CN101599341B - 导电绕组、其制造方法及应用该导电绕组的磁性元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种导电绕组、其制造方法及应用该导电绕组的磁性元件，其中导电绕组的制造方法包括下列步骤：(a)提供一模具；(b)进行电铸加工以在模具部分表面形成导电层；以及(c)将导电层相对于模具进行脱模，以制得具有多个主体及多个接脚、且为整片未经弯折的一体成型的导电绕组，以将导电绕组应用于磁性元件中。

Description

导电绕组、其制造方法及应用该导电绕组的磁性元件

技术领域

本发明涉及一种导电绕组、其制造方法及应用该导电绕组的磁性元件，尤其涉及一种薄型的导电绕组、其制造方法及应用该导电绕组的磁性元件。

背景技术

一般而言，电器设备中常设有许多磁性元件，如变压器、电感元件等，而为了响应电器设备的薄型化，磁性元件及内部使用的导电绕组也需要朝薄型化的趋势发展，以减小电器设备的整体体积。

以变压器为例，现有的磁性元件将导线缠绕于绕线基座上以作为变压器的初级绕线和次级绕线，由于绕线基座必须保留一定的空间供初级、次级绕线缠绕，所以难以减小变压器的体积。虽然目前已有利用裁切的铜片制成导电绕组取代变压器绕线的技术，该技术可缩小导电绕组的厚度，然而若要制成多圈的导电绕组，需要将裁切的单片铜片通过焊接彼此连结，或将裁切的整片铜片经折叠而形成，换言之，其都需要在裁切铜片后进行额外的焊接或折弯步骤，因此制造过程较为复杂，且导电绕组易因焊接媒介或折叠而造成厚薄不一的现象，或因弯折而产生折痕及结构损伤，这些都会增加电能损耗，又当弯折较薄的铜片时，还容易造成铜片断裂，进而影响导电绕组的电性及变压器的效率和产品合格率。

即便目前也有利用机械直接弯绕宽度大于厚度的扁平式导线而制成多圈导电绕组的技术，可降低导电绕组的电能损耗，但应用这种制作过程的导线的宽/厚比通常须小于20，换言之，当导线厚度降低或宽/厚比提高时，利用弯绕方式产生的导电绕组可能会因扁平导线的延展性不足，造成导电绕组的外径破裂而内径产生皱折等现象而无法成型。此外，由于一根导线仅有两个端点，所以利用弯绕的方式所制成的导电绕组仅能延伸出两个接脚，也限制了这种导电绕组的应用范围；而若欲增加导电绕组的接脚，又必须利用焊接等加工方式另行增设，使制造过程变得繁琐冗长。由此可知，现有的技术都难以兼顾减小导电绕组厚度及提高导电绕组的电性等要求。

有鉴于此，如何发展一种导电绕组、其制造方法及应用该导电绕组的磁性元件以解决现有技术的诸多缺点，实为本领域技术人员目前所迫切需要解决的问题。

发明内容

有鉴于现有技术中存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种导电绕组、其制造方法及应用该导电绕组的磁性元件，以兼顾导电绕组的电性和薄型化、多样化设计，使应用该导电绕组的磁性元件也可符合高效率及薄型化的发展趋势。本发明的导电绕组主要以电铸的方式制成，因此无需通过导电片裁切、焊接、折叠或导线弯绕等加工步骤，就可直接制得一体成型且不具折痕的多圈导电绕组，由此可避免现有导电绕组因焊接或折叠而产生的厚薄不一的现象以及因弯折所造成的折痕，从而降低导电绕组的电能损耗，使导电绕组具有较好的电性；此外，由于导电绕组可通过控制电铸时间或相关参数及变化模具形式而调整厚度及外形，因此可降低导电绕组的厚度，且可依需求衍生出多种导电绕组的变化形式，使导电绕组的应用更为广泛。

为达到上述目的，本发明的一较广实施形式为提供一种导电绕组的制作方法，其包括下列步骤：(a)提供一模具，该模具包括多个延伸部、多个凸部及一轴部，所述多个延伸部实质上彼此相连成连续的螺旋状结构并实质上环绕于该轴部，而所述多个凸部由所述延伸部的边缘延伸而出；(b)进行电铸加工以在模具部分表面形成导电层；以及(c)将导电层相对于模具进行脱模，以制得导电绕组。

根据本发明的构想，其中导电层形成于模具的延伸部及凸部的部分表面上。

根据本发明的构想，其中导电绕组包括多个主体、多个接脚以及一中空孔洞，主体对应于模具的延伸部，接脚对应于模具的凸部，而中空孔洞对应于模具的轴部，且导电绕组的多个主体及多个接脚是整片未经弯折的一体成型结构。

根据本发明的构想，其中当模具为导电基材时，步骤(a)还包括：(a1)对模具进行绝缘化处理，以在延伸部及凸部欲与导电层接触的部分表面以外的模具上设置绝缘介质，使步骤(b)的导电层通过导电基材形成于延伸部及凸部的部分表面上；而当模具为绝缘基材时，步骤(a)还包括：(a1)对模具进行导电化处理，以在延伸部及凸部欲与导电层接触的部分表面设置导电介质，从而使步骤(b)的导电层通过导电介质形成于延伸部及凸部的部分表面上。

根据本发明的构想，其中导电绕组选自铜或镍等金属材质，而厚度实质上小于1mm。

为达到上述目的，本发明的另一较广实施形式为提供一种导电绕组，其以电铸的制作方法制成，以应用于一磁性元件。

为达到上述目的，本发明的又一较广实施形式为提供一种磁性元件，其包括：一导电绕组，其以电铸的制作方法制成；以及一磁芯，其套设于导电绕组上；其中，该导电绕组是整片未经弯折的一体成型结构，且包括多个主体、多个接脚及一中空孔洞，而该磁芯是部分设置于该导电绕组的该中空孔洞中。

根据本发明的构想，其中磁性元件选自变压器或电感元件。

根据本发明的构想，其中变压器还包括一初级绕线，该初级绕线可缠绕于绕线基座上。

附图说明

图1是本发明第一优选实施例的导电绕组的制作流程图。

图2A是本发明一优选实施例的模具示意图。

图2B是本发明另一优选实施例的模具示意图。

图3是本发明导电层形成于模具部分表面的示意图。

图4A是以本发明图1的流程所制得的导电绕组的侧视图。

图4B是本发明图4A所示的导电绕组的结构示意图。

图5是将本发明图4所示的导电绕组应用于变压器的一优选实施例示意图。

图6是将本发明图4所示的导电绕组应用于变压器的另一优选实施例示意图。

图7是将本发明图4所示的导电绕组应用于电感元件的一优选实施例示意图。

图8是本发明又一优选实施例的模具示意图。

其中，附图标记说明如下：

10、10’模具           100轴部             101、101’延伸部

101a、102a第一表面     101b、102b第二表面  101c、102c侧边

102、102’凸部         103导电层           104绝缘介质

105导电介质            2、2’变压器        20导电绕组

200、220、230中空孔洞  201主体             202接脚

21、24磁芯             211第一磁芯部       212第二磁芯部

22初级绕线             221导线             23绕线基座

231绕线部              232容置部           3电感元件

S11-S13导电绕组的制作流程图

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够以不同的形式具有各种的变化，各种变化都不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明的导电绕组可应用于如变压器或电感元件等磁性元件中，但并不以此为限。请参阅图1所示的本发明第一优选实施例的导电绕组的制作流程图。如图所示，在制作导电绕组时，首先提供一模具10(步骤S11)，模具10的结构以一体成型为佳，但不以此为限，也可以搭接或焊接方式制作，其可如图2A及图2B所示：模具包括轴部100、多个延伸部101及多个凸部102，所述结构可利用如车床加工等方式削切一柱状结构而形成，但并不以此为限。在本实施例中，多个延伸部101实质上成圆形，其可等间距地沿着模具10的轴部100环绕，且彼此接续相连而成为一连续的螺旋状结构，每一延伸部101大致可分为相对设置的第一表面101a、第二表面101b及介于第一表面101a和第二表面101b之间的侧边101c，而多个凸部102则可由延伸部101的边缘一体成型地延伸而出，且凸部102的厚度约与延伸部101的厚度相同，换言之，延伸部101和凸部102是不间断的连续结构，且凸部102也可分为相对设置的第一表面102a、第二表面102b及介于第一表面102a、第二表面102b之间的侧边102c，其中延伸部101的第一表面101a和凸部102的第一表面102a朝同一方向设置，延伸部101的第二表面101b和凸部102的第二表面102b也朝同一方向设置，所以延伸部101和凸部102的第一表面101a、102a实质上是一平整的连续面，而第二表面101b、102b及侧边101c、102c也是，以在后续步骤中利用模具10的延伸部101和凸部102的部分表面制得一体成型且无折痕的导电绕组20(如图4A及图4B所示)。此外，模具10的延伸部101的环绕圈数和凸部102的数目、位置并无限制，可根据导电绕组20的不同需求加以调整，而本实施例中以具有四个延伸部101和三个凸部102的模具10为例进行说明。

请再参阅图1并配合图2A及图2B，其中图2A及图2B是本发明不同实施例的模具示意图。在本发明中，模具10的选用材质并没有限制，但在电铸加工(electroforming)之前，须针对模具10的材质进行绝缘化处理或导电化处理(步骤S111)。举例而言，当模具10为导电基材时，为了限制后续电铸过程中导电层103的形成区域，并避免导电层103附着于非预定处，须对部分模具10施予绝缘化处理，亦即设置一绝缘介质104，例如在模具10的轴部100表面以及延伸部101的第二表面101b、侧边101c与凸部102的第二表面102b、侧边102c(如图2A所示)上涂布绝缘漆，换言之，除了预设用来与导电层103接触的延伸部101的第一表面101a和凸部102的第一表面102a外，模具10的其余表面皆以绝缘介质104涂布覆盖，使后续步骤中导电层103仅能通过暴露的导电基材而形成于延伸部101和凸部102的第一表面101a、102a上。

当然，若模具10由绝缘基材构成时，则需要将后续制造过程中欲与导电层103接触的部位进行导电化处理，在图2B所示的实施例中可在模具10的延伸部101的第一表面101a和凸部102的第一表面102a上设置导电介质105，例如涂布导电漆、金属粉或石墨等导电介质105，以在后续制造过程中使导电层103可通过导电介质105形成于模具10的延伸部101的第一表面101a和凸部102的102a上。

当模具10处理完成后，即可进行电铸加工(electroforming)步骤，以在模具10的部分表面上形成导电层103(步骤S12)。在步骤S12的电铸过程中，模具10设置于阴极，并与阳极的金属材质共同浸泡于装有电铸液的电铸槽(图未示)中，因此当阴、阳两极相向通电时，阳极的金属材质会因电解而溶出金属离子，使金属离子均匀地沉积于阴极的模具10上，由于在本实施例中，经步骤S111处理过的模具10仅延伸部101的第一表面101a和凸部102的第一表面102a具有导电性，因此金属离子仅会沉积于延伸部101的第一表面101a和凸部102的的第一表面102a上而形成一导电层103(如图3所示)，且由于模具10的延伸部101的第一表面101a和凸部102的第一表面102a是平整的连续面，所以所形成的导电层103也是一平整而连续的结构，等导电层103沉积至预定厚度T后，就可以停止电铸。

在本实施例中，步骤S12的电铸加工的阳极金属材质可选用铜、镍或其它金属或合金，当选用铜作为电铸的阳极时，电铸液可为硫酸铜、硼氟化铜、焦磷酸铜等，以在阴极形成铜导电层；而若电铸的阳极为镍金属时，电铸液则可选用氯化镍、硼氟化镍或瓦特浴等，以在阴极形成镍导电层，然而阳极金属的选用和配合的电铸液实际上没有限制，可根据需求调整，以在模具10上相应形成与阳极金属材质相同的导电层103。此外，导电层103的厚度T并没有限制，在本实施例中，导电层103的厚度T以实质上小于1mm为好，例如0.3mm，但并不以此为限，换言之，若欲增加或减少导电层103的厚度T时，仅需随之延长或缩短步骤S12的电铸时间，或调整相关电铸参数，例如电流密度或电铸液浓度等，就可达到调整导电层103厚度的目的。

请再参阅图1，当步骤S12的电镀加工完成后，就可将导电层103相对于模具10进行脱模，以得到导电绕组20(步骤S13)，而脱模的方式没有限制，举例而言，在本实施例中可采用振动或超音波的方式使导电层103与模具10的延伸部101的第一表面101a和凸部102的第一表面102a分离，再旋转模具10使导电层103与模具10完全脱离，就可得到如图4A及图4B所示的螺旋状的导电绕组20。在本实施例中，导电绕组20主要可包括多个主体201、多个接脚202以及中空孔洞200，其中主体201是通过模具10的延伸部101的第一表面101a而形成，所以其对应于模具10的延伸部101，而接脚202则是通过凸部102的第一表面102a而形成，故接脚202对应于模具10的凸部102，由此可知，本实施例的导电绕组20具有四圈主体201及三个由主体201一体成型延伸而出的接脚202，此外，由于模具10的延伸部101成螺旋状地环绕于轴部100，且由于轴部100不具有导电性，因此所制成的导电绕组20就会有一贯穿主体201的中空孔洞200(如图4B所示)，该中空孔洞200对应于轴部100。

由于模具10的延伸部101和凸部102是一体成型，且延伸部101的第一表面101a和凸部102的第一表面102a也是平整连续的结构，因此最终制得的导电绕组20也是一体成型，且多个主体201和接脚202之间是一整片不间断的连续结构(如图4A所示)，另外，即使导电绕组20有四圈主体201，其也不需要象现有技术那样必须通过黏着、折叠或弯绕才能形成，换言之，本发明利用电铸所形成的导电绕组20其多个主体201和接脚202是整片未经弯折的一体成型结构(如图4A及图4B所示)，因此不会产生折痕，且电铸的加工精度高，所以制成的导电绕组20也没有厚薄不均的现象。而由于本发明的导电绕组20是直接将步骤S12中所形成的导电层103脱模而得，因此导电绕组20的外型、材质和厚度自然与导电层103相同，换言之，导电绕组20可由铜、镍或其它材质所构成，而厚度T则以小于1mm为佳，例如0.3mm，但不以此为限。

由于本发明可在步骤S12中利用控制电铸时间等参数来决定导电层103的厚度，因此最终所制得的导电绕组20其厚度T实质上可减小至1mm以下，所以与现有的以机械弯绕导线制成导电绕组的技术相比，本发明可制作宽/厚比(W/T)较大的导电绕组20，以兼顾导电绕组20的薄型化并维持其结构完整，还使厚度T小于1mm的薄型化导电绕组20的制作变得可行。此外，本发明可直接利用电铸技术制成多个主体201、接脚202一体成型的导电绕组20，换言之，本发明仅需利用电铸这一道加工程序，就可制得多圈的导电绕组20，所以无须象现有技术那样必须焊接或折叠单一铜片以制成多圈导电绕组，故可避免导电绕组因厚薄不一或因折痕所造成的电能损耗，以确保导电绕组具有优良的电性。再者，由于本发明的导电绕组20的形状取决于模具10的设计，故可依据使用者的需求开发出多种形式的模具，举例而言，可通过增加模具10的延伸部101和凸部102而增加导电绕组20的主体201圈数和接脚202数目，也可通过改变模具10外形而调整导电绕组20的接脚202的设置位置，使导电绕组20能有更多的变化，从而拓展其应用范围。

本发明如图4A及图4B所示的导电绕组20再经过涂布绝缘层和压缩主体201的间距使主体201彼此对应重叠后，就可应用于磁性元件中，例如变压器或电感元件，但不以此为限。请参阅图5，其为将本发明图4所示的导电绕组应用于变压器的一优选实施例示意图。如图所示，变压器2包括导电绕组20、磁芯21以及初级绕线22，其中磁芯21具有第一磁芯部211和第二磁芯部212，初级绕线22可以是导线221所缠绕成的线饼，线饼的轮廓与导电绕组20的主体201的外形大致相符，换言之，本实施例中的初级绕线22实质上可为圆形的线饼，且中央具有一中空孔洞220。欲组成变压器2时，可将多个导电绕组20作为变压器2的次级绕组，并与多个初级绕线22交错排列，同时将每个初级绕线22的中空孔洞220与每个导电绕组20的中空孔洞200相互对应，以使磁芯21的第一磁芯部211穿过中空孔洞200、220而套设于导电绕组20和初级绕线22上，并以第二磁芯部212包覆导电绕组20和初级绕线22，从而构成一变压器2。而变压器2可进一步通过导电绕组20的接脚202与其它装置，如电路板(图未示)电性连接，所以可利用电磁感应作用使作为次级绕组的导电绕组20与初级绕线22产生感应电压，以达到变压器2转换电压的目的。

当然，变压器也可有不同的实施形式，举例而言，如图6所示，变压器2’还可包括一绕线基座23，其外形大致与导电绕组20的主体201的轮廓相似，且绕线基座23具有绕线部231、容置部232及贯穿绕线基座23的中空孔洞230，其中变压器2’的初级绕线22可缠绕于绕线基座23的绕线部231上，而多个导电绕组20的主体201则分别设置于绕线基座23的两相对侧及容置部232中，此外，当导电绕组20与绕线基座23结合时，导电绕组20的中空孔洞200则对应于绕线基座23的中空孔洞230，以将磁芯21套设于导电绕组20和绕线基座23上，也就是利用磁芯21的第一磁芯部211穿过中空孔洞200、230，并以第二磁芯部212包覆导电绕组20及绕线基座23，以构成变压器2’，并使变压器2’通过导电绕组20的接脚202与其它装置，如电路板(图未示)电性连接，由此导电绕组20可因电磁感应作用而与初级绕线22产生感应，以使变压器2’可转换电压。

此外，在一些实施例中，磁芯24也可直接套设并容置于本发明的导电绕组20的中空孔洞203中，以构成薄型的电感元件3(如图7所示)，由此可知，凡是任何应用绕线的磁性元件，都可利用本发明薄型的导电绕组20取代绕线而制成。

由上述说明并配合图5至图7应可理解，由于以本发明的方法所制得的导电绕组20是薄型的导电绕组20，其主体201及接脚202的厚度T实质上可减小至1mm以下，因此变压器2、2’或电感元件3的体积也可随之压缩，从而符合磁性元件薄型化的发展趋势，也使得应用此磁性元件的电子设备，例如笔记本电脑的电源转换器等，可缩小体积。此外，由于导电绕组20的多个主体201及接脚202是整片未经弯折的一体成型结构，因此并无电能损耗的问题，故利用此导电绕组20所制成的变压器2、2’或电感元件3其电性效果较佳，效率也得以相对提高。

当然，本发明并不限于上述实施形式，举例而言，模具可有不同的外形，在一些实施例中，若与图2A及图2B的模具相比较，也可将模具10’的外形设计成与导电绕组20相同的形状，即模具10’可将轴部移除而仅具有如螺旋状的延伸部101’和由延伸部101’边缘延伸而出的凸部102’(如图8所示)，而延伸部101’和凸部102’要与导电层接触的部位也具有导电性，其余部分则没有导电性，由此就可利用电铸的方式在模具的延伸部101’和凸部102’的部分表面上形成导电层，并在导电层脱模后得到导电绕组20，由此可知，在本发明中模具的外形并没有限制。此外，由于模具10可有不同的外形，因此以模具10为基材经电铸制成的导电绕组20的主体201除可如图4A、图4B所示为圆形外，也可为矩形或其它多边形结构(图未示)；而如前所述，导电绕组20的主体201的圈数也没有限制，且接脚202的数量和设置位置也可通过改变模具10的外形而调整，还有，即使本发明前述实施例中以制作厚度小于1mm的导电绕组20为优选，当然也可通过延长步骤S12的电铸时间或相关参数而增加导电绕组20的厚度，所以也能制作厚度大于1mm的导电绕组，故其应用比现有的导电绕组更有弹性且更为广泛。

综上所述，本发明主要通过电铸方式在模具上形成导电层，再将导电层相对于模具脱模而制得导电绕组，由于模具可设计为连续不间断的结构，因此就可制成整片未经弯折的一体成型的导电绕组，换言之，导电绕组的多圈主体之间不需要利用焊接或通过折叠单片铜片得到多圈主体，所以可避免现有的导电绕组因焊接或折叠所产生的结构不均匀或因弯折而形成的折痕对导电绕组的电性所造成的影响，由此可知，本发明可提高导电绕组和应用该导电绕组的磁性元件的产品合格率并提高其效率，以有利地应用于高效率的电子设备。

此外，由于电铸的加工面良好且加工精度高，所以可将导电绕组的厚度减小至1mm以下，从而使应用此薄型导电绕组的磁性元件和应用该磁性元件的电子设备也能符合平面化、薄型化的趋势。再者，以电铸加工制成导电绕组仅需改变模具便可将导电绕组制成所想要形成的外形，且厚度也可通过控制电铸加工的时间或相关参数来调整，使导电绕组无需经由二次加工就可具有多样的变化，上述诸多优点都是现有技术无法达成的，所以本发明的导电绕组、其制造方法及应用该导电绕组的磁性元件极具产业的价值。

即使本发明已由上述的实施例详细叙述而可由本领域技术人员任施匠思而进行诸般改型，然而都不脱离所附权利要求书要保护的范围。

Claims (9)

1.一种导电绕组的制造方法，其包括下列步骤：

(a)提供一模具，该模具包括多个延伸部、多个凸部及一轴部，所述多个延伸部实质上彼此相连成连续的螺旋状结构并实质上环绕于该轴部，而所述多个凸部由所述延伸部的边缘延伸而出；

(b)进行一电铸加工以在该模具部分表面形成一导电层；以及

(c)将该导电层相对于该模具进行脱模，制得一导电绕组。

2.如权利要求1所述的导电绕组的制造方法，其中该步骤(b)的该导电层形成于该模具的所述延伸部及所述凸部的部分表面上。

3.如权利要求2所述的导电绕组的制造方法，其中该步骤(c)的该导电绕组包括多个主体、多个接脚以及一中空孔洞，所述多个主体对应于该模具的所述多个延伸部，所述多个接脚对应于该模具的所述多个凸部，且该导电绕组的所述多个主体及所述多个接脚是整片未经弯折的一体成型结构，该中空孔洞对应于该模具的该轴部。

4.如权利要求2所述的导电绕组的制造方法，其中该步骤(a)的该模具是一导电基材，且该步骤(a)还包括：(a1)对该模具进行绝缘化处理，以在所述延伸部及所述凸部要与该导电层接触的部分表面以外的该模具上设置一绝缘介质，使该步骤(b)的该导电层通过该导电基材形成于所述延伸部及所述凸部的部分表面上。

5.如权利要求2所述的导电绕组的制造方法，其中该步骤(a)的该模具是一绝缘基材，且该步骤(a)还包括：(a1)对该模具进行导电化处理，以在所述延伸部及所述凸部要与该导电层接触的部分表面设置一导电介质，使该步骤(b)的该导电层通过该导电介质形成于所述延伸部及所述凸部的部分表面上。

6.如权利要求1所述的导电绕组的制造方法，其中该步骤(c)的该导电绕组选自铜或镍，且厚度实质上小于1mm。

7.一种导电绕组，其是以权利要求1所述的制造方法制成，应用于一磁性元件。

8.一种磁性元件，其包括：

一导电绕组，其是以权利要求1所述的制造方法制成；以及

一磁芯，其套设于该导电绕组上；

其中，该导电绕组是整片未经弯折的一体成型结构，且包括多个主体、多个接脚及一中空孔洞，而该磁芯是部分设置于该导电绕组的该中空孔洞中。

9.如权利要求8所述的磁性元件，其是一电感元件或一变压器。

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