【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子磁集成技术，具体涉及一种三相耦合电感磁集成结构。
技术介绍
1、随着第三代半导体器件碳化硅与氮化镓器件的应用，变换器正朝着高开关频率、高功率密度、高传输效率的方向发展。交错并联buck电路具有容易实现软开关、传输效率高等特点在实际电路中应用广泛。然而交错并联buck变换器中磁元件个数较多，根据统计磁元件电感的重量占变换器的30％～40％、体积大约占20％～30％，因此磁元件成为限制变换器功率密度提升的主要因素。所以过多的磁性元件会导致变换器体积和重量变大、成本增加、功率密度降低。通过一定的耦合方式，合理的设计参数，使电力电子装置中的磁元件集成在一个磁芯上，将多个分立元件变成一个集成磁元件，能够减小磁性器件的体积、重量，还能减小电流纹波、降低磁性元件损耗、改善电源响应性能，对提高电源的性能及功率密度有重要意义。
2、现有实际设计中，通常采用开气隙的方法改变多个耦合电感之间的耦合系数，然而开气隙的方法在三个及以上的耦合电感设计中，难以将耦合系数设计成需要的数值，甚至不同电感耦合系数大小不同时也不能通过调整开气隙的大小来实现，因此该设计方法具有一定的局限性。
技术实现思路
1、本专利技术针对三相耦合电感磁集成设计方法现有技术的不足，提供了一种三相耦合电感磁集成结构。该结构以一种全新的方式，以实现耦合电感之间的磁集成设计，同时还能减少圆形中柱的磁感应强度变化，有利于减少磁滞损耗，从而实现降低电感体积，提高变换器的功率密度，减小损耗，提高效率。
3、三个边柱结构为条状物，三者的外部形状与尺寸均相同；三个边柱结构设置在顶面结构与底面之间的边缘处，三个边柱结构两两之间错开120°，以中柱结构的中轴线对称设置。三个边柱结构的横截面面积之和与中柱结构的横截面面积相等。
4、在顶面结构的与三个边柱结构截面平行的位置、每个边柱结构的中间位置、每个边柱结构的两端位置和中柱结构的中间位置的四种位置中的一种位置上设置有气隙。磁芯除气隙位置外，其余部分均为磁性材料。
5、所述绕组由l1电感绕组、l2电感绕组和l3电感绕组三部分组成，绕组的设置方式采用正向绕制或者反向绕制，其中正向绕制的方法为：l1电感绕组先在第一边柱结构上逆时针绕n1圈，然后再沿着第一边柱结构外围逆时针方向绕到第二边柱结构外侧边上，再在第二边柱结构上逆时针绕n2圈，然后再沿着第二边柱结构外围逆时针方向绕到第三边柱结构外侧边上，再在第三边柱结构上逆时针绕n2圈，然后再沿着第三边柱结构外围逆时针方向绕到第一边柱结构外侧边上，完成l1电感绕组的绕制。其中将l1电感绕组在第一边柱结构上绕制的匝数n1称为自绕组，在第二边柱结构或第三边柱结构上绕制的匝数n2称为互绕组，l2电感绕组和l3电感绕组的绕制方式以及自绕组、互绕组的圈数与l1电感的绕制相同，l2电感绕组从第二边柱结构开始绕制，l3电感绕组从第三边柱结构开始绕制，l1电感绕组、l2电感绕组和l3电感绕组的绕制均完成后，得到正向绕制的绕组。
6、绕组的反向绕制的方法为：l1电感绕组先在第一边柱结构上逆时针绕n1圈，然后再沿着第一边柱结构外围逆时针方向绕到第二边柱结构内侧边上，再在第二边柱结构上顺时针绕n2圈，然后再沿着第二边柱结构内侧逆时针方向绕到第三边柱结构内侧边上，再在第三边柱结构上顺时针绕n2圈，然后再沿着第三边柱结构内侧逆时针方向绕到第一边柱结构外侧边上，完成l1电感绕组的绕制；其中将l1电感绕组在第一边柱结构上绕制的匝数n1称为自绕组，在第二边柱结构或第三边柱结构上绕制的匝数n2称为互绕组，l2电感绕组和l3电感绕组的绕制方式以及自绕组、互绕组的圈数与l1电感绕组的绕制相同，l2电感绕组从第二边柱结构开始绕制，l3电感绕组从第三边柱结构开始绕制，l1电感绕组、l2电感绕组和l3电感绕组的绕制均完成后，得到反向绕制的绕组。
7、与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：本专利技术设计的三相耦合电感磁集成结构，一方面将三个电感磁集成后，可以非常灵活的控制三个电感之间的耦合系数，即通过控制电感在磁柱上自绕组与互绕组的匝数或边柱与中柱的气隙大小来实现；另一方面磁集成后，由于三个边柱共用一个中柱，且三个边柱磁通错开120°，因此减小了中柱的磁感应强度变化，减小了电感损耗。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种三相耦合电感磁集成结构，其特征在于，该结构包括磁芯和绕组两部分构成；所述磁芯由一个顶面结构、一个底面、一个中柱结构和三个边柱结构组成，其中，顶面结构的外部形状与底面的外部形状相同，且为中心对称结构，对称中心位于顶面结构的中心；中柱结构设在顶面结构与底面之间的中部，中柱结构的外部形状为圆柱体，顶面结构的对称中心位于该圆柱形的中轴线上；
2.根据权利要求1所述的一种三相耦合电感磁集成结构，其特征在于，当气隙位于每个边柱结构的两端位置时，每个边柱结构的上、下两端均为非磁性粘胶填充连接段，中部为磁性材料段，每个边柱结构通过其上、下两端的非磁性粘胶填充连接段将其中部固定在顶面结构与底面之间的相应的位置；此时，顶面结构与底面为完整的磁性材料面，中柱结构为一个完整的磁性材料圆柱体，中柱结构与顶面结构、底面之间为磁性连接，使磁芯形成一个整体结构。
3.根据权利要求1所述的一种三相耦合电感磁集成结构，其特征在于，当气隙位于顶面结构的三个对称的且分别与三个边柱结构对应平行的位置时，顶面结构为一个中间主体和三个由三道缝隙与中间主体分开的分支部分，中间主体与三个分支部分均
4.根据权利要求1所述的一种三相耦合电感磁集成结构，其特征在于，当气隙位于每个边柱结构的中间位置时，每个边柱结构包括上、下两块磁性条以及设置在两块磁性条之间的空隙，上部的磁性条的顶面、下部的磁性条的底面分别对应与顶面结构、底面的相应位置磁性连接，以使每个边柱结构设置在顶面结构与底面之间的相应位置；此时，顶面结构与底面为完整的磁性材料面，中柱结构为一个完整的磁性材料圆柱体，中柱结构与顶面结构、底面之间为磁性连接，使磁芯形成一个整体结构。
5.根据权利要求1所述的一种三相耦合电感磁集成结构，其特征在于，当气隙位于中柱结构的中间位置时，中柱结构包括上圆柱、下圆柱以及设置在两块圆柱之间的空隙，上圆柱的顶面、下圆柱的底面分别对应与顶面结构、底面的相应位置磁性连接，使中柱结构位于顶面结构与底面之间的相应位置；此时，顶面结构与底面为完整的磁性材料面，每个边柱结构为一个完整的磁性材料条状物，边柱结构与顶面结构、底面之间为磁性连接，使磁芯形成一个整体结构。
6.根据权利要求1所述的一种三相耦合电感磁集成结构，其特征在于，边柱结构的横截面为长方形，令中柱结构的横截面的半径为R，边柱结构的横截面的长为边柱结构的横截面的宽为作为一种实施例，顶面结构与底面的厚度均等于
7.根据权利要求6所述的一种三相耦合电感磁集成结构，其特征在于，顶面结构与底面的厚度均等于
8.根据权利要求1所述的一种三相耦合电感磁集成结构，其特征在于，磁芯窗口的高度等于中柱结构的高度，磁芯窗口的高度与宽度根据设计电感匝数与输出电流确定，具体计算如公式(1)所示；
9.根据权利要求8所述的一种三相耦合电感磁集成结构，其特征在于，三个边柱结构的磁阻分别为R1、R2与R3，中柱结构的磁阻为Rm，当气隙开在边柱结构上的中间或者边柱结构的上下两端或者顶面结构上，且气隙长度为窗口高度的8％及以上时，R1＝R2＝R3>>Rm，绕组正向绕制三个电感绕组产生正向耦合，且正向耦合系数大小为互绕组除以自绕组，即为N2/N1；绕组反向绕制三个电感绕组产生反向耦合，且反向耦合系数大小为互绕组除以自绕组，即为-N2/N1。
...【技术特征摘要】
1.一种三相耦合电感磁集成结构，其特征在于，该结构包括磁芯和绕组两部分构成；所述磁芯由一个顶面结构、一个底面、一个中柱结构和三个边柱结构组成，其中，顶面结构的外部形状与底面的外部形状相同，且为中心对称结构，对称中心位于顶面结构的中心；中柱结构设在顶面结构与底面之间的中部，中柱结构的外部形状为圆柱体，顶面结构的对称中心位于该圆柱形的中轴线上；
2.根据权利要求1所述的一种三相耦合电感磁集成结构，其特征在于，当气隙位于每个边柱结构的两端位置时，每个边柱结构的上、下两端均为非磁性粘胶填充连接段，中部为磁性材料段，每个边柱结构通过其上、下两端的非磁性粘胶填充连接段将其中部固定在顶面结构与底面之间的相应的位置；此时，顶面结构与底面为完整的磁性材料面，中柱结构为一个完整的磁性材料圆柱体，中柱结构与顶面结构、底面之间为磁性连接，使磁芯形成一个整体结构。
3.根据权利要求1所述的一种三相耦合电感磁集成结构，其特征在于，当气隙位于顶面结构的三个对称的且分别与三个边柱结构对应平行的位置时，顶面结构为一个中间主体和三个由三道缝隙与中间主体分开的分支部分，中间主体与三个分支部分均为磁性材料，三个分支部分以中间主体的对称中心为对称中心；此时，底面为完整的磁性材料面，中柱结构为一个完整的磁性材料圆柱体，每个边柱结构为一个完整的磁性材料条状物，顶面结构的中间主体的底面与中柱结构的顶面磁性连接，中柱结构的底面与底面磁性连接，每个边柱结构的底面均与底面的相应位置磁性连接，三个边柱结构的顶面分别与顶面结构的三个分支的底面的相应位置磁性连接，使磁芯形成一个整体结构。
4.根据权利要求1所述的一种三相耦合电感磁集成结构，其特征在于，当气隙位于每个边柱结构的中间位置时，每个边柱结构包括上、下两块磁性条以及设置在两块磁性条之间的空隙，上部的磁性条的顶面、下部的磁性条的底面分别对应与顶面结构、底面的...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。