ES2334532B1 - METHOD OF OPTIMIZATION OF THE DESIGN OF INTEGRATED MAGNETIC COMPONENTS AND INTEGRATED MAGNETIC COMPONENT OBTAINED BY SUCH METHOD. - Google Patents

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ES2334532B1 ES200702858A ES200702858A ES2334532B1 ES 2334532 B1 ES2334532 B1 ES 2334532B1 ES 200702858 A ES200702858 A ES 200702858A ES 200702858 A ES200702858 A ES 200702858A ES 2334532 B1 ES2334532 B1 ES 2334532B1
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    • H03H7/01Frequency selective two-port networks
    • H03H7/09Filters comprising mutual inductance

Abstract

Método de optimización del diseño de componentes magnéticos integrados y componente magnético integrado obtenido por dicho método.Optimization method of component design integrated magnetic and integrated magnetic component obtained by Said method
Método de optimización del diseño de un componente magnético integrado formado por una pluralidad de componentes magnéticos discretos, mediante el aumento de grados de libertad del diseño de al menos un primer componente magnético discreto, donde al menos dicho primer componente magnético discreto y un segundo componente magnético discreto comparten un núcleo y al menos un arrollamiento de dicho componente magnético integrado. El método comprende las etapas de: elegir un componente magnético discreto que forma dicho componente magnético integrado; obtener un circuito eléctrico equivalente que reproduzca el comportamiento eléctrico de dicho componente magnético integrado de forma que, en al menos una porción de dicho núcleo, el flujo magnético circulante procede sustancialmente únicamente de dicho componente magnético discreto elegido. El método se caracteriza por la etapa de: dividir el al menos un arrollamiento compartido por dicho componente magnético discreto elegido cuyos grados de libertad de diseño son incrementados y al menos un segundo componente magnético discreto, en al menos dos sub-arrollamientos, donde al menos uno de dichos sub-arrollamientos se coloca en una columna de dicho núcleo en la que se encontraba el arrollamiento original y donde al menos uno de dichos sub-arrollamientos se coloca en una segunda columna de dicho núcleo por la que el flujo magnético que circula se debe sustancialmente al componente magnético discreto elegido, cuyos grados de libertad de diseño son incrementados.Method of optimizing the design of a integrated magnetic component formed by a plurality of discrete magnetic components, by increasing degrees of freedom of design of at least a first magnetic component discrete, where at least said first discrete magnetic component and a second discrete magnetic component share a core and at less a winding of said integrated magnetic component. He method comprises the steps of: choosing a magnetic component discrete forming said integrated magnetic component; Obtain a equivalent electrical circuit that reproduces the behavior electrical of said integrated magnetic component so that, in at least a portion of said core, the circulating magnetic flux it comes substantially only from said magnetic component Discreetly chosen. The method is characterized by the stage of: dividing the at least one winding shared by said component Magnetic discrete chosen whose degrees of design freedom are increased and at least a second discrete magnetic component, in at least two sub-windings, where at least one of said sub-windings is placed in a column of said core in which the winding was original and where at least one of said sub-windings is placed in a second column of said core through which the magnetic flux that circulates is due substantially to the discrete magnetic component chosen, whose degrees of design freedom are increased.

Description

Método de optimización del diseño de componentes magnéticos integrados y componente magnético integrado obtenido por dicho método.Optimization method of component design integrated magnetic and integrated magnetic component obtained by Said method
Campo de la invenciónField of the Invention
La presente invención se aplica al campo de los componentes magnéticos integrados, y más concretamente, a la optimización del diseño de componentes magnéticos integrados.The present invention applies to the field of integrated magnetic components, and more specifically, to the design optimization of integrated magnetic components.
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Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
La técnica de integración magnética para la fabricación de componentes magnéticos se lleva utilizando desde hace más de 20 años. Por ejemplo, Cuk, S., en "New magnetic structures for switching converters" (IEEE Transactions on Magnetics; Volume 19, Issue 2, Mar 1983 Pages: 75-83), describe una topología que permite lograr un rizado nulo a la salida de un convertidor DC/DC, y en el cual además los distintos componentes magnéticos implicados son integrados en un mismo núcleo magnético. La técnica de integración magnética busca optimizar el diseño de componentes magnéticos mediante la integración de varios de ellos en un mismo núcleo, de manera que se incrementa la eficiencia energética global, y el peso y tamaño se ven reducidos.The magnetic integration technique for Magnetic component manufacturing has been used since over 20 years ago For example, Cuk, S., in "New magnetic structures for switching converters "(IEEE Transactions on Magnetics; Volume 19, Issue 2, Mar 1983 Pages: 75-83), describes a topology that allows to achieve a null curl at the output of a DC / DC converter, and in which in addition the different magnetic components involved are integrated in the same magnetic core. The integration technique magnetic seeks to optimize the design of magnetic components by integrating several of them in the same core, of so that global energy efficiency is increased, and the weight and size are reduced.
La integración magnética se utiliza para diseñar componentes magnéticos empleados en una gran diversidad de aplicaciones, tales como convertidores DC/DC de alta frecuencia o aplicaciones de filtrado de señal.Magnetic integration is used to design  magnetic components used in a great diversity of applications, such as high frequency DC / DC converters or Signal filtering applications.
Por ejemplo, la solicitud de patente norteamericana US5783984 describe la aplicación de esta técnica a la integración de un filtro LCL y un transformador. Para ello, solo es necesario un núcleo magnético para constituir las dos inductancias del filtro LCL y el transformador, en vez de los tres núcleos magnéticos independientes que serían necesarios en el caso de construir el filtro mediante componentes discretos o individuales.For example, the patent application US5783984 describes the application of this technique to the integration of an LCL filter and a transformer. For it, only a magnetic core is necessary to constitute the two inductances of the LCL filter and the transformer, instead of the three independent magnetic cores that would be necessary in the case of constructing the filter using discrete components or individual.
De esta manera, el hecho de utilizar menos material magnético y menos cobre se refleja en una disminución de peso y tamaño, y un incremento de la eficiencia energética.In this way, the fact of using less Magnetic material and less copper is reflected in a decrease in weight and size, and an increase in energy efficiency.
Sin embargo, la integración magnética convencional presenta una serie de problemas: Por una parte, en algunos casos el diseño de los componentes integrados no se puede hacer de forma independiente. Esto no solo incrementa la dificultad del diseño, sino que limita la capacidad de optimización en cuanto a tamaño y peso, uno de los fines fundamentales buscados al aplicar técnicas de integración magnética. Este problema se pone de manifiesto en US5783984, donde se integran transformador e inductancia empleando únicamente dos arrollamientos.However, magnetic integration Conventional presents a number of problems: On the one hand, in some cases the design of the integrated components cannot be Do independently. This not only increases the difficulty of design, but limits the ability to optimize as to size and weight, one of the fundamental aims sought when applying magnetic integration techniques. This problem gets from manifested in US5783984, where transformer e is integrated inductance using only two windings.
Haciendo uso de esta topología de magnético integrado, si se requiere un transformador de una tensión relativamente alta y unas inductancias relativamente bajas, es necesario, o bien utilizar un núcleo con una sección de columna muy grande, o bien entrehierros muy grandes. La primera medida incurre en unas elevadas pérdidas en el núcleo, mientras que la segunda se refleja en una elevada emisión electromagnética debida al efecto "fringing flux", que se ve incrementado al utilizar grandes entrehierros.Making use of this magnetic topology integrated, if a voltage transformer is required relatively high and relatively low inductances, is necessary, or use a core with a column section very large, or very large air gaps. The first measure incurs in high losses in the core, while the second one reflects in a high electromagnetic emission due to the effect "fringing flux", which is increased when using large air gaps
Esto se traduce en una limitación en la capacidad de optimización y una mayor dificultad en el proceso de diseño.This results in a limitation in the optimization capacity and greater difficulty in the process of design.
Existen trabajos en los que se ha realizado distribución de devanados con el fin de tener más libertad a la hora de diseñar los componentes magnéticos integrados, sobre determinadas topologías de componentes magnéticos integrados para determinadas aplicaciones de electrónica de potencia. Por ejemplo, en el trabajo "Integrated magnetic full wave converter with flexible output inductor", Transactions on Power Electronics, Volume 18, Issue 2, March 2003 Page(s): 670-678 de Liang Yan; Dayu Qu; y Lehman, se propone una topología concreta que soluciona este problema para una aplicación de un convertidor DC/DC concreto. Otra solución concreta se propone en el trabajo "Transformer and Series Inductance Integration for Harmonic Filtering in PWM Inverters Based in a Simple Design Procedure", ISIE 2007 proceedings, IEEE, de Jorge Pleite, Virgilio Valdivia, Carlos González y Pablo Zúmel.There are jobs that have been done distribution of windings in order to have more freedom to the when designing the integrated magnetic components, about certain integrated magnetic component topologies for Certain applications of power electronics. For example, at work "Integrated magnetic full wave converter with flexible output inductor ", Transactions on Power Electronics, Volume 18, Issue 2, March 2003 Page (s): 670-678 of Liang Yan; Dayu Qu; and Lehman, it is proposed a specific topology that solves this problem for a application of a specific DC / DC converter. Another concrete solution  is proposed in the work "Transformer and Series Inductance Integration for Harmonic Filtering in PWM Inverters Based in a Simple Design Procedure ", ISIE 2007 proceedings, IEEE, by Jorge Pleite, Virgilio Valdivia, Carlos González and Pablo Zumel.
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Resumen de la invenciónSummary of the Invention
La presente invención trata de resolver los problemas anteriormente mencionados mediante un método de optimización del diseño de componentes magnéticos integrados que añade grados de libertad suficientes como para que puedan ser diseñados todos los componentes integrados de forma independiente y mediante ecuaciones sencillas.The present invention seeks to solve the problems mentioned above by a method of design optimization of integrated magnetic components that add enough degrees of freedom so that they can be designed all components integrated independently and through simple equations.
Así, en un aspecto de la presente invención, se proporciona un método de optimización del diseño de un componente magnético integrado formado por una pluralidad de componentes magnéticos discretos, mediante el aumento de grados de libertad del diseño de al menos un primer componente magnético discreto, donde al menos ese primer componente magnético discreto y un segundo componente magnético discreto comparten un núcleo y al menos un arrollamiento del componente magnético integrado. El método comprende las etapas de: elegir un componente magnético discreto que forma ese componente magnético integrado; obtener un circuito eléctrico equivalente que reproduzca el comportamiento eléctrico de ese componente magnético integrado de forma que, en al menos una porción del núcleo, el flujo magnético circulante procede sustancialmente únicamente del componente magnético discreto elegido. El método se caracteriza por las etapas de: dividir el al menos un arrollamiento compartido por el componente magnético discreto elegido cuyos grados de libertad de diseño son incrementados y al menos un segundo componente magnético discreto, en al menos dos sub-arrollamientos, donde al menos uno de esos sub-arrollamientos se coloca en una columna del núcleo en la que se encontraba el arrollamiento original y donde al menos uno de los sub-arrollamientos se coloca en una segunda columna del núcleo por la que el flujo magnético que circula se debe sustancialmente al componente magnético discreto elegido, cuyos grados de libertad de diseño son incrementados.Thus, in one aspect of the present invention, provides a method of optimizing the design of a component integrated magnetic formed by a plurality of components discrete magnetic, by increasing degrees of freedom of the design of at least a first discrete magnetic component, where at least that first discrete magnetic component and a second discrete magnetic component share a core and at least one winding of the integrated magnetic component. The method It comprises the steps of: choosing a discrete magnetic component that forms that integrated magnetic component; get a circuit electrical equivalent that reproduces the electrical behavior of that integrated magnetic component so that, in at least one core portion, the circulating magnetic flux proceeds substantially only of the discrete magnetic component chosen one. The method is characterized by the stages of: dividing the al minus a winding shared by the magnetic component discrete chosen whose degrees of design freedom are increased and at least a second discrete magnetic component, in at least two sub-windings, where at least one of those sub-windings is placed in a core column in which the winding was original and where at least one of the sub-windings is placed in a second column of the nucleus through which the magnetic flux that circulates is due substantially to the discrete magnetic component chosen, whose degrees of design freedom are increased.
Opcionalmente, el arrollamiento compartido por los dos componentes magnéticos discretos se divide solo en un primer sub-arrollamiento y un segundo sub-arrollamiento.Optionally, the winding shared by the two discrete magnetic components are divided only into one first sub-winding and a second sub-winding.
En otro aspecto de la presente invención, se proporciona un componente magnético integrado que integra una pluralidad de elementos magnéticos discretos, obtenible mediante el método anteriormente mencionado.In another aspect of the present invention, provides an integrated magnetic component that integrates a plurality of discrete magnetic elements, obtainable through the method mentioned above.
Preferentemente, ese componente magnético integrado está formado por un filtro LCL integrado con un transformador.Preferably, that magnetic component integrated is formed by an integrated LCL filter with a transformer.
En una realización particular, ese componente comprende un núcleo magnético que a su vez comprende una pluralidad de columnas, cada una de las cuales está conectada a cada columna adyacente mediante un primer tramo perpendicular de núcleo magnético y un segundo tramo perpendicular de núcleo magnético. Además, dos de esas columnas comprenden cada una al menos un entrehierro. Una columna que no comprende entrehierros comprende un primer arrollamiento, otra columna que no comprende entrehierros comprende un segundo arrollamiento y los dos tramos perpendiculares que conectan las dos columnas interiores comprenden en total tres arrollamientos.In a particular embodiment, that component it comprises a magnetic core that in turn comprises a plurality of columns, each of which is connected to each column adjacent by a first perpendicular section of nucleus magnetic and a second perpendicular section of magnetic core. In addition, two of those columns each comprise at least one air gap. A column that does not comprise air gaps comprises a first winding, another column that does not include air gaps it comprises a second winding and the two perpendicular sections which connect the two inner columns comprise a total of three windings
En otra realización particular, el componente comprende un núcleo magnético que a su vez comprende una pluralidad de columnas, cada una de las cuales está conectada a cada columna adyacente mediante un primer tramo perpendicular de núcleo magnético y un segundo tramo perpendicular de núcleo magnético. Una de las dos columnas situadas más a la izquierda del núcleo magnético comprende al menos un primer entrehierro y una de las dos columnas situadas más a la derecha del núcleo magnético comprende al menos un segundo entrehierro. La primera columna que comprende al menos un primer entrehierro comprende además un primer y un segundo arrollamiento y la segunda columna que comprende al menos otro primer entrehierro comprende además un tercer y un cuarto arrollamiento. Una tercera columna comprende un quinto y un sexto arrollamientos y una cuarta columna comprende un séptimo y un octavo arrollamientos.In another particular embodiment, the component it comprises a magnetic core that in turn comprises a plurality of columns, each of which is connected to each column adjacent by a first perpendicular section of nucleus magnetic and a second perpendicular section of magnetic core. A of the two leftmost columns of the nucleus magnetic comprises at least a first air gap and one of the two columns located more to the right of the magnetic core comprises At least a second air gap. The first column that comprises at least one first air gap also comprises a first and a second winding and the second column comprising at least another first air gap also comprises a third and a fourth winding A third column comprises a fifth and a sixth windings and a fourth column comprises a seventh and a eighth windings.
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Breve descripción de las figurasBrief description of the figures
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo y para complementar esta descripción, se acompaña como parte integrante de la misma un juego de dibujos, cuyo carácter es ilustrativo y no limitativo. En estos dibujos:In order to help a better understanding of the features of the invention according to an example preferred practical implementation of the same and to complement This description is accompanied as an integral part of it a game of drawings, whose character is illustrative and not limiting. In these drawings:
La figura 1a muestra una inductancia y un transformador discretos según el estado de la técnica.Figure 1a shows an inductance and a Discrete transformer according to the state of the art.
La figura 1b muestra la integración de una inductancia y un transformador con compartición de núcleo magnético.Figure 1b shows the integration of a inductance and a transformer with core sharing magnetic.
La figura 1c ilustra la integración de un transformador y una inductancia con compartición de núcleo y arrollamientos.Figure 1c illustrates the integration of a transformer and an inductance with core sharing and windings
La figura 2a muestra una inductancia serie y un transformador integrados con compartición de núcleo y de arrollamientos.Figure 2a shows a series inductance and a integrated transformer with core sharing and windings
La figura 2b muestra el modelo de reluctancias en estrella del componente integrado de la figura 2a, mientras que la figura 2c muestra el modelo de reluctancias en triángulo del mismo. La figura 2d ilustra un equivalente circuital eléctrico que se puede deducir de forma inmediata a partir de la representación de la figura 2c.Figure 2b shows the reluctance model star of the integrated component of figure 2a, while Figure 2c shows the triangle reluctance model of the same. Figure 2d illustrates an electrical circuit equivalent that can be deducted immediately from the representation of Figure 2c
La figura 3a muestra un inversor PWM conectado a red mediante una inductancia serie de filtrado y un transformador de baja frecuencia que proporciona aislamiento galvánico.Figure 3a shows a PWM inverter connected to network through a series inductance of filtering and a transformer Low frequency that provides galvanic isolation.
La figura 3b ilustra un segundo circuito eléctrico equivalente para la solución mostrada en la figura 2a.Figure 3b illustrates a second circuit Electrical equivalent for the solution shown in the figure 2nd.
La figura 3c muestra la distribución de flujo del componente magnético 2a, asociada al circuito eléctrico de la figura 3b.Figure 3c shows the flow distribution of the magnetic component 2a, associated with the electrical circuit of the figure 3b.
La figura 3d muestra un componente magnético integrado resultante de aplicar el método de la presente invención sobre la topología de la figura 2a.The 3d figure shows a magnetic component integrated resulting from applying the method of the present invention on the topology of figure 2a.
La figura 3e muestra el modelo de reluctancias del componente magnético de la figura 3d.Figure 3e shows the reluctance model of the magnetic component of figure 3d.
La figura 3f ilustra un circuito eléctrico que modela el comportamiento eléctrico del componente magnético de la figura 3d.Figure 3f illustrates an electrical circuit that models the electrical behavior of the magnetic component of the 3d figure
La figura 3g muestra la distribución de flujo del componente magnético de la figura 3d, asociada al circuito eléctrico de la figura 3f.Figure 3g shows the flow distribution of the magnetic component of figure 3d, associated to the circuit electric figure 3f.
La figura 3h muestra una aplicación alternativa del método de la presente invención.Figure 3h shows an alternative application of the method of the present invention.
La figura 3i muestra el modelo de reluctancias del componente magnético de la figura 3h.Figure 3i shows the reluctance model of the magnetic component of figure 3h.
La figura 3j muestra un equivalente circuital eléctrico que modela el comportamiento eléctrico del componente magnético de la figura 3h.Figure 3j shows a circuit equivalent electrical modeling the electrical behavior of the component magnetic figure 3h.
La figura 3k muestra la distribución de flujo del componente magnético de la figura 3h, asociada al circuito eléctrico de la figura 3j.Figure 3k shows the flow distribution of the magnetic component of figure 3h, associated to the circuit electric figure 3j.
La figura 4a muestra un inversor conectado a red a través de un filtro LCL y un transformador monofásico, segundo ejemplo de sistema cuyos componentes magnéticos pueden ser integrados y para los que resulta de utilidad la aplicación del método de la presente invención.Figure 4a shows a grid connected inverter through an LCL filter and a single phase transformer, second example of a system whose magnetic components can be integrated and for which the application of the method of the present invention.
La figura 4b muestra un componente magnético que integra todos los elementos magnéticos que aparecen en el sistema de la figura 4a.Figure 4b shows a magnetic component that  integrates all the magnetic elements that appear in the system of figure 4a.
La figura 4c muestra el modelo de reluctancias del componente magnético de la figura 4b.Figure 4c shows the reluctance model of the magnetic component of Figure 4b.
La figura 4d ilustra un circuito eléctrico que modela el comportamiento eléctrico del componente de la figura 4b.Figure 4d illustrates an electrical circuit that models the electrical behavior of the component of the figure 4b
Las figuras 4e representa la distribución de flujo del componente magnético de la figura 4b, asociada al circuito eléctrico de la figura 4d.Figures 4e represents the distribution of flux of the magnetic component of figure 4b, associated with electrical circuit of figure 4d.
La figura 4f ilustra una topología de componente magnético integrado resultante de aplicar el método de la presente invención sobre el componente magnético de la figura 4b. Se incluye la distribución de flujo sobre el mismo, asociada al equivalente eléctrico de la figura 4h.Figure 4f illustrates a component topology  integrated magnetic resulting from applying the method of the present invention on the magnetic component of figure 4b. It is included the flow distribution on it, associated with the equivalent electric figure 4h.
La figura 4g ilustra el modelo en reluctancias del componente magnético de la figura 4f.Figure 4g illustrates the reluctance model of the magnetic component of Figure 4f.
La figura 4h, ilustra un circuito eléctrico que modela el comportamiento eléctrico del componente magnético de la figura 4f.Figure 4h illustrates an electrical circuit that models the electrical behavior of the magnetic component of the figure 4f.
La figura 4i ilustra la distribución de flujos simplificada del componente magnético de la figura 4b, asociada al circuito eléctrico de la figura 4d.Figure 4i illustrates the flow distribution simplified of the magnetic component of figure 4b, associated with electrical circuit of figure 4d.
La figura 4j ilustra otra topología alternativa de componente magnético integrado que integra los componentes magnéticos que aparecen en el sistema de la figura 4a. Se incluye sobre la misma la distribución de flujo asociada al equivalente eléctrico de la figura 41.Figure 4j illustrates another alternative topology integrated magnetic component that integrates the components magnetic elements that appear in the system of figure 4a. It is included on it the flow distribution associated with the equivalent electric of figure 41.
La figura 4k ilustra el modelo en reluctancias del componente magnético de la figura 4j.Figure 4k illustrates the reluctance model of the magnetic component of Figure 4j.
La figura 4l ilustra un circuito eléctrico que modela el comportamiento eléctrico del componente magnético de la figura 4j.Figure 4l illustrates an electrical circuit that models the electrical behavior of the magnetic component of the figure 4j.
La figura 4m ilustra una topología de componente magnético integrado resultante de aplicar el método de la presente invención sobre el componente magnético de la figura 4j. Se incluye la distribución de flujo sobre el mismo, asociada al equivalente eléctrico de la figura 4o.Figure 4m illustrates a component topology  integrated magnetic resulting from applying the method of the present invention on the magnetic component of figure 4j. It is included the flow distribution on it, associated with the equivalent electric figure 4o.
La figura 4n ilustra el modelo en reluctancias del componente magnético de la figura 4m.Figure 4n illustrates the reluctance model of the magnetic component of figure 4m.
La figura 4o ilustra un circuito eléctrico que modela el comportamiento eléctrico del componente magnético de la figura 4m.Figure 4 illustrates an electrical circuit that models the electrical behavior of the magnetic component of the figure 4m.
Las figuras 5a, 5b y 5c ilustran el mismo ejemplo de las figuras 4f, 4g y 4h.Figures 5a, 5b and 5c illustrate the same. example of figures 4f, 4g and 4h.
Las figuras 6a, 6b y 6c ilustran el mismo ejemplo de las figuras 4m, 4n y 4o.Figures 6a, 6b and 6c illustrate the same example of figures 4m, 4n and 4o.
Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention
Seguidamente se introducen una serie de definiciones ubicadas en el ámbito de la integración magnética, que serán de utilidad para poder comprender el objeto de la invención.Then a series of definitions located in the field of magnetic integration, which  they will be useful to understand the purpose of the invention.
Se entiende por "componente magnético discreto" a un componente pasivo magnético convencional propio de un circuito eléctrico, tal como una bobina magnética (o inductancia) o un transformador. La figura la ilustra un transformador discreto y una inductancia discreta convencionales.It is understood by "magnetic component discrete "to a conventional conventional passive magnetic component of an electrical circuit, such as a magnetic coil (or inductance) or a transformer. The figure is illustrated by a discrete transformer and a discrete inductance conventional.
Se entiende por "componente magnético integrado" a aquel componente magnético que engloba a una pluralidad de componentes magnéticos discretos, que son diseñados de manera que estén integrados por compartición de algunos de sus elementos comunes, tales como el núcleo, los arrollamientos, o ambos.It is understood by "magnetic component integrated "to that magnetic component that encompasses a plurality of discrete magnetic components, which are designed so that they are integrated by sharing some of their common elements, such as the core, windings, or both of them.
De esta manera, se entiende por "compartición de núcleo magnético" al hecho de que un mismo núcleo magnético esté compartido por dos o más componentes magnéticos discretos que se integran. A modo de ejemplo, la figura 1b muestra la integración de una inductancia y un transformador en la cual sólo se comparte núcleo magnético. Las referencias numéricas NT1 y NT2 representan al transformador discreto, mientras que la referencia NL representa a la inductancia discreta. La referencia 1 representa un entrehierro.In this way, it is understood by "sharing of magnetic core "to the fact that the same magnetic core is shared by two or more discrete magnetic components that They integrate. As an example, Figure 1b shows the integration of an inductance and a transformer in which it is only shared magnetic core The numerical references NT1 and NT2 represent to the discrete transformer, while the reference NL represents to discrete inductance. Reference 1 represents a air gap.
Por otra parte, se entiende por "compartición de arrollamientos" al hecho de compartir al menos un arrollamiento, estando este arrollamiento por tanto asociado a más de un componente magnético discreto integrado. Por ejemplo, la figura 1c ilustra una solución de integración de transformador e inductancia, en la cual se produce tanto compartición de núcleo como de arrollamientos. En la parte superior, la referencia NL10 representa a una inductancia discreta. Uno de los brazos comprende un entrehierro 2. NT10 y NT20 representan a un transformador discreto. En la parte inferior, el componente integrado está representado por las relaciones de transformación NT10' y NT20'. El entrehierro se representa por 2'.On the other hand, it is understood as "sharing of windings "to share at least one winding, this winding being therefore associated with more of an integrated discrete magnetic component. For example, the Figure 1c illustrates a transformer integration solution e inductance, in which both core sharing occurs Like windings. At the top, reference NL10 It represents a discrete inductance. One of the arms comprises an air gap 2. NT10 and NT20 represent a transformer discreet. At the bottom, the integrated component is represented by the NT10 'and NT20' transformation ratios. He air gap is represented by 2 '.
Además, se recuerda que, en un transformador, flujo disperso es aquel cuya energía no es transferida de un devanado a otro.Also, remember that, in a transformer, dispersed flow is one whose energy is not transferred from a wound to another.
Además, en el contexto de la presente invención, los términos "aproximadamente", "sustancialmente" y "prácticamente" deben entenderse como indicando valores muy próximos a los que dicho término acompañe. El experto en la técnica entenderá que una pequeña desviación de los valores indicados, dentro de unos términos razonables, es inevitable. Por ejemplo, cuando se indica que el flujo magnético que circula por una parte de un núcleo magnético se debe prácticamente a un único componente magnético discreto, debe entenderse que por dicha parte del núcleo magnético pueden circular flujos magnéticos que pueden considerarse despreciables respecto al primero, debido a que la magnitud del primero es mucho mayor que la de los considerados despreciables. El análisis de las soluciones y la aplicación del método de la invención se simplifican notoriamente si se tienen en cuenta estas simplificaciones debidas a flujos despreciables. Estos efectos son o no despreciables dependiendo de la topología sobre la que se aplique el
método.
Furthermore, in the context of the present invention, the terms "approximately", "substantially" and "practically" should be understood as indicating very close values to which said term accompanies. The person skilled in the art will understand that a small deviation from the indicated values, within reasonable terms, is inevitable. For example, when it is indicated that the magnetic flux that circulates through a part of a magnetic core is practically due to a single discrete magnetic component, it should be understood that magnetic fluids can be circulated through said part of the magnetic core that can be considered negligible with respect to the first, because the magnitude of the former is much greater than that considered considered negligible. The analysis of the solutions and the application of the method of the invention are greatly simplified if these simplifications due to negligible flows are taken into account. These effects are negligible or not depending on the topology on which the
method.
La presente invención proporciona un método de mejora del diseño de componentes magnéticos integrados basado en la distribución de arrollamientos. Utilizando esta técnica, pueden ser incrementados los grados de libertad de diseño de una determinada topología de integración magnética dada. Esta técnica permite tener el número suficiente de grados de libertad para realizar el diseño de todos los componentes magnéticos discretos que se integran de forma independiente, de manera que se incrementa la capacidad de optimización de los mismos y se simplifica su procedimiento de diseño.The present invention provides a method of Improved design of integrated magnetic components based on the winding distribution. Using this technique, they can be increased degrees of design freedom of a given given magnetic integration topology. This technique allows to have the sufficient number of degrees of freedom to perform the design of all discrete magnetic components that integrate from independently, so that the capacity of optimization thereof and simplifies its procedure of design.
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A continuación se detalla el método de diseño y su ámbito de aplicación:The design method is detailed below and its scope:
La aplicación del método de diseño que se presenta es de utilidad para mejorar una determinada topología de integración magnética que cumpla lo siguiente:The application of the design method that presents is useful to improve a certain topology of Magnetic integration that meets the following:
1) Se produce compartición de núcleo.1) Core sharing occurs.
2) Se produce compartición de arrollamientos.2) Sharing of windings
3) No se pueden ajustar de forma separada el número de vueltas de los arrollamientos asociados a los componentes discretos y, debido a ello, no se puede adjudicar el número de vueltas óptimo para cada componente.3) You cannot adjust the number of turns of windings associated with discrete components and, because of that, you cannot award the optimal number of turns for each component.
Si se cumplen estas tres premisas, es necesario también poder desarrollar un equivalente circuital eléctrico de manera tal que por al menos una porción del núcleo circule únicamente flujo asociado al componente magnético discreto para el cual se desea incrementar los grados de libertad de diseño. El ejemplo que se presenta posteriormente puede servir de aclaración para este punto. Si no se puede alcanzar este equivalente eléctrico el método no es aplicable.If these three premises are met, it is necessary also be able to develop an electric circuit equivalent of such that at least a portion of the core circulates only flow associated with the discrete magnetic component for the which one wishes to increase the degrees of design freedom. He example presented below may serve to clarify For this point. If this electrical equivalent cannot be reached  The method is not applicable.
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Una vez se obtiene el circuito eléctrico equivalente requerido, la aplicación del método se puede realizar de forma sistemática siguiendo los siguientes pasos:Once the electrical circuit is obtained equivalent required, the application of the method can be performed systematically following the following steps:
1) Selección del componente o componentes discretos para los cuales los grados de libertad de diseño deben ser incrementados.1) Selection of the component or components discrete for which degrees of design freedom must be increased
2) Identificación de un devanado que esté compartido entre el componente discreto del que se desean incrementar los grados de libertad de diseño y otros componentes.2) Identification of a winding that is shared between the discrete component of the desired increase the degrees of design freedom and others components.
3) Se realiza la subdivisión del devanado en sub-arrollamientos. El primer sub-arrollamiento debe ser colocado donde el arrollamiento original estaba colocado (se refiere a la localización del arrollamiento antes de proceder a la subdivisión). El resto de sub-arrollamientos deben ser colocados cada uno en una porción del núcleo por la cual únicamente circule flujo asociado al componente magnético discreto del equivalente circuital eléctrico, cuyos grados de libertad de diseño se desea incrementar.3) The winding subdivision is carried out in sub-windings. The first sub-winding must be placed where the original winding was placed (refers to the location of the winding before proceeding to subdivision). The rest of sub-windings must be placed each in a portion of the core through which only circulate flow associated with the discrete magnetic component of the equivalent Electrical circuit, whose degrees of design freedom are desired increase.
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El procedimiento de la invención permite incrementar la capacidad de optimización de topologías de integración magnética que presentan compartición de núcleo y de arrollamientos, incrementando sus grados de libertad de diseño.The process of the invention allows increase the optimization capacity of topologies of magnetic integration presenting core sharing and of windings, increasing their degrees of design freedom.
Los resultados obtenidos por el método son directamente aplicables, por ejemplo, y de forma no limitativa, en electrónica de potencia y en acondicionamiento de energía eléctrica.The results obtained by the method are directly applicable, for example, and not limitatively, in power electronics and power conditioning electric
A continuación se ilustran ejemplos de implementación del método de la invención sobre dos topologías que pueden emplearse para el diseño de filtros pasivos integrados con transformador. Estos sistemas son de utilidad, por ejemplo, y de forma no limitativa, en aplicaciones de conexión de convertidores de potencia a la red eléctrica.Examples of implementation of the method of the invention on two topologies that can be used to design integrated passive filters with transformer. These systems are useful, for example, and of non-limiting way, in converter connection applications of power to the power grid.
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Ejemplo 1Example 1
La figura 2a presenta una topología de inductancia serie integrada con transformador. En este caso la integración se obtiene a partir de la creación de un camino magnético para el flujo disperso a través del núcleo. En concreto, a través de la columna central que, como muestra la figura 2a, comprende un entrehierro 3. Por tanto, los devanados de primario y secundario del transformador están asociados también con la inductancia serie, con lo cual se obtiene tanto compartición de núcleo como de arrollamientos N_{1} N_{2}. Gracias a la compartición de arrollamientos es necesaria menos cantidad de cobre, y ello deriva en menos tamaño y peso del equipo, más eficiencia energética, y menos costes.Figure 2a presents a topology of integrated series inductance with transformer. In this case the integration is obtained from the creation of a path magnetic for the dispersed flow through the core. Specific, through the central column which, as shown in figure 2a, comprises an air gap 3. Therefore, the primary windings and secondary transformer are also associated with the series inductance, thereby obtaining both sharing of core like windings N_ {N} {2}. Thanks to the sharing of windings less amount of copper, and this results in less equipment size and weight, more energy efficiency, and less costs.
El modelo en reluctancias de esta solución se muestra en las figuras 2b y 2c: El de la figura 2b es un modelo de reluctancias en estrella, mientras que, realizando una transformación estrella-triángulo, se obtiene el equivalente de la figura 2c (modelo de reluctancias en triángulo). Los valores de reluctancias del modelo de la figura 2c se relacionan con los de la figura 2b de la siguiente forma:The reluctance model of this solution is shown in figures 2b and 2c: The one in figure 2b is a model of star reluctance while performing a star-triangle transformation, you get the equivalent of figure 2c (triangle reluctance model). The reluctance values of the model in Figure 2c are They relate to those in Figure 2b as follows:
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1one
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Se puede extraer el equivalente circuital eléctrico clásico de un transformador (figura 2d), cuyas ecuaciones definitorias son las siguientes:The circuit equivalent can be extracted classical electrical of a transformer (figure 2d), whose equations  Definitive are the following:
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En las ecuaciones definitorias se observa cómo todo el núcleo magnético está compartido por los elementos discretos presentes en la integración, y cómo los devanados N_{1} y N_{2} están compartidos (N_{1} por transformador y bobina de entrada, y N_{2} por transformador y bobina de salida). El flujo disperso a través del aire se desprecia (el efecto de dispersión a través de la columna central es mucho mayor), y el transformador se representa mediante su inductancia magnetizante y un acoplamiento magnético ideal.The defining equations show how The entire magnetic core is shared by the elements discrete present in the integration, and how the windings N_ {1} and N_ {2} are shared (N_ {1} per transformer and coil of input, and N2 per transformer and output coil). The flow dispersed through the air is neglected (the dispersion effect at through the central column is much larger), and the transformer is represents by its magnetizing inductance and a coupling ideal magnetic.
Se propone ahora un ejemplo de aplicación industrial para la cual puede resultar útil este tipo de solución: Un inversor 32 con modulación PWM conectado a la red eléctrica 33, para suplir a la misma de la energía generada a partir de paneles fotovoltaicos 31 (figura 3a).An application example is now proposed industrial for which this type of solution may be useful: An inverter 32 with PWM modulation connected to the power grid 33, to supply it with the energy generated from panels photovoltaic 31 (figure 3a).
En este caso, la inductancia serie L1 permite al sistema electrónico comportarse como una fuente de corriente, además de que permite filtrar el contenido armónico de alta frecuencia propio de la modulación PWM. El transformador Tr provee de aislamiento galvánico y permite realizar un ajuste de la amplitud de la tensión de salida.In this case, the L1 series inductance allows the  electronic system behave as a source of current, in addition to allowing high harmonic content to be filtered PWM modulation frequency. The Tr transformer provides of galvanic isolation and allows an adjustment of the amplitude of the output voltage.
Para evitar tener una excesiva caída de tensión en la reactancia serie, es recomendable calcularla de manera que su valor no sea excesivamente alto, para evitar una elevada caída de tensión a frecuencia de red en la misma.To avoid having an excessive voltage drop in the series reactance, it is advisable to calculate it so that its value is not excessively high, to avoid a high fall from voltage to grid frequency in it.
Utilizar la solución de la figura 2a permite ahorrar la cantidad de cobre y de núcleo necesaria. Sin embargo, puesto que, según el diseño de la figura 2a, tanto el transformador como la inductancia serie requieren estar definidos por la misma cantidad de vueltas, son necesarios, o bien entrehierros muy grandes (lo cual produce mucha emisión electromagnética EMI), o bien secciones de columna del núcleo muy grandes.Using the solution in Figure 2a allows Save the amount of copper and core needed. But nevertheless, since, according to the design of figure 2a, both the transformer as the series inductance require to be defined by it number of turns, are necessary, or very air gaps large (which produces a lot of EMI electromagnetic emission), or Well very large core column sections.
Es, por tanto, deseable incrementar el número de grados de libertad de estos componentes, de manera que a ambos se le puedan asignar distintos números de vueltas.It is therefore desirable to increase the number of  degrees of freedom of these components, so that both are You can assign different numbers of turns.
Resulta entonces interesante aplicar el método de la invención. Comprobamos que se cumplen los requisitos necesarios:It is then interesting to apply the method of the invention. We check that the requirements are met necessary:
Los dos primeros requisitos se cumplen, puesto que se comparten tanto núcleo como arrollamientos. Sin embargo, es necesario, para poder aplicar el método de la invención, obtener un circuito eléctrico que cumpla también el tercer requisito, ya que, analizando el circuito eléctrico más inmediato (figura 2d), se observa que, a la vista de las ecuaciones definitorias del mismo, todo el núcleo está compartido por todos los elementos.The first two requirements are met, put that both core and windings are shared. However it is necessary, in order to apply the method of the invention, obtain a electrical circuit that also meets the third requirement, since, analyzing the most immediate electrical circuit (figure 2d), it notes that, in view of the equations that define it, The entire core is shared by all the elements.
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El comportamiento eléctrico de un componente magnético puede ser estudiado mediante más de un circuito eléctrico. El análisis de estos elementos como cuadripolos, y la obtención de sus parámetros Z resulta de gran utilidad para deducir nuevas topologías de circuitos eléctricos equivalentes. Analizando el modelo en reluctancias de la figura 2b mediante las leyes de Kirchoff, en combinación con la ley de Lenz Faraday (sistema de ecuaciones 1), se obtiene el sistema de ecuaciones 2. Por otra parte, los parámetros Z obtenidos del análisis del circuito eléctrico de la figura 2d se muestran en el sistema de ecuaciones 3. Se refiere la inductancia magnetizante al secundario mediante la siguiente transformación:The electrical behavior of a component magnetic can be studied by more than one circuit electric. The analysis of these elements as quadrupoles, and the obtaining its Z parameters is very useful for deducing new equivalent electrical circuit topologies. Analyzing the reluctance model of Figure 2b through the laws of Kirchoff, in combination with Lenz Faraday's law (system of equations 1), you get the system of equations 2. On the other part, the Z parameters obtained from the circuit analysis electrical of Figure 2d are shown in the system of equations 3. The secondary magnetizing inductance is referred to by the  following transformation:
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Igualando los sistemas de ecuaciones (2) y (3), se observa cómo tenemos un grado de libertad para dar valor a uno de los cuatro elementos que componen el circuito eléctrico, puesto que tenemos 4 elementos y sólo 3 ecuaciones linealmente independientes. De esta manera, si hacemos L_{l2} = 0, se puede obtener el circuito eléctrico que aparece en la figura 3b, y en el que sólo aparece una inductancia serie L_{sa}. Las ecuaciones definitorias, expresadas en términos del modelo de reluctancias en estrella de la figura 2b, son las siguientes:Equating the systems of equations (2) and (3), we see how we have a degree of freedom to give value to one of the four elements that make up the electrical circuit, put that we have 4 elements and only 3 linear equations independent. In this way, if we do L_ {l2} = 0, you can obtain the electrical circuit that appears in figure 3b, and in the that only one inductance series L_ {sa} appears. The equations definitions, expressed in terms of the reluctance model in star of figure 2b, are the following:
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La distribución de flujo magnético correspondiente a esta nueva representación eléctrica se muestra en la figura 3c, donde \Phi_{Lm2a} representa el flujo magnético asociado a la inductancia magnetizante del transformador y \Phi_{Lsa} representa el flujo magnético asociado a la inductancia serie.Magnetic flux distribution corresponding to this new electrical representation is shown in Figure 3c, where \ Phi_ {Lm2a} represents the magnetic flux associated with the magnetizing inductance of the transformer and \ Phi_ {Lsa} represents the magnetic flux associated with the series inductance.
De la figura 3c, así como de la observación de las ecuaciones definitorias de los elementos de este nuevo circuito eléctrico, se comprueba que la columna de la derecha sólo está asociada al transformador, es decir, no circula flujo relacionado con la bobina a través de ella. Esto quiere decir que esta columna no está compartida por los dos elementos magnéticos discretos integrados (la inductancia serie L_{sa} por una parte, y el transformador compuesto por el acoplamiento tr_{a} y la inductancia magnetizante referida al secundario L_{m2a} por otra parte. La distribución de flujo asimétrica se debe a la nueva y también asimétrica representación circuital eléctrica. Pese a que en la figura 2d aparecen dos inductancias serie, físicamente, el único camino para flujo disperso dentro del núcleo lo representa la columna central, con lo cual estas dos inductancias serie no son independientes y su efecto se puede presentar a partir de una sola inductancia).From figure 3c, as well as from the observation of the defining equations of the elements of this new electrical circuit, it is checked that the right column only is associated to the transformer, that is, no flow circulates related to the coil through it. This means that this column is not shared by the two magnetic elements integrated discrete (the series inductance L_ {sa} on the one hand, and the transformer composed of the coupling tr_a and the magnetizing inductance referred to the secondary L_ {m2a} by another part. The asymmetric flow distribution is due to the new and also asymmetric electric circuit representation. Although in figure 2d two series inductances appear, physically, the only path for dispersed flow within the nucleus is represented by the central column, whereby these two series inductances are not independent and its effect can be presented from a single inductance).
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Ahora sí se cumplen los tres requisitos necesarios y suficientes para que se pueda aplicar el método. Su aplicación resulta sencilla y sistemática.Now the three requirements are met necessary and sufficient for the method to be applied. its Application is simple and systematic.
1) Se selecciona el componente discreto cuyos grados de libertad se desea incrementar. En nuestro caso elegimos el transformador. Por lo anteriormente comentado, un diseño óptimo del mismo requiere más vueltas que la inductancia serie.1) The discrete component whose degrees of freedom you want to increase. In our case we choose The transformer For the aforementioned, an optimal design It requires more turns than the series inductance.
2) Se selecciona un devanado compartido por los dos elementos discretos. En nuestro caso "N_{1}" cumple esta condición.2) A winding shared by the Two discrete elements. In our case "N_ {1}" meets this  condition.
3) Se subdivide "N_{1}" en dos sub arrollamientos. "N_{11}" se coloca donde "N_{1}" estaba previamente colocado, y "N_{12}" se coloca en la columna derecha, puesto que en ésta sólo hay flujo asociado al transformador. Este nuevo modelo se representa en la figura 3d, obtenida tras aplicar este paso 3) al componente magnético integrado de la figura 2a.3) "N_ {1}" is subdivided into two sub windings "N_ {11}" is placed where "N_ {1}" it was previously placed, and "N_ {12}" is placed in the right column, since in this one there is only flow associated with the transformer. This new model is represented in the 3d figure, obtained after applying this step 3) to the magnetic component integrated of figure 2a.
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El nuevo modelo en reluctancias se muestra en la figura 3e. La ley de Lenz Faraday se formula en esta ocasión tal y como aparece en las ecuaciones (4), y los nuevos parámetros Z son los presentados en el sistema de ecuaciones (5). Nótese que el conexionado en serie de los dos sub-arrollamientos se debe hacer de manera tal que las fuerzas magnetomotrices asociadas a ambas sean aditivas, tal y como muestra el circuito de la figura 3e.The new reluctance model is shown in the  figure 3e. Lenz Faraday's law is formulated on this occasion as and as it appears in equations (4), and the new Z parameters are those presented in the system of equations (5). Notice that the serial connection of the two sub-windings It should be done in such a way that the magnetomotive forces associated with both are additive, as shown in the circuit Figure 3e
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Igualando (5) y (3), y volviendo a hacer L_{12}=0, se obtiene el mismo equivalente circuital eléctrico y las siguientes ecuaciones definitorias (figura 3f):Matching (5) and (3), and doing again L_ {12} = 0, the same electric circuit equivalent is obtained and the following defining equations (figure 3f):
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Nótese cómo ahora la ecuación definitoria del transformador ha cambiado, y ahora su primario depende tanto de N_{11} como de N_{12}. Sin embargo, la inductancia serie únicamente depende de N_{11}. Hemos ganado un grado de libertad extra, y ahora se pueden asignar distintas vueltas al primario del transformador y a la inductancia, si bien se sigue cumpliendo el compartición del arrollamiento N_{11}. Esto se observa fácilmente en la figura 3g, que muestra la distribución de flujo para el componente resultante de aplicar el método. Se desprecia en dicha distribución de flujo el flujo debido a la inductancia magnetizante del transformador de la columna central.Notice how now the defining equation of transformer has changed, and now its primary depends so much on N_ {11} as of N_ {12}. However, the series inductance It only depends on N_ {11}. We have gained a degree of freedom extra, and now you can assign different turns to the primary of the transformer and inductance, although the winding sharing N_ {11}. This is easily observed. in figure 3g, which shows the flow distribution for the component resulting from applying the method. He despises himself in said flow distribution flow due to magnetizing inductance of the transformer of the central column.
Se puede aplicar también el método con el mismo objetivo incrementando los grados de libertad de diseño de la inductancia. Para ese caso concreto se debe tener en cuenta que el flujo asociado a la magnetización del transformador que circula por la columna central puede resultar despreciable respecto al circulante por las columnas exteriores. Realizando esta simplificación, se coloca el devanado N_{12} en la columna central, conectándolo de manera que las vueltas totales de la inductancia serie se deben a la diferencia entre N_{11} y N_{12}. Esta aplicación alternativa de la metodología presentada al componente magnético integrado de la figura 2a queda presentada en la figura 3h. Para su aplicación, también se parte de un equivalente eléctrico como el utilizado en el caso anterior, y se aplica el paso 3. Siguiendo un análisis similar al ya descrito en detalle, se obtiene un modelo de reluctancias como ilustra la figura 3i y un equivalente circuital eléctrico como muestra la figura 3j. Las ecuaciones definitorias son las siguientes:You can also apply the method with the same objective increasing the degrees of design freedom of the inductance. For that specific case, it should be taken into account that the flow associated with the magnetization of the transformer that circulates through the central column may be negligible with respect to circulating through the outer columns. Performing this simplification, winding N 12 is placed in the column central, connecting it so that the total turns of the series inductance are due to the difference between N_ {11} and N_ {12}. This alternative application of the methodology presented to the integrated magnetic component of figure 2a is presented in figure 3h. For its application, it is also part of a electrical equivalent as used in the previous case, and it apply step 3. Following an analysis similar to the one already described in detail, a reluctance model is obtained as illustrated by the Figure 3i and an electric circuit equivalent as shown in the figure 3j. The defining equations are the following:
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La modificación del sentido en el que se arrolla el devanado de la columna intermedia haría que N_{11} y N_{12} pasasen a sumarse en la ecuación definitoria de L_{sa}''.The modification of the sense in which it coils the winding of the intermediate column would make N_ {11} and N_ {12} they joined the defining equation of L_ {sa} ''.
Estas soluciones no presentan dificultades añadidas de cara al procedimiento de fabricación y sin embargo la capacidad de optimización de los mismos se ve incrementada de forma considerable.These solutions do not present difficulties added to the manufacturing process and yet the their optimization capacity is increased in a way considerable.
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Ejemplo 2Example 2
Seguidamente se ilustra un segundo ejemplo (figura 4a) de aplicación del método de la invención, aplicado a la integración de un filtro LCL y un transformador en un mismo núcleo magnético, útil para conexión de inversor 42 a red eléctrica 43, al igual que en el caso del ejemplo 1. Respecto a la solución del ejemplo 1, el filtro LCL permite obtener un filtrado de un orden tres veces más elevado, con lo cual se puede incrementar la calidad de la señal de corriente inyectada a la red para un mismo valor de inductancia total.A second example is illustrated below. (Figure 4a) of application of the method of the invention, applied to the integration of an LCL filter and a transformer in the same magnetic core, useful for connection of inverter 42 to mains 43, as in the case of example 1. Regarding the solution from example 1, the LCL filter allows filtering of a order three times higher, which can increase the quality of the current signal injected into the network for the same total inductance value.
La figura 4b muestra una solución compuesta por cuatro columnas y tres devanados, presentada en US5783984. El devanado terciario permite conectar el condensador, y las columnas extremas, a las que se les practica un entrehierro, permiten el paso del flujo asociado a las inductancias serie a través del núcleo. Las ecuaciones que definen el modelo eléctrico se obtienen de forma sencilla obteniendo los parámetros Z a partir de un estudio de los modelos eléctrico y magnético de las figuras 4c y 4d como un hexapolo (sistema de ecuaciones 6), siguiendo un procedimiento análogo al seguido en el ejemplo 1.Figure 4b shows a solution composed of Four columns and three windings, presented in US5783984. He tertiary winding allows the capacitor to be connected, and the columns extremes, to which an air gap is practiced, allow passage of the flow associated to the series inductances through the nucleus. The equations that define the electric model are obtained in a simple way obtaining the Z parameters from a study of the electric and magnetic models of figures 4c and 4d as a hexapolo (system of equations 6), following a procedure analogous to that followed in example 1.
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El problema de esta solución es el mismo que el de la planteada en el ejemplo 1 para la aplicación que abarcamos. De hecho, para conseguir el mismo nivel de atenuación de los harmónicos de la corriente a la salida, en este caso se requieren inductancias menores debido al mayor orden del filtro. Las ecuaciones definitorias de los elementos del circuito eléctrico de la figura 4d son las siguientes:The problem with this solution is the same as the of the one raised in example 1 for the application we cover. In fact, to achieve the same level of attenuation of harmonics of the current at the output, in this case they are required minor inductances due to the higher order of the filter. The defining equations of the electrical circuit elements of Figure 4d are as follows:
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La inductancia de terciario puede referirse a primario o secundario (ver figura 4d) mediante las siguientes transformaciones:Tertiary inductance may refer to primary or secondary (see figure 4d) using the following transformations:
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Para esta representación circuital, la distribución de flujos se corresponde con la que se presenta en la figura 4e.For this circuit representation, the flow distribution corresponds to that presented in the figure 4e.
Del análisis de las figuras 4c, 4d y 4e, y de las ecuaciones definitorias anteriormente mostradas, se extrae que los devanados N_{1} y N_{2} son compartidos, y que también se produce compartición de parte del núcleo magnético. Además, hay una parte del núcleo por la que sólo circula flujo magnetizante asociado al transformador (nótese que ahora asociada al transformador hay una inductancia magnetizante y dos acoplamientos magnéticos ideales, debido a la existencia del tercer arrollamiento N_{3}). Por todo ello, el método es aplicable. En este caso también incrementaremos los grados de libertad de diseño del transformador.From the analysis of figures 4c, 4d and 4e, and of the defining equations shown above, it is extracted that the windings N_ {1} and N_ {2} are shared, and that also It produces sharing of part of the magnetic core. In addition, there is a part of the core through which only magnetizing flow circulates associated to the transformer (note that now associated to the transformer there is a magnetizing inductance and two couplings ideal magnetic, due to the existence of the third winding  N_ {3}). Therefore, the method is applicable. In this case we will also increase the degrees of design freedom of the transformer.
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Los pasos seguidos son:The steps followed are:
1) Subdivisión de los devanados compartidos N_{1} en N_{11} y N_{12}, y N_{2} en N_{21} y N_{22}. N_{1} está compartido por la bobina N_{1} y el transformador, y N_{2} está compartido por la bobina N_{2} y el transformador.1) Subdivision of the shared windings N_ {1} in N_ {11} and N_ {12}, and N_ {2} in N_ {21} and N_ {22}. N_ {1} is shared by coil N_ {1} and the transformer, and N_ {2} is shared by coil N_ {2} and the transformer.
2) N_{11} y N_{22} se colocan donde previamente estaban situados N_{1} y N_{2}, respectivamente.2) N_ {11} and N_ {22} are placed where previously N1 and N2 were located, respectively.
3) N_{12} y N_{21} se colocan en las porciones de núcleo donde sólo existe flujo asociado al transformador, es decir, en cualquiera de las porciones de núcleo que existen sobre y debajo de la ventana central.3) N 12 and N 21 are placed in the core portions where there is only flow associated with the transformer, that is, in any of the core portions that exist above and below the central window.
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La topología resultante, y los circuitos magnéticos y eléctricos resultantes se presentan en la figuras 4f, 4g y 4h (se incluye la distribución de flujo sobre la figura 4f, que presenta el componente). Las ecuaciones definitorias son las siguientes:The resulting topology, and the circuits The resulting magnetic and electrical are presented in figures 4f, 4g and 4h (flow distribution is included on figure 4f, which presents the component). The defining equations are the following:
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Nótese que cualquiera de los arrollamientos N_{12}, N_{3} y N_{21} podría colocarse en la parte de núcleo existente bajo la ventana central, sin modificar ni el funcionamiento ni las ecuaciones definitorias del modelo.Notice that any of the windings N_ {12}, N_ {3} and N_ {21} could be placed in the core part existing under the central window, without modifying the operation nor the defining equations of the model.
Las figuras 5a, 5b y 5c ilustran este mismo ejemplo, cuyas referencias numéricas han sido renombradas para facilitar su entendimiento. En concreto, la figura 5a corresponde a la 4f, la figura 5b corresponde a la 4g y la figura 5c a la 4h. En la figura 5a las cuatro columnas del núcleo magnético se representan por las referencias c1 c2 c3 c4, mientras que los respectivos tramos de núcleo que unen dichas columnas se representan por las referencias d1 d2 d3 d4 d5 d6. Los dos entrehierros, que en el presente ejemplo se localizan, de forma no limitativa, en las columnas c1 y c4, se representan por e1 y e2.Figures 5a, 5b and 5c illustrate this example, whose numerical references have been renamed for facilitate your understanding Specifically, Figure 5a corresponds to 4f, figure 5b corresponds to 4g and figure 5c to 4h. In Figure 5a the four columns of the magnetic core are represented by references c1 c2 c3 c4, while the respective core sections that join these columns are represented by references d1 d2 d3 d4 d5 d6. Both air gaps, which in the present example are located, not limiting, in columns c1 and c4, they are represented by e1 and e2.
Teniendo en cuenta el cambio de nomenclatura, las ecuaciones definitorias son las siguientes:Taking into account the change of nomenclature, The defining equations are as follows:
1313
Como puede observarse en la figura 5a, este filtro LCL integrado con un transformador está formado por un núcleo magnético que a su vez comprende una pluralidad de columnas c1 c2 c3 c4. Cada una de estas columnas está conectada a cada columna adyacente mediante un primer tramo perpendicular superior de núcleo magnético d1 d2 d3 y un segundo tramo perpendicular inferior de núcleo magnético d4 d5 d6. De estas cuatro columnas c1 c2 c3 c4, dos de ellas (las dos que no comprenden arrollamientos) comprenden cada una al menos un entrehierro e1 e2. En este caso, estas dos columnas c1 c4 comprenden cada una un único entrehierro e1 e2. La columna c2 que no comprende entrehierros comprende un primer arrollamiento N_{11d1}. Además, otra columna (en este caso c3) que no comprende entrehierros comprende un segundo arrollamiento N_{22d1}. Los dos tramos perpendiculares superior e inferior d2 d5 que conectan las dos columnas interiores c2 c3 comprenden en total tres arrollamientos N_{12d1} N_{3d1} N_{21d1}. Estos tres arrollamientos pueden organizarse de diferentes formas, siempre y cuando estén los tres ubicados en esos dos tramos centrales d2 d5. En el ejemplo de la figura 5a, los tres arrollamientos están en el mismo tramo d2. Alternativamente, los tres arrollamientos pueden estar en el tramo opuesto d5. Igualmente, dos arrollamientos pueden estar en un tramo (d2 ó d5) y el tercero en el tramo opuesto (d5 ó d2).As can be seen in Figure 5a, this LCL filter integrated with a transformer consists of a magnetic core which in turn comprises a plurality of columns c1 c2 c3 c4. Each of these columns is connected to each adjacent column by a first upper perpendicular section of magnetic core d1 d2 d3 and a second perpendicular section Magnetic core bottom d4 d5 d6. Of these four columns c1 c2 c3 c4, two of them (the two that do not include windings) each comprise at least one e1 e2 air gap. In this case, these two columns c1 c4 each comprise a single air gap e1 e2. Column c2 that does not comprise air gaps comprises a first winding N_ {11d1}. In addition, another column (in this case c3) that does not include air gaps comprises a second winding N_ {22d1}. The two upper perpendicular sections and lower d2 d5 connecting the two inner columns c2 c3 They comprise a total of three windings N_ {12d1} N_ {3d1} N_ {21d1}. These three windings can be organized in different ways, as long as the three are located in those two central sections d2 d5. In the example in Figure 5a, the three windings are in the same section d2. Alternatively, the three windings can be on the opposite section d5. Similarly, two windings can be in a section (d2 or d5) and the third in the opposite section (d5 or d2).
       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    
Ejemplo 3Example 3
Se adjunta una segunda solución de integración de filtro LCL y transformador. Esta solución también se basa en un núcleo de cuatro columnas con dos entrehierros. Sin embargo, puede resultar más sencilla desde el punto de vista de fabricación, ya que todos los arrollamientos aparecen colocados en las columnas verticales.A second integration solution is attached LCL filter and transformer. This solution is also based on a Four-column core with two air gaps. However, it can be easier from a manufacturing point of view, since that all windings are placed in the columns vertical
Su deducción parte de realizar una simplificación sobre la distribución de flujos de la solución mostrada en el ejemplo de la figura 4b, que se muestra en la figura 4e. Teniendo en cuenta que la reluctancia de las columnas extremas es mucho mayor que la de las internas (debido a los entrehierros), el flujo asociado a la inductancia magnetizante, circulante a través de dichas columnas extremas, puede ser despreciado. Esta representación simplificada se muestra en la figura 4i. Se puede, de esta manera, dividir el terciario y recolocarlo de tal manera que la fuerza magnetomotriz generada en sus bornes sea nula (figura 4j). Los equivalentes circuitales magnético y eléctrico correspondientes se muestran en las figuras 4k y 4l, respectivamente. Se debe destacar que se puede hacer N_{31}=N_{32}=0 y N_{33}=N_{34}\neq0, o bien N_{33}=N_{34}=0 y N_{31}=N_{32}\neq0, y no se vería alterado el funcionamiento de la solución. Las ecuaciones definitorias simplificadas son las siguientes:Your deduction starts from making a simplification on the distribution of solution flows shown in the example of figure 4b, shown in the figure 4e. Given that the reluctance of the columns extremes is much greater than that of internal (due to air gaps), the flow associated with the magnetizing inductance, circulating through said extreme columns, it can be despised This simplified representation is shown in the figure 4i. You can, in this way, divide the tertiary and reposition it in such a way that the magnetomotive force generated in its terminals are null (figure 4j). The circuit equivalents corresponding magnetic and electrical are shown in the figures 4k and 4l, respectively. It should be noted that it can be done N_ {31} = N_ {32} = 0 and N_ {33} = N_ {34} \ neq0, or N_ {33} = N_ {34} = 0 and N_ {31} = N_ {32} \ neq0, and would not be seen altered the operation of the solution. The equations Simplified definitions are as follows:
1414
Al igual que se explicó en el caso del ejemplo 1, la modificación del sentido de arrollamiento sobre el núcleo de N_{33} como de N_{34} haría que en las ecuaciones definitorias de t_{r2c} y L_{m3c} los elementos que componen ambos numeradores pasasen a sumarse. Este cambio implicaría que el sentido de giro de N_{34} también se modificase, para lograr los efectos de acoplo y desacoplo magnético deseados.As explained in the case of the example 1, the modification of the winding direction on the core of N_ {33} as of N_ {34} would make in the defining equations of t_ {r2c} and L_ {m3c} the elements that make up both numerators were added. This change would imply that the direction of rotation of N_ {34} is also modified, to achieve desired magnetic coupling and decoupling effects.
Sobre esta solución se puede aplicar también el método objeto de la invención, de manera que sólo se coloquen arrollamientos en las columnas verticales. En este caso, se dividen primario y secundario tal y como aparece en la figura 4m. La idea consiste en incrementar los grados de libertad de diseño de las dos inductancias serie del filtro.On this solution you can also apply the method object of the invention, so that they are only placed windings in the vertical columns. In this case, they divide primary and secondary as it appears in figure 4m. The idea it consists in increasing the degrees of design freedom of the two series inductances of the filter.
Siguiendo un análisis similar al ya descrito en detalle, se obtiene un modelo de reluctancias como ilustra la figura 4n y un equivalente circuital eléctrico como muestra la figura 4o. Las ecuaciones definitorias son las siguientes:Following an analysis similar to that already described in detail, a reluctance model is obtained as illustrated by the Figure 4n and an electric circuit equivalent as shown in the figure 4o. The defining equations are the following:
       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    
15fifteen
       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    
Para este y para todos los casos anteriores, se deben realizar los conexionados de los arrollamientos de manera que los sentidos de las fuerzas magnetomotrices queden tal y como aparece en los circuitos magnéticos asociados a cada figura. Un cambio en el sentido de arrollamiento de N_{12} y N_{21} implica que los elementos de los denominadores de L_{sc1'} y L_{sc2'}, respectivamente, pasen a sumarse. En caso de modificarse el sentido de arrollamiento de N_{32} o de N_{33}, deberían modificarse también los de N_{31} y N_{34}, respectivamente, para que se logren los efectos de acoplo y desacoplo magnético deseados.For this and for all the previous cases, they must make the connections of the windings so that the senses of the magnetomotive forces remain as It appears in the magnetic circuits associated with each figure. A change in the winding direction of N_ {12} and N_ {21} implies that the elements of the denominators of L_ {sc1 '} and L_ {sc2 '}, respectively, become added. In case of change the winding direction of N_ {32} or N_ {33}, those of N_ {31} and N_ {34} should also be modified, respectively, so that the coupling effects are achieved and Magnetic decoupling desired.
Las figuras 6a, 6b y 6c ilustran este mismo ejemplo, cuyas referencias numéricas han sido renombradas para facilitar su entendimiento. En concreto, la figura 6a corresponde a la 4m, la figura 6b corresponde a la 4n y la figura 6c a la 4o. En la figura 6a las cuatro columnas del núcleo magnético se representan por las referencias c10 c20 c30 c40, mientras que los respectivos tramos de núcleo que unen dichas columnas se representan por las referencias d10 d20 d30 d40 d50 d60. Los dos entrehierros, que en el presente ejemplo se localizan, de forma no limitativa, en las columnas c10 y c40, se representan por e10 y e20.Figures 6a, 6b and 6c illustrate this example, whose numerical references have been renamed for facilitate your understanding Specifically, Figure 6a corresponds to 4m, figure 6b corresponds to the 4n and figure 6c to the 4th. In Figure 6a the four columns of the magnetic core are represented by references c10 c20 c30 c40, while the respective core sections that join these columns are represented by references d10 d20 d30 d40 d50 d60. Both air gaps, which in the present example are located, not limiting, in columns c10 and c40, they are represented by e10 and e20.
Teniendo en cuenta el cambio de nomenclatura, las ecuaciones definitorias son las siguientes:Taking into account the change of nomenclature, The defining equations are as follows:
       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    
1616
       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    
Como puede observarse en la figura 6a, este filtro LCL integrado con un transformador está formado por un núcleo magnético que a su vez comprende una pluralidad de columnas c10 c20 c30 c40. Cada una de estas columnas está conectada a cada columna adyacente mediante un primer tramo perpendicular superior de núcleo magnético d10 d20 d30 y un segundo tramo perpendicular inferior de núcleo magnético d40 d50 d60.As can be seen in Figure 6a, this LCL filter integrated with a transformer consists of a magnetic core which in turn comprises a plurality of columns c10 c20 c30 c40. Each of these columns is connected to each adjacent column by a first upper perpendicular section of magnetic core d10 d20 d30 and a second perpendicular section Magnetic core bottom d40 d50 d60.
De estas cuatro columnas c1 c2 c3 c4, una de las dos columnas situadas más a la izquierda del núcleo magnético (o sea, c10 ó c20) comprende al menos un primer entrehierro (e10) y una de las dos columnas situadas más a la derecha del núcleo magnético (o sea, c30 ó c40) comprende al menos un segundo entrehierro (e20). En el caso de este ejemplo, la columna de más a la izquierda (c1) comprende un único entrehierro el y la columna de más a la derecha (c4) comprende un único entrehierro e2.Of these four columns c1 c2 c3 c4, one of the two columns further to the left of the magnetic core (or either, c10 or c20) comprises at least a first air gap (e10) and one of the two columns to the right of the nucleus magnetic (that is, c30 or c40) comprises at least one second air gap (e20). In the case of this example, the column plus the left (c1) comprises a single air gap the and the column of more to the right (c4) comprises a single air gap e2.
Además, la primera columna que comprende al menos un primer entrehierro (en este caso, la columna c10) comprende además un primer y un segundo arrollamiento (N_{31d2}, N_{12d2}) y la otra columna que comprende al menos otro primer entrehierro (en este caso, la columna c40) comprende además un tercer y un cuarto arrollamiento (N_{34d2}, N_{21d2}). Las otras dos columnas c20 c30 comprenden cada una dos arrollamientos (la columna c29 comprende N_{32d2} y N_{11d2} y la columna c30 comprende N_{33d2} y N_{22d2}).In addition, the first column comprising the minus a first air gap (in this case, column c10) it also comprises a first and a second winding (N_ {31d2}, N_ {12d2}) and the other column comprising at least one other first air gap (in this case, column c40) further comprises a third and fourth winding (N_ {34d2}, N_ {21d2}). The others two c20 c30 columns each comprise two windings (the column c29 comprises N_ {32d2} and N_ {11d2} and column c30 it comprises N_ {33d2} and N_ {22d2}).
En definitiva, la presente invención proporciona un método sistemático y general de optimización del diseño de componentes magnéticos integrados que añade grados de libertad suficientes como para que puedan ser diseñados todos los componentes integrados de forma independiente y mediante ecuaciones sencillas. Esto permite que la solución proporcionada sea útil para cualquier topología o aplicación, siempre y cuando cumpla los requisitos que ya se han expuesto.In short, the present invention provides a systematic and general method of optimizing the design of integrated magnetic components that adds degrees of freedom enough to be designed for all components integrated independently and through equations simple. This allows the solution provided to be useful for any topology or application, as long as it meets the requirements that have already been exposed.
En suma, aunque existen trabajos previos en los cuales se presentan soluciones con compartición de núcleo y arrollamientos y suficientes grados de libertad, en ninguno de estos casos se propone un método generalizado de diseño.In sum, although there are previous works in the which are presented solutions with core sharing and windings and sufficient degrees of freedom, in any of These cases propose a generalized design method.
La invención presentada describe un procedimiento sistemático y general, que puede ser aplicado para cualquier topología orientada a cualquier aplicación, siempre y cuando cumpla los requisitos que ya se expusieron.The presented invention describes a systematic and general procedure, which can be applied to any topology oriented to any application, provided and when it meets the requirements that were already exposed.
A la vista de esta descripción y juego de figuras, el experto en la materia podrá entender que la invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes, sin salir del objeto de la invención tal y como ha sido reivindicada.In view of this description and game of figures, the person skilled in the art will understand that the invention has been described according to some preferred embodiments of the same, but that multiple variations can be introduced in said preferred embodiments, without leaving the object of the invention as claimed.

Claims (6)

1. Método de optimización del diseño de un componente magnético integrado formado por una pluralidad de componentes magnéticos discretos, mediante el aumento de grados de libertad del diseño de al menos un primer componente magnético discreto, donde al menos dicho primer componente magnético discreto y un segundo componente magnético discreto comparten un núcleo y al menos un arrollamiento de dicho componente magnético integrado, donde dicho método comprende las etapas de:1. Method of optimizing the design of a integrated magnetic component formed by a plurality of discrete magnetic components, by increasing degrees of freedom of design of at least a first magnetic component discrete, where at least said first discrete magnetic component and a second discrete magnetic component share a core and at minus a winding of said integrated magnetic component, where said method comprises the steps of:
- elegir un componente magnético discreto que forma dicho componente magnético integrado;- choose a discrete magnetic component that said integrated magnetic component forms;
- obtener un circuito eléctrico equivalente que reproduzca el comportamiento eléctrico de dicho componente magnético integrado de forma que, en al menos una porción de dicho núcleo, el flujo magnético circulante procede sustancialmente únicamente de dicho componente magnético discreto elegido;- obtain an equivalent electrical circuit that reproduce the electrical behavior of said component magnetic integrated so that, in at least a portion of said core, the circulating magnetic flux proceeds substantially only of said discrete magnetic component chosen;
caracterizado por la etapa de: characterized by the stage of:
- dividir el al menos un arrollamiento compartido por dicho componente magnético discreto elegido cuyos grados de libertad de diseño son incrementados y al menos un segundo componente magnético discreto, en al menos dos sub-arrollamientos, donde al menos uno de dichos sub-arrollamientos se coloca en una columna de dicho núcleo en la que se encontraba el arrollamiento original y donde al menos uno de dichos sub-arrollamientos se coloca en una segunda columna de dicho núcleo por la que el flujo magnético que circula se debe sustancialmente al componente magnético discreto elegido, cuyos grados de libertad de diseño son incrementados.- divide the at least one winding shared by said discrete magnetic component chosen whose degrees of design freedom are increased and at least one second discrete magnetic component, in at least two sub-windings, where at least one of said sub-windings is placed in a column of said nucleus in which the original winding was and where at  minus one of said sub-windings is placed in a second column of said core through which the magnetic flux that circulates is due substantially to the magnetic component Discreetly chosen, whose degrees of design freedom are increased
2. Método según la reivindicación 1, donde dicho arrollamiento compartido por dichos primer y segundo componentes magnéticos discretos se divide en al menos un primer sub-arrollamiento y un segundo sub-arrollamiento.2. Method according to claim 1, wherein said  winding shared by said first and second components discrete magnetic is divided into at least a first sub-winding and a second sub-winding.
3. Componente magnético integrado que integra una pluralidad de elementos magnéticos discretos, obtenible mediante el método de la reivindicación 1.3. Integrated magnetic component that integrates a plurality of discrete magnetic elements, obtainable by the method of claim 1.
4. Componente magnético integrado según la reivindicación 3, formado por un filtro LCL integrado con un transformador.4. Magnetic component integrated according to the claim 3, formed by an LCL filter integrated with a transformer.
5. Componente magnético integrado según la reivindicación 4, que comprende un núcleo magnético que a su vez comprende una pluralidad de columnas (c1, c2, c3, c4), cada una de las cuales está conectada a cada columna adyacente mediante un primer tramo perpendicular de núcleo magnético (d1, d2, d3) y un segundo tramo perpendicular de núcleo magnético (d4, d5, d6), y donde dos de dichas columnas (c1, c4) comprenden cada una al menos un entrehierro (e1, e2),5. Integrated magnetic component according to the claim 4, comprising a magnetic core which in turn it comprises a plurality of columns (c1, c2, c3, c4), each of which is connected to each adjacent column by a first perpendicular section of magnetic core (d1, d2, d3) and a second perpendicular section of magnetic core (d4, d5, d6), and where two of said columns (c1, c4) each comprise at least an air gap (e1, e2),
caracterizado por que una columna (c2) que no comprende entrehierros comprende un primer arrollamiento (N_{11d1}), una columna (c3) que no comprende entrehierros comprende un segundo arrollamiento (N_{22d1}) y los dos tramos perpendiculares (d2, d5) que conectan las dos columnas interiores (c2, c3) comprenden en total tres arrollamientos (N_{12d1}, N_{3d1}, N_{21d1}). characterized in that a column (c2) that does not comprise air gaps comprises a first winding (N 11d1), a column (c3) that does not comprise air gaps comprises a second winding (N 22d1) and the two perpendicular sections (d2, d5) that connect the two inner columns (c2, c3) comprise a total of three windings (N_ {12d1}, N_ {3d1}, N_ {21d1}).
6. Componente magnético integrado según la reivindicación 4, que comprende un núcleo magnético que a su vez comprende una pluralidad de columnas (c10, c20, c30, c40), cada una de las cuales está conectada a cada columna adyacente mediante un primer tramo perpendicular de núcleo magnético (d10, d20, d30) y un segundo tramo perpendicular de núcleo magnético (d40, d50, d60), y donde una de las dos columnas situadas más a la izquierda del núcleo magnético (c10, c20) comprende al menos un primer entrehierro (e10) y una de las dos columnas situadas más a la derecha del núcleo magnético (c30, c40) comprende al menos un segundo entrehierro (e20),6. Integrated magnetic component according to the claim 4, comprising a magnetic core which in turn it comprises a plurality of columns (c10, c20, c30, c40), each of which is connected to each adjacent column by a first perpendicular section of magnetic core (d10, d20, d30) and a second perpendicular section of magnetic core (d40, d50, d60), and where one of the two leftmost columns of the magnetic core (c10, c20) comprises at least a first air gap (e10) and one of the two columns located further to the right of the magnetic core (c30, c40) comprises at least one second air gap (e20),
caracterizado por que la primera columna (c10) que comprende al menos un primer entrehierro (e10) comprende además un primer y un segundo arrollamiento (N_{31d2}, N_{12d2}), la segunda columna (c40) que comprende al menos otro primer entrehierro (e20) comprende además un tercer y un cuarto arrollamiento (N_{34d2}, N_{21d2}), una tercera columna (c20) comprende un quinto y un sexto arrollamientos (N_{32d2}, N_{11d2}) y una cuarta columna (c30) comprende un séptimo y un octavo arrollamientos (N_{33d2}, N_{22d2}). characterized in that the first column (c10) comprising at least a first air gap (e10) further comprises a first and a second winding (N 31d2, N 12d2), the second column (c40) comprising at least one other first air gap (e20) further comprises a third and fourth winding (N_ {34d2}, N_ {21d2}), a third column (c20) comprises a fifth and a sixth windings (N_ {32d2}, N_ {11d2}) and a fourth column (c30) comprises a seventh and an eighth windings (N_ {33d2}, N_ {{d2})).
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