TW201703069A - 變壓器結構 - Google Patents

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TW201703069A
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簡士峰
林呂圭
林義峰
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乾坤科技股份有限公司
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Abstract

本發明係為一種變壓器結構，包含：一第一導磁元件，具有一繞線部及一凸緣部，該凸緣部係設置於該繞線部之側邊，且該凸緣部係具有一第一主體及一延伸結構，該延伸結構係自該第一主體延伸而出；一線圈繞組，繞設於該繞線部上；以及一第二導磁元件，與該第一導磁元件相對應設置，且具有一接合結構，該第一導磁元件與該第二導磁元件係藉由該延伸結構與該接合結構相接合，使該線圈繞組纏繞於該繞線部後所產生的磁通由該第一主體、該延伸結構傳遞至該接合結構。

Description

變壓器結構
本發明係關於一種變壓器結構，尤指一種適用於通訊領域之變壓器結構。
現有的通訊用脈衝變壓器，例如：寬頻傳輸變壓器，通常被使用在網際網路或區域網路等通訊領域的電子設備中，以作為傳輸數位訊號用。
請參閱圖1，其係為習知脈衝變壓器的結構示意圖，如圖所示，習知脈衝變壓器1係由鼓型鐵芯11、板狀鐵芯12以及線圈繞組13所組成，其中鼓型鐵芯11包含繞線部111與凸緣部112，凸緣部112設置於繞線部111的兩側邊，線圈繞組13係環繞於繞線部111上，板狀鐵芯12設置於鼓型鐵芯11的上方，其部分結構係與凸緣部112做接合以形成接合面14，且該接合面14為一水平面。
請再參閱圖1，脈衝變壓器1的鼓型鐵芯11在線圈繞組13纏繞於繞線部111後，脈衝變壓器1的電感量將由於鼓型鐵芯11的開放式磁通路徑，而造成電感量低落，習知為了要得到封閉式的磁通路徑，一般都會在凸緣部112的上端部利用膠材與板狀鐵芯12的平面做接合進而得到封閉式的磁通路徑，即在接合面14塗上膠材，以達到提升電感量的功效。
然而，雖然習知利用鼓型鐵芯11之凸緣部112與板狀鐵芯12做平面接合而得到封閉式磁通路徑的方式，確實可達到提升電感量的功效。但是，由於凸緣部112與板狀鐵芯12之間的接合面14為一水平面，在接合面14仍然有磁路上的氣隙而讓磁通洩漏。
請參閱圖1及圖2，其中圖2係為圖1之磁通向量圖，如圖1所示，由於習知脈衝變壓器1的凸緣部112與板狀鐵芯12之間的接合面14為一水平面，因此在板狀鐵芯12的兩邊終端，即圖2所示之區域A，仍然有發散的磁通洩漏，會造成磁通分佈在區域A的密度較低，使得磁性材料的導磁利用率降低，無法有效地充分利用材料，而讓脈衝變壓器1的電感量受到限制。
因此，如何發展一種變壓器結構，實為目前迫切需要解決之問題。
本案之主要目的在於提供一種變壓器結構，俾解決習知脈衝變壓器的凸緣部與板狀鐵芯之間的接合面為一水平面，在板狀鐵芯的兩邊終端會有磁通洩漏，使得磁性材料的導磁利用率降低，而讓脈衝變壓器的電感量受到限制等缺點。
本案之另一目的在於提供一種變壓器結構，可提高板狀鐵芯兩邊終端的磁通密度，以提升磁性材料的導磁利用率，進而提高變壓器結構的電感量。
為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種變壓器結構，包含：一第一導磁元件，具有一繞線部及一凸緣部，該凸緣部係設置於該繞線部之側邊，且該凸緣部係具有一第一主體及一延伸結構，該延伸結構係自該第一主體延伸而出；一線圈繞組，繞設於該繞線部上；以及一第二導磁元件，與該第一導磁元件相對應設置，且具有一接合結構，該第一導磁元件與該第二導磁元件係藉由該延伸結構與該接合結構相接合，使該線圈繞組纏繞於該繞線部後所產生的磁通由該第一主體、該延伸結構傳遞至該接合結構。
根據上述構想，其中該第一主體係與結合後之該延伸結構及該接合結構相對應設置。
根據上述構想，其中該第二導磁元件具有一第二主體，該接合結構係自該第二主體延伸而出，使該線圈繞組纏繞於該繞線部後所產生的磁通由該第一主體、該延伸結構、該接合結構傳遞至該第二主體。
根據上述構想，其中該延伸結構係具有一第一斜面，該接合結構係具有一第二斜面，該第一斜面與該第二斜面係相對應設置，以使該延伸結構與該接合結構相接合。
根據上述構想，其中該延伸結構與該接合結構接合後係構成一矩型結構。
根據上述構想，其中該延伸結構係為一直角三角形結構或是一梯型結構，該接合結構係為一直角三角形結構或是一梯型結構。
根據上述構想，其中該延伸結構及該接合結構均為一矩型結構，該延伸結構之高度係與該第二導磁元件的厚度相似，該接合結構之長度係與該第一導磁元件的寬度相似，使該延伸結構與該接合結構結合後與該第一主體相對應設置。
根據上述構想，其中該第一導磁元件係為一鼓型鐵芯，該第二導磁元件係為一板狀鐵芯。
根據上述構想，其中該第一導磁元件係為一E型鐵芯，該第二導磁元件係為一I型鐵芯。
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，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。
請參閱圖3A、3B、3C，其中圖3A係為本案第一較佳實施例之變壓器結構之示意圖，圖3B係為圖3A之分解示意圖，圖3C係為圖3A之側面示意圖，如圖所示，本案之變壓器結構3包含有第一導磁元件31、線圈繞組32、以及第二導磁元件33，其中，第一導磁元件31具有一繞線部311及一凸緣部312，凸緣部312分別設置於繞線部311的兩側邊，且每一凸緣部312分別具有一第一主體3121及一延伸結構3122，延伸結構3122係自第一主體3121延伸而出，即延伸結構3122與第一主體3121一體成型，且兩者係由相同的材質所製成。而線圈繞組32則繞設於繞線部311上，可感應產生磁通35(如圖4所示)。
請再圖3A、3B、3C，本案之第二導磁元件33與第一導磁元件31相對應設置，且具有第二主體331以及接合結構332，接合結構332係自第二主體331延伸而出，即接合結構332與第二主體331一體成型，且兩者係由相同的材質所製成，於本實施例中，第二主體331的兩側均具有一接合結構332，但接合結構332的數量並不以此為限，於一些實施例中，亦可根據需求設計僅單側設置接合結構332。於本實施例中，第一導磁元件31與第二導磁元件33為具有導磁率之磁性材料，且第一導磁元件31可為一鼓型鐵芯，而第二導磁元件33可為一板狀鐵芯，但本案的可實施態樣並不僅限於此。
請再圖3A、3B、圖3C及圖4，其中圖4係為圖3A之磁通向量圖，如圖3A、3B、圖3C所示，第一導磁元件31與第二導磁元件33之間係藉由延伸結構3122與接合結構332相接合，以形成一接合面34，並可使第一主體3121與結合後之延伸結構3122及接合結構332相對應設置，另外，如圖3B所示，延伸結構3122係具有一第一斜面31221，而接合結構332係具有一第二斜面3321，且第一斜面31221與第二斜面3321相對應設置，使得延伸結構3122與接合結構332相接合後所形成的接合面34為一斜面。本案之第一導磁元件31與第二導磁元件33之間藉由延伸結構3122與接合結構332相接合後，可利用膠材進行黏合。
請參閱圖3D，其係為圖3A所示之凸緣部與線圈繞組之示意圖，如圖所示，於一些實施例中，本案之變壓器結構3更可包含有電極結構36，可為但不限為導線架（lead-frame）、電鍍或端銀電極，其係與線圈繞組32電性連接，於本實施例中，電極結構36可設置於凸緣部312的底部，以分別與線圈繞組32的端點電性連接，當然，電極結構36與線圈繞組32電性連接的位置不拘，即電極結構36的設置位置可依照不同的實施態樣變更。
如圖4所示，當第一導磁元件31與第二導磁元件33之間藉由延伸結構3122與接合結構332相接合完成後，由於延伸結構3122與第一主體3121係一體成型，且兩者係由相同的材質所製成，再加上線圈繞組32纏繞於繞線部311後所產生的磁通35會先於相同材質的結構間傳遞，後續再傳遞至不同材質結構的特性，因此磁通35通過第一主體3121後會先延伸傳遞至延伸結構3122，然後再經由接合面34傳遞至接合結構332，即磁通35的路徑係由繞線部311、第一主體3121、延伸結構3122、接合結構332、第二主體331、第二主體331另一側之接合結構332、第二導磁元件33另一側之延伸結構3122、第一主體3121，最後再傳遞至繞線部311，本案藉由延伸結構3122可使得磁通35經過第一主體3121後會先延伸傳遞至延伸結構3122，然後再經由接合面34傳遞至接合結構332，可達到充分利用第一導磁元件31與第二導磁元件33，使磁通35密度在第一導磁元件31之凸緣部312的終端角落提高，即圖4所示之區域B，以充分利用磁性材料，使得磁性材料的導磁利用率提高，而讓變壓器結構3的電感量提高。另外，從圖4中可以發現磁通35係垂直通過接合面34，或通過接合面34的角度相似垂直，可減少向外洩漏的機會。
請再參閱圖3B、圖3C，於本實施例中，延伸結構3122可為一直角三角形結構，接合結構332可為一直角三角形結構，以使延伸結構3122與接合結構332接合後可構成一矩型結構，如圖3C所示，延伸結構3122具有一斜面角度θ1 ，而接合結構332具有一斜面角度θ2 ， 可藉由調整延伸結構3122的斜面角度θ1 以及接合結構332的斜面角度θ2 ，以使得斜面角度θ1 加斜面角度θ2 之合為90度，當第一導磁元件31與第二導磁元件33之間藉由延伸結構3122與接合結構332相接合完成後，可使磁通35密度在第一導磁元件31之凸緣部312的終端角落提高，即圖4所示之區域B，使得磁性材料的導磁利用率提高，而讓變壓器結構3的電感量提高。
當然，本案之延伸結構3122以及接合結構332的實施態樣並不侷限於均為一直角三角形結構，只要延伸結構3122以及接合結構332構成的磁路徑轉彎處的實施態樣可使得磁通35經過第一主體3121後會先延伸傳遞至延伸結構3122，然後再經由接合面34傳遞至接合結構332，以達到充分利用第一導磁元件31與第二導磁元件33，均為本案所保護的範圍，請參閱圖5A及圖5B，其中圖5A係為本案第二較佳實施例之變壓器結構之示意圖，而圖5B係為本案第三較佳實施例之變壓器結構之示意圖，請參閱圖5A，於一些實施例中，延伸結構3122可為直角三角形結構，而接合結構332則為一梯型結構，或是，如圖5B所示，於不同的實施態樣中，延伸結構3122可為梯型結構，而接合結構332則為一直角三角形結構。
請參閱圖6A、6B、6C，其中圖6A係為本案第四較佳實施例之變壓器結構之示意圖，圖6B係為圖6A之分解示意圖，圖6C係為圖6A之側面示意圖，如圖所示，本實施例之變壓器結構6同樣包含有第一導磁元件61、線圈繞組62、以及第二導磁元件63，第一導磁元件61具有一繞線部611及一凸緣部612，凸緣部612分別設置於繞線部611的兩側邊，且每一凸緣部612分別具有一第一主體6121及一延伸結構6122，延伸結構6122係由部分第一主體6121延伸而出，即延伸結構6122與第一主體6121一體成型，且兩者係由相同的材質所製成。而線圈繞組62則繞設於繞線部611上，可感應產生磁通65(如圖7所示)。
請再圖6B，第二導磁元件63與第一導磁元件61相對應設置，且具有第二主體631以及接合結構632，接合結構632係自部分第二主體631延伸而出，即接合結構632與第二主體631一體成型，且兩者係由相同的材質所製成。於本實施例中，第一導磁元件61可為一鼓型鐵芯，而第二導磁元件63可為一板狀鐵芯，但本案的可實施態樣並不僅限於此。
請再參閱圖6A及圖6B，延伸結構6122係具有第一接觸面61221、第二接觸面61222及第三接觸面61223，而接合結構632係具有第四接觸面6321、第五接觸面6322及第六接觸面6323，第一接觸面61221與第四接觸面6321相對應設置，第二接觸面61222與第五接觸面6322相對應設置，第三接觸面61223與第六接觸面6323相對應設置，且第一接觸面61221與第四接觸面6321係鄰近線圈繞組62且與線圈繞組62相對應設置，第一接觸面61221的方向係朝線圈繞組62的方向，當延伸結構6122與接合結構632相接合後，將形成第一接合面641、第二接合面642及第三接合面643，且第一接合面641、第二接合面642及第三接合面643均為一平面，其中第一接合面641與第二接合面642垂直，第二接合面642與第三接合面643垂直，且第一接合面641鄰近線圈繞組62且與線圈繞組62相對應設置，從圖7中可以發現第一接合面641可以改善磁通分佈，磁通65會垂直通過第一接合面641，或通過第一接合面641的角度相似垂直，可減少向外洩漏的機會且提高磁性材料的導磁利用率。
本實施例之延伸結構6122及接合結構632均為一矩型結構，延伸結構6122之高度H係與第二導磁元件63的厚度T相似，接合結構632之長度L與第一導磁元件61的凸緣部612的寬度W相似，使延伸結構6122與接合結構632結合後可與第一主體6121相對應設置。
如圖7所示，當第一導磁元件61與第二導磁元件63之間藉由延伸結構6122與接合結構632相接合且使用膠材黏合完成後，由於延伸結構6122與第一主體6121係一體成型，且兩者係由相同的材質所製成，再加上線圈繞組62纏繞於繞線部611後所產生的磁通65具有會先於相同材質的結構間傳遞，後續再傳遞至不同材質結構的特性，因此磁通65通過第一主體6121後會先延伸傳遞至延伸結構6122，直到傳遞至延伸結構6122的終端角落後，再經由第一接合面641傳遞至接合結構632，即磁通65的路徑係由繞線部611、第一主體6121、延伸結構6122、接合結構632、第二主體631、第二主體631另一側之接合結構632、第二導磁元件63另一側之延伸結構6122、第一主體6121，最後再傳遞至繞線部611，本案藉由延伸結構6122可使得磁通65經過第一主體6121後會先延伸傳遞至延伸結構6122，然後再經由第一接合面641傳遞至接合結構632，可達到充分利用第一導磁元件61與第二導磁元件63，使磁通65密度在第一導磁元件61之凸緣部612的終端角落提高，即圖7所示之區域C，以充分利用磁性材料，使得磁性材料的導磁利用率提高，而讓變壓器結構6的電感量提高。
當然，本案變壓器結構所包含之第一導磁元件及第二導磁元件的實施態樣並不侷限於圖3A及圖6A所示，第一導磁元件31、61為一鼓型鐵芯，而第二導磁元件33、63為一板狀鐵芯。請參閱圖8，其係為本案第五較佳實施例之變壓器結構之示意圖，於一些實施例中，變壓器結構8所包含之第一導磁元件81可為一E型鐵芯，而第二導磁元件82可為一I型鐵芯，且第一導磁元件81所具有之延伸結構811為一直角三角形結構，而第二導磁元件82所具有之接合結構821則為一梯型結構，但延伸結構811及接合結構821的結構型態則不以此為限，請參閱圖9，其係為本案第六較佳實施例之變壓器結構之示意圖，變壓器結構9所包含之第一導磁元件91同樣可為一E型鐵芯，而第二導磁元件92為一I型鐵芯，但於本實施例中，第一導磁元件91之延伸結構911以及第二導磁元件92之接合結構921則可均為一直角三角形結構。
請參閱圖10，其係為本案與習知變壓器結構之電流電感曲線圖，圖10係揭露分別對圖1之線圈繞組13及本案圖3A、5A、5B、6A之線圈繞組32、62施予不同的電流時，習知脈衝變壓器1與本案變壓器結構3、6所對應測得的電感值，由圖10可以明顯看到在加載相同電流的條件下本案變壓器結構3、6所獲得的電感量確實都較習知脈衝變壓器1高，故本案確實可達到充分利用磁性材料，使得磁性材料的導磁利用率提高，而讓變壓器結構3、6的電感量提高之功效。
當然，本案之變壓器結構可藉由設置不同的較佳尺寸來符合各種不同的實施態樣，以下將以圖3A及圖6A提出說明，如圖所示，本案之變壓器結構3、6所適用之長度（D1 ）*寬度（D2 ）*高度（D3 ）可為但不限為:4.5*3.2*2.2；4.5*3.2*2.9；4.5*3.2*3.4；3.2*3.2*2.9；4.65*3.45*1.8；5.28*3.245*3.4；以及6*5*3，以上單位為mm。
綜上所述，本案之變壓器結構於第一導磁元件與第二導磁元件之間藉由延伸結構與接合結構相接合完成後，使得線圈繞組纏繞於繞線部後所產生的磁通通過第一導磁元件之第一主體後會先延伸傳遞至延伸結構，然後再經由接合面傳遞至第二導磁元件之接合結構，可達到充分利用第一導磁元件與第二導磁元件，使磁通密度在第一導磁元件之凸緣部的終端角落提高，以充分利用磁性材料，使得磁性材料的導磁利用率提高，進而提高變壓器結構的電感量。
本案得由熟知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‧‧‧脈衝變壓器
11‧‧‧鼓型鐵芯
111‧‧‧繞線部
112‧‧‧凸緣部
12‧‧‧板狀鐵芯
13、32、62‧‧‧線圈繞組
14、34‧‧‧接合面
A、B、C‧‧‧區域
3、6、8、9‧‧‧變壓器結構
31、61、81、91‧‧‧第一導磁元件
311、611‧‧‧繞線部
312、612‧‧‧凸緣部
3121、6121‧‧‧第一主體
3122、6122、811、911‧‧‧延伸結構
31221‧‧‧第一斜面
33、63、82、92‧‧‧第二導磁元件
331、631‧‧‧第二主體
332、632、821、921‧‧‧接合結構
3321‧‧‧第二斜面
35、65‧‧‧磁通
36‧‧‧電極結構
D1、L‧‧‧長度
D2、W‧‧‧寬度
D3、H‧‧‧高度
θ1、θ2‧‧‧斜面角度
61221‧‧‧第一接觸面
61222‧‧‧第二接觸面
61223‧‧‧第三接觸面
6321‧‧‧第四接觸面
6322‧‧‧第五接觸面
6323‧‧‧第六接觸面
641‧‧‧第一接合面
642‧‧‧第二接合面
643‧‧‧第三接合面
T‧‧‧厚度
圖1係為習知脈衝變壓器的結構示意圖。 圖2係為圖1之磁通向量圖。 圖3A係為本案第一較佳實施例之變壓器結構之示意圖。 圖3B係為圖3A之分解示意圖。 圖3C係為圖3A之側面示意圖。 圖3D係為圖3A所示之凸緣部與線圈繞組之示意圖。 圖4係為圖3A之磁通向量圖。 圖5A係為本案第二較佳實施例之變壓器結構之示意圖。 圖5B係為本案第三較佳實施例之變壓器結構之示意圖。 圖6A係為本案第四較佳實施例之變壓器結構之示意圖。 圖6B係為圖6A之分解示意圖。 圖6C係為圖6A之側面示意圖。 圖7係為圖6A之磁通向量圖。 圖8係為本案第五較佳實施例之變壓器結構之示意圖。 圖9係為本案第六較佳實施例之變壓器結構之示意圖。 圖10係為本案與習知變壓器結構之電流電感曲線圖。
3‧‧‧變壓器結構
31‧‧‧第一導磁元件
311‧‧‧繞線部
312‧‧‧凸緣部
3121‧‧‧第一主體
3122‧‧‧延伸結構
32‧‧‧線圈繞組
33‧‧‧第二導磁元件
331‧‧‧第二主體
332‧‧‧接合結構
34‧‧‧接合面
D1‧‧‧長度
D2‧‧‧寬度
D3‧‧‧高度

Claims (12)

  1. 一種變壓器結構，包含：     一第一導磁元件，具有一繞線部及一凸緣部，該凸緣部係設置於該繞線部之側邊，且該凸緣部係具有一第一主體及一延伸結構，該延伸結構係自該第一主體延伸而出；     一線圈繞組，繞設於該繞線部上；以及     一第二導磁元件，與該第一導磁元件相對應設置，且具有一接合結構，該第一導磁元件與該第二導磁元件係藉由該延伸結構與該接合結構相接合，使該線圈繞組纏繞於該繞線部後所產生的磁通由該第一主體、該延伸結構傳遞至該接合結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該第一主體係與結合後之該延伸結構及該接合結構相對應設置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該第二導磁元件具有一第二主體，該接合結構係自該第二主體延伸而出，使該線圈繞組纏繞於該繞線部後所產生的磁通由該第一主體、該延伸結構、該接合結構傳遞至該第二主體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該延伸結構係具有一第一斜面，該接合結構係具有一第二斜面，該第一斜面與該第二斜面係相對應設置，以使該延伸結構與該接合結構相接合。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之變壓器結構，其中該延伸結構與該接合結構接合後係構成一矩型結構。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之變壓器結構，其中該延伸結構係為一直角三角形結構或是一梯型結構。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之變壓器結構，其中該接合結構係為一直角三角形結構或是一梯型結構。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該延伸結構及該接合結構均為一矩型結構，該延伸結構之高度係與該第二導磁元件的厚度相似，該接合結構之長度係與該第一導磁元件的寬度相似，使該延伸結構與該接合結構結合後與該第一主體相對應設置。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該第一導磁元件係為一鼓型鐵芯，該第二導磁元件係為一板狀鐵芯。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該第一導磁元件係為一E型鐵芯，該第二導磁元件係為一I型鐵芯。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該延伸結構係具有一接觸面，其係鄰近該線圈繞組且與該線圈繞組相對應設置。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之變壓器結構，其中該接觸面的方向係朝該線圈繞組的方向。
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