集成電感器裝置製造方法

2023-06-19 06:06:01 1

集成電感器裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種集成電感器裝置，其具有至少三個彼此並排設置成一排的磁環(a、b、c)以及與磁環(a、b、c)中的每一個相關聯的至少一個繞組(1)，磁環(a、b、c)由單獨磁芯元件(2)以及共享磁芯元件(3)組成，其中單獨磁芯元件(2)中的每一個是磁環(a、b、c)中的一個磁環的一部分，共享磁芯元件(3)中的每一個是磁環(a、b、c)中的兩個鄰近磁環的一部分。由磁隙(4)將共享磁芯元件(3)與單獨磁芯元件(2)分離，並且至少一個繞組(1)中的每一個設置在單獨磁芯元件(2)中的一個的周圍。本發明還涉及在電力逆變器的三相AC濾波器中使用此集成電感器裝置，以向電網供電。
【專利說明】集成電感器裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種集成電感器裝置，並且特別涉及在電力逆變器的三相交流(AC)濾波器中使用此裝置以向電網供電。

【背景技術】
[0002]來自化石燃料的不斷增加的能源成本刺激了可再生能源的獲得。進而，例如在歐盟中的很多國家存在降低溫室氣體生產排放的法律規定。由於可再生能源經常以電流的形式生成，而電流可以使用現有的能量傳輸基礎設施，所以，對可再生能量轉換器而言，有必要與傳輸系統參數相匹配。例如，需要電網中供給的電能與諸如電壓、頻率以及相角等參數相匹配。通常地，這通過使用電力逆變器實現，電力逆變器藉助於電力電子換向電路形成正確成形的一相至三相電流。除基本的50赫茲(Hz)或60Hz電網頻率之外，由逆變器提供的電流經常含有不想要的高頻分量。通過使用有時也稱為正弦濾波器的濾波電路，實現了高頻電流分量的部分消除。這樣的濾波器通常含有與電容器結合的電感器。
[0003]可再生能源的盈利能力不僅由生成系統的成本來決定，而且由該系統的效率來決定，該發電系統包括:能量源(例如光伏發電機)和逆變器、以及其他部件。因此，允許電感部件的尺寸和/或重量減小的任何改進都在關注的範圍內。尺寸和/或重量的減小不僅使得節約了特定材料，也降低了功率損耗。
[0004]專利文獻US 7，830，235描述了一種集成電感器裝置，該集成電感器裝置在耦合到燃料電池的逆變器的直流(DC)輸入級使用。該電感器裝置含有與磁環相關聯的電感元件，其中，鄰接的磁環共享通用磁芯工件。由於這種設計，與分離式電感器相比，集成電感器裝置的總重量減少了。根據專利文獻US 7，830，235的解決方案是針對DC/DC轉換器而提出的。來自DC電源的能量通過將其傳輸到電感元件中的一個進行升壓，然後，在打開DC輸入級中的開關元件後，傳送給其更高的電壓。由於給電感器提供能量所要求的時間比將能量傳送到負載所需要的時間長，故為了減少時間而不限制能量向負載的傳送，將電感器增至三倍。根據專利文獻US7，830，235，繞組設置在磁隙(例如氣隙)的周圍，其分隔不同的磁芯元件，這導致了氣隙周圍的邊緣通量帶來的額外的功率損耗。此外，使用複雜形狀的磁芯元件將增加製造成本。


【發明內容】

[0005]希望提供一種沒有上述討論的缺點的集成電感器裝置。
[0006]通過一種集成電感器裝置以及使用具有獨立權利要求所述的各個特徵的這樣的裝置來實現這個目標。細化和有利發展是從屬權利要求的主題。
[0007]根據本發明的集成電感器裝置具有彼此並排設置成一排的至少三個磁環，以及與磁環中的每一個相關聯的至少一個繞組。磁環由單獨磁芯元件以及共享磁芯元件形成，單獨磁芯元件中的每一個是磁環中的一個磁環的一部分,共享磁芯元件中的每一個是磁環中的兩個鄰近的磁環的一部分。由磁隙將共享磁芯元件與單獨磁芯元件分離，並且至少一個繞組中的每一個設置在單獨磁芯元件中的一個的周圍。
[0008]由於繞組定位在單獨磁芯元件上，相應地，繞組不纏繞在磁隙的周圍。因此，由於磁隙，邊緣通量不影響繞組，從而減少了磁損耗，並且增強了電感器裝置的效率。此外，因為共享磁芯元件是兩個鄰近磁環的一部分，所以產生了重量降低。
[0009]在集成電感器裝置的有利實施例中，共享磁芯元件設置成與單獨磁芯元件垂直。這樣使得裝置的組裝簡單。
[0010]在集成電感器裝置的另一個有利實施例中，單獨磁芯元件和共享磁芯元件具有相同的橫截面積。這樣使得最大程度節約了材料。
[0011]在集成電感器裝置的另一個有利實施例中，與磁環中的兩個相鄰的磁環相關聯的繞組具有不同的繞組感應(sense of winding)。這樣，當集成電感器裝置作為三相AC濾波器使用時，共享磁芯元件中的最大磁通量不超過單獨磁芯元件中的最大磁通量。
[0012]在集成電感器裝置的另一個有利實施例中，共享磁芯元件和/或單獨磁芯元件是立方體塊狀物。特別優選地，所有的磁芯元件都是立方體塊狀物，或者是兩個或多於兩個立方體塊狀物的組合，甚至更優選地，所有的磁芯元件都具有相同的尺寸和/或材料。這樣，用以生產和儲存的成本可以減少。
[0013]在集成電感器裝置的另一個有利實施例中，單獨磁芯元件和/或共享磁芯元件由堆疊以形成層狀結構的衝壓矽鋼片製成，或者由鐵氧體或層狀磁性非晶態金屬或者磁性材料的燒結粉末製成。進一步優選地，承載繞組的單獨磁芯元件由磁性材料的燒結粉末製成，並且所有其他單獨磁芯元件和共享磁芯元件都由高磁導率材料製成。
[0014]在集成電感器裝置的另一個有利實施例中，磁隙用介電隔片填充。在又一個有利實施例中，繞組纏繞在繞線管上。進一步優選地，繞線管具有用於固定共享磁芯元件的工具。這些特徵使得裝置的安裝簡單。
[0015]在集成電感器裝置的另一個有利實施例中，由壓縮力加固磁芯元件裝置。進一步優選地，壓縮力來源於作用於兩個夾具的螺栓，所述兩個夾具定位在裝置的每個頭端部上。以這種方式，提供了一種成本很低並節約材料的裝置的組裝方式。
[0016]根據本發明的另一方面，在電力逆變器的三相AC濾波器中使用這樣的集成電感器裝置以向電網供電。三相AC濾波器中的相移使得共享磁芯元件可以有利地具有與單獨磁芯元件相同的橫截面，因此使得最大程度節約了磁芯材料的材料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]以下將藉助三個附圖並使用示例性實施例更詳細地解釋本發明，在附圖中:
[0018]圖1示出了集成電感器裝置的示例性實施例；
[0019]圖2示出了 AC濾波器的示例性設置，其中，根據本發明的集成電感器裝置可用於該AC濾波器；以及
[0020]圖3示出了集成電感器裝置的共享磁芯元件中的磁通量的時間相關性的示意圖。

【具體實施方式】
[0021]圖la示出了根據本申請的集成電感器裝置的俯視圖。圖lb描繪了集成電感器裝置沿著圖la所示的線A-A的截面圖。
[0022]在給出的例子中，集成電感器裝置包含組成三對的六個繞組1，其中每對繞組與三個磁環:磁環a、磁環b、磁環c中的一個相關聯。由顯示出高磁導率的磁芯元件2、磁芯元件3將環限定。例如，磁芯元件2、磁芯元件3由堆疊以形成層狀結構的衝壓矽鋼片製成，或者由鐵氧體或層狀磁性非晶態金屬或燒結的磁性粉末製成。
[0023]磁環a、磁環b、磁環c沿直線彼此並排設置。因此，一個內磁環b兩側為兩個外磁環:磁環a、磁環c,磁環a、磁環c分別位於內磁環b的每一側。
[0024]形成並限定磁環a、磁環b、磁環c的磁芯元件2、磁芯元件3可以區分為單獨磁芯元件2以及共享磁芯元件3，單獨磁芯元件2隻屬於磁環a、磁環b、磁環c之一，共享磁芯元件3分別由兩個鄰近的磁環a、磁環b共享，或者由磁環b、磁環c共享。繞組I只定位在單獨磁芯元件2上，並且不在共享磁芯元件3上。由磁隙4 (例如，由介電板形成)將共享磁芯元件3與單獨磁芯元件2分離。磁隙4是低磁導率的小剖面。它們將磁環a、磁環b、磁環c彼此解耦。
[0025]由於繞組I定位在單獨磁芯元件2上，相應地，繞組I不纏繞在磁隙4的周圍。因此，由磁性繞組I產生的邊緣通量不影響繞組1，從而減少了磁損耗，並且增強了電感器裝置的效率。有利地，與兩個鄰近的磁環a、磁環b和兩個相鄰的磁環b、磁環c相關聯的繞組I具有不同的繞組感應，這也如圖2的星號表示並在下文將結合圖2描述。
[0026]兩個共享磁芯元件3優選為立方體形狀。外磁環a、外磁環c的單獨磁芯元件2是C形的。每個都可以由單個C形工件形成。然而，如例子中所示，每個也可由三個設置成C形的立方體塊狀物形成。由另外的磁隙5可任選地將三個塊狀物互相分離。內磁環b的單獨磁芯元件2可由兩個立方體塊狀物組成。因此，在圖1b中示出的有利實施例中，集成電感器裝置的磁芯由十個立方體塊狀物構成，其中兩個塊狀物(共享磁芯元件3)和每側的塊狀物正交於剩餘的六個塊狀物放置，剩餘的六個塊狀物由每三個塊狀物構成兩條並行線。十個立方體塊狀物可以是相同尺寸和相同材料，從而降低用於生產和儲存的成本。
[0027]繞組I優選地設置在繞線管6上，繞線管6上裝備有適當的固定工具，固定工具例如壁腳板，當繞線管6定位在單獨磁芯元件2上時，固定工具提供對共享磁芯元件3的支撐。通過使用優選由金屬製成的兩個長螺釘7或螺栓7和異形夾(profiled clamp)8沿著裝置的縱軸壓縮裝置，可將整個裝置的磁芯元件2、磁芯元件3固定。
[0028]將結合圖3解釋用於在如圖2所示的三相AC濾波器10中使用根據本申請的集成電感器裝置的有利情形。圖3示出了第一磁通量21和第二磁通量22的時間相關性，第一磁通量21存在於圖1中所示的裝置的外磁環:磁環a、磁環c中的一個中，第二磁通量22存在於內磁環b中。兩個磁通量21、磁通量22都以任意單位示出，調整成幅值為一的振幅。時間相關性以度為單位的相角示出，即，示意圖示出了電網頻率的一個周期。磁通量21、磁通量22與各個繞組中的電流成正比。由於三相電流的性質，磁通量21、磁通量22彼此相對移動120°。
[0029]圖2以示意性接線圖的形式示出了三相AC濾波器10，例如，其設置在電力逆變器和電網之間。AC濾波器10具有三個輸入端:輸入端11a、輸入端lib、輸入端lie,三個輸入端連接到逆變器的三條輸出線，並且還具有連接到中性線的另一輸入端lln。然後三個輸出端:輸出端12a、輸出端12b、輸出端12c通向電網的各條線。AC濾波器10包含三個第一電感器:第一電感器13a、第一電感器13b、第一電感器13c ;三個第二電感器:第二電感器14a、第二電感器14b、第二電感器14c ；以及三個電容器:電容器15a、電容器15b、電容器15c。根據本發明，可由例如圖1中所示的集成電感器裝置提供第一電感器:第一電感器13a、第一電感器13b、第一電感器13c和/或三個第二電感器:第二電感器14a、第二電感器14b、第二電感器14c。通過示例的方式，圖2中的框13表明，在這種情況中，三個第一電感器:第一電感器13a、第一電感器13b、第一電感器13c是集成的。通過圖中靠近繞組符號的星號表示了集成電感器裝置的鄰近的磁環a、磁環b、磁環c的不同的繞組感應。
[0030]圖3中示出了第三磁通量23,第三磁通量23是兩個磁通量:磁通量21、磁通量22的總和。這個第三磁通量23表示共享磁芯元件3中的一個磁芯元件的通量的時間相關性。明顯的是，這個通量從來不會超過任一單一分量，即磁通量21、磁通量22的通量密度的最大值。由於這個事實，有可能將共享磁芯元件3的橫截面積減小到單獨磁芯元件的橫截面積，並因此，將其橫截面積減小到比分立式設置的簡單組合中的兩個塊狀物的橫截面積更小的值，而沒有超過所使用的磁性材料的最大通量密度的風險。
[0031]參考標號列表
[0032]1繞組
[0033]2單獨磁芯元件
[0034]3共享磁芯元件
[0035]4磁隙
[0036]5另一個磁隙
[0037]6繞線管
[0038]7螺釘
[0039]8夾具
[0040]10AC 濾波器
[0041]11a、lib、11c、1 In 輸入端
[0042]12a、12b、12c輸出端
[0043]13a、13b、13c第一電感器
[0044]14a、14b、14c第二電感器
[0045]15a、15b、15c電容器
[0046]21、22、23磁通量
[0047]a、b、c磁環
【權利要求】
1.一種集成電感器裝置，其具有至少三個彼此並排設置成一排的磁環(a、b、c)，以及與所述磁環(a、b、c)中的每一個磁環相關聯的至少一個繞組(1)，所述磁環(a、b、c)由單獨磁芯元件(2)以及共享磁芯元件(3)形成，其中，所述單獨磁芯元件(2)中的每個磁芯元件(2)是所述磁環(a、b、c)中的一個磁環的一部分，並且所述共享磁芯元件(3)中的每個磁芯元件(3)是所述磁環(a、b、c)中的兩個鄰近的磁環的一部分，其中，由磁隙(4)將所述共享磁芯元件(3)與所述單獨磁芯元件(2)分離，並且所述至少一個繞組(1)中的每個繞組(1)設置在所述單獨磁芯元件(2)中的一個磁芯元件(2)的周圍。
2.根據權利要求1所述的集成電感器裝置，其中，所述共享磁芯元件(3)設置成與所述單獨磁芯元件(2)垂直。
3.根據權利要求1或2所述的集成電感器裝置，其中，所述單獨磁芯元件(2)和所述共享磁芯元件(3)具有相同的橫截面積。
4.根據權利要求1-3中的一項所述的集成電感器裝置，其中，與所述磁環(a、b、c)中的兩個鄰近的磁環相關聯的所述繞組(1)具有不同的繞組感應。
5.根據權利要求1-4中的一項所述的集成電感器裝置，其中，所述共享磁芯元件(3)是立方體塊狀物。
6.根據權利要求1-5中的一項所述的集成電感器裝置，其中，所述磁環(a、b、c)中的兩個磁環是定位在內磁環(b)周圍的外磁環(a、c)，其中，所述外磁環(a、c)的所述單獨磁芯元件⑵是C形的。
7.根據權利要求6所述的集成電感器裝置，其中，所述外磁環(a、c)中的每一個外磁環的所述單獨磁芯元件(2)包含三個立方體塊狀物。
8.根據權利要求6或7所述的集成電感器裝置，其中，所述內磁環(b)的所述單獨磁芯元件(2)包含兩個立方體塊狀物。
9.根據權利要求5、7以及8所述的集成電感器裝置，其中，所有的立方體塊狀物具有相等尺寸。
10.根據權利要求1-6中的一項所述的集成電感器裝置，其中，承載繞組(1)的單獨磁芯元件(2)具有橢圓形橫截面。
11.根據權利要求1-10中的一項所述的集成電感器裝置，其中，所述單獨磁芯元件(2)和/或所述共享磁芯元件(3)由堆疊以形成層狀結構的衝壓矽鋼片製成。
12.根據權利要求1-10中的一項所述的集成電感器裝置，其中，所述單獨磁芯元件(2)和/或所述共享磁芯元件(3)由鐵氧體製成。
13.根據權利要求1-10中的一項所述的集成電感器裝置，其中，所述單獨磁芯元件(2)和/或所述共享磁芯元件(3)由層狀磁性非晶態金屬製成。
14.根據權利要求1-10中的一項所述的集成電感器裝置，其中，所述單獨磁芯元件(2)和/或所述共享磁芯元件(3)由磁性材料的燒結粉末製成。
15.根據權利要求1-10中的一項所述的集成電感器裝置，其中，承載繞組(1)的單獨磁芯元件(2)由磁性材料的燒結粉末製成，並且所有其他的單獨磁芯元件(2)以及所述共享磁芯元件(3)由高磁導率材料製成。
16.根據權利要求1-15中的一項所述的集成電感器裝置，其中，所述磁隙(4)用介電隔片填充。
17.根據權利要求1-16中的一項所述的集成電感器裝置，其中，所述繞組(1)纏繞在繞線管(6)上。
18.根據權利要求17所述的集成電感器裝置，其中，所述繞線管(6)具有用於固定所述共享磁芯元件(3)的工具。
19.根據權利要求1-18中的一項所述的集成電感器裝置，其中，由壓縮力加固所述裝置的磁芯元件(2、3)。
20.根據權利要求19所述的集成電感器裝置，其中，所述壓縮力來源於作用於兩個夾具(8)的螺栓(7)，所述兩個夾具(8)定位在所述裝置的每個頭端部上。
21.根據權利要求1-20中的一項所述的集成電感器裝置的使用，其中所述集成電感器裝置在電力逆變器的三相AC濾波器中使用，以向電網供電。
【文檔編號】H01F37/00GK104285264SQ201280073125
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2012年6月6日 優先權日:2012年5月18日
【發明者】米洛什·漢德澤爾, 史蒂芬·多馬加拉, 馬雷克·裡爾科, 馬瑞斯·瓦爾恰克, 馬瑞斯·格瓦德拉, 阿圖爾·傑坎 申請人:艾思瑪太陽能技術股份公司