帶有磁性耦合的相的多相轉換器的製作方法

2023-04-27 14:05:21

專利名稱：帶有磁性耦合的相的多相轉換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據獨立權利要求的類型所述的多相轉換器。根據本發明的多相轉換器例如在DE 2009/114873 Al中公開。其中所描述的DC/DC轉換器包括帶有非線性感性阻抗的線圈、開關系統和輸出濾波器。在此，相鄰的相彼此耦合。
背景技術：
在EP 1145416 BI中已經公開了一種用於變換電能量的換流器。這樣，在此所提出的是，電感線圈大小可以通過使用耦合的電感來減小。在此情況下，耦合的電感線圈應設計為，子支路的負載電流彼此補償並且不會導致電感線圈的磁性負載。在各子支路之間的差動電流於是僅弓I起磁場。在DE 10039890 Al中已經公開了一種平面變壓器。由塑料製造的支承體本體包含多個彼此堆疊的印製導線，印製導線被構造為衝壓彎曲板。在此，印製導線布置在塑料支承體本體內，使得塑料在印製導線之前起絕緣作用。此外，支承體本體包含繞組，所述繞組形成平面變壓器的初級繞組和次級繞組。在DE 19500943 Cl中已經公開了一種平面變壓器。首先，塑料設置有開口和切口，用於磁芯的中間腿和邊腿的穿過。塑料膜利用這兩個繞組壓印並且接著利用塑料材料注塑成型。多個支承板被堆疊。在安裝磁芯之後，安裝單元利用絕緣塑料材料注射成型。

發明內容
本發明的任務是提出了一種多相轉換器，該多相轉換器的特色在於簡單的可製造性和結構高度的進一步減小，尤其由於耦合裝置的體積較小以及可調節性。該任務通過獨立權利要求的特徵來解決。因此，根據本發明的具有獨立權利要求1的多相轉換器具有多相轉換器的成本低廉的和在製造技術上簡單的結構的優點，因為尤其可以使用二維相形式。耦合裝置也可以矩陣形式布置。利用根據獨立權利要求的特徵所述的相應多相轉換器因此可以避免複雜的三維結構。通過設置至少一個絕緣體，所以可以實現多種功能，其中所述絕緣體容納在其上側或下側上要耦合的相併且在所述絕緣體上設置至少一個固定裝置，所述固定裝置用於固定與至少一個相協同作用。絕緣體承擔要不同布置的相或耦合裝置的固定以及相彼此以製造技術上特別有利地方式的絕緣。因此，預安裝的絕緣體必須與相應布置的耦合裝置重疊。在一種適當的改進方案中，設計為，絕緣體具有至少一個凹進部，用於容納至少一個耦合裝置。由此，實現了耦合裝置的位置正確的安裝，同時耦合裝置與布置在絕緣體上的相絕緣。在一種適當的改進方案中，設置支承體，該支承體具有至少一個支承面，用於容納耦合裝置。由此，可以實現耦合裝置的位置精確的預安裝，使得僅支承體必須與絕緣體歸併，用於形成多相轉換器。為此，支承體特別優選地具有至少一個固定裝置，用於將支承體與耦合裝置、絕緣體或印刷電路板固定。特別優選地，支承體的固定裝置與保持件協同作用，用於將耦合裝置與支承體固定。保持件可以將多個耦合裝置的多個部分同時固定，使得可以減小安裝開銷。此外，保持件可以實施為例如由彈簧板構成的彈簧裝置，使得尤其在兩件式耦合裝置的情況下將這些部分通過該保持件彼此擠壓，從而使得在耦合裝置的部分之間的氣隙減小。在一種適當的改進方案中，支承體的支承面被構造為使得耦合裝置僅部分疊置在支承體上。耦合裝置的未貼置的面例如可以通過空氣循環用於冷卻。在一種適當的改進方案中，支承體具有至少一個導向裝置，所述導向裝置與耦合裝置協同作用，用於引導。由此，耦合裝置的安裝可以以特別簡單的方式位置精確地進行，而無需其他輔助裝置。在一種適當的改進方案中，設計為，至少兩個相、優選三個相，在空間中在第一平面中布置在支承體的上側上，並且至少兩個另外的相優選三個另外的相在空間中在第二平面中在支承體的下側中延伸。通過這種空間布置，這些相可以以特別簡單的方式絕緣和安裝。在一種適當的改進方案中，設計為，至少一個相U形、矩形和/或曲折形地構造。在一種特別適當的改進方案中，設計為，布置在支承體的其中一側上的相U形地構造而布置在支承體的對置的側上的相曲折地構造。這些幾何形狀可以非常簡單地製造並且能過實現簡單的磁性耦合，其方式是平行並且間隔的相區段可以被耦合裝置圍繞。在一種適當的改進方案中，設計為，絕緣體的固定裝置包括至少一個鉤，所述鉤與相的至少一個開口或側邊協同作用。由此，能夠相對於位置正確的定位實現側向移動。在一種適當的改進方案中設計為，絕緣體的固定裝置與相的摺疊區域上的側邊協同作用。由此尤其輔助相的位置正確的且快速的安裝。在一種適當的改進方案中，絕緣體具有隔片，用於將相彼此間或相對於耦合裝置電絕緣。這提高了相對於不期望的短路的安全性。在一種適當的改進方案中，隔片布置在兩個相鄰相的兩個摺疊區域之間。由此，多相轉換器的位置需求進一步減小，因為隔片保證了相鄰的相的電絕緣並且同時在小間距的情況下將這些相彼此間的位置固定。在一種適當的改進方案中，設計為，支承體的固定裝置布置在凹進部與相之間。由此，在相與耦合裝置之間的導電接觸部可靠地被中斷，同時固定相和/或耦合裝置。在一種適當的改進方案中設計為，絕緣體的固定裝置與相的至少一個止擋面協同作用。由此，保證了相相對於絕緣體的位置正確的安裝。在一種適當的改進方案中，設計為，相被構造為衝裁柵格和/或印刷電路板的部分。這種方式的製造成本特別低廉。在將相的至少一部分集成在印刷電路板中時，可以將另外的電子部件如開關裝置布置在那裡。在一種適當的改進方案中設計為，相被構造為衝裁柵格。這種方式的製造的特色在於有利的製造成本。在一種六相系統中，在此情況下三個相可以矩形地構造而三個相U形地構造。基本上，可以使用相同幾何形狀，使得有利於製造。在一種適當的改進方案中，設計為，至少兩個帶耦合的相至少部分被耦合裝置包圍，其中待耦合的相優選可以利用不同的電流方向來激勵。優選地，待耦合的相在由耦合裝置包圍的區域中至少部分近似平行延伸。在一種特別適當的改進方案中設計為，耦合裝置將至少兩個待磁性耦合的相分別在第一區域中和在第二區域中包圍。通過所選類型的耦合可以使用標準件譬如平面的鐵氧體芯，作為耦合裝置。標準件可以具有矩形或雙矩形橫截面。在一種適當的改進方案中設計為，耦合裝置矩陣狀地布置。尤其，在耦合裝置的一種矩形外輪廓中，在所提出的翻倍的情況下在六個相的情況下所需的新耦合裝置矩陣狀地(3X3)布置並且因此節約位置且平面地布置。在一種適當的改進方案中設計為，耦合裝置包括至少兩個部分，其中所述部分之一具有U形、O形、I形或E形的橫截面。通過該結構可以特別簡單地通過耦合裝置圍繞要耦合的相。在一種適當的改進方案中，設計為，在兩個部分之間設置間隙、優選氣隙。以此方式和方法可以特別簡單地影響電感。在一種適當的改進方案中，設計為，多個由至少兩個部分構成的耦合裝置具有至少一個共同的部分，優選金屬板。由此，可以使安裝變得容易，因為所有耦合裝置可以在僅僅一個步驟中通過放置板而閉合。在一種適當的改進方案中，設計為，相與另一相耦合，用於至少部分補償電流變化曲線的直流成分。在一種特別適當的改進方案中，設計為，相與至少一個另外的相磁性耦合，所述另外的相基本上相移大約180°地激勵。由此，形成對直流場的非常強的補償，使得磁性調節可以被進一步減小。作為進一步的結果，耦合裝置可以變得更小，或可以省去氣隙。通過這種方式的相耦合，耦合裝置可以以幾何上有利的矩陣布置設置。其特色在於簡單結構，使用簡單的耦合裝置如平面的鐵氧體芯和空間伸展小。此外，濾波器可以設計得較小。在一種適當的改進方案中，設計為，開關裝置順序地被激勵直至這些相，並且相與至少一個另外的相磁性地耦合，所述另外的相直接之前和/或之後被激勵。在一種特別適當的改進方案中，設計為，相與至少一個另外的相磁性耦合，所述另外的相的開關時刻或關斷時刻直接在之前和/或之後。在一種特別適當的改進方案中，設計為，相與至少兩個另外的相磁性耦合，所述另外的相分別直接之前和之後被激勵。通過激勵得到相對簡單的電流變化曲線，電流變化曲線由此可以相對簡單地調節。在一種適當的改進方案中，設計為，設置三個耦合裝置，以便所述相之一與三個另外的相磁性耦合。在一種特別適當的改進方案中，設計為，設置恰好六個相，其中耦合裝置將六個相的每個與六個相的三個另外的相磁性耦合。在這種耦合中，一方面保證了各相還可以彼此獨立地控制。此外，由於相的更強的聯網可以提高多相轉換器的故障安全性。通過一相與至少三個另外的相磁性耦合，可以使相的相互幹擾的影響最小化。在此選擇要耦合的相使得可以實現最佳的補償。這尤其通過相反的電流曲線來實現。目標在此情況下是，這些相磁性地耦合，使得得到的磁場由於耦合的相而最小化。由此，可以歸因於從結構空間上看小的耦合裝置譬如用於耦合磁通的鐵氧體芯。通過相應的耦合，磁場可以極大地減小，使得相應的耦合裝置例如鐵氧體芯可以以相應的方式在其質量方面被減小。在所提出的耦合中，這些相可以按順序被激勵。在此情況下，形成相對簡單和因此可容易調節的電流變化曲線。特別適當的地，相(在帶有六個相的布置中)與這兩個相應相鄰的相耦合併且也與移動180度的相耦合。作為相鄰的相理解為緊接在前或僅接著在後地被激勵。此外，在所提出的磁性耦合中，各相彼此間獨立地激勵是可能的。通過設置將至少一個相與至少三個另外的相耦合的耦合裝置，也可以提高故障安全性，因為通過至少三重耦合實現了這些相的更高的互聯，使得一相的故障尚不會導致不安全的運行狀態。在一種適當的改進方案中，設計為，這樣的相彼此耦合，這些相具有近似反相的電流變化曲線。由此，形成對直流場的非常強的補償，使得磁性調節可以被進一步減小。作為進一步的結果，耦合裝置可以變得更小，或可以省去氣隙。在一種適當的改進方案中設計為，設置至少兩個、尤其耦合裝置，以便將相中的其中一相與兩個另外的相磁性耦合，其中這兩個耦合裝置的至少一個具有比其他耦合裝置更小的電感。通過有目的地選擇耦合裝置的電感可以影響和優化不同的方面。一方面，電感影響損耗功率並且由此也影響耦合裝置中的熱生成。電感的減小也減小了損耗功率。此外，較低電感可以用作飽和保護。由此，具有較小電感的耦合裝置在較高的電路的情況下稍後才飽和，使得多相轉換器在故障情況下還可以在穩定的運行狀態中運行較長時間。另一方面，高電感減低了電流波紋，即電流的紋波。由此，利用合適的電感的選擇可以優化損耗功率、飽和特性和電流紋波。在一種適當的改進方案中設計為，將被激勵基本相移180°的相與相耦合的耦合裝置具有比其他耦合裝置的至少一個更小的電感。由此，這些通常承受較強負荷的耦合裝置在損耗方面可以減小，使得也實現了更低的熱生成。在一種適當的改進方案中設計為，設置三個耦合裝置，以便將相中的其中一相與三個另外的相磁性耦合，其中這三個耦合裝置的至少一個具有比兩個另外的耦合裝置更小的電感。由此，對於相實現飽和保護，飽和保護對系統穩定性有積極影響。適當的地，對優選六個相中的每個，要設置具有低電感的耦合裝置。在一種適當的改進方案中，設計為，耦合裝置設置有氣隙。特別簡單地，由此可以影響耦合裝置的電感。如果在耦合裝置的結構形式相同的情況下設置有氣隙，則電感相對於不帶氣隙的版本減小。這可以通過如下方式特別適當的地實現:耦合裝置的三個腿的中間腿相對於兩個外部腿縮短，使得在那裡形成氣隙。其他適當的改進方案從從屬權利要求和說明書中得到。


在這些圖中示出了多個實施例並且以下更為詳細地描述了多個實施例。其中:
圖1示出了電路裝置，
圖2示出了這些相的相應的耦合的示意圖，
圖3示出了不同的相和耦合裝置的空間布置，
圖4示出了帶有兩個耦合的相的耦合裝置的剖面，
圖5示出了根據圖3的實施例的相的兩個典型的擴展方案，
圖6示出了第二、第四和第六相的另一實施例的透視圖，
圖7示出了第一、第三和第五相的另一實施例的透視圖，
圖8示出了另一實施例的絕緣體的透視圖，
圖9示出了帶有安裝好的第一、第三和第五相的根據圖8的絕緣體的透視圖，
圖10示出了帶有安裝好的第二和第六相的根據圖8和圖9的實施例的透視後視圖，
圖11示出了支承體的透視圖， 圖12示出了帶有部分安裝好的耦合裝置的支承體的俯視圖，以及 圖13示出了帶有已完全或部分安裝好的耦合裝置的根據圖8至圖10的實施例的透視圖。
具體實施例方式多相轉換器10的結構根據圖1在電路技術上示出。在此示例性描述的多相轉換器10由六個相11至16構成。相11至16中的每個可以單獨地通過相應開關裝置21至26來激勵，其分別由高側開關和底側開關構成。相11至16的每個電流由於與三個另外的相磁性耦合而流經三個電感Lxx，相應的耦合裝置31至39造成這些電感。第一耦合裝置31將第一相11與第二相12磁性稱合,使得對於第一相11形成電感L12,對於第二相12形成電感L12。第六稱合裝置36將第一相11與第六相16磁性稱合,使得對於第一相11形成電感L16,對於第六相16形成電感L61。第七稱合裝置37將第一相11與第四相14磁性率禹合，使得對於第一相11形成電感L14,對於第六相16形成電感L41。第二稱合裝置32將第二相12與第三相13磁性耦合，使得對於第二相12形成電感L32，對於第三相13形成電感L32。第九耦合裝置39將第二相12與第五相15磁性耦合，使得對於第二相12形成電感L25,對於第五相15形成電感L52。第三稱合裝置33將第三相13與第四相14磁性f禹合，使得對於第三相13形成電感L34，對於第四相14形成電感L43。第八耦合裝置38將第三相13與第六相16磁性稱合,使得對於第三相13形成電感L36,對於第六相16形成電感L63。第四耦合裝置34將第四相14與第五相15磁性耦合，使得對於第四相14形成電感L45，對於第五相15形成電感L54。第五稱合裝置35將第五相15與第六相16磁性稱合,使得對於第五相15形成電感L56,對於第六相16形成電感L65。輸入電流I分布到六個相11至16上。在輸入端上，電感器作為濾波器裝置對地連接。相11至16的輸出端在共同的疊加點處歸併並且藉助未詳細標明的作為濾波器裝置的電容器對地連接。於是，在輸出側的共同疊加點上存在輸出電流IA。相應彼此耦合的電感Lxx用不同的線圈相對彼此定向，如通過圖1中的相應點所標示的那樣。在圖2中系統性地示出了，六個相11至16如何通過相應的耦合裝置31至39彼此耦合。如已結合圖1所描述的那樣，不僅相鄰的相彼此耦合而且附加地相偏移180度。相鄰的相理解為時間上緊接在前或在後被激勵的相，也就是說其接通時刻在時間上緊接著在前或在後。在該實施例中，相11至16的標記選擇為使得相11至16根據編號相繼地被激勵，也就是說按順序(說明對應於相的附圖標記):11-12-13-14-15-16-11等，分別相移60度或T/6 (360度/相數目)，其中T為激勵循環的周期持續時間。該順序也在圖2和圖7中示出。也就是說，不同相11至16的開始時刻分別相移60度或在時間上分別移動T/6。在圖7中，儘管相應的相在時間持續時間T/6之後又被關斷(PWM比為1/6)。根據所期望的電壓比例可以提前或滯後進行關斷直至接通持續時間Te，根據所期望的PWM信號(在相對於周期持續時間T的0% (關斷持續時間，Te=O)與100% (接通持續時間，Te=T)之間)。在圖3中現在示意性地繪出了圖2中所示的方案的像矩陣的空間布置。在此情況下，耦合裝置31至39優選被構造為平面線圈芯，例如鐵氧體芯，其分別具有兩個空腔。在耦合裝置31至39的空腔中，每兩個導體或相區段包圍兩個要耦合的相，所述相在這些區段中具有如通過箭頭表示的電流方向不同的電流方向。
也參照圖5，可以形成兩種幾何形式的相11至16或相11至16的導體或匯流排。第一相11、第三相13以及第五相15被U形地構造。這三個相11、13、15優選都在相同的平面中延伸。第二、第四和第六相12、14、16在另一與此間隔的並且平行的平面中(在根據圖3的實施例中在之上)延伸。第二、第四以及第六相12、14、16矩形地或曲折形地構造。它們在此情況下布置為使得在不同電流方向的情況下它們利用在相應耦合裝置31至39中分別要耦合的相(U形相11、13、15)包圍。參照圖4中的剖面圖，藉助第一相11和第二相12示例性地闡述了圖3中所示的耦合。第一耦合裝置31由E形的第一部分44和板狀的第二部分43構成，第二部分形成線圈芯。具有E形橫截面的第一部分44的腿都長度相等，使得它們可以通過板狀(I形橫截面)第二部分43在沒有氣隙的情況下閉合。第一相11的優選帶狀的區段分別引入在耦合裝置31的下部區域中。所示的第一相11的區段在相同的平面中，也就是彼此是平面的。電流方向對應於根據圖3的通過箭頭標示的電流方向。在第一耦合裝置31的分別對置的區域中，現在存在第二相12，第二相12優選同樣帶狀地構造。在第一耦合裝置31的另一側上，在該耦合裝置的另外的空腔中分別以相對於在其他空腔中的電流方向相反的電流方向上穿過第一相11和第二相12。這在第一耦合裝置31的情況下通過如下方式實現，不僅第一相11而且第二相12在第一耦合裝置11的上端側上以180度彎曲又回引通過其他空腔。第二相12的由第一耦合裝置31包圍的兩個區段也處於相同的平面中，即平面地構造。第一相11的平面和第二相12的平面至少在第一耦合裝置31的內部區域中彼此平行且彼此間隔地構造。通過第一耦合裝置31現在第一相11和第二相12彼此磁性耦合。通過所標示的反並聯的電流引導實現了，得到的磁場保持得儘可能小，使得耦合裝置31的大小可以最小化。此外，在第一相11與第二相12之間分別設置絕緣部45，用於將兩個相11、12彼此間並且分別相對於耦合裝置31電隔離。相同地，第二相12通過第二耦合裝置32與第三相13耦合。此外，第二相12藉助第九耦合裝置39與第五相15耦合。另外的相應耦合可以從圖3中獲知並且並未再次特意予以描述。在圖6中示出了曲折形或S形的第二、第四或第六相12、14、16的一種可替選的實施例的透視圖。曲折形的相12、14、16基本上在一個平面中延伸。然而，這些相具有摺疊區域60，摺疊區域60垂直於主平面定向。摺疊區域60相對於主平面彎折大約90°並且分別側向相互偏移地布置。摺疊區域分別將在主平面中的區段連接。曲折形相12、14、16的匯流排的在主平面中的區域由耦合裝置31至39與相應U形相11、13、15的區段一起環繞，這些相的主平面平行於並且與相應曲折形相12、14、16間隔地定向。摺疊區域60的構造有助於減小多相轉換器10的位置需求，因為現在相鄰的曲折形相12和16或16和14可以更近地靠攏，如例如從圖10中可看到的那樣。曲折形相12、14、16的印製導線尤其帶狀地構造。主平面的匯流排的區段至摺疊區域60的過渡側向地倒圓。同樣，與曲折形相12、14、16的主平面垂直地設置端子96，用於對相12、14、16施加電流。在與端子96對置的側上，設置在主平面中的連接面97，用於與母線94接觸。以垂直於主平面定向的端子96開始，帶狀匯流排在達到主平面時通過彎折90°僅僅在其方向上進行改變並且於是在主平面中向左延伸直至左側的第一摺疊區域60。該匯流排不僅包括90°的彎折，使得匯流排的窄側面平行於主平面定向。摺疊區域也具有匯流排分別90°的兩個方向改變，以便達到所期望的曲折形或S形的結構。根據匯流排的第二方向改變，該匯流排又在重新彎折之後在主平面中從左側向右側延伸，直至經由彎折接著是另一右側摺疊區域60。這重複，使得形成六個在主平面中延伸的匯流排區段，匯流排區段分別側向地通過三個或兩個摺疊區域60連接。最後的後部摺疊區域60將最後的在主平面中延伸的匯流排區段與連接面97連接，連接面同樣在主平面中延伸。在根據圖7的實施例中，示出了 U形的第一、第三或第五相11、13、15的另一可替選的擴展方案。為了優化U形相11、13、15的安裝，一方面設置開口 102，所述開口優選橢圓形地構造。在U形連接的側上，優選構造直的止擋面100，止擋面100可以與絕緣體72的固定部90協同作用並且止擋面100側向略微突出。與U形相11、13、15的主平面垂直地又將用於供電的端子96定向。在其他側上，設置連接面97，該連接面97在主平面中平面地延伸，用於與母線94接觸。圖6和圖7中所示的相11至16現在安裝在絕緣體72上(如以下與圖8結合地所描述的那樣)。絕緣體72優選格柵狀地構建並且具有相應的凹進部78。凹進部78用於容納耦合裝置31至39的腿。耦合裝置31至39如已與圖4結合地所描述的那樣分別由E形的第一部分44和I形的第二部分43構成，它們形成相應的磁芯。此外，絕緣體72具有用於母線94的側向容納部91。此外，設置第一固定裝置74，固定裝置74相對於絕緣體72的主平面向上突出。第一固定裝置74鉤狀地構造。鉤狀第一固定裝置74與U形相11、13、15的開口 102協同作用。由於針對每個U形相11、13、15分別設置六個開口 102，在用於要容納的三個相11、13、15的絕緣體72上因此存在18個鉤狀第一固定裝置74。固定裝置74都定向為使得在開口 102通過第一固定裝置74引導之後，U形相11、13、15沿其縱軸線的移動是可能的。U形相11、13、15的側向移動在相應的端側上通過相應的固定部90限制，固定部90與U形相11、13、15的止擋面100協同作用。在該狀態中，第一固定裝置74的鉤也覆蓋相11、13、15的匯流排,使得這些相不再向上露出(entweichen),如在圖9中所示的那樣。在絕緣體72的凹進部78上設置隔片88。此外，絕緣體72具有第二固定裝置76。固定裝置76垂直於絕緣體表面地相對於第一固定裝置74以相反的方向定向並且被構造為柔韌的卡扣連接。相11、13、15的向外突出的連接面97現在被直角地實施的母線94覆蓋並且導電接觸。母線94處於絕緣體72的凹進部91中並且防止側向移動。在根據圖10的視圖中，向上示出了帶有下側的絕緣體72。曲折形相12、16、14與絕緣體72的下側連接。曲折形匯流排12、14、16的橫向區域在此情況下在絕緣體72的隔片上。隔片利用相應的突出部95防止側向移動。為了固定曲折形相12、14、16，現在第二固定裝置76或其搭扣鉤與摺疊區域60的上邊協同作用。在安裝時，搭扣鉤被向側擠壓，並且在將曲折形相11、14、16貼置在絕緣體72上時卡鎖到摺疊區域60中。相11至16的相應的端子96從絕緣體72的下側垂直伸出。曲折形相12、14、16的連接面97與母線94導電連接。這例如通過所謂的鉚接(DurchsetzfUgen)實現。在兩個相的摺疊區域60 (在圖10中示例性地示出了第二相12和第六相16)存在第二隔片89。第二隔片用於在兩個相12、16之間的電絕緣，使得沒有形成短路。第二隔片89垂直突出部95定向。根據圖11的實施例，平面的支承體107具有多個固定裝置110，固定裝置110垂直於支承體107的上表面向上突出。固定裝置110被構造為搭扣連接或搭扣鉤。在前側和端偵牝支承體107通過同樣垂直於支承體107的上表面突出的指狀的側向引導部113限制。側向引導部113側向地將耦合裝置31至39固定。為了進一步引導耦合裝置31至39同樣設置有與支承體107的表面垂直突出的指狀的引導部111。與支承體107的表面平行定向的矩形支承面相對於肋部112略微突出地布置並且用作用於耦合裝置31至39的側向貼置。在此情況下，針對每個耦合裝置31至39設置兩個側向設置的支承面109，然而支承面109並不接觸耦合裝置31至39的中部的下部側面，使得在該區域中可以實現空氣循環並且相應地可以實現相應的冷卻。通過支承體107的更深處的肋部結在該區域中進一步輔助空氣循環。在優選矩形的肋部112或肋部結構之間形成空腔，然而空腔在下側上大部分閉合。在支承體107的側向和中部區域上，保持裝置108從支承體的下側基本上垂直地定向地向下伸出並且在扣眼中延伸，使得支承體107藉助螺栓連接可以例如與印刷電路板固定。在根據圖12的支承體107的俯視圖中，已安裝五個耦合裝置31至39或其E形(下)部分44。側向地，耦合裝置31至39的第一部分44被側向引導部113或引導部111或由兩個引導部111側向固定，而允許第一部分44在縱向方向上的運動以精細定位或更為容易地整體安裝。如在圖13中可看到的那樣，在支承體107的上側上現在已經在右側兩列處布置耦合裝置31至39的第一部分44。所有相11至16與絕緣體72固定，如結合圖8至圖10所描述的那樣。絕緣體72的凹進部78圍繞第一部分44的向上伸出的腿，如在中部列中所示的那樣。支承體107的向上伸出的固定裝置110也穿過凹進部78，使得其卡扣鉤還突出於第一部分44的腿的上表面之上。在圖13中在多相轉換器10的中部列中示出該狀態。在最後的列中，板狀第二部分43已覆蓋第一部分44的腿。第二部分43通過保持件104被朝著第一部分44擠壓。保持件104擁有相應的開口 106，支承體107的固定裝置110的搭扣鉤分別嵌接到開口 106中。保持件104對於要覆蓋的第二部分44具有三個8形的輪廓，所述輪廓分別通過隔片彼此連接。實施例的描述
所描述的實施例如以下詳細闡述的那樣工作。具有高功率而沒有特別的絕緣要求的多相轉換器10或DC/DC轉換器優選可以以多相布置實施。由此，例如300A的水平的高輸入電流IE分布到分別50A的水平的不同六個相11至16上。通過接著將各電流疊加成一輸出電流IA可以實現較低的交流電流分量。於是，可以相應少量地取消根據圖1的相應的輸入濾波器或輸出濾波器(示例性地稱作電容器)。相11至16的激勵順序地進行，也就是說相繼地進行，使得接通時刻分別相移60度(或時間上移動T/6)(在所描述的六個相系統中)，如在圖7中已詳細示出的那樣。與所期望的電壓比例有關地，相應的相11至16以不同的持續時間供電。開關裝置21至26的相應的高側開關為此被閉合。在開關裝置21至26的相應的低側開關閉合時，相11至16未被供電。可替選地，這樣的相11至16也可以視為相鄰，其關斷時刻緊接在前或緊接著在後。於是，相應的接通時刻可變地根據所期望的PWM信號來選擇。現在，每個相11與至少三個另外的相12、14、16彼此磁性耦合，更確切地說，其方式是，各個相的直流成分分別通過其他相儘可能強地補償。由此，得到的磁場減小，使得耦合裝置31至39或磁迴路的設計基本上還只須針對由交流成分產生的磁場進行。由此，可以相應小地設計耦合裝置31至39譬如線圈芯，這導致極大地節省耦合材料、質量和成本。尤其，結構空間由此可以極大地減小。除了這兩個在激勵(接通時刻或關斷時刻)方面相鄰的相之外，現在優選第三要耦合的相選擇為，使得使相的相互幹擾的影響最小化。選擇進行為使得實現直流電流成分的最優補償。在此情況下已得出，除了相鄰的相(在有六個相的情況下接通時刻的+/-60度相移，對於第一相11相鄰的相因此是第二相12和第六相16)也特別合適的是是180度的相偏移(對於第一相11，相鄰的相是第四相14)，因為在那裡形成對直流成分非常高地消除。通過耦合的相11、14的兩個電流在第七耦合裝置37中相反地流動。用於磁化耦合裝置37的得到的電流Ires在此僅通過電流Ires的差來引起。直流場消除大部分。所減小的直流成分對於耦合裝置31至39的幾何形狀而言可明確地看到，耦合裝置31至39現在可以利用較小的體積實現。在六個相11至16的情況下，圖1至圖3中示出的耦合已表明為是特別合適的。磁性耦合
原理上，兩個相可以磁性耦合，其方式是，這兩個相利用反並聯的電流弓I導通過矩形或環形耦合裝置31至41來引導。主要的是，耦合裝置31至41能夠構造磁性迴路。這在基本上閉合的結構中是可能的，該結構也可以包括氣隙。此外，耦合裝置31至41由具有合適的導磁率的傳導磁場的材料構成。基於圖3的耦合方案可以示例性地藉助圖4來闡述。主要的是，要耦合的相(根據圖4為第一相11和第二相12)利用相反的電流通量來激勵。分別對應的磁場在其直流成分方面基本上消除，使得主要僅還有交流成分對磁場產生有貢獻。以後，相應的耦合裝置31至41可以變得更小，或可以省去氣隙。根據圖3的實施例的可能的實現方案可以由印刷電路板構成，九個耦合裝置31至39 (在此平面芯)嵌入印刷電路板中。在該印刷電路板上可以集成所有開關裝置21至26，其分別由高側或低側MOSFET構成，作為可能的實施例。第一、第三和第五相11、13、15的繞組可以集成到該印刷電路板中。第二、第四和第六相12、14、15的其他繞組可以通過成本更低廉的銅衝裁格柵來實現。可替選地，也可以將第二、第四和第六相12、14、16的另外的繞組集成到印刷電路板中。其中所有繞組以銅軌或印刷電路板形式實施的實現形式同樣是可能的。根據圖3的結構的另一優點在於通過所有耦合裝置31至39的相11至16的最短路徑以及沒有交叉的簡單結構。耦合裝置結構
耦合裝置31至41是電感耦合的裝置譬如變壓器的鐵芯或鐵氧體芯，在該裝置上要耦合的相11至16產生磁場。耦合裝置31至42將兩個耦合的相11至16的磁迴路閉合。耦合裝置31至38的材料和導磁率的選擇對於耦合而言並不起重要作用。如果不使用氣隙，則磁性迴路的導磁率升高，由此線圈的電感變得更大。由此，電流升高變得更為平坦並且電流形狀更為逼近理想直流電流。曲線形狀越逼近直流電流，則在兩個相之間得到的電流差就越小，這兩個相(相反地)穿過作為耦合裝置31至42的芯。用於濾波器的開銷由此減小。在另一方面，不帶氣隙的系統非常敏感地對相11至16之間的不同電流做出反應。儘管該系統傾向在較小電流誤差的情況下進入保護，但該系統由於多相耦合而始終足夠穩定。
相結構
在製造技術上特別有利的是使用相11至16的僅兩個幾何形狀，如在圖5中以俯視圖中所示的那樣。其中一個基本形狀在此情況下具有U形變化曲線並且在相同的平面中。第二基本形狀基本上是矩形的或是曲折形的，同樣在相同的平面中。所示的區段可以作為條形導體以衝裁格柵形式或以相應的印製導線集成到電路板中。如結合圖3和圖6所描述的那樣，U形相11、13、15相對彼此布置為使得它們在第一平面中。相應地，矩形或曲折形相12、14、16布置為使得它們在第二平面中。這兩個平面彼此平行並且間隔地布置為使得相應要耦合的相區段可以通過耦合裝置31至42圍繞。然而原則上，相形狀的可替選的擴展方案也可考慮，而並不脫離優選平面結構的基本構思。尤其是，某些適配可考慮，以便進一步減小總布置的位置需求。通過相11至16的幾何形狀的相應擴展方案要實現的是，耦合裝置31至39可以靠近相應相鄰的耦合裝置31至39布置。這例如可以根據圖6的實施例通過如下方式來實現，相12、14、16的匯流排的端部在摺疊區域60中被摺疊。一旦所耦合的相區域(被耦合裝置31至39圍繞的區域)捨棄耦合裝置31至39，則該方向相對於耦合裝置31至42內的方形改變。由此，耦合裝置39、35 ;35、34 ;32、38 ;38、33可以靠攏得更近。在此情況下，相應的相12、14、16的曲折形的匯流排也可以在側上向上彎曲。結構技術和連接技術
在根據圖8至圖13的實施例中，絕緣體72承擔了多種功能。一方面，絕緣體17用於將各相11至16彼此電絕緣。為此，曲折形相12、14、16安裝在絕緣體72的其中一側上而U形的相11、13、15安裝在絕緣體72的對置的側上。此外，第二隔片89用於使不同曲折相
12、16的相鄰的摺疊區域60彼此不電接觸，如示例性地在圖10中針對相12和16所示。此夕卜，絕緣體72承擔用於相11至19的匯流排的固定功能。如已描述的那樣，被構造為鉤的第一固定裝置74與U形相11、13、15的開口 102協同作用。被構造為卡扣鉤的第二固定裝置76與曲折形相12、14、16的摺疊區域60的相對於主平面垂直定向的邊協同作用。在此情況下固定裝置與絕緣體72連接。此外，設置側向固定部90或固定裝置，其與U形相11、
13、15的止擋面100協同作用並且防止相11、13、15的進一步側向移動。此外，第二隔片88用於可靠地阻止在U形相11、13、15與耦合裝置31至39的第一部分和/或第二部分43、44之間的電接觸。支承體107用於容納耦合裝置31至39的第一部分44。為此，設置相應的支承面109以及引導部111或側向引導部分113。引導部111、113還允許第一部分44沿著縱向方向的移動，然而這通過布置在端側上的固定裝置Iio來限制。通過第一部分44沿著縱向方向上的可移動性可以進行利用絕緣體72的凹進部對第一部分44的向上伸出的腿的簡單覆蓋。支承體107的固定裝置110同樣實施為卡扣鉤。固定裝置用於固定絕緣體72和第一部分43與支承體107的固定。這藉助其他保持件104來進行，搭扣鉤嵌接到保持件的開口106中。保持件104於是壓向相應的耦合裝置31至39的第二部分43。通過支承體107的相對於支承面109在更深處的肋部結構，空氣流可以達到耦合裝置31至39的表面,用於冷卻。通過支承面109不觸碰耦合裝置31至39的中間的下部側面，在該區域中可以實現空氣循環和相應的冷卻。通過支承體107的更深處的肋部結在該區域中進一步輔助空氣循環。
為了安裝多相轉換器，如下地進行:首先，提供絕緣體72。接著，U形相11、13、15輸送至絕緣體72，使得開口 102覆蓋第一固定裝置74，即鉤。於是，U形相11、13、15側向地移動，直至U形相11、13、15的止擋面100碰到固定部900或固定裝置並且這樣防止了進一步移動。固定部900或固定裝置優選同樣鉤狀地構造並且也從上部覆蓋止擋面100。在該狀態中，第一固定裝置74也覆蓋U形相11、13、15的匯流排，使得其不再會向上露出。U形相11、13、15的連接面97要麼現在要麼事先與母線94導電地接觸。導電的接觸例如可以藉助鉚接來實現。曲折形相位12、14、16引向絕緣體72的下側，如結合圖10詳細地闡述的那樣。在安裝時，摺疊區域60使第二固定裝置76或其卡扣鉤向側邊移動，其於是在曲折形相
12、14、16的所期望的端部位置中與摺疊區域60的側邊在固定連接的意義下協同作用。以下，曲折形相12、14、16的連接面97與母線94導電連接。這例如也可以藉助鉚接來實現。藉助圖13現在可看到另外的安裝步驟。在支承體107的上側上現在已經布置耦合裝置31至39的所有九個第一部分44。同時，所有相11至16也與絕緣體72固定，如結合圖8至圖10所描述的那樣。現在，安裝好的絕緣體布置在支承體72之上，使得凹進部78可以通過第一部分44的向上伸出的腿來移動。向上伸出的固定裝置110也穿過凹進部78，使得其卡扣鉤還突出於第一部分44的腿的上表面之上。在圖13中在多相轉換器10的中部列中示出該狀態。在接下來的步驟中，第一部分的三個向上伸出的腿分別通過板狀第二部分43來閉合。這在圖13的右側列中標示。為了固定第二部分42，在最後的步驟中安裝相應的保持件104。這例如格柵狀地構造，針對右側列的三個第二部分43的每個以8為形式。保持件104彼此通過隔片連接，隔片具有開口 106。這些開口 106用於容納支承體107的固定裝置110，在固定裝置的端部上分別設置卡扣鉤。以此方式和方法，第二部分43以及設置相11至16的絕緣體72牢固地與支承體107連接，其方式是，保持件104通過固定裝置110的卡扣鉤壓向耦合裝置31至39的第二部分43。作為保持件104優選設置有作為板構成的彈簧裝置，以便實現一定的預張緊。接著，絕緣體72和支承體107與印刷電路板連接。為此，使用保持件108。此外，相應的端子96通過印刷電路板的開口並且相應地進一步接觸。所描述的多相轉換器10尤其適於使用在汽車車載電源中，其中尤其是動態負載要求是次重要的。所描述的結構尤其適於比較遲緩的系統。
權利要求
1.一種多相轉換器，包括:多個電相(11至16)，所述相分別能夠通過開關裝置(21至26)來激勵，其中設置有至少一個耦合裝置(31至39)，所述耦合裝置將至少一個第一相(11)與至少一個另外的相(12，14，16)磁性耦合，其中至少兩個要耦合的相(11，12)至少部分由所述耦合裝置(31)包圍，其特徵在於，設置至少一個絕緣體(72)，所述絕緣體在其上側或下側上容納要耦合的相(11至16)並且在所述絕緣體上設置至少一個固定裝置(74，76,90),所述固定裝置與所述相(11至16)中的至少一個相協同作用，用於固定。
2.根據權利要求1所述的多相轉換器，其特徵在於，絕緣體(72)具有至少一個凹進部(78 )，用於所述至少一個耦合裝置(31至39 )的穿過。
3.根據上述權利要求之一所述的多相轉換器，其特徵在於，設置支承體(107)，所述支承體具有至少一個支承面(109)，用於容納耦合裝置(31至39)。
4.根據上述權利要求之一所述的多相轉換器，其特徵在於，所述支承面(109)被構造為，將所述耦合裝置(31至39)僅僅部分貼置在支承體(107)上。
5.根據上述權利要求之一所述的多相轉換器，其特徵在於，所述支承體(107)具有至少一個固定裝置(108，110)，用於將所述支承體(107)與耦合裝置(31至39)、所述絕緣體(72)或印刷電路板固定。
6.根據上述權利要求之一所述的多相轉換器，其特徵在於，支承體(107)具有至少一個引導裝置(111，113)，所述引導裝置與所述耦合裝置(31至39)協同作用，用於引導。
7.根據上述權利要求之一所述的多相轉換器，其特徵在於，所述支承體(107)的固定裝置(108，110)與保持件(104)協同作用，用於將耦合裝置與支承體(107)固定。
8.根據上述權利要求之一所述的多相轉換器，其特徵在於，至少兩個相(11，13，15)、優選三個相，在空間 中在第一平面中布置在支承體(72)的上側上，並且至少兩個另外的相(12，14，16)優選三個另外的相在空間中在第二平面中在支承體(72)的下側中延伸。
9.根據上述權利要求之一所述的多相轉換器，其特徵在於，至少一個相(11至16)U形地、矩形地和/或曲折形地構造。
10.根據上述權利要求之一所述的多相轉換器，其特徵在於，布置在支承體(72)的其中一側上的相(11，13，15) U形地構造而布置在支承體(72)的對置的側上的相(12，14，16)曲折地構造。
11.根據上述權利要求之一所述的多相轉換器，其特徵在於，所述固定裝置(74，76，90)包括至少一個鉤，所述鉤與至少一個開口(102)或所述相(11至16)的側邊(60，100)協同作用。
12.根據上述權利要求之一所述的多相轉換器，其特徵在於，固定裝置(76)與所述相(12，14，16)的摺疊區域(60)上的側邊協同作用。
13.根據上述權利要求之一所述的多相轉換器，其特徵在於，絕緣體(72)具有隔片(88，89)，用於將所述相(11至16)彼此間或相對於所述耦合裝置(31至39)電絕緣。
14.根據上述權利要求之一所述的多相轉換器，其特徵在於，隔片(89)布置在兩個相鄰的相(12，16)的兩個摺疊區域(60)之間。
15.根據上述權利要求之一所述的多相轉換器，其特徵在於，所述絕緣體(72)的固定裝置(90)與所述相(11，13，15)的至少一個止擋面(100)協同作用。
全文摘要
本發明涉及一種多項轉換器，包括多個電相(11至16)，所述相分別能夠通過開關裝置(21至26)來激勵，其中設置有至少一個耦合裝置(31至39)，所述耦合裝置將至少一個第一相(11)與至少一個另外的相(12，14，16)磁性耦合，其中至少兩個要耦合的相(11，12)至少部分由所述耦合裝置(31)包圍，其中設置至少一個絕緣體(72)，所述絕緣體在其上側或下側上容納要耦合的相(11至16)並且在所述絕緣體上設置至少一個固定裝置(74，76，90)，所述固定裝置與所述相(11至16)中的至少一個相協同作用，用於固定。
文檔編號H02M3/158GK103222172SQ201180057924
公開日2013年7月24日 申請日期2011年11月2日 優先權日2010年12月1日
發明者W.黑爾姆賴希, R.黑爾維希 申請人:羅伯特·博世有限公司