CN107275040A - 磁性元件 - Google Patents

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CN107275040A CN201710024396.7A CN201710024396A CN107275040A CN 107275040 A CN107275040 A CN 107275040A CN 201710024396 A CN201710024396 A CN 201710024396A CN 107275040 A CN107275040 A CN 107275040A
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Abstract

本发明公开一种磁性元件，其包括一磁芯件以及一绕线组。磁芯件具有一中心柱、至少一侧柱以及一绕线空间；绕线组设置于绕线空间中，并绕设于中心柱，中心柱形成复数个中心柱气隙且侧柱形成复数个侧柱气隙。由于在中心柱及侧柱分别形成多个气隙，使气隙平均地分布于整个磁路上，不仅可以具备防止磁饱和的效果，且使漏磁损耗可以控制在希望的范围内。另外，绕线组系直接绕设于中心柱上，无需使用绕线架，可以增加绕线数，因而提高绕线使用率及磁性元件的工作效率。

Description

磁性元件
技术领域
本发明系有关于一种磁性元件，特别是有关于一种在磁路上形成多个气隙的磁性元件。
背景技术
图1A、1B表示习知的电感元件，习知的磁性元件例如变压器、电感元件等会利用第一磁芯11之中心柱111与第二磁芯12之中心柱121间形成的单一气隙14来避免磁饱和，然而此种单一气隙14若间距过大会造成较高的漏磁，导致能量耗损增加。且习知具气隙的磁性元件需要使用绕线架10将绕线组13固定于第一磁芯11与第二磁芯12之间，会使所能容置的绕线组减少，而降低绕线使用率及磁性元件的工作效率。市面上有磁性元件在中心柱设置多气隙来降低及分散漏磁耗损、降低扩散磁通，但磁芯中心柱气隙分布及数量有其极限，且当气隙的数量增加时，气隙之间的距离会变小，而当气隙之间的距离小于一长度时，扩散磁通无法持续有效降低，因此效率提升有限。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种磁性元件，在磁路上的中心柱及侧柱上分别形成复数个气隙，如此气隙可以均匀地分布在整个磁路中，不会过度集中在中心柱，同时又可以发挥避免磁饱和的效果，而且使漏磁损耗可以控制在希望的范围内。
本发明所提供的磁性元件的一实施例包括一磁芯件以及一绕线组。磁芯件具有一中心柱、至少一侧柱以及一绕线空间；绕线组设置于绕线空间中，并绕设于中心柱，其中，中心柱形成复数个中心柱气隙且侧柱形成复数个侧柱气隙。
在另一实施例中，磁芯件包括第一磁芯以及第二磁芯，第一磁芯具有第一中心柱以及至少一第一侧柱；第二磁芯具有对应于第一中心柱的第二中心柱及对应第一侧柱之至少一第二侧柱，其中第一磁芯与第二磁芯耦接以形成该绕线空间，中心柱包括第一中心柱以及第二中心柱，至少一侧柱包括至少一第一侧柱以及至少一第二侧柱，中心柱气隙包括形成于第一中心柱的一第一气隙以及形成于第二中心柱的一第三气隙，侧柱气隙包括形成于第一侧柱的一第二气隙以及形成于第二侧柱的一第四气隙。
在另一实施例中，第一气隙、第二气隙、第三气隙及第四气隙系填充黏胶并进行烧结，其中黏胶系为一种导热胶(Bond-ply)材料。
在另一实施例中，第一气隙的位置系对应于第二气隙的位置，第三气隙的位置系对应于第四气隙的位置。
在另一实施例中，该第一侧柱及该第二侧柱之截面积分别为该第一中心柱及该第二中心柱之截面积的二分之一。
在另一实施例中，第一磁芯包括二个第一侧柱，第二磁芯包括二个第二侧柱，第一气隙、二个第二气隙、二个第四气隙及第三气隙构成一第一组磁通路。
在另一实施例中，第一组磁通路之等效气隙系相当于四个中心柱气隙串列。
在另一实施例中，第一磁芯之第一中心柱与第二磁芯的第二中心柱之间形成一第五气隙，而第一磁芯之第一侧柱与第二磁芯的第二侧柱之间形成一第六气隙。
在另一实施例中，第一气隙、二个第二气隙、二个第六气隙、二个第四气隙、第三气隙及第五气隙构成一第二组磁通路，第二组磁通路之等效气隙系相当于六个中心柱气隙串列。
在另一实施例中，第一气隙、第二气隙、第三气隙、第四气隙、第五气隙及第六气隙系填充黏胶并进行烧结，其中该黏胶系为一种导热胶(Bond-ply)材料。
在另一实施例中，磁性元件更包括至少一隔离元件，设置于侧柱的外侧，且与侧柱保持一预设距离。
在另一实施例中，隔离元件系以导磁性物质制成。
在另一实施例中，隔离元件系完全覆盖侧柱气隙。
在另一实施例中，绕线组包括导电片卷绕成的线组。
在另一实施例中，磁性元件可应用于电源供应装置之返驰式转换电路的变压器、顺向式转换电路的输出电感或功率因数校正电路的电感元件。
本发明所提供的磁性元件的另一实施例包括一磁芯件、一绕线组以及至少一隔离元件。磁芯件具有一中心柱、至少一侧柱以及一绕线空间，绕线组设置于绕线空间中，并绕设于中心柱，隔离元件设置于侧柱的外侧，且与侧柱保持一预设距离，其中侧柱形成复数个气隙。
在另一实施例中，隔离元件系以导磁性物质制成。
在另一实施例中，绕线组系直接定位于中心柱。
在另一实施例中，气隙系填充黏胶并进行烧结，其中黏胶为一种导热胶(Bond-ply)材料。
在另一实施例中，绕线组包括导电片卷绕成的线组。
在另一实施例中，隔离元件系完全覆盖气隙。
在另一实施例中，磁芯件包括一第一磁芯以及一第二磁芯，第一磁芯具有一第一中心柱以及一第一侧柱；第二磁芯具有对应于第一中心柱之一第二中心柱及对应第一侧柱之第二侧柱，其中第一磁芯与第二磁芯耦接以形成绕线空间，中心柱包括第一中心柱以及对应于第一中心柱的第二中心柱，至少一侧柱包括第一侧柱以及对应于第一侧柱的第二侧柱，在第一侧柱形成第七气隙，在第二侧柱形成第八气隙。
在另一实施例中，第一磁芯的第一侧柱与第二磁芯的第二侧柱之间形成第九气隙。
在另一实施例中，磁性元件可应用于电源供应装置之返驰式转换电路的变压器、顺向式转换电路的输出电感或功率因数校正电路的电感元件。
本发明的磁性元件由于在中心柱及侧柱分别形成多个气隙，使气隙平均地分布于整个磁路上，不仅可以具备防止磁饱和的效果，而且使漏磁损耗可以控制在希望的范围内，另外在侧柱的外侧设置隔离元件，可以将侧柱的气隙产生的漏磁导引回到隔离元件本身，而藉此降低漏磁及磁损。另外，本发明的磁性元件的绕线组系直接绕设于中心柱上，无需使用绕线架，可以增加绕线数，因而提高绕线使用率及磁性元件的工作效率。
为让本发明之上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1A为习知电感元件的立体分解图。
图1B为习知电感元件之磁芯的立体组合图。
图2A为本发明的磁性元件的一实施例的立体分解图。
图2B为图2A的磁性元件的立体组合图。
图3A为图2A及图2B的磁芯的结构的剖视图。
图3B为本发明的磁性元件的另一实施例的磁芯的结构的剖视图。
图3C为图3A的磁芯结构的磁通路示意图。
图3D为图3B的磁芯结构的磁通路示意图。
图4A为本发明的磁性元件的另一实施例的立体分解图。
图4B为图4A的磁性元件的立体组合图。
图4C为图4A及图4B的磁芯的结构的剖视图。
图5A为本发明的磁性元件应用于返驰式转换电路的示意图。
图5B为本发明的磁性元件应用于顺向式转换电路的示意图。
【符号说明】
10：绕线架
11：第一磁芯
12：第二磁芯
13：绕线组
14：气隙
100：磁芯件
110：中心柱
111：中心柱
112：第一磁芯
114：第二磁芯
120：侧柱
121：中心柱
130：绕线空间
200：绕线组
300：隔离元件
1000、1000’：磁性元件
1122：第一中心柱
1124：第一侧柱
1126：第一连接部
1142：第二中心柱
1144：第二侧柱
1146：第二连接部
G1：第一气隙
G2：第二气隙
G3：第三气隙
G4：第四气隙
G5：第五气隙
G6：第六气隙
L：输出电感
L1：第一磁通路
L2：第二磁通路
T：变压器
具体实施方式
请参阅图2A、2B及3A，其表示本发明的磁性元件的一实施例。本发明的磁性元件1000包括一磁芯件100以及一绕线组200。如图3A所示，磁芯件100具有一中心柱110、两个侧柱120以及一绕线空间130，如图2B所示，绕线组200设置于绕线空间130中，并绕设于中心柱110，其中，中心柱110形成两个中心柱气隙G1、G3且每个侧柱120分别形成两个侧柱气隙G2、G4，磁芯件100系以导磁性物质制成。
如图2A所示，在本实施例中，磁芯件100包括相互对接的第一磁芯112以及第二磁芯114，第一磁芯112具有第一中心柱1122以及两个第一侧柱1124，第一磁芯112更具有第一连接部1126，第一中心柱1122经由第一连接部1126连接于两个第一侧柱1124而形成「山」字形的结构，而且第一中心柱1122的截面积为每个第一侧柱1124的两倍，第二磁芯114具有对应于第一中心柱1122的第二中心柱1142及对应第一侧柱1124的第二侧柱1144，第二磁芯114更具有第二连接部1146，第二中心柱1142经由第二连接部1146连接于两个第二侧柱1144而形成「山」字形的结构，而且第二中心柱1142的截面积为每个第二侧柱1144的两倍。
第一磁芯112与第二磁芯114相向地接合而形成磁芯件100，并在磁芯件100中形成绕线空间130，接合的方式可以使用黏胶，同样地，第一中心柱1122以及第二中心柱1142接合而形成中心柱110，两个第一侧柱1124与两个第二侧柱1144接合而形成两个侧柱120，在第一中心柱1122形成一第一气隙G1，第一侧柱1124形成一第二气隙G2(第七气隙)，而第二中心柱1142形成一第三气隙G3，第二侧柱1144形成一第四气隙G4(第八气隙)。因此上述的中心柱气隙包括形成于第一中心柱1122的第一气隙G1以及形成于第二中心柱1142的第三气隙G3，上述的侧柱气隙包括形成于第一侧柱1124的第二气隙G2以及形成于第二侧柱1144的第四气隙G4。在本实施例中，在第一气隙G1、第二气隙G2、第三气隙G3以及第四气隙G4中填充黏胶并进行烧结，其中该黏胶可以是一种导热胶(Bond-ply)材料，此种导热胶(Bond-ply)材料同时具有黏性及绝缘特性，且导热胶(Bond-ply)在烧结(亦即加热烘烤)后其硬度会增大，以形成一定的气隙厚度，而且第一气隙G1的位置系对准于第二气隙G2的位置，第三气隙G3的位置系对准于第四气隙G4的位置，虽然本实施例的磁芯件100是由第一磁芯112与第二磁芯114对接组合而成，但是本发明的磁芯件不限于此，也可以由二个以上的磁芯组合而形成。
请回到图2A与图2B，绕线组200直接绕设于中心柱110上并位于绕线空间130中。在本实施例中，绕线组200为导电片卷绕成的线组，导电片为宽度大于厚度的导体，这种导电片的绕线组的直流阻抗比一般宽度大体上与厚度相等的绕线组(例如:多股绞线绕成的线饼结构)要小，而交流阻抗则与一般的绕线组差不多，因此导电片的绕线组产生的总损耗比多股绞线的绕线组要小。当电流通过绕线组200时，由于电磁效应，绕线组200会产生磁场，由于绕线组200绕设于中心柱110，而且磁芯件100是以导磁材料制成，因此在磁芯件100中产生磁通量，并且构成第一磁通路L1，请参阅图3C，第一磁通路L1包括第一气隙G1、两个第二气隙G2、第三气隙G3以及两个第四气隙G4，所以第一磁通路L1的气隙数量包括两个中心柱气隙(即第一气隙G1与第三气隙G3)以及四个侧柱气隙(两个第二气隙G2及两个第四气隙G4)，而由于中心柱110的截面积是每个侧柱120的截面积的两倍，所以在计算第一磁通路L1等效气隙是将中心柱气隙数量乘以系数1加上侧柱气隙数量乘以系数1/2即可得到第一磁通路L1的等效气隙，在本实施例中，第一磁通路L1的等效气隙的计算式是2×1+4×(1/2)＝4，即第一磁通路L1的等效气隙相当于四个中心柱气隙串列。
请参阅图3B与图3D，其表示本发明的磁性元件另一实施例。本实施例的磁性元件1000’与图2A所示的磁性元件1000大部分相同，相同的元件给予相同的符号并省略其说明。在本实施例中，第一磁芯112以及第二磁芯114在接合时保留一间距，使第一中心柱1122与第二中心柱1142之间产生第五气隙G5，在两个第一侧柱1124与两个第二侧柱1144之间产生第六气隙G6(第九气隙)，同样地，第五气隙G5与第六气隙G6中也填充黏胶并进行烧结，其中该黏胶可以是一种导热胶(Bond-ply)材料，此种导热胶(Bond-ply)材料同时具有黏性及绝缘特性，且导热胶(Bond-ply)在烧结(亦即加热烘烤)后其硬度会增大，以形成一定的气隙厚度。在本实施例中，磁性元件1000’具有一第二磁通路L2，第二磁通路L2包括第一气隙G1、两个第二气隙G2、第三气隙G3、两个第四气隙G4、第五气隙G5以及两个第六气隙G6。第二磁通路L2的气隙数量包括三个中心柱气隙(即第一气隙G1、第三气隙G3及第五气隙G5)以及六个侧柱气隙(两个第二气隙G2、两个第四气隙G4以及两个第六气隙G6)，因此第二磁通路L2的等效气隙的计算式是3×1+6×(1/2)＝6，即第二磁通路L2的等效气隙相当于六个中心柱气隙串列。
请参阅图4A、4B及图4C，本发明的磁性元件1000更包括一隔离元件300，其设置于磁芯件100的侧柱120的外侧，覆盖侧柱气隙，隔离元件300由导磁物质制成，在本实施例中，隔离元件300是由与磁芯元件100相同的材料制成，隔离元件300设置在侧柱120的外侧，可以将侧柱120的气隙G2、G4、G6漏出的磁力线导引回到隔离元件300，藉此收敛隔绝从侧柱气隙间漏出的磁力线，并减少因漏磁而与装置的金属外壳或其它金属元件产生的涡流损耗，有效提升磁性元件1000的工作效率。图4B所示的隔离元件300呈U字形，除了覆盖侧柱120的侧面之外，还覆盖侧柱120的正面及背面，其中隔离元件300亦可为片状或C字形，本发明不以此为限。另外，由于隔离元件300由导磁物质制成，所以隔离元件300需要与侧柱120保持预设的距离，如果隔离元件300紧贴于侧柱120，则磁力线会直接由磁阻最小的隔离元件300通过，使侧柱气隙失去作用。
在另一实施例中，磁芯件100的结构也可以是在第一磁芯112的第一中心柱1122形成一第一气隙G1，在第一磁芯112的第一侧柱1124形成一第二气隙G2，同时在第一中心柱1122与第二中心柱1142之间产生第五气隙G5，在两个第一侧柱1124与两个第二侧柱1144之间产生第六气隙G6，但是在第二磁芯的第二中心柱1142与第二侧柱1144则不形成气隙，如此，如同图2A与图2B的实施例的计算方法，整个磁路的等效气隙也是相当于四个中心柱气隙串列。
本发明的磁性元件1000、1000’如图5A、图5B所示可应用于电源供应装置之返驰式转换电路的变压器T、顺向式转换电路的输出电感L或功率因数校正电路的电感元件，而可有效提升电路的转换效率。
本发明的磁性元件由于在中心柱及侧柱分别形成多个气隙，使气隙平均地分布于整个磁路上，不仅可以具备防止磁饱和的效果，而且使漏磁损耗可以控制在希望的范围内，另外在侧柱的外侧设置隔离元件，可以将侧柱的气隙产生的漏磁导引回到隔离元件本身，而藉此降低漏磁及磁损。另外，本发明的磁性元件的绕线组系直接绕设于中心柱上，无需使用绕线架，可以增加绕线数，因而提高绕线使用率及磁性元件的工作效率。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

Claims (24)

1.一种磁性元件，其特征在于，包括：
一磁芯件，具有一中心柱、至少一侧柱以及一绕线空间；以及
一绕线组，设置于该绕线空间中，并绕设于该中心柱，其中，该中心柱形成复数个中心柱气隙且该侧柱形成复数个侧柱气隙。
2.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，该磁芯件包括一第一磁芯以及一第二磁芯，该第一磁芯具有一第一中心柱以及至少一第一侧柱；该第二磁芯具有对应于该第一中心柱的一第二中心柱及对应该至少一第一侧柱之至少一第二侧柱，其中该第一磁芯与该第二磁芯耦接以形成该绕线空间，该中心柱包括第一中心柱以及该第二中心柱，该至少一侧柱包括该至少一第一侧柱以及该至少一第二侧柱，该中心柱气隙包括形成于该第一中心柱的一第一气隙以及形成于该第二中心柱的一第三气隙，该侧柱气隙包括形成于该第一侧柱的一第二气隙以及形成于该第二侧柱的一第四气隙。
3.如权利要求2所述的磁性元件，其特征在于，该第一气隙、该第二气隙、该第三气隙及该第四气隙系填充黏胶并进行烧结，其中该黏胶系为一种导热胶材料。
4.如权利要求2所述的磁性元件，其特征在于，该第一气隙的位置系对应于该第二气隙的位置，该第三气隙的位置系对应于该第四气隙的位置。
5.如权利要求2所述的磁性元件，其特征在于，该第一侧柱及该第二侧柱之截面积分别为该第一中心柱及该第二中心柱之截面积的二分之一。
6.如权利要求5所述的磁性元件，其特征在于，该第一磁芯包括二个该第一侧柱，该第二磁芯包括二个该第二侧柱，该第一气隙、二个该第二气隙、二个该第四气隙及该第三气隙构成一第一组磁通路。
7.如权利要求6所述的磁性元件，其特征在于，该第一组磁通路之等效气隙系相当于四个该中心柱气隙串列。
8.如权利要求2所述的磁性元件，其特征在于，该第一磁芯之第一中心柱与该第二磁芯的第二中心柱之间形成一第五气隙，而该第一磁芯之第一侧柱与该第二磁芯的第二侧柱之间形成一第六气隙。
9.如权利要求8所述的磁性元件，其特征在于，该第一气隙、二个该第二气隙、二个该第六气隙、二个该第四气隙、该第三气隙及该第五气隙构成一第二组磁通路，该第二组磁通路之等效气隙系相当于六个该中心柱气隙串列。
10.如权利要求8所述的磁性元件，其特征在于，该第一气隙、该第二气隙、该第三气隙、该第四气隙、该第五气隙及该第六气隙系填充黏胶并进行烧结，其中该黏胶系为一种导热胶材料。
11.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，还包括至少一隔离元件，其设置于该侧柱的外侧，且与该侧柱保持一预设距离。
12.如权利要求11所述的磁性元件，其特征在于，该隔离元件系以导磁性物质制成。
13.如权利要求11所述的磁性元件，其特征在于，该隔离元件系完全覆盖该侧柱气隙。
14.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，该绕线组包括导电片卷绕成的线组。
15.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，该磁性元件可应用于电源供应装置之返驰式转换电路的变压器、顺向式转换电路的输出电感或功率因数校正电路的电感元件。
16.一种磁性元件，其特征在于，包括：
一磁芯件，具有一中心柱、至少一侧柱以及一绕线空间；
一绕线组，设置于该绕线空间中，并绕设于该中心柱；以及
至少一隔离元件，设置于该侧柱的外侧，且与该侧柱保持一预设距离，其中该侧柱形成复数个气隙。
17.如权利要求16所述的磁性元件，其特征在于，该隔离元件系以导磁性物质制成。
18.如权利要求16所述的磁性元件，其特征在于，该绕线组系直接定位于该中心柱。
19.如权利要求16所述的磁性元件，其特征在于，该等气隙系填充黏胶并进行烧结，其中该黏胶系为一种导热胶材料。
20.如权利要求16所述的磁性元件，其特征在于，该绕线组包括导电片卷绕成的线组。
21.如权利要求16所述的磁性元件，其特征在于，该隔离元件系完全覆盖该等气隙。
22.如权利要求16所述的磁性元件，其特征在于，该磁芯件包括一第一磁芯以及一第二磁芯，该第一磁芯具有一第一中心柱以及一第一侧柱；该第二磁芯具有对应于该第一中心柱之一第二中心柱及对应该第一侧柱之第二侧柱，其中该第一磁芯与该第二磁芯耦接以形成该绕线空间，该中心柱包括该第一中心柱以及对应于该第一中心柱的第二中心柱，该至少一侧柱包括该第一侧柱以及对应于该第一侧柱的第二侧柱，在该第一侧柱形成一第七气隙，在该第二侧柱形成一第八气隙。
23.如权利要求22所述的磁性元件，其特征在于，该第一磁芯的该第一侧柱与该第二磁芯的该第二侧柱之间形成一第九气隙。
24.如权利要求16所述的磁性元件，其特征在于，该磁性元件可应用于电源供应装置之返驰式转换电路的变压器、顺向式转换电路的输出电感或功率因数校正电路的电感元件。
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