具有磁热冷却的磁场的产生制造技术

一种设备，可以包括：用于产生直流电信号的直流电源；用于产生电脉冲的脉冲发生器；以及电气元件。脉冲发生器和直流电源可以电耦合在一起。电气元件可以接收直流电信号和电脉冲。电气元件可响应于接收到直流电信号而产生磁场以及响应于接收到电脉冲而冷却。

Generation of magnetic field with magnetothermal cooling

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有磁热冷却的磁场的产生
本专利技术涉及磁场的产生。更具体地，本专利技术涉及具有热电冷却的磁场的产生。
技术介绍
电子电路可用于产生用于各种应用(例如马达)的磁场。这种类型的电路通常在操作期间产生热，这可能限制可以产生的磁场强度。例如，通常建立电流限制以确保电路不会过热。冷却电路可以增加电路接收额外电流的能力并产生更强的磁场。
技术实现思路
以下公开涉及磁场产生的改进。这里公开的实施例提供了具有热电冷却的磁场的产生的方法和设备。在一个代表性实施例中，一种设备可包括：用于产生直流电信号的直流电源；用于产生电脉冲的脉冲发生器；以及电气元件。脉冲发生器和直流电源可以电耦合在一起。电气元件可以配置为接收直流电信号和电脉冲。电气元件可以被配置为响应于接收到直流电信号而产生磁场以及响应于接收到电脉冲而冷却。在任何公开的实施例中，冷却电气元件可以增加电气元件接收直流电流的能力。在任何公开的实施例中，电气元件可包括电感元件。在任何公开的实施例中，电气元件可以具有大于1nH的电感。在任何所公开的实施例中，脉冲发生器可以配置成产生具有每秒至少100伏特的相对于时间的电压变化的电脉冲。在任何公开的实施例中，该设备还可包括耦合到电气元件的能量回收元件。电气元件可以配置成使得当电气元件接收电脉冲时，电气元件将热转换成由能量回收元件接收的电能。在任何公开的实施例中，能量回收元件的输出可以耦合到直流电源。在任何公开的实施例中，可以通过将直流电信号和电脉冲施加到变压器的相对绕组来组合直流电信号和电脉冲。例如，直流电信号和电脉冲中的一者可以施加到变压器的初级绕组，而直流电信号和电脉冲中的另一者可以施加到变压器的次级绕组。在任何公开的实施例中，电气元件和回收元件中的一者可以包括变压器的初级绕组，而电气元件和回收元件中的另一者可以包括变压器的次级绕组。在另一代表性实施例中，一种设备可包括：用于产生直流电信号的直流电源；耦合到直流电源的第一电气元件；用于产生电脉冲的脉冲发生器；以及第二电气元件。第一电气元件可以被配置为接收直流电信号并响应于接收到直流电信号而产生磁场。第二电气元件可以配置成接收电脉冲并响应于接收到电脉冲而冷却。第一电气元件可以热耦合到第二电气元件，使得当第二电气元件被冷却时，第一电气元件被冷却。在任何所公开的实施例中，第二电气元件可以被配置为响应于接收到电脉冲而将热转换成电能。在任何公开的实施例中，该设备还可包括能量回收元件，用于存储由接收电脉冲的第二电气元件产生的电能。在任何公开的实施例中，由第二电气元件产生的电能可以施加到直流电源。在任何公开的实施例中，该设备还可包括连接到电气元件的振荡器。在任何公开的实施例中，该设备还可包括初级振荡器和连接到电气元件的次级振荡器。在另一代表性实施例中，一种方法可以包括：产生直流电信号；产生电脉冲；将直流电信号和电脉冲组合成具有直流电信号分量和电脉冲分量的组合的电信号；以及将组合的电信号施加到电气元件。电气元件可以被配置为响应于接收到直流电信号分量而产生磁场以及响应于接收到电脉冲分量而冷却。在任何公开的实施例中，电气元件可包括电感元件。在任何公开的实施例中，该方法可以进一步包括将由电气元件响应于接收到电脉冲而产生的电能施加到产生直流电信号的电源。通过参考附图进行的以下详细描述，本专利技术的前述和其他目的、特征和优点将变得更加明显。附图说明图1是示例性磁场发生器的框图。图2是包括能量回收元件的另一示例性磁场发生器的框图。图3是示出图2的能量回收元件的进一步细节的框图。图4是另一示例性磁场发生器的框图。图5是另一示例性磁场发生器的框图。图6是另一示例性磁场发生器的框图。图7是包括振荡器的另一示例性磁场发生器的框图。图8是包括初级振荡器和次级振荡器的另一示例性磁场发生器的框图。图9是包括微处理器的另一示例性磁场发生器的框图。图10示出了操作图1-9的磁场发生器的示例性方法。具体实施方式本公开涉及具有热电冷却的磁场发生器的实施例。磁场产生可用于各种应用，例如电动机、磁成像等。用于产生磁场的装置可包括线圈或螺线管，其中导体(例如，铜线)缠绕在芯部上(例如，空芯、铁芯)。围绕芯部的每匝绕组可以产生磁场，从而由装置产生的总磁场强度与绕组中的匝数成比例。装置的磁场强度也与通过线圈的电流量成比例。当电流通过磁场装置的线圈时，线圈由于焦耳加热而变热。随着通过线圈的电流增加，线圈的温度增加。在某一温度下，由于过热，线圈可能不再正常工作，这会抑制线圈承载增加的电流的能力或者可能导致线圈物理降级。另外，随着线圈温度升高，其电阻可能增加，从而进一步降低其承载增加的电流的能力。因此，可以由装置产生的磁场强度受到线圈在击穿或失去功能之前可以经受的加热量的限制。这种过热问题可以通过使线圈绝缘或使用可以在过热成为问题之前承载更多电流的较重规格的线材来减轻。然而，这些解决方案中的每个解决方案都增加了线圈的直径，这由此限制了线圈绕组可以包括的每单位体积的匝数，并且限制了可以产生的磁场强度。其他更精细的冷却线圈的方法会大大增加对装置进行操作的成本。因此，需要一种降低线圈温度的方法。本文公开了用于实现该目标的设备和方法。图1示出了电路100的磁场产生系统的实施例。电路100包括直流电源102、脉冲发生器104和电气元件106。直流电源102可以产生恒定的直流(DC)电流。直流电源102可以包括电池、电容器、运算放大器(op-amp)或者可以输出直流电流的其他电源。电气元件106可以包括当向其施加直流电流时产生磁场的装置。在所示实施例中，电气元件106是电感器，电感器包括缠绕在芯部周围的线圈中的线材。当来自直流电源102的直流电流通过电感器106时，产生磁场。磁场的强度与直流电流的强度和线圈中的绕组数成比例。由直流电源102输出的直流电流量可以根据使用电路100的应用而变化。大多数马达需要0.1-10A的直流输出。电动汽车可能需要100-1000A。如上所述，当直流电流通过电感器106时，由于焦耳加热，其温度会升高并且该加热会限制由电路100产生的磁场强度。脉冲发生器104可以是产生电脉冲的装置。在一些实施例中，脉冲发生器104可以以周期性的间隔产生连续的电脉冲流。理想地，脉冲发生器104产生电脉冲，其中脉冲发生器输出的电压在短时间内迅速增加。这可以通过具有短上升时间的方波，或者正弦波，锯齿波或具有高频率的类似输出电压波来完成。电路100可以通过脉冲发生器104的脉冲输出起作用，该脉冲发生器具有小到100V/s的dV/dt率(例如，在一段时间内的电压变化)。然而，脉冲发生器104可以输出具有至少100V/μs或甚至10,000至100,000V/μs或更高的dV/dt的脉冲。当脉冲发生器104输出具有高dV/dt率的电脉冲时，电感器106将热能转换成电能并冷却，如本文所述。当由具有高dV/dt率的脉冲发生器104输出的电脉冲被施加到电感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，包括：/n用于产生直流电信号的直流电源；/n用于产生电脉冲的脉冲发生器，其中所述脉冲发生器和所述直流电源电耦合在一起；以及/n电气元件，所述电气元件被配置为接收所述直流电信号和所述电脉冲，其中，所述电气元件被配置为响应于接收到所述直流电信号而产生磁场，以及其中，所述电气元件被配置为响应于接收到所述电脉冲而冷却。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171004 US 62/568,244;20180920 US 16/137,3381.一种设备，包括：
用于产生直流电信号的直流电源；
用于产生电脉冲的脉冲发生器，其中所述脉冲发生器和所述直流电源电耦合在一起；以及
电气元件，所述电气元件被配置为接收所述直流电信号和所述电脉冲，其中，所述电气元件被配置为响应于接收到所述直流电信号而产生磁场，以及其中，所述电气元件被配置为响应于接收到所述电脉冲而冷却。


2.根据权利要求1所述的设备，其中冷却所述电气元件增加了所述电气元件接收直流电流的能力。


3.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述电气元件包括电感元件。


4.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述脉冲发生器被配置为产生具有每秒至少100伏特的相对于时间的电压变化的电脉冲。


5.根据任一前述权利要求所述的设备，还包括耦合到所述电气元件的能量回收元件；
其中，所述电气元件被配置成使得当所述电气元件接收所述电脉冲时，所述电气元件将热转换为由所述能量回收元件接收的电能。


6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述能量回收元件的输出耦合到所述直流电源。


7.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，通过将所述直流电信号和所述电脉冲施加到变压器的相对绕组来组合所述直流电信号和所述电脉冲。


8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述直流电信号和所述电脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·雷金纳德·卡弗，肖恩·威廉·雷诺兹，肖恩·克劳迪厄斯·哈勒，
申请(专利权)人：卡拉甄有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US