耦合電感、磁體和多電平逆變器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明實施例涉及電路領域，并且更具體地，涉及一種耦合電感、磁體和多電平逆變器。
【背景技術】
[0002]近年來，應用于高壓大功率領域的多電平變頻器引起了電力電子行業(yè)的極大關注。多電平逆變器可以將直流電變成交流電。例如，多電平逆變器可以使用耦合電感將幾個電平臺階合成階梯波以逼近正弦輸出電壓，也即輸出交流電。
[0003]多電平逆變器輸出的電平數(shù)越多，輸出的信號越接近正弦信號，進而能夠降低濾波復雜度。為了進一步降低濾波電路成本，需要多電平逆變器輸出更多的電平。如，在交錯并聯(lián)電路中增加并聯(lián)支路，便可以形成更多的輸出電平。
[0004]然而，當并聯(lián)支路增多時，耦合電感的磁芯結構復雜程度會提高。由于磁芯結構復雜，無法一次成型加工，因而需要手工繞制繞組，導致繞組繞制困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實施例提供了一種耦合電感、磁體和多電平逆變器，能夠降低耦合電感的加工復雜度。
[0006]第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種稱合電感，包括:
[0007]中柱110，包括多個磁體111，多個磁體111中的每一個磁體111包括電感113和主磁芯114，電感113包裹主磁芯114，電感113包括輔磁芯116和繞組117，繞組117嵌設在輔磁芯116內(nèi)且環(huán)繞主磁芯114 ；
[0008]上顎120，與中柱110的上端連接；
[0009]下顎130，與中柱110的下端連接；
[0010]其中，上顎120、下顎130與主磁芯114共同形成磁通路。
[0011]結合第一方面，在第一方面的第一種實現(xiàn)方式中，電感113為一體的空心柱,主磁芯114設置在空心柱內(nèi)。
[0012]結合第一方面及其上述實現(xiàn)方式，在第一方面的第二種實現(xiàn)方式中，主磁芯114的磁性材料為高相對磁導率的磁性材料，電感113的輔磁芯116的磁性材料為高相對磁導率的磁性材料,主磁芯114與電感113通過粘接的方式連接。
[0013]結合第一方面及其上述實現(xiàn)方式，在第一方面的第三種實現(xiàn)方式中，主磁芯114的磁性材料為高相對磁導率的磁性材料，電感113的輔磁芯116的磁性材料為低相對磁導率的磁性材料,主磁芯114與電感113通過燒結的方式連接，或者主磁芯114與電感113通過粘接的方式連接。
[0014]結合第一方面及其上述實現(xiàn)方式，在第一方面的第四種實現(xiàn)方式中，多個磁體111一體成型形成中柱110。
[0015]結合第一方面及其上述實現(xiàn)方式，在第一方面的第五種實現(xiàn)方式中，多個磁體111中的每一個磁體111的繞組117的繞制方向相同。
[0016]結合第一方面及其上述實現(xiàn)方式，在第一方面的第六種實現(xiàn)方式中，上顎120和下顎130的磁性材料都為高相對磁導率的磁性材料。
[0017]結合第一方面及其上述實現(xiàn)方式，在第一方面的第七種實現(xiàn)方式中，上顎120與下顎130通過粘接的方式分別與中柱110連接。
[0018]第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種磁體，包括電感113和主磁芯114，電感113包裹主磁芯114，電感113包括輔磁芯116和繞組117，繞組117嵌設在輔磁芯116內(nèi)且環(huán)繞主磁芯114。
[0019]結合第二方面，在第二方面的第一種實現(xiàn)方式中，主磁芯114的磁性材料為高相對磁導率的磁性材料，電感113的輔磁芯116的磁性材料為高相對磁導率的磁性材料，主磁芯114與電感113通過粘接的方式連接。
[0020]結合第二方面及其上述實現(xiàn)方式，在第二方面的第二種實現(xiàn)方式中，主磁芯114的磁性材料為高相對磁導率的磁性材料，電感113的輔磁芯116的磁性材料為低相對磁導率的磁性材料,主磁芯114與電感113通過燒結的方式連接，或者主磁芯114與電感113通過粘接的方式連接。
[0021]第三方面，本發(fā)明實施例提供了一種多電平逆變器，包括:
[0022]功率組件140，用于對直流信號進行功率變換，輸出多路電信號；
[0023]如權利要求1至7中任一項的耦合電感100，用于對功率組件140輸出的多路電信號進行耦合處理，輸出一路多電平信號。
[0024]第四方面，本發(fā)明實施例提供了一種耦合電感的制作方法，包括:
[0025]將繞組放入模具中，并在模具中注入磁性材料；
[0026]將繞組和磁性材料燒制為一體的空心柱，形成電感；
[0027]在空心柱內(nèi)設置磁芯，形成磁體；
[0028]將多個磁體的上端分別與上顎連接、下端分別與下顎連接，形成耦合電感。
[0029]基于上述技術方案，在本發(fā)明實施例中，繞組117與輔磁芯116 —體成型,形成電感113。電感113包裹主磁芯114，形成磁體111。這樣，本發(fā)明實施例避免了手工繞制繞組，進而降低了耦合電感的加工復雜度。
【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對本發(fā)明實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1a-1b是本發(fā)明一個實施例的耦合電感的示意性框圖。
[0032]圖2a_2b是本發(fā)明實施例的磁體的示意性框圖。
[0033]圖3是本發(fā)明一個實施例的制作磁體的示意性流程圖。
[0034]圖4是本發(fā)明另一實施例的制作磁體的示意性流程圖。
[0035]圖5是本發(fā)明另一實施例的耦合電感的示意性框圖。
[0036]圖6是本發(fā)明另一實施例的耦合電感的示意性框圖。
[0037]圖7是本發(fā)明實施例的多電平逆變器的示意性框圖。
[0038]圖8是本發(fā)明實施例的耦合電感的制作方法的示意性流程圖。
【具體實施方式】
[0039]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0040]圖1a-1b是本發(fā)明一個實施例的耦合電感的示意性框圖。其中，圖1a是耦合電感100的正視圖，圖1b是耦合電感100的縱面剖視圖。耦合電感100包括:中柱110、上顎120和下顎130。
[0041]中柱110，包括多個磁體111，多個磁體111中的每一個磁體111包括電感113和主磁芯114，電感113包裹主磁芯114，電感113包括輔磁芯116和繞組117，繞組117嵌設在輔磁芯116內(nèi)且環(huán)繞主磁芯114。
[0042]上顎120，與中柱110的上端連接。
[0043]下顎130，與中柱110的下端連接。
[0044]其中，上顎120、下顎130與主磁芯114共同形成磁通路。
[0045]如圖1a所示，中柱110包括三個磁體111。應理解，圖1a僅是一個示意圖,本發(fā)明實施例對磁體111的個數(shù)不作限定，中柱I1包括多個磁體111的實施方式都應落在本發(fā)明實施例的保護范圍內(nèi)。具體地，可以通過控制繞組之間的間距來控制耦合電感100的耦合系數(shù)。
[0046]基于上述技術方案，在本發(fā)明實施例中，繞組117與輔磁芯116 —體成型,形成電感113。電感113包裹主磁芯114，形成磁體111。這樣，本發(fā)明實施例避免了手工繞制繞組，進而降低了耦合電感的加工復雜度。同時，本發(fā)明實施例的耦合電感中不同的磁體111之間有著較高的一致性。
[0047]進一步地，主磁芯114與輔磁芯116可以選用不同的磁性材料，進而能夠充分利用不同磁性材料的優(yōu)點。例如，充分利用不同磁性材料的特性進行組合設計，比如鐵硅鋁的損耗低，可以用于設計主磁芯114，有利于降低散熱壓力。鐵硅直流偏置特性好，但是損耗大，可以用于設計輔磁芯或者上下顎，有利于散熱。
[0048]同時，輔磁芯116可以使耦合電感100的共模部分電感量增大，進而達到濾波效果。也就是說，耦合電感100同時具備了濾波功能，而不必專門設置一個濾波電感，從而達到了降低成本的目的。
[0049]另外，由于繞組117與輔磁芯116 —體制作，進而避免了手工繞制繞組時需要較大絕緣距離的問題，提高了磁芯與繞組的利用率，減小了耦合電感的體積。
[0050]下面將結合具體的例子詳細描述本發(fā)明實施例。應注意，這些例子只是為了幫助本領域技術人員更好地理解本發(fā)明實施例，而非限制本發(fā)明實施例的范圍。
[0051]圖2a-2b是本發(fā)明實施例的磁體的示意性框圖。下面結合圖2a_2b對磁體的結構進行詳細的說明。圖2a示出了磁體111的截面圖。如圖2a所示,磁體111為一個圓柱體，應理解本發(fā)明實施例對磁體的形狀不作限制，可以為圓柱體外的其它柱體。為便于描述磁體111的結構，圖2b示出了磁體111的半個截面圖。
[0052]磁體111包括電感113和主磁芯114。其中，電感113為由磁性材料和繞組117燒制成的一體的空心柱。輔磁芯116位于繞組117的外側。通常，繞組117外部包裹絕緣材料。應理解，由于加工工藝的問題，繞組117內(nèi)側(繞組117與主磁芯114之間)會有一層磁性材料。主磁芯114為由磁性材料燒制成的柱體，被電感包裹，共同形成磁體111。
[0053]可選地,作為一個實施例，電感113為一體的空心柱,主磁芯114設置在空心柱內(nèi)。
[0054]可選地，作為另一實施例，主磁芯114選用高相對磁導率μ的磁性材料。輔磁芯116主要起到增強共模磁路漏感的作用，可以選用低μ值的磁性材料，或者也可以選擇高μ值的磁性材料，通過增加氣隙達到濾波的效果。
[0055]本領域的技術人員能夠理解，高μ值的磁性材料通常為鐵氧體、硅鋼、非晶或者納米晶等材料，低μ值的磁性材料通常為鐵硅鋁或鐵硅等材料。
[0056]可選地，作為一個實施例，主磁芯114的磁性材料為高相對磁導率的磁性材料，電感113的輔磁芯116的磁性材料為高相對磁導率的磁性材料，主磁芯114與電感113通過粘接的方式連接。
[0057]圖3是本發(fā)明一個實施例的制作