CN103390486A - 具有散热绕线基座的磁性元件 - Google Patents

Abstract

本发明为一种磁性元件，至少包含：散热绕线基座，具有绕线区；以及线圈，绕设于绕线区上，以使散热绕线基座对线圈与磁芯组进行散热。本发明散热绕线基座可降低磁性元件的操作温度、可增加绕线圈数，以提升其使用效能，甚至可达到小型化的需求，进而提升系统的空间利用率。此外，通过散热绕线基座的散热特性，使得磁性元件不需再额外设置散热片，进而减少材料成本。

Description

具有散热绕线基座的磁性元件

技术领域

本发明关于一种磁性元件，尤指一种具有散热绕线基座的磁性元件。

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，而为了顺应电器设备的小型化，磁性元件及内部也须朝小型化的趋势发展，以降低电器设备的整体体积，并提升电路板的空间使用率，此外，当磁性元件小型化时，磁性元件内部散热不佳的缺失相应而生，而造成磁性元件运作效能不佳、信赖度降低、产品寿命缩短等问题。

请参阅图1，其为现有磁性元件的结构示意图。磁性元件1包括绕线架10、线圈11、磁芯组12以及散热片13，其中线圈11绕设于绕线架10上，且磁芯组12部分设置于绕线架10内，后续再将散热片13夹设于已缠绕线圈11的绕线架10上的两侧，并包覆部分磁芯组12，以完成磁性元件1的组装作业。

然而，磁性元件1在运作时，因线圈11及磁芯组12均会产生热能，使得该热能易于在磁性元件1内部累积，造成磁性元件1操作温度上升。又因，现有散热片13仅贴附于线圈11及磁芯组12的外表面上，故散热片13只能将对线圈11及磁芯组12的外表面进行散热，而无法对绕设于绕线架10上的内侧线圈11及磁芯组12内部进行散热，如此一来，将会造成磁性元件1内部热能累积而无法散出，而导致操作温度上升。更甚者，随着磁性元件1的运作温度上升，磁芯组12的饱和磁通密度（Bs）会随之下降，进而影响其所属电源电路的运作效能以及电气安全，并使得磁性元件1效率下降、信赖度下降以及使用寿命缩短等缺点。因此，为了顺应现有磁性元件1的操作温度上升，而造成运作效能降低的情况，一般需要通过使用尺寸较大的磁芯组12，以使磁性元件1得以达到所要求的运作效能，但此实施方式会使得磁性元件1整体体积增加，而无法达到小型化的目的。

有鉴于此，如何发展一种适用于具有散热绕线基座的磁性元件，以改善上述现有技术缺失，实为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有散热绕线基座的磁性元件，主要利用具有散热功能的散热绕线基座直接对线圈内部散热，用以降低磁性元件的操作温度并提升其效率，进而使磁性元件的整体尺寸缩小，以解决现有磁性元件散热不佳，导致内部温度过高，以及无法达到小型化的缺失。

为达上述目的，本发明的一较广义实施形态为提供一种磁性元件，至少包含：散热绕线基座，具有绕线区；以及线圈，设置于绕线区上，以使散热绕线基座对线圈进行散热。

根据本发明的构想，其中还包含磁芯组，磁芯部部分设置于散热绕线基座的贯穿通道中。

根据本发明的构想，其中散热绕线基座为金属材质，且其由一非无接缝的环型板件所构成；或散热绕线基座为非金属材质或金属与非金属的复合材质，且其由一有无接缝均可的环型板件所构成。

根据本发明的构想，其中还包含绝缘介质形成于散热绕线基座的一表面上，及/或绝缘介质设置于散热绕线基座与该线圈之间，及/或绝缘介质包覆于线圈的一表面。

根据本发明的构想，其中散热绕线基座还包含固定结构，其由散热绕线基座延伸而出，以使散热绕线基座固定于系统上。

根据本发明的构想，其中散热绕线基座的热传导系数为10W/m*K以上。

为达上述目的，本发明的另一较广义实施形态为提供一种磁性元件，至少包含：第一散热绕线基座，其包含第一贯穿通道；第一线圈，其设置于第一散热绕线基座之上；第二散热绕线基座，其包含第二贯穿通道；以及第二线圈，其设置于第二散热绕线基座之上。

根据本发明的构想，其中磁性元件具有磁芯组，且第二散热绕线基座设置于第一散热绕线基座的第一贯穿通道内，以使磁芯组部分设置于第二散热绕线基座的第二贯穿通道内。

根据本发明的构想，其中磁性元件具有磁芯组，且第一散热绕线基座及第二散热绕线基座相互并排设置，以使磁芯组同时部分设置于第一散热绕线基座的第一贯穿通道内及第二散热绕线基座的第二贯穿通道内。

附图说明

图1为现有磁性元件的结构示意图。

图2A为本发明第一较佳实施例的磁性元件的结构分解示意图。

图2B为图2A所示的组合完成示意图。

图2C为图2A所示的散热绕线基座包含绝缘介质的结构示意图。

图2D为图2A所示的散热绕线基座设置固定结构的结构示意图。

图3为本发明第二较佳实施例的磁性元件的散热绕线基座的结构示意图。

图4为本发明的第三较佳实施例的磁性元件的剖视结构示意图。

图5为本发明的第四较佳实施例的磁性元件的剖视结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

磁性元件：1、2、4、5

绕线架：10

线圈：11、21、32

磁芯组：12、22、44、54

散热片：13

散热绕线基座：20、30

绕线区：201、301

贯穿通道：202、302

绝缘介质：203

轴心柱：220、440

侧柱：221

固定结构：23

第一散热绕线基座：40、50

第二散热绕线基座：41、51

第一线圈：42、52

第二线圈：43、53

第一贯穿通道：401、501

第二贯穿通道：410、510

第一磁芯部件：541

第二磁芯部件：542

磁芯部：541a、541b、542a、542b

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形态上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作为说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图2A及图2B，其中图2A为本发明第一较佳实施例的磁性元件的结构分解示意图；图2B为图2A所示的组合完成示意图。如图所示，本发明的磁性元件2可作为但不限为变压器、电感及滤波器等。磁性元件2主要包括散热绕线基座20、线圈21及磁芯组22，其中散热绕线基座20具有绕线区201，以及贯穿通道202，线圈21则是设置于该绕线区201上，而磁芯组22部分设置于贯穿通道202内，以使散热绕线基座20对线圈21及磁芯组22进行散热。于本实施例中，散热绕线基座20可为一体成型的结构，但不以此为限。

其中，散热绕线基座20为一导热材质所构成，且其热传导系数可为但不限为10W/m*K以上，以达到提升散热效率的目的。在一些实施例中，散热绕线基座20的材质可为金属材质，例如铜、铝、铁等，但不以此为限，当散热绕线基座20的材质为金属材质时，其可由一非无接缝的环型板件所构成，由于散热绕线基座20为金属材料所制成，可增加支撑磁性元件2的机械强度，故散热绕线基座20还具有作为支撑磁性元件2的功效。在另一些实施例中，散热绕线基座20也可由非金属材质所构成，例如碳纤材料、复合材料、陶瓷材料等，但不以此为限，当散热绕线基座20的材质为非金属材质时，则其可由一无接缝的环型板件所构成，但不以此为限。

请再参阅图2A，本发明的磁性元件2还包含磁芯组22，且磁芯组22部分设置在该散热绕线基座20的贯穿通道202内，主要用以导引磁通，使磁性元件2得以顺利运作。在本实施例中，以EE型磁芯为例进行后续说明，其中该EE型磁芯组22包含轴心柱220及两个侧柱221，该两个侧柱221分别设置在轴心柱220的两侧。此外，在一些实施例中，线圈21可为已缠绕完成的一线组结构，并可直接套设在绕线区201上，但不以此为限。在组装磁性元件2时，首先将线圈21缠绕在散热绕线基座20的绕线区201上，在完成线圈21与散热绕线基座20的组装后，再将磁芯组22的轴心柱220穿设在散热绕线基座20的贯穿通道202内，以完成磁性元件2的组装作业（如图2B所示）。当然，磁芯组22并不限于本实施例所示的EE型，凡是具有可部分设置在贯穿通道202内的磁芯组22，均在本发明保护范围内，且其实施形态可依实际施行状况而任意变化。

请再参阅图2A并配合图2C，其中图2C为2A图所示的散热绕线基座包含绝缘介质的结构示意图。如图2C所示，本发明的磁性元件2还可包含绝缘介质203，但不以此为限。以本实施例为例，绝缘介质203可以涂布方式形成在散热绕线基座20的表面上，使得绝缘介质203可设置在散热绕线基座20与线圈21之间，由此达到散热绕线基座20与线圈21之间相互绝缘的功效。至于该绝缘介质203设置在散热绕线基座20的表面上的方式，除上述的涂布方式外，还可具有其它实施方式，举例来说，也可直接在散热绕线基座20上，以射出成型的方式将绝缘介质203覆盖在散热绕线基座20的表面上，但不以此为限。另外，在一些实施例中，还可将绝缘介质203仅设置在散热绕线基座20的绕线区201的表面上，而非完整覆盖在散热绕线基座20的表面上，也即绝缘介质形成在20散热绕线基座的一表面上，及/或绝缘介质设置在散热绕线基座20与线圈21之间，由此，同样可达成通过绝缘介质而使散热绕线基座20与线圈21之间相互绝缘的功效。甚至于，在另一些实施例中，绝缘介质还可直接设置在线圈21的表面上，使得线圈21被绝缘介质所包覆，如此一来，当具有绝缘介质的线圈21设置在散热绕线基座20的绕线区201上时，也可达到散热绕线基座20与线圈21之间相互绝缘的功效。

请再参阅图2A并配合图2D，其中图2D为图2A所示的散热绕线基座设置固定结构的结构示意图。如图2D所示，在一些实施例所示，散热绕线基座20还可包含固定结构23，但不以此为限。该固定结构23由散热绕线基座20的底部延伸而出，并与散热绕线基座20的绕线区201相互垂直，但不以此为限，以使组合完成的磁性元件2得以固定在系统（未图标）上，在本实施例中，固定结构23与系统连接的方式可为卡扣、锁固、嵌合及焊接等方式，但不以此为限，使得磁性元件2能够通过固定结构23固定在系统上。

如此一来，磁性元件2通过具有散热功能的散热绕线基座20，可直接对磁性元件2的内部线圈21及磁芯组22进行散热，因此可以达到更好的散热效果。再者，本发明的散热绕线基座20具有提升散热效率、提供线圈设置及支撑磁性元件的功效，换言之，散热绕线基座20除了达到对磁性元件2散热的功效以外，也可省去使用现有技术的绕线架及固定元件，进而节省材料成本。另外，由于磁性元件2的操作温度大幅降低，还提高磁性元件2的产品信赖度及延长其使用寿命。通过磁性元件2的操作温度降低，使得磁芯组22的磁特性提高，故在相同效能下，可缩小磁芯组22的尺寸，使得磁性元件2整体尺寸减少，以达到缩小化及降低材料成本的目的。

当然，本发明的散热绕线基座的实施形态并不限在上述实施例。请参阅图3，其为本发明的另一较佳实施例的磁性元件的散热绕线基座的结构示意图。如图所示，在本实施例中，散热绕线基座30包含散热板件31、绕线区301及贯穿通道302，其中绕线区301与贯穿通道302的设置方式与前述实施例相仿，在此不再赘述，但是在本实施例中，散热绕线基座30还包含散热板件31，且其固定在散热绕线基座30的一内侧表面上。以本实施例为例，本实施例的散热板件31的数目为2个，由此以环绕设置在贯穿通道302的周围，以对线圈32及磁芯组（图未示）进行散热，然其也可以一体成型的方式形成散热板件31，或是依需求调整散热板件31的数目，均不以此为限。

由前述所述实施例可见，由于本发明的磁性元件是具有散热功能的散热绕线基座，因而可使磁性元件的整体散热效率提高，且无需额外在磁性元件外部设置散热结构，故可减少磁性元件的整体体积，进而使得在相同体积下，本发明的磁性元件可供绕线的线圈圈数得以增加，以提升磁性元件的效能。

除此之外，若是增加散热绕线基座的数量，还可进一步提高磁性元件的效率，如图4所示，其为本发明的另一较佳实施例的磁性元件的剖视结构示意图。如图所示，磁性元件4具有第一散热绕线基座40、第二散热绕线基座41、第一线圈42、第二线圈43以及磁芯组44，其中第一线圈42及第二线圈43的设置方式与前述实施例相仿，在此不再赘述，在本实施例的第一散热绕线基座40包含第一贯穿通道401，而第二散热绕线基座41也包含第二贯穿通道410，且第一线圈42及第二线圈43分别设置在第一散热绕线基座40及第二散热绕线基座41上。在本实施例中，第二散热绕线基座41与第二线圈43组合后的宽度实质上与第一贯穿通道401的宽度相同，但不以此为限，使得具有第二线圈43的第二散热绕线基座41恰可设置在第一散热绕线基座40的第一贯穿通道401中。且本实施例的磁芯组44具有轴心柱440，当第一散热绕线基座40与第二散热绕线基座41组装完成后，即可将磁芯组44的轴心柱440设置在第二散热绕线基座41的第二贯穿通道410内，以使磁芯组44部分设置在第二散热绕线基座41的第二贯穿通道410内，以完成磁性元件4的组装作业。当然，磁芯组33的形态并不以此EE型磁芯为限，其可依实际实施情形而任意变化。

如此一来，第一散热绕线基座40除了对第一线圈42散热以外，还可对第二线圈43外围进行散热，同时第二散热绕线基座41也可对第二线圈43内部进行散热，故通过此双重套设的第一散热绕线基座40及第二散热绕线基座41，更可有效地提升磁性元件4的散热效率及使用效能。

除前述实施例外，多个散热绕线基座的设置方式还可如图5所示，其为本发明的另一较佳实施例的磁性元件的剖视结构示意图。如图5所示，磁性元件5也具有第一散热绕线基座50、第二散热绕线基座51及第一线圈52、第二线圈53、磁芯组54、第一贯穿通道501、第二贯穿通道510等结构，由于第一散热绕线基座50、第二散热绕线基座51、第一线圈52及第二线圈53与前述实施例相仿，故不再赘述。但是在本实施例中，第一散热绕线基座50及第二散热绕线基座51两者为并排设置。且磁芯组54具有第一磁芯单元541及第二磁芯单元542，而第一磁芯单元541及第二磁芯单元542分别具有两磁芯部541a、541b及542a及542b，当组装磁性元件5时，将第一线圈52及第二线圈53分别设置在第一散热绕线基座50及第二散热绕线基座51上，再将磁芯组54的磁芯部541a、541b及542a、542b分别同时对应设置在第一贯穿通道501及第二贯穿通道510中，即可完成具有多个散热绕线基座并排设置的磁性元件5的组装作业，由此以提升磁性元件5的散热效率及工作效率。由此可见，本发明的磁性元件可具有一或多个散热绕线基座，举例来说，还可为3个、4个或5个等散热绕线基座，其数目并不以此为限，且其设置方式及所搭配的磁芯组种类可任意变化，并不以前述实施例为限。

综上所述，本发明提供一种磁性元件及其散热绕线基座，其利用具有散热功能的散热绕线基座直接对线圈内部散热，使散热绕线基座可直接对磁性元件的线圈内部与磁芯组进行散热，以大幅降低磁性元件的操作温度，以解决现有磁性元件的散热片仅由外部设置散热片对线圈散热，使得磁性元件的操作温度过高，导致磁性元件信赖度降低、使用寿命短以及整体尺寸无法小型化的缺失。因此，本发明散热绕线基座可降低磁性元件的操作温度、可增加绕线圈数，以提升其使用效能，甚至可达到小型化的需求，进而提升系统的空间利用率。此外，通过散热绕线基座的散热特性，使得磁性元件不需再额外设置散热片，进而减少材料成本。

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

Claims (10)

1.一种磁性元件，其特征在于，至少包含：

一散热绕线基座，具有一绕线区；以及

一线圈，设置于该绕线区上，以使该散热绕线基座对该线圈进行散热。

2.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，还包含一磁芯组，该磁芯部部分设置于该散热绕线基座的一贯穿通道中。

3.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，该散热绕线基座由至少一非无接缝的环型结构所构成，或由二个以上形状相对应的结构组合而成。

4.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，该散热绕线基座还包含一散热板件，且该散热板件固定于该散热绕线基座的一内侧表面。

5.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，还包含一绝缘介质形成于该散热绕线基座的一表面上，及/或该绝缘介质设置于该散热绕线基座与该线圈之间，及/或该绝缘介质包覆于该线圈的一表面。

6.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，该散热绕线基座还包含一固定结构，其由该散热绕线基座延伸而出，以使该散热绕线基座固定于一系统上。

7.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，该散热绕线基座的热传导系数为10W/m*K以上。

8.一种磁性元件，其特征在于，至少包含：

一第一散热绕线基座，其包含一第一贯穿通道；

一第一线圈，其设置于该第一散热绕线基座上；

一第二散热绕线基座，其包含一第二贯穿通道；以及

一第二线圈，其设置于该第二散热绕线基座上。

9.如权利要求8所述的磁性元件，其特征在于，该磁性元件具有一磁芯组，且该第二散热绕线基座设置于该第一散热绕线基座的该第一贯穿通道内，以使该磁芯组部分设置于该第二散热绕线基座的该第二贯穿通道内。

10.如权利要求8所述的磁性元件，其特征在于，磁性元件具有一磁芯组，且该第一散热绕线基座及该第二散热绕线基座相互并排设置，以使该磁芯组同时部分设置于该第一散热绕线基座的该第一贯穿通道内及该第二散热绕线基座的该第二贯穿通道内。

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