绕组30的进出线统一采用硬连接，或者统一采用软连接，或者进线采用硬连接、出线采用软连接，或者进线采用软连接、出线采用硬连接。

参照图1至图6，在一实施例中，所述共磁轭集成电感还包括：

壳体，所述壳体具有一容置腔，所述共磁轭20集成磁芯设置于所述容置腔内；

所述容置腔内还填充有灌封胶，以使所述共磁轭20集成磁芯固定于所述容置腔内。

在本实施例中，为满足共磁轭集成电感的防护等级和散热要求，可以通过灌封胶将共磁轭20集成磁芯封装在壳体内，壳体可以是由铝等金属材料或合金材料制成的，灌封可以采用相同导热率的灌封胶，也可以采用不同导热率的灌封胶。例如，统一采用导热率为2.0W/(m·K)的灌封胶，或者壳体下半部分采用导热率为2.0W/(m·K)的灌封胶，壳体上半部分采用导热率为1.5W/(m·K)的灌封胶。

本实用新型还提出一种逆变器，该逆变器包括逆变电路及上述的共磁轭集成电感；其中，

所述逆变电路的输出端与所述共磁轭集成电感的绕组30电连接。

在本实施例中，共磁轭集成电感中的N个绕组30分别为逆变器的N个滤波电感，逆变电路的输出端分别连接N个滤波电感。本申请不具体限定逆变器的具体应用场景，例如可以应用于光伏发电场景，逆变器的输入端用于连接光伏阵列，用于将光伏阵列输出的直流电转换为交流电提供为交流负载或者进行并网发电。由于本申请实施例提供的逆变器中包括以上的三相共磁轭集成电感，该三相共磁轭集成电感的体积较小，重量较轻，因此，有利于缩小逆变器的体积，减轻逆变器的重量，便于逆变器机柜内部的空间布局，当逆变器应用于光伏系统时，可以降低光伏系统的成本，而且磁轭20数量较少，降低磁芯损耗，提高发电效率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种共磁轭集成磁芯，其特征在于，包括：

N组磁柱，N组磁柱沿第一方向依次排布；

N+1个磁轭，N+1个所述磁轭平行设置于第二方向；其中，

每相邻的两个所述磁轭与一组所述磁柱形成一“口”字形闭合框架。

2.如权利要求1所述的共磁轭集成磁芯，其特征在于，所述磁轭的磁导率大于所述磁柱的磁导率。

3.如权利要求1所述的共磁轭集成磁芯，其特征在于，每组磁柱包括两个磁柱，每一所述磁柱上开设有多个气隙。

4.如权利要求1所述的共磁轭集成磁芯，其特征在于，每组磁柱包括两个磁柱；

在每一所述闭合框架中，两个磁柱中的一个所述磁柱夹设于两个所述磁轭的第一端之间，两个磁柱中的另一个所述磁柱夹设于两个所述磁轭的第二端之间。

5.如权利要求1所述的共磁轭集成磁芯，其特征在于，每组磁柱包括两个磁柱；

在每一所述闭合框架中，两个磁轭中的一个所述磁轭夹设于两个所述磁柱的第一端之间，两个磁轭中的另一个所述磁轭夹设于两个所述磁柱的第二端之间。

6.如权利要求1所述的共磁轭集成磁芯，其特征在于，每组磁柱包括两个磁柱；

在每一所述闭合框架中，两个所述磁轭的第一端设置于两个磁柱中的一个所述磁柱的同一侧，且两个磁柱中的另一个所述磁柱夹设于两个所述磁轭的第二端之间。

7.如权利要求1所述的共磁轭集成磁芯，其特征在于，每组磁柱包括两个磁柱；

在每一所述闭合框架中，每一所述磁柱的两端均开设有嵌设槽，每一所述磁轭夹设于两个所述磁柱之间，且每一所述磁轭的两端嵌入所述嵌设槽设置。

8.一种共磁轭集成电感，其特征在于，包括至少N个绕组及如权利要求1-7任意一项所述的共磁轭集成磁芯；其中，

每一组所述共磁轭集成磁芯中的磁柱上绕设有至少一个绕组。

9.如权利要求8所述的共磁轭集成电感，其特征在于，所述共磁轭集成电感还包括：

壳体，所述壳体具有一容置腔，所述共磁轭集成磁芯设置于所述容置腔内；

所述容置腔内还填充有灌封胶，以使所述共磁轭集成磁芯固定于所述容置腔内。

10.一种逆变器，其特征在于，包括逆变电路及如权利要求8-9任意一项所述的共磁轭集成电感；其中，

所述逆变电路的输出端与所述共磁轭集成电感的绕组电连接。

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