技术领域
[0001] 本
发明涉及一种转换器装置，所述转换器装置具有转换器并且具有包含一定数量的线圈的线圈机构。
背景技术
[0002] 从DE102012206225A1已知一种具有低导磁的环形带芯的线圈，该环形带芯由
纳米晶软磁材料构成。该线圈的绕组引导通过环形带芯的芯开口。为了改善线圈的性能并且尤其减小该线圈的体积，已知的线圈的环形带芯具有带有不同的导磁率的区域。该环形带芯如此构造，使得导磁率径向向外增大。但已知的线圈的性能改善是以提高的制造成本换来的，因为线圈由不同材料的芯环组成。
[0003] 从DE10161907A1已知一种用于纳米晶环形带芯的制造方法。
[0004] 从DE3030225A1已知一种用于直流
电机的隔离
电路，借助于所述隔离电路应产生与电机的电枢电压成比例的输出
信号。在此，设置一种
变压器，该变压器由内部的和外部的环芯构成，并且多个绕组卷绕在变压器周围。除了初级绕组和次级绕组，设置这样的绕组，经过该绕组来耦合
放大器。由此，应使得纹波
频率对称并且能易于过滤，或控制双稳态电路的切换。
[0005] 从DE102012109420A9已知一种具有两个DC/DC转换器的逆变器，针对不同的存储目的能分开地选择所述两个DC/DC转换器。作为用于选择其中一个或其中另一个DC/DC转换器的无源
开关装置，所述两个DC/DC转换器通过自身的扼流圈以及共同的存储扼流圈彼此解耦。
发明内容
[0006] 本发明的任务在于，如此改进转换器装置以及具有设有环芯的线圈的线圈机构，使得线圈的性能被进一步改善，尤其应减小线圈的体积或节省材料。
[0007] 为了解决这个任务，本发明结合
权利要求1的前序部分特征在于，所述线圈机构具有多个彼此耦合的线圈，其中，给所述线圈分别配设由纳米晶软磁材料构成的环芯，设有具有芯开口的耦合环芯，不同线圈的至少两个绕组以引导通过所述芯开口的方式被支承，线圈的绕组至少以引导通过单环芯的芯开口的方式被支承，设有具有
电流调节器的控制/调节装置，该电流调节器如此作用于线圈，使得流经所述线圈的绕组的电流的
直流分量得到补偿。
[0008] 本发明规定了至少两个不同的线圈或绕组的耦合，所述线圈或绕组经过耦合环芯尤其耦合环形带芯彼此耦合。借助于控制/调节装置，如此操控所述线圈的绕组，使得反向地流经耦合环芯尤其耦合环形带芯的芯开口的电流的直流分量得到补偿。如果采用两个绕组，则所述两个绕组的平均电流在数值方面保持在相同的值上或保持在相对窄的电流强度带内。因此本发明能实现，用于耦合通量的软磁芯没有DC分量。相比于单相的线圈机构，大于60％的芯材料能够保持没有直流通量。由此，多相的线圈机构按照本发明优选适用于具有比较高的直流分量的电路。
[0009] 按照本发明的一个优选的实施方式，线圈机构包括两个绕组，所述绕组分别以引导通过耦合环芯、尤其耦合环形带芯的芯开口的方式被支承，并且附加地以引导通过单环芯、尤其单环形带芯的芯开口的方式被支承。所述两个绕组关于耦合环芯尤其耦合环形带芯被反向通电。由此得到了线圈机构的比较简单的和对称的结构。线圈机构能够具有偶数的或奇数的绕组。重要的是，如此操控所述绕组的电流，使得其直流分量与得到的相对低的总电流
叠加。如果流经第一绕组的第一电流的直流分量等于流经第二绕组的第二电流的直流分量，以补偿方向定向，则得到的总电流没有直流分量。由此能够获得最大的材料节省。当然也能够接受的是，在直流分量中存在轻微的非对称，其中优选地，第一电流的直流分量在数值方面与第二电流在数值上相等或者在数值方面相对于第二电流在数值上具有最大
30％的偏差。
[0010] 根据本发明的一个改进方案，耦合环芯以及每个单个的单环芯一般地具有彼此不同的导磁率。将关于绕组的非对称的或在特殊情况下也对称的特性用于相应的应用。电气绕组的结构也不必相同地/对称地实现。
[0011] 根据本发明的一个改进方案，所述线圈的绕组也能够以引导通过多个耦合环芯的芯开口的方式来布置。由此能够改变经耦合的磁通的磁阻。通过给所述绕组分别配设多个耦合环芯，能够减小外部的漏
磁场。
[0012] 根据本发明的一个改进方案，所述耦合环芯和所述单环芯由软磁带卷绕而成并且具有相应自身均匀的导磁率分布。有利地，能够由此简单地制造所述芯。有利地，所述材料能实现将线圈应用在比较大的
频率范围中，例如在100kHz和500kHz之间的频率范围中。由于小的导磁率，
涡流极限频率比较高。
[0013] 根据本发明的一个改进方案，耦合环形带芯和单环形带芯由纳米晶Fe-Cu-Si-B-Nb
合金构成。颗粒大小可以为100nm或更少。
[0014] 根据本发明的一个改进方案，耦合环形带芯的和单环芯的带被
热处理，其中，该带沿着纵向方向被如此拉伸，使得出现所述带的所期望的导磁率。通过应用拉伸应
力，能够有力地减小材料的导磁率。
[0015] 根据本发明的一个改进方案，给两个绕组中的仅一个绕组配设单环芯。其中另一个绕组不具有单环芯并且仅延伸通过耦合环芯的芯开口。
[0016] 本发明的任务还在于，如此改进线圈机构，使得进一步改善线圈的性能，尤其应减小线圈的体积或节省材料。
[0017] 为了解决这个任务，具有权利要求10的前序部分的本发明的特征在于，设置具有芯开口的耦合环芯、尤其耦合环形带芯，至少两个绕组引导通过所述芯开口，给第一绕组不配设单环芯，给第二绕组配设单环芯、尤其单环形带芯，并且第二绕组可切换成无电流或者电流导通的，从而第一绕组的电感在第一电感(第二绕组在该第一电感时断路)和第二电感(第二绕组在该第二电感时是电流导通的)之间能够改变。
[0018] 有利地，通过本发明能够建立可切换的且可分开地调整的电感。其中一个绕组(其没有引导通过单环芯的芯开口)用作负载绕组，而其中另一个绕组(其引导通过单环芯的开口)用作开关绕组。根据所述开关绕组是闭合还是断开，在耦合环芯上调整出不同的电感，该电感作用到在其中存在负载绕组的负载电路上。
[0019] 本发明的其它优点从其它的
从属权利要求中得出。
[0020] 在下文借助于
附图更加详细地阐释本发明的
实施例。
附图说明
[0021] 其中：
[0022] 图1是具有集成的根据本发明的线圈机构的电压调节电路，
[0023] 图2是线圈机构的磁等效电路图，
[0024] 图3是按照第二实施方式的线圈机构，
[0025] 图4是按照第三实施方式的线圈机构，
[0026] 图5是按照第四实施方式的线圈机构，
[0027] 图6是按照第五实施方式的线圈机构，
[0028] 图7是一种备选的转换器装置的示意图；并且
[0029] 图8是按照根据图7的实施方式的线圈机构。
具体实施方式
[0030] 根据本发明的线圈机构优选应用在
电子的控制单元中，优选应用在电压调节电路中。优选地，所述线圈机构用于对于小的功率范围提供基于
铁氧体的馈电电压(负载点或电压调节器模
块)。由此得到了的材料节省以及高的调节带宽。
[0031] 按照根据图1的一个优选的实施方式，线圈机构1集成地布置在电压调节器5(电压调节电路)中。线圈机构1具有环芯。电压调节器5能实现把施加在第一电容器C1上的直流电压Udc减小到施加在
输出侧的电容器C2上的较低的电压Ub上。例如
输出电压能够为Ub＝2伏特。因为铁基合金能够承受显著增大的负载，所以在另一个优选的实施方式中传递显著提高的功率。相应地，输出电压例如能够为Ub＝50伏特。
[0032] 在图1中示出了电压调节电路5(直流电压转换器)，该直流电压转换器具有与输入电容器C1并联分布的包含晶体管T1和T2的第一开关支路6以及与输入电容器C1并联分布的包含晶体管T3和T4的第二开关支路7。在第一支路6的晶体管T1和T2之间连接有线圈机构1的第一绕组8，其中，电流i1经过第一绕组8向着输出电容器C2流动。在第二支路7的第三晶体管T3和第四晶体管T4之间连接有线圈机构1的第二绕组9，其中，电流i2向着输出电容器C2流动。第一绕组8的和第二绕组9的第一接头在第一开关支路6中位于晶体管T1和T2之间或在第二开关支路7中位于晶体管T3和T4之间。第一绕组8和第二绕组9的第二接头位于共同的连接点10处，从而来自流经第一绕组8的电流i1和流经第二绕组9的电流i2的总电流i1+i2被引导至输出电容器C2。
[0033] 所述第一绕组8和第二绕组9经过构造为耦合环形带芯11的耦合环芯彼此耦合。为此，所述第一绕组8和第二绕组9延伸通过耦合环形带芯11的一个共同的芯开口12。
[0034] 给第一绕组8配设被构造为第一单环形带芯13的单环芯并且给第二绕组9配设被构造为第二单环形带芯14的单环芯。第一单环形带芯13的和第二单环形带芯14的芯开口在耦合环形带芯11的芯开口12内延伸。
[0035] 未示出的控制/调节装置如此操控所述连接的晶体管T1、T2、T3、T4，使得耦合通量φk没有直流通量。在图1中两个绕组8和9的电流i1和i2的方向反向地绘出(参见点/叉图示)。为了相比于第一绕组8使得反向的电流i2经过第二绕组9，晶体管T1和T4或T2和T3能够以交替的方式接通。
[0036] 所述第一绕组8和第二绕组9可以具有多个N绕线。借助于所述单环形带芯13、14得到了漏磁阻Rσ。借助于所述耦合环形带芯11得到了耦合磁阻Rk，该耦合磁阻在电流i1、i2对称时不具有直流分量。在图2中示出了线圈机构1的相应的磁等效电路图。
[0037] 基于至少两个绕组8、9的根据本发明的耦合(所述绕组的电流i1、i2被如此操控，使得电流i1、i2的直流分量被补偿或除了小的直流分量之外被补偿)，能够使得大于60％的芯材料保持没有直流通量。这尤其对具有高的直流分量的电路产生积极作用。借助于所述控制/调节装置把流经所述第一绕组8的电流i1和流经第二绕组9的电流i2近似地保持在相同的平均电流值上。因为电流i1和i2反向指向，所以电流i1和i2的直流分量得到补偿。用于耦合磁通量的软磁芯11没有直流磁通量。
[0038] 所述耦合环形带芯11以及单环形带芯13、14优选由纳米晶Fe-Cu-Si-B-Nb合金构成。耦合环形带芯11以及单环形带芯13、14由经热处理的带构成，该带沿着纵向方向被如此拉伸，使得借助于所述拉伸力能够调整所述带的或所述耦合环形带芯11的以及所述单环形带芯13、14的所期望的导磁率。这些带分别连续地导入到持续
退火设备中并且由该持续退火设备处理成软磁材料。耦合环形带芯11以及单环形带芯13、14由卷绕的软磁带构成，该软磁带具有均匀的导磁率分布。尤其所述导磁率在径向方向上恒定分布。有利地，基于该材料特性得到了导磁率的频率无关性，从而线圈机构能够应用在100kHz和500kHz之间的频率范围中。研究已经得出：相比于铁氧体材料3C96，损耗能够改善五倍，其中同时，饱和通量
密度能够增大三倍。
[0039] 按照本发明的第二实施方式，在图3中设置了线圈机构1'，该线圈机构与在图1中示出的本发明的第一实施方式这样来区分，即，配设给所述第一绕组8的单环形带芯13和配设给第二绕组9的第二单环形带芯14布置在耦合环形带芯11的芯开口12的外部。在第一绕组8和第二绕组9之间的磁耦合作用方面，这个实施方式等同于按照图1的实施方式。通过将所述单环形带芯13、14与耦合环形带芯11局部分离地布置，线圈机构1'具有能较轻易制造的简单结构。
[0040] 按照本发明的第三实施方式，在图4中示出了线圈机构2，在其中，不同于按照图1的第一实施方式，第一线圈机构1的第一绕组8和第二绕组9附加地引导通过第二耦合环形带芯16的一个另外的芯开口15。必要时，还能够设置另外的耦合环形带芯15，以用于将第一绕组8与第二绕组9耦合。与线圈机构1的其他差异在于，不仅给第一绕组8而且给第二绕组9配设至少两个单环形带芯13、13'或14、14'。由此能够相应地改变两个绕组8、9的漏磁阻Rσ。
[0041] 实施例的相同构件或构件功能设有相同的附图标记。
[0042] 所述第二线圈机构2能实现在第一绕组8和第二绕组9之间的较强的耦合，这导致耦合磁阻Rk降低。
[0043] 按照本发明的一个另外的实施方式，设置按照图5的第四线圈机构3，在其中，仅第一绕组8设有第一单环形带芯13或13'，而第二绕组9不设有单环形带芯。由此得到了漏磁阻Rσ的非对称的分布。
[0044] 按照本发明的一个另外的实施方式，设置按照图1或3的线圈机构1或2，在该线圈机构中，单环形带芯尤其具有不同的导磁率，这同样导致漏磁阻Rσ的非对称的分布。
[0045] 按照本发明的一个另外的实施方式，设置按照图6的线圈机构4，借助于该线圈机构能够控制流经第一绕组8的电流i1的电感L1。所述第一绕组8经过耦合环形带芯11与第二绕组9耦合。给第二绕组9仅配设单环形带芯14。所述第一绕组8不具有单环形带芯。
[0046] 如果第二绕组9断路，则所述第一绕组8具有输出电感。如果第二绕组9
短路，其中第二单环形带芯14是低导磁的，则第二绕组9导致储存
能量的磁通，该磁通导致第一绕组8的电感L1改变。对于所述第一绕组8，基于第二绕组9的两个开关状态得到了两个不同的电感的调整。所述第一绕组8位于负载回路中。所述第二绕组9位于开关回路中。
[0047] 本发明基于环形带芯11、13、13'，14、14'的几何布置在所述第一绕组8和第二绕组9方面尤其能实现第一绕组8和第二绕组9的磁通的直流分量的补偿。
[0048] 按照一个未示出的实施方式，也能够设置两个以上的绕组，例如三个、四个绕组。相应于本发明，如此操控所述绕组，使得流经该绕组的电流的直流分量得到补偿。
[0049] 按照本发明的一个另外的实施方式，按照图7设置了多相(n相)的转换器装置，该转换器装置具有电压中间回路(电容器)27、转换器28、
滤波器29(例如包含滤波电容器，可能具有到中间回路的反馈)以及线圈机构31。
[0050] 线圈机构31与按照图1的线圈机构1这样来区分，即，该线圈机构31不是仅具有两个绕组，而是具有多个相应于转换器28的支路30的数量的绕组。线圈机构31由此具有n绕组。线圈机构31与在图1中示出的线圈机构1的其他差异在于，线圈机构31的线圈不会汇聚到同一连接点10，亦即不会引导到相同的电位点。作为其取代方案，线圈的第二接头1'、2'、n'分开地与后置的单元亦即滤波器29的接头32、33、34相连接。在当前的实施例中假定涉及三相的转换器装置或转换器28。在负载侧，滤波器29经过接头35、36、37与负载例如与
电网(
汽车电网)相连接。线圈机构31布置在转换器28和滤波器29之间。在转换器28和线圈机构31之间构造有具有中间回路电压的电压中间回路，该中间回路电压优选逐相地施加在线圈机构31的
输入侧。
[0051] 正如从图8中可见的那样，线圈机构31能够具有绕组381、382、38n-1、38n，该绕组一方面以引导通过第一耦合环形带芯11'的一个共同的芯开口12'的方式并且以引导通过第二耦合环形带芯16'的第二芯开口15的方式来布置。附加地，绕组381、382、38n-1、38n分别具有单环形带芯13、13'或14、14'或45、45'、46、46'，其中，相应的第一单环形带芯13、14、45、46在第一耦合环形带芯11'内延伸，并且第二单环形带芯13'、14'、45'、46'在第二耦合环形带芯16'内延伸。
[0052] 所述转换器装置具有未示出的带有电流调节器的控制/调节装置，该电流调节器如此作用到具有绕组381、382、38n-1、38n的线圈上，使得流经线圈的绕组381、382、38n-1、38n的电流的直流分量得到补偿或变成零或者具有比较小的或者相比于额定电流很小的值。
[0053] 例如所述线圈的电流能够平均地调整到相同的
水平上。在当前的实施例中，按照图7例如能够调整电压中间回路27的中间回路电压Udc。例如能够对于线圈电流适用：
[0054] i1＝i2＝...＝in
[0055] 更确切地说，对于转换器装置适用，该转换器装置构造为直流电压转换器(DC-DC-转换器)。在这里假定，支路30或电流i1、i2...in的数量是偶数。
[0056] 按照本发明的未示出的实施方式，能够设置转换器装置，在其中，电流i1、i2...in的总和等于零或者接近零或相比于额定电流很小。例如可以涉及用于三相供电的转换器装置。在这个未示出的实施方式的情况下，电流(例如三个相电流)不同于图8，同向地引导通过耦合环形带芯(11'和/或16')。
[0057] 按照本发明的未示出的备选的实施方式，线圈机构能够应用在转换器装置中，该转换器装置具有电流中间回路(具有电流源)，其中，借助于线圈机构来施加中间回路电流。作为备选方案，所述线圈机构能够应用在转换器装置中，该转换器装置构造为具有多个线圈和电容器的Z源转换器装置(ZSI)，从而组合了电流源转换器装置(CSI)和电压源转换器装置(VSI)的特性，
[0058] 显然的是，线圈机构31能够具有各绕组的在图1至5中示出的耦合。尤其，线圈机构31的配置可以在于，该线圈的数量大于两个，除此以外却与按照图1至5的配置一致，尤其在线圈机构31的输出侧使得电流在连接点处汇聚。在一个备选的实施方式中，这些电流不是如在图7中示出的那样汇聚。
[0059] 按照本发明的备选的实施方式，能够取代单环形带芯和耦合环形带芯而设置单环芯和耦合环芯，该单环芯和耦合环芯分别通过将粉末在高温下压制到环形的模具中而产生(粉末
复合材料)。在这里，单环芯和耦合环芯在高温下被
烧结为陶瓷。
[0060] 显然的是，所描述的转换器装置或线圈机构能够双向地应用。
