CN220797047U - 滤波器和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电子器件技术领域，尤其涉及一种滤波器和一种具有该滤波器的电子设备。滤波器包括壳体、磁环和中柱，壳体具有内腔，所述磁环和所述中柱均固定于所述壳体的内腔中，所述磁环为环状，所述中柱位于所述磁环的内圈，并将所述磁环的内圈分隔为相间隔的两个滤波腔。本申请滤波器具有高阻抗、高饱和磁通密度值、高抗饱和能力、耐大电流且结构相对简单，易于制造的特点。

Description

滤波器和电子设备

技术领域

本申请涉及电子器件技术领域，尤其涉及一种滤波器和一种具有该滤波器的电子设备。

背景技术

滤波器利用电磁原理对电子设备中的导体滤波，以提升电子设备的信号传输质量。滤波器不易于加工，通常体积较大，影响到滤波器的饱和度及耐电流能力。

实用新型内容

为解决上述问题，本申请提供了一种滤波器，结构简单且磁导率高、滤波效果好。本申请还提供一种电子设备。具体包括如下方案：

本申请提供一种滤波器，包括壳体、磁环和中柱，所述壳体具有内腔，所述磁环和所述中柱均固定于所述内腔中，所述磁环为环状，所述中柱位于环状的所述磁环的内圈，并将所述磁环的内圈分隔为相间隔的至少两个滤波腔。

一种实施例，所述中柱沿自身长度方向的磁导率高于沿垂直于自身长度方向的磁导率。

一种实施例，所述中柱沿自身长度方向的磁导率与所述中柱沿垂直于自身长度方向的磁导率的比值大于或等于1.5:1。

一种实施例，所述中柱沿自身长度方向包括相对的两端，所述中柱的任意一端与所述磁环之间贴合，或间隙小于或等于1mm。

一种实施例，所述中柱的材质为纳米晶合金、铁氧体、硅钢、铁钴非晶或金属磁粉芯；和/或，

所述磁环的材质为纳米晶合金、铁氧体、硅钢、铁钴非晶或金属磁粉芯；和/或，

所述壳体的材质为塑料。

一种实施例，所述中柱采用多层纳米晶合金片堆叠形成，且每层所述纳米晶合金片的厚度介于0.5-1.5mm之间。

一种实施例，沿垂直于所述磁环所在平面的方向，所述中柱的厚度介于2-10mm之间。

一种实施例，所述中柱的外表面粗糙度介于Ra12.5-Ra25之间。

一种实施例，所述中柱的数量为多个，多个所述中柱平行且间隔排列于所述磁环的内圈，并将所述磁环的内圈分隔为并排的多个滤波腔。

一种实施例，所述壳体包括两个支耳，两个所述支耳分列所述壳体主体的相对两侧，且所述支耳内设有金属连接环。

本申请还提供一种电子设备，包括至少两个导体和上述任一项所述的滤波器，每个所述导体穿过一个所述滤波器的滤波腔以形成滤波。

本申请滤波器利用中柱在磁环中分隔出两个滤波腔，用于分别对穿过两个滤波腔的导体进行滤波。其中滤波腔可以分别实现各个导体的差模信号和共模信号的滤波功能。中柱经过加磁取向，其具有较高的磁导率，进而使得本申请滤波器具有高阻抗、高饱和磁通密度值、高抗饱和能力、耐大电流且结构相对简单，易于制造的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种实施例所提供的滤波器的结构示意图；

图2为本申请一种实施例所提供的滤波器的分解结构示意图；

图3为本申请一种实施例所提供的滤波器在电子设备中的工作场景示意图；

图4为本申请一种实施例所提供的滤波器对共模干扰电流滤波的示意图；

图5为本申请一种实施例所提供的滤波器对差模干扰电流滤波的示意图；

图6为本申请一种实施例所提供的滤波器的内部结构示意图；

图7为现有技术滤波器的滤波效果示意图；

图8为本申请滤波器在图7同样规格条件下的滤波效果示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本申请可用以实施的特定实施例。本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。本申请中所提到的方向用语，例如，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“侧面”等，仅是参考附加图式的方向，因此，使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本申请，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，本申请中使用的术语“包括”、“可以包括”、“包含”、或“可以包含”表示公开的相应功能、操作、元件等的存在，并不限制其他的一个或多个更多功能、操作、元件等。此外，术语“包括”或“包含”表示存在说明书中公开的相应特征、数目、步骤、操作、元素、部件或其组合，而并不排除存在或添加一个或多个其他特征、数目、步骤、操作、元素、部件或其组合，意图在于覆盖不排他的包含。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

请参见图1所示本申请提供的一种滤波器100，并配合参见图2所示的滤波器100的分解结构。

本申请滤波器100包括壳体10、磁环20和中柱30。其中壳体10具有内腔，磁环20和中柱30均收容于壳体10的内腔中，且磁环20和中柱30分别相对于壳体10固定。在一些实施例中，磁环20和中柱30可以粘接固定于壳体10的内腔中。

磁环20呈环状，中柱30位于磁环20的内圈中。中柱30用于将磁环20的内圈分隔为相互间隔的滤波腔40。如图1和图2所示，中柱30的数量为一个，磁环20的内圈被分隔为相互间隔的两个滤波腔40。在另一些实施例中，中柱30的数量还可以为多个，多个中柱30间隔排布，可以在磁环20的内圈中分隔出更多的滤波腔40。

在图1和图2的示意中，磁环20为等截面磁环，磁环20的延伸路径大致呈矩形，由此形成的磁环20的内圈也大致呈矩形。在另一些实施例中，磁环20的内圈也可以呈圆形、椭圆形、跑道形等形状。本申请对此不做特别限定。

在一种实施例中，中柱30在磁环20内圈中分隔出的两个滤波腔40的形状相同且面积相等。对应到图1和图2所示的滤波器100，中柱30可以平行于矩形的内圈的一条侧边设置，且中柱30位于矩形的内圈另一条侧边的中点位置。

在本申请滤波器100中，磁环20具有磁性，中柱30在放入磁环20的内圈之后，可以被磁化，并与磁环20一同形成磁场以实现滤波效果。

具体的，请参见图3所示意的，本申请提供的一种电子设备中滤波器100的工作场景示意。本申请所提供的电子设备包括至少两个导体101，每个导体101穿过一个滤波器100的滤波腔40，并经由滤波器100对各个导体101形成滤波。

导体101用于实现电子设备中的信号传输功能。当导体101的数量为两个时，两个导体101平行且间隔延伸，两个导体101可用于传输差分信号。滤波器100设于电子设备中，每个导体101穿过一个滤波器100中的滤波腔40，滤波器100用于对导体101形成滤波效果。

如图4所示，当两个导体101携带共模干扰的电流穿过滤波器100时，由于共模干扰电流的同向性，会在磁环20内产生同向磁场而增大磁环20的感抗，使得磁环20表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果。两个导体101内的共模干扰信号被磁环20的高阻抗拦截而大幅衰减，进而达到滤波器100对两个导体101的共模干扰电流滤波的效果。

如图5所示，当两个导体101携带差模干扰的电流穿过滤波器100时，由于差模干扰电流的异向性，会在中柱30内产生同向磁场。此时并排的两个滤波腔40组合为差模磁芯，差模磁芯具有高饱和磁通密度值的抗饱和能力。两个导体101内的差模干扰信号被拦截过滤，进而达到滤波器100对两个导体101的差模干扰电流滤波的效果。

其中，差模干扰通常因为电子设备漏电形成输入电流大于输出电流时造成电流不平衡造成。

可见，本申请滤波器中，中柱30主要用于在导体101携带差模干扰的电流时，对差模干扰进行滤波。且为了保证滤波效果，需要中柱30参与形成的差模磁芯具有较高的饱和磁通密度值和抗饱和能力。

在一种实施例中，对于本申请滤波器100，需要限定中柱30具备较高的磁导率，以保证滤波腔40在形成的差模磁芯具有较高的饱和磁通密度值和抗饱和能力。

进一步的，因为中柱30内产生的同向磁场方向平行于中柱30的长度方向，本申请滤波器100还限定中柱30沿自身长度方向的磁导率高于中柱30沿垂直于自身长度方向的磁导率，以保证滤波腔40所形成的差模磁芯性能和耐大电流能力。

对中柱30的磁导率控制，可以通过控制中柱30的材料和预磁化工艺获得。其中，本申请滤波器100中中柱30可以采用纳米晶合金、铁氧体、硅钢、铁钴非晶或金属磁粉芯的材料制备。

然后，在热处理过程中对中柱30加热到400℃左右并同步预磁化，使得中柱30沿自身长度方向的磁导率增大，并达到本申请滤波器100的性能要求。在一种实施例中，中柱30沿自身长度方向的磁导率与中柱30沿垂直于自身长度方向的磁导率的比值大于或等于1.5:1。

由此，本申请滤波器100基于性能需求，针对性的调整了中柱30的磁导率方向，从而提升了滤波腔40所形成的差模磁芯的饱和磁通密度值和抗饱和能力，并使得滤波器100可耐大电流。同时，本申请滤波器100的结构相对简单、体积小，有利于滤波器100的加工和小型化。

需要提出的是，中柱30在经过预磁化之后，改变的是中柱30的各方向磁导率，而非使得中柱30具有磁性。中柱30是在放入具有磁性的磁环20的内圈之后，被磁环20磁化并具备磁性的。也即，本申请滤波器100的磁环20具备磁性。在一种实施例中，磁环20的材质可以为纳米晶合金、铁氧体、硅钢、铁钴非晶或金属磁粉芯。

另一方面，前述中提到中柱30的数量可以为两个或两个以上，各个中柱30分别平行且间隔排列与磁环20的内圈中，多个中柱30用于将磁环20的内圈分隔形成多个并排的滤波腔40。例如，当中柱30的数量为两个时，磁环20内形成有三个并排的滤波腔40。此时电子设备可以为电机，电机中的三相交流电(UWV)可以分别经一个导体101穿过滤波器100的一个滤波腔40，本申请滤波器100得以对电子设备中的三相交流电形成差共模滤波的功能。

在一种实施例中，中柱30采用纳米晶合金制作。纳米晶合金具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低矫顽力、低功耗等特点，综合磁性能优异。其饱和磁感应强度高达1.2T、100k磁导率高达3w以上，矫顽力低于1.6A/m。

在一种实施例中，当中柱30采用纳米晶合金制备时，可以采用材质为1k107B的铁基纳米晶合金制备。具体的，铁基纳米晶合金可以为片材，中柱30可以采用多层纳米晶合金片堆叠形成，且每层纳米晶合金片的厚度介于0.5-1.5mm之间。

一种实施例，中柱30中纳米晶合金片堆叠的方向平行于两个滤波腔40的排列方向。

一种实施例，沿垂直于磁环20所在平面的方向，中柱30的厚度介于2-10mm之间。

一种实施例，中柱30的外表面粗糙度介于Ra12.5-Ra25之间。该表面粗糙度的限定也可以为纳米晶合金片的表面粗糙度限定。对中柱30的表面粗糙度限定可以降低涡流效应，减少滤波器100的损耗，同时有利于次传导，提高中柱30的磁导率。

当中柱30采用多层纳米晶合金片堆叠形成时，多层纳米晶合金板材经过堆叠、热处理、真空、真空浸渍、烘干固化形成大纳米晶片体。大纳米晶片体通过分割形成所需尺寸的纳米晶片体，纳米晶片体通过胶水粘接形成纳米晶合金的中柱30。

后续，可以通过注塑制作壳体10，并将磁环20和中柱30通过胶水粘接于壳体10的底壳13上，再安装壳体10的上壳14以得到滤波器100。其中，壳体10的材料(即底壳13和上壳14的材料)可以为塑料。进一步的，壳体10的内腔与磁环20及中柱30之间的间隙还可以填充胶水，以固定磁环20和中柱30在壳体10中的位置。

在一种实施例中，如图1和图2所示，壳体10还包括两个支耳11，两个支耳11分列壳体10的主体的相对两侧，两个支耳11用于实现滤波器100在电子设备中的固定连接。在图示的实施例中，两个支耳11还固定于底壳13上，并与底壳13设置为一体结构。可以理解的，支耳11的材料也可以与底壳13设置为相同的塑料。

在一种实施例中，每个支耳11内还设有一个金属连接环12。金属连接环12用于提升支耳11的刚强度，以便于滤波器100在电子设备中的安装和固定。

在一种实施例中，金属连接环12的内部还可以加工形成螺纹，电子设备通过与螺纹相配合的螺栓实现对滤波器100的安装和固定。

一种实施例请参见图6。中柱30包括沿自身长度方向包括相对的两个配合端31。任意一个配合端31与磁环20之间相互贴合，或间隙小于或等于1mm。也即，中柱30的端部(配合端31)与磁环20之间可以直接贴合，或者中柱30的端部(配合端31)与磁环20之间留有气隙。

对于中柱30的配合端31与磁环20之间留有气隙的实施例，可使得滤波器100存在高的直流偏置能力，进而提升滤波器100耐大电流的能力。

可以理解的，在一些实施例中，中柱30的两个配合端31与磁环20之间的距离相等。也即，中柱30的两个配合端31可以分别与磁环20直接贴合，或者中柱30的两个配合端31与磁环20之间的距离尺寸(气隙的宽度)相等。一种实施例，中柱30的两个配合端31与磁环20之间的距离尺寸(气隙的宽度)介于0.1-1mm之间，进而提升滤波器100的耐大电流性能。

图7和图8分别示意了现有技术滤波器和本申请滤波器100在同样规格和条件下的滤波测试效果。其中图7示意了现有技术滤波器仅设置磁环20结构的滤波效果，图8示意了本申请滤波器100增设中柱30结构的滤波效果。

在图7和图8的示意中，纵坐标为干扰信号噪声，横坐标为电流的频率。图7和图8中的粗实线为行业标准所规定的噪声峰值极限；图7和图8中的点划线则为行业标准所规定的噪声均值极限。

在图7和图8的示意中，颜色较深的波形对应信号的噪声峰值，颜色较浅的波形对应信号的噪声均值。

请同步参见下表1和表2所示的现有技术滤波器和本申请滤波器100在同样规格和条件下的滤波测试效果数值表。其中表1示意了现有技术滤波器仅设置磁环20结构的滤波效果数值表，表2示意了本申请滤波器100增设中柱30结构的滤波效果数值表。

表1

表2

结合图7、图8、表1和表2可以看到，相较于现有技术滤波器的滤波效果，本申请滤波器100在设置中柱30的结构之后，起到了收拢磁力线(噪声峰值和噪声均值接近)的效果，从而使得磁环20可以获得更高的电感值，还同时具备了抑制导体101中差共模干扰的作用，可以有效的保护电子设备。

需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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所述特征。在本申请的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

应当理解的是，本申请的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本申请所附权利要求的保护范围。本领域的一般技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本申请权利要求所作的等同变化，仍属于本申请所涵盖的范围。

Claims (11)

1.一种滤波器，其特征在于，包括壳体、磁环和中柱，所述壳体具有内腔，所述磁环和所述中柱均固定于所述内腔中，所述磁环为环状，所述中柱位于环状的所述磁环的内圈，并将所述磁环的内圈分隔为相间隔的至少两个滤波腔。

2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述中柱沿自身长度方向的磁导率高于沿垂直于自身长度方向的磁导率。

3.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述中柱沿自身长度方向的磁导率与所述中柱沿垂直于自身长度方向的磁导率的比值大于或等于1.5:1。

4.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述中柱沿自身长度方向包括相对的两端，所述中柱的任意一端与所述磁环之间贴合，或间隙小于或等于1mm。

5.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述中柱的材质为纳米晶合金、铁氧体、硅钢、铁钴非晶或金属磁粉芯；和/或，

所述磁环的材质为纳米晶合金、铁氧体、硅钢、铁钴非晶或金属磁粉芯；和/或，

所述壳体的材质为塑料。

6.根据权利要求5所述的滤波器，其特征在于，所述中柱采用多层纳米晶合金片堆叠形成，且每层所述纳米晶合金片的厚度介于0.5-1.5mm之间。

7.根据权利要求1～6任一项所述的滤波器，其特征在于，沿垂直于所述磁环所在平面的方向，所述中柱的厚度介于2-10mm之间。

8.根据权利要求1～6任一项所述的滤波器，其特征在于，所述中柱的外表面粗糙度介于Ra12.5-Ra25之间。

9.根据权利要求1～6任一项所述的滤波器，其特征在于，所述中柱的数量为多个，多个所述中柱平行且间隔排列于所述磁环的内圈，并将所述磁环的内圈分隔为并排的多个滤波腔。

10.根据权利要求1～6任一项所述的滤波器，其特征在于，所述壳体包括两个支耳，两个所述支耳分列所述壳体主体的相对两侧，且所述支耳内设有金属连接环。

11.一种电子设备，其特征在于，包括至少两个导体和如权利要求1-10任一项所述的滤波器，每个所述导体穿过一个所述滤波器的滤波腔。