CN113782310A - 一种共模电感 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种共模电感，应用于电子技术领域。该共模电感包括M个磁芯、2N个U型线圈以及固定底板。M为大于等于1的正整数，N为大于等于1的正整数。其中，M个磁芯中的每个磁芯，均为空心的柱体结构，且柱体结构的横截面为轴对称图形。2N个U型线圈中的每个U型线圈的一端，用于插入磁芯的中空部分。固定底板，用于固定M个磁芯和2N个U型线圈。利用U型线圈制造共模电感，U型线圈可以直接套在磁芯上，这样就可以避免因手工绕制线圈而导致磁芯承受不均匀的应力的情况，防止磁芯形变而导致电气性能下降，从而提高共模电感的电感量以及共模电感的性能。

Description

一种共模电感

技术领域

本申请实施例涉及电子技术领域，尤其涉及一种共模电感。

背景技术

共模电感也叫共模扼流圈，用于过滤共模的电磁干扰信号。共模电感实质是一个双向滤波器，一方面要滤除信号线上的共模电磁干扰，另一方面要抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。

共模电感包括磁芯和绕制在磁芯上的绕组，且磁芯需要提供闭合的磁路。共模电感的电感量与磁芯以及绕组的匝数相关。其中，磁芯所提供的磁路需要封闭，磁路中存在的气隙将导致电感量大幅降低。而磁芯上绕组的线圈匝数越多，共模电感的电感量越大。随着市场应用的需求和工艺的发展趋势，电源电流日益增大，器件集成化程度也越来越高，共模电感朝着小体积、大电流、高饱和、高密度、高热稳定性、高频率稳定性、高抗干扰能力、自动化加工的方向迅速发展。如何得到空间利用率更高，集成度更高、功率密度更大的共模电感成为亟需解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种共模电感，利用U型线圈来代替手工绕制的线圈。减少手工绕制线圈时给磁芯的带来的应力，提高共模电感的稳定性。同时可以实现整个制造工艺的自动化加工，提高共模电感的制造效率。

本申请实施例第一方面提供了一种共模电感，包括：

共模电感根据电磁感应原理来消除共模干扰信号，由磁芯和线圈构成。具体的，共模电感包括M个磁芯，2N个U型线圈，以及用于固定磁芯和U型线圈的固定底板。M和N均为大于等于1的正整数。其中，每个磁芯都是闭合柱体结构，例如圆柱体、长方体或者正方体等，并且该柱体结构都是空心的。磁芯的横截面是轴对称图形，这样才便于在磁芯上形成两个对称分布的绕组，以实现共模干扰信号的消除。每一个U型线圈，需要至少有一端插入到柱体结构的中空部分，绕在磁芯上。

在上述共模电感中，将U型线圈的一端插入至磁芯的中空部分就可以实现线圈绕在闭合磁芯上，避免手工绕制的方式使得磁芯受到不均匀的应力，造成磁芯形变而导致感量下降的情况发生。这样可以提高共模电感的感量以及共模电感的电气性能。同时U型线圈可以实现生产过程的自动化，跟手工绕制相比可以提高线圈的一致性，同时提高了共模电感的电气性能和生产效率。

在一种可选的实施方式中，共模电感还包括绝缘隔离骨架，用来隔离和固定U型线圈。其中，绝缘隔离骨架位于磁芯的中空部分，对中空部分中U型线圈的一端进行隔离，避免U型线圈插入中空部分的一端相接触。采用绝缘隔离骨架对U型线圈进行隔离，无需对U型线圈表面进行绝缘处理，绝缘方式更加简单并且高效，提高了共模电感的生产效率。

在一种可选的实施方式中，若共模电感只有一个磁芯时，那么U型线圈的一端需要插入磁芯的中空部分，另外一端露在磁芯的外侧(外表面)，这样才能让U型线圈绕在磁芯上。此时，共模电感需要有对称的绕组，若共模电感包括2N个U型线圈时，N个U型线圈需要位于磁芯的一侧，以形成一个绕组。另外N个U型线圈需要位于磁芯的另一侧，形成另一个绕组，并且两个绕组所分布的位置，需要关于磁芯的横截面的对称轴对称。

上述共模电感包括一个闭合的磁芯，在该磁芯上分布两个对称的绕组，每一个绕组包括相同数量的U型线圈，这样，只需要对U型线圈进行简单的装配，就可以完成共模电感的制造，无需手工绕制，提供了生产效率。

在一种可选的实施方式中，共模电感还可以包括2个磁芯，以达到增加电感量的目的。当共模电感中有两个磁芯时，所有的U型线圈一端插入第一磁芯的中空部分，另外一端插入第二磁芯的中空部分。其中，2N个U型线圈也要形成两个绕组，所有U型线圈中的N个U型线圈和另外N个U型线圈对称分布，最后形成的两个绕组之间绝缘。上述共模电感中，磁芯的增加可以提高共模电感的感量，以适应大电流、大感量场景下的需求。

在一种可选的实施方式中，共模电感中的每个绕组可以只包括一个U型线圈，即单匝线圈，此时每一个U型线圈的两端均包括有电气连接线，该电气连接线是用来连接外部电路的，这样就可以将共模电感接入外部电路中，当外部电路的电流通过电气连接线流入共模电感后，两个绕组发生电磁感应现象，形成方向相同的磁场，以阻碍共模信号，实现对共模干扰信号的过滤。

在一种可选的实施方式中，共模电感中的每个绕组还可以包括多个U型线圈，即N个U型线圈相连形成一个绕组，这样2N个U型线圈形成两个对称分布的绕组。具体的，N个U型线圈之间的连接关系为，第i个U型线圈的第一端连接第i+1个U型线圈的第二端，即N个U型线圈串联起来，形成一个绕组。

在一种可选的实施方式中，当共模电感中的每个绕组是由N个U型线圈串联形成时，第一个U型线圈的第一端和最后一个U型线圈的第二端，需要连接有电气连接线，以便共模电感连接在外部电路上，外部电路上的共模干扰信号通过电气连接线通入共模电感中，这样共模电感才能对共模干扰信号进行过滤。

在一种可选的实施方式中，为了进一步提高共模电感的感量，磁芯可以采用高磁导率的纳米晶材料制成，这样可以提高共模电感的高温饱和特性，进一步提高共模电感的性能。

在一种可选的实施方式中，当组装共模电感时，可以先将绝缘隔离骨架放置于磁芯的中空部分，然后将2N个U型线圈的一端分别插入到磁芯的中空部分，其中，绝缘隔离骨架用于实现2N个U型线圈之间的绝缘隔离，同时也实现对2N个U型线圈的固定。而用于固定磁芯和U型线圈的固定底板上包括有铜线插入孔，当2N个U型线圈的一端分别插入到磁芯的中空部分后，再将磁芯放置于固定底板上，同时将U型线圈的两端插入固定底板对应的铜线插入孔内，实现磁芯和U型线圈的固定。

在一种可选的实施方式中，磁芯的横截面可以是正方形、长方形、圆形、椭圆、跑道型等任意形状的轴对称图形。

在一种可选的实施方式中，当共模电感的每个绕组中包括多个U型线圈时，需要将多个U型线圈进行连接，具体的，可以通过印刷电路板、铜皮或电阻焊的方式进行连接。

在一种可选的实施方式中，通入共模电感的电流可以是单相电流、两相电流或三相电流，具体不做限定。

上述共模电感包括闭合的磁芯和U型线圈。其中，闭合的磁芯可以提供闭合的磁路，减少磁芯的磁阻，避免感量下降的现象发生。U型线圈可以实现自动化生产，并且只需将U型线圈的一端插入至磁芯的中空部分就可以将线圈绕在闭合磁芯上，避免手工绕制的方式使磁芯收到不均匀的应力，造成磁芯形变而导致感量下降的情况发生。这样可以提高共模电感的感量以及共模电感的性能。同时U型线圈可以实现生产过程的自动化，跟手工绕制相比可以提高线圈的一致性，同时提高了共模电感的电气性能和生产效率。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种信号传输电路的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种共模电感的实体结构图；

图3为本申请实施例提供的一种磁芯的俯视图；

图4为本申请实施例提供的一种共模电感的俯视图；

图5为本申请实施例提供的一种U型线圈的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种共模电感的实体结构图；

图7为本申请实施例提供的另一种共模电感的仰视图；

图8为本申请实施例提供的另一种共模电感的实体结构图；

图9为本申请实施例提供的另一种共模电感的俯视图；

图10为本申请实施例提供的另一种共模电感的俯视图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种共模电感，利用U型铜线来代替手工绕制的线圈。减少手工绕制线圈时给磁芯的带来的应力，提高共模电感的感量。同时可以实现线圈的自动化加工，提高共模电感的制造效率。

本发明实施例中所使用的技术术语仅用于说明特定实施例而并不旨在限定本发明。在本文中，单数形式“一”、“该”及“所述”用于同时包括复数形式，除非上下文中明确另行说明。进一步地，在说明书中所使用的用于“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件。

在所附权利要求中对应结构、材料、动作以及所有装置或者步骤以及功能元件的等同形式(如果存在的话)旨在包括结合其他明确要求的元件用于执行该功能的任何结构、材料或动作。本发明的描述出于实施例和描述的目的被给出，但并不旨在是穷举的或者将被发明限制在所公开的形式。

在介绍本申请实施例提供的共模电感之前，先对共模信号和差模信号的概念进行简单介绍。其中，共模信号是指幅度相等，相位相同的信号。差模信号是指幅度相等，相位相反的信号。在一个闭合电路中，共模干扰信号在两导线上幅度相等、方向相同，其本质是闭合回路中两条走线和地线之间的电压差所引起的干扰。

图1为本申请实施例提供的一种信号传输电路的结构示意图。如图1所示，该信号传输电路包括导线1和导线2。对导线1而言，信号传输的方向为从第一端到第二端。而导线2上信号传输的方向为第二端到第一端。导线1与导线2上传输的正常信号幅度相等，相位相反，即线路正常传输的信号为差模信号。而该信号传输电路中存在共模干扰信号，共模干扰信号是因为导线1和导线2与地线之间的电压差引起的，该共模干扰信号一半流入导线1，一半流入导线2，导线1和导线2上的共模干扰信号方向相同，幅值相等。

通常，可以利用共模电感来消除信号传输电路中的共模干扰信号。共模电感也叫共模扼流圈，是一个铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件。它由两个尺寸相等、大小相同的线圈对称的绕制在同一个铁氧体环形磁芯上构成，包括四个引脚。如图1所示，共模电感的两端用于连接导线1，将一个绕组串联在导线1内，另外两端用于连接导线2，将另一个绕组串联在导线2内。下面对共模电感的工作原理进行介绍：

当信号传输电路传输正常的信号(差模信号)时，导线1和导线2上的电流方向相反，根据电磁感应原理，两个绕组产生的磁场方向是相反的。这样，线圈产生的磁场将会被相互抵消掉，不对差模信号产生影响，差模信号得以正常的传输。而信号传输电路中存在的共模干扰信号，在导线1和导线2上幅值相等，相位相同，因此，两个绕组因共模干扰信号而产生的磁场方向是完全相同的，此时，磁场叠加而增大共模电感的感抗，造成共模干扰信号的衰减，从而抑制共模干扰信号的传输，起到过滤共模干扰信号的目的。

从上述描述可以看出，共模电感具有不影响正常信号(差模信号)传输，抑制共模干扰信号的特点。共模电感需要有闭合的磁路以及对称分布的线圈，这样才能达到滤波的目的。在现有技术中，由于磁芯是闭合的，因此通常采用手工绕制的方法在磁芯上形成绕组。即多股铜线并绕，以形成对称的绕组。这种方法无法实现共模电感的自动化生产，生产效率低下。同时，手工绕制的绕组一致性很差，很难做到绕组的一致和对称。同时，手工绕制将使得磁芯承受不均匀的应力，很可能导致磁芯变形而造成感量下降。这些都将严重影响共模电感的性能。

为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种新的共模电感，利用U型线圈来代替手工绕制的线圈，实现线圈的自动化生产。同时U型线圈的一端只需插入磁芯中间就可以实现线圈绕制在磁芯上，磁芯无需承受外部应力而避免因磁芯开裂造成感量下降的情况发生，极大的提高了共模电感的感量和性能。

下面结合附图对本申请提供的共模电感进行具体介绍。

(一)共模电感包括一个磁芯：

图2为本申请实施例提供的一种共模电感的实体结构图。如图2所示，该共模电感包括一个磁芯，两个U型线圈，绝缘隔离骨架以及固定底板。

其中，磁芯是闭合的，用于形成闭合的磁路。该磁芯是一个空心的柱体结构，横截面是一个轴对称图形。示例型的，该磁芯可以是空心的正方体、空心的长方体或者空心的圆柱等，具体不做限定。而磁芯的横截面可以是正方形(对应正方体)、长方形(对应长方体)或者圆形(对应圆柱)，还可以是椭圆形、等腰三角形或者等腰梯形等，只需要保证横截面是轴对称图形即可。这样可以实现磁芯形状的多样化，以适应具体的空间排布需求。

优选的，磁芯的横截面为跑道形，跑道形具体扁平的特征，可以提高共模电感的空间利用率。图3为本申请实施例提供的一种磁芯的俯视图。如图3所示，该磁芯的横截面为跑道形，并且是类环状结构，这是因为磁芯的内部是中空的，中空部分便于线圈绕在磁芯上。而跑道型可以看成是长方形的两个短边分别外接半圆所形成的组合图形，这种图形的空间利用率最高，可以有效的减小共模电感的体积。

同时，为了提高共模电感的电感量，磁芯可以采用高磁导率的纳米晶材料制成，这样即便线圈匝数较少，也能保证电感量，同时还能提高磁芯的高温饱和特性，极大的提高共模电感的性能。

其中，两个U型线圈用于形成两个绕组，即共模电感包括两个单匝线圈。两个U型线圈需要对称的绕在磁芯上。U型线圈的一端插入磁芯的中空部分，另外一端露在磁芯的外侧(外表面一侧)，并且两个U型线圈分布的位置需要关于磁芯的横截面的对称轴对称。如图1所示，一个U型线圈位于磁芯的第一侧，另一个U型线圈位于磁芯的第二侧，第一侧和第二侧关于磁芯的横截面的对称轴对称。为了更直观的表示两个U型线圈的分布位置，图4为本申请实施例提供的一种共模电感的俯视图，如图4所示，共模电感的俯视图为跑道型的类环状图形，跑道型具有对称轴L，两个线圈的分布位置关于对称轴L对称。可以理解的，共模电感的横截面可以包括多个对称轴，U型线圈只需要关于任意一条对称轴对称分布即可，具体不做限定。

下面对于U型线圈进行介绍。如图5所示，线圈的形状类似于字母“U”的形状，即线圈可以由三部分组成，包括两条平行的边和一个圆弧状的边。在一个优选的方案中，U型线圈中圆弧状的边可以变为直边，垂直于两条平行的边，形成“Π”型形状，这样可以进一步提高空间利用率，使得线圈更加贴合磁芯，进一步减小共模电感的体积。可以理解的，后文所述的U型线圈也可以是“Π”型形状的线圈，后续不再进行赘述。

其中，绝缘隔离骨架用于隔离和固定2N个U型线圈，当组装共模电感时，可以将骨架先放置于磁芯中空部分，然后在磁芯和骨架之间剩余的中空部分，插入2N个U型线圈，实现2N个U型线圈之间的绝缘隔离，同时也可以实现对2N个U型线圈固定。

其中，固定底板用于固定U型线圈和磁芯，固定底板上有铜线插入孔，U型线圈的两端在穿过磁芯后，插入铜线插入孔中，以完成共模电感的固定。在本实施例中，固定底板上需要有4个铜线插入孔，用于插入两个U型线圈的两端，最终形成共模电感的四个端子。其中，每个U型线圈的每一端均为一个端子，可以引出电气连接线。通过电气连接线，共模电感就可以与外部电路进行连接，当共模干扰信号传输至共模电感时，共模电感就可以抑制共模干扰信号，达到滤波的作用。

下面结合具体的应用场景来描述共模电感各个组件的规格：

当共模电感应用在大功率整流器模块输出滤波时，可以选择频率在50kHZ到100kHZ，磁导率为10000到20000的纳米晶材料形成磁芯。其中，可以采用自动化加工的方式，形成柱型且中空的闭合磁芯，该中空部分为预留的U型线圈的插入空间。示例性的，磁芯的尺寸，长在18mm到20mm之间，宽为14mm到16mm之间，高为28mm到30mm之间。该磁芯的厚度，即横截面环形形状的厚度，可以在4mm到5mm之间。

同时，可以选择截面长为4mm到5mm之间，宽为1.5mm到2mm之间的扁平铜线来制造U型线圈，铜线经过模具折弯，控制弯角在80度到90度之间，形成U形单匝线圈。可以理解的，U型线圈需要穿过磁芯，并且还有形成端子。因此，铜线折弯后，U型线圈的长度需要在33mm到35mm之间。

其中，固定底板可以选择常用的材料进行注塑，在组装共模电感时，可以将磁芯置于底板上，然后将铜线插入到底板的铜线插入孔内，保证U型线圈对称分布。最后在U型线圈的两端引出电气连接线。

上述共模电感在频率为100kH，电压为1V的情况下，共感感量可以达到110μH到120μH，而差模感量仅在0.5μH到0.7μH。并且共模电感在差模状态的饱和电压为80A到85A，饱和特性也满足需求，很大的提高了共模电感的性能。

可以理解的，上述描述也适应于共模电感包括多个磁芯，多个磁芯依次堆叠的情况。即无论共模电感中有多少磁芯，只要磁芯堆叠形成一个用于U型线圈插入的“孔”,其情况均有上述描述类似，再此不做赘述，本申请实施例并不限制磁芯的个数。

图6为本申请实施例提供的另一种共模电感的实体结构图。如图6所示，该共模电感也包括一个磁芯，但是却包括多个U型线圈，根据共模电感的对称性要求，共模电感包括2N个U型线圈，本实施例中，N为大于1的正整数。

其中，磁芯与图2所示实施例中的磁芯类似，具体内容请详见上述内容，自此不做赘述。为了进一步提高共模电感的感量，还可以通过增加U型线圈的个数来增加绕组匝数，从而提高共模电感的感量。

共模电感包括2N个U型线圈，其中，N个U型线圈来形成第一个绕组，另外N个U型线圈来形成第二个绕组。同理，第一个绕组和第二个绕组要对称分布。如图6所示，所以U型线圈的一端插入磁芯的中空部分，另一端仍然位于磁芯的外侧(外表面)。不同的是，有N个U型线圈分布在磁芯的左侧，另外N个U型线圈分布在磁芯的右侧。左侧和右侧关于磁芯的横截面的对称轴对称。为了更直观的表示两组U型线圈的分布位置，图7为本申请实施例提供的另一种共模电感的仰视图，如图7所示，共模电感的俯视图可以跑道型，跑道型具有对称轴L，若N等于3时，两组U型线圈的每一组包括3个U型线圈，其分布位置关于对称轴L对称。可以理解的，跑道型可以包括多个对称轴，U型线圈只需要关于任意一条对称轴对称分布即可，具体不做限定。

而每一组中的U型线圈需要连接在一起，形成一个绕组。以一组U型线圈为例，一组中的多个U型线圈均包括两个端，第一个U型线圈的第二端需要连接第二个U型线圈的第一端，第二个U型线圈的第二端需要连接第三个U型线圈的第一端。以此类推，第N-1个U型线圈的第二端需要连接第N个U型线圈的第一端，即每一组的U型线圈需要串联起来，形成一个绕组，该绕组绕在磁芯上，第一个U型线圈的第一端和第N个U型线圈的第二端是该绕组的两个端。

其中，第一个U型线圈的第一端和第N个U型线圈的第二端可以引出电气连接线，用于连接外部电路。可以理解的，一组U型线圈形成一个绕组，两组U型线圈则形成两个对称的绕组，同样，该共模电感包括4个端子。

其中，绝缘隔离骨架用于隔离和固定2N个U型线圈，当组装共模电感时，可以将骨架先放置于磁芯中空部分，然后在磁芯和骨架之间剩余的中空部分，插入2N个U型线圈，实现2N个U型线圈之间的绝缘隔离，同时也可以实现对2N个U型线圈固定。

其中，固定底板用于固定U型线圈和磁芯，固定底板上有铜线插入孔，U型线圈的两端在穿过磁芯后，插入铜线插入孔中，以完成共模电感的固定。在本实施例中，固定底板上需要有4N个铜线插入孔，用于插入两组U型线圈的两端，最终形成共模电感的四个端子。具体的，可以先将磁芯放置在固定底板上，然后依次将2N个线圈插入磁芯的中空部分中，然后将2N个线圈的两端插入到通信插孔内，最后再完成每一组的线圈的串联。这样，线圈在固定的情况下进行连接，可以提高效率。

示例性的，在进行U型线圈的相互连接时，可以通过印刷电路板、铜皮或电阻焊的方式进行连接，具体不做限定。

下面结合具体的应用场景来描述共模电感各个组件的规格：

当共模电感应用在某充电桩电源模块时，可以选择频率在100kHZ到120kHZ，磁导率为20000到25000的纳米晶材料形成磁芯。其中，可以采用自动化加工的方式，形成柱型且中空的闭合磁芯，该中空部分为预留的U型线圈的插入空间。示例性的，磁芯的尺寸，长在36mm到38mm之间，宽为20mm到22mm之间，高为28mm到30mm之间。该磁芯的厚度，即横截面环形形状的厚度，可以在7mm到8mm之间。

同时，可以选择截面长为5mm到6mm之间，宽为1.5mm到2mm之间的扁平铜线来制造U型线圈，铜线经过模具折弯，控制弯角在80度到90度之间，形成U形单匝线圈。可以理解的，U型线圈需要穿过磁芯，并且还有形成端子。因此，铜线折弯后，型线圈一端的长度需要在29mm到31mm之间，而另一端要与下一个U型线圈进行连接，所以U型线圈另一端的长度需要在32mm到34mm之间。

在上述描述中，通入共模电感的电流可以是单相电流，还可以是三相电流，具体不做限定。

上述共模电感均包括一个闭合的磁芯和U型线圈。其中，闭合的磁芯可以提供闭合的磁路，减少磁芯的磁阻，避免感量下降的现象发生。U型线圈可以实现自动化生产，并且只需将U型线圈的一端插入至磁芯的中空，另一端置于U型线圈的外侧就可以将线圈绕在闭合磁芯上，避免手工绕制的方式使磁芯收到不均匀的应力，造成磁芯变形而导致电感感量下降的情况发生。这样可以提高共模电感的感量以及共模电感的性能。同时U型线圈可以实现生产过程的自动化，跟手工绕制相比可以提高线圈的一致性，同时提高了共模电感的电气性能和生产效率。

(二)共模电感包括二个磁芯：

为了进一步提高共模电感的电感量，不仅可以增加线圈的匝数，还可以提高磁芯的数量以提高磁通量。图8为本申请实施例提供的另一种共模电感的实体结构图。如图8所示，该共模电感包括两个磁芯，两个U型线圈，一个绝缘隔离骨架以及固定底板。

其中，两个磁芯中的每个磁芯均闭合的，用于形成闭合的磁路。每一个磁芯都是一个空心的柱体结构，横截面是一个轴对称图形。其中中空部分是为U型线圈和绝缘隔离骨架预留的插入空间。可以理解的，磁芯可以是空心的正方体、空心的长方体或者空心的圆柱等，具体不做限定。而磁芯的横截面可以是正方形(对应正方体)、长方形(对应长方体)或者圆形(对应圆柱)，还可以是椭圆形，跑道形，需要保证横截面是轴对称图形。其中，两个磁芯侧面接触，U型线圈需要穿过两个磁芯。

如图8所示，该共模电感包括的两个U型线圈，均插在两个磁芯之间，即两个U型线圈中的每个U型线圈，一端插入在第一个磁芯的中空部位，另一端插入第二个磁芯的中空部位。两个U型线圈通过骨架进行绝缘隔离和固定。要达到消除共模干扰信号的目的，两个线圈仍要对称分布。

为了更直观的展示两个U型线圈的分布位置，图9为本申请实施例提供的另一种共模电感的俯视图。其中，901为第一个磁芯的俯视图，902为第二个磁芯的俯视图。由图9可以看出，两个磁芯接触。而两个磁芯的横截面有对称轴M，该对称轴M与直线S是垂直的。两个U型线圈，则需要横跨两个磁芯，位于两个磁芯之间。并且两U型线圈所处位置，需要关于对称轴M对称，即两个U型线圈需要对称的分布在M两侧。

其中，固定底板用于固定U型线圈和磁芯，固定底板上有铜线插入孔，U型线圈的两端在穿过磁芯后，插入铜线插入孔中，以完成共模电感的固定。在本实施例中，固定底板上需要有4个铜线插入孔，用于插入两个U型线圈的两端，最终形成共模电感的四个端子。其中，每个U型线圈的每一端均为一个端子，可以引出电气连接线。通过电气连接线，共模电感就可以与外部电路进行连接，当共模干扰信号传输至共模电感时，共模电感就可以抑制共模干扰信号，达到滤波的作用。

下面结合具体的应用场景来描述共模电感各个组件的规格：

当共模电感应用在某个大功率整流器输入滤波时，可以选择频率在100kHZ到150kHZ，磁导率为20000到30000的纳米晶材料形成磁芯。其中，可以采用自动化加工的方式，形成柱型且中空的闭合磁芯，该中空部分为预留的U型线圈的插入空间。示例性的，磁芯的尺寸，长在14mm到16mm之间，宽为9mm到11mm之间，高为28mm到30mm之间。该磁芯的厚度，即横截面环形形状的厚度，可以在4mm到5mm之间。

同时，可以选择截面长为4mm到5mm之间，宽为1.5mm到2mm之间的扁平铜线来制造U型线圈，铜线经过模具折弯，控制弯角在80度到90度之间，形成U形单匝线圈。可以理解的，U型线圈需要穿过磁芯，并且还有形成端子。因此，铜线折弯后，U型线圈的长度需要在33mm到35mm之间。

其中，固定底板可以选择常用的材料进行注塑，在组装共模电感时，可以将磁芯置于底板上，然后将铜线插入到底板的铜线插入孔内，保证U型线圈对称分布。最后在U型线圈的两端引出电气连接线。

同理，上述描述也适应于共模电感包括更多磁芯，多个磁芯依次堆叠的情况。即无论共模电感中有多少磁芯，只要磁芯堆叠形成两个用于U型线圈插入的“孔”,其情况均有上述描述类似，再此不做赘述，本申请实施例并不限制磁芯的具体个数。

通过上述描述可以得知，当共模电感包括两个磁芯时，还可以进一步提高共模电感的电感量，即增加U型线圈的个数。根据共模电感的对称性要求，共模电感包括2N个U型线圈，N为大于1的正整数。

其中，磁芯与图8所示实施例中的磁芯类似，具体内容请详见上述内容，自此不做赘述。为了进一步提高共模电感的感量，还可以通过增加U型线圈的个数来增加绕组匝数，从而提高共模电感的感量。

共模电感包括2N个U型线圈，其中，N个U型线圈来形成第一个绕组，另外N个U型线圈来形成第二个绕组。同理，第一个绕组和第二个绕组要对称分布。如图9所示，所有U型线圈的一端插入第一磁芯的中空部分，另一端插入第二磁芯的中空部分。不同的是，有N个C型线圈分布在对称轴M的左侧，另外N个U型线圈分布在对称轴M的右侧。为了更直观的表示两组U型线圈的分布位置，图10为本申请实施例提供的另一种共模电感的俯视图，如图10所示，共模电感的俯视图可以为两个跑道型，两个跑道型具有对称轴M，若N等于3时，两组U型线圈的每一组包括3个U型线圈，其分布位置关于对称轴M对称。

而每一组中的U型线圈需要连接在一起，形成一个绕组。以一组U型线圈为例，一组中的多个U型线圈均包括两个端，第一个U型线圈的第二端需要连接第二个U型线圈的第一端，第二个U型线圈的第二端需要连接第三个U型线圈的第一端。以此类推，第N-1个U型线圈的第二端需要连接第N个U型线圈的第一端，即每一组的U型线圈需要串联起来，形成一个绕组，该绕组绕在磁芯上，第一个U型线圈的第一端和第N个U型线圈的第二端是该绕组的两个端。

其中，第一个U型线圈的第一端和第N个U型线圈的第二端可以引出电气连接线，用于连接外部电路。可以理解的，一组U型线圈形成一个绕组，两组U型线圈则形成两个对称的绕组，同样，该共模电感包括4个端子。

其中，固定底板用于固定U型线圈和磁芯，固定底板上有铜线插入孔，U型线圈的两端在穿过磁芯后，插入铜线插入孔中，以完成共模电感的固定。在本实施例中，固定底板上需要有4N个铜线插入孔，用于插入两组Π型线圈的两端，最终形成共模电感的四个端子。具体的，可以先将磁芯放置在固定底板上，然后依次将2N个线圈插入磁芯的中空部分中，然后将2N个线圈的两端插入到通信插孔内，最后再完成每一组的线圈的串联。这样，线圈在固定的情况下进行连接，可以提高效率。

示例性的，在进行U型线圈的相互连接时，可以通过印刷电路板、铜皮或电阻焊的方式进行连接，具体不做限定。

本发明实施例中所使用的技术术语仅用于说明特定实施例而并不旨在限定本发明。在本文中，单数形式“一”、“该”及“所述”用于同时包括复数形式，除非上下文中明确另行说明。进一步地，在说明书中所使用的用于“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件。

在所附权利要求中对应结构、材料、动作以及所有装置或者步骤以及功能元件的等同形式(如果存在的话)旨在包括结合其他明确要求的元件用于执行该功能的任何结构、材料或动作。本发明的描述出于实施例和描述的目的被给出，但并不旨在是穷举的或者将被发明限制在所公开的形式。

Claims (12)

1.一种共模电感，其特征在于，所述共模电感包括：

M个磁芯，2N个U型线圈以及固定底板；所述M为大于等于1的正整数，所述N为大于等于1的正整数；

其中，所述M个磁芯中的每个磁芯，均为空心的柱体结构；且所述柱体结构的横截面为轴对称图形；

所述2N个U型线圈中的每个U型线圈的一端，用于插入所述磁芯的中空部分；

所述固定底板，用于固定所述M个磁芯和所述2N个U型线圈。

2.根据权利要求1所述的共模电感，其特征在于，所述共模电感还包括绝缘隔离骨架；

所述绝缘隔离骨架，用于隔离和固定所述2N个U型线圈。

3.根据权利要求1或2所述的共模电感，其特征在于，所述M等于1；

所述每个U型线圈的另一端，位于所述磁芯的外侧；

其中，所述2N个U型线圈中的N个U型线圈位于所述磁芯的第一侧，所述2N个U型线圈中的另外N个U型线圈位于所述磁芯的第二侧，所述第一侧和所述第二侧关于所述环状图形的对称轴对称。

4.根据权利要求1或2所述的共模电感，其特征在于，所述M等于2；

所述每个U型线圈包括第一端和第二端，所述第一端用于插入第一磁芯的中空部分，所述第二端用于插入第二磁芯的中空部分。

5.根据权利要求1至4任一项所述的共模电感，其特征在于，所述N等于1；

所述每个U型线圈的两端均包括有电气连接线，所述电气连接线用于连接外部电路，为所述共模电感通电。

6.根据权利要求1至4任一项所述的共模电感，其特征在于，所述N大于1；

在所述N个U型线圈中，第i个U型线圈的第二端连接第i+1个U型线圈的第一端；其中，所述i为大于等于1，小于N的正整数。

7.根据权利要求6所述的共模电感，其特征在于，在所述N个U型线圈中，第1个U型线圈的第一端和第N个U型线圈的第二端有电气连接线，所述电气连接线用于连接外部电路，为所述共模电感通电。

8.根据权利要求1至7任一项所述的共模电感，其特征在于，所述磁芯由纳米晶或高磁导率的磁性材料制成。

9.根据权利要求1至8任一项所述的共模电感，其特征在于，所述固定底板包括4N个铜线插入孔，所述2N个U型线圈与所述4N个铜线插入孔对应，所述4N个铜线插入孔用于插入所述2N个U型线圈的两端。

10.根据权利要求1至9任一项所述的共模电感，其特征在于，所述柱体结构的横截面为跑道形、正方形、长方形、圆形或者椭圆形。

11.根据权利要求5至10任一项所述的共模电感，其特征在于，在所述N个线圈中，每两个线圈之间通过印刷电路板、铜皮或电阻焊的方式进行连接。

12.根据权利要求1至10任一项所述的共模电感，其特征在于，通入所述共模电感的电流包括单相电流或三相电流。

Images