CN107742570A - 一种共差模磁集成电感 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种共差模磁集成电感，包括绕组和磁芯，其特征在于，所述磁芯包括I型磁芯和E型磁芯，所述E型磁芯包括分别连接磁芯背部的左磁柱、中磁柱和右磁柱，所述左磁柱的上端连接所述I型磁芯的左端，所述右磁柱的上端连接所述I型磁芯的右端，所述绕组包括绕于所述左磁柱的左绕组和绕于所述右磁柱的右绕组，所述中磁柱的上端与所述I型磁芯的中部留有气隙。

Description

一种共差模磁集成电感
技术领域
本发明属于磁元件集成技术领域，具体涉及一种共模差模集成电感。
背景技术
为了满足电力电子设备的EMC要求，一般需要使用输入滤波器来改善电力电子设备的EMI性能。传统的EMI滤波器通常包括共模电感、差模电感。单相共模电感，通常有四个接线端子，用以抑制共模干扰；差模电感，通常只有两个接线端子，用以抑制差模干扰。滤波器内通常需要一个共模电感和一个差模电感，分别用以抑制共模干扰和差模干扰。两种电感相互独立、功能单一，存在占用空间大、总成本高、重量重、总损耗大等缺点，难以满足未来电力电子设备小型化发展的需求。
基于上述现状，共差模磁集成电感逐步成为未来电力电子技术领域的发展热点。由于滤波器中共模电感和差模电感的磁特性差异，共差模的集成绝不是简单的将共模电感和差模电感组合在一起，而是需要综合考虑共差模结构形式、磁芯材料、生产安装等多方面因素。
中国专利申请CN106856140A公开了一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感，该共模差模集成电感包括：圈形共模磁芯；圈形差模磁芯，所述圈形共模磁芯与所述圈形差模磁芯共心；第一共模绕组，缠绕在所述圈形共模磁芯一侧；第二共模绕组，所述共模绕组对称，缠绕在所述圈形共模磁芯另一侧；第一差模绕组，缠绕在所述差模圈形磁芯的一侧。该方案存在同时绕制在共模磁芯和差模磁芯上的线圈和磁芯长度偏长、共模磁芯和差模磁芯整体体积偏大、绕组同时绕在两个磁芯上的绕制工艺复杂等不足。
发明内容
本发明针对现有的技术问题作出改进，即发明所要解决的技术问题是提供一种共差模磁集成电感，具有磁芯和线圈用量少、电感整体体积小、制作工艺简易的特点。
针对上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种共差模磁集成电感，包括绕组和磁芯，所述磁芯包括I型磁芯和E型磁芯，所述E型磁芯包括分别连接磁芯背部的左磁柱、中磁柱和右磁柱，所述左磁柱的上端连接所述I型磁芯的左端，所述右磁柱的上端连接所述I型磁芯的右端，所述绕组包括绕于所述左磁柱的左绕组和绕于所述右磁柱的右绕组，所述中磁柱的上端与所述I型磁芯的中部留有气隙。
进一步，所述I型磁芯和E型磁芯的连接部位于所述I型磁芯的下表面、所述左磁柱和右磁柱的上表面，所述I型磁芯的下表面、所述左磁柱和右磁柱的上表面均为经镜面处理的光滑表面。
进一步，还包括位于所述左绕组和右绕组的上方的上绝缘板以及位于所述左绕组和右绕组的下方的下绝缘板，所述上绝缘板和下绝缘板上设有供所述左磁柱、中磁柱、右磁柱穿过的通孔。
进一步，所述左绕组和右绕组的线圈为漆包铜线、漆包铝线、扁平铜线和扁平铝线中的一种。
进一步，所述左绕组和右绕组的线圈本体为电连接端子。
进一步，还包括固定于所述下磁柱下端的下底板。
进一步，所述磁芯的材质为高磁导率软磁材料。
进一步，所述左磁柱、中磁柱和右磁柱的截面为矩形或椭圆形，所述I型磁芯的截面为矩形。
基于上述结构和磁芯镜面处理的共差模磁集成电感，使共模磁路保持高磁导率、易于获得较大的共模电感值，差模磁路保持低磁导率和高抗饱和能力、防止由于差模回路的直流偏置引起磁芯饱和。同时，本发明提供的共差模电感的差模电感电感值可调、磁芯和线圈用料少、制造工艺简单、组装也较为方便。
附图说明
图1是本发明提供的共差模磁集成电感的主视图。
图2是本发明提供的共差模磁集成电感的原理示意图，其中ic代表共模电流方向，id代表差模电流方向，ΦC代表共模磁通方向，Φd代表差模磁通方向。
图3是本发明提供的共差模磁集成电感的立体视图。
图4是本发明提供的共差模磁集成电感的侧视图。
图5是本发明提供的共差模磁集成电感的俯视图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
为了叙述方便，关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右等，仅是参考附图的方向，即使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。
本实施例中的共差模磁集成电感，包括磁芯、绕组、绝缘板和底板7。
磁芯包括相互连接的I型磁芯1和E型磁芯2。E型磁芯2包括分别连接磁芯背部24的左磁柱21、中磁柱22和右磁柱23。左磁柱21、右磁柱23的下端分别连接磁芯背部24的一端，左磁柱21、右磁柱23的上端分别连接I型磁芯1的一端。中磁柱22的下端连接磁芯背部24的中部，其上端与I型磁芯的中部开有气隙8。I型磁芯1的截面为矩形，左磁柱21、中磁柱22、右磁柱23的截面为矩形或椭圆形。材质方面，I型磁芯1、E型磁芯2均采用高磁导率软磁材料制成。同时，E型磁芯2为一体结构。左磁柱21、中磁柱22和右磁柱23的截面为矩形或椭圆形，I型磁芯1的截面为矩形。
所述I型磁芯和E型磁芯的连接部位于所述I型磁芯的下表面、所述左磁柱和右磁柱的上表面。I型磁芯1与E型磁芯2接触的一侧表面即I型磁芯1的下表面进行镜面处理，E型磁芯左磁柱21上端与右磁柱23上端表面进行镜面处理。基于上述磁芯镜面处理，可进一步增加共模电感值。
绕组包括绕于左磁柱21上的左绕组3和绕于右磁柱23上的右绕组4。左绕组3、右绕组4为漆包铜线、漆包铝线、扁平铜线或扁平铝线线圈绕组。此外，线圈绕组用线材本体作为电连接端子。这两个绕组在E型磁芯2对称放置，两个绕组匝数相同、方向相反。这里将I型磁芯1、左磁柱21、右磁柱23和磁芯背部24组成的环状结构定义为大环。磁芯内部的两个环定义为小环。大环高磁导率磁芯用来抑制共模噪声，根据共模电流方向和右手螺旋定则可以判断出，两个绕组产生的共模磁通在大环内互相加强，大环贡献较大的共模电感，因此对共模噪声呈现出很高的阻抗，从而抑制共模噪声。小环是用来抑制差模噪声的，由于E型磁芯2的中磁柱22开有可调整的气隙8、有效磁导率较低而具备较强的抗饱和的能力，小环贡献较大的差模电感，同样根据差模电流方向和右手螺旋定则可以判断出，两个线圈产生的差模磁通在大环内互相抵消，这样小环就为差模磁通提供了通路，从而抑制差模干扰。
绝缘板包括上绝缘板5、下绝缘板6。上绝缘板5上设有供左磁柱21、中磁柱22、右磁柱23穿过的通孔，且该板位于左绕组3、右绕组4的上方；同样地，下绝缘板6上设有供左磁柱21、中磁柱22、右磁柱23穿过的通孔，且该板位于左绕组3、右绕组4的下方。
下底板7固定于下磁柱24下端表面。
上述共差模磁集成电感实现了共模电感与差模电感的磁集成，同时使共模磁路保持高磁导率、易于获得较大的共模电感值，差模磁路保持低磁导率和高抗饱和能力、防止由于差模回路的直流偏置引起磁芯饱和。相比于传统的同时使用两种电感(共模电感和差模电感)分别抑制共模干扰与差模干扰的方案，本实施例的电感的整体体积更小。
上述共差模磁集成电感同时实现了共模电感和差模电感的磁芯和线圈的共用，相比于现有技术中的共差模磁集成方案，本实施例的磁芯长度更短，同时线圈仅绕于左磁柱21和右磁柱23上，节省了磁芯和线圈的用料，同时有利于降低损耗。此外，从工艺角度，E型和I型磁芯制造、镜面处理属于成熟工艺，对单根磁柱进行线圈的绕制工艺也更为简易。
由于上述实施例中E型磁芯2的中磁柱22开有可调整的气隙8。在加工过程中可通过磨削机等设备将中磁柱切除一部分，通过调整被切除部分的长度来控制差模电感值大小及抗饱和能力，实现对差模电感电感值的调整。
此外，本实施例采用绕组用线材本体作为电连接端子，有利于PCB插件安装，工艺简单，操作方便。
试验结果表明，基于上述共差模磁集成电感，选用EI44高磁导率铁氧体磁芯，中柱开气隙6mm，镜面处理，两边均绕制16Ts，所得每边共模电感值为2.4mH，差模电感为110uH，差模电感饱和电流超过20A。
本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种共差模磁集成电感，包括绕组和磁芯，其特征在于，所述磁芯包括I型磁芯和E型磁芯，所述E型磁芯包括分别连接磁芯背部的左磁柱、中磁柱和右磁柱，所述左磁柱的上端连接所述I型磁芯的左端，所述右磁柱的上端连接所述I型磁芯的右端，所述绕组包括绕于所述左磁柱的左绕组和绕于所述右磁柱的右绕组，所述中磁柱的上端与所述I型磁芯的中部留有气隙。
2.根据权利要求1所述的共差模磁集成电感，其特征在于，所述I型磁芯和E型磁芯的连接部位于所述I型磁芯的下表面、所述左磁柱和右磁柱的上表面，所述I型磁芯的下表面、所述左磁柱和右磁柱的上表面均为经镜面处理的光滑表面。
3.根据权利要求2所述的共差模磁集成电感，其特征在于，还包括位于所述左绕组和右绕组的上方的上绝缘板以及位于所述左绕组和右绕组的下方的下绝缘板，所述上绝缘板和下绝缘板上设有供所述左磁柱、中磁柱、右磁柱穿过的通孔。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的共差模磁集成电感，其特征在于，所述左绕组和右绕组的线圈为漆包铜线、漆包铝线、扁平铜线和扁平铝线中的一种。
5.根据权利要求4所述的共差模磁集成电感，其特征在于，所述左绕组和右绕组的线圈本体为电连接端子。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的共差模磁集成电感，其特征在于，还包括固定于所述下磁柱下端的下底板。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的共差模磁集成电感，其特征在于，所述磁芯的材质为高磁导率软磁材料。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的共差模磁集成电感，其特征在于，所述左磁柱、中磁柱和右磁柱的截面为矩形或椭圆形，所述I型磁芯的截面为矩形。
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