阅读说明：本技术 存储器扼流圈 (Memory choke ) 是由 法比安·贝克 弗洛里安·伯姆 马蒂亚斯·克彭 曼纽尔·莱曼 于 2018-06-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于多相直流电压变换器的存储器扼流圈(1)，所述存储器扼流圈具有至少两个线圈(2)和芯(4)，线圈(2)经由所述芯彼此耦合，其中芯(4)具有第一区域(5)和第二区域(6)，所述第一区域具有第一材料，所述第二区域具有第二材料，所述第二材料不同于第一材料。(The invention relates to a storage choke (1) for a multiphase direct current voltage converter, comprising at least two coils (2) and a core (4), via which the coils (2) are coupled to one another, wherein the core (4) has a first region (5) having a first material and a second region (6) having a second material, which is different from the first material.)

存储器扼流圈

技术领域

本发明涉及一种用于多相直流电压变换器的存储器扼流圈。

发明内容

本发明实现如下目的，提出一种有利的存储器扼流圈。例如，存储器扼流圈的共模电感和差模可以构成为，使得存储器扼流圈适合于在多相直流电压变换器中使用。

所述目的通过根据权利要求1的存储器扼流圈来实现。

提出一种用于多相直流电压变换器的存储器扼流圈，所述存储器扼流圈具有芯和至少两个线圈，线圈经由所述芯彼此耦合，其中芯具有第一区域和第二区域，所述第一区域具有第一材料，所述第二区域具有不同于第一材料的第二材料。

第一区域优选可以由第一材料构成。第二区域优选可以由第二材料构成。

通过使用具有两种彼此不同材料的芯能够实现，将芯构成为，使得所述芯具有期望的共模电感和期望的差模电感。与此相应地，使用具有两种彼此不同的材料的芯能够实现高的设计自由度，所述设计自由度允许，优化存储器扼流圈的共模电感和差模电感。尤其地，现在可以将共模电感和差模电感彼此独立地优化。

对于共模电感而言，如下磁通量是重要的，所述磁通量具有高的直流电流分量而仅具有小的交流电流分量。如果存储器扼流圈使用在直流电压变换器中，那么所述磁通量对总磁通量的绝大部分负责。因此，应选择具有高的饱和通量密度的材料。

对于差模电感而言，如下磁通量是重要的，所述磁通量具有高的交流电流分量。通过对于差模电感重要的通量产生的电流在存储器扼流圈的输入端中流通并且仅引起无功功率。差模通量通过操控具有相移的相邻的线圈产生。然而，差模通量在理想情况下不包含直流电流分量。因此，可以选择饱和通量密度较小但磁导率较高的材料。由此可以实现，差模电流波动尽可能地小。与此相应地，无功功率是小的。

第一材料可以构成为和设置成，使得实现存储器扼流圈的一定的共模电感。第二材料可以构成为和设置成，使得实现存储器扼流圈的一定的差模电感。

第一材料与第二材料相比可以具有更高的饱和磁化。饱和磁化说明磁化的材料特定的最高值，所述最高值通过提高外部磁场强度也不可能超过。对于第一材料可以在磁通密度大于1T时才出现磁饱和。

芯优选地可以构成为，使得针对共模电感确定的路径仅伸展穿过第一材料。第一材料由于其高的饱和磁化能够实现沿着针对共模电感确定的路径的足够高的磁通量。

第一材料可以具有比第二材料更小的磁导率。磁导率说明材料对于磁场的可穿透性。对于差模电感重要的磁通量伸展所沿着的差模路径可以通过如下方式优化：第二材料与第一材料相比具有更高的磁导率并且与第一材料相比具有更小的饱和磁化。在第二区域中，磁通量可以具有如下强度，在所述强度下，提出使用具有高的磁导率的第二材料。在芯的第二区域中存在的差模通量在理想情况下不包含DC分量，因此在第二区域中的总通量密度更低。由于第二材料的更高的磁导率，对于差模电感可以得出高的值。

第一区域可以具有棒状芯和内部板。每个线圈可以围绕棒状芯缠绕，其中棒状芯贴靠在内部板上。尤其地，第一区域可以具有两个内部板，其中棒状芯设置在内部板之间。在此，棒状芯和内部板对于确定共模电感是重要的。棒状芯可以具有对称轴线，并且设置成，使得对称轴线垂直于内部板。线圈可以包围棒状芯的对称轴线。

第二区域可以具有外部板，所述外部板设置在内部板的背离棒状芯的一侧上并且所述外部板平行于内部板设置。尤其地，第二区域可以具有两个外部板，所述外部板分别平行于内部板设置并且设置在内部板的分别背离棒状芯的一侧上。第一区域在此可以设置在两个外部板之间。

内部板和外部板可以通过间隙彼此分离。

第一区域可以具有至少一个芯部分，所述芯部分设置在两个线圈之间，使得至少一个芯部分的第一侧面朝向两个线圈中的一个线圈并且至少一个芯部分的第二侧面朝向两个线圈中的另一个线圈。至少一个芯部分在此设计用于，引导由线圈产生的磁场。

至少一个芯部分可以具有三角形的横截面。三角形的横截面是特别有利的，因为所述横截面极其好地匹配于线圈的圆形形状并且可以在大的区域中设置在线圈附近。

第一区域可以具有多个这种芯部分，其中在芯部分之间分别设置有开口。与此相应地，各个芯部分不彼此接触。经由开口，冷却系统能够以简单的方式作用于线圈。对引导磁场会有帮助的芯部分与此相应地可以设计成，使得其不妨碍线圈冷却。

第一材料可以为压制的粉末，尤其为压制的铁粉芯。第二材料可以是烧结材料。例如可以为锰锌铁氧体。这些材料具有在上文中描述的有利的特性。然而也可以将其他材料用于第一材料和/或第二材料。

根据另一方面，本发明涉及一种多相直流电压变换器，所述直流电压变换器具有上述存储器扼流圈。下面根据附图详细描述本发明。

附图说明

图1示出存储器扼流圈的立体图。

图2示出贯穿存储器扼流圈的横截面。

图3示出存储器扼流圈的芯中的磁通量的仿真。

图4示出具有其他标度的在图3中示出的仿真。

图5示出用于具有存储器扼流圈的直流电压变换器的电路图。

具体实施方式

图1示出用于多相直流电压变换器的存储器扼流圈1的立体图。存储器扼流圈1具有多个线圈2。尤其地，存储器扼流圈1具有四个线圈2。每个线圈2通过铜线的缠绕形成。绕组分别围绕棒状芯3缠绕。棒状芯3的轴线限定z方向。棒状芯3尤其可以是柱形的。

此外，存储器扼流圈1具有芯4，线圈2经由所述芯彼此磁耦合。芯4具有第一区域5和第二区域6，所述第一区域具有第一材料，所述第二区域具有不同于第一材料的第二材料。

图2示出贯穿存储器扼流圈1的横截面。示出贯穿如下平面的横截面，所述平面垂直于棒状芯3的轴线，即贯穿垂直于z方向的平面。

芯4的第一区域5具有在上文中提到的棒状芯3。每个线圈2围绕棒状芯3之一缠绕。在此，铜绕组直接贴靠在相应的棒状芯3上。

第一区域5还具有芯部分7，所述芯部分分别设置在两个线圈2之间。每个所述芯部分7具有朝向一个线圈2的第一侧面8和朝向另一个线圈2的第二侧面9。芯部分7在此在垂直于z方向的横截面中具有三角形的形状。在相应的线圈2和第一侧面8或第二侧面9之间保持间隙，使得线圈2和侧面8、9不接触。此外，芯部分7分别具有第三侧面10，所述第三侧面背离线圈2。

此外，第一区域5具有外部芯部分11，所述外部芯部分仅具有唯一的侧面，所述侧面朝向线圈2。外部芯部分11也在垂直于z方向的横截面中具有三角形的形状。外部芯部分11具有沿z方向分成两半的芯部分7的形状。

第一区域5还具有第一内部板12。第一内部板12沿z方向连接于棒状芯3和第一区域5的芯部分7、11。尤其地，棒状芯3和芯部分7、11直接贴靠在第一内部板12上。在第一内部板12和棒状芯3的端部和芯部分7、11之间不设置间隙。

此外，第一区域5还具有第二内部板12，所述第二内部板设置在棒状芯3和芯部分7、11的背离第一内部板12的一侧上。第二内部板13具有与第一内部板12类似的功能和相同的构造。

内部板12、13、棒状芯3和具有三角形的横截面的芯部分7、11分别由第一材料构成。第一材料例如可以是压制的铁粉芯。第一材料具有高的饱和磁化。例如，第一材料在磁通密度大于1T时才可以显现出磁饱和。第一材料还具有小的磁导率。

此外，芯4具有第二区域6，所述第二区域具有第二材料。第二区域6具有第一外部板14和第二外部板15。第一外部板14设置在第一内部板12的背离棒状芯3的一侧上。第一外部板14平行于第一内部板12设置。第二外部板15设置在第二内部板13的背离棒状芯3的一侧上。第二外部板15平行于第二内部板13设置。第二外部板15具有与第一外部板14相同的构造和相同的功能。

优选地，第二区域6由第二材料构成。第二材料为烧结材料，优选为锰锌铁氧体(MnZn铁氧体)。

在内部板12、13和外部板14、15之间分别设置有间隙16。间隙16可以由空气填充。

在下文中阐述，在图1和2中示出的存储器扼流圈1设计用于，如下优化共模电感和差模电感，即使得总电流波动尽可能小，以便使绕组中的损失最小化。

在该上下文中也参照图3和4，所述图分别示出当电流流过存储器扼流圈1的线圈2时，芯4中的磁通量的仿真。在两个图中，假设相同的电流。图3和4的视图的区别在于使用的标度。在图3中，磁通量在0T和1.5T之间的标度上绘制。在图4中，磁通量在0T和0.4T之间的更细分的标度上绘制。为了更为简化地示出，线圈2在图3和4中未示出。此外，仅示出芯部分7中的几个。此外，芯部分7仅部分地示出。

存储器扼流圈1具有共模电感和差模电感。共模电感基本上通过沿着如下路径的磁通量来确定，所述路径沿着棒状芯3沿z方向伸展，经由第一内部板12传导到芯部分7上，所述芯部分具有朝向相应的线圈2的侧面8，经由所述芯部分7沿负的z方向伸展并且经由第二内部板13再次耦合输入到相同的棒状芯3中。在图3中示出这种共模路径17的实例。对于共模电感重要的通量具有高的直流电流分量以及低的交流电流分量。

共模路径17沿着第一区域5伸展。因此，共模路径17仅在第一材料中伸展。因为第一材料具有高的磁饱和，所以沿着共模路径可以出现高的磁通量。存储器扼流圈在直流电压变换器中使用。与此相应地，磁通量的绝大部分沿着共模路径产生。所述通量具有高的DC分量。

对于差模电感而言如下磁通量是重要的，所述磁通量沿着差模路径18伸展。在图4中绘出差模路径18的实例。所述差模路径在z方向上沿着第一棒状芯3a伸展，经由第一外部板14沿负的z方向延伸穿过第二棒状芯3b并且沿着第二外部板15向回伸展至第一棒状芯3a。因为所述路径18伸展经过外部板14、15，其材料具有比内部板12、13的材料更高的磁导率，对于差模电感而言得出高的值。高的差模电感是有利的，因为其引起存储器扼流圈1的小的无功功率。通过沿着差模路径18的耦合实现的磁通量在存储器扼流圈的输入端中流通并且仅引起无功功率。因此值得期望的是，通过使用适合的第二材料抑制所述通量。

此外，在第二材料中仅出现小的损失。与此相应地，将两种彼此不同的材料用于芯4可以实现，使在存储器扼流圈中出现的损失最小化。尤其地，损失的最小化是可能的，而不必明显限制沿着共模路径17产生的磁通量。

此外，第一区域5具有带有三角形横截面的在上文中描述的芯部分7和外部芯部分11。因为这直接靠近相应的线圈2，其可以用于良好地引导由线圈2产生的磁场。

芯部分7具有三角形的横截面的设计方案能够实现，在两个芯部分7之间设置开口。两个相邻的芯部分7与此相应地不接触。经由在芯部分7之间的开口19可触及线圈2。以所述方式能够实现，冷却线圈2。芯部分7的设计方案因此能够实现引导磁场，而在此不妨碍存储器扼流圈1的冷却。相同内容也适用于外部芯部分11。在外部芯部分11和与此相邻的芯部分7之间同样构成有开口19。

共模电感和差模电感通过芯4的第一和第二区域5、6的几何尺寸来确定。例如，共模电感和差模电感可以通过如下方式改变：修改棒状芯3的直径和/或内部板和外部板12、13、14、15的厚度。通过改变具有三角形的横截面的芯部分7、11的几何尺寸也能够以期望的方式修改共模电感和差模电感。与此相应地，在此描述的芯4允许高的设计自由度，其中通过改变芯4的精确的几何形状，共模电感和差模电感可以匹配于相应的应用。

在此描述的存储器扼流圈因此为共模扼流圈(common mode choke)和差模扼流圈(differential mode choke)的组合。通过所述组合，存储器扼流圈可以适合于，替代两个单独的构件并且以所述方式降低磁体积。

图5示出用于多相直流电压变换器的电路图，所述多相直流电压变换器具有在此描述的存储器扼流圈1。

附图标记列表：

1 存储器扼流圈

2 线圈

3，3a，3b 棒状芯

4 芯

5 第一区域

6 第二区域

7 芯部分

8 第一侧面

9 第二侧面

10 第三侧面

11 外部芯部分

12 第一内部板

13 第二内部板

14 第一外部板

15 第二外部板

16 间隙

17 共模路径

18 差模路径

19 开口