CN114464427A - 磁性元件及适用其的车载充电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种磁性元件及适用其的车载充电机。磁性元件包含磁芯、M个第一线圈绕组、N个第二线圈绕组以及开口。磁芯包含相对设置的第一及第二盖板、第一及第二绕线柱以及第一及第二边柱。第一及第二绕线柱设置于第一及第二盖板之间。第一及第二边柱设置于第一及第二盖板之间且分别位于第一绕线柱和第二绕线柱的中心连接线的两侧。M个第一线圈绕组和N个第二线圈绕组间隔缠绕于第一绕线柱上。开口设置于第一或第二边柱上，从第一或第二边柱远离第一绕线柱和第二绕线柱的中心连接线的一侧向靠近该中心连接线的一侧贯通。M个第一线圈绕组及N个第二线圈绕组中的至少一线圈绕组同时缠绕于第一及第二绕线柱。

Description

磁性元件及适用其的车载充电机
技术领域
本发明涉及一种磁性元件及适用其的车载充电机，尤其涉及一种集成式的磁性元件及适用其的车载充电机。
背景技术
随着车载充电机(on-Board Charger,OBC)技术的不断发展，车载充电机中对于高功率密度、高效率、高效散热、小体积及低成本的磁性元件(包含电感和变压器)的需求越来越迫切。因此，磁性元件作为OBC电源的关键器件，对其性能的高要求、生产制作工艺的优化及低成本的持续追求已经成为OBC电源发展的一个重要方向。
目前OBC电源的D2D(DC to DC)级通常采用LLC电路或Boost SRC电路或CLLLC电路或CLLC电路等，这些电路的谐振腔部分都包含有功率磁性元件，其一般采用传统的分离元件，即谐振电感和变压器分开独立设计，缺点是铁芯的材料用量较大，造成体积及重量大，进而造成磁性元件内部散热困难，且成本较高。而若为减少磁性元件的体积及重量而采用集成式多槽变压器，即利用变压器的原、副边绕组之间的漏感作为谐振电感并将该多槽变压器封装至金属散热槽中，然而，原、副边绕组之间的距离难以缩小，尤其是当绕组匝数较少时更难以达成。此外，原、副边绕组之间的外部漏磁会对金属散热槽产生额外的损耗，因此需另外设置辅助的遮避(如磁屏蔽，铜箔屏蔽等)或适当拉大空间距离等，造成设计较为复杂且生产成本的增高。
因此，如何发展一种可改善上述公知技术的磁性元件及适用其的车载充电机，实为目前迫切的需求。
发明内容
本发明的目的为提供一种磁性元件及适用其的车载充电机，本发明的集成式磁性元件的至少一线圈绕组同时缠绕于第一绕线柱及第二绕线柱上，且第一线圈绕组和第二线圈绕组于第一绕线柱产生的漏感结合第一线圈绕组或第二线圈绕组于第二绕线柱产生的电感可以形成电路所需的谐振电感量。由此，可降低磁性元件整体的体积及重量，提高磁性元件的功率密度，且降低其生产成本。
本发明的另一个目的在于提供一种磁性元件及适用其的车载充电机，其开口设置于第一边柱或第二边柱上，由此，散热介质(例如散热胶)可通过开口而被填充于第一线圈绕组与磁芯之间的空隙，和/或第二线圈绕组与磁芯之间的空隙中，以提高磁性元件整体的散热效果。另外，也可使散热介质(例如强制吹风、冷却液)通过开口流过第一线圈绕组与磁芯之间的空隙，和/或第二线圈绕组与磁芯之间的空隙，以带走磁性元件产生的热量。此外，第一线圈绕组和第二线圈绕组于第一绕线柱上沿轴向方向以一间隔距离交错设置，简化了磁性元件的制作工艺，并可利用第一线圈绕组和第二线圈绕组之间的间隔使散热胶被填充至磁性元件的线圈绕组内部，或使强制吹风、冷却液流过第一线圈绕组和第二线圈绕组之间的间隔，进一步增强了磁性元件的散热效果。
根据本发明的构想，本发明提供一种磁性元件，磁性元件包含磁芯、M个第一线圈绕组、N个第二线圈绕组以及开口，其中，M、N为正整数。磁芯包含第一盖板、第二盖板、第一绕线柱、第二绕线柱、第一边柱及第二边柱，第一盖板及第二盖板相对设置。第一绕线柱和第二绕线柱设置于第一盖板和第二盖板之间。第一边柱和第二边柱设置于第一盖板和第二盖板之间且分别设置于第一绕线柱和第二绕线柱的中心连接线的两侧。M个第一线圈绕组和N个第二线圈绕组间隔缠绕于第一绕线柱上。开口设置于第一边柱或第二边柱上，且开口自第一边柱或第二边柱远离中心连接线的一侧向第一边柱或第二边柱靠近中心连接线的一侧贯通。M个第一线圈绕组及N个第二线圈绕组中的至少一线圈绕组同时缠绕于第一绕线柱及第二绕线柱。
根据本发明的构想，本发明还提供一种车载充电机，包含机壳以及磁性元件，机壳包含散热槽，磁性元件设置于散热槽中。磁性元件包含磁芯、M个第一线圈绕组、N个第二线圈绕组以及开口，其中，M、N为正整数。磁芯包含第一盖板、第二盖板、第一绕线柱、第二绕线柱、第一边柱及第二边柱，第一盖板及第二盖板相对设置。第一绕线柱和第二绕线柱设置于第一盖板和第二盖板之间。第一边柱和第二边柱设置于第一盖板和第二盖板之间且分别设置于第一绕线柱和第二绕线柱的中心连接线的两侧。M个第一线圈绕组和N个第二线圈绕组间隔缠绕于第一绕线柱上。开口设置于第一边柱或第二边柱上，且开口自第一边柱或第二边柱远离中心连接线的一侧向第一边柱或第二边柱靠近中心连接线的一侧贯通。M个第一线圈绕组及N个第二线圈绕组中的至少一线圈绕组同时缠绕于第一绕线柱及第二绕线柱。散热胶填充于磁性元件及散热槽之间的间隙中。
本发明的有益效果在于，本发明提供一种磁性元件及适用其的车载充电机，其至少一线圈绕组同时缠绕于第一绕线柱及第二绕线柱上，且第一线圈绕组和第二线圈绕组于第一绕线柱产生的漏感结合第一线圈绕组或第二线圈绕组于第二绕线柱产生的电感可以形成电路所需的谐振电感量，由此，可降低磁性元件整体的体积及重量，提高磁性元件的功率密度，且降低其生产成本。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的磁性元件的立体结构示意图。
图2为图1的磁性元件的分解结构示意图。
图3为图1的磁性元件的剖面结构示意图。
图4为图1的磁性元件的绕线骨架的立体结构示意图。
图5为图1的磁性元件应用于谐振电路的电路拓扑示意图。
图6为本发明较佳实施例的车载充电机的部分部件分解结构示意图。
附图标记如下：
1:磁性元件
2:磁芯
3:第一线圈绕组
4:第二线圈绕组
5:开口
21:第一盖板
210:第一凸出部
220:第二凸出部
22:第二盖板
23:第一边柱
231:第一边柱远离中心连接线的一侧
232:第一边柱靠近中心连接线的一侧
24:第二边柱
241:第二边柱远离中心连接线的一侧
242:第二边柱靠近中心连接线的一侧
25:第一绕线柱
26:第二绕线柱
200:第一组件
300:第二组件
6:绕线骨架
61:第一中空套筒
62:第二中空套筒
63:绕线槽
10:车载充电机
100:机壳
100a:散热槽
d、m、n:气隙
C:中心连接线
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，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非架构于限制本发明。
图1为本发明较佳实施例的磁性元件的立体结构示意图，图2为图1的磁性元件的分解结构示意图，如图1及2所示，本发明的磁性元件1包含磁芯2、M个第一线圈绕组3、N个第二线圈绕组4、开口5以及绕线骨架6，其中，M、N为正整数。磁芯2包含第一盖板21、第二盖板22、第一边柱23、第二边柱24、第一绕线柱25及第二绕线柱26。第一盖板21及第二盖板22相对设置，第一绕线柱25和第二绕线柱26设置于第一盖板21和第二盖板22之间。第一绕线柱25的中心和第二绕线柱26的中心之间具有一中心连接线C。第一边柱23和第二边柱24设置于第一盖板21和第二盖板22之间，且分别设置于中心连接线C的两侧。M个第一线圈绕组3和N个第二线圈绕组4间隔缠绕于第一绕线柱25上，且M个第一线圈绕组3及N个第二线圈绕组中的至少一线圈绕组同时缠绕于第一绕线柱25及第二绕线柱26。开口5设置于第一边柱23或第二边柱24上，且开口5自第一边柱23或第二边柱24远离中心连接线C的一侧向第一边柱23或第二边柱24靠近中心连接线C的一侧贯通。具体地，开口5可以自第一边柱23远离中心连接线C的一侧231向第一边柱23靠近中心连接线C的一侧232贯通，开口5也可以自第二边柱24远离中心连接线C的一侧241向第二边柱24靠近中心连接线C的一侧242贯通。于一些实施例中，散热胶可通过开口5而被填充于第一线圈绕组3与磁芯2之间的空隙中，和/或，填充于第二线圈绕组4与磁芯2之间的空隙中，以达到磁性元件1整体较好的散热效果。于另外一些实施例中，强制吹风、冷却液也可通过开口5流过第一线圈绕组3与磁芯2之间的空隙，和/或，第二线圈绕组4与磁芯2之间的空隙，以带走磁性元件1产生的热量。进一步地，散热胶还可被填充于第一线圈绕组3和第二线圈绕组4之间的空隙中，或使强制吹风、冷却液流过第一线圈绕组3和第二线圈绕组4之间的空隙，以进一步提升磁性元件1的散热效果。
于一些实施例中，如图2所示，开口5可以自第一盖板21完全贯穿第一边柱23或第二边柱24至第二盖板22，使得第一边柱23或第二边柱24分别形成两个独立的柱体。于一些实施例中，M个第一线圈绕组3为变压器的原边绕组，而N个第二线圈绕组4为变压器的副边绕组。于另一些实施例中，M个第一线圈绕组3为变压器的副边绕组，而N个第二线圈绕组4为变压器的原边绕组。其中，M个第一线圈绕组3及N个第二线圈绕组4中缠绕于第二绕线柱26的部分为电感绕组。于一些实施例中，M个第一线圈绕组3和N个第二线圈绕组4于第一绕线柱25上沿轴向方向以一间隔距离交错设置，其中M为大于1的整数，且该间隔距离较佳为0.1～2mm。本发明的磁性元件中的至少一线圈绕组同时缠绕于第一绕线柱25及第二绕线柱26上，且第一线圈绕组3和第二线圈绕组4于第一绕线柱25产生的漏感结合第一线圈绕组3或第二线圈绕组4于第二绕线柱26产生的电感可以形成电路所需的谐振电感量。由此，可降低磁性元件整体的体积及重量，提高磁性元件的功率密度，且降低其生产成本。
如图2所示，第一盖板21、部分的第一边柱23、部分的第一绕线柱25及部分的第二边柱24形成第一组件200。第二盖板22、另一部分的第一边柱23、另一部分的第一绕线柱25及另一部分的第二边柱24形成第二组件300。第一组件200及第二组件300相互组接形成磁芯2。于一些实施例中，第二盖板22可以为平板状，第一边柱23、第二边柱24及第一绕线柱25分别设置于第一盖板21上，第一盖板21和第二盖板22相互组接形成磁芯2。另外，于一些实施例中，第一盖板21、第一边柱23、第二边柱24及第一绕线柱25为一体成型。
于一些实施例中，磁性元件1包含两个开口5，两个开口5分别设置于第一边柱23及第二边柱24上。两个开口5相对于第一绕线柱25及第二绕线柱26之间的中心连接线C对称设置。于一些实施例中，开口5设置于第一边柱23或第二边柱24上对应于第一绕线柱25和第二绕线柱26之间空隙的位置。
于一些实施例中，第二绕线柱26与第一盖板21和/或第二盖板22之间具有气隙d。请参阅图3，图3为图1的磁性元件的剖面结构示意图，如图3所示，第一盖板21具有第一凸出部210，第二盖板22具有第二凸出部220，第一凸出部210及第二凸出部220分别对应于第二绕线柱26，且第一凸出部210及第二凸出部220分别与第二绕线柱26之间的间隙形成气隙d，气隙d用于调整对应于第二绕线柱26的电感绕组的感量，且用此分布气隙的方式可减少绕组损耗。于一些实施例中，第一绕线柱25还可以具有气隙m，可以理解的是，第二绕线柱26上也可以具有气隙n，本申请对此不进行限制。
请再次参阅图3，每一第一线圈绕组3及每一第二线圈绕组4均沿垂直于第一绕线柱25轴向的方向缠绕，其中，每一第一线圈绕组3的线圈匝数可为例如但不限于4匝，每一第二线圈绕组4的线圈匝数可为例如但不限于5匝。于本图所示的实施例中，磁性元件1包含三个第一线圈绕组3及两个第二线圈绕组4，且第一线圈绕组3的线圈匝数为4匝，第二线圈绕组4的线圈匝数为5匝，其中，三个第一线圈绕组3中的一个同时缠绕于第一绕线柱25及第二绕线柱26。
请参阅图4，图4为图1的磁性元件的绕线骨架的立体结构示意图。如图4所示，磁性元件1的绕线骨架6包含第一中空套筒61、第二中空套筒62及M+N+X个绕线槽63。第一绕线柱25设置于第一中空套筒61中，第二绕线柱26设置于第二中空套筒62中。M+N+X个绕线槽63设置于第一中空套筒61和第二中空套筒62上。M+N+X个绕线槽63中的M+N个绕线槽63依次间隔设置于第一中空套筒61上，其中，M个第一线圈绕组3和N个第二线圈绕组4对应被容纳于M+N个绕线槽63中。M+N+X个绕线槽63中的其余X个绕线槽63设置于第二中空套筒62上，且同时缠绕于第一绕线柱25及第二绕线柱26的线圈绕组于第二绕线柱26上被容纳于X个绕线槽63中。须注意的是，在有多个线圈绕组同时缠绕于第一绕线柱25及第二绕线柱26的情况下，该多个线圈绕组于第二绕线柱26上分别被容纳于X个绕线槽63中。可以理解的是，在绕线骨架6包含M+N+X个绕线槽63的基础上，绕线骨架6还可以包含其他绕线槽以供其他线圈绕组容纳其中，为此本申请不进行限制。
请参阅图5，图5为图1的磁性元件1应用于LLC或Boost SRC等谐振电路的电路拓扑示意图，其中，图1所示的磁性元件1对应于图5所示的虚线框中的变压器Tx及电感Lr。当然，磁性元件1也可以应用于其它电路拓扑中，本申请不进行限制。
图6为本发明较佳实施例的车载充电机的部分部件分解结构示意图。如图6所示，车载充电机10包含机壳100以及上述的磁性元件1，其中，本实施例的磁性元件1与图1的磁性元件1的结构以及其绕组的绕线方式均相同，于此不再赘述。机壳100包含散热槽100a，磁性元件1设置于散热槽100a中，且流体(例如冷却液或散热胶)被填充于磁性元件1及散热槽100a之间的间隙中。
综上所述，本发明提供一种磁性元件及适用其的车载充电机，其至少一线圈绕组同时缠绕于第一绕线柱及第二绕线柱上，且第一线圈绕组和第二线圈绕组于第一绕线柱产生的漏感结合第一线圈绕组或第二线圈绕组于第二绕线柱产生的电感可以形成电路所需的谐振电感量，由此，可降低磁性元件整体的体积及重量，提高磁性元件的功率密度，且降低其生产成本。此外，第二绕线柱与盖板之间形成的气隙可减少绕组损耗。本发明的磁性元件还包含开口，设置于第一边柱或第二边柱上，由此，散热胶可通过开口而被填充于第一线圈绕组与磁芯之间的空隙中，和/或第二线圈绕组与磁芯之间的空隙中，以提高磁性元件整体散热效果。另外，也可使散热介质(例如强制吹风、冷却液)通过开口流过第一线圈绕组与磁芯之间的空隙，和/或第二线圈绕组与磁芯之间的空隙，以带走磁性元件产生的热量。而且，M个第一线圈绕组和N个第二线圈绕组于第一绕线柱上沿轴向方向以一间隔距离交错设置，简化了磁性元件的制作工艺，并可利用第一线圈绕组和第二线圈绕组之间的间隔使散热胶被填充至磁性元件的线圈绕组的内部，或使强制吹风、冷却液流过第一线圈绕组和第二线圈绕组之间的间隔，进一步增强了磁性元件的散热效果。
须注意，上述仅是为说明本发明而提出的较佳实施例，本发明不限于所述的实施例，本发明的范围由如附权利要求书决定。且本发明得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然而皆不脱如附权利要求书所欲保护。

Claims (17)

1.一种磁性元件，其特征在于，包含：
一磁芯，所述磁芯包含：
一第一盖板和一第二盖板，其中，所述第一盖板和所述第二盖板相对设置；
一第一绕线柱和一第二绕线柱，其中，所述第一绕线柱和所述第二绕线柱设置于所述第一盖板和所述第二盖板之间；以及
一第一边柱和一第二边柱，其中，所述第一边柱和所述第二边柱设置于所述第一盖板和所述第二盖板之间且分别设置于所述第一绕线柱和所述第二绕线柱的一中心连接线的两侧；
M个第一线圈绕组及N个第二线圈绕组，其中，所述M个第一线圈绕组和所述N个第二线圈绕组间隔缠绕于所述第一绕线柱上，M、N为正整数；以及
一开口，设置于所述第一边柱或所述第二边柱上，其中，所述开口自所述第一边柱或所述第二边柱远离所述中心连接线的一侧向所述第一边柱或所述第二边柱靠近所述中心连接线的一侧贯通，
其中，所述M个第一线圈绕组及所述N个第二线圈绕组中的至少一个所述线圈绕组同时缠绕于所述第一绕线柱及所述第二绕线柱。
2.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，其中，所述磁性元件包含两个所述开口，两个所述开口分别设置于所述第一边柱和所述第二边柱上。
3.如权利要求2所述的磁性元件，其特征在于，其中，两个所述开口相对于所述中心连接线对称设置。
4.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，其中，所述开口设置于所述第一边柱或所述第二边柱上对应于所述第一绕线柱和所述第二绕线柱之间空隙的位置。
5.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，其中，所述开口自所述第一盖板贯穿所述第一边柱或所述第二边柱至所述第二盖板。
6.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，其中，一散热介质通过所述开口流过或被填充于所述第一线圈绕组与所述磁芯之间的一空隙，和/或流过或被填充于所述第二线圈绕组与所述磁芯之间的一空隙，其中，所述散热介质为强制吹风、冷却液或散热胶。
7.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，其中，所述第一绕线柱和/或所述第二绕线柱具有气隙。
8.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，其中，所述第二绕线柱与所述第一盖板和/或与所述第二盖板之间具有气隙。
9.如权利要求8所述的磁性元件，其特征在于，其中，所述第一盖板具有一第一凸出部，所述第二盖板具有一第二凸出部，所述第一凸出部及所述第二凸出部分别对应于所述第二绕线柱，且所述第一凸出部及所述第二凸出部分别与所述第二绕线柱之间的间隙形成所述气隙。
10.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，其中，所述M个第一线圈绕组和所述N个第二线圈绕组于所述第一绕线柱上沿轴向方向以一间隔距离交错设置，其中M为大于1的整数。
11.如权利要求10所述的磁性元件，其特征在于，其中，所述间隔距离为0.1mm～2mm。
12.如权利要求10所述的磁性元件，其特征在于，其中，所述磁性元件还包含一绕线骨架，所述绕线骨架包含：
一第一中空套筒，其中，所述第一绕线柱设置于所述第一中空套筒中；
一第二中空套筒，其中，所述第二绕线柱设置于所述第二中空套筒中；以及
M+N+X个绕线槽，设置于所述第一中空套筒和所述第二中空套筒上，
其中，所述M+N+X个绕线槽中的M+N个所述绕线槽依次间隔设置于所述第一中空套筒上，所述M个第一线圈绕组和所述N个第二线圈绕组对应被容纳于所述M+N个绕线槽中，所述M+N+X个绕线槽中的其余X个所述绕线槽设置于所述第二中空套筒上，且同时缠绕于所述第一绕线柱及所述第二绕线柱的所述线圈绕组于所述第二绕线柱上被容纳于X个所述绕线槽中，X为正整数。
13.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，其中，每一所述第一线圈绕组及每一所述第二线圈绕组均沿垂直于所述第一绕线柱轴向的方向缠绕，其中，每一所述第一线圈绕组的线圈匝数为4匝，每一所述第二线圈绕组的线圈匝数为5匝。
14.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，其中，所述M个第一线圈绕组为一变压器的原边绕组和副边绕组中的一个，所述N个第二线圈绕组为所述变压器的所述原边绕组和所述副边绕组中的另一个。
15.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，其中，所述M个第一线圈绕组及所述N个第二线圈绕组中缠绕于所述第二绕线柱的部分为电感绕组。
16.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，其中，所述第一盖板、所述第一边柱、所述第二边柱及所述第一绕线柱为一体成型。
17.一车载充电机，其特征在于，包含一机壳以及如权利要求1至16中任一项所述的磁性元件，其中，所述机壳包含一散热槽，所述磁性元件设置于所述散热槽中，且一散热胶被填充于所述磁性元件及所述散热槽之间的间隙中。
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