CN105023709A - 具有多气隙的磁性组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有多气隙的磁性组件，包括第一磁芯、第二磁芯、中层磁芯、第一绕线组及第二绕线组。中层磁芯设置于第一磁芯与第二磁芯之间。第一磁芯与中层磁芯相耦接且形成第一绕线空间与第一气隙，且第二磁芯与中层磁芯相耦接且形成第二绕线空间及第二气隙。第一绕线组绕设于第一绕线空间中且覆盖第一气隙，且第二绕线组绕设于第二绕线空间中且覆盖第二气隙。其中，第一绕线组与第二绕线组串联连接。无需使用绕线架且直接绕线于磁芯上，由此可减少制造成本及提高绕线使用率，并透过多气隙的分散分布与设置来降低与分散漏磁耗损，降低扩散磁通，使磁性组件工作温度降低，进而提升磁性组件的工作效率。

Description

具有多气隙的磁性组件

技术领域

本发明涉及一种磁性组件，尤其涉及一种具有多气隙的磁性组件。

背景技术

一般而言，各式电器设备中经常使用磁性组件，例如变压器、电感组件等。以电感组件为例，请参阅图1A及图1B，图1A为现有具有气隙的电感组件的爆炸结构示意图，及图1B为图1A的电感组件的部分结构示意图，其中绕线架与绕线组在图中省略未示出。该具有气隙的电感组件1可应用于电源供应装置的功率因素校正电路或谐振电路的电感组件使用，且包括绕线架10、第一磁芯11、第二磁芯12以及绕线组13。绕线架10具有贯穿通道101及绕线区102，其中贯穿通道101供第一磁芯11的中柱111及第二磁芯12的中柱121容置于其内，绕线区102供绕线组13绕设于其上。第一磁芯11与第二磁芯12相对地设置于绕线架10上，且第一磁芯11的中柱111与第二磁芯12的中柱121之间形成一气隙14，藉此以组装形成具有气隙的电感组件1。

目前，应用于电源供应装置的磁性组件除功率要求提高之外，也同时要求高度的降低与增加绕线空间。现有具有气隙的电感组件1需要使用绕线架10以将绕线组13固定设置于第一磁芯11与第二磁芯12之间，且使绕线组13覆盖气隙14。然而，绕线架10的设置会占用一定的空间，导致第一磁芯11与第二磁芯12之间所能容置的绕线组减少，降低了绕线使用率，且无法增加绕线组的线径，导致电感组件1整体的温度过高，降低了电感组件1的工作效率。此外，现有的电感组件1利用第一磁芯11的中柱111与第二磁芯12的中柱121间形成的单一气隙14来避免磁饱和，然而，间距越大的气隙将会造成较高的漏磁，导致能量耗损的增加，使电感组件1整体温度上升，且降低了电感组件1的工作效率。

因此，如何解决传统具有气隙的电感组件所面临的绕线组使用率较低，无法增加绕线线径，电感组件整体温度较高及效率无法提升等问题，实为目前有待解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多气隙的磁性组件，其无需使用绕线架且直接绕线于磁芯上，由此可减少制造成本及提高绕线使用率，并透过多气隙的分散分布与设置来降低与分散漏磁耗损，降低扩散磁通，使磁性组件工作温度降低，进而提升磁性组件的工作效率。

本发明的另一目的在于提供一种具有多气隙的磁性组件，通过非对称结构的堆栈磁芯单元设计，及利用串联电流相同的电气特性，使两组绕线组间的磁芯磁力线可部分抵销或共享，因此可减少中层磁芯的厚度，进而节省空间，实现将串联设置的磁性组件薄型化的目的。

为了实现上述目的，本发明的一个实施方式为提供一种具有多气隙的磁性组件，其包括第一磁芯、第二磁芯、中层磁芯、第一绕线组及第二绕线组。中层磁芯设置于第一磁芯与第二磁芯之间，其中第一磁芯与中层磁芯相耦接且形成第一绕线空间与第一气隙，且第二磁芯与中层磁芯相耦接且形成第二绕线空间及第二气隙。第一绕线组绕设于第一绕线空间中且覆盖第一气隙，且第二绕线组绕设于第二绕线空间中且覆盖第二气隙。其中，第一绕线组与第二绕线组串联连接。

可选地，中层磁芯、第一磁芯及第二磁芯分别为一E型磁芯，以形成一非对称结构的具有多气隙的磁性组件。

可选地，第一磁芯、第二磁芯及中层磁芯分别包括一连接部、一中柱及二侧柱。

可选地，第一磁芯的中柱与中层磁芯的连接部的一底面间形成第一气隙，且中层磁芯的中柱与第二磁芯的中柱之间形成第二气隙。

可选地，第一气隙的间距等于第二气隙的间距。

可选地，第一磁芯的连接部、第二磁芯的连接部及中层磁芯的连接部具有相同的轮廓形状及厚度。

可选地，中层磁芯的侧柱的长度等于第二磁芯的侧柱的长度，且第一磁芯的侧柱的长度大于中层磁芯的侧柱的长度。

可选地，中层磁芯的中柱的长度等于第二磁芯的中柱的长度。

可选地，进一步包括一底板，底板具有多个贯穿通洞，其中底板贴附于第二磁芯的一底面，且第一绕线组的一出线端及第二绕线组的一出线端分别穿设于多个贯穿通孔且固定于底板。

可选地，中层磁芯为一Y型磁芯且由一U型磁芯及一T型磁芯连接组成，第一磁芯为一T型磁芯，第二磁芯为一U型磁芯。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A为现有具有气隙的电感组件的爆炸结构示意图。

图1B为图1A的电感组件的部分结构示意图，其中绕线架与绕线组在图中未示出。

图2为本案第一优选实施例的磁性组件的结构示意图。

图3为图2的磁芯结构示意图。

图4为本案第二优选实施例的磁芯结构示意图。

附图标记：

1：电感组件

10：绕线架

101：贯穿通道

102：绕线区

11、21、31：第一磁芯

111、121、201、211、221、301、311：中柱

12、22、32：第二磁芯

13：绕线组

14：气隙

2、3：磁性组件

20、30：中层磁芯

200、210、220、300、310、320：连接部

200a：底面

202、212、222、302、321：侧柱

23：第一绕线组

24：第二绕线组

231、241：第一出线端

232、242：第二出线端

25：底板

250：贯穿通孔

26、33：第一绕线空间

27、34：第一气隙

28、35：第二绕线空间

29、36：第二气隙

3001：上半连接部

3002：下半连接部

A-A’：轴线

H1：第一长度

H2：第二长度

H3：第三长度

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明以下各实施例中，实施例的序号和/或先后顺序仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

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。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其都不脱离本发明的范围，且其中的说明及图式在本质上是当作说明之用，而非限制本发明。

图2为本发明第一优选实施例的磁性组件的结构示意图，图3为图2的磁芯结构示意图。如图2及图3所示，本发明的具有多气隙的磁性组件2可应用于例如电源供应装置的功率因素校正电路或谐振电路的磁性组件使用。本发明的磁性组件2为免绕线架(bobbinless)的磁性组件，且可为但不限于电感组件或变压器。本发明的磁性组件2包括中层磁芯20、第一磁芯21、第二磁芯22、第一绕线组23及第二绕线组24。第一磁芯21、中层磁芯20及第二磁芯22依序堆栈连接，以形成一堆栈磁芯单元，其中该中层磁芯20设置于第一磁芯21与第二磁芯22之间且分别与第一磁芯21与第二磁芯22相耦接。第一磁芯21与第二磁芯22设置于中层磁芯20的两相对侧。第一磁芯21与中层磁芯20相组接且定义形成第一绕线空间26与第一气隙27，其中第一气隙27形成于第一磁芯21与中层磁芯20之间。第二磁芯22与中层磁芯20相组接且定义形成第二绕线空间28与第二气隙29，其中第二气隙29形成于第二磁芯22与中层磁芯20之间。第一绕线组23绕设于第一绕线空间26中并覆盖第一气隙27，第二绕线组24绕设于第二绕线空间28中并覆盖第二气隙29，且第一绕线组23与第二绕线组24串联连接，藉此以组装形成非对称结构的具有多气隙的磁性组件2。

在一实施例中，磁性组件2进一步包括一底板25，例如绝缘板，且该第二磁芯22具有一底面(未图示)与中层磁芯20相对，其中该底板25贴附于第二磁芯22的底面，且底板25具有多个贯穿通孔250可供第一绕线组23及第二绕线组24的各出线端穿设并固定于底板25上。在一些实施例中，底板25可利用黏胶连接的方式贴附于第二磁芯22的底面。

请再参阅图3，中层磁芯20、第一磁芯21及第二磁芯22分别为E型磁芯，但不以此为限。中层磁芯20具有一连接部200、一中柱201及两侧柱202，第一磁芯21具有一连接部210、一中柱211及两侧柱212，且第二磁芯22也具有一连接部220、一中柱221及两侧柱222。在一实施例中，中层磁芯20的连接部200、第一磁芯21的连接部210及第二磁芯22的连接部220具有相同的轮廓形状及面积大小。中层磁芯20的中柱201、第一磁芯21的中柱211及第二磁芯22的中柱221都为圆柱结构，具有相同的径长，且其圆心都设置于同一轴线A-A'上。中层磁芯20的两侧柱202、第一磁芯21的两侧柱212及第二磁芯22的两侧柱222具有相同的截面形状及面积大小。当中层磁芯20、第一磁芯21及第二磁芯22相耦接时，第一磁芯21的中柱211与中层磁芯20的连接部200的底面200a间形成第一气隙27，且中层磁芯20的中柱201与第二磁芯22的中柱221之间形成第二气隙29。其中，中层磁芯20、第一磁芯21及第一气隙27构成第一组磁通路，且中层磁芯20、第二磁芯22及第二气隙29构成第二组磁通路，因此可利用三个磁芯所连接构成的堆栈磁芯单元、第一绕线组23及第二绕线组24而组装形成具有多气隙的磁性组件2，且可形成至少两组具有漏感的磁通路。请再参阅图2，第一绕线组23可为一线饼结构，绕设于第一磁芯21的中柱211上，且覆盖第一气隙27。第一绕线组23具有第一出线端231与第二出线端232，且第一出线端231与第二出线端232分别由位于第一绕线空间26的中柱211的相对侧延伸出线。第二绕线组24可为一线饼结构，绕设于中层磁芯20的中柱201及第二磁芯22的中柱221上，且覆盖中层磁芯20的中柱201与第二磁芯22的中柱221间的第二气隙29。第二绕线组24具有第一出线端241与第二出线端242，且第一出线端241与第二出线端242分别由位于第二绕线空间28的中柱201与中柱221的相对侧延伸出线。其中，第一绕线组23的第二出线端232与第二绕线组24的第二出线端242连接，例如焊接。第一绕线组23的第一出线端231以及第二绕线组24的第一出线端241分别从第一绕线空间26及第二绕线空间28同侧向外向下延伸至底板25，并分别穿设于不同的贯穿通孔250内，以将第一绕线组23的第一出线端231及第二绕线组24的第一出线端241固定于底板25上，由此可利用该第一出线端231及第一出线端241作为导接端子而分别与对应的外部电路进行电性连接。在本实施例中，第一绕线组23与第二绕线组24具有相同的绕线方向，举例来说，当第一绕线组23为顺时针绕线时，第二绕线组24也同时为顺时针绕线。

在一实施例中，中层磁芯20的连接部200、第一磁芯21的连接部210及第二磁芯22的连接部220具有相同的厚度。中层磁芯20的侧柱202具有第一长度H1，第一磁芯21的侧柱212具有第二长度H2，第二磁芯22的侧柱222具有第三长度H3，其中第二长度H2分别大于第一长度H1及第三长度H3，且第一长度H1相等于第三长度H3。然而，第一长度H1、第二长度H2与第三长度H3的大小与三者间的比例并不以此为限，可根据第一绕线组23及第二绕线组24的绕线圈数及实际应用而对应调整。在本实施例中，第一气隙27的间距大小与第二气隙29的间距大小以相等为优选，但不以此为限，可根据第一长度H1、第二长度H2及第三长度H3及实际应用而调整第一气隙27与第二气隙29的间距大小。此外，当第一长度H1与第三长度H3相等时，以中层磁芯20的中柱201相等于第二磁芯22的中柱221为优选，以使第二气隙29平均分布于中层磁芯20与第二磁芯22之间。

在一些实施例中，中层磁芯20、第一磁芯21与第二磁芯22之间可利用例如黏胶及/或胶带缠绕等方式组接，以避免各组件彼此分离。

此外，如图1B所示，现有的电感组件1仅具有单一气隙14，其所需的间距较大。反观本发明的磁性组件2，通过串联设置的第一绕线组23及第二绕线组24完成多气隙的设计，不仅使所需的气隙分散，更可使各磁芯的中柱磨得较浅，即气隙的总间距变小。例如，现有的电感组件1的气隙14间距总和为6.10厘米，且平均分布于第一磁芯11与第二磁芯12，即第一磁芯11与第二磁芯12各具有3.05厘米的气隙，也即第一磁芯11与第二磁芯12的中柱磨得较深。在达到与相同电感值的条件下，本发明的磁性组件2的气隙间距总和仅需4厘米，其中第一气隙27及第二气隙29的间距为2厘米，第二气隙29平均分布于中层磁芯20与第二磁芯22上，即中层磁芯20具有1厘米的气隙，且第二磁芯22也具有1厘米的气隙，换言之，中层磁芯20的中柱201、第一磁芯21的中柱211及第二磁芯22的中柱221磨得较浅。由于气隙越大会造成较大的能量损耗，并使磁性组件的工作温度上升，故利用本发明的非对称结构的具有多气隙的磁性组件2，可以减缩气隙间距，进而提升磁性组件2的工作效率。

请参阅图4，其为本发明第二优选实施例的具有多气隙的磁性组件的磁芯结构示意图。如图所示，在本实施例中，具有多气隙的磁性组件3包括中层磁芯30、第一磁芯31、第二磁芯32、第一绕线组(未图示)、第二绕线组(未图示)、第一绕线空间33、第一气隙34、第二绕线空间35及第二气隙36，其中该具有多气隙的磁性组件3的结构与第一实施例的具有多气隙的磁性组件2的结构相仿，在此不再赘述。惟本实施例的具有多气隙的磁性组件3与第一实施例的具有多气隙的磁性组件2之间的差异在于，具有多气隙的磁性组件3的中层磁芯30为Y型磁芯且通过一U型磁芯及一T型磁芯连接组成，第一磁芯31为T型磁芯，第二磁芯32为U型磁芯，其中，中层磁芯30与第一磁芯31及第一气隙34形成第一组磁通路，且中层磁芯30与第二磁芯32及第二气隙36形成第二组磁通路，因此可利用三个以上的磁芯所连接构成的堆栈磁芯单元、第一绕线组及第二绕线组而组装形成具有多气隙的磁性组件3，且可形成至少两组具有漏感的磁通路。在本实施例中，中层磁芯30的U型磁芯及T型磁芯可通过例如黏胶方式相连接组合，但不以此为限。中层磁芯30、第一磁芯31及第二磁芯32之间可利用例如黏胶及/或胶带缠绕等方式耦接，以避免各组件彼此分离。

请再参阅图4，在本实施例中，中层磁芯30包括连接部300、中柱301及两侧柱302，第一磁芯31包括连接部310及中柱311，第二磁芯32包括连接部320及两侧柱321。其中，中层磁芯30的连接部300由上半连接部3001及下半连接部3002所构成，且上半连接部3001的底面与下半连接部3002的顶面相组接，换言之，两侧柱302由上半连接部3001的顶面两相对侧延伸而出，而中柱301由下半连接部3002的底面延伸而出。中层磁芯30的上半连接部3001、下半连接部3002、第一磁芯31的连接部310及第二磁芯32的连接部320具有相同的厚度，且上半连接部3001的厚度相等于下半连接部3002的厚度。

在本实施例中，中层磁芯30与第一磁芯31都包括T型磁芯的结构，因此，可利用自动绕线的方式直接将第一绕线组(未图示)及第二绕线组分别绕设于第一磁芯31的中柱311上与中层磁芯30的中柱301上，以达到自动化绕线作业及节省绕线成本的优点。

综上所述，本发明提供一种具有多气隙的磁性组件，其无需使用绕线架且可直接绕线于磁芯上，由此可减少制造成本及提高绕线使用率。此外，本发明的具有多气隙的磁性组件可透过多气隙的分散分布与设置来降低与分散漏磁耗损，降低扩散磁通，使磁性组件的工作温度降低，进而提升磁性组件的工作效率。此外，通过非对称结构的堆栈磁芯单元设计，及利用串联电流相同的电气特性，使两组绕线组间的磁芯磁力线可部分抵销或共享，藉此可减少中层磁芯的厚度，进而节省空间，实现将串联设置的磁性组件薄型化的目的。

最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (10)

1.一种具有多气隙的磁性组件，其特征在于，包括：

一第一磁芯；

一第二磁芯；

一中层磁芯，设置于所述第一磁芯与所述第二磁芯之间，其中所述第一磁芯与所述中层磁芯相耦接且形成一第一绕线空间与一第一气隙，所述第二磁芯与所述中层磁芯相耦接且形成一第二绕线空间与一第二气隙；

一第一绕线组，绕设于所述第一绕线空间中且覆盖所述第一气隙；以及

一第二绕线组，绕设于所述第二绕线空间中且覆盖所述第二气隙，其中所述第一绕线组与所述第二绕线组串联连接。

2.根据权利要求1所述的具有多气隙的磁性组件，其特征在于，所述中层磁芯、所述第一磁芯及所述第二磁芯分别为一E型磁芯，以形成一非对称结构的具有多气隙的磁性组件。

3.根据权利要求1所述的具有多气隙的磁性组件，其特征在于，所述第一磁芯、所述第二磁芯及所述中层磁芯分别包括一连接部、一中柱及二侧柱。

4.根据权利要求3所述的具有多气隙的磁性组件，其特征在于，所述第一磁芯的所述中柱与所述中层磁芯的所述连接部的一底面间形成所述第一气隙，且所述中层磁芯的所述中柱与所述第二磁芯的所述中柱之间形成所述第二气隙。

5.根据权利要求3所述的具有多气隙的磁性组件，其特征在于，所述第一气隙的间距等于所述第二气隙的间距。

6.根据权利要求3所述的具有多气隙的磁性组件，其特征在于，所述第一磁芯的所述连接部、所述第二磁芯的所述连接部及所述中层磁芯的所述连接部具有相同的轮廓形状及厚度。

7.根据权利要求3所述的具有多气隙的磁性组件，其特征在于，所述中层磁芯的所述侧柱的长度等于所述第二磁芯的所述侧柱的长度，且所述第一磁芯的所述侧柱的长度大于所述中层磁芯的所述侧柱的长度。

8.根据权利要求7所述的具有多气隙的磁性组件，其特征在于，所述中层磁芯的所述中柱的长度等于所述第二磁芯的所述中柱的长度。

9.根据权利要求1所述的具有多气隙的磁性组件，其特征在于，进一步包括一底板，所述底板具有多个贯穿通洞，其中所述底板贴附于所述第二磁芯的一底面，且所述第一绕线组的一出线端及所述第二绕线组的一出线端分别穿设于所述多个贯穿通孔且固定于所述底板。

10.根据权利要求1所述的具有多气隙的磁性组件，其特征在于，所述中层磁芯为一Y型磁芯且由一U型磁芯及一T型磁芯连接组成，所述第一磁芯为一T型磁芯，所述第二磁芯为一U型磁芯。