CN115831563A - 磁性元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁性元件，适用于交错并联电路，磁性元件包含第一磁芯、第二磁芯及两个绕组。第一磁芯由第一材质制成且包含两个相互平行的绕线柱和两个连接部，第一磁芯具有第一导磁率，第二磁芯由第二材质制成且具有第二导磁率。第一导磁率小于第二导磁率。两个绕组分别各绕设于第一磁芯的两个绕线柱之一，在电流流经两个绕组时，于第一磁芯产生闭合磁路的磁通沿一方向依序流经其中一绕线柱、其中一连接部、另一绕线柱、另一连接部，并且于第二磁芯上所产生的磁通相互抵消，第一材质包含合金材质，第二材质包含铁氧体材质。

Description

磁性元件
技术领域
本案涉及一种磁性元件，尤其涉及一种适用于交错并联电路的磁性元件。
背景技术
现有的电源供应器对于功率的效率要求日渐严格，且于公元2023年将导入80PLUS钛金(titanium)的效率规范，以提升能源使用效率。
目前电源供应器所使用的磁性元件，其绕线柱以及中柱为相同材质的合金，因此当电流流经两个绕线柱上的绕组时，对应于中柱上所产生的磁通相互叠加，造成磁性元件的损耗增加，导致转换效率下降。
因此，如何发展一种可改善上述现有技术的磁性元件，实为目前迫切的需求。
发明内容
本案的目的为提供一种磁性元件，其第一磁芯与第二磁芯的材质相异，且第二磁芯包含铁氧材质故其损耗较低。藉此，磁性元件的损耗降低，进而提升转换效率。
本案的另一目的为提供一种磁性元件，其两个绕线柱于第一磁芯上所产生的磁通方向相反，且电流流经绕组时于第二磁芯上所产生的磁通相互抵消。藉此，磁性元件的损耗降低，进而提升转换效率。
根据本案的构想，本案提供一种磁性元件，适用于交错并联电路。磁性元件包含第一磁芯、第二磁芯及两个绕组。第一磁芯由第一材质制成且包含两个相互平行的绕线柱和两个连接部，两个连接部分别连接于两个绕线柱的两端，第一磁芯具有第一导磁率。第二磁芯由第二材质制成，第二磁芯具有第二导磁率，第一导磁率小于第二导磁率。两个绕组分别各绕设于第一磁芯的两个绕线柱之一，在电流流经两个绕组时，于第一磁芯产生一闭合磁路，且于第一磁芯的两个绕线柱所产生的磁通方向相反，且于第二磁芯上所产生的磁通相互抵消。第一材质包含合金材质，第二材质包含铁氧体材质。
附图说明
图1为本案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的磁性元件的磁通方向示意图；
图4为图1的磁性元件应用于交错并联电路的电路结构示意图；
图5为本案另一较佳实施例的磁性元件的立体结构示意图；
图6为图5的磁性元件的分解结构示意图；
图7为本案另一较佳实施例的磁性元件的立体结构示意图；
图8为图7的磁性元件的分解结构示意图；
图9为本案另一较佳实施例的磁性元件的分解结构示意图；
图10为本案另一较佳实施例的磁性元件的分解结构示意图。
附图标记说明
1、1a、1b、1c、1d:磁性元件
11、11a、11b、11c、11d:第一磁芯
110c:I型磁芯
111c:U型磁芯
110d:U型磁芯
111:第一组件
111a:第一组件
111b:第一组件
1110:第一凸出部
1111:第二凸出部
112:第二组件
112a:第二组件
112b:第二组件
1120:第一凸出部
1121:第二凸出部
113a:、114a:第一侧边
113b、114b:第二侧边
113c:连接部
114c:连接部
1131:第一延伸柱
1132:第二延伸柱
1141:第一延伸柱
1142:第二延伸柱
12、12a、12b:第二磁芯
120:底侧
121:顶侧
121:第一区段
121a:顶边
121b:底边
122a:顶边
122b:底边
122:第二区段
123:第三区段
13:绕组
14、14b:绕线柱
110:第一表面
111:第二表面
P-i:输入功率
Po:输出功率
16:第一区段
17:第二区段
18:第三区段
19:第一外侧面
20:第二外侧面
LB1、L-B2:电感
100:交错并联电路
具体实施方式
体现本案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实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非架构于限制本案。
图1为本案较佳实施例的磁性元件1的立体结构示意图，图2为图1的磁性元件1的分解结构示意图，如图1及图2所示，磁性元件1适用于交错并联电路(未图示)，磁性元件1包含第一磁芯11、第二磁芯12及两个绕组13。第一磁芯11由第一材质制成且包含两个相互平行的绕线柱14和两个连接部113c、114c，两个连接部113c、114c分别连接于两个绕线柱14的两端，第一磁芯11具有第一导磁率，第二磁芯12由第二材质制成且具有第二导磁率。第一材质包含合金材质，第二材质包含铁氧体材质，且因第二磁芯12包含铁氧材质故其损耗较低，可提升转换效率。第一导磁率小于第二导磁率，故第一磁芯11的抗饱和能力较佳。两个绕组13分别各绕设于第一磁芯11的两个绕线柱14之一。于一些实施例中，两个绕组13的绕线方向可分别为顺时针及逆时针方向，或分别为逆时针及顺时针方向。于一些实施例中，两个绕组13可为串联连接。在电流流经两个绕组13时，会于第一磁芯11产生一闭合磁路，该闭合磁路所产生的磁通沿着一方向依序流经其中一绕线柱14、其中一连接部114c、另一绕线柱14、另一连接部113c，且于第一磁芯11的两个绕线柱14所产生的磁通方向相反，且于第二磁芯12上所产生的磁通相互抵消。藉此，磁性元件1的损耗降低，进而提升转换效率。
第一磁芯11包含可相互组接的第一组件111及第二组件112，第一组件111具有自第一组件111的连接部113c延伸的第一延伸柱1131及第二延伸柱1132，第二组件112具有自第二组件112的连接部114c延伸的第一延伸柱1141及第二延伸柱1142，第一组件111的第一延伸柱1131及第二组件112的第一延伸柱1141形成一个绕线柱14，第一组件111的第二延伸柱1132及第二组件的第二延伸柱1142形成另一个绕线柱14。第二磁芯12为I型磁芯，且第二磁芯12部分设置于第一组件111及第二组件112之间。第二磁芯12的底侧120切齐于第一组件111的第一侧边113a及第二组件112的第一侧边114a，意即第二磁芯12的底侧120与第一组件111的第一侧边113a及第二组件112的第一侧边114a位于同一平面。第二磁芯12的顶侧121切齐于第一组件111的第二侧边113b及第二组件112的第二侧边114b，意即第二磁芯12的顶侧121与第一组件111的第二侧边113b及第二组件112的第二侧边114b位于同一平面。第一组件111的第一侧边113a及第二侧边113b彼此相对，第二组件112的第一侧边114a及第二侧边114b彼此相对。于一些实施例中，第二磁芯12的底侧120凸出于第一组件111的第一侧边113a及第二组件112的第一侧边114a，第二磁芯12的顶侧121凸出于第一组件111的第二侧边113b及第二组件112的第二侧边114b。于另一些实施例中，第二磁芯12的底侧120内缩于第一组件111的第一侧边113a及第二组件112的第一侧边114a，第二磁芯12的顶侧121内缩于第一组件111的第二侧边113b及第二组件112的第二侧边114b。再于另一些实施例中，第二磁芯12的底侧120内缩于第一组件111的第一侧边113a及第二组件112的第一侧边114a，第二磁芯12的顶侧121凸出于第一组件111的第二侧边113b及第二组件112的第二侧边114b；或于另一些实施例中，第二磁芯12的底侧120凸出于第一组件111的第一侧边113a及第二组件112的第一侧边114a，第二磁芯12的顶侧121内缩于第一组件111的第二侧边113b及第二组件112的第二侧边114b。
于一些实施例中，磁性元件1的转换效率指磁性元件1的输出功率Po与输入功率P-i的比值，因此，在相同输入功率Pi的条件下，若可得到较高的输出功率Po，则代表磁性元件1的转换效率提升。
请参阅图3，图3为图1的磁性元件1的磁通方向示意图，磁通方向以箭头表示，由图3可知，于第二磁芯12上所产生的磁通相互抵消，且电流流经两个绕组13所产生的磁通于第一磁芯11中流通。
请参阅图4，图4为图1的磁性元件1应用于交错并联变换器100的电路结构示意图，其中，图1所示的磁性元件1对应于图4所示的虚线框中的两个电感LB1及L-B2，两个电感LB1及L-B2各自对应的开关的开关时序之间具有180度的相位差。上述相位差可依据实际需求调整而不以此为限。
于一些实施例中，磁性元件的第二磁芯不限于前述的I型磁芯，请参阅图5及图6，图5为本案另一较佳实施例的磁性元件1a的立体结构示意图，图6为图5的磁性元件1a的分解结构示意图，其中与图1相同的元件以相同标号表示，于此不再赘述。于本实施例中，第二磁芯12a为U型磁芯，且第二磁芯12a具有第一区段121、第二区段122及第三区段123，第一区段121及第二区段122相对设置，第三区段123连接于第一区段121与第二区段122之间，且部分的第三区段123凸出于第一区段121与第二区段122。第二磁芯12a通过第一区段121及第二区段122与第一磁芯11a组接。具体来说，第一区段121具有相对的顶边121a及底边121b，第二区段122具有相对的顶边122a及底边122b。第一区段121的顶边121a与第二区段122的顶边122a分别组接于第一组件111a的第一凸出部1110及第二凸出部1111。第一区段121的底边121b与第二区段122的底边122b分别组接于第二组件112a的第一凸出部1120及第二凸出部1121。其中，第一组件111a的第一凸出部1110与第二凸出部1111分别凸出于第一组件111a的连接部113c的相对两侧，即分别自第一组件111a的连接部113c的相对两侧向外延伸。第二组件112a的第一凸出部1120与第二凸出部1121分别凸出于第二组件112a的连接部114c的相对两侧，即分别自第二组件112a的连接部114c的相对两侧向外延伸。第一区段121连接于第一组件111a的第一凸出部1110及第二组件112a的第一凸出部1120之间，第二区段122连接于第一组件111a的第二凸出部1111及第二组件112a的第二凸出部1121之间，第一磁芯11a及第二磁芯12a因此相互组接。两个绕组13至少部分设置于第二磁芯12a的第一区段121、第二区段122及第三区段123之间所形成的空间中。通过本实施例的第一磁芯11a及第二磁芯12a的特殊组合结构，且第二磁芯21a为U型磁芯，磁性元件1a的感量因此提升。
于一些实施例中，磁性元件的第二磁芯不限于前述的设置方式，请参阅图7及图8，图7为本案另一较佳实施例的磁性元件1b的立体结构示意图，图8为图7的磁性元件1b的分解结构示意图，其中与图1相同的元件以相同标号表示，于此不再赘述。于本实施例中，第一磁芯11b为口字型磁芯且具有相对的第一表面110及第二表面111，第二磁芯12b为U型磁芯且设置于第一表面110。两个绕组13部分设置于第一磁芯11b和第二磁芯12b之间，两个绕组13分别绕设于第一磁芯11b的两个绕线柱14b。第二磁芯12b具有第一区段16、第二区段17及第三区段18，第一区段16与第二区段17相对设置，第三区段18连接于第一区段16及第二区段17之间。第一区段16与第二区段17分别组接于第一磁芯11b的两个连接部，两个绕组13部分设置于呈U型的第二磁芯12b的凹槽中，其中凹槽为第一区段16、第二区段17及第三区段18所共同架构的空间。本实施例的第一磁芯11b为口字型磁芯，第二磁芯12b为U型磁芯，且通过第一磁芯11b及第二磁芯12b的特殊组合结构，磁性元件1b于组装时不须拆卸第一磁芯11b或第二磁芯12b，使磁性元件1b的组装更加便利。
于一些实施例中，第一组件111b具有第一外侧面19，第二组件112b具有第二外侧面20，第一外侧面19及第二外侧面20分别与第一区段16的外侧面及第二区段17的外侧面切齐。
于一些实施例中，第二磁芯12b扣合于第一磁芯11，即第一区段16及第二区段17分别扣合第一组件111b的第一表面110，第一磁芯11b部分设置于第二磁芯12b之中。
于一些实施例中，磁性元件具有一个第一磁芯11b及两个第二磁芯12b，两个第二磁芯12b相对于第一磁芯11b对称设置，且第一磁芯11b设置于两个第二磁芯12b之间。与图8所示第二磁芯12b设置于第一表面110的实施例的差异仅在于，本实施例的两个第二磁芯12b分别设置于第一表面110及第二表面111。其中，第一组件111b的第一外侧面19及第二组件112b的第二外侧面20分别与两个第二磁芯12b的第一区段16的外侧面及两个第二磁芯12b的第二区段17的外侧面切齐。此时，两个绕组13通电后所产生的磁通会在两个第二磁芯12b相抵消。
于一些实施例中，口字型的第一磁芯不限于图7及图8中所示的一体成形的结构，口字型的第一磁芯亦可由一个U型磁芯及一个I芯磁芯或两个U型磁芯所组成。请参阅图9及图10，图9为本案另一较佳实施例的磁性元件1c的分解结构示意图，图10为本案另一较佳实施例的磁性元件1d的分解结构示意图，其中与图7相同的元件以相同标号表示，于此不再赘述。于图9的实施例中，口字型的第一磁芯11c由一个I型磁芯110c及一个U型磁芯111c相互组接而成。于图10的实施例中，口字型的第一磁芯11d由两个U型磁芯110d相互组接而成。
综上所述，本案提供一种磁性元件，其第一磁芯与第二磁芯的材质相异，且第二磁芯为铁氧材质故其损耗较低。此外，磁性元件的两个绕线柱于第一磁芯上所产生的磁通方向相反，且绕组于第二磁芯上所产生的磁通相互抵消。藉此，磁性元件的损耗降低，进而提升转换效率。
须注意，上述仅是为说明本案而提出的较佳实施例，本案不限于所述的实施例，本案的范围由权利要求决定。且本案得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱权利要求所欲保护的。

Claims (11)

1.一种磁性元件，适用于交错并联电路，包含：
第一磁芯，由第一材质制成，且包含两个相互平行的绕线柱和两个连接部，所述两个连接部分别连接于所述两个绕线柱的两端，其中，所述第一磁芯具有第一导磁率；
第二磁芯，由第二材质制成，其中，所述第二磁芯具有第二导磁率，所述第一导磁率小于所述第二导磁率；以及
两个绕组，分别各绕设于所述第一磁芯的所述两个绕线柱之一，其中在电流流经所述两个绕组时，于所述第一磁芯产生闭合磁路，所述闭合磁路所产生的磁通沿着方向依序流经其中所述绕线柱、其中所述连接部、另一所述绕线柱、另一所述连接部，且于所述第二磁芯上所产生的磁通相互抵消；
其中，所述第一材质包含合金材质，所述第二材质包含铁氧体材质。
2.根据权利要求1的磁性元件，其中所述第一磁芯包含可相互组接的第一组件及第二组件，所述第二磁芯部分设置于所述第一组件及所述第二组件之间。
3.根据权利要求2的磁性元件，其中所述第二磁芯为I型磁芯。
4.根据权利要求2的磁性元件，其中所述第二磁芯为U型磁芯。
5.根据权利要求4的磁性元件，其中所述第二磁芯具有第一区段、第二区段及第三区段，所述第一区段及所述第二区段相对设置，所述第三区段连接于所述第一区段与所述第二区段之间，所述第二磁芯通过所述第一区段及所述第二区段与所述第一磁芯组接。
6.根据权利要求5的磁性元件，其中所述第一区段具有相对的顶边及底边，所述第二区段具有相对的顶边及底边，所述第一区段的所述顶边与所述第二区段的所述顶边分别组接于所述第一组件的第一凸出部及第二凸出部，所述第一区段的所述底边与所述第二区段的所述底边分别组接于所述第二组件的第一凸出部及第二凸出部，所述两个绕组部分设置于所述第一区段、所述第二区段及所述第三区段所共同架构的空间。
7.根据权利要求1的磁性元件，其中所述第一磁芯为口字型磁芯，所述第二磁芯为U型磁芯。
8.根据权利要求7的磁性元件，其中所述第一磁芯具有第一表面，所述第二磁芯设置于所述第一表面，且所述两个绕组部分设置于所述第一磁芯和所述第二磁芯之间，所述第二磁芯具有第一区段、第二区段及第三区段，所述第一区段及所述第二区段相对设置，所述第三区段连接于所述第一区段与所述第二区段之间，所述第一区段及所述第二区段分别组接于所述第一磁芯的所述两个连接部。
9.根据权利要求7的磁性元件，其中所述第一磁芯由U型磁芯和I型磁芯组成。
10.根据权利要求7的磁性元件，其中所述第一磁芯由两个U型磁芯组成。
11.根据权利要求1的磁性元件，其中所述磁性元件对应于所述交错并联电路中的两个电感，且所述两个电感各自对应的开关的开关时序之间具有180度的相位差。
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