TW201539496A

TW201539496A - 抑制扼流圈

Info

Publication number: TW201539496A
Application number: TW104110843A
Authority: TW
Inventors: Willem Blakborn
Original assignee: Rosenberger Hochfrequenztech
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2015-04-02
Publication date: 2015-10-16
Also published as: JP2017510996A; EP3129993A1; WO2015154858A1; DE102014005118A1; CA2941891A1; CN106165034A; KR20160142824A; US20170018350A1

Abstract

本發明係在提供一種抑制扼流圈，特別是一種用以抑制共模干擾之抑制扼流圈，其具有一磁芯20、以及至少兩個多圈環繞該磁芯20之線圈30、32，其中該線圈30、32上設有至少一繞捲33、34、35，該繞捲33係由兩個剛性組件40、42相互連接組成，該兩組件40、42分別為一繞捲33之捲繞區段。

Description

抑制扼流圈

本發明係有關於一種抑制扼流圈，特別係指一種用以抑制共模雜訊的抑制扼流圈，該抑制扼流圈具有一磁芯與至少兩個分別由多圈環圍繞於該磁芯之外的線圈。

扼流圈在高電流系統中典型上是作為抑制扼流圈或雜訊濾波器用，一個共模扼流圈會具有數個線圈，電流係以相反方向流通於其上，使得於扼流圈磁芯內之磁場可被抵銷，利用抑制扼流圈可抑制往、返兩方向上等量產生的雜訊，直流電或是低頻電流幾乎不受到扼流圈影響，此種扼流圈可內建於例如電源之輸入端與輸出端上，以用於抑制雜訊發射。

一般來說，抑制扼流圈具有一封閉環狀或其他封閉幾何形狀的鐵氧體磁芯，且被至少兩個線圈所捲繞，每個線圈均數次捲繞於磁芯周圍，這些繞捲分別由金屬捲線（如銅線）所構成，特別是在封閉磁芯時，在磁芯周圍設置扼流圈的捲繞工作不但費時且耗工，此外，傳統的抑制扼流圈的扼流效能不佳。

本發明之主要目的，係在於提供一種簡易的扼流圈，可有效抑制雜訊。

本發明之抑制扼流圈中，一線圈上設有兩個剛性之組件相互連接以構成至少一捲繞，該兩組件係為構成一繞捲之捲繞區段；換句話說，該線圈並非由連續的捲線所組成，而是由逐段的捲線所組成，此外，該線圈具有至少兩個相互連接的導電組件，其相互連接以構成一個或數個繞捲，該組件係以分離組件形式製造，且在構成繞捲時才組裝在一起。

與傳統捲繞線不同，這些相互連接的組件是無法彎曲的，優先為剛性，此種剛性（或形狀固定）組件特點在於只有在受到強制外力作用下方可彎曲或型變；例如一銅導線，在直徑大於2mm在無強制外力作用下，便無法以手動方式產生型變，在本發明概念中係為一種剛性組件。

本發明之基礎在於，特別是在封閉環狀扼流圈中，由於捲繞線在每繞一圈時均須穿過磁芯中央開口，因此繞捲過程特別費時，捲繞線通過磁芯的穿線過程，對一般捲繞機械而言是困難的，更甚者，抑制扼流圈通常會通過高電流，且因此需與高電流強度匹配，此處所必需的大導線截面積卻會降低所使用捲繞線的靈活度，並提高其剛性，導致在磁芯外的捲繞工作更加困難，由於本發明中一個繞捲係由至少兩個相互連接的組件所構成，製造本發明抑制扼流圈時可免除捲繞線通過磁芯開口的穿線過程，並簡化生產程序；此外，構成繞捲區段的組件係生產為最終形狀，使得在線圈設置時無須再對組件進行彎曲或成型。

此外，在磁芯周圍捲繞上線圈通常會造成線圈偏移或是線圈誤差，而影響扼流圈的抑制效能；由於本發明優先使用剛性組件來構成繞捲（捲繞線圈），與使用可彎曲電線相較之下（其在通過磁芯開口的穿線過程中容易與預設的線圈型態有偏差），可更確保線圈型態準確再現性；相較之下，剛性組件構成的捲繞區段便不會因失誤而發生不必要的型變。

若構成捲繞區段的組件分別以180°彎曲圍繞在磁芯外，本發明抑制扼流圈的製造過程可更進一步簡化，在此狀況下，兩個組件恰好可構成圍繞一圈的繞捲。

每個線圈中的兩個、三個或更多個繞捲優先具有兩個相互連接的組件，若兩線圈中所有或幾乎所有繞捲均具有兩個相互連接的組件，於抑制扼流圈的製造過程中，便無需再將繞捲穿線通過磁芯開口，如此可降低製造成本，其中，可分別將兩個捲繞區段共同組成一繞捲，也就是說，每個環繞360°的繞捲恰好由兩個組件所構成，其分別以180°彎曲狀環繞於磁芯周圍，且相互連接以構成一整個繞捲。

為了在線圈製造過程中避免錯誤發生，優先者為：構成捲繞區段之組件形狀均相同，在此狀況下，線圈可由數個預設數量的同形組件所組成，例如由六個相互連接的同形組件完成一個具有三圈繞捲的線圈，這些組件分別為180°環繞的捲繞區段，此種將一系列同形組件組合成整體線圈的過程，可進一步降低製造成本。

若將構成捲繞區段的組件以咬合、壓合與／或黏合的方式相互連接，則可生產出一個形狀穩定，且可長時間保持形狀的線圈。

此種組件優先由金屬，特別是銅所製成，以確保良好的導電性，可分別製成Ｃ型或Ｕ型之夾子，該夾狀組件可由金屬鑄件簡易生產；這些金屬夾可分別為圓弧狀，特別是約為半圓形，使得數個金屬夾連接後可產生一螺旋狀線圈，此種金屬夾特別適用於環狀磁芯；另一種作法為，金屬夾為具有圓角之Ｕ型夾，其形狀係與磁芯截面形狀相符，若金屬夾製成此種形狀，可將磁芯安置於金屬夾兩個開放端之間或是容納於其間，這些開放端可在其前方區段相互平行，因此可簡化將這些開放端與金屬夾連接的程序。

為了使扼流圈適用於高電流強度，金屬夾優先具有大於10 mm²的截面積，特別是大於20 mm²，且小於200 mm²，特別是小於100 mm²，具有此種截面積的導線係針對大於100 A之電流強度，特別是大於150 A電流強度而設置；此外，大截面積也可使金屬夾特別具有剛性，並藉此可確實避免線圈形狀與預設形狀偏離，基於上述理由，有別於傳統扼流圈，此種大導線截面積在生產線圈時並不會造成阻礙。

一種簡單且快速製造線圈的方法是，金屬夾分別具有一第一開放端與一第二開放端，該第一開放端設為插頭端，該插頭端上具有一插頭突起物，該第二開放端設為容納端，該容納端上具有一形狀與插頭突起物形狀相配合之容納凹槽，藉由將插頭突起物插入相鄰金屬夾之容納凹槽內，可分別在相鄰的金屬夾間產生一咬合與／或壓合之連接，藉此可形成一形狀穩定的線圈；此外，藉此可確保一對高電流強度所必需的大面積導電接觸。

在本發明一特別優先的實施例中，金屬夾的插頭端分別壓入繞捲中接續的下一個金屬夾的容納凹槽內，壓接過程可特別節省時間，特別是當所有構成兩線圈的金屬夾同時壓接在一起，使得在線圈製造程序中僅需單一壓接步驟，兩個相互壓接在一起的組件可穩固嵌合且維持長時間；若兩個壓接的金屬夾在進行壓接前相互準確定位，則可免除壓接結果偏離原有預設的線圈形狀。

每個組成捲繞區段的組件優先為平坦狀，且延伸於一組件平面上，其中個別組件之組件平面與繞捲後續緊接著的組件之組件平面間，具有一夾角，如此線圈形狀由俯視看來可成為一鋸齒狀。

由於個別組件在連接前可簡易定位排列，此種設計可確保線圈形狀的高度再現性；此外，扼流圈的兩個線圈也可準確地以相反方向成型。

兩個相互連接之組件的組件平面之間優先具有一大於10°且小於80°的夾角，特別優先為大於20°且小於60°；在磁芯為非線性形狀的狀況下，例如一環型磁芯，此一夾角可調整，此外，該夾角可調整適合於捲繞區段之橫截平面上，第一線圈的夾角優先與第二線圈的夾角相符。

若磁芯由鐵磁性材料，例如由鐵氧磁體材料所製成，則具有特別優良的扼流效果。

特別當扼流圈作為抑制扼流圈使用時，封閉性磁芯具有特別優勢，該磁芯優先具有一環狀形狀，且特別優先為環狀核心狀，其他磁芯形狀也可應用，例如D型、E型、框型等。

對良好的扼流效果來說，兩線圈以相反方向環繞於磁芯周圍是很重要的，其中兩線圈可分別具有兩個或數個，特別是三個、四個或五個繞捲。

由另一個觀點來看，本發明係一種製造抑制扼流圈之方法，其具有下列步驟： 1.將夾狀之下組件安裝於一第一支架之夾狀支架區段內； 2.將夾狀之上組件安裝於一第二支架之夾狀支架區段內； 3.將磁芯安裝於第一支架與第二支架之間； 4.將第一支架與第二支架相互靠緊，其中下組件與上組件相互連接，使得捲繞區段可分別構成多圈環繞於磁芯的線圈。

每個夾狀之組件優先具有兩開放端，在連接步驟中，將上組件之第一開放端與繞捲於軸向接續之下組件之第二開放端連接，並將上組件之第二開放端與軸向反向接續之前一個下組件之第一開放端連接；同樣地，將下組件之第一開放端與軸向接續之上組件之第二開放端連接，並將下組件之第二開放端與軸向反向接續之前一個組件之第一開放端連接；每個線圈中軸向上第一個組件與軸向上的最後一個組件僅在其中一個開放端與一組件相連接，如此可由連續排列之組件構成一環繞於磁芯周圍之螺旋狀繞捲。

在傳統線圈上必須將待捲繞的導線一一穿線通過磁芯中央的開口，有別於此，本發明抑制扼流圈的製造僅需將下組件組接於上組件的步驟即可完成。

優先者為，於組接的步驟中，將下組件之一開放端壓緊於上組件之一開放端上，藉此可形成一壓接連結，可維持長時間並確保形狀穩固。

針對組件間穩固的連接，優先者為：組接步驟中，一組件上第一開放端之插頭突起物被壓入個別繞捲中接續的下個組件之第二開放端上之容納凹槽中。

為了製造緊湊型且可靈活應用的扼流圈，可將由具有線圈的磁芯上包覆一塑膠材料，且接著安裝於一電子單元上，例如一電源或是一電池單元。

有關本發明為達上述之使用目的與功效，所採用之技術手段，茲舉出較佳可行之實施例，並配合圖式所示，詳述如下：

本發明之實施例，請參閱第1、2圖所示，係為本發明抑制扼流圈10之俯視圖，該抑制扼流圈10具有一基本上為環狀之磁芯20，例如一鐵氧磁體芯或鐵芯，在其上環繞有兩反向的第一線圈30、第二線圈32；另一種作法為，本發明之抑制扼流圈10也可具有僅一個或多於兩個線圈，每個第一線圈30、第二線圈32係由三個完全環繞一圈的繞捲33、34、35所組成，另一種作法為，第一線圈30、第二線圈32也可具有多於或少於三個繞捲，例如四個或五個繞捲，一線圈並不一定要具有整數個繞捲。

此兩個第一線圈30、第二線圈32係以反向捲繞在磁芯20相對立的兩側上，使得特別高頻率的干擾以及其他干擾所造成之影響可在兩個線圈中有效被抑制。

個別單一的繞捲33、34、35係分別由兩個完全相同形狀的上組件40與下組件42所組成，其形狀為夾子50，且分別以彎曲狀環繞磁芯20約180°，使得兩個相連接的組件可形成一完整繞一圈的繞捲；另一種作法為，至少一組件環繞於磁芯20大於或小於180°，舉例來說，一繞捲係由兩個以上相互連接之組件所構成，例如四個，其中每個組件均環繞90°；另一種作法為，並非所有組件均為相同形狀，舉例來說，安置於磁芯20一側的組件（下組件42）至少於部分區段上之形狀與安置於磁芯20另一側的組件（上組件40）不同；另一種或是額外作法為，必要時可將線圈上第一組件或最後一個組件製成與其他組件不同的形狀，如第1圖與第2圖所示之抑制扼流圈10中，第一線圈30與第二線圈32分別具有三個繞捲33、34、35，因此具有六個上組件40及下組件42，第一線圈30與第二線圈32總共由十二個完全相同形狀的組件所構成，該組件40、42其中一形狀如第3圖所示。

上組件40與下組件42分別為形狀穩固或剛性，其可由棒狀的金屬導體（例如銅質導體）彎曲成C型或U型所構成，該組件之截面積約為25 mm²，並可視狀況需要增加或減少該截面積，藉由截面積約為25 mm²的銅導體可傳出100A至150A之電流，而不會造成導體過熱或是受損。

由於上組件40、下組件42之形狀穩固，可避免其在捲繞於磁芯20上時產生各種不同的形變或彎曲，且單一組件間的連接也優先為穩固，使得在完成連接後各相連組件間不會發生相對位移的狀況；因此本發明抑制扼流圈之線圈長時間具有預設之形狀，且其形狀特別穩固。

如第3圖所示，上組件40、下組件42在本發明該實施例中基本上為U形，其具有兩個開放端，該兩開放端係為與繞捲中下個接續且形狀相同的上組件40或下組件42所接設，磁芯20則由兩開放端之間穿過，在該組件與繞捲中下個接續的組件產生連接之連接面，即為穿過磁芯中央之徑向平面。

每個上組件40在第一開放端（插頭端52）上具有一插頭突起物54，其係以針狀由上組件40之第一端面突出；每個上組件40在第二開放端（容納端56）上具有一容納凹槽58，該容納凹槽58係設置於該上組件40之第二端面上，該容納凹槽58之形狀係與針狀之插頭突起物54相配合，且線圈中下個接續的同形下組件42上之插頭突起物54可擠壓插入其內，如此可在上組件40、下組件42間造成一壓合連接，以形成一繞捲。

彎曲為U形之組件係位於一組件平面上，該組件平面可於第1圖中明顯可見，將相互進行連接之組件在壓合之前先行排列，使得相鄰組件之組件平面分別夾有夾角α、α‘、α ‘‘，這些夾角分別優先為大於20°且小於60°，藉此可構成第1圖所示之鋸齒線，該鋸齒線係由連續上半與下半排開之繞捲所構成，特別當環狀磁芯時，其夾角α、α‘、α ‘‘不一定相同，組件平面間之相互夾角優先與相對立之第一線圈30與第二線圈32間之夾角相同，預設之角度序列α、α‘、α ‘‘係依據磁芯形狀、導體截面積以及每個線圈之捲繞數量而定，使得可優先構成一良好且穩固壓合於磁芯上之同形線圈，而不會造成個別繞捲間接觸，預設固定之角度序列α、α‘、α ‘‘之優點在於：可針對一特別良好的扼流圈抑制干擾效能且準確的重複製作線圈。

本發明之抑制扼流圈可依下列方式製造，首先將夾子狀的下組件42安置於一第一支架上之夾狀支架區段，且將夾子狀的上組件40安置於一第二支架上之夾狀支架區段，藉由該夾狀支架區段可將構成捲繞區段之上組件40與下組件42分別以預設之相對位置與相對夾角固定住，在此位置上之上組件40與下組件42於形成第一線圈30及第二線圈32後仍可維持此一相對位置；此支架可為一組裝工具之一部份，該組裝工具可為一具有可容納組件之凹槽之容納板；此時下組件42之開放端（插頭端52與容納端56）均處於自由狀態，使得其可與上組件40同樣為自由狀態之開放端壓接在一起，接著將磁芯20安置於第一支架與第二支架之間，並將第一支架與第二支架相互靠緊，同時下組件42與上組件40藉由擠壓而相互連接，使得捲繞區段可組成多重捲繞於磁芯周圍的線圈。

在相互組接步驟中，組件之插頭突起物54嵌入下個組件的容納凹槽58內，使得組件間可產生一壓合連接，緊接著可將抑制扼流圈以一塑膠材料加以封裝，且必要時可組裝入一電子單元內，如一高壓電池。

利用（非導電性）塑膠材料封裝一方面可長時間保持線圈形狀，另一方面可確保個別繞捲不會相互碰觸，進而相互絕緣。

綜上所述，本發明確實已達到所預期之使用目的與功效，且更較習知者為之理想、實用，惟，上述實施例僅係針對本發明之較佳實施例進行具體說明而已，該實施例並非用以限定本發明之申請專利範圍，舉凡其它未脫離本發明所揭示之技術手段下所完成之均等變化與修飾，均應包含於本發明所涵蓋之申請專利範圍中。

10‧‧‧抑制扼流圈
20‧‧‧磁芯
30‧‧‧第一線圈
32‧‧‧第二線圈
33、34、35‧‧‧繞捲
40‧‧‧上組件
42‧‧‧下組件
50‧‧‧夾子
52‧‧‧插頭端
54‧‧‧插頭突起物
56‧‧‧容納端
58‧‧‧容納凹槽

第1圖所示係為本發明抑制扼流圈之俯視圖。第2圖所示係為本發明抑制扼流圈之立體圖。第3圖所示係為本發明抑制扼流圈中線圈組件之剖面圖。

10‧‧‧抑制扼流圈

20‧‧‧磁芯

30‧‧‧第一線圈

32‧‧‧第二線圈

33、34、35‧‧‧繞捲

40‧‧‧上組件

42‧‧‧下組件

Claims

一種抑制扼流圈，係用以抑制共模干擾之扼流圈，其具有一磁芯20與至少兩個分別環繞該磁芯20之線圈30、32；其特徵係在：該線圈30、32上設有至少一繞捲33、34、35，該繞捲33係由兩個剛性組件40、42相互連接組成，該兩組件40、42分別為一繞捲33之捲繞區段。
如申請專利範圍第1項所述之抑制扼流圈，其中，該兩組件40、42分別以180°弧狀圍繞於該磁芯20周圍。
如申請專利範圍第1項所述之抑制扼流圈，其中，該線圈30、32中設有兩個、三個或以上，特別是所有繞捲33、34、35具有兩個相互連接之組件40、42，其中每兩組件40、42分別組成一繞捲33。
如申請專利範圍第1項所述之抑制扼流圈，其中，該兩組件40、42之形狀完全相同。
如申請專利範圍第1項所述之抑制扼流圈，其中，該兩組件40、42係以嚙合、壓合或膠合相互連接。
如申請專利範圍第1項所述之抑制扼流圈，其中，該兩組件40、42基本上分別為C形或U形之夾子50，優先為金屬夾，特別是銅夾。
如申請專利範圍第6項所述之抑制扼流圈，其中，該夾子50具有一大於10 mm²，特別是大於20 mm²且小於100 mm²之截面積，使得線圈可適用於大於100A、特別是大於150A或更高的電流強度。
如申請專利範圍第1項所述之抑制扼流圈，其中，該兩組件40、42分別設有一具有插頭突起物54之插頭端52，以及一具有形狀與插頭突起物54相配合之容納凹槽58之容納端56。
如申請專利範圍第8項所述之抑制扼流圈，其中，該組件之插頭突起物54分別擠壓入繞捲中下個接續的組件上之容納凹槽58內。
如申請專利範圍第1項所述之抑制扼流圈，其中，該兩組件40、42分別位於一組件平面上，該組件之組件平面與繞捲中下個接續相鄰組件之組件平面係形成有一夾角α，該夾角優先大於10°且小於80°，特別是大於20°且小於60°。
如申請專利範圍第1項所述之抑制扼流圈，其中，該磁芯20係由一鐵磁性材料，特別是一鐵氧磁體材料所製成。
如申請專利範圍第1項所述之抑制扼流圈，其中，該磁芯20為封閉狀，優先為圈狀，原則上為環狀。
如申請專利範圍第1項所述之抑制扼流圈，其中，該至少兩個線圈30、32以相反方向環繞於該磁芯20，且分別具有兩個或更多個，特別三個或四個繞捲33、34、35。
如申請專利範圍第1項所述之抑制扼流圈，其中，用來製造該抑制扼流圈之方法，其步驟如下：將下組件42安置於一第一支架之夾狀支架區段；將上組件40安置於一第二支架之夾狀支架區段；將磁芯20安置於第一支架與第二支架之間；將第一支架與第二支架相互靠緊，其中下組件42與上組件40可相互連接，使得由這些組件可構成至少兩個多圈圍繞於磁芯20之線圈30、32。
如申請專利範圍第14項所述之抑制扼流圈，其中，該第一支架與第二支架在靠緊步驟中，該下組件42之兩開放端52、56被緊壓於該上組件40之兩開放端52、56上。
如申請專利範圍第15項所述之抑制扼流圈，其中，該第一支架與第二支架在靠緊步驟中，其中一組件之插頭突起物54被壓入線圈中下個接續的組件之容納凹槽58內。
如申請專利範圍第14項所述之抑制扼流圈，其中，將該抑制扼流圈10以一塑膠材料封裝，且接著組裝入一電子單元內，如一電源或一電池單元內。