CN114937549A - 一种共模电感 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种共模电感，包括磁芯结构以及绕组结构，所述磁芯结构包括磁芯，所述磁芯包括磁芯中柱以及多个磁芯边柱，各所述磁芯边柱设置于所述磁芯中柱周侧且各所述磁芯边柱与所述磁芯中柱之间具有线槽，相邻的两所述磁芯边柱之间具有第一缺口，所述磁芯中柱周侧内陷有第二缺口，所述第二缺口与所述第一缺口对应设置；所述绕组结构包括多个依次堆叠设置的绕组，所述绕组套设于所述磁芯中柱且所述绕组设置于所述线槽上。本发明磁芯边柱与磁芯中柱之间具有多个线槽，用于提高磁芯的散热面积，同时使磁芯中柱的磁通更加均匀，多个第一缺口与第二缺口给绕组提高了散热面积，散热面积大；磁芯包裹绕组可以有效的屏蔽磁场泄露，EMI性能好。

Description

一种共模电感
技术领域
本发明涉及电器元件技术领域，尤其是指一种共模电感。
背景技术
共模电感被广泛应用于电源中，在EMI电路中充当不可替代的角色。随着目前新能源行业的蓬勃发展，电源的功率等级不断提高，特别是在车载充电机以及充电模块，储能模块应用背景中，各种功能电源模块的功率等级越来越大。用传统的环状磁芯来绕制共模电感已经很难满足设计需求，大功率必然造成实用更粗的铜导线来作为绕组，而粗的铜导线很难绕制，生产成本及其高昂，并且由于绕制困难导致绕组和磁芯的绝缘很难处理，绕制电感成品率低，如果使用扁平线绕制，环装磁芯需要开辟足够的空间给绕组绕制，最终导致电感体积大，功率密度低。用目前较新的PQ方案绕制，在大功率应用场所，在满足设计的同时，共模电感高度较高，不利于应用在模块电源中，特别是对于高度有限制的模块电源中，同时其绕组散热面积较小，不利于散热。
发明内容
本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中的不足，提供一种共模电感。
为了解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案为：
本发明实施例提供了一种共模电感，包括磁芯结构以及绕组结构，所述磁芯结构包括磁芯，所述磁芯包括磁芯中柱以及多个磁芯边柱，各所述磁芯边柱设置于所述磁芯中柱周侧且各所述磁芯边柱与所述磁芯中柱之间具有线槽，相邻的两所述磁芯边柱之间具有第一缺口，所述磁芯中柱周侧内陷有第二缺口，所述第二缺口与所述第一缺口对应设置；所述绕组结构包括多个依次堆叠设置的绕组，所述绕组套设于所述磁芯中柱且所述绕组设置于所述线槽上。
进一步地，所述磁芯边柱至少n个，n为大于等于3的整数，且各所述磁芯边柱等角度间隔设置于所述磁芯中柱周侧，相邻所述磁芯边柱之间间隔角度为2Π/2n。
进一步地，所述磁芯为扇叶状，所述磁芯边柱的内弧圆心、所述磁芯边柱的外弧圆心与所述磁芯中柱的圆心重合。
进一步地，所述磁芯还包括多个底柱，各所述底柱自所述磁芯中柱的周侧朝外延伸至对应的所述磁芯边柱，所述磁芯边柱与对应的所述底柱、所述磁芯中柱围合形成所述线槽。
进一步地，所述磁芯中柱具有中心圆孔，所述中心圆孔的半径为R1，所述磁芯中柱的半径为R2，所述第二缺口的半径为R3，所述磁芯中柱的扇形角度为α，所述磁芯中柱与所述底柱交接弧长为L1，所述底柱厚度为H；其中，满足如下公式：
Figure BDA0003657931440000021
进一步地，所述第一缺口与所述第二缺口形成磁芯绕线窗口，所述磁芯绕线窗口的宽度正比于所述共模电感的功率。
进一步地，所述绕组为扁平铜线绕制形成的线匝，所述绕组套设于所述磁芯中柱，所述绕组至少n1个；各所述绕组的圆心与所述磁芯中柱的圆心重合，所述绕组的内壁与所述磁芯中柱间隔至少2mm；其中，n1＝n。
进一步地，各所述绕组之间具有环氧板。
进一步地，各所述绕组分别从所述磁芯中柱对应的所述第一缺口和所述第二缺口引出绕组引脚。
进一步地，所述磁芯结构包括一对磁芯，两磁芯围合形成绕组腔，所述绕组设置于所述绕组腔内；或所述磁芯结构包括所述磁芯以及I片，所述绕组依次绕制于所述磁芯中柱，所述I片设置于所述绕组远离所述磁芯的一侧。
本发明实施例的有益效果在于：本发明实施例提供了一种共模电感，包括磁芯结构以及绕组结构，所述磁芯结构包括磁芯，所述磁芯包括磁芯中柱以及多个磁芯边柱，各所述磁芯边柱设置于所述磁芯中柱周侧且各所述磁芯边柱与所述磁芯中柱之间具有线槽，相邻的两所述磁芯边柱之间具有第一缺口，所述磁芯中柱周侧内陷有第二缺口，所述第二缺口与所述第一缺口对应设置；所述绕组结构包括多个依次堆叠设置的绕组，所述绕组套设于所述磁芯中柱且所述绕组设置于所述线槽上。本发明磁芯边柱与磁芯中柱之间具有多个线槽，用于提高磁芯的散热面积，同时使磁芯中柱的磁通更加均匀，多个第一缺口与第二缺口给绕组提高了散热面积，散热面积大；磁芯包裹绕组，可以有效的屏蔽磁场泄露，EMI性能好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的共模电感的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的共模电感的爆炸示意图；
图3为本发明实施例提供的磁芯结构的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的磁芯结构的俯视图；
图5为本发明实施例提供的共模电感的俯视图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1至图3，本发明实施例提供了一种共模电感，包括磁芯结构1以及绕组结构2，磁芯结构1包括磁芯11，磁芯11包括磁芯中柱111以及多个磁芯边柱112，各磁芯边柱112设置于磁芯中柱111周侧且各磁芯边柱112与磁芯中柱111之间具有线槽113，相邻的两磁芯边柱112之间具有第一缺口114，磁芯中柱111周侧内陷有第二缺口115，第二缺口115与第一缺口114对应设置；绕组结构2包括多个依次堆叠设置的绕组21，绕组21套设于磁芯中柱111且绕组21设置于线槽113上。
本实施例的磁芯边柱112与磁芯中柱111之间具有多个线槽113，用于提高磁芯11的散热面积，同时使磁芯中柱111的磁通更加均匀，多个第一缺口114与第二缺口115给绕组21提高了散热面积，散热面积大；磁芯11包裹绕组21，可以有效的屏蔽磁场泄露，EMI性能好。
进一步地，磁芯结构1包括一对磁芯11，两磁芯11围合形成绕组腔，绕组21设置于绕组腔内；或磁芯结构1包括磁芯11以及I片，绕组21依次绕制于磁芯中柱111，I片设置于绕组21远离磁芯11的一侧。
本实施例中，磁芯结构1由两个相同的磁芯11构成，两个磁芯11围合形成有绕组腔，绕组21设置于绕组腔内，通过与磁芯边柱112相同数量的绕组21绕制于磁芯中柱111构成共模电感；在其他实施例中，磁芯结构1也可以由一个磁芯11以及与磁芯11相同形状的I片构成，磁芯11与I片围合形成有绕组腔，绕组21设置于绕组腔内，通过与磁芯边柱112相同数量的绕组21绕制于磁芯中柱111构成共模电感；磁芯11包裹绕组21，可以有效的屏蔽磁场泄露，EMI性能好。
进一步地，磁芯11为扇叶状，磁芯边柱112的内弧圆心、磁芯边柱112的外弧圆心与磁芯中柱111的圆心重合；磁芯11还包括多个底柱116，各底柱116自磁芯中柱111的周侧朝外延伸至对应的磁芯边柱112，磁芯边柱112与对应的底柱116、磁芯中柱111围合形成线槽113；磁芯边柱112至少n个，n为大于等于3的整数，且各磁芯边柱112等角度间隔设置于磁芯中柱111周侧，相邻磁芯边柱112之间间隔角度为2π/2n。
本实施例中，磁芯11由多个磁芯边柱112、底柱116以及磁芯中柱111组成，且多个底柱116自磁芯中柱111的周侧朝外延伸至对应的磁芯边柱112，每个磁芯边柱112绕磁芯中柱111等角度间隔设置，且相邻磁芯边柱112之间的间隔为2π/2n；同理，每个磁芯边柱112对应的底柱116也绕磁芯中柱111等角度间隔设置，且相邻底柱116之间的间隔也为2π/2n；磁芯边柱112、底柱116与磁芯中柱111之间围合形成有线槽113，绕组21环绕磁芯中柱111设置，且绕组21设置于线槽113内；需要说明的是，磁芯边柱112至少为3个(即n≥3)，本实施中的n＝3，即相邻磁芯边柱112之间间隔角度为π/3；在其他实施例中，n可以为4、5、6或者更多，即此时相邻磁芯边柱112之间间隔角度为π/4、π/5、π/6或者π/n；磁芯中柱111为圆柱状，磁芯边柱112为弧状结构，为确保每个线槽113的大小一致，磁芯边柱112的内弧圆心、磁芯边柱112的外弧圆心与磁芯中柱111的圆心重合，使得结构统一且美观，并且方便后续绕组21的自动绕制；其中，绕组21与底柱116之间具有间隔，绕组21与磁芯边柱112之间具有间隔，绕组21与磁芯中柱111之间具有间隔，便于磁芯11的散热。
进一步地，请参阅图3及图4，磁芯中柱111具有中心圆孔1111，中心圆孔1111的半径为R1，磁芯中柱111的半径为R2，第二缺口115的半径为R3，磁芯中柱111的扇形角度为α，磁芯中柱111与底柱116交接弧长为L1，底柱116厚度为H；其中，满足如下公式：
Figure BDA0003657931440000051
本实施例中，磁芯中柱111中间设有用于散热的中心圆孔1111，该中心圆孔1111贯穿于整个磁芯中柱111，可以加强磁芯11的散热能力；由于磁芯11为扇叶状，磁芯中柱111侧边的外表面开设的第二缺口115为扇形缺口，且第二缺口115贯穿磁芯中柱111，相邻的两磁芯边柱112之间形成的第一缺口114也为扇形缺口，且第一缺口114也贯穿磁芯边柱112以及底柱116；磁芯边柱112数量与第一缺口114、第二缺口115的数量相同；此时，由于绕组21与磁芯中柱111之间具有间隔，绕组21与磁芯边柱112之间具有间隔，使得绕组21与第二缺口115、第一缺口114处形成散热通道，既可以保留足够多的有效磁芯11截面积，降低磁芯11损耗，又可以加大磁芯11散热能力，提高磁性器件的功率密度，减小共模电阻的体积；需要说明的是，第一缺口114具有自第二缺口115的两端朝外延伸的第一端面1141以及第二端面1142，第一缺口114的面积大于第二缺口115的面积，且第一端面1141以及第二端面1142之间的间隔自磁芯中柱111朝磁芯边柱112方向逐渐递增，保证磁芯11的有效散热。
进一步地，第一缺口114与第二缺口115形成磁芯绕线窗口，磁芯绕线窗口的宽度正比于共模电感的功率；各绕组21分别从磁芯中柱111对应的第一缺口114和第二缺口115引出绕组引脚；各绕组21之间具有环氧板22。
本实施例中，第一缺口114与第二缺口115形成磁芯绕线窗口，磁芯绕线窗口为扇形窗口，设置多个扇形窗口用于提升磁芯11的散热面积，同时使磁芯中柱111的磁通更加均匀；绕组21之间使用环氧板22隔开，保障安规距离；绕组21线头从磁芯11的扇形窗口处引出，绕组21出线方便，并且与磁芯11的绝缘距离有保证，同时每个绕组21都可以实现整数匝，避免了磁场泄露；基于上述结构，绕组21可以采用自动化绕制，绕制简单，成本低，绕组21从扇形窗口处引出引脚，彼此绝缘距离有保障；多个扇形窗口给绕组21提供了超过50％的散热面积，散热面积大；该结构的扇形窗口利用率高，磁性器件的功率密度高；同时共模电感的功率越大时，扇形窗口越宽，用于使用更宽的铜线绕制。
需要说明的是，绕组21出线位置可以在图5所示的a区域和b区域出线，每个绕组21的出线位置分布在扇形窗口位置，彼此绝缘好处理，每个绕组21在磁芯中柱111投影面重合。
进一步地，绕组21为扁平铜线绕制形成的线匝，绕组21套设于磁芯中柱111，绕组21至少n1个；各绕组21的圆心与磁芯中柱111的圆心重合，绕组21的内壁与磁芯中柱111间隔至少2mm；其中，n1＝n。
本实施例中，绕组21使用扁平铜线绕制，绕组21数量与磁芯边柱112数量相同(即本实施例中的绕组21数量为3)，绕组21的圆心与磁芯中柱111的圆心重合，绕组21外径与磁芯边柱112靠近，绕组21内径与磁芯中柱111距离保持2mm以上；每个绕组21分别从磁芯中柱111对应对的扇形窗口引出绕组引脚至底板；相比于相关的环装磁芯11构成的以及铜线构成的共模电感而言，本实施例提供的绕组21为扁平铜线，呈圆形结构，具有结构简单，更加适用于自动化绕制的特点，并且磁芯11与绕组21，绕组21与绕组21之间的绝缘问题更好处理，另外在大功率应用场所，本实施例的共模电感结构可以在保证高度不变的条件下，轻松的通过增加磁芯中柱111以及扇形窗口的面积，同比例放大磁芯11来完成兼容更高功率的需求。对比于相关技术中的大的PQ类型的共模电感而言，本实施例更加适用于高度受限的应用场所中。
综上所述，本发明提供的共模电感结构简单，更加适用于扁平化以及模块化电源设计需求，其绕组绕制简单，整个磁性器件更加适合使用自动化制造设备生产，成本更低；另外磁性器件绕组出线更加独立，绕组之间绝缘问题更容易处理，可靠性高；在相同的体积条件下，电感功率密度更高；共模电感的绕组可以有效保证绕组的整数匝，磁场泄露小；在扁平化电源以及模块化电源应用中，在不增加高度的情况下，该共模电感在满足电气性能前提下，具有更强的功率兼容性与适用性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种共模电感，其特征在于，包括磁芯结构以及绕组结构，所述磁芯结构包括磁芯，所述磁芯包括磁芯中柱以及多个磁芯边柱，各所述磁芯边柱设置于所述磁芯中柱周侧且各所述磁芯边柱与所述磁芯中柱之间具有线槽，相邻的两所述磁芯边柱之间具有第一缺口，所述磁芯中柱周侧内陷有第二缺口，所述第二缺口与所述第一缺口对应设置；所述绕组结构包括多个依次堆叠设置的绕组，所述绕组套设于所述磁芯中柱且所述绕组设置于所述线槽上。
2.如权利要求1所述的共模电感，其特征在于，所述磁芯边柱至少n个，n为大于等于3的整数，且各所述磁芯边柱等角度间隔设置于所述磁芯中柱周侧，相邻所述磁芯边柱之间间隔角度为2Π/2n。
3.如权利要求2所述的共模电感，其特征在于，所述磁芯为扇叶状，所述磁芯边柱的内弧圆心、所述磁芯边柱的外弧圆心与所述磁芯中柱的圆心重合。
4.如权利要求1所述的共模电感，其特征在于，所述磁芯还包括多个底柱，各所述底柱自所述磁芯中柱的周侧朝外延伸至对应的所述磁芯边柱，所述磁芯边柱与对应的所述底柱、所述磁芯中柱围合形成所述线槽。
5.如权利要求4所述的共模电感，其特征在于，所述磁芯中柱具有中心圆孔，所述中心圆孔的半径为R1，所述磁芯中柱的半径为R2，所述第二缺口的半径为R3，所述磁芯中柱的扇形角度为α，所述磁芯中柱与所述底柱交接弧长为L1，所述底柱厚度为H；其中，满足如下公式：
Figure FDA0003657931430000011
6.如权利要求1所述的共模电感，其特征在于，所述第一缺口与所述第二缺口形成磁芯绕线窗口，所述磁芯绕线窗口的宽度正比于所述共模电感的功率。
7.如权利要求1所述的共模电感，其特征在于，所述绕组为扁平铜线绕制形成的线匝，所述绕组套设于所述磁芯中柱，所述绕组至少n1个；各所述绕组的圆心与所述磁芯中柱的圆心重合，所述绕组的内壁与所述磁芯中柱间隔至少2mm；其中，n1＝n。
8.如权利要求7所述的共模电感，其特征在于，各所述绕组之间具有环氧板。
9.如权利要求7所述的共模电感，其特征在于，各所述绕组分别从所述磁芯中柱对应的所述第一缺口和所述第二缺口引出绕组引脚。
10.如权利要求1-9任意一项所述的共模电感，其特征在于，所述磁芯结构包括一对磁芯，两磁芯围合形成绕组腔，所述绕组设置于所述绕组腔内；或所述磁芯结构包括所述磁芯以及I片，所述绕组依次绕制于所述磁芯中柱，所述I片设置于所述绕组远离所述磁芯的一侧。
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