[发明专利]用于环形感应器的磁通分散的方法和装置

说明书

技术领域

本发明通常涉及电能转换，特别是控制电能转换系统的环形扼流圈或感应器中的磁通分散。

背景技术

电能转换系统把电能从一种形式转换成另一种形式，可用于各种各样的应用中，如从输入源给用电的电机电动机提供电能的电机驱动。有代表性的是，电能转换器由以可控方式动作的电力开关构成，来选择性地把输入电能转换成所需形式的输出电能，如具有可控幅值、频率和相位的单相或多相AC，以根据所需的速度分布图和变化的负荷状态来驱动AC电机。很多这样的电能转换器从一个单相或多相电源接收输入的AC电能，并运行输入开关以创建一个中间DC总线电压。而输出开关用于创建所需的AC输出，用于驱动一个由中间DC总线供电的单相或多相AC电机电动机或其它AC负荷。在最初的AC至DC转换中，会产生共模电压，如果不作处理，其可能会损伤电机线圈。为了解决这个问题，许多电机驱动转换器包含一个DC环形扼流圈或感应器，其上装有连接在输入和输出开关之间的中间正负DC电流通路中的线圈，以平滑用于创建输出电压和电流的DC总线，并减小转换器输出端的共模电压。然而，某些运行条件会使热应力作用于DC环形感应器的绕组线圈上，因此设计者通常需要加大感应器的尺寸以保证电机驱动的感应器组件不会被过早破坏。尽管这种方法为设计的电机驱动产品使用周期上的预期工作点提供了适合的操作，但是在尺寸、重量和费用方面，尺寸过大的感应器是昂贵的。因此，需要改良电能转换器感应器，其对电机驱动或其它众多电能转换系统来说，能够经受最坏的运行条件，而没有热损坏，没有额外加大尺寸或重量。

发明概述

现在对本发明的各个方面做简要的描述以便对本发明有个基本了解，其中，此概述不是本发明的全貌，不用来确定发明的一些要素和限定其范围。更适合地，此概述的主要目的是为了在提供下文的更多详细描述之前以一个简化形式介绍本发明的一些概念。本发明提供用于电能转换器感应器的磁通分散技术和装置，通过它感应器能够被制造以经受极端的运行条件，通过使用传导遮板改变磁通方向使其远离线圈从而不会引起感应器绕组线圈的热损坏，并发现了有关具有带环形扼流圈型感应器的中间DC总线的AC电机驱动的特殊效用。然而，值得注意的是本发明的感应器和方法能够用于除电机驱动之外的各种电能转换系统和应用中。

根据本发明的一个或多个方面，一个感应器用于一个电能转换系统，其包括一个磁芯和两个缠绕在磁芯的一个线圈腿上的绕组线圈。线圈连接在一个电机驱动或其它电能转换器的输入和输出变换级之间的DC通路中，以致于通过感应器绕组线圈的电流在线圈芯腿和两个外部腿中建立磁通。更进一步地，感应器包括一个或多个安装在一个绕组线圈和一个外部芯腿之间的磁通分散遮板，以抑制磁通通过绕组线圈。因而该遮板可以方便的截获并改变(如，分散)某些或全部切割感应器绕组线圈的磁通的方向，从而减轻绕组过度发热，特别是在电能转换器的极端运行条件下。实际上，本发明能成功地用于解决意料不到的条件下的绕组线圈中的高磁通密度，如转换器运行在小于最大电压或额定功率的条件下，其中与磁通有关的绕组发热在较低功率水平下可能会比在最大功率值下更严重。

在一个优选的实施例中，遮板由高传导的非铁材料制成，如铜或铝，其通过电绝缘安装装置安装到感应器的磁芯结构上，以避免由于在遮板截获磁通而产生涡流的环流通路。遮板可以配合任何形式的感应器结构使用，其中磁通被分散以减小通过绕组线圈的磁通的数量。在某些实施例中，第一和第二绕组线圈缠绕在线圈腿的上部部分和下部部分，线圈和外部腿与外部腿之间的线圈腿彼此大体平行。在这个实施例中，感应器可以包含四个磁通分散遮板，其中，第一遮板设置在第一绕组线圈和第一外部腿之间，第二遮板设置在第一绕组线圈和第二外部腿之间，及第三遮板设置在第二绕组线圈和第一外部腿之间，第四遮板设置在第二绕组线圈和第二外部腿之间。此外，遮板最好与绕组线圈间隔开并与绕组线圈相绝缘，以防止不希望出现的线圈的短路。

本发明的另一个方面是提供一个电能转换系统，该电能转换系统包含一个接收输入电能的输入端、一个提供输出电能的输出端和一个包含连接输入端和输出端的多个开关电路的开关系统，以根据多个开关控制信号选择性地从输入端提供电能到输出端。一个感应器接到开关系统，并包含一个磁芯，该磁芯包含一个顶部腿、一个底部腿、一个在顶部腿和底部腿之间延伸的线圈腿、和在底部腿和顶部腿之间延伸的第一和第二外部腿。第一和第二绕组线圈围绕线圈腿缠绕，至少一个磁通分散遮板至少部分地安装在一个绕组线圈和外部腿的至少一部分之间，以抑制磁通从外部腿通过绕组线圈。