TW201301315A - 磁性元件 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露一種磁性元件,其包含第一鐵芯組件、第二鐵芯組件以及繞線。第一鐵芯組件之中央係具有第一鏤空部。第二鐵芯組件設置於該第一鏤空部中,且第二鐵芯組件之中央係具有第二鏤空部,該第二鐵芯組件之磁飽合特性係優於與第一鐵芯組件之磁飽合特性。繞線係纏繞於該第一鐵芯組件與該第二鐵芯組件上。
Description
本揭示內容是有關於一種磁性元件,且特別是有關於一種具有環形鐵芯的磁性元件。
一般所稱磁性元件概如變壓器、電感、阻流圈等常見元件,其均具有當電流流入而產生磁場之特性。該等磁性元件主要由鐵芯及繞線加以組成,可應用於大電流或高功率電路上。
目前電子技術日新月異,在追求輕便性與實用性的考量下,市面上的電子裝置一般都是趨向於做成輕、薄、短、小,以符合現代社會之生活方式。各種例如電腦、伺服器、液晶電視等電子裝置之組裝愈來愈精密,不論其硬體的設計、製造、或是組裝,都必須朝向優化結構、提高工作效率及降低成本等目標不斷地創新研究。隨著目前電器產品朝向輕薄化設計,亦相對要求其內部之磁性元件尺寸儘量縮小。
此外,隨著應用場合的特性不同,各種磁性元件經常經過特別設計以符合不同的電磁特性需求(如電感特性等)。當習知的舊式磁性元件在遇到電磁特性不符合電路應用要求時,經常以相同尺寸的鐵芯加疊、更換較大的鐵芯、或增加繞線圈數的方式,來達成所需要的電磁特性,這樣會增加電路佈置的空間(PCB Layout Block)。若是電路佈置空間(PCB Layout)超過容許範圍時,我們只能重新佈置局部或甚至全面改變電路佈置。因此因為變動電感元件而可能需要重新佈置電路,重新製作新版本的印刷電路板(PCB),最後可能導致需要重新開發新模具,將耗費大量工時與材料成本。
目前電子技術日新月異,在追求輕便性與實用性的考量下,市面上的電子裝置一般都是趨向於做成輕、薄、短、小,以符合現代社會之生活方式。各種例如電腦、伺服器、液晶電視等電子裝置之組裝愈來愈精密,不論其硬體的設計、製造、或是組裝,都必須朝向優化結構、提高工作效率及降低成本等目標不斷地創新研究。隨著目前電器產品朝向輕薄化設計,亦相對要求其內部之磁性元件尺寸儘量縮小。
此外,隨著應用場合的特性不同,各種磁性元件經常經過特別設計以符合不同的電磁特性需求(如電感特性等)。當習知的舊式磁性元件在遇到電磁特性不符合電路應用要求時,經常以相同尺寸的鐵芯加疊、更換較大的鐵芯、或增加繞線圈數的方式,來達成所需要的電磁特性,這樣會增加電路佈置的空間(PCB Layout Block)。若是電路佈置空間(PCB Layout)超過容許範圍時,我們只能重新佈置局部或甚至全面改變電路佈置。因此因為變動電感元件而可能需要重新佈置電路,重新製作新版本的印刷電路板(PCB),最後可能導致需要重新開發新模具,將耗費大量工時與材料成本。
為了解決上述問題,本發明提出一種磁性元件,其包含了至少兩個環形鐵芯組件,其中一個環形鐵芯組件套設於另一個環形鐵芯組件之中。上述複合型鐵芯組件的材料、厚度、內徑、外徑可具有多樣化的組合方式,藉此,磁性元件在維持一定的繞線圈數配置下可調整電磁特性,例如,提高電磁轉換效率。如此一來,於部份實施例中,複合型鐵芯組件可減少繞線的使用、降低成本並縮小設置磁性元件的面積。
本發明內容之一態樣是在提供一種磁性元件,其包含第一鐵芯組件、第二鐵芯組件以及繞線。第一鐵芯組件之中央係具有第一鏤空部。第二鐵芯組件設置於該第一鏤空部中,且第二鐵芯組件之中央係具有第二鏤空部,該第二鐵芯組件之磁飽合特性係優於與第一鐵芯組件之磁飽合特性。繞線係纏繞於該第一鐵芯組件與該第二鐵芯組件上。
根據本發明內容之一實施例,其中繞線係沿第一鐵芯組件之一側表面、第二鐵芯組件之一側表面、第二鐵芯組件之一內環面、第二鐵芯組件之另一側表面、第一鐵芯組件之另一側表面至第一鐵芯組件之一外環面而纏繞於第一鐵芯組件與第二鐵芯組件上。於此實施例中,第二鐵芯組件藉由繞線而固定設置於第一鐵芯組件之第一鏤空部中。
根據本發明內容之一實施例,第一鐵芯組件和第二鐵芯組件係大致上為環形。
根據本發明內容之一實施例,其中第二鐵芯組件之磁飽合特性優於該第一鐵芯組件。於此實施例中,當負載電流漸增時該第二鐵芯組件之一電感量下降幅度小於該第一鐵芯組件。此外,於此實施例中,第二鐵芯組件之飽和磁束密度大於第一鐵芯組件之飽和磁束密度。
根據本發明內容之一實施例,其中第一鐵芯組件包含一材料選自於由鐵矽鋁磁粉芯(Kool Mu)以及鐵粉芯(Iron)所組成的群組。
根據本發明內容之一實施例,其中該二鐵芯組件包含一材料係選自於由鐵鎳鉬磁粉芯(MPP)以及高磁通磁粉芯(HIGH-FLUX)所組成的群組。
根據本發明內容之一實施例,其中第一鐵芯組件上設置有第一氣隙,第二鐵芯組件具有鄰近第一氣隙之相對應區域,該第一氣隙用以提高該相對應區域之導磁率。
根據本發明內容之一實施例,其中第二鐵芯組件上設置有第二氣隙,第一鐵芯組件具有鄰近第二氣隙之相對應區域,該第二氣隙用以提高該相對應區域之一導磁率。
本發明內容之一態樣是在提供一種磁性元件,其包含第一鐵芯組件、第二鐵芯組件以及繞線。第一鐵芯組件之中央係具有第一鏤空部。第二鐵芯組件設置於該第一鏤空部中,且第二鐵芯組件之中央係具有第二鏤空部,該第二鐵芯組件之磁飽合特性係優於與第一鐵芯組件之磁飽合特性。繞線係纏繞於該第一鐵芯組件與該第二鐵芯組件上。
根據本發明內容之一實施例,其中繞線係沿第一鐵芯組件之一側表面、第二鐵芯組件之一側表面、第二鐵芯組件之一內環面、第二鐵芯組件之另一側表面、第一鐵芯組件之另一側表面至第一鐵芯組件之一外環面而纏繞於第一鐵芯組件與第二鐵芯組件上。於此實施例中,第二鐵芯組件藉由繞線而固定設置於第一鐵芯組件之第一鏤空部中。
根據本發明內容之一實施例,第一鐵芯組件和第二鐵芯組件係大致上為環形。
根據本發明內容之一實施例,其中第二鐵芯組件之磁飽合特性優於該第一鐵芯組件。於此實施例中,當負載電流漸增時該第二鐵芯組件之一電感量下降幅度小於該第一鐵芯組件。此外,於此實施例中,第二鐵芯組件之飽和磁束密度大於第一鐵芯組件之飽和磁束密度。
根據本發明內容之一實施例,其中第一鐵芯組件包含一材料選自於由鐵矽鋁磁粉芯(Kool Mu)以及鐵粉芯(Iron)所組成的群組。
根據本發明內容之一實施例,其中該二鐵芯組件包含一材料係選自於由鐵鎳鉬磁粉芯(MPP)以及高磁通磁粉芯(HIGH-FLUX)所組成的群組。
根據本發明內容之一實施例,其中第一鐵芯組件上設置有第一氣隙,第二鐵芯組件具有鄰近第一氣隙之相對應區域,該第一氣隙用以提高該相對應區域之導磁率。
根據本發明內容之一實施例,其中第二鐵芯組件上設置有第二氣隙,第一鐵芯組件具有鄰近第二氣隙之相對應區域,該第二氣隙用以提高該相對應區域之一導磁率。
請參閱第1圖以及第2圖,第1圖繪示根據本發明之第一實施例之一種磁性元件100的爆炸示意圖,第2圖係第1圖之磁性元件100組裝後的外觀示意圖。
如第1圖所示,磁性元件100包含第一鐵芯組件120以及第二鐵芯組件140。於此實施例中,第一鐵芯組件120可具有第一鏤空部122,第二鐵芯組件140可具有第二鏤空部142,第一鐵芯組件120與第二鐵芯組件140的形狀大致上為環形。如第1圖的所示的例子中,第一鐵芯組件120與第二鐵芯組件140可分別為半徑較大與半徑較小的兩組同心環形鐵芯。其中,第二鐵芯組件140的外徑可設計為小於或等於第一鐵芯組件120的內徑,藉此,可將第二鐵芯組件140套設於第一鐵芯組件120之中。
請參閱第2圖,磁性元件100可更包含繞線160(第1圖中未繪示),當第二鐵芯組件140套設於第一鐵芯組件120之中時,繞線160一併纏繞於第一鐵芯組件120與第二鐵芯組件140上。
如第2圖所示,繞線160的每一匝線圈同時通過外側的第一鐵芯組件120與內側的第二鐵芯組件140,請同時參考第1圖與第2圖,於此實施例中,繞線160可沿第一鐵芯組件120上方的側表面126、第二鐵芯組件140上方的側表面146、第二鐵芯組件140內側的內環面144、第二鐵芯組件140下方的另一側表面148、第一鐵芯組件120下方的另一側表面128至第一鐵芯組件120外側的外環面124進行纏繞,藉此將繞線160纏繞於該第一鐵芯組件120與該第二鐵芯組件140上。於此實施例中第二鐵芯組件140可藉由繞線160纏繞之支撐力,而固定設置於第一鐵芯組件120之第一鏤空部122中。
須特別說明的是,一般傳統的磁性元件上,繞線內僅設置有單一個鐵芯結構,若欲調整或改變磁性元件的磁性特性,經常需要重新設計或製造上述鐵芯結構的材料或尺寸。於此實施例中,本發明的磁性元件100具有第一鐵芯組件120與第二鐵芯組件140,且第一鐵芯組件120與第二鐵芯組件140之材料特性可彼此不同,例如,第一鐵芯組件120與第二鐵芯組件140可具有不同的磁飽合(magnetic saturation)特性,透過選用不同磁飽合特性組合的兩個鐵芯組件,可方便的調整整體鐵芯的等效磁力特性,節省重新設計的成本。
此外,上述由兩個鐵芯形成的複合型鐵芯組件的材料、厚度、內徑、外徑可具有多樣化的組合方式,藉此,磁性元件100在維持一定的繞線圈數配置下可調整電磁特性。
於本實施例中,第二鐵芯組件140之磁飽合特性可設計為優於第一鐵芯組件120之磁飽合特性。一般的鐵芯材料特性中,當負載電流持續時(尤其是超過飽合電流值之後),鐵芯的電感量會逐漸降低。上述所謂具有較佳的磁飽合特性,其涵意可為,當施加鐵芯組件上的負載電流漸增時,第二鐵芯組件140之電感量(inductance, 又稱L值)下降幅度小於第一鐵芯組件120,也就是說,第二鐵芯組件140具有較佳的高負載電流耐受力。或者,於其他實施例中,上述較佳的磁飽合特性,其涵意亦可為,第二鐵芯組件140之飽和磁束密度(saturation flux density, Bs)大於第一鐵芯組件120之飽和磁束密度。
於本實施例中,第二鐵芯組件140包含之材料係可選自於由鐵鎳鉬磁粉芯(MPP)以及高磁通磁粉芯(HIGH-FLUX)所組成的群組。第一鐵芯組件120包含之材料係可選自於由鐵矽鋁磁粉芯(Kool Mu)以及鐵粉芯(Iron)所組成的群組。透過上述材料的選擇,可使第二鐵芯組件140之磁飽合特性優於第一鐵芯組件120之磁飽合特性,但本發明並不僅以上述舉例之材料為限。
請參閱第3圖,其繪示根據本發明之第二實施例之一種磁性元件300之第一鐵芯組件320開設氣隙322的示意圖。
如第3圖所示,磁性元件300包含第一鐵芯組件320、第二鐵芯組件340以及繞線360。第一鐵芯組件320與第二鐵芯組件340大致上為環形。第二鐵芯組件340套設於第一鐵芯組件320之中,其中第二鐵芯組件340之磁飽合特性可進一步優於該第一鐵芯組件340。繞線360纏繞於第一鐵芯組件320與第二鐵芯組件340上。
於第二實施例中,第一鐵芯組件320上設置有一氣隙322,第二鐵芯組件340具有鄰近該氣隙322之相對應區域342。
請參閱第4圖,其繪示根據本發明之第三實施例之一種磁性元件500之第二鐵芯組件540開設氣隙542的示意圖。
如第4圖所示,磁性元件500包含第一鐵芯組件520、第二鐵芯組件540以及繞線560。於第三實施例中,第二鐵芯組件540上設置有一氣隙542,第一鐵芯組件520具有鄰近該氣隙542之相對應區域522。
此外,本發明的氣隙結構不以一個為限,亦不以設置在特定的鐵芯上為限,實際應用中,可視需求設置一個或多個氣隙在第一或第二鐵芯組件上的各個位置。
綜上所述,本發明提出一種磁性元件,其包含了至少兩個環形鐵芯組件,其中一個環形鐵芯組件套設於另一個環形鐵芯組件之中。上述複合型鐵芯組件的材料、厚度、內徑、外徑可具有多樣化的組合方式,藉此,磁性元件在維持一定的繞線圈數配置下可調整電磁特性,例如,提高電磁轉換效率。如此一來,於部份實施例中,複合型鐵芯組件可減少繞線的使用、降低成本並縮小設置磁性元件的面積。
雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上,然其並非用以限定本揭示內容,任何熟習此技藝者,在不脫離本揭示內容之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
如第1圖所示,磁性元件100包含第一鐵芯組件120以及第二鐵芯組件140。於此實施例中,第一鐵芯組件120可具有第一鏤空部122,第二鐵芯組件140可具有第二鏤空部142,第一鐵芯組件120與第二鐵芯組件140的形狀大致上為環形。如第1圖的所示的例子中,第一鐵芯組件120與第二鐵芯組件140可分別為半徑較大與半徑較小的兩組同心環形鐵芯。其中,第二鐵芯組件140的外徑可設計為小於或等於第一鐵芯組件120的內徑,藉此,可將第二鐵芯組件140套設於第一鐵芯組件120之中。
請參閱第2圖,磁性元件100可更包含繞線160(第1圖中未繪示),當第二鐵芯組件140套設於第一鐵芯組件120之中時,繞線160一併纏繞於第一鐵芯組件120與第二鐵芯組件140上。
如第2圖所示,繞線160的每一匝線圈同時通過外側的第一鐵芯組件120與內側的第二鐵芯組件140,請同時參考第1圖與第2圖,於此實施例中,繞線160可沿第一鐵芯組件120上方的側表面126、第二鐵芯組件140上方的側表面146、第二鐵芯組件140內側的內環面144、第二鐵芯組件140下方的另一側表面148、第一鐵芯組件120下方的另一側表面128至第一鐵芯組件120外側的外環面124進行纏繞,藉此將繞線160纏繞於該第一鐵芯組件120與該第二鐵芯組件140上。於此實施例中第二鐵芯組件140可藉由繞線160纏繞之支撐力,而固定設置於第一鐵芯組件120之第一鏤空部122中。
須特別說明的是,一般傳統的磁性元件上,繞線內僅設置有單一個鐵芯結構,若欲調整或改變磁性元件的磁性特性,經常需要重新設計或製造上述鐵芯結構的材料或尺寸。於此實施例中,本發明的磁性元件100具有第一鐵芯組件120與第二鐵芯組件140,且第一鐵芯組件120與第二鐵芯組件140之材料特性可彼此不同,例如,第一鐵芯組件120與第二鐵芯組件140可具有不同的磁飽合(magnetic saturation)特性,透過選用不同磁飽合特性組合的兩個鐵芯組件,可方便的調整整體鐵芯的等效磁力特性,節省重新設計的成本。
此外,上述由兩個鐵芯形成的複合型鐵芯組件的材料、厚度、內徑、外徑可具有多樣化的組合方式,藉此,磁性元件100在維持一定的繞線圈數配置下可調整電磁特性。
於本實施例中,第二鐵芯組件140之磁飽合特性可設計為優於第一鐵芯組件120之磁飽合特性。一般的鐵芯材料特性中,當負載電流持續時(尤其是超過飽合電流值之後),鐵芯的電感量會逐漸降低。上述所謂具有較佳的磁飽合特性,其涵意可為,當施加鐵芯組件上的負載電流漸增時,第二鐵芯組件140之電感量(inductance, 又稱L值)下降幅度小於第一鐵芯組件120,也就是說,第二鐵芯組件140具有較佳的高負載電流耐受力。或者,於其他實施例中,上述較佳的磁飽合特性,其涵意亦可為,第二鐵芯組件140之飽和磁束密度(saturation flux density, Bs)大於第一鐵芯組件120之飽和磁束密度。
於本實施例中,第二鐵芯組件140包含之材料係可選自於由鐵鎳鉬磁粉芯(MPP)以及高磁通磁粉芯(HIGH-FLUX)所組成的群組。第一鐵芯組件120包含之材料係可選自於由鐵矽鋁磁粉芯(Kool Mu)以及鐵粉芯(Iron)所組成的群組。透過上述材料的選擇,可使第二鐵芯組件140之磁飽合特性優於第一鐵芯組件120之磁飽合特性,但本發明並不僅以上述舉例之材料為限。
請參閱第3圖,其繪示根據本發明之第二實施例之一種磁性元件300之第一鐵芯組件320開設氣隙322的示意圖。
如第3圖所示,磁性元件300包含第一鐵芯組件320、第二鐵芯組件340以及繞線360。第一鐵芯組件320與第二鐵芯組件340大致上為環形。第二鐵芯組件340套設於第一鐵芯組件320之中,其中第二鐵芯組件340之磁飽合特性可進一步優於該第一鐵芯組件340。繞線360纏繞於第一鐵芯組件320與第二鐵芯組件340上。
於第二實施例中,第一鐵芯組件320上設置有一氣隙322,第二鐵芯組件340具有鄰近該氣隙322之相對應區域342。
請參閱第4圖,其繪示根據本發明之第三實施例之一種磁性元件500之第二鐵芯組件540開設氣隙542的示意圖。
如第4圖所示,磁性元件500包含第一鐵芯組件520、第二鐵芯組件540以及繞線560。於第三實施例中,第二鐵芯組件540上設置有一氣隙542,第一鐵芯組件520具有鄰近該氣隙542之相對應區域522。
此外,本發明的氣隙結構不以一個為限,亦不以設置在特定的鐵芯上為限,實際應用中,可視需求設置一個或多個氣隙在第一或第二鐵芯組件上的各個位置。
綜上所述,本發明提出一種磁性元件,其包含了至少兩個環形鐵芯組件,其中一個環形鐵芯組件套設於另一個環形鐵芯組件之中。上述複合型鐵芯組件的材料、厚度、內徑、外徑可具有多樣化的組合方式,藉此,磁性元件在維持一定的繞線圈數配置下可調整電磁特性,例如,提高電磁轉換效率。如此一來,於部份實施例中,複合型鐵芯組件可減少繞線的使用、降低成本並縮小設置磁性元件的面積。
雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上,然其並非用以限定本揭示內容,任何熟習此技藝者,在不脫離本揭示內容之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100...磁性元件
120...第一鐵芯組件
140...第二鐵芯組件
160...繞線
122...第一鏤空部
142...第二鏤空部
124...外環面
144...內環面
126...側表面
146...側表面
128...側表面
148...側表面
300...磁性元件
320...第一鐵芯組件
340...第二鐵芯組件
360...繞線
322...氣隙
342...相對應區域
520...第一鐵芯組件
500...磁性元件
560...繞線
540...第二鐵芯組件
522...相對應區域
542...氣隙
為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂,所附圖式之說明如下:
第1圖繪示根據本發明之第一實施例之一種磁性元件的爆炸示意圖;
第2圖係第1圖之磁性元件組裝後的外觀示意圖;
第3圖繪示根據本發明之第二實施例之一種磁性元件之第一鐵芯組件開設氣隙的示意圖;以及
第4圖繪示根據本發明之第三實施例之一種磁性元件之第二鐵芯組件上開設氣隙的示意圖。
第1圖繪示根據本發明之第一實施例之一種磁性元件的爆炸示意圖;
第2圖係第1圖之磁性元件組裝後的外觀示意圖;
第3圖繪示根據本發明之第二實施例之一種磁性元件之第一鐵芯組件開設氣隙的示意圖;以及
第4圖繪示根據本發明之第三實施例之一種磁性元件之第二鐵芯組件上開設氣隙的示意圖。
100...磁性元件
120...第一鐵芯組件
140...第二鐵芯組件
160...繞線
Claims (10)
- 一種磁性元件,包含:
一第一鐵芯組件,該第一鐵芯組件之中央係具有一第一鏤空部;以及
一第二鐵芯組件,設置於該第一鏤空部中,且該第二鐵芯組件之中央係具有一第二鏤空部,該第二鐵芯組件之磁飽合特性係優於與該第一鐵芯組件之磁飽合特性;以及
一繞線,該繞線係纏繞於該第一鐵芯組件與該第二鐵芯組件上。 - 如申請專利範圍第1項所述之磁性元件,其中該繞線係沿該第一鐵芯組件之一側表面、該第二鐵芯組件之一側表面、該第二鐵芯組件之一內環面、該第二鐵芯組件之另一側表面、該第一鐵芯組件之另一側表面至該第一鐵芯組件之一外環面而纏繞於該第一鐵芯組件與該第二鐵芯組件上。
- 如申請專利範圍第2項所述之磁性元件,其中該第二鐵芯組件藉由該繞線而固定設置於該第一鐵芯組件之該第一鏤空部中。
- 如申請專利範圍第1項所述之磁性元件,其中該第一鐵芯組件和該第二鐵芯組件係大致上為環形。
- 如申請專利範圍第1項所述之磁性元件,其中當施加的一負載電流漸增時該第二鐵芯組件之一電感量下降幅度小於該第一鐵芯組件。
- 如申請專利範圍第1項所述之磁性元件,其中該第二鐵芯組件之一飽和磁束密度大於該第一鐵芯組件之一飽和磁束密度。
- 如申請專利範圍第1項所述之磁性元件,其中該第一鐵芯組件包含一材料選自於由一鐵矽鋁磁粉芯(Kool Mu)以及一鐵粉芯(Iron)所組成的群組。
- 如申請專利範圍第1項所述之磁性元件,其中該第二鐵芯組件包含一材料係選自於由一鐵鎳鉬磁粉芯(MPP)以及一高磁通磁粉芯(HIGH-FLUX)所組成的群組。
- 如申請專利範圍第1項所述之磁性元件,其中該第一鐵芯組件上設置有一第一氣隙,該第二鐵芯組件具有鄰近該第一氣隙之一相對應區域。
- 如申請專利範圍第1項所述之磁性元件,其中該第二鐵芯組件上設置有一第二氣隙,該第一鐵芯組件具有鄰近該第二氣隙之一相對應區域。
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