TW498367B - Core-coil assembly - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498367 ^________ 五、發明說明（1 ) 發明範疇 本發明係關於用於電氣或電子電路中的該感應元件的感 應器磁心-線圈總成，例如轉換器，變頻器，雜訊濾波器， 共振電路及類似者。 發明背景 目前有兩種形式的磁心被廣泛應用在電氣及電子電路的 感應元件中，例如AC到DC及DC到DC轉換器，變頻器，電 子雜訊濾波器，電子共振電路及類似者。一種型態是環繞 式形狀的磁心，其無實體的溝槽-，另一種則至少有一溝槽 。在兩種狀況中，銅繞線必須被應用在該磁心上來形成一 磁性感應器。當該需要的銅線尺寸是很細時，該銅繞線即 可被自動化，且可用於這種運作的設備。但是，由於此運 作的本質，這種設備需要一種線處理裝置來固接於使用彈 性螺紋的縫纺機。當該線尺寸較粗時，這種自動化裝置即 很困難，其通常及使用人工的銅繞線。因此，有需要來簡 化該既有銅繞線機制，其可改善整體繞線生產率，並降低 需要粗線幅繞線元件的人工繞線運作。 發明概述 根據本發明，其提供一·種磁心-線圈總成及其製造方法。 一磁心具有至少一個實體溝槽個以電氣絕緣體披覆 的具溝槽的磁心所形成的絕緣磁心總成，或是以一具有實 體溝槽的絕緣盒覆蓋，其尺寸接近於該磁心溝槽。一銅線 穿過該磁心的溝槽，或該磁心總成可環繞在該磁心或該磁 心總成上。該銅線繞組也可由旋轉該磁心或該磁心總成於 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------ ----------—裝·— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂.· ^^367

、發明說明（ 該磁心或該磁心總成的圓周之知 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 心叨、，果万向來進行。 善 —具溝槽磁心的磁性效能，即力人 ^ AAi 尸加入―非習用的溝槽於離開 —裱狀繞組磁心的半徑方向。兮1古 L 許、， 邊具有—非習用溝槽的磁性 改吾磁心可以包裝在不具溝槽的一 曰J自用磁心盒中，並可施 加銅線繞組於其上而成爲一感應 、 、 力 万面，孩銅繞組 部份可以獨立地預製，然後即插 具溝槽磁心或磁心缺 成經由該溝槽到該預製的線^ ^ K S磁心或磁心總成的溝槽 區段則可在線圈繞組運作期間哎之狳戈 u後來填无一磁性或非磁 性的間隔劑。本發明的磁心-線駔始成 ^ 水瓯〜成万法會比既有的方法 簡單得多，因此可被完全或半自·動化 , 〜丁 观儿，？文善磁心_線圈總成 製造良率而達到一致的效能。 根據本發明的方法所製造的磁心-線圈總成特別適用於裝 置像是電源轉換器，變頻器，電子雜訊濾波器，電子丑 器及其類似者。 圖式簡單説明 本發明可藉由以下的詳細説明及所附圖面而可更加瞭解 ，並明瞭其好處： 圖1所示爲本發明的該磁心-線圈總成之一。 圖2所示爲圖丨的該磁心-線圈總成的一磁心總成架構。 圖3所示爲本發明的銅繞線處埂，其中一磁心總成爲相對 地靜止。 圖4所示爲本發明的銅繞線處理，其中一磁心總成爲旋琴 的。 圖5所示爲插入一磁性或非磁性間隔劑的處理。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝--------訂-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498367 A7 ___________ B7__ 五、發明說明（3 ) 圖6所示爲該間隔劑是以一磁性材料及一絕緣器所組成。 固7所示爲對於不同磁心_線圈架構的感應係數對〇匚偏壓 電流的圖示説明。 圖8所示爲不同磁性間隔劑材料的感應係數對dc偏壓電 流的圖示説明。 圖9所不爲本發明的另一個磁心-線圈總成。 圖10所示爲圖9的磁心-線圈總成的該磁心總成的實際架 構。 圖11所示爲圖9的該磁心-線圈總成的預製線圈架構。 圖12所示爲使用一預製線圈的圖9的磁心-線圈總成製造流 程。 圖13所tf馬圖9的磁心-線圈總成的銅線截面爲圓形的情 形。 圖14所示爲圖9的磁心·線圈總成的銅線截面爲方形的情形。 圖15所示爲圖9的磁心_線圈總成的銅線截面爲梯形的情 形。 圖16所示爲一先前技藝的磁心-線圈總成。 圖17所示爲一先前技藝的磁心-線圈總成。 圖1 8所示爲一先前技藝.的銅線圈繞線處理。 圖19所示爲本發明的磁心_線，總成kHz感應係數對 DC偏壓電流的特性，其中曲線a及b分別對應於圖9及圖^勺 磁〜-線圈總成’其溝槽尺寸爲1 mrn。 圖20所示爲本發明的磁心_線圈總成之不同頻率下，以磁性 感應爲係數的磁心損失，其中曲線分別對應於圖9及圖i ------------------訂-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -6 -

^«367 ^«367 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（4 ) 的磁心-線圈總成，其溝槽尺寸爲1 mm。 發明詳細説明 一種較簡單的磁心-線圈總成的製造方法可改善其效能， 並透過自動化的程序來改善其製造能力。圖1表示本發明的 —磁心-線圈總成。磁心1的組成是一具有寬度或尺寸G的溝 槽1 la的磁心11，及具有溝槽12a及13a的兩件式絕緣盒12及 13，其分別示於圖2。在圖3 a- 3 d中所示的步驟解釋了在該 磁心總成1上的線圈繞線程序。首先插入一銅線21，如圖3b 所示，其穿過圖3a的磁心總成1的_溝槽10。在該首次繞線之 後，後續的繞線即由移動該線穿過溝槽1〇來執行，如圖3c_ 3d所示，直到完全地繞完預定的圈數。以上的操作即構成 圖1的本發明之基本磁心·線圈總成。該磁心-線圈總成也可 由圖4所示的方法來執行，其中項目21爲該銅線，項目以爲 線軸。此處理的開始是將銅線21的一端21a連接到一磁心總 成上的點，如圖4a所示。線圈繞組是由將該磁心總成繞著 該磁心圓周的切線方向旋轉來完成。因此，線軸以不^旋 轉。此作業即構成圖1的該磁心-線圈總成。 在上述的處理中，當該磁心以絕緣層披覆時，或當該銅 線以一絕緣層做適當披覆時，即可不需要將圖2的盒12及。 做絕緣。其對應於圖3及4的處，可比既有以缝紉機機構 爲主的線圈繞組處理簡單得多，並且容易自動化。 當該溝槽區段H)需要—間隔劑3時，其可在線圈繞線期間 或之後被插入，如圖5所+。丄 口所7^在此圖中，間隔劑3爲一非磁 性材料，或-導電材料，其中可施加一絕緣材料到該間隔 木紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱 ----------I 裝--------訂-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -7- B7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 區 壓 於 到 該 五、發明說明（S ) ^的表面上。該間隔劑3可以是疊層的磁性材仙，如圖％ 不’或是基於磁粉之材料32，如圖5c所示。在這些情況 ^有^氣槽爲Gl+G2，如圖6所示，其中僅有所示的 心⑶的情況下’其項目33及34爲非磁性黏結劑。在插 入-間隔劑之後，即可完成如，的磁心'線圈總成。 圖7比了本發明的磁心、線圈總成的感應係數的DC偏壓 2 °區域A及B分別對應於”活動"及"不活動"dc偏恩區域 ’當使用-控制磁心_線圈總成做爲—抗流線圈時，其即呈 現對應於曲線C的感應係妻文對沉偏壓電流特性。此處的"活 力及不活動即表示該柷流線圈的功能是分別做爲"有效" 及”無效，，感應器。如果降低溝槽…直，或是圖i的磁心繞組 2著該控制磁心-線圈總成而增加時，該感應係數對00偏壓 電流曲線即偏移到如曲線c所示。如果該溝槽G增加，及/ 或鋼繞組圈數隨著該控制磁心_線圈總成減少時，即構成曲 線 C，，。 如果圖1中的磁心11呈現如圖8中"C1"的感應係數對Dc偏 壓電流特性時，其中A1及B1分別對應於一活動及不活動 域時’且圖5中該磁心插入件材料3丨或32呈現如"C2”的偏 特性’當使用對應於”c丨·"的材料做爲磁心丨丨及使用對應 C2n的材料做爲圖6中的一間隔劑”3 1"或π32"時，即可得 ”COn偏壓特性。 根據本發明，另提供一種製造磁心-線圈總成的方法 磁心-線圈總成的範例即示於圖9，其中項目6爲具有寬度 的間隔劑，項目4爲一磁心總成，而5即表示具有兩條導匈 -8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公g ) ^^1!裝··-------訂-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 498367 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 A7 ------ Β7 五、發明說明（6 ) 53及54的銅繞組。圖1〇爲一磁心總成4的上視圖，其中ζ爲 孩環狀磁心軸的中心。此磁心架構與圖U中所示者之間的 主要不同點是溝槽4〇的位置，其中心是距離γ軸（χ==〇)最多 到X-ZQ-G/2 ’其中zq爲ζ與該溝槽一端之間的距離，如圖 1〇所示。在圖10中，當ZQ=ZR，其中ZR爲該磁心總成的内 徑’平面QT即相切於該磁心總成的内圈。圖丨丨所示爲一預 製的線圈50，其内徑可讓該磁心總成插入到此線圈。舉例 而言’在圖11中的距離η必須稍微大於圖1〇中的該磁心總成 的寬度W。圖I2a所示爲一預製線—圈5〇如何配合穿過溝槽4〇 到圖1 0中的磁心總成。當該線圈·5〇放置在該磁心總成4之上 時’一間隔劑6可插入到溝槽40，如圖i2b所示，而該線圈 架構可被修改來具有一均勾的銅繞組分佈在該磁心總成上 ’如圖12c所示。在圖u及圖12中的線圈具有一長方形的形 狀’但也可使用圓柱形的線圈來達到相同的目的。圖9的間 隔劑6可以是如圖5中的一磁性或非磁性材料。當間隔劑6爲 導電性時，其表面可以覆蓋一層絕緣帶或絕緣披覆，因此 以上的作業即構成如圖9中具有導線53及54的一磁心-線圈 總成。 以上磁心-線圈總成的奸處包括分別製造磁心總成及銅線 圈’每個過程可使用簡單及便±的設備來完全自動化或半 自動化。此外，因爲在該磁心的溝槽區域增加了表面面積 ’在圖10中的溝槽寬度G即可由圖31的磁心之溝槽寬度增加 到與圖10中相同的實際尺寸，而保持相同的整體有效磁導 率。如果該溝槽尺寸不改變時，另一方面，當圖9的磁心 (請先閱讀背面之注意· 4 -事項再 -裝·—— 填寫本頁) 訂·· •%· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 498367 A7 B7 五、發明說明（7 ) -線圈總成架構取代了圖1中的架構時，即會增加有效磁導 率，並減少磁心損失。圖10的磁心架構所改善的磁性效能 ，也可由一種磁心-線圈總成達到，其中該外部磁心盒不具 有一溝槽，其係對應於不一定需要自動線圈繞組的情形。 根據本發明，其提供一種磁心的自動化線圈繞組處理裝 置，圖12a的預製線圈50不僅是圖13b的圓形截面51的導線 ，其構成如圖13 a的上視圖所示的磁心_線圈總成，其中標 不了溝槽6，線圈5及磁心總成4，其也是圖14b的長方形截 面55的導線，其構成圖14a的磁心卜線圈總成，以及圖的 梯形截面56的導線，其構成圖…的一磁心'線圈總成。圖 15a的磁心-線圈總成可協助增加該銅線的橫截面，其即造 成用於導電的封裝區域增加，然後即可減少該磁心-線圈物 成的尺寸及繞組間的電容。另外，圖15a的線圈架構由於： 圖15b中所示的線圈截面的幾何形狀，可使其容易地形成圖 12的預製線圈50。 為了顯示本發明與先前技藝的不同，即提供圖i6_i8。圖 16所示爲一先前技藝的磁心'線圈總成，其中磁心總成7包 含-具有電導線83及84的銅繞組8。圖17所示爲具有_溝槽 G的磁〜7 1及—絕緣盒的.兩個半部72及。圖⑽所示爲— 磁心總成7’其在該環形磁心總戍的中間具有一孔洞7〇。圖 ⑽所示爲-線圈繞組處理的開始時，_銅線_末端… 被放置穿過圖1 8a的一磁、、知丛Μ ϋ 3的磁、组件的孔洞70。後續銅線繞組的 C 4亍即如圖1 8 c所示。闻〗、匕-、 固8b-c中所不的銅繞組處理需要一 械式的程序，其類似於一縫紉機。 -----------敦·--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 •10- 498367 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（；1. 範例準備 磁心係由固化磁粉來製備，或是將_磁性金屬帶環繞在 —心軸上。當有需要時，該心軸即經過熱處理來達到=需 要的磁力特性。該磁心可由一研磨切割工具或由—水力喷 射切割來產生一溝槽。 ' 2. 磁性量測 一磁心-線圈總成的電感及可由一商用的感應電橋來量測 ，該磁心的磁心損失即可由IEEE標準393-1991所定義的方 法進行量測。 · 3 ·磁心-線圈總成的磁力特性 根據本發明的磁心-線圈總成即進行評估。圖19比較了兩 種磁心-線圈總成在1 kHz所量測的以偏壓電流爲函數的感 應係數，一個是根據圖9的架構，其結果爲曲線a，另一個 架構是根據圖1 ’其結果爲曲線B。兩個範例中磁心的尺寸 皆爲22 mm X 15 mm X 15 mm，其分別代表外徑，内徑及磁 心向度。在兩個範例中溝槽G皆爲1 mm。該磁心材料爲鐵 私。圖9的磁心·線圈架構在較低偏壓電流時呈現比圖1者具 有較高的感應係數，在較高的電流準位時，該趨勢即相反 。根據圖7中的範例可以瞭解到j當使用圖9的磁心總成架 構來取代圖1的架構時，可以增加該溝槽尺寸G，而不會影 喜到感應係數對偏堡電流的特性。增大之溝槽尺寸使得圖 12之磁心-線圈總成程序較早。若於較低直流偏壓區域時需 要較高導磁率，圖9之磁心-線圈總成可用以取代圖1者，而 -11 - 範例 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 . A7 ^----------B7______^ 五、發明說明（9 ) 不需減小溝槽尺寸。 圖19的兩種形式的磁心的磁心損失可在不同的頻率之下 5測’做爲磁性感應的函數，如圖2〇所示。其很清楚地是 ’在任何給定頻率下的磁心損失對於對應於曲線A的圖9之 磁心-線圈架構，要比對應於曲線B的圖1之磁心-線圈架構 要末彳于低’其兩者具有相同的溝槽尺寸。 由此對於本發明已有完整詳細的説明，其可瞭解到，此 細節並未嚴格地限制，但對於本技藝的專業人士，可另有 改變或修正，而皆可位在如所除申請專利範圍所定義的範 圍之内。 · 广請先_讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 用 適 度 尺 長 |紙 本 C ( 準 標 家

Claims (1)

1. 498367 第089126901號專利申請案 中文申請專利範圍修正本(91年6月）申請專利範圍 ~ A8 B8 C8 D8

   1. 一種磁心-線圈總成，包含一具溝槽的磁心或一絕緣磁心 總成’ 一溝槽材料的間隔劑，及施加於該磁心總成的銅 繞組。 2·如申請專利範圍第1項之磁心-線圈總成，其中該絕緣磁 心是以一絕緣層或盒來絕緣，而容納了該具溝槽的磁心。 3 ·如申請專利範圍第2項之磁心-線圈總成，包含一以樹脂 為主的絕緣磁心盒。 4·如申請專利範圍第2項之磁心-線圈總成，包含一以電氣 絕緣塗料及類似者為主的一外層。 5·如申請專利範圍第1或2項之磁心-線圈總成，其是以一非 晶形合金，一部份結晶的非晶形合金，一超微結晶合金 ，一結晶合金或金屬，一燒結磁粉等所製成。 6.如申請專利範圍第1或2項之磁心-線圈總成，其中一磁心 具有沿著該環狀繞組磁心的半徑方向的溝槽，其由一絕 緣層覆盖，或是由一具有展現該磁心溝槽之溝槽的磁心 盒所覆蓋。 7·如申請專利範圍第1或2項之磁心-線圈總成，其中一銅繞 組是將一銅線穿過申請專利範圍第5項之磁心總成之溝槽 來進行。 8·如申請專利範圍第7項之磁心-線圈總成，其中在一磁心 總成的溝槽區段的間隔劑是以磁性或非磁性材料，成是 其合成物為主。 9·如申請專利範圍第1或2項之磁心-線圈總成，其中一磁 心具有遠離該環形磁心的半徑方向的溝槽，其係包含 -1 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

   裝 訂

   498367 A8 B8 _ C8 ---------- D8 六、申請專利範圍 ' — 在一沒有溝槽的磁心盒中。 10·如申請專利範圍第1或2項之磁心-線圈總成，其中一磁 心具有遠離該環形磁心的半徑方向的溝槽，其由一絕 緣層覆蓋’或是由一具有展現該磁心溝槽之溝槽的磁 心盒所覆蓋。 11 ·如申請專利範圍第1或2項之磁心-線圈總成，其中一銅線 係穿過該溝槽而環繞在申請專利範圍第10項之磁心總成 之上。 12·如申請專利範圍第n項之磁心-線圈總成，其中該溝槽是 以一磁性或非磁性間隔劑所充填。 13.如申請專利範圍第1或2項之磁心-線圈總成，其中該鋼線 的橫截面為圓形，長方形，或梯形。 H·如申請專利範圍第1或2項之磁心_線圈總成，其可做為電 氣及電子電路中的一感應元件，例如AC到DC及DC到DC 轉換器，變頻器，雜訊濾波器，電子共振電路及類似者。 15·如申請專利範圍第1〇項之磁心-線圈總成，其中一預製銅 線圈的導向使仔該銅線圈滑動通過该溝槽來達到一銅轉 組的需要。 16.如申請專利範圍第15項之磁心-線圈總成，其中一磁性或 非磁性間隔劑是在插入該線圈之後放置。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公ϋ " " ------