CN101908409B - 具有屏蔽功能的线圈及磁性元件 - Google Patents

Abstract

本发明为一种具有屏蔽功能的线圈及磁性元件，该具有屏蔽功能的线圈包括：至少一绝缘导线，绕设形成一绕线部，且具有第一出线段及第二出线段，其中绕线部具有通孔；以及电磁干扰屏蔽层，形成于绕线部上以遮罩绝缘导线，其中电磁干扰屏蔽层于绕线部的侧面具有投影以及电磁干扰屏蔽层具有径向间隙以使电磁干扰屏蔽层为非导电环路，借此使该线圈具有电磁干扰屏蔽的功能。本发明的具屏蔽功能的线圈可以有效地降低由该线圈制成磁性元件的电磁干扰、提高磁性元件的磁芯的窗口利用率，同时也减小了磁性元件的体积。

Description

具有屏蔽功能的线圈及磁性元件

技术领域

本发明涉及一种线圈及磁性元件，尤其涉及一种具有屏蔽功能的线圈及磁性元件。

背景技术

在交换式电源系统中，变压器和电感等磁性元件非常重要。这类磁性元件的制作，可以直接将绝缘导线，例如单层绝缘导线或三层绝缘导线，绕设于磁芯(magnetic core)上，也可以先将绝缘导线绕制成线饼状或是将绝缘导线绕设于绕线架(bobbin)的绕线区上面，然后与磁芯进行组装。交换式电源系统由于采用开关元件而产生电磁干扰（EMI）的问题，电磁干扰会通过传导和辐射的方式干扰，甚者损坏其它的电子元件或电子设备。磁性元件，特别是变压器，是交换式电源系统中主要的电磁干扰传播源之一，因为变压器初级侧与次级侧之间的寄生电容使得电磁干扰向外传播。

采用初级线圈与次级线圈之间增加金属屏蔽层，并将金属屏蔽层接地的方法可以有效减少初级侧与次级侧之间的寄生电容，从而减少磁性元件的电磁干扰影响。图1A及图1B为显示在初级侧与次级侧之间绕置金属片以减少磁性元件电磁干扰的传统方法，其中图1B为图1A所示结构于AA截面的示意图。如图1A及图1B所示，首先，将初级绕线14绕置于绕线架11上，然后再以金属片13包覆初级绕线14，其中金属片13不完全闭合且保留一缝隙131以避免造成短路。随后，将次级绕线12绕置于金属片13上。最后，将金属片13接地，并将磁芯组15与绕线架11进行组装以组成变压器1。

这种方法虽可以在一定程度上减少由变压器1所产生的电磁干扰问题，但是缺点是金属片13不能有效的将变压器1的初级线圈14与次级线圈12隔离开，因而对提升电磁干扰的屏蔽效果有限。

因此，如何发展一种可改善公知技术缺陷的线圈及磁性元件，实为目前迫切需要研发的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有屏蔽功能的线圈及磁性元件，可以有效地降低由该线圈制成磁性元件的电磁干扰、提高磁性元件的磁芯的窗口利用率，同时也减小了磁性元件的体积。

为达上述目的，本发明的一较广义实施方式为提供一种具有屏蔽功能的线圈，包括：至少一绝缘导线，绕设形成一绕线部，且具有第一出线段及第二出线段，其中绕线部具有通孔及一环状体，该环状体具有一上表面、一下表面、一内缘及一外缘，该绕线部的外周围形成一平整的表面；以及电磁干扰屏蔽层，直接形成于绕线部的该平整的表面上以遮罩绝缘导线，其中该电磁干扰屏蔽层于该绕线部的侧面具有凸出部分，电磁干扰屏蔽层具有径向间隙以使电磁干扰屏蔽层为非导电环路，且该电磁干扰屏蔽层为导体层；一接地导线；以及一绝缘层，形成于该电磁干扰屏蔽层、该接地导线、该第一出线段以及该第二出线段上；该接地导线设置于该绝缘层及该电磁干扰屏蔽层之间；其中，该电磁干扰屏蔽层包覆该绕线部的该环状体的该内缘的一部分。

为达上述目的，本发明的另一较广义实施方式为提供一种磁性元件，包括：一具有屏蔽功能的线圈以及一磁芯组。其中，该具有屏蔽功能的线圈包括：至少一绝缘导线，绕设形成一绕线部，且具有第一出线段及第二出线段，其中该绕线部具有通孔及一环状体，该环状体具有一上表面、一下表面、一内缘及一外缘，该绕线部的外周围形成一平整的表面；以及电磁干扰屏蔽层，直接形成于绕线部的该平整的表面上以遮罩绝缘导线，其中该电磁干扰屏蔽层于该绕线部的侧面具有凸出部分，电磁干扰屏蔽层具有径向间隙以使电磁干扰屏蔽层为非导电环路，且该电磁干扰屏蔽层为导体层；一接地导线；以及一绝缘层，形成于该电磁干扰屏蔽层、该接地导线、该第一出线段以及该第二出线段上；该接地导线设置于该绝缘层及该电磁干扰屏蔽层之间；其中，该电磁干扰屏蔽层包覆该绕线部的该环状体的该内缘的一部分；磁芯组至少部分地穿设于绕线部的通孔。

本发明提供一种具有屏蔽功能的线圈及磁性元件，通过形成电磁干扰屏蔽层于绕线部上以遮罩绝缘导线，使该线圈具有电磁干扰屏蔽的功能。本发明的具有屏蔽功能的线圈可以有效地降低由该线圈制成磁性元件的电磁干扰、提高磁性元件的磁芯的窗口利用率，同时也减小了磁性元件的体积。

附图说明

图1A及图1B：为显示在初级侧与次级侧之间绕置金属片以减少磁性元件电磁干扰的传统方法，其中图1B为图1A所示结构于AA截面的示意图。

图2A：为本发明较佳实施例的具有屏蔽功能的线圈的结构示意图。

图2B：为图2A所示结构于BB截面的示意图。

图2C：为图2A所示实施例的延伸结构示意图。

图2D：为图2C所示结构于CC截面的示意图。

图3：为本发明较佳实施例的具有屏蔽功能的线圈的制作流程图。

图4：为本发明另一较佳实施例的具有屏蔽功能的线圈的部分截面结构示意图。

图5A：为使用图2C及图2D所示线圈用于制作一示范性磁性元件的结构示意图。

图5B：为图5A所示磁性元件的组合结构图。

上述附图中的附图标记说明如下：

1变压器                     11绕线架

12次级绕线                  13金属片

14初级绕线                  15磁芯组

131缝隙                     2具屏蔽功能的线圈

21绝缘导线                  21a第一出线段

21b第二出线段               22电磁干扰屏蔽层

23绕线部                    23a表面

24通孔                      25黏结元件

26绝缘层                    27接地导线

27a连接端                   28导电黏结剂

29开口                      L轴线

3磁芯组                     31第一磁芯部

32第二磁芯部                31a、32a中柱

31b、31c、32b、32c侧柱      4电路板

41导电线圈                  42穿孔

43开关元件                   44导孔

5磁性元件                    22a径向间隙

S11～S15：具屏蔽功能的线圈的制作流程

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在不同的方式上具有各种的变化，其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。

图2A为本发明较佳实施例的具有屏蔽功能的线圈的结构示意图，以及图2B为图2A所示结构于BB截面的示意图。如图2A及图2B所示，本发明具有屏蔽功能的线圈2包括至少一绝缘导线21及一电磁干扰屏蔽层22。其中，绝缘导线21绕设形成一绕线部23，且具有一第一出线段21a及一第二出线段21b，其中该绕线部23具有一通孔24及一环状体230，该环状体230具有一上表面231、一下表面232、一内缘233及一外缘234。电磁干扰屏蔽层22形成于绕线部23上以遮罩该绝缘导线21，其中电磁干扰屏蔽层22于绕线部23的侧面具有投影，以及电磁干扰屏蔽层22具有径向间隙22a使该电磁干扰屏蔽层22为非闭合的回路，也即非导电环路，借此使该线圈具有电磁干扰屏蔽的功能。

请参阅图2C，其为图2A所示实施例的延伸结构示意图，以及图2D为图2C所示结构于CC截面的示意图。在此实施例中，电磁干扰屏蔽层22可通过导电黏结剂28与接地导线27实现电气连接。具有屏蔽功能的线圈2还包含一绝缘层26，形成于电磁干扰屏蔽层22及接地导线27上，且该绝缘层26可由耐高压绝缘材料构成，以使该线圈具有电磁干扰屏蔽的功能，同时满足绝缘耐高压的要求。

在本实施例中，电磁干扰屏蔽层22为导体层，该导体层可由例如金属导电材料、导电树脂或导电胶构成。电磁干扰屏蔽层22的厚度以小于1微米(μm)为较佳，在一些实施例中，电磁干扰屏蔽层22的厚度也可为数十至数百微米，且不以此为限。在本实施例中，绝缘导线21以轴线L为轴心所绕设形成的绕线部23包含多匝圈数且以单层或多层排列，该绕线部23呈线饼状或环状，且不以此为限。在本实施例中，具有屏蔽功能的线圈2更包括黏结元件25，分布于绝缘导线21所绕设形成的绕线部23中，以用于黏结绝缘导线21且可于绕线部23的外周围形成一平整的表面23a，借此电磁干扰屏蔽层22可形成于该表面23a上。该黏结元件25可为例如有机黏结剂，但不以此为限。在本实施例中，电磁干扰屏蔽层22可通过导电黏结剂28与接地导线27实现电气连接，且导电黏结剂28可以是例如焊料、导电胶。在本实施例中，绝缘层26可由耐高压绝缘材料构成，例如但不限于聚对二甲苯。在本实施例中，第一出线段21a及一第二出线段21b相互卷绕，但不以此为限。在本实施例中，电磁干扰屏蔽层22的径向间隙22a沿绝缘导线21的圆周径向设置，以使电磁干扰屏蔽层22为非导电环路。

图3为本发明较佳实施例的具有屏蔽功能的线圈的制作流程图。本发明的具有屏蔽功能的线圈2的制作方式如下：首先，如步骤S11，提供至少一绝缘导线21，并将绝缘导线21绕设形成一绕线部23，其中绝缘导线21包括一第一出线段21a及一第二出线段21b。接着，如步骤S12所示，将绕线部23浸入黏结元件25，并于黏结元件25黏固后，以于绕线部23上形成平滑且规整的表面23a。然后，如步骤S13所示，以例如化学镀、电镀、喷涂、浸涂或者蒸镀的方式于绕线部23的表面23a上形成电磁干扰屏蔽层22，其中该电磁干扰屏蔽层22为导体层，同时该电磁干扰屏蔽层22保留一径向间隙22a，使该电磁干扰屏蔽层22为非闭合的回路，也即非导电环路，其中导体层形成的厚度以小于1微米为较佳。此外，若想要得到更厚或更致密的导体层，可以在化学镀、电镀、喷涂、浸涂或是蒸镀的基础上再进行电镀加厚，使导体层的厚度达到数十到数百微米，且不以此为限。在一些实施例中，导体层可以是例如金属遮罩物或是其他可遮罩物。之后，如步骤S14所示，将电磁干扰屏蔽层22通过导电黏结剂28与接地导线27实现电气连接，其中导电黏结剂28可以是例如焊料、导电胶。最后，如步骤S15所示，于电磁干扰屏蔽层22及接地导线27上形成绝缘层26，以形成本发明的具有屏蔽功能的线圈2。在此步骤中，于电磁干扰屏蔽层22上形成绝缘层26的方式可采用化学气相沉积（CVD）或者其它方式实现(例如喷涂、浸涂等)。

图4为本发明另一较佳实施例的具有屏蔽功能的线圈的部分截面结构示意图。如图4所示，在此实施例中，本发明具有屏蔽功能的线圈2的结构与图2C所示结构相似，于此不再赘述，图4所示实施例的具屏蔽功能的线圈2的电磁干扰屏蔽层22并非完全包覆绕线部23，也即电磁干扰屏蔽层22包含至少一开口29，在一些实施例中，该开口29形成于绕线部23的侧面上，且不以此为限。在本实施例中，绝缘层26形成于电磁干扰屏蔽层22、接地导线27以及第一出线段21a与第二出线段21b上(如图2C所示)，且填于该开口29中。

图5A为使用图2C及图2D所示线圈用于制作一示范性磁性元件的结构示意图，以及图5B为图5A所示磁性元件的组合结构图。本发明的磁性元件5包括具有屏蔽功能的线圈2以及磁芯组3，其中，具有屏蔽功能的线圈2包括至少一绝缘导线21及一电磁干扰屏蔽层22。绝缘导线21绕设形成一绕线部23，且具有一第一出线段21a及一第二出线段21b，其中该绕线部23具有一通孔24。电磁干扰屏蔽层22形成于绕线部23上以遮罩该绝缘导线21，其中电磁干扰屏蔽层22于绕线部23的侧面具有投影，以及电磁干扰屏蔽层22具有径向间隙22a使该电磁干扰屏蔽层22为非闭合的回路，也即非导电环路。电磁干扰屏蔽层22可通过导电黏结剂28与接地导线27实现电气连接。具屏蔽功能的线圈2更包含一绝缘层26，形成于电磁干扰屏蔽层22及接地导线27上，且该绝缘层26可由耐高压绝缘材料构成，以使该线圈具有电磁干扰屏蔽的功能，同时满足绝缘耐高压的要求。磁芯组3至少部分地穿设于绕线部23的通孔24。在此实施例中，磁性元件5可为变压器或电感，且不以此为限。

在本实施例中，磁芯组3包括第一磁芯部31以及第二磁芯部32，其中第一磁芯部31的中柱31a以及第二磁芯部32的中柱32a相对地穿设于具有屏蔽功能的线圈2的绕线部23的通孔24中。第一磁芯部31的侧柱31b、31c以及第二磁芯部32的侧柱32b、32c则相对地连接且设置于绕线部23的外侧。

在一些实施例中，磁性元件5更可包括一电路板4，该电路板4的内部或表面可形成导电线圈41，且该电路板4具有一穿孔42，其中导电线圈41环绕设置于该穿孔42的周边。在本实施例中，具有屏蔽功能的线圈2的通孔24与电路板4的穿孔42相对。此外，磁芯组3的第一磁芯部31的中柱31a以及第二磁芯部32的中柱32a相对地穿设于通孔24以及穿孔42中，且第一磁芯部31的侧柱31b、31c以及第二磁芯部32的侧柱32b、32c则相对地连接且设置于绕线部23以及电路板4的外侧。在此实施例中，磁性元件5，例如变压器，可以具有屏蔽功能的线圈2作为初级侧线圈，并以电路板4的导电线圈41作为次级侧线圈，因此通过线圈与磁芯组3的电磁感应作用，便可将初级侧线圈的能量传递到次级侧线圈，同时实现电压的变换。

本发明的磁性元件5，例如变压器，可应用于一交换式电源系统，本发明的磁性元件5的电磁干扰遮罩原理简述如下：当本发明的磁性元件5，例如变压器，以具有屏蔽功能的线圈2作为初级侧线圈，并以电路板4的导电线圈41作为次级侧线圈时，由于具有屏蔽功能的线圈2的电磁干扰屏蔽层22包覆且遮罩于磁性元件5的绝缘导线21，也即初级侧线圈，并通过接地导线27接地，如此可以减小磁性元件5的初级侧线圈和次级侧线圈之间的等效寄生电容，从而减小了磁性元件5的共模噪声，同时电磁干扰屏蔽层22遮罩了初级侧线圈中噪音源向外的辐射。

在一些实施例中，电路板4更可包括多个开关元件43以及多个导孔44。在一些实施例中，电路板4可以例如绕线架(bobbin)取代，绕线架可供另一导电线圈绕设，因此将具有屏蔽功能的线圈2、磁芯组3以及绕线架组合后便可形成本发明的磁性元件。

此外，在一些实施例中，具有屏蔽功能的线圈2的绝缘导线21可采用单层绝缘导线或三层绝缘导线，其中以采用单层绝缘导线为较佳。这是因为当采用单层绝缘导线时，其所组成变压器的磁芯的窗口利用率会相对高于采用三层绝缘导线所组成的变压器的磁芯的窗口利用率。变压器磁芯的窗口利用率是指变压器磁芯窗口截面中，铜面积所占的比例，铜面积所占的比例越大，说明窗口利用率越高。因此，对于同样大小的变压器磁芯视窗，使用单层绝缘导线所组成变压器的磁芯窗口利用率比使用三层绝缘导线所组成变压器的磁芯窗口利用率高约25%左右。此外，由于在切换式电源系统的变压器的实际应用中，对初级侧和次级侧有较高的安规结构要求，一般为例如3000Vac左右(或等效4242Vdc)，当本发明的具有屏蔽功能的线圈2采用的绝缘导线为单层绝缘导线而非耐高压的三层绝缘导线时，可以相对地降低成本并可于具有屏蔽功能的线圈2外形成绝缘层26以进行整体安规绝缘。

综上所述，本发明提供一种具有屏蔽功能的线圈及磁性元件，通过形成电磁干扰屏蔽层于绕线部上以遮罩绝缘导线，使该线圈具有电磁干扰屏蔽的功能。本发明的具有屏蔽功能的线圈可以有效地降低由该线圈制成磁性元件的电磁干扰、提高磁性元件的磁芯的窗口利用率，同时也减小了磁性元件的体积。

本发明得由本领域普通技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护的范围。

Claims (13)

1.一种具有屏蔽功能的线圈，至少包括：

至少一绝缘导线，绕设形成一绕线部，且具有一第一出线段及一第二出线段，其中该绕线部具有一通孔及一环状体，该环状体具有一上表面、一下表面、一内缘及一外缘，该绕线部的外周围形成一平整的表面；

一电磁干扰屏蔽层，直接形成于该绕线部的该平整的表面上以遮罩该绝缘导线，其中该电磁干扰屏蔽层于该绕线部的侧面具有凸出部分，以及该电磁干扰屏蔽层具有一径向间隙以使该电磁干扰屏蔽层为非导电环路，且该电磁干扰屏蔽层为导体层；

一接地导线；以及

一绝缘层，形成于该电磁干扰屏蔽层、该接地导线、该第一出线段以及该第二出线段上；该接地导线设置于该绝缘层及该电磁干扰屏蔽层之间；

其中，该电磁干扰屏蔽层包覆该绕线部的该环状体的该内缘的一部分。

2.如权利要求1所述的具有屏蔽功能的线圈，其中该电磁干扰屏蔽层以化学镀、电镀、喷涂、浸涂或蒸镀的方式形成于该绕线部上。

3.如权利要求1所述的具有屏蔽功能的线圈，更包括一黏结元件，分布于该绕线部中且于该绕线部的外周围形成该平整的表面。

4.如权利要求1所述的具有屏蔽功能的线圈，其中该绝缘层以化学气相沉积、喷涂或浸涂的方式形成于该电磁干扰屏蔽层上。

5.如权利要求1所述的具有屏蔽功能的线圈，其中该电磁干扰屏蔽层包括至少一开口。

6.如权利要求1所述的具有屏蔽功能的线圈，该接地导线的一连接端电气连接于该电磁干扰屏蔽层。

7.如权利要求6所述的具有屏蔽功能的线圈，其中该电磁干扰屏蔽层以导电黏结剂与该接地导线电气连接。

8.如权利要求1所述的具有屏蔽功能的线圈，其中该绕线部为线饼状或环状。

9.如权利要求1所述的具有屏蔽功能的线圈，其中该电磁干扰屏蔽层的该径向间隙沿该绝缘导线的圆周径向设置。

10.一种磁性元件，至少包括：

一具有屏蔽功能的线圈，至少包括：

至少一绝缘导线，绕设形成一绕线部，且具有一第一出线段及一第二出线段，其中该绕线部具有一通孔及一环状体，该环状体具有一上表面、一下表面、一内缘及一外缘，该绕线部的外周围形成一平整的表面；

一电磁干扰屏蔽层，直接形成于该绕线部的该平整的表面上以遮罩该绝缘导线，其中该电磁干扰屏蔽层于该绕线部的侧面具有凸出部分，以及该电磁干扰屏蔽层具有一径向间隙以使该电磁干扰屏蔽层为非导电环路，且该电磁干扰屏蔽层为导体层；

一接地导线；以及

一绝缘层，形成于该电磁干扰屏蔽层、该接地导线、该第一出线段以及该第二出线段上；该接地导线设置于该绝缘层及该电磁干扰屏蔽层之间；

其中，该电磁干扰屏蔽层包覆该绕线部的该环状体的该内缘的一部分；以及

一磁芯组，至少部分地穿设于该绕线部的该通孔。

11.如权利要求10所述的磁性元件，其中该磁性元件为变压器或电感。

12.如权利要求10所述的磁性元件，更包括一电路板，该电路板包括一导电线圈以及一穿孔，该导电线圈环绕设置于该穿孔的周边，且该穿孔与该绕线部的该通孔相对，使该磁芯组至少部分地穿设于该绕线部的该通孔与该电路板的该穿孔。

13.如权利要求10所述的磁性元件，其中该电磁干扰屏蔽层的该径向间隙沿该绝缘导线的圆周径向设置。

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