[發(fā)明專利]電感磁芯、電感器及電磁干擾濾波器

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202310415154.6
• 申請日: 2023-04-18
• 公開（公告）號: CN116525259A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉朝輝;孟昭鶴;恩里科·維科;福斯托·斯特拉;大衛(wèi)·西坦蒂;拉杜·博喬;鄒廣才;原誠寅
• 申請（專利權(quán)）人: 北京國家新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心有限公司
• 主分類號: H01F27/24
• 分類號: H01F27/24;H01F27/26;H01F27/34;H03H7/01
• 代理公司: 北京思創(chuàng)大成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11614
• 代理人: 張立君

本發(fā)明公開了一種電感磁芯、電感器及電磁干擾濾波器，該電感磁芯包括：E型磁芯和I型磁芯；E型磁芯包括基部磁芯，基部磁芯的一側(cè)表面設(shè)有沿垂直于基部磁芯表面方向延伸的第一磁芯柱、第二磁芯柱和中央磁芯柱，第一磁芯柱、第二磁芯柱和中央磁芯柱遠(yuǎn)離基部磁芯的一端表面齊平；第一磁芯柱、第二磁芯柱和中央磁芯柱遠(yuǎn)離基部磁芯的一端表面與I型磁芯的一側(cè)表面緊密貼合，在E型磁芯與I型磁芯之間形成兩個窗口；基部磁芯、第一磁芯柱、第二磁芯柱和I型磁芯的磁導(dǎo)率相同，中央磁芯柱的磁導(dǎo)率低于基部磁芯的磁導(dǎo)率。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在單個電感磁芯部件中集成共模濾波功能和差模濾波功能，減少電感器邊緣場效應(yīng)并增加電感磁芯的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于濾波器電感設(shè)計領(lǐng)域，更具體地，涉及一種電感磁芯、電感器及電磁干擾濾波器。

背景技術(shù)

電磁兼容性(EMC)主要研究的是電磁能量的產(chǎn)生、傳播和接收，以及這種能量可能引起的有害影響，例如電磁干擾(EMI)或者對器件造成的損壞。電磁兼容設(shè)計的主要目的在于確保所有設(shè)備能夠在常見的電磁環(huán)境中正常運行。通常將電磁發(fā)射劃分為輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射。遵照適當(dāng)?shù)钠帘魏驮贾靡?guī)則，能夠應(yīng)對輻射發(fā)射。而傳導(dǎo)發(fā)射則通過電導(dǎo)體的傳導(dǎo)來實現(xiàn)，因此需要使用專用的電磁干擾濾波器，才能有效地減少傳導(dǎo)發(fā)射。

在圖1中，展示了雙電平逆變器的常見結(jié)構(gòu)。將電磁干擾濾波器安裝在逆變器直流支撐電容器與直流連接端(如逆變器的外部接口)之間的位置。對于現(xiàn)代化電力電子系統(tǒng)而言，電磁干擾濾波器能夠在很大程度上影響變換器的體積、重量、損耗，因此此濾波器為關(guān)鍵性部件。電磁干擾濾波器主要用于滿足電磁干擾標(biāo)準(zhǔn)和/或法規(guī)要求，其中這些標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)用于規(guī)定變換器所產(chǎn)生電磁噪聲的限值(具體到變換器的輸出端子)。例如，如果用于電動汽車，則牽引逆變器電磁干擾濾波器的目的在于限制傳導(dǎo)到電池和汽車底盤的傳導(dǎo)電磁噪聲。需要注意的是，電磁干擾濾波器可以起到兩方面作用，一是減少變換器向周圍環(huán)境傳遞的噪聲，二是增強(qiáng)變換器對外界噪聲源的抗擾度。

總體來看，電磁干擾濾波器可確保：

限制逆變器的電磁發(fā)射量，從而防止周圍環(huán)境中的電子系統(tǒng)失靈。

增強(qiáng)逆變器對周圍環(huán)境噪聲源的電磁抗擾度。

電磁干擾濾波器通常由多個電容器和電感器組成，目的在于被動地濾除逆變器發(fā)出的噪聲，包括共模噪聲分量和差模噪聲分量。共模噪聲代表的是對兩個輸出導(dǎo)體(相對于共同參照物)產(chǎn)生相同影響的噪聲電壓分量。另一方面，差模噪聲代表的是剩余電壓噪聲分量，即在導(dǎo)體本體之間產(chǎn)生的電壓噪聲差。

在圖2中，展示了目前常用的直流側(cè)電磁干擾濾波器結(jié)構(gòu)，包括差模電容器(C_DM，1、C_DM，2)、差模電感器(L_DM)、共模電容器(C_CM)、共模電感器(L_CM)。可以看出，電磁干擾濾波器通過兩種單獨的電感器部件來分別對共模噪聲和差模噪聲進(jìn)行濾波，從而增加了物料清單(BOM)中的物料需求量。

同時，在常用的鐵氧體基電感器中，通常在不同的磁芯之間設(shè)計氣隙，例如在EI型磁芯中，在E型磁芯的中央磁芯柱與I型磁芯柱之間設(shè)計氣隙，設(shè)計氣隙目的在于防止發(fā)生磁飽和，并確定電感值大小(例如在已知繞組配置和電流的情況下)。空氣的磁導(dǎo)率為μ_air≈1，而磁芯的磁導(dǎo)率則為μ_core＞＞1，因此磁通量存在中等程度的不連續(xù)性，且這種現(xiàn)象在氣隙周圍更容易擴(kuò)散。通常將這種現(xiàn)象稱為邊緣磁通量或邊緣場。

然而，邊緣效應(yīng)會引發(fā)下列不良后果：

邊緣效應(yīng)會增加磁通量管的橫截面大小，從而降低磁路的磁阻，導(dǎo)致電感值，進(jìn)而有可能會對磁芯的磁飽和產(chǎn)生直接的影響。尤其是，難以對邊緣磁通量進(jìn)行估算，因此也難以精確地對電感值進(jìn)行估算。

在氣隙周圍的任何傳導(dǎo)性材料中，邊緣磁通量均能產(chǎn)生額外的渦流。感應(yīng)產(chǎn)生的渦流，除了增加電感器的損耗外，還能夠在繞組內(nèi)部形成局部的熱點。