共模电感、滤波器和冰箱的制作方法

1.本实用新型涉及电器相关技术领域，尤其是涉及一种共模电感、滤波器和冰箱。


背景技术：

2.相关技术中，冰箱通常使用环形共模电感进行滤波，这种环形共模电感生产效率低、一致性差、高频效果差，电磁干扰(electromagnetic interference，emi)滤波性能不能高低频兼顾，常需要另一个元件(如磁珠)配合来抑制高频，这样会增加成本和占用更大的pcb面积。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种共模电感，能够使共模电感具有较佳的高频性能，有利于减少滤波器元件的级数和体积，适用于冰箱。
4.本实用新型还提供包括上述共模电感的滤波器及其冰箱。
5.根据本实用新型的第一方面实施例的共模电感包括：
6.磁芯，包括上磁轭和下磁轭，所述上磁轭与所述下磁轭之间连接有第一磁柱和第二磁柱，所述第一磁柱和所述第二磁柱并排且间隔设置；
7.线圈，绕设于所述第一磁柱和所述第二磁柱；
8.其中，所述磁芯的磁材面积占比为p，所述磁芯的高度为h，所述磁芯的长度为l，所述第一磁柱和所述第二磁柱的直径相等且均为d，所述上磁轭与所述下磁轭之间的距离为h1，满足：
9.根据本实用新型实施例的共模电感，至少具有如下有益效果：
10.共模电感的磁芯采用上磁轭、下磁轭、第一磁柱和第二磁柱组合的结构，第一磁柱和第二磁柱连接在上磁轭与下磁轭之间，线圈分别绕设在第一磁柱和第二磁柱上，磁芯的磁材面积占比为p，磁芯的高度为h，磁芯的长度为l，第一磁柱和第二磁柱的直径相等且均为d，上磁轭与下磁轭之间的距离为h1，满足也即是磁材沿高度方向的截面面积在整个磁芯上所占的面积比例至少达到80％，能够使共模电感不饱和，具有较佳的高频性能，有利于减少滤波器元件的级数和体积，使共模电感应用于冰箱时有效解决因饱和导致失效而不能达成滤波目标的问题。
11.根据本实用新型的一些实施例，所述磁芯的高度h满足：25mm≤h≤28mm。
12.根据本实用新型的一些实施例，所述磁芯的长度l满足：24mm≤l≤26mm。
13.根据本实用新型的一些实施例，所述第一磁柱和所述第二磁柱的直径d满足：8.5mm≤d≤10.5mm。
14.根据本实用新型的一些实施例，所述上磁轭与所述下磁轭的高度相等且均为h2，满足：6.4mm≤h2≤8.4mm。
15.根据本实用新型的一些实施例，所述上磁轭的宽度和所述下磁轭的宽度均为w，满足：w＝d。
16.根据本实用新型的一些实施例，沿所述共模电感的高度方向，所述第一磁柱的线圈圈数为n1,所述第二磁柱的线圈圈数为n2，满足：n1＝n2。
17.根据本实用新型的一些实施例，所述线圈由扁线绕制而成。
18.根据本实用新型的一些实施例，所述第一磁柱与所述第二磁柱之间设有隔板。
19.根据本实用新型的第二方面实施例的滤波器，包括第一方面实施例所述的共模电感。
20.滤波器采用了上述实施例的共模电感的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
21.根据本实用新型的第三方面实施例的冰箱，包括第二方面实施例所述的滤波器。
22.冰箱采用了上述实施例的滤波器的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
23.本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。
附图说明
24.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
25.图1是本实用新型一实施例的磁芯的立体结构示意图；
26.图2是本实用新型一实施例的磁芯的正面结构示意图；
27.图3是本实用新型一实施例的磁芯的侧面结构示意图；
28.图4是本实用新型一实施例的磁芯与线圈连接的示意图。
29.附图标记：
30.磁芯100；上磁轭110；下磁轭120；第一磁柱130；第二磁柱140；间隙150；
31.线圈200。
具体实施方式
32.下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
33.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示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实用新型的限制。
34.在本实用新型的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
35.本实用新型的描述中，需要说明的是，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
36.本实用新型的描述中，一些实施例、具体实施例等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。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或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
37.目前冰箱上通常使用环形共模电感进行滤波，这种环形共模电感生产效率低、一致性差、高频效果差，emi滤波性能不能高低频兼顾，且常需要另一个元件(如磁珠)配合来抑制高频，这样会增加成本和占用更大的pcb面积。
38.在业界中电视等黑电产品很普遍的使用sq扁线共模电感，这种扁线共模电感具有生产自动化程度高、一致性好、高频效果好等优点，然而将与常用的环形共模电感的外形尺寸和感值相当的这种扁线共模电感安装在冰箱上，在测试骚扰电压时，150khz-500khz低频段曲线有很多尖刺，读点超标严重，低频段干扰高，说明共模电感已经失效，而再次换上常用的环形共模电感，测试又恢复正常，证实扁线共模电感应用于冰箱时会饱和导致失效，从而不能达成滤波目标，目前业界一直没有找到失效的原因以及解决这个问题。
39.本实用新型的目的在于将扁线共模电感应用在冰箱上，在设计扁线共模电感时，考虑到冰箱区别于电视等产品，由于共模泄漏电流和差模工作电流共同作用下容易使得扁线共模电感饱和，业界常常只考虑到差模电流引起饱和，而忽视共模电流引起饱和，一般认为共模电流很小，然而冰箱的变频电路产生的共模电流却是很大的，因此造成扁线共模电感失效。
40.基于此，本实用新型实施例提供的共模电感适用在冰箱上，针对由于共模电感的磁芯饱和引起共模电感失效的原因，实施例中磁芯的磁材面积占比达到80％以上，能够使共模电感不饱和，具有较佳的高频性能，有利于减少滤波器元件的级数和体积，使共模电感应用于冰箱时有效解决因饱和导致失效而不能达成滤波目标的问题。
41.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，以下所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，并非全部实施例。
42.参考图1至图4描述本实用新型实施例的共模电感，该共模电感适用于冰箱，下面以具体示例对共模电感进行说明。
43.参照图1和图2所示，实施例提供的共模电感包括磁芯100和线圈200，其中，磁芯100包括上磁轭110、下磁轭120、第一磁柱130和第二磁柱140，第一磁柱130和第二磁柱140连接在上磁轭110和下磁轭120之间，第一磁柱130和第二磁柱140并排且间隔设置，线圈200绕设在第一磁柱130和第二磁柱140上形成绕组。
44.参照图1所示，磁芯100整体大致呈方形，磁芯100可以是铁氧化体材质，在第一磁柱130和第二磁柱140上分别形成线圈200，两个线圈200绕在同一铁芯上，实施例的共模电感可理解为方形共模电感。当电路中的正常电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈200中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常信号电流主要受线圈200电阻的影响；当有共模电流流经线圈200时，由于共模电流的同向性，会在线圈200内产生同向的磁场而增大线圈200的感抗，使线圈200表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，
达到滤波的目的。
45.考虑到变频冰箱使用共模电感易饱和的原因，主要有以下几点：相较于电视等黑电产品，变频冰箱功率更大，会有更大的工作电流(差模电流)，变频冰箱有较大的变频载波泄漏电流(共模电流)，而黑电产品一般没有变频电路，也就没有变频载波泄漏电流。而且相对于传统的环形共模电感，感值和尺寸相当的共模电感磁芯100截面面积较小，且漏感更大。
46.由于共模电感安装在冰箱上出现失效的原因主要由磁芯100饱和引起，根据磁密公式b＝u*n*i/le，在磁芯100材料磁导率u不变、磁路长度le不能增加(电感高度尺寸受限)、电流不变(冰箱工作需求)的情况下，要减小磁密b就要减小线圈匝数n。而且，根据电感公式l＝u*n2*ae/le，在感值不能减小(emi滤波需求)、以及在u、le不变的情况下，要减小n就要加大ae，也就是说，可以通过加大截面面积ae、减小匝数n来减小磁芯100的磁密，以使得共模电感不饱和。
47.可以理解的是，实施例在设计共模电感的磁芯100时，将磁芯100的磁材面积占比设置满足至少达到80％。具体来说，磁芯100的磁材面积占比为p，磁芯100的高度为h，磁芯100的长度为l，第一磁柱130和第二磁柱140的直径相等且均为d，上磁轭110与下磁轭120之间的距离为h1，满足其中，h*l为磁芯100整体的正面面积。如图1所示，由于磁芯100上在第一磁柱130和第二磁柱140之间具有间隙150，磁芯100的磁材实际所在的面积应该磁芯100整体的面积减去间隙150位置的面积，即h*l-(l-2d)*h，从而得到磁芯100的磁材面积，也可以理解为磁芯100沿高度方向磁材的截面面积，根据磁芯100的磁材面积与整体面积的比值可得到磁材面积占比。
48.需要说明的是，磁芯100的磁材面积占比p与磁芯100的高度h、长度l、第一磁柱130和第二磁柱140的直径d、上磁轭110与下磁轭120之间的距离h1相关，可通过不同的尺寸配合设置来设计磁芯100，满足磁芯100的磁材面积占比达到80％以上，使设计更加合理，避免出现磁材面积占比满足要求但磁芯100尺寸过大而无法使用的情况，成本也可以得到控制。
49.根据磁密公式b＝u*n*i/le和电感公式l＝u*n2*ae/le，可知，在磁芯100的磁材面积占比满足达到80％以上的情况下，能够减小磁芯100的磁密，从而使共模电感不饱和，具有较佳的高频性能，有利于减少滤波器元件的级数和体积，使共模电感应用于冰箱时有效解决因饱和导致失效而不能达成滤波目标的问题，尤其适用于变频冰箱。
50.参照图2所示，图2所示为磁芯100的正面视图，实施例中，磁芯100的高度h为26.8mm(毫米)，磁芯100的长度l为25mm，磁芯100的整体面积为h*l＝26.8mm*25mm＝670mm2。可理解到，磁芯100的高度和长度均可具有一定的偏差，其中，磁芯100的高度h的尺寸范围为25mm-28mm，磁芯100的长度l的尺寸范围为24mm-26mm，例如，磁芯100的高度可以是25mm、27.5mm、28mm等，磁芯100的长度可以是24mm、25.5mm、26mm等。
51.需要说明的是，参照图2所示，上磁轭110连接在第一磁柱130和第二磁柱140的上端，下磁轭120连接在第一磁柱130和第二磁柱140的下端，第一磁柱130位于左侧，第二磁柱140位于右侧，上磁轭110的上端面与下磁轭120的下端面之间的距离为磁芯100的高度，磁芯100整体沿左右方向两侧之间的距离为磁芯100的长度。
52.可理解到，根据磁密公式bmax＝u*n*i/le可知，在设定最大磁密bmax、磁导率u、已
知电流i、磁路le情况下，可以确定线圈圈数n，该线圈圈数为沿高度方向绕线缠绕在第一磁柱130或第二磁柱140上的圈数，其中，第一磁柱130的线圈圈数为n1,第二磁柱140的线圈圈数为n2，满足n1＝n2。
53.参照图4所示，实施例中线圈200采用扁线绕制而成，该扁线具体为扁平的铜线，实施例的共面电感也可理解为扁线共模电感，其中，扁线的厚度为a，扁线的宽度为b，扁线的宽度大于厚度，使扁线呈扁平状。根据工作电流可确定扁线的截面面积a*b要求，在已知扁线的厚度a和宽度b情况下，根据圈数n，可以确定磁芯100绕线柱高度c＝a*n，也就是说，可以得到第一磁柱130和第二磁柱140的高度，相当于上磁轭110与下磁轭120之间的距离h1。例如，扁线的厚度a＝0.8mm，n1＝n2＝20时，第一磁柱130和第二磁柱140的高度均为16mm。
54.根据电感公式l＝u*n2*ae/le，在已知感值l(emi滤波需求)、磁导率u，已确定绕线圈数n、磁路le情况下，可以确定截面面积ae，实施例中电感感值达到10mh，然后根据ae＝π*(d/2)2即可以确定第一磁柱130和第二磁柱140的直径d。
55.参照图2和图3所示，需要说明的是，上磁轭110的宽度和下磁轭120的宽度均为w，且满足w＝d，也就是说，上磁轭110的宽度、下磁轭120的宽度、第一磁柱130的直径和第二磁柱140的直径均相等，上磁轭110和下磁轭120的宽度也可理解为磁芯100上下两端的厚度。在确定第一磁柱130和第二磁柱140的直径d的情况下，进而可以确定磁芯100的厚度w＝d。
56.参照图2所示，实施例中，第一磁柱130和第二磁柱140的直径d为9.5mm，即磁芯100的厚度也为9.5mm。在一些实施例中，第一磁柱130和第二磁柱140的直径的尺寸范围为8.5mm-10.5mm，例如，第一磁柱130的直径和第二磁柱140的直径均为8.5mm、9mm、10.5mm等。
57.可以理解的是，根据截面面积ae和两磁柱的直径d，可以确定上磁轭110和下磁轭120的高度，实施例中，上磁轭110的高度与下磁轭120的高度相等且均为h2，h2＝7.4mm。在一些实施例中，上磁轭110与下磁轭120的高度尺寸范围为6.4mm-8.4mm，例如，上磁轭110的高度与下磁轭120的高度均为6.4mm、7mm、8.4mm等。
58.需要说明的是，实施例中在第一磁柱130与第二磁柱140之间设有隔板(附图未示出)，即隔板设置在间隙150位置，通过隔板可以隔开第一磁柱130和第二磁柱140上的线圈200，且有利于稳定线圈200的结构。
59.参照图2所示，可理解到，根据上磁轭110和下磁轭120的高度h2、上磁轭110与下磁轭120之间的距离h1，可以得到磁芯100的总高度h＝h1+2h2。根据第一磁柱130和第二磁柱140的直径d、第一磁柱130与第二磁柱140之间的间距l1，可以得到磁芯100的总长度l＝2d+l1。由此可确定磁芯100的整体尺寸，通过上述的设计方法能够针对一定功率的冰箱定制，使得共模电感满足使用要求的情况下尺寸达到足够小，既节省安装空间，又有利于降低成本。
60.参照图2和图3所示，具体来说，通过上述方法能够得到较小尺寸且性能满足要求的磁芯100，磁芯100的高度h＝26.8mm，磁芯100的长度l＝25mm，第一磁柱130和第二磁柱140的直径d＝9.5mm，上磁轭110与下磁轭120的高度h2＝7.4mm，h1＝h-2h2＝12mm，将上述尺寸参数代入到进行计算，得到磁芯100的磁材面积占比为89％，从而能够使共模电感不饱和，有效解决因饱和导致失效而不能达成滤波目标的问题。
61.本实用新型实施例还提供的滤波器(附图未示出)，滤波器应用上述实施例的共模
电感。共模电感用在冰箱上，共模电感的磁芯100的磁材面积占比大于等于80％，甚至达到89％以上，能够使共模电感不饱和，具有较佳的高频性能，有利于减少滤波器的共模电感级数和体积，有效解决因饱和导致失效而不能达成滤波目标的问题。
62.本实用新型实施例还提供的冰箱(附图未示出)，冰箱应用上述实施例的滤波器。由于冰箱采用了上述实施例的滤波器的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再赘述。
63.上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。