CN107610880A - 一种差模共模磁集成电感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种差模共模磁集成电感器，包括上、下磁轭，上、下磁轭之间并排连接有第一磁柱、第二磁柱和第三磁柱，其中第一磁柱与第三磁柱相互对称，第二磁柱位于第一、第三磁柱之间，第一磁柱上绕有第一绕组，第三磁柱上绕有第二绕组，第二磁柱上不绕线。本发明实现差模电感器与共模电感器的磁集成，可适用于大差模电流、差模电感值要求大且抗饱和能力强的情形，具有寄生参数小、损耗低、体积小、重量轻、易于生产的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电感器领域，具体是一种差模共模磁集成电感器。
背景技术
在电力电子领域，共模电感与差模电感是必不可少的部件，二者分别抑制共模干扰和差模干扰，最终来改善电磁干扰。传统的共模电感与差模电感工作原理如图1所示，但在电路中分开设置共模电感和差模电感存在体积大、重量重、损耗大、成本高等缺点。
专利CN 202034159U公开了一种共模差模电感器。根据此种设计的共模差模电感器，可适合应用于较小差模电流电路中，可获得较大的共模电感以及远小于共模电感值的差模电感。但是，仍期望设计一种亦能应用于大差模电流、差模电感值明显增大且抗饱和能力强的差模共模磁集成电感器。
发明内容 本发明的目的是提供一种差模共模磁集成电感器，以解决现有技术共模差模电感器存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种差模共模磁集成电感器，其特征在于：包括对称设置的上、下磁轭，上、下磁轭结构相同并分别采用低磁导率软磁材料制成，上、下磁轭之间并排连接有第一磁柱、第二磁柱和第三磁柱，其中第一磁柱与第三磁柱相互对称，第二磁柱位于第一、第三磁柱之间，且第二磁柱与第一、第三磁柱之间间距相等，第一磁柱、第三磁柱结构相同并分别采用开有气隙的高磁导率软磁材料或未开气隙的低磁导率软磁材料制成，第二磁柱采用高磁导率软磁材料制成，第一磁柱上绕有第一绕组，第三磁柱上绕有第二绕组，第二磁柱上不绕线，第一、第二绕组材料相同且绕线匝数相同。
所述的一种差模共模磁集成电感器，其特征在于：所述上磁轭、下磁轭均为矩形平板结构或椭圆形平板结构。
所述的一种差模共模磁集成电感器，其特征在于：所述第一磁柱、第三磁柱均为方截面柱形结构、或圆截面柱形结构、或椭圆截面柱形结构。
所述的一种差模共模磁集成电感器，其特征在于：所述第二磁柱为方形平板结构。
所述的一种差模共模磁集成电感器，其特征在于，所述上磁轭、下磁轭、第二磁柱横截面积相同，第一磁柱、第三磁柱横截面积相同，上磁轭、下磁轭、第二磁柱横截面积为第一磁柱、第三磁柱横截面积的0.5至1.5倍。
所述的一种差模共模磁集成电感器，其特征在于：所述第一绕组、第二绕组均为漆包铜线、或漆包铝线、或扁平铜线、或扁平铝线，两个绕组的同名端对应位于第一磁柱、第三磁柱的相同方向一端。
所述的一种差模共模磁集成电感器，其特征在于：所述第一绕组、第二绕组均采用单层立绕的方式对应绕在第一磁柱、第三磁柱上。
所述的一种差模共模磁集成电感器，其特征在于，第一、第二绕组的前后向尺寸一致，上磁轭、下磁轭、第二磁柱的前后向尺寸一致，所述上磁轭、下磁轭、第二磁柱的前后向尺寸与第一、第二绕组前后向尺寸接近。
所述的一种差模共模磁集成电感器，其特征在于，所述高磁导率软磁材料为铁氧体或非晶或纳米晶，所述低磁导率软磁材料为金属磁粉芯、气隙硅钢片、气隙非晶纳米晶带材、非晶纳米晶粉末磁芯的任一种或几种的组合物。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明实现差模电感器与共模电感器的磁集成，解决现有电路通常使用一个共模电感器和一个差模电感器分别抑制共模干扰和差模干扰而存在的体积大、重量重、成本高等缺点；
2、本发明实现差模电感器与共模电感器的磁集成，可适用于大差模电流、差模电感值要求大且抗饱和能力强的情形，在大功率高功率密度应用场合具有较大应用价值；
3、本发明实现差模电感器与共模电感器的磁集成，与现有电路通常使用一个共模电感器和一个差模电感器分别抑制共模干扰和差模干扰相比，实现了磁芯大部分共用、线圈全部共用，节省了磁芯和铜线，降低了磁损和铜损；
4、与传统第一磁柱、第三磁柱均为方形磁芯的电感器相比，由于相同横截面积磁芯圆形周长更短，该磁集成电感器采用圆形横截面磁柱更节省绕组材料，节省成本，直流电阻更低，损耗更小；
5、第一磁柱、第三磁柱采用圆形横截面磁芯的设计，可避免传统第一磁柱、第三磁柱均为方形磁芯的立绕电感绕线时线圈折弯处绝缘漆皮破损的风险；
6、该磁集成电感器由于采用立绕，绕线寄生电容小，电感谐振频率高，提高了差模共模磁集成电感器的整体性能；
7、该磁集成电感器从左右、上下两个方向对第一磁柱、第二磁柱、第三磁柱、上磁轭、下磁轭进行了尺寸上的优化，进一步减少了整个磁集成电感器的体积。
附图说明
图1是传统共模电感与差模电感工作原理图。
图2是本发明差模共模磁集成电感器的主视图。
图3是本发明差模共模磁集成电感器的左视图。
图4是本发明差模共模磁集成电感器加上方向相反、大小相同的差模电流的工作原理图。
图5是本发明差模共模磁集成电感器加上方向相同、大小相同的共模电流的工作原理图。
具体实施方式
如图1-图3所示，一种差模共模磁集成电感器，包括对称设置的上、下磁轭1、2，上、下磁轭1、2结构相同并分别采用低磁导率软磁材料制成，上、下磁轭1、2之间并排连接有第一磁柱3、第二磁柱4和第三磁柱5，其中第一磁柱3与第三磁柱5相互对称，第二磁柱4位于第一、第三磁柱3、5之间，且第二磁柱4与第一、第三磁柱3、5之间间距相等，第一磁柱3、第三磁柱5结构相同并分别采用开有气隙的高磁导率软磁材料或未开气隙的低磁导率软磁材料制成，第二磁柱4采用高磁导率软磁材料制成，第一磁柱3上绕有第一绕组6，第三磁柱5上绕有第二绕组7，第二磁柱4上不绕线，第一、第二绕组6、7材料相同且绕线匝数相同。
上磁轭、下磁轭1、2均为矩形平板结构或椭圆形平板结构。
第一磁柱、第三磁柱3、5均为方截面柱形结构、或圆截面柱形结构、或椭圆截面柱形结构。
第二磁柱4为方形平板结构。
上磁轭1、下磁轭2、第二磁柱4横截面积相同，第一磁柱3、第三磁柱5横截面积相同，上磁轭1、下磁轭2、第二磁柱4横截面积为第一磁柱3、第三磁柱5横截面积的0.5至1.5倍。
第一绕组6、第二绕组7均为漆包铜线、或漆包铝线、或扁平铜线、或扁平铝线，两个绕组的同名端对应位于第一磁柱3、第三磁柱5的相同方向一端。
第一绕组6、第二绕组7均采用单层立绕的方式对应绕在第一磁柱3、第三磁柱5上。
第一、第二绕组6、7的前后向尺寸一致，上磁轭1、下磁轭2、第二磁柱4的前后向尺寸一致，上磁轭1、下磁轭2、第二磁柱4的前后向尺寸与第一、第二绕组6、7前后向尺寸接近。
高磁导率软磁材料为铁氧体或非晶或纳米晶，低磁导率软磁材料为金属磁粉芯、气隙硅钢片、气隙非晶纳米晶带材、非晶纳米晶粉末磁芯的任一种或几种的组合物。
本发明中，第一磁柱3、第三磁柱5采用圆形截面的优势：由于相同横截面积磁芯圆形周长更短，更节省绕组材料，节省成本，直流电阻更低，损耗更小；圆形磁芯的设计，可避免方形磁芯的立绕电感器绕线时线圈折弯处绝缘漆皮破损的风险。
本发明中，第一、第二绕组6、7可采用不同横截面形状的导线，如圆线和扁线等。优选采用扁铜线或扁铝线单层立绕的方式绕在第一磁柱3、第三磁柱5上。与传统圆铜线或圆铝线多层绕制的电感器相比，该磁集成电感器由于采用立绕，绕线寄生电容小，电感谐振频率高，提高了差模共模磁集成电感器的整体性能。
本发明中，上磁轭1、下磁轭2、第二磁柱4横截面积与第一磁柱3、第三磁柱5横截面积接近，具体为第一磁柱3、第三磁柱5横截面积的0.5至1.5倍。横截面积如果过大则比较浪费；如果过小，则方形磁芯容易饱和。
本发明中，上磁轭1、下磁轭2、第二磁柱4的前后向尺寸与第一、第二绕组6、7前后向尺寸接近的原因：上磁轭1、下磁轭2、第二磁柱4的磁芯横截面均为长方形，横截面长方形的长度方向为图2主视图的前后方向，方形磁芯前后方向上的尺寸与绕于第一磁柱3、第三磁柱5上绕组6、绕组7的前后方向尺寸一致或接近。通过该方式，在方型磁芯横截面积恒定的条件下，从左右、上下两个方向对整个磁集成电感器进行了尺寸上的压缩，进一步减少了整个磁集成电感器的体积。
如图4，当加上方向相反、大小相同的差模电流时，差模电流产生的磁通在第二磁柱上相互抵消，在第一磁柱、第三磁柱上叠加相互增强而电感值增强，同时由于上磁轭、下磁轭、第一磁柱、第三磁柱有效磁导率较低，差模电感具备很强的抗饱和能力。
如图5，当加上方向相同、大小相同的共模电流时，共模电流产生的磁通在第一磁柱、第三磁柱上相互抵消，在第二磁柱上叠加相互增强而电感值增强，同时由于第二磁柱为高磁导率软磁材料，电感量进一步得到提高。
Claims (9)
1.一种差模共模磁集成电感器，其特征在于：包括对称设置的上、下磁轭，上、下磁轭结构相同并分别采用低磁导率软磁材料制成，上、下磁轭之间并排连接有第一磁柱、第二磁柱和第三磁柱，其中第一磁柱与第三磁柱相互对称，第二磁柱位于第一、第三磁柱之间，且第二磁柱与第一、第三磁柱之间间距相等，第一磁柱、第三磁柱结构相同并分别采用开有气隙的高磁导率软磁材料或未开气隙的低磁导率软磁材料制成，第二磁柱采用高磁导率软磁材料制成，第一磁柱上绕有第一绕组，第三磁柱上绕有第二绕组，第二磁柱上不绕线，第一、第二绕组材料相同且绕线匝数相同。
2.根据权利要求1所述的一种差模共模磁集成电感器，其特征在于：所述上磁轭、下磁轭均为矩形平板结构或椭圆形平板结构。
3.根据权利要求1所述的一种差模共模磁集成电感器，其特征在于：所述第一磁柱、第三磁柱均为方截面柱形结构、或圆截面柱形结构、或椭圆截面柱形结构。
4.根据权利要求1所述的一种差模共模磁集成电感器，其特征在于：所述第二磁柱为方形平板结构。
5.根据权利要求1所述的一种差模共模磁集成电感器，其特征在于，所述上磁轭、下磁轭、第二磁柱横截面积相同，第一磁柱、第三磁柱横截面积相同，上磁轭、下磁轭、第二磁柱横截面积为第一磁柱、第三磁柱横截面积的0.5至1.5倍。
6.根据权利要求1所述的一种差模共模磁集成电感器，其特征在于：所述第一绕组、第二绕组均为漆包铜线、或漆包铝线、或扁平铜线、或扁平铝线，两个绕组的同名端对应位于第一磁柱、第三磁柱的相同方向一端。
7.根据权利要求1所述的一种差模共模磁集成电感器，其特征在于：所述第一绕组、第二绕组均采用单层立绕的方式对应绕在第一磁柱、第三磁柱上。
8.根据权利要求1所述的一种差模共模磁集成电感器，其特征在于，第一、第二绕组的前后向尺寸一致，上磁轭、下磁轭、第二磁柱的前后向尺寸一致，所述上磁轭、下磁轭、第二磁柱的前后向尺寸与第一、第二绕组前后向尺寸接近。
9.根据权利要求1所述的一种差模共模磁集成电感器，其特征在于，所述高磁导率软磁材料为铁氧体或非晶或纳米晶，所述低磁导率软磁材料为金属磁粉芯、气隙硅钢片、气隙非晶纳米晶带材、非晶纳米晶粉末磁芯的任一种或几种的组合物。
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