TW201346949A - 具有散熱繞線基座之磁性元件 - Google Patents

Abstract

本案係為一種磁性元件，至少包含：散熱繞線基座，具有繞線區；以及線圈，繞設於繞線區上，俾使散熱繞線基座對線圈與磁芯組進行散熱。

Description

具有散熱繞線基座之磁性元件

本案係關於一種磁性元件，尤指一種具有散熱繞線基座之磁性元件。

一般而言，電器設備中常設有許多磁性元件，如變壓器、電感元件等，而為了因應電器設備之小型化，磁性元件及內部亦須朝小型化的趨勢發展，以降低電器設備之整體體積，並提昇電路板之空間使用率，此外，當磁性元件小型化時，磁性元件內部散熱不佳之缺失相應而生，而造成磁性元件運作效能不佳、信賴度降低、產品壽命縮短等問題。

請參閱第1圖，其係為習用磁性元件之結構示意圖。磁性元件1包括繞線架10、線圈11、磁芯組12以及散熱片13，其中線圈11係繞設於繞線架10上，且磁芯組12部份設置於繞線架10內，後續再將散熱片13夾設於已纏繞線圈11之繞線架10上之兩側，並包覆部份磁芯組12，以完成磁性元件1之組裝作業。

然而，磁性元件1在運作時，因線圈11及磁芯組12均會產生熱能，使得該熱能易於在磁性元件1內部累積，造成磁性元件1操作溫度上升。又因，習用散熱片13僅貼附於線圈11及磁芯組12的外表面上，故散熱片13只能將對線圈11及磁芯組12的外表面進行散熱，而無法對繞設於繞線架10上之內側線圈11及磁芯組12內部進行散熱，如此一來，將會造成磁性元件1內部熱能累積而無法散出，而導致操作溫度上升。更甚者，隨著磁性元件1的運作溫度上升，磁芯組12的飽和磁通密度（Bs）會隨之下降，進而影響其所屬電源電路之運作效能以及電氣安全，並使得磁性元件1效率下降、信賴度下降以及使用壽命縮短等缺點。因此，為了因應習用磁性元件1的操作溫度上升，而造成運作效能降低之情況，一般需要透過使用尺寸較大的磁芯組12，以使磁性元件1得以達到所要求之運作效能，但此實施方式會使得磁性元件1整體體積增加，而無法達到小型化之目的。

有鑒於此，如何發展一種具有散熱繞線基座之磁性元件，以改善上述習用技術缺失，實為目前迫切需要解決之問題。

本案之目的在於提供一種具有散熱繞線基座之磁性元件，主要利用具有散熱功能之散熱繞線基座直接對線圈內部散熱，藉以降低磁性元件之操作溫度並提昇其效率，進而使磁性元件之整體尺寸縮小，俾解決習用磁性元件散熱不佳，導致內部溫度過高，以及無法達到小型化之缺失。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種磁性元件，至少包含：散熱繞線基座，具有繞線區；以及線圈，設置於繞線區上，俾使散熱繞線基座對線圈進行散熱。

根據本案之構想，其中更包含磁芯組，磁芯組係部份設置於散熱繞線基座之貫穿通道中。

根據本案之構想，其中散熱繞線基座係為金屬材質，且其係由一非無接縫之環型板件所構成；或散熱繞線基座係為非金屬材質或金屬與非金屬之複合材質，且其係由一有無接縫均可之環型板件所構成。

根據本案之構想，其中更包含絕緣介質形成於散熱繞線基座之一表面上，及/或絕緣介質設置於散熱繞線基座與該線圈之間，及/或絕緣介質包覆於線圈之一表面。

根據本案之構想，其中散熱繞線基座更包含固定結構，其係由散熱繞線基座延伸而出，俾使散熱繞線基座固定於系統上。

根據本案之構想，其中散熱繞線基座之熱傳導係數為10W/m*K以上。

為達上述目的，本案之另一較廣義實施態樣為提供一種磁性元件，至少包含：第一散熱繞線基座，其係包含第一貫穿通道；第一線圈，其係設置於第一散熱繞線基座之上；第二散熱繞線基座，其係包含第二貫穿通道；以及第二線圈，其係設置於第二散熱繞線基座之上。

根據本案之構想，其中磁性元件具有磁芯組，且第二散熱繞線基座設置於第一散熱繞線基座之第一貫穿通道內，俾使磁芯組部份設置於第二散熱繞線基座之第二貫穿通道內。

根據本案之構想，其中磁性元件具有磁芯組，且第一散熱繞線基座及第二散熱繞線基座相互並排設置，俾使磁芯組同時部份設置於第一散熱繞線基座之第一貫穿通道內及第二散熱繞線基座之第二貫穿通道內。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第2A圖及第2B圖，其中第2A圖係為本案第一較佳實施例之磁性元件之結構分解示意圖；第2B圖係為第2A圖所示之組合完成示意圖。如圖所示，本案之磁性元件2可作為但不限為變壓器、電感及濾波器等。磁性元件2主要包括散熱繞線基座20、線圈21及磁芯組22，其中散熱繞線基座20係具有繞線區201，以及貫穿通道202，線圈21則是設置於該繞線區201上，而磁芯組22部份設置於貫穿通道202內，俾使散熱繞線基座20對線圈21及磁芯組22進行散熱。於本實施例中，散熱繞線基座20可為一體成型之結構，但不以此為限。

其中，散熱繞線基座20係為一導熱材質所構成，且其熱傳導係數可為但不限為10W/m*K以上，以達到提昇散熱效率之目的。於一些實施例中，散熱繞線基座20之材質可為金屬材質，例如銅、鋁、鐵等，但不以此為限，當散熱繞線基座20之材質為金屬材質時，其係可由一非無接縫之環型板件所構成，由於散熱繞線基座20係為金屬材料所製成，可增加支撐磁性元件2的機械強度，故散熱繞線基座20更具有作為支撐磁性元件2之功效。於另一些實施例中，散熱繞線基座20亦可由非金屬材質或金屬與非金屬之複合材質所構成，例如碳纖材料、複合材料、陶瓷材料等，但不以此為限，當散熱繞線基座20之材質為非金屬材質或金屬與非金屬之複合材質時，則其係可由一無接縫之環型板件所構成，但不以此為限。

請再參閱第2A圖，本案之磁性元件2更包含磁芯組22，且磁芯組22係部份設置於該散熱繞線基座20之貫穿通道202內，主要用以導引磁通，使磁性元件2得以順利運作。於本實施例中，係以EE型磁芯為例進行後續說明，其中該EE型磁芯組22包含軸心柱220及兩個側柱221，該兩個側柱221分別設置於軸心柱220之兩側。此外，於一些實施例中，線圈21可為已纏繞完成之一線組結構，並可直接套設於繞線區201上，但不以此為限。於組裝磁性元件2時，首先將線圈21纏繞於散熱繞線基座20之繞線區201上，於完成線圈21與散熱繞線基座20之組裝後，再將磁芯組22之軸心柱220穿設於散熱繞線基座20之貫穿通道202內，以完成磁性元件2之組裝作業（如第2B圖所示）。當然，磁芯組22並不限於本實施例所示之EE型，舉凡具有可部份設置於貫穿通道202內之磁芯組22，均在本案保護範圍內，且其實施態樣係可依實際施行狀況而任施變化。

請再參閱第2A圖並配合第2C圖，其中第2C圖係為2A圖所示之散熱繞線基座包含絕緣介質之結構示意圖。如第2C圖所示，本案之磁性元件2更可包含絕緣介質203，但不以此為限。於本實施例為例，絕緣介質203係可以塗佈方式形成於散熱繞線基座20的表面上，使得絕緣介質203可設置於散熱繞線基座20與線圈21之間，藉此達到散熱繞線基座20與線圈21之間相互絕緣之功效。至於該絕緣介質203設置於散熱繞線基座20之表面上之方式，除上述之塗佈方式外，更可具有其他實施方式，舉例來說，亦可直接於散熱繞線基座20上，以射出成型之方式將絕緣介質203覆蓋於散熱繞線基座20之表面上，但不以此為限。另外，於一些實施例中，更可將絕緣介質203僅設置於散熱繞線基座20之繞線區201之表面上，而非完整覆蓋於散熱繞線基座20之表面上，意即絕緣介質203形成於散熱繞線基座20之一表面上，及/或絕緣介質203設置於散熱繞線基座20與線圈21之間，藉此，同樣可達成透過絕緣介質203而使散熱繞線基座20與線圈21之間相互絕緣之功效。甚至於，於另一些實施例中，絕緣介質203更可直接設置於線圈21之表面上，使得線圈21被絕緣介質203所包覆，如此一來，當具有絕緣介質203之線圈21設置於散熱繞線基座20之繞線區201上時，亦可達到散熱繞線基座20與線圈21之間相互絕緣之功效。

請再參閱第2A圖並配合第2D圖，其中第2D圖係為第2A圖所示之散熱繞線基座設置固定結構之結構示意圖。如第2D圖所示，於一些實施例所示，散熱繞線基座20更可包含固定結構23，但不以此為限。該固定結構23係由散熱繞線基座20之底部延伸而出，並與散熱繞線基座20之繞線區201相互垂直，但不以此為限，俾使組合完成之磁性元件2得固定於系統（未圖示）上，於本實施例中，固定結構23與系統連接之方式係可為卡扣、鎖固、嵌合及焊接等方式，但不以此為限，使得磁性元件2能夠藉由固定結構23固定於系統上。

如此一來，磁性元件2藉由具有散熱功能之散熱繞線基座20，可直接對磁性元件2之內部線圈21及磁芯組22進行散熱，因此可以達到更好的散熱效果。再者，本案之散熱繞線基座20具有提昇散熱效率、提供線圈設置及支撐磁性元件之功效，換言之，散熱繞線基座20除了達到對磁性元件2散熱之功效以外，亦可省去使用習用技術之繞線架及固定元件，進而節省材料成本。另外，由於磁性元件2之操作溫度大幅降低，更提高磁性元件2之產品信賴度及延長其使用壽命。藉由磁性元件2之操作溫度降低，使得磁芯組22的磁特性提高，故在相同效能下，可縮小磁芯組22之尺寸，使得磁性元件2整體尺寸減少，以達到縮小化及降低材料成本之目的。

當然，本案之散熱繞線基座之實施態樣並不限於上述實施例。請參閱第3圖，其係為本案之另一較佳實施例之磁性元件之散熱繞線基座之結構示意圖。如圖所示，於本實施例中，散熱繞線基座30包含散熱板件31、繞線區301及貫穿通道302，其中繞線區301與貫穿通道302之設置方式與前述實施例相仿，於此不再贅述，惟於本實施例中，散熱繞線基座30更包含散熱板件31，且其係固定於散熱繞線基座30之一內側表面上。以本實施例為例，本實施例之散熱板件31的數目為2個，藉此以環繞設置於貫穿通道302之周圍，俾對線圈32及磁芯組（未圖示）進行散熱，然其亦可以一體成型之方式形成散熱板件31，或是依需求調整散熱板件31之數目(例如由二個以上形狀相對應之結構組合而成)，均不以此為限。

由前述該等實施例可見，由於本案之磁性元件係具有散熱功能之散熱繞線基座，因而可使磁性元件之整體散熱效率提高，且無需額外在磁性元件外部設置散熱結構，故可減少磁性元件的整體體積，進而使得在相同體積下，本案之磁性元件可供繞線之線圈圈數得以增加，以提昇磁性元件之效能。

除此之外，若是增加散熱繞線基座之數量，更可進一步提高磁性元件之效率，如第4圖所示，其係為本案之另一較佳實施例之磁性元件之剖面結構示意圖。如圖所示，磁性元件4具有第一散熱繞線基座40、第二散熱繞線基座41、第一線圈42、第二線圈43以及磁芯組44，其中第一線圈42及第二線圈43之設置方式與前述實施例相仿，於此不再贅述，惟於本實施例之第一散熱繞線基座40係包含第一貫穿通道401，而第二散熱繞線基座41亦包含第二貫穿通道410，且第一線圈42及第二線圈43係分別設置於第一散熱繞線基座40及第二散熱繞線基座41上。於本實施例中，第二散熱繞線基座41與第二線圈43組合後之寬度實質上與第一貫穿通道401之寬度相同，但不以此為限，使得具有第二線圈43之第二散熱繞線基座41恰可設置於第一散熱繞線基座40之第一貫穿通道401中。且本實施例之磁芯組44具有軸心柱440，當第一散熱繞線基座40與第二散熱繞線基座41組裝完成後，即可使磁芯組44之軸心柱440設置於第二散熱繞線基座41之第二貫穿通道410內，俾使磁芯組44部份設置於第二散熱繞線基座41之第二貫穿通道410內，以完成磁性元件4之組裝作業。當然，磁芯組44之型態並不以此EE型磁芯為限，其係可依實際施作情形而任施變化。

如此一來，第一散熱繞線基座40除了對第一線圈42散熱以外，更可對第二線圈43外圍進行散熱，同時第二散熱繞線基座41亦可對第二線圈43內部進行散熱，故透過此雙重套設之第一散熱繞線基座40及第二散熱繞線基座41，更可有效提昇磁性元件4之散熱效率及使用效能。

除前述實施例外，複數個散熱繞線基座之設置方式更可如第5圖所示，其係為本案之另一較佳實施例之磁性元件之剖面結構示意圖。如第5圖所示，磁性元件5亦具有第一散熱繞線基座50、第二散熱繞線基座51及第一線圈52、第二線圈53、磁芯組54、第一貫穿通道501、第二貫穿通道510等結構，由於第一散熱繞線基座50、第二散熱繞線基座51、第一線圈52及第二線圈53與前述實施例相仿，故不再贅述。惟於本實施例中，第一散熱繞線基座50及第二散熱繞線基座51兩者係為並排設置。且磁芯組54具有第一磁芯單元541及第二磁芯單元542，而第一磁芯單元541及第二磁芯單元542分別具有兩磁芯部541a、541b及542a及542b，當組裝磁性元件5時，係將第一線圈52及第二線圈53分別設置在第一散熱繞線基座50及第二散熱繞線基座51上，再將磁芯組54之磁芯部541a、541b及542a、542b 分別同時對應設置於第一貫穿通道501及第二貫穿通道510中，即可完成具有多個散熱繞線基座並排設置之磁性元件5之組裝作業，藉此以提昇磁性元件5之散熱效率及工作效率。由此可見，本案之磁性元件係可具有一或多個散熱繞線基座，舉例來說，更可為3個、4個或5個等散熱繞線基座，其數目並不以此為限，且其設置方式及所搭配之磁芯組種類係可任施變化，並不以前述實施例為限。

綜上所述，本案提供一種磁性元件及其散熱繞線基座，其係利用具有散熱功能之散熱繞線基座直接對線圈內部散熱，使散熱繞線基座可直接對磁性元件之線圈內部與磁芯組進行散熱，以大幅降低磁性元件之操作溫度，俾解決習用磁性元件之散熱片僅由外部設置散熱片對線圈散熱，使得磁性元件的操作溫度過高，導致磁性元件信賴度降低、使用壽命短以及整體尺寸無法小型化之缺失。是以，本案散熱繞線基座可降低磁性元件之操作溫度、可增加繞線圈數，以提昇其使用效能，甚至可達到小型化之需求，進而提昇系統之空間利用率。此外，藉由散熱繞線基座之散熱特性，使得磁性元件不需再額外設置散熱片，進而減少材料成本。

本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1、2、4、5．．．磁性元件

10．．．繞線架

11、21、32．．．線圈

12、22、44、54．．．磁芯組

13．．．散熱片

20、30．．．散熱繞線基座

201、301．．．繞線區

202、302．．．貫穿通道

203．．．絕緣介質

220、440．．．軸心柱

221．．．側柱

23．．．固定結構

40、50．．．第一散熱繞線基座

41、51．．．第二散熱繞線基座

42、52．．．第一線圈

43、53．．．第二線圈

401、501．．．第一貫穿通道

410、510．．．第二貫穿通道

541．．．第一磁芯單元

542．．．第二磁芯單元

541a、541b、542a、542b．．．磁芯部

第1圖：係為習用磁性元件之結構示意圖。

第2A圖：係為本案第一較佳實施例之磁性元件之結構分解示意圖。

第2B圖：係為第2A圖所示之組合完成示意圖。

第2C圖：係為2A圖所示之散熱繞線基座包含絕緣介質之結構示意圖。

第2D圖：係為第2A圖所示之散熱繞線基座設置固定結構之結構示意圖。

第3圖：係為本案第二較佳實施例之磁性元件之散熱繞線基座之結構示意圖。

第4圖：係為本案之第三較佳實施例之磁性元件之剖面結構示意圖。

第5圖：係為本案之第四較佳實施例之磁性元件之剖面結構示意圖。

2．．．磁性元件

20．．．散熱繞線基座

201．．．繞線區

202．．．貫穿通道

21．．．線圈

22．．．磁芯組

220．．．軸心柱

221．．．側柱

Claims (10)

1. 一種磁性元件，至少包含：
     一散熱繞線基座，具有一繞線區；以及
     一線圈，設置於該繞線區上，俾使該散熱繞線基座對該線圈進行散熱。
2. 如申請專利範圍第1項所述之磁性元件，其中更包含一磁芯組，該磁芯組係部份設置於該散熱繞線基座之一貫穿通道中。
3. 如申請專利範圍第1項所述之磁性元件，其中該散熱繞線基座係由至少一非無接縫之環型結構所構成；或由二個以上形狀相對應之結構組合而成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之磁性元件，其中該散熱繞線基座更包含一散熱板件，且該散熱板件係固定於該散熱繞線基座之一內側表面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之磁性元件，其中更包含一絕緣介質形成於該散熱繞線基座之一表面上，及/或該絕緣介質設置於該散熱繞線基座與該線圈之間，及/或該絕緣介質包覆於該線圈之一表面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之磁性元件，其中該散熱繞線基座更包含一固定結構，其係由該散熱繞線基座延伸而出，俾使該散熱繞線基座固定於一系統上。
7. 如申請專利範圍第1項所述之磁性元件，其中該散熱繞線基座之熱傳導係數為10W/m*K以上。
8. 一種磁性元件，至少包含：
     一第一散熱繞線基座，其係包含一第一貫穿通道；
     一第一線圈，其係設置於該第一散熱繞線基座上；
     一第二散熱繞線基座，其係包含一第二貫穿通道；以及
     一第二線圈，其係設置於該第二散熱繞線基座上。
9. 如申請專利範圍第8項所述之磁性元件，其中該磁性元件具有一磁芯組，且該第二散熱繞線基座設置於該第一散熱繞線基座之該第一貫穿通道內，俾使該磁芯組部份設置於該第二散熱繞線基座之該第二貫穿通道內。
10. 如申請專利範圍第8項所述之磁性元件，其中磁性元件具有一磁芯組，且該第一散熱繞線基座及該第二散熱繞線基座相互並排設置，俾使該磁芯組同時部份設置於該第一散熱繞線基座之該第一貫穿通道內及該第二散熱繞線基座之該第二貫穿通道內。