多相轉換器的制造方法
【專利摘要】具有多個電相（11至16）的多相轉換器（10），所述相分別可以通過開關裝置（21至26）來操控，其中設置至少一個耦合裝置（31至38）用于將一個相與另一相耦合，其中對于每個相設置兩個線匝。
【專利說明】多相轉換器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及多相轉換器。

【背景技術】
[0002]也可以稱為直流電壓轉換器或DC/DC轉換器的功率轉換器被構造用于將在輸入端處的直流電壓轉換成具有其他電壓水平的直流電壓。這種功率轉換器也可以被構造為具有所耦合的電感的多相轉換器。所耦合的多相轉換器包括多個相，其中每個相通過電流流經的導體引導，所述多個相通過磁性耦合裝置相互耦合。但是通過每個相產生的、由磁性耦合引起的電流波紋可能影響多相轉換器的運行，因此應該彼此適當?shù)夭贾酶鱾€導體的片段，以便例如避免電磁兼容性的缺點。
[0003]出版物W02012/028558 Al描述了一種多相轉換器，其中相的干擾性相互影響通過將至少六個相中的一個相與至少三個其他相磁性反向地耦合被最小化并且磁通量的大部分被補償。待耦合的相在此被選擇為使得可以實現(xiàn)最佳的補償。這通過相的反向電流分布圖來實現(xiàn)。在此情況下目的是，磁性地耦合所述相，使得結果得到的磁場由于耦合的相被最小化。在此，使用鐵氧體磁芯用于耦合磁通量，以便從材料的高磁導率得到好處。在這里所建議的耦合情況下，相可以按順序和彼此無關地被操控。
[0004]從出版物DE 10 2010 040 202 Al中已知具有多個相的多相轉換器，所述多個相分別可以通過開關裝置來操控。在此，設置耦合裝置，用于將相中的至少一個與至少三個其他相磁性耦合。
[0005]出版物DE 10 2010 040 222 Al描述了用于多個電相的多相轉換器，所述多個電相可以分別通過開關裝置操控。在此，設置耦合裝置，所述耦合裝置將至少一個第一相與至少一個第二相磁性耦合，其中至少兩個相在空間上在一個層面中走向。
[0006]在出版物DE 10 2010 040 205 Al中描述了一種類似的多相轉換器。在該多相轉換器情況下，設置至少兩個耦合裝置，其中兩個耦合裝置中的至少一個具有比另一個耦合裝置小的電感。
[0007]因此，已知具有所耦合的電感的不同構思，但是所述構思至少部分地具有不同缺點，下面示例性地列出其中的幾個。因此太高的耦合導致EMV問題。太復雜的結構引起高的制造成本。如果在空間上分離地存在相始端和相末端，則這導致由導體環(huán)引起的EMV缺點和效率缺點。此外，在空轉中的高磁芯損耗在最小負載時引起差的效率。太平坦的結構需要太大的結構空間。此外，對軟磁材料的高體積需求引起高成本。
[0008]要注意的是，在功率電子設備中存在DC/DC轉換器拓撲結構，其中明顯地對于功能需要漏磁通量。尤其是具有所耦合的電感的轉換器屬于此。在諸如電鈴變壓器、電焊變壓器、前聯(lián)變壓器等的特定漏磁場變壓器中，漏磁通量被用于防短路和從而用于調節(jié)電流。該附加的漏磁通量可以在小的范圍中由在鐵氧體磁芯中的銅繞組的類型和/或實施影響。
[0009]在該小的附加可行的漏電感不足夠的情況下，必須將例如具有構件的附加電感裝配到電流路徑中。這除了附加的結構空間之外還導致附加的構件成本和損耗功率。
[0010]例如由WO 2009/114873 Al已知另一多相轉換器。其中所述的DC/DC轉換器包括具有非線性電感性電阻的線圈、開關系統(tǒng)和輸出濾波器。在此，相鄰的相彼此耦合。
[0011]由EP I 145 416 BI已經知道一種用于變換電能的變換器。因此這里建議，可以通過使用稱合的電感減小節(jié)流閥大小。在此情況下應該如此確定所稱合的節(jié)流閥的尺寸，使得子分支的負載電流相互補償并且不導致節(jié)流閥的磁性載荷。只有在各個子分支之間的差電流于是導致磁場。
[0012]由US 2009/0179723 Al已經知道一種DC/DC轉換器，其中可以通過兩個要磁耦合的相的有針對性地選擇的間距調整漏電感。


【發(fā)明內容】

[0013]以此為背景提出具有權利要求1的特征的多相轉換器和耦合構思。本發(fā)明的其他構型從從屬權利要求和說明書得出。
[0014]因此提出耦合構思，所述耦合構思針對汽車高功率轉換器的要求在結構空間、成本和效率方面得以優(yōu)化。
[0015]重要的是，相利用耦合裝置被磁耦合，其中每個耦合裝置分別耦合至少兩個相，其中每個相分別包括至少兩個線匝。
[0016]多相轉換器可以被構成為使得通過有針對性地引入漏磁通量稍微減少相的耦合，由此可以實現(xiàn)損耗功率的減小和從而實現(xiàn)效率的升高。由此也可以進一步減少干擾。這通過用于影響漏磁通量的裝置實現(xiàn)，所述裝置布置在要耦合的相的至少兩個相之間。該解決方案無附加結構空間也行并且從而是節(jié)省空間的。
[0017]要注意的是，所提出的多相轉換器可以針對多個相被構造。因此可以設置兩個、三個、四個、五個、六個或更多相。在此給每個相分配至少兩個線匝。
[0018]特別適宜地，用于影響漏磁通量的裝置以引導磁通的方式與耦合裝置連接。因此，該功能性可能已經在制造耦合裝置時被集成，例如通過直接在制造過程中將鐵氧體磁芯壓制成耦合裝置。
[0019]在適宜的改進方案中規(guī)定，用于影響漏磁通量的裝置在中部布置在兩個要耦合的相之間。特別適宜的是，用于影響漏磁通量的裝置被構造為矩形的或拱頂形。在一種適宜的改進方案中規(guī)定，用于影響漏磁通量的裝置僅在一側與耦合裝置連接。該變型方案可以特別簡單地完成，因為用于影響漏磁通量的裝置是耦合裝置的部分并且由相同的材料組成。
[0020]在一種適宜的改進方案中規(guī)定，在用于影響漏磁通量的裝置和耦合裝置之間設置間隙、優(yōu)選地空隙，其優(yōu)選地在1_、特別優(yōu)選地在0.3至0.5_之間的數(shù)量級上。該大小避免超過一定容差帶的不期望的飽和效應。
[0021]在一種適宜的改進方案中規(guī)定，至少一個相被實施為圓導線。由此漏磁通量提高并且可以進一步減少干擾。
[0022]在一種適宜的改進方案中規(guī)定，第一相基本上具有平的、U形走向，而第二相具有基本上矩形的平的走向。這些如此構造的相可以由耦合裝置、優(yōu)選商業(yè)上常見的鐵氧體磁芯包圍。由此，以非常簡單的方式在矩陣形結構的支持下實現(xiàn)相的期望的耦合。
[0023]可以設置多個相、例如兩個至五個相。在此，耦合裝置分別將一個相與恰好另一相耦合、與兩個相耦合、與三個相耦合或與更多個相耦合。適宜的是，各個相還可以彼此無關地被控制。在此給每個相分配至少兩個線匝。
[0024]在特別適宜的改進方案中規(guī)定，設置恰好六個相，其中耦合裝置將六個相中的每一個與六個相中的三個其他相磁耦合。在這種方式的耦合情況下，一方面保證，各個相還可以彼此無關地被控制。此外可以基于相的更強聯(lián)網而提高多相轉換器的失效安全性。
[0025]在一種適宜的改進方案中規(guī)定，耦合裝置包括至少兩個部分，其中一個部分具有U形、O形、I形或E形橫斷面。通過這種結構，要耦合的相可以特別簡單地通過耦合裝置圍繞。在一種適宜的改進方案中規(guī)定，在兩個部分之間設置間隙、優(yōu)選空隙。通過這種方式可以特別簡單地影響電感。在一種適宜的改進方案中規(guī)定，多個由至少兩個部分組成的耦合裝置具有至少一個共同的部分，優(yōu)選金屬板。從而可以使安裝變得容易，因為可以在僅一個步驟中通過放置板而封閉整個耦合裝置。
[0026]在一種適宜的改進方案中規(guī)定，設置至少兩個、尤其是三個耦合裝置，以便將所述相之一與兩個其他相磁耦合，其中兩個耦合裝置中的至少一個具有比另一耦合裝置小的電感。通過有針對性地選擇耦合裝置的電感，可以影響和優(yōu)化不同的方面。一方面，電感影響損耗功率并且從而也影響耦合裝置中的放熱。電感的減小也使損耗功率減小。此外，較小的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電流情況下較晚地才飽和，使得多相轉換器在故障情況下還可以較長地在穩(wěn)定的運行狀態(tài)下被運行。另一方面，高電感減小電流波動，也即電流的波紋。因此可以通過選擇適當?shù)碾姼袃?yōu)化損耗分布、飽和特性和電流波紋。
[0027]在一種適宜的改進方案中規(guī)定，將一個相與基本上移相大約180°地被操控的相進行耦合的耦合裝置具有比其他耦合裝置中的至少一個耦合裝置小的電感。由此，這些一般更強地被加負荷的耦合裝置在損耗方面可以被減小，使得也實現(xiàn)較小的放熱。
[0028]本發(fā)明的其他優(yōu)點和構型從對附圖的描述中得出。
[0029]可以理解，前述的和下面還要闡述的特征不僅可以以分別說明的組合方式、而且也可以以其他組合方式或者單獨地被使用，而不偏離本發(fā)明的范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1示出將相彼此耦合的耦合元件。
[0031]圖2以側視圖示出耦合元件。
[0032]圖3示出耦合構思。
[0033]圖4示出另外的耦合元件。
[0034]圖5示出電路裝置。
[0035]圖6示出相的相應耦合的示意圖。
[0036]圖7示出在根據(jù)圖5的實施例情況下的操控和電流變化曲線。
[0037]圖8示出具有兩個所耦合的相的耦合裝置的剖面。
[0038]圖9以俯視圖示出在具有九個耦合裝置的矩陣型結構情況下沿著在圖4中表明的線A的剖面。
[0039]圖10不出在一種可替換實施例中具有兩個所稱合的相的、具有用于影響漏磁通量的裝置的耦合裝置的剖面。
[0040]圖11示出具有空隙和用于影響漏磁通量的裝置的耦合裝置的可替換實施例。
[0041]圖12示出在另一可替換實施例中具有兩個所耦合的相的、具有用于影響漏磁通量的拱頂形裝置的耦合裝置的剖面。
[0042]圖13示出在另一可替換實施例中具有兩個所耦合的相、具有用于影響漏磁通量的矩形裝置的耦合裝置的剖面。
[0043]圖14不出在另一可替換實施例中具有兩個所稱合的相、具有用于影響漏磁通量的矩形裝置的耦合裝置的剖面，其中第一和第二相總是交替地布置。
[0044]圖15示出在另一可替換實施例中具有兩個實施為圓導線的所耦合的相的、具有用于影響漏磁通量的裝置的耦合裝置的剖面。

【具體實施方式】
[0045]本發(fā)明根據(jù)實施方式在附圖中示意性示出并且下面參照附圖詳細地予以描述。
[0046]這些圖示出具有可調整漏磁通量的所耦合電感的4相系統(tǒng)的緊湊的和平整的結構。
[0047]在該系統(tǒng)中，對于每個耦合元件或磁芯而言，分別兩個相彼此耦合。在四個磁芯中，因此每個相與其(時間上的)前任者和后繼者磁耦合。通過具有每相分別兩個線匝的實施，明顯減小磁芯橫斷面的磁性調制。這又導致明顯較小的磁芯損耗并且從而導致較小的冷卻耗費。
[0048]由于在耦合的系統(tǒng)中在主磁通路徑中不需要空隙的事實，也可以利用兩個線匝實現(xiàn)大的電感值。通過升高的電感，每個磁芯可以被配備空隙作為飽和保護。
[0049]相對于具有僅一個線匝的實施，可以作為在相之間的非對稱性/負載分布被容忍的電流加倍。附加的橋接片用于引入期望的漏磁通量。這可以在制造中通過研磨空隙來進行。該結構簡單地構成，使得沖壓件或彎件可以被放入到下磁芯半部中并且利用相同的第二磁芯半部從上面被封閉。取消附加的纏繞技術。
[0050]如果可供使用的結構空間不允許平整的擴展，則也可以將2x2矩陣翻折成窄的和更緊湊的結構。
[0051]由此得出具有高功率和效率的汽車低壓轉換器的多個優(yōu)點:
1)通過小的銅電阻引起的高效率，
2)低靜止損耗和由此在最低負載情況下的高效率，
3)通過耦合引起的高動態(tài)性，
4)可簡單匹配的漏磁通量和由此對負載要求的可優(yōu)化的EMV特性，
5)小導體環(huán)，因為每個相可以直接在那里從磁芯被引出，其中每個相也被純粹引導。由此，每個相可以直接在開關單元處以電容器端接，這對于EMV是有利的。
[0052]圖1示出耦合裝置100、102、104和106，所述耦合裝置分別相互耦合兩個相，其中每個相包括兩個線匝。
[0053]圖2示出具有第一線匝110、第二線匝112、第三線匝114和第四線匝116的耦合裝置102。第一線匝110和第二線匝112構成第一相，第三線匝114和第四線匝116構成第二相。這兩個相在耦合裝置104中彼此磁耦合。
[0054]該耦合在圖3中再次加以說明。重要的是，相的線匝可以并排地和相疊地布置。此外可以看出構成一相的線匝120和122和構成一相的線匝130和132。
[0055]圖4示出耦合裝置150、152、154和156的另一圖示，這些耦合裝置分別耦合兩個相，這兩個相分別包括兩個線匝。
[0056]多相轉換器10的結構根據(jù)圖5在電路技術上示出。這里示例性描述的多相轉換器10由六個相11至16組成。相11至16中的每一個可以單獨地經由相應的開關裝置21至26操控，所述開關裝置分別由高端開關和低端開關組成。相11至16的每個電流由于與三個其他相的磁耦合而流經三個電感Lxx，其中相應的耦合裝置31至39引起所述電感。第一率禹合裝置31將第一相11與第二相12磁稱合,使得對于第一相11得出電感L12,對于第二相12得出電感L21。第六稱合裝置36將第一相11與第六相16磁稱合,使得對于第一相11得出電感L16，對于第六相16得出電感L61。第七耦合裝置37將第一相11與第四相14磁f禹合,使得對于第一相11得出電感L14,對于第六相16得出電感L41。第二I禹合裝置32將第二相12與第三相13磁耦合，使得對于第二相12得出電感L23，對于第三相13得出電感L32。第九稱合裝置39將第二相12與第五相15磁稱合,使得對于第二相12得出電感L25，對于第五相15得出電感L52。第三耦合裝置33將第三相13與第四相14磁耦合，使得對于第三相13得出電感L34，對于第四相14得出電感L43。第八耦合裝置38將第三相13與第六相16磁稱合,使得對于第三相13得出電感L36,對于第六相16得出電感L63。第四耦合裝置34將第四相14與第五相15磁耦合，使得對于第四相14得出電感L45，對于第五相15得出電感L54。第五稱合裝置35將第五相15與第六相16磁稱合,使得對于第五相15得出電感L56，對于第六相16得出電感L65。
[0057]輸入電流Ie分布到六個相11至16上。在輸入端處，電容器作為濾波裝置被接地。相11至16的輸出端在共同的相加點處聚集在一起并且借助于為未詳細不出的電容器作為濾波裝置接地。于是在共同的輸出側的相加點施加輸出電流IA。分別相互耦合的電感Lxx以不同的繞向彼此取向，如通過圖1中的相應點表明的。
[0058]在此情況下，對于每個相設置至少兩個線匝或繞組。
[0059]在圖6中系統(tǒng)地示出，六個相11至16如何通過相應的耦合裝置31至39相互耦合。如已經結合圖1所述的，不僅相鄰的相相互耦合，而且附加地偏移180度的相也相互耦合。在時間上直接在先或隨后地被操控、也就是其接通時刻在時間上直接在前或在后的這種相被理解為相鄰的相。在實施例中，將相11至16的名稱選擇為使得相11至16根據(jù)編號相繼地被操控，也就是按順序(說明對應于相的附圖標記):11-12_13-14-15-16_11等，分別移相60度或T/6 (360度/相數(shù))，其中T表示操控循環(huán)的周期持續(xù)時間。該順序也在圖2和圖7中示出。也就是說，對于不同相11至16的起始時刻分別被移相60度或者在時間上分別推移T/6。在圖7中，也就是說相應的相在持續(xù)時間T/6之后又被關斷(PWM比為1/6)。根據(jù)期望的電壓比，可以更早或更晚地、直至持續(xù)時間-開Te為止進行該關斷，根據(jù)期望的PWM信號(關于周期持續(xù)時間T，在0% (持續(xù)時間-關，Te=O))和100% (持續(xù)時間-開，Te=T)之間)進行。
[0060]根據(jù)圖7的圖表不出用于相應的相11至16的相應開關裝置21至26的操控信號52的時間變化曲線以及在相11至16中的電流變化曲線。開關裝置21至26對所屬的相11至16相繼地通電分別達周期持續(xù)時間T的六分之一，例如通過PWM信號，并且接著處于空轉。各個相11至16的由此結果得出的電流變化曲線在其下示例性地示出。操控信號52的周期持續(xù)時間T例如處于0.0lms的數(shù)量級。用于不同的相11至16的起始時刻分別被移相60度或者在時間上偏移T/6。具有第二開關裝置22的相應操控信號52的第二相12的起始時刻處于t=0處并且在1/6 T之后又(根據(jù)所期望的PWM比)被關斷。與第二相12相鄰的第三相13的起始時刻處于T/6處，第四相14的起始時刻處于2T/6處等等。雖然在圖7中相應的相在T /6之后又被關斷(PWM比為1/6)。但是，根據(jù)期望的電壓比可以更早或更晚地、直至持續(xù)時間-開為止進行該關斷，根據(jù)期望的PWM信號(在0% (持續(xù)時間-關)與100% (持續(xù)時間-開)之間)進行。也就是說，也可以在確定的時刻對多個相11至16同時通電，如果這要求期望的電壓比的話。但是起始時刻在時間上偏移。
[0061]圖8示例性地根據(jù)第一耦合裝置31示出耦合裝置31-39的結構，所述第一耦合裝置將第一相11和第二相12磁耦合。第一耦合裝置31由基本上E形的第一部分44和板形的第二部分43組成，它們構成線圈磁芯。具有E形橫斷面的第一部分44的外部柱的長度都相同，使得所述外部柱通過板形的(I形橫斷面)第二部分43可以無空隙地例如通過粘接被封閉。在耦合裝置31的E形部分44的中間柱和外部柱之間分別布置用于影響漏磁通量的裝置81。該裝置是第一部分44的部分并且同樣被構造為矩形的并且以與外部柱相同的方式取向。但是，用于影響漏磁通量的裝置81稍短于外部柱，使得在被放置的狀態(tài)下相對于第二部分43形成空隙96。在第一部分44的左側外部柱與用于影響漏磁通量的裝置81之間布置第二相12，在裝置81與中間柱之間以相反的電流通過布置第一相11。第一相11位于中間柱的另一側與用于影響漏磁通量的另一裝置81之間。在另一裝置81與第一部分44的右側外部柱之間以相反的電流通過布置第二相12。第一部分44的外部柱在俯視圖中具有面積Al。第一部分44的中間柱在俯視圖中優(yōu)選地具有面積2*A1。用于影響漏磁通量81的裝置81的柱具有面積A2。出于簡單制造的原因，耦合裝置31至39如所述那樣分別由兩個部分43、44構建。外部柱和中間柱如此與第二部分43連接，使得磁路被閉合。因此，僅允許例如在大約10 μ m數(shù)量級的小間隙。為了裝置81構建期望的漏磁通量，在該實施例中選擇在被放置狀態(tài)下在該裝置的末端與第二部分43之間的空隙96處在1_、優(yōu)選在0.3和0.5mm之間的數(shù)量級?？障?6也取決于用于影響漏磁通量的裝置81的幾何形狀，尤其是取決于面積A2。在面積Al為大約10mm2并且面積A2同樣為10mm2情況下,保持空隙96的上面說明的范圍。
[0062]在圖9中現(xiàn)在示意性地描繪在圖6中所示的構思的矩陣形空間結構。如已經結合圖1所述的，將每個相11至16與三個其他相磁耦合。為此,例如對于第一相11,設置三個單獨的耦合裝置31、36、37。第一耦合裝置31將第一相11與第二相12磁耦合。第六耦合裝置36將第一相11與第六相16磁稱合。第七稱合裝置37將第一相11與第四相14 f禹合。優(yōu)選的耦合原理和耦合裝置31已經結合圖4被描述。九個單獨的耦合裝置31至39優(yōu)選地被構造為平面的線圈磁芯，例如鐵氧體磁芯，其分別具有兩個空腔。在耦合裝置31至39的這些空腔中，兩個要耦合的相的兩個導體或相片段(與用于影響漏磁通量的裝置81至89在空間上分離地)分別被圍繞，所述兩個要耦合的相在這些片段中具有不同的電流方向?？涨唤蛹{要耦合的兩個相(11，12)。但是所述空腔也可以用非鐵磁材料至少部分地填充。
[0063]在根據(jù)圖9的俯視圖中可以看出，相11至16僅具有兩種形狀。第一、第三和第五相11、13、15被構造為U形的。第二、第四和第六相12、14、16被構造為曲折形的。在該實施例中，相可以被構造為絕緣的撓性圓導體，其在耦合裝置31至39內布置在相同的層面中。
[0064]示范性地，用于影響漏磁通量的裝置80至89具有不同的形狀。在圖10左側示出的實施具有兩個拱頂形的結構，所述結構布置在相11、12之間。拱頂形的結構80從兩側在相11和12之間凸出，但是不碰觸。用于影響漏磁通量的裝置80的末端彼此相間隔地布置，使得磁回路雖然不閉合，但是漏磁通量朝向末端偏轉。拱頂形的結構是第二部分44的組成部分。
[0065]根據(jù)圖10的用于影響漏磁通量的裝置80的右側結構具有矩形的橫斷面，布置在兩個相11、12之間并且是第二部分44的組成部分。用于影響漏磁通量的裝置80的末端在朝向第二部分44的中間柱的方向上取向，而不碰觸所述中間柱。由此不出現(xiàn)主磁通量。更確切地說，漏磁通量有針對性地通過裝置80引導，并且可以通過至第二部分44的中間柱的間隔或空隙有針對性地被影響。
[0066]通過第一稱合裝置31,現(xiàn)在第一相11和第二相12彼此磁稱合。通過所表明的反并聯(lián)的電流引導，實現(xiàn)將結果得到的磁場保持得盡可能小，使得耦合裝置31的大小可以被最小化。此外，在第一相11和第二相12之間分別設置絕緣部45用于將兩個相11、12彼此電分離并且分別與耦合裝置31分離。
[0067]根據(jù)圖11的實施例與根據(jù)圖10的實施例不同之處在于，E形的第一部分44的中間柱在通向第二部分43的方向上具有空隙64。用于影響漏磁通量的裝置80被實施為板形的并且布置在相11、12之間。在該實施例中，用于影響漏磁通量的裝置80的末端分別在第二部分44的中間柱的方向上取向，而不碰觸該中間柱。
[0068]根據(jù)圖12至14的實施例與之前的實施例不同之處尤其在于相11、12的布置。要耦合的相11、12分別并排布置并且被構造為帶形的。在圖12情況下，用于影響漏磁通量的裝置80被構造為拱頂形的。此外，第一相11的兩個片段通過第二部分44的中間柱分離，也即彼此相鄰地布置。
[0069]根據(jù)圖9的實施例與根據(jù)圖8的實施例不同之處僅在于用于影響漏磁通量的裝置80的板形構型。
[0070]根據(jù)圖9的實施例與根據(jù)圖8的實施例不同之處在于，現(xiàn)在第一和第二相11、12總是交替地布置。
[0071]根據(jù)圖11的實施例與根據(jù)圖9的實施例不同之處在于，相11、12被實施為圓導體。
[0072]實施例的描述
所述的實施例如下更詳細地闡述的那樣工作。具有高功率而無特殊絕緣要求的多相轉換器10或DC/DC轉換器優(yōu)選地可以以多相裝置實現(xiàn)。由此，例如高度為300A的高輸入電流Ie分布到高度分別為50A的不同的六個相11至16上。通過接著將各個電流疊加成輸出電流Ia，可以實現(xiàn)較小的交流電流分量。于是結果為，根據(jù)圖5的例如被繪為電容器的相應的輸入濾波器或輸出濾波器可以相應地小。對相11至16的操控順序地、也即相繼地進行，使得接通時刻分別移相60度(或者在時間上移相T/6)(在所述的六相系統(tǒng)情況下)，如這在圖11中已經更詳細地示出的那樣。根據(jù)期望的電壓比，相應的相11至16以不同的持續(xù)時間被通電。開關裝置21至26的相應的高端開關為此被閉合。如果開關裝置21至26的相應的低端開關被閉合，則相11至16不被通電?？商鎿Q地，也可以將這樣的相11至16看作是相鄰的，其關斷時刻直接在前或在后。于是，相應的接通點可能會可變地根據(jù)期望的PWM信號被選擇。
[0073]現(xiàn)在分別將相11與至少三個其他相12、14、16彼此磁耦合，而且以以下方式彼此磁耦合，即各個相的直流分量分別通過其他相盡可能強烈地被補償。由此，結果得出的磁場減小，使得耦合裝置31至39或磁性回路的設計僅仍須基本上根據(jù)由交流分量產生的磁場進行。由此，耦合裝置31至39 (例如線圈磁芯)可以相應小地被確定尺寸，這導致耦合材料、物質和成本的顯著節(jié)省。尤其是結構空間可以由此強烈地減小。
[0074]除了兩個鑒于操控(接通時刻或關斷時刻)相鄰的相之外，現(xiàn)在優(yōu)選地將第三要耦合的相選擇為，使得該相的干擾性相互影響被最小化。如此進行選擇，使得實現(xiàn)直流電流分量的最佳補償。在此情況下得出，除了相鄰的相(在六個相情況下接通時刻有+/-60度相移，對于第一相11而言，相鄰的相從而是第二相12和第六相16)之外，具有180度相位偏移的相(對于第一相11而言，這是第四相14)也是特別適合的，因為在那里得出直流分量的非常高的消除。通過所耦合的相11、14的兩個電流相反地在第七耦合裝置37中流動。用于耦合裝置37的磁化的結果得到的電流I res在此僅通過電流I res的差被消除。直流場大部分抵消。減小的直流分量對于耦合裝置31至39的幾何形狀是積極可察覺的，所述耦合裝置現(xiàn)在利用較小體積就可以夠用。在六個相11至16情況下，在圖5中所示的耦合已證實為特別適用的。
[0075]磁稱合
原則上，可以將兩個相磁耦合，其方式是，兩個相以反并聯(lián)電流引導通過矩形或環(huán)形的耦合裝置31至39被引導。重要的是，耦合裝置31至39能夠構成磁性回路。
[0076]這在基本上閉合的結構情況下是可能的，所述結構也可以包括空隙。此外，耦合裝置31至39由具有適當?shù)拇艑实膫鲗Т艌龅牟牧辖M成。
[0077]基于圖6的耦合構思可以示范性地根據(jù)圖9來闡述。重要的是，要耦合的相(根據(jù)圖8是第一相11和第二相12)以相反的電流通過被操控。分別相應的磁場基本上關于其直流分量抵消，使得主要僅還有交流分量貢獻于磁場產生。因此，相應的耦合裝置31至39可以變得更小并且可以放棄空隙。
[0078]耦合裝置的結構
耦合裝置31至39是電感性耦合的裝置，例如變壓器的磁芯或鐵氧體磁芯，在其上要耦合的相11至16產生磁場。耦合裝置31至39使分別兩個耦合的相11至16的磁性回路閉口 ο
[0079]耦合裝置31至39的材料和磁導率的選擇對于耦合不起如此大的作用。如果不使用空隙，則磁性回路的磁導率升高，由此線圈的電感變得更大。由此，電流升高變得更平緩并且電流形狀更接近于理想的直流電流。曲線形狀越接近直流電流，在(相反地)被引導通過作為耦合裝置31至39的磁芯的兩個相之間的結果得出的電流差越小。用于濾波器的耗費由此減小。在另一方面，無空隙的系統(tǒng)非常靈敏地對在相11至16之間的不同電流作出反應。雖然系統(tǒng)傾向于在較小的電流誤差情況下進入飽和，但是通過多次耦合總是仍相當穩(wěn)定。原則上可以選擇具有不同尺寸的空隙，以便將損耗均勻地分布到耦合裝置31至39上。具有較小電感L的耦合裝置31至39原則上也具有較小的損耗功率。
[0080]為了從高磁導率(小空隙_>小電流波紋)和高穩(wěn)健性(具有空隙_>高電流波紋)中得到良好的折衷，可以設置不同的空隙。通過這種方式也可以影響耦合裝置31至39的損耗功率，使得滿足期望的準則，例如損耗功率的均勻分布。
[0081]在根據(jù)圖9的實施例情況下，耦合裝置在對角線上(或者耦合裝置31、38、34或37、38,39)可以被配備空隙。由此在僅三個耦合裝置31、38、34或37、38、39具有空隙(這導致較高的電流波紋)情況下在所有相11至16上得出防飽和的高保護并且與此相關聯(lián)地得出防未受控制的電流升高的保護。在相11至16之間的大的非對稱性情況下或者也在多個相11至16失靈的情況下，僅單個耦合裝置31至42進入飽和，而在給定的電流情況下不是相的所有耦合裝置31至39進入飽和。
[0082]另一變型方案是，在具有不同空隙的結構內構造耦合裝置31至39。耦合裝置(在根據(jù)圖1、3、5的實施例中，這是具有附圖標記37、38、39的耦合裝置)，可以例如通過匹配或設置空隙而在其載荷方面被減小，其中所述耦合裝置基于180度相位偏移的操控(如所述操控通過將第一相11與第四相14通過第七耦合裝置37耦合；將第二相12與第五相15通過第九耦合裝置39耦合；將第三相13與第六相16通過第八耦合裝置38耦合來產生)以較大的提高的磁化被加載荷。這將會減小總磁芯損耗。
[0083]此外可能的是，在矩陣構思情況下在每個行/列中給耦合裝置31至39配備較大的空隙或間隙。由此，該配備有空隙的耦合裝置31至39才在較高的電流情況下飽和，使得在故障情況下得出進一步改善的穩(wěn)定性。出于穩(wěn)定性原因，有利的是，將每個相11至16引導通過至少一個耦合裝置31至39，該至少一個耦合裝置通過設置較小的電感L而比在該相中的其他耦合裝置31至39更晚地進入飽和，這可以通過設置空隙來實現(xiàn)。
[0084]在根據(jù)圖11的實施例中，示出了配備有空隙64的耦合裝置31的例子。為此，E形的第一部分44的中間柱相對于外部柱稍微縮短地被構造，使得在通向第二部分43的方向上產生空隙64?？商鎿Q地可以規(guī)定，將E形的第一部分44的柱構造為相同大小，但是在柱末端和第二部分43之間例如通過非磁性薄膜設置空隙。對于技術人員而言，如何能夠實現(xiàn)相應的耦合裝置31至39的期望的電感L的措施是常見的，例如通過在相應的部位設置適當?shù)?一個或多個)空隙。
[0085]相的結構
如在圖5中在俯視圖中示出的，使用相11至16的僅兩個幾何形狀在制造技術上是特別有利的。一個基礎形狀在此情況下具有U形走向。第二基礎形狀基本上是矩形的或曲折形的。所示的片段可以作為帶導體以沖壓柵格的形式在印刷電路板中的相應的印制導線中被集成或者被實施為圓導體。
[0086]將耦合裝置31至39的各個磁芯進一步磁耦合成大的總磁芯可以導致進一步的節(jié)省，其方式是例如對于九個耦合裝置31至39的所有下部分44設置唯一的覆蓋板43。
[0087]用于影響漏磁通量的裝置80至89
在圖12中，用連續(xù)箭頭92表明主磁通量，所述主磁通量分別圍繞兩個要磁耦合的相
11、12通過鐵磁耦合裝置43、44走向。用虛線箭頭94表明漏磁通量。漏磁通量通過非鐵磁材料走向，例如通過空氣或包圍相11、12的塑料或絕緣體。用于影響漏磁通量的裝置80現(xiàn)在被構建為，使得所述裝置有針對性地在兩個要耦合的相11、12之間偏轉漏磁通量。這通過由鐵磁材料組成的凸起部進行，所述凸起部在空間上布置在相11、12之間。這些凸起部與實際的鐵磁耦合裝置43、44以傳導磁通量的方式連接。凸起部可以是耦合裝置43、44的組成部分。但是也可以設置單獨的鐵磁部分。
[0088]用于影響漏磁通量的裝置可以具有矩形的橫斷面。由于特別簡單的幾何形狀，可以簡單地和成本低地制造這種裝置。
[0089]可替換地，用于影響漏磁通量的裝置80至89也可以具有拱頂形的結構。與矩形結構不同地可以將其理解為朝向末端逐漸變細的結構?？梢赃M行至耦合裝置44的升高的、例如拋物線形的、倒圓的或圓形的過渡。拱頂可以直接在鐵氧體磁芯的制造過程(壓制)中實現(xiàn)。
[0090]用于影響漏磁通量的裝置80布置在要耦合的相11、12之間。在此，該裝置僅可以從耦合裝置44的一側向耦合裝置43的相對側凸出，如在圖9至11中所示?？商鎿Q地，該裝置80可以從耦合裝置43、44的兩側伸入到相11、12之間。優(yōu)選地，所述裝置的末端相對，如在圖8中表明的。用于影響漏磁通量的裝置的末端彼此相間隔地布置，使得磁性回路雖然不閉合，但是漏磁通量被朝向末端偏轉。
[0091]優(yōu)選地，用于影響漏磁通量的裝置80布置在兩個要耦合的導體的對稱軸上。優(yōu)選地，用于影響漏磁通量的裝置80的橫斷面相對于該對稱軸也實施為軸對稱的。
[0092]漏磁通量在裝置80的末端之間(圖12)走向或者在裝置的末端與耦合裝置43、44之間(圖13至15)在非鐵磁介質中的間隙長度86中走向。通過裝置80的幾何形狀和由此得出的間隙長度86可以進一步優(yōu)化多相轉換器的信號變化曲線。
[0093]根據(jù)圖15現(xiàn)在代替扁平導線(相疊地:圖10)將相11、12實施為并排敷設的圓導線。由此漏磁通量提高并且干擾可以進一步被減小。
[0094]耦合裝置43、44和用于影響漏磁通量的裝置80由材料3C95實施。此外，設置例如在Imm數(shù)量級的間隙96。在該選擇情況下,可以進一步減小電流波紋/電流陸度。通過該間隙96可以排除飽和效應。
[0095]所述的多相轉換器10特別適用于在機動車車載網絡中使用，其中尤其是動態(tài)的負載要求是次重要的。所述的結構尤其是適用于這種比較惰性的系統(tǒng)。
[0096]在當前使用的磁芯模型中，漏磁通量通過附加的漏磁柱調整，所述漏磁柱被引入在兩個線匝之間。通過構造磁芯可以單獨地根據(jù)應用調整特性。主參數(shù)在此是兩個空隙，其可以特定于應用地被確定。
[0097]通過對于每個所耦合的相引入多于一個的線匝，可以大大減小通過磁芯的再磁化引起的磁芯損耗。在此，2或3個、至少在小范圍中的匝數(shù)是有意義的，以便將通過繞組長度引起的線匝損耗保持得小。
[0098]在圖中所示的耦合裝置情況下，可以對于每個相設置多于兩個的線匝。
【權利要求】
1.具有多個電相(11至16)的多相轉換器，所述相能分別通過開關裝置(21至26)操控，其中設置至少一個耦合裝置(31至39 ;100至106 ;150至156)用于將一個相(11至16)與另一相(11至16)耦合，其中對于每個相(11至16)設置兩個線匝(110至116 ；120 ；122 ；130 ;132)。
2.根據(jù)權利要求1所述的多相轉換器，所述多相轉換器被設計用于至少兩個相。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的多相轉換器，其中至少一個耦合裝置(31至39；100至106 ; 150至156)中的至少一個具有至少一個用于影響漏磁通量的裝置(80至89)。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的多相轉換器，其中用于影響漏磁通量的裝置(80至89)要么僅在一側上要么從兩側與耦合裝置(31至39 ；100至106 ；150至156)連接。
5.根據(jù)權利要求2至4之一所述的多相轉換器，其特征在于，在用于影響漏磁通量的裝置(80至89)與耦合裝置(31至39 ；100至106 ; 150至156)之間設置間隙。
6.根據(jù)權利要求2至5之一所述的多相轉換器，其中用于影響漏磁通量的裝置(80至89)被構造為矩形的或拱頂形的。
7.根據(jù)前述權利要求之一所述的多相轉換器，其中至少一個相(11至16)被構造為U形的并且與之耦合的相(11至16)被構造為曲折形的。
8.根據(jù)前述權利要求之一所述的多相轉換器，其中開關裝置(21至26)順序地操控相(11至16)并且第一相(11至16)與至少一個其他相(11至16)磁稱合,所述至少一個其他相直接在前或在后地被操控。
9.根據(jù)前述權利要求之一所述的多相轉換器，其中一個相(11至16)與至少一個其他相(11至16)磁耦合，所述至少一個其他相基本上移相大約180°地被操控。
【文檔編號】H02M3/155GK104247236SQ201380009987
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年2月20日 優(yōu)先權日:2012年2月20日
【發(fā)明者】德雷澤 N., 申策爾 M., 舍特勒 R. 申請人:羅伯特·博世有限公司