CN107093515A - 一种电感、变压器及电气设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到通信技术领域，公开了一种电感、变压器及电气设备。该电感和变压器均包括：线圈；与所述线圈电绝缘的金属导体，所述金属导体设置在切割所述线圈漏磁通磁力线的位置，且所述金属导体感应形成抑制所述线圈漏磁的磁场。在上述技术方案中，通过设置的金属导体感应形成抑制所述线圈漏磁的磁场与漏磁抵消，从而降低了电子产品漏磁对其他电子产品的影响，提高了电子产品之间电磁兼容的效果。

Description

一种电感、变压器及电气设备
技术领域
本发明涉及到通信技术领域，尤其涉及到一种电感、变压器及电气设备。
背景技术
目前，电子产品电磁兼容问题越来越受到人们的重视，尤其是世界上发达国家，已经形成了一套完整的电磁兼容体系，同时我国也正在建立电磁兼容体系，因此，实现产品的电磁兼容是进入国际市场的通行证。对于开关电源来说，由于开关管、整流管工作在大电流、高电压的条件下，对外界会产生很强的电磁干扰，因此开关电源相对其它产品来说更加难以实现电磁兼容。
开关电源的传导骚扰是通过电源的输入电源线向外传播的电磁干扰，测试频率范围为150kHz～30MHz，限值如下表一所示
表一
通常，为满足电源端口传导骚扰限值，会在开关电源与电源输入线之间增加滤波电路。该电路的作用是减小沿电源输入线传播的开关电源的传导骚扰。在业界，常见的滤波电路由电感和电容组成，如图1所示。电源端口传导骚扰不满足限值线要求，是电源端口常见的电磁兼容问题。要解决该问题，首先需要了解电磁兼容问题的三个要素：骚扰源、耦合途径、接收器。
骚扰源：发射干扰的源头
耦合途径：传播干扰的载体
接收器：被干扰的对象
通常针对该三要素中的任意一个实施有效对策方案，都能够解决问题。
随着电源功率越来越高，器件布局密度越来越大，电源内部及内外部电磁耦合问题也越来越严重。而常见的开关电源与滤波电路的电磁耦合则会导致滤波电路的滤波效果降低，从而导致电源传导骚扰测试不通过，成为电源产品设计的痛点。
发明内容
本发明提供了一种电感、变压器及电气设备，用以改善电感和变压器的漏磁情况，提高电气设备的电磁兼容性。
第一方面，提供了一种电感，该电感包括：
线圈；
与所述线圈电绝缘的金属导体，所述金属导体设置在切割所述线圈漏磁通磁力线的位置，且所述金属导体感应形成抑制所述线圈漏磁的磁场。
在上述技术方案中，通过设置的金属导体感应形成抑制所述线圈漏磁的磁场与漏磁抵消，从而降低了电子产品漏磁对其他电子产品的影响，提高了电子产品之间电磁兼容的效果。
在一个具体的方案中，该电感还包括铁芯，所述线圈缠绕在所述铁芯上，且所述金属导体固定在所述铁芯上。通过铁芯支撑线圈，且将金属导体设置在铁芯上，方便金属导体的固定。
在具体设置时，金属导体可以采用不同的结构，在铁芯采用回字形结构，时，金属导体采用框形金属导体，在铁芯采用柱状结构时，金属导体采用平板型金属导体。
为了使得尽可能多的磁力线穿过金属导体，在金属导体设置时，所述金属导体与所述线圈之间的距离小于10mm。从而保证尽可能多的磁力线穿过金属导体，在一个优选的实施例中，较佳的，所述金属导体与所述线圈之间的距离介于2～5mm。
为了进一步的提高磁力线穿过金属导体，更佳的，所述金属导体与所述线圈轴线的夹角介于60°～90°之间。
为了提高消磁的效果，较佳的，金属导体包括多层层叠的金属片状结构。通过每层金属片状结构形成的磁场进行消磁。
第二方面，提供了一种变压器，该变压器包括：
铁芯：
缠绕在所述铁芯上的线圈；
与所述线圈电绝缘的金属导体，所述金属导体设置在切割所述线圈漏磁通磁力线的位置，且所述金属导体感应形成抑制所述线圈漏磁的磁场。
在上述技术方案中，通过设置的金属导体感应形成抑制所述线圈漏磁的磁场与漏磁抵消，从而降低了电子产品漏磁对其他电子产品的影响，提高了电子产品之间电磁兼容的效果。
在一个具体的实施例方式中，所述金属导体固定在所述铁芯上。方便金属导体的固定。
在具体设置时，金属导体可以采用不同的结构，在铁芯采用回字形结构，时，金属导体采用框形金属导体，在铁芯采用柱状结构时，金属导体采用平板型金属导体。
为了使得尽可能多的磁力线穿过金属导体，在金属导体设置时，所述金属导体与所述线圈之间的距离小于10mm。从而保证尽可能多的磁力线穿过金属导体，在一个优选的实施例中，较佳的，所述金属导体与所述线圈之间的距离介于2～5mm。
为了进一步的提高磁力线穿过金属导体，更佳的，所述金属导体与所述线圈轴线的夹角介于60°～90°之间。
为了提高消磁的效果，较佳的，金属导体包括多层层叠的金属片状结构。通过每层金属片状结构形成的磁场进行消磁。
此外，还提供了一种电气设备，该电气设备包括上述任一项所述的电感和/或上述任一项所述的变压器。
在上述技术方案中，通过设置的金属导体感应形成抑制所述线圈漏磁的磁场与漏磁抵消，从而降低了电子产品漏磁对其他电子产品的影响，提高了电子产品之间电磁兼容的效果。
附图说明
图1为现有技术中的电气设备的电磁兼容问题示意图；
图2为本发明实施例提供的电感的结构示意图；
图3为本发明另一实施例提供的电感的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的楞次定律的原理图；
图5为本发明实施例提供的电感的原理图；
图6a为现有技术中的电感的磁感应强度仿真图；
图6b为本发明实施例提供的电感的磁感应强度仿真图；
图7a为现有技术中的电气设备采用现有技术中的电感时，电源传导骚扰实测图；
图7b为本发明实施例提供的电气设备采用本发明实施例提供的电感时，电源传导骚扰实测图。
附图标记：
10-铁芯 20-线圈 30-金属导体
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明的实施例中，为了解决电子产品的电磁兼容问题，本实施例提供的电感或变压器根据楞次定律设置了消磁结构，以减少电子产品中产生的电磁干扰。其中电感及变压器产生电磁的部分均是线圈，且在本实施例中，电感与变压器中的消磁结构相同，下面首先说明电感的消磁结构。
本发明实施例提供了一种电感，该电感包括：
线圈；
与所述线圈电绝缘的金属导体，所述金属导体设置在切割所述线圈漏磁通磁力线的位置，且所述金属导体感应形成抑制所述线圈漏磁的磁场。
在上述实施例中，通过设置的金属导体感应形成抑制所述线圈漏磁的磁场与漏磁抵消，从而降低了电子产品漏磁对其他电子产品的影响，提高了电子产品之间电磁兼容的效果。
为了方便对本发明实施例提供的电感的理解，下面结合具体的实施例进行详细的说明。
为了方便理解本发明实施例提供的电感，下面详细说明本实施例采用的原理，如图5所示，根据楞次定律，当电感线圈通入交变电流时，线圈就产生交变磁场H1，该交变磁场H1在金属导体上会形成涡流，同时涡流产生感应磁场H2，H2与线圈产生的磁场H1方向相反，从而减弱了电感线圈的磁场辐射及耦合能力。
通过上述原理可以看出，在本实施例中，通过设置的金属导体可以有效地降低线圈的磁场辐射，提高电子产品之间的兼容性。
如图2所示，在一个具体的实施例中，该电感还包括铁芯10，所述线圈20缠绕在所述铁芯10上，且所述金属导体30固定在所述铁芯10上。通过铁芯10支撑线圈20，且将金属导体30设置在铁芯10上。在具体设置时，线圈20直接缠绕在铁芯10，该铁芯10的形状可以选择不同的形状，既可以选择柱状的结构，线圈20在缠绕时，可以外露在铁芯10的外部，也可以采用铁芯10将线圈20包裹起来，如图2所示。或者根据实际情况需要，金属导体30可以具有穿孔结构，如图3所示。在实际生产中，可以根据所需选择不同的铁芯10。
在具体设置时，金属导体30可以设置在不同的部件上，只需要满足线圈20发射出的交变磁场的磁场线能够穿过金属导体30即可。作为一种优选的实施例，金属导体30固定在所述铁芯10上，从而方便金属导体30的设置。并且在采用这种结构时，不影响器件散热和***散热；具体的，由于该方案增加的金属结构通常为平面结构，非密封结构，所以基本不影响器件本身的散热性。同时由于金属导体30设置在铁芯10上，应用该方案的磁性器件原始形态基本不变，所以对***散热没有影响，不会出现阻碍风道的情况。并且采用上述结构进行消磁时，消磁结构结构简单，易加工，可实现批量生产；具体的：该方案可以在电感出厂前完成，且结构简单，可实现批量生产。作为电感整体器件来说，不增加生产加工环节。
金属导体30为框形金属导体30或平板型金属导体30。具体的，如图2所示，在铁芯10采用柱状结构时，金属导体30为平板型金属导体30；如图3所示，在铁芯10采用回字形结构时，金属导体30为框形的金属导体30。无论金属导体30采用上述的哪种结构，金属导体30均为片状的结构，该金属导体30可以采用不同的金属制作，如金属导体30结构可以是铜箔、铝箔等电导率高的材料制作，且该金属导体30的厚度小的金属平面，在一个优选的实施例中，金属导体30可以采用多层结构设置，具体的，为了提高消磁的效果，金属导体30包括多层层叠的金属片状结构。通过每层金属片状结构形成的磁场进行消磁。在使用时，每个金属片状结构会产生一个感应磁场，且该感应磁场的方向与线圈20形成的交变磁场的方向相反，通过形成的多个感应磁场共同抵消交变磁场，从而进一步的降低了漏磁，提高了电子产品之间的磁场兼容性。
作为一种更佳的实施例，在具体设置时，金属导体30与所述线圈20轴线的夹角介于60°～90°之间。从而保证了更多的磁力线穿过金属导体30产生涡流，增加感应电场的强度，进一步降低磁场的耦合效应。具体的，金属导体30与线圈20轴线之间的夹角(即金属表面与线圈20轴线的夹角)可以为60°、70°、80°、90°等任意介于60°～90°之间的角度。较佳的，金属导体30的表面方向与漏磁通磁力线方向可以做到尽量垂直，且与器件距离近，可以贴合紧密，能够最大程度上抑制磁性器件的辐射/耦合；参考图4可以看出，线圈20产生的磁场的磁力线在线圈20外部，从线圈20的一端射出，另一端接收，位于线圈20端部的磁力线最密集，因此，当金属导体30的表面垂直于线圈20的轴线时，能够有更多的磁力线穿过金属导体30形成涡流，以增大感应磁场的强度。
更进一步的，由图4可以看出，为了使得更多的磁力线穿过金属导体30，金属导体30距离线圈20端部的距离越小越好，作为一种具体的实施例，所述金属导体30与所述线圈20之间的距离小于10mm。应当理解的是，金属导体30与线圈20之间绝缘，因此，两者之间的最小距离大于0，避免金属导体30与线圈20出现接触。作为一种更佳的实施例，所述金属导体30与所述线圈20之间的距离介于2～5mm。如2mm、3mm、4mm、5mm等任意介于2～5mm之间的距离。
为了方便理解本实施例提供的电感的消磁效果，下面结合仿真实验对其进行详细的说明。
如图6a和图6b所示，其中，图6a为现有技术中没有采用消磁结构的功率电感上方10mm处磁感应强度仿真。图6b为本实施例提供的功率电感上方10mm处磁感应强度仿真。该仿真采用基于Maxwell软件，针对应用本发明方案前后，功率电感正上方10mm处投影平面的磁感应强度幅度仿真云图。该云图为15级色阶，由蓝色到红色表示磁感应强度逐渐递增5.31倍，蓝色表示磁感应强度为2.6006E-05T(T：特斯拉)，红色表示磁感应强度为1.3810E-04T。
为了进一步说明本实施例提供的电感的消磁效果，如图7a和图7b所示，图7a为现有技术中未采用消磁效果的电感的实测图，图7b为本发明实施例提供的电感的实测图。该测试为某设备电源端口传导噪声频谱图，测试方法及测试布置参考EN 55022：2010 9.5章节。该频谱图中有两条限值线，两条频谱曲线。其中限值线为EN 55022：2010 5.1章节中规定的电源端口CLASS B限制线，分为Quasi-peak Limits和Average Limits。两条频谱曲线分别为两种不同检波方式(average detector和peak detector)对应的电源端口噪声频谱。由图7a和图7b的对比可以看出，本实施例提供的电感具有良好的消磁效果。
通过上述描述可以看出，本实施例提供的电感在采用消磁结构后具有良好的消磁效果，在采用上述结构时，不需要增加电源与功率电感之间的距离，也不需要金属结构屏蔽隔离。PCB布局面积零增加，且成本增加较低。且在一个具体实施例中，某电源模块与防雷功率电感近场磁场耦合导致电源传导骚扰测试超过限制线，在应用本技术方案后，电源传导骚扰测试数据减小6dB，保证了测试结果满足限制线要求。
并且在采用上述消磁结构时，由于采用一个设置在铁芯10上的金属导体30进行消磁，且通常只需要在电感上与漏磁通磁力线垂直的某一个特定表面增加一个面积很小的金属结构(如铜箔)，成本非常低；并且原因：由于增加的金属结构通常为平面结构，厚度一般不超过1mm，基本上可以做到不影响PCB布局面积，对磁性器件原始形态及尺寸改变较小，对整个设备的影响可以忽略不计。
本实施例还提供了一种变压器，该变压器包括：
铁芯：
缠绕在所述铁芯上的线圈；
与所述线圈电绝缘的金属导体，所述金属导体设置在切割所述线圈漏磁通磁力线的位置，且所述金属导体感应形成抑制所述线圈漏磁的磁场。
在上述实施例中，变压器中产生漏磁的也是线圈，进行消磁的也是采用金属导体，其结构以及原理与本实施例提供的电感的结构与原理相近似，在此不再详细的描述。
在具体限定是，金属导体的形状、设置方式以及与线圈的距离与本实施例提供的电感中的金属导体相同，即：所述金属导体固定在所述铁芯上。且所述金属导体为框形金属导体或平板型金属导体。在具体设置时，所述金属导体与所述线圈之间的距离小于10mm。作为一种优选的实施例，所述金属导体与所述线圈之间的距离介于2～5mm。更佳的，所述金属导体与所述漏磁通磁力线之间的夹角介于60°～90°之间。通过上述限定可以看出，本实施例提供的变压器的金属导体的形状及设置方式与本实施例提供的电感相同，在此不再详细赘述。
此外，本实施例还提供了一种电气设备，该电气设备包括上述的电感以及上述的变压器。
具体的，该电气设备包括开关电源，与开关电源连接的滤波电路以及与滤波器连接的接收器，其中，开关电源内设置有变压器，接收器内设置有功率电感。该变压器及功率电感上至少一个设置有金属导体进行消磁，从而避免了电气设备在使用时，开关电源与接收器之间出现耦合情况，提高了电气设备的使用效果。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (15)

1.一种电感，其特征在于，包括：
线圈；
与所述线圈电绝缘的金属导体，所述金属导体设置在切割所述线圈漏磁通磁力线的位置，且所述金属导体感应形成抑制所述线圈漏磁的磁场。
2.如权利要求1所述的电感，其特征在于，还包括铁芯，所述线圈缠绕在所述铁芯上，且所述金属导体固定在所述铁芯上。
3.如权利要求2所述的电感，其特征在于，所述金属导体为框形金属导体或平板型金属导体。
4.如权利要求1所述的电感，其特征在于，所述金属导体与所述线圈之间的距离小于10mm。
5.如权利要求4所述的电感，其特征在于，所述金属导体与所述线圈之间的距离介于2～5mm。
6.如权利要求1～5任一项所述的电感，其特征在于，所述金属导体与所述线圈轴线的夹角介于60°～90°之间。
7.如权利要求6所述的电感，其特征在于，所述金属导体包括多层层叠的金属片状结构。
8.一种变压器，其特征在于，包括：
铁芯：
缠绕在所述铁芯上的线圈；
与所述线圈电绝缘的金属导体，所述金属导体设置在切割所述线圈漏磁通磁力线的位置，且所述金属导体感应形成抑制所述线圈漏磁的磁场。
9.如权利要求8所述的变压器，其特征在于，所述金属导体固定在所述铁芯上。
10.如权利要求9所述的变压器，其特征在于，所述金属导体为框形金属导体或平板型金属导体。
11.如权利要求8所述的变压器，其特征在于，所述金属导体与所述线圈之间的距离小于10mm。
12.如权利要求11所述的变压器，其特征在于，所述金属导体与所述线圈之间的距离介于2～5mm。
13.如权利要求8～12任一项所述的变压器，其特征在于，所述金属导体与所述线圈轴线的夹角介于60°～90°之间。
14.如权利要求13所述的变压器，其特征在于，所述金属导体包括多层层叠的金属片状结构。
15.一种电气设备，其特征在于，包括如权利要求1～7任一项所述的电感和/或如权利要求8～14任一项所述的变压器。
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